JPH05190433A - 電子線描画装置によるパターン描画方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １回に描画しうる範囲内の大きさに分割した
部分図形間の接続に誤差が生じないようにする。 【構成】 電子線描画装置により所定の図形パターンを
複数の部分図形を合わせることで描画する場合に、所定
の図形パターンを前記電子線描画装置の１回に描画しう
る範囲の大きさで、かつ互いに同一とならない大きさの
部分図形３，５に分割した複数組の分割方法をとり、こ
れにより複数組に分割された各組の部分図形３，５の露
光を重ね合わせて所定の図形パターンを得るようにし、
ある組の部分図形に偏向ひずみがあっても他の組の偏向
ひずみのない部分図形により部分図形間の接続誤差を取
り除くことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子線を用いて半導体
やガラスからなる基板上に集積回路パターンを描画する
電子線描画装置によるパターン描画方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電子線描画装置は、半導体集積回路の製
造に必要な回路パターンの位置，線幅，長さ，露光量な
どの属性データが記録された描画データを用いて、半導
体基板上に塗布されたパターン形成層（一般にレジスト
と呼ばれる）に電子線を照射することにより半導体基板
上に回路パターンを形成する装置である。描画データは
半導体基板上に形成すべき多数の回路パターンのそれぞ
れについて、回路パターンの始点位置，線幅，長さが記
録された図形データを元に、さらに後述する部分図形寸
法や露光量などのデータを付加して電子線描画装置が読
み取り、動作可能な形式に変換されたデータである。電
子銃から引き出された電子線はいくつかのレンズを経て
収束され、レジスト層に照射される。電子線は電場や磁
場により容易に曲げる（偏向）ことができる。しかし、
広範囲の偏向を行うと収差などの影響が大きくなり、描
画する図形にひずみが生じるため、偏向可能な領域の大
きさは一般に数ｍｍ程度に制限されている。ところが、
今日製造されている半導体集積回路は、一般に電子線描
画装置の偏向可能領域に収まらない大きさをもってい
る。電子線描画装置の偏向可能領域に収まらない領域内
（集積回路を構成するすべての回路パターンが含まれる
領域のことをチップ領域と呼ぶ）に定義された回路パタ
ーンを描画する場合、偏向可能な範囲の領域を単位の大
きさとして、この単位領域により回路パターンが定義さ
れているチップ領域全体を隙間なく張り詰めていくよう
に描画が行なわれる。すなわち、１回の偏向で描画可能
な図形の領域を単位（これを部分図形という）として、
この領域内部の回路パターンを描画した後、基板位置を
移動させて次の領域を描画するという方法で多数の部分
図形を継ぎ足して描画することによりチップ領域全体を
描画していた。

【０００３】また、一般的な電子線描画装置では、複数
段の偏向を行ってパターンを描画することが多い。例え
ば、２段階の偏向を用いて描画を行う場合、広範囲の偏
向を行う部分は主偏向と呼ばれ、その領域を主偏向領域
という。副偏向と呼ばれる部分は主偏向領域内をさらに
副偏向領域により分割し、主偏向により主偏向領域内で
の位置を決定して副偏向領域内を描画し、これを継ぎ足
していくことにより主偏向領域内部全体の描画を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電子線描画装置により
集積回路パターンなどを描画するには、従来上述したよ
うな方法が用いられてきた。しかし、電子線描画装置に
よるパターン描画においては、鏡筒内部（電子線描画装
置を構成する部分で、電子銃や収束偏向レンズなどが納
められ、電子線が通過する経路を内部に確保している部
分は、電子光学鏡筒あるいは単に鏡筒と呼ばれている）
のコンタミネーションに起因するチャージアップなどが
原因となり、描画中に電子ビームの位置ドリフトが生じ
る。このために、描画すべきチップ領域内ではそれぞれ
の主偏向領域の接続に誤差が生じ、また、主偏向領域内
では副偏向領域の接続に誤差が生じ、各部分図形間の接
続精度が低下し、ひいては描画パターン位置精度や線幅
精度が低下するという問題があった。また、分割した個
々の部分図面の領域内部の描画では電子線を偏向する必
要があるため、偏向によるひずみを補正して描画を行
う。偏向ひずみの補正は、個々の部分図面内に配置され
たマーク位置を電子線を用いて検出し、検出されたマー
クの位置データとあらかじめ測定されているマーク位置
との比較を経て補正を行う。しかし、補正に用いるマー
クは有限個であるため、必ずしも理想的な補正が行われ
るわけではなく、補正精度は偏向位置に依存するという
問題があった。

