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JP2006351622A - Magnetic shield analysis method, magnetic shield analysis program and design method of charged particle beam exposure apparatus - Google Patents

Magnetic shield analysis method, magnetic shield analysis program and design method of charged particle beam exposure apparatus Download PDF

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JP2006351622A
JP2006351622A JP2005172622A JP2005172622A JP2006351622A JP 2006351622 A JP2006351622 A JP 2006351622A JP 2005172622 A JP2005172622 A JP 2005172622A JP 2005172622 A JP2005172622 A JP 2005172622A JP 2006351622 A JP2006351622 A JP 2006351622A
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JP
Japan
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sub
region
analysis
magnetic field
magnetic shield
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Pending
Application number
JP2005172622A
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Japanese (ja)
Inventor
Motohide Kageyama
元英 影山
Akihito Oba
彰人 大場
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Nikon Corp
Mutec KK
Original Assignee
Nikon Corp
Mutec KK
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Publication date
Application filed by Nikon Corp, Mutec KK filed Critical Nikon Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an analysis method of magnetic shield, with which a high-accuracy solution can be acquired at high speed, by considering time variations of the excitation condition and the movement of an object. <P>SOLUTION: The method has an analysis routine, formed of a first step for setting a magnetic field state of sub-regions obtained by dividing an analysis object into a plurality of regions, a second step for acquiring a boundary condition by using an integral equation from the magnetic field state, and a third step for acquiring the magnetic field state in the sub-regions by a finite element method by using the boundary condition. The analysis routine is repeated and the magnetic shield is analyzed, while temporal variation of the condition is given from initial time (t=0), and time is made to elapse by each prescribed time step. The first to third steps are performed again, by considering the influence of eddy current so as to acquire the magnetic field state in the sub-regions. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程でリソグラフィに用いられる荷電粒子線露光装置において、外部磁場や鏡筒の外皮を流れる磁場に対し荷電粒子線露光装置の光路内の磁場を目的の状態に保つための磁気シールドの解析手法、磁気シールド解析プログラム及びその解析手法を用いた荷電粒子線露光装置の設計手法に関する。   The present invention relates to a charged particle beam exposure apparatus used for lithography in a manufacturing process of a semiconductor device, in order to keep the magnetic field in the optical path of the charged particle beam exposure apparatus in a target state with respect to an external magnetic field or a magnetic field flowing through the outer casing of a lens barrel. The present invention relates to a magnetic shield analysis method, a magnetic shield analysis program, and a charged particle beam exposure apparatus design method using the analysis method.

半導体用縮小投影露光装置の使用波長は、半導体素子の高密度化、対象線幅の細線化に伴って年々短波長化する傾向にある。使用する光線の波長は水銀灯のi線(波長365.015nm)からKrFエキシマレーザー(波長248nm)へ移り、ArFエキシマレーザー(波長193nm)を光源とした縮小投影露光装置も実用化の段階に入っている。しかし、近年においてはパターンの微細化の要求がさらに強まっており、F2エキシマレーザー(波長157nm)のようなさらに波長の短い光の利用の他に、荷電粒子線(電子ビーム)を用いて回路パターンをウェハ上に描画する方法が、次世代の半導体リソグラフィの有力手段として研究されている。   The operating wavelength of the semiconductor reduced projection exposure apparatus tends to become shorter year by year as the density of semiconductor elements increases and the target line width decreases. The wavelength of the light used shifts from the i-line (wavelength 365.015 nm) of a mercury lamp to a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), and a reduction projection exposure apparatus using an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) as a light source has entered the stage of practical application. Yes. However, in recent years, the demand for pattern miniaturization has further increased, and in addition to the use of light having a shorter wavelength such as an F2 excimer laser (wavelength 157 nm), a circuit pattern using a charged particle beam (electron beam) is used. A method for drawing a film on a wafer has been studied as an effective means for next-generation semiconductor lithography.

荷電粒子線を利用した縮小投影露光装置の場合、電子光学系の光学特性が外部もしくは装置を構成する要素の静磁場や変動磁場に影響され劣化するおそれがあるため、これらの装置に対する磁気シールドを設計したり、磁場影響に対する対策を施したりするため、コンピュータによる磁場解析プログラムが用いられている。この磁場解析では、マクスウェルの方程式、電磁現象を表す基本方程式並びにクーロンの法則とビオ・サバールの法則を基本方程式として1次方程式を作成し、対象空間をモデル化して解析を行っていた。この解析手法としては、大きく分けて有限要素法と積分方程式法を用いるものがある。   In the case of a reduction projection exposure apparatus using charged particle beams, the optical characteristics of the electron optical system may be affected by the external magnetic field or the variable magnetic field of the elements constituting the apparatus and may deteriorate. A computer-based magnetic field analysis program is used for designing and taking measures against magnetic field effects. In this magnetic field analysis, a linear equation was created based on Maxwell's equations, basic equations representing electromagnetic phenomena, Coulomb's law and Bio-Savart's law, and the target space was modeled for analysis. This analysis method is roughly divided into those using a finite element method and an integral equation method.

さらに、有限要素法の利点と積分方程式法の利点を併せ持つ特許文献1に記載されているような手法が提案されている。この手法は、解析の対象を複数のサブ領域に分割し、各サブ領域間の相関を積分方程式法で保ちながら各サブ領域を有限要素法で計算することで各サブ領域間の磁場の強弱に関らず、各々をその強度に見合った精度で計算でき、より形状精度の高いモデリングを可能にする手法であり、外部もしくは装置を構成する要素の静磁場による影響を計算できるものである。   Further, a method as described in Patent Document 1 having both the advantages of the finite element method and the integral equation method has been proposed. This method divides the object of analysis into multiple sub-regions and calculates the strength of the magnetic field between each sub-region by calculating each sub-region using the finite element method while maintaining the correlation between each sub-region using the integral equation method. Regardless, it is a technique that can calculate each with an accuracy corresponding to its strength and enables modeling with higher shape accuracy, and can calculate the influence of the static magnetic field of the elements constituting the outside or the apparatus.

特許文献1における手法では、静磁場による影響は計算できるが、外部もしくは装置を構成する要素の変動磁場による影響の計算について考慮されていない。なお、変動磁場の計算における主要因は、大きく分けて励磁条件の時間的変動と励磁源、導体、磁性体等の物体の移動が挙げられる。荷電粒子線露光装置においては、例えば、励磁条件の時間的変動は、装置内コイルへの通電量の変化や、地磁気を含めた建屋の環境磁場の経時変化等が挙げられる。物体の移動としては、装置内ステージの移動や周辺環境での搬送の影響等が挙げられる。   In the method in Patent Document 1, the influence due to the static magnetic field can be calculated, but the calculation of the influence due to the variable magnetic field of the elements constituting the outside or the apparatus is not taken into consideration. The main factors in the calculation of the varying magnetic field can be broadly divided into temporal variations in excitation conditions and movement of objects such as excitation sources, conductors, and magnetic bodies. In the charged particle beam exposure apparatus, for example, the temporal variation of the excitation condition includes a change in the amount of energization to the coil in the apparatus, a change with time in the environmental magnetic field of the building including the geomagnetism, and the like. Examples of the movement of the object include the movement of the stage in the apparatus and the influence of conveyance in the surrounding environment.

非定常の磁場現象においては、時間経過に応じた磁界の状態の相対変位量と物性に応じた導電率により、磁界の変動を妨げるようにして導体の表面に渦電流が生じ、その渦電流によって生じる磁界による影響がでてしまう。渦電流の生じる表面の深さは、表皮深さと呼ばれる。   In the unsteady magnetic field phenomenon, an eddy current is generated on the surface of the conductor so as to prevent the fluctuation of the magnetic field due to the relative displacement in the state of the magnetic field with the passage of time and the conductivity according to the physical properties. The effect of the generated magnetic field will appear. The depth of the surface where eddy currents are generated is called the skin depth.

対象物に導体が含まれていない場合は別として、励磁条件の変動はもとより、物体の移動においても、励磁源、磁性体の移動においては、磁気回路の変更による空間分布での部分的磁場の増減が発生し、導体においては一様磁場内の移動でない限り渦電流が発生することは避けられない現象であり、動磁場解析が必要である。   Aside from the case where the object does not contain a conductor, not only the excitation conditions vary, but also the movement of the object, the movement of the excitation source and the magnetic body, the partial magnetic field in the spatial distribution due to the change of the magnetic circuit. An increase / decrease occurs, and eddy current is unavoidably generated in a conductor unless it moves within a uniform magnetic field, and dynamic magnetic field analysis is necessary.

