JP2017175079A - 荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【目的】再度の近接効果補正計算をせずに、近接効果補正とレジストヒーティング補正とを実施することが可能な描画方法を提供する。【構成】描画方法は、ロングセトリング時間の荷電粒子ビームを用いた場合における後方散乱係数と基準ドーズ量との組を取得する工程と、通常セトリング時間の荷電粒子ビームであって、かかる組の後方散乱係数と基準ドーズ量とを用いて取得される近接効果を補正するドーズ量の荷電粒子ビームを用いて、形成されるパターンの寸法変動量と温度上昇量との第１の関係を取得する工程と、第１の関係と、ロングセトリング時間の荷電粒子ビームを用いて形成されるパターン寸法とドーズ量との第２の関係と、を用いて、ドーズ量を補正するための温度補正パラメータを演算する工程と、かかる組の後方散乱係数から得られる近接効果を補正する係数と、基準ドーズ量と、温度補正パラメータと、を用いてビームを照射するための照射量を演算する工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置に係り、例えば、近接効果補正と共にレジストヒーティング補正を行う方法および装置に関する。

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１０は、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。

一方で、電子ビーム描画では、電子ビームをレジストが塗布されたマスクに照射して回路パターンを描画する場合、電子ビームがレジスト層を透過してその下の層に達し、再度レジスト層に再入射する後方散乱による近接効果と呼ばれる現象が生じてしまう。これにより、描画の際、所望する寸法からずれた寸法に描画されてしまう寸法変動が生じてしまう。かかる現象を回避するために、描画装置内では、近接効果補正演算を行って、例えば、照射量を変調することでかかる寸法変動を抑制することが行われる。

しかしながら、近接効果補正演算を行って、照射量を変調しても、その後で、上述した温度補正演算を行ってレジストヒーティングによる寸法変動を抑制するための照射量変調を行うと、近接効果補正に補正残差が生じてしまうといった問題があった。言い換えれば、レジストヒーティング補正を実施する際に、ターゲット寸法を得るために設定したレジストヒーティング補正後の照射量が近接効果補正時に想定していた照射量とは異なることから、レジストヒーティング補正後に得られるパターン寸法ＣＤがターゲット寸法からずれてしまう。かかる問題を対応すべく、再度、近接効果補正計算を行うことが考えられるが、スループットが劣化してしまう。さらに、再度の近接効果補正計算の仕方についても新たに考案する必要が生じる。例えば、電子ビームの照射に起因する伝熱により上昇する領域の代表温度に基づく照射量変調係数を要素に有する多項式を演算して、多項式を演算した値と照射量閾値との差分が許容値内となるまで繰り返す方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。よって、再度の近接効果補正計算をしなくても補正残差を解消できることが望ましい。

特開２０１４−２０９５９９公報

そこで、本発明は、再度の近接効果補正計算をせずに、近接効果補正とレジストヒーティング補正とを実施することが可能な描画方法および装置を提供する。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
第１のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームを用いた場合における近接効果を補正するための後方散乱係数と基準ドーズ量との組を取得する工程と、
第１のセトリング時間よりも短い第２のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームであって、かかる組の後方散乱係数と基準ドーズ量とを用いて取得される近接効果を補正するドーズ量の荷電粒子ビームを用いて、形成されるパターンの寸法変動量と温度上昇量との第１の関係を取得する工程と、
第１の関係と、第１のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームを用いて形成されるパターン寸法とドーズ量との第２の関係と、を用いて、ドーズ量を補正するための温度上昇量に依存した温度補正パラメータを演算する工程と、
かかる組の後方散乱係数から得られる近接効果を補正する係数と、基準ドーズ量と、温度補正パラメータと、を用いてビームを照射するための照射量を演算する工程と、
照射量の荷電粒子ビームを用いて、第２のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられるようにしながら試料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。

また、描画に用いる荷電粒子ビームは、サイズの異なる複数の偏向領域の複数の偏向器を用いて多段偏向され、
最小偏向領域毎に、荷電粒子ビームの照射に起因する伝熱により上昇する当該最小偏向領域の代表温度を演算する工程をさらに備え、
照射量は、さらに、当該最小偏向領域の代表温度を用いて演算されると好適である。

