JPH06140310A

JPH06140310A - 荷電粒子ビーム描画方法

Info

Publication number: JPH06140310A
Application number: JP4288635A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Nakamura; 薫中村
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1992-10-27
Filing date: 1992-10-27
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】各種のセルパターンの開口を通過した荷電粒
子ビームのドーズ量を均一にすることができる一括描画
方式の荷電粒子ビーム描画方法を実現する。【構成】材料１１への所望パターンの描画に先立って
成形マスク６の各セルパターンごとに透過した電子ビー
ムの電流量が測定される。この測定は材料１１に代え、
光軸上にファラデーカップ２３を配置し、そして、偏向
器５と８によって成形マスク６の全てのセルパターンを
順々に選択し、各セルパターンごとに透過した電子ビー
ムの電流量を測定する。ファラデーカップ２３に流入し
た電子ビームに基づき電流検出器２５は、その電流量を
検出し、コンピュータ１６にその値を供給する。コンピ
ュータ１６は各セルパターンごとに最適なショットタイ
ムを求め、メモリー２６にその値を記憶する。実際の描
画時には、選択したセルパターンに応じてショットタイ
ムコントローラ１７を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームやイオンビ
ームを用いて微細なパターンの描画を行うようにした荷
電粒子ビーム描画方法に関し、特に、一括描画方式の描
画システムに使用して最適な荷電粒子ビーム描画方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画においては、膨大なデー
タを圧縮するため、繰り返し描画する特定のパターンデ
ータはライブラリー登録し、描画データにはライブラリ
ー番号を付けるようにしている。そして、描画データの
ライブラリー番号から登録されているライブラリーのデ
ータを読みだし、このライブラリーデータに基づいてパ
ターンの描画を行うようにしている。近年、ライブラリ
ー登録するような繰り返し出現するパターンと同じ形状
のセルパターン開口を有した成形マスクを電子ビーム光
軸上に配置し、この開口に向けて電子ビームを照射し、
開口を通過した電子ビームを材料上に投射する方式が考
えられている。この方式は、一括描画方式と呼ばれてお
り（ブロック描画方式とも呼ばれている）、材料には描
画すべきパターンと同じ断面形状の電子ビームが照射さ
れる。従って、一つのパターンでありながら、矩形や台
形などの複数のパターンに分割処理を行って描画を行う
必要がないので、高速の描画を行うことが可能となる。

【０００３】図１はこのような一括描画方式の電子ビー
ム描画装置の電子光学系を示しており、１は電子銃、２
は電子銃１から発生した電子ビームをブランキングする
ためのブランキング電極である。３は照明レンズ、４は
矩形状の開口を有した成形アパーチャである。電子銃１
からの電子ビームは照明レンズ３で集光され、成形アパ
ーチャ４で矩形状の断面形状に制限された電子ビーム束
とされる。成形アパーチャ４で成形された電子ビーム
は、マスクセレクタ偏向器５によって偏向され成形マス
ク６の所望位置に照射される。なお、７は成形レンズで
ある。成形マスク６を透過した電子ビームは振り戻し偏
向器８によって一旦光軸に振り戻され、その後縮小レン
ズ９，対物レンズ１０によって被描画材料１１上に投影
される。被描画材料１１上の電子ビームの照射位置は、
偏向器１２によって決められる。なお、図中１３は第１
の回転レンズ、１４は第２の回転レンズである。このよ
うな構成の動作を次に説明する。

【０００４】電子銃１からの電子ビームは、照明レンズ
３により成形アパーチャ４上に投射されるが、成形アパ
ーチャ４には矩形の開口が穿たれており、電子ビームは
断面が矩形に成形される。成形アパーチャ４を透過した
電子ビームは、成形マスク６に照射されるが、成形マス
ク６は図２の平面図に示すようにＣ₁₁〜Ｃ_nmまでのセル
（ブロックともいう）パターンが穿たれている。図では
各セルパターンＣ₁₁〜Ｃ_nmは全て正方形状に描かれてい
るが、実際には各々その形状が異なっており、また、各
セルパターンは描画の際に繰り返し出現するパターンと
同じ形状にされている。

