JP2017055109A - 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】計算量を最適化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化を抑制する荷電粒子ビーム描画装置を提供する。【解決手段】荷電粒子ビーム描画装置は、描画データ記憶部と、ショット分割部と、パターン属性情報に対応して伝熱の近似計算の際に計算上併合する補正区画領域を判定する指標を保存する指標記憶部と、描画スケジュールを作成する描画スケジュール作成部と、描画ショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱の近似計算方法を決定する近似計算方法決定部と、近似計算方法に基づき描画ショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱による温度上昇量を計算する熱拡散計算部と、温度上昇量に基づきショットの代表温度を求めるショット温度計算部と、代表温度に基づきショットデータにより描画されるショットの照射量を変調する照射量変調部と、変調された照射量と描画スケジュールとに基づき描画を行う描画部と、を備える。【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荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法に関する。
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11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、可変成形型荷電粒子ビーム描画装置の一例である。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(Extreme Ultra Violet:極端紫外線)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、基板温度が上昇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。
特許文献1には、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ため、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、を備えた描画装置が記載されている。
特開2013−243285号公報
本発明が解決しようとする課題は、計算量を最適化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化を抑制する荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法を提供することである。
実施形態の荷電粒子ビーム描画装置は、パターン属性情報が対応づけられた描画データを保存する描画データ記憶部と、描画データをパターン属性情報が対応づけられたショットデータに分割するショット分割部と、パターン属性情報に対応づけられ伝熱の近似計算の際に計算上併合する補正区画領域を判定する指標を保存する指標記憶部と、ショットデータに基づいて描画スケジュールを作成する描画スケジュール作成部と、描画スケジュールと、指標と、に基づいて、描画対象のショットデータにより描画されるショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱の近似計算方法を決定する近似計算方法決定部と、近似計算方法に基づいて、ショットデータにより描画されるショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱による温度上昇量を計算する熱拡散計算部と、温度上昇量に基づいて、ショットデータにより描画されるショットの代表温度を求めるショット温度計算部と、代表温度に基づいて、ショットデータにより描画されるショットの照射量を変調する照射量変調部と、変調された照射量と、描画スケジュールと、に基づいて描画を行う描画部と、を備える。
上記態様の荷電粒子ビーム描画装置において、指標は、伝熱の近似計算の際に併合しない補正区画領域数であることが好ましい。
上記態様の荷電粒子ビーム描画装置において、指標は、伝熱の近似計算の際に補正区画領域の併合を行なわない時間であることが好ましい。
上記態様の荷電粒子ビーム描画装置において、伝熱の近似計算の際に補正区画領域の併合の要否を判定する温度上昇量であることが好ましい。
実施形態の荷電粒子ビーム描画方法は、パターン属性情報が対応づけられた描画データをパターン属性情報が対応づけられたショットデータに分割し、ショットデータに基づいて描画スケジュールを作成し、描画スケジュールと、パターン属性情報に対応づけられ伝熱の近似計算の際に計算上併合する補正区画領域を判定する指標と、に基づいて、描画対象のショットデータにより描画されるショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱の近似計算方法を決定し、近似計算方法に基づいて、ショットデータにより描画されるショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱による温度上昇量を計算し、温度上昇量に基づいて、ショットデータにより描画されるショットの代表温度を計算し、代表温度に基づいて、ショットデータにより描画されるショットの照射量を変調し、変調された照射量と、描画スケジュールと、に基づいて描画を行う。
