JP2020184583A - 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

荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置 Download PDF

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Abstract

【課題】近接効果補正及び中距離効果補正の計算処理を効率良く行う。【解決手段】本実施形態による荷電粒子ビーム描画方法では、基板の描画領域を第１メッシュサイズで仮想分割した第１メッシュ領域毎のパターンの面積密度を算出して第１メッシュデータを作成し、前記第１メッシュデータのメッシュサイズを第１メッシュサイズより大きい第２メッシュサイズに変換して第２メッシュデータを作成し、前記第２メッシュデータと近接効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第３メッシュデータを作成し、前記第３メッシュデータのメッシュサイズを前記第１メッシュサイズに変換して第４メッシュデータを作成し、前記第１メッシュデータと中距離効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第５メッシュデータを作成し、前記第４メッシュデータと前記第５メッシュデータとを加算して、前記第１メッシュ領域毎の荷電粒子ビームの照射量を算出する。【選択図】図１

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、フォトマスクのパターン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。
電子ビーム描画では、後方散乱電子によりパターンの寸法変動が生じる、いわゆる近接効果の影響が問題となる。近接効果を補正する方法の１つとして、照射量補正法が知られている。これは、ビーム照射位置の周辺パターンのサイズや粗密に基づき位置毎に照射量を決定する補正方法である。
照射量補正では、フォトマスクへ照射した電子ビームがマスクで反射し、レジストを再露光して生じる、後方散乱照射量の計算が行われる。この計算は、レイアウト内のパターン情報を例えば数μｍ角のメッシュで表現したパターン密度マップと、後方散乱分布関数としてのガウスカーネルとの積和（畳み込み）を用いて高速化されている。
近接効果の影響範囲は１０μｍ程度であり、照射量補正における計算メッシュサイズは数μｍ程度である。これに加え、近年、影響範囲が数百ｎｍ〜数μｍ程度のＥＵＶ基板固有の後方散乱や、プロセスに起因する線幅エラーを補正する中距離効果補正の必要性が高まっている。中距離効果補正は、図９に示すように、従来の近接効果補正方法に対し、中距離効果のカーネルを追加することで行うことができる。
近接効果と中距離効果とは影響範囲の大きさが近く、これらを分離して別々に計算すると補正精度の劣化を招くため、互いを考慮して計算する必要がある。中距離効果補正における計算メッシュサイズは数百ｎｍ程度であるが、１０μｍ程度のカーネルを数百ｎｍ程度のメッシュサイズを使って畳み込むと、計算量が膨大になり、実用的時間内で計算処理を行うことが困難であった。
特開２００４−１４０３１１号公報 特開２００９−０３３０２５号公報 特開平１１−２０４４１５号公報
本発明は、近接効果補正及び中距離効果補正の計算処理を効率良く行うことができる荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置を提供することを課題とする。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、近接効果及び近接効果よりも影響半径の小さい中距離効果を補正する照射量の荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、前記基板の描画領域を第１メッシュサイズで複数の第１メッシュ領域に仮想分割する工程と、前記第１メッシュ領域毎のパターンの面積密度を算出し、第１メッシュデータを作成する工程と、前記第１メッシュデータのメッシュサイズを前記第１メッシュサイズより大きい第２メッシュサイズに変換して第２メッシュデータを作成する工程と、前記第２メッシュデータと近接効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第３メッシュデータを作成する工程と、前記第３メッシュデータのメッシュサイズを前記第１メッシュサイズに変換して第４メッシュデータを作成する工程と、前記第１メッシュデータと中距離効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第５メッシュデータを作成する工程と、前記第４メッシュデータと前記第５メッシュデータとを加算して、前記第１メッシュ領域毎の荷電粒子ビームの照射量を算出する工程と、この算出された照射量の荷電粒子ビームを用いて、前記基板にパターンを描画する工程と、を備えるものである。