(57)【要約】【課題】プロセスパラメータの経時変化による寸法変動を補正する。【解決手段】本実施形態による荷電粒子ビーム描画装置は、パターン描画後の処理を行うプロセス装置のプロセスパラメータの履歴から、パターン補正対象の基板が前記プロセス装置で処理される予定時期におけるプロセスパラメータの推定値を算出する推定部と、前記推定値で前記プロセス装置が処理を行うことで基板上に形成されるパターンの寸法分布を予測する予測部と、予測した寸法分布に基づいて設計寸法を補正する補正部と、前記補正部により補正された寸法に基づいて基板上に荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する描画部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン描画後の処理を行うプロセス装置のプロセスパラメータの履歴から、パターン補正対象の基板が前記プロセス装置で処理される予定時期におけるプロセスパラメータの推定値を算出する推定部と、
前記推定値で前記プロセス装置が処理を行うことで基板上に形成されるパターンの寸法分布を予測する予測部と、
予測した寸法分布に基づいて設計寸法を補正する補正部と、
前記補正部により補正された寸法に基づいて基板上に荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する描画部と、
を備える荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記描画部がパターンを描画した基板を前記プロセス装置が前記予定時期に処理した際の実際のプロセスパラメータと、前記推定値とを比較し、比較結果に基づいて、前記プロセス装置で処理された基板上のパターンに前記プロセス装置起因の寸法変動が生じているか否かを判定する判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項３】
パターン描画後の処理を行うプロセス装置のプロセスパラメータの履歴から、パターン補正対象の基板が前記プロセス装置で処理される予定時期におけるプロセスパラメータの推定値を算出する工程と、
前記推定値で前記プロセス装置が処理を行うことで基板上に形成されるパターンの寸法分布を予測する工程と、
予測した寸法分布に基づいて設計寸法を補正する工程と、
補正された寸法に基づいて基板上に荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する工程と、
を備える荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子ビーム描画方法でパターンを描画した基板に対し、前記予定時期に前記プロセス装置を用いて処理を施し、前記基板上にパターンを形成するパターン形成方法。
【請求項５】
前記予定時期に前記基板に対し処理を施した際の前記プロセス装置のプロセスパラメータと、前記推定値とを比較し、比較結果に基づいて、前記基板上に形成されたパターンに前記プロセス装置起因の寸法変動が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム描画装置、荷電粒子ビーム描画方法、及びパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、フォトマスクのパターンをウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。
【０００３】
例えば、フォトマスクは、石英基板上に形成されたクロム膜等の遮光膜を加工して作製される。遮光膜の加工は、次のように行われる。まず、遮光膜上にレジストを塗布し、そのレジストに電子ビーム描画装置で所望のパターンを描画する。描画処理後のプロセスにおいて、現像処理により所望の形状のレジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングやウェットエッチングにより遮光膜を加工する。
【０００４】
描画後の現像やエッチング等では、基板やレジストの種類、レジスト膜厚、描画パターンの種類等を考慮して、エッチング装置のバイアスパワー、圧力、ガス流量等のプロセスパラメータを最適化し、処理を行っている。しかし、時間の経過に伴いプロセスパラメータが変化し、加工後のパターンの寸法が変動するという問題があった。エッチング装置のパラメータ設定分解能は粗く、時間経過に伴うプロセスパラメータの変化に対応できなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９２６７５号公報
