JP6603108B2 - 荷電粒子ビームの照射量補正用パラメータの取得方法、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

荷電粒子ビームの照射量補正用パラメータの取得方法、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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Description

本発明は、荷電粒子ビームの照射量補正用パラメータの取得方法、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、レジストヒーティング補正を行う装置および方法に関する。
半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、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。これらの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、高精度の原画パターン(レチクル或いはマスクともいう。)が必要となる。ここで、電子線(EB:Electron beam)描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。
図18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。
光リソグラフィ技術の進展や、EUVによる短波長化に伴い、マスク描画に必要な電子ビームのショット数は加速的に増加している。一方で、微細化に必要な線幅精度を確保するために、レジストを低感度化し、照射量を上げることでショットノイズやパターンのエッジラフネスの低減を図っている。このように、ショット数と照射量が際限なく増え続けているため、描画時間も際限なく増加していく。そのため、電流密度を上げることで描画時間の短縮を図ることが検討されている。
しかしながら、増加した照射エネルギー量を、より高密度な電子ビームで短時間に照射しようとすると、基板温度が過熱してレジスト感度が変化し、線幅精度が悪化する、レジストヒーティングと呼ばれる現象が生じてしまうといった問題があった。そこで、偏向領域のうちの最小偏向領域毎に、当該最小偏向領域よりも前に描画される他の最小偏向領域からの伝熱に基づく、当該最小偏向領域の代表温度を算出し、代表温度を用いて照射量を変調する手法(ヒーティング補正)が検討されている(特許文献1参照)。
一方で、電子ビーム描画では、電子ビームをレジストが塗布されたマスクに照射して回路パターンを描画する場合、電子ビームがレジスト層を透過してその下の層に達し、再度レジスト層に再入射する後方散乱による近接効果と呼ばれる現象が生じてしまう。これにより、描画の際、所望する寸法からずれた寸法に描画されてしまう寸法変動が生じてしまう。かかる現象を回避するために、描画装置内では、近接効果補正演算を行って、例えば、照射量を変調することでかかる寸法変動を抑制することが行われる。
特開2012−069675号公報
上述したレジストヒーティングに対する照射量変調は、電子ビームによる注目するショットのショット時の温度を考慮して行われる。そのため、注目するショットとは異なる周辺の位置でのショットによる後方散乱によって生じる近接効果の補正計算には、温度が考慮されていない。そのため、後方散乱に対するヒーティング効果が大きい場合、従来の計算モデルでは補正誤差が大きくなってしまうといった問題があった。そのため、後方散乱電子の露光時に対するヒーティング効果の補正を行うことが望ましい。しかしながら、従来、十分な補正手法が確立されていなかった。
そこで、本発明の一態様は、後方散乱に対するヒーティング効果の照射量補正を行うためのパラメータを取得可能な方法、或いはかかるパラメータを用いて照射量補正を行った描画が可能な装置および方法を提供する。
本発明の一態様の荷電粒子ビームの照射量補正用パラメータの取得方法は、
荷電粒子ビームを用いて、レジストが塗布された基板上に、複数の評価パターンを描画する工程と、
評価パターン毎に描画条件を可変にしながら、描画条件毎に、複数の評価パターンのうちの異なるいずれかの評価パターンの周辺に、当該評価パターンの描画によるレジストの温度上昇の影響が無視できる時間が経過した後、荷電粒子ビームの複数のショットを用いて、対応する描画条件に従って周辺パターンを描画する工程と、
描画条件毎に、周辺に周辺パターンが描画された評価パターンの幅寸法を測定する工程と、
描画条件毎に、複数のショットの各ショットから当該評価パターンに到達する後方散乱ドーズ量を演算する工程と、
描画条件毎に、複数のショットの各ショット時における当該ショット時よりも前のショットからの熱伝達による当該評価パターンの温度上昇量を演算する工程と、
描画条件毎の評価パターンの幅寸法と、描画条件毎の各ショット時における当該評価パターンの温度上昇量と、描画条件毎の各ショットからの評価パターンへの後方散乱ドーズ量とを用いて、評価パターンの幅寸法変動量と評価パターンの温度上昇量と評価パターンに到達する後方散乱ドーズ量との相関関係を定義する相関パラメータを演算し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、レジスト種毎に、相関パラメータを取得すると好適である。
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
描画対象基板に塗布されたレジスト種の情報を抽出する工程と、
レジスト種毎の、図形パターンの設計寸法からの幅寸法変動量と図形パターンの温度上昇量と図形パターンに到達する後方散乱ドーズ量との相関パラメータを記憶する記憶装置から、抽出されたレジスト種に対応する相関パラメータを読み出し、荷電粒子ビームを用いて所定の描画条件下で図形パターンを描画する場合に相関パラメータを用いて当該図形パターンの幅寸法変動量を演算する工程と、
幅寸法変動量を用いて、荷電粒子ビームを用いて所定の描画条件下で図形パターンを描画する場合に荷電粒子ビームの照射量の補正が必要かどうかを判定する工程と、
照射量の補正が必要と判定された場合に、当該図形パターンを描画するための荷電粒子ビームの照射量を補正する補正係数を演算する工程と、
補正係数を用いて、当該図形パターンを描画するための荷電粒子ビームの照射量を補正する工程と、
補正された照射量の荷電粒子ビームを用いて、基板上に所定の描画条件下で図形パターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、当該図形パターンのショット位置が近接効果の影響範囲内に入る荷電粒子ビームの複数のショットの各ショットから当該図形パターンのショット位置に到達する後方散乱ドーズ量を演算する工程と、
複数のショットのショット時毎に、当該ショット時における他のショットからの熱伝達により上昇する当該図形パターンのショット位置での温度上昇量を演算する工程と、
ショット時毎の当該図形パターンのショット位置での温度上昇量と、ショット時毎の当該ショットから当該図形パターンのショット位置に到達する後方散乱ドーズ量と、相関パラメータを用いて、当該図形パターンの幅寸法変動量を演算する工程と、
をさらに備え、
補正係数は、相関パラメータを用いて演算された当該図形パターンの幅寸法変動量を補正するように演算されると好適である。
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
描画対象基板に塗布されたレジスト種の情報を抽出する抽出部と、
レジスト種毎の、図形パターンの設計寸法からの幅寸法変動量と図形パターンの温度上昇量と図形パターンに到達する後方散乱ドーズ量との相関パラメータを記憶する記憶装置と、
記憶装置から、抽出されたレジスト種に対応する相関パラメータを読み出し、荷電粒子ビームを用いて所定の描画条件下で図形パターンを描画する場合に相関パラメータを用いて当該図形パターンの幅寸法変動量を演算する幅寸法変動量演算部と、
幅寸法変動量を用いて、荷電粒子ビームを用いて所定の描画条件下で図形パターンを描画する場合に荷電粒子ビームの照射量の補正が必要かどうかを判定する判定部と、
照射量の補正が必要と判定された場合に、当該図形パターンを描画するための荷電粒子ビームの照射量を補正する補正係数を演算する補正係数演算部と、
補正係数を用いて、当該図形パターンを描画するための荷電粒子ビームの照射量を補正する補正部と、
補正された照射量の荷電粒子ビームを用いて、基板上に所定の描画条件下で図形パターンを描画する描画部と、
当該図形パターンのショット位置が近接効果の影響範囲内に入る荷電粒子ビームの複数のショットの各ショットから当該図形パターンのショット位置に到達する後方散乱ドーズ量を演算する後方散乱ドーズ量演算部と、
