CN101546135B - 带电粒子束描绘方法及带电粒子束描绘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以高准确度计算因带电效应导致的射束位置偏移量分布的带电粒子束描绘方法及带电粒子束描绘装置。将图案密度分布ρ(x，y)和利用该图案密度分布ρ(x，y)计算出的剂量分布D(x，y)相乘，来计算照射量分布E(x，y)(S104)。使用照射量分布E(x，y)和描述雾扩散分布的函数g(x，y)，来计算雾电子量分布F(x，y，σ)(S106)。利用照射量分布E(x，y)和雾电子量分布F(x，y，σ)，来计算照射区域及非照射区域的带电量分布C(x，y)(S108)。使用带电量分布C(x，y)和将带电量变换为位置偏移误差的响应函数r(x，y)，来计算位置偏移量分布p(x，y)(S110)。

Description

带电粒子束描绘方法及带电粒子束描绘装置
技术领域
本发明涉及带电粒子束描绘方法及带电粒子束描绘装置。更为详细而言，本发明涉及因试样的带电效应导致的带电粒子束的位置偏移量的计算及校正。
背景技术
由于两次图案曝光技术的导入，因而人们要求光掩模的位置准确度的提高。与之相伴，一般要求光掩模内的图案配置准确度的提高，但是众所周知，当使用电子束描绘装置来描绘光掩模的图案时，因抗蚀剂带电效应而使射束照射位置产生偏移。
作为校正该射束照射位置偏移的方法之一，在抗蚀剂层上形成带电防止膜(CDL：Charge Dissipation Layer)来防止抗蚀剂表面带电的方法，已为众所周知。但是，该带电防止膜因为基本上具有酸的特性，所以和化学放大型抗蚀剂之间的相合性不佳。另外，为了形成带电防止膜需要设置新的设备，光掩模的制造成本进一步增大。因此，人们希望在不使用带电防止膜的状况下，进行带电效应校正(CEC：charging effect correction)。
例如，在下述专利文献1中，提出了一种根据电场强度来计算射束照射位置的校正量，并根据该校正量来照射射束的描绘装置。根据该描绘装置，假定为在照射量分布和带电量分布之间线性比例关系成立，从照射量分布通过线性响应函数来计算位置偏移量分布。
然而，根据本发明人的进一步研究，得知若假定为在照射量分布和位置偏移量分布之间线性比例关系成立，则无法以高准确度计算位置偏移量分布。因此，产生了建立新模型的必要性，该新模型不使用此线性比例关系，以高准确度求取位置偏移量分布。
专利文献1日本特开2007-324175号公报
发明内容
本发明的目的在于，鉴于上述课题，提供一种能够以高准确度计算因带电效应导致的射束位置偏移量分布的带电粒子束描绘方法及带电粒子束描绘装置。
为了解决上述课题，本发明的第1方式是一种带电粒子束描绘方法，使带电粒子束偏转，对载物台上的试样描绘图案，其特征在于，包括：利用照射在试样上的带电粒子束的照射量分布、以及雾电子量分布，来计算带电粒子束的照射区域的带电量分布和非照射区域的带电量分布的工序；根据照射区域及非照射区域的带电量分布，计算试样上的上述带电粒子束的位置偏移量的分布的工序；以及根据位置偏移量的分布使带电粒子束偏转，对试样描绘图案的工序。
在该第1方式中，也可以还包括：根据照射量分布和试样的从被照射带电粒子束的照射区域向非照射区域扩散的雾电子的扩散分布，计算雾电子量分布的工序。
在该第1方式中，也可以还包括：根据试样的每个规定区域的图案密度分布，计算剂量分布的工序；以及根据图案密度分布和剂量分布，计算照射量分布的工序。
在该第1方式中，可以使用由下式(a)表达的函数CF(F)计算上述非照射区域的带电量分布。
CF(F)＝-c1×Fα…(a)
(在上式(a)中，F是雾电子量分布，c1是常数，指数α为常数且0＜α＜1。)
另外，可以使用由下式(b)表达的函数CE(F)计算上述照射区域的带电量分布。
CE(F)＝c0-c1×Fα…(b)
(在上式(b)中，F是雾电子量分布，c0、c1是常数，并且0＜α＜1。)
另外，在该第1方式中优选的是，使用照射量分布及雾电子量分布的多项式函数来计算照射区域的带电量分布，使用雾电子量分布的多项式函数来计算非照射区域的带电量分布。
更为具体而言，优选的是，使用由下式(c)表达的多项式函数来计算照射区域的带电量分布。
C(E，F)＝(d0+d1×ρ+d2×D+d3×E)+(e1×F+e2×F2+e3×F3)…(c)
(在上式(c)中，ρ是图案密度分布，D是剂量分布，E是照射量分布，F是雾电子量分布，d0、d1、d2、d3、e1、e2、e3是常数。)
另外，优选的是，使用由下式(d)表达的多项式函数来计算非照射部区域的带电量分布。
CF(F)＝f1×F+f2×F2+f3×F3…(d)
(在上式(d)中，F是雾电子量分布，f1、f2、f3是常数。)
为了解决上述课题，本发明的第2方式是一种带电粒子束描绘装置，由偏转器使带电粒子束偏转，对载物台上的试样描绘图案，其特征在于，具备：位置偏移量分布计算构件，根据试样的被照射带电粒子束的照射区域的带电量分布、以及不被照射带电粒子束的非照射区域的带电量分布，计算试样上的带电粒子束的位置偏移量的分布；以及偏转器控制构件，根据位置偏移量的分布，控制上述偏转器。
在该第2方式中，也可以还具备带电量分布计算构件，利用照射于试样上的带电粒子束的照射量分布和雾电子量分布，来计算照射区域及非照射区域的带电量分布。
在该第2方式中，也可以还具备雾电子量分布计算构件，根据照射量分布和从照射区域向上述非照射区域扩散的雾电子扩散分布，来计算雾电子量分布。
另外，在该第2方式中，也可以还具备：剂量分布计算构件，根据试样的每个规定区域的图案密度分布，来计算剂量分布；以及照射量分布计算构件，根据图案密度分布及剂量分布，来计算照射量分布。