本発明によれば、計算量を最適化しながらレジストヒーティングによるパターンの寸法を抑制する荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法の提供が可能となる。
第1の実施形態における描画装置の構成を示す概念図。 第1の実施形態における各領域を説明するための概念図。 第1の実施形態における描画方法の要部工程を示すフローチャート図。 第1の実施形態におけるSF(サブフィールド:Sub Field)内のTF(Tertiary Firld)描画順序を示す概念図。 第1の実施形態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。 第1の実施形態におけるSF内のTFの描画順序の一例を示す概念図。 第1の実施形態におけるAI(Attribute Information)=1の場合の偏向領域の併合の概念図。 第1の実施形態におけるAI=2の場合の偏向領域の併合の概念図。 第3の実施形態における描画方法の要部工程を示すフローチャート図。 第3の実施形態における偏向領域の併合の概念図。 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。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
以下、実施形態では、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。
(第1の実施形態)
本実施形態の荷電粒子ビーム描画装置は、パターン属性情報が対応づけられた描画データを保存する描画データ記憶部と、描画データをパターン属性情報が対応づけられたショットデータに分割するショット分割部と、パターン属性情報に対応づけられ伝熱の近似計算の際に計算上併合する補正区画領域を判定する指標を保存する指標記憶部と、ショットデータに基づいて描画スケジュールを作成する描画スケジュール作成部と、描画スケジュールと、指標と、に基づいて、描画対象のショットデータにより描画されるショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱の近似計算方法を決定する近似計算方法決定部と、近似計算方法に基づいて、ショットデータにより描画されるショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱による温度上昇量を計算する熱拡散計算部と、温度上昇量に基づいて、ショットデータにより描画されるショットの代表温度を求めるショット温度計算部と、代表温度に基づいて、ショットデータにより描画されるショットの照射量を変調する照射量変調部と、変調された照射量と、描画スケジュールと、に基づいて描画を行う描画部と、を備える。
図1は、本実施形態における描画装置の構成を示す概念図である。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)、描画データ記憶部140、指標記憶部142を有している。描画データ記憶部140と、指標記憶部142は、磁気ディスク装置等の記憶装置で構成される。制御計算機ユニット110、偏向制御回路120、描画データ記憶部140および指標記憶部142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、第1補正区画毎ショット割振部52、第2補正区画毎ショット割振部54、描画スケジュール作成部56、補正区画描画順序設定部58、第1補正区画内総電荷量計算部60、第2補正区画内総電荷量計算部62、熱拡散計算部64、ショット温度計算部66、照射量変調部68、照射量マップ作成部70、第1補正区画内代表図形設定部72、第2補正区画内代表図形設定部74、近似計算方法決定部76、照射時間計算部78、温度上昇量判断部80、描画処理部90、及びメモリ92が配置される。ショット分割部50、第1補正区画毎ショット割振部52、第2補正区画毎ショット割振部54、描画スケジュール作成部56、補正区画描画順序設定部58、第1補正区画内総電荷量計算部60、第2補正区画内総電荷量計算部62、熱拡散計算部64、ショット温度計算部66、照射量変調部68、照射量マップ作成部70、第1補正区画内代表図形設定部72、第2補正区画内代表図形設定部74、近似計算方法決定部76、照射時間計算部78、温度上昇量判断部80、描画処理部90、及びメモリ92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92に記憶される。ショット分割部50、第1補正区画毎ショット割振部52、第2補正区画毎ショット割振部54、描画スケジュール作成部56、補正区画描画順序設定部58、第1補正区画内総電荷量計算部60、第2補正区画内総電荷量計算部62、熱拡散計算部64、ショット温度計算部66、照射量変調部68、照射量マップ作成部70、第1補正区画内代表図形設定部72、第2補正区画内代表図形設定部74、近似計算方法決定部76、照射時間計算部78、温度上昇量判断部80及び描画処理部90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(Central Processing Unit:中央処理装置)或いはGPU(Graphics Processing Unit)といった計算機が配置される。特に、熱拡散計算部64、及び代表温度計算部66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といった計算機が配置される。
