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発明の名称 荷電ビーム描画方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−5634(P2007−5634A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−185193(P2005−185193)
出願日 平成17年6月24日(2005.6.24)
代理人 【識別番号】100058479
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦
発明者 米田 郁男
要約 課題
電子ビーム描画時のビーム寸法精度を向上させ、ひいてはレジストパターン寸法精度を向上させ得る荷電ビーム描画方法を提供する。

解決手段
描画時に行うビーム寸法校正を、描画装置によって決まる描画フィールド内の各点で行い(ステップS1)、描画フィールド内の各点でのビーム寸法校正関数を求め(ステップS2)、これを用いて試料に描画する(ステップS4)。この際、描画フィールド内の各点での歪によるビーム寸法変換差に加えて、描画後のレジスト寸法への変換差も見込んで寸法校正関数を求め(ステップS3)、これを用いて描画を行う。
特許請求の範囲
【請求項1】
試料上に塗布したレジスト膜に荷電ビームを照射して所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、
少なくとも、荷電ビーム寸法の入力値に対して、実際に照射された荷電ビームの寸法を描画装置の偏向領域内の各点で予め測定する第1の工程と、
前記第1の工程で得られたビーム寸法測定値に対して、少なくとも前記レジスト膜の種類、荷電ビーム照射量およびレジストプロセスで決定されるレジストパターン寸法を求める第2の工程と、
前記第1の工程で得られた偏向領域内の各点でのビーム寸法測定値から描画装置固有のビーム寸法歪量を求める第3の工程と、
前記第2の工程で得られたレジストパターン寸法値からビーム・レジストパターン寸法変換差を求める第4の工程と、
前記第3の工程で得られたビーム寸法歪量と前記第4の工程で得られたビーム・パターン寸法変換差からそれぞれの補正量を求め、これらを掛け合わせて寸法補正量とする第5の工程と、
前記第5の工程で得られた寸法補正量に基づいてビーム寸法入力値を補正し、当該ビーム寸法入力値にしたがって試料上への描画を行う第6の工程
とを具備することを特徴とする荷電ビーム描画方法。
【請求項2】
試料上に塗布したレジスト膜に荷電ビームを照射して所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、
少なくとも、荷電ビーム寸法の入力値に対して、実際に荷電ビームが照射された試料上のビームプロファイルを描画装置の偏向領域内の各点で予め測定する第1の工程と、
前記第1の工程で得られた偏向領域内の各点でのビームプロファイルに対して、少なくとも前記レジスト膜の種類、荷電ビーム照射量およびレジストプロセスで決定されるレジストパターン寸法を求める第2の工程と、
前記第1の工程および第2の工程で得られた偏向領域内の各点でのレジストパターン寸法値から、少なくとも描画装置、前記レジスト膜の種類、荷電ビーム照射量およびレジストプロセスにより決定されるビーム・レジスト寸法変換差を求める第3の工程と、
前記第3の工程で得られたビーム・レジスト寸法変換差から寸法補正量を求める第4の工程と、
前記第4の工程で得られた寸法補正量に基づいてビーム寸法入力値を補正し、当該ビーム寸法入力値にしたがって試料上への描画を行う第5の工程
とを具備することを特徴とする荷電ビーム描画方法。
【請求項3】
前記偏向領域内の各点でのビームプロファイルに対してレジストパターン寸法を求める第2の工程が、少なくとも前記レジスト膜の種類、荷電ビーム照射量およびレジストプロセスを反映したシミュレーションによってなされることを特徴とする請求項2記載の荷電ビーム描画方法。
【請求項4】
前記偏向領域内の各点でのビームプロファイルに対してレジストパターン寸法を求める第2の工程が、予め試料上に塗布したレジスト膜に描画を行い、これを現像した後にレジストパターンを寸法測定することによってなされることを特徴とする請求項2記載の荷電ビーム描画方法。
【請求項5】
試料上に塗布したレジスト膜に荷電ビームを照射して所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、