前記複数のショットのショット時毎に、当該ショット時における他のショットからの熱伝達により上昇する当該図形パターンのショット位置での温度上昇量を演算する温度上昇量演算部と、
前記ショット時毎の当該図形パターンのショット位置での温度上昇量と、前記ショット時毎の当該ショットから当該図形パターンのショット位置に到達する後方散乱ドーズ量と、前記相関パラメータを用いて、当該図形パターンの幅寸法変動量を演算する幅寸法変動量演算部と、
を備え
前記補正係数は、前記相関パラメータを用いて演算された当該図形パターンの幅寸法変動量を補正するように演算されることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、後方散乱に対するヒーティング効果の照射量補正を行うためのパラメータを取得できる。よって、精度の高い寸法でパターンを描画できる。
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の比較例(1)における測定幅寸法位置での後方散乱量と温度上方の一例を示す図である。 実施の形態1の比較例(2)における測定幅寸法位置での後方散乱量と温度上方の一例を示す図である。 実施の形態1における電子ビームの照射量補正用パラメータの取得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における評価手法と測定幅寸法位置での温度上方の一例を示す図である。 実施の形態1の比較例(2)における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す図である。 実施の形態1における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す図である。 実施の形態1における注目ショット位置に到達する後方散乱ドーズ量を演算するための計算モデルの一例を示す図である。 実施の形態1における他のショットからの熱伝達に起因して生じる注目ショット位置での温度上昇量を演算するための計算モデルの一例を示す図である。 実施の形態1における相関関係のモデルの一例を示す図である。 実施の形態1における評価パターンと周辺パターンの他の一例を示す図である。 実施の形態1における評価パターンと周辺パターンの他の一例を示す図である。 実施の形態1における評価パターンと周辺パターンの他の一例を示す図である。 実施の形態1におけるレジスト種依存の幅寸法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における幅寸法と照射量との関係の一例を示す図である。 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と描画室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、ブランキング偏向器(ブランカー)212、ブランキングアパーチャ214、第1の成形アパーチャ203、投影レンズ204、偏向器205、第2の成形アパーチャ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、少なくともXY方向に移動可能なXYステージ105が配置される。XYステージ105上には、レジストが塗布された描画対象となる試料101(基板)が配置される。試料101には、半導体装置を製造するための露光用のマスクやシリコンウェハ等が含まれる。或いは、XYステージ105上には、レジストが塗布された評価対象となる評価基板300(基板)が配置される。評価基板300には露光用のマスクやシリコンウェハ等が含まれる。マスクにはマスクブランクスが含まれる。マスクブランクスは、ガラス基板上にクロム(Cr)等の遮光膜及びレジスト膜の順で各膜が積層されている。また、レジスト種が異なる複数の評価基板300が用いられる。
制御部160は、制御計算機ユニット110、メモリ112、偏向制御回路120、DAC(デジタル・アナログコンバータ)アンプユニット130,132,134(偏向アンプ)、及び磁気ディスク装置等の記憶装置140,142,144,146,148を有している。制御計算機ユニット110、偏向制御回路120、及び記憶装置140,142,144,146,148は、図示しないバスを介して互いに接続されている。偏向制御回路120にはDACアンプユニット130,132,134が接続されている。DACアンプユニット130は、ブランキング偏向器212に接続されている。DACアンプユニット132は、副偏向器209に接続されている。DACアンプユニット134は、主偏向器208に接続されている。
また、制御計算機ユニット110内には、描画条件設定部50、ショットデータ生成部52、判定部53、照射量演算部54、設定部56、レジスト情報抽出部58、後方散乱ドーズ量演算部60、温度上昇量演算部62、幅寸法変動量(ΔCD)演算部64、判定部66、補正係数演算部68、補正部70、判定部72、描画制御部74、ΔCD演算部76、及び相関パラメータ演算部78が配置される。各「〜部」は、1つの処理回路を含み、その処理回路として、例えば、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜部」に含まれる処理回路は、共通する回路(同じ回路)を用いてもよい。或いは、異なる回路(別々の回路)を用いても良い。制御計算機ユニット110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。
描画データが描画装置100の外部から入力され、記憶装置140に格納されている。描画条件情報及びレジスト情報が描画装置100の外部から入力され、記憶装置142に格納されている。レジスト種毎の相関パラメータの情報が記憶装置144に格納されている。レジスト種毎の相関パラメータの情報は、描画装置100の外部から入力されてもよいし、描画装置100の内部で演算されてもよい。また、評価パターンのチップAデータとチップBデータが描画装置100の外部から入力され、記憶装置146に格納されている。
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。
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の偏向可能幅で、例えばy方向に向かって短冊状に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の偏向可能サイズで、メッシュ状に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42にショット図形が描画される。
偏向制御回路120からDACアンプユニット130に対して、ブランキング制御用のデジタル信号が出力される。そして、DACアンプユニット130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、ブランキング偏向器212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形成される。
偏向制御回路120からDACアンプユニット134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、DACアンプユニット134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所定のサブフィールド(SF)の基準位置に偏向される。
偏向制御回路120からDACアンプユニット132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、DACアンプユニット132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メッシュ状に仮想分割された所定のサブフィールド(SF)内の各ショット位置に偏向される。
描画装置100では、複数段の偏向器を用いて、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。但し、これに限るものではなく、1段偏向であっても良いし、3段偏向以上であっても良い。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(第1の偏向器)が、XYステージ105の移動に追従するように、SF30の基準位置Aに電子ビーム200を順に偏向する。また、副偏向器209(第2の偏向器)が、各SF30の基準位置Aから、当該SF30内に照射されるビームのショット位置42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。