【０００５】電子ビームはマスクセレクタ偏向器５によ
って偏向され、Ｃ₁₁〜Ｃ_nmの内の描画すべきセルパター
ンを選択する。選択されたセルパターンを透過した電子
ビームは、振り戻し偏向器８によって光軸に振り戻され
る。その後電子ビームは縮小レンズ９と対物レンズ１０
によって材料１１上に投影される。電子ビームの材料１
１上の投影位置は、描画パターンデータに基づいて偏向
器１２に印加された偏向信号に応じて変えられ、材料１
１上の所望位置にセルパターンが一括描画される。この
ように所望パターンの描画は、描画パターンデータに応
じてマスクセレクタ偏向器５に偏向信号を送ってセルパ
ターンの選択を行い、偏向器１２による位置決め偏向と
共に、ブランキング電極２へのブランキング信号の供給
によって行われる。更に、材料１１上の全ての領域の描
画は、上記ステップに加えて材料１１を機械的に移動さ
せることによって行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、セル
パターンＣ₁₁〜Ｃ_nmの選択は電子ビームの偏向によって
行うが、各セルパターンの開口の面積は通常相互に異な
っており、その結果、成形マスク６のセルパターンの開
口を通過した電子ビームは、空間電荷効果の違いにより
各パターンごとにその電流密度が微妙に異なることにな
る。また、矩形の成形アパーチャ４を通過した電子ビー
ムの強度分布は、光源が無限遠にありかつ均一な分布を
もつ状態であれば、図３の点線Ｄ_１に示すような分布と
なるが、実際には光源が無限遠になくまた分布も不均一
であるなどの理由から、実線Ｄ_２で示すように場所的に
強度分布が相違する。なお、図３で横軸は例えばＸ方向
の位置、縦軸は電子ビーム強度である。

【０００７】このような実線Ｄ_２で示す強度分布の電子
ビームを偏向し、成形マスク６上の任意のセルパターン
を選択した場合、偏向位置により、図３の分布の電子ビ
ームの利用部分が異なり、それによっても各パターンご
とにその電流密度が異なる。各選択されたセルパターン
ごとに電流密度が異なると、材料１１上における電子ビ
ームのドーズ量が異なり、結果として描画精度に悪影響
を与える。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、各種のセルパターンの開口を通過
した荷電粒子ビームのドーズ量を均一にすることができ
る一括描画方式の荷電粒子ビーム描画方法を実現するに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく第１の荷
電粒子ビーム描画方法は、異なった形状のセルパターン
開口を複数有した成形マスクの特定の開口部分に荷電粒
子ビームを偏向して照射し、該開口を通った荷電粒子ビ
ームを被描画材料に投射するようにして所望パターンの
描画を行う荷電粒子ビーム描画方法において、事前に成
形マスク上の各セルパターン開口を順々に選択し、各開
口ごとに通過した荷電粒子ビームの量を測定し、測定し
た量と各セルパターン開口の面積に基づいて各セルパタ
ーン開口ごとにショットタイムを設定するようにしたこ
とを特徴としている。

【００１０】本発明に基づく第２の荷電粒子ビーム描画
方法は、異なった形状のセルパターン開口を複数有した
成形マスクの特定のセルパターン開口部分に荷電粒子ビ
ームを偏向して照射し、該セルパターン開口を通った荷
電粒子ビームを被描画材料に投射するようにして所望パ
ターンの描画を行う荷電粒子ビーム描画方法において、
事前に成形マスク上の各セルパターン開口に接近して配
置された基準開口を順々に選択し、各基準開口ごとに通
過した荷電粒子ビームの量を測定し、測定した量と各基
準開口の面積に基づいて各セルパターン開口ごとにショ
ットタイムを設定するようにしたことを特徴としてい
る。

【００１１】

【作用】本発明に基づく荷電粒子ビーム描画方法は、成
形マスク上の各セルパターン開口あるいはセルパターン
開口に接近して設けられた基準開口を順々に選択し、各
セルパターン開口あるいは基準開口ごとに通過した荷電
粒子ビームの量を測定し、測定した量と各セルパターン
開口あるいは基準開口の面積に基づいて各セルパターン
開口ごとにショットタイムを設定する。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。図４は本発明に基づく方法を実施するた
めの電子ビーム描画システムの一例を示しているが、こ
のシステムで電子光学系は図１に示した光学系と同一と
なっており、従って、電子光学系の詳細な説明は省略す
る。

