JP6590542B2 - 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

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、電子ビームを試料上に照射する電子ビーム描画装置における電子ビームの分解能の調整に関する方法及び装置に関する。

近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路線幅はさらに微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ回路パターンを形成するための露光用マスク（レチクルともいう。）を形成する方法として、優れた解像性を有する電子ビーム（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画技術が用いられる。

図１１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。

ここで、電子ビーム描画では、マスク生産においてはスループットを重要視する。一方、次世代のリソグラフィ開発のための種々な評価を行うためには、より微細なパターンの形成が求められる。すなわち、かかる場合にはビームの分解能を重要視する。

スループットを高くするにはビーム電流密度を上げることが有効であるが、その場合ビーム電流が増加して一般にクーロン効果によりビーム分解能が低下する。クーロン効果はビーム電流に大きく依存するので軌道に沿ってビーム形状が同じ条件下でビーム電流密度が低ければ、ビーム電流が小さくなり、クーロン効果の影響が小さくなり分解能が高くなり、逆に電流密度が高い場合はクーロン効果の影響が大きくなり分解能が低くなる。

また、描画装置の世代によっても分解能が異なる。一般に、世代が新しい描画装置は世代が古い描画装置よりも分解性が高い。しかし、世代が上がったからと言って常に最先端のパターンだけを描画する訳ではない。古い世代に描画されていた分解性が低いパターンも描画する。

このように、例えばビーム電流の条件によって、或いは、異なる描画装置間によって、ビームの分解能が異なってしまう。一方、描画後の試料に対して実施されるエッチング等のプロセスでは、描画時のビームの分解能に依存したプロセス条件が設定されている。言い換えれば、描画時のビームの分解能が変わってしまうと、後工程のプロセスのパラメータの最適化がやり直しになってしまう。よって、プロセス重視の観点からは、どのエミッション電流の条件によってでも、或いは、どの描画装置を用いた場合でも、同じ分解能性能が求められる。

ここで、一端側と他端側でビームプロファイルの傾きが異なるビームを、一端側と他端側とで反転させた同じ寸法のビームプロファイルのビームと重ねることでパターンの設計上の中心位置をずらさずに一端側と他端側で対称となる形状のパターンを形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−０５４９４５号公報

そこで、本発明の一態様は、ビームの分解能の性能が異なる複数のビームを用いる場合でも低い分解能のビームと同様のビームで描画可能な方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
重ね合わせることにより、第１の分解能を有する第１の荷電粒子ビームで得られる第１の図形パターンと同じ形状が得られるように、第１の分解能よりも高い第２の分解能を有する第２の荷電粒子ビームを用いて得られる、前記第１の図形パターンの幅寸法よりも小さい幅寸法の図形パターンと大きい幅寸法の図形パターンとを含む幅寸法が互いに異なる複数の第２の図形パターンを作成する工程と、
第２の荷電粒子ビームを用いて、複数の第２の図形パターンを重ねた多重描画を行うことにより前記第１の図形パターンを描画する工程と、
を備え、
前記第１の分解能を有する前記第１の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルは、前記第２の分解能を有する前記第２の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルよりも傾きがなだらかであることを特徴とする。

また、複数の第２の図形パターン用の第２の荷電粒子ビームの各ビームプロファイルを重ねた場合に、閾値モデルの閾値の位置における重ね合わせた後のビームプロファイルの傾きを、第１の図形パターン用の第１の荷電粒子ビームのビームプロファイルの傾きと一致させるように、複数の第２の図形パターンを作成すると好適である。

また、第１と第２の分解能が異なる要因として、同一描画装置でビーム電流が異なる第１の場合と、描画装置自体が異なる第２の場合とが含まれる。

また、本発明の他の態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
隣接配置することにより、第１の分解能を有する第１の荷電粒子ビームで得られる第１の図形パターンと同じ形状が得られるように、第１の分解能よりも高い第２の分解能を有する第２の荷電粒子ビームを用いて得られる、前記第１の図形パターンの幅寸法より小さい幅寸法の図形パターンを挟んで隣接配置される幅寸法が互いに異なる複数の第２の図形パターンを作成する工程と、
第２の荷電粒子ビームを用いて、隣接配置するように複数の第２の図形パターンを描画することにより前記第１の図形パターンを描画する工程と、
を備え、
前記複数の第２の図形パターン用の前記第２の荷電粒子ビームの各ビームプロファイルを重ねた場合に、閾値モデルの閾値の位置における重ね合わせた後のビームプロファイルの傾きを、前記第１の図形パターン用の前記第１の荷電粒子ビームのビームプロファイルの傾きと一致させるように、前記複数の第２の図形パターンを作成し、
前記第１の分解能を有する前記第１の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルは、前記第２の分解能を有する前記第２の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルよりも傾きがなだらかであることを特徴とする。

