(57)【要約】【課題】近接効果の計算とブラーの計算を繰り返す回数を減少させ、近接効果補正の計算時間を短くすることのできる荷電粒子線露光転写におけるパターン形状の推定方法を提供する。【解決手段】各サブフィールドを露光する際における後方散乱量を、１つのチップ全体について平均した平均後方散乱量を算出し、あるパターンの近傍における後方散乱量が前記平均後方散乱量に均しいときに近接効果補正によるパターン変形量がゼロとなるように前記閾値を定め、この閾値を使用して近接効果の補正を行う。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割転写方式の荷電粒子線露光装置を用いて、レチクルに形成されたパターンを感応基板に転写する露光転写において、前記レチクルに形成されたパターンに対応して前記感応基板に形成されるパターン形状を、近接効果を考慮して推定する方法であって、露光により前記感応基板に蓄積される蓄積エネルギーが閾値を越えた領域であるか越えない領域であるかの区別が、前記パターンが形成される領域であるか形成されない領域であるかの区別に対応するとする方法であり、各サブフィールドを露光する際における後方散乱量を、１つのチップ全体について平均した平均後方散乱量を算出し、あるパターンの近傍における後方散乱量が前記平均後方散乱量に均しいときに近接効果補正によるパターン変形量がゼロとなるように前記閾値を定め、この閾値を使用して近接効果の補正を行う過程を有することを特徴とする荷電粒子線露光転写におけるパターン形状の推定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線露光転写におけるパターン形状の推定方法によって推定されたパターンの形状に応じて、所定のパターンが感応基板上に形成されるように、レチクルに形成すべきパターンを決定することを特徴とする荷電粒子線露光転写に使用するレチクルパターンの決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線露光転写におけるパターン形状の推定方法、及び荷電粒子線露光転写に使用するレチクルパターンの決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造する工程においては、マスクまたはレチクルに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程が含まれる。近年、半導体デバイスの集積度の向上により微細化されたパターンは、従来の可視光や紫外光を用いた露光方法では解像が困難になりつつあり、荷電粒子線や極短紫外線（ＥＵＶ）を用いた新しい露光方法が使用されるようになってきている。中でも電子線を用いた露光装置は、電気的手段による制御性が良い等の利点を持ち、次世代の露光手段として有望である。
【０００３】
しかし荷電粒子線露光装置には、基板からの反射電子による近接効果のために、実際の露光量が近傍のパターン分布に従って変化するという問題が存在する。
【０００４】
近接効果は、レジスト中に入射した荷電粒子が微小な角度で散乱（前方散乱）しながら広がり、所定位置に蓄積されるエネルギーを減少させたり、基板に入射した荷電粒子が大きく散乱（後方散乱）されて、周囲の未露光部にエネルギーを与えたりする現象であり、これにより、近接効果がない場合にレジストを現像したときに基板に形成されるパターンと、近接効果がある場合に、実際に基板に形成されるパターンが異なってくる。
【０００５】
感応基板面のある１点（ｘ０，ｙ０）に照射された荷電粒子線によってレジスト中の点（ｘ，ｙ）に蓄積されるエネルギー強度の平面分布（ＥＩＤ；  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は、２ガウシアンモデルでは、（１）式のようなガウス分布の和で表される。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
右辺第一項は前方散乱を表し、右辺第二項は後方散乱を表す。σｆ、σｂはそれぞれ、前方散乱径、後方散乱径と呼ばれ、各々の広がる距離を表す。また、ηは後方散乱係数と呼ばれ、後方散乱エネルギーの前方散乱エネルギーに対する比である。
また、ＥＩＤ関数は、平面全面に渡っての積分値が１となるよう規格化がされている。
【０００８】
一般に荷電粒子線のブラー（光学系のぼけ）の効果はその大きさに該当するガウシアンの幅ωと前方散乱径との根二乗和を新たな前方散乱径σｆ’として以下の（２）式により計算し、（１）式におけるσｆを、σｆ’に置き換えることにより考慮に入れられる。
【０００９】
【数２】
