JPH08222504A - 荷電粒子ビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】微細パターンを高精度に露光するための荷電粒
子ビーム露光装置を提供する。 【構成】パターン周辺のラスタ走査露光を行う部分を抽
出する手段と，連続的に走査指示信号を発生してパター
ン端部のラスタ走査露光を行う手段と，ラスタ走査露光
を行う部分をパターンデータから分離してベクタ走査方
式で高速に露光する手段を備える。 【効果】斜辺を含むパターン周辺の加工精度が改善で
き、高速且つ良好なパターン露光が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として半導体工業に
おいて用いられる荷電粒子ビーム露光システムにおける
微細パターンの露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子ビーム露光装置は、電子光学筺
体，試料台及び試料台制御部，偏向駆動部，露光データ
制御部，制御計算機などで構成されている。

【０００３】ＬＳＩなどのＣＡＤデータは、複数の種類
からなる基本図形に分解して露光データ制御部へ与え
る。この基本図形は、図形の種類を示す図形コードや原
点を示す座標，図形のサイズ、及び露光量などの情報で
パターンデータを構成している。露光データ制御部は、
パターンデータをもとにして偏向歪補正などを行い、露
光を制御する。

【０００４】荷電粒子ビーム露光装置の露光方法は、偏
向方式によりラスタ走査方式とベクタ走査方式に大別さ
れる。

【０００５】ラスタ走査方式は、偏向範囲を一定速度の
走査指示信号を用いて順次走査し、露光すべき範囲を走
査する間は、ビームをオンにすることによって所望の図
形を露光する。以下、この状態をラスタ走査露光と呼
ぶ。図６はラスタ走査方式の露光方法を示している。偏
向範囲６００には、露光すべきパターンＡ，Ｂが存在す
る。ラスタ走査方式は、偏向範囲の全面を順次走査し、
パターンＡ，Ｂ上を走査する間は、ビームをオンするよ
うにブランキング信号のオン／オフを制御している。こ
のようにラスタ走査方式は、パターンの有無に係わらず
偏向範囲全面の走査を行う。

【０００６】次に、ベクタ走査方式について述べる。図
７は、スポット（円）状に荷電粒子ビームを発生し、こ
のスポットビームを用いたベクタ走査方式の露光方法を
示している。ベクタ走査方式は、ビーム径よりも小さな
値で設定された送りピッチでスポットビームをステップ
移動させながら露光を行う。ステップ移動が整定後、所
定の時間ビームをオンすることで１ドットの露光を行
い、これを繰り返してパターンの露光を行う。

【０００７】図８は、可変成形ビームを用いたベクタ走
査方式を示している。パターンＡとＢは、細かく分解し
てショット図形に変換する。例えば、図形Ｂは、ｂ１，
ｂ２，ｂ３，ｂ４に分解され、斜辺部ｂ４については、
斜辺の凹凸が無視できる値（例えば１０分の数μｍ以
下）のショット図形に分解する。荷電粒子ビームをショ
ット図形に成形し、ステップ移動を行って１ショットの
露光を行う。これを繰り返してパターンの露光を行う。

【０００８】従来技術に関しては、斜辺の露光精度を上
げるために次の公知例が挙げられる。即ち、ラスタ走査
方式については特公昭53−24790 号公報に、図形端部の
パターン精度を向上させるために走査線の直線特性領域
で走査露光を行い荷電粒子ビームの走査速度を露光の始
点から終点まで同一にする走査方式が記載されている。
また、ベクタ走査方式については特開昭53−8004号公報
に、ブランキング信号と操作信号のタイミングを高精度
に一致させる目的で考案され、走査速度に応じた補正デ
ータをメモリに記憶しておき、走査信号の遅延をブラン
キング信号のタイミングで補正する方式が記載されてい
る。最後の可変成形ベクタ方式では特開平3−116922 号
公報に、斜辺部はビームサイズを小さくし、斜辺部以外
はそれよりも大きいビームサイズで露光し、パターン精
度を向上する方式が記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、ＬＳＩの高集積
化が進み、ＬＳＩなどの半導体素子の性能は、パターン
サイズで決定されることから、サブミクロン以下のパタ
ーン加工精度が必要となっている。荷電粒子ビーム露光
システムにおいては、半導体パターンを高速、且つ高精
度に露光することが課題となっている。以下、課題につ
いて具体的に述べる。