動磁場解析の手法において、空間メッシュを必要とせずに物体の移動が簡易に行えるのは積分方程式法ではあるが、動磁場解析に対しては、有限要素法のほうが、形状精度の点からも一般的に適しているとされている。また、物体を移動させる場合には、要素がつぶれない程度の微小な移動、もしくは、物体の移動に伴い、空間メッシュの再メッシュを行うといった手法がとられている。   In the method of dynamic magnetic field analysis, it is the integral equation method that can easily move an object without the need for a spatial mesh, but for dynamic magnetic field analysis, the finite element method is also from the viewpoint of shape accuracy. It is generally considered suitable. In addition, when moving an object, a method is employed in which the element is crushed so as not to be crushed, or the space mesh is re-meshed with the movement of the object.

このときの計算は、時間ステップ一回分では、静磁場解析の収束計算の中に渦電流という非線形成分を加味することになるため収束すること自体が一般的には難しくなる。また非定常計算は、その時間ステップ分だけ計算することになるため時間ステップ数倍だけ解析時間をとり、解析データは、収束計算に用いる一回前の解析データ+現解析データに加え、時間ステップが一回前の解析データを必要とする。また、解析結果も、全点算出すると仮定すると時間ステップ数倍の出力となる。   The calculation at this time is generally difficult to converge because a nonlinear component called eddy current is added to the convergence calculation of the static magnetic field analysis in one time step. In addition, since unsteady calculation is performed for the time step, the analysis time is taken as many times as the number of time steps. The analysis data is added to the previous analysis data + current analysis data used for the convergence calculation, and the time step. Requires analysis data from the previous time. Moreover, if it is assumed that all points are calculated, the analysis result will be output that is times the number of time steps.

特開2004−79603号公報JP 2004-79603 A

従来は、上述のような手法で解析を行ってきたが、有限要素法を用いる場合、精度を確保するには前述表皮深さより表面側の要素厚さを小さくする必要があるため、モデルの細分化が要求され、解析のモデル規模が大きくなり、モデル作成時間、解析時間等が多大なるとともに必要とされる解析環境の増強が余儀なくされ、納期、コストの問題が生じてしまう上に精度の良い解析結果を得られず十分な性能を持つ装置が開発できないという問題があった。   Conventionally, analysis has been performed using the method described above. However, when using the finite element method, it is necessary to make the element thickness on the surface side smaller than the skin depth in order to ensure accuracy. Analysis, the scale of the analysis model increases, model creation time, analysis time, etc. increase and the required analysis environment must be augmented, leading to problems in terms of delivery time and cost. There was a problem that an analysis result could not be obtained and a device with sufficient performance could not be developed.

また、物体が移動する場合には、更にメッシュ依存の問題や、再メッシュ時間と新旧メッシュ間による磁場の状態の差分から渦電流を算出することから、そのためのマッピング等のデータ処理による誤差等が精度の劣化の一要因となっていた。特に、荷電粒子線露光装置のような複雑な構成で磁場強さの異なる要素が多数存在する大型の装置の形状に依存するシールドの設計では、解析を行うことは非常に難しい状況であった。   In addition, when the object moves, since the eddy current is calculated from the difference of the magnetic field state between the remeshing time and the old and new meshes, there is an error due to data processing such as mapping, etc. This was a factor in the deterioration of accuracy. In particular, it is very difficult to perform analysis in the design of a shield that depends on the shape of a large-scale apparatus having a complicated configuration such as a charged particle beam exposure apparatus and having many elements having different magnetic field strengths.

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、複雑な形状を正確に解析モデルにし、磁場強さの異なる要素が多数存在する大型の装置のシールド設計において、励磁条件の時間的変動や物体の移動といった非定常な現象を加味した上で高精度な解を高速に得ることの出来る磁気シールドの解析手法、磁気シールド解析プログラム及びこの解析手法を適用した荷電粒子線露光装置の設計手法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem. In a shield design of a large-sized apparatus in which a complicated shape is accurately analyzed as a model and a large number of elements having different magnetic field strengths exist, temporal fluctuations of excitation conditions and A magnetic shield analysis method, a magnetic shield analysis program, and a design method for a charged particle beam exposure apparatus using this analysis method, which can obtain a high-accuracy solution at high speed while taking into account unsteady phenomena such as object movement The purpose is to provide.

上記問題を解決するため本発明に係る磁気シールド解析手法は、解析対象の領域を複数のサブ領域に分割し、これらサブ領域の磁界状態を設定する第1ステップと、第1ステップで求めた磁界状態から積分方程式を用いて解くことによりサブ領域間の相関関係を考慮してサブ領域の磁界の境界条件を求める第2ステップと、サブ領域毎に、第2ステップで求めた境界条件を用いて有限要素法によりサブ領域内の磁界の状態を求める第3ステップとからなる解析ルーチンを有し、初期時間(t=0)から時間的な条件の変動を与えつつ、所定時間ステップずつ時間を経過させながらこの解析ルーチンを繰り返して行って磁気シールド解析を行うように構成される。さらに、初期時間での解析ルーチンにおいては、最初の第1ステップにおいてサブ領域の磁界の初期状態を入力して第2および第3ステップを行い、その後は直前の第3ステップにおいて求めた磁界の状態を次の第1ステップにおいて設定して第2および第3ステップを行い、第2時間ステップ以降での解析ルーチンにおいては、直前の第3ステップにおいて求めた磁界の状態を次の第1ステップにおいて設定して第2および第3ステップを行うとともに、前回の時間ステップでの解析ルーチンにおいて算出した磁界状態と今回の時間ステップにおいて第1〜第3ステップを行って算出した磁界状態との差に基づいて渦電流を算出し、このように算出した渦電流の影響を加味して第1〜第3ステップを再度行ってサブ領域内の磁界の状態を求める。   In order to solve the above problem, the magnetic shield analysis method according to the present invention divides a region to be analyzed into a plurality of sub-regions and sets the magnetic field state of these sub-regions, and the magnetic field obtained in the first step. The second step of obtaining the boundary condition of the magnetic field in the sub-region in consideration of the correlation between the sub-regions by solving using the integral equation from the state, and the boundary condition obtained in the second step for each sub-region It has an analysis routine consisting of a third step for determining the state of the magnetic field in the sub-region by the finite element method, and the time elapses by a predetermined time step while giving temporal condition fluctuations from the initial time (t = 0) The magnetic shield analysis is performed by repeatedly performing this analysis routine. Further, in the analysis routine at the initial time, the initial state of the magnetic field in the sub-region is input in the first first step, the second and third steps are performed, and then the magnetic field state obtained in the immediately preceding third step. Is set in the next first step, and the second and third steps are performed. In the analysis routine after the second time step, the state of the magnetic field obtained in the immediately preceding third step is set in the next first step. Then, the second and third steps are performed, and based on the difference between the magnetic field state calculated in the analysis routine at the previous time step and the magnetic field state calculated by performing the first to third steps at the current time step. The eddy current is calculated, and the first to third steps are performed again in consideration of the influence of the eddy current calculated in this way to determine the state of the magnetic field in the sub-region. That.

各解析ルーチンにおいては、サブ領域内の磁界の状態が収束すると判断されるまで第1〜第3ステップを繰り返して行うように構成されている。このとき、解析ルーチンにおいて、磁界の状態が収束したと判断されるサブ領域についての解析をストップさせたまま残りのサブ領域の解析を続行するように構成するのが好ましい。   Each analysis routine is configured to repeat the first to third steps until it is determined that the state of the magnetic field in the sub-region has converged. At this time, in the analysis routine, it is preferable that the analysis of the remaining sub-regions is continued while the analysis of the sub-regions determined to have converged is stopped.

なお、時間的な条件の変動要因としては、励磁条件の時間的変動や、サブ領域内に位置する物体の移動等があり、これらに対応できることが好ましい。このとき、物体の移動をサブ領域の移動により行うのが好ましい。   It should be noted that the temporal condition fluctuation factors include the temporal fluctuation of the excitation condition, the movement of the object located in the sub-region, and the like, and it is preferable to be able to cope with these. At this time, it is preferable to move the object by moving the sub-region.

上記第1ステップにおいてサブ領域の磁界状態を求めるときの手法が選択可能であることが望ましく、この手法手法において偏微分方程式を解くための行列演算手法を選択できることが望ましい。   It is desirable to be able to select a technique for obtaining the magnetic field state of the sub-region in the first step, and it is desirable to be able to select a matrix calculation technique for solving the partial differential equation in this technique technique.

また、サブ領域内の導体の有無に応じて、渦電流の算出を行わない静磁場解析モジュールを選択することができるのが望ましい。サブ領域にコイル要素だけの領域を含んで解析できる構成であることが望ましく、コイル要素だけの領域の影響を計算する際にRSP法を採用している。   It is desirable that a static magnetic field analysis module that does not calculate eddy currents can be selected depending on the presence or absence of a conductor in the sub-region. It is desirable that the sub-region includes an area including only the coil element, and the RSP method is employed when calculating the influence of the area including only the coil element.

