JPH0722106B2

JPH0722106B2 - 電子ビーム描画装置

Info

Publication number: JPH0722106B2
Application number: JP60261413A
Authority: JP
Inventors: 直樹楠井
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1985-11-22
Filing date: 1985-11-22
Publication date: 1995-03-08
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: JPS62122214A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、ラスタスキャン方式の電子ビーム描画技術に
係わり、特にビーム径を可変にしてパターンを描画する
電子ビーム描画装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、半導体ウェハやマスク基板等の試料上に所望パタ
ーンを描画するものとして、各種の電子ビーム描画装置
が用いられている。そして、この装置における描画方式
としては、ビームの走査範囲内を端から端まで走査し、
パターンの部分でビームを照射するラスタスキャン方式
が一般的である。

しかしながら、この種のラスタスキャン方式の電子ビー
ム描画装置にあっては、次のような問題点があった。従
来、固定ビームであるために、ビームサイズが有限であ
り、標準サイズの整数倍とならない端数寸法のパターン
の描画を行うことはできない。また、標準ビームサイズ
を小さくすると、“塗り潰し法”であるラスタスキャン
方式では、描画時間がビームサイズの２乗に反比例して
長くなる。

ここで、第８図（ａ）に示す如く端数寸法を持っている
パターン82（図中実線ハッチングで示す）が基板81上の
限定された場所にあるときは、その部分を小さいビーム
で、他を大きいビームで描画すれば、合理的な時間で描
画が完了する。しかし、このような場合は少なく、一般
的には第８図（ｂ）に示す如く、端数寸法を持っている
パターン82と整数データのパターン83（図中破線ハッチ
ングで示す）とが混在している。従って、現在の方法で
は、径の小さいビームで全面を描画するしかなく、これ
がスループットを低下させる要因となっている。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、ラスタスキャン方式の電子ビーム描画
において、ビームの寸法を可変してパターンを描画する
ことにより、描画スループットの向上をはかり得る電子
ビーム描画装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、２種以上のパターンが混在していて
も、データ準備段階でこれを分割して別々のチップと
し、例えば細いビームで描くべきチップＡと太いビーム
でも描けるチップＢとに分け、これらを描画時に同一基
板上に重ね合わせ描画することにある。

即ち本発明は、電子銃から放射された電子ビームを集束
偏向制御し、試料上に所望パターンを描画するラスタス
キャン方式の電子ビーム描画装置において、ビーム径を
略連続的に任意の大きさに設定する手段と、１つのチー
プデータをその１つ１つのパターン寸法に基づいて複数
のグループに分割する手段と、分割されたそれぞれのグ
ループに対し描画する際の最適ビーム寸法を選択する手
段と、該選択されたビーム寸法で各グループをそれぞれ
描画し、且つ各グループを前記試料上に順次重ね合わせ
描画する手段とを設けるようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、チップデータをそのパターン寸法に基
づいて複数のグループに分割し、分割したそれぞれのグ
ループについて最適ビーム寸法で描画を行うことができ
る。このため、基準パターンが複数種存在する場合で
も、ビーム径をこれらの最大公約数とする必要はなく、
各パターンサイズに適合した比較的大径のビームでパタ
ーンを描画することができる。従って、トータルのビー
ム走査数を減らすことができ、描画スループットの向上
をはかり得る。

〔発明の実施例〕

まず、実施例を説明する前に、本発明の基本原理につい
て説明する。

本発明における描画時の流れは、第２図に示す如く一般
的な電子ビーム描画と基本的には同様である。即ち、I,
II段階でチップデータ及び配列データを準備し、さらに
III段階で電子ビーム描画装置を初期設定したのち、IV
段階で描画を開始する。

第３図に示すサンプルについて、この流れを説明する。
第３図（ａ）に示す如く、チップデータ51の中には、端
数データパターン52（固定の標準ビーム径の整数倍でな
いもので図中実線ハッチングで示す）と整数データパタ
ーン53（図中破線ハッチングで示す）とがそれぞれ混在
しているものとする。

従来の方法では、第３図（ｂ）に示す如く描画枠54で囲
まれた全領域を、共通のビーム径（ここではビーム径と
云う用語で描画データの最小単位１ドット或いは１ピク
セルとしても用いる）で塗り潰す必要がある。この時の
ビーム径は、両者のパターン寸法の最大公約数である必
要があり、一例として整数部53が１［μｍ］の設計ルー
ルで、端数部52が1.3［μｍ］の設計ルールであるとす
ると、ビーム径としては0.1［μｍ］を用いざるを得な
い。このため、描画時間が長大なものとなる。

