JP2019068000A

JP2019068000A - シミュレーション装置、荷電粒子ビーム描画システム、及び荷電粒子ビーム描画方法

Info

Publication number: JP2019068000A
Application number: JP2017194464A
Authority: JP
Inventors: 義則小島; Yoshinori Kojima
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2019-04-25

Abstract

【課題】ウェーハ上に所望の寸法のパターンを形成するためのプロセスマージンを大きくとれるフォトマスクを描画するための描画条件を求める。【解決手段】本実施形態によるシミュレーション装置は、設計データから抽出されたホットスポットのパターンを荷電粒子ビームでショット可能なサイズの複数のショット図形に分割する分割部と、複数の描画条件の各々について、前記ショット図形をショットして得られるマスクパターンを計算するマスクパターン計算部と、前記マスクパターンを用いた露光処理及び現像処理を行った場合に基板上に所定の寸法のパターンが形成可能なプロセスマージンを、各マスクパターンについて計算するプロセスマージン計算部と、前記プロセスマージンに基づいてマスクパターンを選定し、選定したマスクパターンに対応する描画条件を、前記荷電粒子ビーム描画装置に設定する描画条件として決定する決定部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、シミュレーション装置、荷電粒子ビーム描画システム、及び荷電粒子ビーム描画方法に関する。

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。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、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターン（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）をウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。

微細な回路パターンを形成する方法の一つに、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction：光近接効果補正）技術がある。この技術は、ウェーハに形成されるパターンが設計パターンと一致するように、マスクに形成するパターンを予め補正しておくものである。ＯＰＣ技術では、メインパターンの脇にアシストパターンが配置される。そのため、マスク上のパターンは複雑なものとなる。このような技術を用いてウェーハにパターンを形成する場合、マスクパターンの線幅や形状に含まれる僅かな誤差が、ウェーハ上のパターン寸法に影響を与えることがあった。

従来の可変成形型電子ビーム描画装置は、描画パターンを様々な大きさの矩形に分割して描画する。電子ビーム描画では、ショットサイズに応じてベストフォーカスが異なるため、ショットサイズによっては描画パターンの寸法に僅かな誤差が生じ得る。

上述のようなＯＰＣ技術を用いた複雑なパターンの場合、ショットサイズに起因するパターン寸法の誤差のうち、どの部分の誤差が、ウェーハ上に形成されるパターンの寸法誤差に影響を与えるか、容易に判断することは出来なかった。

特開２００８−１２２９４８号公報特開２０１０−１５２３５６号公報特開２０１０−９７３６９号公報特開２０１１−５９７１３号公報特開２００９−２２９８１２号公報特開２０１３−６５０１８号公報特開２００１−４２５４５号公報特開平１１−２１２２４７号公報

本発明は、ウェーハ上に所望の寸法のパターンを形成するためのプロセスマージンを大きくとることができるフォトマスクを描画するための描画条件を求めるシミュレーション装置と、その描画条件で描画を行う荷電粒子ビーム描画システム及び荷電粒子ビーム描画方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様によるシミュレーション装置は、荷電粒子ビーム描画装置で描画処理を行う際の描画条件を決定するシミュレーション装置であって、設計データからホットスポットのパターンを抽出する抽出部と、抽出されたパターンを荷電粒子ビームでショット可能なサイズの複数のショット図形に分割する分割部と、複数の描画条件の各々について、前記ショット図形をショットして得られるマスクパターンを計算するマスクパターン計算部と、前記マスクパターンを用いた露光処理及び現像処理を行った場合に基板上に所定の寸法のパターンが形成可能なプロセスマージンを、各マスクパターンについて計算するプロセスマージン計算部と、前記プロセスマージンに基づいてマスクパターンを選定し、選定したマスクパターンに対応する描画条件を、前記荷電粒子ビーム描画装置に設定する描画条件として決定する決定部と、を備えるものである。

本発明の一態様によるシミュレーション装置において、前記プロセスマージン計算部は、各マスクパターンに対し、複数箇所の寸法が所定範囲内となる共通プロセスマージンを計算する。

本発明の一態様によるシミュレーション装置において、前記決定部は、前記共通プロセスマージンが最大となるマスクパターンを選定する。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画システムは、前記シミュレーション装置と、前記シミュレーション装置で決定された描画条件に基づいて、描画対象の基板に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム描画装置と、
を備える

