荷電ビーム描画システムおよびそれにより描画されたパターンを有する半導体デバイス

【課題】複数台の荷電ビーム描画装置のそれぞれの諸特性を一致させることができない。
【解決手段】同一のメンテナンスエリアに複数の荷電ビーム描画装置（電子ビーム描画装置１００，２００）を設置する場合において、各電子ビーム描画装置１００，２００で必要とする基準装置３００を、共通に用いる構成とする。つまり、１台の基準装置３００を用いて、複数の電子ビーム描画装置１００，２００の基準とする。このことにより、電子ビーム描画装置１００，２００間の諸特性を一致させて、描画誤差を低減でき、互換性が高くなり、電子ビーム描画装置１００，２００によるミックスアンドマッチ様でのパターン描画が可能となり、半導体デバイスに組み込む高精度なパターン回路を効率的に描画できる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームをウエーハやマスクなどの試料上で偏向制御し、ＬＳＩパターンなどを描画する荷電ビーム描画装置に係わり、特に、複数の荷電ビーム描画装置を相互利用したいわゆるミックスアンドマッチ様でのパターン描画を高精度にかつ効率的に行なうのに好適な荷電ビーム描画システムおよびそれにより描画されたパターンを有する半導体デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームは、その性質上、解像性が高く制御性が優れているので、半導体を製造するための光露光装置（ステッパ露光装置）に用いられるマスクにパターンを描画するための描画装置や、直接ウエーハにパターンを描画する描画装置等に用いられている。例えば、電子情報通信学会編「電子情報通信ハンドブック」（１９８８年、オーム社発行）の第７３２〜７３３頁に記載のような電子ビーム描画装置においては、ＣＡＤ（Computer AidedDesign）で設計された描画パターンデータを、まず、描画処理部で必要な処理を行ない電子ビームの偏向データとする。そして、この偏向データをＤ／Ａ変換器とアンプでアナログ電圧（電流）に変換し、電子ビーム鏡体内の偏向器に与えることによって描画を行う。
【０００３】通常、Ｄ／Ａ変換器は、分解能が高いほど、つまりビット数が１７ビットや２０ビットと言うように多くなるほど、その直線性を確保するのは困難になる。この問題を解決するための従来技術として、例えば、特開昭５８−１８１３２３号公報に記載のように、高精度の電圧計を用いて、ビットパターンデータに対する出力電圧の直線性を測定し、誤差を最小にする補正データを求め、理想直線に近づくように補正する技術が開示されている。
【０００４】また、電子ビーム描画装置において、レジスト感度をＱ、照射電流をＩ、照射時間をＴとする時、「Ｑ＝Ｉ×Ｔ」の関係が成り立つ。ここで、照射電流（Ｉ）は内蔵の電流計で測定し、照射時間（Ｔ）は内蔵の水晶発振器を基準にして生成している。そして、照射電流（Ｉ）と照射時間（Ｔ）に基づいて、適正ドーズ（Ｄｏｓｅ、露光量）を設定することによって描画を行っている。
【０００５】このような電子ビーム描画装置は、光露光装置との比較において、スループットが低い。このようなスループットを向上させるために、複数台の電子ビーム描画装置を同一のメンテナンスエリア（例えば、同一のクリーンルーム内）に配置して稼働させる場合がある。この場合、例えばウエーハ全層を１台の電子ビーム描画装置で描画するよりも、複数の電子ビーム描画装置を用いて、同一のウエーハ上へのパターン描画を行なうミックスアンドマッチ様でのパターン描画が効率的である。
【０００６】尚、一般にミックスアンドマッチとは、異機種間に跨っての描画をいうが、ここでのミックスアンドマッチ様とは、次のような形態をいう。すなわち、ウエーハの所望の位置に、第１の電子ビーム描画装置でパターンを描画し、その後、第１の電子ビーム描画装置以外の次の工程の所定のプロセスを経て、先に描画したパターンの上に重ねて別のパターンを描画する場合に、第２の電子ビーム描画装置を用いるものである。このようなミックスアンドマッチ様での複数の電子ビーム描画装置によるパターン描画を行なうことにより、第１の電子ビーム描画装置が次のロットのウエーハのパターン描画中であっても、他の電子ビーム描画装置で、次工程の所定のプロセスを経たウエーハへの別のパターンを重ねて描画することができ、効率的なパターン描画を行なうことができる。