【００１０】ラスタ走査方式は、荷電粒子ビームを連続
的に走査露光することから走査方向と垂直方向のパター
ンの凹凸は極めて小さく、優れた加工精度が得られると
いう利点がある。しかし、走査方向と平行するパターン
は、露光を開始する位置と終了する位置で露光量が減少
してパターンが細くなるなどの問題がある。また、偏向
領域全面を一様に走査するため露光時間も膨大となる。

【００１１】スポットビームを用いたベクタ走査方式
は、ビーム径よりも細かい送りピッチを設定して順次露
光を行うため、スポットビームの微細化にともない露光
回数が膨大となり、スループット低下の原因となってい
る。一方、可変成形ビームを用いたベクタ走査方式で
も、長方形などは高速にパターン露光できるが、図８の
ｂ４に示す斜辺部分は、微細な矩形図形ｂ４に分解して
露光するため露光回数が膨大となりスループット低下の
原因となっている。

【００１２】本発明の目的は、荷電粒子ビーム露光シス
テムにおける高速且つ高精度にパターンを露光すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の課題を達成するた
めに、本発明の荷電粒子ビーム露光装置は、ラスタ方
式、あるいはベクタ方式を採用した従来の露光方法と，
斜辺を含むパターンの周辺を連続的にラスタ走査露光す
る方法とを兼ね備えている。図３を用いて説明する。図
３にスポットビームでベクタ走査を行う荷電粒子ビーム
露光装置において本発明の露光方法を実施した状況を示
す。２０１から２０５は、スポットビームをステップ移
動しながら露光する従来の露光結果である。２０６から
２０９は、パターン周辺のラスタ走査露光を行う方式の
露光部分である。

【００１４】前記の露光方法を実現するために本発明の
荷電粒子ビーム露光装置は、パターン周辺のラスタ走査
露光を行う部分をパターンデータから分離するパターン
データ分離手段と，ラスタ走査露光を行うための始点と
終点の座標を求める座標演算手段と，パターン周辺をラ
スタ走査露光するための走査指示信号を発生する手段
と，斜辺を含むパターン周辺をラスタ走査露光する時の
露光量が指定された露光量と一致するように走査速度を
制御する露光量制御手段とを備えている。

【００１５】また、ラスタ走査露光は、パターンデータ
の図形コードを参照して周辺のどの辺をラスタ走査露光
を行うかという指定を行うフラグを設け、前記フラグを
参照して所定の周辺のラスタ走査露光を行う手段とを備
えて構成する。

【００１６】さらに、パターン周辺のラスタ走査露光を
行う際は、パターン内部の露光を行う際に使用する補正
係数を用いてラスタ走査露光を行う走査指示信号の補正
を行う手段とを備えて構成する。

【００１７】

【作用】本発明は、パターン周辺に添ってラスタ走査露
光を実施することで加工精度を向上させるものである。
これを実現するために本発明の荷電粒子ビーム露光シス
テムは、以下のように動作している。なお、パターンデ
ータは図形原点(ｘ，ｙ)，図形サイズａ×ｂの長方形で
構成され、パターン周辺を半径ｄのスポットビームでラ
スタ走査露光を行う場合を想定して説明する。

【００１８】パターンデータ分離手段では、パターンデ
ータからラスタ走査露光を行う部分を分離する。図形原
点が（ｘ＋ｄ，ｙ＋ｄ）、パターンサイズが（ａ−２
ｄ）×（ｂ−２ｄ）となるように計算を行う。図形原点
は、パターンの内側にシフトし、パターンサイズはラス
タ走査露光を行う部分だけ分離される。ラスタ走査露光
を行う部分を分離したパターンは、従来のベクタ方式ま
たはラスタ走査方式で露光する。