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームを用いてマスクブランクスに描画する図形パターンが配置された設計データからホットスポットのパターンを抽出する工程と、抽出されたパターンを荷電粒子ビームでショット可能なサイズの複数のショット図形に分割する工程と、複数の描画条件の各々について、前記ショット図形をショットして得られるマスクパターンを計算する工程と、前記マスクパターンを用いた露光処理及び現像処理を行った場合に基板上に所定の寸法のパターンが形成可能なプロセスマージンを、各マスクパターンについて計算する工程と、前記プロセスマージンに基づいてマスクパターンを選定し、選定したマスクパターンに対応する描画条件を荷電粒子ビーム描画装置に設定する工程と、前記設計データに基づく描画データを前記荷電粒子ビーム描画装置に入力し、描画対象の基板に荷電粒子ビームを照射する工程と、を備えるものである。

本発明によれば、ウェーハ上に所望の寸法のパターンを形成するためのプロセスマージンを大きくとれるフォトマスクを描画するための描画条件を求めることができる。

本発明の実施形態による電子ビーム描画システムの概略図である。ビーム成形の例を示す図である。同実施形態による描画条件決定方法を説明するフローチャートである。ホットスポットとなるパターンの例を示す図である。ショット分割の例を示す図である。（ａ）（ｂ）は作製されるマスクパターンの例を示す図である。（ａ）〜（ｅ）は各寸法のプロセスマージンの例を示すグラフである。共通プロセスマージンを示すグラフである。共通プロセスマージンを示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係る電子ビーム描画システム装置の概略図である。電子ビーム描画システムは、制御部１００、可変成形型の描画部２００、及びシミュレーション装置３００を備えている。

描画部２００は、電子鏡筒２２０と描画室２３０を備えている。電子鏡筒２２０内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランカ２０３、第１成形アパーチャ２０４、投影レンズ２０５、成形偏向器２０６、第２成形アパーチャ２０７、対物レンズ２０８、主偏向器２０９、及び副偏向器２１０が配置されている。

描画室２３０内には、ＸＹステージ２１１が配置されている。ＸＹステージ２１１上には、描画対象の基板２４０が載置される。基板２４０は、例えばマスクブランクスや半導体装置を製造する際の露光用マスクである。

電子鏡筒２２０内に設けられた電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビームＢは、ブランカ（ブランキング偏向器）２０３内を通過する際にブランカ２０３によって、電子ビームを基板に照射するか否か切り替えられる。

電子ビームＢは、照明レンズ２０２により、矩形の開口３２（図２参照）を有する第１成形アパーチャ２０４全体に照射される。第１成形アパーチャ２０４の開口３２を通過することで、電子ビームＢは矩形に成形される。

第１成形アパーチャ２０４を通過した第１アパーチャ像の電子ビームＢは、投影レンズ２０５により、可変成形開口３４（図２参照）を有した第２成形アパーチャ２０７上に投影される。その際、偏向器２０６によって、第２成形アパーチャ２０７上に投影される第１アパーチャ像は偏向制御され、可変成形開口３４を通過する電子ビームの形状と寸法を変化させる（可変成形を行う）ことができる。

第２成形アパーチャ２０７の可変成形開口３４を通過した第２アパーチャ像の電子ビームＢは、対物レンズ２０８によりフォーカスを調整し、主偏向器２０９及び副偏向器２１０によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ２１１上に載置された基板２４０に照射される。

図２は、第１成形アパーチャ２０４及び第２成形アパーチャ２０７によるビーム成形を説明するための概略図である。第１成形アパーチャ２０４には、電子ビームＢを成形するための矩形の開口３２が形成されている。

第２成形アパーチャ２０７には、第１成形アパーチャ２０４の開口３２を通過した電子ビームＢを所望の形状に成形するための可変成形開口３４が形成されている。可変成形開口３４は、六角形状部と、該六角形状部に連なる四角形状部とを共有した八角形状である。

第１成形アパーチャ２０４の開口３２と第２成形アパーチャ２０７の可変成形開口３４との両方を通過できるビーム形状３６が、連続的に移動するＸＹステージ２１１上に搭載された基板２４０の描画領域に描画される。

制御部１００は、制御計算機１１０、制御回路１２０、及び記憶部１３０を有する。記憶部１３０には、描画データが外部から入力され、格納されている。描画データは、描画したい図形パターンが配置された設計データ（レイアウトデータ）を、制御部１００に入力可能なフォーマットに変換したものである。

