(57)【要約】【課題】  回路パターンが微細化かつ複雑化しても、スループットを下げずに描画を行えるようにする。【解決手段】  電子ビーム露光装置は、電子銃１と、矩形開口選択偏向器３と、矩形開口選択アンプ４と、第１成形アパーチャ６と、キャラクタ選択偏向器９と、キャラクタ選択偏向アンプ１０と、第２成形アパーチャ１１と、結像レンズ系１２と、このレンズ系１２の対物主偏向器１３および対物副偏向器１４を制御する対物偏向アンプ１５と、偏向制御部１６と、回路パターンの描画方法を記憶する描画情報記憶部１７と、ウエハ１８を載置する可動ステージ１９とを備えている。第１成形アパーチャ６にサイズの異なる複数の矩形開口を設け、それに合わせて、第２成形アパーチャ１１にサイズの異なる複数のキャラクタ開口を設けるため、回路パターンに応じて最適な開口サイズを選択することができ、ショット数の削減が図れる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームのビーム形状を加工成形するための互いにサイズが異なる複数の矩形開口が形成された第１成形アパーチャと、
前記複数の矩形開口のいずれか一つに電子ビームが照射されるように電子ビームの軌道を制御する矩形開口選択電極と、
前記第１成形アパーチャを通過した電子ビームのビーム形状を加工成形するためのサイズの異なる複数のキャラクタ開口が形成された第２成形アパーチャと、
電子ビームが通過した前記第１成形アパーチャ内の矩形開口に対応するキャラクタ開口に電子ビームが結像するように電子ビームの軌道を制御するキャラクタビーム電極と、を備えることを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記第２成形アパーチャは、繰り返し構造の描画に適した大サイズのキャラクタ開口と、ランダム構造の描画に適した小サイズのキャラクタ開口と、可変成形ビーム（VSB）を成形するためのキャラクタ開口とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項３】
前記第１成形アパーチャ内の矩形開口のサイズまたは種類を示す識別情報と、前記第２成形アパーチャ内のキャラクタ開口の位置および種類に関する情報との対応関係を示す描画情報を記憶するアパーチャ情報格納部と、
前記アパーチャ情報格納部に記憶された描画情報に基づいて、前記矩形開口選択電極および前記キャラクタビーム電極を制御する描画制御部と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項４】
前記アパーチャ情報格納部は、描画を行う各キャラクタ形状を示すキャラクタID情報を含む前記描画情報を記憶し、
前記描画制御部は、前記キャラクタID情報に対応する前記描画情報を読み出して、前記矩形開口選択電極および前記キャラクタビーム電極を制御することを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項５】
電子ビームのビーム形状を加工成形するための互いにサイズが異なる複数の矩形開口が形成された第１成形アパーチャに電子ビームを照射し、いずれか一つの矩形開口を電子ビームが通過するように矩形開口選択電極にて電子ビームの軌道を制御するステップと、
前記第１成形アパーチャを通過した電子ビームを、電子ビームのビーム形状を加工成形するためのサイズの異なる複数のキャラクタ開口が形成された第２成形アパーチャに照射し、前記第１成形アパーチャ内の電子ビームが通過した矩形開口に対応するキャラクタ開口に電子ビームが結像するようにキャラクタビーム電極にて電子ビームの軌道を制御するステップと、を備えることを特徴とする電子ビーム露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを用いて回路パターンの描画を行う電子ビーム露光装置および電子ビーム露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームリソグラフィ、特に電子ビーム直接描画技術は、半導体基板上のレジストにデバイス回路パターンを焼き付ける際に、回路パターンの原盤となるマスクをデバイスごとに作製する必要がなく、製造コストおよび工期を削減できるという利点を有する。
