JP4801982B2 - 荷電ビーム描画方法及び描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィールド領域をサブフィールドに分割して描画する荷電ビーム描画技術に係わり、特にレジストヒーティングによる影響を考慮した荷電ビーム描画方法及び描画装置に関する。

近年、マスクやウェハ等の試料上にＬＳＩパターンを描画する電子ビーム描画方法においては、レジストヒーティングが問題となっている。レジストヒーティングとは、照射電子ビームのエネルギーのうち、レジストで吸収されない成分が熱として蓄積され、局所的な寸法変動を引き起こす現象である。

電子ビーム描画装置を用いて試料基板上にパターンを描画する際、約６０μｍ角のサブフィールドを最小単位として用いる。サブフィールド内では、ショットは高速に照射されるので、レジストヒーティングの影響が無視できない。

図５は、レジストヒーティングのシミュレーション結果を示す図である。図中の実線はショットの中心における温度の変化を示している。ショット開始から終了まで急激に温度が上昇し（９０Ｋ）、ショット終了から約１μｓ経過した時点で温度が１０Ｋ程度に安定している。図中の１点鎖線はショット中心から１μｍ右の位置における温度変化であり、ショット終了時点で約２０Ｋの温度上昇であり、ショット終了から約１μｓ経過した時点で温度が１０Ｋ程度に安定している。図中の２点鎖線はショット中心から２μｍ右の位置における温度変化であり、ショット終了時点でも殆ど温度上昇はない。

なお、シミュレーション条件としては、電流密度：５０Ａ／ｃｍ² 、ドーズ量：１０μＣ／ｃｍ² 、ショットサイズ（最大）：１μｍ² とした。

これまで、レジストヒーティングを低減させるために、以下の二つの方法が考案されている。

(1) ２重描画時に、１回目の描画で撃ったショットの順番に対して２回目の描画を逆の順番で行う描画方法（例えば、特許文献１参照）。

(2) ショットサイズによってセトリングタイムを変える描画方法（例えば、特許文献２参照）。

また、ＬＳＩデザインルールの精細化やＯＰＣ（Optical Proximity-effect Correction）の複雑化に伴い、ショット数は増大傾向にある。描画装置は高電流密度化・セトリング時間短縮・描画多重度を少なくすることにより、高スループット化をはかっている。このような描画条件は、レジストヒーティングによる寸法変動を増大させる傾向にある。
特開平１１−２７４０３８号公報 特開２００１−１８９２６２号公報

前述した特許文献１，２では、レジストヒーティングの影響を低減させるために、主に熱の時間的変化を利用している。しかし、描画装置の高スループット化に伴い、熱の時間的変化を利用する方法ではレジストヒーティングの十分な低減は難しくなっている。このため、レジストヒーティングの影響による寸法精度の劣化が避けられず、描画精度の劣化を招いている。

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、レジストヒーティングの影響による寸法精度の劣化を抑制することができ、描画精度の向上に寄与し得る描画方法及び描画装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様は、偏向器の偏向幅で決まるフィールド領域を複数のサブフィールドに分割し、サブフィールド内のパターンをショット描画する荷電ビーム描画方法であって、前記サブフィールド内を格子状に分割し、現在のショット位置に対して次のショット位置が１格子以上離れるように該サブフィールド内のショットの順番を並べ替えるために、複数のメモリを用い、初期設定されたショット順に第１のメモリに格納されたショットデータを順次読み出し、読み出したショットデータを第２のメモリに格納し、且つ読み出したショットデータが第２のメモリに直前に格納したショットデータとショット位置が１格子以上離れている場合は第２のメモリに格納し、離れていない場合は第３のメモリに格納し、第１のメモリのショットデータが無くなったら、第３のメモリのショットデータを第１のメモリに転送し、上記の操作を繰り返して最終的に第２のメモリに格納されたショットデータの順番をショット順として定めることを特徴とする。

また、本発明の別の一態様は、偏向器の偏向幅で決まるフィールド領域を複数のサブフィールドに分割し、サブフィールド内のパターンをショット描画する荷電ビーム描画装置であって、前記サブフィールド内を格子状に分割する手段と、初期設定されたショット順にショットデータを格納する第１のメモリと、第１のメモリから読み出されたショットデータを格納する第２及び第３のメモリと、第１のメモリから読み出されたショットデータが第２のメモリに直前に格納したショットデータとショット位置が１格子以上離れているか否かを判定する手段とを備え、前記ショット位置が１格子以上離れていると判定された場合は、第１のメモリから読み出されたショットデータを第２のメモリに格納し、離れていないと判定された場合は第３のメモリに格納し、第１のメモリのショットデータが無くなったら、第３のメモリのショットデータを第１のメモリに転送し、上記の操作を繰り返して最終的に第２のメモリに格納されたショットデータの順番をショット順として定めることを特徴とする。

