JP3615149B2 - バルク加熱により基板に生じた歪みを修正するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は一般に、半導体基板上にパターンを形成するために用いられるシステムおよび方法に関するものであり、また、バルク加熱により基板に生じた歪みを修正するシステムおよび方法に関するものである。
【0002】
(背景技術)
本明細書は、本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第5,847,959号の“Method And Apparatus For Run−Time Correction of Proximity Effects And Pattern Generation”で開示された内容に関連するものであり、本明細書中では該明細書を全体として援用している。
【0003】
集積回路の製造では、半導体基板上に回路パターンを形成するために電子ビーム(またはEビーム)リソグラフィー処理を用いる。特に、感放射線材料(例えば、電子ビームレジスト)を露光し、材料にパターンまたはマスクを「描画」するために、収束した電子ビームが基板上に正確に配置され、容易に走査される。この描画マスク処理は、描画が終了すると基板内に熱を導入する。このような熱によって不規則な基板の熱膨張が発生し、これにより描画しているパターンの位置に誤差が生じてしまう。つまり、フォトマスクのバルク(またはグローバル)加熱(パターニング中に電子ビームエネルギー付加によって生じる)が生じた結果、マスク基板の熱膨張が起こり、パターン位置に誤差が生じる。
【0004】
(発明の開示)
本発明は、電子ビームリソグラフィーの描画処理中に基板の熱膨張を修正し、熱膨張によって生じる可能性のある誤差を回避するためのシステムおよび方法を提供する。このシステムと方法を用いれば、基板上に描画するパターン、電子ビームの電力レベル、電子ビームの露光時間、等を示すパターン描画データから、基板中に導入される熱の量を計算することができる。パターン描画データは、基板の熱反応および/または歪みを、描画時にシミュレーションまたはモデリングする有限要素モデルから、1つまたはそれ以上の事前に算出された歪みマップを操作するために使用される。ある実施形態では、歪みを推測するために、有限要素モデルと共に線形重ね合わせ(linear superposition)技術を採用している。パターン描画データで操作しながら有限要素モデルを使用することにより、電子ビームリソグラフィーの最中に、露光した各々の歪みに、描画した図形の配置の等しいオフセットを導入することができ、これにより、基板を冷却した際に(つまり、歪みがない状態になった際に)、描画した図形が基板上の正しい位置に現れる。
【0005】
本発明のある実施形態によれば、電子ビーム描画システムは、基板上にパターンを形成するために電子ビームを放射するべく動作可能な電子ビームパターニング装置を備えている。コンピュータ制御システムが、電子ビームパターニング装置と結合しており、複数の事前に計算された歪みマップを備えている。歪みマップの各々は 電子ビームへの露光によるバルク加熱から発生が予想される基板の歪みを示している。コンピュータ制御システムは、予測された歪みを調整するために、歪みマップを用いて電子ビームパターニング装置を制御するべく動作可能である。
【0006】
本発明の別の実施形態によれば、方法は、基板上にパターンを形成するために、電子ビームを放射するべく動作可能な電子ビームパターニング装置からパターン描画データを受信し、パターン描画データと、事前に算出した歪みマップを用いた電子ビームへの露光の結果、バルク加熱によって生じる基板の予想歪みを決定し、予想された歪み調整するべく、電子ビームパターニング装置を制御する。
【0007】
本発明のさらに別の実施形態によれば、記憶媒体は、基板上にパターンを形成するために、電子ビームを放射するべく動作可能な電子ビームパターニング装置と共に使用するための基準表を備えている。基準表は、複数の事前に算出された歪みマップを備えている。歪みマップの各々は、電子ビームへの露光の結果生じた、予想される基板の歪みを示している。
【0008】
本発明のさらに別の実施形態によれば、基板上にパターンを形成するために、放射するべく動作可能な電子ビームパターニング装置を制御するためのコンピュータ制御システムが設けられている。コンピュータ制御システムは、複数の事前に算出された歪みマップを記憶するメモリを有し、歪みマップの各々は、電子ビームへの露光によって発生が予想される基板の歪みを示す。メモリと結合したプロセッサが、電子ビームパターニング装置からパターン描画データを受信する。またプロセッサは、パターン描画データと歪みマップを用いて制御信号を生成する。これらの制御信号は、予想された歪みを調整するために電子ビームパターニング装置を制御する。
【0009】
