JPS62162329A - 電子ビ−ム露光における図形分割方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子ビーム露光における図形分割方法、特に
電子ビームを用いたパタン形成において、集積回路等の
設計パタンデータから描画データを作成するための方法
に関するものである。

電子ビーム露光は、電子の波長が短く微−細パタン形成
に適していること、電子が電荷を持っているためにその
制御が容易なことなどの理由から、特に半導体集積回路
のパタン形成技術として注目され、既にホトマスクの製
作に適用され始めている。集積回路が今後さらに大規模
化するに従い、多品種で少量のＬＳＩが要求され、その
製作技術として従来のマスクを用いたプロセスに代わり
、マスクを製作する必要のない電子ビームを用いたウェ
ハ上への直接描画技術が有望視されている。電子ビーム
を用いた直接描画技術を確立するためには、露光装置の
生産性向上が最大の要求条件であったが、可変成形ビー
ムを用いる露光装置が提案され、描画速度は大幅に向上
した。その理由は、従来のポイントビーム方式では、点
でパタンを塗りつぶしていたのに対し、可変成形ビーム
方式では図形パタンを、例えば７辺が７０μｍまでの矩
形に分割して、その矩形毎にいわば面で塗りつぶすため
である。ここで注意を要するのは、ポイントビーム方式
では塗りつぶすパタンの面積によって描画時間が決まる
のに対し、可変成形ビーム方式では塗りつぶす面の数、
すなわち、ショットの数で描画時間が決まることである
。換言すると、可変成形ビーム方式では、同じパタンを
形成する場合であっても、バタ／の分割方法を変えてシ
ョットの数を少なくすれば、それだけ露光装置の生産性
は向上する。

さて、電子ビーム露光により集積回路パタンの形成を行
うとき、設計から得られる図形データはそのままの形式
では電子ビーム露光用の描画データとはならない。その
理由は、設計図形は、一般に、多角形で記述されている
のに対し、電子ビーム用の描画データではせいぜい台形
までしか許容されていないし、また設計で出力する図形
データを矩形だけで表現したとしても、そのままでは矩
形同志に重なシが生じて多重露光となるため描画データ
には適さないからである。従って、設計データに、例え
ば輪郭化処理を施して多重露光の除去を行い、しかる後
に矩形２台形等の基本図形や描画単位図形に分割するこ
とが行われている。ここで基本図形と描画単位図形につ
いて触れておくと、基本図形とは、多様なパタンを矩形
や台形等の単純なパタンに分割したときのそれぞれの図
形であシ、描画単位図形とは描画で用いるパタン創成の
単位図形である。ポイントビーム方式の露光装置では、
通常、基本図形が描画単位図形となる。

しかし、成形ビーム方式では、基本図形は一般に最大ビ
ーム寸法を越えているため、基本図形をさらに最大ビー
ム寸法以下の図形に分割して描画単位図形とする。成形
ビーム方式で描画単位図形を得るためには、輪郭化した
図形から直接に描画単位図形を切り取ってゆく方法もあ
るが、描画単位図形の繰り返し性が損われやすく、デー
タ圧縮には適さないなどの理由から、通常は基本図形に
分割し、その後に描画単位図形へ分割する。以下でも後
者の方法に沿って説明を行うことにする。

従来、基本図形への分割方法には処理速度が重要視され
てきた。従来法の例を第１図を用いて説明する。傾きの
ない矩形の集合体として表現できる１つの１Ｆ１１ｉｉ
郭図形をＰで表わす。この輪郭図形Ｐの輪郭を表わす辺
のうち、Ｘ軸に平行な辺をｎなどと書き、ＡＢ　＝　（
ｘ＋　Ｘ′、ｙ）と表わすことにする。ここで、Ｘ・Ｘ
′は辺正両端でのＸ座標値でｘくＸ′、ｙは辺■のＹ座
標値である。このように定めると次のように処理して基
本図形に分割できる。