ここで、周辺ショットの近接効果の影響範囲内に注目ショット位置が存在する場合に、周辺ショットのビーム照射によって生じる後方散乱電子によって、周辺ショットのビーム照射時と実質同時に注目ショット位置が露光される。そのため、従来の近接効果補正では、かかる後方散乱電子分のドーズ量が注目ショット位置に蓄積される点を考慮する計算を行っていた。ここで、注目ショット位置に注目ショットを行う場合だけでなく、他のショットによって生じる後方散乱電子が注目ショット位置を露光する時にも、温度の影響を受けているはずである。しかしながら、従来の近接効果補正では後方散乱電子が注目ショット位置を露光する時の温度の影響については考慮していなかった。そのため、後方散乱に対するヒーティング効果が大きい場合、従来の計算モデルでは補正誤差が大きくなってしまう。そこで、後方散乱電子の露光に伴うヒーティング効果に起因する寸法変動量を他の原因による寸法変動量から分離して把握することが望ましい。
図3は、実施の形態1の比較例(1)における測定幅寸法位置での後方散乱量と温度上方の一例を示す図である。図3(a)の例では、レジストが塗布された評価基板上に、幅寸法(CD)を測定する位置の周辺に周辺パターン14を電子ビームによる複数のショットを用いて描画した後に、CDを測定する位置(測定幅寸法位置)にライン状の評価パターン12を描画する場合を示す。図3(a)の例では、評価パターン12が、例えば、複数の矩形ショット図形を1列につなげることでラインパターンを形成するように構成されている場合を示している。一方、周辺パターン14は、周辺の領域を埋め尽くす所謂べたパターンとする場合を示している。周辺パターン14と評価パターン12は、1つのチップデータ内に定義され、各ショットは設定された静定時間(セトリング時間)のショット間待機時間を設けて連続して行われる場合を示している。ここでは、短いセトリング時間(ショートセトリング)のショット間待機時間に設定した場合と、長いセトリング時間(ロングセトリング)のショット間待機時間に設定した場合と、を評価する。なお、例えば、評価パターン12を構成する矩形ショット図形群の中心ショット図形を測定CD位置とする。
かかる場合に、図3(b)では、縦軸に、測定CD位置に照射(露光)されるドーズ量を示している。横軸に、評価パターン12と周辺パターン14を形成する複数のショット図形を描画する際の各ショットの番号をショット順に示している。図3(b)に示すように、まずは周辺パターン14から描画するので、周辺パターン14を形成する複数のショット図形を描画する際の各ビームショット時に、周辺パターン14のショットにより生じた後方散乱電子のうち、測定CD位置に照射されるドーズ量が示されている。そして、最後に評価パターン12を形成する複数のショット図形を描画する際にショットするビーム自身(前方散乱)のドーズ量が示されている。周辺パターン14の各ショットのビーム自身(前方散乱)のドーズ量はショット間のセトリング時間が違っても変わらないので、図3(b)に示すように、後方散乱電子のドーズ量(後方散乱ドーズ量)は、ショット間のセトリング時間に無関係に同じ値をとる。
一方、測定CD位置の温度の様子は異なる。先に別の位置にショットされたビームによって上昇した温度が熱伝達されることによって評価基板の測定CD位置の温度は変化する。図3(c)に示すように、セトリング時間が短い場合には、先のショットから熱伝達されて上昇した温度が放熱(拡散)によって低下する前に、次のショットから熱伝達されてしまうので、評価基板の測定CD位置の温度は上昇していく。一方、セトリング時間が長い場合には、先のショットから熱伝達されて上昇した温度が放熱(拡散)によって低下した後に、次のショットから熱伝達されるので、評価基板の測定CD位置の温度の上昇は抑えられる。よって、最後に評価パターン12を形成する複数のショット図形を描画する時のレジスト温度が、短いセトリング時間の場合と長いセトリング時間の場合とではそもそも異なってしまう。よって、レジスト温度が高い短いセトリング時間の場合の方が、評価パターン12を形成する複数のショット図形を描画する時のショットのドーズ量によるレジスト解像量が大きくなってしまう。よって、最終的に得られた評価パターン12の測定CD位置で測定される幅寸法CDを短いセトリング時間の場合と長いセトリング時間の場合とで比較しても、後方散乱電子の露光に伴うヒーティング効果に起因する寸法変動量を他の原因による寸法変動量から分離することが困難である。
図4は、実施の形態1の比較例(2)における測定幅寸法位置での後方散乱量と温度上方の一例を示す図である。図4(a)の例では、レジストが塗布された評価基板上に、CDを測定する位置(測定幅寸法位置)にライン状の評価パターン12を描画した後に、幅寸法(CD)を測定する位置の周辺に周辺パターン14を電子ビームによる複数のショットを用いて描画する場合を示す。図3(a)の例と順番を逆にした例である。ここでも、周辺パターン14と評価パターン12は、1つのチップデータ内に定義され、各ショットは設定された静定時間(セトリング時間)のショット間待機時間を設けて連続して行われる場合を示している。図4(a)の例では、図3(a)の例と同様、短いセトリング時間(ショートセトリング)のショット間待機時間に設定した場合と、長いセトリング時間(ロングセトリング)のショット間待機時間に設定した場合と、を評価する。例えば、評価パターン12を構成する矩形ショット図形群の中心ショット図形を測定CD位置とする。
かかる場合に、図4(b)では、縦軸に、測定CD位置に照射(露光)されるドーズ量を示している。横軸に、評価パターン12と周辺パターン14を形成する複数のショット図形を描画する際の各ショットの番号をショット順に示している。図4(b)に示すように、まずは評価パターン12を形成する複数のショット図形を描画する際にショットするビーム自身(前方散乱)のドーズ量が示されている。続いて、周辺パターン14を形成する複数のショット図形を描画する際の各ビームショット時に、周辺パターン14のショットにより生じた後方散乱電子のうち、測定CD位置に照射されるドーズ量が示されている。周辺パターン14の各ショットのビーム自身(前方散乱)のドーズ量はショット間のセトリング時間が違っても変わらないので、図4(b)に示すように、後方散乱電子のドーズ量(後方散乱ドーズ量)は、ショット間のセトリング時間に無関係に同じ値をとる。
一方、測定CD位置の温度の様子は異なる。図4(c)に示すように、周辺パターン14を後に描画するので、図3(c)に比べると、周辺パターン14の各ショットからの熱伝達により評価パターン12を形成する複数のショット図形を描画する時のレジスト温度の上昇は無くなる。しかし、短いセトリング時間の場合、評価パターン12を形成する複数のショットによって上昇したレジスト温度が放熱(拡散)によって低下する前に周辺パターン14の描画が開始されるので、周辺パターン14の各ショットにより生じた後方散乱電子が測定CD位置を露光する際のレジスト温度が、短いセトリング時間の場合と長いセトリング時間の場合とではそもそも異なってしまう。よって、レジスト温度が高い短いセトリング時間の場合の方が、周辺パターン14の描画開始時点での測定CD位置での後方散乱電子のドーズ量によるレジスト解像量が大きくなってしまう。
さらに、図4(d)に示すように、短いセトリング時間の場合、評価パターン12自身を形成する際に測定CD位置のショット11よりも前にビームが照射されたショット13からの熱伝達によりショット11の時のレジスト温度の上昇が生じる。よって、評価パターン12を形成する複数のショット図形を描画する時のレジスト温度が、短いセトリング時間の場合と長いセトリング時間の場合とではそもそも異なってしまう。よって、レジスト温度が高い短いセトリング時間の場合の方が、評価パターン12を形成する測定CD位置でのショット図形を描画する時のショットのドーズ量によるレジスト解像量が大きくなってしまう。
よって、最終的に得られた評価パターン12の測定CD位置で測定される幅寸法CDを短いセトリング時間の場合と長いセトリング時間の場合とで比較しても、後方散乱電子の露光に伴うヒーティング効果に起因する寸法変動量を他の原因による寸法変動量から分離できていない。
そこで、実施の形態1では、以下のように測定することで、後方散乱電子の露光に伴うヒーティング効果に起因する寸法変動量を他の原因による寸法変動量から分離する。
図5は、実施の形態1における電子ビームの照射量補正用パラメータの取得方法の要部工程を示すフローチャート図である。図5において、実施の形態1における電子ビームの照射量補正用パラメータの取得方法は、描画条件設定工程(S102)と、評価パターン描画工程(S104)と、周辺パターン描画工程(S106)と、判定工程(S108)と、描画条件変更工程(S110)と、幅寸法(CD)測定工程(S112)と、幅寸法変動量(ΔCD)演算工程(S114)と、後方散乱ドーズ量演算工程(S116)と、温度上昇量演算工程(S118)と、相関パラメータ演算工程(S120)と、いう一連の工程を実施する。
