JP4627359B2

JP4627359B2 - 荷電粒子ビーム露光方法

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Publication number: JP4627359B2
Application number: JP2000262166A
Authority: JP
Inventors: 森美大澤
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2011-02-09
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Also published as: JP2002075841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子ビーム露光方法に関するものであり、特に、図形変更を伴う近接効果補正を行う際に、露光データ寸法が最小電子ビームサイズ以下になる微小パターンの露光データ処理に特徴のある荷電粒子ビーム露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の向上に伴って、要求されるパターンルールが微細化され、そのパターンルールは０．２５μｍから０．１μｍ程度となっており、従来の紫外線等の光を用いた露光方法では解像が困難になりつつあり、そのために荷電粒子線、特に、電子線（電子ビーム）を用いた露光方法が使用されるようになった。
【０００３】
この様な荷電粒子線、特に、電子ビームを用いた露光方法は、ビームを非常に細く絞れる、及び、電気的手段による制御性が良い等の理由によって微細パターンの形成に用いられており、近年においてはスループットを向上させるために、ステンシルマスクを用いた部分一括露光方法や可変矩形露光用マスクを用いた可変矩形露光方法が注目されている。
【０００４】
この様なマスクを用いた電子ビーム露光においては、近接効果の影響により露光パターンの粗密等に応じて解像線幅が異なるので、通常は、この近接効果を補正するために、予め実験により求められた露光強度分布（ＥＩＤ：ＥｘｐｏｓｕｒｅＩｎｔｅｎｓｉｔｙＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）関数に基づいて各露光パターン毎の露光量を自己整合計算を行って計算し、最終的には各露光パターンが同じ吸収エネルギーを得るように、各露光パターンの露光量を決定して近接効果補正処理を行っていた。
【０００５】
なお、近接効果とは、フォトレジストに電子ビームを照射した場合に、電子ビームが照射された領域の周辺に拡がるバックグラウンドに起因しており、露光パターン同士が近接した場合にバックグラウンド同士が影響を及ぼし合って、あたかも余分に露光されたと同様のレベルの照射量が溜まってしまうことにより、露光パターンの形状寸法変動を引き起こす現象であり、露光パターンの粗密、或いは、パターンの線幅等に大きく依存するものである。
【０００６】
この様な近接効果補正処理において用いられる露光強度分布関数としては、通常、下記の式（１）表される２つのガウス分布関数を足し合わせたダブルガウシアンが用いられている。
【数１】

【０００７】
なお、この式（１）における二つのガウス分布項の影響範囲は大きく異なり、夫々、前方散乱項及び後方散乱項と呼ばれており、前方散乱項は狭い範囲に大きな影響を与えるが、後方散乱項が広い範囲に比較的小さな影響を及ぼすものであり、その全体の影響を積分した値の前方散乱の影響に対する比は後方散乱比率ηと呼ばれる。
例えば、この式（１）において、例えば、膜厚が０．３μｍのレジストを用いた場合の各パラメータは、加速電圧を５０ｋＶとした場合、
前方散乱係数β_f ０．０２８μｍ
後方散乱係数β_b １１．４３μｍ
後方散乱比率η ０．６７
となる。
【０００８】
この様な従来の電子ビーム露光技術における近接効果補正方法は、図８に示すように大きく別けて、自己補正、露光量補正、及び、補助露光発生の三つのステップからなる（必要ならば、特願平１１−１５１３３０号参照）。
【０００９】
図８参照
まず、第１ステップの自己補正においては、▲１▼前方散乱による吸収エネルギーの強度分布の拡がりだけではなく、クーロン効果による強度分布の拡がり、即ち、電子ビームのビームぼけδを考慮する。
