JP6515835B2 - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に関する。

ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路線幅はさらに微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ回路パターンを形成するための露光用マスク（ステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）を形成する方法として、優れた解像性を有する電子ビーム描画技術が用いられている。

マスク上に形成されるパターンのＬＥＲ（Line Edge Roughness、ラインエッジラフネス）は、パターンの面積密度と電子ビームの照射量に依存し、面積密度が高く、かつ照射量が低い場合に、ＬＥＲが低下することが知られている。マスク描画では、描画時に発生する近接効果や描画後のエッチング工程において発生するローディング効果等に起因する寸法変動を補正するために、パターン面積密度の高い領域の照射量を低くすることが多く、そのような領域ではＬＥＲが劣化しやすかった。

ＬＥＲを改善するために、照射量を全体的に高くする、すなわちベースドーズ（パターン密度１００％時のドーズ量）を上げることが考えられる。しかし、ベースドーズを上げると、パターンの寸法ずれや位置ずれを発生させたり、照射時間が増すことでスループットを低下させたりするという問題があった。

特開２０００−７７３６４号公報 特開２０００−３５３６５６号公報 特開２００６−７３８６７号公報 特開２０１２−１７４８１２号公報

本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、パターンの寸法ずれや位置ずれを防止し、スループットの低下を抑えつつ、ＬＥＲを向上させることができる荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置は、描画データに基づいて、基板に描画するパターンのパターン面積密度を計算する面積密度計算部と、前記描画データを用いて、荷電粒子ビームのショットを単位として構成され、ショットサイズ、ショット位置及び照射量が定義されたショットデータを生成するショットデータ生成部と、前記ショットデータに定義された照射量が、前記パターン面積密度に対応する照射量下限値以上であるか否か判定する照射量判定部と、前記ショットデータに定義された照射量が前記照射量下限値未満である場合に、該ショットデータの照射量を該照射量下限値に変更する照射量再設定部と、前記照射量再設定部による照射量の変更量に基づいて、前記ショットデータに定義されたショットサイズを変更するショットサイズ調整部と、前記ショットサイズ調整部によるショットサイズの変更量に基づいて、前記ショットデータに定義されたショット位置を変更するショット位置調整部と、前記照射量、前記ショットサイズ、及び前記ショット位置が変更されたショットデータを用いて前記基板上に荷電粒子ビームを照射して描画を行う描画部と、を備えるものである。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置において、荷電粒子ビームの照射量と、描画されるパターンのサイズとの関係を規定した情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記ショットサイズ調整部は、前記情報に基づいて、前記照射量の変更によるパターンサイズの変動量を求め、該変動量を前記ショットサイズの変更量とすることを特徴とする。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置において、前記ショット位置調整部は、ショットの不動点から対角側に、前記ショットサイズの変更量の半分だけショット位置を変更することを特徴とする。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、描画データに基づいて、基板に描画するパターンのパターン面積密度を計算する工程と、前記描画データを用いて、荷電粒子ビームのショットを単位として構成され、ショットサイズ、ショット位置及び照射量が定義されたショットデータを生成する工程と、前記ショットデータに定義された照射量が、前記パターン面積密度に対応する照射量下限値以上であるか否か判定する工程と、前記ショットデータに定義された照射量が前記照射量下限値未満である場合に、該ショットデータの照射量を該照射量下限値に変更する工程と、前記照射量の変更量に基づいて、前記ショットデータに定義されたショットサイズを変更する工程と、前記ショットサイズの変更量に基づいて、前記ショットデータに定義されたショット位置を変更する工程と、前記照射量、前記ショットサイズ、及び前記ショット位置が変更されたショットデータを用いて前記基板上に荷電粒子ビームを照射して描画を行う工程と、を備えるものである。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、ショットの不動点から対角側に、前記ショットサイズの変更量の半分だけ前記ショット位置を変更することを特徴とする。

本発明によれば、パターンの寸法ずれや位置ずれを防止し、スループットの低下を抑えつつ、ＬＥＲを向上させることができる。

本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。 第１成形アパーチャ及び第２成形アパーチャの斜視図である。 第１アパーチャ像と第２成形アパーチャの可変成形開口との重なり位置の例を示す平面図である。 （ａ）は小寸法の矩形像を形成する例を示し、（ｂ）は大寸法の矩形像を形成する例を示す図である。 描画領域を説明するための概略図である。 照射量とＬＥＲとの相関データの作成方法を説明する図である。 照射量とＬＥＲとの相関を示すグラフである。 同実施形態による描画方法を説明するフローチャートである。 ＬＥＲ閾値から照射量下限値を計算する方法を説明する図である。 パターン面積密度と照射量下限値との関係を示すグラフである。 照射量の変更に伴う寸法変動を説明するグラフである。 描画位置のずれを説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。図１に示す電子ビーム描画装置は、制御部１００と描画部２００とを備えた可変成形型の描画装置である。