【０００３】
また、光露光の光源に比べて、電子ビームの波長は非常に短く、微細なパターンを形成可能である。このため、QTAT（Quit Turn Around Time）のデバイス試作品や微細な最先端デバイスの研究開発などに用いられている。
【０００４】
電子ビーム直接描画技術を利用した電子ビームリソグラフィでは、露光すべき回路パターンを露光の単位となる基本図形に分解し、複数の成形パターンを用いて各基本図形と同じ形状および大きさのビーム形状を形成する。これら成形アパーチャで成形された電子ビームは直接レジスト上に照射されて露光処理が行われる。個々の電子ビームの照射はショットと呼ばれる。
【０００５】
電子ビーム直接描画技術による電子ビームの成形方法として、可変成形ビーム（VSB）方式とキャラクタビーム（CP）方式の２通りが知られている。
【０００６】
VSB方式では、第１成形アパーチャで成形された矩形ビームを、第２成形アパーチャの同一矩形形状の開口部に部分的に照射し、任意の大きさの矩形（長方形）ビームを成形する。
【０００７】
CP方式では、第１成形アパーチャで成形された矩形ビームを、第２成形アパーチャに形成された任意形状の開口部に照射して、開口部と同一形状のビームを成形する。成形されたビーム形状はキャラクタと呼ばれ、開口部はキャラクタ開口と呼ばれる。
【０００８】
CP方式の電子ビーム描画では、第２成形アパーチャに予め形成されたキャラクタ開口に応じたビーム形状で露光を行えるため、VSB方式のように基本形状のビーム照射を繰り返して任意形状のパターンを形成する場合に比べてショット数が少なく、描画時間も短縮できる。
【０００９】
本発明者は、CP方式による電子ビーム描画により、少量生産を行うロジックデバイスのパターンをウエハ上に効率的に直接描画するために、ロジックデバイスを構成するスタンダードセルをキャラクタとして第２成形アパーチャに設ける手法を提案した（特許文献１参照）。
【００１０】
しかしながら、半導体デバイスのパターンが微細化するにつれて、デバイス中のセルサイズも小さくなり、スタンダードセルの一つずつをキャラクタとして用意しても、数多くのキャラクタを用意しなければならず、結果としてウエハ当たりのショット数が増加し、描画時間を短縮できず、描画スループットが低下するという問題があった。
【特許文献１】特開2001-274071号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、半導体デバイスのテクノロジーが進んで、回路パターンが微細化かつ複雑化しても、スループットを下げずに描画を行うことができる電子ビーム露光装置および電子ビーム露光方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によれば、電子ビームのビーム形状を加工成形するための互いにサイズが異なる複数の矩形開口が形成された第１成形アパーチャと、前記複数の矩形開口のいずれか一つに電子ビームが照射されるように電子ビームの軌道を制御する矩形開口選択電極と、前記第１成形アパーチャを通過した電子ビームのビーム形状を加工成形するためのサイズの異なる複数のキャラクタ開口が形成された第２成形アパーチャと、電子ビームが通過した前記第１成形アパーチャ内の矩形開口に対応するキャラクタ開口に電子ビームが結像するように電子ビームの軌道を制御するキャラクタビーム電極と、を備えることを特徴とする電子ビーム描画装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回路パターンが微細化かつ複雑化しても、スループットを下げずに描画を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。図１の電子ビーム露光装置は、電子銃１と、第１コンデンサーレンズ２と、矩形開口選択偏向器３と、矩形開口選択アンプ４と、第２コンデンサーレンズ５と、第１成形アパーチャ６と、第１投影レンズ７と、第２投影レンズ８と、キャラクタ選択偏向器９と、キャラクタ選択偏向アンプ１０と、第２成形アパーチャ１１と、結像レンズ系１２と、このレンズ系１２の対物主偏向器１３および対物副偏向器１４を制御する対物偏向アンプ１５と、偏向制御部１６と、回路パターンの描画方法を記憶する描画情報記憶部１７と、ウエハ１８を載置する可動ステージ１９と、このステージ１９上に設置されたファラデーカップ２０、重金属粒子マーク２１および電子ビーム測定用マーク台２２とを備えている。