（１１ＰのＸ軸に平行な辺の中で、Ｙ座標値最大のもの
を鳥とする。

庇＝　（Ｘｌ　＋　ＸＩ′、ｙｌ）とおく・（２）Ｙ軸
方向への射影が■と重なっている辺の中でＹ座標が最大
のものを面とする。

ＣＤ　＝　（Ｘ２＃　Ｘ２’ｌ　Ｙｚ　）　＋（ＸＩ　
＋　ｘｔ’）　ｎ（Ｘ２１　ｘ２’）’ｑＯ（３）矩形
りを、辺庇と点Ａ２点Ｂから垂直におろした線、および
逸品の一部分または延長部分で囲まれた領域とする。す
なわち、ＸＩ’≦Ｘ≦Ｘｉおよびｙｚ　＜　ｙ　＜　ｙ
ｔを満たす点（ｘ、ｙ）の集合を矩形とする。

（４）　　もしＬ＝Ｐならば終シ、そうでなければＰか
らＬを除いた図形を新たにＰとして（１）へ戻って同様
の処理を繰返す。

上記手法は、Ｙ座、標値最大の辺に注目し、これを下へ
射影する方法として記述したが、上下の考えを逆にして
下から上への射影としても良いし、左右の射影として考
えても同じである。ここでは上記の上から下への射影を
とシあげ、以降、この分割法を従来の分割法として参照
し、本発明と比較することとする。

輪郭図形から基本図形への従来の分割法にはこの他の方
法もあるが、いずれにしてもパタン形成上問題を有して
いる。まず第一に、可変成形ビームを用いた場合では、
ショツト数が大幅に増加して生産性が低下し、ポイント
ビームを用いた場合ではビーム位置がゆらぐ現象、いわ
ゆるビームドリフトを受けやすく、パタンの品質が低下
しやすい。第二には、成形ビームを用いた場合に、様々
の大きさのビームを混用するため各ショットの接続部で
パタン品質が低下する。

第一の問題点を第２図（Ａ）〜（０）を用いて説明する
。

このバタ／はｚ４ｔＫビットＭＯＳメモリのゲートパタ
ンに実在したもので、幅が約２μｍ１長さが２１ｍ以上
に及び、／チップに１００回以上繰返されている。

第２図（３）の輪郭図形に、上述した分割方法を適用す
ると第２図（ａ）となる。ポイントビーム方式ではこの
図形が描画単位図形となるが、このように極端に細長い
隣接した図形として２回に分けて描画するとビームドリ
フトの影響を受け、両パタンの接触部分でパタンか分離
しやすくなるなどパタン品質が劣化しやすい。可変成形
ビーム方式では、第２図（Ｂ）の図形をさらに使用ビー
ムの最大寸法で区切った第２図（０）の図形が描画単位
の図形となるが、この場合にはショツト数が増大する。

次に、第２の問題点について第３図（Ａ）〜（Ｃ）を用
いて説明する。既に知られているように、空間電荷効果
に起因して、成形ビームエッヂのだれはビーム電流に比
例する。第３図囚にこのビームエッヂのだれの様子を示
す。ここで、縦軸は成形ビームの電流密度を表わし、横
軸はビームの寸法を示す。ビームの電流密度は一定であ
るから、ビーム寸法が大きくなればビーム電流が増加し
、ビームエッヂのだれ幅はより大きくなる。すなわち、
第３図（Ａ）では、だれ幅Ｓ１＋８２がＳ２＞　Ｓ、と
なる。ビーム寸法が同じビーム同志を接続した場合を第
３図（Ｂ）に、ビーム寸法が異なるビームを接続した場
合を第３図（０）に示す。第３図（Ｂ）、　（Ｃ）にお
いても縦軸、横軸は第３図（Ａ）と同じである。ビーム
寸法が同じ場合には、第３図（Ｂ）に示すように全体で
の電流密度、すなわち、電荷の分布は点線で示すように
平坦となるが、ビーム寸法が異なる場合には第３図（０
）に点線で示すように電荷の分布は一様でなくなる。こ
の電荷分布のかたよりは、ビーム寸法が大きく異なる場
合により顕著となり、それだけパタンか途切れやすくな
って、パタン品質の低下をきたすことになる。従って、
パタン形成においてはビーム電流が大きく異なるショッ
ト同志を接続することは望ましくなく、ビーム電流が極
端に大きいあるいは小さいビームの使用は避けなければ
ならない。使用するビーム面積の上限値および下限値の
設定はこのような理由から必要となるが、面積上限値の
設定は容易でも、多様なＬＳＩパタンでは使用するビー
ムの面積下限値を規定することは極めて難しく、今まで
は特別な処理は施されていなかった。