本発明によれば、現在のショット位置に対して次のショット位置が１格子以上離れるようにショットの順番を並べ替えることにより、レジストヒーティングによる影響が次のショット部分に及ぼす影響を抑制することができる。即ち、熱の空間的な影響範囲を考慮することで、高スループット化を維持したままレジストヒーティングの影響による寸法精度の劣化を抑制することができる。従って、高スループット化を維持したまま描画精度の向上をはかることが可能となる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に使用した電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。

図中１０は試料室であり、この試料室１０内にはマスク等の試料１１を載置したステージ１２が収容されている。ステージ１２はステージ駆動回路１３によりＸ方向に（紙面左右方向）及びＹ方向（紙面表裏方向）に駆動される。ステージ１２の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路１４により測定される。

試料室１０の上方には、電子ビーム光学系２０が設置されている。電子ビーム光学系２０は、電子銃２１、各種レンズ２２，２３，２４，２５，２６、ブランキング用偏向器３１、ビーム寸法可変用偏向器３２、ビーム走査用の主偏向器３３、ビーム走査用の副偏向器３４、及び２個のビーム成形用アパーチャ３５，３６等から構成されている。

そして、主偏向器３３により所定のサブフィールドに位置決めし、副偏向器３４によりサブフィールド内での図形描画位置の位置決めを行うと共に、ビーム寸法可変用偏向器３２及び成形用アパーチャ３５，３６によりビーム形状を制御し、ステージ１２を一方向に連続移動させながらサブフィールドを描画する。このようにして一つのサブフィールドの描画が終了したら、次のサブフィールドの描画に移る。

さらに、複数のサブフィールドの集合であるフィールドの描画が終了したら、ステージ１２を連続移動方向と直交する方向にステップ移動させ上記処理を繰り返して各フィールド領域を順次描画するようになっている。ここで、フィールド領域は主偏向器３３の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、サブフィールドは副偏向器３４の偏向幅で決まる単位描画領域である。

一方、制御計算機４０には記憶媒体である磁気ディスク４１に描画データが格納されている。磁気ディスク４１から読み出された描画データは、フィールド領域毎にパターンメモリ４２に一時的に格納される。データバッファ部４２に格納されたフィールド領域毎のパターンデータ、つまり描画位置及び描画図形データ等で構成されるフィールド情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ４３及び描画データデコーダ４４により解析される。

パターンデータデコーダ４３の出力は、ブランキング回路４５、ビーム成形器ドライバ４６へ送られる。即ち、パターンデータデコーダ４３では、上記データに基づいてブランキングデータが作成され、このデータがブランキング回路４５に送られる。さらに、所望とするビーム寸法データも作成され、このビーム寸法データがビーム成形器ドライバ４６に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ４６から前記電子ビーム光学系２０のビーム寸法可変用偏向器３２に所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームの寸法が制御される。

描画データデコーダ４４の出力は、主偏向器ドライバ４７及び副偏向器ドライバ４８へ送られる。そして、主偏向器ドライバ４７から前記電子光学系２０の主偏向器３３に所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームは指定の主偏向位置に偏向走査される。さらに、副偏向器ドライバ４８から副偏向器３４に所定の副偏向信号が印加され、これによりサブフィールド内部の描画が行われる。

また、本実施形態では、描画データデコーダ４４と副偏向器ドライバ４８との間に、サブフィールド内のショット順番を並べ替えるためのショット順番設定回路４９が設けられている。そして、実際の描画時には、このショット順番設定回路４９から副偏向器ドライバ４８にショット順番が設定され、これによりレジストヒーティングによる影響を低減するものとなっている。

次に、本装置を用いた描画方法、特にショット順番を並べ替えるための方法について説明する。図２は、図１の装置を用いた描画方法を説明するためのフローチャートである。

まず、図２に示すように、サブフィールド内を格子状に分割し、各々の格子に番号を割り振る（ステップＳ１）。この格子番号から格子のサブフィールド内の場所も分かるようにする。また、一つの格子のサイズは最大ショットサイズ程度とする。