描画部２００は、電子鏡筒２２０と描画室２３０を備えている。電子鏡筒２２０内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランカ２０３、第１成形アパーチャ２０４、投影レンズ２０５、成形偏向器２０６、第２成形アパーチャ２０７、対物レンズ２０８、主偏向器２０９、及び副偏向器２１０が配置されている。

描画室２３０内には、ＸＹステージ２１１が配置されている。ＸＹステージ２１１上には、描画対象の基板２４０が載置されている。基板２４０には、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等が含まれる。また、基板２４０には、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。

電子鏡筒２２０内に設けられた電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビームＢは、ブランカ（ブランキング偏向器）２０３内を通過する際にブランカ２０３によって、電子ビームを基板２４０に照射するか否か切り替えられる。

電子ビームＢは、照明レンズ２０２により、矩形の開口３２（図２参照）を有する第１成形アパーチャ２０４全体に照射される。第１成形アパーチャ２０４の開口３２を通過することで、電子ビームＢは矩形に成形される。

第１成形アパーチャ２０４を通過した第１アパーチャ像の電子ビームＢは、投影レンズ２０５により、開口３４（図２参照）を有した第２成形アパーチャ２０７上に投影される。その際、偏向器２０６によって、第２成形アパーチャ２０７上に投影される第１アパーチャ像は偏向制御され、後述の図３の通り、開口３４を通過する電子ビームの形状と寸法を変化させる（可変成形を行う）ことができる。

第２成形アパーチャ２０７の開口３４を通過した第２アパーチャ像の電子ビームＢは、対物レンズ２０８により焦点を合わせ、主偏向器２０９及び副偏向器２１０によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ２１１上に載置された基板２４０の目標位置に照射される。

図２は、第１成形アパーチャ２０４及び第２成形アパーチャ２０７によるビーム成形を説明するための概略的な斜視図である。第１成形アパーチャ２０４には、電子ビームＢを成形するための矩形の開口３２が形成されている。

また、第２成形アパーチャ２０７には、第１成形アパーチャ２０４の開口３２を通過した電子ビームＢを所望の形状に成形するための可変成形開口３４が形成されている。可変成形開口３４は、後述の図３の通り、開口３２の一辺に対して平行な辺３４ａ、３４ｅと、直交する辺３４ｂ、３４ｈと、開口３２の一辺に対して４５度又は１３５度をなす辺３４ｃ、３４ｄ、３４ｆ、３４ｇとが組み合わされた形状を有する。

可変成形開口３４は、辺３４ｃ〜３４ｇによって囲まれた六角形状部と、辺３４ａ、３４ｂ、３４ｈによって囲まれ該六角形状部に連なる四角形状部とを共有した八角形状である。

第１成形アパーチャ２０４の開口３２と第２成形アパーチャ２０７の可変成形開口３４との両方を通過できるビーム形状が、連続的に移動するＸＹステージ２１１上に搭載された基板２４０の描画領域に描画される。

図３は、第１成形アパーチャ２０４の開口３２を通過した第１アパーチャ像５０と、第２成形アパーチャ２０７の可変成形開口３４との重なり位置の例を示す平面図である。

電子ビームＢを矩形に成形する場合、第１アパーチャ像５０は、偏向器２０６によって偏向されて、＃１で示す位置に照射される。可変成形開口３４を通過する斜線部分が成形された像となる。

電子ビームＢを直角二等辺三角形に成形する場合、第１アパーチャ像５０は、偏向器２０６によって偏向されて、＃２〜＃５のいずれかの位置に照射される。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１アパーチャ像５０の可変成形開口３４を通過する部分の大きさを変えることで、矩形を保持したまま像（ショット）の寸法が変化する。図４（ａ）では第１アパーチャ像５０と可変成形開口３４との重なりを小さくすることにより小寸法の矩形像を形成している。図４（ｂ）では、第１アパーチャ像５０と可変成形開口３４との重なりを大きくすることにより大寸法の矩形像を形成している。