本発明の技術的利点には、線形重ね合わせ理論に基づいた電子ビームパターニングの最中に、フォトマスクのバルク加熱歪みを推測するための有限要素モデルを使用することが含まれる。これらの推測から、歪みを補正するための調整を行い、不適切な配置による誤差の発生を回避することが可能である。
【0010】
本発明の別の技術的利点には、基板の電子ビームパターニングに対する熱および/または機械反応を示す、1つまたはそれ以上の算出された歪みマップを提供ことが含まれる。歪みマップは、パターン描画データと共に、パターニング処理中に予想される歪みを決定するために使用され、これによって、今ひずみを調整することができる。歪みマップは事前に算出されているため、熱歪みを計算するために必要な時間が著しく短縮される。
【0011】
さらに別の技術的利点には、バルク加熱によって基板に生じたひずみを修正するために採用される線形重ね合わせ技術が含まれる。このような線形重ね合わせ技術は、いかなる特定のマスク描画方法またはパターン密度配分にも限定されることはないため、幅広い用途に使用することができる。
【0012】
本発明の別の形態と利点は、以下の説明と添付の図面によってより明白になる。
【0013】
(発明を実施するための最良の形態)
本発明とさらなる特徴および利点をより完全に理解するために、添付の図面と共に以下の説明を参照する。
【0014】
図1から図12Bに示す方法と構造を参照しながら本発明の実施形態を説明する。複数の図中で、同様の部分は同様の参照番号で示している。これらの図は、理解と説明を容易にするためのみの理由で簡素化されている。当業者には、説明が進むにつれて本発明の様々な変形、応用、改作が明らかになるであろう。本発明の示唆に依存し、また、これらによって本発明の示唆が技術を進展されるこのような変形、応用、改作は全て、本発明の精神と範囲内に入るものと考慮される。
【0015】
電子ビーム描画処理
図1は、基板12上で電子ビーム10が走査される電子ビーム描画処理を示す簡素化した図である。基板12は、可能ステージ(図示せず)上に取り付けることもできる。基板12の表面は、グリッドとして配置された複数の画素14に分割されている。図1では、明瞭化の目的から、1つの画素14のみに参照番号を付している。各画素14の直径は、直径約0.05から0.2μmの範囲である。円形または楕円形をした電子ビーム10は、第1方向16において定期的に走査され、その一方で、基板12を取り付けたステージが第2の直行方向18に向かって移動する。ビーム10の走査の各々によって1つまたはそれ以上の画素のロウ(列: rows )を露光し、これにより、例えば0.2から2.0μmの範囲のサイズの図形を描画する。
【0016】
この描画方法を支持するために、電子ビーム10、および/または基板12が取り付けられたステージの動きを導き、また、ビーム10の露光(エネルギー)レベルを制御するパターン描画データを使用する。例えば、パターン描画データは、電子ビーム10のパワーを画定する1つまたはそれ以上のビームパターンを特定することができる。
【0017】
グローバル熱膨張により生じる歪み
図2は、電子ビーム処理中に生じる基板12上のグローバル熱膨張の効果を示す。基板12を、固定点20周囲で弾性的に拡張できる形で3点サスペンション(図示せず)上に取り付けてもよい。点線で示すパターングリッド22が基板12のオリジナル形状である。さらに、基板12上に描画する図形の例証的な原点24も点線で示す。
【0018】
当業者にはよく知られているように、基板12の所定の範囲を電子ビーム(図示せず)で露光することにより、その範囲に吸収される熱が生じる。このようなバルク加熱により、露光範囲の形状および位置が固定点20に関連して変わる。つまり、一般には、実践で示すパターングリッド26のように、基板12の形状が膨張または歪んでしまう。従って、その範囲が露光される際に、図形原型24が(固定点20に関連して)置換位置28へとシフトする。このシフト(グローバル熱膨張効果と呼ばれる)が生じると、基板上12の間違った場所にパターン図形が描かれてしまう。
【0019】
有限要素熱モデル
本発明は、基板のバルク加熱によって生じた歪みを調整または修正することにより描画の誤配置を防止することができるシステムおよび方法を提供する。これを達成するには、例えば経験的データや、多数ある熱膨張動作を計算するための有限要素分析プログラム(Swanson Analysis Systems,Inc.より市販されているANSYS(商標)等)の1つを使って、1つまたはそれ以上の有限要素(FE)熱モデルを作成する。有限要素モデルは、基板の別々の場所においてバルク加熱される特性による歪みをシミュレーションまたはモデリングする。すなわち、有限要素モデルの各々と共に、仮説上の基板が多数の個別ユニットまたは「有限要素」に分割され、これらの有限要素の各々について、例えば電子ビームパワーのレベルと時間に従ってバルク加熱歪みがモデリングされる。従って、有限要素モデルは、電子ビームパターニング中に誘発される基板のバルク加熱歪みを予想することができる。