描画データ記憶部140には、パターン属性情報が対応づけられた描画データが保存されている。
指標記憶部142には、パターン属性情報に対応づけられ伝熱の近似計算の際に計算上併合する偏向領域を判定する指標が保存されている。ここで偏向領域は、補正区画領域の一例である。
ここで、図1では、本実施形態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、本実施形態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:Under Sub Field、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。
以下、第1補正区画領域をTF40、第2補正区画領域をSF30として説明する。しかしながら、第1補正区画領域および第2補正区画領域は、それぞれTF40やSF30に限られるものではなく、TF40でもSF30でもない独立した領域を第1補正区画領域または第2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3は、本実施形態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。本実施形態における描画方法は、ショット分割工程(S102)と、照射量Dマップ作成工程(S104)と、第1補正区画毎ショット割振工程(S106)と、第1補正区画内総電荷量計算工程(S108)と、第1補正区画内代表図形設定工程(S110)と、第2補正区画毎ショット割振工程(S112)と、第2補正区画内総電荷量計算工程(S114)と、第2補正区画内代表図形設定工程(S116)と、描画順決定工程(S118)と、描画スケジュール作成工程(S120)と、近似計算方法決定工程(S122)と、熱拡散計算工程(S124)と、ショット温度計算工程(S126)と、照射量変調工程(S190)と、描画工程(S192)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、描画データ記憶部140からパターン属性情報が対応づけられた描画データを入力し、描画データをパターン属性情報が対応づけられたショットデータに分割する。
照射量Dマップ作成工程(S104)として、照射量マップ作成部70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。メッシュ領域とは、たとえば補正区画領域である。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。ここで、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。
第1補正区画毎ショット割振工程(S106)として、第1補正区画毎ショット割振部52は、ショット分割された各ショットデータを、当該ショットデータに対応するショット図形が配置されるTF40に割り振る。
第1補正区画内総電荷量計算工程(S108)として、第1補正区画内総電荷量計算部60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Qは、当該TF40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。ここで注目するTF40の位置をi’とする。そして、かかる注目TF40内のi番目のショットの面積S(i)とドーズ量D(i)とを用いて、TF40内の総電荷量Q(i’)は、以下の数式(1)で定義できる。D(i)とS(i)はショット分割工程(S102)と照射量Dマップ作成工程(S104)と第1補正区画毎ショット割振工程(S106)を通って演算されればよい。
Figure 2017055109
第1補正区画内代表図形設定工程(S110)として、第1補正区画内代表図形設定部72は、TF40内に位置するすべてのショットの総面積と等しい面積を有する代表図形を作成する。代表図形の形状は、たとえば正方形である。また、代表図形の中心は、たとえば、TF40内に位置するすべてのショットの重心が位置する場所と同じ場所に位置する。
第2補正区画毎ショット割振工程(S112)として、第2補正区画毎ショット割振部54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SF30に割り振る。
第2補正区画内総電荷量計算工程(S114)として、第2補正区画内総電荷量計算部60は、SF30毎に、当該SF30内に照射される電子ビーム200の総電荷量を算出する。総電荷量は、当該SF30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。
第2補正区画内代表図形設定工程(S116)として、第2補正区画内代表図形設定部74は、SF30内に位置するすべてのショットの総面積と等しい面積を有する代表図形を作成する。代表図形の形状は、たとえば正方形である。また、代表図形の中心は、たとえば、SF30内に位置するすべてのショットの重心が位置する場所と同じ場所である。
描画順設定工程(S118)として、描画順設定部58は、SF30およびTF40の描画順序を設定する。