【００１３】この実施例で、１５はブランキング電極２
にブランキング信号を供給するためのブランカーであ
り、ブランカー１５にはコンピュータ１６からショット
タイムコントローラ１７を介してブランキング信号が供
給される。１８はマスク偏向器コントローラであり、コ
ンピュータ１６からの偏向データに基づいて偏向信号を
発生し、ＤＡ変換器１９を介してマスクセレクタ偏向器
５にセルパターン選択用の偏向信号を供給し、ＤＡ変換
器２０を介して振り戻し偏向器８に電子ビームを光軸上
に振り戻す偏向信号を供給する。２１は位置決め偏向器
コントローラであり、コンピュータ１６からの偏向デー
タに基づいて位置決め偏向信号をＤＡ変換器２２を介し
て偏向器１２に供給する。

【００１４】２３はファラデーカップであり、材料１１
に代えて電子ビーム光軸下に配置できるように構成され
ている。ファラデーカップ２３の検出信号は、ＡＤ変換
器２４，電流検出器２５を経由してコンピュータ１６に
供給される。なお、２６はマスク偏向器コントローラ１
８に接続されたメモリーである。このような構成の動作
を次に説明する。

【００１５】まず、材料１１への所望パターンの描画に
先立って成形マスク６の各セルパターンごとに透過した
電子ビームの電流量が測定される。この測定は材料１１
に代え、光軸上にファラデーカップ２３を配置し、そし
て、偏向器５と８によって成形マスク６の全てのセルパ
ターンＣ₁₁〜Ｃ_nmを順々に選択し、各セルパターンごと
に透過した電子ビームの電流量を測定する。ファラデー
カップ２３に流入した電子ビームに基づき電流検出器２
５は、その電流量を検出し、コンピュータ１６にその値
を供給する。

【００１６】ここで、任意のセルパターンＣ_ijについて
検出された電流量Ｉ_ijは、セルパターンの開口を通過し
た総電流量であり、空間電荷効果や電子ビームの偏向角
度などによって影響された実効的な数値である。ここ
で、実効的電流密度σ_ijは、パターンＣ_ijの面積をＳ_ij
とすると、次の式によって求められる。

【００１７】σ_ij＝Ｉ_ij／Ｓ_ij 上記式でＩ_ijはファラデーカップ２３を用いて検出した
値であり、Ｓ_ijは一括セルパターンを設計した際の設計
値から求めることができる。

【００１８】さて、上記実効的電流密度σijに基づき、
電子ビームのドーズ量補正を行うステップについて述べ
る。ここで、基準とするショットタイムをＴ_０、基準と
する一括セルパターンを用いて得た電子ビームの電流密
度をσ_０とし、材料１１上に塗布されたレジストの感度
をＱとすると、基準のショットタイムＴ_０は、次のよう
になる。

【００１９】Ｔ_０＝Ｑ／σ_０このＴ_０，σ_０，σ_ijを用いてＣ_ijのパターンが選択さ
れたときのドーズ量を補正するためのショットタイムＴ
_ijは次のように表すことができる。

【００２０】Ｔ_ij＝Ｔ_０（σ_０／σ_ij）この結果、コンピュータ１６はファラデーカップ２３か
らの信号Ｉ_ijと面積Ｓ_ijとからσ_ijを演算で求め、さら
にＴ_ijを求める。このＴ_ijの値は、マスク偏向器コント
ローラ１８に接続されたメモリー２６に、セルパターン
選択用の偏向角度の信号かあるいは各セルパターンを示
す信号と共に記憶される。

【００２１】以上のようなステップにより各セルパター
ンごとにドーズ量補正されたショットタイムＴ_ijがメモ
リーに記憶され、その後、正規の描画動作が実行され
る。この描画は、コンピュータ１６に記憶された描画デ
ータに基づいて行われ、描画すべきパターンに応じた成
形マスク６の一括セルパターンの選択のため、セルパタ
ーンの位置に関するデータがマスク偏向器コントローラ
１８に供給される。