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、算出した前記第１メッシュ領域毎の荷電粒子ビームの照射量を前記第１メッシュデータとして利用して、前記第２メッシュデータの作成、前記第３メッシュデータの作成、前記第４メッシュデータの作成、前記第５メッシュデータの作成及び前記第１メッシュ領域毎の荷電粒子ビームの照射量の算出の各工程を複数回繰り返し行う。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、前記第２メッシュデータの初回作成時にメッシュ値が０となるメッシュ領域がある場合、２回目以降の前記第２メッシュデータの作成工程において、対応するメッシュ領域のメッシュ値に０を設定する。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、前記第１メッシュデータにおいて面積密度が０の第１メッシュ領域に対応するメッシュ領域のメッシュ値に０を設定して前記第４メッシュデータを作成する。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法において、前記第２メッシュサイズは、前記第１メッシュサイズのｎ（ｎは２以上の整数）倍である。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置は、近接効果及び近接効果よりも影響半径の小さい中距離効果を補正する照射量の荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、前記基板の描画領域を第１メッシュサイズで複数の第１メッシュ領域に仮想分割するメッシュ分割部と、前記第１メッシュ領域毎のパターンの面積密度を算出し、第１メッシュデータを作成する面積密度算出部と、前記第１メッシュデータのメッシュサイズを前記第１メッシュサイズより大きい第２メッシュサイズに変換して第２メッシュデータを作成する第１メッシュ変換部と、前記第２メッシュデータと近接効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第３メッシュデータを作成する第１畳み込み演算部と、前記第３メッシュデータのメッシュサイズを前記第１メッシュサイズに変換して第４メッシュデータを作成する第２メッシュ変換部と、前記第１メッシュデータと中距離効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第５メッシュデータを作成する第２畳み込み演算部と、前記第４メッシュデータと前記第５メッシュデータとを加算して、前記第１メッシュ領域毎の荷電粒子ビームの照射量を算出する加算部と、この算出された照射量の荷電粒子ビームを用いて、前記基板にパターンを描画する描画部と、を備えるものである。
本発明によれば、近接効果補正及び中距離効果補正の計算処理を効率良く行うことができる。
本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。 第１成形アパーチャプレート及び第２成形アパーチャプレートの斜視図である。 同実施形態による描画方法を説明するフローチャートである。 （ａ）（ｂ）はメッシュ変換の例を示す図である。 メッシュサイズと処理時間との関係の例を示すグラフである。 中距離効果補正を行った場合と行わなかった場合のパターン寸法のずれ量の例を示すグラフである。 メッシュ値が０の領域の例を示す図である。 描画速度と照射量補正計算の計算速度との関係の例を示すグラフである。 近接効果補正及び中距離効果補正の計算式の例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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なく、イオンビーム等でもよい。
図１は本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。図１に示す電子ビーム描画装置は、制御部Ｃと描画部Ｗとを備えた可変成形ビーム型の描画装置である。
描画部Ｗは、鏡筒３０と描画室６０を備えている。鏡筒３０内には、電子銃３２、照明レンズ３４、ブランカ３６、ブランキングアパーチャプレート３７、第１成形アパーチャプレート３８、投影レンズ４０、成形偏向器４２、第２成形アパーチャプレート４４、対物レンズ４６、主偏向器４８、及び副偏向器５０が配置されている。
描画室６０内には、ＸＹステージ６２が配置されている。ＸＹステージ６２上には、描画対象の基板７０が載置されている。基板７０は、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体回路が描画される半導体基板（シリコンウェハ）等である。また、基板７０は、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスであってもよい。
