JPH11274038A - パターン描画方法及び描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レジストヒーティングの影響を低減すること
ができ、寸法ばらつきの低減をはかる。 【解決手段】 電子ビームの微細ショットによる露光を
順次行ってチップ上に所望のパターンを描画し、且つ同
一パターンをチップ上に２回重ねて描画するパターン描
画方法であって、チップ５１の描画領域を短冊状に分割
したフレーム５２を更に小領域に分割したサブフィール
ド５３の単位で描画し、１回目の描画で撃ったショット
の順番に対し２回目の描画を逆の順番で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームやレー
ザビーム等を用いたパターン描画技術に係わり、特に同
じパターンを複数回描画（多重描画）するパターン描画
方法及び描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業におけるパターン微細
化の進展は著しい。１ＧビットＤＲＡＭ以降に必要なパ
ターン線幅は０．１５μｍ（マスク上０．６μｍ）以下
とも言われ、微細化に向けてリソグラフィ技術の開発、
レジストプロセスの高制御化に対する要求は非常に厳し
い。その要求の一つにマスクの高精度化がある。即ち、
マスク上の寸法ばらつきに対する要求は、マスクの寸法
ばらつきが転写の際にウェハで強調されてしまうといっ
た影響もあり、デザインルールの微細化の割合以上に厳
しいものとなってきている。

【０００３】マスク上の寸法ばらつきの要因としては、
プロセス起因，描画装置起因と２つの大きなカテゴリー
に分類できる。描画装置起因と言われるものは、フレー
ム，サブフィールド，ショット等のつなぎやビームの不
安定性（電流密度の変動や電気的な回路のノイズ等）に
よるばらつきである。プロセス起因と言われるものの中
には、レジスト塗布，ＰＥＢ，現像，エッチングといっ
た個々のプロセスが持つ面内ばらつきと再現性ばらつき
が主である。その中のばらつき要因の一つにレジストヒ
ーティング効果による寸法ばらつきが存在する。

【０００４】レジストヒーティング効果とは、ビーム照
射によってレジストの温度が上昇し、その熱の影響を受
けてレジストの寸法が変動する現象のことである。一般
に、電子ビームを用いた描画方法においては、まず描画
データがフレーム毎に区切られ、その中で更にサブフィ
ールド毎に区切られる。この場合、描画順番はある一定
の方向に向けて描画されている。これは、多重描画にお
いても同じである。そしてこの場合、サブフィールド内
で描画順番が早いショットを撃たれた場所の近傍と、描
画順番が遅いショットを打たれた場所とにおいて、寸法
差が生じるといった問題が生じていた。

【０００５】なお、電子ビーム描画においても、レジス
トの高感度化を目的として積極的に化学増幅型レジスト
の研究が試されており、レジストヒーティングの影響は
低減される方向にある。しかし、レジストヒーティング
効果のために生じる寸法のばらつきの大きさは、レジス
トプロセス依存性もあるので一口に言えない面もある
が、本発明者らの評価では１０μＣ／ｃｍ² の露光量に
おいて数ｎｍ程度あると思われる。従って、マスクに許
されている寸法ばらつきを考慮すると、未だ無視するこ
とのできない大きさとなっているのが実状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、電子
ビームを用いたパターン描画方法においては、レジスト
ヒーティング効果による影響で描画パターンに寸法ばら
つきが生じるという問題があり、このばらつきはマスク
に許容される寸法ばらつきを考慮すると無視できないも
のであった。

【０００７】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、レジストヒーティング
効果の影響を低減することができ、描画パターンにおけ
る寸法ばらつきの低減をはかり得るパターン描画方法及
び描画装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。
即ち本発明は、エネルギービームの微細ショットによる
露光を所定の順番で行って試料上に所望のパターンを描
画し、且つ同一パターンを試料上に複数回重ねて描画す
るパターン描画方法であって、前記試料に対する描画の
ショットの順番を毎回異ならせることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、エネルギービームの微細シ
ョットによる露光を所定の順番で行って試料上に所望の
パターンを描画し、且つ同一パターンを試料上に複数回
重ねて描画するパターン描画装置であって、前記試料に
対する描画のショットの順番を毎回異ならせる手段と、
該手段により決められたショットの順番で前記試料上に
ショット露光を行う手段とを具備してなることを特徴と
する。

【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 試料上の特定のフィールド内で、１回目の描画にお
けるショットの順番に対し、２回目の描画を逆の順番で
行うこと。

