(57)【要約】【課題】ビームの大きさよりビームの間隔のほうが大きい離散的なマルチビームを用いた電子ビーム描画システムにおいて、描画精度の向上を図るものである。【解決手段】複数の電子ビームを発生する手段と、描画するパターンデータに応じて前記複数の電子ビームの各々を独立にオンオフする手段と、前記複数の電子ビームをまとめて偏向する手段とを用いて試料上に描画を行う電子ビーム描画装置において、前記電子ビームの単位描画領域３０３の一辺が電子ビームのピッチ３０４の略２倍以上、もしくは略整数倍であることを特徴とする。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子ビームを発生する手段と、描画するパターンデータに応じて前記複数の電子ビームの各々を独立にオンオフ制御する手段と、オンオフ制御された前記電子ビームをまとめて偏向走査して、試料上に所望のパターンを形成する手段とを有し、前記複数の電子ビームの各々が連続的に偏向走査され得る最大の描画領域の一辺を、前記複数の電子ビームのビーム間隔よりも大きくして描画するよう構成したことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記描画領域の一辺が、前記電子ビームのビーム間隔の略２倍以上であるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項３】
前記描画領域の一辺が、前記電子ビームのビーム間隔の略整数倍であるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項４】
前記複数の電子ビームの電流量を計測するために、前記複数の電子ビームに対応して配列された複数のファラデーカップを設けてなることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項５】
複数の電子ビームを並列的に発生する手段と、描画するパターンデータに応じて前記複数の電子ビームの各々を独立にオンオフ制御する手段と、オンオフ制御された前記複数の電子ビームをまとめて偏向走査して、試料上に所望のパターンを形成する手段とを有し、前記複数の電子ビームの各々が連続的に偏向走査され得る最大の描画領域の中心をシフトさせて重ね描画するよう構成したことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項６】
前記描画領域の中心を、前記電子ビームのビーム間隔の略整数倍シフトさせて描画するよう構成したことを特徴とする請求項５記載の電子ビーム描画装置。
【請求項７】
前記描画領域の中心を、前記電子ビームのビーム間隔の略整数倍と略整数分の１シフトさせて描画するよう構成したことを特徴とする請求項５記載の電子ビーム描画装置。
【請求項８】
前記複数の電子ビームの電流量を計測するために、前記複数の電子ビームに対応して配列された複数のファラデーカップを設け、前記複数の電子ビーム間のばらつきを検出してなることを特徴とする請求項５記載の電子ビーム描画装置。
【請求項９】
複数の電子ビームの各々を、描画するパターンデータに応じて独立にオンオフ制御し、オンオフ制御された前記複数の電子ビームをまとめて偏向走査して、試料上に所望のパターンを形成する工程を有し、前記複数の電子ビームで描画したパターンの位置をそれぞれ計測して、前記複数の電子ビーム間の相対位置を求めることにより、前記パターンの校正を行うよう構成したことを特徴とする電子ビーム描画方法。
【請求項１０】
前記複数の電子ビームの各々が連続的に偏向走査され得る最大の描画領域の一辺を、前記複数の電子ビームのビーム間隔よりも大きくして描画するよう構成したことを特徴とする請求項９記載の電子ビーム描画方法。
【請求項１１】
前記複数の電子ビームで描画したパターンの位置を、光学的に計測するよう構成したことを特徴とする請求項９又は１０記載の電子ビーム描画方法。
【請求項１２】
前記前記複数の電子ビームのうち第１の電子ビームの中心位置よりも隣接する第２の電子ビームの中心位置に近い位置に描画したパターンの位置を光学的に計測することによって、前記パターンの校正を行うよう構成したことを特徴とする請求項９記載の電子ビーム描画方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路などの加工、描画に用いられる電子ビーム描画技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化に対応するために、リソグラフィ方式においても継続的に技術開発が進められている。従来の光リソグラフィーの延長では、解像度の不足やレチクル製作の困難さが問題となって来ている。一方、解像性に定評のある電子ビームリソグラフィでは、スループット向上を課題とした取り組みが進められている。
