JP2005302868A

JP2005302868A - 電子ビーム描画方法および装置

Info

Publication number: JP2005302868A
Application number: JP2004114087A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Komagata; 正駒形
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】より高速に描画を行うことができる電子ビーム描画方法および電子ビーム描画装置を実現する。
【解決手段】第１の成形スリット３に設けられた４つの開口Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と、第２の成形スリット５に設けられた４つの開口Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４により、４ショットＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が一度に形成され、被描画材料は、この４ショットによって４つのパターンが同時に描画される。この結果、メモリーデバイスのような同じ図形が等間隔で並んでいる場合には、単一の開口でショットする従来方法に比べ、４倍の速度で描画を行うことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体デバイスの製造過程で、レジストが塗布されたウェハ上に所望のパターンを電子ビームで描画したり、ステッパ用のマスクの製造時に、表面にレジストが塗布されたマスク乾板上に電子ビームでマスクパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法に関する。

ＬＳＩの集積度が大きくなるにつれて、レジストが塗布されたウェハ上に所望のパターンを電子ビームで描画したり、ステッパ用のマスクの製造時に、表面にレジストが塗布されたマスク乾板上に電子ビームでマスクパターンを描画する時間が長くなり、いわゆるスループットが長くなる傾向となる。この描画のスループットを短くするための描画方式として、可変面積型電子ビーム描画装置が開発され、使用されている。

可変面積型電子ビーム描画装置においては、電子銃から発生した電子ビームは、照射レンズを介して第１の成形スリット上に照射される。第１の成形スリットには矩形状の開口が穿たれており、第１の成形スリットの開口像は、成形レンズにより、矩形状の開口を有した第２の成形スリット上に結像される。この結像の位置は、成形偏向器により変えることができ、第２の成形スリットの開口に重なって結像される第１の成形スリットの開口像の重なりの大きさに応じて第２の成形スリットの開口を通過する電子ビームの面積が変えられる。

第２の成形スリットの矩形状の開口により成形された像は、縮小レンズ、対物レンズを経て描画材料上に照射される。描画材料への照射位置は、位置決め偏向器により変えることができる。このような電子ビームの断面積の大きさの制御や電子ビームの照射位置の指令は、制御ＣＰＵが行う。制御ＣＰＵは磁気ディスクのごときパターンデータメモリー（図示せず）からのパターンデータを描画用データ転送回路に転送する。データ転送回路からのパターンデータは、成形偏向器を制御する制御回路、位置決め偏向器を制御する制御回路、電子銃から発生した電子ビームのブランキングを行うブランカー（ブランキング電極）を制御するプランカー制御回路に供給される。なお、位置決め偏向器内には、ショット位置補正メモリ、偏向歪み補正メモリ等が含まれており、これらの補正メモリからショット位置に応じた偏向量の補正値を読み出し、電子ビームの偏向値を補正する。

更に、制御ＣＰＵは、材料のフィールド毎の移動のために、材料が載せられたステージの駆動回路を制御する。ステージの移動位置は、レーザー測長システムによって測定されている。

このような構成の可変面積型電子ビーム描画装置では、パターンデータメモリに格納されたパターンデータは、逐次読み出され、各パターンデータに基づき、成形偏向器により電子ビームの断面が単位パターン形状に成形され、その単位パターンが順々に材料上にショットされ、所望の形状のパターン描画が行われる。なお、この時、ブランカーへのブランキング信号により、材料への電子ビームのショットに同期して電子ビームのブランキングが実行される。

更に、材料上の異なった領域への描画の際には、ステージは所定の距離移動させられる。なお、ステージの移動距離は、レーザー測長システムにより監視されており、測長システムからの測長結果に基づき、ステージの位置は正確に制御される。以上説明した構成と動作の可変面積型電子ビーム描画装置は、従前の被描画材料上に細く集束されたスポットビームでパターンを塗りつぶす方式に比べると、所定の面積を１回のショットによってレジストを感光させ、所望領域の描画を行うため、描画時間を著しく短縮することができる。この可変面積型電子ビーム描画装置は、現在広く用いられている。従来のこの種の装置としては、微細なパターンを高精度に露光するための荷電粒子ビーム露光装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平８−３１５７６０号公報

上記したように、可変面積型電子ビーム描画装置は、スポットビームでパターンを塗りつぶす方式に比べて描画のスループットを飛躍的に向上させたが、半導体デバイスの集積度がより高くなるにつれ、可変面積型電子ビーム描画装置を用いても、描画のスループットが低く、より高速に描画処理が行われることが望まれている
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、その目的は、より高速に描画を行うことができる電子ビーム描画方法および電子ビーム描画装置を実現するにある。

