JP7740963B2 - 電子線描画データ加工方法、描画方法およびインプリントモールドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アレイホール形成のための電子線描画データ加工方法、描画方法およびインプリントモールドの製造方法に関する。

１μｍ以下の微細なパターンを電子線によって高速に描画する装置として、可変成形型電子ビーム描画装置（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｈａｐｅｄ Ｂｅａｍ装置、以降ＶＳＢ機と呼称）、キャラクタープロジェクション型電子ビーム描画装置（Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ装置、以降ＣＰ機と呼称）、ポイントビーム型電子ビーム描画装置（Ｐｏｉｎｔ Ｂｅａｍ装置、以降ＰＢ機と呼称）等が知られている（図５）。

ＶＳＢ機は、矩形状開口を有する２枚の成形開口アパーチャとその間に配置される成形偏向器を用いて、任意に且つ可変的に成形した矩形状ビームを電子線レジスト材料上にショットし、それを次々と電子ビームの矩形サイズを変化させながらショットすることで、微細なパターンを高速に描画することができる。

ＣＰ機は、ＶＳＢ機の様に成形偏向器で２枚目の成形開口アパーチャへのショット位置調整によって成形ビームサイズを変化させることはできないが、２枚目の成形開口アパーチャの開口形状どおりのビームを電子線レジスト材料状にショットすることができるため、例えば複雑な形状の繰り返しパターンであっても、それぞれ１ショットで描画でき、ＶＳＢ機よりも高速に描画できる場合もある。

また、２枚目の成形開口アパーチャ平面内に収まる範囲内で様々な開口形状を設けておけば、複数の複雑な形状もそれぞれ１ショットで描画でき、ＶＳＢ機よりも更に高速に描画できる場合もある。

ＰＢ機は、円形状開口を有する１枚の成形開口アパーチャを通した円形ビームを電子線レジスト材料上にショットし、その１つ１つのショットを任意に並べながら形状をパターニングするため、例えば複雑な形状であっても小さいビームで繋ぎ合わせれば、いくらでもパターンを形成することができる。但しその場合、複数の小さいビームで１つの形状を形成するため、描画時間の増大が大きな問題となる。

さて複数の異なるサイズを有する円形パターンを同一面上に形成しようとする場合、ＶＳＢ機やＰＢ機ではそれぞれの円形ＣＡＤデータを複数の描画可能な図形に分割（フラクチャリング）して円状に描画しようとするため、ショット数の増大により描画中の電子ビーム照射時間の増大と描画中のセトリング時間（電子光学系の安定時問やデータ展開時間）の増大が生じ、結果として描画時間が大幅に長くなる。

加えて、形状の真円度と描画時間はトレードオフの関係であり、真円度を高めようとすると、より細かい分割ショットが要求されることから、更に描画時間が増大する。

これに対して、ＶＳＢ機を用いた場合でも、電子ビームのぼけ（ビームブラー）を利用することで１ショットの矩形ビームで円形形状を実現する技術が提案されている（下記特許文献１）。

一方で、ＣＰ機では円形形状の開口アパーチャを複数用意すれば、複数の異なるサイズを有する円形パターンをショットできる。しかし製造工程や製品を改善していく過程で、製造プロセス条件や製品仕様を変更したい場合、適切なアパーチャ径を有するアパーチャマスクを新たに用意し直す必要が生じることもあり、その調達時間と調達コストが問題となる。

ＰＢ機においても、ＰＢ機が有する複数の円形開口アパーチャを適宜選択することで、ＣＰ機と同様に異なるサイズの円形パターンをショットすることは可能であるが、選択可能な円形開口アパーチャ数とその開口サイズが限定的であるため、その間の寸法を補完可能なパターンサイズ調整方法が必要となる。

一般的には、電子ビームのＤｏｓｅ量調整でパターン寸法をある程度の範囲内に調整可能であるが、Ｄｏｓｅ量が低すぎるとレジスト抜け不良や解像不良が生じ、また逆にＤｏｓｅ量が高すぎるとエッジラフネスの悪化が生じるため、実用的にはその範囲よりも更に狭くなる。つまり、Ｄｏｓｅ量だけで調整できるパターンサイズの調整範囲には限界がある。

これに対し、複数のサイズの異なった円形開口で成形された荷電粒子ビームを同じ位置で重ねて露光することで、円形パターンのサイズの変化幅を増やす方法が提案されている（下記特許文献２）