上記第2ステップにおいて、クーロン及びビオ・サバールの法則により導出させる積分方程式を用いてサブ領域の磁界の境界条件を求めるように構成されるのが好ましい。   In the second step, it is preferable that the boundary condition of the magnetic field in the sub-region is obtained by using an integral equation derived by Coulomb and Bio-Saval laws.

一方、本発明に係る磁気シールドの解析プログラムは、コンピュータにより上述の磁気シールド解析手法のステップを実行させる。   On the other hand, the magnetic shield analysis program according to the present invention causes the computer to execute the steps of the magnetic shield analysis method described above.

また、本発明に係る荷電粒子線露光装置の設計手法は、荷電粒子源と前記荷電粒子源から放射された電子ビームをレチクルに照射する照明光学系と、レチクルを透過した電子ビームの像を感応基板上に結像形成する結像光学系と、外部磁場の影響を遮断する磁気シールド手段とを備えて構成される荷電粒子線露光装置を解析対象として、上述の磁気シールド解析手法を適用して、磁気シールド手段の設計を行うように構成される。   The charged particle beam exposure apparatus design method according to the present invention is sensitive to a charged particle source, an illumination optical system that irradiates the reticle with an electron beam emitted from the charged particle source, and an image of the electron beam that has passed through the reticle. The above-described magnetic shield analysis method is applied to a charged particle beam exposure apparatus comprising an imaging optical system that forms an image on a substrate and a magnetic shield means that blocks the influence of an external magnetic field. The magnetic shield means is designed.

なお、荷電粒子線露光装置を、荷電粒子源が配設された電子光学鏡筒を対象とする第1のサブ領域と、感応基板及びこの感応基板を載置するステージが含まれた真空チャンバを対象とする第2のサブ領域と、レチクルを交換するレチクルローダーを対象とする第3のサブ領域と、感応基板を交換するウェハローダーを対象とする第4のサブ領域とに分割し、励磁条件の変動に対する解析を行うように構成できる。このとき、サブ領域内における物体の移動に関しては、各サブ領域内において移動する物体の領域を分割し、このように分割した領域を移動させて解析するのが好ましい。   The charged particle beam exposure apparatus includes a vacuum chamber including a first sub-region intended for an electron optical column provided with a charged particle source, a sensitive substrate, and a stage on which the sensitive substrate is placed. Excitation conditions are divided into a second sub-region targeted, a third sub-region targeted for a reticle loader for exchanging reticles, and a fourth sub-region targeted for a wafer loader for exchanging sensitive substrates. It can be configured to perform analysis for fluctuations in At this time, with respect to the movement of the object in the sub-region, it is preferable that the region of the object moving in each sub-region is divided and the divided regions are moved and analyzed.

本発明によれば、有限要素法で解析することにより複雑な形状を正確に解析モデルにし、かつ、積分方程式法を併用することにより解析領域をサブ領域に分割して解析することが可能であり、磁場強さの異なる要素が多数存在する大型装置の磁気シールド設計において励磁の変動はもとより物体の移動による渦電流の影響を加味した上で、高精度な解を高速に得ることの出来る磁気シールド解析手法を提供することができる。また、この解析手法を用いたプログラムにより、このような大型の装置の設計工程に迅速に対応し、高精度な解を得ることが出来るため、質の高い設計ができ、また、省解析環境とすることが出来る上に、計算速度が改善されるため、納期を短くしコストを低くすることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to accurately analyze a complex shape by analyzing by a finite element method, and to analyze by dividing an analysis region into sub-regions by using an integral equation method together. In a magnetic shield design of a large device with many elements with different magnetic field strengths, a magnetic shield that can obtain a highly accurate solution at high speed, taking into account the effects of eddy currents due to object movement as well as excitation fluctuations Analytical techniques can be provided. In addition, a program using this analysis method can quickly respond to the design process of such a large device and obtain a high-accuracy solution. In addition, since the calculation speed is improved, the delivery time can be shortened and the cost can be reduced.

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。図1に荷電粒子線露光装置の一例を示すが、この装置は、電子銃から放射した電子ビームをレチクル上に形成された回路パターン上に照射して得る電子ビーム(荷電粒子線)のパターンを、電子レンズ(磁界の作用を利用)を用いて半導体ウェハ上に縮小投影して転写する装置である。まず、図1を用いてこの荷電粒子線露光装置の電子光学系の構成について説明を行う。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a charged particle beam exposure apparatus. This apparatus displays an electron beam (charged particle beam) pattern obtained by irradiating an electron beam emitted from an electron gun onto a circuit pattern formed on a reticle. This is an apparatus that transfers an image by reducing projection onto a semiconductor wafer using an electron lens (using the action of a magnetic field). First, the configuration of the electron optical system of the charged particle beam exposure apparatus will be described with reference to FIG.

荷電粒子線露光装置11の最上流には電子銃12が配設されている。電子銃12は、下方に向けて電子線を放射するものであり、この電子銃12の下方にはコンデンサレンズ13及び照明レンズ14が備えられており、電子銃12から放射された電子線IBはこれらのレンズ13、14を通ってレチクル15を照明する。このコンデンサレンズ13及び照明レンズ14を主な構成要素とする照明光学系中には、図示されていないが、照明ビーム成形開口やブランキング偏向器、ブランキング開口、照明ビーム偏向器等が配設されている。照明光学系において成形された照明ビーム(電子線IB)は、レチクル15上で順次走査され、照明光学系の視野内にあるレチクル15の各サブフィールドの照明を行う。レチクル15は多数のサブフィールドを有し、移動可能なレチクルステージ16に載置されている。レチクルステージ16を光軸に対して垂直面内で移動させることにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル15上の各サブフィールドを照明する。   An electron gun 12 is disposed at the uppermost stream of the charged particle beam exposure apparatus 11. The electron gun 12 emits an electron beam downward. A condenser lens 13 and an illumination lens 14 are provided below the electron gun 12, and the electron beam IB emitted from the electron gun 12 is The reticle 15 is illuminated through these lenses 13 and 14. Although not shown, an illumination beam shaping aperture, a blanking deflector, a blanking aperture, an illumination beam deflector, etc. are disposed in the illumination optical system having the condenser lens 13 and the illumination lens 14 as main components. Has been. The illumination beam (electron beam IB) shaped in the illumination optical system is sequentially scanned on the reticle 15 to illuminate each subfield of the reticle 15 in the field of view of the illumination optical system. The reticle 15 has a large number of subfields and is placed on a movable reticle stage 16. By moving the reticle stage 16 in a plane perpendicular to the optical axis, each subfield on the reticle 15 extending over a wider range than the field of view of the illumination optical system is illuminated.

レチクル15の下方には第1投影レンズ17、第2投影レンズ18及び収差補正や像位置調整に用いられる偏向器19(19−1〜19−6で構成される)で構成される結像光学系が配設されている。レチクル15の一つのサブフィールドを通過した電子線IBは、第1及び第2投影レンズ17、18及び偏向器19によってウェハ(感応基板)20上の所定の位置に結像する。ウェハ20上には適当なレジストが塗布されており。レジスト上に電子線IBのドーズが与えられ、レチクル15上のパターンが縮小(例えば1/4に縮小投影する)されてウェハ20に結像投影されて転写される。   Below the reticle 15, an imaging optical system including a first projection lens 17, a second projection lens 18, and a deflector 19 (comprising 19-1 to 19-6) used for aberration correction and image position adjustment. A system is provided. The electron beam IB that has passed through one subfield of the reticle 15 forms an image at a predetermined position on the wafer (sensitive substrate) 20 by the first and second projection lenses 17 and 18 and the deflector 19. An appropriate resist is applied on the wafer 20. The dose of the electron beam IB is given on the resist, the pattern on the reticle 15 is reduced (for example, reduced and projected to ¼), imaged and projected onto the wafer 20 and transferred.

レチクル15とウェハ20の間を縮小比率で内分する点にクロスオーバーC.O.が形成され、このクロスオーバーC.O.の位置にはコントラスト開口21が設けられている。このコントラスト開口21は、レチクル15の非パターン部で散乱された電子線IBがウェハ20に到達しないように遮断するものである。   A crossover C.D. O. This crossover C.I. O. A contrast opening 21 is provided at the position. The contrast opening 21 blocks the electron beam IB scattered by the non-patterned portion of the reticle 15 from reaching the wafer 20.

ウェハ20は静電チャックを介して結像光学系の光軸に垂直な面内で移動可能なウェハステージ22上に載設されている。レチクルステージ16とウェハステージ22とを互いに逆方向に同期操作することにより、投影光学系の視野を超えてレチクル15上に広がるデバイスパターンの各部を順次露光することが出来る。   The wafer 20 is mounted on a wafer stage 22 that can move in a plane perpendicular to the optical axis of the imaging optical system via an electrostatic chuck. By synchronously operating the reticle stage 16 and the wafer stage 22 in opposite directions, each part of the device pattern extending on the reticle 15 beyond the field of the projection optical system can be sequentially exposed.

