JPH01243520A - 荷電ビーム描画方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ＬＳＩ等の半導体集積回路のパターンをマス
クやウェーハ等の試料に高速・高精度に描画するための
荷電ビーム描画方法に係わり、特にテーブル移動速度の
最適化により描画スループットの向上をはかった荷電ビ
ーム描画方法に関する。

（従来の技術） 近年、ＬＳＩのパターンは益々微細かつ複雑になってお
り、このようなパターンを形成する装置として電子ビー
ム描画装置が用いられている。

この装置を用いて所望のパターンを描画する場合、ＣＡ
Ｄを始めとするＬＳＩのパターン設計ツールを用いて作
成される設計データを、そのままの形式で上記描画装置
の描画データとして供給することは出来ない。その理由
は、 ■設計データは一般に多角形で表現されているのに対し
、電子ビーム描画装置に供されるデータは台形若しくは
矩形といった基本的な形状しか許されない。

■図形相互に重なりがあると多重露光となってしまい描
画精度が悪化してしまう。

■電子ビーム描画に供されるデータは、描画方式に準拠
した単位描画領域に分割されている必要がある。

ということに起因している。

従って、上記設計データを例えば輪郭化処理を施して多
重露光の除去を行い、その後ビームの偏向領域により決
定する固有の領域（フレーム領域）毎に矩形１台形等の
基本図形に分割することにより電子ビーム描画装置にと
って受容可能な図形データにするという工程によって集
積回路に係わる描画パターンデータを生成した磁気ディ
スク等の記憶媒体に格納している。

そして、該描画パターンデータを上記フレーム領域毎に
読みだして一時的にパターンデータバッファに蓄積し、
このデータを解読すると共に試料を載置したテーブルを
Ｘ方向若しくはＹ方向に連続的に移動しながら、ビーム
偏向手段により形成可能な描画単位図形の集まりに分割
して、その結果を基にビーム位置及びビームの形状を制
御してフレーム領域内に所望パターンを描画する。次い
で、テーブルを連続移動方向と直交する方向にフレーム
領域の幅だけステップ移動し、上記処理を繰返すことに
より所望領域全体の描画処理が行われる。

なお、主偏向手段により副偏向位置を決定し副偏向手段
により描画を行う２段偏向方式では、単位描画領域（サ
ブフィールド）の集合体でフレーム領域を構成し、フレ
ーム領域の幅は主偏向手段の偏向幅で規定している。こ
の方式でも上記と同様に、フレーム領域毎に描画パター
ンデータを読出し、テーブルを連続移動しながら描画処
理が行われる。

上述の如く描画処理の中で、フレーム領域を描画する時
のテーブル移動速度は、フレーム領域中の全描画単位図
形のパターニング時間（ビームの位置及び形状を制御し
て所望パターンを描画する時間）が上記テーブル移動速
度に十分追従し得る値でなければならない。この条件を
満足するテーブル移動速度の決定方法として、以下に示
す２つの方法が用いられていた。

■フレーム領域の描画に際して、テーブル移動速度にパ
ターニングが十分追従し得るよう極めて低いテーブル移
動速度を設定し、全フレーム領域に亘り該移動速度で描
画処理する。

■マスクやウェーハ等の試料へのパターニング処理に先
だって、描画領域を構成する各フレーム領域についてパ
ターニングエラー（パターニング処理がテーブル移動速
度に追従できなくなって発生するエラー）を生じないテ
ーブル移動速度をトライアンドエラ一方式で見出して設
定し、該テーブル移動速度により描画処理を実行する。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、前記フレーム領域を描画する際のテー
ブル移動速度を決定するに際して、上記■の方法により
テーブル移動速度を決定する方法にあっては、ＬＳＩチ
ップを構成する全フレ−ム領域の最もパターン密度の高
いフレーム領域をエラーなく描画可能なテーブル移動速
度以下の値を設定しなければならない。従って、該フレ
ーム領域以外のフレーム領域では必要以上に低いテーブ
ル移動速度で描画することとなり、ＬＳＩチップ全体の
描画時間の中で極めて多大なる時間の無駄が生じてしま
う。