描画条件設定工程(S102)として、描画条件設定部50は、描画装置100にチップAとチップBとを描画する場合の描画条件を設定する。描画条件として、例えば、複数のショット間のセトリング時間が挙げられる。チップAでは、長いセトリング時間を設定する。例えば、800nsに設定する。チップAでは、周囲のショットからの伝熱により上昇した温度が拡散後に注目するショットが開始されるようにショット間の待機時間となるセトリング時間を設定すればよい。次に、チップBのパターンを形成する複数のショット間のセトリング時間を設定する。チップBでは、短いセトリング時間から長いセトリング時間までの複数のセトリング時間を用意する。例えば、20ns、50ns、100ns、300ns、及び800nsを用意する。そして、複数のセトリング時間のうちの1つのセトリング時間を設定する。例えば、20nsに設定する。後述するように、チップBの描画では、チップBのパターン単位でセトリング時間を可変しながら複数回チップBのパターンを描画する。描画条件設定部50は、その他の描画条件を設定する。例えば、照射量(ドーズ量)、多重描画のパス数(多重度)、ショットの描画順、及び最大ショットサイズ等が挙げられる。
図6は、実施の形態1における評価手法と測定幅寸法位置での温度上方の一例を示す図である。図6(a)に示すように、実施の形態1では、評価パターン12と周辺パターン14とで異なるチップに定義する。図6(a)の例では、評価パターン12をチップAに定義して、周辺パターン14をチップBに定義する。図6(a)の例では、例えば、1つのSF30内に例えばラインパターンとなる1つの評価パターン12を配置する。そして、かかるSF30を中心に近接効果の影響範囲15内にある複数のSF30について全面描画する所謂べたパターンにより構成される周辺パターン14を配置する。なお、評価パターン12が配置されたSF30についても評価パターン12との間に隙間を空けて、残りの領域にべたパターンを配置すると良い。隙間は、寸法測定器で評価パターン12の幅寸法を測定可能なサイズであればよい。例えば、最大ショットサイズの数倍、例えば、5倍程度の隙間を空ければよい。そして、図6(a)に示すように、まずは、評価パターン12が定義されたチップAの描画を行う。その後、描画対象チップをチップAからチップBに変えて、評価パターン12の周囲に、周辺パターン14が定義されたチップBの描画を行う。チップAの描画とチップBの描画による組み合わせをチップBの描画条件(ここではセトリング時間)を可変にしながら複数回行う。以下、具体的に説明する。
評価パターン描画工程(S104)として、描画制御部74により制御された描画部150は、電子ビーム200を用いて、レジストが塗布された評価基板300上に、チップAに定義された複数の評価パターン12を描画する。ここでは、評価基板300上の離散された各位置にそれぞれ評価パターン12を描画する。例えば、数個分離れたストライプ領域20毎にそれぞれ評価パターン12を描画する。隣り合う評価パターン12間の距離は、相手側の評価パターン12の描画用のビームショットからの熱伝達により、自己の評価パターン12を描画する位置のレジスト温度が上昇しない距離であって、相手側の評価パターン12の描画用のビームショットの近接効果の影響範囲外になる距離であると好適である。すなわち、自己の評価パターン12を描画する際に、相手側の評価パターン12の描画により影響を受けない距離を保てばよい。なお、ここでは、チップAに複数の評価パターン12を定義し、1枚の評価基板300に位置を変えて複数の評価パターン12を描画する場合を示したが、これに限るものではない。各評価パターン12を別々の評価基板300に描画する場合であってもよい。
なお、チップAに定義された複数の評価パターン12を描画するには、ショットデータ生成部52が記憶装置146からチップAのチップデータを読み出し、複数段のデータ変換処理を行って、チップAに定義された評価パターン12を描画装置100で描画可能な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、図形種、座標位置、サイズ等が定義されたショットデータを生成する。生成されたショットデータは記憶装置148に格納される。そして、ショットデータは、描画制御部74の制御のもと、偏向制御回路120に出力され、各種の偏向データが生成され、描画制御部74により制御された描画部150によって描画が実行される。
周辺パターン描画工程(S106)として、描画制御部74により制御された描画部150は、複数の評価パターン12のうちの異なるいずれかの評価パターン12の周辺に、当該評価パターン12の描画によるレジストの温度上昇の影響が無視できる時間が経過した後、電子ビーム200の複数のショットを用いて、対応する描画条件に従ってチップBに定義された周辺パターン14を描画する。ここでは、例えば、複数の評価パターン12のうちの1つの周辺に、セトリング時間が20nsに設定されたショット間待機時間で周辺パターン14を描画する。
判定工程(S108)として、判定部53は、予定されたすべての描画条件での周辺パターン描画工程(S106)が終了したかどうかを判定する。ここでは、例えば、周辺パターン14の描画用に用意された複数のセトリング時間について、すべてのセトリング時間での周辺パターン描画工程(S106)が終了したかどうかを判定する。予定されたすべての描画条件での周辺パターン描画工程(S106)が終了した場合には、幅寸法(CD)測定工程(S112)に進む。予定されたすべての描画条件での周辺パターン描画工程(S106)が終了していない場合には、描画条件変更工程(S110)に進む。
描画条件変更工程(S110)として、描画条件設定部50は、描画装置100に設定されたチップBを描画する場合の描画条件を変更する。例えば、セトリング時間を20nsから50nsに変更する。そして、周辺パターン描画工程(S106)に戻り、判定工程(S108)において予定されたすべての描画条件での周辺パターン描画工程(S106)が終了したと判定されるまで、周辺パターン描画工程(S106)から描画条件変更工程(S110)までを繰り返す。その際、描画条件毎に、周辺パターン14を周辺に描画する評価パターン12を別の評価パターン12に切り替える。
以上のように、実施の形態1では、評価パターン12毎に描画条件を可変にしながら、描画条件毎に、複数の評価パターン12のうちの異なるいずれかの評価パターン12の周辺に、当該評価パターン12の描画によるレジストの温度上昇の影響が無視できる時間が経過した後、電子ビーム200の複数のショットを用いて、対応する描画条件に従ってチップBに定義された周辺パターン14を描画する。
なお、チップBに定義された周辺パターン14を描画するには、ショットデータ生成部52が記憶装置146からチップBのチップデータを読み出し、複数段のデータ変換処理を行って、チップBに定義された周辺パターン14を描画装置100で描画可能な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、図形種、座標位置、サイズ等が定義されたショットデータを生成する。生成されたショットデータは記憶装置148に格納される。そして、ショットデータは、描画制御部74の制御のもと、偏向制御回路120に出力され、各種の偏向データが生成され、描画制御部74により制御された描画部150によって描画が実行される。なお、かかるデータ処理の時間により、周辺パターン14の描画を開始するまでには、評価パターン12の描画によるレジストの温度上昇の影響が無視できる時間が経過する。実施の形態1では、チップAとチップBとに分けることで、周辺パターン14の描画に起因した後方散乱電子が評価パターン12の寸法測定位置を露光する際に、評価パターン12の描画によるレジストの温度上昇の影響を排除できる。
図6(b)に示すように、チップを変えて周辺パターン14を後に描画するので、評価パターン12を形成する複数のショットによって上昇したレジスト温度が放熱(拡散)によって低下した後に周辺パターン14の描画が開始されるので、周辺パターン14の各ショットにより生じた後方散乱電子が測定CD位置を露光する際のレジスト温度に影響を与えないようにできる。よって、後方散乱電子が測定CD位置を露光する際の測定CD位置のレジスト温度を、他の要因を排除した状態で、短いセトリング時間の場合と長いセトリング時間の場合とで比較できる。なお、評価パターン12を形成する複数のショット図形を描画する際にショットするビーム自身(前方散乱)のドーズ量と、周辺パターン14を形成する複数のショット図形を描画する際の各ビームショット時に、周辺パターン14のショットにより生じた後方散乱電子のうち、測定CD位置に照射されるドーズ量とは、図4(b)と同様になる。言い換えれば、後方散乱電子のドーズ量は、ショット間の待機時間(セトリング時間)に依存しない。よって、図4(b)と同様になる。