この場合、ビームぼけδは、電子ビーム電流をＩ_bとし、ａ，ｂを定数として、δ＝ａＩ_b＋ｂの一次式の形で近似することが望ましい。
【００１０】
次いで、▲２▼上述の式（１）におけるＥＩＤ関数の前方散乱項に基づいて前方散乱強度を計算し、次いで、▲３▼前方散乱強度分布における半値強度での幅が、設計寸法に等しくなるように露光データ上での寸法シフト、即ち、図形変更を行う。
この場合、図形変更の結果、電子ビーム電流Ｉ_bが変わり、クーロン効果による電子ビームのボケδが変わるので、このボケδの変化を加味し、寸法シフトの過程を何度か繰り返すことにより、補正精度が向上する。
【００１１】
次いで、第２ステップの露光量補正においては、▲４▼後述する▲７▼の補正露光量計算において各パターンの違いによる差を反映できるように各パターン毎に半値強度を計算し、次いで、▲５▼露光パターンを各補正計算メッシュに分割し、各補正計算メッシュにおけるパターン面積密度α_pを計算する。
【００１２】
次いで、▲６▼近傍の補正計算メッシュからの後方散乱の影響を取り込むことによって、補正露光量を等価的に実効的な面積密度として表すために面積密度マップの平滑化を行ったのち、各パターンの中心強度が一致するように▲７▼後方散乱項に基づく補正露光量を計算する。
【００１３】
次いで、第３ステップの補助露光発生においては、部分一括露光の単位、もしくは、露光パターン単位でしかドーズ量補正が行えないために生じる部分的な露光量不足を補うため、露光量不足部分に▲８▼補助露光ショットを発生させ、▲９▼補助露光量を計算する。
この場合、露光量補正、補助露光ショット発生により、パターン面積密度が変化するので、この変化を取り込むために、▲５▼の面積密度計算から▲９▼補助露光量計算の工程を繰り返し行うことによって、最終的に補正済み露光データが得られる（詳細について、必要があるならば、特願平１２−１６６４６５号参照）。
【００１４】
図９（ａ）及び（ｂ）参照
図９は、上述の近接効果補正を視覚的に示したものであり、まず、図９（ａ）の図形変更においては、後述する各パターンの吸収エネルギーの半ピーク強度〔１／（２κ）＋α_pη〕，（１／２＋η）における幅が設計寸法に等しくなるようにし、次いで、図９（ｂ）の補正露光量の決定においては、各パターンの露光量の半ピーク強度の高さ、即ち、〔１／（２κ）＋α_pη〕×Ｑ_c,pと（１／２＋η）×Ｑ_thとが現像レベルＥ_thと等しくなるようにする。
この場合、α_pは面積密度マップでの平滑化によって得られる実効的な面積密度、１／κは前方散乱エネルギーの分布関数のピーク強度を表し、パターンの大きさにより値が異なる。
また、Ｑ_c,pは露光量補正後の補正露光量、Ｑ_thは基準パターン、即ち、十分に大面積のパターンの最適露光量を表す。
なお、図９（ａ）における破線は自己補正前の吸収エネルギー分布であり、実線は自己補正の後の吸収エネルギー分布である。
【００１５】
その結果、各パターンの現像レベルＥ_thにおける幅は、各パターンの半ピーク強度における幅で規定されることになるので、パターン寸法の差によらず、各パターンの寸法を精度良く設計寸法通りにすることが可能になる。
【００１６】
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の第１ステップの自己補正の工程を説明するが、▲１▼のビームぼけδの影響については省略して、各パターンにおける前方散乱項の半値強度における幅が設計寸法に等しくなるように図形変更を行う方法を説明する。
図１０（ａ）及び（ｂ）参照
図１０は、矩形パターンの場合の露光データ寸法の決定方法の説明図であり、図１０（ａ）は、ｘ方向の設計寸法がＷ₀の設計矩形パターン３１と図形変更後のｘ方向の露光データ寸法がＷの露光矩形パターン３２の関係示す図であり、また、図１０（ｂ）は、設計寸法がＷ₀と露光データ寸法がＷの吸収エネルギー分布の関係を示す図である。
【００１７】
まず、上述の式（１）のＥＩＤ関数の前方散乱項について、図１０（ａ）におけるｘ−ｙ座標系におけるｘ方向の前方散乱エネルギー分布関数Ｅ_f（ｘ，Ｗ／２，β_f）は、下記の式（２）で定義される。
【数２】

【００１８】
また、この場合の強度ピークは図１０（ｂ）から明らかな様に、ｘ＝０における値であるので、強度ピークＥ_f（０，Ｗ／２，β_f）は、下記の式（３）となる。
【数３】

【００１９】
なお、上記の式（２）及び式（３）における誤差関数ｅｒｆは、下記の式（４）で定義されるものである。