一方、■の方法にあっては、ＬＳＩチップを構成する各
フレーム領域毎に無駄の少ない描画処理を可能とするが
、そのテーブル速度を決定するのに描画対象となるマス
クやウェーハを前記テーブルに載置する前処理として、
各フレーム領域毎に試行錯誤を繰返して描画時間の無駄
を極力抑制し得るテーブル移動速度を決定する工程が必
要である。描画工程全体の中で上記工程に費す時間はと
ても無視し得るものではなく、場合によっては実際の描
画処理に要する時間以上に上記テーブル移動速度の決定
に要する時間が長くなる状況が生じることもあり得る。

このような状況から現在の描画工程では、各フレーム領
域のテーブル移動速度の決定方法に起因して描画時間の
増大、即ちスループットの低下を招いていた。そして、
上述の如く問題点は、電子ビーム描画装置の稼働率を低
下させると共にＬＳＩの生産性の低下を引起こすことに
なり、今後ＬＳＩの急速な進歩でパターンの微細化、集
積度の向上により上記電子ビーム描画装置で描画された
ＬＳＩパターンに対する信頼性及び装置の稼働率を高め
る上で大きな問題となる。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、描画エラーを招くことのない十分に低
速なテーブル移動速度で描画すると、描画時間のロスが
大きく描画スループットを著しく低下させる。一方、描
画時のロスを最小限に抑制するテーブル移動速度を見出
して描画する描画工程にあっては、上記テーブル移動速
度を決定する前処理工程に時間が費され描画工程全体の
時間が長期化することとなり、やはりスルーブツトが低
下するという問題があった。

また、上述した問題は電子ビーム描画方法に限るもので
はなく、イオンビーム等の荷電ビームを用いて試料上に
所望パターン形成する荷電ビーム描画方法全般について
言えることである。

本発明は、上述した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、ＬＳＩチップを構成する各フレ
ーム領域のテーブル移動速度を試行錯誤を繰返すという
前処理工程を行うことなく、略最適なテーブル移動速度
を各フレーム領域毎に決定することができ、描画速度の
最適化及びスルーブツトの向上をはかり得る荷電ビーム
方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、描画パターンデータから単純な計算よ
り得られる各種情報を基にフレーム領域の描画に要する
時間を求め、この時間から最適なテーブル移動速度を算
出することにある。

即ち本発明は、試料上の描画領域を、主偏向手段の偏向
幅で決まるフレーム領域に分割し、フレーム領域毎に試
料を載置したテーブルを連続移動しながら、主偏向手段
により荷電ビームを所定の単位描画領域に順次位置決め
し、ビーム成形手段により形成可能な描画単位図形の集
まりとして該単位描画領域を表現し、副偏向手段により
該単位描画領域を描画する荷電ビーム描画方法において
、前記フレーム領域に包含される図形の総面積と該フレ
ーム領域に包含される単位描画領域数とに基づいて該フ
レーム領域の描画に要する時間を求め、この時間で該フ
レーム領域の長さを除算して前記テーブルの移動速度を
決定するようにした方法である（請求項１）。

また本発明は、上記フレーム領域の描画に要する時間Ｔ
を求める手段として、該フレーム領域に包含される図形
の総面積を描画単位図形の平均的な面積により除算する
ことにより得゛られる該フレーム領域内の仮想的な描画
単位図形数をＡ１１つの描画単位図形に要するビーム照
射時間をＰ、１つの描画単位図形に要するビーム設定時
間をＱ１該フレーム領域に包含される単位描画領域数を
Ｂ、１つの単位描画領域へのビーム位置決めに要する時
間をＲとし、 Ｔ＝Ａ×　（Ｐ＋Ｑ）＋Ｂ×Ｒ なる式で前記時間Ｔを算出するようにした方法であり（
請求項２）、さらに前記フレーム領域を描画する際のテ
ーブル移動速度を、前記式から得られる時間Ｔで該フレ
ーム領域の長さＬを除算した値Ｓ＝Ｌ／Ｔに、描画処理
するパターンの品種。

