JP2013243285A - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 Download PDF

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Abstract

【課題】補正計算速度が描画速度に遅れないようにしながらレジストヒーティングによるパターンの寸法変動を抑制する描画装置を提供する。
【解決手段】描画装置１００は、ＴＦ（アンダーサブフィールド）の平均描画時間と、ＴＦよりも前に描画される他の複数のＴＦ１つあたりからの伝熱により生じる温度上昇量を計算するための平均計算時間と、計算機の並列度とを用いて、描画対象となるすべてのＴＦの温度上昇量を計算するための計算時間が、すべてのＴＦの描画時間を超えないようにするための温度上昇量を計算する際に用いるＴＦよりも前に描画される他の複数のＴＦの個数を演算する個数演算部と、ＴＦ毎にかかる個数の他の複数のＴＦからの伝熱に基づく、ＴＦの代表温度を算出する代表温度算出部と、ＴＦに照射される照射量を入力し、ＴＦの代表温度を用いてＴＦに照射される照射量を変調する照射量変調部と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に係り、例えば、レジストヒーティング補正を行う装置および方法に関する。
半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。
図９は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線描画装置は、以下のように動作する。第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式（ＶＳＢ方式）という。
光リソグラフィ技術の進展や、ＥＵＶによる短波長化に伴い、マスク描画に必要な電子ビームのショット数は加速的に増加している。一方で、微細化に必要な線幅精度を確保するために、レジストを低感度化し、照射量を上げることでショットノイズやパターンのエッジラフネスの低減を図っている。このように、ショット数と照射量が際限なく増え続けているため、描画時間も際限なく増加していく。そのため、電流密度を上げることで描画時間の短縮を図ることが検討されている。
しかしながら、増加した照射エネルギー量を、より高密度な電子ビームで短時間に照射しようとすると、基板温度が過熱してレジスト感度が変化し、線幅精度が悪化する、レジストヒーティングと呼ばれる現象が生じてしまうといった問題があった。そこで、発明者等は、かかる問題を解決すべく、偏向領域のうちの最小偏向領域毎に、当該最小偏向領域よりも前に描画される他の最小偏向領域からの伝熱に基づく、当該最小偏向領域の代表温度を算出し、代表温度を用いて照射量を変調する手法について過去に特許出願している（特許文献１参照）。かかる手法により、ショット単位ではなく、最小偏向領域単位で補正することで、より高速に補正演算を行ってレジストヒーティングによるパターンの寸法変動を抑制していた。しかしながら、発明者等が鋭意検討した結果、かかる手法を用いた場合でも、補正計算速度が描画速度に追いつかず、描画処理をリアルタイムでスムーズに行うことが困難な場合があることを見出した。
特開２０１２−０６９６７５号公報
上述したように、特許文献１の手法を用いた場合でも、補正計算速度が描画速度に追いつかない場合があり、描画処理をリアルタイムでスムーズに行うことが困難な場合があるといった問題があった。例えば、補正計算速度と描画速度との間には、数１０〜１００倍程度の開きが存在する場合がある。
そこで、本発明は、かかる問題を克服し、補正計算速度が描画速度に遅れないようにしながらレジストヒーティングによるパターンの寸法変動を抑制する描画が可能な装置および方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
荷電粒子ビームのドーズ量と荷電粒子ビームの電流密度と荷電粒子ビームのショット間のセトリングタイムとを用いて求められる、レジストヒーティングによるパターン寸法変動を補正するための補正区画領域の平均描画時間と、当該補正区画領域よりも前に描画される他の複数の補正区画領域１つあたりからの伝熱により生じる当該補正区画領域の温度上昇量を計算するための平均計算時間と、温度上昇量を計算するための計算機の並列度と、を用いて、描画対象となるすべての補正区画領域についての温度上昇量を計算するための計算時間が、すべての補正区画領域を描画するための描画時間を超えないようにするための、温度上昇量を計算する際に用いる当該補正区画領域よりも前に描画される他の複数の補正区画領域の個数を演算する個数演算部と、
補正区画領域毎に、当該補正区画領域よりも前に描画される個数の他の複数の補正区画領域からの伝熱に基づく、当該補正区画領域の代表温度を算出する代表温度算出部と、
補正区画領域毎に、当該補正区画領域に照射される照射量を入力し、当該補正区画領域の代表温度を用いて当該補正区画領域に照射される照射量を変調する照射量変調部と、
