(57)【要約】【課題】レジストの種類及び膜厚によらず現像後のレジストパターン形状をより詳細に予測することができるシミュレーション方法及び装置を提供すること。【解決手段】本発明は、電子線散乱シミュレーションによるレジストのエネルギー蓄積分布を算出するエネルギー蓄積分布算出工程と、前記レジストの溶解速度の測定値に基づいて現像速度分布を計算する現像速度分布計算工程と、前記現像速度分布をエネルギー蓄積分布に変換するエネルギー現像速度分布変換工程と、前記エネルギー蓄積分布と前記現像速度分布に基づいて現像計算を行って現像計算値を求めて当該現像計算値に基づいて現像後のレジストのパターン形状を推定するパターン形状推定工程と、を具備する。前記現像速度分布計算工程は、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）とレジスト溶解深度の２つのパラメータに基づいて前記現像速度分布を計算する工程を具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線散乱シミュレーションによるレジストのエネルギー蓄積分布を算出するエネルギー蓄積分布算出工程と、
前記レジストの溶解速度の測定値に基づいて現像速度分布を計算する現像速度分布計算工程と、
前記現像速度分布をエネルギー蓄積分布に変換するエネルギー現像速度分布変換工程と、
前記エネルギー蓄積分布算出工程及び前記エネルギー現像速度分布変換工程により得られる前記エネルギー蓄積分布と前記現像速度分布計算工程により得られる前記現像速度分布に基づいて現像計算を行って現像計算値を求めて当該現像計算値に基づいて現像後のレジストのパターン形状を推定するパターン形状推定工程と、を具備し、
前記現像速度分布計算工程は、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）とレジスト溶解深度の２つのパラメータに基づいて前記現像速度分布を計算する工程を具備することを特徴とするレジストパターンシミュレーション方法。
【請求項２】
前記現像速度分布計算工程は、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）と現像時間に伴う前記レジストの膜厚増加率の２つのパラメータに基づいて前記現像速度分布を計算する工程を具備することを特徴とする請求項１に記載のレジストパターンシミュレーション方法。
【請求項３】
前記エネルギー蓄積分布算出工程は、前記レジストの１点の照射電子散乱計算から周辺領域へのエネルギー蓄積分布を計算し、これを所望のパターン領域に渡って重畳計算して、エネルギー蓄積分布を算出することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載のレジストパターンシミュレーション方法。
【請求項４】
前記エネルギー蓄積分布算出工程は、前記レジストの所望のパターン領域に電子線を照射し、それぞれの電子の散乱状態を全て計算してエネルギー蓄積分布を算出することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載のレジストパターンシミュレーション方法。
【請求項５】
電子線散乱シミュレーションによるレジストのエネルギー蓄積分布を算出するエネルギー蓄積分布算出手段と、
前記レジストの溶解速度の測定値に基づいて現像速度分布を計算する現像速度分布計算手段と、
前記現像速度分布をエネルギー蓄積分布に変換するエネルギー現像速度分布変換手段と、
前記エネルギー蓄積分布算出手段及び前記エネルギー現像速度分布変換手段により得られる前記エネルギー蓄積分布と前記現像速度分布計算手段により得られる前記現像速度分布に基づいて現像計算を行って現像計算値を求めて当該現像計算値に基づいて現像後のレジストのパターン形状を推定するパターン形状推定手段と、を具備し、
前記現像速度分布計算手段は、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）とレジスト溶解深度の２つのパラメータに基づいて前記現像速度分布を計算する工程を具備することを特徴とするレジストパターンシミュレーション装置。
【請求項６】
前記現像速度分布計算手段は、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）と現像時間に伴う前記レジストの膜厚増加率の２つのパラメータに基づいて前記現像速度分布を計算する工程を具備することを特徴とする請求項５に記載のレジストパターンシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置などの作成に関して使用する電子線リソグラフィにおけるレジストパターンシミュレーション方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子線リソグラフィーの分野において、現像後のレジスト形状を推定する場合、電子線散乱シミュレーションを行いレジスト中のエネルギー蓄積分布を求めた後、蓄積エネルギーに置き換えて現像プロファイル計算を行うのが一般的である。