層及びフレーム領域内の図形数を考慮して決定される所
定の係数を乗算して減速するようにした方法である（請
求項３）。

（作　用） 本発明方法によれば、フレーム領域に包含される図形の
総面積及び単位描画領域数等に基づいてフレーム領域の
描画に要する時間を求めることにより、実際の描画処理
に先立って試行錯誤を繰返しながらテーブル移動速度の
最適値を探しだすという前処理が不要となり、略最適な
テーブル移動速度をフレーム領域毎に簡易に決定するこ
とができる。その結果として、荷電ビーム描画装置の稼
働率を高めると共に、ＬＳＩの生産性を向上させること
が可能となる。また、上記の描画方法は今後のＬＳＩの
急速な進歩に伴うパターンの微細化及び高集積化に対し
てより有効な効果を発揮すると期待される。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は、本発明の一実施例方法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内には半導体ウェーハ若しくはガ
ラスマスク等の試料１１を載置したテーブル１２が収容
されている。テーブル１２は、テーブル駆動回路１３に
よりＸ方向（紙面左右方向）及びＹ方向（紙面表裏方向
）に駆動される。そして、テーブル１２の移動位置は、
レーザー測長計等を用いた位置回路１４により測定され
るものとなっている。

試料室１０の上方には電子ビーム光学系２０が配置され
ている。この光学系２０は、電子銃２１゜各種レンズ２
２〜２６、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及びビーム成形アパーチャ３５．３
６等から構成されている。そして、主偏向器３３により
所定の単位描画領域（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
及び成形アパーチャ３５．３６によりビーム形状を制御
し、テーブル１２を一方向に連続移動しながらフレーム
領域を描画処理する。

さらに、テーブル１２を連続移動方向と直交する方向に
ステップ移動し、上記処理を繰返して各フレーム領域を
順次描画するものとなりでいる。

一方、制御計算機４０には磁気ディスク（記録媒体）４
１が接続されており、このディスク４１にＬＳＩのチッ
プデータが格納されている。磁気ディスク４１から読出
されたチップデータは、前記フレーム領域毎にパターン
メモリ（データバッファ部）４２に一時的に格納される
。データバッファ部４２に格納されたフレーム領域毎の
パターンデータ、つまり描画位置及び基本図形データ等
で構成されるフレーム情報は、データ解析部であるパタ
ーンデータデコーダ４３及び描画デコーダ４４により解
析され、ブランキング回路４５．ビーム成形器ドライバ
４６．主偏向器ドライバ４７及び副偏向器ドライバ４８
に送られる。

即ち、パターンデータデコーダ４３では、上記データを
入力し、必要に応じてフレーム領域に包含される図形デ
ータに反転処理を施し反転パターンデータを生成する。

そして、次にフレームデータとして定義されている基本
図形データを前記成形アパーチャ３５．３６の組合せに
より形成可能な描画単位図形群に図形分割して、このデ
ータに基づいてブランキングデータが作成され、ブラン
キング回路４５に送られる。そして、更に希望するビー
ム寸法データが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。次に、ビーム成形器ド
ライバ４６から前記光学系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ものとなっている。

また、描画データデコーダ４４では、上記フレームデー
タに基づいてサブフィールドの位置決めがデータが作成
され、このデータが主偏向器ドライバ４７に送られる。

そして、主偏向器ドライバ４７から前記光学系の主偏向
器３３に所定の信号が印加され、これにより電子ビーム
は指定のサブフィード位置に偏向走査される。さらに、
描画データデコーダ４４では副偏向器走査のコントロー
ル信号が発生され、この信号が副偏向器ドライバ４８に
送られる。そして、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
ィールド毎の描画が行なわれるものとなっている。