【特許文献２】特開平１１−１５４６３５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８３３８３号公報
【特許文献４】特開２０１０−４４１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、プロセス装置での処理予定時期におけるプロセスパラメータを予測し、プロセスパラメータの変化による寸法変動を補正することができる荷電粒子ビーム描画装置、荷電粒子ビーム描画方法、及びパターン形成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置は、パターン描画後の処理を行うプロセス装置のプロセスパラメータの履歴から、パターン補正対象の基板が前記プロセス装置で処理される予定時期におけるプロセスパラメータの推定値を算出する推定部と、前記推定値で前記プロセス装置が処理を行うことで基板上に形成されるパターンの寸法分布を予測する予測部と、予測した寸法分布に基づいて設計寸法を補正する補正部と、前記補正部により補正された寸法に基づいて基板上に荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する描画部と、を備えるものである。
【０００８】
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置は、前記描画部がパターンを描画した基板を前記プロセス装置が前記予定時期に処理した際の実際のプロセスパラメータと、前記推定値とを比較し、比較結果に基づいて、前記プロセス装置で処理された基板上のパターンに前記プロセス装置起因の寸法変動が生じているか否かを判定する判定部をさらに備える。
【０００９】
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、パターン描画後の処理を行うプロセス装置のプロセスパラメータの履歴から、パターン補正対象の基板が前記プロセス装置で処理される予定時期におけるプロセスパラメータの推定値を算出する工程と、前記推定値で前記プロセス装置が処理を行うことで基板上に形成されるパターンの寸法分布を予測する工程と、予測した寸法分布に基づいて設計寸法を補正する工程と、補正された寸法に基づいて基板上に荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する工程と、を備えるものである。
【００１０】
本発明の一態様によるパターン形成方法は、本発明による荷電粒子ビーム描画方法でパターンを描画した基板に対し、前記予定時期に前記プロセス装置を用いて処理を施し、前記基板上にパターンを形成するものである。
【００１１】
本発明の一態様によるパターン形成方法は、前記予定時期に前記基板に対し処理を施した際の前記プロセス装置のプロセスパラメータと、前記推定値とを比較し、比較結果に基づいて、前記基板上に形成されたパターンに前記プロセス装置起因の寸法変動が生じているか否かを判定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プロセス装置での処理予定時期におけるプロセスパラメータを予測し、プロセスパラメータの変化による寸法変動を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。
【図２】第１成形アパーチャ及び第２成形アパーチャの斜視図である。
【図３】同実施形態によるパターン補正方法を説明するフローチャートである。
【図４】同実施形態によるプロセスパラメータの変動判定方法を説明するフローチャートである。
【図５】基板上の位置と寸法との関係の例を示すグラフである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はプロセスパラメータと寸法分布の近似式の係数との関係を示すグラフである。
【図７】（ａ）はプロセスパラメータの履歴の例を示すグラフであり、（ｂ）はプロセスパラメータの推定値の例を示すグラフである。
【図８】基板上の位置と、寸法予測値との関係の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは電子ビームに限るものでなく、イオンビーム等でもよい。