少なくとも、荷電ビーム寸法の入力値に対して、実際に照射された荷電ビームの寸法を描画装置の偏向領域内の各点で予め測定する第1の工程と、
前記第1の工程で得られた偏向領域内の各点でのビーム寸法測定値から描画装置固有のビーム寸法歪量を求める第2の工程と、
前記第2の工程で得られたビーム寸法歪量からその寸法補正量を求める第3の工程と、
前記第3の工程で得られた寸法補正量に基づいてビーム寸法入力値を補正し、当該ビーム寸法入力値にしたがって試料上への描画を行う第4の工程
とを具備することを特徴とする荷電ビーム描画方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電ビーム描画方法に係り、特に直接描画式の荷電ビーム描画方法に関するもので、例えば半導体製造工程、フォトマスク製造工程、フラットパネルディスプレイ製造工程の電子ビーム描画工程に使用されるものである。
【背景技術】
【0002】
現在のLSIの製造に際して、配線・デバイスの高集積化のため、パターン転写・加工寸法は高精度化の要求が強まる一方である。このような要求に応えるべく、近年、半導体ウェハやマスク基板等の試料に微細パターンを描画するものとして、電子ビーム描画装置が用いられてきた。
【0003】
電子ビーム描画装置によるパターン描画は、電子源より発生した電子を加速した電子ビームを、描画データを参照して複数の可動アパーチャを通して成形し、これを1段以上の偏向器により偏向させて、可動ステージ上の試料に電磁レンズにより結像させて描画することによってなされる。この際、電子ビームは装置内部で種々の歪を受けて、電子ビームの寸法は入力値通りに形成されないことがある。
【0004】
この問題を解決するために、従来は、試料への実際の描画前に、校正プログラムにより、予めビーム寸法入力値に対するウェハステージ上のビーム寸法を計測し、ビーム寸法入力値対ビーム寸法測定値の関係(寸法歪関数)を求めた後、この逆関数を算出している。そして、このビーム寸法補正関数に基づいてビーム寸法補正を行いながら試料上への実描画を実行している。
【0005】
従来、上記ビーム寸法校正プログラムは、描画装置のフィールド中心でのみ実行される。描画フィールドの中心は、対応する偏向器による偏向角度が0である場合であり、フィールド内中心から逸れるにしたがって電子ビームの偏向角度が大きくなる。電子ビームの偏向角度が大きいと、電磁レンズの収差などによるビームのボケが比較的大きくなるなどの理由で、ビーム寸法はフィールド中心部の歪関数と異なった変動をする場合がある。この場合、フィールド中心で校正されたビーム寸法校正関数に基づいてビーム寸法校正を行っても、ビーム寸法測定値と所望値との差は大きくなる。
【0006】
さらに、描画装置の特性は、図5中に示すように、フィールド中心部と端部で、ビーム寸法の測定値の差は小さいとしても、ビームプロファイルが異なることがある。この場合、使用するレジストの種類、現像方法などのレジストプロセス、および照射するドーズ量などにより、図5中に示すレジストAのようにレジスト寸法の測定値の差が大きくなる場合がある。このような場合、フィールド中心部近傍では所望値通りのレジスト寸法に仕上がっても、ビームボケの異なるフィールド端部では所望値通りのレジスト寸法を得ることは難しい。
【0007】
なお、特許文献1には、荷電ビーム露光を用いたパターン形成に際して、描画フィールド内の荷電ビームの偏向収差を補正するための補正テーブルを作成し、その補正テーブルを用いて補正をかけながら露光を行い、パターン寸法精度を高める点が開示されている。
【特許文献1】特開平05−55123号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は前記した従来の問題点を解決すべくなされたもので、電子ビーム描画時のビーム寸法精度を向上させ、ひいてはレジストパターン寸法精度を向上させ得る荷電ビーム描画方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第1の態様に係る荷電ビーム描画方法は、試料上に塗布したレジスト膜に荷電ビームを照射して所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、少なくとも、荷電ビーム寸法の入力値に対して、実際に照射された荷電ビームの寸法を描画装置の偏向領域内の各点で予め測定する第1の工程と、前記第1の工程で得られたビーム寸法測定値に対して、少なくとも前記レジスト膜の種類、荷電ビーム照射量およびレジストプロセスで決定されるレジストパターン寸法を求める第2の工程と、前記第1の工程で得られた偏向領域内の各点でのビーム寸法測定値から描画装置固有のビーム寸法歪量を求める第3の工程と、前記第2の工程で得られたレジストパターン寸法値からビーム・レジストパターン寸法変換差を求める第4の工程と、前記第3の工程で得られたビーム寸法歪量と前記第4の工程で得られたビーム・パターン寸法変換差からそれぞれの補正量を求め、これらを掛け合わせて寸法補正量とする第5の工程と、前記第5の工程で得られた寸法補正量に基づいてビーム寸法入力値を補正し、当該ビーム寸法入力値にしたがって試料上への描画を行う第6の工程とを具備することを特徴とする。