次に、上記構成された装置を用いた電子ビーム描画方法
について説明する。描画処理を行うためのデータの生成
工程を示したのが第２図である。

ＬＳＩのパターンは、ＣＡＤシステムにより設計〜作成
され、その設計パターンデータはホスト計算機により描
画データに変換される。そして、この描画データを読出
して電子ビーム描画が行われることとなる。

ここで、ＣＡＤシステムにより作成されるデータは通常
、パターンが多角形の図形群により構成され、パターン
相互に重なりが許容されている図形データ体系となって
いる。このような形式のＬＳＩパターンデータを電子ビ
ーム描画装置で受容可能なデータ体系とするため、ホス
ト計算機で図形の輪郭化処理を施し、ビームの多重露光
領域の除去を行い、続いて第３図（ａ）に示すように、
チップ領域を前記ビームを偏向せられる単位描画領域で
あるフレーム領域５３ａ〜５３ｄとサブフィールド領域
５４への領域分割を行う。第３図（ｂ）はビーム多重露
光領域の除去により多角形５１．５２とされたサブフィ
ールド領域５４内の描画図形を示す。次にこの描画図形
を、第３図（ｃ）に示すような矩形及び台形図形で構成
される基本図形群５６への図形分割処理を行う。

このようなデータ生成工程により得た図形データを、図
形形状フラグ、図形位置及び図形サイズで表現しサブフ
ィールド領域ならびにフレーム領域単位の図形データ群
として定義すると共に、フレームデータのヘッダ部にフ
レーム領域に包含される描画図形の総面積と図形数及び
サブフィールド数を記述して前記磁気ディスク４１に格
納する。

なお、描画図形の総面積は前記多角形図形を基本図形群
に図形分割する処理工程の中でサブフィールド領域毎の
描画面積を算出し、更にその値をフレーム領域について
総計することにより得られる数値である。

そして、このようなデータ生成工程を経て作成された描
画パターンデータをフレーム領域毎に磁気ディスク４１
から読出して描画する際、ＬＳＩのチップ領域はパター
ン密度の低い領域と高い領域が連続的に変化しながら混
在している。従って、チップ領域を構成している各フレ
ーム領域毎にバターニングに要する時間が異なり、それ
に伴って各フレーム領域毎に設定するパターニング時の
テーブル移動速度もスループット向上の観点から最適化
することが望まれる。

そこで、上述の如くフレーム領域及びサブフィールド領
域に分割された第３図（ｃ）に示す如く基本図形データ
をフレーム領域毎に読出して、前記フレームデータのヘ
ッダ部に記述された図形の総描画面積を制御計算機４０
により認識する。この総描画面積を、前記ビーム成形器
ドライバ４７で形成可能な描画単位図形の平均的なビー
ム寸法値により除算して、フレーム領域に包含される描
画単位図形数Ａを概算する。さらに、描画単位図形数Ａ
に、描画単位図形毎のビーム設定時間Ｑとビーム照射時
間Ｐとを加算した値を乗じて、フレーム領域内の全描画
単位図形に対するバターニング時間を算出する。また、
サブフィールド数Ｂに、各サブフィールド領域への位置
決め設定時間Ｒを乗じて、サブフィールド位置決めに要
する総時間を算出する。そして、これらの時間の加算値
から、対象とするフレーム領域を描画処理するのに必要
な時間Ｔを算出する。そして、この時間Ｔによりフレー
ム領域のテーブル連続移動方向の長さしを除算して、暫
定的なテーブル移動速度Ｓ゛を決定する。

しかし、上記移動速度Ｓ′はフレーム領域のパターン分
布が一様であるとの仮定の下に導出された数値であり、
現実的にはフレーム領域内のパターン分布は、描画対象
となるＬＳＩの品種及び層によりパターンの疎な部分と
密な部分が連続的に変化して分布している。従って、実
際の描画処理に用いるテーブル移動速度Ｓは、このよう
な状況を勘案して所定の減速係数をもって減速している
。