根据第1方式，因为不是根据照射量分布通过线性响应函数直接导出位置偏移量分布，而是利用照射量分布和雾电子量分布，计算照射区域及非照射区域的带电量分布，并根据该带电量分布来计算位置偏移量分布，所以能够计算在考虑线性比例关系时没有计算的试样上射束的位置偏移。从而，可以以高准确度校正因带电效应导致的射束位置偏移。
根据该第2方式，因为根据照射区域及非照射区域的带电量分布，来计算试样上带电粒子束的位置偏移量的分布，并根据该位置偏移的分布来 控制偏转器，所以能够以高准确度校正因带电效应导致的射束位置偏移。
附图说明
图1是本发明实施方式中电子束描绘装置100的概略结构图。
图2是表示图案描绘时试样2移动方向的附图。
图3A是说明根据本发明实施方式的描绘方法所用的流程图。
图3B是说明根据本发明实施方式的描绘方法所用的流程图。
图4是表示按照图案密度使剂量产生变化的情形和与图案密度无关而固定剂量的情形的附图。
图5是说明栅格匹配的流程所用的概略图。
图6是说明根据相对于本发明实施方式的比较例的位置偏移量分布的计算方法所用的附图。
图7是表示描述扩散分布的函数g′(x，y)的附图。
图8是表示为了计算响应函数所假定的模型的附图。
图9A是表示比较例的验证时所提供的1次阶梯函数的附图。
图9B是表示根据比较例求出的位置偏移量分布p(x)的附图。
图10是表示比较例的验证时求出的线性响应函数R1(x)和理想的响应函数R2(x)的附图。
图11是表示用来测量抗蚀剂带电效应的测试布局的附图。
图12是放大表示第1及第2方框阵列的附图。
图13A是表示图案密度为100％的照射垫(irradiation pad)的附图。
图13B是表示图案密度为75％的照射垫的附图。
图13C是表示图案密度为50％的照射垫的附图。
图13D是表示图案密度为25％的照射垫的附图。
图14A是表示对于化学放大型抗蚀剂A的位置偏移的测量结果的概略图。
图14B是表示对于化学放大型抗蚀剂B的位置偏移的测量结果的概略图。
图14C是表示对于化学放大型抗蚀剂C的位置偏移的测量结果的概略图。
图15A是图示抗蚀剂A、图案密度25％时的X方向的位置偏移量的附图。
图15B是图示抗蚀剂A、图案密度50％时的X方向的位置偏移量的附图。
图15C是图示抗蚀剂A、图案密度75％时的X方向的位置偏移量的附图。
图15D是图示抗蚀剂A、图案密度100％时的X方向的位置偏移量的附图。
图16A是图示抗蚀剂B、图案密度25％时的X方向的位置偏移量的附图。
图16B是图示抗蚀剂B、图案密度50％时的X方向的位置偏移量的附图。
图16C是图示抗蚀剂B、图案密度75％时的X方向的位置偏移量的附图。
图16D是图示抗蚀剂B、图案密度100％时的X方向的位置偏移量的附图。
图17A是图示抗蚀剂C、图案密度25％时的X方向的位置偏移量的附图。
图17B是图示抗蚀剂C、图案密度50％时的X方向的位置偏移量的附图。
图17C是图示抗蚀剂C、图案密度75％时的X方向的位置偏移量的附图。
图17D是图示抗蚀剂C、图案密度100％时的X方向的位置偏移量的附图。
图18是表示对于抗蚀剂A，图案密度ρ为25％并且剂量D为21μC/cm2时的位置偏移量和图案密度ρ为100％并且剂量D为5.25μC/cm2时的位置偏移量的附图。
图19A是表示照射区域的带电量分布的函数的附图。
图19B是表示非照射区域的带电量分布的函数的附图。
图20是说明求取参数c0、c1、σi的最佳组合的方法所用的附图。
图21A是表示抗蚀剂A、图案密度25％时的拟合结果的附图。
图21B是表示抗蚀剂A、图案密度50％时的拟合结果的附图。
图21C是表示抗蚀剂A、图案密度75％时的拟合结果的附图。
图21D是表示抗蚀剂A、图案密度100％时的拟合结果的附图。
图22A是表示抗蚀剂B、图案密度25％时的拟合结果的附图。
图22B是表示抗蚀剂B、图案密度50％时的拟合结果的附图。
图22C是表示抗蚀剂B、图案密度75％时的拟合结果的附图。
图22D是表示抗蚀剂B、图案密度100％时的拟合结果的附图。
图23A是表示抗蚀剂C、图案密度25％时的拟合结果的附图。
图23B是表示抗蚀剂C、图案密度50％时的拟合结果的附图。
图23C是表示抗蚀剂C、图案密度75％时的拟合结果的附图。
图23D是表示抗蚀剂C、图案密度100％时的拟合结果的附图。
图24A是表示对于抗蚀剂A的参数c0、c1、σ的最佳组合的附图。
图24B是表示对于抗蚀剂B的参数c0、c1、σ的最佳组合的附图。
图24C是表示对于抗蚀剂C的参数c0、c1、σ的最佳组合的附图。
图25A是表示对于抗蚀剂B由校正后的模型求出的参数c0、c1、σ的组合的附图。
图25B是表示对于抗蚀剂C由校正后的模型求出的参数c0、c1、σ的组合的附图。
图26是表示带电量分布C(x，0)的附图。
图27A是表示雾半径σ过小时的拟合结果的附图。
图27B是表示雾半径σ最适合时的拟合结果的附图。
图27C是表示雾半径σ过大时的拟合结果的附图。
图28是表示照射区域的带电量分布C(x，0)和带电量分布C(E，F)的拟合结果的附图。
图29是表示参数d0、d1、d2、d3、e1、e2、e3、f1、f2、f3、σ的最佳组合的附图。
图30A是表示对于抗蚀剂A由根据本实施方式的广义模型求出的位置偏移量分布和实验数据的拟合结果的附图。
图30B是表示对于抗蚀剂B由根据本实施方式的广义模型求出的位置 偏移量分布和实验数据的拟合结果的附图。
图30C是表示对于抗蚀剂C由根据本实施方式的广义模型求出的位置偏移量分布和实验数据的拟合结果的附图。
图31是表示栅格匹配后残留的射束照射位置偏移量的附图。
符号说明
1描绘部
2试样
3载物台
6电子束
13物镜偏转器
20控制部
21存储装置
31图案密度分布计算构件
32剂量分布计算构件
33照射量分布计算构件
34雾电子量分布计算构件
35带电量分布计算构件
36位置偏移量分布计算构件
42栅格匹配控制构件
44物镜偏转器控制构件
100电子束描绘装置
具体实施方式
图1是本实施方式中电子束描绘装置100的概略结构图。