【0020】
ある実施形態では、1つまたはそれ以上の歪みマップに、またはこれを導出するために有限要素モデルを使用している。このような歪みマップは、基準表にまとめることができ、また、歪みを修正するために、描画中に電子ビームの位置を制御または調整するべく、パターン描画データ(例えばビームパターナー)と共に使用することができる。この方法を用いれば、基板上の正しい位置にパターン図形が描かれる。
【0021】
次に、様々な例証的な有限要素モデルと、これに対応する歪みマップについて説明する。
【0022】
ある有限要素モデルは、リアルタイム計算モデルと呼ぶことができる。このモデルを作成するには、時間間隔Δt(例えば、約1分間)を選択する。パターンが描かれると、各々の間隔中に放出するエネルギーの量が計算される。各々の時間間隔中に、新規の有限要素熱モデルが算出される。新規の時間間隔について計算された熱量を用いて、この処理が繰り返される。各々の時間間隔計算からの出力データ(すなわち、温度分配)が、次の計算の初期条件として使用される。特に、このような熱分析から得た結果は、置換または歪みを決定するために、基板の構築モデルに適用される。
【0023】
別の有限要素(エネルギー・歪み比例モデルと呼ばれる)は、従来のパターン密度配分の、予め算出した歪みマップを用いた所定のパターン密度配分のための基板の歪みマップを生成する。これは、基板に露光された電子ビームの累積エネルギーに基づいて予め算出した歪みマップの歪みベクトルを線形的にスケーリングして行う。このエネルギー・歪み比例モデルには、マスク描画スタイルの上級知識が必要となる。
【0024】
さらに別の有限要素モデル(線形重ね合わせモデルと呼ばれる)は、基板の歪みを予想するために線形重ね合わせの概念を採用している。線形重ね合わせモデルを用いれば、電子ビームエネルギー露光の最も一般的な場合の歪みデータを予め計算し、基準表データベースに記憶することができる。次に、リアルタイム描画の最中にこの基準表にアクセスし、特定の電子ビームエネルギー露光の場合のバルク加熱歪みを予想することができる。
【0025】
歪み修正を備えた電子ビームシステム
図3は、本発明の1実施形態による電子ビーム描画システム30を示す。電子ビーム描画システム30では、電子ビームを調整して、バルク加熱によってフォトマスク基板に生じた歪みを修正する。図に示すように、電子ビーム描画システム30は、電子ビームパターニング(描画)装置と結合したコンピュータ制御システム32を備えている。ここで使用するように、「結合した」「接続した」という用語、またはこれに関連した用語は、2つまたはそれ以上の要素間の、直接または間接のあらゆる結合、接続を意味するものであり、結合や接続は物理的あるいは論理的なものであってよい。別の実施形態では、コンピュータ制御システム32は、電子ビームパターニング装置34に一体に設けられるか、または内臓されていてもよい。
【0026】
一般に、電子ビームパターニング装置34は、電子ビームセンシティブ材料(例えば電子ビームレジスト)を露光し、基板上にパターンを描くために、基板12上に電子ビームを生成および走査(放射)するものとして機能する(図1、図2を参照)。電子ビームパターニング装置34は、例えばMEBESTM装置のような適切な装置をいくつも用いて実行することができる。基板上へのパターンの描画は、パターン描画データに示されたパターン、露光時間、パワーレベルに従って行われる。
【0027】
コンピュータ制御システム32は、電子ビームパターニング装置34のオペレーティングシステムと連絡している。コンピュータ制御システム32は、電子ビームパターニング装置34によって基板上へのパターンの描画を誘導、制御するものとして機能する。コンピュータ制御システム32には、基板のバルク加熱をシミュレーションする様々な有限要素モデル(ここで説明しているもの)を1つまたはそれ以上採用することが可能である。これらの有限要素モデルの各々は、電子ビームパターニング中にマスク基板の熱反応と機械反応を決定するために開発された熱および構造サブモデルを備えることができる。コンピュータ制御システム32は、電子ビームパターニング中にマスク関連の歪みを識別するため、また、配置における電位誤差を計算するために有限要素モデルを使用する。次に、コンピュータ制御システム32は、電位配置誤差を補正するために、電子ビームパターニング装置34のビームを制御または誘導する。コンピュータ制御システム32は、例えば、支持用のメモリを備え、あらゆる適切なオペレーティングシステムを実行するプロセッサPC互換性コンピュータのような任意の適切なコンピュータと共に実現することが可能である。
【0028】
コンピュータ制御システム