【０００３】
電子線散乱シミュレーションの代表的なものには、モンテカルロ法がある。これは乱数を用いて電子の散乱およびエネルギー損失をシミュレートするものであり、電子線が失ったエネルギーはその軌跡中のレジストや下地基板に与えられたとする。また、モンテカルロ法を使用したシミュレーションには、面積を持たない１点の照射電子散乱計算から周辺領域へのエネルギー蓄積分布関数（ＥＩＤ関数）を計算し、これを所望のパターン領域に渡って重畳計算することによりエネルギー蓄積分布を算出する方法と、所望のパターン領域に電子線を照射し、その全ての電子の散乱状態のエネルギー蓄積分布を算出する方法（ダイレクトモンテカルロ法）がある。
【０００４】
このようにして求めたレジスト中のエネルギー蓄積密度分布を、Mackモデル等の現像モデルに代入し、現像速度に変換する。このようにして求めたレジスト内現像速度３次元分布データからストリング法、セルリムーバル法などの現像計算を行い現像後のパターンを予見するものである。
【０００５】
一般に現像モデルを用いた方法ではパターン形状が実際の形状を反映する事は難しく、これを改善するために複雑な現像モデルが提案されている。しかし、複雑な現像モデルは計算が膨大になるだけでなく、反応に関するパラメータも多くなりレジスト形状の再現に困難を要するという問題がある。
【０００６】
現像モデル計算の問題点を解消する発明として、特許文献１のようにシミュレーションによって求めたエネルギー蓄積分布を現像速度分布に変換する際に光干渉効果を用いて実験的に算出した現像速度を用いる方法がある。これは電子線照射後のレジストを現像液に浸漬し、照射部のレジスト膜厚変化をレジスト層表面からの反射光と、内部の既現像レジスト層と未現像レジスト層との境界面で反射する光との干渉光の強度を測定する事により未現像レジストの膜厚時間変化から現像速度を算出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３７０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の干渉光を使用した現像速度測定方法では、レジストの種類によっては測定に使用する光の吸収や透過が起こってしまうため、正確な測定ができないものがある。また、従来の干渉光を使用した現像速度測定方法では、レジスト膜厚が薄い場合は干渉光強度の変化そのものが少ないため、現像速度へ変換する際に精度が悪化する。さらに、従来の干渉光を使用した現像速度測定方法では、現像中に不均一に溶解する場合や、現像中にレジストの膨潤が起こる場合などでは干渉光の波形が乱れ、正確な測定がでない。
【０００９】
このため、特許文献１の方法では、レジストの深さ方向により異なる現像速度の違いや、レジストの膨潤、基板界面に残留した残留レジスト層の存在など、現像過程での微細な挙動までは検出することができないという問題がある。
【００１０】
現在は、半導体加工技術の微細化に伴い、レジストの薄膜化などより微細なパターンの形成が必要となり、シミュレーションに対しても同様に微細な形状の再現が求められている。
【００１１】
本発明の目的は、レジストの種類及び膜厚によらず現像後のレジストパターン形状をより詳細に予測することができるシミュレーション方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明に係るレジストパターンシミュレーション方法は、電子線散乱シミュレーションによるレジストのエネルギー蓄積分布を算出するエネルギー蓄積分布算出工程と、前記レジストの溶解速度の測定値に基づいて現像速度分布を計算する現像速度分布計算工程と、前記現像速度分布をエネルギー蓄積分布に変換するエネルギー現像速度分布変換工程と、前記エネルギー蓄積分布算出工程及び前記エネルギー現像速度分布変換工程により得られる前記エネルギー蓄積分布と前記現像速度分布計算工程により得られる前記現像速度分布に基づいて現像計算を行って現像計算値を求めて当該現像計算値に基づいて現像後のレジストのパターン形状を推定するパターン形状推定工程と、を具備し、前記現像速度分布計算工程が、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）とレジスト溶解深度の２つのパラメータに基づいて前記現像速度分布を計算する工程を具備することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明に係るレジストパターンシミュレーション方法は、請求項１に記載の発明において、前記現像速度分布計算工程が、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）と現像時間に伴う前記レジストの膜厚増加率の２つのパラメータに基づいて前記現像速度分布を計算する工程を具備することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明に係るレジストパターンシミュレーション方法は、請求項１及び請求項２のいずれかに記載の発明において、前記エネルギー蓄積分布算出工程が、前記レジストの１点の照射電子散乱計算から周辺領域へのエネルギー蓄積分布を計算し、これを所望のパターン領域に渡って重畳計算して、エネルギー蓄積分布を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明に係るレジストパターンシミュレーション方法は、請求項１及び請求項２のいずれかに記載の発明において、前記エネルギー蓄積分布算出工程が、前記レジストの所望のパターン領域に電子線を照射し、それぞれの電子の散乱状態を全て計算してエネルギー蓄積分布を算出することを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明に係るレジストパターンシミュレーション装置は、電子線散乱シミュレーションによるレジストのエネルギー蓄積分布を算出するエネルギー蓄積分布算出手段と、前記レジストの溶解速度の測定値に基づいて現像速度分布を計算する現像速度分布計算手段と、前記現像速度分布をエネルギー蓄積分布に変換するエネルギー現像速度分布変換手段と、前記エネルギー蓄積分布算出手段及び前記エネルギー現像速度分布変換手段により得られる前記エネルギー蓄積分布と前記現像速度分布計算手段により得られる前記現像速度分布に基づいて現像計算を行って現像計算値を求めて当該現像計算値に基づいて現像後のレジストのパターン形状を推定するパターン形状推定手段と、を具備し、前記現像速度分布計算手段が、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）とレジスト溶解深度の２つのパラメータに基づいて前記現像速度分布を計算する工程を具備することを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明に係るレジストパターンシミュレーション装置は、請求項５に記載の発明において、前記現像速度分布計算手段が、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）と現像時間に伴う前記レジストの膜厚増加率の２つのパラメータに基づいて前記現像速度分布を計算する工程を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、予めの実験による電子線の照射量（ドーズ）とレジスト溶解深度の２つのパラメータに基づいて現像速度分布を計算するため、レジストの種類及び膜厚によらず現像後のレジストパターン形状をより詳細に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレジストーンシミュレーション装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施例によるＱＣＭ法の測定によって得られた現像時間とレジスト膜厚の関係を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例によるＱＣＭ法の測定によって得られたレジスト溶解深度と現像速度の関係を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例によって求めたレジストパターンの断面形状を示す図である。
【図６】本発明の比較例によって求めたレジストパターンの断面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置を示す概略図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置は、圧電素子である水晶振動子４と、共振回路７と、周波数カウンタ８と、解析用パーソナルコンピュータ（ＰＣ）９と、を具備している。
【００２１】
共振回路７は、水晶振動子４に配線１により接続されている。周波数カウンタ８は、共振回路７に接続されている。解析用ＰＣ９は、周波数カウンタ８に接続されている。水晶振動子４は、現像液容器６に収容されている現像液５の中に配置されている。水晶振動子４は、固定ジグ２により現像液容器６の内部の所定位置に固定されている。水晶振動子４の一面には、レジスト層３が形成されている。
【００２２】
本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置においては、現像速度を高精度に算出する方法として、水晶振動子マイクロバランス（以下、ＱＣＭと称する)を用いてレジスト層３の膜厚を測定する。図１に示した本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置は、（J.Electrochem.Soc. Measurement of Thin-Film Dissolution Kinetics Using a Quartz Cristal Microbalance 133,No.7 (1986)1448-1451）の装置である。