次いで、注目しているサブフィールドに所属する全てのショットに対してショットの位置情報から格子番号を演算し、格子番号を持たせる（ステップＳ２）。その後、サブフィールド内のショットの並べ替えを行う（ステップＳ３）。そして、並べ替えが完了した新しいショット順で描画を行う（ステップＳ４）。

次に、本実施形態の特徴であるステップＳ３、即ちショットの並べ替えの方法を、図３を参照して更に詳しく説明する。

前記ショット順番設定回路４９は、初期設定されたショット順にショットデータを格納する第１のメモリＡと、第１のメモリＡから読み出されたショットデータを格納する第２のメモリＢ及び第３のメモリＣと、第１のメモリＡから読み出されたショットデータが第２のメモリＢに直前に格納したショットデータとショット位置が１格子以上離れているか否かを判定する比較回路とを備えている。

まず、サブフィールドに所属したショットの集合をメモリＡに移動する（ステップＳ３１）。次いで、メモリＡ上のショットを順番に読み出し、最初のショットはメモリＢに格納する。次のショット以降は、読み出したショットと直前にメモリＢに格納したショットとのｘ，ｙ方向位置を格子番号で比較する（ステップＳ３２）。ｘ，ｙ方向共にｎ格子より大きい場合はメモリＢの最後に加える（ステップＳ３３）。格子間の距離ｎは予め設定しておく。それ以外の場合はＮ個（Ｎ≧１）のメモリＣ１〜ＣＮの最後に順次加える（ステップＳ３４）。

ここで、ｘ，ｙ方向の何れかがｎ格子より小さいと判定され、メモリＣ１〜ＣＮに移動する場合は、各々のショットをメモリＣ１，Ｃ２…の順に加え、ＣＮまで使用したらＣ１に戻るようにする。また、一つの格子内のショットは必ずしも一つに限るものではなく複数のショットが存在するものであっても良い。そして、メモリ数Ｎは一つの格子内のショット数に応じて最適に設定すればよい。

メモリＡが空になったら、メモリＣ１からＣＮのショットデータをメモリＡに順に移動する。そして、ステップＳ３２〜Ｓ３４の操作を繰り返し、最終的にメモリＢに格納された順番をショット順として定める。

上記の操作により、図４（ａ）に示すようなショット順番（時間的に連続するショットは位置的に連続している）は、図４（ｂ）に示すようになり、時間的に隣接するショットは何れも１格子以上離れた位置となる。なお、図中の５１はサブフィールド、５２は一つの格子、５３は一つのショットを示している。

このように本実施形態によれば、現在のショット位置に対して次のショット位置が１格子以上離れるようにショットの順番を並べ替えることにより、レジストヒーティングによる影響が次のショット部分に及ぼす影響を抑制することができる。従って、高スループット化を維持したままレジストヒーティングの影響による寸法精度の劣化を抑制することができ、描画精度の向上をはかることが可能となる。

本発明者らが実験したレジストヒーティング・シミュレーションによると、最大ショットサイズでショットを撃った後、最大ショットサイズだけ離れた場所での到達温度はそのショット中心到達温度の約１／１０となっていた。この１／１０という数値は、レジストヒーティングの影響をほぼ無視できると言える範囲である。従って本実施形態のように、格子の大きさを最大ショットサイズに取り、ｊ−１番目とそれに続くｊ番目のショットの間隔をｎ格子にすることで、効率的にレジストヒーティングの影響を低減できることになる。さらに、格子間距離でショット順を判断することにより、毎回ショット間距離を計算する場合と比較して高速に処理を行うことができる。

メモリＣは一つのメモリであっても良いが、本実施形態のように複数個使用すれば、最初の比較で１格子以上離れていないと判定されたショットを別のメモリに格納し、順番を変えてメモリＡに移動することにより、次の比較の際に連続するショットが１格子以上離れている可能性を高くすることができ、ショット並べ替えを高速に行うことができる。例えば、ショット密度がρ×１０⁶ ショット／ｍｍ² のパターンを最大ショットサイズ１μｍで描画する場合、一つの格子に含まれるショットが連続的に並んでいる場合でも、Ｎ≧ρ個のメモリＣを用意することで高速に並べ替えることができる。