【００１６】
以下、図１の電子ビーム露光装置の動作原理を簡単に説明する。電子銃１から放射された電子ビームは、第１コンデンサレンズ２と第２コンデンサレンズ５で電流密度とケーラー照明条件が調整されて第１成形アパーチャ６に導かれる。
【００１７】
第１成形アパーチャ６には、互いにサイズが異なる複数の矩形開口が形成されている。図２は第１成形アパーチャ６の一例を示す平面図である。図２の例では、サイズの異なる２つの矩形開口３１，３２が第１成形アパーチャ６に形成されている。なお、第１成形アパーチャ６にサイズの異なる３つ以上の矩形開口を設けてもよい。
【００１８】
電子ビームは、矩形開口選択偏向器３で偏向されて、第１成形アパーチャ６に形成された複数の矩形開口３１，３２のうちいずれかの矩形開口に結像する。
【００１９】
第１成形アパーチャ６内の特定の矩形開口を通過した電子ビームは、第１投影レンズ７と第２投影レンズ８を介して、第２成形アパーチャ１１上に結像される。第２成形アパーチャ１１上には、複数の形状およびサイズからなる複数のキャラクタ開口とVSB方式での描画に用いられる矩形開口（以下、VSB開口）が形成されている。
【００２０】
電子ビームは、キャラクタ選択偏向器９で偏向されて、第２成形アパーチャ１１に形成された複数の開口のうちいずれか一つに結像する。
【００２１】
矩形開口選択偏向器３とキャラクタ選択偏向器９は、偏向制御部１６により制御されるが、その制御手法については後述する。
【００２２】
図３はVSB方式の描画とCP方式の描画を説明する図である。VSB方式では、図３（ａ）に示すように、VSB開口２５の一部に電子ビームを照射して、任意形状の矩形ビームを形成する。一方、CP方式では、予め任意形状に加工されたキャラクタ開口２６に電子ビームを照射して、キャラクタ開口２６の形状に応じたビームを形成する。
【００２３】
図１に戻って、第２成形アパーチャ１１を通過した電子ビームは、結像レンズ系１２により縮小され、ウエハ１８上に結像される。ウエハ１８内の電子ビームの結像位置は、対物偏向アンプ１５の制御に基づいて対物主偏向器１３と対物副偏向器１４により調整される。
【００２４】
ファラデーカップ２０と重金属粒子マーク２１は、ステージ１９上の電子ビームの結像位置を特定する目的で用いられる。
【００２５】
図４は第２成形アパーチャ１１の一例を示す平面図である。図４の例では、互いに形状の異なる小サイズの第１キャラクタ開口３３と、互いに形状の異なる大サイズの第２キャラクタ開口３４と、VSB開口とが形成されている。第１キャラクタ開口３３は複数設けられ、各第１キャラクタ開口３３はサイズは共通だが形状が異なっている。同様に、第２キャラクタ開口３４は複数設けられ、各第２キャラクタ開口３４はサイズは共通だが形状が異なっている。
【００２６】
図２に示したように第１成形アパーチャ６には、サイズの異なる複数の矩形開口が形成されており、第１成形アパーチャ６で選択された矩形開口に合わせて、第２成形アパーチャ１１内の開口が選択される。例えば、第２成形アパーチャ１１内の小サイズの第１キャラクタ開口３３は、第１成形アパーチャ６で小サイズの矩形アパーチャが選択されたときに選択される。同様に、第２成形アパーチャ１１内の大サイズの第２キャラクタ開口３４とVSB開口は、第１成形アパーチャ６で大サイズの矩形アパーチャが選択されたときに選択される。
【００２７】
従来は、第２成形アパーチャ１１内に、同一サイズのキャラクタ開口しか設けていなかったため、第２成形アパーチャ１１内に形成可能な開口数に制限があったが、本実施形態では、小サイズの第１キャラクタ開口３３と大サイズの第２キャラクタ開口３４とを形成するため、結果として、第２成形アパーチャ１１内に形成可能な開口数を増やすことができ、従来よりも多くの形状の回路パターンを１ショットで露光可能となり、ショット数を削減できる。
【００２８】
図４では、第１キャラクタ開口３３のピッチと第２キャラクタ開口３４のピッチを互いに相違させ、第２キャラクタ開口３４とVSB開口３５を中央付近に形成しているが、これら開口の配置や数等には特に制限はない。