【００１５】
図１は本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。図１に示す電子ビーム描画装置は、制御部Ｃと描画部Ｗとを備えた可変成形型の描画装置である。
【００１６】
描画部Ｗは、鏡筒３０と描画室６０を備えている。鏡筒３０内には、電子銃３２、照明レンズ３４、ブランカ３６、第１成形アパーチャ３８、投影レンズ４０、成形偏向器４２、第２成形アパーチャ４４、対物レンズ４６、主偏向器４８、及び副偏向器５０が配置されている。
【００１７】
描画室６０内には、ＸＹステージ６２が配置されている。ＸＹステージ６２上には、描画対象の基板７０が載置されている。基板７０は、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等である。また、基板７０は、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスであってもよい。
【００１８】
鏡筒３０内に設けられた電子銃３２（放出部）から放出された電子ビームＢは、ブランカ３６（ブランキング偏向器）内を通過する際にブランカ３６によって、電子ビームを基板７０に照射するか否か切り替えられる。
【００１９】
電子ビームＢは、照明レンズ３４により、矩形の開口３９（図２参照）を有する第１成形アパーチャ３８に照射される。第１成形アパーチャ３８の開口３９を通過することで、電子ビームＢは矩形に成形される。
【００２０】
第１成形アパーチャ３８を通過した第１アパーチャ像の電子ビームＢは、投影レンズ４０により、開口４５（図２参照）を有した第２成形アパーチャ４４上に投影される。その際、偏向器４２によって、第２成形アパーチャ４４上に投影される第１アパーチャ像は偏向制御され、開口４５を通過する電子ビームの形状と寸法を変化させる（可変成形を行う）ことができる。
【００２１】
第２成形アパーチャ４４の開口４５を通過した第２アパーチャ像の電子ビームＢは、対物レンズ４６により焦点を合わせ、主偏向器４８及び副偏向器５０によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ６２上に載置された基板７０の目標位置に照射される。
【００２２】
制御部Ｃは、制御計算機１０、記憶部２０，２２、及び制御回路２４を有する。記憶部２０には、複数の図形パターンから構成される描画データ（レイアウトデータ）が外部から入力され、格納されている。
【００２３】
記憶部２２には、プロセスパラメータ履歴情報、近似式情報、及び大局的寸法変動情報が格納されている。各情報については後述する。描画部Ｗの動作を制御する他の制御回路については説明を省略する。
【００２４】
制御計算機１０は、入力部１１、プロセスパラメータ推定部１２、寸法変動量予測部１３、寸法補正部１４、描画データ処理部１５、及び判定部１６を有する。
【００２５】
制御計算機１０の各部は、電気回路等のハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御計算機１０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを記録媒体に収納し、電気回路を含むコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００２６】
電子ビーム描画装置は、例えば、フォトマスクのパターン描画に用いられる。フォトマスクの作製では、まず、クロム膜等の遮光膜及びレジストが設けられた石英基板を準備し、電子ビーム描画装置でレジストに所望のパターンを描画する。描画後、現像処理により、レジストの露光部（又は非露光部）を溶解除去してレジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクにしてドライエッチング装置でエッチング処理を行い、遮光膜を加工する。その後、レジストを剥離することで、フォトマスクが作製される。レジストの種類によっては、現像処理前にＰＥＢ（Post  Exposure  Bake）処理を行ってもよい。
【００２７】
パターン描画後の現像やエッチング等のプロセスでは、基板やレジストの種類毎に、エッチング装置のバイアスパワー、圧力、ガス流量等のプロセスパラメータを最適化して処理を行っている。しかし、時間の経過に伴いプロセスパラメータは徐々に変化する。プロセスパラメータが変化すると、加工後の遮光膜パターンの寸法が変動し、フォトマスクのパターン精度が低下する。エッチング装置のパラメータ設定分解能は粗く、時間経過に伴うプロセスパラメータの変化に対応できない。