変調された照射量の荷電粒子ビームで当該補正区画領域内にパターンを描画する描画部と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
荷電粒子ビームのドーズ量と荷電粒子ビームの電流密度と荷電粒子ビームのショット間のセトリングタイムとを用いて求められる、レジストヒーティングによるパターン寸法変動を補正するための補正区画領域の平均描画時間と、当該補正区画領域よりも前に描画される他の複数の補正区画領域１つあたりからの伝熱により生じる当該補正区画領域の温度上昇量を計算するための平均計算時間と、温度上昇量を計算するための計算機の並列度と、を用いて、描画対象となるすべての補正区画領域についての温度上昇量を計算するための計算時間が、すべての補正区画領域を描画するための描画時間を超えないようにするための、前記温度上昇量を計算する際に用いる当該補正区画領域よりも前に描画される他の複数の補正区画領域の個数を演算する工程と、
補正区画領域毎に、当該補正区画領域よりも前に描画される個数の他の複数の補正区画領域からの伝熱に基づく、当該補正区画領域の代表温度を算出する工程と、
補正区画領域毎に、当該補正区画領域に照射される照射量を入力し、当該補正区画領域の代表温度を用いて当該補正区画領域に照射される照射量を変調する工程と、
変調された照射量の荷電粒子ビームで当該補正区画領域内にパターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、補正計算速度が描画速度に遅れないようにしながらレジストヒーティングによるパターンの寸法変動を抑制できる。よって、リアルタイムでスムーズにより精度の高い寸法でパターンを描画できる。
実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１における各領域を説明するための概念図である。 実施の形態１の比較例となるアンダーサブフィールド（ＴＦ）数に対する補正計算時間と描画時間とを比較したグラフである。 実施の形態１における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１におけるＳＦ内のＴＦ描画スケジュールと各ＴＦの総電荷量を示す概念図である。 実施の形態１におけるストライプ領域内のＳＦの描画順序の一例を示す概念図である。 実施の形態１におけるＳＦ内のＴＦの描画順序の一例を示す概念図である。 実施の形態１における注目するＴＦよりも前に描画される個数ｎ個の他の複数のＴＦの一例を示す図である。 可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。また、荷電粒子ビーム装置の一例として、可変成形型の描画装置について説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。図１において、描画装置１００は、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。特に、可変成形型（ＶＳＢ型）の描画装置の一例である。描画部１５０は、電子鏡筒１０２と描画室１０３を備えている。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランキング偏向器（ブランカー）２１２、ブランキングアパーチャ２１４、第１の成形アパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２の成形アパーチャ２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、及び副副偏向器２１６が配置されている。描画室１０３内には、少なくともＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、レジストが塗布された描画対象となる試料１０１（基板）が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造するための露光用のマスクやシリコンウェハ等が含まれる。マスクにはマスクブランクスが含まれる。
制御部１６０は、制御計算機ユニット１１０、偏向制御回路１２０、ＤＡＣ（デジタル・アナログコンバータ）アンプユニット１３０，１３２，１３４，１３６（偏向アンプ）、及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０を有している。制御計算機ユニット１１０、偏向制御回路１２０、及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０は、図示しないバスを介して互いに接続されている。偏向制御回路１２０にはＤＡＣアンプユニット１３０，１３２，１３４，１３６が接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３０は、ブランキング偏向器２１２に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３２は、副偏向器２０９に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３４は、主偏向器２０８に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３６は、副副偏向器２１６に接続されている。
