電子ビーム描画装置とは
電子ビーム描画装置は、半導体用フォトマスクの製造において、フォトマスク・ブランクス (以下、ブランクスと略) に、電子ビームを使って回路パターンを描画するための装置です。
メモリーやCPU等のLSIの製造では、何十層にも分けられたフォトマスクを原板として、露光装置を使ってフォトマスク上のパターンをウエハーに転写していくことで、回路が作られます。
フォトマスクの品質は、LSIの歩留りに最も大きな影響を与えます。従って、フォトマスクのパターンを描画する電子ビーム描画装置は、LSI製造における最重要装置のひとつと言えます。
電子ビーム描画装置の使用用途
電子ビーム描画装置は、フォトマスク製造時において、ブランクスに回路パターンを描画するために使用したり、MEMS等のナノテクノロジー製品の製造などに使用されます。LSIの製造工程では、マスク製造は、設計工程で作られた電子ファイル上のパターンデータをフォトマスク上の実パターンに変換します。
ブランクスは、ガラスの板の上に、クロムなどの薄い金属膜が形成されており、その上に電子ビームに感応するEBレジストが塗布されています。電子ビーム描画装置でブランクスに、パターンデータに合わせて電子線を照射することで、EBレジスト分子が、切断または重合して、パターンが形成されます。
また、一部の開発用途として、フォトマスクを使用せずに、ウエハー上にパターンを直接描画するために電子ビーム描画装置が使用されています。これは電子ビームの波長が、レーザー光の波長よりも遥かに短く、高い解像度が得られるためです。
電子ビーム描画装置の原理
設計部門で作られるパターンは、CADデータやストリームデータとも言われ、描画装置に依存しないフォーマットのデータです。これを個々の描画装置が取り扱えるように、それぞれの装置の要求するフォーマットのデータに変換することをEB変換と言い、EB変換されたパターンデータをEBデータと言います。
電子ビーム描画装置では、ブランクスを精密なXYステージ上にセットし、ステージを動かしながら、EBデータに従って、パターンのある場所に電子ビームを照射します。電子ビームは電子銃から発射され、アパーチャー内を通過する際に精巧に成形されます。ブランクス上のEBレジストは、電子ビームが当たったところの分子が、切断若しくは重合されます。
描画が終了したブランクスは、現像、エッチング、残存レジスト膜の剥離などのリソグラフィー工程を経てフォトマスクとなります。
電子ビーム描画装置の種類
電子ビーム描画装置は、ビームの形状と、ステージの移動方法によって分類されます。
1. ビームの形状による分類
ビームの形が円形で、ビーム強度がガウス分布のものを、ガウシアンビーム方式といい、ビームの形が、装置の仕様の範囲内で大小さまざまな大きさの矩形に変化する方式を、可変整形ビームと言います。
2. テージの移動方法による分類
ステージの移動がXY方向に順番に動く方式を、ラスタースキャン方式と言います。ステージが任意の場所まで動き、そこにあるパターンを描画する方式をベクタースキャン方式と言います。
以前の電子ビーム描画装置は、ガウシアンビームのラスタースキャン方式の装置が主流でした。LSIパターンの微細化が進んだ今日では、可変整形ビームのベクタースキャン方式の描画装置が主流となっています。
また、ビームの数が複数あり、同時に複数のパターンを描画できる、マルチビームの電子ビーム描画装置も開発されています。マルチビームの電子ビーム描画装置は、描画のスループットの向上のために有効です。
電子ビーム描画装置のその他情報
超解像度技術
露光装置では、パターンの転写のためにKrF、ArF、EUV等のレーザービームを使用します。光の特性として、転写するパターンの大きさが、レーザーの波長より小さくなった場合には、パターン周辺部の光の回折が問題となり、そのままではウエハー上に正しくパターンが形成できなくなります。これが、Sub Wave Length Problemです。
この問題を解決するために考案された技術の総称がResolution Enhancement Technologies (超解像度技術、以下RETと略) です。RETには様々な手法がありますが、殆どの場合にはフォトマスク上のパターンを、本来のパターンから変形させたり、周辺に補助パターンを配置するなどして、ウエハー上に設計通りのパターンを再現できるようにします。
そのため、電子ビーム描画装置に投入するEBデータは、単純にCADデータをフォーマット変換したものではなく、RETを加えた変形パターンとなっています。