JPH04326718A

JPH04326718A - 荷電粒子ビーム描画方法

Info

Publication number: JPH04326718A
Application number: JP3096641A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yamaguchi; 山口　寿男; Ichiro Mori; 一朗森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1992-11-16

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームを用い
て半導体集積回路等の微細パターンを描画する荷電粒子
ビーム描画方法に係わり、特に近接効果の低減をはかっ
た荷電粒子ビーム描画方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ウェハやマスク基板等の試
料面上に微細パターンを描画するものとして、各種の電
子ビーム描画装置が用いられているが、この装置では後
方散乱電子によりパターンの太りや細りが生じる、いわ
ゆる近接効果の影響が問題となる。そこで最近、ゴース
ト法と称される近接効果の補正方法が注目されている。ゴースト法（例えば、特開昭５９−９２１号公報、Ｇ．
Ｏｗｅｎａｎｄ　Ｐ．Ｒｉｓｓｍａｎ，　Ｊ．Ａｐｐｌ
．　Ｐｈｙｓ．　５４（１９８３）３５７３）では、ま
ず照射量を一定として電子ビームの焦点を試料面上から
外すことなく、レジスト上に所望のパターンを描画する
。次いで、焦点を試料面上から外した電子ビームを用い
、前記パターンの白黒を反転させたパターンを、所定の
照射量によって補正描画する。この補正方法の有効性は
、０．２５μｍのレジストパターンの形成の実現によっ
て確認されている。

【０００３】しかしながら、この種の方法にあっては次
の（１）（２）に述べるような問題があった。（１）　補正描画の際には、焦点を試料面から外し寸法
を広げた電子ビームにより描画の位置合わせを行う必要
がある。ところが、この時のビーム寸法は、例えば加速
電圧が５０ｋＶの際には１２μｍに及ぶため、パターン
幅１μｍ程度の位置合わせ用マークからの反射信号を検
出するには大きな誤差を伴う。そして、パターン描画と
補正描画の重ね合わせ誤差を生じ、その結果、現像後の
レジストパターン寸法の制御性，再現性が著しく劣化す
ることになる。

【０００４】（２）　一般に、電子光学系は電磁レンズ
を用いており、電磁レンズ特有のヒステリシスにより、
焦点を試料面から外した後、再び焦点を試料面に合わせ
ることが難しい。従って、上記パターン描画と補正描画
を繰り返し行う場合、電子光学系の制御性，安定性，再
現性が著しく劣化することになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、ゴー
スト法を用いて近接効果の低減を図る方法にあっては、
電子ビームの焦点を試料面からずらすことに起因する、
パターン描画に補正描画を重ね合わせる制御性の問題と
、ヒステリシスを持つ電磁レンズを応用した電子光学系
を用いての焦点を試料面上に合せたり、外したりを繰り
返し行う場合の電子光学系の制御性，安定性，再現性の
問題があった。また、上記問題は電子ビーム描画方法に
限らず、イオンビームを用いたイオンビーム描画方法に
ついても同様に言えることである。

【０００６】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、パターン描画と補正描
画の合わせずれをなくし、且つ光学系の制御性，安定性
，再現性の向上を図り得て、レジストに所望するパター
ンを精度良く描画することのできる荷電粒子ビーム描画
方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、補正描
画の際に全描画領域を小領域に分割すると共に、各小領
域毎に補正描画量を設定することにある。

【０００８】即ち本発明は、試料上に荷電粒子ビームを
照射して所望パターンを描画する工程と、この工程の前
或いは後に、パターン描画に伴う後方散乱荷電粒子によ
る近接効果を低減するために試料上に荷電粒子ビームを
補正描画する工程とを含む荷電粒子ビーム描画方法であ
り、補正描画の工程として、以下の（１）　及び（２）
　のようにしたことを特徴としている。（１）　全描画領域を、荷電粒子の後方散乱の広がりよ
りも小さく且つ描画システムが発生し得る最小図形と等
しい或いは大きい図形に分割する。

【０００９】（２）　各図形に照射量を設定する方法と
して、パターン描画に伴う荷電粒子の後方散乱分布と補
正描画に伴い予測される荷電粒子の後方散乱分布とを考
慮し、結果として、パターンの近接効果を低減するよう
に補正描画の照射量を設定し、該全図形を描画する。

【００１０】

【作用】図６は、従来のゴースト法により近接効果が補
正されることを示す模式図である。（ａ）及び（ｂ）は
それぞれ従来方法でのパターン描画及び補正描画時の照
射量分布である。また（ｄ）及び（ｅ）は、それら分布
の電子ビーム照射によって生じるレジストの感光量であ
る。（ｃ）及び（ｆ）はパターン描画と補正描画による
照射量の和及び感光量の和である。