【０００３】
スループット向上のための１つの手法として、特開平９−２４５７０８号公報に記載されているように、マルチポイントビームにより微小な単位領域を走査しながら描画を行う方式がある。この方式は、１つの電子源から放射された電子ビームをアパーチャアレイにより複数の電子ビームに分割し、このビームからレンズアレイと偏向器アレイにより中間像を形成し、ブランキングアレイにより独立にオンオフを制御した後、偏向器を含む投影光学系により試料上に中間像を投影することにより描画を行うものである。本方法は、レンズアレイと偏向器アレイにより投影光学系にて発生する像面湾曲や歪などをあらかじめ補正することが可能で、投影光学系の設計が容易になるため高解像かつ高スループットを実現できる。
【０００４】
図１に、この方式での試料上の電子ビーム１０２の動きを示す。マルチ電子ビームの１つずつは、単位描画領域１０１（複数の電子ビームの各々が連続的に偏向走査され得る最大の描画領域）の範囲内を高速に走査される。この時に各画素１０４（図１では４９画素）の位置でのビームのＯＮ／ＯＦＦによりパターンを形成する。複数の電子ビームの単位描画領域１０１をつなぎ合わせたもの（図１では６４マルチビーム）をマルチビーム領域１０３と呼んでいる。この方式では、基本的に単位描画領域１０１の走査１０５はすべてのマルチビームに対して同じ偏向器で行っているために、大まかには同じ大きさの単位描画領域１０１を形成することになる。マルチビーム領域１０３を横に複数個つなげて、主フィールド１０６を形成し、それを縦につないでストライプ１０７を形成する。最後にストライプを並べて試料上全面が描画できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式では、マルチ電子ビームの間の相対位置、単位領域内の走査量、電流量に生じるばらつき、更には単位描画領域の変形が、試料面内全ての領域での位置精度及び寸法精度の劣化の原因となる。これらのばらつきは、電子光学素子の製作誤差、駆動回路の調整誤差あるいは電子銃の非均一性などが引き起こしている。
【０００６】
この影響の一部についての改善案が、特開平１０６４８１２号公報において提示されている。図２に示すように、電子ビーム２０１により描画される描画パターン２０４が単位描画領域２０３をまたぐ場合には、拡張した単位描画領域２０２を設定し、重なった部分でパターンを２度描画することによりパターンの切断を回避している。しかし、これだけでは描画領域全体での位置精度や寸法精度を改善することは出来ない。
【０００７】
本発明は、上記のような個々のビームの大きさよりビームの間隔のほうが大きい離散的なマルチ電子ビームを用いた電子ビーム描画システムにおいて、上記課題を解決し描画精度の向上を可能にする電子ビーム描画技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するための、本発明による電子ビーム描画装置は、マルチ電子ビームの単位描画領域（複数の電子ビームの各々が連続的に偏向走査され得る最大の描画領域）の一辺が電子ビームのピッチ（ビーム間隔）よりも大きく、例えば、ピッチの略２倍以上、もしくは略整数倍であるよう構成することを特徴とする。あるいは、前記描画領域の占める面積が、前記複数の電子ビームのビーム間隔の自乗よりも大きくあるよう構成する。
【０００９】
言い換えると、１つ以上離れた他の電子ビームの描画領域と接するまで単位描画領域を大きくする必要がある。
【００１０】
図３は、電子ビームの単位描画領域３０３の一辺が電子ビームのピッチ３０４の２倍に設定した場合の例を示す。このことにより、試料上の点は周辺の複数の電子ビーム（図３では、４本）により描画されることになる。従って、マルチビームの間の相対位置、単位領域内の走査量、電流量に生じるばらつきのすべてを平均化することが出来るため、描画精度の向上を図ることが出来る。
【００１１】
また、この方法を用いれば、仮想的に単位描画領域３０３の１／（整数）／（整数）（本例では、１／４）の領域は、その中に複数ビーム間の境界がないために、この単位でデータを扱うとすると（すなわち、単位描画領域３０３より小さい一塊のデータとして扱う単位データ領域３０２を設けると）、データの処理を円滑に行うことが出来る。これらの描画では、１つの電子ビームは隣接する電子ビームの方向に隣接する電子ビーム中心３０１、すなわち偏向を行わないときの電子ビームの位置、近傍まで描画していることになる。
【００１２】
また、本発明による電子ビーム描画装置は、前記複数の電子ビームの単位描画領域の中心をシフトさせて重ね描画することを特徴とする。これを、図４に示す。
【００１３】
図４のように、実質的にはマルチビーム領域４０２のシフトになる。図において、マルチビームの数は説明を簡単にするために１６本にしている。
【００１４】