このように、荷電粒子線露光装置11は電子ビームを利用するため、外部もしくは装置を構成する要素の静磁場や変動磁場に影響されて露光性能が悪くなるおそれがある。そこで、その対策が行われている。その一例である荷電粒子線露光装置の磁気シールドの構成について説明する。   As described above, since the charged particle beam exposure apparatus 11 uses an electron beam, exposure performance may be deteriorated by being influenced by a static magnetic field or a fluctuating magnetic field of an external element or an element constituting the apparatus. Therefore, countermeasures are being taken. A configuration of a magnetic shield of a charged particle beam exposure apparatus as an example will be described.

図2は上述した荷電粒子線露光装置11の全体を示す概略図であり、電子光学鏡筒23と真空チャンバ24で構成されている。電子光学鏡筒23には、上述した電子銃12やレチクル15等が配設されており、真空チャンバ24にはウェハステージ22に載置されたウェハ20が配設されている。なお、電子光学鏡筒23と真空チャンバ24には、それぞれ真空配管25a、25bが配設されており、そこからレチクルローダー26やウェハローダー27を用いて、レチクル15やウェハ20を交換することが可能である。   FIG. 2 is a schematic view showing the entire charged particle beam exposure apparatus 11 described above, and is composed of an electron optical column 23 and a vacuum chamber 24. The electron optical barrel 23 is provided with the above-described electron gun 12, reticle 15 and the like, and the vacuum chamber 24 is provided with the wafer 20 placed on the wafer stage 22. The electron optical column 23 and the vacuum chamber 24 are provided with vacuum pipes 25a and 25b, respectively. From there, the reticle 15 and the wafer 20 can be exchanged using the reticle loader 26 and the wafer loader 27. Is possible.

さらに、装置全体の振動を制御するためのアクティブ防振脚29(29aおよび29bから構成される)を備えている。アクティブ防振脚29(29a,29b)内には、ボイスコイルモーターが内蔵され、これを構成するコイル29c、29dに通電することで、その発生推力により防振を行う。   Furthermore, an active vibration isolation leg 29 (consisting of 29a and 29b) for controlling the vibration of the entire apparatus is provided. A voice coil motor is built in the active vibration isolation leg 29 (29a, 29b), and the coil 29c, 29d constituting the voice vibration motor is energized to perform vibration isolation by the generated thrust.

なお、電子光学鏡筒23と真空チャンバ24をパーマロイ等の初透磁率の高い材料で作られた磁気シールド28を用いて覆う構成とし、また、電子光学鏡筒23や真空チャンバ24自体を比較的透磁率の高い軟鉄等で形成することで、外部もしくは装置を構成する要素の磁場の影響を遮断している。   The electron optical column 23 and the vacuum chamber 24 are covered with a magnetic shield 28 made of a material having a high initial permeability such as permalloy, and the electron optical column 23 and the vacuum chamber 24 are relatively covered. By forming with soft iron or the like having a high magnetic permeability, the influence of the magnetic field of the elements constituting the outside or the apparatus is blocked.

電子光学鏡筒23や真空チャンバ24からある程度離れた距離に、任意方向の磁場を発生することの出来るコイルを設け、このコイルで発生する磁場により、外部の磁場をキャンセルできるアクティブキャンセラーを用いて荷電粒子線露光装置11に影響する静磁場や変動磁場等の外部磁場を取り除く方法もある。   A coil capable of generating a magnetic field in an arbitrary direction is provided at a distance from the electron optical column 23 and the vacuum chamber 24, and charging is performed using an active canceller capable of canceling an external magnetic field by the magnetic field generated by the coil. There is also a method of removing an external magnetic field such as a static magnetic field and a variable magnetic field that affects the particle beam exposure apparatus 11.

以上説明したような荷電粒子線露光装置は形状が大きな部材(メートルmのオーダー)から小さな部材(ミリメートルmmのオーダー)が混在しており、磁気シールドの設計に関してはコンピュータを利用して行う必要がある。以下、本発明に係る磁気シールド解析手法について説明を行う。   The charged particle beam exposure apparatus as described above has a mixture of members having large shapes (on the order of meters m) to members having a small shape (on the order of millimeters mm), and the magnetic shield must be designed using a computer. is there. The magnetic shield analysis method according to the present invention will be described below.

磁気シールド解析のための電磁界のモデリングは、次のような式で表される。まず、電磁界は次式(1)〜(4)で示されるマクスウェルの電磁方程式で表される。   Electromagnetic field modeling for magnetic shield analysis is expressed by the following equation. First, the electromagnetic field is expressed by Maxwell's electromagnetic equations expressed by the following equations (1) to (4).

Figure 2006351622
Figure 2006351622

なお、B、H、D、E、Jの間には次式(5)〜(8)で示される電磁現象を表す基本方程式の関係がある。   In addition, among B, H, D, E, and J, there exists the relationship of the basic equation showing the electromagnetic phenomenon shown by following Formula (5)-(8).

Figure 2006351622
Figure 2006351622

さらに、式(9)で表されるクーロンの法則と式(10)で表されるビオ・サバールの法則から式(11)で示される一次方程式が導出される。   Further, the linear equation represented by the equation (11) is derived from the Coulomb's law represented by the equation (9) and the Bio-Savart's law represented by the equation (10).

Figure 2006351622
Figure 2006351622

本実施例に係る磁気シールド解析手法及び磁気シールド解析手法を適用したプログラムについて図3を用いて説明する。なおここでは、解析される荷電粒子線露光装置のサブ領域はn個に分割しているものとして説明する。   A magnetic shield analysis method and a program to which the magnetic shield analysis method according to this embodiment is applied will be described with reference to FIG. In the following description, it is assumed that the sub-region of the charged particle beam exposure apparatus to be analyzed is divided into n.

まず、ステップ0−tにおいて解析対象の磁界の開始時間ステップt0時の初期状態を求める。初期状態では他のサブ領域の影響を考慮せず、サブ領域ごとに閉じた自然境界条件(境界面に対して磁束が平行になる条件)でマクスウェル方程式(1)〜(4)を用いて有限要素法により磁界の状態を求め、その結果からクーロンの法則とビオ・サバールの法則から求められる一次方程式(11)を用いて積分方程式法により各サブ領域の境界条件を求めておく。   First, in step 0-t, an initial state at the start time step t0 of the magnetic field to be analyzed is obtained. In the initial state, the influence of other sub-regions is not considered, and the natural boundary condition (condition that the magnetic flux is parallel to the boundary surface) closed for each sub-region is finite using Maxwell's equations (1) to (4). The state of the magnetic field is obtained by the element method, and the boundary condition of each sub-region is obtained by the integral equation method using the linear equation (11) obtained from the result of Coulomb's law and Bio-Savart's law.

次に、図中ステップ1−t(1−t−1,1−t−2,・・・1−t−n)(但し、t=t0)において複数に分割されたサブ領域毎にそのサブ領域の中の磁界の状態をマクスウェルの方程式(1)〜(4)を用いて有限要素法により解析する。このとき、境界条件は上述したステップ0−t(但し、t=t0)で得られた初期状態から求めた境界条件を用いる。そしてステップ2−t(但し、t=t0)において、ステップ0−t(但し、t=t0)で求めた磁界の状態とステップ1−t(但し、t=t0)で求めた磁界の状態を比較して収束判定を行い、収束していれば(ステップ0−tとステップ1−tで求めた磁界の状態の差が予め決められた閾値以下になっていれば)計算を終了し、ステップ1−t(但し、t=t0)で求めた磁界の状態を解析の対象とした領域の時間t0の時の磁界の状態とし、次の時間ステップ(解析ルーチン)に進む。   Next, in the step 1-t (1-t-1, 1-t-2,... 1-tn) (where t = t0), each sub-region is divided into its sub-regions. The state of the magnetic field in the region is analyzed by the finite element method using Maxwell's equations (1) to (4). At this time, as the boundary condition, the boundary condition obtained from the initial state obtained at step 0-t (where t = t0) is used. In step 2-t (where t = t0), the magnetic field state obtained in step 0-t (where t = t0) and the magnetic field state obtained in step 1-t (where t = t0) are determined. The convergence is determined by comparison, and if it has converged (if the difference between the magnetic field states obtained in step 0-t and step 1-t is less than or equal to a predetermined threshold value), the calculation is terminated, and step The state of the magnetic field obtained by 1-t (where t = t0) is set as the state of the magnetic field at time t0 of the region to be analyzed, and the process proceeds to the next time step (analysis routine).