図4は、本実施形態における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4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4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4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5は、本実施形態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5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6は、本実施形態におけるSF内のTFの描画順序の一例を示す概念図である。図6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行目を描画し、y方向2行目以降も左側端の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行目を描画し、−y方向2行目以降も左側端の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行目を描画し、y方向2行目以降も右側端の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行目を描画し、−y方向2行目以降も右側端の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5および図6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。
描画スケジュール作成工程(S120)として、描画スケジュール作成部56は、ショットデータに基づいて描画スケジュールを作成する。例として、i番目のショット42の描画時刻tの計算方法を述べる。i番目のショット42の描画時刻tは、i番目のショット以前に描画されたショット42のドーズ量D(j)と、電子ビーム200の電流密度Hと、j番目と(j+1)番目のショット間のセトリングタイムL(j)とを用いて求められる。各ショット42の描画時刻tは、以下の数式(2)で定義できる。なお、電子ビーム200の電流密度Hの情報は外部から入力、および設定されればよい。また、j番目と(j+1)番目のショット間のセトリングタイムL(j)は、外部より入力されたセトリング時間情報に基づいて、それぞれ、j番目と(j+1)番目のショット間の距離、もしくはj番目のショットが属するTFと(j+1)番目のショットが属するTF間の距離、もしくはj番目のショットが属するSFと(j+1)番目のショットが属するSF間の距離に応じて適宜設定されればよい。
Figure 2017055109
各TF40の描画時刻tについては、一例として、当該TFに所属するすべてのショットの描画時刻tの平均値で設定可能である。また、各SF30の描画時刻tについても同様に設定可能である。
以上の計算を各TFについておこなうと、描画スケジュールを決定することができる。
近似計算方法決定工程(S122)として、近似計算方法決定部76は、描画スケジュール作成部56によって作成された描画スケジュールと、指標記憶部142に保存された指標と、に基づいて、描画対象のショットデータにより描画されるショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱の近似計算方法を決定する。
表1は、本実施形態において、各AI値に対応づけられた、伝熱の近似計算の際に計算上併合しない補正区画領域数を、指標としてまとめたものである。AI値は、パターン属性情報の一例である。
Figure 2017055109
AI値がゼロ(0)の場合は、ショットを計算上併合しないTF数は∞(無限大)であり、TFを計算上併合しないSF数は∞(無限大)である。すなわち、ゼロ(0)のAI値が対応づけられた描画データについては、計算上併合しない。ゼロ(0)のAI値が対応づけられた描画データは、精度が最も要求される描画データである。
AI値が1の場合は、ショットを計算上併合しないTF数は200であり、TFを計算上併合しないSF数は10である。1のAI値が対応づけられた描画データは、ゼロのAI値が対応づけられた描画データの次に、精度が要求される描画データである。
図7は、本実施形態におけるAI=1の場合の偏向領域の併合の概念図である。図7での描画対象のショットはShotiであり、紙面上左側のショットは紙面上右側のショットよりも時間的に前に描画されたショットである。図7はメモリ92上に格納されたショット情報のメモリ領域、TF情報のメモリ領域、ならびにSF情報のメモリ領域の概念図でもあり、偏向領域の併合の挙動は、各メモリ領域間の遷移として表現される。
AI=1の場合、ショットを計算上併合しないTF数は200なので、Shotiが属するTFであるTFjからTFj−199までの、200個分のTFに属するショットについては、個々のショットからShotiへの伝熱をそれぞれ計算する。
次に、AI値が1の場合のTFを計算上併合しないSF数は10である。そこで、TFj−200の属するSFk−18からSFk−27までは、個々のショットからShotiへの伝熱をTFごとに計算上併合して、個々のTFからShotiへの伝熱を計算することにより、ショットごとに計算をする場合に比べて計算量を削減する。ここで、上記の併合の方法としては、たとえば、TF内に位置するすべてのショットの総面積と等しい面積を有する代表図形を、当該TF内に位置するすべてのショットの重心が位置する場所と当該代表図形の中心が同じ場所になるように配置させる。次に、個々のショットからShotiへの伝熱の和を、当該代表図形からShotiへの伝熱として計算する。