この際に、図４の（ａ）に示すように、電子ビームの単位描画領域４０１の中心を電子ビームのピッチの略整数倍シフトさせて描画するか、あるいは、図４の（ｂ）に示すように、電子ビームのピッチの略整数倍と整数分の１シフトさせて描画することが有効である。
【００１５】
前者の場合、すなわち、図４の（ａ）に示す２倍分シフトの場合には、基本的に単位描画領域の境界は同じ位置になるために、単位描画領域形状に共通の特徴がある場合は、この影響を緩和することが出来ない。ただし、単位描画領域と単位データ領域の大きさを同じくすることが可能であり、データの扱いは比較的単純に出来る。
【００１６】
これに対して、後者の場合、すなわち、図４の（ｂ）に示す２倍と１／２倍のシフトの場合には、単位描画領域内の異なる位置で複数描画するために単位描画領域形状に共通の特徴があっても、その影響を緩和することが出来る。ただし、データの取り扱いは単位描画領域をシフトさせる毎にデータの分割の仕方を変えざるを得ず、その処理は複雑になる。整数分の１加えるのは重ね描画の際に出来るだけ単位描画領域内での近傍同士での描画を避け、効果を顕著にするためである。先の方法と比較してシフト動作を行う欠点はあるが、単位描画領域が小さくて済むのが特徴である。
【００１７】
また、本発明の他一つは、マルチ電子ビームの特性のばらつきそのものを抑えることであり、前記複数の電子ビームで描画したパターンの位置を他の測定装置によって計測することによってパターン校正を行うことにある。
【００１８】
より具体的には、例えば、光による位置測定装置を用いる。例えば、図５に示すようなパターンを描画してその位置を測定する。ここでも、マルチビームの数は説明を簡単にするために１６本にしている。
【００１９】
図５に示すマルチビーム領域４０２において、ＯＮしているビーム４０３を黒色で、ＯＦＦしているビーム４０４を白色で示す。図５の（ｂ）に示す部分ビーム使用の場合は、４個の単位描画領域４０１に１本のビームを使用しており、縦長の描画パターン４０５が電子ビームのピッチの２倍近く長くなっている。測定パターンは長いほうが測りやすいので、自らの電子ビームの中心位置より隣接する電子ビームの中心位置により近い位置に描画したパターンを用いる方法である。このときは隣接する電子ビームをＯＦＦすることが有効であるので、平行して描画に使用する電子ビームの本数は、図５の（ａ）に示す全体ビーム使用の場合よりも少なくなる。光による位置測定は、通常電子ビームの位置測定よりも精度が高い。また、自らで測定しないことで、描画装置の癖の影響も除去できる。これらの手段は前記の２つの手段との併用も可能である。
【００２０】
以下に、本発明の代表的な構成例を列挙する。
【００２１】
本発明のよる電子ビーム描画装置は、複数の電子ビームを発生する手段と、描画するパターンデータに応じて前記複数の電子ビームの各々を独立にオンオフ制御する手段と、オンオフ制御された前記電子ビームをまとめて偏向走査して、試料上に所望のパターンを形成する手段とを有し、前記複数の電子ビームの各々の単位描画領域の一辺を、前記複数の電子ビームのビーム間隔よりも大きくして描画するよう構成したことを特徴とする。また、前記単位描画領域の一辺が、前記電子ビームのビーム間隔の略２倍以上であるよう構成する。また、前記単位描画領域の一辺が、前記電子ビームのビーム間隔の略整数倍であるよう構成する。
【００２２】
また、本発明による電子ビーム描画装置は、複数の電子ビームを並列的に発生する手段と、描画するパターンデータに応じて前記複数の電子ビームの各々を独立にオンオフ制御する手段と、オンオフ制御された前記複数の電子ビームをまとめて偏向走査して、試料上に所望のパターンを形成する手段とを有し、前記複数の電子ビームの単位描画領域の中心をシフトさせて重ね描画するよう構成したことを特徴とする。また、前記単位描画領域の中心を、前記電子ビームのビーム間隔の略整数倍シフトさせて描画する。また、前記単位描画領域の中心を、前記電子ビームのビーム間隔の略整数倍と略整数分の１シフトさせて描画するよう構成する。
【００２３】
また、前記電子ビーム描画装置の構成において、前記複数の電子ビームの電流量を計測するために、前記複数の電子ビームに対応して配列された複数のファラデーカップを設け、前記複数の電子ビーム間のばらつきを検出してなることを特徴とする。
【００２４】
次に、本発明による電子ビーム描画方法は、複数の電子ビームの各々を、描画するパターンデータに応じて独立にオンオフ制御し、オンオフ制御された前記複数の電子ビームをまとめて偏向走査して、試料上に所望のパターンを形成する工程を有し、前記複数の電子ビームで描画したパターンの位置をそれぞれ計測して、前記複数の電子ビーム間の相対位置を求めることにより、前記パターンの校正を行うよう構成したことを特徴とする。また、前記複数の電子ビームの各々の単位描画領域の一辺を、前記複数の電子ビームのビーム間隔よりも大きくして描画するよう構成する。また、前記複数の電子ビームで描画したパターンの位置を、光学的に計測するよう構成する。