（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。電子ビーム描画装置の構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、偏向器の偏向幅で決まるフィールド領域を複数のサブフィールドに分割し、サブフィールド内のパターンをショット描画する方式であれば適用することができる。さらに、ショット順番設定回路の構成は前記図３に限定されるものではなく、サブフィールド内を格子状に分割し、現在のショット位置に対して次のショット位置が１格子以上離れるように該サブフィールド内のショットの順番を並べ替えるものであればよい。

例えば、比較回路においては、現在の読み出しデータと直前にメモリＢに格納されたデータとのショット位置を比較するのではなく、メモリＡ上のショットを順番に、ｊ番目のショットとｊ−１番目のショットのｘとｙ方向位置を格子番号で比較するようにしてもよい。この場合も、メモリＣを複数個用意しておくことにより、ショットの並べ替えが可能となる。

また、実施形態では、電子ビーム描画装置を例に取り説明したが、本発明は電子ビームの代わりにイオンビームを用いたイオンビーム描画装置に適用することも可能である。さらに、実施形態では、ショットの並べ替えを回路的に行う例で説明しているが、これはソフトウェア上でも実現することが可能である。

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。

本発明の一実施形態に使用した電子ビーム描画装置を示す概略構成図。 図１の装置を用いた描画方法を説明するためのフローチャート。 ショット順番設定回路の構成及び動作を説明するためのフローチャート。 ショット順番の変更の様子を示す模式図。 レジストヒーティングのシミュレーション結果を示す図。

符号の説明

１０…試料室
１１…試料
１２…ステージ
１３…ステージ駆動回路
１４…位置回路
２０…電子ビーム光学系
２１…電子銃
２２〜２６…各種レンズ
３１…ブランキング用偏向器
３２…ビーム寸法可変用偏向器
３３…ビーム走査用の主偏向器
３４…ビーム走査用の副偏向器
３５，３６…ビーム成形用アパーチャ
４０…制御計算機
４１…磁気ディスク
４２…パターンメモリ
４３…パターンデータデコーダ
４４…描画データデコーダ
４５…ブランキング回路
４６…ビーム成形器ドライバ
４７…主偏向器ドライバ
４８…副偏向器ドライバ
４９…ショット順番設定回路
５１…サブフィールド
５２…格子
５３…ショット

Claims (4)

1. 偏向器の偏向幅で決まるフィールド領域を複数のサブフィールドに分割し、サブフィールド内のパターンをショット描画する荷電ビーム描画方法であって、
   前記サブフィールド内を格子状に分割し、現在のショット位置に対して次のショット位置が１格子以上離れるように該サブフィールド内のショットの順番を並べ替えるために、
   複数のメモリを用い、初期設定されたショット順に第１のメモリに格納されたショットデータを順次読み出し、読み出したショットデータを第２のメモリに格納し、且つ読み出したショットデータが第２のメモリに直前に格納したショットデータとショット位置が１格子以上離れている場合は第２のメモリに格納し、離れていない場合は第３のメモリに格納し、第１のメモリのショットデータが無くなったら、第３のメモリのショットデータを第１のメモリに転送し、上記の操作を繰り返して最終的に第２のメモリに格納されたショットデータの順番をショット順として定めることを特徴とする荷電ビーム描画方法。
2. 前記サブフィールドを分割する格子の大きさを、最大ビームサイズにほぼ等しくしたことを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画方法。
3. 前記ショットの順番を並べ替えるために、前記分割された各々の格子に番号を割り振り、全てのショットに位置情報から格子番号を持たせ、この格子番号を基に前記サブフィールド内のショットを並べ替えることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電ビーム描画方法。
4. 偏向器の偏向幅で決まるフィールド領域を複数のサブフィールドに分割し、サブフィールド内のパターンをショット描画する荷電ビーム描画装置であって、
   前記サブフィールド内を格子状に分割する手段と、初期設定されたショット順にショットデータを格納する第１のメモリと、第１のメモリから読み出されたショットデータを格納する第２及び第３のメモリと、第１のメモリから読み出されたショットデータが第２のメモリに直前に格納したショットデータとショット位置が１格子以上離れているか否かを判定する手段とを備え、
   前記ショット位置が１格子以上離れていると判定された場合は、第１のメモリから読み出されたショットデータを第２のメモリに格納し、離れていないと判定された場合は第３のメモリに格納し、第１のメモリのショットデータが無くなったら、第３のメモリのショットデータを第１のメモリに転送し、上記の操作を繰り返して最終的に第２のメモリに格納されたショットデータの順番をショット順として定めることを特徴とする荷電ビーム描画装置。

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