SFk−28とSFk−29に属するショットについては、SFごとに計算上併合して、個々のSFからShotiへの伝熱を計算することにより、ショットごとあるいはTFごとに計算をする場合に比べて計算量を削減する。ここで、上記の併合の方法としては、たとえば、SF内に位置するすべてのショットの総面積と等しい面積を有する代表図形を、当該代表図形の中心が当該SF内に位置するすべてのショットの重心が位置する場所と同じ場所になるように配置させる。次に、個々のショットからShotiへの伝熱の和を、当該代表図形からShotiへの伝熱として計算する。
AI値が2の場合は、ショットを計算上併合しないTF数は1であり、TFを計算上併合しないSF数は1である。2のAI値が対応づけられた描画データは、精度が要求されない描画データである。
図8は、本実施形態におけるAI=2の場合の偏向領域の併合の概念図である。図8での描画対象のショットはShotiであり、紙面上左側のショットは紙面上右側のショットよりも時間的に前に描画されたショットである。図8はメモリ92上に格納されたショット情報のメモリ領域、TF情報のメモリ領域、ならびにSF情報のメモリ領域の概念図でもあり、偏向領域の併合の挙動は、各メモリ領域間の遷移として表現される。
AI=2の場合、ショットを計算上併合しないTF数は1なので、Shotiが属するTF内のショットであるShoti−1とShoti−2についてのみ、個々のショットからShotiへの伝熱を計算する。
次に、TFを計算上併合しないSF数は1である。そのため、Shotiが属するSFについては、TFを計算上併合しない。ただしTFにつぃては上述の通り個々のショットからShotiへの伝熱を計算したため、TFj−1について、個々のショットからShotiへの伝熱をTFごとに計算上併合して、個々のTFからShotiへの伝熱を計算することにより、ショットごとに計算をする場合に比べて計算量を削減する。
SFk−1からSFk−8までは、SFごとに計算上併合して、個々のSFからShotiへの伝熱を計算することにより、ショットごとあるいはTFごとに計算をする場合に比べて計算量を削減する。
次に、熱拡散計算工程(S124)として、熱拡散計算部64は、近似計算方法決定部76で決定された近似計算方法に基づいて、ショットデータにより描画される当該ショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱による温度上昇量δTijを算出する。温度上昇量δTijは、i番目のショットが、他のj番目のショット、TFまたはSF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、他のショット、TFまたはSFが時刻tjに描画された後に、時刻tiに当該ショット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、時刻tjに描画されたショット、TFまたはSFの総電荷量Qjに依存した温度上昇A(Qj)、熱拡散係数K、グルン飛程(Grun Range)Rg、時刻tiに描画されたショットの座標(Xi,Yi)、時刻tjに描画された他のショット、TFまたはSFの座標(Xj,Yj)、を用いて、次の数式(3)で定義できる。かかる数式(3)では、一例として、Z(深さ)方向直方体近似で、照射中拡散無視近似の場合を示している。
Figure 2017055109
数式(3)において、熱拡散係数Kは、K[(mm)/s]=λ/(ρCp)で表される係数である。ここで、λは熱伝導率[W/(K・m)]、ρはグラム密度[g/cm]、Cpは比熱[J/(K・g)]を示す。数式(3)におけるグルン飛程Rgは以下の数式(4)で表される。
Figure 2017055109
なお、グルン飛程Rgは、エネルギーE[keV]の電子線を、グラム密度ρ[g/cm]の物質に垂直入射したときの深さ方向の平均飛程近似式を示している。また、A(Qj)は、一例として、A=(E・Qj)/(ρCp・Rg・S)で示すことができる。ここで、QjはTFの総電荷量[fC](フェムトクーロン)、Sはショットまたは代表図形の面積[μm]、E,ρ,Cp,Rgは上記と同様である。また、数式(3)において、erf()は誤差関数を示す。
ショット温度計算工程(S126)として、ショット温度計算部66は、算出された温度上昇量δTijに基づいて、ショット毎に、当該ショットよりも前に描画される他のショット、TFまたはSFからの伝熱に基づく、ショットデータによる描画される当該ショットの温度を算出する。ショット温度計算部66は、当該ショットよりも前に描画される他のショット、TFまたはSF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、たとえば当該ショットの代表温度Tiを求め、代表温度Tiを当該ショットの温度とする。代表温度Tiは、次の数式(4)で定義される。
Figure 2017055109
照射量変調工程(S190)として、照射量変調部68は、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、ショットデータにより描画される当該ショットの代表温度Tiに基づいて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。