また、温度補正パラメータは、露光量に対する解像特性の異なる複数のレジスト材に対してレジスト材毎に演算されると好適である。

また、第１のセトリング時間は、周囲の領域からの伝熱によるパターン寸法変動が無視できる時間に設定されると好適である。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
第１のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームを用いた場合における近接効果を補正するための後方散乱係数と基準ドーズ量との組を取得する第１の取得部と、
第１のセトリング時間よりも短い第２のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームであって、かかる組の後方散乱係数と基準ドーズ量とを用いて取得される近接効果を補正するドーズ量の荷電粒子ビームを用いて、形成されるパターンの寸法変動量と温度上昇量との第１の関係を取得する第２の取得部と、
第１の関係と、第１のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームを用いて形成されるパターン寸法とドーズ量との第２の関係と、を用いて、ドーズ量を補正するための温度上昇量に依存した温度補正パラメータを演算する温度補正パラメータ演算部と、
かかる組の後方散乱係数から得られる近接効果を補正する係数と、基準ドーズ量と、温度補正パラメータと、を用いてビームを照射するための照射量を演算する照射量演算部と、
照射量の荷電粒子ビームを用いて、第２のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられるようにしながら試料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。

本発明の一態様によれば、再度の近接効果補正計算をせずに、近接効果補正とレジストヒーティング補正とを実施できる。よって、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におけるパターン寸法ＣＤとドーズ量との関係の一例を示す図である。 実施の形態１における位置に依存するドーズ量の変化と位置に依存するパターン寸法ＣＤの変化との一例を示す図である。 実施の形態１における位置に依存するドーズ量の変化と位置に依存するパターン寸法ＣＤの変化との一例を示す図である。 実施の形態１におけるロングセトリング時間によるパターン寸法ＣＤと照射量Ｄとの相関データの一例を示すグラフである。 実施の形態１におけるパターン寸法ＣＤと後方散乱係数ηと基準ドーズ量Ｄ_Ｂとの相関データの一例を示すグラフである。 実施の形態１における寸法変動量ΔＣＤと上昇温度ΔＴとの相関データの一例を示すグラフである。 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、メモリ１１２、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１４０，１４２，１４４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、ＴＦメッシュ分割部６０、近接メッシュ分割部６２、ショット分割部６４、ρ演算部６６、取得部７０、取得部７２、温度補正係数演算部７４、近接効果補正照射係数Ｄｐ演算部７６、代表温度演算部７７、照射量Ｄ演算部７９、照射時間ｔ演算部８０、及び描画制御部８６が配置される。ＴＦメッシュ分割部６０、近接メッシュ分割部６２、ショット分割部６４、ρ演算部６６、取得部７０、取得部７２、温度補正係数演算部７４、近接効果補正照射係数Ｄｐ演算部７６、代表温度演算部７７、照射量Ｄ演算部７９、照射時間ｔ演算部８０、及び描画制御部８６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１１２に記憶される。また、ＴＦメッシュ分割部６０、近接メッシュ分割部６２、ショット分割部６４、ρ演算部６６、取得部７０、取得部７２、温度補正係数演算部７４、近接効果補正照射係数Ｄｐ演算部７６、代表温度演算部７７、照射量Ｄ演算部７９、照射時間ｔ演算部８０、及び描画制御部８６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、Ｔ演算部７３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。

描画データが描画装置１００の外部から入力され、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の代表温度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３において、実施の形態１における描画方法は、ロングセトリング時間によるＣＤとドーズ量との関係取得工程（Ｓ１０２）と、ロングセトリング時間によるＤ_Ｂ，ηとＣＤとの関係取得工程（Ｓ１０４）と、通常セトリング時間による寸法変動量ΔＣＤと上昇温度ΔＴとの関係取得工程（Ｓ１０５）と、Ｄ_Ｂ，η取得工程（Ｓ１０６）と、通常セトリング時間によるＣＤと温度上昇量との関係取得工程（Ｓ１０８）と、温度補正パラメータ演算工程（Ｓ１１０）と、近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）演算工程（Ｓ１１２）と、代表温度演算工程（Ｓ１１４）と、照射量（照射時間）演算工程（Ｓ１１８）と、描画工程（Ｓ１２０）と、いう一連の工程を実施する。