【数４】

【００２０】
この場合、半値強度における幅が設計寸法Ｗ₀に等しくなるようにするためには、ｘ＝±Ｗ₀／２の位置における前方散乱エネルギー分布関数Ｅ_fの値、即ち、Ｅ_f（Ｗ₀／２，Ｗ／２，β_f）が、強度ピークＥ_f（０，Ｗ／２，β_f）の１／２に等しいような幅Ｗを露光データ寸法とすれば良く、したがって、露光データ寸法Ｗは、下記の式（５）を数値的に解いて求めれば良い。
【数５】

【００２１】
図１１参照
図１１は、上記の式（５）を数値的に解いて求めた設計寸法Ｗ₀と露光データ寸法Ｗとの関係を示す図であり、前方散乱係数β_fが大きくなるに連れて設計寸法Ｗと露光データ寸法Ｗ₀との乖離が大きくなることが分かる。
【００２２】
なお、電子ビーム露光においては、電子銃から試料に到る過程で電子ビームが数回クロスオーバーすることになり、クロスオーバー位置で負電荷を持つ電子同士がクーロン力により互いに反発するので、電子ビームが拡がってビームぼけとなり、このビームぼけによりさらなる解像線幅誤差を生ずる。
また、このビームぼけには、電子ビームのエネルギーの拡がりに基づく収差によるぼけも加わる。
【００２３】
したがって、この様なビームぼけによる解像線幅誤差を精度良く補正するためには、第１のステップにおける▲１▼の電子ビームのビームぼけδの影響を考慮する必要がある。
この場合、電子ビーム電流Ｉ_bを変えながら電子ビームのビームぼけδを測定することによって、ビームぼけδの電子ビーム電流Ｉ_b依存性を測定した実測データに基づいて、ビームぼけδを電子ビーム電流Ｉ_bの関数として定義するが、一番簡単な一次式で近似を行うと、例えば、下記の式（６）で定義される。
δ＝０．０３Ｉ_b＋０．０５〔μｍ〕・・・（６）
【００２４】
この入射電子ビームのぼけδをガウス分布関数Ｓ（ｘ′，ｙ′）で表した場合のＥＩＤ関数Ｆ（ｘ，ｙ）は、下記の式（７）で表される。
【数６】

この式（６）及び式（７）を用いることによって、クーロン効果を考慮した近接効果補正を行うことができる。
【００２５】
この場合の近接効果パラメータβ_bに対するビームぼけδは、１／１００以下であるので、第２項においてはビームぼけδの寄与を無視して、下記の式（８）で表される。
【数７】

【００２６】
以上の考察から、クーロン効果を補正するためには、ビームぼけδをショット毎に計算し、ビームぼけδを考慮した実効的散乱係数β_f′＝（β_f ²＋δ²）^1/2を前方散乱項に係わる計算に用いれば良いことになる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の図形変更を含む近接効果補正では、設計寸法が小さい時に、前方散乱強度分布の半値幅が設計寸法に一致する露光データが存在しなくなるという問題があるので、この事情を図１２を参照して説明する。
【００２８】
図１２参照
図１２は、図１１の露光データ寸法と設計寸法の相関曲線の一例を示した図であり、図の実効前方散乱係数β_f′の露光条件の場合、設計寸法Ｗ₀がＷ₀≒０．０８μｍ以下で、露光データ寸法Ｗがｗ＝０μｍとなり、露光データ寸法を設定できなくなるという問題がある。
【００２９】
また、図に示すように、Ｗ₀≒０．０８μｍ近傍においては、設計寸法に対応する露光データ寸法がある場合にも、電子ビーム露光装置が安定した電子ビームを照射できない領域が存在するという問題、即ち、安定した電流密度が得られなくなる最小ビームサイズが存在するという問題があるので、この事情を図１３を参照して説明する。
【００３０】
図１３参照
図１３は電流密度のビームサイズ依存性の一例を模式的に示した図であり、安定した電流密度が得られなくなる最小ビームサイズＤ_minが存在する。
この最小ビームサイズＤ_minの大きさは、電子ビーム露光装置の性能・仕様により異なるものである。
【００３１】
したがって、露光データ寸法Ｗが最小ビームサイズＤ_minより小さな領域では、設計寸法Ｗ₀に対応する露光データ寸法Ｗが存在しても精度の高い露光ができなくなるという問題がある。
【００３２】
さらに、露光データ寸法の存在する最小設計寸法Ｗ₀は実効前方散乱係数β_f′に依存し、実効前方散乱係数β_f′が小さくなるに連れて露光データ寸法の存在する最小設計寸法Ｗ₀も小さくなるが、その場合には、ステンシルマスクの作成が困難な程、小さな露光データ寸法になるという問題もある。
【００３３】