なお、実際的には、ビーム径0.25［μｍ］を用いて、1.
0［μｍ］の整数部53を４本（ビームの４回走査）で、
1.3［μｍ］の端数部52を５本で近似して描画すること
もある。しかしながら、この場合描画精度の低下を招く
ことになる。

そこで本実施例では、第３図（ｃ）（ｄ）に示す如く、
チップデータ51を1.0［μｍ］の整数部53（これをチッ
プＢとする）と、1.3［μｍ］の端数部52（これをチッ
プＡとする）とに分割し、チップＢはビーム径0.25［μ
ｍ］を用い４本走査で、チップＡはビーム径0.325［μ
ｍ］を用いて４本走査で描画する。これにより、0.1
［μｍ］のビーム径で全面描画するよりも、描画時間を
遥かに短くすることができる。但し、パターンの存在領
域を無視して元の描画枠54通り描画したのでは、上記の
近似描画法に比べ描画精度は向上するが、描画時間が約
２倍となってしまい余り実用的でない。そこで本発明で
は、第３図（ｃ）（ｄ）に示す新たな描画枠56,57に基
づいてラスタスキャンによる描画を行う。

一般に、パターンの種別で分けると、それぞれの描画枠
は基のものよりかなり小さくなり、或いは密度が粗くな
るため、後述するジャンプ機能を用いることにより、総
合の描画時間は２度書きしても一概に大きくなるとは限
らず、小さくなることもあり得る。第３図（ｂ）と同図
（ｃ）（ｄ）との描画時間の概略比率（描画枠面積／ビ
ーム径）を計算すると、第３図（ｂ）の例では８×11/0.1²＝8800 第３図（ｂ）の近似描画法では８×11/0.25²＝1408 第３図（ｃ）（ｄ）の例では５×6/0.25²＋10×1.2/0.325²＝594 となる。ここで、上記数値（1.2）は、第３図（ｄ）に
示すチップＡを後述するジャンプ機能を用い分割して描
画したときの描画面積を算出するための係数である。ま
た、第３図（ｄ）のチップＡを分割でなく、外包絡線内
全面露光したとして５×6/0.25²＋７×11/0.325²＝1209 となる。さらに、端数部がどうしても0.1［μｍ］径の
必要があるとしても、５×6/0.25²＋10×1.2/0.1²＝1680 または上と同様に５×6/0.25²＋７×11/0.1²＝8180 となる。即ち、全面を微小径で描画する場合に比べ、分
割ジャンプ法では、種々のバリエーションがあるが、6.
8〜93［％］の時間で描画ができる。なお、この数字そ
のものはパターン構成で大幅に異なるので余り意味はな
いが、この方法がスループット上有利な可能性を秘めて
いることは明らかである。

上の例では、ビーム径を連続的に変えることを利用して
比較的大きい値（0.25μm,0.325μｍ）で対処したが、
データの分割法はその他にも色々考えられる。1.0［μ
ｍ］及び,1.3［μｍ］の混合パターンに対し他の一例と
して、 1.0μｍ＝0.2μｍ×５ライン 1.3μｍ＝0.2μｍ×６ライン＋0.1×１この場合、スループットの比較では比較的不利となる可
能性もあるが、１［μｍ］のパターンに比べ1.3［μ
ｍ］の部分が少なく0.1［μｍ］のビーム径描画時のジ
ャップ効果が良いときに用いるべき方法である。

以下、本発明の一実施例について、図面を参照して説明
する。

第１図は本発明の一実施例に係わる電子ビーム描画装置
を示す概略構成図である。図中10は電子光学鏡筒であ
り、この電子光学鏡筒10は電子銃11、各種レンズ系12,1
3,14、ブランキング用偏向器15及び走査用偏向器16等か
ら構成されている。電子光学鏡筒10の下方には、試料室
17が設けられている。この試料室17内には、マスクブラ
ンクス等の試料基板18を載置した試料ステージ19が収容
されている。

図中20は各種演算制御を行うためのCPU、21はインター
フェース、22は磁気ディスク（DISK）、23は入力キーボ
ード（TW）、25はCRTディスプレイ（CRT）、26は磁気テ
ープ（MT）、27はダイレクトメモリアクセス回路（DM
A）である。27は各種回路の動作を制御するための描画
制御部、28は各種回路の動作の同期をとるための同期制
御部、29はDMAから読出されたデータを一旦保持するの
バッファメモリ、30はバッファメモリ29の内容に応じて
描画すべきパターンを発生するのパターン発生器、31,3
1′は１フレーム毎のパターンデータを格納するのパタ
ーンメモリである。また、32はデータ読出し回路であ
り、この回路32の出力が前記偏向器15に印加される。33
は偏向制御回路であり、この回路33の出力が前記偏向器
16に印加される。34は試料ステージ19の移動位置を測定
するための位置測定回路、35は試料ステージ19を駆動す
るためのステージ駆動回路である。また、36は電子光学
鏡筒10の電子銃及び各種レンズ系を制御するためのEOS
制御回路である。