図４は、実施の形態１におけるパターン寸法ＣＤとドーズ量との関係の一例を示す図である。図４（ａ）において、縦軸はパターン寸法ＣＤを示す。横軸はビームのドーズ量を示す。図４（ａ）では、レジストヒーティングの影響を受ける条件とレジストヒーティングの影響を無視できる条件との各場合について、パターン寸法ＣＤとドーズ量との関係の一例を示す。電子ビーム描画では、所望の位置にビームを偏向させる偏向器に偏向電圧を印加するＤＡＣアンプが用いられる。ＤＡＣアンプの駆動には、偏向電圧が安定するまでの静定時間（セトリング時間）が必要となる。よって、あるショットから次のショットを行うには、かかるセトリング時間を待つ必要がある。一方、レジストヒーティングは、周囲からの伝熱による温度上昇が原因になる。しかし、放熱も同時に行われるので時間が経過すれば、周囲からの伝熱による温度上昇は無視できるようになる。そこで、周囲の領域からの伝熱による温度上昇が無視できる程度に長いセトリング時間（ロングセトリング時間）を採用すれば、レジストヒーティングに起因したパターンの寸法変動は無視できることになる。言い換えれば、ロングセトリング時間（第１のセトリング時間）は、周囲の領域からの伝熱によるパターン寸法変動が無視できる時間に設定される。図３では、通常のセトリング時間で電子ビームを照射することによってパターン形成する場合をレジストヒーティングの影響を受ける条件としてグラフ（点線）に示している。同様に、長いセトリング時間（ロングセトリング時間）で電子ビームを照射することによってパターン形成する場合をレジストヒーティングの影響を無視できる条件としてグラフ（実線）に示している。通常セトリング時間は、セトリング時間の不足に起因するパターンの位置ずれ、或いは／及び寸法ずれが生じない程度の時間を示す。また、セトリング時間は、短い方がショットサイクルを短くできる。そのためスループットを向上できる。よって、通常セトリング時間は、セトリング時間の不足に起因するパターンの位置ずれ、或いは／及び寸法ずれが生じない程度の時間のうち、できるだけ短い方が好適である。但し、実施の形態１では、かかる通常セトリング時間は、レジストヒーティングの影響を受ける時間内で定義される。

例えば、パターン面積密度が５０％のパターンを描画する場合、レジストヒーティングの影響を受ける条件で描画する場合にターゲット寸法ＣＤを得るためのドーズ量Ｄ_１とレジストヒーティングの影響を無視できる条件で描画する場合にターゲット寸法ＣＤを得るためのドーズ量Ｄ_０との間には、δＤ_５０の誤差が生じる。図４（ａ）で得られたパターン面積密度が０％（付近）のパターンを描画する場合と、パターン面積密度が５０％のパターンを描画する場合と、パターン面積密度が１００％のパターンを描画する場合の結果を用いて、図４（ｂ）にドーズ量とパターン面積密度との関係を示している。

図５は、実施の形態１における位置に依存するドーズ量の変化と位置に依存するパターン寸法ＣＤの変化との一例を示す図である。図５（ａ）では、図４（ａ）に示したパターン面積密度５０％に注目して、ドーズ量Ｄ_１で通常セトリング時間でビーム偏向しながら複数のＳＦ３０内のパターンを順に描画する場合を示している。一定のドーズ量Ｄ_１で描画するため、位置が変わってもドーズ量に変化はない。かかるドーズ量Ｄ_１で通常セトリング時間でビーム偏向しながら描画を行うと、描画されたパターン寸法ＣＤは、図５（ｂ）に示すようにレジストヒーティングの影響を受けて変化する。同じＳＦ３０内では、既に描画が終了したＴＦ４０からの伝熱により温度上昇が生じて、描画されるパターン寸法ＣＤは大きくなってしまう。そして、ＳＦ３０間を移動する際のセトリング時間によって放熱され、次のＳＦ３０の描画開始時点では描画されるパターン寸法ＣＤは小さくなる。しかし、同じＳＦ３０内での描画が進むと既に描画が終了したＴＦ４０からの伝熱により温度上昇が生じて、描画されるパターン寸法ＣＤは大きくなってしまう。かかる現象を繰り返すことになる。そのため、描画されるパターン寸法ＣＤの誤差を補正すべく、図５（ｃ）に示すように例えばＳＦ３０毎にリセットさせながらドーズ量Ｄ_１を徐々に小さくするようにドーズ量を補正する（温度効果補正）。しかし、かかる補正を行うと、図５（ｄ）に示すように、描画されるパターン寸法ＣＤは全体的に所望するターゲット寸法に比べて小さくなってしまう。