【００１１】(2) 試料上の特定の矩形フィールド内で、
１回目の描画におけるショット順番のレイアウトに対
し、２回目，３回目，４回目の描画をフィールド中心か
ら９０度，１８０度，２７０度回転したレイアウトでそ
れぞれ行うこと。

【００１２】(3) 特定フィールドは試料上の描画領域全
面であり、該描画領域単位でショットの順番を変えるこ
と。 (4) 特定フィールドは試料上の描画領域を短冊状に分割
したフレームであり、該フレーム単位でショットの順番
を変えること。

【００１３】(5) 特定フィールドはフレームを更に小領
域に分割したサブフィールドであり、該サブフィールド
単位でショットの順番を変えること。 (6) エネルギービームとして、電子ビーム又はイオンビ
ームを用いること。

【００１４】(7) エネルギービームとして、レーザビー
ムを用いること。 （作用）本発明によれば、エネルギービームを用いた多
重描画において、各回の描画におけるショットの順番に
ある制限を持たせることにより、レジストヒーティング
効果による寸法変動の影響を低減することができる。

【００１５】具体的には、あるフィールド内において描
画を行う際に２重描画を用い、１回目の描画で描画した
ショット順番に対し、２回目の描画において全く逆の順
番で描画を行うことにより、１回目に生じたレジストヒ
ーティング効果による寸法分布を２回目の描画により逆
の分布を持たせた描画で相殺させることができ、フィー
ルド内での寸法均一性を向上させることが可能となる。

【００１６】また、４重描画を用いる際には、ある矩形
フィールド内で描画のショット順番をフィールドの対角
線の交点（フィールド中心）に対して１回目の描画で撃
ったショットの順番のレイアウトに対し、２回目，３回
目，４回目の描画をフィールド中心からそれぞれ９０
度，１８０度，２７０度回転したレイアウトのものをそ
れぞれ１回ずつ描画する。これにより、フィールド内で
のレジストヒーティング起因の寸法変動を従来に比べ大
幅に低減でき、寸法均一性を格段に向上させることが可
能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
使用した電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。

【００１８】図中１０は試料室であり、この試料室１０
内には、試料１１を載置してＸ方向（紙面左右方向）及
びＹ方向（紙面表裏方向）に移動可能な試料台１２が収
容されている。２０は電子光学鏡筒であり、この鏡筒２
０は、電子銃２１、各種レンズ系２２ａ〜２２ｅ、各種
偏向系２３〜２６、ブランキング板２７ａ、ビーム成形
用アパーチャ２７ｂ，２７ｃ等から構成されている。

【００１９】また、３１は試料台１２を駆動するための
試料台駆動回路部、３２は試料台１２の位置を測定する
ためのレーザ測長系、３３は走査用偏向器２５，２６を
駆動制御する偏向制御回路部、３４はブラランキング用
偏向器２３を駆動制御するブランキング制御回路部、３
５は成形偏向器２４を駆動制御する可変成形ビーム寸法
制御回路部、３６は描画すべきパターンを一時記憶する
と共に各制御回路部３４，３５を制御するバッファメモ
リ及び制御回路、３７は各部を制御する制御計算機、３
８はＣＡＤデータをＥＢデータに変換するデータ変換用
計算機、３９はＣＡＤシステムを示している。

【００２０】上記構成において、電子銃２１から放出さ
れた電子ビームはブランキング用偏向器２３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
を可能にしている。ブランキング板２７ａを通過したビ
ームは、ビーム成形偏向器２４及びビーム成形用アパー
チャ２７ｂ，２７ｃにより矩形ビーム或いは三角形ビー
ムに成形され、またその寸法が可変される。そして、こ
の成形されたビーム（ショット）は走査用偏向器２５，
２６により試料１１上で偏向走査され、このビーム走査
により試料１１に所望のパターンが描画される。本実施
形態での標準の加速電圧は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２μｍ角の矩形で
ある。

【００２１】一般に、描画チップはあるエリア毎に区切
られ、各々のエリア毎に描画が行われる。その最小単位
はサブフィールドと呼ばれ、そのエリアサイズは１６〜
２０μｍ□（可変）である。また、その上の階層がフレ
ーム（５００μｍ幅）と呼ばれる。なお、図３にこれら
の関係を示しておく。図中の５１はチップ（描画領域全
体）、５２はフレーム、５３はサブフィールドである。