【００２８】
そこで、本実施形態では、プロセスパラメータの変化を予測し、描画するパターンの寸法を補正して、作製されるフォトマスクのパターン精度の低下を防止する。本実施形態によるフォトマスク作製方法を図３及び図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
石英基板上に遮光膜及びレジストが設けられたマスク基板を２枚準備し、図１に示す描画装置を用いて、それぞれに同じパターンを描画する（ステップＳ１）。描画するパターンは任意であり、例えばラインアンドスペースパターンである。
【００３０】
パターンを描画した２枚のマスク基板に対し、異なるプロセスパラメータで、現像及びエッチング処理を行う（ステップＳ２）。例えば、エッチング処理時のバイアスパワーを変える。第１マスク基板はバイアスパワーＰ１でエッチング処理を行い、第２マスク基板はバイアスパワーＰ２でエッチング処理を行う。
【００３１】
レジストを除去し、遮光膜パターンの寸法を測定する（ステップＳ３）。プロセスパラメータが異なると、寸法も変わる。例えば、図５に示すように、バイアスパワーＰ１で処理を行った第１マスク基板と、バイアスパワーＰ２で処理を行った第２マスク基板とで、パターン寸法分布は異なる。
【００３２】
第１マスク基板、第２マスク基板の各々について、マスク基板上の位置とパターン寸法との関係を関数で近似する（ステップＳ４）。例えば、図５の横軸がｘ座標である場合、パターン寸法をａｘ２＋ｂｘ＋ｃのような２次関数で近似する（ａ、ｂ、ｃは実数）。第１マスク基板のパターン寸法分布の近似式はａ１ｘ２＋ｂ１ｘ＋ｃ１となり、第２マスク基板のパターン寸法分布の近似式はａ２ｘ２＋ｂ２ｘ＋ｃ２となる。
【００３３】
近似式の係数ａ、ｂ、ｃを縦軸、プロセスパラメータＰを横軸にすると、係数ａ、ｂ、ｃはそれぞれ図６（ａ）〜（ｃ）のようになる。係数ａ、ｂ、ｃの各々について、プロセスパラメータとの関係をｄＰ＋ｅのような１次関数で近似することができる（ステップＳ５）。Ｐはプロセスパラメータであり、ｄ、ｅは実数である。
【００３４】
例えば、係数ａ＝ｄａＰ＋ｅａ、係数ｂ＝ｄｂＰ＋ｅｂ、係数ｃ＝ｄｃＰ＋ｅｃという近似式が求まる。これらの近似式は、プロセスパラメータの値から、マスク基板上のパターン寸法分布の近似式の係数ａ、ｂ、ｃを求めるためのものである。係数ｄａ、ｅａ、ｄｂ、ｅｂ、ｄｃ及びｅｃを近似式情報として記憶部２２に登録しておく（ステップＳ６）。
【００３５】
近似式情報の登録前又は後に、プロセスパラメータの履歴を取得し、プロセスパラメータ履歴情報として記憶部２２に登録する（ステップＳ１１）。プロセスパラメータ推定部１２は、プロセスパラメータ履歴の時系列の変動を１次関数で近似する（ステップＳ１２）。例えば、プロセスパラメータ推定部１２は、図７（ａ）に示すプロセスパラメータ履歴を近似する１次式Ｆを算出する。図７（ａ）は、縦軸をバイアスパワーとした例を示している。
【００３６】
入力部１１が、パターン寸法補正対象の基板のプロセス時期（例えばプロセス予定日時）の入力を受け付ける（ステップＳ１３）。プロセスパラメータ推定部１２は、近似式Ｆを用いて、入力されたプロセス時期におけるプロセスパラメータの値を推定する（ステップＳ１４）。例えば、図７（ｂ）に示すようなプロセスパラメータの推定値が得られる。
【００３７】
寸法変動量予測部１３は、記憶部２２に格納されている近似式情報を用いて、ステップＳ１４で算出したプロセスパラメータの推定値で処理された場合のマスク基板上のパターン寸法分布を予測する（ステップＳ２１）。例えば、係数ａ＝ｄａＰ＋ｅａ、係数ｂ＝ｄｂＰ＋ｅｂ、係数ｃ＝ｄｃＰ＋ｅｃという近似式のＰに、ステップＳ１４で算出したプロセスパラメータの推定値を代入することで、係数ａ、ｂ、ｃが求まり、図８に示すような、パターン寸法分布の予測値が得られる。
【００３８】
次に、寸法変動量予測部１３は、ステップＳ２１で予測した寸法変動と、予め求めておいた大局的寸法変動との差分を算出する（ステップＳ２２）。一般に、製造されたマスク基板では、チップ内位置が近い場合（局所的）は設計寸法との差が小さいが、チップ内位置が遠い所（大局的）では設計寸法との差が大きくなる。この大局的寸法変動は、パターンに依存した寸法誤差と位置に依存した寸法誤差とを加えたものであり、例えば特開２００８−１２３０００号公報に記載されたような公知の手法で求めることができる。予め求めておいた大局的寸法変動は、記憶部２２に大局的寸法変動情報として登録しておく。