図６は、実施の形態１における位置に依存するドーズ量の変化と位置に依存するパターン寸法ＣＤの変化との一例を示す図である。図６（ａ）では、パターン面積密度５０％に注目して、ドーズ量Ｄ_１よりも大きい図４（ａ）に示したドーズ量Ｄ_０で、ロングセトリング時間でビーム偏向しながら複数のＳＦ３０内のパターンを順に描画する場合を示している。一定のドーズ量Ｄ_０で描画するため、位置が変わってもドーズ量に変化はない。かかるドーズ量Ｄ_０で、ロングセトリング時間でビーム偏向しながら描画を行うと、描画されたパターン寸法ＣＤは、図６（ｂ）に示すようにレジストヒーティングの影響を無視できるので所望するターゲット寸法に形成できる。そこで、通常セトリング時間でビーム偏向しながら描画を行う場合のビームのドーズ量をドーズ量Ｄ_１からドーズ量Ｄ_０にオフセットさせた上で、図６（ｃ）に示すように例えばＳＦ３０毎にリセットさせながらドーズ量Ｄ_０を徐々に小さくするようにドーズ量を補正する（温度効果補正）。これにより、図６（ｄ）に示すように、描画されるパターン寸法ＣＤは図５（ｄ）に示したＣＤに比べて全体的に大きくなるようにオフセットされ、所望するターゲット寸法に近づけることができる。

ビームのドーズ量をドーズ量Ｄ_１からドーズ量Ｄ_０にオフセットさせるには、基準ドーズ量Ｄ_Ｂを大きくすればよい。そこで、実施の形態１では、レジストヒーティングの影響を無視できるロングセトリング時間でターゲット寸法ＣＤを得られる基準ドーズ量Ｄ_Ｂとかかる基準ドーズ量Ｄ_Ｂと組となる後方散乱係数η（近接効果補正係数）を求める。そして、後方散乱係数ηを用いて近接効果補正を行うと共に、周囲の伝熱に起因する温度上昇に伴う温度補正パラメータを別途求めて、かかる温度補正パラメータを用いて、基準ドーズ量Ｄ_Ｂに近接効果補正が行われたドーズ量に対して温度効果補正を実施する。

ロングセトリング時間によるＣＤとドーズ量との関係取得工程（Ｓ１０２）として、評価パターンを用いて、ロングセトリング時間で描画することによるＣＤとドーズ量との関係を取得する。

図７は、実施の形態１におけるロングセトリング時間によるパターン寸法ＣＤと照射量Ｄとの相関データの一例を示すグラフである。縦軸はパターン寸法ＣＤを示し、横軸は照射量Ｄを対数で示している。ここでは、例えば、パターン密度ρ（ｘ）＝０（０％），０．５（５０％），１（１００％）の各場合について実験により求めた結果を示している。ここで、設定するパターン密度ρ（ｘ）は、０％，５０％，１００％の各場合に限るものではない。例えば、１０％以下のいずれかと、５０％と、９０％以上のいずれかとの３つを用いても好適である。また、３種類に限らず、その他の数の種類で測定してもよい。例えば４種類以上測定しても構わない。以上のようにして、ロングセトリング時間で描画することによるパターン寸法ＣＤとドーズ量Ｄとの相関関係を算出し、相関情報（ＣＤ−Ｄデータ）を作成する。作成されたＣＤ−Ｄデータは、描画装置１００の外部より入力され、記憶装置１４４に格納される。パターン密度ρ（ｘ）は、近接効果密度Ｕ（ｘ）で定義してもよい。近接効果密度Ｕ（ｘ）はρ（ｘ）に分布関数を近接効果の影響範囲で畳み込み積分した値として定義される。