【００２９】
一例として、VSB開口３５と第２キャラクタ開口３４は例えばウエハ１８上で５μm径程度である。なお、第２成形アパーチャ１１上での実寸法は、ウエハ１８上のビームサイズの数〜数10倍であり、第２成形アパーチャ１１で成形された電子ビームは、縮小されてウエハ１８上に転写される。
【００３０】
図４の第２成形アパーチャ１１には、VSB開口３５が１個、3.5μm径の第１キャラクタ開口３３が168個、５μm径の第２キャラクタ開口３４が８個形成されている。例えば、第２キャラクタ開口３４が不要な場合には、その位置に第１キャラクタ開口３３を配置でき、この場合、第２成形アパーチャ１１全体として、192個の第１キャラクタ開口３３を形成できる。
【００３１】
一方、第１成形アパーチャ６内の大サイズの矩形開口３１は例えば５μm径、小サイズの矩形開口３２は例えば3.5μm径である。
【００３２】
図５は第２成形アパーチャ１１のサイズの一例を示す図である。図５（ａ）は第１キャラクタ開口３３を示し、図５（ｂ）は第２キャラクタ開口３４を示している。図５（ｃ）の斜線部で示す小サイズのスタンダードセルの描画を行う際には、図５（ａ）の第１キャラクタ開口３３を用いる。図５（ｄ）のような大サイズのスタンダードセルを描画する際には、図５（ａ）の第１キャラクタ開口３３を用いて複数ショットで描画する。また、図５（ｅ）のような小サイズの繰り返し構造をもつメモリセルを描画する際には、複数セル分まとめて一つの第２キャラクタ開口３４を用いて１ショットで描画する。
【００３３】
図６はシステムLSIの一例を示す概略的なレイアウト図である。図６のSRAM１〜SRAM3は繰り返し構造であるため、第２成形アパーチャ内の第２キャラクタ開口３４を用いて複数画素分まとめて描画を行う。一方、ロジックゲートやプロセッサは繰り返しの少ないランダムな構造であるため、小サイズの第１キャラクタ開口３３を用いて露光を行う。ロジックゲートやプロセッサを描画する場合には、形状の異なる第１キャラクタ開口３３をなるべく多く予め用意するのが望ましい。
【００３４】
上述したように、第２成形アパーチャ１１には、サイズおよび形状の異なる複数の開口が形成されているため、描画の際には、どの開口を用いて描画を行うかを指定する必要がある。このため、本実施形態では、図７に示すように、第２成形アパーチャ１１内のすべての開口の位置を示す座標（X,Y)で開口の特定を行う。
【００３５】
図７では、第２成形アパーチャ１１内の中心位置に原点Ｏを設定しているが、他の場所に原点Ｏを設定しても構わない。ただし、電子ビーム描画の制御を行う制御系（矩形開口選択アンプ４やキャラクタ選択偏向アンプ１０など）が正しく認識でき、かつ原点Ｏからの偏向量を正しく検出できる位置に原点Ｏを設定する必要がある。
【００３６】
また、第１成形アパーチャ６で選択される矩形開口のサイズに合わせて、第２成形アパーチャ１１で開口の選択を行う必要があるため、第１成形アパーチャ６で選択される矩形開口のサイズと第２成形アパーチャ１１で選択される開口の種類との関係も指定する必要がある。
【００３７】
そこで、本実施形態では、第１成形アパーチャ６で選択される矩形開口と第２成形アパーチャ１１で選択される開口との対応関係を示す描画情報を図１の描画情報記憶部１７に記憶している。偏向制御部１６は、描画情報記憶部１７から順に描画情報を読み出して、矩形開口選択アンプ４とキャラクタ選択偏向アンプ１０を制御する。
【００３８】
図８は描画情報記憶部１７に格納されるキャラクタテーブルの一例を示す図である。図示のように、描画情報記憶部１７は、各ショットで描画するキャラクタを特定するためのキャラクタIDと、その際選択される第１成形アパーチャ６内の矩形開口のサイズと、その際選択される第２成形アパーチャ１１内の開口の座標および開口の種類（コメント）とが対応づけて記憶されている。
【００３９】
図８では、中央付近のVSB開口３５のキャラクタIDを「０」で、その座標を（X0,Y0)としている。このVSB開口３５の右隣にある小サイズの第１キャラクタ開口３３はスタンダードセル描画用に用いられ、そのキャラクタIDは「10」、座標は(X10,Y10)である。一方、原点Ｏの左側の大サイズの第２キャラクタ開口３４はSRAMセル８個分の描画用に用いられ、そのキャラクタIDは「179」、座標は(X179,Y179)である。