具体的には、第４図に示すようにフレーム領域に包含さ
れる図形の総描画面積が同じであっても、基本図形数の
違いにより描画される描画単位図形５７の数が異なるの
で、単位面積当りの基本図形数を算出してその値に応じ
て第１の減速係数α１を決定する。なお、第４図では基
本図形を矩形とし、サブフィールド領域５４をパターン
の存在するところのみに定義している。そして、図中左
側では基本図形が４つのサブフィールド領域に分割され
、該サブフィールド領域の塗り潰しにより描画される。

同様に、図中右側では基本図形がそれぞれ１つのサブフ
ィールド領域に対応し、各基本図形がサブフィールドの
塗り潰しにより描画されるものとなっている。次に、描
画対象となるＬＳＩの品種（メモリーデバイス、ランダ
ムロジック及びＡＳＩＣ等）と層（ＳＤＧ層、配線層及
びコンタクト層等）から経験的に決定する第２の減速係
数α２を第７図に示す如（テーブルから読み出す。そし
て、α１とα２を基に減速係数αを決定し、先述のテー
ブル移動速度Ｓ°に減速係数αを乗じて最終的なテーブ
ル移動速度Ｓを決定する。

Ｓ鴫Ｓ′Ｘα１×α２ また、第５図に示すようにフレーム領域に包含される図
形の総描画面積及び基本図形の数が同じであっても、基
本図形の存在位置が密集しているか分散しているかによ
っても、テーブル移動速度の最適値は変化する。従って
この場合、基本図形の配置状況に応じて減速係数α１を
決定し、更に上記と同様にしてα２を決定して最終的な
テーブル移動速度を決定すればよい。なお、第５図にお
いては、ハツチングで示したサブフィールド領域のみが
描画されるものであり、１つのサブフィールド領域５４
に包含される図形は前記第３図（ｃ）に示す如く複数の
基本図形の集合とし、各サブフィールド領域５４で同じ
図形を描画するものとした。

また、前記第３図（Ｃ）に示す図形をパターンデータデ
コーダ４３で反転処理し、第６図に示す如く基本図形体
系で描画処理に供する場合、描画対象となるフレーム領
域の面積を算出し、こｄ値からフレームヘッダ部に記述
された反転処理される前の図形総面積β】を減じて反転
パターンに対する描画図形の総面積β２を導出する。さ
らに、β１とβ２の比率とフレームヘッダ部に記述され
たフレーム領域に包含されるサブフィールド数を基に反
転パターンにおけるサブフィールド数を導出して、上記
２つの数値から前述したのと同様の処理工程を経て各フ
レーム領域に対する略最適なテーブル移動速度を決定す
る。

なお、１フレーム領域中に複数種類のＬＳＩチップが混
在して配置されている場合は、各ＬＳＩチップに対して
前述のような処理を施しテーブル移動速度を決定し、そ
の中で最も低いテーブル移動速度を選択することとする
。

以上のような処理工程により、各フレーム領域に対する
テーブル移動速度を決定し、そのテーブル移動速度をも
って描画処理を行うことにより、描画処理における無駄
時間を著しく抑制することができ、その結果として描画
処理のスルーブツト向上をはかることができる。