ロングセトリング時間による後方散乱係数η，基準ドーズ量Ｄ_ＢとＣＤとの関係取得工程（Ｓ１０４）として、評価パターンを用いて、ロングセトリング時間で描画することによるＤ_Ｂ，ηとＣＤとの関係を取得する。複数の基準ドーズ量Ｄ_Ｂ毎に後方散乱係数ηを可変にして評価パターンを描画する。

図８は、実施の形態１におけるパターン寸法ＣＤと後方散乱係数ηと基準ドーズ量Ｄ_Ｂとの相関データの一例を示すグラフである。パターン密度ρ（ｘ）にかかわらず一定の寸法ＣＤに補正できるηが存在する。かかるηと、その寸法ＣＤが得られるＤ_Ｂとの相関データを示している。このように基準ドーズ量Ｄ_Ｂ毎に近接効果補正がよく合う後方散乱係数ηが存在する。以上のようにして、パターン寸法ＣＤと基準ドーズ量Ｄ_Ｂとの相関関係及び、パターン寸法ＣＤと後方散乱係数ηとの相関関係を算出し、相関情報（ＣＤ−Ｄ_Ｂ，ηデータ）を作成する。作成されたＣＤ−Ｄ_Ｂ，ηデータは、描画装置１００の外部より入力され、記憶装置１４４に格納される。

通常セトリング時間による寸法変動量ΔＣＤと上昇温度ΔＴとの関係取得工程（Ｓ１０５）として、評価パターンを用いて、通常セトリング時間で描画することによる寸法変動量ΔＣＤと上昇温度ΔＴとの関係を取得する。

図９は、実施の形態１における寸法変動量ΔＣＤと上昇温度ΔＴとの相関データの一例を示すグラフである。Ｄ_Ｂ，ηの組毎に、寸法変動量ΔＣＤと上昇温度ΔＴとの相関データを取得する。

例えば、ＴＦ４０を温度計算の単位領域として、各ＴＦ４０は、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温度上昇を起こす。これにより当該ＴＦ４０内を描画する評価パターンの寸法が変動する。よって、連続して順に描画を進めていくことで上昇温度が異なる複数のＴＦ４０内のパターンの寸法変動量が得られる。なお、各ＴＦ４０の温度上昇量ΔＴ（代表温度Ｔ（ｘ，ｔ））は、以下の式（１）によって近似することができる。

式（１）では、代表温度Ｔ（ｘ，ｔ）を、パターン面積密度ρ（ｘ）、照射量Ｄ（ｘ）、熱拡散カーネルＨ（ｘ，ｔ）を用いて定義する。式（１）に示した熱拡散カーネルＨ（ｘ，ｔ）は、例えば、以下の式（２）で定義できる。

式（２）において、Ｅは電子線エネルギー［ｋｅＶ］、Ｇｄは基板材質のグラム密度［ｇ／ｃｍ^３］、Ｃｐは基板材質の比熱［Ｊ／（Ｋ・ｇ）］を示す。Ｒｇはグルンレンジと呼ばれ、エネルギーＥ［ｋｅＶ］の電子線を、グラム密度Ｇｄ［ｇ／ｃｍ^３］の基板物質に垂直入射したときの深さ方向の平均飛程近似値であり、Ｒｇ＝（０．０４６／Ｇｄ）・Ｅ^１．７５［μｍ］で表される。また、熱拡散係数Ｋは、Ｋ^２［（ｍｍ）^２／ｓ］＝λ／（Ｇｄ・Ｃｐ）で定義される。ここで、λは基板材質の熱伝導率［Ｗ／（Ｋ・ｍ）］を示す。また、式（４）を演算する際、Ｄ（ｘ’）／Ｎは、単位［ｆＣ／μｍ^２］で表す値を用いる（ｆＣ＝フェムトクーロン）。ｅｒｆ（）は誤差関数を示す。