また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
重ね合わせることにより、第１の分解能を有する第１の荷電粒子ビームで得られる第１の図形パターンと同じ形状が得られるように、第１の分解能よりも高い第２の分解能を有する第２の荷電粒子ビームを用いて得られる、前記第１の図形パターンの幅寸法よりも小さい幅寸法の図形パターンと大きい幅寸法の図形パターンとを含む幅寸法が互いに異なる複数の第２の図形パターンを作成するパターン作成部と、
第２の荷電粒子ビームを用いて、複数の第２の図形パターンを重ねた多重描画を行うことにより前記第１の図形パターンを描画する描画部と、
を備え、
前記第１の分解能を有する前記第１の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルは、前記第２の分解能を有する前記第２の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルよりも傾きがなだらかであり、
前記複数の第２の図形パターン用の前記第２の荷電粒子ビームの各ビームプロファイルを重ねた場合に、閾値モデルの閾値の位置における重ね合わせた後のビームプロファイルの傾きを、前記第１の図形パターン用の前記第１の荷電粒子ビームのビームプロファイルの傾きと一致させるように、前記複数の第２の図形パターンを作成することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ビームの分解能の性能が異なる複数のビームを用いる場合でも低い分解能のビームと同様のビームで描画できる。よって、低い分解能で最適化された後工程のプロセス条件の更なる最適化処理を不要にできる。

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における異なる描画装置間での形成パターンの違いを説明するための図である。 実施の形態１における多重描画のパターン構成とビームプロファイルの一例を示す図である。 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における多重回数を２回で近似する場合の図形パターンとビームプロファイルとを示す図である。 実施の形態１における図形パターンの端部付近のビームプロファイルのシミュレーション比較結果の一例を示す図である。 実施の形態１における図形パターンの端部付近の４５度方向のビームプロファイルのシミュレーション比較結果の一例を示す図である。 実施の形態２における隣接配置パターンの構成とビームプロファイルの一例を示す図である。 実施の形態２における隣接配置パターンのサイズと入射照射量の求め方を説明するための図である。 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、及び描画室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、第１の成形アパーチャ部材２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２の成形アパーチャ部材２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９が配置されている。描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画時には描画対象となるマスク等の試料１０１が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造する際の露光用マスクが含まれる。また、試料１０１には、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が含まれる。

制御部１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、制御回路１２０、及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０，１４２，１４４，１４６を有している。制御計算機１１０、メモリ１１２、制御回路１２０、及び記憶装置１４０，１４２，１４４，１４６は、図示しないバスで接続されている。制御回路１２０は、描画部１５０に接続され、描画部１５０を制御する。

制御計算機１１０内には、取得部５０、Ｎ設定部５２、パラメータ演算部５４、パターン作成部５６、データ処理部５８、及び描画制御部６０が配置される。取得部５０、Ｎ設定部５２、パラメータ演算部５４、パターン作成部５６、データ処理部５８、及び描画制御部６０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。取得部５０、Ｎ設定部５２、パラメータ演算部５４、パターン作成部５６、データ処理部５８、及び描画制御部６０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。

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。例えば、位置偏向用には、主偏向器２０８と副偏向器２０９の主副２段の多段偏向器を用いているが、１段の偏向器或いは３段以上の多段偏向器によって位置偏向を行なう場合であってもよい。また、描画装置１００には、マウスやキーボード等の入力装置、及びモニタ装置等が接続されていても構わない。

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Ｙ方向偏向可能幅のサイズによって短冊状の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の偏向可能なサイズによって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の各ショット位置にショット図形３２が描画される。

制御回路１２０から図示しないＤＡＣアンプに対して、主偏向制御用のデジタル信号が出力される。そして、主偏向制御用のＤＡＣアンプでは、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、目標となるＳＦ３０の基準位置Ａに偏向される。

制御回路１２０から図示しないＤＡＣアンプに対して、副偏向制御用のデジタル信号が出力される。そして、副偏向制御用のＤＡＣアンプでは、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対象となるＳＦ３０内の各ショットの基準位置Ｂに偏向される。

描画装置１００では、複数段の多段偏向器を用いて、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、及び副偏向器２０９といった２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が、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、ＳＦ３０の基準位置に電子ビーム２００を順に偏向する。また、副偏向器２０９が、各ＳＦ３０の基準位置から当該ＳＦ３０内に照射されるビームの各ショット位置に電子ビーム２００を偏向する。このように、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９は、サイズの異なる偏向領域をもつ。そして、ＳＦ３０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。

電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形の穴を持つ第１の成形アパーチャ部材２０３の開口部全体を含む領域を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形に成形する。そして、第１の成形アパーチャ部材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の成形アパーチャ部材２０６上に投影される。偏向器２０５によって、かかる第２の成形アパーチャ部材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の成形アパーチャ部材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、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって偏向され、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。図１では、位置偏向に、主副２段の多段偏向を用いた場合を示している。かかる場合には、主偏向器２０８でＳＦ３０の基準位置Ａにステージ移動に追従しながら該当ショットの電子ビーム２００を偏向し、副偏向器２０９でＳＦ内の各ショット図形の基準位置Ｂ（照射位置）にかかる該当ショットのビームの基準位置が合うようにビームを偏向すればよい。かかる動作を繰り返し、各ショットのショット図形を繋ぎ合わせることで、描画データに定義された図形パターンを描画する。