請求項１の発明に基づく電子ビーム描画方法は、電子銃からの電子ビームを第１の成形スリットに設けられた開口で成形し、第１の成形スリットの開口で成形された電子ビームを第２の成形スリットに設けられた開口によって成形し、第１の成形スリットの開口を透過した電子ビームを偏向して第２の成形スリット上に投射し、第１の成形スリットの開口像の第２の成形スリットの開口との重なりの割合を任意に変えることによって、任意の断面積の電子ビームを成形し、描画パターンデータに基づいて描画材料に成形された電子ビームをショットし、更に、成形された電子ビームを偏向してショットすることによって所望の形状のパターンを電子ビームで描画するようにした電子ビーム描画方法において、第１と第２の成形スリットのそれぞれに複数の開口を設け、第１の成形スリットの複数の開口を透過した複数の電子ビームを第２の成形スリットの対応する開口部に結像させ、第２の成形スリットの複数の開口を透過した複数の電子ビームを被描画材料上にショットするようにしたことを特徴としている。

請求項２の発明に基づく電子ビーム描画方法は、被描画材料の所望のパターンの描画は、複数の電子ビームの同時照射と、材料上の照射位置を電子ビームを偏向して移動させ、更に電子ビームに対して被描画材料を載せた移動ステージを水平方向に移動させて行うようにしたことを特徴としている。

請求項３の発明に基づく電子ビーム描画装置は、電子銃と、複数の電子ビーム通過開口を有した第１の成形スリットと、第１の成形スリットの開口像を第２の成形スリット上に結像するための成形レンズと、第１の成形スリットの開口を通過した電子ビームを偏向し、第２の成形スリット上の照射位置を変えるための成形偏向器と、第２の成形スリットの開口を通過した電子ビームを被描画材料上に集束するためのレンズと、材料上の電子ビームの照射位置を変化させるための位置決め偏向器とを備えており、第１と第２の成形スリットはそれぞれ複数の開口が設けられており、第１の成形スリットの複数の開口を透過した複数の電子ビームを第２の成形スリットの対応する開口部に結像させ、第２の成形スリットの複数の開口を透過した複数の電子ビームを被描画材料上にショットするように構成したことを特徴としている。

その結果、それぞれ複数の開口を有した２つの成形スリットを用いているので、開口の数に対応した数の電子ビームを被描画材料に同時にショットすることができるため、描画時間を短縮することができる。また、複数ショット分のデータが、１つのパターンデータとして表現されるので、データファイルサイズを小さくすることができる。

請求項２の発明に基づく電子ビーム描画方法は、被描画材料の所望のパターンの描画は、複数の電子ビームの同時照射と、材料上の照射位置を電子ビームを偏向して移動させ、更に電子ビームに対して被描画材料を載せた移動ステージを水平方向に移動させて行うようにしたことを特徴としており、比較的広い領域のパターンの描画を短時間で行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明を実施するための可変面積型電子ビーム描画システムの一例を示している。１は電子ビームＥＢを発生する電子銃であり、該電子銃１から発生した電子ビームＥＢは、照射レンズ２を介して第１の成形スリット３上に照射される。第１の成形スリット３には、図２に示すように４つの矩形開口Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が穿たれている。

第１の成形スリット３の４つの開口Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の像は、成形レンズ４により、第２の成形スリット５上に結像されるが、その結像の位置は、成形偏向器６により変えることができる。第２の成形スリット５には、第１の成形スリット３と同一形状の、図２に示すように４つの矩形開口Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４が穿たれている。第１の成形スリット３に設けられた４つの開口Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と、第２の成形スリット５に設けられた４つの開口Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４とは、それぞれ開口の大きさは等しく、また、開口の間の距離も等しく製作されている。

第１の成形スリット３の開口によって成形され、更に第２の成形スリット５の開口により成形された像は、縮小レンズ７、対物レンズ８を経て描画材料９上に照射される。描画材料９への矩形に成形された電子ビームの照射位置は、位置決め偏向器１０により変えることができる。

１１は制御ＣＰＵであり、制御ＣＰＵ１１は磁気ディスクのごときパターンデータメモリー（図示せず）からのパターンデータを描画用データ転送回路１２に転送する。データ転送回路１２からのパターンデータは、成形偏向器６を制御する制御回路１３、位置決め偏向器１０を制御する制御回路１４、電子銃１から発生した電子ビームのブランキングを行うブランカー（ブランキング電極）１５を制御するプランカー制御回路１６に供給される。なお、位置決め偏向器制御回路１４内には、ショット位置補正メモリ、偏向歪み補正メモリなどの補正処理を実行する際に用いられるデータが記憶されているメモリが含まれている。