代表温度Ｔ（ｘ，ｔ）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。よって、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を求めることができる。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。よって、当該ＴＦ４０（ｉ番目のＴＦ）の代表温度Ｔｉ（ｉ番目のＴＦ４０のＴ（ｘ，ｔ））は、位置ｘと時間ｔの関数として定義される。上述した内容が式（１）によって満たされるように、熱拡散カーネルＨ（ｘ，ｔ）が定義される。

以上のようにして、各上昇温度ΔＴ（代表温度Ｔｉ）でのパターン寸法ＣＤの寸法変動量ΔＣＤをプロットすることで、寸法変動量ΔＣＤと上昇温度ΔＴとの相関関係を算出し、相関情報（ΔＣＤ−ΔＴデータ）を作成する。作成されたΔＣＤ−ΔＴデータは、描画装置１００の外部より入力され、記憶装置１４４に格納される。ΔＣＤ−ΔＴデータは、実験によらず、シミュレーション等により求めても構わない。

以上の各相関データを描画前に予め用意した上で、描画処理を開始する。

まず、ＴＦメッシュ分割部６０は、副副偏向器２１６の偏向可能サイズ（第１のメッシュサイズ）で、試料１０１の描画領域をメッシュ状の複数のＴＦ４０（第１のメッシュ領域）に仮想分割する。ここでは、ストライプ領域２０をまずメッシュ状の複数のＳＦ３０に分割した後、各ＳＦ３０をメッシュ状の複数のＴＦ４０に仮想分割する。実施の形態１では、各ＴＦ４０を温度補正演算用のメッシュ領域として用いる。

そして、ショット分割部６４は、記憶装置１４０から描画データを読み出し、パス毎に、複数段のデータ変換処理を行って描画装置１００固有のショットデータを生成する。描画データは、例えば、描画対象チップのチップ領域を短冊上に仮想分割されたフレーム領域毎にファイル構成されている。そして、ショット分割部６４は、かかるフレーム領域毎のデータファイルを順次読み込み、ショットデータを生成する。また、チップには複数の図形パターンが配置されるが、描画装置１００では、１回のビームショットで形成可能なサイズが限られている。そのため、データ変換処理の中で、各図形パターンは、１回のビームショットで形成可能なショット図形に分割される。そして、各ショット図形の図形種、サイズ、位置等がショットデータとして生成される。ショットデータは、順次、記憶装置１４２に格納される。

また、近接メッシュ分割部６２（第２のメッシュ分割部）は、試料１０１の描画領域を複数の近接メッシュ（第２のメッシュ領域）に仮想分割する。近接メッシュのサイズは、近接効果の影響半径の１／１０程度が好適である。例えば、０．５μｍ〜１μｍ程度が望ましい。

ρ演算部６６は、近接メッシュ毎に、該当する近接メッシュ内に配置される図形パターンの面積密度ρを演算する。そして、ρ演算部６６は、各メッシュ値を用いて、面積密度マップを作成する。

Ｄ_Ｂ，η取得工程（Ｓ１０６）として、取得部７０（第１の取得部）は、ロングセトリング時間（第１のセトリング時間）が経過した後でショット位置が移動させられる電子ビーム２００を用いた場合における近接効果を補正するための後方散乱係数ηと基準ドーズ量Ｄ_Ｂとの組を取得する。具体的には、取得部７０は、記憶装置１４４からＣＤ−Ｄ_Ｂ，ηデータを読み出し（参照し）、ロングセトリング時間で描画する場合にターゲット寸法ＣＤが得られる後方散乱係数ηと基準ドーズ量Ｄ_Ｂとの組を取得する。

通常セトリング時間によるＤ_Ｂ，η対応のＣＤと温度上昇量との関係取得工程（Ｓ１０８）として、取得部７２（第２の取得部）は、ロングセトリング時間よりも短い通常セトリング時間（第２のセトリング時間）が経過した後でショット位置が移動させられる電子ビームであって、取得された組の後方散乱係数ηと基準ドーズ量Ｄ_Ｂとを用いて取得される近接効果を補正するドーズ量の電子ビームを用いて、形成されるパターンの寸法変動量ΔＣＤと温度上昇量ΔＴとのΔＣＤ−ΔＴデータ（第１の関係）を取得する。具体的には、取得された後方散乱係数ηと基準ドーズ量Ｄ_Ｂとの組に対応するΔＣＤ−ΔＴデータを記憶装置１４４から読み出す。