特開２０１１－２５３９６５号公報 特開２０１３－４１９０３号公報

しかしながら上記特許文献１の技術では、開口サイズが１００ｎｍから２５０ｎｍと限定的であり、かつ真円度も十分なものが得られていない。

また上記特許文献２の技術では、同じ位置に正確にビームを重ね合わせる描画を数十万から数十億の図形に対して行う必要があるが、位置合わせの再現性確保が困難であることから、パターニングされる円形形状を真円に保つことが困難なものとなっている。

そこで本発明は、上記のような課題に対処するためになされたものであって、１００ｎｍ未満を含む複数のサイズの円形パターンが含まれる設計に対しても、短時間で高速に描画でき、真円性を良好に保ったパターニング形状を得る手段を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、異なる径の円形パターンが混在するアレイホールまたはピラーの設計データから、電子線描画を用いて描画するための描画データを作製する電子線描画データ加工方法であって、
前記設計データ上の円形パターンの重心に、前記円形パターンより小さい台形または長方形または三角形パターンを前記描画データに割り当てる工程と、
前記設計データ上の円形パターンのサイズごとに、異なるレイヤーを前記描画データに割り当てる工程と、
割り当てられた前記異なるレイヤーごとに、それぞれの径のサイズに対応して各円形パターンをそれぞれ一回の円形ビームで描画できるようにＤｏｓｅ量とＦｏｃｕｓ値を割り当てる工程を含むことを特徴とする電子線描画データ加工方法である。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子線描画データ加工方法によって作製された描画データを用いて基板上に塗布された電子線レジストに対して円形ビームにより描画することを特徴とする電子線描画方法である。

また請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電子線描画方法によって作製された電子線レジストパターンを用いて前記基板の加工を行うことを特徴とするナノインプリントモールドの製造方法である。

本発明によれば、所望の円形パターンに対して割り当てられるショット数を１つに留めることで複数ショットにならず、描画中のビーム照射時問の増大を抑制できること、また電子線描画データの矩形数が減少することにより、描画中のセトリング時間の増大を抑制できること、これら２点によってＰＢ機を用いる通常の場合と比較して、大幅に描画時問を削減することが可能となる。

またＰＢ機で１つの円形ビームを用いて１つの円形パターンを形成するため、ＶＳＢ機やＰＢ機で複数ショットを用いて形成する場合と比較し、より真円に近い円形パターンを形成することが可能となる。

更に、Ｄｏｓｅ量調整だけでなくＦｏｃｕｓ値調整も組み合わせることで、電子線照射する基板面に対するＦｏｃｕｓズレに伴う円形ビーム径の広がりを利用してパターンサイズを調整することができ、Ｄｏｓｅ量を限界以上に増減させることなく、従来よりもパターンサイズの調整範囲を広げることが可能となる。

全レイヤと設計図形を重ね合わせたイメージ図。 設計データの配置イメージ図。 各図形の中心（重心）配置イメージ図。 各図形に矩形を割り当てた配置イメージ図。 各種電子線描画方式の例。

以下本発明の実施形態について説明する。

＜描画データ加工方法＞
図２に設計データの配置イメージ図を示す。この図では、直径の異なる３種類（小さい方から順に円形パターン１、円形パターン２、円形パターン３）の円形パターン設計データが配置されている様子が表されている。

この設計データから、各円形パターンについてそれぞれのサイズと位置情報からなる図形情報を、ＤＲＣ（Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｕｌｅ Ｃｈｅｃｋ）ソフトウエアなどの設計ツールを用いて抽出する。

前記図形情報から、それぞれのパターンの重心（図３）に１ショットよりも小さな正方形図形を、異なる円形寸法ごとに、ここでは円形パターン１，２，３にそれぞれ対応する３種類のレイヤーに割り当て派生させ（図４）、ＧＤＳIIやＯＡＳＩＳのようなＳｔｒｅａｍファイルに格納する。

次に前記Ｓｔｒｅａｍファイルを入力として、レイヤー毎に異なるＤｏｓｅ Ｓｈｏｔ
Ｒａｎｋを割り当てた描画データを準備する。前記Ｄｏｓｅ Ｓｈｏｔ Ｒａｎｋとは、Ｄｏｓｅ量を変調させる量を規定している記号のことであり、各Ｄｏｓｅ Ｓｈｏｔ ＲａｎｋにはＤｏｓｅ量を何％増減させるか、という情報が含まれている。つまり、レイヤー毎に割り当てるＤｏｓｅ Ｓｈｏｔ Ｒａｎｋを変えることで、それぞれのレイヤーに対して、結果として異なるＤｏｓｅ量を割り当てることが可能になる。