鏡筒３０内に設けられた電子銃３２（放出部）から放出された電子ビームＢは、照明レンズ３４により、矩形の開口３９（図２参照）を有する第１成形アパーチャプレート３８に照射される。第１成形アパーチャプレート３８の開口３９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成形アパーチャプレート３８を通過した第１アパーチャ像（矩形）の電子ビームＢは、ブランカ３６（ブランキング偏向器）内を通過する際にブランカ３６によって、電子ビームを基板７０に照射するか否か切り替えられる。ブランカ３６によってビームオフとなった場合、電子ビームＢはブランキングアパーチャプレート３７で遮蔽されるように偏向される。ビームオンの場合は、電子ビームＢがブランキングアパーチャプレート３７を通過するように制御される。
ブランキングアパーチャプレート３７を通過した第１アパーチャ像（矩形）の電子ビームＢは、投影レンズ４０により、開口４５（図２参照）を有した第２成形アパーチャプレート４４上に投影される。このとき、偏向器４２によって、第２成形アパーチャプレート４４上に投影される第１アパーチャ像（矩形）は偏向制御され、開口４５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。また、偏向器４２によって、第１アパーチャ像（矩形）の電子ビームＢが全て第２成形アパーチャプレート４４の開口４５を通過するよう制御すれば、第１アパーチャ像（矩形）の電子ビームの形状と寸法を変化させないようにすることもできる。
第２成形アパーチャプレート４４の開口４５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４６により焦点を合わせ、主偏向器４８及び副偏向器５０によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ６２上に載置された基板７０の目標位置に照射される。
制御部Ｃは、制御計算機１０、記憶部２０，２２、及び偏向制御回路２４を有する。記憶部２０には、複数の図形パターンから構成される描画データ（レイアウトデータ）が外部から入力され、格納されている。
制御計算機１０は、メッシュ分割部１１、面積密度算出部１２、第１メッシュ変換部１３、第１畳み込み演算部１４、第２メッシュ変換部１５、第２畳み込み演算部１６、加算部１７及び描画制御部１８を有する。
制御計算機１０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１０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、このプログラムを、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。
電子ビーム描画装置は、例えば、フォトマスクのパターン描画に用いられる。フォトマスクの作製では、まず、クロム膜等の遮光膜及びレジストが設けられた石英基板を準備し、電子ビーム描画装置でレジストに所望のパターンを描画する。描画後、現像処理により、レジストの露光部（又は非露光部）を溶解除去してレジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクにしてドライエッチング装置でエッチング処理を行い、遮光膜を加工する。この後、レジストを剥離することで、フォトマスクが作製される。
電子ビーム描画では、後方散乱電子による近接効果の影響でパターンの寸法変動が生じるため、照射量を補正して寸法変動を抑制する必要がある。また、近接効果よりも影響範囲がやや小さく、寸法変動の要因となる中距離効果についても補正する必要がある。本実施形態では、近接効果補正と中距離効果補正とを効率良く行う。
近接効果補正及び中距離効果補正を含む描画方法を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。
まず、メッシュ分割部１１は、基板７０の描画領域を格子状の複数のメッシュ領域に仮想分割する（ステップ１）。メッシュ分割部１１は、中距離効果補正に必要な小さいメッシュサイズ（第１メッシュサイズ、小メッシュサイズ）、例えば１００ｎｍ程度となるように分割する。以下、この小メッシュサイズのメッシュ領域を小メッシュ領域とも称する。
続いて、面積密度算出部１２は、記憶装置２０から描画データを読み出し、小メッシュ領域に図形パターンを割り当て、各小メッシュ領域のパターン面積密度を算出する。これにより、小メッシュ領域毎のパターン面積密度が定義された第１メッシュデータが得られる。第１メッシュデータは記憶部２２に格納される。
第１メッシュ変換部１３は、第１メッシュデータを、近接効果補正に適した大きいメッシュサイズ（第２メッシュサイズ、大メッシュサイズ）の第２メッシュデータに変換する（ステップ２）。例えば、大メッシュサイズ（第２メッシュサイズ）は、小メッシュサイズ（第１メッシュサイズ）のｎ（ｎは２以上の整数）倍である。例えば、小メッシュサイズを１００ｎｍとした場合、大メッシュサイズを１．６μｍとする。