さらに、実施の形態1では、評価パターン12自身を形成する際に長いセトリング時間に設定された各ショットで描画されるので、図4(d)に示した測定CD位置のショット11よりも前にビームが照射されたショット13からの熱伝達により測定CD位置のレジスト温度が上昇したとしても、放熱(拡散)により温度が下がった後に、測定CD位置のショット11を行うことができる。よって、最終的に得られた評価パターン12の測定CD位置で測定される幅寸法CDを短いセトリング時間の場合と長いセトリング時間の場合とで比較する場合に、その寸法差を後方散乱電子の露光に伴うヒーティング効果に起因する寸法変動量として、他の原因による寸法変動量から分離して測定できる。
そして、評価パターン12と周辺パターン14との描画条件が異なる複数の組合せが描画された評価基板300を描画装置100から搬出し、評価基板300を現像する。これにより、評価パターン12と周辺パターン14との描画条件が異なる複数の組合せのレジストパターンが形成される。そして、かかるレジストパターンをマスクとして、遮光膜がエッチングされ、その後、レジスト材がアッシング等により除去されることで、遮光膜による評価パターン12と周辺パターン14との描画条件が異なる複数の組合せのパターン群が形成される。
幅寸法(CD)測定工程(S112)として、図示しない寸法測定器を用いて、描画条件毎に、周辺に周辺パターン14が描画された評価パターン12の幅寸法CDを測定する。
幅寸法変動量(ΔCD)演算工程(S114)として、ΔCD演算部76は、描画条件毎に、評価パターン12の幅寸法変動量(ΔCD)を演算する。
図7は、実施の形態1の比較例(2)における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す図である。図7(a)は、図4(a)と同様である。すなわち、図7(a)の例では、評価パターン12と周辺パターン14とを同じチップ内に定義し、レジストが塗布された評価基板上に、CDを測定する位置(測定幅寸法位置)にライン状の評価パターン12を描画した後に、設定されたセトリング時間後を設けただけで続けて、幅寸法(CD)を測定する位置の周辺に周辺パターン14を電子ビームによる複数のショットを用いて描画する場合を示す。かかる描画を、セトリング時間を変えて同様に行う。その結果、図7(b)に示すように、セトリング時間毎に、最終的に得られた測定幅寸法位置での幅寸法CDが変化する。幅寸法CDが収束する例えば300ns以上のセトリング時間での幅寸法CDがヒーティング効果に起因する寸法変動量が無い場合の値として見ることができる。かかるヒーティング効果に起因する寸法変動量が無い場合の幅寸法CDに対して、セトリング時間が短くなるに従い、幅寸法CDが大きくなっていく。その幅寸法CDの差が、各セトリング時間での幅寸法変動量(ΔCD)となる。しかし、上述したように、比較例(2)の手法では、後方散乱電子の露光に伴うヒーティング効果に起因する寸法変動量だけの変化ではない。よって、かかる結果から後方散乱電子の露光に伴うヒーティング効果に起因する寸法変動量を求めることは困難である。
図8は、実施の形態1における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す図である。図8(a)は、図6(a)と同様である。すなわち、評価パターン12と周辺パターン14とを別のチップにそれぞれ定義し、レジストが塗布された評価基板300上に、CDを測定する位置(測定幅寸法位置)にチップAに定義されたライン状の評価パターン12を描画した後に、幅寸法(CD)を測定する位置の周辺に、チップBに定義された周辺パターン14を電子ビームによる複数のショットを用いて描画する場合を示す。かかる描画を、セトリング時間を変えて同様に行う。その結果、図8(b)に示すように、セトリング時間毎に、最終的に得られた測定幅寸法位置での幅寸法CDが変化する。幅寸法CDが収束する例えば300ns以上のセトリング時間での幅寸法CDがヒーティング効果に起因する寸法変動量が無い場合の値として見ることができる。かかるヒーティング効果に起因する寸法変動量が無い場合の幅寸法CDに対して、セトリング時間が短くなるに従い、幅寸法CDが大きくなっていく。その幅寸法CDの差が、各セトリング時間での幅寸法変動量(ΔCD)となる。図8(b)に示すΔCDが図7(b)に示すΔCDよりも小さくなっていることからもわかるように、図8(b)に示すΔCDは、後方散乱電子の露光に伴うヒーティング効果に起因する寸法変動量の変化を他の要因の寸法変動量から分離して示されている。よって、かかる結果から後方散乱電子の露光に伴うヒーティング効果に起因する寸法変動量を求めることができる。
後方散乱ドーズ量演算工程(S116)として、後方散乱ドーズ量演算部60は、描画条件毎に、周辺パターン14を形成する複数のショットの各ショットから当該評価パターン12に到達する後方散乱ドーズ量を演算する。
図9は、実施の形態1における注目ショット位置に到達する後方散乱ドーズ量を演算するための計算モデルの一例を示す図である。図9(a)の例では、注目ショット位置iの位置(xi,yi)とは異なる周辺ショット位置jに電子ビームが照射された場合の入射ドーズ量(前方散乱電子)と後方散乱電子とを示している。前方散乱電子のドーズ量は矩形で示されている。後方散乱電子のドーズ量は分布関数のプロファイルで示されている。図9(b)の例では、周辺ショット位置jの位置(xj,yj)と注目ショット位置iの位置(xi,yi)との位置関係の一例を示す。図9(b)の例では、ビームサイズ(aj×bj)のショットjが、周辺ショット位置jに照射される場合に、周辺ショット位置jを中心とする後方散乱半径σ(近接効果の影響半径)内に、注目ショット位置iの座標(xi,yi)が存在する場合を示している。かかる場合に、注目ショット位置iに到達するj番目のショットによる後方散乱ドーズ量djは、i番目のショットの位置(xi,yi)、j番目のショットの位置(xj,yj)、j番目のショットのビーム照射量Dj、後方散乱率η、後方散乱半径σ、及びj番目のショットのビームサイズ(aj×bj)を用いて、以下の式(1)で定義できる。
温度上昇量演算工程(S118)として、温度上昇量演算部62は、描画条件毎に、周辺パターン14を形成する複数のショットの各ショット時における当該ショット時よりも前のショットからの熱伝達による当該評価パターン12の温度上昇量を演算する。
図10は、実施の形態1における他のショットからの熱伝達に起因して生じる注目ショット位置での温度上昇量を演算するための計算モデルの一例を示す図である。図10では、j番目のショットからi番目の注目ショットの位置(xi,yi)に熱伝達する場合を想定している。また、電子ビームのショットのエネルギーはすべてショットサイズの直方体に分布するものとする。かかる直方体の深さ方向サイズは、グル―ンレンジRgと呼ばれる、実験式から得られる電子のガラス基板(クォーツ)内の飛程(加速電圧が例えば50kVのビームの場合、20μm以内となる)とする。熱伝達の媒体はガラス基板のみとし、遮光膜及びレジストは考慮しない。かかる場合に、j番目のショットからの熱伝達に起因して生じるi番目の注目ショット位置での時刻tにおける温度上昇量δTijは、グル―ンレンジRg、ガラス基板の密度ρ、ガラス基板の比熱Cp、加速電圧V、電流密度J、j番目のショットのビーム照射開始時刻tj,1、j番目のショットのビーム照射終了時刻tj,2、係数k、i番目の注目ショットのビーム照射時刻ti、注目する時刻t、i番目の注目ショットの位置(xi,yi)、j番目のショットの左下角部の位置(xj,1,yj,1)、j番目のショットの右上角部の位置(xj,2,yj,2)を用いて、以下の式(2)で定義できる。
但し、式(2)における関数Fは、以下の式(3)で定義される。
但し、式(2)及び式(3)における関数σ’は、以下の式(4)で定義される。
よって、時刻t以前の全ショットから伝搬する注目時刻tにおけるi番目の注目ショットのショット位置での温度上昇量Ti(t)は、時刻t以前に照射された各ショットからの熱伝達に起因して生じるi番目の注目ショット位置での時刻tにおける温度上昇量δTijの総和となり、以下の式(5)で定義できる。
よって、周辺パターン14を形成する複数のショットの各ショットについて、当該ショットを行う時刻t以前に照射された各ショットからの熱伝達に起因して生じるi番目の注目ショット位置での時刻tにおける温度上昇量Ti(t)をそれぞれ演算する。これにより、周辺パターン14を形成する複数のショットの各ショットについて、当該ショットに起因する後方散乱電子が注目CD位置を露光する時刻における注目CD位置での温度上昇量Ti(t)が得られる。