【００２３】
水晶振動子４は、水晶の単結晶からディスクを切り出されて形成されている。水晶振動子４の一面にレジスト層３が形成されている。水晶振動子４は、固有の共振周波数を持っており、レジスト層３が表面に形成されると共振周波数がレジスト層３の種類、膜厚の違いなどに応じて低周波数側にシフトする。レジスト層３が形成された水晶振動子４に均一に電子線が照射されたのち、水晶振動子４及びレジスト層３が現像液５に浸漬されると現像中にレジスト層３の膜厚が変化し、これが共振周波数の変化として現れる。
【００２４】
共振回路７は、この共振周波数を検出する。周波数カウンタ８は、共振回路７の共振周波数をカウントして解析用ＰＣ９に与える。解析用ＰＣ９は、得られた共振周波数と現像時間の関係から計算を行ってレジスト膜厚と現像時間の関係を得る。本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置により、電子線の照射量（ドーズ）を変化させ同様の測定を行い、各ドーズに対応するレジスト溶解深度方向の現像速度を求めることによりドーズとレジスト溶解深度の2つのパラメータと現像速度分布の関係を求めることができる。さらに、本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置は、レジスト３が膨潤して膜厚が増加している場合に、現像速度をマイナス値で定義することによりレジストの膨潤挙動を反映させることとする。
【００２５】
また、本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置は、別途に水晶振動子４の上に形成したレジスト層３に均一な電子線を照射した場合の電子線散乱シミュレーションを行い、電子線の照射量（ドーズ）と蓄積エネルギー分布の関係を求める。この関係を用いて前記ドーズに対するレジスト溶解深度方向の現像速度がエネルギー蓄積分布に対応するレジスト溶解深度方向の現像速度に変換される。以上の工程により、電子線の照射量（ドーズ）とレジストレジスト溶解速度の２つのパラメータから現像速度を算出する変換テーブルが得られる。本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置は、この変換テーブルを電子線で所望のパターニングを施したレジスト層の３次元エネルギー蓄積分布に適用することにより、レジスト形状の現像シミュレーションを行うものである。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置の動作について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係るレジストパターンシミュレーション装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【００２７】
図２に示すように、工程Ｓ１００において現像シミュレートを行う系の設定が実行される。この工程Ｓ１００は、解析用ＰＣ９を用いて実行されるものであり、操作者が解析用ＰＣ９を用いて、レジストの種類、膜厚及びパターン形状等の情報を入力する。
【００２８】
次に、工程Ｓ１１０において電子線散乱シミュレーションによってレジストのエネルギー蓄積分布が算出される。この工程Ｓ１１０においては、レジストの１点の照射電子散乱計算から周辺領域へのエネルギー蓄積分布を計算し、これを所望のパターン領域に渡って重畳計算して、エネルギー蓄積分布を算出される（重量計算法）。また、工程Ｓ１１０においては、レジストの所望のパターン領域に電子線を照射し、それぞれの電子の散乱状態を全て計算してエネルギー蓄積分布を算出するようにしてもよい（ダレクトモンテカルロ法）。次に、工程Ｓ１２０においてレジストのエネルギー蓄積分布の算出が行われる。
【００２９】
工程Ｓ１００において現像シミュレートを行う系の設定が実行された後に、工程Ｓ２１０においてレジスト溶解速度の測定が行われる。工程Ｓ２１０のレジスト溶解速度の測定においてレジストの膜厚増加のドーズ領域では、工程Ｓ２２１に進んで、この工程Ｓ２２1において予めの実験によるドーズと現像時間とをパラメータをする現像速度分布ｒ(ｔ,Ｄ)の算出が行われる。次に、工程Ｓ２３１において現像速度分布ｒ(ｔ,Ｄ)がエネルギー蓄積分布（密度）Ｒ（ｔ，Ｅ）に変換される。
【００３０】
工程Ｓ２１０のレジスト溶解速度の測定においてレジストの膜厚減少のドーズ領域では、工程Ｓ２２２に進んで、この工程Ｓ２２２において予めの実験によるドーズとレジスト溶解深度のパラメータに基づいて現像速度分布r'(ｚ,Ｄ)の算出が行われる。次に、工程Ｓ２３２において現像速度分布r'(ｚ,Ｄ)がエネルギー蓄積分布（密度）Ｒ'（ｚ，Ｅ）に変換される。
【００３１】