このように、第２成形アパーチャ２０７上での第１アパーチャ像５０の照射位置（偏向位置）を変えることで、電子ビーム２００を所望の形状・サイズに成形できる。

図５は、描画領域を説明するための概略図である。図５において、基板２４０の描画領域２０は、主偏向器２０９の偏向可能幅で、例えばｙ方向に向かって短冊状に複数のストライプ領域２２に仮想分割される。また、各ストライプ領域２２は、副偏向器２１０の偏向可能サイズで、メッシュ状に複数のサブフィールド（ＳＦ）２４に仮想分割される。そして、各ＳＦ２４の各ショット位置２６にショット図形が描画される。

図１に示すように、制御部１００は、制御計算機１１０、制御回路１２０、記憶部１３０、１３２、１３４及び１３６を有する。記憶部１３０には、描画データが外部から入力され、格納されている。

記憶部１３２には、ＤＬ（Ｄｏｓｅ Ｌａｔｉｔｕｄｅ）情報が格納されている。ＤＬ情報は、基板２４０に照射する電子ビームの照射量（ドーズ量）と、基板２４０に形成されるパターンの線幅（ＣＤ）との関係を示す情報であり、例えばドーズ量を１％変化させた場合の線幅の変化量を示す。ＤＬ情報は異なる複数の面積密度毎に準備される。

記憶部１３４には、基板２４０に照射する電子ビームの照射量と、基板２４０に形成されるパターンのＬＥＲ（Line Edge Roughness、ラインエッジラフネス）との相関データが外部から入力され、格納されている。相関データは、異なる複数の面積密度毎に準備される。

照射量とＬＥＲとの相関データの作成方法について説明する。例えば、図６のように、パターンの面積密度が、約０％のラインパターンと、５０％のラインパターンと、１００％のラインパターンとが組みになったパターンセットを配置する。そして、電子ビームの照射量Ｄの値を変えて（Ｄ１〜ＤＮまでのＮ種類の照射量（Ｎは２以上の整数））、マスクに描画する。次いで、描画したパターンのＬＥＲを評価する。例えば、ライン・アンド・スペースのパターン内の１つのエッジについて、寸法ＳＥＭでＲＯＩ（Region Of Interest）内の微細な凹凸を測定した後、それらのばらつきを求めて、エッジラフネスとする。

次に、照射量を横軸にとり、ＬＥＲを縦軸にとって測定点をプロットした後、関数フィッティングを行う。図７は、ある１つの面積密度についての、照射量とＬＥＲとの相関データ（相関関数）を示すグラフである。このような相関データを面積密度毎に求め、記憶部１３４に格納する。

記憶部１３６には、基板２４０に形成するパターンに要求されるＬＥＲの閾値（ＬＥＲの許容値）が外部から入力され、格納されている。

制御計算機１１０は、面積密度計算部１１１、照射量計算部１１２、ショットデータ生成部１１３、照射量下限値計算部１１４、照射量判定部１１５、照射量再設定部１１６、ショットサイズ調整部１１７、及びショット位置調整部１１８を有する。

制御計算機１１０の各部は、電気回路等のハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御計算機１１０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを記録媒体に収納し、電気回路を含むコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

図８は、本実施形態による描画方法を説明するフローチャートである。制御計算機１１０の各部の機能を、図８に示すフローチャートに沿って説明する。

制御計算機１１０が、記憶部１３０から描画データを読み込むと（ステップＳ１０１）、面積密度計算部１１１がチップ領域をメッシュ状の複数の小領域に分割し、各小領域の面積密度を計算し、パターン面積密度マップを作成する（ステップＳ１０２）。面積密度は、小領域内部に位置する図形の面積を累積加算した値を、小領域の面積で割った値で示すことができる。パターン面積密度マップは、メモリ（図示略）に格納される。

照射量計算部１１２は、メモリからパターン面積密度マップを取り出し、公知の方法を用いて、近接効果、かぶり、及びローディング効果に起因する寸法変動を補正する照射量を計算する（ステップＳ１０３）。算出された照射量はメモリ（図示略）に格納される。

ショットデータ生成部１１３は、描画データに対し複数段のデータ変換処理を行って、装置内フォーマットのショットデータを生成する（ステップＳ１０４）。ショットデータ生成部１１３は、描画データに定義された複数の図形パターンを１度の電子ビームで照射可能なサイズ（成形可能なサイズ）のショット図形に変換し、各ショット図形の照射位置、ショット図形サイズ、及びショット図形の種類等が定義されたショットデータを生成する。また、ショットデータには、照射量計算部１１２により計算された照射量に基づくショット毎の照射量が定義される。