图1所示可变成形射束方式的电子束描绘装置100具备描绘部1。在描绘部1内，收存XY载物台3，该XY载物台保持作为试样2的掩模。作为试样2的掩模在玻璃基板上依次叠层了氧化铬膜和抗蚀剂层。XY载物台3构成为通过下述的载物台驱动构件46能够按X方向及Y方向进行移动。XY载物台3的移动位置根据激光干涉计4的输出，由下述的载物台位置检测构件45进行检测。
在XY载物台3的上方，配置作为电子束6的发生源的电子枪5。在电子枪5和XY载物台3之间，配置照明透镜7、S 1孔(aperture)(第1孔)8、投影透镜9、成形偏转器10、S2孔(第2孔)11、物镜12和物镜偏转器13。
另外，电子束描绘装置100具备控制部20和与该控制部20连接的存储装置21。存储装置21用来存储下述的布局数据、位置偏移量分布(也称为“位置偏移量图”)及光学系统误差分布(也称为“光学系统误差图”)等，例如是磁盘装置、磁带装置、FD(软盘，floppy disk)或半导体存储器等。
控制部20具备预处理计算部30。预处理计算部30具备图案密度计算构件31、剂量分布计算构件32、照射量分布计算构件33、雾(fogging，かぶり)电子量分布计算构件34、带电量分布计算构件35及位置偏移量分布计算构件36。
图案密度分布计算构件31用来根据从存储装置21所读出的布局数据中包含的图形数据，对按规定尺寸假想分割为网格状的各帧，计算每一网格区域的图案密度分布。剂量分布计算构件32用来使用下述后方散射电子的接近效果校正式，计算剂量的分布。照射量分布计算构件33用来根据图案密度的分布及剂量的分布，计算照射于试样上的电子束的照射量分布。雾电子量分布计算构件34用来根据照射量分布和描述雾电子扩散(spreadof fogged electrons，かぶり電子の広がり)的函数，计算雾电子量(foggingelectron amount，かぶり電子量)的分布。带电量分布计算构件35用来采用下述的方法，计算被照射电子束的照射区域的带电量分布和不照射电子束的非照射区域的带电量分布。位置偏移量分布计算构件36用来根据由带电量分布计算构件35计算出的带电量分布，计算试样上电子束的位置偏移量的分布。
控制部20除了上述预处理计算部30之外，还具备发射数据生成构件41、栅格匹配控制构件42、成形偏转器控制构件43、物镜偏转器控制构件44、上述的载物台位置检测构件45及载物台驱动构件46。
发射数据生成构件41用来根据从存储装置21所读出的布局数据，制作描绘数据，并根据该描绘数据制作发射数据。栅格匹配控制构件42用来根据由位置偏移量分布计算构件36计算出的位置偏移量分布，控制物镜偏 转器控制构件44。成形偏转器控制构件43用来控制成形偏转器10的位置，以获得希望的尺寸及形状(矩形或者三角形)的S2孔像。物镜偏转器控制构件44用来控制物镜偏转器13的位置，以使电子束6照射于试样2上的希望位置上。
下面，对于上述电子束描绘装置100的一般描绘动作，进行说明。
从电子枪5发出的电子束6通过照明透镜7，对具有矩形开口部的S1孔8整体进行照明。透过了S1孔8的S 1孔像的电子束6通过投影透镜9，投影于具有楔型开口部的S2孔11上。S2孔11上的第1孔像的位置被成形偏转器10偏转。于是，成形为希望的射束形状和尺寸。透过了S2孔11的S2孔像的电子束6由物镜12调整焦点，并且被物镜偏转器13偏转，照射于XY载物台3上试样2的希望位置上。
因为在图案描绘时使XY载物台3连续移动，所以如图2所示，试样2进行移动。图2是表示图案描绘时的试样2移动方向的附图。试样2的描绘区域R被假想分割为多个长方形状的带状区域SR。在1个带状区域SR上按X方向照射电子束6。也就是说，一边使XY载物台3按X方向连续移动，一边还使电子束6的发射位置(照射区域)追随载物台移动。若1个带状区域的描绘结束，则将XY载物台3按Y方向进行步进进给。然后，在下一带状区域上按X方向照射电子束6。此时，使XY载物台3在反向的X方向上连续移动。
然而，众所周知，如上所述若对试样2的抗蚀剂层照射电子束，则因抗蚀剂带电效应而使射束照射位置偏移。
因此，在本实施方式中，要按照图3A所示的那种流程，在电子束描绘装置100上执行考虑了位置偏移量的图案描绘。图3A是说明根据本实施方式的描绘方法所用的流程图。
根据图3A所示的流程，首先，由图案密度计算构件31读出存储装置21中所存储的布局数据，根据该布局数据中包含的图形数据，对按规定尺寸(栅格尺寸)假想分割为网格状的各帧(frame)(下面称为网格区域)，计算图案密度(步骤S100)。在该步骤S100中，计算每一网格区域的图案密度的分布ρ(x，y)。
接着，利用在上述步骤S100中计算出的图案密度分布ρ(x，y)，计算 每一网格区域的剂量分布D(x，y)(步骤S102)。在该步骤S102中，按照下面后方散射电子的接近效果校正式(1)来计算剂量分布D(x，y)。
D＝D0×{(1+2×η)/(1+2×η×ρ)}…(1)
(在上式(1)中，D0是基准剂量，η是后方散射率。)
这些基准剂量D0及后方散射率η由该带电粒子束描绘装置100的用户来设定。后方散射率η可以考虑电子束6的加速电压、试样2的抗蚀剂膜厚或基底基板的种类、工艺条件(例如，PEB条件或显像条件)等，进行设定。
接着，通过将在上述步骤S100中计算出的图案密度分布ρ(x，y)和在上述步骤S102中计算出的剂量分布D(x，y)相乘，来计算每一网格区域的照射量分布E(x，y)(也称为“照射强度分布”)(步骤S104)。
接下来，按照下述的方法，计算雾电子量分布F(x，y，σ)(步骤S106)。然后，由带电量分布计算构件35，按照下述的方法计算带电量分布C(x，y)(步骤S108)。
还有，也可以预先将计算出的图案密度分布ρ(x，y)、剂量分布D(x，y)、照射量分布E(x，y)、雾电子量分布F(x，y，σ)及带电量分布C(x，y)存储于存储装置21中，在各步骤中从存储装置21读出并取得。