【００２５】
また、前記電子ビーム描画方法において、前記前記複数の電子ビームのうち第１の電子ビームの中心位置よりも隣接する第２の電子ビームの中心位置に近い位置に描画したパターンの位置を光学的に計測することによって、前記パターンの校正を行うよう構成したことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２７】
（実施例１）
図６に、本実施例で用いた装置構成を示す。電子銃６０１から放出される電子ビーム６０２は、コンデンサーレンズ６０３を通して複数の穴のあいたアパーチャアレイ６０４に照射され、複数の電子ビームを形成する。アパーチャアレイ６０４を通過した複数の電子ビームは、それぞれレンズアレイ６０５により中間像６０７であるポイントビームを形成し、それぞれはブランカーアレイ６０６による偏向によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。中間像６０７は第１投影レンズ６０８と第２投影レンズ６１２とからなるレンズダブレットによりステージ６１６上の試料６１５の上に投影される。主偏向器６１１と副偏向器６１３はこれら複数ビームに同じに作用し、試料６１５上の位置決めを行う。ステージ６１６上にはファラデーカップ６１７を有し、電流の計測を可能としている。
【００２８】
なお、図中、６０９はブランキング絞り、６１０は動的焦点、非点補正器、６１４は電子検出器である、また、６１８〜６２４は本装置構成の制御系を示し、それぞれ、フォーカス制御回路、パターン発生回路、レンズ制御回路、偏向制御回路、信号処理回路、ステージ制御回路、およびＣＰＵである。
【００２９】
図６では、構成を簡単にするためにレンズダブレットは１段であるが、縮小率を上げて高解像性を目指す場合には、レンズダブレットを２段直列に並べると効果的である。
【００３０】
図７は、ファラデーカップの構成の一例を示している。複数の電子ビーム７０１の電流を配線７０３を介して同時に計測するために電気的に分離された複数の微細なファラデーカップ７０２が二次元的に配列されている。本例では、電子ビーム７０１の本数は３２×３２のマトリックス状に１０２４本並べられている。これにより、複数のファラデーカップ７０２で計測された電流量から、複数の電子ビーム間のばらつきを検出することができる。
【００３１】
図８に、描画領域の一例を示す。簡単にするために４本の電子ビームの単位描画領域８０３のみを示した。４本の電子ビーム中心８０１に囲まれた斜線部は、結果的に、この４本の電子ビームにより描画されることになる。また、単位描画領域８０３内の偏向位置も異なり、スムージングの効果が期待できる。単位描画領域を３倍にすれば、９本の電子ビームによる描画が可能である。
【００３２】
本実施例では、電子ビームピッチは２μｍ、単位描画領域は４μｍ角である。単位描画領域が大きくなるが、マルチビームシステムではもとから偏向量は小さいのでこれは大きな問題とはならない。レジストへの描画の結果、従来の描画方法の寸法精度、位置精度が、それぞれ１０ｎｍ、３０ｎｍであったのに対して、本発明によれば、それぞれ６ｎｍ、１８ｎｍと改善することが出来た。
【００３３】
（実施例２）
本実施例では、実施例１と同様の装置を用い、中間像６０７においてピッチ１００μｍのポイントビームを形成し、２段のレンズダブレットによって１／５０に縮小している。この結果、実施例１と同様に電子ビームのピッチは２μｍである。単位描画領域は、電子ビームのピッチに合わせて２μｍ角とした。
【００３４】
本実施例では、電子ビーム中心のシフト法を用いた。マルチビーム領域の大きさは３２×３２本ビームなので６４μｍ角となる。本実施例では、マルチビーム領域を２方向に３１μｍずつシフトさせて重ね描画を行った。これは電子ビームピッチの３０倍＋１／２倍である。２重描画であるので、シフト量の端数を１／２とし、出来るだけ異なる偏向位置での重ね描画を行った。これにより、試料は２つの異なる電子ビームと偏向位置で描画されることになる。
【００３５】
レジストへの描画の結果、従来の描画方法の寸法精度、位置精度が、それぞれ１０ｎｍ、３０ｎｍであったのに対して、それぞれ８ｎｍ、２２ｎｍと改善することが出来た。さらに、マルチビーム領域を２方向に２０．７μｍずつシフトさせて３回重ね描画を行った結果、寸法精度、位置精度がそれぞれ７ｎｍ、２０ｎｍと改善することが出来た。
【００３６】
（実施例３）
図９に、本実施例で使用したパターンの一部を示す。０．３μｍ厚のレジストに描画を行い、現像した結果を光により位置測定した。これにより、電子ビーム間のばらつきを計測することが可能であり、このデータを描画装置のデータ制御系にフィードバックすることで描画精度の向上を図ることが出来る。