したがって、本発明は、図形変更の結果、露光データ寸法Ｗが最小ビームサイズＤ_min以下になる場合、或いは、露光データ寸法Ｗを０にしても半値幅が設計寸法Ｗ₀に等しくならない場合にもパターン精度の高い露光を行うことを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１は、本発明の近接効果補正方法の手順を示すフロー図である。
図１参照
（１）本発明は、露光強度分布関数における前方散乱強度分布の半値幅が設計寸法に等しくなるように各パターンの図形変更を行って近接効果補正を行う荷電粒子ビーム露光方法において、図形変更の結果、露光データ寸法が荷電粒子ビーム露光装置が安定して荷電粒子ビームを照射できる最小ビームサイズ以下になる場合、或いは、露光データ寸法をゼロにしても前方散乱強度分布の半値幅が設計寸法に等しくならない場合のいずれかの場合に、露光データ寸法を前記最小ビームサイズに設定することを特徴とする。
【００３５】
この様に、パターンサイズが小さすぎて、▲３▼の工程における図形変更の結果、露光データ寸法が荷電粒子ビーム露光装置が安定して荷電粒子ビームを照射できる最小ビームサイズＤ_min以下になる場合、及び、露光データ寸法をゼロにしても前方散乱強度分布の半値幅が設計寸法に等しくならない場合、露光データ寸法を前記最小ビームサイズＤ_minに設定することによって、従来は補正することのできなかった、微細なパターンの補正が可能になるとともに、微細パターンの露光マージンの減少を最小限に抑えられる。
【００３６】
また、最小ビームサイズＤ_minは、図における▲１▼の工程において、荷電粒子ビーム露光装置、典型的には電子ビーム露光装置の性能によって決定されるので、安定して微細パターンを形成することができる。
【００３７】
（２）また、本発明は、上記図形変更後の前方散乱強度分布の幅が設計寸法に等しくなる露光強度を計算したのち、前記露光強度が全てのパターンで等しくなるように各パターンにおける露光量を補正することを特徴とする。
【００３８】
この様に、補正露光量を、前方散乱項により計算される前方散乱強度分布の幅が設計寸法に等しくなる強度ε／κに対応する露光強度がパターンによらず一定になるように、各パターンの現像レベルを設計寸法に合わせることができる。
なお、ε／κは、０≦ε／κ≦１であり、パターン寸法が大きい場合にはεκ＝１／２となる。
【００４０】
なお、従来において前方散乱強度関数として使用しているガウス関数も近似式に過ぎないので、例えば、最小ビームサイズＤ_ｍｉｎで露光したパターンの線幅の露光量依存性を調べて、それをフィッティングしてより実態に近い近似関数を用いることによって、より精度の高い近接効果補正が可能になる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
ここで、図１乃至図７を参照して、本発明の実施の形態の電子ビーム露光方法を説明するが、まず、図１を参照して、本発明の実施の形態の電子ビーム露光方法の手順を簡単に説明する。
再び、図１参照
本発明の実施の形態の電子ビーム露光方法における近接効果補正方法は、大きく別けて、１．最小ビームサイズの設定、２．自己補正、３．露光量補正、及び、４．補助露光発生の四つのステップからなる。
【００４２】
まず、第１ステップにおいては、▲１▼最小ビームサイズＤ_minの設定を行う。
例えば、上記図１３に模式的に示したように、使用する電子ビーム露光装置における電流密度のビームサイズ依存性を測定し、安定した電流蜜の得られる下限をビームサイズを最小ビームサイズＤ_minとする。
なお、測定系の性能等の問題で最小ビームサイズＤ_minの決定が困難な場合には、実際に露光を行い、どのビームサイズまで良好な現像パターンが得られたかによって最小ビームサイズＤ_minを決定しても良い。
【００４３】
次いで、第２ステップの自己補正においては、▲２▼上述の式（１）におけるＥＩＤ関数の前方散乱項に基づいて前方散乱強度を計算し、次いで、▲３▼前方散乱強度分布における半値強度での幅が、設計寸法に等しくなるように露光データ上での寸法シフト、即ち、図形変更を行う。
この場合、図形変更の結果の露光データ寸法が、最小ビームサイズＤ_min以上になった場合には、そのパターンサイズを露光データ寸法とし、解が存在しないか或いは最小ビームサイズＤ_minより小さくなるパターンについては、露光データ寸法を最小ビームサイズＤ_minに変更する。