【００４０】
図７および図８では、各開口の左下隅の頂点を座標としたが、他の位置に基づいて座標を設定してもよいが、すべての開口で統一させるのが望ましい。
【００４１】
図８のキャラクタテーブルでは、第１成形アパーチャ６内の２つの矩形開口を「０」および「１」で表しているが、これは矩形開口のサイズを特定するIDであり、仮に３種類以上の矩形開口が存在する場合には、それに応じてIDのビット数を増やせばよい。あるいは、第１成形アパーチャ６内の各矩形開口を識別する情報をキャラクタテーブルに記憶してもよい。
【００４２】
図８のキャラクタテーブルは、第１成形アパーチャ６と第２成形アパーチャ１１の組み合わせごとに設けられる。仮に第１成形アパーチャ６または第２成形アパーチャ１１を他のアパーチャに変更する場合には、キャラクタテーブルも変更する必要がある。また、描画を行う回路パターンが変更になる場合も、新たなキャラクタテーブルを用意する必要がある。
【００４３】
図８のキャラクタテーブルは一例であり、図８に示した以外の情報を追加あるいは変更をしてもよい。
【００４４】
このように、本実施形態では、第１成形アパーチャ６にサイズの異なる複数の矩形開口を設け、それに合わせて、第２成形アパーチャ１１にサイズの異なる複数のキャラクタ開口を設けるため、回路パターンに応じて最適な開口サイズを選択することができ、ショット数の削減が図れる。特に、第２成形アパーチャ１１には、サイズの異なる複数のキャラクタ開口を配置するため、従来よりも第２成形アパーチャ１１のキャラクタ開口数を増やすことができ、種々の形状の回路パターンに応じたキャラクタ開口を予め用意することができる。したがって、ショット数を大幅に削減できる。
【００４５】
具体的には、SRAMセルのような繰り返し構造の回路パターンについては、大サイズのキャラクタ開口で複数セル分まとめて描画できるため、短時間で効率よく露光を行うことができる。
【００４６】
また、ロジック回路のような繰り返しが少なくて複雑な形状の回路パターンについては、予め小サイズのキャラクタ開口を多数設けることで、少ないショット数で露光を行うことができる。このため、システムLSI等のように、ロジック回路とメモリセルが混在した回路パターンについても、ウエハ１８内の場所によってキャラクタ開口の種類を切り替えることで、高速かつ信頼性よく描画を行うことができる。本実施形態は、今後、半導体デバイスの集積化が進んで配線パターンが微細化しても、十分に対応可能である。
【００４７】
さらに、本実施形態では、各ショットのキャラクタIDと、第１成形アパーチャ６内の矩形開口のサイズと、第２成形アパーチャ１１内のキャラクタ開口の位置および種類との対応関係を示す描画情報を描画情報記憶部１７に記憶しておくため、この描画情報に従って各アパーチャを制御すれば、簡易かつ迅速に描画を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置の概略構成を示す図。
【図２】第１成形アパーチャ６の一例を示す平面図。
【図３】VSB方式の描画とCP方式の描画を説明する図。
【図４】第２成形アパーチャ１１の一例を示す平面図。
【図５】第２成形アパーチャ１１のサイズの一例を示す図。
【図６】システムLSIの一例を示す概略的なレイアウト図。
【図７】第２成形アパーチャ内の座標を説明する図。
【図８】描画情報記憶部１７に格納されるキャラクタテーブルの一例を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
３  矩形開口選択偏向器
４  矩形開口選択アンプ
６  第１成形アパーチャ
９  キャラクタ選択偏向器
１０  キャラクタ選択偏向アンプ
１１  第２成形アパーチャ
１５  対物偏向アンプ
１６  偏向制御部
１７  描画情報記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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