また、制御計算機ユニット１１０内には、ショット分割部５０、ショット割振り部５２、平均描画時間計算部５４、打切指標演算部５５、描画順序設定部５６、総電荷量計算部５８、熱拡散計算部６０、代表温度計算部６２、照射量マップ作成部６４、照射量変調部６６、照射時間計算部６８、描画処理部７０、及びメモリ７２が配置される。ショット分割部５０、ショット割振り部５２、平均描画時間計算部５４、打切指標演算部５５、描画順序設定部５６、総電荷量計算部５８、熱拡散計算部６０、代表温度計算部６２、照射量マップ作成部６４、照射量変調部６６、照射時間計算部６８、描画処理部７０、及びメモリ７２といった各機能は、プログラムといったソフトウェアで構成されても良い。或いは、電子回路等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、これらの組み合わせであってもよい。制御計算機ユニット１１０内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ７２に記憶される。また、ショット分割部５０、ショット割振り部５２、平均描画時間計算部５４、打切指標演算部５５、描画順序設定部５６、総電荷量計算部５８、熱拡散計算部６０、代表温度計算部６２、照射量マップ作成部６４、照射量変調部６６、照射時間計算部６８、及び描画処理部７０の少なくとも１つがソフトウェアで構成される場合には、ＣＰＵ或いはＧＰＵといった計算器が配置される。特に、熱拡散計算部６０、及び代表温度計算部６２といった計算量の多い機能のためには、複数のＣＰＵ或いは複数のＧＰＵといった計算器が配置される。
描画データが外部から入力され、記憶装置１４０に格納されている。
ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。
図２は、実施の形態１における各領域を説明するための概念図である。図２において、試料１０１の描画領域１０は、主偏向器２０８の偏向可能幅で、例えばｙ方向に向かって短冊状に複数のストライプ領域２０に仮想分割される。また、各ストライプ領域２０は、副偏向器２０９の偏向可能サイズで、メッシュ状に複数のサブフィールド（ＳＦ）３０（小領域）に仮想分割される。そして、各ＳＦ３０は、副副偏向器２１６の偏向可能サイズで、メッシュ状に複数のアンダーサブフィールド（ＵＳＦ：ここでは第３の偏向領域を意味するＴｅｒｔｉａｒｙ Ｆｉｒｌｄの略語を用いて「ＴＦ」とする。以下、同じ）４０（小領域）に仮想分割される。そして、各ＴＦ４０の各ショット位置４２にショット図形が描画される。各ＳＦ内のＴＦ分割数は、ＴＦの熱拡散計算によって描画動作が律速しない程度の数が望ましい。例えば、縦横１０個以下が望ましい。より好適には、縦横５個以下が望ましい。
偏向制御回路１２０からＤＡＣアンプユニット１３０に対して、ブランキング制御用のデジタル信号が出力される。そして、ＤＡＣアンプユニット１３０では、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、ブランキング偏向器２１２に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのビームが形成される。
偏向制御回路１２０からＤＡＣアンプユニット１３４に対して、主偏向制御用のデジタル信号が出力される。そして、ＤＡＣアンプユニット１３４では、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、主偏向器２０８に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのビームがメッシュ状に仮想分割された所定のサブフィールド（ＳＦ）の基準位置に偏向される。
偏向制御回路１２０からＤＡＣアンプユニット１３２に対して、副偏向制御用のデジタル信号が出力される。そして、ＤＡＣアンプユニット１３２では、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、副偏向器２０９に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのビームがメッシュ状に仮想分割された所定のサブフィールド（ＳＦ）内にさらにメッシュ状に仮想分割された最小偏向領域となるアンダーサブフィールド（ＴＦ）の基準位置に偏向される。
偏向制御回路１２０からＤＡＣアンプユニット１３６に対して、副副偏向制御用のデジタル信号が出力される。そして、ＤＡＣアンプユニット１３６では、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、副副偏向器２１６に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのビームがメッシュ状に仮想分割された所定のサブフィールド（ＳＦ）内にさらにメッシュ状に仮想分割された最小偏向領域となるアンダーサブフィールド（ＴＦ）内の各ショット位置に偏向される。