【００４４】
次いで、第３ステップの露光量補正においては、▲４▼後述する▲７▼の補正露光量計算において各パターンの違いによる差を反映できるように各パターン毎に前方散乱強度分布の幅が設計寸法になる露光強度を計算する。
なお、図形変更結果、露光データ寸法がＤ_min以上であったパターンにおいては、前方散乱強度分布の設計寸法強度と半値強度は一致している。
【００４５】
次いで、▲５▼露光パターンを各補正計算メッシュに分割し、各補正計算メッシュにおけるパターン面積密度α_pを計算する。
次いで、▲６▼近傍の補正計算メッシュからの後方散乱の影響を取り込むことによって、補正露光量を等価的に実効的な面積密度として表すために面積密度マップの平滑化を行ったのち、各パターンの設計寸法強度が全てのパターンで一致するように▲７▼後方散乱項に基づく補正露光量を計算する。
【００４６】
以降は、図８に示した従来の近接効果補正方法と同様である。
即ち、第４ステップの補助露光発生においては、部分一括露光の単位、もしくは、露光パターン単位でしかドーズ量補正が行えないために生じる部分的な露光量不足を補うため、露光量不足部分に▲８▼補助露光ショットを発生させ、▲９▼補助露光量を計算する。
この場合、露光量補正、補助露光ショット発生により、パターン面積密度が変化するので、この変化を取り込むために、▲５▼の面積密度計算から▲９▼補助露光量計算の工程を繰り返しおこなうことによって、最終的に補正済み露光データが得られる。
【００４７】
次に、図２及び図３を参照して、各パターンの図形変更の方法を説明する。
まず、上述の図１０と同様に、ｘ方向の設計寸法がＷ₀の設計矩形パターンに対し、半値強度における幅が設計寸法Ｗ₀に等しくなるようにするためには、ｘ＝±Ｗ₀／２の位置における前方散乱エネルギー分布関数Ｅ_fの値、即ち、Ｅ_f（Ｗ₀／２，Ｗ／２，β_f）が、強度ピークＥ_f（０，Ｗ／２，β_f）の１／２に等しいような幅Ｗを露光データ寸法を計算によって求める。
【００４８】
次に、図１１から理解されるように、前方散乱係数β_fの約１．７倍の設計寸法Ｗ₀に対して自己補正した露光データ寸法Ｗが０になり、前方散乱係数β_fの約１．７倍以下の設計寸法Ｗ₀に対して自己補正した露光データ寸法Ｗに対しては解が存在しないことが理解されるので、露光データ寸法Ｗが最小ビームサイズＤ_min以上のパターンと、露光データ寸法Ｗの解が存在しないか、最小ビームサイズＤ_min以下の微小パターンに分ける。
【００４９】
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ａ）は、ｘ方向の設計寸法Ｗ₀がある程度大きい設計矩形パターン１１と図形変更後の露光矩形パターン１２の関係を示す図である。
この場合、ｘ方向の設計寸法Ｗ₀がある程度大きいので、図形変更後の露光データ寸法Ｗは、最小ビームサイズＤ_minよりも大きな値となっている。
また、図２（ｂ）は、設計寸法Ｗ₀と露光データ寸法がＷの場合の前方散乱強度分布の関係を示す図であり、露光データ寸法Ｗにおける前方散乱強度分布の半値幅が設計寸法Ｗ₀に等しくなるように露光データ寸法Ｗを設定する。
この様な自己補正をＹ方向幅に関しても同様に行う。
【００５０】
この場合、ｘ＝±Ｗ₀／２における露光強度の傾きは、概ね、他の位置での傾きよりも大きいので、露光量の誤差に対する出来上がりパターンの寸法の変化は小さくなり、現像パターンの寸法精度が高くなる。
【００５１】
図３（ａ）及び（ｂ）参照
図３（ａ）は、ｘ方向の設計寸法Ｗ₀がかなり細い設計矩形パターン１３と図形変更後の露光矩形パターン１４の関係を示す図である。
この場合、ｘ方向の設計寸法Ｗ₀がかなり細いため、図形変更後の露光データ寸法ＷはＤ_minとなっている。
また、図３（ｂ）は、設計寸法Ｗ₀と露光データ寸法がＤ_minの場合の前方散乱強度分布の関係を示す図であり、前方散乱強度分布における幅が設計寸法Ｗ₀と等しくなる露光強度は半値強度以上となる。
【００５２】
次に、図４及び図５を参照して、図１の▲４▼設計寸法強度計算における各露光パターンにおける露光強度分布に対する前方散乱の寄与を説明する。
図４（ａ）乃至（ｅ）参照
図４（ａ）乃至（ｅ）は、設計パターンと自己補正後の露光データパターンの関係を示す図であり、実線は設計パターンを示し、破線は露光データパターンを示している。