【００１９】次に、図３を用いてパターン周辺のラスタ
走査露光を行う動作について説明する。座標演算手段
は、パターンデータの図形原点と図形サイズとを加算し
てパターンの頂点（ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４）を求め
る。さらに、ラスタ走査露光の始点と終点の座標（ｓ
１，ｅ２）,（ｓ２，ｅ３）,（ｓ３，ｅ４）,（ｓ４，
ｅ１)を計算する。この始点と終点座標でラスタ走査露
光を行う。

【００２０】露光量制御部は、ラスタ走査露光を行う場
合の露光量と設定値とが等しくなるように走査速度を計
算して求める。走査速度は、積分器によって走査指示信
号を発生するため、さらに積分入力電圧Ｖｓへ変換され
る。積分器は、偏向感度や露光量によって積分定数を決
定し、積分入力電圧Ｖｓを積分することによって設定さ
れた露光量と一致する走査指示信号を発生する。

【００２１】この走査指示信号は、２個の乗算器（乗算
型ディジタル／アナログ変換器）のアナログ入力へ接続
される。また、２個の乗算器のディジタル入力には、パ
ターン周辺の座標成分をディジタルコードへ変換して与
えられる。２個の乗算器の出力は、一方がｘチャネル
で、他方がｙチャネルの走査指示信号を出力している。
斜辺をラスタ走査露光する場合は、例えば、ｘ軸とラス
タ走査露光を行うラインとの角度をθとすると、ｘ方向
の座標成分を１としてｙ方向にはtanθ の座標成分を与
えて二次元の走査指示信号を発生している。この場合、
走査速度がcosθ倍になるので、積分入力電圧をcosθ
分の１に計算して設定する。

【００２２】この二次元の走査指示信号は、加算手段に
よって図形原点（ｘ，ｙ）と加算され、偏向領域の任意
の位置から走査露光を行うｘ，ｙ二次元の走査指示信号
となっている。

【００２３】ラスタ走査露光のビームのオン／オフは、
ブランキング信号によって制御される。走査指示信号が
発生すると同時にビームをオンするブランキング信号
を、ラスタ走査露光の座標成分（ｘあるいはｙ）と走査
指示信号とが一致した時点でビームをオフするブランキ
ング信号を発生させている。

【００２４】ラスタ走査露光を行うパターンの辺を指定
するフラグは、図形コードを入力して図形コードに応じ
た辺をラスタ走査露光するように指定する。例えば、図
形コードが図３に示すような台形の場合は、斜辺のみを
ラスタ走査露光することを可能にしている。この場合パ
ターンデータ分離手段は、ラスタ走査露光する部分のみ
をパターンデータから分離する。前記のフラグ内容を変
更することによりパターン周辺の全て、あるいは任意の
辺を指定してラスタ走査露光を行うようにしている。

【００２５】前記の偏向領域の任意の位置から走査露光
を行うｘ，ｙ二次元の走査指示信号は、従来の補正係数
を用いて補正演算を行うように回路を構成して補正を行
っている。この補正回路は、ｘ，ｙ二次元の走査指示信
号を入力し、従来の補正係数を用いた補正演算回路で補
正量を算出している。この補正量とｘ，ｙ二次元の走査
指示信号とをアナログ加算して補正を実施している。

【００２６】

【実施例】本発明は、ラスタ走査方式あるいはベクタ走
査方式の荷電粒子ビーム露光システムにおいて、パター
ン周辺のラスタ走査露光を実施することが可能である。
以下、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明する。

【００２７】図１，図２は、パターンの内部をベクタ方
式で露光し、パターン周辺をラスタ走査露光するように
構成した本発明の荷電粒子ビーム露光システムのブロッ
ク図である。図３及び図４は、本発明に係わる荷電粒子
ビーム露光システムのパターン露光方法を示す。図２
は、パターン周辺に添ってラスタ走査露光を行う回路構
成を詳細に示すブロック図である。以下、図を用いて説
明する。

【００２８】図１の電子光学筺体１０３は、荷電粒子ビ
ームを発生して電子レンズや偏向器で所望の位置にビー
ムを照射すると共にビームのオン／オフ制御を行うブラ
ンキングプレートを備えている。