例えば、図４（ａ）に示すように、複数の小メッシュ領域ｍ１〜ｍ９を１つの大メッシュ領域Ｍに変換（結合）する。大メッシュ領域Ｍのメッシュ値は、小メッシュ領域ｍ１〜ｍ９のメッシュ値及び位置等を用いて算出される。例えば、小メッシュ領域の位置（左下の頂点位置）を（ｘｉ、ｙｉ）、メッシュ値をｓｉ、大メッシュサイズをＭｅｓｈＳｉｚｅとすると、大メッシュ領域Ｍの各頂点に紐付くメッシュ値Ｓ１〜Ｓ４は以下の式から求まる。
Figure 2020184583
ｓｉはｉ番目の小メッシュ領域内の面積・ドーズ量を示す。
第１畳み込み演算部１４は、第２メッシュデータを入力として近接効果補正カーネルで畳み込み演算を行い、第３メッシュデータを生成する（ステップ３）。第３メッシュデータのメッシュ値は近接効果が補正された照射量となる。
第３メッシュデータは、第２メッシュデータと同様に大メッシュサイズのメッシュデータである。第２メッシュ変換部１５が、第３メッシュデータを、小メッシュサイズの第４メッシュデータに変換する（ステップ４）。この小メッシュサイズは、中距離効果補正に必要な小さいメッシュサイズである。すなわち、第１メッシュデータと第４メッシュデータとはメッシュサイズが同じである。
例えば、図４（ｂ）に示すように、１つの大メッシュ領域Ｍを、複数の小メッシュ領域ｍ１〜ｍ９に変換（分割）する。小メッシュ領域ｍ１〜ｍ９のメッシュ値は、大メッシュ領域Ｍの各頂点に紐付くメッシュ値Ｄ１〜Ｄ４の内挿処理で算出される。この内挿処理する際の内挿法については例えば線形内挿等、周知の内挿法を用いれば良い。メッシュ値Ｄ１〜Ｄ４は、メッシュ値Ｓ１〜Ｓ４の畳み込み演算後の値である。
第２畳み込み演算部１６は、第１メッシュデータを入力として中距離効果補正カーネルで畳み込み演算を行い、第５メッシュデータを生成する（ステップ５）。第５メッシュデータは小メッシュサイズのメッシュデータである。第５メッシュデータのメッシュ値は中距離効果が補正された照射量となる。
加算部１７は、第４メッシュデータと第５メッシュデータとを加算し、小メッシュ領域毎の補正照射量を算出する（ステップ６）。ステップ２〜６の処理を所定回数（ｎ回）繰り返す。繰り返し処理では、加算部１７による加算結果が、第１メッシュ変換部１３及び第２畳み込み演算部１６の入力となる。
ステップ２〜６の処理をｎ回、例えば３回程度繰り返したら（ステップ７＿Ｙｅｓ）、描画処理を行う（ステップ８）。描画制御部１８が、偏向制御回路２４等を介して描画部Ｗを制御して描画処理を行う。描画部Ｗは、加算部１７が算出した補正照射量の電子ビームＢを用いて、基板７０にパターンを描画する。例えば、偏向制御回路２４は、補正照射量をビーム電流で除してショット毎の照射時間を算出し、ブランカ３６に偏向電圧を印加して照射時間を制御する。
このように、本実施形態によれば、中距離効果補正に対応した小メッシュサイズの第１メッシュデータを近接効果補正に対応した大メッシュサイズの第２メッシュデータに変換して近接効果補正カーネルで畳み込み演算を行い、第３メッシュデータを生成する。そして、第３メッシュデータを小メッシュサイズの第４メッシュデータに変換し、第１メッシュデータを中距離効果補正カーネルで畳み込み演算して生成した第５メッシュデータと加算する。
近接効果は中距離効果よりも影響範囲が大きいため、小メッシュサイズのメッシュデータで畳み込み演算を行うと計算量が膨大になり、多大な処理時間がかかる。しかし、本実施形態では、小メッシュサイズの第１メッシュデータを大メッシュサイズの第２メッシュデータに変換してから近接効果補正計算を行うため、計算量を抑え、処理時間を短縮できる。また、近接効果補正に加えて中距離効果補正を行うため、描画パターンの寸法変動を抑えることができる。
図５に、小メッシュサイズと近接効果補正及び中距離効果補正に要する処理時間との関係を示す。メッシュサイズが小さい程、処理時間が長くなる。例えば小メッシュサイズが１００ｎｍである場合、上記実施形態のように、小メッシュサイズの第１メッシュデータを大メッシュサイズの第２メッシュデータに変換するメッシュ変換を行う場合の処理時間は、メッシュ変換を行わない場合の処理時間と比較して、１／２５程度に短縮できることがわかる。
図６は、中距離効果補正を行う場合と、中距離効果補正を行わない場合の描画パターンの寸法ずれ量を示す。中距離効果補正を行うことで、寸法精度を大幅に向上させることができる。
図３のステップ２の処理でメッシュ値Ｓ１〜Ｓ４が０の大メッシュ領域Ｍについては、計算結果を保持しておき、繰り返し処理で再度ステップ２の処理を行う際は、メッシュ値の算出処理をスキップし、メッシュ値０を設定してもよい。これにより、補正処理の計算量を削減できる。
図３のステップ１の処理でメッシュ値が０の小メッシュ領域については、計算結果を保持しておき、ステップ４の内挿処理をスキップして、対応する小メッシュ領域のメッシュ値に０を設定してもよい。これにより、補正処理の計算量を削減できる。
図３のステップ３やステップ５の畳み込み演算は、一般的には、ＣＰＵのキャッシュ利用効率を考慮して区画分けして行われる。図７に示すように、第１畳み込み演算部１４や第２畳み込み演算部１６に入力されるメッシュデータにおいて、メッシュ値が全て０となる区画Ｒがある場合、この区画の畳み込み演算をスキップし、出力するメッシュデータの対応区画のメッシュ値に０を設定してもよい。これにより、補正処理の計算量を削減できる。