ここで、上述したように、分解能σ１、σ２（第１と第２の分解能）が異なる要因として、同一描画装置で例えばエミッション電流（ビーム電流）が異なる第１の場合と、描画装置自体が異なる第２の場合とが含まれる。

図３は、実施の形態１における異なる描画装置間での形成パターンの違いを説明するための図である。ここでは、図３（ａ）に示すように、例えば、設計パターンとして、矩形パターンを描画する場合を想定する。図３（ｂ）に示すビーム分解能が低い装置Ａでは、図３（ｃ）に示すように、設計パターンに対して、４隅が大きく丸くなった直線部分があまり無いパターンが形成される。これに対して、図３（ｄ）に示すビーム分解能が高い装置Ｂでは、図３（ｅ）に示すように、設計パターンに対して、４隅部分が丸くなるものの４辺は直線に形成されるパターンが形成される。このように、異なる描画装置間によって、ビームの分解能が異なると形成されるパターン形状に大きな違いが生じてしまう。一方、描画後の試料に対して実施されるエッチング等のプロセスでは、描画時のビームの分解能に依存したプロセス条件が設定されている。言い換えれば、描画時のビームの分解能が変わってしまうと、後工程のプロセスのパラメータの最適化がやり直しになってしまう。よって、プロセス重視の観点からは、どのエミッション電流の条件によってでも、或いは、どの描画装置を用いた場合でも、同じ分解能性能が求められる。そこで、実施の形態１では、ビーム分解能が高い装置、或いはビーム分解能が高いエミッション電流の条件で得られるビームを用いて、形成されるパターンを、ビーム分解能が低い装置、或いはビーム分解能が低いエミッション電流の条件で得られるビームで描画されるパターンに合わせる。具体的には以下のように実施する。

図４は、実施の形態１における多重描画のパターン構成とビームプロファイルの一例を示す図である。図４（ａ）では、設計パターン（第１の図形パターン）を示している。ここでは、矩形パターンを描画する場合を想定する。ビーム分解能が低い装置、或いはビーム分解能が低いエミッション電流の条件で、かかる矩形パターンを描画する場合、図４（ｂ）に示すようにビームプロファイルの傾きがなだらかなビームによって閾値モデルの閾値Ｄｔｈの幅寸法のパターンを形成できる。一方、ビーム分解能が高い装置、或いはビーム分解能が高いエミッション電流の条件で、図４（ａ）に示す矩形パターン（第１の図形パターン）を描画する場合、図４（ｃ）に示すように、幅寸法が互いに異なる複数の図形パターン（第２の図形パターン）を重ねた多重描画を行う。図４（ｃ）の例では、図４（ａ）に示す矩形パターンよりも幅寸法の小さい矩形パターンと同じ幅寸法の矩形パターンと幅寸法の大きい矩形パターンとの３つの矩形パターンを多重描画する。図４（ｃ）に示す３つの矩形パターンの照射量の合計が図４（ａ）に示す矩形パターンの照射量と同様になる点は言うまでもない。かかる複数の矩形パターンの描画順序はどれからでも構わない。かかる多重描画により、図４（ｄ）に示すようにビームプロファイルの傾きが、１回で描画する場合よりも相対的になだらかなプロファイルのビームによって閾値モデルの閾値Ｄｔｈの幅寸法のパターンを形成できる。

図５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５では、高いビーム分解能のビームで、低いビーム分解能のビームにより形成されるパターンに合わせる場合を示している。図５において、実施の形態１における描画方法は、分解能パラメータ入力工程（Ｓ１０２）と、多重度Ｎ設定工程（Ｓ１０４）と、パラメータ演算工程（Ｓ１０６）と、複数パターン作成工程（Ｓ１０８）と、描画工程（Ｓ１１０）と、いう一連の工程を実施する。

分解能パラメータ入力工程（Ｓ１０２）として、まず、描画装置１００の外部から描画されるパターン形状を合わせる複数のビーム分解能σ１，σ２のパラメータを入力し、記憶装置１４２に格納しておく。ここでは、一例として、高いビーム分解能σ２で描画可能な描画装置１００に、かかる自己のビーム分解能σ２のパラメータと、別の描画装置の低いビーム分解能σ１のパラメータとを格納しておく。そして、取得部５０は、記憶装置１４２から複数のビーム分解能σ１，σ２のパラメータを読み出し、取得する。

多重度Ｎ設定工程（Ｓ１０４）として、Ｎ設定部５２は、高いビーム分解能のビームで多重描画する場合の多重度Ｎを設定する。多重回数（多重度）は、例えば、２回（Ｎ＝２）、或いは３回（Ｎ＝３）が好適である。