【００２２】本実施形態による描画方法は、２重露光法
におけるあるサブフィールド内での描画順番を１回目の
描画と２回目の描画で逆にすることを特徴とする。即
ち、サブフィールド内での１回目の描画と２回目の描画
において、ビームの微細ショットを順次露光していく順
番を逆にして描画を行うことを特徴とする。この際、露
光量はトータルの露光量は変わらないように、かつ１回
目と２回目の露光量が等しくなるように設定（例として
レジスト感度が８μＣ／ｃｍ² のレジストだとすると各
４μＣ／ｃｍ² ）する。

【００２３】次に、本実施形態をＣｒマスクの製作に適
用した例について、図２の工程図に従いより具体的に説
明する。図２に示すように、まず６インチのＣｒ膜付き
ガラス基板表面にポジ型化学増幅型レジスト（感度８μ
Ｃ／ｃｍ² ）を回転塗布法により膜厚４００ｎｍにして
レジスト塗布を行う。

【００２４】次いで、必要に応じてプリベークを行い、
その後上述した露光方法（２重露光法におけるあるサブ
フィールド内で描画順番を１回目の描画と２回目の描画
において逆にし、この際にトータルの露光量は変わらな
いように、かつ１回目と２回目の露光量が等しくなるよ
うに設定した）で１回目の描画を、図３（ａ）に示した
描画順番（ショット露光の順番）で露光量を４μＣ／ｃ
ｍ² にして行う。続いて、２回目の描画を図３（ｂ）に
示した描画順番で露光量を４μＣ／ｃｍ² にして、重ね
描きしながら行う。

【００２５】次いで、９０℃，１５分のＰＥＢを行った
後、０．２１ＮのＴＭＡＨによるスプレー式の現像を行
った。続いて、Ｃｌ₂ ／Ｏ₂ のガス系を用いて、高周波
電力８０（Ｗ），圧力５０（ｍtorr），流量８０／２０
（ｓｃｃｍ）でＣｒ膜をドライエッチングし、更にレジ
スト剥離，洗浄を実施した。その後、基板上に作成され
たパターン抜き寸法を、光学式顕微鏡を用いて多点測定
することにより、以下に述べる作用と効果が顕著に見ら
れた。

【００２６】図３（ａ）に示したのはあるサブフィール
ド内の単ショットの１回描画におけるショットの順番を
示したものである。この図に示したように、描画はある
規則性に則った順番で描かれるのがごく一般的である。
この図ではサブフィールドの左下側の描画順番が早いた
め、そこで描画時に発生した熱がレジスト中及び下地中
を拡散し、描画の順番の遅いサブフィールドの右上側の
描画を行う時にはその熱がそこに伝わってきておりその
影響を受けて図４（ａ）に示したような寸法ばらつきが
サブフィールド内（点線で切ったパターンで寸法を評
価）で生じてしまう。従来の多重描画では、これを繰り
返すことから寸法ばらつきが更に拡大されることにな
る。

【００２７】これに対し、本実施形態による場合は寸法
ばらつきの分布を低減することが可能である。その原理
を、以下に説明する。１回目の描画順番で生じたレジス
トヒーティング効果による寸法ばらつきは先に説明した
通りである。２回目の描画におけるショットの順番は、
図３（ｂ）に示すように同図（ａ）とは全く逆である。
従って、２回目の描画順番で生じたレジストヒーティン
グ効果による寸法ばらつきは、図４（ｂ）に示すように
同図（ａ）とは逆の関係となる。即ち、いずれもレジス
トヒーティング効果の大きい領域で寸法が大きくなり、
図４（ａ）では右側の寸法が大きくなり、図４（ｂ）で
は左側の寸法が大きくなっている。

【００２８】本実施形態では、図５（ａ）（ｂ）（図４
（ａ）（ｂ）と同じ）に示す２つの分布が２重露光によ
り重なるため、結果として図５（ｃ）に示すようなトー
タルの寸法分布が得られる。即ち、１回目の描画におけ
るレジストヒーティングによる寸法ばらつきと、２回目
の描画におけるレジストヒーティングによる寸法ばらつ
きとが相互に相殺されて、寸法ばらつきの極めて小さい
寸法分布が得られるのである。

【００２９】このように本実施形態によれば、サブフィ
ールド内での寸法ばらつきが単ショット１回描画時には
約７ｎｍ程度存在していたものが、以上の描画方法を用
いることによりサブフィールド内の寸法ばらつきを約３
ｎｍ程度にまで改善することができた。この描画方法を
マスク上パターン製作に用いることにより、ばらつきの
小さい非常に高精度のマスクを得ることが可能になっ
た。

【００３０】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。なお、装置の構成について
は第１の実施形態と同様であるので、ここでは省略す
る。