描画工程(S192)として、まず、照射時間計算部78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Hで割ることで求めることができる。そして、描画処理部90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90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。
なお、変調後の照射量D’(第2の照射量)に基づいて描画スケジュールを求め、再度上記の温度計算をおこなって描画スケジュールを求めるプロセスを繰り返し、描画スケジュールが収束するまで温度計算を繰り返してもよいし、計算機の計算速度等に応じて描画スケジュールを計算する回数を制限してもよい。
パターンの微細化が進むに従い、ショットノイズの影響を減じるために、照射量が増えてきている。しかし照射量が増えると、レジストが加熱されることにより、寸法精度が悪化する。寸法精度の悪化を緩和するためにレジストの加熱温度に基づいて照射量を補正することが可能だが、過去のすべてのショットからの伝熱の寄与を計算する必要があり、計算量が増加しすぎるという問題がある。
計算時間が描画時間より短くなるように、時間的に過去のショットからの影響を途中で打ち切り、計算量を削減することも可能である。しかし、打ち切られた部分のパターンが密か粗かによって、温度補正値のばらつきが生じるおそれがある、また、打ち切りの程度によっては、他のSFからの加熱の補正には対応できなくなる。
本実施形態の描画装置は、描画データ記憶部と、ショット分割部を備えることにより、各ショットが構成するパターン図形につき、精度の要求の度合いに関する情報が設けられる。次に、指標記憶部と、描画スケジュール作成部と、近似計算方法決定部を備えることにより、精度の要求の度合いに応じて、計算上の併合の仕方を変えることができる。これにより、レジストヒーティングによるパターンの寸法変化を抑制するために必要な計算量を、精度が要求されるパターンについては多く、一方精度が要求されないパターンについては少なくすることが可能となる。これにより、レジストヒーティングによるパターンの寸法変化を抑制するために必要な計算量を最適化することが容易になる。
以上のように、本実施形態の描画装置及び描画方法によれば、計算量を最適化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化を抑制する描画装置及び描画方法の提供が可能となる。
(第2の実施形態)
本実施形態の描画装置は、伝熱の近似計算の際に補正区画領域の併合を行なわない指標が、時間である点で、第1の実施形態と異なっている。ここで、第1の実施形態と重複する内容については、記載を省略する。
表2は、本実施形態における、各AI値について、伝熱の近似計算の際に補正区画領域の併合を行なわない時間を、指標としてまとめたものである。
Figure 2017055109
AI値がゼロ(0)の場合は、ショットを計算上併合しない時間は∞(無限大)であり、TFを計算上併合しない時間は∞(無限大)である。すなわち、ゼロ(0)のAI値が対応づけられた描画データについては、計算上併合をしない。
AI値が1の場合は、ショットを計算上併合しない時間は4μsであり、TFを計算上併合しない時間は40μsである。AI値がゼロの場合は、ショットを計算上併合しない時間は1μsであり、TFを計算上併合しない時間は10μsである。
AI値が1の場合を例にとって説明すると、計算対象となるショットより4μs前までに描画されたショットについては、計算上併合をせず、個々のショットから計算対象となるショットへの伝熱をそれぞれ計算する。次に、計算対象となるショットより40μs前までに描画されたショットについては、計算対象となるショットより4μs前までに描画されたショットを除き、個々のショットから計算対象となるショットへの伝熱をTFごとに計算上併合することにより、ショットごとに計算をする場合に比べて計算量を削減する。それよりも前の時間に描画されたショットについては、SFごとに計算上併合して、個々のSFから計算対象となるショットへの伝熱を計算することにより、ショットごとあるいはTFごとに計算をする場合に比べて計算量を削減する。
本実施形態の描画装置においては、ショットやTFの計算上の併合を時間で区切るため、より単純に近似計算方法を決定することが出来る。
以上、本実施形態の描画装置及び描画方法によれば、計算量を最適化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化を抑制する描画装置及び描画方法の提供が可能となる。
(第3の実施形態)
本実施形態の描画装置は、伝熱の近似計算の際に補正区画領域の併合の要否を判定する指標が、温度上昇量である点で、第1および第2の実施形態と異なっている。ここで、第1および第2の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
図9は、本実施形態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10は、本実施形態における偏向領域の併合の概念図である。
表3は、本実施形態における、各AI値に対して、補正区画領域の併合の要否を判定する温度上昇量を、指標としてまとめたものである。