接下来，由位置偏移量分布计算构件36，根据在上述步骤S108中计算出的带电量分布C(x，y)，来计算位置偏移量分布p(x，y)(步骤S110)。在该步骤S110中，通过对带电量分布C(x，y)和将带电量变换为位置偏移误差的响应函数r(x，y)进行卷积积分，来计算位置偏移量分布p(x，y)。
然后，根据在上述步骤S110中计算出的位置偏移量分布p(x，y)，实施栅格匹配(步骤S112)。在该步骤S112中如下所述执行物镜偏转器13的控制之后，电子束6照射于试样2上，来描绘图案(步骤S114)。
还有，也可以取代图3A所示的流程，按照图3B所示的流程进行描绘。图3A和图3B其步骤S102、S103不同，其他的步骤相同。在图3A的步骤S102中，根据图案密度分布ρ(x，y)计算出剂量分布D(x，y)，但是在图3B的步骤S103中，与图案密度分布ρ(x，y)无关，都取得固定的剂量分布D(x，y)。在图3B的步骤S104中，通过将在步骤S103中所取得 固定的剂量分布D(x，y)和在步骤S100中计算出的图案密度分布ρ(x，y)相乘，来求取照射量分布E(x，y)。
这样，也可以不依赖于图案密度分布ρ(x，y)，而使用固定的剂量分布D(x，y)来计算照射量分布E(x，y)。在图4中，◆表示按照图案密度ρ进行变化的剂量，□表示与图案密度无关而固定的剂量(21μC/cm2)。
下面，参照图5，说明在上述步骤S112中实施的栅格匹配的流程。
如图5所示，由位置偏移量分布计算构件36计算出的位置偏移量分布存储于在存储装置21中。随后，由栅格匹配控制构件42读出该存储装置21中所存储的位置偏移量分布和预先制作出并存储于存储装置21中的光学系统误差分布。栅格匹配控制构件42将位置偏移量分布的每一网格的各项数据和光学系统误差分布的每一网格的各项数据合成，把合成后的数据输出给物镜偏转器控制构件44。物镜偏转器控制构件44根据所输入的数据，控制电子束6的偏转位置。也就是说，不断向考虑了位置偏移量分布和光学系统误差分布的校正位置控制物镜偏转器13的位置。
为了使试样上的图案的配置准确度得到提高，需要以高准确度进行栅格匹配，为此需要以高准确度计算位置偏移量分布p(x，y)(也称为“位置偏移量分布”)。
下面，对于位置偏移量分布p(x，y)的计算方法，进行说明。
首先，参照图6，对于根据相对于本实施方式的比较例的位置偏移量分布的计算方法，进行说明。
在本比较例中，假定为对于某一照射量分布E(x，y)，存在描述电子(带电量)的扩散分布的函数g′(x，y)。作为该函数g′(x，y)，例如图7所示，可以使用在电子束照射区域带正电、在非照射区域带负电的高斯分布模型。而且，通过对照射量分布E(x，y)和扩散分布函数g′(x，y)进行卷积积分(convolution)，来求取带电量分布C(x，y)。
接下来，假定将该带电量分布C(x，y)变换为位置偏移量分布p(x，y)的响应函数r(x，y)。这里，射束的位置偏移因为可以作为从射束照射位置(x，y)到带电位置(x′，y′)的距离的函数来表达，所以能够如“r(x-x′，y-y′)”那样描述响应函数。
图8是表示为了计算该响应函数r(x，y)所假定的模型的附图。如图 8所示，全都被接地变为0V的2个平行平板51、52相互离开距离L，来配置。上部平板51相当于描绘部1壁面、具体而言是物镜12的框，下部平板52相当于光掩模的铬层。2个平板51、52作为完全的导电体来考虑。点电荷源55位于膜厚h的抗蚀剂53的表面。导电性铬层52由于在静电势计算中可以当作镜面，因而镜像电荷54以等距离“-h”位于铬层52之下。实际的带电55和镜面带电54作为偶极子56成对起作用。由于导电性的上部平板51也可以当作镜面，因而无限个偶极子56的1对按“2L”的间距来配置。在实际的计算中，偶极子56的数目按某个实际的界限舍去。以50keV加速后的电子57的轨道通过解运动方程式来计算，取得到达抗蚀剂53表面时电子位置最后的偏移作为对所提供的输入位置的射束位置误差。
根据该假定，位置偏移量分布p(x，y)通过对响应函数r(x，y)和带电量分布C(x，y)进行卷积积分来求取。也就是说，位置偏移量分布p(x，y)通过对响应函数r(x，y)、带电分布函数g′(x，y)和照射量分布E(x，y)进行卷积积分来求取。
这里，若假定为在照射量分布E(x，y)和位置偏移量分布p(x，y)之间线性比例关系成立，则如图6所示，可以通过对线性响应函数R(x，y)和照射量分布E(x，y)进行卷积积分，来求取位置偏移量分布p(x，y)。也就是说，根据本比较例，因为根据照射量分布E(x，y)通过线性响应函数R(x，y)直接导出位置偏移量分布p(x，y)，所以可以跳过带电量分布C(x，y)的计算。
但是，根据本发明人的研究，得知由上述比较例求出的位置偏移量分布p(x，y)和实验结果不同。
参照图9A、图9B及图10，来验证根据上述比较例的位置偏移量分布的计算方法。
当验证根据上述比较例的位置偏移量分布的计算方法时，首先如图9A所示，作为照射量分布e(x)提供了1次阶梯函数。根据该函数，照射区域内的照射量是1，非照射区域内的照射量是0。
在上述比较例中，如图9B所示，通过该照射量分布e(x)和线性响应函数R(x)之间的卷积积分，求出位置偏移量分布p(x)。从而，可以通过对该位置偏移量分布p(x)进行微分，求取线性响应函数R(x)。通过 位置偏移量分布p(x)的微分求出的线性响应函数R1(x)如图10所示，得知和理想的响应函数R2(x)不同，并且未按照射区域与非照射区域的边界呈旋转对称。从而，得知上述比较例中线性比例关系的假定不成立。
因此，本发明人发现了一种用来在不使用线性响应函数R(x)的状况下计算位置偏移量分布的新模型。