本発明の目的は、上記の第２の問題点を解決する図形分
割法を提供するにある。

上記目的を達成するため本発明は、形成すべき図形パタ
ンを矩形からなる基本図形に分割する際に、図形の分割
工程において、最初の輪郭化された図形パタン又は分割
によって新たに生じた図形パタンの輪郭の辺の中に成形
ビームの一辺長の許容最小値εよりも小さい短辺が存在
するかどうかを判定する工程と、 該判定により短辺が存在する場合にはその短辺を延長し
、当該短辺の延長線から該許容最小値ε離れた領域以内
に当該短辺以外の辺が存在するかどうか探索し、当該短
辺以外の辺が存在する場合にはその辺が存在し始めると
ころまでを分割経路となし、存在しない場合には当該短
辺以外の辺に交わるところまでを分割経路となして図形
を分割する工程と、 該短辺の延長線以外の線を分割経路とする場合には、当
該分割経路から該許容最小値ε離れた領域以内に分割さ
れる図形の辺が存在するがどうか探索し、稜辺が存在す
る場合にはその辺が存在し始めるところまでを分割経路
となし、存在しなり場合には該辺以外の辺に交わるとこ
ろまでを分割経路となして図形を分割する工程と を含ませたものである。

上記のように、本発明によれば、成形ビームの一辺長の
許容最小値εが設けられ、これよりも小さい短辺を有す
る描画単位図形が生じないように分割されるので、ビー
ムの面積下限値が規定されることになシ、ビーム寸法が
大きく異なることによる電荷分布のかたよりが回避され
、描画パタンの品質が向上する。

次に、本発明を実施例に基いて説明する。

本発明の実施例をわかシやすく説明するために、集積回
路の図形パタンは傾きのない矩形の集合体で構成されて
いるものとする。傾きのある矩形等による斜め線を含む
図形が存在する場合は、以下に示す本発明の実施例の他
にさらに別の処理が必要となるが、本発明を適用可能で
あることに変わりはない。電子ビーム露光装置としては
、本発明により得られる効果が待に大きい可変成形ビー
ム方式のものとして、以下では説明を行うことにする。

本発明の実施例を詳細に説明する前に以下に実施例の概
略を述べておくことにする。

（１）輪郭化された図形の辺の中に成形ビームの一辺長
の許容最小値εよりも小さい短辺が存在するかどうか判
定し、存在する場合にはその短辺を延長した線を分割経
路として分割することにより分割された図形の輪郭の中
にεよシも小さい短辺が存在しなくなるようにする（第
弘図に対応）。

（２）　　（１）の場合において、７回の分割で生成さ
れる新たな図形の輪郭の中に分割によって新たにε未満
の短辺が生じる場合にはこの短辺を延長した線を分割経
路として更に分割する（第グ図（０）に対応）。

（３１（１）の場合において、分割の結果ε未満の幅を
もつ図形が生ずるのを避けるため分割経路からε離れた
領域まで辺が存在するかどうかを探索し、存在する場合
にはその辺が存在し始めるところまでを分割経路とし、
そ°れ以上延長しない（第弘図（Ｄ）に対応）。

（４）　　（１１〜（３）によって分割された図形を２
つの類型に分類する。

工型：Ｘ軸に平行な最上辺のＹ方向（下方）への射影が
最上辺以外の辺と重なる場合 （第！図囚に対応）。

夏型：Ｘ軸に平行な最上辺のＹ方向（下方）への射影が
Ｘ軸に平行な辺と接する場合 （第５図（Ｂ）に対応）。

（５）夏型及び夏型の図形を更に、最上辺の長さｗ１成
型ビームの最大辺の長さｔ１分割経路ＣＸの長さｔ。Ｘ
、分割経路Ｃｙの長さｔｃｙの大小関係に基いて分類す
る（第を図及び第７θ図に対応）。

（６）　　（５）で分類した図形を、従来の分割法で分
割する。

（力　（６）の分割において、従来の分割法で分割し、
これを描画単位図形に更に分割するとき分割数が増えて
好ましくなくなる分類の図形（あらかじめ分かっている
）を、従来法とは異なる分割経路（夏型に対してはＣｙ
、　ｌ夏型に対してはｃＸ）で分割する（夏型：第７図
（ｂ）に対応）。