温度補正パラメータ演算工程（Ｓ１１０）として、温度補正パラメータ演算部７４は、ΔＣＤ−ΔＴデータと、ロングセトリング時間（第１のセトリング時間）が経過した後でショット位置が移動させられる電子ビームを用いて形成されるパターン寸法ＣＤとドーズ量ＤとのＣＤ−Ｄデータ（第２の関係）と、を用いて、ドーズ量を補正するための温度上昇量に依存した温度補正パラメータＤＴを演算する。具体的には、温度補正パラメータ演算部７４は、ＣＤ−Ｄデータを読み出す。そして、温度補正パラメータ演算部７４は、ドーズ量変化ΔＤｏｓｅに対するパターン寸法ＣＤの変動量ΔＣＤの傾き、言い換えれば、ΔＣＤ／ΔＤを演算する。そして、温度補正パラメータ演算部７４は、パターン密度毎に温度補正パラメータｋ’(ρ)を演算する。温度補正パラメータｋ’(ρ)は、以下の式（３）で定義できる。温度補正パラメータｋ’(ρ)は、解像特性が異なると値が変化する。よって、温度補正パラメータｋ’(ρ)は、露光量に対する解像特性の異なる複数のレジスト材に対してレジスト材毎に演算されると好適である。

近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）演算工程（Ｓ１１２）として、Ｄｐ演算部７６は、取得された後方散乱係数ηを用いて、近接効果を補正するための近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）を演算する。照射量閾値Ｄｔｈを用いた照射量モデルを用いて、近接メッシュ領域毎に、近接効果が補正された電子ビームの近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）を演算する。照射量閾値Ｄｔｈを用いた照射量モデルの照射量計算式として、以下の式（４）を定義できる。式（４）では、照射量閾値Ｄｔｈと近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）とパターン面積密度ρ（ｘ）と分布関数Ｇ（ｘ）とを項に用いている。ｘは、位置（ベクトル）を示している。言い換えれば、表記ｘだけで２次元座標を意味するものとする。式（４）を例えばイタレーション（繰り返し演算）を行うことで未知の近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）を演算する。

代表温度演算工程（Ｓ１１４）として、代表温度演算部７７は、ＴＦ４０（最小偏向領域）毎に、電子ビームの照射に起因する伝熱により上昇する当該ＴＦ４０の代表温度Ｔ（ｘ，ｔ）（温度上昇量ΔＴ（ｘ））を演算する。各ＴＦ４０の代表温度Ｔ（ｘ，ｔ）（温度上昇量ΔＴ）は上述した式（１）及び式（２）で計算できる。なお、式（１）の各位置での照射量Ｄ（ｘ）は、取得された組の基準ドーズ量Ｄ_Ｂと近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）との積を用いる。より望ましくは、基準ドーズ量Ｄ_Ｂと近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）との積から当該ＴＦでの代表温度Ｔ（ｘ，ｔ）（温度上昇量ΔＴ（ｘ））に温度補正パラメータｋ’(ρ)を乗じた補正照射量を差し引いた照射量を用いると好適である。これにより周囲の複数のＴＦ４０からの伝熱により生じる各温度上昇量δＴｉｊを高精度に演算できる。

照射量（照射時間）演算工程（Ｓ１１８）として、取得された組の後方散乱係数ηから得られる近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）（近接効果を補正する係数）と基準ドーズ量Ｄ_Ｂと、温度補正パラメータｋ’(ρ)と、を用いてビームを照射するための照射量Ｄ（ｘ）を演算する。照射量Ｄ（ｘ）は、以下の式（５）を定義できる。

次に、照射時間ｔ演算部８０は、ショット毎の照射時間ｔ（ｘ）を演算する。照射時間ｔ（ｘ）は照射量Ｄ（ｘ）を電流密度Ｊで割ることで演算できる。得られた照射時間ｔ（ｘ）のデータはショットデータの一部として、記憶装置１４２に格納される。