＜描画方法＞
前記レイヤー毎にＤｏｓｅ Ｓｈｏｔ Ｒａｎｋを割り当てられた図形データ群を、ＰＢ機で使用可能なフォーマットに変換し、描画ジョブファイル上にＤｏｓｅ量やＦｏｃｕｓ値、プローブ電流値、使用アパーチャなどの描画設定パラメータを適宜記述したうえで、描画実行可能なファイルへとコンパイルして描画する。最適Ｆｏｃｕｓについては、Ｆｏｃｕｓ値と、設定Ｆｏｃｕｓ値によって得られる描画パターンの径を３点以上確認し、Ｆｏｃｕｓ値とパターン径の相関を求めた後、設定Ｆｏｃｕｓ値と寸法変動の関数プロットから所望なＦｏｃｕｓを算出する。シリコンやシリコン酸化物などからなる基板上に塗布した電子線レジスト材料に対して電子線描画を行い、適宜ベーク処理や現像処理を続けることで、レジストパターンを形成する（図１）。本図では電子線が照射された円形の部分にハッチが施してある。

図１および図４に示されている各正方形図形１１、１２および１３は、ここでは矩形として表示してあるが、これは描画される電子ビームの形状を表しているものではなく、それぞれ１ショットで描画できるデータとして表わされているものである。

実際の描画はこれら各正方形図形データに対して、ＰＢ機の円形開口アパーチャで円形のビームを形成させ、前記描画データを用いて１つの円形パターンに対して１ショットの描画を行う。

各ショットの描画条件は、予め準備された前記描画データに基づき、サイズの異なる各円形図形１、２および３のそれぞれに対応して特定の異なる電子ビーム条件を適用する。

これによって、異なる複数のサイズの円形パターンが混在した図形群をそれぞれ１ショットで、高い真円性を保ちながら、高速に描画することが可能となる。

前記電子線レジストはポジ型すなわち電子線が照射された部分が現像によって除去されるものでも、ネガ型すなわち照射されなかった部分が現像によって除去されるものでも、どちらでも構わない。したがってレジストがポジ型の場合には形成されるレジスト形状はホール形状に、ネガ型の場合はピラー形状となる。

＜インプリントモールドの形成方法＞
前記レジストパターンを用いてインプリントモールドを形成することができる。ここで用いる電子線レジストは、化学増幅型レジストや非化学増幅型レジストが該当し、描画後のべーク処理が不要な場合もある。

形成されたレジストパターンは、その後ニッケル電鋳加工される場合もあれば、マスク材として基板のエッチング加工に用いる場合もある。前者の場合は、レジストパターンと形状が反転したニッケルパターン自体がマスターモールドとなり、後者の場合はエッチング加工によって基板にパターンを転写した後、レジストを剥籬して、パターンが転写された基板自体がマスターモールドとなる。エッチング加工は、ドライエッチングもウェットエッチングもある。

また基板として二層の金属層を用い、レジスト層直下の第一の金属層を前記レジストパ
ターンをマスクとしてエッチングし、これをハードマスクとして機能させて、更に下層である第二の金属層をエッチングし、第一の金属層を剥離させた後に、第二の金属層自体をマスターモールドとすることもできる。

本プロセスによれば、このように、電子線レジストの種類、形成するパターンの大小、ホール・ピラーの別、モールドの材質の違いなどに影響されることなく、インプリントモールドを作製することが可能となる。

１ 円形パターン１
２ 円形パターン２
３ 円形パターン３
４ 各図形の中心位置
１１ 円形パターン１に対応する正方形図形
１２ 円形パターン２に対応する正方形図形
１３ 円形パターン３に対応する正方形図形

Claims (3)

1. 異なる径の円形パターンが混在するアレイホールまたはピラーの設計データから、電子線描画を用いて描画するための描画データを作製する電子線描画データ加工方法であって、
   前記設計データ上の円形パターンの重心に、前記円形パターンより小さい台形または長方形または三角形パターンを前記描画データに割り当てる工程と、
   前記設計データ上の円形パターンのサイズごとに、異なるレイヤーを前記描画データに割り当てる工程と、
   割り当てられた前記異なるレイヤーごとに、それぞれの径のサイズに対応して各円形パターンをそれぞれ一回の円形ビームで描画できるようにＤｏｓｅ量とＦｏｃｕｓ値を割り当てる工程を含むことを特徴とする電子線描画データ加工方法。
2. 請求項１に記載の電子線描画データ加工方法によって作製された描画データを用いて、基板上に塗布された電子線レジストに対して円形ビームにより描画することを特徴とする電子線描画方法。
3. 請求項２に記載の電子線描画方法によって作製された電子線レジストパターンを用いて前記基板の加工を行うことを特徴とするナノインプリントモールドの製造方法。