本发明人首先测量出抗蚀剂带电效应。图11是表示为测量抗蚀剂带电效应所使用的测试布局的附图。还有，在图11中，为了更加易于看清各部分的内容，改变比例尺进行了表示。
图11所示的测试布局TL是通过在间距L1为1mm、1边的长度L2为80mm的栅格(81×81栅格)60上以照射量12μC/cm2描绘第1方框阵列62之后，通过在该布局TL的中央以照射量21μC/cm2描绘1边的长度L3为40mm的图案密度100％的照射垫63，并且在和第1方框阵列62相同的栅格60上以照射量12μC/cm2描绘第2方框阵列64而获得的。
如图12放大所示，第1方框阵列62例如是1边的长度L4为4μm的正方形图案。第2方框阵列64例如是1边的长度L5为14μm并且按比第1方框阵列62更大的尺寸挖除中央的框状图案。
这里，使照射垫63的图案密度如同100％、75％、50％、25％那样进行变化，分别形成上述测试布局TL。图13A至图13D分别表示出图案密度为100％、75％、50％、25％的照射垫63A、63B、63C、63D。
图13A所示的照射垫63A由相互分开距离L6的矩形状的多个图案630构成。该距离L6例如是20μm。图13B所示的照射垫63B由相互分开上述距离L6的多个图案631构成。各图案631使短边的长度L7例如为4μm的多个线条图案631a交叉来形成。图13C所示的照射垫63C由相互分开上述距离L6的多个图案632构成。各图案632具有多个正方形的图案632a。该图案632a的一边的长度L8例如是4μm。图13D所示的照射垫63D由相互分开上述距离L6的多个图案633构成。各图案633是构成上述图案632的图案632a的数目变为一半的图案。
通过使用抗蚀剂图像测量方法，分别测量上述描绘出的第1及第2方框阵列62、64的位置，并从第2方框阵列64的位置减去第1方框阵列62的位置，就可以测量因照射垫63的带电效应导致的位置偏移。还有，在本 实施方式中，为了缩短测量时间，已测量出图11所示的81×81栅格之中2mm间距的41×41栅格上所描绘的2个方框阵列62、64的位置偏移。
这里，在本实施方式中如图4所示，对于与图案密度ρ无关都使剂量D成为固定(21μC/cm2)的情形和按照图案密度ρ使剂量D进行变化的情形的各情形，对于4种化学放大型抗蚀剂A至D，如上所述将图案密度改变为100％、75％、50％、25％来分别形成测试布局TL，按每个测试布局进行了位置偏移测量。
图14A至图14C表示因带电效应导致的位置偏移的测量结果。图14A至图14C在剂量D为固定时，对于3种抗蚀剂A、B、C概略表示出照射区域和非照射区域边界附近的位置偏移及非照射区域外周的位置位移。
如图14A至图14C所示，对于3种抗蚀剂A、B、C的某一个，在非照射区域的外周，以向外侧突出的方式产生同样的位置偏移71A、71B、71C。
对此，在照射区域和非照射区域的边界附近如图14A及图14B所示，抗蚀剂A、B的情况下，全都朝向照射区域的内侧发生了位置偏移70A、70B。这些位置偏移70A、70B的不同之处为，抗蚀剂A时的位置偏移70A按上下和左右大致对称，与之相对，抗蚀剂B时的位置偏移70B为上下非对称。另外，和这些抗蚀剂A、B的情形不同，抗蚀剂C时的位置偏移70C如图14C所示，几乎看不出向照射区域内侧的位置偏移。
图15A至图15D、图16A至图16D及图17A至图17D是表示对于3种抗蚀剂A、B、C，不依赖于图案密度而剂量为一定(21μC/cm2)时11列平均的X方向位置偏移的附图。这些图15A至图17D分别图示出81×81栅格的从第31列至第51列隔开一个间距的11列平均的X方向位置偏移量。图15A、图16A及图17A表示照射垫63的图案密度为25％时的位置偏移量，图15B、图16B及图17B表示照射垫63的图案密度为50％时的位置偏移量。另外，图15C、图16C及图17C表示照射垫63的图案密度为75％时的位置偏移量，图15D、图16D及图17D表示照射垫63的图案密度为100％时的位置偏移量。
根据图15A至图17D所示的结果，得知图案密度越高，位置偏移量越是增多，另外，即便是相同的图案密度，若抗蚀剂的种类不同则位置偏移量也不同。
另外，图18对于抗蚀剂A，将图案密度ρ为25％并且剂量D为固定的21μC/cm2时的上述X方向的位置偏移量以及图案密度ρ为100％并且剂量D为5.25μC/cm2时的上述X方向的位置偏移量合并表现。这里，因为如上所述通过将图案密度ρ和剂量D相乘，来求取照射量E，所以它们2个情况的照射量E相同。因此，虽然认为它们2个情况的位置偏移量相等，但是如图18所示双方的位置偏移量不同。这可以认为是因下述两个情形之间的差异导致的，其中，一个是不依赖于图案密度ρ而剂量D固定为21μC/cm2的情形，另一个是按照图案密度ρ进行变化的剂量(5.25μC/cm2)的情形。从而，为了以高准确度计算位置偏移量分布，需要提高照射量分布的计算准确度，为此，优选如同在图3A的步骤S102中实施的那样按照图案密度ρ来计算剂量分布D(x，y)。
下面，对于为了计算能说明上述测量结果的位置偏移量分布而在图3A及图3B所示的步骤S106中实施的雾电子量分布F(x，y，σ)计算方法进行说明。
在上述步骤S106中，首先假定为对于照射量分布E(x，y)，存在描述雾电子扩散分布的函数g(x，y)。该函数g(x，y)和上述比较例相同，是如图7所示的高斯分布模型，可以如下式(2)那样来表达。
g(x，y)＝(1/πσ2)×exp{-(x2+y2)/σ2}…(2)
然后，如下式(3)那样，通过对扩散分布函数g(x，y)和照射量分布E(x，y)进行卷积积分，来求取雾电子量分布(也称为“雾电子量强度”。)F(x，y，σ)。
F(x，y，σ)＝∫∫g(x-x″，y-y″)E(x″，y″)dx″dy″…(3)
下面，对于在图3A及图3B所示的步骤S108中实施的带电量分布C(x，y)的计算进行说明。