（８）　　（６）の分割において、従来の分割法（夏型
に対してはＣＸ、■型に対してはＣ，）で分割するもの
については、分割の結果ε未満の幅をもつ図形が生ずる
のを避けるため分割経路からε離れた領域まで辺が存在
するかどうかを探索し、存在する場合にはその辺が存在
し始めるところまでを分割経路とし、それ以上延長しな
い（第り図及び第１２図に対応）。

（９）　　（４）〜（８）を繰シ返して全ての図形を基
本図形に分割する。

００）基本図形を描画単位図形に分割する。

以上が、本発明の図形分割法の実施例の概略であるが、
本発明は上記（１１，（２１，（３）及び（８）の工程
で用いられている。

次に、本発明の実施例を更に詳細に説明する。

まず、図形パタンの輪郭の辺の中に、長さε未満の短辺
が存在する場合の処理を説明する。第≠図（Ａ）にその
−例を示す。図中のεで示す長さが、成形ビームの一辺
長として許容できる最小値である。εの値はビームの最
大寸法、ビーム電流密度等によって変わるが、例えばε
＝０．３−μｍが考えられる。破線は従来の分割法によ
る分割経路を示し、これに従えば一辺長がε未満の短辺
をもつ基本図形が生じることになる。このように、輪郭
を表わす辺の中に長さε未満の短辺が存在する図形の場
合にはこの図形をそのまま基本図形に分割すると、−辺
長が・ε未満の辺をもつ基本図形を生じやすい。

そこで、本発明では、長さε未満の短辺が存在する場合
には、その短辺を延長して分割経路となし、もとの図形
を予じめ分割することとする。その例を第弘図ｆＢ）に
示す。ここで、破線が本発明を実施したときの分割経路
である。短辺を延長して分割経路となすにあたり、２つ
の場合を考える必要がある。１つは、第４を図（Ｃ）の
ごとく、短辺を延長した分割の結果ＡＢＯＤというε以
下の短辺を含む段差が切りとったあとの図形に生じる場
合である。

この場合は新たに生じた短辺ＢＯを延長し、ＯＢを次の
切断経路となせば良い。他の７つは、第を図ＣＤ）のご
とく、短辺を延長した分割の結果、ＡＣＤＩという幅が
６未満の半島状の図形を生じる場合である。この様な分
割は、−辺がε未満のビームを用いなければパタン形成
できなくなるため、避けることが望ましい。そこで、分
割経路の延長にあたり、該経路からε離れた近傍領域ま
で含めてパタン境界の存在を探索し、もしパタンの境界
が存在すれば分割経路の延長は、パタン境界が新たに近
傍に存在し始めるところまでとする。第≠図（Ｄ）の例
ではＡＢＥが新たな分割経路となる。新たに生じだｌと
いうε未満の段差のるつがいは、前述した様に第≠図（
Ｃ）の場合と同じである。

なお、幅がε未満の半島状パタンかそもそも存在すると
きには、これを形成するだめのビーム寸法もε未満とな
らざるを得ない。また、第弘図（ｇ）に示すパタンの場
合も、多重露光を許さない限シ、どの様な分割経路を選
んでも、−辺がε未満の基本図形を必要とする。

以上の処理により、第≠図（Ｅ）に示したようなやむを
得ない場合を除いて、輪郭図形の辺の中に長さε未満の
短辺は存在しないので、これを前提としてさらに本発明
の詳細な説明することにする。

まず、図形バタ／を２つの類型に分類する。この２つの
類型の代表的なパタンを第５図（５）および（Ｂ）に示
す。ここで、Ｗは最上刃ＡＢの長さ、ｃＸ。

Ｃｙはそれぞれのパタンでの分割経路の候補を示す。

Ｘ軸に平行な最上刃ＡＢ　＝（Ｘｌ　ｌ　ｘ１’　ｒ　
ｙＩ）に着目し、この辺のＹ軸方向の射影を考え、射影
がまず他のＸ軸に平行な辺と重なる場合を１型、射影が
まず他のＸ軸に平行な辺とＸ　＝　ＸｌあるいはＸ＝Ｘ
ｌ’で接触する場合を■型とする。すなわち、第５図（
４）に示すごとく、辺ＡＢの射影がまず辺ＣＤで重なる
場合がｆ型であシ、第５図（Ｂｌに示すごとく、辺ＥＦ
’とまず接触状態になる場合がｎ型である。これに対し
、第５図（０）に示すように、■型およびｎ型のどちら
にもあてはまる場合は■型に分類することとする。この
ようにして、全ての図形パタンは必ずどちらかの類型に
分類可能である。