描画装置１００では、複数段の偏向器を用いて、ストライプ領域２０毎に描画処理を進めていく。ここでは、一例として、主偏向器２０８、副偏向器２０９、及び副副偏向器２１６といった３段偏向器が用いられる。ＸＹステージ１０５が例えば−ｘ方向に向かって連続移動しながら、１番目のストライプ領域２０についてｘ方向に向かって描画を進めていく。そして、１番目のストライプ領域２０の描画終了後、同様に、或いは逆方向に向かって２番目のストライプ領域２０の描画を進めていく。以降、同様に、３番目以降のストライプ領域２０の描画を進めていく。そして、主偏向器２０８（第１の偏向器）が、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、ＳＦ３０の基準位置Ａに電子ビーム２００を順に偏向する。また、副偏向器２０９（第２の偏向器）が、各ＳＦ３０の基準位置Ａから、ＴＦ４０の基準位置Ｂに電子ビーム２００を順に偏向する。そして、副副偏向器２１６（第３の偏向器）が、各ＴＦ４０の基準位置Ｂから、当該ＴＦ４０内に照射されるビームのショット位置４２に電子ビーム２００を偏向する。このように、主偏向器２０８、副偏向器２０９、及び副副偏向器２１６は、サイズの異なる偏向領域をもつ。そして、ＴＦ４０は、かかる複数段の偏向器の偏向領域のうち、最小偏向領域となる。
図３は、実施の形態１の比較例となるアンダーサブフィールド（ＴＦ）数に対する補正計算時間と描画時間とを比較したグラフである。例えば、ＳＦ約５列分のＴＦ＝１０４個分の計算を想定する。１６台のＣＰＵを使って、上述した特許文献１記載の補正計算を実行した場合、描画速度（例えば５００Ｇショット／パス）よりも１０００倍程度遅くなってしまう。また、１台のＧＰＵを使って、上述した特許文献１記載の補正計算を実行した場合、描画速度（例えば５００Ｇショット／パス）よりも１００倍程度遅くなってしまう。ＴＦ＝１０３個分の計算を想定し、１台のＧＰＵを使って、上述した特許文献１記載の補正計算を実行した場合、描画速度（例えば５００Ｇショット／パス）よりも１０倍程度遅くなってしまう。よって、このままでは、描画処理が補正計算待ちとなり、スムーズな描画処理が困難になってしまう。そこで、実施の形態１では、計算速度（リソース）に見合った計算ボリュームにすることでかかる遅れを解消させる。
また、以下、補正区画領域として、上述した複数段の偏向器によってそれぞれ偏向されるサイズの異なる偏向領域のうちの最小偏向領域であるＴＦ４０を用いて説明する。しかしながら、補正区画領域は、ＴＦに限るものではなく、ＳＦ３０であっても構わない。或いは、ＴＦ４０でもＳＦ３０でもない独立した領域を補正区画領域としてもよい。独立した領域のサイズは、ＳＦ３０よりも小さいサイズが好適である。
図４は、実施の形態１における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。図４において、実施の形態１における描画方法は、ショット分割工程（Ｓ１０２）と、照射量マップ作成工程（Ｓ１０４）と、ショット割振り工程（Ｓ１０６）と、描画順序設定工程（Ｓ１１０）と、総電荷量計算工程（Ｓ１１２）と、平均描画時間計算工程（Ｓ１１４）と、打切指標演算工程（Ｓ１１６）と、熱拡散計算工程（Ｓ１２０）と、代表温度計算工程（Ｓ１２２）と、照射量変調工程（Ｓ１２４）と、描画工程（Ｓ１２６）といった一連の工程を実施する。
ショット分割工程（Ｓ１０２）として、ショット分割部５０は、記憶装置１４０から描画データを入力して、複数段のデータ変換処理を行って、パターン図形を各ショットのショット図形に分割し、描画装置固有のフォーマットとなるショットデータを生成する。
照射量マップ作成工程（Ｓ１０４）として、照射量マップ作成部６４は、所定のサイズのメッシュ領域毎に、必要な照射量を算出する。そして、描画領域全面、或いはストライプ領域毎について照射量マップを作成する。例えば、近接効果を補正する場合には、近接効果メッシュ領域毎に必要な照射量を算出すると好適である。近接効果メッシュ領域のサイズは、近接効果の影響範囲の１／１０程度のサイズが好適である。例えば、１μｍ程度が好適である。照射量マップ作成工程（Ｓ１０４）とショット分割工程（Ｓ１０２）とは並列に処理されると好適である。但し、これに限るものではなく、直列に実施されても構わない。かかる場合、順序はどちらが先でも構わない。
ショット割振り工程（Ｓ１０６）として、ショット割振り部５２は、ショット分割された各ショットデータを、当該ショット図形が配置されるＴＦ４０に割り振る。
描画順序設定工程（Ｓ１１０）として、描画順序設定部５６は、ＳＦ３０毎に、当該ＳＦ内の複数のＴＦの描画順序を設定する。
総電荷量計算工程（Ｓ１１２）として、総電荷量計算部５８は、最小偏向領域となるＴＦ４０毎に、当該ＴＦ４０内に照射される電子ビーム２００の総電荷量を算出する。総電荷量計算工程（Ｓ１１２）は、描画順序設定工程（Ｓ１１０）と、並列処理されると好適である。但し、これに限るものではなく、直列に実施されても構わない。かかる場合、順序はどちらが先でも構わない。総電荷量Ｑは、当該ＴＦ内に照射される各ショット図形の面積と照射量の積和で算出される。注目するＴＦ４０の位置をｉとする。そして、かかる注目ＴＦ４０内のｋ番目のショットの面積Ｓ（ｋ）とドーズ量Ｄ（ｋ）とを用いて、ＴＦ４０内の総電荷量Ｑ（ｉ）は、以下の式（１）で定義できる。Ｄ（ｋ）とＳ（ｋ）はショット分割工程と照射量Ｄマップ作成工程と補正区画毎ショット割振工程を通って演算されればよい。