照射量下限値計算部１１４は、各ショットの照射量下限値を計算する（ステップＳ１０５）。照射量下限値計算部１１４は、図９に示すように、記憶部１３４に記憶されている照射量とＬＥＲとの相関データと、記憶部１３６に記憶されているＬＥＲ閾値とから、照射量下限値を計算する。これにより、例えば、パターンの面積密度が、約０％、５０％、１００％の場合の照射量下限値が求まる。

続いて、照射量下限値計算部１１４は、図１０に示すように、パターン面積密度を横軸にとり、照射量下限値を縦軸にとって、算出した値をプロットした後、関数フィッティングを行う。照射量下限値計算部１１４は、パターン面積密度マップから各ショットに対応する面積密度を求め、この関数に代入して、各ショットの照射量下限値を計算する。この照射量下限値は、形成されるパターンのＬＥＲが許容値を満たすために必要な最低照射量である。

照射量判定部１１５は、各ショットのショットデータに定義された照射量が、照射量下限値計算部１１４により算出された照射量下限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。定義された照射量が照射量下限値以上である場合、ショットデータはそのまま制御回路１２０へ出力される（ステップＳ１０６＿Ｙｅｓ）。

定義された照射量が照射量下限値未満である場合（ステップＳ１０６＿Ｎｏ）、照射量再設定部１１６は、ショットデータに定義された照射量を照射量下限値に変更し（増加させ）、ショットデータの照射量を再設定する（ステップＳ１０７）。

電子ビームの照射量を増加させると、仕上がり寸法が大きくなる。そのため、ショットサイズ調整部１１７は、記憶部１３２に格納されているＤＬ情報に基づいて、ステップＳ１０７における照射量増加に伴う寸法増加量を計算し、ショットデータに定義されたショット図形サイズを寸法増加量分だけ小さくする（ステップＳ１０８）。

例えば、図１１に示すように、ステップＳ１０７において、ショットデータに定義された照射量を、当初の照射量Ｄａから照射量下限値Ｄｂに変更すると、パターンの仕上がり寸法が（ｘ方向、ｙ方向それぞれに）ΔＬ増加する場合、ショットデータに定義されたショット図形サイズを（ｘ方向、ｙ方向それぞれに）ΔＬ小さくする。これにより、照射量を変更しても、同一の仕上がり寸法とすることができる。

ショット図形サイズの変更により、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１アパーチャ像５０の可変成形開口３４を通過する部分の大きさが変わる。しかし、可変成形開口３４の頂点Ｃの位置は不動点であるため、このまま描画を行うと、図１２に示すように、理想の位置からｘ方向、ｙ方向にそれぞれΔＬ／２（ステップＳ１０８での寸法変化量の半分）ずれた位置にパターンが形成される。

そのため、ショット位置調整部１１８は、ショットデータに定義された照射位置を、不動点と対角側に（ｘ方向、ｙ方向それぞれに）ΔＬ／２だけ変化させる（ステップＳ１０９）。これにより、照射量を変更しても、同一の位置にパターンを形成することができる。

このように、ショットデータは、定義された照射量が照射量下限値未満であった場合、照射量、ショットサイズ及びショット位置が変更されて制御回路１２０へ出力される。

制御回路１２０は、制御計算機１１０から、照射量下限値以上の照射量が定義されたショットデータを受け取り、描画部２００を制御して基板２４０にパターンを描画する（ステップＳ１１０）。制御回路１２０は、入力されたショットデータを用いて、各ショット図形に定義された照射量（照射時間ｔ）だけ電子ビームを照射し、照射時間ｔが経過したら電子ビームを遮蔽するようにブランカ２０３に偏向電圧を印加する。また、制御回路１２０は、ショットデータに沿って、定義された描画位置に電子ビームを偏向するための偏向量を演算する。同様に、各ショット図形に定義された図形種及びサイズの図形に成形するための偏向量を演算する。そして、図示しないＤＡＣアンプを介して各偏向量の偏向電圧を対応する偏向器２０６、主偏向器２０９、及び副偏向器２１０に印加する。

このように、本実施形態によれば、近接効果、かぶり、ローディング効果等に起因する寸法変動を補正するために照射量が低くなり、所望のＬＥＲ品質を満たせなくなった場合に、ＬＥＲ品質を満たせる照射量下限値まで照射量を増加させることで、ＬＥＲを向上させることができる。ショットデータに定義された照射量が照射量下限値より低い場合に照射量を照射量下限値まで増加させるだけなので、ベースドーズを上げる手法と比較して、スループットの低下を抑えることができる。