図4は、本発明の1実施形態によるコンピュータ制御システム32のブロック線図である。コンピュータ制御システム32は、コンピュータ制御システム32が結合または統合されている電子ビームパターニング装置34(図3)によって電子ビーム出力の走査を誘導または制御する。図に示すように、コンピュータ制御システム32はプロセッサ36とメモリ38を備えている。
【0029】
プロセッサ36は、電子ビームパターニング装置34からの入力を受信する。この入力は、他のものと共に、基板上に描かれるパターンを特定するパターン描画データ、描画処理中に供給される電子ビーム用の1つまたはそれ以上の電力/エネルギーレベル、各々の電子ビームの、各電力/エネルギーレベルにおける露光時間を含んでいてもよい。プロセッサ36は、入力情報を様々な方法で処理する。この処理は、電子ビームパターニング中の、マスク関連の歪みのバルク加熱への属性の決定または識別、これを補正するための電子ビームの走査の計算調整が含まれる。各歪みを、基板が冷却された時に(つまり、歪みがない状態)、描かれた図形が基板上の正しい位置にくるようにするために、描画された図形の配置において等しいまたは逆のオフセットの形で調整することができる。プロセッサ36は、算出された調整等を電子ビームパターニング装置34に伝搬する制御信号を出力または生成する。プロセッサ36の機能は、メインフレーム、ファイルサーバ、ワークステーション、その他適切なソフトウェアを実行するデータ処理設備のような適切なプロセッサによって実行するこごができる。
【0030】
メモリ38は、プロセッサ36と接続しており、主に、コンピュータ制御システム32で利用できる様々な情報を受信、記憶、転送する。メモリ38は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、ディスク、テープ記憶、またはその他の揮発性および/または非揮発性のデータ記憶システムのような任意の適切な記憶媒体内に常駐することができる。ある実施形態では、メモリ38はリレーショナルデータベースを含む。
【0031】
図に示すように、メモリ38は基準表40を備えることができる。基準表40は、有限要素(FE)分析に基づいて基板のバルク加熱をシミュレーションする1つまたはそれ以上の熱モデルに関する、またはここから導出した情報を含んでいる。ある実施形態では、規準表40は1つまたはそれ以上の歪みマップを備えている。プロセッサ36が、補正目的で制御信号を生成できるよう基板のバルク加熱歪みを決定または算出するために、プロセッサ36はこのような歪みマップの各々を使用することができる。
【0032】
基準表の作成
図5A、図5Bは、本発明の1実施形態による例証的な基準表40の作成を示すものである。一般に、基準表40は、バルク加熱に起因する基板の歪みを修正または調整するために使用することができる情報を含んでいる。本明細書中で説明しているように、基準表40は、電子ビームパターニング装置34のオペレーションシステムと連絡しているコンピュータ制御システム32のメモリ38内に保存することができる。
【0033】
図5Aは、基板のパターン範囲42のnセル44への分割を示す。明瞭性のために、1つのセル44のみに参照符号を付している。各セル44のサイズまたは範囲は、パターン配置誤差を修正に要される正確性と、基準表40の記憶および基準表40へのダイナミックアクセスが可能なコンピュータメモリとに基づいて選択することができる。ある実施形態では、各セル44が約1cm2の表面範囲を占めている。
【0034】
有限要素モデルシミュレーション分析では、各セル44が1つまたはそれ以上の「有限要素」を構成する。実際に基板上に描画を行う前に、これらの有限要素を用いて、1つまたはそれ以上の熱および/または構造有限要素モデルが計算あるいは生成される。一般に、これを達成するには、各々のセル44について、1ユニットのエネルギーがこのセル44内に導入され、次に、全体のマスクの正確な歪みマップが、規則的な時間間隔(例えば、1分間)において計算される。
【0035】
より詳細には、熱モデルシミュレーション分析では、パターン範囲42における各セル44に、Δtの時間において熱量が付加される。各セル44についての熱量は、一般に、セルが受ける電子ビーム露光の量に関連する。この露光は、セル44上を走査する電子ビームの電力/エネルギーレベルと、セルがビームにさらされている時間とを考慮する。電子ビームの電力/エネルギーレベルは、パターン描画データに記されているビームパラメータから求める。時間Δtは、実際の描画の最中に基板の同等な範囲を露光するために要する実時間に関連する。
【0036】
ある実施形態では、熱モデルシミュレーション分析は、真空状態において生じる、伝導性および放射性熱伝導機構を考慮するものである。基板に蓄積された熱エネルギーをシミュレーションするために、同等な表面熱フラックスが使用され、また、放射性熱境界条件が用いられる。
【0037】
例証的構造モデルシミュレーション分析では、基板は、基板の中心から59.4mmの放射距離で配置された“2−2−2”キネマティックマウントによって支持されていると考えられる。このような取り付け状態は、MEBESTM電子ビーム装置では一般的である。