ステップ2−t(但し、t=t0)において各サブ領域の磁界の状態が収束していないと判断される場合は、ステップ3−t(但し、t=t0)に進み、ステップ1−t(但し、t=t0)の結果及びクーロンの法則とビオ・サバールの法則から求められる一次方程式(11)を用いて積分方程式法で各サブ領域の境界条件を求め、この境界条件をステップ1−t(但し、t=t0)に適用して解析し、その結果をステップ2−t(但し、t=t0)で収束判定を行い各サブ領域の磁界の状態が収束するまで上記ステップ1−t〜3−t(但し、t=t0)の処理を繰り返す。   If it is determined in step 2-t (where t = t0) that the magnetic field state of each sub-region has not converged, the process proceeds to step 3-t (where t = t0), and step 1-t ( However, the boundary condition of each sub-region is obtained by the integral equation method using the linear equation (11) obtained from the result of t = t0) and Coulomb's law and Bio-Savart's law. (However, t = t0) is applied and analyzed, and the result is subjected to convergence determination at step 2-t (where t = t0), and the above steps 1-t to until the state of the magnetic field of each sub-region converges. The process of 3-t (however, t = t0) is repeated.

上述のようにして時間t0の時の磁界の状態を算出できたならば、時間t0(初期時間)での解析ルーチンが完了し、図4に示す次の時間ステップの解析ルーチンでの計算へと移る。動磁場解析の場合は、時間ステップ間の磁界の相対変位量と時間間隔を用いて渦電流計算を同時に行うことから、前ステップの磁界の状態の結果と時間間隔を解析データとして保持したまま次の時間ステップの解析ルーチンに移り、時間的変動成分を変更し、ステップ1−t,2−t,3−t(但し、t=t1)を繰り返し、時間t1のときの磁界の状態を算出する。以下同様にして想定した時間ステップの回数だけ解析ルーチン、すなわち、繰り返しステップ1−t,2−t,3−tを所定時間t=tnに至るまでの間、繰り返し計算する。   If the magnetic field state at time t0 can be calculated as described above, the analysis routine at time t0 (initial time) is completed, and the calculation in the analysis routine at the next time step shown in FIG. Move. In the case of dynamic magnetic field analysis, eddy current calculation is performed simultaneously using the relative displacement of the magnetic field between time steps and the time interval, so the next step magnetic field state result and time interval are retained as analysis data. , The time fluctuation component is changed, and steps 1-t, 2-t, 3-t (where t = t1) are repeated to calculate the state of the magnetic field at time t1. . In the same manner, the analysis routine, that is, the repetition steps 1-t, 2-t, and 3-t are repeatedly calculated until the predetermined time t = tn, as many times as the assumed time steps.

本実施例では、収束計算を伴う繰り返し計算が多大な解析時間を要することから導体の存在してない領域や渦電流の影響を無視できるであろう領域における計算を渦電流の計算を行わない静磁場モジュールで計算することにより未知数の数を軽減し、計算時間の高速化を行っている。具体的には、図5に示すように渦電流を無視できる領域の導体に導体でないフラグを立て、物性データ内の導体のフラグの有無により静磁場解析と動磁場解析のモジュールの選択を行うようにしてある。また、各サブ領域で用いる解析モジュールは、静磁場と動磁場の判別以外に各サブ領域の有限要素法モデルに最適な手法を選択できるようにしてある。例えば辺要素A−Φ法やT−Ω法などの解析モジュールを選択でき、データの変換機能を備えることで各種汎用の解析モジュールをも使用することができるものとしてある。それにともない、有限要素法では、その行列演算に直接法、ICCG法、CG法、ガウスザイデル法、マルチグリッド法等を用いるが、各解析モジュール内で使用可能な手法も選択できる。   In this example, since iterative calculation with convergence calculation requires a lot of analysis time, the calculation in the area where no conductor exists or the influence of eddy current can be ignored is the static calculation that does not calculate eddy current. By calculating with the magnetic field module, the number of unknowns is reduced and the calculation time is increased. Specifically, as shown in FIG. 5, a non-conductor flag is set for a conductor in a region where eddy currents can be ignored, and a static magnetic field analysis module and a dynamic magnetic field analysis module are selected depending on the presence or absence of the conductor flag in the physical property data. It is. The analysis module used in each sub-region can select an optimum method for the finite element method model in each sub-region, in addition to the discrimination between the static magnetic field and the dynamic magnetic field. For example, analysis modules such as the side element A-Φ method and the T-Ω method can be selected, and various general-purpose analysis modules can be used by providing a data conversion function. Accordingly, in the finite element method, a direct method, an ICCG method, a CG method, a Gauss-Seidel method, a multigrid method, or the like is used for the matrix operation, but a method that can be used in each analysis module can also be selected.

本実施例においては、動磁場モジュールは、未知数に辺の長さと方向を持たせ、要素境界において未知ベクトルの接線成分のみが連続となるため、従来の節点要素法におけるゲージの不明瞭さが解決されるうえ、反復解法との相性も良いとされ処理速度も速く、昨今、磁場解析分野で最も広く採用されている辺要素A−Φ法を適用した。また、静磁場領域においても適用すると3変数を解くことになるため、静磁場モジュールは1変数でよいΩ法を採用した。   In this embodiment, the dynamic magnetic field module has an unknown with side length and direction, and only the tangent component of the unknown vector is continuous at the element boundary, which solves the ambiguity of the gauge in the conventional nodal element method. In addition, the side element A-Φ method, which is most widely used in the field of magnetic field analysis, has been applied recently because the compatibility with the iterative solution method is good and the processing speed is fast. In addition, when applied in the static magnetic field region, it solves the three variables, so the static magnetic field module adopts the Ω method which only needs one variable.

静磁場モジュールにおいては、変位電流は伝導電流に比べ無視できるとする準定常近似とできるので、マクスウェルの方程式の式(1)は式(12)となり、この式(12)より、次式(13)、(14)を満たす磁位Ωを定義できる。   In the static magnetic field module, the displacement current can be made a quasi-stationary approximation that can be ignored as compared with the conduction current, so the equation (1) of Maxwell's equation becomes the equation (12). From this equation (12), the following equation (13) ) And (14) can be defined.

rotH=J ・・・(12)
H=−gradΩ ・・・(13)
divμ(−gradΩ)=0 ・・・(14)
rotH = J (12)
H = −gradΩ (13)
div [mu] (-grad [Omega]) = 0 (14)

動磁場モジュールでは、辺要素A-Φ法を適用した。辺要素A-Φ法は、以下の基本方程式(15)〜(20)に基づいて、定式化される。   In the dynamic magnetic field module, the side element A-Φ method is applied. The side element A-Φ method is formulated based on the following basic equations (15) to (20).

Figure 2006351622
Figure 2006351622

ここで、解くべき基本方程式は、式(21)および式(22)である。   Here, the basic equations to be solved are Equation (21) and Equation (22).

Figure 2006351622
Figure 2006351622

そして、式(14)、(21)の両辺に重み関数Wを乗じて部分積分法を適用すると式(23)となり、磁束密度の法線成分が表面積分項に現れる。   When the partial integration method is applied by multiplying both sides of Equations (14) and (21) by the weight function W, Equation (23) is obtained, and the normal component of the magnetic flux density appears in the surface integral term.

Figure 2006351622
Figure 2006351622

また、任意の空間点の磁場強度は式(11)に示したクーロンの法則、ビオ・サバールの法則より式(24)から算出することができる。   The magnetic field intensity at an arbitrary spatial point can be calculated from the equation (24) from the Coulomb's law and the Bio-Savart's law shown in the equation (11).

Figure 2006351622
Figure 2006351622

従来の有限要素法プログラムにおいては、(24)式のH・nを未知変数として繰り返し計算を行うが、本発明では、H・nを既知の量として有限要素法の境界条件として与え、各領域の有限要素法解析の外部で、領域全体のH・nを全磁性体からの寄与として積分方程式法で求め、分割された各領域の相互関係を保持した。こうすることで各領域において有限要素法と積分方程式法を連立して解く必要がなくなり、膨大な一時ファイルの発生を防ぐことができる。   In the conventional finite element method program, H · n in equation (24) is repeatedly calculated as an unknown variable. In the present invention, H · n is given as a known quantity as a boundary condition of the finite element method, Outside of the finite element method analysis, H · n of the entire region was obtained by the integral equation method as a contribution from all the magnetic materials, and the mutual relationship between the divided regions was maintained. By doing so, it is not necessary to solve the finite element method and the integral equation method simultaneously in each region, and the generation of a huge temporary file can be prevented.