はじめに、ｌ型の図形パタンの分割法を説明する。

分割経路は第５図（Ａ）のｃＸあるいはりのいずれがと
なる。最上刃の長さＷ、成形ビームの最大辺の長さｔ１
分割経路Ｃｘの長さＬＣＸｓ分割経路ｃｙの長さｔｃｙ
の大小関係によるパタンの分類を第３図に示す。Ｗ＋　
　ｔｃｙはｔと比較し、ｔｃｘはｔ（ｙＸｎと比較した
。ｔｃｘはｔと比較してもよいが、パタン形状依存性を
よりはっきりさせるために、ｔｃｙのｎ倍（ｎは正整数
、例えばｎ＝２）と比較することとした。

従来の分割法ではＣｘを分割経路とするが、第６図示の
各種パタンのうち、ショツト数が増えて好ましくない分
割となるのは、（３）の場合である。第７図囚に従来法
で分割したときの様子を、描画単位図形を用いて示した
。このようなとき、すなわちＷ≧ｔ＋　　ｔ（ｘ≧ｎ　
ｌ　ｃｙ　＋　ｔ（ｙ　＜　ｔの場合には、本発明はＣ
９の経路で分割を行なう。

本発明の分割実施例を第２図（Ｂ）に示す。従来の分割
法に比べ、ショツト数低減の効果が明らかである。

さて、Ｃｙを分割経路とする場合は、−辺の長さε未満
の辺は発生し得ないが、ｃＸを分割経路となす場合には
、ε未満の辺の発生に留意しなければならない。Ｃｘを
分割経路となす場合について第ｒ図・を用いて説明する
。

同図においてＷ、ＣＸ、Ｃｙはすでに第夕図（４）、（
Ｂ）に示した通りである。ここで、分割経路ＣＸより下
方に距離ｐだけ離れた位置の一点鎖線ｍは、そこまで図
形パタンか必ず存在することを示している。

第ｒ図囚のように、ｐ≧εであれば、分割経路Ｏｘの下
方に十分に大きい図形パタンか存在するのでＣｘで分割
するときに残りの下方の図形パタンに問題は生じない。

しかし、第ｒ図（Ｂ）のようにｐくεのときにはＣｘの
下方の図形パタンで一辺長ε未満の描画単位図形が生じ
るので、Ｃｘでの分割はそのままでは不適切となる。

そこで、分割経路延長にあたり、該経路から下側にε離
れた領域まで含めてパタン境界の存在を探索し、もしパ
タンの境界が存在すれば、分割経路の延長はパタン境界
が新たに近傍に存在し始めるところまでとする。

例えば、第２図のパタンでは、分割経路を点りからＧへ
延ばさずに途中の１４点までとし、ＣＩを一辺とする矩
形で分割することにする。

次に、第５図（Ｂ）のようなり型の図形パタンの分割法
を説明する。

分割経路は第オ図（Ｂ）のＣｘあるいはＣｙのいずれか
である。■型のときと同様に各種パタンの分類を第１１
０図に示す。

Ｗ＋　　ｌｘ　　’Ｃ’ｊ　’　　”については第２図
についての説明ですでに示した通りである。■型の図形
パタンではＸ方向の分割経路Ｃｘの長さｔｃｘＩ″ｉＷ
に等しくなるため、第７０図の分類ではｔｃｘによる分
類は必要なく、ｔｔ　　ｌｃｙとＷとの大小関係のみを
考えれば良い。