なお、各図においては、説明を簡単にするためにｙ方向、即ち、縦方向に長いパターンの一部を切り取った図として示している。
【００５３】
図４（ａ）乃至（ｅ）は、夫々、極細幅の孤立ラインパターン、極細幅のライン・アンド・スペースパターン、細幅の孤立ラインパターン、細幅のライン・アンド・スペースパターン、及び、大パターン、即ち、基準パターンである。
【００５４】
図４（ａ）及び（ｂ）の極細幅の孤立ラインパターン及び極細幅のライン・アンド・スペースパターンにおいては、Ｘ方向の露光データ寸法は最小ビームサイズＤ_minになっている。
【００５５】
図４（ｃ）及び（ｄ）の細幅の孤立ラインパターン及び極細幅のライン・アンド・スペースパターンにおいては、Ｘ方向の露光データ寸法は前方散乱エネルギー分布関数Ｅ_fに基づいて計算した露光データ寸法Ｗになっている。
【００５６】
図４（ｅ）の大パターンにおいては、図１１から明らかなように、設計寸法Ｗ₀≒露光データ寸法Ｗとなるので、破線と実線とほぼ重なる。
一方、各パターンにおけるＹ方向の幅は充分長いので、大パターンの場合と同様に破線と実線とはほぼ重なることになる。
【００５７】
図５（ａ）乃至（ｅ）参照
図５（ａ）乃至（ｅ）は、図４（ａ）乃至（ｅ）に示したパターンに対する前方散乱による露光強度の拡がりのみを考慮した場合のｘ方向の露光強度分布と設計寸法の関係を示す図である。
【００５８】
この場合、図５（ａ）に示した極幅細の孤立ラインパターン乃至図５（ｄ）に示した幅細のライン＆スペースパターンにおいては、前方散乱の影響によりピーク強度は規格値の１に対して１／κに低下するが、前方散乱による吸収エネルギーの拡がりは狭いので、大パターンにおいては１のままである。
したがって、１／κ（０≦１／κ≦１）は、前方散乱のピーク強度低下率となり、ピーク強度低下率１／κは、パターン寸法、即ち、図においてはＸ方向の幅によって異なることになる。
【００５９】
また、これらの露光強度分布において、設計寸法と一致する幅となる露光強度のピーク強度に対する比をεとすると、その強度はε／κで表されることになり、強度比εは、下記の式（９）で表される。
【数８】

【００６０】
露光データ寸法をＤ_minに設定した図５（ａ）及び（ｂ）に示すように極幅細の孤立ラインパターン及び極幅細のライン＆スペースパターンにおける強度比εはε＞０．５となる。
【００６１】
一方、図５（ｃ）及び（ｄ）に示す幅細の孤立ラインパターン及び幅細のライン＆スペースパターンにおける強度比εは、図４（ｃ）及び（ｄ）に関して説明したように、露光強度分布の半値幅と設計寸法が等しくなるようにしているので、ε＝０．５となる。
【００６２】
また、図５（ｅ）に示す大パターンの場合も同様に、ε＝０．５となる。
【００６３】
次に、図６を参照して図１における▲５▼乃至▲７▼における各露光パターンにおける露光強度分布に対する後方散乱の寄与を概念的に説明する。
図６（ａ）乃至（ｅ）参照
図６（ａ）乃至（ｅ）は、さらに後方散乱の影響を考慮した場合の極幅細の孤立ラインパターン、極幅細のライン＆スペースパターン、幅細の孤立ラインパターン、幅細のライン＆スペースパターン、及び、大パターンにおける露光強度分布と設計寸法強度を示したものである。
【００６４】
この場合、パターン面積密度α_pが１以下のライン＆スペースパターンにおいては、パターン面積密度α_pに応じて吸収エネルギーの後方散乱成分はα_pηとなり、後方散乱比率ηより小さくなる。
【００６５】
図６（ａ）に示す極幅細の孤立ラインパターン及び図６（ｃ）に示す幅細の孤立ラインパターン（ｍ）の場合には、後方散乱の影響は広範囲にわたるものの、その絶対値は小さいので、孤立ラインパターン自体からの影響は広い範囲における孤立ラインパターン自体の面積に応じた影響しかなく、したがって、実質的に後方散乱成分をほとんど無視することができる。
【００６６】
ここで、図６（ａ）乃至図６（ｅ）のピーク強度、及び、前方散乱の露光強度分布のピーク幅が設計寸法と一致する強度と後方散乱成分を加えた設計寸法強度が以下の通りである。
極細幅孤立ラインパターンピーク強度１／κ
設計寸法強度 ε／κ
極細幅ライン＆ペースパターンピーク強度１／κ＋α_ｐη
設計寸法強度 ε／κ＋α_ｐη
細幅孤立ラインパターンピーク強度１／κ
設計寸法強度 ε／κ＝０．５／κ
細幅ライン＆ペースパターンピーク強度１／κ＋α_ｐη
設計寸法強度 ε／κ＋α_ｐη