相関パラメータ演算工程(S120)として、相関パラメータ演算部78は、描画条件毎の評価パターン12の幅寸法CDと、描画条件毎の周辺パターン14の各ショット時における当該評価パターン12の温度上昇量Ti(t)と、描画条件毎の周辺パターン14の各ショットからの評価パターン12への後方散乱ドーズ量djとを用いて、評価パターン12の幅寸法変動量ΔCDと評価パターン12の温度上昇量Ti(t)と評価パターン12に到達する後方散乱ドーズ量djとの相関関係を定義する相関パラメータBを演算する。
図11は、実施の形態1における相関関係のモデルの一例を示す図である。図10において、縦軸は、評価パターン12(注目CD位置)の幅寸法変動量ΔCDを示す。横軸は、注目ショット位置iに到達するj番目のショットによる後方散乱ドーズ量djとj番目のショット時における注目ショット位置iの温度Tjとの積の総和Σdj・Tjを示す。j番目のショット時における注目ショット位置iの温度Tjは、j番目のショット時刻t以前の全ショットから伝搬する注目時刻tにおけるi番目の注目ショットのショット位置での温度上昇量Ti(t)となる。よって、描画条件毎に、周辺パターン14を形成する各ショットについてのdj・Tjの総和Σdj・Tjと評価パターン12(注目CD位置)の幅寸法変動量ΔCDとを近似式で近似する。ここでは、例えば1次式で近似する。近似式は、以下の式(6)で定義する。
よって、相関パラメータ演算部78は、各描画条件でのΣdj・Tjと幅寸法変動量ΔCDとを用いて、近似式で示す相関関係を定義する相関パラメータB(電子ビームの照射量補正用パラメータ)を演算する。演算された相関パラメータBは、レジスト種と関連させて記憶装置144に出力され、格納される。なお、相関関係は、1次式に限るものではなく、2次以上の多項式を用いても良い。
上述した例では、相関パラメータBを求めるために、セトリング時間を振ることで注目ショット位置iの温度Tjを変更する場合を示した。しかし、これに限るものではない。
図12は、実施の形態1における評価パターンと周辺パターンの他の一例を示す図である。図12(a)では、評価パターン12と評価パターン12を取り囲む周辺パターン14の一例を示す。図12(b)に示すように、図12(a)の周辺パターン14の内側サイズを変えることで、評価パターン12と周辺パターン14との距離を変えることができる。評価パターン12と周辺パターン14との距離を可変に変えることにより、djとTjの値を振ることができる。また、図12(c)に示すように、チップBに定義される周辺パターン14を描画する際の照射量を可変に変えることにより、djとTjの値を振ることができる。
図13は、実施の形態1における評価パターンと周辺パターンの他の一例を示す図である。図13(a)では、チップAに定義される評価パターン12を形成する各ショットを固定されたセトリング時間で描画し、チップBに定義される周辺パターン14を形成する各ショットのセトリング時間を可変にすることでTjの値を振ることができる。
図14は、実施の形態1における評価パターンと周辺パターンの他の一例を示す図である。上述した例では、評価パターン12と評価パターン12を取り囲む周辺パターン14とによる組み合わせを用いた場合を示したが、評価パターン12と周辺パターン14の形状はこれに限るものではない。図14(a)に示すように、評価パターン12a〜12eを同方向に並ぶ複数のラインパターンで構成し、図14(b)に示すように、評価パターン12を構成するラインパターン間に、周辺パターン14a〜14eとして、それぞれラインパターンを配置してもよい。かかる構成にしても、djとTjの値を振ることができる。
図15は、実施の形態1におけるレジスト種依存の幅寸法の一例を示す図である。図7及び図8で説明した幅寸法CDとセトリング時間の関係は、レジスト種に依存する。図15(a)では、レジストAを用いて例えば23.5μC/cmの照射量を多重描画3パスで描画した、実施の形態1の比較例(2)における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す。図15(b)では、レジストAを用いて例えば23.5μC/cmの照射量を多重描画3パスで描画した、実施の形態1における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す。1パスあたりのドーズ量で最大寸法変動量を割ることで規格化すると、図15(a)の例では、レジストAを用いた場合に、0.217nm/(μC/cm)となる。図15(b)の例では、レジストAを用いた場合に、0.056nm/(μC/cm)となる。
図15(c)では、レジストBを用いて例えば15.1μC/cmの照射量を多重描画2パスで描画した、実施の形態1の比較例(2)における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す。図15(d)では、レジストBを用いて例えば15.1μC/cmの照射量を多重描画2パスで描画した、実施の形態1における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す。1パスあたりのドーズ量で最大寸法変動量を割ることで規格化すると、図15(c)の例では、レジストBを用いた場合に、0.397nm/(μC/cm)となる。図15(d)の例では、レジストBを用いた場合に、0.201nm/(μC/cm)となる。
図15(e)では、レジストCを用いて例えば6.4μC/cmの照射量を多重描画1パス(多重しない)で描画した、実施の形態1の比較例(2)における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す。図15(f)では、レジストCを用いて例えば6.4μC/cmの照射量を多重描画1パス(多重しない)で描画した、実施の形態1における評価パターンの幅寸法とセトリング時間との関係の一例を示す。1パスあたりのドーズ量で最大寸法変動量を割ることで規格化すると、図15(e)の例では、レジストCを用いた場合に、0.734nm/(μC/cm)となる。図15(f)の例では、レジストCを用いた場合に、0.195nm/(μC/cm)となる。
以上のように、幅寸法CDとセトリング時間の関係は、レジスト種に依存する。よって、実施の形態1では、レジスト種毎に、相関パラメータBを取得すると好適である。相関パラメータBを取得する方法は、上述した通りである。
以上のように実施の形態1によれば、レジスト種毎に、後方散乱に対するヒーティング効果の照射量補正を行うための相関パラメータBを取得できる。相関パラメータBは、レジスト種に関連させて記憶装置144に格納される。
なお、上述した例では、幅寸法CDを測定した後、相関パラメータBを演算するまでの各演算工程を描画装置100内で行う場合を示したが、これに限るものではない。描画装置100外の演算装置で演算してもよい。かかる場合には、演算されたレジスト種毎の相関パラメータBは、描画装置100の外部から入力され、記憶装置144に格納されればよい。言い換えれば、記憶装置144には、レジスト種毎の、図形パターン(ショット図形)の設計寸法からの幅寸法変動量ΔCDと図形パターン(ショット図形)の温度上昇量Tjと図形パターン(ショット図形)に到達する後方散乱ドーズ量djとの相関パラメータBが記憶される。
次に、かかる相関パラメータBを使って後方散乱に対するヒーティング効果の照射量補正を行って描画する描画方法について説明する。
図16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16において、実施の形態1における描画方法は、描画条件設定工程(S202)と、ショットデータ生成工程(S204)と、照射量演算工程(S206)と、抽出工程(S208)と、設定工程(S210)と、後方散乱ドーズ量演算工程(S212)と、温度上昇量演算工程(S214)と、ΔCD演算工程(S216)と、判定工程(S218)と、補正係数演算工程(S220)と、照射量補正工程(S222)と、判定工程(S224)と、描画工程(S226)と、いう一連の工程を実施する。
描画条件設定工程(S202)として、描画条件設定部50は、記憶装置142から描画条件情報を読み出し、描画装置100に記憶装置140に格納された描画データに定義されたチップパターン(複数の図形パターン)を描画する場合の描画条件を設定する。描画条件として、例えば、複数のショット間のセトリング時間が挙げられる。その他、例えば、照射量(ドーズ量)、多重描画のパス数(多重度)、ショットの描画順、及び最大ショットサイズ等が挙げられる。