この装置を用いたラスタスキャン描画の例を第４図に示
す。なお、図中41は基板、42は偏向器の偏向幅で定まる
フレーム領域、43は描画枠である。描画開始点Ｐからス
テージ移動によって第１フレームを＋Ｙ方向（FWD）に
描画していき、描画枠エンドで停止して、再びステージ
移動により＋Ｘ方向に移動し、次のフレームへ行く。今
度は、第２フレームを−Ｙ方向（BWD）に描画してい
く。ここで、次のフレームは事前にチェックし、そのフ
レームデータが無い場合（第４図の例では第４フレー
ム）、Ｘ送りはそこをジャンプして次のフレームへ位置
決めされる。これがＸ方向ジャンプ機能である。また、
Ｙ方向にも第ｎフレームに示す如く、ある単位エリア毎
にパターンの有無をチェックし、例えばイ，ロ，ハ部に
パターンが無いと、BWDの移動はハの下限で終了する。
これがＹ方向ジャンプ機能である。以上のX,Yのジャン
プ機能を合わせて、以後”ジャンプ機能”と総称する。

次に、上記装置の動作順序を説明する。

最初に、前工程システム（LSI用CADシステム等）で作ら
れたLSIのチップデータをMT25からローディングする。
通常、この工程でデータフォーマット変換を受け、個々
の電子ビーム描画装置で用い易い形に変換されるのであ
るが、本装置では更に、上述した如くパターン寸法によ
って複数ファイルに分割して登録する。オペレータから
TW23によって登録された基本ビーム径（これをソフト側
では通常、アドレスサイズと呼ぶ）でパターン幅を定義
し、整数倍で定義されるものと、それ以外のものとに分
ける。それ以外のものは別のチップファイルとし、オペ
レータが指示した第２のアドレスサイズで定義する。勿
論、同一パターンを基本アドレスサイズの整数部を切出
し、残りの部分を第２のアドレスサイズで定義すること
も可能である。

以上の如く元のチップファイルを２つ以上のチップファ
イルに分解する方式としては、第５図乃至第７図に示す
如く、大別して次の３つの方式がある。

第１の方式（第５図）は、LSIパターンの主要部分のデ
ザインルールが明確で、その一部に別寸法が用いられて
いる場合（上記の例では、大部分が1.0mルールで、所々
に1.3μｍルールがある場合）であり、データ変換段階
でパターン幅が1.0［μｍ］,1.3［μｍ］及びそれ以外
にそれぞれのグループについて変換時のアドレスサイズ
をオペレータが指示する。パターン幅がβのものについ
ては、 βの整数分の１でアドレスサイズ決定描画の領域単位へパターンのカットフォーマット変換各種修飾の処理を用い、チップデータを作成する。パターン幅が
αのものについては、 αの整数分の１でアドレスサイズ決定及び上記〜の処理を行い、チップデータを作成す
る。また、パターン幅がα，β以外の場合、大きいアドレスサイズ決定及び上記〜の処理を行い、チップデータを作成す
る。これによって、複数のチップデータとなる。

第２の方式（第６図）は、基本寸法に共通なアドレスサ
イズαを定義し、どのパターンもこの整数倍で定義し、
不足の端数部分のみを残余のパターンとして別ファイル
とし別アドレスサイズを指定する。この時のアドレスサ
イズの選択基準は、残余パターンの最大公約数が良い。

第３の方式（第７図）は、特別の精度（位置精度及びエ
ッジラフネス等）を必要とするパターンと、それ以外と
を領域等でオペレータが区別し、指定領域は最小アドレ
スサイズで、他は通常のアドレスサイズでデータ変換す
る。

これらのアルゴリズムが前記CPU30のプログラムとして
登録されており、端末（TW23及びCRT24等）を介してオ
ペレータとの会話により進めていく。以上の準備によ
り、描画すべきチップは２つ以上のアドレスサイズの異
なったチップとしてDISK22に登録されている。次いで、
描画すべき試料基板（この基板は図示しないオートフィ
ーダ等により試料ステージ19上に搭載される）のどこに
どのチップを描画するかの配列情報をやはりオペレータ
が規定していく。この時、もともと１つのチップデータ
が２個以上に分割されているものについては、相対位置
を正しく指定することが肝要である。

このようにして描画に必要な諸情報（第２図のI,IIのス
テップ）が整ったことになり、その後実際の描画に入
る。描画制御の基本はラスタスキャン方式の電子ビーム
描画描画装置の一般的なものと同様であり、次の〜
の順に描画が行われる。