【０００５】本発明の目的は、１回に描画しうる範囲内
の大きさに分割した部分図形間の接続に誤差が生じない
ようにした電子線描画装置によるパターン描画方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる電子線描
画装置によるパターン描画方法は、所定の図形パターン
を電子線描画装置の１回に描画しうる範囲内の大きさの
部分図形に分割し、かつ各部分図形が同一の部分図形と
はならない大きさとした複数組の分割方法をとり、これ
により複数組に分割された各組の部分図形の露光を重ね
合わせることにより、チップ領域全体の描画を行なうも
のである。

【０００７】また、本発明は、所定の図形パターンを電
子線描画装置の１回に描画しうる範囲内の大きさの上位
部分図形に分割し、さらに、上位部分図形を上位部分図
形の範囲内の大きさの下位部分図形に分割し、かつ各上
位および下位部分図形がそれぞれにおいて同一の部分図
形とはならない大きさとした複数組の分割方法をとり、
これにより複数組に分割された各組の部分図形の露光を
重ね合わせるようにして、チップ領域全体の描画を行う
ものである。

【０００８】

【作用】本発明においては、複数組の各部分図形の露光
を重ね合わせてチップ領域全体の描画を行うので、ある
組中の部分図形中に偏向ひずみがあったとしても、他の
偏向ひずみのない組の部分図形により偏向ひずみが低減
され部分図形間の接続精度の低下を防止する。

【０００９】また、本発明は、上位部分図形に分割し、
さらにそれを下位部分図形に分割するようにした部分図
形間の接続においても同様の作用を有する。

【００１０】

【実施例】以下、図面にそって本発明を説明する。実施
例を説明する前に本発明の原理を図１を用いて説明す
る。この例では、本発明による全ての利点を必ずしも享
受できるわけではないが、後に説明する実施例において
ここでの議論を利用する。図１には同一の図形データか
ら作成した分割された部分図形の大きさが異なる２つの
描画データを用いて、回路パターンを描画する場合の回
路パターンと各部分図形の境界の関係を示した。最も太
い実線で示した矩形１は描画すべき回路パターンをすべ
て含んだチップ領域（あるいはチップ領域の境界）を示
している。チップ領域１が各部分図形の領域よりも大き
い場合には、上記で説明したように、１回で描画できる
範囲の部分図形を単位としてチップ領域１を分割し、各
部分図形を張り合せてチップ領域１全体を描画する。図
１（ａ）は１個の部分図形の寸法がｍｄ₁ （簡単のため
縦および横方向の部分図形寸法は同一とした）の場合
に、チップ領域１が複数の部分図形に分割される様子を
示している。縦横に走る破線２は部分図形間の境界を示
しており、網かけされた領域３は大きさｍｄ₁ ×ｍｄ₁
をもつ部分図形の１つの例を示している。同様に、図１
（ｂ）は部分図形寸法がｍｄ₂ の場合にチップ領域１が
部分図形により分割される様子を示した。ここでも図１
（ａ）と同様に、縦横に走る実線４は部分図形間の境界
を、また、網かけされた領域５はｍｄ₂ ×ｍｄ₂ の大き
さをもつ部分図形の１つの例である。ここで、ｍｄ₁ ≠
ｍｄ₂ であり、チップ領域内では部分図形の境界が重な
らないようにそれぞれの数値を選んである。これら２つ
の描画データは基本的には部分図形寸法が互いに異なる
のみの差であり、電子線の位置ドリフトがなければ回路
パターン６の描画は基板上の同じ位置に同じ寸法を与え
るように行なわれる。図１（ｃ）は同図（ａ）および
（ｂ）を用いて重ね合わせ描画を行った結果を示した図
である。この図から明らかなように、チップ領域１中に
配置された回路パターン６は複数の部分図形にまたがっ
ているが、各部分図形間の境界２および４は互いに異な
る位置に存在している。

【００１１】パターン形成に必要な適正露光量を２分し
て、５０％の露光量で図１（ａ）の描画を行い、さらに
５０％の露光量で図１（ｂ）の描画を行うとして、１つ
の部分図形（図形寸法ｍｄ₂ をもつ領域）の位置が電子
線のドリフトにより横方向にｄｘだけずれた場合を考え
る。この時の部分図形と回路パターン６の位置関係を図
２（ａ）に示す。図２（ｂ）は描画した部分図形に対す
る露光量の分布を示した図である。寸法ｍｄ₂ をもつ部
分図形７が横方向にずれたことにより、露光されたＰ１
の部分の露光量は寸法ｍｄ₁ をもつ部分図形内の描画の
みにより５０％，Ｐ２の部分の露光量は寸法ｍｄ₁ およ
びｍｄ₂ をもつ２つの部分図形内の描画が完全に重なっ
ているため１００％、そしてＰ３の部分の露光量は寸法
ｍｄ₂ をもつ部分図形内の描画のみにより５０％とな
る。パターンが１００％の露光量の部分のみでしか形成
されないと仮定すれば、得られるパターンの幅はずれの
量だけ細くなるが、部分図形間の境界で図形が定義され
ている位置を越えて形成されることはない。