在上述步骤S108中，首先假定了用于根据照射量分布E(x，y)及雾电子量分布F(x，y，σ)求取带电量分布C(x，y)的函数C(E，F)。将该假定的C(E，F)，如下式(4)那样分离为由照射电子提供的变量CE(E)和由雾电子提供的变量CF(F)。
C(E，F)＝CE(E)+CF(F)…(4)
再者，照射区域的函数假定为变量CF(F)＝0，也就是C(E，F)＝CE (E)。另一方面，非照射区域的函数假定为变量CE(E)＝0，也就是C(E，F)＝CF(F)。另外，如图19A所示，照射区域内已假定为均匀带电，也就是说CE(E)＝c0。该c0是常数，例如是1。另外，在非照射区域内如图19B所示，雾电子量强度F变得越大，带电CF(F)越是饱和。因此，将非照射区域的变量CF(F)如下式(5)那样来表达。
CF(F)＝-c1×Fα…(5)
上式(5)中的α满足0＜α＜1的条件。根据本发明人的实验，得知在0.3≤α≤0.4时，最接近实验结果，是优选的。该优选的α范围可以按照使用的电子束描绘装置进行变更。
这里，对于如上式(5)那样规定了函数CF(F)的原因进行说明。
位置偏移测量结果如图15A至图17D所示，取得了对于4种图案密度(100％、75％、50％、25％)的结果。雾电子量强度F假设图案密度100％时的雾电子量强度F为F100，则各图案密度下的强度与图案密度成比例，分别为F100、0.75×F100、0.5×F100、0.25×F100。但是，CF(F)是未知的函数。因此，CF(F100)、CF(0.75×F100)、CF(0.5×F100)、CF(0.25×F100)不与强度成比例，而且有在各图案密度下分布形状相互不同的可能性。若这样各图案密度下的分布形状不同，则不得不按每一图案密度规定CF(F)，而在解析方面不方便。
因此，设为对于任意的F，即便图案密度进行变化也获得相似形的分布形状的函数CF(F)。也就是说，规定使函数CF(F)满足下式(6)的关系。下式(6)中的a是图案密度，A是常数。
CF(aF)/CF(F)＝A…(6)
只要是相似形的函数，则即便CF(F)全部的强度不成比例，分布形状也不变化。对于强度而言，可以利用上述参数c0、c1的组合进行调整。因而，不需要按每一图案密度规定CF(F)，只对1个σ规定1个CF(F)就可以，因此能够使解析变得简单。
下面，参照图20来确定上述参数c0、c1、σi的最佳组合。在此，参数c0、c1的单位为[μC/cm2]，参数σ的单位为[mm]。如图20所示，对于照射区域，通过假定c0大小的阶梯形状的带电量分布CE(E)，对该带电量分布CE(E)和预先计算出的响应函数r(x)进行卷积积分，来计算位置偏移量 po(x)(步骤S200)。
另外，对于非照射区域，假定某α和雾电子扩散半径(下面称为雾半径(かぶり半径，fog radius))σ，计算CF(F)(步骤S202)。对多个雾半径σ求取该CF(F)。例如，雾半径σ假定为从1mm到24mm以1mm为间隔。而且，使用相对于雾半径σ1～σi的带电量分布CF(F)和响应函数r，求取位置偏移量p1(x)～pi(x)。
若合成了这些照射区域及非照射区域的位置偏移量p(x)，则如下式(7)那样来表达(步骤S204)。
p(x)＝c0×p0(x)+c1×pi(x)…(7)
然后，求取上式(7)最适合(拟合)实验结果的参数c0、c1、σ的组合。图21A至图21D、图22A至图22D以及图23A至图23D是表示对于抗蚀剂A、B、C的拟合结果的附图。图21A、图22A、图23A表示照射垫63的图案密度为25％时的拟合结果，图21B、图22B、图23B表示照射垫63的图案密度为50％时的拟合结果。另外，图21C、图22C、图23C表示照射垫63的图案密度为75％时的拟合结果，图21D、图22D、图23D表示照射垫63的图案密度为100％时的拟合结果。
通过使用图21A至图23D所示的结果，与上述比较例相比，能够以高准确度求取到位置偏移量分布。
图24A至图24C是表示对于抗蚀剂A、B、C通过拟合求出的参数c0、c1、σ最佳组合的附图。
另外，如图24A至图24C所示，得知即便在使用相同种类的抗蚀剂时，若图案密度不同，则最适合的雾半径σ不同。在物理上，最好雾半径σ不依赖于图案密度进行变化。另外，虽然对于抗蚀剂A获得了良好的拟合结果，但是对于抗蚀剂B、C却得不到如抗蚀剂A那么良好的拟合结果。根据本发明人的研究，可以考虑到这些结果是因将照射部的带电简单假定成CE(E)＝c0而引起的。
因此，本发明人校正了上述模型，以便对于照射区域的带电量分布也描述雾电子的影响。利用该模型，如下式(8)那样表现出照射区域内的带电量分布。但是，非照射部的带电量分布和上述模型相同。
C(E，F)＝CE(E)+CFe(F)＝c0-c1×Fα…(8)
图25A及图25B表示对于校正了的模型求出的参数c0、c1、σ的组合。图25A及图25B表示出，对于抗蚀剂B、C的参数c0、c1、σ的组合。如图25A及图25B所示，校正了的模型其雾半径σ仍然具有图案密度依赖性。再者，通过拟合求出的c1虽然必须在上式(4)的曲线之上，但是可知并没有在该曲线之上。
因此，本发明人构建了解决该问题的新的广义模型。
首先，用下式(9)的那种多项式函数来表现非照射区域的带电量分布CF(F)和雾电子量强度F之间的关系。在下式(9)中，f1、f2、f3是常数。
CF(F)＝f1×F+f2×F2+f3×F3…(9)
接着，使用图24A至图25B所示的参数群，对于各图案密度计算y＝0的带电量分布C(x，0)。图26表示计算出的带电量分布C(x，y)。使用图24A至图25B所示的参数群的原因为，虽然最佳的雾半径σ依赖于图案密度进行变化，但是各图案密度下的分布形状是正确的。
还有，由于不限定为y＝0，在2维上计算带电量分布C(x，0)，因而可以使下面进行的拟合准确度得到提高。
