(57)【要約】【課題】  電子ビームの偏向によるぼけ、クーロン反力に基づく電子ビームのぼけが生じても、ぼけの影響が一定となるように描画を行い、描画図形精度（均一性）を向上させることができる荷電粒子ビーム描画方法を実現する。【解決手段】  ２回の電子ビームのショットによって所望のパターンの描画を行い、フィールド中心部のパターンの描画を行うに際しては、１回目と２回目のパターンの描画位置を僅かにずらすようにしている。このずらす量は、フィールドコーナーにおけるビームのぼけ量の１／４ずつ所定のビーム位置よりお互いに逆方向にずらす。この結果、図２（ｃ）の最下段に示すように、ビームにぼけがないフィールド中心部であっても、図２（ｂ）に示すようなフィールドコーナーにおけるぼけを有したビームで２回重ね描画を行った結果としてのビーム強度とビームサイズとの関係と同等の関係を作ることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
描画パターンデータに基づいて描画材料にショットされる荷電粒子ビームの形状を成形し、各成形されたパターンのショットを複数回に分けて行い、１回のショットにおける荷電粒子ビームの強度を荷電粒子ビームのショット回数分の１にして、所望のパターンの描画を行うようにした荷電粒子ビーム描画方法において、複数回に分けて行う荷電粒子ビームのショット位置あるいはショットサイズ、あるいはショット位置とショットサイズの両方を互いにずらして行うと共に、そのずらし量は、描画するパターン位置におけるビームのぼけ量に対応させたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項２】
荷電粒子ビームのぼけ量は、荷電粒子ビームの偏向収差に基づく請求項１記載の荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項３】
荷電粒子ビームのぼけ量は、荷電粒子ビームのクーロン反力に基づく請求項１記載の荷電粒子ビーム描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造過程で、レジストが塗布されたウェハ上に所望のパターンを電子ビームで描画したり、ステッパ用のマスクの製造時に、表面にレジストが塗布されたマスク乾板上に電子ビームでマスクパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム描画装置において、描画精度を悪化させる要因として、フィールド内でパターンを描画する場合、電子ビームを偏向して被描画材料に照射し、パターンの描画を行うが、電子ビームを偏向すると、電子ビームは偏向収差の影響を受ける。この電子ビームの偏向収差により、電子ビームがぼけてしまう現象が生じる。この電子ビームのぼけの量は、電子ビームの偏向位置に応じて変化し、大きく偏向するほどぼけの量は大きくなる。
【０００３】
また、電子ビームがぼける要因として、電子ビームの電流量が大きい場合に、クーロン反力により、電子が互いに反発し合うことが挙げられる。この現象は、電子ビームが集まるクロスオーバー点において顕著に生じる。すなわち、可変面積型の電子ビーム描画装置では、成形されたビームサイズに比例して電子ビームの電流量が変化し、小さなビームサイズの時には、クロスオーバー点に集束される電子ビームの電流量は少なく、クーロン反力は小さくなりぼけの量も小さい。その一方、大きなビームサイズの時には、クロスオーバー点に集束される電子ビームの電流量は多くなり、クーロン反力も大きく、ぼけの量も大きくなる。
【０００４】
微細幅のパターンを基本パターンの大きさに分割し、基本パターンをつなげて描画を行い、微細幅のパターンの描画を行った場合に、露光後の形成されたパターンにうねりや太り過ぎなどが表れ、このような微細幅のパターンのうねりや太りすぎをなくす描画方法については、特許文献１に記載がある。
【特許文献１】特開昭６２−２８５４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように可変面積型電子ビーム描画装置では、各フィールドの描画を行う際に、そのフィールドの中心から離れた領域のパターンを描画するときには、電子ビームの偏向位置によって電子ビームの偏向収差の影響により電子ビームがぼけてしまう。また、ビームサイズにより電子ビームの電流量も変化するため、クーロン反力による電子ビームのぼけの量が変化する。電子ビームがぼけてしまうと、描画図形精度が劣化する。この点について更に詳細に説明すると、ビームがぼけても、ビーム半値幅は変化しないが、現像レベルが蓄積エネルギーの５０％とは一致しないため、現像仕上がり寸法が変化してしまう。