Figure 2017055109
AI値がゼロ(0)の場合は、ショットを計算上併合しないショットの温度上昇量εは0Kであり、TFを計算上併合しないTFの温度上昇量εは0Kである。すなわち、ゼロ(0)のAI値が対応づけられた描画データについては、計算上併合しない。
AI値が1の場合は、εは0.01Kであり、εは0.005Kである。また、AI値が2の場合は、εは0.04Kであり、εは0.02Kである。
本実施形態においては、描画スケジュール作成部56は、温度上昇量δTijの計算処理をすべきショットがあるかを調べる(S130)。計算処理をすべきショットがある場合は、ショット間熱拡散計算工程(S132)として、熱拡散計算部64は、各ショットから計算対象となるショット(Shoti)への伝熱による温度上昇量δTijを計算する。次にショット温度計算部66は、代表温度Tiを計算する。一方、計算処理をすべきショットがない場合は、ショット温度計算部66は、代表温度Tiを確定させる(S188)。
次に、温度上昇量判断部80は、当該ショットからShotiへの温度上昇量δTijがεより小さいか、を判断する。δTijがε以上であれば、S130に戻る。一方δTijがεより小さければ、描画スケジュール作成部56は、当該ショットが計算の対象となっているTF内において、最後の計算処理をすべきショットであるかを調べる(S134)。
S134において、当該ショットが最後の計算処理をすべきショットである場合は、描画スケジュール作成部56は、温度上昇量δTij’の計算処理をすべきTFがあるかを調べる(S136)。計算処理をすべきTFがある場合は、ショット−TF間熱拡散計算工程(S138)において、熱拡散計算部64は各TFからShotiへの伝熱による温度上昇量δTij’を計算し、ショット温度計算部66は温度上昇量δTij’を用いて代表温度Tiを計算する。
一方、S134において、当該ショットが最後の計算処理をすべきショットでない場合、すなわち、計算の対象となっているTF内においてまだ計算処理をすべきショットが残っている場合には、S130とS132において、計算の対象となっているTF内において計算処理をすべきショット全ての温度上昇量δTijと代表温度Tiを計算する。そして、計算の対象となっているTF内の最終ショットについて温度上昇量δTijと代表温度Tiが計算された後(S134)に、S136に進む。
図10を例にとると、ShotiからShoti−11まではδTijはεより大きいため、ショット間熱拡散計算工程(S132)で温度上昇量δTijと代表温度Tiを計算する。次に、Shoti−12ではδTij<εであり、かつShoti−12はTFj−3内の最終ショットである(S134)。次に、TFj−4およびTFj−4より時間的に前に描画されたショットについては計算処理すべきTF内のショットと判断できるため(S136)、ショット−TF間熱拡散計算工程(S138)において各TFからShotiへの伝熱による温度上昇量δTij’を熱拡散計算部64が計算し、代表温度Tiをショット温度計算部66が計算する。なお、TF単位で計算上併合して計算した温度上昇量は、計算の対象となる補正区画が大きくなるため、ショット単位で計算した温度上昇量より大きくなることがある。図10においても、TFj−4からShotiへの伝熱による温度上昇量は、Shoti−12からShotiへの伝熱による温度上昇量より大きくなっている。
次に、温度上昇量判断部80は、当該TFからShotiへの温度上昇量δTij’が、εより小さいかを判断する(S140)。δTij’がε以上であれば、S136に戻る。一方δTij’がεより小さければ、描画スケジュール作成部56は、当該TFが計算の対象となっているSF内において、最後の計算処理をすべきTFであるかを調べる(S140)。
S140において、当該TFが最後の計算処理をすべきTFである場合は、描画スケジュール作成部56は、温度上昇量δTij’’の計算処理をすべきSFがあるかを調べる(S142)。計算処理をすべきSFがある場合は、ショット−SF間熱拡散計算工程(S144)において、熱拡散計算部64は各SFからShotiへの伝熱による温度上昇量δTij’’を計算し、ショット温度計算部66は温度上昇量δTij’’を用いて代表温度Tiを計算する。これを、計算処理すべきSF全てについて行い、代表温度Tiを確定させる(S188)。
一方、S140において、当該TFが最後の計算処理をすべきTFでない場合、すなわち、計算の対象となっているSF内においてまだ計算処理をすべきTFが残っている場合には、S136とS138において、計算の対象となっているSF内において計算処理をすべきTF全ての温度上昇量δTij’と代表温度Tiを計算する。そして、計算の対象となっているSF内の最終TFについて温度上昇量δTij’と代表温度Tiが計算された後(S140)に、S142に進む。
図10を例にとると、TFj−4からTFj−12まではδTij’>εであるため、ショット−TF間熱拡散計算工程(S138)で温度上昇量δTij’と代表温度Tiを計算する。TFj−13ではδTij’<εであるため、SFk−7およびSFk−7より時間的に前に描画されたショットについてはショット−SF間熱拡散計算工程(S144)で各SFからShotiへの伝熱による温度上昇量δTij’’と代表温度Tiを計算する。なお、SF単位で計算上併合して計算した温度上昇量は、計算の対象となる補正区画が大きくなるため、TF単位で計算した温度上昇量より大きくなることがある。図10においても、SFk−7からShotiへの伝熱による温度上昇量は、TFj−13からShotiへの伝熱による温度上昇量より大きくなっている。