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【００１０】
これにより、ＥＩＤ関数は以下の（３）式により表される。
【００１１】
【数３】
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【００１２】
近接効果によるパターン寸法の変化を解決するには、感応基板における蓄積エネルギーが望ましくなるように、照射量を変化させることにより調整する方法や、マスク、またはレチクルに形成するパターン形状を変化させることにより調整する方法などがある。感応基板における蓄積エネルギーが望ましいものであるか否かは、一般に閾値モデルにより判断される。
【００１３】
これは、現像プロセスに対応する、ある蓄積エネルギーを閾値として定め、この値を蓄積エネルギーが超えた領域においてはパターンが形成され、越えない領域についてはパターンが形成しないとして、形成パターン像を得、これが設計したパターンと類似しているほど望ましいと判断するものである。
【００１４】
なお、蓄積エネルギーが閾値を越えた領域においてはパターンが形成されず、越えない領域についてはパターンが形成される、とすることにしてもよく、これがいわゆる現像のネガ型レジストを使用する場合とポジ型レジストを使用する場合の関係に相当する。以降では説明を簡単にするため、蓄積エネルギーが閾値を越えた領域においてはパターンが形成され、越えない領域についてはパターンが形成されない、すなわちレジストがネガ型レジストであるとして説明をする。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、荷電粒子線のブラー（光学系のぼけ）の効果は、近接効果の算出のために考慮されている。ブラーは、球面収差、コマ収差などの幾何収差に起因して発生するほか、荷電粒子がビーム内でクーロン相互作用により反発し合うことなどによっても生じる。クーロン相互作用に起因するボケは、電流量が大きくなるに従って大きくなる傾向がある。レチクル上のパターンを感応基板面上に転写する方式の荷電粒子線露光装置では、電流量は１回の露光領域におけるパターンの開口面積に比例する。
【００１６】
ブラーは、パターンが露光される露光条件を決定し、その条件下でシミュレーションを行う等の方法で求められ、前記のように近接効果補正に考慮される。しかし、近接効果補正の結果、パターンの開口面積に大きな変動が生じると、それに伴って露光の際の電流量が大きく変化し、その結果、クーロン効果が変化する。すると、近接効果補正の前提となったブラーが、近接効果を算出したときのものとは異なってくるという問題が生じる。
【００１７】
よって、新たなブラーのもとで近接効果補正の計算を再度やり直す必要があり、さらには、これがブラーを変動させる。従って、近接効果補正を正確に行うためには、近接効果の計算とブラーの計算を、両者が収束するまで繰り返す必要があり、近接効果補正の計算時間が膨大なものとなるという問題があった。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、近接効果の計算とブラーの計算を繰り返す回数を減少させ、近接効果補正の計算時間を短くすることのできる荷電粒子線露光転写におけるパターン形状の推定方法、及びこれを使用した荷電粒子線露光転写に使用するレチクルパターンの決定方法を提供することを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、分割転写方式の荷電粒子線露光装置を用いて、レチクルに形成されたパターンを感応基板に転写する露光転写において、前記レチクルに形成されたパターンに対応して前記感応基板に形成されるパターン形状を、近接効果を考慮して推定する方法であって、露光により前記感応基板に蓄積される蓄積エネルギーが閾値を越えた領域であるか越えない領域であるかの区別が、前記パターンが形成される領域であるか形成されない領域であるかの区別に対応するとする方法であり、各サブフィールドを露光する際における後方散乱量を、１つのチップ全体について平均した平均後方散乱量を算出し、あるパターンの近傍における後方散乱量が前記平均後方散乱量に均しいときに近接効果補正によるパターン変形量がゼロとなるように前記閾値を定め、この閾値を使用して近接効果の補正を行う過程を有することを特徴とする荷電粒子線露光転写におけるパターン形状の推定方法（請求項１）である。
【００２０】
分割転写方式の荷電粒子線露光装置とは、１つのチップを一度に露光するのでなく、複数のサブフィールドに分割して、サブフィールド毎に一括露光転写を行い、ウエハ等の感応基板上で各サブフィールドをつなぎ合わせることにより、チップ全体を露光するものである。
【００２１】