【００２２】マスク偏向器コントローラ１８に供給され
たデータに基づきマスクセレクト偏向器５には所定の一
括セルパターン上に電子ビームを偏向するための偏向信
号が供給され、また振り戻し偏向器８には電子ビームを
光軸上に振り戻すための偏向信号が供給される。

【００２３】この時、所定のセルパターンを選択するデ
ータに基づき、メモリー２６に記憶されている所定のセ
ルパターンＣ_ijに応じたショットタイムＴ_ijのデータを
読み出し、このデータに基づいてショットタイムコント
ローラ１７を制御する。

【００２４】更に、コンピュータ１６は材料１１上のパ
ターン描画位置に応じたデータを位置決め偏向器コント
ローラ２１に供給することから、コントローラ２１から
位置決め偏向信号がＤＡ変換器２２を介して偏向器１２
に供給される。この結果、選択された一括セルパターン
の形状の電子ビームが材料１１の所定位置に照射され
る。

【００２５】そして、この時のショットタイムは、選択
されたパターン形状とセルパターンを選択するための荷
電粒子ビームの偏向角度に対応して補正されたものであ
り、材料１１には所定のドーズ量で電子ビームが照射さ
れる。

【００２６】上記した実施例では、各セルパターンを透
過した電子ビームの電流量を予め測定し、セルパターン
ごとに最適なショットタイムを求めた。その結果、セル
パターンごとに透過した電子ビームの空間電荷効果とセ
ルパターンを選択するための電子ビームの偏向に基づく
電流密度の相違に伴うドーズ量の変化を解消し、いずれ
のセルパターンを選択しても、均一なドーズ量での電子
ビーム描画を可能とした。

【００２７】図５はセルパターンを選択するための電子
ビームの偏向に基づく電流密度の相違に伴うドーズ量の
補正のみを行う実施例に用いられる成形マスク３０を示
している。この成形マスク３０は、図４の実施例におけ
る成形マスク６と同じようにＣ₁₁〜Ｃ_nmまでのセルパタ
ーンが設けられており、更に、それ以外にマトリックス
状に矩形の基準開口Ｈ₁₁〜Ｈ_xyが穿たれている。

【００２８】この基準開口Ｈは、矩形に限らず円形など
どのような形状でも良いが、同一形状，大きさであるこ
とが望ましい。この成形マスク３０は、図４のシステム
において成形マスク６に代えて電子ビーム光軸上に配置
される。

【００２９】上記した構成で、まず、材料１１への所望
パターンの描画に先立って成形マスク３０の各基準開口
Ｈごとに透過した電子ビームの電流量が測定される。こ
の測定は材料１１に代え、光軸上にファラデーカップ２
３を配置し、そして、偏向器５と８によって成形マスク
３０の全ての基準開口Ｈ₁₁〜Ｈ_xyを順々に選択し、各基
準開口ごとに透過した電子ビームの電流量を測定する。

【００３０】ファラデーカップ２３に流入した電子ビー
ムに基づき電流検出器２５は、その電流量を検出し、コ
ンピュータ１６にその値を供給する。ここで、任意の基
準開口Ｈ_ijについて検出された電流量Ｊ_ijは、その開口
を通過した総電流量であり、空間電荷効果によって影響
された実効的な数値である。ここで、実効的電流密度δ
_ijは、開口Ｈ_ijの面積をＡ_ijとすると、次の式によって
求められる。

【００３１】δ_ij＝Ｊ_ij／Ａ_ij 上記式でＪ_ijはファラデーカップ２３を用いて検出した
値であり、Ａ_ijは基準開口を設計した際の設計値から求
めることができる。

【００３２】さて、上記実効的電流密度δ_ijに基づき、
電子ビームのドーズ量補正を行うステップについて述べ
る。ここで、基準とするショットタイムをｔ_０、基準と
する開口を用いて得た電子ビームの電流密度をδ_０と
し、材料１１上に塗布されたレジストの感度をＱとする
と、基準のショットタイムｔ_０は、次のようになる。