【０００７】このようなミックスアンドマッチ様でのパターン描画を行なう場合、複数台の電子ビーム描画装置の諸特性が完全に一致していることが必要である。しかし、例えば、ビーム電流を測定するための電流計には絶対値誤差や特性の経時変化がある。また、レジストが塗布されたウエーハ等にビームを照射している時間（ショット時間）は、水晶発振器等による基準クロックを基にして生成されるが、基準クロックには経時変化が生じる。これらの変化が生じると、ドーズ条件が変わってしまうため、適正な露光パターンが得られなくなる。このような問題に対処するためには、定期的にテストパターンを描画して、ドーズ条件の再設定を行なう必要がある。
【０００８】さらに問題となるのは、描画パターンデータを偏向電圧（電流）に変換するＤ／Ａ変換器の直線性を校正するために用いる高精度電圧計自体の直線性のばらつきである。例えば、１台目の電子ビーム描画装置内蔵の高精度電圧計の直線性が凸で、２台目の電子ビーム描画装置内蔵の高精度電圧計の直線性が凹である場合、その差分が直接、描画誤差となってしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題点は、従来の技術では、複数台の荷電ビーム描画装置のそれぞれの諸特性を完全に一致させることができない点である。本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、複数台の荷電ビーム描画装置を用いたミックスアンドマッチ様による半導体デバイスのパターン描画等を、高精度にかつ効率的に行なうことを可能とする荷電ビーム描画システムおよびそれにより描画されたパターンを有する半導体デバイスを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明の荷電ビーム描画システムは、従来、各荷電ビーム描画装置に個別に設けられていた基準装置を、複数の荷電ビーム描画装置で共通に用いて、各荷電ビーム描画装置間の描画誤差を低減する構成とする。これにより、複数の荷電ビーム描画装置を同一のメンテナンスエリアに設置して、ミックスアンドマッチ様によるウエーハのパターン描画等を高精度に行なうことが可能となり、半導体デバイスに組み込むパターン回路の描画に係わる荷電ビーム描画装置のスループットを向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。図１は、本発明の荷電ビーム描画システムの本発明に係る構成の第１の実施例を示すブロック図である。本例の荷電ビーム描画システムは、それぞれ同一のクリーンルーム内に配置された第１の電子ビーム描画装置１００と第２の電子ビーム描画装置２００および基準装置３００により構成されている。
【００１２】第１の電子ビーム描画装置１００は、描画制御部１１０、電子ビーム制御部１２０、および電子ビーム鏡体部１３０とにより構成され、ウエーハやマスク等に高精度なパターンを描画する。尚、マスクは更に光露光装置でのウエーハの描画に用いられ、このようなマスクを介して、あるいは、第１の電子ビーム描画装置１００により直接、パターンが描画されたウエーハは、ダイシングやダイボンディング、ワイヤボンディング／ワイヤレスボンディング、封止等の工程を経て半導体デバイスに組み込まれる。
【００１３】第１の電子ビーム描画装置１００において、描画制御部１１０は、ＣＡＤ等で生成された描画データを、描画可能なショット図形に分解し、偏向制御データを生成する。また、電子ビーム制御部１２０は、基準装置３００に基づいて特性が校正され、描画制御部１１０で生成された偏向制御データを、所望の大きさやタイミングの電圧（電流）信号に変換する。そして、電子ビーム鏡体部１３０は、電子ビーム制御部１２０で変換された制御信号に基づき、電子ビームを制御し、内部に載置されているウエーハやマスクに所望の図形を描画する。