【００３１】本実施形態は４重描画において、あるフィ
ールド内で描画順番をチップの対角線の交点（チップ中
心）に対して１回目の描画で撃ったショットの順番のレ
イアウトに対し、２回目，３回目，４回目の描画をチッ
プ中心からそれぞれ９０度，１８０度，２７０度回転し
たレイアウトのものをそれぞれ１回ずつ描画することを
特徴とする。この際、４重露光になるがトータルの露光
量は変わらないように、かつ１回目，２回目，３回目，
４四回目の露光量が等しくなるように設定（例として各
２μＣ／ｃｍ² ）して描画を行うことを特徴とする。

【００３２】本実施形態をＣｒマスクの製作に適用した
例について、図２の工程図に従いより具体的に説明す
る。図２に示すように、まず６インチのＣｒ膜付きガラ
ス基板表面にポジ型化学増幅型レジスト（感度８μＣ／
ｃｍ² ）を回転塗布方法により膜厚４００ｎｍにしてレ
ジスト塗布を行う。

【００３３】次いで、必要に応じてプリベークを行い、
その後上述した描画方法（４重露光法におけるあるサブ
フィールド内で１回目の描画、２回目の描画、３回目の
描画、４回目の描画の順番をそれぞれ図６（ａ）（ｂ）
（ｃ）（ｄ）に示したような順番で行う。この際、露光
量はトータルの露光量は変わらないように、かつ１、
２，３，４回目のそれぞれの露光量（それぞれ２μＣ／
ｃｍ² ）が等しくなるように設定し）、重ね描きしなが
ら描画を行った。

【００３４】具体的には、１回目の描画では、図６
（ａ）に示すように左下から始まり右上で終わるように
ショット露光の順番を定めた。２回目の描画では、図６
（ｂ）に示すように、右下から始まり左上で終わるよう
にショット露光の順番を定めた。３回目の描画では、図
６（ｃ）に示すように、右上から始まり左下で終わるよ
うに、ショット露光の順番を定めた。４回目の描画で
は、図６（ｄ）に示すように、左上から始まり右下で終
わるように、ショット露光の順番を定めた。ここで、図
６（ｂ）のショット露光のレイアウトは、図６（ａ）の
それをサブフィールド中心を軸に半時計回りに９０度回
転したものとなっている。同様に、図６（ｃ）（ｄ）の
ショット露光のレイアウトは、図６（ａ）のそれをサブ
フィールド中心を軸に半時計回りに１８０，２７０度回
転したものとなっている。

【００３５】次いで、９０℃，１５分のＰＥＢを行った
後、０．２１ＮのＴＭＡＨによるスプレー式の現像を行
った。続いて、Ｃｌ₂ ／Ｏ₂ のガス系を用いて、高周波
電力８０（Ｗ），圧力５０（ｍtorr），流量８０／２０
（ｓｃｃｍ）でＣｒ膜をドライエッチングし、更にレジ
スト剥離，洗浄を行った。その後、基板上に作成された
パターン抜き寸法を、光学式顕微鏡を用いて多点測定す
ることにより、以下に述べる作用と効果が顕著に見られ
た。

【００３６】１回描画の場合には、先の第１の実施形態
でも説明したように、サブフィールドの左下側の描画順
番が早いため、そこで描画時に発生した熱がレジスト中
及び下地中を拡散し、描画の順番の遅いサブフィールド
の右上側の描画を行う時にはその熱がそこに伝わってき
ており、その影響を受けて図７に示したような寸法ばら
つきがサブフィールド内（点線で切ったパターンで寸法
を評価）で生じてしまう。

【００３７】これに対し、本実施形態による場合は寸法
ばらつきの分布を低減することが可能である。即ち、図
６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示した順番であるサブフ
ィールド内を描画することにより、４つの分布が４重露
光により重なるため、結果として図８に示すようなトー
タルの寸法分布が得られる。即ち、熱のＹ方向への拡散
についても４回の描画（それぞれ４角の近くから描き始
める）によって面内で平均化され、サブフィールド内の
Ｘ方向のみでなくＹ方向の寸法ばらつきも低減できるの
である。なお、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の順序は
これに限らず、適宜変更しても同じ結果が得られる。

【００３８】このように本実施形態によれば、サブフィ
ールド内での寸法ばらつきが単ショット１回描画時には
約７ｎｍ程度存在していたものが、以上の描画方法を用
いることによりサブフィールド内の寸法ばらつきをＸ，
Ｙ両方向共に約２ｎｍ程度にまで改善することができ
た。この描画方法をマスク上パターン製作に用いること
により、寸法ばらつきの極めて小さい非常に高精度のマ
スクを得ることが可能になった。