Figure 2013243285
図５は、実施の形態１におけるＳＦ内のＴＦ描画スケジュールと各ＴＦの総電荷量を示す概念図である。図５において、一例として、ＳＦ内に配置される左下のＴＦからｘ方向１列目のＴＦ列をｙ方向に向かって順に描画し、ｘ方向１列目の描画が終了後、ｘ方向２列目のＴＦ列の各ＴＦについてｙ方向に向かって順に描画する。そして、ｘ方向３列目以降のＴＦ列の各ＴＦについても同様にｙ方向に向かって順に描画する。図５の例では、以上のような描画スケジュールで描画していく場合を示している。図５では、総電荷量Ｑを当該ＴＦの描画時間で割った平均電流を描画順序に沿って示している。
図６は、実施の形態１におけるストライプ領域内のＳＦの描画順序の一例を示す概念図である。図６において、各ストライプ領域内のＳＦは、各ストライプ領域に配置される複数のＳＦをｙ方向にまとめた各ＳＦ列について、下のＳＦからｙ方向に向かって順に描画するアップワード（ＵＷＤ）の描画順序と、上のＳＦから−ｙ方向に向かって順に描画するダウンワード（ＤＷＤ）の描画順序との２種類を用意可能である。
図７は、実施の形態１におけるＳＦ内のＴＦの描画順序の一例を示す概念図である。図７において、各ＳＦ内のＴＦは、左下のＴＦからｘ方向に向かって順にｙ方向１列目を描画し、ｙ方向２列目以降も左側端のＴＦからｘ方向に向かって順に描画する描画順序（０）と、左下のＴＦからｙ方向に向かって順にｘ方向１列目を描画し、ｘ方向２列目以降も下側端のＴＦからｙ方向に向かって順に描画する描画順序（１）と、左上のＴＦからｘ方向に向かって順に−ｙ方向１列目を描画し、−ｙ方向２列目以降も左側端のＴＦからｘ方向に向かって順に描画する描画順序（２）と、左上のＴＦから−ｙ方向に向かって順にｘ方向１列目を描画し、ｘ方向２列目以降も上側端のＴＦから−ｙ方向に向かって順に描画する描画順序（３）と、右下のＴＦから−ｘ方向に向かって順にｙ方向１列目を描画し、ｙ方向２列目以降も右側端のＴＦから−ｘ方向に向かって順に描画する描画順序（４）と、右下のＴＦからｙ方向に向かって順に−ｘ方向１列目を描画し、−ｘ方向２列目以降も下側端のＴＦからｙ方向に向かって順に描画する描画順序（５）と、右上のＴＦから−ｘ方向に向かって順に−ｙ方向１列目を描画し、−ｙ方向２列目以降も右側端のＴＦから−ｘ方向に向かって順に描画する描画順序（６）と、右上のＴＦから−ｙ方向に向かって順に−ｘ方向１列目を描画し、−ｘ方向２列目以降も上側端のＴＦから−ｙ方向に向かって順に描画する描画順序（７）と、を用意可能である。
図６，７の描画順序を組み合わせて、ＳＦ及びＴＦの描画順序が設定されればよい。例えば、熱拡散が生じにくい順序で設定するとより好適である。
平均描画時間計算工程（Ｓ１１４）として、平均描画時間計算部５４は、レジストヒーティングによるパターン寸法変動を補正するための補正区画領域の平均描画時間を計算する。ここでの補正区画領域は上述したように例えばここではＴＦ４０を用いる。まず、各ＴＦ４０の描画時間ａ（ｉ）を計算する。各ＴＦ４０の描画時間ａ（ｉ）は、各ＴＦ４０内のｋ番目のショットのドーズ量Ｄ（ｋ）と、電子ビーム２００の電流密度Ｊと、各ＴＦ４０内のｋ番目と（ｋ＋１）番目のショット間のセトリングタイムｓ（ｋ）とを用いて求められる。各ＴＦ４０の描画時間ａ（ｉ）は、以下の式（２）で定義できる。なお、電子ビーム２００の電流密度Ｊの情報は外部から入力、および設定されればよい。また、ｋ番目と（ｋ＋１）番目のショット間のセトリングタイムｓ（ｋ）は、外部より入力されたセトリング時間情報に基づいて、ｋ番目と（ｋ＋１）番目のショット間の距離に応じて適宜設定されればよい。
Figure 2013243285
そして、計算領域内の全描画時間ａ（ｉ）の和を全ＴＦ数Ｎで割ることで、レジストヒーティングによるパターン寸法変動を補正するための補正区画領域の平均描画時間ａを計算する。計算領域は、例えば、ストライプ領域２０、ＳＦ３０、或いは複数のＳＦ３０から構成されるＳＦ群等が好適である。補正区画領域（ここではＴＦ４０）の平均描画時間ａは、以下の式（３）で示される。
Figure 2013243285
以上のように、ＴＦ４０の平均描画時間ａは、電子ビーム２００のドーズ量Ｄ（ｉ）と電子ビーム２００の電流密度Ｊと荷電粒子ビームのショット間のセトリングタイムｓ（ｉ）と計算領域内の全ＴＦ数Ｎとを用いて求められる。