制御計算機１１０は、ショットデータ生成部１１１及び描画制御部１１２を有する。制御計算機１１０の各部は、電気回路等のハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御計算機１１０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを記録媒体に収納し、電気回路を含むコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

ショットデータ生成部１１１は、記憶部１３０から描画データを読み出し、描画データに定義される図形パターンを電子ビームの１回のショットで照射できる最大ショットサイズで分割し、分割したショット図形毎にショットデータを生成する。ショットデータには、ショット形状、ショットサイズ、ショット位置等の情報が含まれている。

描画制御部１１２は、制御回路１２０を介し、生成されたショットデータを用いて、ブランカ２０３、偏向器２０６、主偏向器２０９及び副偏向器２１０の偏向量を制御し、描画処理を行う。また、描画制御部１１２は、シミュレーション装置３００から入力された描画条件に基づいて描画部２００を制御する。描画条件は、例えばフォーカス条件であり、描画制御部１１２は、対物レンズ２０８のフォーカス値を制御する。

シミュレーション装置３００は、ホットスポット抽出部３０１、ショット分割部３０２、描画条件設定部３０３、マスクパターン計算部３０４、プロセスマージン計算部３０５、及び描画条件決定部３０６を有する。シミュレーション装置３００の各部は、電気回路等のハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、シミュレーション装置３００の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを記録媒体に収納し、電気回路を含むコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

シミュレーション装置３００は、ウェーハ上に所望の寸法のパターンを形成するためのプロセスマージンを大きくとれるフォトマスクを描画するための描画条件を決定する。本実施形態では、描画条件をフォーカス条件として説明する。図３に示すフローチャートを用いて描画条件決定方法を説明する。

ホットスポット抽出部３０１が、記憶装置３２０から設計データを読み出し、設計データに定義される図形パターンの中からホットスポットを抽出する（ステップＳ１）。この設計データは、上述の描画データの変換元のデータである。ホットスポットは、断線やショートなどの不良が予測される箇所であり、公知の方法で抽出される。例えば、図４に示すようなホットスポットとなるパターンが抽出される。

ショット分割部３０２が、抽出されたパターンを描画時のショット形状で分割する（ステップＳ２）。この分割は、ショットデータ生成部１１１による分割と同じである。例えば、図５に示すように抽出パターンが複数のショット図形に分割される。

描画条件設定部３０３がフォーカス条件を設定する（ステップＳ３）。マスクパターン計算部３０４は、設定されたフォーカス条件で描画処理を行い、ショット図形をショットした場合に基板２４０に形成されるパターン（マスクパターン）を計算する（ステップＳ４）。複数のフォーカス条件でマスクパターンを計算する（ステップＳ３〜Ｓ５）。複数のフォーカス条件は、実際の描画時のフォーカス値を、ショット分割で得られるショットサイズに応じたデフォーカスの範囲で変えたものである。

図５に示すように、パターンは様々なショットサイズで描画される。描画部２００では、ショットサイズに応じてベストフォーカスが異なるため、フォーカス条件を変えると、マスクパターンも多少変化する。例えば、フォーカス条件Iで描画処理を行うと、マスクパターンは図６（ａ）に示すようなものとなり、フォーカス条件IIで描画処理を行うと、マスクパターンは図６（ｂ）に示すようなものとなる。

プロセスマージン計算部３０５が、算出された複数のマスクパターンから１つを選択し（ステップＳ６）、選択したマスクパターンを持つフォトマスクを用いた露光処理、及び現像処理等のプロセスを行い、ウェーハ上にパターンを形成するにあたり、着目した寸法が所定範囲に収まるようなプロセス裕度（プロセスマージン）を計算する（ステップＳ７）。

例えば、プロセスマージン計算部３０５は、図６（ａ）に示すａ〜ｅの箇所に対応する寸法に着目し、ａ〜ｅの各々について、所定の寸法範囲が得られるプロセスマージンを計算する。例えば、ウェーハ上のａの箇所に対応する寸法は、露光量及びフォーカス値を図７（ａ）に示す領域内の値にすることで、所定範囲に収まる。同様に、ｂ〜ｅの箇所に対応する寸法は、露光量及びフォーカス値を図７（ｂ）〜（ｅ）に示す領域内の値にすることで、所定範囲に収まる。

プロセスマージン計算部３０５は、着目する箇所の全てに共通する共通プロセスマージンを計算する（ステップＳ８）。図８は、図７（ａ）〜（ｅ）に示すプロセスマージンを重ねて表示している。図８の斜線部分が共通プロセスマージンとなる。