＝０．５／κ＋α_ｐη
大パターンピーク強度１＋η
設計強度 ε＋η＝０．５＋η
となる。
【００６７】
これから明らかなように、吸収エネルギー分布のピーク強度の一般形は１／κ＋α_ｐηで表され、設計強度の一般形はε／κ＋α_ｐηで表されることになる。
なお、図において、上述の式（１）から明らかなように、実際には規格化定数１／（１＋η）が係数として掛けられているが、図示を簡単にするために省略している。
【００６８】
次に、図７を参照して、補正露光量の計算の概略を説明する。
図７（ａ）及び（ｂ）参照
図７（ａ）及び（ｂ）は、上記の図６に基づいて補正露光量を決定する方法を視覚的に示したものであり、一般化したライン＆スペースパターンと大パターンとを示している。
【００６９】
まず、図７（ａ）の図形変更においては、一般化したライン＆スペースパターンと大パターンについて、図形変更前の吸収エネルギー分布を破線で示し、図形変形後の吸収エネルギー分布を実線で示している。
【００７０】
次いで、図７（ｂ）の補正露光量の決定においては、各パターンの設計寸法強度における露光量、即ち、（ε／κ＋α_pη）×Ｑ_c,pと（１／２＋η）×Ｑ_thとが現像レベルＥ_thと等しくなるよう、実験データに基づいて決定する。
即ち、
（ε／κ＋α_pη）×Ｑ_c,p＝（１／２＋η）×Ｑ_th ＝Ｅ_th
となるように、大パターンの補正露光量、即ち、基準パターンの基準露光量Ｑ_th、及び、一般化したライン＆スペースパターン等の他のパターンの補正露光量Ｑ_c,pを決定する。
【００７１】
この様な補正露光量Ｑ_c,pを用いて露光することによって、各パターンの設計寸法強度が現像レベルＥ_thに等しくなるので、各パターンの寸法を精度良く設計寸法通りにすることが可能になる。
【００７２】
以上においては、説明を簡単にするために、パターン面積密度α_pを用いたが、詳細な補正露光量の計算においては、上述の先願（特願平１２−１６６４６５号）に記載しているように、実効パターン面積密度α_p′を用いて計算することになる。
【００７３】
この様な▲５▼面積密度計算乃至▲７▼補正露光量計算の詳細な手法、及び、それ以降の補助露光発生における手法は、上述の先願（特願平１２−１６６４６５号）と同様であり、本発明の特徴点とは直接関連がないので説明は省略する。
【００７４】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は、実施の形態に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記実施の形態の場合には、ビームぼけδを考慮していないが、先願（特願平１２−１６６４６５号）発明と同様に、ＥＩＤ関数の前方散乱項にクーロン効果等によるビームぼけを考慮しても良いものであり、その場合には、ビームぼけδをショット毎に計算し、ビームぼけδを考慮した実効的散乱係数β_f′＝（β_f ²＋δ²）^1/2を前方散乱項に係わる計算に用いれば良い。
【００７５】
また、上記の実施の形態においては、露光強度分布関数として、式（１）に示すダブルガウシアンを用いているが、実測との一致性を高めるためのフィッティング係数γ及び二次電子散乱比率η′を含む第３項を有するトリプルガウシアンを用いていても良く、さらに、第４項以下を含むより複雑な関数形を用いても良い。
【００７６】
また、上記の実施の形態においては、露光データ寸法を決定する際に露光強度分布の半値幅、即ち、ピーク値の１／２の強度になる位置の幅を利用しているが、かならずしも半値幅である必要はなく、ピーク値に対する強度比が、０．３から０．７の範囲であれば良い。
【００７７】
また、上記の実施の形態においては、最小ビームサイズを決定する際に、実際に使用する電子ビーム露光装置を用いて測定結果に基づいて決定しているが、ステンシルマスクを用いる場合には、マスクの作製時に安定して開口することができる最小幅を最小ビームサイズとすれば良い。
【００７８】
また、可変成形とマスク露光を併用する場合は、それぞれ最小ビームサイズを求め、互いに異なる最小ビームサイズを設定しても良いし、或いは、大きい方の最小ビームサイズを共通に設定しても良い。
【００７９】
さらに、本発明の実施の形態においては、前方散乱強度分布の半値幅が設計寸法に一致しているパターンと、露光データ寸法が最小ビームサイズになっているパターンとに対し、前方散乱強度関数として同じガウス関数を用いているが、互いに異なった前方散乱強度関数を用いても良いものである。