打切指標演算工程（Ｓ１１６）として、打切指標演算部５５は、描画対象となるすべてのＴＦ４０（補正区画領域）についての温度上昇量を計算するための計算時間が、すべてのＴＦ４０を描画するための描画時間を超えないようにするための、温度上昇量を計算する際に用いる当該ＴＦ４０よりも前に描画される他の複数のＴＦ４０の個数ｎを演算する。打切指標演算部５５は、個数演算部の一例である。他の複数のＴＦ４０の個数ｎは、ＴＦ４０の平均描画時間ａと、当該ＴＦ４０よりも前に描画される他の複数のＴＦ４０の１つあたりからの伝熱により生じる当該ＴＦ４０の温度上昇量を計算するための平均計算時間ｂと、温度上昇量を計算するための計算機の並列度ｍと、を用いて、演算される。具体的には、平均描画時間ａと、平均計算時間ｂと、計算機の並列度ｍと、描画対象となるすべてのＴＦ４０の数Ｎを用いて、以下の式（４）を満たすように、他の複数のＴＦ４０の個数ｎを算出する。計算機の並列度ｍの情報と、平均計算時間ｂの情報（２補正区画間熱拡散計算速度情報）は、外部より入力され、設定されればよい。
Figure 2013243285
例えば、Ｎ＞＞１である場合には、式（４）の代わりに、以下の式（５）を満たすように、他の複数のＴＦ４０の個数ｎを算出してもよい。
Figure 2013243285
熱拡散計算工程（Ｓ１２０）として、熱拡散計算部６０は、ＴＦ４０毎に、当該ＴＦ４０よりも前に描画される他のＴＦ４０からの伝熱により生じる温度上昇量δＴｉｊを算出する。熱拡散計算部６０は、温度上昇量算出部の一例である。温度上昇量δＴｉｊは、ｉ番目のＴＦｉが、他のｊ番目のＴＦｊからの伝熱により生じる温度上昇量を示している。温度上昇量δＴｉｊは、他のＴＦが時刻ｔｊに描画された後に、時刻ｔｉに当該ＴＦが描画されるまでの経過時間（ｔｉ−ｔｊ）に依存する。温度上昇量δＴｉｊは、ＴＦｊの総電荷量Ｑｊに依存したＴＦｊ単独による温度上昇Ａ（Ｑｊ）、熱拡散係数Ｋ、グルンレンジ（Ｇｒｕｎ Ｒａｎｇｅ）Ｒｇ、ＴＦｉの座標（Ｘｉ，Ｙｉ）、ＴＦｊの座標（Ｘｊ，Ｙｊ）、ＴＦｉの描画時刻ｔｉ、およびＴＦｊの描画時刻ｔｊを用いて、次の式（６）で定義できる。かかる式（６）では、一例として、Ｚ（深さ）方向直方体近似で、ＴＦ照射中拡散無視近似の場合を示している。
Figure 2013243285
熱拡散計算部６０は、ＳＦ３０内の各ＴＦ４０について、当該ＴＦ４０よりも前に描画される他のすべてのＴＦ４０のうち、当該ＴＦ４０から打切指標演算工程（Ｓ１１６）で求めた個数ｎ個まで遡った他の複数のＴＦ４０から受ける各温度上昇量δＴｉｊを算出する。
当該ＴＦ４０よりも前に描画される他のすべてのＴＦ４０から受ける各温度上昇量δＴｉｊを算出すると、上述したように計算時間ｂが描画時間を大きく超えてしまうため、実施の形態１では、かかる対象となるＴＦ４０よりも前に描画される他のＴＦ４０の個数ｎを制限することで、計算ボリュームを減らし、補正計算速度が描画速度を超えないようにする。
代表温度計算工程（Ｓ１２２）として、代表温度計算部６２は、ＴＦ４０毎に、当該ＴＦ４０よりも前に描画される個数ｎの他の複数のＴＦ４０からの伝熱に基づく、当該ＴＦ４０の代表温度Ｔｉを算出する。代表温度計算部６２は、代表温度算出部の一例である。代表温度計算部６２は、当該ＴＦよりも前に描画される個数ｎ個の他の複数のＴＦからの伝熱により生じる各温度上昇量δＴｉｊを累積加算することで、当該ＴＦの代表温度Ｔｉを求める。代表温度Ｔｉは、次の式（７）で定義される。
Figure 2013243285
図８は、実施の形態１における注目するＴＦよりも前に描画される個数ｎ個の他の複数のＴＦの一例を示す図である。図８に示すように、例えば、Ａで示す注目するＴＦ４０からｎ個（ここでは例えば５個）だけＴＦ４０を遡る場合に、途中に描画されるパターンが存在しないＮＵＬＬ領域がある場合には、ＮＵＬＬ領域を除いてさらにさかのぼるように計算対象ＴＦ４０を設定すると好適である。
照射量変調工程（Ｓ１２４）として、照射量変調部６６は、ＴＦ４０毎に、当該ＴＦｉ内で照射される各ショット用に求められた照射量Ｄ（第１の照射量）を入力し、当該ＴＦｉの代表温度Ｔｉを用いて当該ＴＦｉ内で照射される各ショット用の照射量Ｄ（第１の照射量）を変調する。変調後の照射量Ｄ’（第２の照射量）は、Ｄ’＝Ｄ・ｆ（Ｔｉ）で求めることができる。当該ＴＦｉ内のショットを描画する際には、すべて一律の変調率ｆ（Ｔｉ）値を用いる。
実施の形態１では、ＳＦ３０よりもさらに小さなＴＦ４０に分割することで、偏向範囲を小さくできるので、副副偏向器２１６用のＤＡＣアンプ１３６を高速化できる。そのため、各ＴＦ内の描画速度を熱拡散速度よりも速くすることができる。よって、ＴＦ照射中の熱拡散を無視した近似を行うことができる。その結果、レジストヒーティング補正が高精度にできる。
描画工程（Ｓ１２６）として、まず、照射時間計算部６８が、ショット毎に照射時間を算出する。照射時間は変調後の照射量Ｄ’（第２の照射量）を電流密度Ｊで割ることで求めることができる。そして、描画処理部７０は、各ショットを描画する際には、各ショットに対応する照射時間になるように偏向制御回路１２０を制御する。描画処理部７０は、偏向制御回路１２０等を介して描画部１５０を制御して、描画処理を開始する。描画部１５０は、ショット毎に得られた変調後の照射量Ｄ’（第２の照射量）の電子ビーム２００を用いて、試料１０１上に所望のパターンを描画する。具体的には、以下のように動作する。偏向制御回路１２０は、ショット毎の照射時間を制御するデジタル信号をＤＡＣアンプユニット１３０に出力する。そして、ＤＡＣアンプユニット１３０は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅した上で偏向電圧としてブランキング偏向器２１２に印加する。