【００１２】図２では、簡単のために部分図形の大きさ
を変えた２つのデータを用いてパターンの描画を行うこ
とを考えたが、部分図形の大きさを変えたｎ個のデータ
を用いてパターン形成を行う場合、各部分図形がチップ
領域内で同じ位置に存在しないように選ぶことにより、
１つの部分図形がずれることによる影響を１／ｎに抑え
ることができる。すなわち、同一図形に対してｎ回の露
光を行うため、その中の１回の露光時に位置ずれが生
じ、本来露光されない部分が露光されたとしても、その
部分の露光量は適正露光量の１／ｎであり、現像条件を
制御することによりその影響を取り除くことができる。

【００１３】上記原理に基づく本発明の一実施例を次に
説明する。この実施例は、図２に示した回路パターンの
描画を各部分図形寸法の異なる４組の描画データを用い
て行う場合である。その内の１回の描画時に位置ずれが
生じたものとする。各々の描画は適正露光量を４分し
て、それぞれ適正露光量の２５％の露光量で行う。この
場合の露光量分布を図３に示す。Ｐ３の部分は位置ずれ
を生じた部分図形内の描画のみにより露光された部分と
なるので露光量は２５％である。Ｐ２の部分は４回の重
ね合わせ露光が完全に重ね合わされているので、その露
光量は１００％である。さらに、Ｐ１の部分はＰ３を露
光した部分図形がずれたために、その露光量は他の３回
の重ね合わせ露光により７５％の露光量となる。この
時、適正露光量の７０％の露光量でパターン形成が可能
な現像条件を用いれば、Ｐ３の部分は露光量不十分でパ
ターン形成されず、１００％および７５％の露光を受け
たＰ１およびＰ２の部分は現像によりパターン形成が行
われる。パターン形成されるＰ１およびＰ２の部分は元
々回路パターンとして定義されている部分に正確に一致
しており、部分図形寸法の異なる４つの描画データを用
いた重ね合わせ露光を行う本発明により、描画中の位置
ずれの影響を抑制した高精度な描画が可能であることが
分かる。

【００１４】図４に本発明を用いてチップ領域内でのパ
ターン存在比（チップ面積に対する総図形面積の割合）
が３０％であるＬＳＩパターンを描画し、描画後現像を
行って得られたＬＳＩパターンの描画位置精度を評価し
た結果を示す。図４（ａ）は本発明を用いて部分図形の
大きさが互いに異なる４組の描画データを用いて描画し
た場合の位置精度評価結果である。部分図形寸法として
は、２０００μｍ，１７００μｍ，１５００μｍおよび
１０００μｍを用いた。本実施例ではチップ領域内で部
分図形間の境界が重なることがあるが、すぐ後に述べる
ように、この場合でも十分な効果を得ることができる。
図４（ｂ）は従来の方法を用いて同一のＬＳＩパターン
を描画した場合の位置精度評価結果である。チップ領域
は１３×１３ｍｍであり、描画位置精度評価用のマーク
パターンが１ｍｍピッチでＬＳＩパターン周囲に配置さ
れている。従来法による描画位置精度はｘ軸方向で０．
０９μｍ（３σ），ｙ軸方向で０．１０８μｍ（３σ）
であるが、本発明を用いた結果ｘ軸方向で０．０５５μ
ｍ（３σ），ｙ軸方向で０．０５８μｍ（３σ）と大幅
に改善された。上記で用いた記号σは、数値データの標
準偏差（分散）を示すものであり、ばらつきの度合いを
表している。また、記号３σは数値としてのσの３倍の
値を与えるもので、統計学的に数値データのばらつき
は、ほぼこの値で与えられる範囲におさまる。なお、図
４（ａ），（ｂ）中の８は描画後測定により得られた位
置精度測定用パターンの位置を示す。

【００１５】また、主偏向および副偏向を用いて所望の
パターン描画を行う場合についても、上記実施例の分割
する部分図形に関する議論を副偏向について実施し、さ
らに主偏向について実施することにより各々の偏向領域
のずれを抑制できることは明白である。すなわち、所定
の図形パターンを電子線描画装置の１回に描画しうる範
囲内の大きさの上位部分図形（主偏向）に分割し、さら
に前記上位部分図形とをその範囲内の大きさの下位部分
図形（副偏向）に分割し、かつ各上位および下位部分図
形がそれぞれにおいて同一の部分図形とはならない大き
さとした複数組の分割方法を取り、これにより複数組に
分割された各組の部分図形の露光を重ね合わせるように
すればよい。