【0010】
本発明の第2の態様に係る荷電ビーム描画方法は、試料上に塗布したレジスト膜に荷電ビームを照射して所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、少なくとも、荷電ビーム寸法の入力値に対して、実際に荷電ビームが照射された試料上のビームプロファイルを描画装置の偏向領域内の各点で予め測定する第1の工程と、前記第1の工程で得られた偏向領域内の各点でのビームプロファイルに対して、少なくとも前記レジスト膜の種類、荷電ビーム照射量およびレジストプロセスで決定されるレジストパターン寸法を求める第2の工程と、前記第1の工程および第2の工程で得られた偏向領域内の各点でのレジストパターン寸法値から、少なくとも描画装置、前記レジスト膜の種類、荷電ビーム照射量およびレジストプロセスにより決定されるビーム・レジスト寸法変換差を求める第3の工程と、前記第3の工程で得られたビーム・レジスト寸法変換差から寸法補正量を求める第4の工程と、前記第4の工程で得られた寸法補正量に基づいてビーム寸法入力値を補正し、当該ビーム寸法入力値にしたがって試料上への描画を行う第5の工程とを具備することを特徴とする。
【0011】
本発明の第3の態様に係る荷電ビーム描画方法は、試料上に塗布したレジスト膜に荷電ビームを照射して所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、少なくとも、荷電ビーム寸法の入力値に対して、実際に照射された荷電ビームの寸法を描画装置の偏向領域内の各点で予め測定する第1の工程と、前記第1の工程で得られた偏向領域内の各点でのビーム寸法測定値から描画装置固有のビーム寸法歪量を求める第2の工程と、前記第2の工程で得られたビーム寸法歪量からその寸法補正量を求める第3の工程と、前記第3の工程で得られた寸法補正量に基づいてビーム寸法入力値を補正し、当該ビーム寸法入力値にしたがって試料上への描画を行う第4の工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明の荷電ビーム描画方法によれば、電子ビーム描画時に描画フィールドの全ての領域でビーム寸法補正精度を向上させ、ひいてはレジストパターン寸法精度を向上させることができる。この結果、半導体チップ、光露光用マスク、フラットパネルディスプレイなどの製造歩留まりを向上することができる。
【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形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。
【0014】
<第1の実施形態>
図1は、本発明の荷電ビーム描画方法の第1の実施形態における工程全体を示すフローチャートである。
【0015】
まず、ビーム寸法校正プログラムにより、描画対象であるウェハステージ上で観測される荷電ビームの寸法(ビーム寸法)を描画フィールド内の各点に対して測定し、ビーム寸法入力値との関係式(歪関数)をフィールド内の各点に対して求める(ステップS1)。
【0016】
次に、ビーム寸法歪関数からビーム寸法補正関数を算出する(ステップS2)。その後、ビームの1照射毎に補正関数によりビーム寸法補正を行いながら、予めレジストを塗布・ベークした試料上にビーム照射して実描画を行う(ステップS3)。その後、酸拡散などのベーク処理(PEB )(ステップS4)、レジスト現像処理(ステップS5)を行うことにより実際のレジスト寸法が確定する。
【0017】