電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、ブランキング偏向器２１２内を通過する際にブランキング偏向器２１２によって、ビームＯＮの状態では、ブランキングアパーチャ２１４を通過するように制御され、ビームＯＦＦの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ２１４で遮へいされるように偏向される。ビームＯＦＦの状態からビームＯＮとなり、その後ビームＯＦＦになるまでにブランキングアパーチャ２１４を通過した電子ビーム２００が１回の電子ビームのショットとなる。ブランキング偏向器２１２は、通過する電子ビーム２００の向きを制御して、ビームＯＮの状態とビームＯＦＦの状態とを交互に生成する。例えば、ビームＯＮの状態では電圧を印加せず、ビームＯＦＦの際にブランキング偏向器２１２に電圧を印加すればよい。かかる各ショットの照射時間で試料１０１に照射される電子ビーム２００のショットあたりの照射量が調整されることになる。
以上のようにブランキング偏向器２１２とブランキングアパーチャ２１４を通過することによって生成された各ショットの電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１の成形アパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１の成形アパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２の成形アパーチャ２０６上に投影される。偏向器２０５によって、かかる第２の成形アパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像は偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させる（可変成形を行なう）ことができる。かかる可変成形はショット毎に行なわれ、通常ショット毎に異なるビーム形状と寸法に成形される。そして、第２の成形アパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、主偏向器２０８、副偏向器２０９及び副副偏向器２１６によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ１０５に配置された試料１０１の所望する位置に照射される。以上のように、各偏向器によって、電子ビーム２００の複数のショットが順に基板となる試料１０１上へと偏向される。
以上のように、実施の形態１によれば、補正計算速度が描画速度に遅れないようにしながらレジストヒーティングによるパターンの寸法変動を抑制できる。よって、リアルタイムでスムーズにより精度の高い寸法でパターンを描画できる。
なお、描画速度が速いほど、すなわち平均描画時間ａが小さいほど、対象となるＴＦ４０よりも前に描画される他のＴＦ４０の個数ｎ（打切り数）は小さくなる。しかし、同じショット密度であれば、描画速度が速ければドーズ量は小さいので、その分、レジストヒーティングは低減されることになる。よって、個数ｎ（打切り数）が小さいことによる計算精度の劣化という弊害についても緩和できる。また、本来、かかる個数ｎ（打切り数）の判定は、ＴＦと他のＴＦとの間の空間的距離と時間差とに基づいて決められるべきである。しかし、描画の進行方向が例えば下から上へと向かう一方向で決まっている場合、時間的に過去のＴＦの方が、空間的にもより遠くなる。よって、単純にＴＦの個数で打ち切ることのデメリットは大きくない。
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述した例では、補正計算用の過去に描画したＴＦの個数ｎを制限することで、計算速度を高速化したが、これに限るものではない。例えば、補正計算用の過去に描画したＴＦの個数ｎを予め指定しておき、その上で式（４）を満たす計算機の並列度ｍを求めてもよい。かかる計算機の並列度ｍに合わせてリソースを設置してもよい。個数ｎ（打切り数）が小さいことによる計算精度の劣化は、ｎが大きくなるに従い、その誤差も小さくなり、ある個数で収束する。よって、例えば、かかる収束以降の個数ｎ（打切り数）を設定する場合には、逆に計算機の並列度ｍを求めると好適である。
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画装置及び方法は、本発明の範囲に包含される。
１０ 描画領域
２０ ストライプ領域
３０ ＳＦ
４０ ＴＦ
４２ ショット位置
５０ ショット分割部
５２ ショット割振り部
５４ 平均描画時間計算部
５５ 打切指標演算部
５６ 描画順序設定部
５８ 総電荷量計算部
６０ 熱拡散計算部
６２ 代表温度計算部
６４ 照射量マップ作成部
６６ 照射量変調部
６８ 照射時間計算部
７０描画処理部
７２ メモリ
１００ 描画装置