【0038】
基板のバルク加熱は、描画中の所定の瞬間における任意のセル44の歪みが、セルが露光されるエネルギーだけでなく、付近のセルが露光されるエネルギーにも依存するダイナミック処理である。従って、特定の位置にある、描画中の特定の時間における基板の歪みを予想するためには、先に基板全体に施したパターニングの知識が必要である。これを達成するには、個別の時間Δtについて1つまたはそれ以上の歪みマップを予め計算する。
【0039】
図5Bは、図5Aに示した基板パターン範囲42の有限要素モデルシミュレーション分析で生成することができる複数の歪みマップ48を備えた基準表40を示す。
【0040】
歪みマップ48には、個別に参照符号48(a)から48(i)を付している。歪みマップ48はセットにグループ分けしてもよく、この場合、1セット内の全てのマップ48が基板パターン範囲42の特定のセル44に関連する。図に示すように、例えば、歪みマップ48(a)から48(c)を含むセットは基板パターン範囲42の第1セル44に関連し、また、マップ48(d)から48(f)を含むセットは第2セル44に関連し、マップ48(g)から48(i)を含むセットは基板パターン範囲42の第nセル44に関連している。各セット内で、各々の歪みマップ48は異なる時間またはフレームに関連している(例えば、t=Δt、t=2Δt、t=3Δt、t=4Δt)。基準表40中の各々の歪みマップ48は、パターン範囲42内の各セル44をパターニングした結果の、それぞれの時間フレームにおける基板の熱機構反応を示している。ある実施形態では、例えば、各歪みマップ48は、特定の電力レベル、特定の瞬間において電子ビームで露光した結果、各々のセル44で予想される歪みの量に関連したベクトルを示している。そのため、例証的なベクトルは、第3時間フレームにおけるパターン範囲内の10番目のセルについて、第1(x)、第2(y)寸法ではそれぞれ0.5nmと0.3nmの歪みが予想されることを示す。各歪みマップ48は、全てのセル44が電子ビームで露光されると仮定してもよい(つまり、基板上の関連する範囲が100%パターン被覆される)。
【0041】
以下に説明するように、基準表40の歪みマップ48内のデータは、基板の実際の描画処理中のバルク加熱への歪み属性を予想するために使用することができる。
【0042】
ある実施形態において、基板の単一の有限要素歪みモデルが、描画に基づいて、固定したパターン密度で所定の順番において生成される。基板上の所定の任意の点が次に描かれた際に、コンピュータ制御システム32が、その時間までに基板内に導入された総エネルギーとモデル内の関連値との間の比率を計算する。次に、修正を生じるために、算出されたモデル内の歪みにこの比率が乗算される。別の実施形態では、基板の歪みを正確に計算するために、線形重ね合わせ技術が使用される。正確であることに加えて、この線形重ね合わせ技術により、基板に任意の順番で描画またはパターニングが施されてもよい。
【0043】
電子ビーム描画システムの動作
例証的な電子ビーム描画システム30(図3)の走査において、複数の歪みマップ48が、電子ビームパターニング装置34と結合したコンピュータ制御システム32のメモリ内に記憶される。基板に図形が描画されると、コンピュータ制御システム32が、任意の所定の時間増加において、各セル44(図5A)に導入されるエネルギーの量を監視する。これは、電子ビームパターニング装置34からコンピュータ制御システム32にパターン描画データを通信することで達成される。パターン描画データは、一連のパターニング段階、各段階において基板パターン範囲42の様々な場所に描かれるパターン、各段階についての電子ビームの電力レベル、露光時間、等を示してよい。
【0044】
所定の時間増加において、パターン範囲42に費やされたエネルギーに基づいて、コンピュータ制御システム32が予想されるバルク加熱への歪み属性を計算する。ある実施形態では、これは、コンピュータ制御システム32が、適切な歪みマップ48から、基板全体にかけての歪みベクトルを引き出し、これを線形スケーリングすることによって達成される。
【0045】
次に、コンピュータ制御システム32が、各々の計算された歪みについて、パターン配置における同等のまたは逆のオフセットを案内する制御信号を生成する。制御信号が、電子ビームパターニング装置34による電子ビームの走査を誘導する。特に、電子ビームの走査は各々のオフセットに従って調整されることにより、各々の歪みが、基板が冷却された際に、所望のパターン図形が基板上の適切な位置に現れるようにオフセットまたは補正される。
【0046】
本発明の1実施形態による方法は、ここで説明した電子ビーム描画システム30の操作に関連する。
【0047】
線形重ね合わせ
本発明の1実施形態による線形重ね合わせ技術は、基板の最大温度上昇が数度のみであるといった特定の条件下での電子ビームパターニング中の、基板の熱および機械反応を予想するために用いることができる。