【００３７】
現状では、光の計測装置が最も測定精度が高く、これを利用することが装置の精度向上に効果的である。特に、マルチビーム方式は１本１本の電流量は小さいため電子ビームそのものでの計測の高精度化は困難である。更に、複数本の相対位置を計測する必要性は、従来ではなかったために新たな試みとなる。
【００３８】
まず、図９の（ａ）に示すような、２μｍ内に入る描画パターン４０５で測定を行った。１本の電子ビームに与えられている単位描画領域４０１が小さいために、光測定のパラメータの最適化は困難であった。しかしながら、得られた値を装置制御にフィードバックすることにより、従来の位置精度３０ｎｍを２５ｎｍに改善することが出来た。
【００３９】
次に、同図（ｂ）に示す描画パターン４０６を用いた。単位描画領域４０１を４μｍ角とすることで測定精度が向上し、結果として位置精度を２２ｎｍにまで向上させることが出来た。ただし、この方法では一度に隣接する電子ビームを使用することが出来ないので、描画を複数回分ける必要がある。しかし、マルチビーム領域４０２が小さいので同一試料上への描画は可能であり、大きな問題ではない。
【００４０】
更に、同図（ｃ）に示すように、１本の電子ビーム当たりの面積を更に増やし、複数の描画パターン４０７を配置した。これにより、単位描画領域４０１内での複数の描画パターン位置を知ることが可能であり、その形状の校正が可能となる。この形状は、基本的には全ての電子ビームで共通であるが、収差の影響により場所で異なる可能性もあり、複数ビームでの計測が好ましい。これも装置のデータ制御系にフィードバックする。
【００４１】
単位描画領域の形状の校正は、実施例１での拡大した単位描画領域を用いる際に特に重要となり、組み合わせて使用することが有効である。この結果、位置精度は更に２０ｎｍにまで改善され、更に実施例１の描画方法を併用することにより１５ｎｍにまで改善することが出来た。
【００４２】
これらの実施例では、単一の電子源より複数の電子ビームを形成しているが、複数の電子源を用いて本発明を実施することも可能である。この場合、真空中での電子光学素子を減らすことが可能である利点を有するが、電子源の特性のばらつきが欠点となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、マルチ電子ビーム方式の描画装置における描画精度の向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】描画領域を説明する図。
【図２】従来における描画方法の例を説明する図。
【図３】本発明による描画方法の一例を説明する図。
【図４】本発明による描画方法の他の例を説明する図。
【図５】本発明による描画パターンの一例を説明する図。
【図６】本発明の実施例に用いた装置構成の一例を説明する図。
【図７】ファラデーカップの構成例を示す図。
【図８】本発明の実施例１の描画領域を説明する図。
【図９】本発明の実施例３の描画パターンを説明する図。
【符号の説明】
１０１…単位描画領域、１０２…電子ビーム、１０３…マルチビーム領域、１０４…画素、１０５…走査、１０６…主フィールド、１０７…ストライプ、２０１…電子ビーム、２０２…拡張単位描画領域、２０３…基本単位描画領域、２０４…描画パターン、３０１…電子ビーム中心、３０２…単位データ領域、３０３単位描画領域、３０４…電子ビームピッチ、４０１…単位描画領域、４０２…マルチビーム領域、４０３…ＯＮビーム、４０４…ＯＦＦビーム、４０５、４０６、４０７…描画パターン、６０１…電子銃、６０２…電子ビーム、６０３…コンデンサーレンズ、６０４…アパーチャアレイ、６０５…レンズアレイ、６０６…ブランカーアレイ、６０７…中間像、６０８…第１投影レンズ、６０９…ブランキー、６０９、６１０…動的焦点非点補正器、６１１…主偏向器、６１２…第２投影レンズ、６１３…副偏向器、６１４…電子検出器、６１５…試料、６１６…ステージ、６１７…ファラデーカップ、６１８…フォーカス制御回路、６１９…パターン発生回路、６２０…レンズ制御回路、６２１…偏向制御回路、６２２…信号処理回路、６２３…ステージ制御回路、６２４…ＣＰＵ、７０１…電子ビーム、７０２…重金属、７０３…線、７０４…反射電子、７０６…絶縁層、７０７…基板、８０１…電子ビーム中心、８０２…電子ビームピッチ、８０３…単位描画領域、８０４…単位データ領域。
【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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【図９】
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