図2は、前記ステップS2におけるビーム寸法校正プログラムによる処理およびステップS3における描画処理の内容を具体的に示したものである。図2に示すように、描画フィールド内のある点(x,y)でビーム寸法の入力値(幅:Wd、高さ:Hd)を振ってウェハステージ上に設けられた基準マークをスキャンし、その反射電子像を固体検出器(SSD;Solid State Detector)で検出する。これにより得られた寸法測定値(W,H,x,y)と寸法入力値(Wd,Hd,x,y)との関係が歪関数であり、この歪関数の逆関数を補正関数とする。これをフィールド内の各点に対して行うが、本実施形態では、描画装置の副偏向領域(SSF) 内の50μm内のx,y 両方向に10μm刻みで36点に対して補正関数を算出した。その後、試料に実際の描画を行う。本実施形態では、パターン描画を行うSSF 内の座標を調べ、この座標に対応する補正関数を用いてビーム寸法補正描画を行った。上記したように試料上への描画が終了した後、試料をベーク(PEB )し、現像した。以上の処理によって、試料上に塗布したレジストに、所望のパターンを形成することができた。
【0018】
第1乃至第4式は、第1の実施形態におけるビーム寸法補正関数の一般式を、従来例におけるビーム寸法補正関数の一般式と共に示したものである。
【0019】
従来例のビーム寸法校正関数Wc 、Hc は以下の1、2式で与えられる。
【0020】
Wc = (1+a)W + bH + cWH + d ‥‥ (1)
Hc = eW + (1+f)H + gWH + h ‥‥ (2)
また、第1の実施形態のビーム寸法校正関数Wc 、Hc は以下の3、4式で与えられる。
【0021】
Wc = a(x,y)W +b(x,y)H + c(x,y)WH + d(x,y) ‥‥ (3)
Hc = e(x,y)W + f(x,y)H + g(x,y)WH + h(x,y) ‥‥ (4)
ただし、Wcはビーム寸法幅補正値、Hcはビーム寸法高さ補正値、Wはビーム寸法幅入力値、Hはビーム寸法高さ入力値、xは偏向領域内座標、yは偏向領域内座標、である。
【0022】
上記1乃至4式に示すように、従来例の寸法補正式は、ビーム寸法の幅および高さに対してそれぞれ1つの式で表現されていたが、第1の実施形態では、ビーム寸法の幅、高さの各項の係数がフィールド内の各点の座標の関数となっている。
【0023】
上記した第1の実施形態の荷電ビーム描画方法は、試料上に塗布したレジスト膜に荷電ビームを照射して所望パターンを描画する際、少なくとも、荷電ビーム寸法の入力値に対して、実際に照射された荷電ビームの寸法を描画装置の偏向領域内の各点で予め測定する第1の工程と、前記第1の工程で得られた荷電ビーム寸法の入力値に対する偏向領域内の各点でのビーム寸法測定値から描画装置固有のビーム寸法歪量を求める第2の工程と、前記第2の工程で得られたビーム寸法歪量からその寸法補正量を求める第3の工程と、前記第3の工程で得られた寸法補正量に基づいてビーム寸法入力値を決定し、試料上への描画を行う第4の工程とを具備するものである。
【0024】
第1の実施形態の荷電ビーム描画方法によれば、電子ビーム描画時に描画フィールドの全ての領域でビーム寸法補正精度を向上させ、ひいてはレジストパターン寸法精度を向上させることができる。この結果、半導体チップ、光露光用マスク、フラットパネルディスプレイなどの製造歩留まりを向上することができる。
【0025】
<第2の実施形態>
図3は、本発明の荷電ビーム描画方法の第2の実施形態における工程全体を示すフローチャートである。実際のレジスト塗布済み試料に対する描画に先立ち、まず、ビーム寸法校正プログラムにより、ウェハステージ上で観測されるビームプロファイルをフィールド内の各点に対して測定する(ステップS1)。ここで、フィールド内は、ウェハステージ端部のテスト領域ではない。
【0026】
その後、得られたビームプロファイルに対応するレジスト寸法を見積もる。このレジスト寸法見積もりの方法については、ビームプロファイルとレジスト種類、PEB や現像などのレジストプロセス、ビーム照射量など(Dose,etc.) の情報を取り入れたシミュレーション(Simu.) を用いる(ステップS2)。
【0027】
なお、ステップS2の他の例として、図3中に示すように、予め描画フィールド内の各点でのレジスト寸法を測定したテーブル(Table) を作成し、描画時のビームプロファイルを対応付けしたデータベースを作成しておき(ステップS2a)、このデータベースからビームプロファイルに対するレジスト寸法を見つける(ステップS2b)方法もある。このようなステップS2により、描画フィールド内の各点でのビーム寸法入力値に対するレジスト寸法予測値の関係式が求まる。
【0028】
次に、この関係式の逆関数を導出する(ステップS3)。その後、ビームの1照射毎に補正関数によりビーム寸法の補正を行いながら、予めレジストを塗布・ベークした試料上にビーム照射し、実描画を行う(ステップS4)。その後、酸拡散などのベーク処理(PEB )(ステップS5)、レジスト現像処理(ステップS6)を行うことにより実際のレジスト寸法が確定する。