また、照射量の変更に伴う仕上がりのパターンの寸法や位置の変動を考慮して、ショットデータに定義されるショット図形サイズやショットの照射位置を調整することで、所望の寸法のパターンを所望の位置に形成することができる。

上記実施形態において、図１０に示すような、パターン面積密度から照射量下限値を求めるための関数は、描画装置の外部で予め求めておいてもよい。

図８のステップＳ１０８においてショット図形サイズを変更（縮小）すると、パターン面積密度が僅かに変わり、照射量下限値（形成されるパターンのＬＥＲが許容値を満たすために必要な最低照射量）も僅かに変わり得る。そのため、ショット図形サイズの変更に伴う照射量下限値の変化を考慮して、ショット図形サイズの変更量を決定するようにしてもよい。

上記実施形態において、ＬＥＲに代えて、ＬＷＲ（Line Width Roughness、ライン幅ラフネス）を用いてもよい。

上記実施形態では、基板２４０に電子ビームを照射する構成について説明したが、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームを照射してもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００ 制御部
１１０ 制御計算機
１１１ 面積密度算出部
１１２ 照射量計算部
１１３ ショットデータ生成部
１１４ 照射量下限値計算部
１１５ 照射量判定部
１１６ 照射量再設定部
１１７ ショットサイズ調整部
１１８ ショット位置調整部
１２０ 制御回路
１３０、１３２、１３４、１３６ 記憶部
２００ 描画部
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ ブランカ
２０４ 第１成形アパーチャ
２０５ 投影レンズ
２０６ 成形偏向器
２０７ 第２成形アパーチャ
２０８ 対物レンズ
２０９ 主偏向器
２１０ 副偏向器
２１１ ＸＹステージ
２２０ 電子鏡筒
２３０ 描画室
２４０ 基板

Claims (5)

1. 描画データに基づいて、基板に描画するパターンのパターン面積密度を計算する面積密度計算部と、
   前記描画データを用いて、荷電粒子ビームのショットを単位として構成され、ショットサイズ、ショット位置及び照射量が定義されたショットデータを生成するショットデータ生成部と、
   前記ショットデータに定義された照射量が、前記パターン面積密度に対応する照射量下限値以上であるか否か判定する照射量判定部と、
   前記ショットデータに定義された照射量が前記照射量下限値未満である場合に、該ショットデータの照射量を該照射量下限値に変更する照射量再設定部と、
   前記照射量再設定部による照射量の変更量に基づいて、前記ショットデータに定義されたショットサイズを変更するショットサイズ調整部と、
   前記ショットサイズ調整部によるショットサイズの変更量に基づいて、前記ショットデータに定義されたショット位置を変更するショット位置調整部と、
   前記照射量、前記ショットサイズ、及び前記ショット位置が変更されたショットデータを用いて前記基板上に荷電粒子ビームを照射して描画を行う描画部と、
   を備える荷電粒子ビーム描画装置。
2. 荷電粒子ビームの照射量と、描画されるパターンのサイズとの関係を規定した情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記ショットサイズ調整部は、前記情報に基づいて、前記照射量の変更によるパターンサイズの変動量を求め、該変動量を前記ショットサイズの変更量とすることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記ショット位置調整部は、ショットの不動点から対角側に、前記ショットサイズの変更量の半分だけショット位置を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
4. 描画データに基づいて、基板に描画するパターンのパターン面積密度を計算する工程と、
   前記描画データを用いて、荷電粒子ビームのショットを単位として構成され、ショットサイズ、ショット位置及び照射量が定義されたショットデータを生成する工程と、
   前記ショットデータに定義された照射量が、前記パターン面積密度に対応する照射量下限値以上であるか否か判定する工程と、
   前記ショットデータに定義された照射量が前記照射量下限値未満である場合に、該ショットデータの照射量を該照射量下限値に変更する工程と、
   前記照射量の変更量に基づいて、前記ショットデータに定義されたショットサイズを変更する工程と、
   前記ショットサイズの変更量に基づいて、前記ショットデータに定義されたショット位置を変更する工程と、
   前記照射量、前記ショットサイズ、及び前記ショット位置が変更されたショットデータを用いて前記基板上に荷電粒子ビームを照射して描画を行う工程と、
   を備える荷電粒子ビーム描画方法。
5. ショットの不動点から対角側に、前記ショットサイズの変更量の半分だけ前記ショット位置を変更することを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
   

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