【００２９】制御計算機１００は、パターンメモリ１１
０からパターンデータを入力して変換指定部１０１へ設
定する。変換指定部１０１は、パターンデータの図形コ
ードを判定して走査フラグを生成する。走査フラグは、
パターンの各辺のラスタ走査露光の有無を指定するフラ
グであり、任意のパターン周辺のラスタ走査露光を行う
ことを可能にするものである。走査フラグのビットを判
定して対応する周辺のラスタ走査露光が実施される。

【００３０】パターンデータ分離部１０９は、走査フラ
グを参照してパターンデータからラスタ走査露光を行う
部分を分離している。図３を併用して説明する。パター
ンデータ分離部１０９は、まず、パターンデータの原点
と図形サイズとを加算してパターンの各頂点の座標ｐ
１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を求める。次に、走査フラグを参
照してラスタ走査露光を行う部分を決定し、例えば、走
査フラグの全てのビットが１（周辺のラスタ走査露光を
行う）の場合は、図３で示すようにパターンデータはｃ
ｐ１，ｃｐ２，ｃｐ３，ｃｐ４を頂点とするパターンに
分離される。分離したパターンは、ベクタ走査方式で順
次露光される。

【００３１】前記の説明は、パターンの全ての辺を走査
露光する場合を説明したが、これ以外に、パターンの任
意の辺をラスタ走査露光させることが可能である。この
場合、パターン分離部１０９は、任意の辺を指定する走
査フラグによりラスタ走査露光を行う部分を分離する。
分離したパターンは、ベクタ走査方式で順次露光され
る。走査フラグで指定された辺は、ラスタ走査露光が行
われる。

【００３２】次に、ラスタ走査露光を行う場合について
詳細に述べる。図１の座標演算手段１０４は、パターン
の頂点の座標からラスタ走査露光の始点と終点の座標を
計算する。例えば、図３のｘ軸と垂直方向の２０７をラ
スタ走査露光する場合、始点座標ｓ１は（ｘｐ１−ｄ，
ｙｐ１−ｄ）で求める（ｄはビーム半径）。終点ｅ２は
（ｘｐ２−ｄ，ｙｐ２＋ｄ）で求める。また、露光量制
御部１０５は、パターンデータの露光量でラスタ走査露
光を行う時の走査速度（直線の傾き）を計算している。

【００３３】走査信号発生部１０６は、積分器，乗算型
ディジタル／アナログ変換器などで構成されている。積
分器の時定数は、露光量，偏向感度，電流密度などの条
件で決定されている。積分器は、マイナスのオフセット
電位から積分を開始してマイナスからプラスへ向かって
連続的に電位が上昇するように構成されている。積分器
の出力は、２個の乗算型ディジタル／アナログ変換器の
アナログ入力へ接続している。２個の乗算型ディジタル
／アナログ変換器のディジタル入力には、パターン周辺
の座標成分がディジタルコードへ変換されてから入力さ
れている。

【００３４】図２を用いて走査指示信号発生部１０６を
詳細に説明する。図２の９００は積分回路、９０１と９
０２はラスタ走査露光の始点を設定するディジタル／ア
ナログ変換器、９０３はビームをオンするタイミングを
設定するディジタル／アナログ変換器、９０４はビーム
をオフにするタイミングを設定するディジタル／アナロ
グ変換器、９０５と９０６は乗算型ディジタル／アナロ
グ変換器、９０７と９０８は走査指示信号と始点座標と
を加算する加算器、９０９と９１０は加算器、９１１と
９１２は座標成分を設定する手段である。

【００３５】図２において、乗算型ディジタル／アナロ
グ変換器９０５のディジタル入力は、座標成分を設定す
る９１１によって座標成分１に相当するディジタルコー
ドを与える。乗算型ディジタル／アナログ変換器９０６
のディジタル入力は、座標成分を設定する９１１によっ
てtanθ に相当するディジタルコードを与えている。９
０５と９０６のアナログ入力には、積分器９００の出力
が接続されている。乗算型ディジタル／アナログ変換器
９０５と９０６の出力を合成すると走査速度が設定値の
cosθ 倍の走査指示信号となるので図１の露光量制御部
１０５は、積分入力電圧÷cosθ の計算を実施して積分
器９００に与えている。このようにしてｘ，ｙ軸の二次
元の走査指示信号を発生している。