【0048】
特に、電子ビームパターニング中の基板の熱反応を表す熱伝搬方程式の一般的な形は次の通りである。
【0049】
【数1】
ここで、TとTsurは基板とその周囲の温度をそれぞれ示し、k、ε、p、cは、熱伝導性、放射率、密度、基板材料の熱容量をそれぞれ示し、AとVは、基板の表面範囲と体積をそれぞれ示し、σはシュテファン=ボルツマン定数を示す。
【0050】
フォトマスクパターニング中の所定の電子ビームパラメータについて、また、バルク加熱の最も厳しい条件下において、基板の最大温度上昇は1または2度である。これは、上述の方程式での放射条件が以下の通り近似させ、描画することが可能である。
【0051】
【数2】
この近似を用いることで方程式(1)が線形になり、これにより、描画中の基板の熱反応を予想するために線形重ね合わせ技術を使用することが可能になる。
【0052】
ある実施形態において、線形重ね合わせ技術は以下の方法で実現することができる。
【0053】
(1)基板が(既に説明したように)セルの列に分割され、セルの各々が約1cm2である。各セルについて、関連するタイムステップの開始時において1ユニットのエネルギーをセル内に導入したことによって生じる歪みを、時間の関数として予想する有限要素計算が実施される。この方法では、複数のタイムステップにかけて、各セルについて歪みマップの基準表が作成される。
【0054】
(2)一連のタイムステップにかけてマスクが描かれる際に、電子ビーム描画システム30が、所定のタイムステップにおいて各セル内に導入されるエネルギーの量を監視する。次に、このタイムステップ中にエネルギー導入によって生じた歪みが、線形サメーション(summation)から形成される。このサメーションは、各セルに導入されたエネルギーの、基準表で使用されるユニットのエネルギーに対する比率をとる。関連する歪みマップをこの比率で割る。これは、このタイムステップに描かれた全てのセルについて行われる。比率で表されたマップの各セルを(ベクトル的に)合計する歪みマップが作成される。
【0055】
(3)次のタイムステップでは、直前に説明した処理が繰り返され、これにより、この次のタイムステップのみによって生じた歪みのマップが作成される。この歪みが、1つ前のタイムステップについて算出された歪みの再計算に加算されるが、今回は、1タイムステップ進んだ歪みマップの比率から算出される。
【0056】
(4)一連のタイムステップの各々について、最後のタイムステップについての歪みが計算されるまで、上述した処理が繰り返される。
【0057】
線形重ね合わせが正確にバルク加熱を概算することをデモンストレーションするために、次のテストケース(図6、図7A,図7Bを参照して説明する)を考慮する。図6は、パターン範囲42(a)への電子ビーム露光による、2つのセル44(a)、44(b)の例証的パターニングを示す。セル44(a)、44(b)は、線形重ね合わせ技術を使用した際の最悪の場合における隣接セルとして特別に選択された。つまり、互いに隣接するセル44(a)と44(b)を用いて、最大温度上昇を推測することができる。これにより、放射条件による方程式(1)の非線形性が最も顕著になるため、最大誤差が生じる。
【0058】
各セル44(a)、44(b)をパターニングするのに要する時間はΔtであり、セルが連続してパターニングされると仮定する。従って、セル44(a)は時間t=Δtでパターニングされ、セル44(b)は時間t=2Δtでパターニングされると考えることができる。線形重ね合わせ技術を用いて、セル44(a)、44(b)の両方のパターニングの最後(つまりt=2Δt)における基板全体の歪みは、セル44(a)のパターニングによって生じた歪みをセル44(b)のパターニングによって生じた歪みにベクトル的に追加することによって得ることができる。
【0059】
図7A、図7Bは、進歩した技術(つまり、簡単な有限要素計算)と線形重ね合わせ技術を各々用いて得た、図6に関連して示し、説明したケースについてのインプレーン歪みを示すグラフを示す。図7Aと図7Bを比較することで、進歩した技術によって得た歪みと線形重ね合わせ技術によって得た歪との間に約10%の最大差(誤差)が生じる。提案された線形重ね合わせ技術において生じた誤差は、有限要素モデル内のシミュレートしたセル44のサイズを最良化することでさらに最小限に抑えることができる。従って、線形重ね合わせ技術は、基板内のバルク加熱への歪み属性の比較的正確な数値を算出する。
【0060】
線形重ね合わせ技術を実証するために、さらなるテストケースを考慮した。本発明の別の実施形態に関連したこれらのテストケースは、線形重ね合わせ技術を用いて推測した歪みの正確性における異なる変数の効果を試験したものである。これらの変数は、基板のパターン密度(または被覆)と、有限要素モデル内のセルの形状を含むと考えられた。例証的なテストケースについて以下に説明する。