第ｉ番目のフレームデータがパターンメモリ31に用意
される。

ステージ駆動回路35からの指令で、試料ステージ19は
第ｉフレームの描画開始位置に位置決めされる。

試料ステージ19はＹ方向連続走行をスタートする。

位置測定回路34及び同期制御部28により描画開始位
置、更には各スキャン開始位置の信号が送出される。

上記の処理で得られた信号に基づいて、偏向制御回
路33から三角波を出しビームを偏向させる。

上記の処理と同時に、描画制御部27からの指令によ
り、データ読出し部32を経由してパターンメモリ31のデ
ータがブランキング用偏向器15に転送される。

ここまでの処理により１フレームの描画が実行される
が、この間に CUP20は第ｉ＋１番目のデータを用意する。バッファ
メモリ29及びパターン発生器30を経て、パターンメモリ
31′に上記データをストアする。ここで、パターンメモ
リは２チャンネルあり、ｉ番目描画中にｉ＋１番目のス
トアは他方のパターンメモリ31′にストアされる。

上記によるのデータ準備中にｉ＋１番目のデータの
存在域をCPU20はチェックし、次の描画位置を決定す
る。この時、データが無い部分はジャンプされる。

以上の〜を最終フレームまで繰返すことにより、分
割されたチップの１つは描画が終了する。通常の描画で
はここでオートフィーダー等を用いて基板18をアンロー
ドする訳だが、本実施例では分割されたチップが存在す
る限り基板18を下ろすことなく重ね描画がなされる。即
ち、この間でアドレスサイズが変更されるので、EOS制
御回路36からの制御でビーム径、その他の諸条件を設定
し直す。また、第１チップとの相対位置が正しく維持さ
れるためビーム位置をチェックする。

次いで、第２のチップを上記第１のチップと同様にして
描画する。このようにして元のチップに相当する全チッ
プの描画が終われば、描画完了となる。

このように本実施例によれば、従来のラスタスキャン型
電子ビーム描画の欠点と言われてきたスループットの問
題を、データ変換段階からトータルとして見直すことに
より解決することができる。即ち、チップデータをその
パターン寸法に基づいて複数のグループに分割し、該分
割した各グループについて最適なビーム寸法を選択して
描画を行うことができる。このため、基準パターンが複
数種存在する場合であっても、ビーム径をこれらの最大
公約数とする必要はなく、各パターンサイズに適合した
比較的大径のビームでパターンを描画することができ、
これにより描画スループットの大幅な向上をはかり得
る。

また、ラスタスキャンの線幅増分は通常、最小ビーム径
と言われているが、連続アドレスサイズの本装置では、
データの作り方によって線幅増分は無限小となる。例え
ば、１［μｍ］と1.005［μｍ］のパターンのとき、0.2
5［μｍ］で１［μｍ］の部分を描画し、0.25125［μ
ｍ］で1.005［μｍ］部分を描画することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、装置の構成は第１図に何等限定されるもの
ではなく、使用に応じて適宜変更可能である。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる電子ビーム描画装置
を示す概略構成図、第２図及び第３図はそれぞれ本発明
の基本原理を説明するためのもので第２図は描画開始ま
での手順を示すフローチャート、第３図はパターン分割
例を示す模式図、第４図は上記描画装置を用いた描画手
順を説明するための模式図、第５図乃至第７図はそれぞ
れチップデータの分割方式を説明するためのフローチャ
ート、第８図は従来の問題点を説明するための模式図で
ある。 10……電子光学鏡筒、17……試料室、18……試料基板、
19……試料ステージ、20……CPU、21……インターフェ
ース、22,〜,25……各種端末、26……DMA、27……描画
制御部、28……同期制御部、29……バッファメモリ、30
……パターン発生器、31,31′……パターンメモリ、32
……データ読出し回路、33……偏向制御回路、34……位
置測定回路、35……ステージ駆動回路、41……チップ、
42……フレーム、43,54,56,57……描画枠、51……チッ
プデータ、52……端数データパターン、53……整数デー
タパターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子銃から放射された電子ビームを集束偏
向制御し、試料上に所望パターンを描画するラスタスキ
ャン方式の電子ビーム描画装置において、ビーム径を略
連続的に任意の大きさに設定する手段と、１つのチープ
データをその１つ１つのパターン寸法に基づいて複数の
グループに分割する手段と、分割されたそれぞれのグル
ープに対し描画する際の最適ビーム寸法を選択する手段
と、該選択されたビーム寸法で各グループをそれぞれ描
画し、かつ各グループを前記試料上に順次重ね合わせ描
画する手段と、前記各グループの任意の１つを描画する
際に、所定の単位面積毎にパターンの有無を判定し、パ
ターンのない部分をジャップする手段とを具備してなる
ことを特徴とする電子ビーム描画装置。