【００３６】走査信号発生部１０６は、次の方法でも実
現される。ｘ軸の乗算型ディジタル／アナログ変換器９
０５には座標成分cosθ に相当するディジタルコードを
与え、ｙ軸の乗算型ディジタル／アナログ変換器９０６
には座標成分sinθ に相当するディジタルコードを与
え、積分電圧は、露光量で計算された値を設定する。こ
れによって設定された露光量と一致する走査速度の走査
指示信号が得られる。

【００３７】乗算型ディジタル／アナログ変換器９０５
と９０６の出力は、ディジタル／アナログ変換器９０１
と９０２の出力とを９０７と９０８で加算して、ｘ，ｙ
二次元の走査指示信号を得ている。これによって任意の
座標から任意の角度でラスタ走査露光を実施する。

【００３８】ここで、ラスタ走査露光を行う際の偏向歪
補正について述べる。二次元の走査指示信号は、アナロ
グ／ディジタル変換器９１３，９１４によりディジタル
量に変換され、パターン内部を露光する際に使用する偏
向歪補正係数で補正演算を行う補正演算回路９１７，９
１８へ入力される。所定の時間を要して補正演算回路９
１７，９１８から出力される補正データは、ディジタル
／アナログ変換器919,９２０でアナログの補正量に変換
される。遅延器９１５と９１６には、補正演算回路９１
７と９１８が動作に要する時間，遅延させた走査指示信
号と補正量とが入力されている。これにより実時間で偏
向歪補正が行われた走査指示信号が得られている。

【００３９】次に、ブランキング信号は、走査信号発生
部の積分器の出力とパターン周辺の長さとを比較してビ
ームのオン／オフ制御を行う。図２のディジタル／アナ
ログ変換器９０３は、露光量によって走査速度が変化す
ると、ブランキング回路の応答時間の遅れなどの原因で
走査指示信号とブランキング信号とのタイミングがずれ
るため、これを補正している。例えば、ビームをオンに
する時点で走査指示信号が数ミリボルトのオフセットを
持っている場合、始点の位置ずれが生じる。さらに、高
速に走査するとこの位置ずれが増加する傾向を示す。こ
れを防ぐためにディジタル／アナログ変換器９０３に走
査速度に応じた補正値を設定して数ミリボルト発生して
いた電圧をゼロに補正している。

【００４０】ブランキング制御は、走査指示信号と始点
補正量との加算結果、すなわち、加算器９０９の出力が
ゼロボルトをよぎる時点でビームをオンにし、次に、走
査指示信号とパターン周辺の長さとの差、すなわち加算
器９１０の出力がゼロボルトをよぎる時点でビームをオ
フにするように動作している。

【００４１】可変成形ビームを用いた本発明の荷電粒子
ビーム露光システムの露光方法を図４に示す。３０１か
ら３０７の矩形は、通常のベクタ走査で露光されてい
る。パターンデータ分離部は、斜辺部を示すビットがセ
ットされた走査フラグを入力し、ラスタ走査露光を行う
部分をパターンデータから分離して露光している。ここ
では、斜辺のみを走査露光する場合を説明したが、これ
以外に、パターンの任意の辺をラスタ走査露光させるこ
とが可能である。この場合、パターン分離部109は、該
当する辺を指定する走査フラグによりラスタ走査露光を
行う部分を分離する。分離したパターンは、可変成形ベ
クタ走査方式で順次露光される。走査フラグで指定され
たパターンの各辺は、ラスタ走査露光が行われる。

【００４２】さて、ラスタ走査でパターンを露光する荷
電粒子ビーム露光システムにおいてパターン周辺のラス
タ走査露光を行う方法について述べる。図５は、ラスタ
走査方式でパターン２００を露光する状況を示してい
る。本発明の露光方式は、偏向領域６００を点線で示す
ように順次ラスタ走査を行い、パターンデータ分離部１
０９によりパターン２００から走査露光を行う部分４０
２と４０３が分離された４０１を得て露光する。さら
に、４０２と４０３で示す部分のラスタ走査露光を行
い、パターン２００が露光されている。