従来の分割法ではＣ９を分割経路とするが、第７０図示
の各種パタンのうち、ショツト数が増加して好ましくな
い分割となるのは、（４）の場合である。

すなわちＷくｔ、ｔｃｙ≧ｎｗの場合には、本発明では
分割経路Ｃｘで分割する。

第１Ｏ図の（４）以外のパタン、すなわち（出（２）お
よび（３）のパタンでは、Ｃｙを分割経路とするが、■
型と同様に一辺として許容できる最小の長さε未満の辺
を生ぜせしめない分割とする必要がある。

本発明を適用した例を第１／図を用いて説明する。

Ｗ　＋　ＯＸ　＋　Ｏｙ　ｒ　ｐ　ｒ　　Ｉｎについて
は第ｒ図に示した通りである。

第１／図（Ａ）のように、ｐ≧εであれば、分割経路Ｃ
ｙの右方に十分に大きい図形が存在するので、ａｙで分
割するときに残り右方の図形バタ／に問題は生じない。

第１／図（Ｂ）のように、ｐくεのときにはＣｙの右方
の図形パタンで一辺長ε未満の図形を生じさせないため
、分割経路からε離れた領域まで含めてパタン境界を探
索し、分割経路を決定する。第１／図に示すパタ／に、
本発明による分割を行なった場合を第７．２図（イ）に
示す。斜線部が切り出される図形である。■型の特別な
例を第７２図＋８１．　（０）に示す。ここでは辺ＡＢ
のＹ軸方向への射影と接する辺のＹ値が左右で等しく、
例えば、第７２図（８１に示すようにＷ≧ｌならばＣ’
ｙ’ｆ分割し第７．２図（Ｃ）に示すようにｗくｔなら
ばｃｘで分割する。

以上述べてきた本発明を適用した実施例と従来法とによ
る分割の比較を第７３図（Ａ）、　（Ｂ）に示す。

従来法による第７３図（Ｂ）の分割では、小さな辺をも
つ描画単位図形が多数存在するが、本発明を適用した実
施例による第１３図（Ａｌの分割では、小さな辺をもつ
描画単位図形はほとんど存在していないことがわかる。

以上説明したように、本発明による電子ビーム露光にお
ける図形分割方法に従って、可変成形ビームを用いてパ
タン形成を行うと、使用するビーム面積を均一化してパ
タン品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の図形分割法の説明図、第２図（Ａ）〜（
Ｃ）は従来の分割法の問題点の説明図、第２図（Ｄ）は
本発明によるパタン分割の例を示す線図、第３図■〜（
Ｃ）はビームエッヂのだれ幅を示す図、第μ図（Ｎ〜（
Ｅｌ、第５図（Ａ）〜（０）、第７図（Ａ）、　ＣＢ）
、第２図（Ａ）、　（Ｂ）、第り図、第１／図仄）、　
（Ｂ）及び第１コ図（Ａ）〜（０）はパタンの種々の形
態に基づいて本発明分割方法を説明するだめのパタン線
図、第２図、第１Ｏ図は本発明の詳細な説明するための
図、第７３図（４）、（Ｂ）は従来用いられていた分割
法との比較をするためのそれぞれプロット図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子ビームを用いてパタンを形成するにあたり、形成す
   べき図形パタンを矩形からなる基本図形に分割する電子
   ビーム露光における図形分割方法において、最初の輪郭
   化された図形パタン又は分割によって新たに生じた図形
   パタンの輪郭の辺の中に成形ビームの一辺長の許容最小
   値εよりも小さい短辺が存在するかどうかを判定する工
   程と、該判定により短辺が存在する場合にはその短辺を
   延長し、当該短辺の延長線から該許容最小値ε離れた領
   域以内に当該短辺以外の辺が存在するかどうか探索し、
   当該短辺以外の辺が存在する場合にはその辺が存在し始
   めるところまでを分割経路となし、存在しない場合には
   当該短辺以外の辺に交わるところまでを分割経路となし
   て図形を分割する工程と、 該短辺の延長線以外の線を分割経路とする場合には、当
   該分割経路から該許容最小値ε離れた領域以内に分割さ
   れる図形の辺が存在するかどうか探索し、該辺が存在す
   る場合にはその辺が存在し始めるところまでを分割経路
   となし、存在しない場合には該辺以外の辺に交わるとこ
   ろまでを分割経路となして図形を分割する工程と を含むことを特徴とする電子ビーム露光における図形分
   割方法。