【００３３】ｔ_０＝Ｑ／δ_０このｔ_０，δ_０，δ_ijを用いてＨ_ijの基準開口が選択さ
れたときのショットタイムｔ_ijは次のように表すことが
できる。

【００３４】ｔ_ij＝Ｔ_０（δ_０／δ_ij）この結果、コンピュータ１６はファラデーカップ２３か
らの信号Ｊ_ijと面積Ａ_ijとからδ_ijを演算で求め、さら
にｔ_ijを求める。

【００３５】このｔ_ijは基準開口を通過した電子ビーム
についてドーズ量を均一にするためのショットタイムで
ある。実際の描画は、セルパターンＣ₁₁〜Ｃ_nmを通過し
た電子ビームを使用するので、各セルパターンごとにド
ーズ量補正された適正なショットタイムＴ_ijを設定しな
ければならない。このショットタイムＴ_ijの設定は、例
えば、各セルパターンに接近して配置された基準開口Ｈ
のショットタイムｔ_ijに基づいて設定することができ
る。

【００３６】また、Ｔ_ijの設定は、任意のセルパターン
の４隅の基準開口のショットタイムの平均を用いても良
い。更に、Ｔ_ijを成形マスク３０上のＸＹ方向の位置ｘ
_ｉ，ｙ_ｉの関数として求めたものを用いて、全体的に決
めた係数に基づいてショットタイムを設定するようにし
ても良い。

【００３７】このＴ_ijの値は、マスク偏向器コントロー
ラ１８に接続されたメモリー２６に記憶される。以上の
ようなステップにより各セルパターンごとにドーズ量補
正されたショットタイムＴ_ijがメモリーに記憶され、そ
の後、正規の描画動作が第１の実施例と同様に実行され
る。

【００３８】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、電子ビーム描画
装置のみならず、イオンビーム描画装置にも本発明を用
いることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく荷
電粒子ビーム描画方法は、成形マスク上の各セルパター
ン開口あるいはセルパターン開口に接近して設けられた
基準開口を順々に選択し、各セルパターン開口あるいは
基準開口ごとに通過した荷電粒子ビームの量を測定し、
測定した量と各セルパターン開口あるいは基準開口の面
積に基づいて各セルパターン開口ごとにショットタイム
を設定するようにしたので、各種のセルパターンの開口
を通過した荷電粒子ビームのドーズ量を均一にすること
ができ、高精度の描画を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一括描画方式の電子ビーム描画装置の電子光学
系を示す図である。

【図２】セルパターンが穿たれた成形マスクの一例を示
す図である。

【図３】成形アパーチャを透過した電子ビームの強度分
布を示す図である。

【図４】本発明を実施するための電子ビーム描画システ
ムを示す図である。

【図５】セルパターンと基準開口が穿たれた成形マスク
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１電子銃２ブランキング電極３照明レンズ４成形アパーチャ５マスクセレクタ偏向器６成形マスク８振り戻し偏向器１０対物レンズ１１被描画材料１２位置決め偏向器１５ブランカー１６コンピュータ１７ショットタイムコントローラ１８マスク偏向器コントローラ２１位置決め偏向器コントローラ２３ファラデーカップ２５電流検出器２６メモリー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なった形状のセルパターン開口を複数
有した成形マスクの特定の開口部分に荷電粒子ビームを
偏向して照射し、該開口を通った荷電粒子ビームを被描
画材料に投射するようにして所望パターンの描画を行う
荷電粒子ビーム描画方法において、事前に成形マスク上
の各セルパターン開口を順々に選択し、各開口ごとに通
過した荷電粒子ビームの量を測定し、測定した量と各セ
ルパターン開口の面積に基づいて各セルパターン開口ご
とにショットタイムを設定するようにした荷電粒子ビー
ム描画方法。
【請求項２】異なった形状のセルパターン開口を複数
有した成形マスクの特定のセルパターン開口部分に荷電
粒子ビームを偏向して照射し、該セルパターン開口を通
った荷電粒子ビームを被描画材料に投射するようにして
所望パターンの描画を行う荷電粒子ビーム描画方法にお
いて、事前に成形マスク上の各セルパターン開口に接近
して配置された基準開口を順々に選択し、各基準開口ご
とに通過した荷電粒子ビームの量を測定し、測定した量
と各基準開口の面積に基づいて各セルパターン開口ごと
にショットタイムを設定するようにした荷電粒子ビーム
描画方法。