パラメータ演算工程（Ｓ１０６）として、パラメータ演算部５４は、高いビーム分解能のビームで多重描画する多重回数（多重度）個の図形パターン（第２の図形パターン）用の各ビームプロファイルを重ねた場合に、閾値モデルの閾値の位置における重ね合わせた後のビームプロファイルの傾きを、低いビーム分解能のビームで描画（例えば１回描画）する図形パターン（第１の図形パターン）用のビームプロファイルの傾きと一致させるように、パラメータを演算する。

前提として、データ像関数ｐｓｆ（ｒ）を、距離ｒ、ビーム分解能σを用いて、以下の式（１）と仮定する。分解能が低いとはσが大きいこと、分解能が高いとはσが小さいことを意味する。また、ビーム電流分布はビーム形状を表す関数とデータ像関数との畳み込み積分で表されるとする。

次に、低いビーム分解能σ１で描画する図形パターン（例えば矩形パターン）の幅寸法をａ、長さをＬとして、Ｌがａより十分長い無限長とみなせる直線を仮定する。図形パターンの中心位置をｘ＝０とすると、図形パターンの端部（エッジ）の位置ｘは、ｘ＝±ａ／２となる。今、パターン中央部の右端部を考えると、ｘ＝ａ／２付近となるｘ＝ａ／２＋Ｘでの分布は、ａがσよりも十分大きい（ａ＞＞σ）と仮定すると以下の式（２）で定義できる。

以下、便宜上Ｘをｘと表現する。分布関数ｇは、ｘ≧０の場合には、以下の式（３−１）で、ｘ＜０の場合には、以下の式（３−２）で定義できる。但し、ｅｒｆ（ｚ）は式（３−３）で定義される誤差関数である。

次に、低いビーム分解能σ１で描画する図形パターン（例えば矩形パターン）を高いビーム分解能σ２で描画する場合の近似式ｆを定義する。まず、閾値モデルの閾値のｘ方向（パターン幅方向）位置ｘと、位置ｘからの微小距離ｄｘと、ビーム分解能σとを用いて、近似式ｆ（ｄｘ，σ，ｘ）を以下の式（４）で定義する。

例えば、多重回数（多重度）を２回に設定する２関数近似を行う場合について説明する。

図６は、実施の形態１における多重回数を２回で近似する場合の図形パターンとビームプロファイルとを示す図である。図６（ｃ）に、低いビーム分解能σ１で描画する図形パターン１６を示す。図形パターン１６は、幅寸法ａとする。ここでは縦方向の長さはａよりも十分長いとする。実施の形態１では、図形パターン１６を、図６（ａ）に示すように、高いビーム分解能σ２で幅寸法（ａ−２ｄｘ）の図形パターン１２と幅寸法（ａ＋２ｄｘ）の図形パターン１４とを多重描画することで近似する。低いビーム分解能σ１、高いビーム分解能σ２、ｘ方向（パターン幅方向）位置ｘ、位置ｘからの微小距離ｄｘ、係数ｋ１，ｋ２を用いて、低いビーム分解能σ１で描画する図形パターン１６の近似式ｆと高いビーム分解能σ２で２回多重描画する図形パターン１２，１４の近似式ｆとが以下の式（５）を満たすようにすればよい。

式（５）の左辺は、低いビーム分解能σ１で描画する図形パターン１６の項を示す。式（５）の右辺の第１項は、高いビーム分解能σ２で描画する幅寸法が小さい図形パターン１２の項を示す。式（５）の右辺の第２項は、高いビーム分解能σ２で描画する幅寸法が大きい図形パターン１４の項を示す。図形パターンの中心位置をｘ＝０とすると、図形パターン１６の端部（エッジ）の位置ｘは、ｘ＝±ａ／２となる。式（５）において、閾値モデルの閾値Ｄｔｈのｘ方向（パターン幅方向）位置ｘ（図６（ｂ）に示すＣ部）は、図形パターン１６の端部（エッジ）の位置ｘは、ｘ＝ａ／２となる。よって、ｘ＝ａ／２において、式（５）が成り立つ必要がある。同時に、同じ分解能の特性にするには、図６（ｂ）に示すように、ｘ＝ａ／２における図形パターン１２のビームプロファイルＡ１と図形パターン１４のビームプロファイルＡ２との合成プロファイルの傾きが、図形パターン１６のビームプロファイルＢ１の傾きに一致する必要がある。言い換えれば、ｘ＝ａ／２での式（５）の左辺の１回微分値と、式（５）の右辺の１回微分値とが一致する必要がある。よって、これらを満たす微小距離ｄｘ、係数ｋ１，ｋ２をパラメータとして演算する。また、ｘ＝ａ／２での式（５）の左辺の高次微分値と、式（５）の右辺の高次微分値とが一致するように演算すればよい。例えば、２回微分値が一致するように演算すればよい。以上により未知の変数ｄｘ，ｋ１，ｋ２と同じ数の関係式が得られる。よって、かかる関係式により、未知の変数ｄｘ，ｋ１，ｋ２を求めることができる。例えば、σ１＝２、σ２＝１の場合、ｋ１＝ｋ２≒０．５、ｄｘ＝０．８３・σ２となる。