描画工程（Ｓ１２０）として、描画制御部８６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、演算された照射量Ｄ（ｘ）の電子ビームを用いて、通常セトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられるようにしながら試料１０１に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、記憶装置１４２に格納された照射時間ｔ（ｘ）のデータを参照し、ショット毎に照射時間を取得する。そして、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、サイズの異なる複数の偏向領域の主偏向器２０８、副偏向器２０９及び副副偏向器２１６（複数の偏向器）によって多段偏向され、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、再度の近接効果補正計算をせずに、近接効果補正とレジストヒーティング補正とを同時に実施できる。よって、精度の高い寸法でパターンを描画できる。

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効率的に演算しながら、近接効果の補正残差を抑制しつつ、かつ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、精度の高い寸法でパターンを描画できる。

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。

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方法及び荷電粒子ビーム描画装置は、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
６０ ＴＦメッシュ分割部
６２ 近接メッシュ分割部
６４ ショット分割部
６６ ρ演算部
７０ 取得部
７２ 取得部
７４ 温度補正係数演算部
７６ Ｄｐ演算部
７７ 代表温度演算部
７９ Ｄ演算部
８０ ｔ演算部
８６ 描画制御部
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
１１２ メモリ
１２０ 偏向制御回路
１３０，１３２，１３４，１３６ ＤＡＣアンプユニット
１４０，１４２，１４４ 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. 第１のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームを用いた場合における近接効果を補正するための後方散乱係数と基準ドーズ量との組を取得する工程と、
   前記第１のセトリング時間よりも短い第２のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームであって、前記組の前記後方散乱係数と前記基準ドーズ量とを用いて取得される近接効果を補正するドーズ量の荷電粒子ビームを用いて、形成されるパターンの寸法変動量と温度上昇量との第１の関係を取得する工程と、
   前記第１の関係と、前記第１のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームを用いて形成されるパターン寸法とドーズ量との第２の関係と、を用いて、ドーズ量を補正するための温度上昇量に依存した温度補正パラメータを演算する工程と、
   前記組の前記後方散乱係数から得られる近接効果を補正する係数と、前記基準ドーズ量と、前記温度補正パラメータと、を用いてビームを照射するための照射量を演算する工程と、
   前記照射量の荷電粒子ビームを用いて、前記第２のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられるようにしながら試料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。
2. 描画に用いる荷電粒子ビームは、サイズの異なる複数の偏向領域の複数の偏向器を用いて多段偏向され、
   最小偏向領域毎に、荷電粒子ビームの照射に起因する伝熱により上昇する当該最小偏向領域の代表温度を演算する工程をさらに備え、
   前記照射量は、さらに、当該最小偏向領域の前記代表温度を用いて演算され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方法。
3. 前記温度補正パラメータは、露光量に対する解像特性の異なる複数のレジスト材に対してレジスト材毎に演算され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方法。
4. 前記第１のセトリング時間は、周囲の領域からの伝熱によるパターン寸法変動が無視できる時間に設定され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方法。
5. 第１のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームを用いた場合における近接効果を補正するための後方散乱係数と基準ドーズ量との組を取得する第１の取得部と、
   前記第１のセトリング時間よりも短い第２のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームであって、前記組の前記後方散乱係数と前記基準ドーズ量とを用いて取得される近接効果を補正するドーズ量の荷電粒子ビームを用いて、形成されるパターンの寸法変動量と温度上昇量との第１の関係を取得する第２の取得部と、
   前記第１の関係と、前記第１のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられる荷電粒子ビームを用いて形成されるパターン寸法とドーズ量との第２の関係と、を用いて、ドーズ量を補正するための温度上昇量に依存した温度補正パラメータを演算する温度補正パラメータ演算部と、
   前記組の前記後方散乱係数から得られる近接効果を補正する係数と、前記基準ドーズ量と、前記温度補正パラメータと、を用いてビームを照射するための照射量を演算する照射量演算部と、
   前記照射量の荷電粒子ビームを用いて、前記第２のセトリング時間が経過した後でショット位置が移動させられるようにしながら試料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。

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