然后，求取图26所示的非照射区域的带电量分布C(x，0)和上式(9)的CF(F)最适合的最佳雾半径σ。在如图27A所示雾半径σ过小时，或如图27C所示雾半径σ过大时，得不到良好的拟合结果。也就是说，因为若雾半径σ过小或者过大，则各图案密度的数据相互偏离，所以无法求取上述参数f1、f2、f3。对此，只要如图27B所示求出了最佳的雾半径σ，就可以获得良好的拟合结果，求取上述参数f1、f2、f3。
接着，使用上述求出的最佳雾半径σ，来求取照射区域的雾电子量分布F。然后，使用照射量分布E和在上式(9)中求出的雾电子量分布F，由下式(10)那样的多项式函数来表现照射区域的带电量分布C(E，F)。在下式(10)中，考虑了由雾电子提供的带电量分布CFe(F)。
C(E，F)＝CE(E)+CFe(F)
＝(d0+d1×ρ+d2×D+d3×E)+(e1×F+e2×F2+e3×F3)…(10)
然后，求取图26所示的照射区域带电量分布C(x，0)和上式(10)的带电量分布C(E，F)最适合的参数d0、d1、d2、d3、e1、e2、e3。这里，图28表示拟合结果。
图29表示通过这些照射区域及非照射区域的带电量分布拟合求出的参数d0、d1、d2、d3、e1、e2、e3、f1、f2、f3、σ的最佳组合。在此，参数d0、d1的单位是[nC/cm2]。参数d2、d3、e1、f1的单位是[(nC/cm2)/(μC/cm2)]或者[1/1000]或者[‰]。参数e2、f2的单位是[(nC/cm2)/(μC/cm2)2]。参数e3、f3的单位是[(nC/cm2)/(μC/cm2)3]。如图29所示，最佳的雾半径σ按照抗蚀剂的种类，从8mm～16mm的范围进行选择。就该广义模型而言，和上述使用相似形的函数的模型不同，即便图案密度进行变化，最佳的雾半径σ也不改变。还有，如图29所示，有关相同种类的抗蚀剂A，得知不依赖于图案密度ρ而固定了剂量D时最佳的雾半径σ(＝13mm)和根据图案密度ρ按照后方散射电子的接近效果校正式(1)使剂量D产生了变化时最佳的雾半径σ(＝8mm)不同。
还有，因为若抗蚀剂的膜厚不同，则最佳的雾半径σ不同，所以也可以将膜厚不同的抗蚀剂作为别的抗蚀剂，按照上述方法分别求取最佳的雾半径σ。
利用按上述方法求出的带电量分布C(x，y)，在图3A及图3B所示的步骤S110中，计算位置偏移量分布p(x，y)。图30A至图30C是表示对于抗蚀剂A、B、C，由根据本实施方式的广义模型求出的位置偏移量分布和实验数据之间的拟合结果的附图。附图中，用实线表示由广义模型求出的位置偏移量分布，用虚线表示实验数据。另外，在图30A至图30C中，和图14A至图14C相同，概略表示出照射区域和非照射区域的边界附近的位置偏移和非照射区域外周的位置偏移。对于各抗蚀剂A、B、C，求出的位置偏移量分布和实验数据大致一致。如图30A至图30C所示，通过使用本发明人建立的广义模型来求取位置偏移量分布，就可以以高准确度计算位置偏移量分布。
然后，通过利用该位置偏移量分布，如图5所示进行栅格匹配，来校正因带电效应导致的射束位置偏移。图31是表示栅格匹配前后的射束照射位置偏移量的附图。如在图31中用斜线所示，在栅格匹配后残留的射束照射位置偏移量被减低到和使用带电防止膜时相等的水平。
另外，如同抗蚀剂A、D那样，对于某一种类的抗蚀剂而言，可知通过设为照射部的带电量分布之中雾电子的贡献CFe(F)＝0，来获得良好的 拟合结果。这也是根据图29所示的对于抗蚀剂A、D的参数e1＝e2＝e3＝0而得知的。针对这种类型的抗蚀剂A、D，本发明人构建的广义模型也能够适应。
另外，因照射电子束而抗蚀剂仅仅瞬间具有导电性的EBIC(电子束诱发导电性，electron beam induced conductivity)这样的物理效应，已为众所周知。上述广义模型也可以适应该EBIC。也就是说，因为EBIC是只要不照射电子束就不发生的现象，所以直到照射电子束为止作为非照射区域而蓄积电荷。该蓄积的电荷因电子束的照射而进入基底内。因此，由雾电子而产生的CFe(F)被暂时复位，从零开始蓄积。再者，存在照射了一次电子束时导电性稍稍残存的情况。这种情况下，与照射电子束之前相比，照射电子束之后雾电子的带电量变得较少。采用上述广义模型，通过从描述非照射区域的参数f1、f2、f3，转移为描述照射区域的参数e1、e2、e3，就可以适应该带电量的减少。
还有，本发明并不限定为上述实施方式，可以在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种变通，加以实施。例如，在上述实施方式中虽然使用了电子束，但是本发明并不限于此，在使用离子束等其他的带电粒子束时也可以使用。

Claims (20)

1.一种带电粒子束描绘方法，使带电粒子束偏转，在载物台上的试样上描绘图案，其特征在于，包括：
利用照射在试样上的带电粒子束的照射量分布、以及雾电子量分布，计算带电粒子束的照射区域的带电量分布和非照射区域的带电量分布的工序；
根据上述照射区域及非照射区域的带电量分布，计算上述试样上的上述带电粒子束的位置偏移量的分布的工序；以及
根据上述位置偏移量的分布使上述带电粒子束偏转，在上述试样上描绘图案的工序。
2.如权利要求1所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，还包括：
根据上述照射量分布、以及上述试样的从被照射了带电粒子束的照射区域向非照射区域扩散的雾电子的扩散分布，计算上述雾电子量分布的工序。
3.如权利要求2所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
通过对上述照射量分布和描述雾电子的扩散分布的函数进行卷积积分，来计算上述雾电子量分布。
4.如权利要求1所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，还包括：