なお、高いビーム分解能σ２で幅寸法（ａ−２ｄｘ）の図形パターン１２と幅寸法（ａ＋２ｄｘ）の図形パターン１４とを多重描画する際のそれぞれの入射照射量は、低いビーム分解能σ１で描画する図形パターン１６の入射照射量の１／２ずつに設定すればよい。

或いは、図４（ｃ）に示したように、実施の形態１における多重回数を３回で近似しても好適である。例えば、図４（ａ）に示す、低いビーム分解能σ１で描画する幅寸法ａの図形パターンを、図４（ｃ）に示したように、高いビーム分解能σ２で幅寸法（ａ−２ｄｘ）の図形パターン（上段）と幅寸法ａの図形パターン（中断）と幅寸法（ａ＋２ｄｘ）の図形パターン（下段）とを多重描画することで近似する。低いビーム分解能σ１、高いビーム分解能σ２、ｘ方向（パターン幅方向）位置ｘ、位置ｘからの微小距離ｄｘ、係数ｋ１，ｋ２，ｋ３を用いて、低いビーム分解能σ１で描画する図形パターンの近似式ｆと高いビーム分解能σ２で３回多重描画する幅寸法が異なる３つの図形パターンの近似式ｆとが以下の式（６）を満たすようにすればよい。

式（６）の左辺は、低いビーム分解能σ１で描画する図形パターンの項を示す。式（６）の右辺の第１項は、高いビーム分解能σ２で描画する幅寸法が最も小さい図形パターン（図４（ｃ）上段）の項を示す。式（６）の右辺の第２項は、高いビーム分解能σ２で描画する幅寸法が左辺の図形パターンと同じ図形パターン（図４（ｃ）中段）の項を示す。式（６）の右辺の第３項は、高いビーム分解能σ２で描画する幅寸法が大きい図形パターン（図４（ｃ）下段）の項を示す。図形パターンの中心位置をｘ＝０とすると、図４（ａ）に示す図形パターンの端部（エッジ）の位置ｘは、ｘ＝±ａ／２となる。式（６）において、閾値モデルの閾値Ｄｔｈのｘ方向（パターン幅方向）位置ｘは、ｘ＝ａ／２となる。よって、ｘ＝ａ／２において、式（６）が成り立つ必要がある。同時に、同じ分解能の特性にするには、ｘ＝ａ／２における図形パターン（図４（ｃ）上段）のビームプロファイルと図形パターン（図４（ｃ）中段）のビームプロファイルと図形パターン（図４（ｃ）下段）のビームプロファイルとの合成プロファイルの傾きが、図形パターン（図４（ａ））のビームプロファイルの傾きに一致する必要がある。言い換えれば、ｘ＝ａ／２での式（６）の左辺の１回微分値と、式（６）の右辺の１回微分値とが一致する必要がある。よって、これらを満たす微小距離ｄｘ、係数ｋ１，ｋ２，ｋ３をパラメータとして演算する。また、ｘ＝ａ／２での式（６）の左辺の高次微分値と、式（６）の右辺の高次微分値とが一致するように演算すればよい。例えば、２回微分値および３回微分値が一致するように演算すればよい。以上により未知の変数ｄｘ，ｋ１，ｋ２，ｋ３と同じ数の関係式が得られる。よって、かかる関係式により、未知の変数ｄｘ，ｋ１，ｋ２，ｋ３を求めることができる。例えば、σ１＝２、σ２＝１の場合、ｋ１＝ｋ３≒０．２７、ｋ２≒０．４７、ｄｘ≒１．６６・σ２となる。

複数パターン作成工程（Ｓ１０８）として、パターン作成部５６は、パラメータｄｘを用いて、重ね合わせることにより、低いビーム分解能σ１（第１の分解能）を有する電子ビーム２００（第１の電子ビーム）で得られる図形パターン（第１の図形パターン）と同じ形状が得られるように、ビーム分解能σ１よりも高いビーム分解能σ２（第２の分解能）を有する電子ビーム（第２の電子ビーム）を用いて得られる、幅寸法が互いに異なる複数の図形パターン（第２の図形パターン）を作成する。具体的には、パターン作成部５６は、複数の図形パターン１２，１４用の電子ビームの各ビームプロファイルＡ１，Ａ２を重ねた場合に、閾値モデルの閾値Ｄｔｈの位置における重ね合わせた後のビームプロファイルの傾きを、図形パターン１６用の電子ビームのビームプロファイルＢ１の傾きと一致させるように、複数の図形パターン１２，１４（多重用分割パターン）を作成する。図６の例では、幅寸法（ａ−２ｄｘ）の図形パターン１２と幅寸法（ａ＋２ｄｘ）の図形パターン１４とを作成する。そして、かかる図形パターン１２と図形パターン１４は、入射照射量が図形パターン１６の半分に設定される。作成された複数の多重用分割パターンのパターンデータは、記憶装置１４６に格納される。多重用分割パターンのパターンデータには、図形コード、座標、サイズ等の各データが定義される。さらに、各図形の照射量データも合わせて定義されても良い。或いは、照射量データは別のファイルデータに定義されてもよい。