更に、制御ＣＰＵ１１は、材料９のフィールド毎の移動のために、材料９が載せられたステージ１７の駆動回路１８を制御する。ステージ１７の移動位置は、レーザー測長システム１９によって測定されている。このような構成の動作を次に説明する。

まず、基本的な描画動作について説明するが、基本描画動作においては、図３に示すように、第１の成形スリット３の４つの開口Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の内、左上の開口Ｌ１が光軸上に配置され、この開口のみが電子ビームの成形に用いられる。また第２の成形スリット５の４つの開口Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４の内、右下の開口Ｍ４が光軸上に配置され、この開口のみが電子ビームの成形に用いられる。すなわち、開口Ｌ１とＭ４との重なり具合を成形偏向器６による電子ビームの偏向の強さによって変え、所望の面積の単一の電子ビームを成形する。

さて、パターンデータメモリに格納されたパターンデータは、逐次読み出され、データ転送回路１２に供給される。このデータ転送回路１２からのデータに基づき、成形偏向器制御回路１３は成形偏向器６を制御し、また、位置決め偏向器制御回路１４は位置決め偏向器１０を制御する。

この結果、各パターンデータに基づき、成形偏向器６により電子ビームの断面が単位パターン形状に成形され、その単位パターンが順々に材料９上にショットされ、所望の形状のパターン描画が行われる。なお、この時、ブランカー制御回路１６からブランカー１５へのブランキング信号により、材料９への電子ビームのショットに同期して電子ビームのブランキングが実行される。

更に、材料９上の異なった領域への描画の際には、制御ＣＰＵ１１からステージ駆動回路１８への指令により、ステージ１７は所定の距離移動させられる。なお、ステージ１７の移動距離は、レーザー測長システム１９により監視されており、測長システム１９からの測長結果に基づき、ステージ１７の位置は正確に制御される。

さて、上記した構成において、図示していないデータメモリからのパターンデータは、制御ＣＰＵ１１を介してデータ転送回路１３に供給される。データ転送回路１３は供給されたパターンデータを仮想的にフィールドに分割し、更に各フィールドに含まれるパターンを所定のサイズに分割する。所定のサイズに分割されたパターンデータは成形偏向器制御回路１３に供給され、この制御回路１３は分割された所定のサイズの電子ビームを成形するための偏向信号を成形偏向器６に供給する。

所定のサイズに分割されたパターンデータは、位置決め偏向器制御回路１４に供給され、この制御回路１４においては、各分割された形状の電子ビームを材料９上のフィールドの指定された座標位置に偏向して投射するための偏向信号が作成され、この偏向信号は、位置決め偏向器１０に供給される。更に、所定のサイズに分割されたパターンデータは、ブランカー制御回路１６に供給されるが、この制御回路１６は、ブランカー１５によって所定の電子ビームのブランキングが行われるようにブランキング信号をブランカー１５に印加する。

このようにして、パターンデータに基づいて、電子ビームの形状が成形され、成形された電子ビームが所定の座標位置に投射され、更に、適切なショット時間で電子ビームが材料９に投射される。なお、上記したステップによるパターンの描画はフィールド単位で行われ、最初のフィールドにおける全てのパターンの描画が終了すると、ステージ駆動回路１８が制御され、２番目のフィールドの描画を行うため、制御ＣＰＵ１１は、ステージ駆動回路１８を制御して、ステージ１７を１フィールドのサイズ分移動させる。

ところで、メモリーなどのデバイスパターンは、基本セルがマトリックス状に配置されている。このようなメモリーパターンの描画に先立ち、材料上に投射されたときの開口の間の距離がこの基本セルの間隔と同じになるような、４つの開口を有した成形スリット３と５が用いられる。実際には、開口部で形成された面積ビームは、その後のレンズ系で１／２０程度に縮小されるので、基本セルのピッチをＰｘ、Ｐｙ、縮小率を１／ｍとすると、開口ピッチＰｓｘ、Ｐｓｙは次のように表される。