【0029】
図4は、前記ステップS2〜S3におけるビーム寸法変換関数導出プログラムによる処理、ステップS4における描画処理およびレジストプロセスの内容を具体的に示したものである。図4中に示すフローにしたがい、寸法変換関数を得て、これを逆変換することにより算出された寸法補正関数に所望レジスト寸法を入力し、描画を行う。
【0030】
第3の実施形態におけるビーム寸法補正関数Wc の一般式を下記の5式に示す。
【0031】
Wc = aRe,Rp(x,y,D)W +bRe,Rp(x,y,D)H + cRe,Rp(x,y,D)WH + dRe,Rp(x,y,D) ‥(5)
ただし、Wcはレジスト寸法幅補正値、Hcはレジスト寸法高さ補正値、Wはレジスト寸法幅入力値、Hはレジスト寸法高さ入力値、xは偏向領域内座標、yは偏向領域内座標、Reはレジスト種類、Rpはレジストプロセス、Dは照射量、である。
【0032】
本実施形態では、ビームプロファイルからレジスト寸法への寸法変換関数を求める工程として、シミュレーションによるレジスト寸法予測を用いた。上記シミュレーションは、実際には、(a)得られたビームプロファイルのビームを、レジスト塗布した試料に照射した際の蓄積エネルギー分布を求める計算、および、(b)の計算で得られた蓄積エネルギー分布からレジスト現像後のレジストプロファイルを求めて寸法を求める計算、の2工程であった。ここで、本実施形態では、上記(a)を富士総研(株)製の装置(“VSM/EB”)を用いて実行し、上記(b)を本出願人が製作したベクトルシミュレータを用いて実行した。この結果を、日立ハイテクノロジーズ(株)製の電子ビーム描画装置(型名HL-900D )のメモリに転送、保存した。上記したように試料上への描画が終了した後、試料をベークし、現像した。以上の処理によって、試料上に塗布したレジストに所望のパターンを形成することができた。
【0033】
上記した第2の実施形態の荷電ビーム描画方法は、試料上に塗布したレジスト膜に荷電ビームを照射して所望パターンを描画する際、少なくとも、荷電ビーム寸法の入力値に対して、実際に照射された荷電ビームの寸法を描画装置の偏向領域内の各点で予め測定する第1の工程と、前記第1の工程で得られたビーム寸法測定値に対して、少なくともレジスト種類、照射量およびレジストプロセスで決定されるレジストパターン寸法を求める第2の工程と、前記第1の工程で得られた荷電ビーム寸法入力値に対する偏向領域内の各点でのビーム寸法測定値から描画装置固有のビーム寸法歪量を求める第3の工程と、前記第2の工程で得られたビーム寸法測定値に対するレジストパターン寸法測定値からビーム・レジストパターン寸法変換差を求める第4の工程と、前記第3の工程で得られたビーム寸法歪量と前記第4の工程で得られたビーム・パターン寸法変換差からそれぞれの補正量を求め、これらを掛け合わせて寸法補正量とする第5の工程と、前記第5の工程で得られた寸法補正量に基づいてビーム寸法入力値を決定し、試料上への描画を行う第6の工程とを具備するものである。
【0034】
本実施形態の荷電ビーム描画方法によれば、電子ビーム描画時に描画フィールドの全ての領域でビーム寸法補正精度を向上させ、ひいてはレジストパターン寸法精度を向上させることができる。さらに、描画、現像後のレジスト寸法を見積もり、この結果から寸法補正関数を導出し、これを用いてビーム寸法を補正しながら評価することにより、描画フィールドの全ての領域でレジストパターン寸法精度を向上することが可能になる。この結果、半導体チップ、光露光用マスク、フラットパネルディスプレイなどの製造歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の第1の実施形態の荷電ビーム描画方法の処理フローの全体を説明するために示すフローチャート。
【図2】図1中の処理フローにおけるビーム寸法校正プログラムを説明するために示す図。
【図3】本発明の第2の実施形態の荷電ビーム描画方法の処理フローの全体を説明するために示すフローチャート。
【図4】図3中の処理フローにおけるビーム寸法変換関数導出プログラムを説明するために示す図。
【図5】描画装置の偏向領域内の各点における電子ビームプロファイルとレジスト寸法の関係を説明するために示す図。




 

 


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