【００４３】荷電粒子ビーム露光システムにおいてパタ
ーン周辺のラスタ走査露光を行う場合は、ｎ回に分割し
て行うことが可能である。この場合、露光量をｎ分の１
に設定し、同じ始点と終点の座標をｎ回ラスタ走査露光
するように制御している。

【００４４】また、ラスタ走査露光を行う場合のビーム
形状は任意であり、スポット状でも、矩形に成形したも
のでも良い。いずれにしてもパターン周辺のラスタ走査
露光を行う時は、ラスタ走査露光を行うビームの形状に
対応した部分がパターンデータから分離されるようにパ
ターンデータ分離部１０９が動作している。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、パターンの周辺に添って連続
的に走査して行うラスタ走査露光によりパターン周辺を
高精度に形成する。また、走査指示信号は、連続的に発
生しているため、無駄な待ち時間がなく高速にパターン
端部を露光する。パターン周辺の走査速度は、角度によ
って走査速度を制御しているため、均一な露光量が得ら
れる。したがって、パターン周辺を高精度に形成する。
ラスタ走査露光をｎ回に分割して重ね露光を行うことで
露光量の均一性が高められる。ラスタ走査露光の位置
は、走査指示信号とブランキング信号とのタイミングを
高精度に一致させているので、高精度に制御される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の荷電粒子ビーム露光システムのブロッ
ク図。

【図２】本発明の具体的な動作を示す説明図。

【図３】本発明のスポットビームによるパターン露光法
の説明図。

【図４】本発明の可変成形ビームによるパターン露光法
の説明図。

【図５】本発明のラスタ走査によるパターン露光法の説
明図。

【図６】ラスタ走査方式を示すブロック図。

【図７】スポットビームによるベクタ走査方式を示す説
明図。

【図８】可変成形ビームによるベクタ走査方式を示す説
明図。

【符号の説明】

１００…制御計算機、１０１…変換指定部、１０２…試
料台制御部、１０３…電子光学鏡体、１０４…座標演算
手段、１０５…露光量制御部、１０６…走査信号発生
部、１０７…ブランキング制御部、１０９…パターンデ
ータ分離部、110…パターンメモリ、１１１…図形分解
部、１１２…補正演算部、１１３…駆動部、１１４…レ
ンズ電源、１１５…信号処理部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】露光図形を偏向データに変換する偏向デー
   タ制御手段と，前記偏向データを偏向器に与える偏向駆
   動手段と，荷電粒子ビームを発生して所望の位置に偏向
   する電子光学筺体と，試料の位置を移動制御する試料台
   及び試料台制御手段と，システム全体を制御する制御計
   算機とを備えた荷電粒子ビーム露光装置において、 露光図形データを複数の種類からなる基本図形で分解
   し、前記基本図形の種類を指定する図形コード，原点座
   標，図形サイズ、及び露光量で構成するパターンデータ
   となし、前記基本図形の所定の角度を有する周辺に添っ
   てビームの走査露光を行う手段と，前記基本図形の所定
   の角度に対応して走査速度を制御する手段と，走査露光
   を行う部分はパターンデータから分離して露光する手段
   とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
2. 【請求項２】請求項１において、パターンデータの図形
   コードに対応させて所定の周辺の走査露光を行うように
   指示するフラグ手段と，前記フラグ手段を参照して走査
   露光を実施する手段と，前記フラグ手段を参照して対応
   する周辺の走査露光を行う部分をパターンデータから分
   離して露光を行う手段とを備えた荷電粒子ビーム露光装
   置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、パターン周辺
   のラスタ走査露光を行う走査指示信号は、前記パターン
   の内部の露光を行う場合に使用する補正係数を用いてパ
   ターン周辺のラスタ走査露光を行う走査指示信号の補正
   量を得る手段を備え、前記補正量と前記走査指示信号と
   を加算して走査指示信号の補正を行う手段とを備えた荷
   電粒子ビーム露光装置。