コイル要素だけの領域が作る磁界は式(10)で表される。しかし図6のように、このコイル要素Mだけの領域が他のサブ領域Sの内部に存在するような場合には、計算精度の劣化を防ぐために、境界条件の算出と同時にサブ領域Sの内部の各有限要素における磁界も式(10)で算出して与える必要がある。この場合、式(10)で算出した磁界をHiとすると、式(21)の外部電流ベクトル・ポテンシャルはH0+Hiとなる。このような磁界の重ね合わせ法をRSP法(Reduced Scalar Potential法)と呼ぶ。本発明では物体の移動を念頭に置いているので、コイル要素Mだけの領域についても移動する場合が考えられ、図6の様に他のサブ領域Sに侵入した場合を想定する必要があるため、RSP法を導入している。但し、処理時間をできるだけ少なくするために、サブ領域毎にRSP法を使用するか否かを選択できるようにしている。   The magnetic field created by the area of only the coil element is expressed by the equation (10). However, as shown in FIG. 6, in the case where the region of only the coil element M exists inside the other sub-region S, the inside of the sub-region S is calculated simultaneously with the calculation of the boundary condition in order to prevent the deterioration of the calculation accuracy. It is also necessary to calculate and give the magnetic field in each finite element of the following equation (10). In this case, when the magnetic field calculated by the equation (10) is Hi, the external current vector potential of the equation (21) is H0 + Hi. Such a magnetic field superposition method is called an RSP method (Reduced Scalar Potential method). In the present invention, since the movement of the object is taken into consideration, it is conceivable that the region of the coil element M alone is also moved, and it is necessary to assume the case of entering another sub-region S as shown in FIG. The RSP method is introduced. However, in order to minimize the processing time, it is possible to select whether to use the RSP method for each sub-region.

表1に本発明に係る方法と従来の方法をプログラムにし、図7(b)に示すようにある領域4′内に3つの物体1〜3がある場合に適用して比較した結果を示す。時間的な変動は、領域4′内の物体1が有するコイル要素1bに励磁の変動(電流値の変化)を与え、処理時間は、時間ステップあたりの処理時間の平均値を求めた。なお、図7(a)に示すように、磁気的に空間で遮断されている物体1〜3ごとにサブ領域4〜6に分割している。また、各サブ領域4〜6の外周7〜9における磁界の境界条件は各々の物体1〜3からの距離で定まり、上述したクーロンの法則とビオ・サバールの法則から求められる一次方程式(11)を用いて積分方程式法により各サブ領域の相関関係10を含んで決定される。   Table 1 shows a comparison result obtained by applying the method according to the present invention and the conventional method to a program, and applying to the case where there are three objects 1 to 3 in a certain region 4 'as shown in FIG. 7B. The time variation gave excitation variation (change in current value) to the coil element 1b of the object 1 in the region 4 ', and the processing time was determined as an average value of the processing time per time step. In addition, as shown to Fig.7 (a), it divides | segments into the sub area | regions 4-6 for every object 1-3 blocked | interrupted magnetically in space. Further, the boundary condition of the magnetic field in the outer circumferences 7 to 9 of the sub-regions 4 to 6 is determined by the distance from each of the objects 1 to 3, and the linear equation (11) obtained from the above-mentioned Coulomb's law and Bio-Savart's law. And the correlation equation 10 of each sub-region is determined by the integral equation method.

Figure 2006351622
Figure 2006351622

図7に示す本実施例では、磁場強度が5桁違う3つの物体(物体1としてモーターを想定し、磁束密度が1[T]オーダーの導磁性体で永久磁石及び通電されるコイルで構成されているものとし、物体2を磁束密度が1×10E−3[T]オーダーの導磁性体とし、物体3を磁束密度が1×10E−5[T]オーダーの渦電流を考慮しなくて良い磁性体とした)を有する解析モデル(図7(b))としたが、通常の有限要素法では最大5桁の精度であるところを、各サブ領域(図7(a)に示すサブ領域4〜6)に磁場の強さのオーダーの違う物体1〜3を分けているので、各サブ領域4〜6において有限要素法を適用する部分で5桁の精度を確保し、かつ全体の境界条件を積分方程式法により求める部分で10桁の精度を持つ解析を行うことができた。また、解析モデルを3分割することで計算に必要な処理時間及びディスク(メモリ)とも約4分の1にすることができた。さらに渦電流の影響を考慮しなくて良い物体3のサブ領域6の有限要素法解析に静磁場モジュールを適用し、かつ有限要素モデルに適応した行列演算ソルバを採用し、磁界の状態が収束したと判断できる時点で物体3のサブ領域6の解析をストップさせて解析を行うことで、有限要素解析にかかる時間を約3分の1にし、全体で処理時間及びディスク(メモリ)ともに約7分の1にすることもできた。   In the present embodiment shown in FIG. 7, three objects having a magnetic field strength different by 5 digits (assuming a motor as the object 1, a magnetic material having a magnetic flux density of 1 [T] order, composed of a permanent magnet and a coil to be energized. The object 2 is a magnetic conductor having a magnetic flux density of the order of 1 × 10E-3 [T], and the object 3 does not have to consider the eddy current having the magnetic flux density of the order of 1 × 10E-5 [T]. Although the analysis model having a magnetic material (FIG. 7B) is used, each sub-region (sub-region 4 shown in FIG. 7A) has an accuracy of a maximum of five digits in the normal finite element method. Since the objects 1 to 3 having different orders of the magnetic field strength are divided into 6 to 6), the sub-regions 4 to 6 ensure the accuracy of 5 digits in the portion to which the finite element method is applied, and the whole boundary condition To analyze with a precision of 10 digits in the part obtained by the integral equation method I was able to. Further, by dividing the analysis model into three, the processing time and disk (memory) required for the calculation could be reduced to about one-fourth. Furthermore, the static magnetic field module is applied to the finite element method analysis of the sub-region 6 of the object 3 that does not need to consider the influence of the eddy current, and a matrix operation solver adapted to the finite element model is adopted, and the magnetic field state has converged. By stopping the analysis of the sub-region 6 of the object 3 at the time when it can be determined, the time required for the finite element analysis is reduced to about one third, and the processing time and the disk (memory) are both about 7 minutes as a whole. It was also possible to set to 1.

また、有限要素解析の収束判定には、磁束密度の相対誤差を判定値として用いた。判定に際しては、サブ領域4〜6ごとに前回の計算結果との相対誤差を求め、その最大値を判定値とすることで、全ての領域において渦電流を考慮した上での収束した結果を得ることができる流れとし、順次、経時的に求めていくようにした。また、サブ領域4〜6が収束しているかの判定には、積分境界条件を求めるステップにおいて同様に前回の計算結果との磁束密度の相対誤差の最大値を判定値とし、任意の閾値を設定した上で判定を行った。   Further, the relative error of the magnetic flux density was used as a determination value for the convergence determination of the finite element analysis. At the time of determination, a relative error from the previous calculation result is obtained for each of the sub-regions 4 to 6, and the maximum value is used as the determination value, thereby obtaining a converged result in consideration of eddy currents in all regions. The flow was able to be obtained, and was sequentially obtained over time. For determining whether or not the sub-regions 4 to 6 have converged, an arbitrary threshold value is set in the step of obtaining the integral boundary condition, similarly using the maximum value of the relative error of the magnetic flux density with the previous calculation result as a determination value. Judgment was carried out.

図8に上記実施例に対応したサブ領域ごとの相対誤差と収束回数の関係をグラフにしたものを示す。図8(a)は、各サブ領域全てが収束するまで全てのサブ領域の収束計算を継続した場合で、図8(b)は、収束したとみなされるサブ領域の解析をストップさせた場合である。全体の収束回数は、図8(a)で20回×3領域で60回、図8(b)で5回+16回+20回で41回となり、収束回数だけみても約3分の2になり、計算時間を短縮することが出来る。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the relative error and the number of convergence for each sub-region corresponding to the above embodiment. FIG. 8A shows the case where the convergence calculation of all the sub-regions is continued until all the sub-regions converge, and FIG. 8B shows the case where the analysis of the sub-region considered to have converged is stopped. is there. The total number of times of convergence is 20 times in FIG. 8 (a) × 60 in 3 areas, 41 times in FIG. 8 (b) 5 times + 16 times + 20 times, and about 2/3 of the number of times of convergence. The calculation time can be shortened.

次に、本発明に係る磁気シールド解析手法を用いて荷電粒子線露光装置を設計した実施例について図9を参照して説明する。ここでは、図2に示す荷電粒子線露光装置11を、図9(a)に示すように、第1〜第6のサブ領域FEM1〜6の6つに分けて解析を行っている。   Next, an embodiment in which a charged particle beam exposure apparatus is designed using the magnetic shield analysis method according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, the charged particle beam exposure apparatus 11 shown in FIG. 2 is divided into six parts of first to sixth sub-regions FEM1 to FEM6 as shown in FIG.