【００１６】さらに、３段階以上の偏向機能を利用して
パターン形成を行う電子線描画装置を用いる場合にも、
上記実施例を各段の偏向に対して実施することにより本
発明の効果を実現できることも容易に推察することがで
きる。また、原理説明のところで述べたように、分割方
法が２組の場合には、パターンの幅はずれの量だけ細く
なるが、これでも境界を越えて図形が形成されることが
ないので十分有効である。そして、部分図形の境界が各
組で全部重ならないようにしなくとも実用上十分である
から、各組の部分図形が同一でなければよい。

【００１７】なお、本発明では簡単のため主偏向領域サ
イズおよび副偏向領域ドサイズは矩形として考えてきた
が、実際の描画データにおける主偏向領域分割あるいは
副偏向領域分割は必ずしも正確な矩形とはならず凹凸と
した境界を有している場合が多い。これは、主偏向領域
あるいは副偏向領域境界をまたいで同一の回路パターン
が分割されることを防ぐためである。しかしながら、こ
の場合にも主偏向領域サイズあるいは副偏向領域サイズ
は凹凸を考慮しない矩形の大きさとして定義することが
できる。したがって、本発明はこのような場合も当然含
んでいる。

【００１８】

【発明の効果】本発明にかかる電子線描画装置によるパ
ターン描画方法は、所定の図形パターンを電子線描画装
置の１回に描画しうる範囲内の大きさの部分図形に分割
し、かつ各部分図形が同一の部分とならない大きさとし
た複数組の分割方法をとり、これにより複数組に分割さ
れた各組の部分図形の露光を重ね合わせるようにしたの
で、部分図形間の接続に誤差が生ずることがない。一般
的にドリフトなどに起因した部分図形のずれは無作為的
に生じるため、本発明のようにパターンの描画に際して
部分図形寸法の異なるデータを重ね合わせて行なう場
合、同じパターンを描画する各部分図形の位置が多重に
ずれる確率は極めて低くなる。したがって、部分図形が
ずれることによるパターンの描画位置精度の低下を大幅
に抑制することができるとともに、パターンの線幅精度
を向上させることが可能である。

【００１９】また、本発明は、上位部分図形に分割し、
さらにそれを下位部分図形に分割するようにした部分図
形間を接続する場合にも、上記と同様の効果が得られ
る。

【００２０】以上説明したように、本発明によれば部分
図形寸法が異なる複数組の部分図形を重ね合わせて描画
することにより、電子線描画装置によるパターン形成に
際し、部分図形接続誤差を抑制した高いパターン描画位
置精度を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する図である。

【図２】一部の偏向領域に位置ずれが生じた場合の露光
結果と露光量分布を示す図である。

【図３】偏向領域サイズの異なる４つの描画データを用
いて描画した場合の各パターン部の露光量分布を示す図
である。

【図４】本発明の一実施例および従来例による位置精度
評価結果を示す図である。

【符号の説明】

１ チップ領域（チップ領域の境界） ２ 偏向領域サイズｍｄ₁ をもつ各部分図形の境界 ３ 偏向領域サイズｍｄ₁ ｘｍｄ₁ をもつ部分図形 ４ 偏向領域サイズｍｄ₂ をもつ各部分図形の境界 ５ 偏向領域サイズｍｄ₂ ｘｍｄ₂ をもつ部分図形 ６ 描画すべき回路パターン ７ 描画中に位置ずれを生じた大きさｍｄ₂ をもつ部分
図形 ８ 描画後測定により得られた位置精度測定用パターン
の位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の部分図形を合わせて所定の図形パ
   ターンを形成する電子線描画装置によるパターン描画方
   法において、前記所定の図形パターンを前記電子線描画
   装置の１回に描画しうる範囲内の大きさの部分図形に分
   割し、かつ各部分図形が同一の部分図形とはならない大
   きさとした複数組の分割方法をとり、これにより複数組
   に分割された各組の部分図形の露光を重ね合わせること
   を特徴とする電子線描画装置によるパターン描画方法。
2. 【請求項２】 複数の部分図形を合わせて所定の図形パ
   ターンを形成する電子線描画装置によるパターン描画方
   法において、前記所定の図形パターンを電子線描画装置
   の１回に描画しうる範囲内の大きさの上位部分図形に分
   割し、さらに、前記上位部分図形を上位部分図形の範囲
   内の大きさの下位部分図形に分割し、かつ各上位および
   下位部分図形がそれぞれにおいて同一の部分図形とはな
   らない大きさとした複数組の分割方法をとり、これによ
   り複数組に分割された各組の部分図形の露光を重ね合わ
   せることを特徴とする電子線描画装置によるパターン描
   画方法。