プロセスマージン計算部３０５は、全てのマスクパターンについて、共通プロセスマージンを計算する（ステップＳ６〜Ｓ９）。例えば、図６（ａ）に示すマスクパターンからは図８に示す共通プロセスマージンが算出され、図６（ｂ）に示すマスクパターンからは図９に示す共通プロセスマージンが算出される。

描画条件決定部３０６は、算出された共通プロセスマージンを比較し（ステップＳ１０）、共通プロセスマージンが最も大きいマスクパターンが形成されるフォーカス条件を、描画処理時に採用するフォーカス条件として決定する（ステップＳ１１）。例えば、図８に示す共通プロセスマージンは、図９に示す共通プロセスマージンより大きいため、フォーカス条件I及び条件IIの中では、条件Iが選定される。

シミュレーション装置３００は、決定したフォーカス条件を制御計算機１１０へ出力する。

このようなフォーカス条件で描画処理を行うことで、ウェーハ上に所望の寸法のパターンを形成するためのプロセスマージンを大きくとれるフォトマスクを描画することができる。

上記実施形態では、共通プロセスマージンの面積が最大となるマスクパターンが形成されるフォーカス条件を選定していたが、共通プロセスマージンがプロセス装置の特性に応じた形状となるマスクパターンが形成されるフォーカス条件を選定してもよい。例えば、使用する予定の露光装置が、フォーカスを高精度に設定できるのに対し、露光量の設定の精度が高くない場合、露光量のマージンが大きい、すなわち図８，９に示すグラフにおいては縦方向の広がりが大きい形状の共通プロセスマージンに対応するフォーカス条件が選定される。

シミュレーション装置３００が決定する描画条件はフォーカス値に限定されず、ドーズ量（照射量）等の他のパラメータでもよい。例えば、マスクパターン計算部３０４は、異なるドーズ量で描画処理を行った場合に形成されるマスクパターンを計算する。

上記実施形態では、電子ビームを照射する描画装置について説明したが、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームを照射するものであってもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００制御部
２００描画部
３００シミュレーション装置
３０１ホットスポット抽出部
３０２ショット分割部
３０３描画条件設定部
３０４マスクパターン計算部
３０５プロセスマージン計算部
３０６描画条件決定部

Claims

荷電粒子ビーム描画装置で描画処理を行う際の描画条件を決定するシミュレーション装置であって、
設計データからホットスポットのパターンを抽出する抽出部と、
抽出されたパターンを荷電粒子ビームでショット可能なサイズの複数のショット図形に分割する分割部と、
複数の描画条件の各々について、前記ショット図形をショットして得られるマスクパターンを計算するマスクパターン計算部と、
前記マスクパターンを用いた露光処理及び現像処理を行った場合に基板上に所定の寸法のパターンが形成可能なプロセスマージンを、各マスクパターンについて計算するプロセスマージン計算部と、
前記プロセスマージンに基づいてマスクパターンを選定し、選定したマスクパターンに対応する描画条件を、前記荷電粒子ビーム描画装置に設定する描画条件として決定する決定部と、
を備えるシミュレーション装置。
前記プロセスマージン計算部は、各マスクパターンに対し、複数箇所の寸法が所定範囲内となる共通プロセスマージンを計算することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション装置。
前記決定部は、前記共通プロセスマージンが最大となるマスクパターンを選定することを特徴とする請求項２に記載のシミュレーション装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載のシミュレーション装置と、
前記シミュレーション装置で決定された描画条件に基づいて、描画対象の基板に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム描画装置と、
を備える荷電粒子ビーム描画システム。
荷電粒子ビームを用いてマスクブランクスに描画する図形パターンが配置された設計データからホットスポットのパターンを抽出する工程と、
抽出されたパターンを荷電粒子ビームでショット可能なサイズの複数のショット図形に分割する工程と、
複数の描画条件の各々について、前記ショット図形をショットして得られるマスクパターンを計算する工程と、
前記マスクパターンを用いた露光処理及び現像処理を行った場合に基板上に所定の寸法のパターンが形成可能なプロセスマージンを、各マスクパターンについて計算する工程と、
前記プロセスマージンに基づいてマスクパターンを選定し、選定したマスクパターンに対応する描画条件を荷電粒子ビーム描画装置に設定する工程と、
前記設計データに基づく描画データを前記荷電粒子ビーム描画装置に入力し、描画対象の基板に荷電粒子ビームを照射する工程と、
を備える荷電粒子ビーム描画方法。