工程Ｓ１３０において、工程Ｓ１２０ｎｏレジストのエネルギー蓄積分布と、工程Ｓ２３１のエネルギー蓄積分布（密度）Ｒ（ｔ，Ｅ）又は工程Ｓ２３２のエネルギー蓄積分布（密度）Ｒ'（ｚ，Ｅ）に基づいて、現像後の現像後のレジストのパターン形状を推定する現像シミュレーションが実行される。
【００３２】
（実施例）
本発明の実施例として、フォトマスク原版（マスクブランクス）に化学増幅のネガレジスト層３を形成した基板に対し電子線パターニングを行った場合のパターン形状のシミュレーションが行なわれた。電子線の入射エネルギーは５０ｋＶであり、レジスト膜厚が２５０ｎｍであり、レジストパターンは線幅が１００ｎｍである孤立ラインを想定した。
【００３３】
まず、ＱＣＭ法を用いた膜厚変化の測定用に上記レジスト層３が水晶振動子４の上に形成された複数のサンプルが用意された。各水晶振動子４に異なるドーズで均一な電子線照射領域が周波数測定領域と同等もしくはそれ以上の領域に形成された後、照射後のサンプルを現像液に浸漬しながら共振周波数がモニタリングされる。こうして得られた共振周波数の現像時間に伴う変化から、水晶振動子４の上のレジスト層３の膜厚変化がドーズごとに算出される（図３参照）。
【００３４】
図３において、特性曲線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、電子線が２ｕＣ／ｃｍ２、４ｕＣ／ｃｍ２、５ｕＣ／ｃｍ２、６ｕＣ／ｃｍ２、７ｕＣ／ｃｍ２、９ｕＣ／ｃｍ２のドーズ条件で照射されたレジストの特性を示すものである。
【００３５】
図３の特性曲線Ａで示すように、アンダーのドーズ条件である２ｕＣ／ｃｍ２で照射されたレジストの膜厚は、直線的に減少しておらず、深さ方向に対し現像速度が一定でないことが分かる。また、ドーズがしきい値（９ｕＣ／ｃｍ２）以下の条件では現像時間が進むにつれ、現像後のレジスト膜厚が逆に増加していることが分かる。これはレジストの膨潤が起こっているものと推定される。以上得られた測定結果を基づいて、レジストの相反する挙動に対してドーズごとに条件を分け、具体的に下記の手順により現像速度分布が算出される。
【００３６】
現像プロセスでレジスト膜厚が増加するドーズ条件では、図３より現像時間変化tに伴う膜厚増加率を算出し、これが現像速度分布r(ｔ,Ｄ)[ｎｍ/ｓｅｃ]とされる。現像プロセスでレジストの膜厚が減少しているドーズ条件に対しては、図３の結果を時間微分することにより現像速度分布r'(ｔ,Ｄ)[ｎｍ/ｓｅｃ]が算出されるが、さらにこれを縦軸としてその時点における初期膜厚からの深さｚ［ｎｍ］を横軸にとり、レジスト溶解深度に対しての現像速度分布r'(ｔ,Ｄ)[ｎｍ/ｓｅｃ]が求められる（図４参照）。
【００３７】
図４よりレジストが溶解する２ｕＣ／ｃｍ２というドーズ条件においても、レジストが溶解して底面に達する約３０ｎｍ前に現像速度が０になることが分かる。これは、電子線の照射不足が原因と認識されがちであるが、電子線散乱シミュレーションにより、５０ｋＶの電子線はそのエネルギーの高さからレジスト層をほぼ直線的に貫通しており、レジストの底面までエネルギーが蓄積されているという結果が得られている。そのため、現像速度が深さ方向で異なるのには別の要因（ベーク、酸発生、拡散プロセスなど）があるものと推定される。
【００３８】
また、前記水晶振動子の上に形成したレジスト層をモデルとして均一な電子線を照射した場合の電子線散乱シミュレーションを行い、ドーズＤ(ｕＣ／ｃｍ２)と蓄積エネルギー密度Ｅ[Ｊ/ｍ３]の関係が求められる。この関係を用いて現像速度分布r(ｔ,Ｄ)、r'(ｔ,Ｄ)がエネルギー蓄積分布（密度）Ｒ（ｔ，Ｅ）、Ｒ'（ｚ，Ｅ）に変換される。
【００３９】
こうして得られたエネルギー蓄積分布（密度）とＲ（ｔ，Ｅ）、Ｒ'（ｚ，Ｅ）及び図２の工程１２０により得られるエネルギー蓄積分布の算出値と、レジスト溶解深度から決定される現像速度分布を用いて現像計算を実施して現像計算値を算出し、この現像計算値に基づくシミュレーションによるレジストパターン形状を得た。図５に現像テーブルを用いて現像計算を行った結果を示す。図５はレジストの側面部分が横に張り出した形になっており、レジストの膨潤挙動を反映した結果となっている。また、現像速度がレジスト底面付近で遅くなるためにレジスト形状に裾引き形状が強く反映されたものとなっている。
【００４０】
比較例として、一定の蓄積エネルギーに対する現像速度の平均値を用いレジスト溶解深度に関係無く一定の値を用い、さらに膨潤挙動による膜厚の増加を考慮しない場合の現像計算結果を図６に示す。このように、本実施例は、比較例と比較すると、実際の現像後のレジストパターンに近い形状を得ることができることが分かる。
【符号の説明】
【００４１】
１  配線
２  固定ジグ
３  レジスト層
４  水晶振動子
５  現像液
６  現像液容器
７  共振回路
８  周波数カウンタ
９  解析用パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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