かくして本実施例方法によれば、実際の描画処理に先だ
って行うテーブル駆動を伴うテーブル移動速度の最適値
を探す前処理工程を不要にすることができ、一連の描画
工程での無駄時間を著しく低減することができ、描画ス
ルーブツトの大幅な向上をはかることができた。また、
装置自体は従来のものをそのまま用いることができ、フ
レームデータの作−成工程を変更することとフレーム描
画の前処理としてパターニング時のテーブル移動速度の
算出工程を追加するのみで、容易に実・現し得る等の利
点がある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記チップデータを格納する手段としては
磁気ディスクに限るものではなく、磁気テープや半導体
メモリ等その他の記憶媒体を用いることができる。また
、電子ビーム描画装置の構成は第１図に同等限定される
ものでなく、適宜変更可能である。また、実施例では電
子ビームを例にとり説明したが、電子ビームに限定され
ることな（イオンビームを含む荷電ビームに対し適用可
能であり、描画方式についても主・副偏向を組合わせた
２段偏向方式の他、１段偏向方式や３段以上の偏向方式
でもよく、可変成形ビームを用いたショット方式の楕円
形ビームを用いた装置方式のものについても適用可能で
ある。さらに、記憶媒体に蓄積される描画データの図形
体系は基本図形でなく描画単位図形及び多角形図形につ
いても適用可能であり、パターンの反転処理についても
パターンデータデコーダ４３で行う以外に磁気ディスク
４１へ格納する前処理として行ってもよい。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。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、フレーム領域に包
含される図形の総描画面積及び単位描画領域数等に基づ
いてフレーム領域の描画に要する時間、更に最適なテー
ブル移動速度を求めることにより、描画処理における無
駄時間を著しく抑制し描画速度の向上及び荷電ビーム描
画装置の稼働率を高めることができ、その結果としてＬ
ＳＩの生産性向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム描
画装置を示す概略構成図、第２図は描画パターンデータ
の生成工程を示す模式図、第３図は描画パターンデータ
を生成するまでの図形分割及び領域分割を示す模式図、
第４図は基本図形の違いによる描画単位図形の違いを示
す模式図、第５図は描画すべきサブフィールドの密集及
び分散状態を示す示す模式図、第６図は反転パターンを
示す模式図、第７図は減速係数α２を登録した係数テー
ブルを示す模式図である。 １０・・・試料室、１１・・・試料、１２・・・テーブ
ル、２０・・・電子光学系、２１・・・電子銃、２２〜
２６・・・レンズ、３１〜３４・・・偏向器、３５．３
６・・・ビーム成形アパーチャ、４０・・・制御計算機
、４１・・・磁気ディスク（記録媒体）、４２・・・パ
ターンメモリ（データバッファ部）、４３・・・パター
ンデータデコーダ、４４・・・描画データデコーダ、５
１．５２・・・多角形、５３．５３ａ〜５３ｄ・・・フ
レーム領域、５４・・・サブフィールド（単位描画領域
）、５６・・・基本図形群、５７・・・描画単位図形。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第３図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料上の描画領域を、主偏向手段の偏向幅で決ま
   るフレーム領域に分割し、フレーム領域毎に試料を載置
   したテーブルを連続移動しながら、主偏向手段により荷
   電ビームを所定の単位描画領域に順次位置決めし、ビー
   ム成形手段により形成可能な描画単位図形の集まりとし
   て該単位描画領域を表現し、副偏向手段により該単位描
   画領域を描画する荷電ビーム描画方法において、 前記フレーム領域に包含される図形の総面積と該フレー
   ム領域に包含される単位描画領域数とに基づいて該フレ
   ーム領域の描画に要する時間を求め、この時間で該フレ
   ーム領域の長さを除算して前記テーブルの移動速度を決
   定することを特徴とする荷電ビーム描画方法。
2. （２）前記フレーム領域の描画に要する時間Ｔを求める
   手段として、該フレーム領域に包含される図形の総面積
   を描画単位図形の平均的な面積により除算することによ
   り得られる該フレーム領域内の仮想的な描画単位図形数
   をＡ、１つの描画単位図形に要するビーム照射時間をＰ
   、１つの描画単位図形に要するビーム設定時間をＱ、該
   フレーム領域に包含される単位描画領域数をＢ、１つの
   単位描画領域へのビーム位置決めに要する時間をＲとし
   、 Ｔ＝Ａ×（Ｐ＋Ｑ）＋Ｂ×Ｒ なる式で前記時間Ｔを算出する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. （３）前記フレーム領域を描画する際のテーブル移動速
   度は、前記式から得られる時間Ｔで該フレーム領域の長
   さＬを除算した値Ｓ＝Ｌ／Ｔに、描画処理するパターン
   の品種、層及びフレーム領域内の図形数を考慮して決定
   される所定の係数を乗算して減速されることを特徴とす
   る請求項２記載の荷電ビーム描画方法。