Ｐｓｘ＝ｍ＊（ｎｘ＊Ｐｘ）
Ｐｓｙ＝ｍ＊（ｎｙ＊Ｐｙ）
ここで、ｎｘ、ｎｙは整数で通常は１であるが、基本セルの間隔が小さい場合には、その整数倍と成形スリットピッチとを合わせる必要がある。描画パターンデータは、あらかじめデータ変換システムにて４ショットごとにくくりだし、左上の１ショット分のデータだけが記述してある。描画時には、このデータを従来と同様にデータ制御回路に転送すると、図４に示すように、第１の成形スリット３に設けられた４つの開口Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と、第２の成形スリット５に設けられた４つの開口Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４により、４ショットＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が一度に形成され、被描画材料は、この４ショットによって４つのパターンが同時に描画される。この結果、メモリーデバイスのような同じ図形が等間隔で並んでいる場合には、単一の開口でショットする従来方法に比べ、４倍の速度で描画を行うことができる。

図５は描画パターンの一例を示しており、この描画パターンの内、同一形状のパターンＰ１およびパターンＰ２が、それぞれＸ方向にもＹ方向にも規則正しく並んでいる。この場合、パターンＰ１については、第１の成形スリット３と第２の成形スリット５によって、Ｘ方向とＹ方向のピッチＰｘ、Ｐｙと等しいピッチでパターンＰ１に等しい形状の矩形を成形し、１回の電子ビームのショットにより、図５における描画パターンの黒く塗りつぶした４つのパターンが同時に描画される。この結果、規則正しく並んでいるパターンＰ１については、１回の電子ビームのショットにより、４つのパターンが描画されるため、描画のスループットを向上させることができる。また、同一形状のパターンＰ２についても、等しいピッチで開口が設けられた第１と第２の成形スリットを用意し、１回の電子ビームのショットにより、同時に形状が等しい４つのパターンの描画を行うことができる。

以上本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されない。例えば、成形スリットに設けた開口の数は４つに限定されず、複数であればよい。

本発明は、半導体デバイスの製造やステッパー用マスクを作成する半導体製造分野に利用される。

本発明を実施するための電子ビーム描画システムの一例を示す図である。４つの開口を有した第１と第２の成形スリットの平面図である。単一の電子ビームのショットを行う場合の第１と第２の成形スリットの配置関係を示す図である。４ショットを同時に行う場合の第１と第２の成形スリットの配置関係を示す図である。メモリデバイスのごとき規則正しく同一パターンが多数並んでいる様子を示した図である。

符号の説明

１電子銃
２照射レンズ
３第１の成形スリット
４成形レンズ
５第２の成形スリット
６成形偏向器
７縮小レンズ
８対物レンズ
９被描画材料
１０位置決め偏向器
１１制御ＣＰＵ
１２データ転送回路
１３成形偏向器制御回路
１４位置決め偏向器制御回路
１５ブランカー
１６ブランカー制御回路
１７ステージ
１８ステージ駆動回路
１９レーザー測長システム

Claims

電子銃からの電子ビームを第１の成形スリットに設けられた開口で成形し、第１の成形スリットの開口で成形された電子ビームを第２の成形スリットに設けられた開口によって成形し、第１の成形スリットの開口を透過した電子ビームを偏向して第２の成形スリット上に投射し、第１の成形スリットの開口像の第２の成形スリットの開口との重なりの割合を任意に変えることによって、任意の断面積の電子ビームを成形し、描画パターンデータに基づいて描画材料に成形された電子ビームをショットし、更に、成形された電子ビームを偏向してショットすることによって所望の形状のパターンを電子ビームで描画するようにした電子ビーム描画方法において、第１と第２の成形スリットのそれぞれに複数の開口を設け、第１の成形スリットの複数の開口を透過した複数の電子ビームを第２の成形スリットの対応する開口部に結像させ、第２の成形スリットの複数の開口を透過した複数の電子ビームを被描画材料上にショットするようにした電子ビーム描画方法。
被描画材料の所望のパターンの描画は、複数の電子ビームの同時照射と、材料上の照射位置を電子ビームを偏向して移動させ、更に電子ビームに対して被描画材料を載せた移動ステージを水平方向に移動させて行うようにした請求項１記載の電子ビーム描画方法。
電子銃と、複数の電子ビーム通過開口を有した第１の成形スリットと、第１の成形スリットの開口像を第２の成形スリット上に結像するための成形レンズと、第１の成形スリットの開口を通過した電子ビームを偏向し、第２の成形スリット上の照射位置を変えるための成形偏向器と、第２の成形スリットの開口を通過した電子ビームを被描画材料上に集束するためのレンズと、材料上の電子ビームの照射位置を変化させるための位置決め偏向器とを備えており、第１と第２の成形スリットはそれぞれ複数の開口が設けられており、第１の成形スリットの複数の開口を透過した複数の電子ビームを第２の成形スリットの対応する開口部に結像させ、第２の成形スリットの複数の開口を透過した複数の電子ビームを被描画材料上にショットするように構成した電子ビーム描画装置。