根据上述试样的每个规定区域的图案密度分布，计算剂量分布的工序；以及
根据上述图案密度分布和上述剂量分布，计算上述照射量分布的工序。
5.如权利要求4所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
使用后方散射电子的接近效果校正式计算上述剂量分布。
6.如权利要求1至5任一项所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
使用由下式(a)表达的函数CF(F)计算上述非照射区域的带电量分布：
CF(F)＝-c1×Fα…(a)
在上式(a)中，F是雾电子量分布，c1是常数，指数α为常数且0＜α＜1；
使用由下式(b)表达的函数CE(F)计算上述照射区域的带电量分布：
CE(F)＝c0-c1×Fα…(b)
在上式(b)中，F是雾电子量分布，c0、c1是常数，并且0＜α＜1。
7.如权利要求6所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
在上式(a)及(b)中，0.3≤α≤0.4。
8.如权利要求1至5任一项所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
使用由下式(a)表达的函数CF(F)计算上述非照射区域的带电量分布：
CF(F)＝-c1×Fα…(a)
在上式(a)中，F是雾电子量分布，c1是常数，指数α为常数且0＜α＜1。
9.如权利要求8所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
在上式(a)中，0.3≤α≤0.4。
10.如权利要求1至5任一项所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
使用由下式(b)表达的函数CE(F)计算上述照射区域的带电量分布：
CE(F)＝c0-c1×Fα…(b)
在上式(b)中，F是雾电子量分布，c0、c1是常数，指数α为常数且0＜α＜1。
11.如权利要求10所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
在上式(b)中，0.3≤α≤0.4。
12.如权利要求1至5任一项所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
使用图案密度分布、剂量分布、照射量分布及雾电子量分布的多项式函数，计算上述照射区域的带电量分布；
使用雾电子量分布的多项式函数，计算上述非照射区域的带电量分布。
13.如权利要求1至5任一项所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
使用由下式(c)表达的多项式函数计算上述照射区域的带电量分布：
C(E，F)＝(d0+d1×ρ+d2×D+d3×E)+(e1×F+e2×F2+e3×F3)…(c)
在上式(c)中，ρ是图案密度分布，D是剂量分布，E是照射量分布，F是雾电子量分布，d0、d1、d2、d3、e1、e2、e3是常数。
14.如权利要求1至5任一项所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
使用由下式(d)表达的多项式函数计算上述非照射部区域的带电量分布：
CF(F)＝f1×F+f2×F2+f3×F3…(d)
在上式(d)中，F是雾电子量分布，f1、f2、f3是常数。
15.如权利要求1至5任一项所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
使用由下式(c)表达的多项式函数计算上述照射区域的带电量分布：
C(E，F)＝(d0+d1×ρ+d2×D+d3×E)+(e1×F+e2×F2+e3×F3)…(c)
在上式(c)中，ρ是图案密度分布，D是剂量分布，E是照射量分布，F是雾电子量分布，d0、d1、d2、d3、e1、e2、e3是常数；
使用由下式(d)表达的多项式函数计算上述非照射部区域的带电量分布：
CF(F)＝f1×F+f2×F2+f3×F3…(d)
在上式(d)中，F是雾电子量分布，f1、f2、f3是常数。
16.一种带电粒子束描绘装置，由偏转器使带电粒子束偏转，在载物台上的试样上描绘图案，其特征在于，具备：
位置偏移量分布计算构件，根据上述试样的被照射了带电粒子束的照射区域的带电量分布、以及不被照射带电粒子束的非照射区域的带电量分布，计算上述试样上的带电粒子束的位置偏移量的分布；以及
偏转器控制构件，根据上述位置偏移量的分布，控制上述偏转器。
17.如权利要求16所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，还具备：
带电量分布计算构件，利用照射在上述试样上的带电粒子束的照射量分布、以及雾电子量分布，来计算上述照射区域及非照射区域的带电量分布。
18.如权利要求17所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，还具备：
雾电子量分布计算构件，根据上述照射量分布和从上述照射区域向上述非照射区域扩散的雾电子的扩散分布，计算上述雾电子量分布。
19.如权利要求18所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，还具备：
照射量分布计算构件，根据上述试样的每个规定区域的图案密度分布及剂量分布，计算上述照射量分布。
20.如权利要求19所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，还具备：
剂量分布计算构件，根据上述图案密度分布，计算上述剂量分布。
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