第1のサブ領域FEM1では、電子光学鏡筒23を備え荷電粒子源(電子銃12)から照射される電子線IBの軌道とレチクル15及びその交換口(真空配管25a)を解析の対象としている。第2のサブ領域FEM2では、真空チャンバ24及びウェハステージ22に載置されたウェハ20を解析の対象としている。第3と第4のサブ領域FEM3、FEM4(FEM4−1,FEM4−2)では、それぞれ内部に磁石を含む駆動機構を備えたレチクルローダー26、ウェハローダー27を解析の対象としている。第5と第6のサブ領域FEM5、FEM6では、荷電粒子線露光装置全体の振動を除振するための設置脚で、ボイスコイルモーター29a、29bを内蔵しており、導磁性体であるボイスコイルモーター29a、29bのみをモデル化して解析の対象としており、モーター内部のコイル29c、29dは、コイル要素としてFEM5、FEM6の領域内にモデル化され、電流値を与えられるようになっている。なお、上述したように電子光学鏡筒23や真空チャンバ24には磁気シールド28が設けられている。   In the first sub-region FEM1, the electron beam IB trajectory irradiated from the charged particle source (electron gun 12), the reticle 15, and its exchange port (vacuum pipe 25a) are provided for analysis. . In the second sub-region FEM2, the wafer 20 placed on the vacuum chamber 24 and the wafer stage 22 is the object of analysis. In the third and fourth sub-regions FEM3 and FEM4 (FEM4-1 and FEM4-2), the reticle loader 26 and the wafer loader 27 each having a driving mechanism including a magnet are set as objects of analysis. The fifth and sixth sub-regions FEM5 and FEM6 are installation legs for vibration isolation of the entire charged particle beam exposure apparatus, and have voice coil motors 29a and 29b built therein. Only the motors 29a and 29b are modeled and analyzed, and the coils 29c and 29d inside the motor are modeled in the region of the FEM5 and FEM6 as coil elements, and current values are given. As described above, the electron optical column 23 and the vacuum chamber 24 are provided with the magnetic shield 28.

本実施例では、この除振用ボイスコイルモーター29a,29bのコイル29c、29dの電流の経時変化による電子光学系(照明光学系や結像光学系等)に対する影響を解析するものであり、この除振用ボイスコイルモーターのコイル電流の経時変化の影響を100[nT]以下とすることを目的とした設計を行った。本実施例において除振用ボイスコイルモーターの最大磁束密度は約2[T]であり、本発明に係る磁気シールド解析手法による解析の結果、電子光学系への影響は、30[nT]であるという結果が得られた。この解析結果を実測した値と比較したところ、磁束密度で±10%以下の誤差であり、また、精度は10桁を確保することができ、物性誤差やモデルの簡略部の影響を加味すると、十分な精度で解析を行うことが出来た。   In the present embodiment, the influence on the electron optical system (illumination optical system, imaging optical system, etc.) due to the temporal change of the currents of the coils 29c and 29d of the vibration isolating voice coil motors 29a and 29b is analyzed. A design was made to reduce the influence of the coil current of the vibration isolating voice coil motor over 100 [nT]. In this embodiment, the maximum magnetic flux density of the vibration isolation voice coil motor is about 2 [T], and as a result of the analysis by the magnetic shield analysis method according to the present invention, the influence on the electron optical system is 30 [nT]. The result was obtained. When this analysis result is compared with the actually measured value, it is an error of ± 10% or less in the magnetic flux density, and the accuracy can be secured to 10 digits, and taking into account the physical property error and the influence of the simplified part of the model, The analysis was performed with sufficient accuracy.

最後に、本発明に係る磁気シールド解析手法を用いて荷電粒子線露光装置を設計に際し物体の移動を考慮した実施例について説明する。ここでは、図9に示す荷電粒子線露光装置におけるウェハローダー27をさらに可動アーム部27bと本体27aに分け、各々に対して第4のサブ領域FEM4を第4−1のサブ領域FEM4−1と第4−2のサブ領域FEM4−2として解析を行っている。   Finally, an embodiment that considers the movement of an object when designing a charged particle beam exposure apparatus using the magnetic shield analysis method according to the present invention will be described. Here, the wafer loader 27 in the charged particle beam exposure apparatus shown in FIG. 9 is further divided into a movable arm portion 27b and a main body 27a, and the fourth sub-region FEM4 and the fourth-sub-region FEM4-1 are respectively defined for each. The analysis is performed as the 4-2th sub-region FEM4-2.

本実施例では、このウェハローダーの可動アーム27bが、荷電粒子線露光装置11の外部空間でウェハ等の搬送等によって移動している場合の電子光学系(照明光学系や結像光学系等)に対する影響を解析するものである。図9(b)に示すように、ウエハを搬送するときに、本体27aに対して可動アーム部27bが回転する。この可動アーム部27bの回転の影響が100[nT]以下であれば露光中の動作が可能であるため、その可否により可動アーム部27bの改良を行ったところ、本発明に係る磁気シールド解析手法による解析の結果、電子光学系への影響は、20[nT]であるという設計結果が得られた。この解析結果を実測した値と比較したところ、前述実施例と同様に磁束密度で±10%以下の誤差であり、また、精度は10桁を確保することができ、物性誤差やモデルの簡略部の影響を加味すると、十分な精度で解析を行うことが出来た。   In this embodiment, an electron optical system (illumination optical system, imaging optical system, etc.) when the movable arm 27b of the wafer loader is moved by the transfer of a wafer or the like in the external space of the charged particle beam exposure apparatus 11 is used. It analyzes the effect on As shown in FIG. 9B, when the wafer is transferred, the movable arm portion 27b rotates with respect to the main body 27a. If the influence of the rotation of the movable arm portion 27b is 100 [nT] or less, the operation during exposure is possible. Therefore, when the movable arm portion 27b is improved depending on whether or not it is possible, the magnetic shield analysis method according to the present invention is performed. As a result of the analysis, the design result that the influence on the electron optical system is 20 [nT] was obtained. When this analysis result is compared with the actually measured value, it is an error of ± 10% or less in the magnetic flux density as in the above-described embodiment, and the accuracy can be ensured to 10 digits. Taking into account the effects of, we were able to analyze with sufficient accuracy.

本発明に係る磁気シールド解析手法の適用対象となる荷電粒子線露光装置の電子光学系を示す概略図である。It is the schematic which shows the electron optical system of the charged particle beam exposure apparatus used as the application object of the magnetic shield analysis method based on this invention. 上記荷電粒子線露光装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the said charged particle beam exposure apparatus. 本発明に係る磁気シールド解析手法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the magnetic shield analysis method based on this invention. 本発明に係る磁気シールド解析手法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the magnetic shield analysis method based on this invention. 本発明に係る磁気シールド解析手法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the magnetic shield analysis method based on this invention. 本発明に係るRSP法を適用するコイルの移動例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a movement of the coil which applies the RSP method which concerns on this invention. 本発明に係る磁気シールド解析手法において、解析の対象領域をコイル要素も含めサブ領域に分割した場合の概念図である。In the magnetic shield analysis method concerning this invention, it is a conceptual diagram at the time of dividing | segmenting the analysis object area | region into a sub area | region including a coil element. 本発明に係る磁気シールド解析手法を適用した場合の収束状況を示すグラフである。It is a graph which shows the convergence condition at the time of applying the magnetic shield analysis method based on this invention. 本発明に係る磁気シールド解析手法において、物体の移動を伴うサブ領域も含め分割した場合の概念図である。In the magnetic shield analysis method according to the present invention, it is a conceptual diagram when it is divided including a sub-region accompanied by the movement of an object.

符号の説明Explanation of symbols

1〜3 物体(磁性体もしくは導体もしくは励磁源)
1b、 コイル 4〜6 サブ領域
7〜9 境界条件 10 積分方程式法
11 荷電粒子線露光装置 12 電子銃
13 コンデンサレンズ 14 照明レンズ
15 レチクル 16 レチクルステージ
17 第1投影レンズ 18 第2投影レンズ
19 偏向器(19−1〜6) 20 ウェハ
22 ウェハステージ 23 電子光学鏡筒
24 真空チャンバ 26 レチクルローダー
27 ウェハローダー 27a ウェハローダー本体
27b ウェハローダーアーム 28 磁気シールド
IB 電子ビーム
S0−t 本発明にかかる解析手法において時間tでの初期状態を設定するステップ
S1−t 本発明にかかる解析手法において時間tでのサブ領域内の磁界の状態を求めるステップ
S2−t 本発明にかかる解析手法において時間tでの収束判定のステップ
S3−t 本発明にかかる解析手法において時間tでのサブ領域の磁界の境界条件を求めるステップ
1-3 objects (magnetic material, conductor, or excitation source)
1b, coil 4-6 sub-region 7-9 boundary condition 10 integral equation method 11 charged particle beam exposure apparatus 12 electron gun 13 condenser lens 14 illumination lens 15 reticle 16 reticle stage 17 first projection lens 18 second projection lens 19 deflector (19-1 to 6) 20 Wafer 22 Wafer stage 23 Electro-optical column 24 Vacuum chamber 26 Reticle loader 27 Wafer loader 27a Wafer loader body 27b Wafer loader arm 28 Magnetic shield IB Electron beam S0-t In the analysis method according to the present invention Step S1-t for setting the initial state at time t Step S2-t for determining the state of the magnetic field in the sub-region at time t in the analysis method according to the invention Convergence determination at time t in the analysis method according to the invention Step S3-t of the present invention Determining the boundary conditions of the magnetic field of the sub-region at time t in the analysis method