【００１４】一方、第２の電子ビーム描画装置２００は、第１の電子ビーム描画装置１００と同じように、描画制御部２１０、電子ビーム制御部２２０、電子ビーム鏡体部２３０により構成され、そして、電子ビーム制御部２２０には、第１の電子ビーム描画装置１００の電子ビーム制御部１２０の校正をするために用いられた基準装置３００が接続され、この基準装置３００によって、電子ビーム制御部１２０と同様にして特性が校正される。
【００１５】このように、本例では、第１の電子ビーム描画装置１００と第２の電子ビーム描画装置２００の２台の電子ビーム描画装置が、同一のクリーンルーム内に設置され、それぞれの特性を１台の基準装置３００により共通に校正する構成となっている。以下、このような荷電ビーム描画システムの詳細な構成と動作を、図２を用いて説明する。
【００１６】図２は、図１における荷電ビーム描画システムの詳細構成例を示すブロック図である。先ず最初に、第１の電子ビーム描画装置１００の構成と動作を説明する。電子ビーム制御部１２０は、ショット時間制御部１２１とＤ／Ａ変換器１２２および電流計１２３を具備し、電子ビーム鏡体部１３０は、電子ビーム１３１をオンオフするためのブランキング偏向板１３２と、電子ビーム１３１の偏向制御を行なう偏向器１３３と、ウエーハやマスク等の試料１３４が載置される試料台１３５、および、電子ビーム１の電流測定に用いる電流センサ１３６を具備している。
【００１７】電子ビーム制御部１２０におけるショット時間制御部１２１は、描画制御部１１０からのショット時間データに基づいて、ブランキング偏向板１３２に、電子ビーム１３１をオンオフするためのショット時間制御信号を与える。さらに、ショット時間制御部１２１は、基準装置３００に設けられた基準発振器３０４のクロックを計数して、ショット時間データと比較することによって、電子ビーム１３１のブランキング信号を生成する。
【００１８】Ｄ／Ａ変換器１２２は、描画制御部１１０からの描画パターンデータを、対応する大きさの偏向電圧（電流）に変換し、偏向器１３３を制御する。これによって、試料台１３５に載置されたウエーハやマスク等の試料１３４の所望の位置に電子ビーム１３１を偏向する。従って、Ｄ／Ａ変換器１２２の入力データに対する出力の直線性は、描画精度を確保するために重要である。この直線性の校正は、以下の手順で描画前に行われる。
【００１９】まず、描画制御部１１０は、識別部３０７を介してスイッチ３０１、３０２をオンにする。その後、所定偏向データをＤ／Ａ変換器１２２に与え、その出力電圧を、高精度電圧計３０６で測定する。この測定結果は、スイッチ３０１を経由して、描画制御部１１０内の所定偏向データをアドレスとするメモリに記憶される。この手順で、所定偏向データを所定ピッチでインクリメントする。
【００２０】さらに、描画制御部１１０は、Ｄ／Ａ変換器１２２に対して与えたデータと、そのアナログ出力との相関に基づいて、直線性誤差を求める。そして、こうして求めたＤ／Ａ変換器１２２の直線性誤差を最小にする補正データを算出する。算出した補正データは、偏向データをアドレスとする補正データメモリにストアされる。実際の描画時には、描画パターンデータと、この描画パターンデータに対応して読み出した補正データメモリの内容とを加算する。この加算の結果、Ｄ／Ａ変換器１２２の直線性が確保される。また、加算した偏向電圧（電流）を偏向器１３３に与えることによって、偏向精度の高い描画を行うことができる。
【００２１】電流計１２３は、ウエーハやマスク等の試料１３４に照射されるビーム１３１の電流値を測定することによって、適切なショット時間データを求めるために用いられる。そのためには、電流計１２３の高い測定精度が確保されていなければならない。この電流計１２３の特性のチェックは、以下のようにして、描画前の適当な時期に行われる。