【０００６】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、その目的は、電子ビームの偏向によるぼけ、クーロン反力に基づく電子ビームのぼけが生じても、ぼけの影響が一定となるように描画を行い、描画図形精度（均一性）を向上させることができる荷電粒子ビーム描画方法を実現するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明に基づく荷電粒子ビーム描画方法は、描画パターンデータに基づいて描画材料にショットされる荷電粒子ビームの形状を成形し、各成形されたパターンのショットを複数回に分けて行い、１回のショットにおける荷電粒子ビームの強度を荷電粒子ビームのショット回数分の１にして、所望のパターンの描画を行うようにした荷電粒子ビーム描画方法において、複数回に分けて行う荷電粒子ビームのショット位置あるいはショットサイズ、あるいはショット位置とショットサイズの両方を互いにずらして行うと共に、そのずらし量は、描画するパターン位置におけるビームのぼけ量に対応させたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームのぼけ量は、荷電粒子ビームの偏向収差に基づくものであり、あらかじめ荷電粒子ビームの偏向位置と荷電粒子ビームのぼけ量を測定し、複数回に分けて行う荷電粒子ビームのショット位置のずらし量を偏向位置に対応して記憶させたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明に基づく荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームのぼけ量は、荷電粒子ビームのクーロン反力に基づくことを特徴としており、あらかじめビームサイズと荷電粒子ビームのぼけ量との関係を測定し、複数回に分けて行う荷電粒子ビームのショット位置のずらし量をビームサイズに対応して記憶させたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明に基づく荷電粒子ビーム描画方法は、描画パターンデータに基づいて描画材料にショットされる荷電粒子ビームの形状を成形し、各成形されたパターンのショットを複数回に分けて行い、１回のショットにおける荷電粒子ビームの強度を荷電粒子ビームのショット回数分の１にして、所望のパターンの描画を行うようにした荷電粒子ビーム描画方法において、複数回に分けて行う荷電粒子ビームのショット位置を互いにずらして行うと共に、そのずらし量は、描画するパターン位置におけるビームのぼけ量に対応させたことを特徴としている。その結果、同一フィールド内における各描画パターンのサイズは、ビームのぼけ量が変化しても一定とされ、描画図形精度を向上させることができる。
【００１１】
請求項２の発明に基づく荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームのぼけ量は、荷電粒子ビームの偏向収差に基づくものであり、あらかじめ荷電粒子ビームの偏向位置と荷電粒子ビームのぼけ量を測定し、複数回に分けて行う荷電粒子ビームのショット位置のずらし量を偏向位置に対応して記憶させたことを特徴としている。その結果、同一フィールド内における各描画パターンのサイズは、荷電粒子ビームの偏向位置に対応したぼけの量が変化しても一定とされ、描画図形精度を向上させることができる。
【００１２】
請求項３の発明に基づく荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームのぼけ量は、荷電粒子ビームのクーロン反力に基づくことを特徴としており、あらかじめビームサイズと荷電粒子ビームのぼけ量との関係を測定し、複数回に分けて行う荷電粒子ビームのショット位置のずらし量をビームサイズに対応して記憶させたことを特徴としている。その結果、同一フィールド内における各描画パターンのサイズは、荷電粒子ビームのクーロン反力により、ビームのぼけ量が変化しても一定とされ、描画図形精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明を実施するための可変面積型電子ビーム描画システムの一例を示している。１は電子ビームＥＢを発生する電子銃であり、該電子銃１から発生した電子ビームＥＢは、照射レンズ２を介して第１成形スリット３上に照射される。
【００１４】
第１成形スリットの開口像は、成形レンズ４により、第２成形スリット５上に結像されるが、その結像の位置は、成形偏向器６により変えることができる。第２成形スリット５により成形された像は、縮小レンズ７、対物レンズ８を経て描画材料９上に照射される。描画材料９への照射位置は、位置決め偏向器１０により変えることができる。
【００１５】
１１は制御ＣＰＵであり、制御ＣＰＵ１１は磁気ディスクのごときパターンデータメモリー（図示せず）からのパターンデータを描画用データ転送回路１２に転送する。データ転送回路１２からのパターンデータは、成形偏向器６を制御する制御回路１３、位置決め偏向器１０を制御する制御回路１４、電子銃１から発生した電子ビームのブランキングを行うブランカー（ブランキング電極）１５を制御するプランカー制御回路１６に供給される。なお、位置決め偏向器１４内には、ショット位置補正メモリ、偏向歪み補正メモリが含まれている。
【００１６】