ショットデータ生成工程(S204)として、ショットデータ生成部52は、記憶装置140から描画データを読み出し、複数段のデータ変換処理を行って、描画装置100固有のショットデータを生成する。描画データに定義される各図形パターンは、そのサイズが、通常、描画装置100でショット可能な最大ショットサイズよりも大きく、1回の電子ビーム200のショットでは形成できない場合が多い。そのため、各図形パターンを電子ビームのショットが可能な最大ショットサイズ以下の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。ショットデータとして、当該ショット図形の図形種を示す図形コード、ショットされる座標、及びショット図形のサイズが定義される。各ショットデータは、描画制御部74の制御のもと、ショット順に並び替えられ、記憶装置148に格納される。ショットデータは、例えば、ストライプ領域毎に演算される。
照射量演算工程(S206)として、照射量演算部54は、記憶装置140から描画データを読み出し、所定のサイズのメッシュ領域毎の照射量Dを演算する。ここでの照射量Dの演算手法は、従来の手法を用いればよい。照射量Dは、例えば、基準照射量Dbaseに補正係数を乗じた値で演算できる。補正係数として、例えば、近接効果補正用の補正係数を用いると好適である。近接効果は、その影響半径(後方散乱半径σ)が、数μm〜10μmに及ぶため、補正演算を行なうには、かぶり用メッシュのサイズを影響半径の1/10程度、例えば、0.5μm〜1μmにすると好適である。その他、照射量は、かぶり効果補正用の照射係数やローディング補正用の補正係数等で補正すると好適である。そして、照射量演算部54は、演算された各照射量を領域毎に定義した照射量マップを作成する。生成された照射量マップは、記憶装置148に記憶される。照射量マップは、例えば、ストライプ領域毎に演算される。なお、照射量マップは、各マップ値となる照射量を照射時間に変換した状態で定義すると良い。照射時間は、照射量Dを電流密度Jで割ることで定義できる。
抽出工程(S208)として、レジスト情報抽出部58は、記憶装置142から描画対象基板となる試料101に塗布されたレジスト種の情報を抽出する。
設定工程(S210)として、設定部56は、例えば描画順に、注目ショットを設定する。
後方散乱ドーズ量演算工程(S212)として、後方散乱ドーズ量演算部60は、当該注目ショットのショット図形(図形パターン)のショット位置が近接効果の影響範囲内に入る電子ビーム200の複数のショットの各ショットから当該注目ショットのショット図形のショット位置に到達する後方散乱ドーズ量djを演算する。後方散乱ドーズ量djの演算の手法は、上述した式(1)を用いればよい。演算に用いる各ショットの照射量は、記憶装置148に格納された照射量マップの該当位置の照射量を用いればよい。なお、注目ショットよりも前に照射されるショット位置でのビームショットから注目ショットの照射位置に届く後方散乱ドーズ量djは、後述する照射量補正工程(S222)にて補正後の照射量を用いるとなお良い。
温度上昇量演算工程(S214)として、温度上昇量演算部62は、注目ショットのショット図形(図形パターン)のショット位置が近接効果の影響範囲内に入る複数のショットのショット時毎に、当該ショット時における他のショットからの熱伝達により上昇する当該注目ショットのショット図形(図形パターン)のショット位置での温度上昇量Tjを演算する。ここでの「他のショット」は、注目ショットのショット位置に後方散乱電子を到達させるショットのショット時に、近接効果の影響範囲とは無関係に、既にショット済のすべてのショットが対象となる。但し、注目ショットのショット位置に熱伝達しない程度に離れた位置からのショットについては演算の対象から外しても良い。温度上昇量Tjの演算の手法は、上述した式(2)〜式(5)を用いればよい。
ΔCD演算工程(S216)として、ΔCD演算部64は、レジスト種毎の、図形パターンの幅寸法変動量ΔCDと図形パターンの温度上昇量Tjと図形パターンに到達する後方散乱ドーズ量djとの相関パラメータBを記憶する記憶装置144から、抽出されたレジスト種に対応する相関パラメータBを読み出し、電子ビーム200を用いて設定された描画条件(所定の描画条件)下で図形パターンを描画する場合に相関パラメータBを用いて当該図形パターンの幅寸法変動量ΔCDを演算する。具体的には、ΔCD演算部64は、注目ショットのショット位置に後方散乱電子を到達させる各ショットのショット時毎の当該注目ショットのショット図形(図形パターン)のショット位置での温度上昇量Tjと、注目ショットのショット位置に後方散乱電子を到達させる各ショットのショット時毎の当該ショットから当該注目ショットのショット図形(図形パターン)のショット位置に到達する後方散乱ドーズ量djと、相関パラメータBを用いて、当該注目ショットのショット図形(図形パターン)の幅寸法変動量ΔCDを演算する。幅寸法変動量ΔCDの演算の手法は、上述した式(6)を用いればよい。
判定工程(S218)として、判定部53は、幅寸法変動量ΔCDを用いて、電子ビーム200を用いて設定さえた描画条件(所定の描画条件)下で注目ショットのショット図形(図形パターン)を描画する場合に、注目ショットの電子ビーム200の照射量の補正が必要かどうかを判定する。具体的には、判定部53は、演算された当該注目ショットのショット図形(図形パターン)の幅寸法変動量ΔCDが許容範囲内かどうかを判定する。演算された幅寸法変動量ΔCDが許容範囲内であれば、照射量の補正を行わずに判定工程(S224)に進む。演算された幅寸法変動量ΔCDが許容範囲内から外れた(大きい)場合、補正係数演算工程(S220)に進む。
補正係数演算工程(S220)として、補正係数演算部68は、照射量の補正が必要と判定された場合に、注目ショットのショット図形(図形パターン)を描画するための電子ビームの照射量を補正する補正係数kを演算する。補正係数kは、相関パラメータBを用いて演算された当該注目ショットのショット図形(図形パターン)の幅寸法変動量ΔCDを補正するように演算される。
図17は、実施の形態1における幅寸法と照射量との関係の一例を示す図である。図17では、縦軸に幅寸法CDを示し、横軸に照射量Dを示す。幅寸法CDと照射量Dとの関係は、予め実験等により求めておけばよい。なお、かかる関係は、パターン密度ρ毎に求めておくと良い。例えば、ρ≒0の場合と、ρ=0.5(50%)の場合と、ρ=1(100%)の場合とを求めておくとよい。そして、線形補間により、該当するパターン密度の場合の関係を求めればよい。そして、補正係数演算部68は、照射量演算工程(S206)において演算された照射量Dによって形成される幅寸法CDを幅寸法変動量ΔCDだけ補正する位置に対応する照射量D(=kD)に補正するための補正係数kを演算する。
照射量補正工程(S222)として、補正部70は、補正係数kを用いて、当該注目ショットのショット図形(図形パターン)を描画するための電子ビーム200の照射量Dを補正する。補正された照射量Dは、記憶装置148に格納された照射量マップに上書きされる。なお、照射量マップのマップ値のサイズは、ショットサイズよりも大きく設定される。よって、同じマップ値内で異なる照射量が定義される場合もあり得る。よって、各マップ値にショット位置毎の照射量を属性データとして定義しておけばよい。
判定工程(S224)として、判定部72は、当該ストライプ領域内のすべてのショットについて上述した設定工程(S210)から照射量補正工程(S222)までの各演算処理が終了したかどうかを判定する。終了している場合には、描画工程(S226)に進む。まだ、処理前のショットが残っている場合には、すべてのショットについての演算処理が完了するまで、設定工程(S210)に戻り、設定工程(S210)から判定工程(S224)までの各工程を繰り返す。
描画工程(S226)として、描画部150は、補正された照射量の電子ビーム200を用いて、試料101(基板)上に設定された描画条件(所定の描画条件)下で各ショットのショット図形(図形パターン)を描画する。具体的には、以下のように動作する。
偏向制御回路120は、記憶装置148に格納された照射量マップから照射時間を取得する。そして、偏向制御回路120は、ショット毎の照射時間を制御するデジタル信号をDACアンプユニット130に出力する。そして、DACアンプユニット130は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅した上で偏向電圧としてブランキング偏向器212に印加する。