図７は、実施の形態１における図形パターンの端部付近のビームプロファイルのシミュレーション比較結果の一例を示す図である。図７において、縦軸は入射照射量（相対値）、横軸は位置ｘを示す。なお、図７では、閾値モデルの閾値のビームプロファイルのｘ方向位置をゼロとした場合を示している。グラフＡは、低いビーム分解能σ１を有する電子ビーム２００で１回描画を行うことで得られるビームプロファイルの一例を示す。グラフＢは、高いビーム分解能σ２を有する電子ビーム２００で１回描画を行うことで得られるビームプロファイルの一例を示す。グラフＣは、高いビーム分解能σ２を有する電子ビーム２００で２回描画（多重描画）を行うことで得られるビームプロファイルの一例を示す。グラフＤは、高いビーム分解能σ２を有する電子ビーム２００で３２回描画（多重描画）を行うことで得られるビームプロファイルの一例を示す。図７に示すように、２回描画よりも３回描画の方が、より高精度に、上述した低いビーム分解能σ１で描画する場合のビームプロファイルに近づけることができる。

図８は、実施の形態１における図形パターンの端部付近の４５度方向のビームプロファイルのシミュレーション比較結果の一例を示す図である。図８において、縦軸は入射照射量（相対値）、横軸は位置ｘを示す。図形パターンの幅寸法だけでなく角部の位置についても合わせることが望ましい。図８では、かかる角部のビームプロファイルのシミュレーション比較結果の一例を示す。なお、図８では、閾値モデルの閾値のビームプロファイルのｘ方向位置をゼロとした場合を示している。グラフＡ’は、低いビーム分解能σ１を有する電子ビーム２００で１回描画を行うことで得られるビームプロファイルの一例を示す。グラフＢ’は、高いビーム分解能σ２を有する電子ビーム２００で１回描画を行うことで得られるビームプロファイルの一例を示す。グラフＣ’は、高いビーム分解能σ２を有する電子ビーム２００で２回描画（多重描画）を行うことで得られるビームプロファイルの一例を示す。グラフＤ’は、高いビーム分解能σ２を有する電子ビーム２００で３２回描画（多重描画）を行うことで得られるビームプロファイルの一例を示す。図７に示すように、２回描画よりも３回描画の方が、より高精度に、上述した低いビーム分解能σ１で描画する場合のビームプロファイルに近づけることができる。

描画工程（Ｓ１１０）として、まず、データ処理部５８は、記憶装置１４６から多重用分割パターンを読み出す。そして、複数段のデータ変換処理を行って、描画装置固有のショットデータを生成する。描画装置１００のビーム成形サイズには限界があるので、かかる多重用分割パターン（図形パターン）を一度に照射することは困難である。そのため、描画装置１００で成形可能なサイズで多重用分割パターン（図形パターン）を複数のショット図形に分割する。そして、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、図形コード、座標、サイズ等の各データが定義される。さらに、各図形の照射量データも合わせて定義されても良い。或いは、照射量データは別のファイルデータに定義されてもよい。ショットデータは記憶装置１４４に格納される。

そして、制御回路１２０は、記憶装置１４４からショットデータを読み出し、ショットデータに従って、描画部１５０を制御する。描画部１５０は、ビーム分解能σ１よりも高いビーム分解能σ２（第２の分解能）を有する電子ビーム（第２の電子ビーム）を用いて、複数の多重用分割パターン（第２の図形パターン）を重ねた多重描画を行う。

以上のように、実施の形態１によれば、ビームの分解能の性能が異なる複数のビームを用いる場合でも低い分解能のビームと同様のビームで描画できる。よって、低い分解能で最適化された後工程のプロセス条件の更なる最適化処理を不要にできる。

実施の形態２．
実施の形態１では、多重描画を前提にして分割パターンを作成したが、これに限るものではない。実施の形態２では、隣接配置する幅寸法および入射照射量が異なる分割パターンを作成する構成について説明する。描画装置１００の構成については、図１と同様である。また、描画方法については図５と同様である。その他、特に説明しない点は実施の形態１と同様である。