更に、制御ＣＰＵ１１は、材料９のフィールド毎の移動のために、材料９が載せられたステージ１７の駆動回路１８を制御する。ステージ１７の移動位置は、レーザー測長システム１９によって測定されている。このような構成の動作を次に説明する。
【００１７】
まず、基本的な描画動作について説明する。パターンデータメモリに格納されたパターンデータは、逐次読み出され、データ転送回路１２に供給される。このデータ転送回路１２からのデータに基づき、成形偏向器制御回路１３は成形偏向器６を制御し、また、位置決め偏向器制御回路１４は位置決め偏向器１０を制御する。
【００１８】
この結果、各パターンデータに基づき、成形偏向器６により電子ビームの断面が単位パターン形状に成形され、その単位パターンが順々に材料９上にショットされ、所望の形状のパターン描画が行われる。なお、この時、ブランカー制御回路１６からブランカー１５へのブランキング信号により、材料９への電子ビームのショットに同期して電子ビームのブランキングが実行される。
【００１９】
更に、材料９上の異なった領域への描画の際には、制御ＣＰＵ１１からステージ駆動回路１８への指令により、ステージ１７は所定の距離移動させられる。なお、ステージ１７の移動距離は、レーザー測長システム１９により監視されており、測長システム１９からの測長結果に基づき、ステージ１７の位置は正確に制御される。
【００２０】
さて、上記した構成において、図示していないデータメモリからのパターンデータは、制御ＣＰＵ１１を介してデータ転送回路１３に供給される。データ転送回路１３は供給されたパターンデータを仮想的にフィールドに分割し、更に各フィールドに含まれるパターンを所定のサイズに分割する。所定のサイズに分割されたパターンデータは成形偏向器制御回路１３に供給され、この制御回路１３は分割された所定のサイズの電子ビームを成形するための偏向信号を成形偏向器６に供給する。
【００２１】
所定のサイズに分割されたパターンデータは、位置決め偏向器制御回路１４に供給され、この制御回路１４においては、各分割された形状の電子ビームを材料９上のフィールドの指定された座標位置に偏向して投射するための偏向信号が作成され、この偏向信号は、位置決め偏向器１０に供給される。更に、所定のサイズに分割されたパターンデータは、ブランカー制御回路１６に供給されるが、この制御回路１６は、ブランカー１５によって所定の電子ビームのブランキングが行われるようにブランキング信号をブランカー１５に印加する。
【００２２】
このようにして、パターンデータに基づいて、電子ビームの形状が成形され、成形された電子ビームが所定の座標位置に投射され、更に、適切なショット時間で電子ビームが材料９に投射される。なお、上記したステップによるパターンの描画はフィールド単位で行われ、最初のフィールドにおける全てのパターンの描画が終了すると、ステージ駆動回路１８が制御され、２番目のフィールドの描画を行うため、制御ＣＰＵ１１は、ステージ駆動回路１８を制御して、ステージ１７を１フィールドのサイズ分移動させる。
【００２３】
さて、本実施の形態では、制御ＣＰＵ１１は、各パターンを描画するに際し、各パターンを２回以上重ねて描画を行う。例えば、任意のフィールド内の各パターンを２回描画する場合、データ転送回路１２から成形偏向器制御回路１３には、各パターンを描画するために、最適なサイズのビームが成形されるようなデータが転送される。そして、位置決め偏向器制御回路１４には、成形された最適なサイズの電子ビームが所定の位置に投射されるようデータが転送される。また、ブランカー制御回路１６には、各パターンを２回の電子ビームの照射によって感光させるため、１回の描画でレジストを感光させるドーズ量の半分のドーズ量となるようにショット時間を制御するためのデータが供給される。
【００２４】
更に、本発明のこの実施の形態では、１回目の描画と２回目の描画とでは、描画位置をＸ、Ｙ方向ともに僅かにずらして描画するようにしていると共に、このずらす量は、電子ビームのぼけ量によって変えるようにしている。例えば、フィールド中心でのビームぼけが無視できるほど小さい場合には、フィールドの中心から離れた位置であるフィールドコーナーのビームぼけの１／４づつ所定のビーム位置よりお互い逆方向にずらして１回目と２回目の描画を行う。
【００２５】
このような描画処理を実行することにより、ビームぼけが無視できるほど小さいフィールド中心のパターンであっても、蓄積エネルギー分布は、ビームぼけが存在する場合と概略等価となる。この結果、描画処理によってレジストが感光した材料を現像処理した場合、現像後のパターンサイズをビームぼけ量によらず一定とすることができる。
【００２６】
図２は、２回の重ね合わせ描画によるビーム強度とビームサイズとの関係を示しており、各パターンにおける縦方向はビーム強度（エネルギー）であり、横方向はビームサイズを示している。図２（ａ）は、フィールド中心におけるビームのぼけが実質的に無視できるパターンＰ１についての重ね合わせの状態を示している。このときには、１回目の描画と２回目の描画におけるビーム強度とビームサイズとの関係は、ぼけがないので同一の矩形状となり、１回目と２回目の描画により、レジストを現像した後のビーム強度に対するビームサイズは常に一定となる。