【００１１】（ａ）に示すようなパターン描画による照
射だけの場合、（ｄ）に示すように小さなパターンでは
荷電粒子の基板からの後方散乱の影響が少ないために、
感光量が不足となる。この不足分を（ｂ）に示すような
補正描画により補なうことにより、結果として（ｆ）に
示すように均一な感光量分布が得られ、近接効果が補正
されることになる。

【００１２】本発明では、全描画領域を小領域に分割し
、各小領域毎に図６（ｂ）に示すような照射量を設定し
ている。そして、ビームをぼかすことなく、パターン描
画時と同様に焦点を試料面上に合わせた状態で、各小領
域を上記照射量で補正描画する。この場合、補正描画に
よるレジストの感光量は、図６（ｅ）に示すようにゴー
スト法でビームをぼかして補正描画した場合と同様にな
る。従って、ゴースト法と同様に近接効果が補正される
ことになる。ここで本発明は、ゴースト法とは異なり、
ビームを試料面に焦点合わせした状態で補正描画してい
ることから、ビームをぼかすことによる前述した問題を
未然に解決することが可能となる。

【００１３】

【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。

【００１４】図１は、本発明の一実施例方法を適用した
電子ビーム描画装置を示す概略構成図であ。図中１１は
電子銃、１２，〜，１６は各種レンズ系、１７，〜，１
９は各種偏向系、２０はブランキング板、２１，２２は
ビーム成形用アパーチャマスク、２３は反射電子検出器
、２４はターゲット（試料面）を示している。

【００１５】電子銃１１から放出された電子ビームはブ
ランキング用偏向器１７によりＯＮ−ＯＦＦされる。本
装置は、この際の照射時間を調整することにより、照射
位置に応じて照射量を変化させることを可能としている
。ブランキング板２０を通過したビームは、ビーム成形
用アパーチャマスク２１，ビーム成形用偏向器１８及び
ビーム成形用アパーチャマスク２２により、矩形ビーム
或いは三角形ビームに成形され、またそれらの形状の寸
法が可変される。そして、この成形されたビームは走査
用偏向器１９によりターゲット２４上で偏向走査され、
このビーム走査によりターゲット２４が所望パターンに
描画されるものとなっている。なお、本装置での電子線
の加速電圧は５０ｋＶであり、また発生し得る可変成形
ビームの最大のサイズは高さ（縦）２μｍ、幅（横）２
μｍの矩形である。次に、上記装置を用いた電子ビーム
描画方法、特に近接効果の補正方法について図２〜図５
を参照して説明する。

【００１６】まず、描画データと補正描画データを次の
手順により用意する。所望するパターン４１として、図
２の斜線部が露光されるような描画データを用意する。次いで、図３に示される補正描画データを以下のように
作成する。

【００１７】全描画領域を、電子の後方散乱の広がりσ
ｂ　より十分に小さい大きさの矩形図形（小領域）４２
に分割する。ここでは電子の加速電圧を５０ｋＶとする
ため、σｂ　＝１０μｍとなり、矩形図形４２の大きさ
を２μｍ×２μｍとする。各々の矩形図形４２の重心の
座標をＧｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）、照射量をＤｃ（Ｇｉ）とし
、Ｄｃ（Ｇｉ）は次式により設定する。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで、σｃ　はゴースト法を用いて補正
描画を行う場合の電子ビームのプロファイルの分散であ
りσｃ　＝８μｍである。積分領域はパターンを白黒反
転した領域であり、本実施例では図４の斜線部で示され
る領域（反転パターン）４４である。実際には、図４の
斜線部で示される全ての領域４４を積分する必要はなく
、例えば図３の矩形図形４６の照射量Ｄｃ（ＧＡ）を求
めるためには、図５で示すような矩形図形４６の重心４
７の周囲３σｂ　以内の領域４５についてのみ積分すれ
ば十分である。この場合の数値計算の誤差は２％程度で
抑えられる。また、ηは電子ビームの前方散乱によるレ
ジストの感光量と後方散乱によるレジストの感光量との
比である。５０ｋＶの電子の加速電圧の場合にはη＝０
．７程度であり、対応するパラメータｋはの＝０．４１
となる。

【００２０】以上のように作成した描画データと補正描
画データとを用いて、図１の描画装置にてパターン描画
を行う。まず、試料面上に焦点を合わせてある電子ビー
ムを用いて、描画データに従いパターンの描画を行う。例えば、感光材料としてＰＭＭＡを塗布したシリコン・
ウェーハを用いた場合、照射量を５０μｃ／ｃｍ２　と
する。電子線の電流密度が５０Ａ／ｃｍ２　とすると、
この場合、パターンの各描画単位図形に与える照射時間
は（５０μｃ／ｃｍ２　）／（５０Ａｃｍ２　）＝１μ
秒となる。

【００２１】次いで、補正描画データに従い、全描画領
域を２μｍ×２μｍの小領域を単位として描画する。各
小領域の照射量は照射時間により制御され、本実施例で
は、０〜（５０μｃ／ｃｍ２　）×ｋ、即ち０〜１μ秒
の範囲で変化する。