【0061】
パターン密度(被覆)
あるテストケースは、バルク加熱への歪み属性が、基板のパターン密度または被覆に線形比例することを示した。従って、本発明の1実施形態によれば、基板の全てにパターニングが施された(つまり、被覆率が100%である)参照ケースから得た歪みデータを、任意の所定のパターン密度について基板の歪みを推測するために線形スケーリングすることができる。このテストケースについて図8A、図8B、図9A、図9Bを参照しながら説明する。
【0062】
図8A、図8Bは、それぞれの基板パターン範囲42(c)、42(d)での、異なる被覆量における、2つのセル44(c)、44(d)の電子ビーム露光による例証的なパターニングを示す。一般に、セル44についての被覆量はパターン描画データから導出できる。
【0063】
セル44(c)は50%のパターン密度にさらされ(露光され)、一方で、セル44(d)は100%のパターン密度にさらされた。基板バターン範囲42(c)、42(d)上で、中央から右上の角へのびる各々の対角線に沿って選択した点に多数の歪みが得られた(算出された)。
【0064】
図9Aは、図8A、図8Bの異なる割合の被覆を用いたパターニングの有限要素シミュレーションから得られた歪みを示すグラフである。線50は、被覆率100%のセル44(d)を含んだパターン範囲42(d)の対角線に沿った様々な選択点における歪みと関連し、線52は、被覆率50%のセル44(c)を含んだパターン範囲42(c)の対角線に沿った様々な選択点における歪みに関連する。図9Bは、図9Aに示した100%の被覆率に関連する歪みを2で割った結果を示すグラフである。図9B中の線54がこれらの結果を表している。
【0065】
図9Aと図9B−−−特に、線52(50%の被覆率に関連する)と線54(100%の被覆率を2で掛けることに関連する)−−−を比較することで、歪みとパターン密度の間の線形関係が実証される。
【0066】
セルの幾何学配列
別のテストケースは、異なる形状(例えば矩形)のセル上で行われる実際のパターニング処理による生じる歪みを決定する上で、セル44のある種の幾何学配列または形状(例えば四角形)に基づいた有限要素モデルシミュレーションがここでも有用であることを示した。従って、本発明の1実施形態によれば、セル44のある種の形状に基づいて有限要素モデルから導出した歪みデータを、別の形状のセルに行う実際のパターニング処理で生じる歪みを求めるために、線形重ね合わせ技術に使用することができる。このテストケースを図10A、図10B、図11A、図11B、図12A、図12Bを参照しながら説明する。
【0067】
図10A、図10Bは、パターン範囲42(e)、42(f)内に各々含まれる、形状の異なる2つのセル44(e)、44(f)の電子ビーム露光による例証的なパターニングを示す。図にあるように、セル44(e)は、13.2×13.2大きさの四角形であり、セル44(f)は26.4×6.6の大きさの矩形である。従って、セル44(e)と44(f)は同じ表面範囲を共有している。両セル44(e)と44(f)について、パターニング被覆は100%であり、パターニング時間は同じであると仮定する。
【0068】
基板パターン範囲42(e)、42(f)の、中央から右上角にのびる各々の対角線上にとった選択点について、多数の熱反応と機械反応(例えば、歪み)が得られた/算出された。2つの時間フレームt=Δt、t=2Δtについて反応が計算された。
【0069】
図11A、図11Bは、時間フレームt=Δtにおいて、図10Aと図10Bで示した基板について得た熱反応と歪みを各々示すグラフである。詳細には、図11A中で、線56は、四角形のセル44(e)を含んでいるパターン範囲42(e)の対角線に沿ってとった様々な選択点での熱反応に関連し、線58は、矩形のセル44(f)を含んでいるパターン範囲42(f)の対角線に沿ってとった様々な選択点での熱反応に関連する。図11B中で、線60は、四角形のセル44(e)を含んでいるパターン範囲42(e)の対角線に沿ってとった様々な選択点での歪みに関連し、線62は、矩形のセル44(f)を含んでいるパターン範囲42(f)の対角線に沿ってとった様々な選択点での歪みに関連する。線60と線62を比較することで、時間フレームt=Δtにおける、四角形セルと矩形セルとの間の結果的な歪みに約10%の最大差が生じる。
【0070】
しかし、各基板が擬似平衡状態に向かって移動すると、歪みの差の量が時間にかけて減じられる。これは、時間フレームt=2Δtにおける同一の選択点の熱反応と歪みを記す図12A、図12Bに明瞭に示されている。
【0071】