【００３９】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、サブフィールド単
位で描画の順番を変えたが、これに加えてフレーム単位
でも描画の順番を変えるようにしても良い。描画のショ
ットスピードが十分に速くなりサブフィールド単位での
レジストヒーティングの影響が無視できるほど小さい場
合は、フレーム単位のみで描画の順番を変えるようにす
ればよい。また、より大きなフィールド単位、例えばチ
ップ単位で描画の順番を変えることも可能である。

【００４０】また、実施形態では電子ビームを用いた多
重描画について説明したが、本発明はイオンビームを用
いた多重描画に適用することもできる。さらに、電子や
イオン等の荷電粒子に限らず、レーザ光をミラーにより
走査してパターンを描画するレーザ描画に適用すること
も可能である。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。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、あ
るエリア（チップ，フレーム，サブフィールド等）内で
の寸法ばらつきが単ショットの１回描画時に比べ、格段
に向上することが可能となる。従って、本発明をマスク
上パターン製作、ウェハ上パターン製作に用いることに
より、寸法ばらつきの小さい非常に高精度のパターンを
得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に使用した電子ビーム描画装置
を示す概略構成図。

【図２】Ｃｒマスクを製作する際の具体的な工程を示す
図。

【図３】第１の実施形態方法による描画順番を示す模式
図。

【図４】描画順番と寸法ばらつきの関係を示す模式図。

【図５】第１の実施形態方法によってＣｒマスクを製作
した場合のあるフィールド内における寸法ばらつきを示
す模式図。

【図６】第２の実施形態方法による描画順番を示す模式
図。

【図７】描画順番と寸法ばらつきの関係を示す模式図。

【図８】第２の実施形態方法によってＣｒマスクを製作
した場合のあるフィールド内における寸法ばらつきを示
す模式図。

【符号の説明】

１０…試料室 １１…試料 １２…試料台 ２０…電子光学鏡筒 ２１…電子銃 ２２ａ〜２２ｅ…各種レンズ系 ２３〜２６…各種偏向系 ２７ａ…ブランキング板 ２７ｂ，２７ｃ…ビーム成形用アパーチャ ３１…試料台駆動回路部 ３２…レーザ測長系 ３３…偏向制御回路部 ３４…可変成形ビーム寸法制御回路部 ３６…バッファメモリ及び制御回路 ３７…制御計算機 ３８…データ変換用計算機 ３９…ＣＡＤシステム。 ５１…チップ ５２…フレーム ５３…サブフィールド

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エネルギービームの微細ショットによる露
   光を所定の順番で行って試料上に所望のパターンを描画
   し、且つ同一パターンを試料上に複数回重ねて描画する
   パターン描画方法であって、 前記試料に対する描画のショットの順番を毎回異ならせ
   ることを特徴とするパターン描画方法。
2. 【請求項２】エネルギービームの微細ショットによる露
   光を所定の順番で行って試料上に所望のパターンを描画
   し、且つ同一パターンを試料上に２回重ねて描画するパ
   ターン描画方法であって、 前記試料上の特定のフィールド内で、１回目の描画にお
   けるショットの順番に対し、２回目の描画を逆の順番で
   行うことを特徴とするパターン描画方法。
3. 【請求項３】エネルギービームの微細ショットによる露
   光を所定の順番で行って試料上に所望のパターンを描画
   し、且つ同一パターンを試料上に４回重ねて描画するパ
   ターン描画方法であって、 前記試料上の特定の矩形フィールド内で、１回目の描画
   におけるショット順番のレイアウトに対し、２回目，３
   回目，４回目の描画をフィールド中心から９０度，１８
   ０度，２７０度回転したレイアウトでそれぞれ行うこと
   を特徴とするパターン描画方法。
4. 【請求項４】前記特定フィールドは、前記試料上の描画
   領域を短冊状に分割したフレームを更に小領域に分割し
   たサブフィールドであり、該サブフィールド単位で前記
   ショットの順番を変えることを特徴とする請求項２又は
   ３記載のパターン描画方法。
5. 【請求項５】エネルギービームの微細ショットによる露
   光を所定の順番で行って試料上に所望のパターンを描画
   し、且つ同一パターンを試料上に複数回重ねて描画する
   パターン描画装置であって、 前記試料に対する描画のショットの順番を毎回異ならせ
   る手段と、該手段により決められたショットの順番で前
   記試料上にショット露光を行う手段とを具備してなるこ
   とを特徴とするパターン描画装置。