図９は、実施の形態２における隣接配置パターンの構成とビームプロファイルの一例を示す図である。図９（ａ）では、設計パターン（第１の図形パターン）を示している。ここでは、矩形パターン２２を描画する場合を想定する。ビーム分解能が低い装置、或いはビーム分解能が低いエミッション電流の条件で、かかる矩形パターン２２を描画する場合、図９（ｂ）に示すようにビームプロファイルの傾きがなだらかなビームによって閾値モデルの閾値Ｄｔｈの幅寸法のパターンを形成できる。一方、ビーム分解能が高い装置、或いはビーム分解能が高いエミッション電流の条件で、図９（ａ）に示す矩形パターン２２（第１の図形パターン）を描画する場合、図９（ｃ）に示すように、幅寸法が互いに異なる複数の図形パターン２４，２６（第２の図形パターン）を隣接配置した描画を行う。図９（ｃ）の例では、図９（ａ）に示す矩形パターンよりも幅寸法の小さい同じ入射照射量の矩形パターン２４の一端側にさらに幅寸法の小さく、かつ入射照射量が小さい矩形パターン２６を他端側に同様に幅寸法の小さく、かつ同様に入射照射量が小さい矩形パターン２８を隣接配置するように描画する。かかる複数の矩形パターン２４，２６，２８の描画順序はどれからでも構わない。かかる描画により、図９（ｄ）に示すようにビームプロファイルの傾きが、１個の矩形パターン２２を高い分解能σ２のビームで描画する場合よりも相対的になだらかなプロファイルのビームによって閾値モデルの閾値Ｄｔｈの幅寸法のパターンを形成できる。

図１０は、実施の形態２における隣接配置パターンのサイズと入射照射量の求め方を説明するための図である。図１０（ａ）の例では、上述した２関数近似の式（５）を適用できる。左右の端部（エッジ）について、それぞれ演算すればよい。

図１０で、図形パターン２２は実施の形態１で説明した図４の図形と同じ幅ａの図形として説明する。実施の形態１の例と同じく、図形の中心をｘ＝０とし、ｘ＝ａ／２での照射量分布を考える。形態１で求めた入射照射量分布は、ｘ≦ａ／２−ｄｘでｋ１＋ｋ２＝１，ａ／２−ｄｘ≦ｘ≦ａ／２＋ｄｘでｋ２＝０．５である。従って、ｘ≦ａ／２−ｄｘの領域のパターンをｋ１＋ｋ２＝１の照射量で描画し、ａ／２−ｄｘ≦ｘ≦ａ／２＋ｄｘの領域の幅２ｄｘのパターンをｋ２＝１／２の照射量で描画すれば良い。また、図１０（ａ）の例でＸ＝−ａ／２の端も考えると、−ａ／２−ｄｘ≦ｘ≦−ａ／２＋ｄｘの幅２ｄｘのパターン２６と、ａ／２−ｄｘ≦ｘ≦ａ／２＋ｄｘの幅２ｄｘのパターン２８とを照射量ｋ２＝１／２で描画し、−ａ／２＋ｄｘ≦ｘ≦ａ／２−ｄｘの幅ａ−２ｄｘのパターン２４を照射量ｋ１＋ｋ２＝１で描画すれば良い。

或いは、図１０（ｂ）の様に隣接配置パターンの数を増やすことも出来る。この場合、式（６）を適用し、−ａ／２−ｄｘ≦ｘ≦−ａ／２の幅ｄｘのパターン３４をｋ１≒０．２７，−ａ／２≦ｘ≦−ａ／２＋ｄｘの幅ｄｘのパターン３２をｋ１＋ｋ２≒０．７３，−ａ／２＋ｄｘ≦ｘ≦ａ／２−ｄｘの幅ａ−２ｄｘのパターン３０を１、ａ／２−ｄ≦ｘ≦ａ／２の幅ｄｘのパターン３２をｋ１＋ｋ２≒０．７３，ａ／２≦ｘ≦ａ／２＋ｄｘの幅ｄｘのパターン３４をｋ１≒０．２７で描画することにより更に照射量分布のより高次の項まで一致させることが出来る。

複数パターン作成工程（Ｓ１０８）として、パターン作成部５６は、パラメータｄｘを用いて、隣接配置することにより、低いビーム分解能σ１（第１の分解能）を有する電子ビーム（第１の荷電粒子ビーム）で得られる図形パターン２２（第１の図形パターン）と同じ形状が得られるように、低いビーム分解能σ１よりも高いビーム分解能σ２（第２の分解能）を有する電子ビーム（第２の荷電粒子ビーム）を用いて得られる、幅寸法が互いに異なる複数の図形パターン２４，２６，２８（第２の図形パターン）を作成する。具体的には、上述した演算結果から、矩形パターン２４は、図形パターン２２と同じ入射照射量で、幅が（ａ−２ｄｘ）のパターンとして作成できる。また、矩形パターン２６（及び矩形パターン２８）は、図形パターン２２の１／２の入射照射量で、幅が２ｄｘのパターンとして作成できる。

描画工程（Ｓ１１０）として、まず、データ処理部５８は、記憶装置１４６から隣接配置用分割パターンを読み出す。そして、複数段のデータ変換処理を行って、描画装置固有のショットデータを生成する。描画装置１００のビーム成形サイズには限界があるので、かかる隣接配置用分割パターン（図形パターン）を一度に照射することは困難である。そのため、描画装置１００で成形可能なサイズで多重用分割パターン（図形パターン）を複数のショット図形に分割する。但し、端部に配置された小図形パターン２６，２８については、それぞれ１ショットのショット図形で形成されると望ましい。