つまり、図12A、図12Bは、時間フレームt=2Δtにおいて、図10A、図10Bの基板について得た熱反応と歪みを各々示すグラフである。図12Aで、線64は、四角形のセル44(e)を含んでいるパターン範囲42(e)の対角線に沿ってとった様々な選択点での熱反応に関連し、線66は、矩形のセル44(f)を含んでいるパターン範囲42(f)の対角線に沿ってとった様々な選択点での熱反応に関連する。図12Bで、線68は、四角形のセル44(e)を持ったパターン範囲42(e)の対角線に沿ってとった多数の選択点での歪みに関連し、線70は、矩形のセル44(f)を持ったパターン範囲42(f)の対角線に沿ってとった多くの選択点での歪みに関連する。線68と線70を比較することで、時間フレームt=2Δtにおいて、四角形のセルと矩形のセルの間の結果的な歪みに3%未満の最大差が生じる。
【0072】
上述の結果は、実際の行が処理にあるセルの形状が、有限要素モデルシミュレーションセルから異なっていても、十分な時間(例えば、露光後数時間フレーム)が経過していれば、実際の描画中に生じるバルク加熱への歪み属性を推測するために、やはりこのようなシミュレーションを使用することができる。
【0073】
従って、本発明は、電子ビーム描画処理中に基板の熱膨張を修正し、バルク加熱によって生じる誤差を回避するシステムおよび方法を提供する。ある実施形態では、パターニング中に電子ビームバルク加熱によって生じる歪みを推測するために線形重ね合わせ技術を採用することができる。多くのテストケースにおいて有限要素分析を用いて評価されるこの技術は、電子ビーム描画中のバルク加熱が原因で基板に生じることが予測されるほとんどの歪みを修正するために使用することができる。
【0074】
本発明の特定の実施形態と利点を図示および説明した。付属の請求項により定義される本発明の精神および範囲を逸脱しない限り、様々な変更、代替、交換を行えることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】電子ビーム描画処理を示す簡素化した図であり、ここで、基板上で電子ビームが走査されている。
【図2】電子ビーム描画処理中の、基板上のグローバル熱膨張の効果を示す。
【図3】本発明の1実施形態による例証的な電子ビーム描画システムを示す。
【図4】本発明の1実施形態によるコンピュータ制御システムのブロック線図を示す。
【図5A】本発明の1実施形態による例証的な基準表の構造を示す。
【図5B】本発明の1実施形態による例証的な基準表の構造を示す。
【図6】近接した2つのセルの例証的パターニングを示す。
【図7A】図6に示したパターニング用の基板のインプレーン歪みを示すグラフである。
【図7B】図6に示したパターニング用の基板のインプレーン歪みを示すグラフである。
【図8A】パターン範囲内にある、被覆量の異なる2つのセルの例証的なパターニングを示す。
【図8B】パターン範囲内にある、被覆量の異なる2つのセルの例証的なパターニングを示す。
【図9A】図8A、8Bに示したパターニング用の基板のインプレーン歪みを示すグラフである。
【図9B】図8A、8Bに示したパターニング用の基板のインプレーン歪みを示すグラフである。
【図10A】同じ表面範囲を持つが、形状が異なる2つのセルの例証的パターニングを示す。
【図10B】同じ表面範囲を持つが、形状が異なる2つのセルの例証的パターニングを示す。
【図11A】第1時間フレームにおける、図10A、10Bに示したパターニング用の基板の熱反応とインプレーン歪みをそれぞれ示すグラフである。
【図11B】第1時間フレームにおける、図10A、10Bに示したパターニング用の基板の熱反応とインプレーン歪みをそれぞれ示すグラフである。
【図12A】第2時間フレームにおける、図10A、10Bに示したパターニング用の基板の熱反応とインプレーン歪みをそれぞれ示すグラフである。
【図12B】第2時間フレームにおける、図10A、10Bに示したパターニング用の基板の熱反応とインプレーン歪みをそれぞれ示すグラフである。
Claims (5)
- 基板上にパターンを形成するために、電子ビームを放射するべく動作可能な電子ビームパターニング装置からパターン描画データを受信し、
前記パターン描画データと事前に算出した歪みマップと用いて、前記電子ビームへの露光の結果バルク加熱によって生じる前記基板の予想される歪みを線形重ね合わせ技術を用いて決定し、
前記予想される歪みに対して調整するべく、前記電子ビームパターニング装置を制御する方法。 - 前記決定が、
前記歪みマップから、前記予想される歪みの少なくとも1部分に関連したベクトルを抽出し、
前記基板上に形成する前記パターンに従って、前記抽出されたベクトルに線形スケーリングを行う請求項1に記載の方法。 - 制御が、前記予想される歪みの各々についてオフセットの導出を有する請求項1に記載の方法。
- 制御が、前記オフセットの各々に従った前記電子ビームの操作の調整を有する請求項3記載の方法。
- 前記基板が、論理的に複数のセルに分割可能な表面を有し、前記セルの各々に前記歪みマップが少なくとも1つ設けられている請求項1に記載の方法。
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