【００２２】このようにしてパターン描画及び補正描画
を行ったところ、従来のゴースト法と同様に近接効果の
影響を低減して精度良いパターンを形成することができ
た。そしてこの場合、補正描画に際して電子ビームをぼ
かす必要がないため、補正描画における位置合わせ用マ
ークからの反射電子により正確なアライメントが可能と
なり、パターン描画と補正描画との重ね合わせ（位置決
め）を正確に行うことができる。このため、現像後のレ
ジストパターン寸法の制御性及び再現性を著しく向上さ
せることができる。しかも、電子ビームの焦点を試料面
から外す必要がないことから、パターン描画と補正描画
を繰り返し行う場合にヒステリシスを持つ電磁レンズの
駆動電流等を変える必要がなく、電子光学系の精度及び
安定性を損なうことなく描画することが可能となる。次
に、本発明の他の実施例方法について説明する。

【００２３】第２の実施例では、先の第１の実施例にお
いて、補正描画工程で求められた照射量Ｄｃ（Ｇｉ）が
例えば５００ｎ秒〜１μ秒の分布を持っていた場合、各
照射量Ｄｃ（Ｇｉ）より５００μ秒の照射量を減じたＤ
′ｃ（Ｇｉ）をＤ′ｃ（Ｇｉ）＝Ｄｃ（Ｇｉ）−１０μ秒として新たに
設定し、このＤ′ｃ（Ｇｉ）を用いて補正描画を行う。これにより、レジストの露光量のコントラストを上げ、
かつ補正描画に必要な描画時間を短縮することができる
。

【００２４】さらに、第３の実施例では、第１及び第２
の実施例において求められた補正描画量Ｄｃ（Ｇｉ）及
びＤ′ｃ（Ｇｉ）が例えば０〜１μ秒の分布を持ってい
た場合、２００ｎ秒未満の補正描画量を持つ図形に対し
０μ秒の補正描画量を設定し直す。即ち、該図形は描画
しないで補正描画を行う。これにより、所望するパター
ンの形状を損なわない範囲で、補正描画に必要な描画時
間を短縮することができる。

【００２５】なお、本発明は上述した各実施例方法に限
定されるものではない。実施例では電子ビーム描画装置
に適用した例で説明したが、本発明はイオンビーム描画
装置に適用することも可能である。また、補正描画のた
めに分割する小領域は、荷電粒子の後方散乱より小さく
、且つ描画装置で形成可能な最小図形より大きい範囲で
、適宜定めればよい。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。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、補
正描画を行う際に、荷電粒子ビームの焦点を試料面から
ずらす必要がないために、（１）　パターン描画と補正
描画の合せずれ、（２）　電子光学系の再現性及び安定
性、の問題を回避することができ、その結果として近接
効果の補正を効果的に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の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、

【図２】所望パターンの描画データを示す模式図、

【図
３】補正描画のために分割した小領域を示す模式図、

【図４】反転パターン領域を示す模式図、

【図５】補正
描画量設定のために積分する領域を示す模式図、

【図６】本発明の作用を説明するためのもので、近接効
果の補正原理を示す模式図。

【符号の説明】

１１…電子銃、１２，〜，１６…レンズ系、１７，〜，１９…偏向系、２１，２２…ビーム成形用アパーチャマスク、２３…反
射電子検出器、２４…ターゲット、３１，３２…ビーム成形用アパーチャ、４１…パターン
、４２…矩形図形（小領域）、４４…反転パターン、４５…実際に積分を行う領域、４６…矩形図形Ａ、４７…矩形図形Ａの重心。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上に荷電粒子ビームを照射して所望パ
ターンを描画する工程と、この工程の前或いは後に、パ
ターン描画に伴う後方散乱荷電粒子による近接効果を低
減するために試料上に荷電粒子ビームを補正描画する工
程とを含む荷電粒子ビーム描画方法において、前記補正
描画工程として、全描画領域を、荷電粒子ビームの後方
散乱の広がりよりも小さく且つ描画可能な図形に分割す
ると共に、各図形の照射量を該図形から所定の距離以内
におけるパターンの配置に基づいてそれぞれ設定し、該
設定された照射量に従って各図形を描画することを特徴
とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項２】前記補正描画工程の際に、各図形の照射量
を設定する方法として、ゴースト法で補正描画したと仮
定したときに各図形に与えられる照射量をそれぞれ設定
することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描
画方法。
【請求項３】前記補正描画工程の際に、各図形の照射量
を設定した後、全ての図形の照射量に線形演算を行い、
それによって得られた値を各図形の新たな照射量設定値
とすることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム
描画方法。
【請求項４】前記補正描画工程の際に、照射量設定値が
予め決められた値より小さな図形については荷電粒子ビ
ームを照射しないことを特徴とする請求項１記載の荷電
粒子ビーム描画方法。