Claims (16)

解析対象の領域を複数のサブ領域に分割し、前記サブ領域の磁界状態を設定する第1ステップと、前記第1ステップで求めた磁界状態から積分方程式を用いて解くことにより前記サブ領域間の相関関係を考慮して前記サブ領域の磁界の境界条件を求める第2ステップと、前記サブ領域毎に、前記第2ステップで求めた境界条件を用いて有限要素法により前記サブ領域内の磁界の状態を求める第3ステップとからなる解析ルーチンを有し、
初期時間(t=0)から時間的な条件の変動を与えつつ、所定時間ステップずつ時間を経過させながら前記解析ルーチンを繰り返して行って磁気シールド解析を行う方法であって、
初期時間での前記解析ルーチンにおいては、最初の前記第1ステップにおいて前記サブ領域の磁界の初期状態を入力して前記第2および第3ステップを行い、その後は直前の前記第3ステップにおいて求めた磁界の状態を次の前記第1ステップにおいて設定して前記第2および第3ステップを行い、
第2時間ステップ以降での前記解析ルーチンにおいては、直前の前記第3ステップにおいて求めた磁界の状態を次の前記第1ステップにおいて設定して前記第2および第3ステップを行うとともに、前回の時間ステップでの前記解析ルーチンにおいて算出した磁界状態と今回の時間ステップにおいて前記第1〜第3ステップを行って算出した磁界状態との差に基づいて渦電流を算出し、このように算出した渦電流の影響を加味して前記第1〜第3ステップを再度行って前記サブ領域内の磁界の状態を求めることを特徴とする磁気シールド解析方法。
A first step of dividing the region to be analyzed into a plurality of sub-regions and setting the magnetic field state of the sub-regions, and solving the region between the sub-regions using an integral equation from the magnetic field state obtained in the first step A second step of obtaining a boundary condition of the magnetic field in the sub-region in consideration of the correlation, and a magnetic field in the sub-region by the finite element method using the boundary condition obtained in the second step for each sub-region. An analysis routine comprising a third step for determining the state;
A method for performing a magnetic shield analysis by repeatedly performing the analysis routine while giving a change in time condition from an initial time (t = 0) while passing time by a predetermined time step,
In the analysis routine at the initial time, the initial state of the magnetic field of the sub-region is input in the first first step, the second and third steps are performed, and then the determination is performed in the immediately preceding third step. Performing the second and third steps by setting the state of the magnetic field in the next first step;
In the analysis routine after the second time step, the state of the magnetic field obtained in the immediately preceding third step is set in the next first step to perform the second and third steps, and the previous time The eddy current is calculated based on the difference between the magnetic field state calculated in the analysis routine in step and the magnetic field state calculated by performing the first to third steps in the current time step, and the eddy current calculated in this way The magnetic shield analysis method is characterized in that the state of the magnetic field in the sub-region is obtained by performing the first to third steps again in consideration of the influence of the above.
前記各解析ルーチンにおいて、前記サブ領域内の磁界の状態が収束すると判断されるまで前記第1〜第3ステップを繰り返して行うことを特徴とする請求項1に記載の磁気シールド解析方法。   2. The magnetic shield analysis method according to claim 1, wherein in each of the analysis routines, the first to third steps are repeated until it is determined that the state of the magnetic field in the sub-region has converged. 前記解析ルーチンにおいて、前記磁界の状態が収束したと判断されるサブ領域についての解析をストップさせたまま残りのサブ領域の解析を続行するように構成したことを特徴とする請求項2に記載の磁気シールド解析手法。   3. The analysis routine according to claim 2, wherein the analysis of the remaining sub-region is continued while the analysis of the sub-region determined to have converged in the analysis routine is stopped. Magnetic shield analysis method. 前記時間的な条件の変動が、励磁条件であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の磁気シールド解析手法。   The magnetic shield analysis method according to claim 1, wherein the temporal condition change is an excitation condition. 前記時間的な条件の変動が、前記サブ領域内に位置する物体の移動であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の磁気シールド解析手法。   The magnetic shield analysis method according to claim 1, wherein the temporal condition fluctuation is a movement of an object located in the sub-region. 前記物体の移動を前記サブ領域の移動により行うことを特徴とする請求項5に記載の磁気シールド解析手法。   The magnetic shield analysis method according to claim 5, wherein the object is moved by moving the sub-region. 前記第1ステップにおいて前記サブ領域の磁界状態を求めるときの手法が選択可能であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の磁気シールド解析手法。   The magnetic shield analysis method according to claim 1, wherein a method for obtaining the magnetic field state of the sub-region in the first step can be selected. 前記手法において偏微分方程式を解くための行列演算手法を選択できることを特徴とする請求項7に記載の磁気シールド解析手法。   The magnetic shield analysis method according to claim 7, wherein a matrix operation method for solving the partial differential equation in the method can be selected. 前記サブ領域内の導体の有無に応じて、前記渦電流の算出を行わない静磁場解析モジュールを選択することができることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の磁気シールド解析手法。   The magnetic shield analysis method according to claim 1, wherein a static magnetic field analysis module that does not calculate the eddy current can be selected according to the presence or absence of a conductor in the sub-region. 前記サブ領域にコイル要素だけの領域を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の磁気シールド解析手法。   The magnetic shield analysis method according to claim 1, wherein the sub-region includes a region including only a coil element. 前記コイル要素だけの領域の影響を計算する際にRSP法を採用することを特徴とする請求項10に記載の磁気シールド解析手法。   The magnetic shield analysis method according to claim 10, wherein an RSP method is employed when calculating an influence of a region of only the coil element. 前記第2ステップにおいて、クーロン及びビオ・サバールの法則により導出させる積分方程式を用いて前記サブ領域の前記磁界の境界条件を求めるように構成したことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の磁気シールド解析手法。   The said 2nd step WHEREIN: It comprised so that the boundary condition of the said magnetic field of the said sub-region might be calculated | required using the integral equation derived | led-out by the law of Coulomb and Bio-Savart. The magnetic shield analysis method described. コンピュータにより請求項1〜12のいずれかに記載の磁気シールド解析手法のステップを実行させるための磁気シールド解析プログラム。   A magnetic shield analysis program for causing a computer to execute the steps of the magnetic shield analysis method according to claim 1. 荷電粒子源と前記荷電粒子源から放射された電子ビームをレチクルに照射する照明光学系と、前記レチクルを透過した前記電子ビームの像を感応基板上に結像形成する結像光学系と、外部磁場の影響を遮断する磁気シールド手段とを備えた荷電粒子線露光装置の設計手法において、
前記解析対象を前記荷電粒子線露光装置として、請求項1〜12のいずれかに記載の磁気シールド解析手法を適用して、前記磁気シールド手段の設計を行うことを特徴とする荷電粒子線露光装置の設計手法。
A charged particle source, an illumination optical system for irradiating the reticle with an electron beam emitted from the charged particle source, an imaging optical system for forming an image of the electron beam transmitted through the reticle on a sensitive substrate, and an external In a design method of a charged particle beam exposure apparatus equipped with a magnetic shield means for blocking the influence of a magnetic field,
A charged particle beam exposure apparatus, wherein the analysis target is the charged particle beam exposure apparatus, and the magnetic shield analysis method according to any one of claims 1 to 12 is applied to design the magnetic shield means. Design method.
前記荷電粒子線露光装置を、荷電粒子源が配設された電子光学鏡筒を対象とする第1のサブ領域と、前記感応基板及び前記感応基板を載置するステージが含まれた真空チャンバを対象とする第2のサブ領域と、前記レチクルを交換するレチクルローダーを対象とする第3のサブ領域と、前記感応基板を交換するウェハローダーを対象とする第4のサブ領域とに分割し、励磁条件の変動に対する解析を行うことを特徴とする請求項14に記載の荷電粒子線露光装置の設計手法。   The charged particle beam exposure apparatus includes a vacuum chamber including a first sub-region intended for an electron optical column provided with a charged particle source, the sensitive substrate, and a stage on which the sensitive substrate is placed. Dividing into a target second sub-region, a third sub-region targeted for a reticle loader for exchanging the reticle, and a fourth sub-region targeted for a wafer loader for exchanging the sensitive substrate, The method for designing a charged particle beam exposure apparatus according to claim 14, wherein analysis is performed with respect to fluctuations in excitation conditions. 前記サブ領域内における物体の移動に関しては、各サブ領域内において移動する物体の領域を分割し、このように分割した領域を移動させて解析することを特徴とする請求項15に記載の荷電粒子線露光装置の設計手法。
The charged particle according to claim 15, wherein the movement of the object in the sub-region is analyzed by dividing the region of the object moving in each sub-region and moving the divided region. Design method for line exposure equipment.
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