【００３９】
寸法変動量予測部１３は、ステップＳ２２で求めた差分を近似する近似式を算出する（ステップＳ２３）。
【００４０】
寸法補正部１４は、記憶部２１から描画データを読み出し、ステップＳ２３で求めた近似式から算出される寸法変動量に基づいて、パターン寸法（設計寸法）を補正する（ステップＳ２４）。
【００４１】
描画データ処理部１５が、寸法補正後の描画データに対し、複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータを生成する。制御回路２４が、ショットデータに基づき、ブランカ３６、成形偏向器４２、主偏向器４８、副偏向器５０における偏向量を演算し、各偏向器に制御信号を出力する。これにより、所望する位置に所定のパターンが描画される（ステップＳ２５）。
【００４２】
パターン描画後、所定の時期（ステップＳ１３で入力された予定日時）に現像及びエッチング等のプロセスを行い、フォトマスクを作製する（ステップＳ２６、Ｓ２７）。
【００４３】
現像及びエッチング処理後、実際のプロセスパラメータを取得し、描画装置に入力する（図４のステップＳ３１）。
【００４４】
判定部１６が、ステップＳ１４で算出したプロセスパラメータ推定値と、ステップＳ３１で入力された実際のプロセスパラメータとの差分ΔＰを算出する（ステップＳ３２）。
【００４５】
差分ΔＰが所定値未満の場合（ステップＳ３３＿Ｎｏ）、判定部１６は、プロセスパラメータは推定値とほぼ同じであり、作製されたフォトマスクのパターン精度が良好である（プロセス装置起因の寸法変動無し）と判定する（ステップＳ３４）。
【００４６】
差分ΔＰが所定値以上の場合（ステップＳ３３＿Ｙｅｓ）、判定部１６は、現像及びエッチング処理時の実際のプロセスパラメータと、推定値との乖離が大きく、作製されたフォトマスクのパターン寸法誤差が大きい（プロセス装置起因の寸法変動あり）と判定する（ステップＳ３５）。
【００４７】
この場合、現像装置やエッチング装置等のプロセス装置に何らかの異常が生じていると考えられるため、プロセスパラメータのログを解析し（ステップＳ３６）、プロセス装置を修理する（ステップＳ３７）。
【００４８】
このように、本実施形態では、プロセスパラメータの変化を予測し、この変化に伴う寸法変動量を補正してパターンを描画する。そのため、フォトマスクに形成されるパターンの寸法精度を向上させることができる。
【００４９】
また、プロセスパラメータの推定値と、実際のプロセスパラメータとを比較し、その差分から、プロセス装置の異常を早期に検出することができる。
【００５０】
図３のステップＳ１１〜Ｓ１４の処理や、図４のステップＳ３１〜Ｓ３６の処理は、描画装置内で行ってもよいし、外部装置で行ってもよい。
【００５１】
図３のステップＳ４で算出する寸法分布関数は、ｘ方向の位置とパターン寸法との関係を近似した関数でもよく、ｙ方向の位置とパターン寸法との関係を近似した関数でもよく、両方を求めてマスク面内での寸法分布を算出してもよい。
【００５２】
上記実施形態では、同じパターンを描画した２枚のマスク基板に対し、異なるプロセスパラメータで現像及びエッチング処理を行い、近似式情報を求めていたが、同じパターンを描画した３枚以上のマスク基板を準備し、各マスク基板をそれぞれ異なるプロセスパラメータで処理し、近似式情報を求めてもよい。
【００５３】
描画装置は可変成形型に限定されず、複数のビームを一度に照射するマルチビーム描画装置であってもよい。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０  制御計算機
１１  入力部
１２  プロセスパラメータ推定部
１３  寸法変動量予測部
１４  寸法補正部
１５  描画データ処理部
１６  判定部
２０，２２  記憶部
２４  制御回路
３２  電子銃
３４  照明レンズ
３６  ブランカ
３８  第１成形アパーチャ
４０  投影レンズ
４２  成形偏向器
４４  第２成形アパーチャ
４６  対物レンズ
４８  主偏向器
５０  副偏向器
６２  ＸＹステージ
７０  基板
【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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