【００２２】まず、描画制御部１１０は、識別部３０７を介してスイッチ３０３を基準電源側にオンする。そして、その後に、基準電源３０５に対して所定データを与える。その結果、基準電源３０５から出力される基準電流を電流計１２３で測定し、この電流計１２３で測定された基準電流を描画制御部１１０のメモリに記憶する。この動作を電流計１２３の感度を切り替えながら行ない、所定電流値範囲の電流計１２３の感度特性を求める。このようにして求めた電流計１２３の感度特性を、与えられた基準電流値を基に校正する。尚、電子ビーム１３１の測定は、試料台１３５を制御して電子ビーム１３１の直下に電流センサ１３６を移動し、その電流センサ１３６の出力電流を測定することによって行う。
【００２３】第２の電子ビーム描画装置２００についても、第１の電子ビーム描画装置１００の場合と同様の接続および校正動作を行う。例えば、Ｄ／Ａ変換器２２２の直線性を校正する場合、描画制御部２１０は、識別部３０７を介してスイッチ３０８、３０９をオンにする。そして高精度電圧計３０６によって、直線性を測定し、その結果に基づいて直線性を校正する。同様に、電流計２２３をチェックする場合は、スイッチ３１０を基準電源３０５側にオンにする。そして、基準電源３０５の出力電流を測定することによって、電流計２２３の感度を校正する。
【００２４】図３は、本発明の荷電ビーム描画システムの本発明に係る構成の第２の実施例を示すブロック図である。本例においては、第１の電子ビーム描画装置１００ａと第２の電子ビーム描画装置２００ａのそれぞれに基準装置３００と同様の内蔵基準装置３１０，３２０を設け、それぞれの内蔵基準装置３１０，３２０を、適当な頻度で基準装置３００に合わせるよう制御し校正する。そして、各第１の電子ビーム描画装置１００ａと第２の電子ビーム描画装置２００ａは、それぞれの内蔵基準装置３１０，３２０に基づき、諸特性の校正を行なう。このことにより、図１、図２で示した構成のシステムと同様の効果を得ることができる。
【００２５】以上、図１〜図３を用いて説明したように、本実施例の荷電ビーム描画システムでは、同一のクリーンルーム内に２台の電子ビーム描画装置を設置する場合において、各電子ビーム描画装置で必要とする基準装置を共通に用いる。つまり、１台の基準装置を用いて、２台の電子ビーム描画装置の基準とする。このことにより、各電子ビーム描画装置間の描画誤差を低減でき、互換性を高めることができる。
【００２６】すなわち、各電子ビーム描画装置における、ビーム電流を測定するための電流計における絶対値誤差や、ウエーハ等にビームを照射している時間（ショット時間）の基となる基準クロックの経時変化等の諸特性を一致させることができ、ドーズ条件の変化を回避でき、適正な露光パターンが得られので、定期的にテストパターンを描画してドーズ条件の再設定をする必要がなくなる。
【００２７】さらに、従来からの問題であった、描画パターンデータを偏向電圧（電流）に変換するＤ／Ａ変換器の直線性を校正するために用いられる高精度電圧計自身の直線性のばらつきにも対処できる。その結果、スループットを確保するために複数の電子ビーム描画装置を同一のクリーンルーム内に配置して、ミックスアンドマッチ様で使用することができ、半導体デバイスに組み込まれる高精度なパターン回路の描画を効率的に行なうことができる。また、高価な高精度電圧計を１つ設けるだけで良くなり、システムの低コスト化を図ることができる。
【００２８】尚、本発明は、図１〜図３を用いて説明した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、２台の電子ビーム描画装置からなるシステム構成となっているが、３，４台等、その生産規模に合わせた台数でのシステム構成であっても良い。また、本例では、基準装置を、複数の電子ビーム描画装置外に設けた構成としているが、いずれか一方の電子ビーム描画装置内に設ける構成としても良い。