【００２７】
図２（ｂ）は、フィールドコーナー等、電子ビームにぼけが生じる位置における２回描画によるビーム強度とビームサイズとの関係を示している。１回目と２回目の描画のパターンデータは、図２（ａ）と同様に矩形状であっても、電子ビームの偏向歪みやクーロン反力による電子ビームのぼけの発生により、ビーム強度とビームサイズとの関係は矩形状とならず、図２（ｂ）の上２つのように、ビームのぼけにより、台形となり、１回目と２回目の描画を重ね合わせると、図２（ｂ）の最下部に示すように、台形に感光され、現像後の形状も台形となる。図２（ａ）と図２（ｂ）とを比較すると、現像レベルにおけるビームサイズに相違が発生し、ぼけのある電子ビームで描画されたパターンのサイズは大きくなる。
【００２８】
このため、本発明の実施の形態では、図２（ａ）に示したフィールド中心部のパターンの描画を行うに際しては、図２（ｃ）に示すように、１回目と２回目のパターンの描画位置を僅かにずらすようにしている。このずらす量は、フィールドコーナーにおけるビームのぼけ量の１／４ずつ所定のビーム位置よりお互いに逆方向にずらす。この結果、図２（ｃ）の最下段に示すように、ビームにぼけがないフィールド中心部であっても、図２（ｂ）に示すようなフィールドコーナーにおけるぼけを有したビームで２回重ね描画を行った結果としてのビーム強度とビームサイズとの関係と同等の関係を作ることができる。したがって、現像後の現像レベルにおけるビームサイズは、ビームにぼけがある場合とない場合とで同一とすることができるので、描画図形精度を向上させることができる。
【００２９】
前記したように、現像後の現像レベルにおけるビームサイズを、ビームにぼけがある場合とない場合とで一定となるように１回目と２回目の描画位置をずらすことが必要となるが、そのずらし量は、あらかじめ電子ビームの各偏向位置におけるビームのぼけ量を測定し、この測定結果に基づいて決定する。例えば、最大のぼけ量を基準ぼけ量とし、重ね合わせ描画後にそのぼけ量となるようにずらし量を決定する。
【００３０】
このずらし量、すなわち、ショット位置補正メモリは位置決め偏向器制御回路１４に含まれており、ショット位置（電子ビームの偏向量）に対応した補正値が記憶されている。パターンデータに含まれているパターンの位置データに基づいてショット位置補正メモリから位置補正値（ずらし量）を読み出し、この補正値によりパターンの描画位置を補正する。位置補正メモリはＸ、Ｙ方向それぞれに対して備えられている。このメモリの補正値は、２回重ねて描画するたびに書き換えても良いし、高速に処理するためには、ダブルバッファー方式を用いても良い。更に、位置補正メモリを用いずに、偏向歪みメモリを兼用させても良い。
【００３１】
また、クーロン反力による影響をなくすために、ビームサイズに応じて位置を補正するメモリを用意し、２回重ねて描画する際にビームぼけに応じて位置補正を行い描画を実行すれば、ビームぼけ量が変化しても、現像後の感光した図形の寸法は変化しないので、描画図形精度が向上する。
【００３２】
以上本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されない。例えば、パターンの重ね合わせ描画は２回として説明したが、３回以上の重ね合わせ描画であっても良い。その際、各描画の際のドーズ量は、重ね合わせ描画回数分少なくする必要がある。また、表面にレジストが塗布された半導体デバイスや、マスク乾板上に電子ビームで所定のパターンを描画する場合のみに限定されるものではなく、イオンビームにより、所定のパターンにイオン注入を行う場合にも本発明を適用するとができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、半導体デバイスの製造やステッパー用マスクを作成する半導体製造分野に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を実施するための電子ビーム描画システムの一例を示す図である。
【図２】重ね合わせ描画におけるビーム強度とビームサイズとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  電子銃
２  照射レンズ
３  第１スリット
４  成形レンズ
５  第２スリット
６  成形偏向器
７  縮小レンズ
８  対物レンズ
９  被描画材料
１０  位置決め偏向器
１１  制御ＣＰＵ
１２  データ転送回路
１３  成形偏向器制御回路
１４  位置決め偏向器制御回路
１５  ブランカー
１６  ブランカー制御回路
１７  ステージ
１８  ステージ駆動回路
１９  レーザー測長システム
【図１】
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【図２】
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