本手段においては、各サブフィールドを露光する際における後方散乱量を、１つのチップ全体について平均した平均後方散乱量を算出し、あるパターンの近傍における後方散乱量が前記平均後方散乱量に均しいときに近接効果補正によるパターン変形量がゼロとなるように前記閾値を定め、この閾値を使用して近接効果の補正を行うようにしている。従って、近接効果補正の結果によってパターンの開口面積が大きく変化するサブフィールドが少なくなり、ブラーの計算と近接効果の演算との繰り返しの収束を早めることができ、その結果、近接効果補正の計算時間を短くすることができる。なお、近接効果補正の計算方法そのものは、従来の方法と同じである。
【００２２】
なお、「あるパターンの近傍」とは、そのパターンに対する近接効果の影響が無視できない領域のことであり、主として近接効果補正に要求される精度から決定される。すなわち、所定の点に対する近接効果の影響は、荷電粒子線の入射点が前記所定の点から離れると共に急速に小さくなるので、あまり遠くの点まで計算に考慮することは得策ではない。よって、計算に考慮する点を、近傍の領域に限るようにしている。このことは、従来より行われている事項であり、当業者は、容易に、「近傍」の範囲を定めることができる。
【００２３】
後方散乱量の１つのチップ全体についての平均値を求める際、どの程度のピッチで平均値のもととなるサンプリング点を取るかは、後方散乱量の大きさと要求される近接効果補正量の精度や収束計算の収束早さに応じて適宜決定すればよい。本手段の主目的は、収束計算の収束早さを早くすることであるので、求められた平均値が真の平均値からずれていても、要求される近接効果補正量の精度が悪化することが無いようにすることはでき、その分収束計算の収束早さが遅くなるだけである。よって、サンプリングピッチは、ある程度目安で決めて差し支えない。例えば、５μｍの正方形格子のピッチで、チップ全面に亘ってサンプリングし、その平均値を求めればよい。
【００２４】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段によって推定されたパターンの形状に応じて、所定のパターンが感応基板上に形成されるように、レチクルに形成すべきパターンを決定することを特徴とする荷電粒子線露光転写に使用するレチクルパターンの決定方法（請求項２）である。
【００２５】
本手段は、前記第１の手段をパターン形状の推定に使用しているので、レチクルパターンを決定する際の計算時間を短くすることができる。
【００２６】
【実施例】
図１に示すように、１：１のラインアンドスペースのパターン（ウエハ上で幅１００ｎｍ）が、サブフィールドのサイズ（ウエハ上で２５０μｍ角）の３倍以上に広がったパターンについて、本発明の方法と従来技術について、近接補正計算が収束するまでの繰り返し回数を比較した。パターンの長さは、サブフィールドのサイズの３倍以上とした。サブフィールドのサイズの３倍の大きさは、後方散乱半径に対して充分大きいので、このパターンは、無限個のパターンが幅方向に形成され、パターン長さは無限大とされたパターンとして考えることができる。
【００２７】
まず、光学系のブラーの電流量Ｉ［μＡ］に対する式をシミュレーションにより求めた。その結果に基づき、ブラーＢ［ｎｍ］は
【００２８】
【数４】
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【００２９】
で表されるものとした。また、前述の後方散乱係数ηを０．４とした。また、サブフィールドは、１回の露光あたり、２０［μＡ］の照射電流による照射を受けることとした。
【００３０】
（従来法による近接効果補正）
与えられたパターンの開口密度にかかわらず、全てのパターンを痩せさせる補正を行う場合について検討した。このためには、閾値θを、後方散乱がないときに、目標とするパターンが得られるような値に選定すればよい。後方散乱がない場合に、パターン開口面積が無限大のときの蓄積エネルギーの最大値は、（３）式より１／（１＋η）であるから、η＝０．４を代入し、０．７１４である。閾値を、この値の５０％にした。即ち、閾値θ＝０．３５７である。
【００３１】
近接効果補正のシミュレーションモデルを使用して、図１に示すパターンに対して、必要な痩せさせ量Δｘを求めた。その結果、Δｘ［ｎｍ］は、
【００３２】
【数５】
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【００３３】
となった。
【００３４】
図１のパターンにおける開口・非開口比は１：１であるので、レチクルを通過する電流は、１０［μＡ］である。よって、（４）式によりブラーは６１．８［ｎｍ］と算出される。これを（５）式に代入すると、必要な痩せさせ量Δｘは、１４．０［ｎｍ］となる。よって、近接効果補正後のラインの幅は、（１００−１４＊２）＝７２［ｎｍ］となる。これにより、レチクルを通過する電流は、７．２［μＡ］に減少する。