【００２９】また、本例では、電子ビーム描画装置を用いているが、イオンビーム等を用いた荷電ビーム描画装置に適用することでも良い。また、本例では、一つのクリーンルーム内に複数の電子ビーム描画装置を配置する構成としているが、環境条件が同じ同一メンテナンスエリアであれば、各電子ビーム描画装置を、それぞれ別のクリーンルーム等に配置することでも良い。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、複数台の荷電ビーム描画装置のそれぞれの諸特性を一致させることができ、複数台の荷電ビーム描画装置を用いたミックスアンドマッチ様によるウエーハやマスク等への描画が可能となり、半導体デバイスに組み込まれる高精度なパターン回路を、荷電ビーム描画装置により効率的に描画することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の荷電ビーム描画システムの本発明に係る構成の第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】図１における荷電ビーム描画システムの詳細構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の荷電ビーム描画システムの本発明に係る構成の第２の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００，１００ａ：第１の電子ビーム描画装置、２００，２００ａ：第２の電子ビーム描画装置、１１０，２１０：描画制御部、１２０，１２０ａ，２２０，２２０ａ：電子ビーム制御部、１２１，２２１：ショット時間制御部、１２２，２２２：Ｄ／Ａ変換器、１２３，２２３：電流計、１３０，２３０：電子ビーム鏡体部、１３１，２３１：電子ビーム、１３２，２３２：ブランキング偏向板、１３３，２３３：偏向器、１３４，２３４：試料（ウエーハやマスク等）、１３５，２３５：試料台、１３６，２３６：電流センサ、３００，３００ａ：基準装置、３０１〜３０３，３０８〜３１０：スイッチ、３０４：基準発振器、３０５：基準電源、３０６：高精度電圧計、３０７：識別部、３１０，３２０：内蔵基準装置。

【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の荷電ビーム描画装置と、該複数の荷電ビーム描画装置で共用され、各荷電ビーム描画装置の諸特性の校正に用いられる基準装置とを有し、該基準装置で諸特性を校正した上記複数の荷電ビーム描画装置を用いてパターン描画を行なうことを特徴とする荷電ビーム描画システム。
【請求項２】請求項１に記載の荷電ビーム描画システムにおいて、上記基準装置は、上記複数の荷電ビーム描画装置のそれぞれが有する各Ｄ／Ａ変換器の出力電圧特性の測定に用いる電圧計を具備することを特徴とする荷電ビーム描画システム。
【請求項３】請求項１、もしくは、請求項２のいずれかに記載の荷電ビーム描画システムにおいて、上記基準装置は、上記複数の荷電ビーム描画装置のそれぞれが有する各Ｄ／Ａ変換器の出力電流特性の測定に用いる電流計を具備することを特徴とする荷電ビーム描画システム。
【請求項４】請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷電ビーム描画システムにおいて、上記基準装置は、上記複数の荷電ビーム描画装置のそれぞれの各荷電ビーム電流値を測定する電流計の校正に用いる基準電源を具備することを特徴とする荷電ビーム描画システム。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに記載の荷電ビーム描画システムにおいて、上記基準装置は、上記複数の荷電ビーム描画装置のそれぞれの、荷電ビームを照射する時間の制御に用いる基準発振器を具備することを特徴とする荷電ビーム描画システム。
【請求項６】請求項１から請求項５のいずれかに記載の荷電ビーム描画システムにおいて、上記複数の荷電ビーム描画装置に個別の上記基準装置（内蔵基準装置）を設け、該内蔵基準装置のそれぞれの特性を上記基準装置の特性に合わせて制御し、上記内蔵基準装置で上記複数の荷電ビーム描画装置のそれぞれの諸特性を校正することを特徴とする荷電ビーム描画システム。
【請求項７】請求項１から請求項６のいずれかに記載の荷電ビーム描画システムにより描画されたパターンを少なくとも有することを特徴とする半導体デバイス。

【図１】