以降は、第1または第2の実施形態と同様なので省略する。
本実施形態の描画装置によれば、温度上昇量に基づいて計算上の併合をおこなうため、温度上昇量の特に大きなショット、TFあるいはSFであっても精度良く計算をしながら計算量を削減できる。
以上、本実施形態の描画装置及び描画方法によれば、計算量を最適化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化を抑制する描画装置及び描画方法の提供が可能となる。
実施形態では、装置構成や検査方法等、本発明の説明に直接必要と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検査方法等を適宜選択して用いることができる。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荷電粒子描画方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
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 第1補正区画毎ショット割振部
54 第2補正区画毎ショット割振部
56 描画スケジュール作成部
58 描画順設定部
60 第1補正区画内総電荷量計算部
62 第2補正区画内総電荷量計算部
64 熱拡散計算部
66 ショット温度計算部
68 照射量変調部
70 照射量マップ作成部
72 第1補正区画内代表図形設定部
74 第2補正区画内代表図形設定部
76 近似計算方法決定部
78 照射時間計算部
80 温度上昇量判断部
90 描画処理部
92 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 DACアンプユニット
132 DACアンプユニット
134 DACアンプユニット
136 DACアンプユニット
140 描画データ記憶部
142 指標記憶部
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. パターン属性情報が対応づけられた描画データを保存する描画データ記憶部と、
    前記描画データを前記パターン属性情報が対応づけられたショットデータに分割するショット分割部と、
    前記パターン属性情報に対応づけられ伝熱の近似計算の際に計算上併合する補正区画領域を判定する指標を保存する指標記憶部と、
    前記ショットデータに基づいて描画スケジュールを作成する描画スケジュール作成部と、
    前記描画スケジュールと、前記指標と、に基づいて、描画対象の前記ショットデータにより描画されるショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱の近似計算方法を決定する近似計算方法決定部と、
    前記近似計算方法に基づいて、前記ショットデータにより描画される前記ショットよりも前に描画される前記他のショットからの前記伝熱による温度上昇量を計算する熱拡散計算部と、
    前記温度上昇量に基づいて、前記ショットデータにより描画される前記ショットの代表温度を求めるショット温度計算部と、
    前記代表温度に基づいて、前記ショットデータにより描画される前記ショットの照射量を変調する照射量変調部と、
    変調された照射量と、前記描画スケジュールと、に基づいて描画を行う描画部と、
    を備える荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記指標は、前記伝熱の近似計算の際に併合しない補正区画領域数である請求項1記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  3. 前記伝熱の近似計算の際に前記補正区画領域の併合を行なわない前記指標が、時間である請求項1記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  4. 前記伝熱の近似計算の際に前記補正区画領域の併合の要否を判定する前記指標が、前記温度上昇量である請求項1記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  5. パターン属性情報が対応づけられた描画データを前記パターン属性情報が対応づけられたショットデータに分割し、
    前記ショットデータに基づいて描画スケジュールを作成し、
    前記描画スケジュールと、前記パターン属性情報に対応づけられ伝熱の近似計算の際に計算上併合する補正区画領域を判定する指標と、に基づいて、描画対象の前記ショットデータにより描画されるショットよりも前に描画される他のショットからの伝熱の近似計算方法を決定し、
    前記近似計算方法に基づいて、前記ショットデータにより描画される前記ショットよりも前に描画される前記他のショットからの前記伝熱による温度上昇量を計算し、
    前記温度上昇量に基づいて、前記ショットデータにより描画される前記ショットの代表温度を計算し、
    前記代表温度に基づいて、前記ショットデータにより描画される前記ショットの照射量を変調し、
    変調された照射量と、前記描画スケジュールと、に基づいて描画を行う、
    荷電粒子ビーム描画方法。
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