【００３５】
この電流値に再び（１）式を適用してブラーを求め、（２）式より痩せさせ量を計算して、その結果新たにレチクルを通過する電流を計算するというように、（１）、（２）式を繰り返し用いると、繰り返しの２回目で痩せさせ量Δｘは１２．０［ｎｍ］（線幅７６．０［ｎｍ］）、繰り返しの３回目で痩せさせ量Δｘは１２．３［ｎｍ］（線幅７５．４［ｎｍ］）、繰り返しの４回目で痩せさせ量Δｘは１２．２［ｎｍ］（線幅７６．６［ｎｍ］）というように徐々に収束する。この様子を図２に示す。
【００３６】
（本発明の実施例による近接効果補正）
図３に、ｘ＜０の領域が非開口となり、ｘ≧０の領域が開口となっているパターンを露光したときの、位置ｘにおける蓄積エネルギーの分布を示す。図３において横軸が位置であり、縦軸が蓄積エネルギーである。
【００３７】
破線は、後方散乱が無いときの蓄積エネルギーの分布であり、（３）式より最大値が１／（１＋η）で飽和する（本実施例の場合η＝０．４）。実線は、これに後方散乱によるエネルギーが加わったもので、（３）式から明らかなように、破線よりＲη／（１＋η）だけ上方にシフトする（厳密には、（３）式からは単純に上方にシフトするとは言えないが、パターンの寸法が後方散乱径に対して十分小さい場合には、このような近似が成立する）。ここにＲは、パターンの開口率である。図１のパターンにおける平均開口率は０．５であるから、シフト量は、０．２／（１＋０．４）である。
【００３８】
すなわち、図１に示すパターンでは、蓄積エネルギーが最小となる点では、蓄積エネルギーは、０．２／（１＋０．４）となり、蓄積エネルギーが最大となる点では、蓄積エネルギーは、１．２（１＋０．４）となる。よって、図１に示すパターンにおけるサブフィールド内での平均後方散乱量、及び１つのチップ全体のサブフィールドについて平均した平均後方散乱量とも、０．５となる。
【００３９】
従って、閾値を図３に示すように０．５と定めれば、１つのチップ全体のサブフィールドについて平均した平均後方散乱量と同じ後方散乱量を受けるパターンについては、近接効果が形成されるパターンに及ぼす影響をゼロとすることができる。
【００４０】
図１に示すパターンにおいては、どのパターンも平均的な後方散乱量を受けていることになるので、この場合には、パターンの痩せさせ量を０とすることができる。
【００４１】
以上の実施例においては、簡単化のため、パターンをラインアンドスペースのみとしたが、複雑なパターンが与えられた場合にも、近接効果補正前にチップ全面に渡る後方散乱量を調べ、パターン密度がこの平均値をとるときにパターンを変形させる値が０となるような閾値をとることにより、近接効果補正とクーロン効果の繰り返し回数を低減することができる。
【００４２】
なお、本明細書において閾値を変化させるという表現を用いているが、これは実際にはレジストの種類を変化させることのみを意味するものではない。たとえば、同じレジストであっても、照射電流密度、又は照射時間を変化させることにより閾値を変えることができる。これは、計算に用いるＥＩＤ関数が前記のように規格化されており、かつ、蓄積エネルギーの計算が、規格化された照射電流密度で、規格化された時間だけ照射を行ったときの蓄積エネルギーとされているからである。
【００４３】
よって、例えば照射電流密度、又は照射時間を２倍にすれば、閾値を１／２にしたことと同じになり、逆に、同じレジストで閾値を変えるということは、照射電流密度、又は照射時間を変えることに相当する。実際には、照射電流密度を変えるとクーロン効果によるボケが変わってくるので、照射時間を変えることにより対処することが好ましい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、近接効果の計算とブラーの計算を繰り返す回数を減少させ、近接効果補正の計算時間を短くすることのできる荷電粒子線露光転写におけるパターン形状の推定方法、及びこれを使用した荷電粒子線露光転写に使用するレチクルパターンの決定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例と従来例で検討の対象としたパターンの図である。
【図２】従来例における繰り返し計算での収束の様子の例を示す図である。
【図３】本発明の実施例を説明するための図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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