【００８０】
即ち、従来より前方散乱強度関数として使用しているガウス関数も近似式に過ぎないので、前方散乱強度関数を、例えば、最小ビームサイズを用いて露光したパターンの線幅の露光量依存性をフィッテイングしてより実態に近い近似関数を用いることによって、より精度の高い近接効果補正が可能になるものであり、どの様に異なった前方散乱強度関数となるかは、具体的なパターン寸法及びフィッティングの精度により異なるものである。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、前方散乱強度分布の半値幅が設計寸法になるように図形変更を行って近接効果補正を行う際に、電子ビーム露光装置が安定して電子ビームを照射できる最小ビームサイズＤ_min以下の露光データ寸法になるとき、または、露光データ寸法をゼロにしても半値幅が設計寸法に等しくならないときに、露光データ寸法を、最小ビームサイズＤ_minに設定しているので、微細なパターンの補正が可能になるとともに、微細パターンの露光マージンの減少を最小限に抑えることができ、さらに、最小ビームサイズＤ_minを決定する際に、電子ビーム露光装置の性能を考慮しているので、安定して微細パターンを形成することができ、それによって、荷電粒子ビーム露光技術における寸法の制御性が向上し、微細デバイスの製造技術の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の近接効果補正方法の手順を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施の形態における比較的大きなパターンの露光データ寸法の決定方法の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態における微小パターンの露光データ寸法の決定方法の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態における設計パターンと自己補正後の露光データパターンの関係の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態における前方散乱による拡がりのみを考慮した場合のｘ方向の露光強度分布と設計寸法の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態における後方散乱による影響を考慮した場合のｘ方向の露光強度分布と設計寸法強度の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態における補正露光量の決定方法の説明図である。
【図８】従来の近接効果補正方法の手順を示すフロー図である。
【図９】従来の近接効果補正方法の概念的説明図である。
【図１０】従来の近接効果補正方法における露光データ寸法の決定方法の説明図である。
【図１１】従来の図形変更における設計寸法Ｗ₀と露光データ寸法Ｗとの相関の説明図である。
【図１２】従来の近接効果補正方法における露光データ寸法と設計寸法の相関曲線の一例を示す図である。
【図１３】電流密度のビームサイズ依存性の説明図である。
【符号の説明】
１１設計矩形パターン
１２露光矩形パターン
１３微小設計矩形パターン
１４露光矩形パターン
３１設計矩形パターン
３２露光矩形パターン

Claims

露光強度分布関数における前方散乱強度分布の半値幅が設計寸法に等しくなるように各パターンの図形変更を行って近接効果補正を行う荷電粒子ビーム露光方法において、図形変更の結果、露光データ寸法が荷電粒子ビーム露光装置が安定して荷電粒子ビームを照射できる最小ビームサイズ以下になる場合、或いは、露光データ寸法をゼロにしても前方散乱強度分布の半値幅が設計寸法に等しくならない場合のいずれかの場合に、露光データ寸法を前記最小ビームサイズに設定することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
上記図形変更後の前方散乱強度分布の幅が設計寸法に等しくなる露光強度を計算したのち、前記露光強度が全てのパターンで等しくなるように各パターンにおける露光量を補正することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム露光方法。