このような一部処理のスキップにより計算量を削減することで、図８に示すように、ショット数が少ない場合でも補正処理の計算時間を描画時間よりも短くし、実用的時間内で計算処理を行うことができる。
描画装置は可変成形ビーム型に限定されず、複数のビームを一度に照射するマルチビーム描画装置であってもよい。
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。
１０ 制御計算機
１１ メッシュ分割部
１２ 面積密度算出部
１３ 第１メッシュ変換部
１４ 第１畳み込み演算部
１５ 第２メッシュ変換部
１６ 第２畳み込み演算部
１７ 加算部
１８ 描画制御部

Claims (6)

  1. 近接効果及び近接効果よりも影響半径の小さい中距離効果を補正する照射量の荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、
    前記基板の描画領域を第１メッシュサイズで複数の第１メッシュ領域に仮想分割する工程と、
    前記第１メッシュ領域毎のパターンの面積密度を算出し、第１メッシュデータを作成する工程と、
    前記第１メッシュデータのメッシュサイズを前記第１メッシュサイズより大きい第２メッシュサイズに変換して第２メッシュデータを作成する工程と、
    前記第２メッシュデータと近接効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第３メッシュデータを作成する工程と、
    前記第３メッシュデータのメッシュサイズを前記第１メッシュサイズに変換して第４メッシュデータを作成する工程と、
    前記第１メッシュデータと中距離効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第５メッシュデータを作成する工程と、
    前記第４メッシュデータと前記第５メッシュデータとを加算して、前記第１メッシュ領域毎の荷電粒子ビームの照射量を算出する工程と、
    この算出された照射量の荷電粒子ビームを用いて、前記基板にパターンを描画する工程と、
    を備える荷電粒子ビーム描画方法。
  2. 算出した前記第１メッシュ領域毎の荷電粒子ビームの照射量を前記第１メッシュデータとして利用して、前記第２メッシュデータの作成、前記第３メッシュデータの作成、前記第４メッシュデータの作成、前記第５メッシュデータの作成及び前記第１メッシュ領域毎の荷電粒子ビームの照射量の算出の各工程を複数回繰り返し行うことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  3. 前記第２メッシュデータの初回作成時にメッシュ値が０となるメッシュ領域がある場合、２回目以降の前記第２メッシュデータの作成工程において、対応するメッシュ領域のメッシュ値に０を設定することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  4. 前記第１メッシュデータにおいて面積密度が０の第１メッシュ領域に対応するメッシュ領域のメッシュ値に０を設定して前記第４メッシュデータを作成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 前記第２メッシュサイズは、前記第１メッシュサイズのｎ（ｎは２以上の整数）倍であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  6. 近接効果及び近接効果よりも影響半径の小さい中距離効果を補正する照射量の荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
    前記基板の描画領域を第１メッシュサイズで複数の第１メッシュ領域に仮想分割するメッシュ分割部と、
    前記第１メッシュ領域毎のパターンの面積密度を算出し、第１メッシュデータを作成する面積密度算出部と、
    前記第１メッシュデータのメッシュサイズを前記第１メッシュサイズより大きい第２メッシュサイズに変換して第２メッシュデータを作成する第１メッシュ変換部と、
    前記第２メッシュデータと近接効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第３メッシュデータを作成する第１畳み込み演算部と、
    前記第３メッシュデータのメッシュサイズを前記第１メッシュサイズに変換して第４メッシュデータを作成する第２メッシュ変換部と、
    前記第１メッシュデータと中距離効果補正カーネルとの畳み込み演算を行い、第５メッシュデータを作成する第２畳み込み演算部と、
    前記第４メッシュデータと前記第５メッシュデータとを加算して、前記第１メッシュ領域毎の荷電粒子ビームの照射量を算出する加算部と、
    この算出された照射量の荷電粒子ビームを用いて、前記基板にパターンを描画する描画部と、
    を備える荷電粒子ビーム描画装置。
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