電子銃201(放出部)から放出された電子ビーム200は、ブランキング偏向器212内を通過する際にブランキング偏向器212によって、ビームONの状態では、ブランキングアパーチャ214を通過するように制御され、ビームOFFの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ214で遮へいされるように偏向される。ビームOFFの状態からビームONとなり、その後ビームOFFになるまでにブランキングアパーチャ214を通過した電子ビーム200が1回の電子ビームのショットとなる。ブランキング偏向器212は、通過する電子ビーム200の向きを制御して、ビームONの状態とビームOFFの状態とを交互に生成する。例えば、ビームONの状態では電圧を印加せず、ビームOFFの際にブランキング偏向器212に電圧を印加すればよい。かかる各ショットの照射時間で試料101に照射される電子ビーム200のショットあたりの照射量が調整されることになる。
以上のようにブランキング偏向器212とブランキングアパーチャ214を通過することによって生成された各ショットの電子ビーム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203全体を照明する。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。以上のように、各偏向器によって、電子ビーム200の複数のショットが順に基板となる試料101上へと偏向される。
以上のように、実施の形態1によれば、後方散乱に対するヒーティング効果の照射量補正を行うためのパラメータBを取得できる。よって、精度の高い寸法でパターンを描画できる。
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の照射量補正用パラメータの取得方法、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
42 ショット位置
50 描画条件設定部
52 ショットデータ生成部
53 判定部
54 照射量演算部
56 設定部
58 レジスト情報抽出部
60 後方散乱ドーズ量演算部
62 温度上昇量演算部
64 ΔCD演算部
66 判定部
68 補正係数演算部
70 補正部
72 判定部
74 描画制御部
76 ΔCD演算部
78 相関パラメータ演算部
100 描画装置
101 試料
102 電子鏡筒
103 描画室
105 XYステージ
110 制御計算機ユニット
112 メモリ
120 偏向制御回路
130,132,134 DACアンプユニット
140,142,144,146,148 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 第1の成形アパーチャ
204 投影レンズ
205 偏向器
206 第2の成形アパーチャ
207 対物レンズ
208 主偏向器
209 副偏向器
212 ブランキング偏向器
214 ブランキングアパーチャ
300 評価基板
330 電子線
340 試料
410 第1のアパーチャ
411 開口
420 第2のアパーチャ
421 可変成形開口
430 荷電粒子ソース

Claims (4)

  1. 荷電粒子ビームを用いて、レジストが塗布された基板上に、複数の評価パターンを描画する工程と、
    評価パターン毎に描画条件を可変にしながら、描画条件毎に、複数の評価パターンのうちの異なるいずれかの評価パターンの周辺に、当該評価パターンの描画によるレジストの温度上昇の影響が無視できる時間が経過した後、荷電粒子ビームの複数のショットを用いて、対応する描画条件に従って周辺パターンを描画する工程と、
    前記描画条件毎に、周辺に前記周辺パターンが描画された前記評価パターンの幅寸法を測定する工程と、
    前記描画条件毎に、前記複数のショットの各ショットから当該評価パターンに到達する後方散乱ドーズ量を演算する工程と、
    前記描画条件毎に、前記複数のショットの各ショット時における当該ショット時よりも前のショットからの熱伝達による当該評価パターンの温度上昇量を演算する工程と、
    前記描画条件毎の評価パターンの幅寸法と、前記描画条件毎の各ショット時における当該評価パターンの温度上昇量と、前記描画条件毎の各ショットからの評価パターンへの後方散乱ドーズ量とを用いて、評価パターンの幅寸法変動量と評価パターンの温度上昇量と評価パターンに到達する後方散乱ドーズ量との相関関係を定義する相関パラメータを演算し、出力する工程と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビームの照射量補正用パラメータの取得方法。
  2. レジスト種毎に、前記相関パラメータを取得することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビームの照射量補正用パラメータの取得方法。
  3. 描画対象基板に塗布されたレジスト種の情報を抽出する工程と、
    レジスト種毎の、図形パターンの幅寸法変動量と図形パターンの温度上昇量と図形パターンに到達する後方散乱ドーズ量との相関パラメータを記憶する記憶装置から、抽出されたレジスト種に対応する相関パラメータを読み出し、荷電粒子ビームを用いて所定の描画条件下で図形パターンを描画する場合に前記相関パラメータを用いて当該図形パターンの幅寸法変動量を演算する工程と、
    前記幅寸法変動量を用いて、荷電粒子ビームを用いて前記所定の描画条件下で前記図形パターンを描画する場合に荷電粒子ビームの照射量の補正が必要かどうかを判定する工程と、
    照射量の補正が必要と判定された場合に、当該図形パターンを描画するための荷電粒子ビームの照射量を補正する補正係数を演算する工程と、
    前記補正係数を用いて、当該図形パターンを描画するための荷電粒子ビームの照射量を補正する工程と、
    補正された照射量の荷電粒子ビームを用いて、前記基板上に前記所定の描画条件下で前記図形パターンを描画する工程と、
    当該図形パターンのショット位置が近接効果の影響範囲内に入る荷電粒子ビームの複数のショットの各ショットから当該図形パターンのショット位置に到達する後方散乱ドーズ量を演算する工程と、
    前記複数のショットのショット時毎に、当該ショット時における他のショットからの熱伝達により上昇する当該図形パターンのショット位置での温度上昇量を演算する工程と、
    前記ショット時毎の当該図形パターンのショット位置での温度上昇量と、前記ショット時毎の当該ショットから当該図形パターンのショット位置に到達する後方散乱ドーズ量と、前記相関パラメータを用いて、当該図形パターンの幅寸法変動量を演算する工程と、
    を備え
    前記補正係数は、前記相関パラメータを用いて演算された当該図形パターンの幅寸法変動量を補正するように演算されることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
  4. 描画対象基板に塗布されたレジスト種の情報を抽出する抽出部と、
    レジスト種毎の、図形パターンの設計寸法からの幅寸法変動量と図形パターンの温度上昇量と図形パターンに到達する後方散乱ドーズ量との相関パラメータを記憶する記憶装置と、
    前記記憶装置から、抽出されたレジスト種に対応する相関パラメータを読み出し、荷電粒子ビームを用いて所定の描画条件下で図形パターンを描画する場合に前記相関パラメータを用いて当該図形パターンの幅寸法変動量を演算する幅寸法変動量演算部と、
    前記幅寸法変動量を用いて、荷電粒子ビームを用いて前記所定の描画条件下で前記図形パターンを描画する場合に荷電粒子ビームの照射量の補正が必要かどうかを判定する判定部と、
    照射量の補正が必要と判定された場合に、当該図形パターンを描画するための荷電粒子ビームの照射量を補正する補正係数を演算する補正係数演算部と、
    前記補正係数を用いて、当該図形パターンを描画するための荷電粒子ビームの照射量を補正する補正部と、
    補正された照射量の荷電粒子ビームを用いて、前記基板上に前記所定の描画条件下で前記図形パターンを描画する描画部と、
    当該図形パターンのショット位置が近接効果の影響範囲内に入る荷電粒子ビームの複数のショットの各ショットから当該図形パターンのショット位置に到達する後方散乱ドーズ量を演算する後方散乱ドーズ量演算部と、
    前記複数のショットのショット時毎に、当該ショット時における他のショットからの熱伝達により上昇する当該図形パターンのショット位置での温度上昇量を演算する温度上昇量演算部と、
    前記ショット時毎の当該図形パターンのショット位置での温度上昇量と、前記ショット時毎の当該ショットから当該図形パターンのショット位置に到達する後方散乱ドーズ量と、前記相関パラメータを用いて、当該図形パターンの幅寸法変動量を演算する幅寸法変動量演算部と、
    を備え
    前記補正係数は、前記相関パラメータを用いて演算された当該図形パターンの幅寸法変動量を補正するように演算されることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
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