そして、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、図形コード、座標、サイズ等の各データが定義される。さらに、各図形の照射量データも合わせて定義されても良い。或いは、照射量データは別のファイルデータに定義されてもよい。ショットデータは記憶装置１４４に格納される。

そして、制御回路１２０は、記憶装置１４４からショットデータを読み出し、ショットデータに従って、描画部１５０を制御する。描画部１５０は、ビーム分解能σ１よりも高いビーム分解能σ２（第２の分解能）を有する電子ビーム（第２の電子ビーム）を用いて、隣接配置するように複数の隣接配置用分割パターン（第２の図形パターン）を描画する。

以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様、ビームの分解能の性能が異なる複数のビームを用いる場合でも低い分解能のビームと同様のビームで描画できる。よって、低い分解能で最適化された後工程のプロセス条件の更なる最適化処理を不要にできる。

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
３２ ショット図形
５０ 取得部
５２ Ｎ設定部
５４ パラメータ演算部
５６ パターン作成部
５８ データ処理部
６０ 描画制御部
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１１０ 制御計算機
１１２ メモリ
１２０ 制御回路
１４０，１４２，１４４，１４６ 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
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (4)

1. 重ね合わせることにより、第１の分解能を有する第１の荷電粒子ビームで得られる第１の図形パターンと同じ形状が得られるように、前記第１の分解能よりも高い第２の分解能を有する第２の荷電粒子ビームを用いて得られる、前記第１の図形パターンの幅寸法よりも小さい幅寸法の図形パターンと大きい幅寸法の図形パターンとを含む幅寸法が互いに異なる複数の第２の図形パターンを作成する工程と、
   前記第２の荷電粒子ビームを用いて、前記複数の第２の図形パターンを重ねた多重描画を行うことにより前記第１の図形パターンを描画する工程と、
   を備え、
   前記第１の分解能を有する前記第１の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルは、前記第２の分解能を有する前記第２の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルよりも傾きがなだらかであり、
   前記複数の第２の図形パターン用の前記第２の荷電粒子ビームの各ビームプロファイルを重ねた場合に、閾値モデルの閾値の位置における重ね合わせた後のビームプロファイルの傾きを、前記第１の図形パターン用の前記第１の荷電粒子ビームのビームプロファイルの傾きと一致させるように、前記複数の第２の図形パターンを作成することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
2. 前記第１と第２の分解能が異なる要因として、同一描画装置でビーム電流が異なる第１の場合と、描画装置自体が異なる第２の場合とが含ま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. 隣接配置することにより、第１の分解能を有する第１の荷電粒子ビームで得られる第１の図形パターンと同じ形状が得られるように、前記第１の分解能よりも高い第２の分解能を有する第２の荷電粒子ビームを用いて得られる、前記第１の図形パターンの幅寸法より小さい幅寸法の図形パターンを挟んで隣接配置される幅寸法が互いに異なる複数の第２の図形パターンを作成する工程と、
   前記第２の荷電粒子ビームを用いて、隣接配置するように前記複数の第２の図形パターンを描画することにより前記第１の図形パターンを描画する工程と、
   を備え、
   前記複数の第２の図形パターン用の前記第２の荷電粒子ビームの各ビームプロファイルを重ねた場合に、閾値モデルの閾値の位置における重ね合わせた後のビームプロファイルの傾きを、前記第１の図形パターン用の前記第１の荷電粒子ビームのビームプロファイルの傾きと一致させるように、前記複数の第２の図形パターンを作成し、
   前記第１の分解能を有する前記第１の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルは、前記第２の分解能を有する前記第２の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルよりも傾きがなだらかであることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
4. 重ね合わせることにより、第１の分解能を有する第１の荷電粒子ビームで得られる第１の図形パターンと同じ形状が得られるように、前記第１の分解能よりも高い第２の分解能を有する第２の荷電粒子ビームを用いて得られる、前記第１の図形パターンの幅寸法よりも小さい幅寸法の図形パターンと大きい幅寸法の図形パターンとを含む幅寸法が互いに異なる複数の第２の図形パターンを作成するパターン作成部と、
   前記第２の荷電粒子ビームを用いて、前記複数の第２の図形パターンを重ねた多重描画を行うことにより前記第１の図形パターンを描画する描画部と、
   を備え、
   前記第１の分解能を有する前記第１の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルは、前記第２の分解能を有する前記第２の荷電粒子ビームで得られるビームプロファイルよりも傾きがなだらかであり、
   前記複数の第２の図形パターン用の前記第２の荷電粒子ビームの各ビームプロファイルを重ねた場合に、閾値モデルの閾値の位置における重ね合わせた後のビームプロファイルの傾きを、前記第１の図形パターン用の前記第１の荷電粒子ビームのビームプロファイルの傾きと一致させるように、前記複数の第２の図形パターンを作成することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。

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