１０１ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１１０ 制御計算機ユニット
１２０ 偏向制御回路
１３０，１３２，１３４，１３６ ＤＡＣアンプユニット
１４０ 記憶装置
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 第１の成形アパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 偏向器
２０６ 第２の成形アパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ ブランキング偏向器
２１４ ブランキングアパーチャ
２１６副副偏向器
３３０ 電子線
３４０ 試料
４１０ 第１のアパーチャ
４１１ 開口
４２０ 第２のアパーチャ
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (5)

  1. 荷電粒子ビームのドーズ量と荷電粒子ビームの電流密度と荷電粒子ビームのショット間のセトリングタイムとを用いて求められる、レジストヒーティングによるパターン寸法変動を補正するための補正区画領域の平均描画時間と、当該補正区画領域よりも前に描画される他の複数の補正区画領域１つあたりからの伝熱により生じる当該補正区画領域の温度上昇量を計算するための平均計算時間と、前記温度上昇量を計算するための計算機の並列度と、を用いて、描画対象となるすべての補正区画領域についての前記温度上昇量を計算するための計算時間が、すべての補正区画領域を描画するための描画時間を超えないようにするための、前記温度上昇量を計算する際に用いる当該補正区画領域よりも前に描画される他の複数の補正区画領域の個数を演算する個数演算部と、
    前記補正区画領域毎に、当該補正区画領域よりも前に描画される前記個数の他の複数の補正区画領域からの伝熱に基づく、当該補正区画領域の代表温度を算出する代表温度算出部と、
    前記補正区画領域毎に、当該補正区画領域に照射される照射量を入力し、当該補正区画領域の代表温度を用いて当該補正区画領域に照射される照射量を変調する照射量変調部と、
    変調された照射量の荷電粒子ビームで当該補正区画領域内にパターンを描画する描画部と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記描画部は、荷電粒子ビームを偏向する複数段の偏向器を有し、
    前記補正区画領域は、前記複数段の偏向器によってそれぞれ偏向されるサイズの異なる偏向領域のうちの最小偏向領域であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  3. 前記平均描画時間ａと、前記平均計算時間ｂと、前記計算機の並列度ｍと、描画対象となるすべての補正区画領域の数Ｎを用いて、以下の式（４）を満たすように、前記他の複数の補正区画領域の個数ｎを算出することを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム描画装置。
    Figure 2013243285
  4. 前記補正区画領域毎に、当該補正区画領域よりも前に描画される前記個数の他の複数の補正区画領域からの伝熱により生じる温度上昇量を算出する温度上昇量算出部をさらに備え、
    前記代表温度算出部は、当該補正区画領域よりも前に描画される前記個数の他の複数の補正区画領域からの伝熱により生じる各温度上昇量を累積加算することで、当該補正区画領域の前記代表温度を求めることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  5. 荷電粒子ビームのドーズ量と荷電粒子ビームの電流密度と荷電粒子ビームのショット間のセトリングタイムとを用いて求められる、レジストヒーティングによるパターン寸法変動を補正するための補正区画領域の平均描画時間と、当該補正区画領域よりも前に描画される他の複数の補正区画領域１つあたりからの伝熱により生じる当該補正区画領域の温度上昇量を計算するための平均計算時間と、前記温度上昇量を計算するための計算機の並列度と、を用いて、描画対象となるすべての補正区画領域についての前記温度上昇量を計算するための計算時間が、すべての補正区画領域を描画するための描画時間を超えないようにするための、前記温度上昇量を計算する際に用いる当該補正区画領域よりも前に描画される他の複数の補正区画領域の個数を演算する工程と、
    前記補正区画領域毎に、当該補正区画領域よりも前に描画される前記個数の他の複数の補正区画領域からの伝熱に基づく、当該補正区画領域の代表温度を算出する工程と、
    前記補正区画領域毎に、当該補正区画領域に照射される照射量を入力し、当該補正区画領域の代表温度を用いて当該補正区画領域に照射される照射量を変調する工程と、
    変調された照射量の荷電粒子ビームで当該補正区画領域内にパターンを描画する工程と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
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