JP7002837B2 - マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びマルチ荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びマルチ荷電粒子ビーム描画方法に係り、例えば、マルチビーム描画の照射時間を制御する階調値の誤差を補正する方法に関する。

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。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、マスクブランクスへ電子線を使ってマスクパターンを描画することが行われている。

例えば、マルチビームを使った描画装置がある。１本の電子ビームで描画する場合に比べて、マルチビームを用いることで一度に多くのビームを照射できるのでスループットを大幅に向上させることができる。かかるマルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームを複数の穴を持ったマスクに通してマルチビームを形成し、各々、ブランキング制御され、遮蔽されなかった各ビームが光学系で縮小され、マスク像が縮小されて、偏向器で偏向され試料上の所望の位置へと照射される。

マルチビーム描画では、各ビームの照射量を照射時間によって制御している。また、かかる照射時間は、ｎビットの階調値データによって定義される。よって、０～（２^ｎ－１）階調の制御信号によって照射時間を制御できることになる。かかる制御信号のビット数が大きくなれば、その分、データ量が大きくなる。マルチビーム描画では、多数のビームを一度に照射するため、ビーム数に応じた多数の照射時間データを短時間で転送する必要がある。このように、描画時間は、データの転送にかかる時間に大きく影響を受けることになる。そのため、照射時間データのデータ量はできるだけ小さくすることが望ましい。

一方、近接効果補正等の照射量補正を行うとなると、各照射位置へと照射される照射量の範囲は、基準ドーズに対して、ドーズ変調の範囲が例えば数１００％必要となる。例えば、０～Ｌ階調の階調値で照射量に相当する照射時間を定義した場合、１階調あたり、最大で（数１００／Ｌ）％の階調化誤差を持つことになる。昨今のパターンの微細化及び高精度化に伴い、かかる階調化誤差に伴うパターンの寸法変動も無視できないものとなってきている。最大階調値Ｌを大きくすれば、分解能が高まり階調化誤差を小さくできるが、上述したように、最大階調値Ｌを大きくすれば、その分、データ量が大きくなってしまい描画時間が長くなってしまうといった問題があった。

ここで、照射時間の階調化誤差を補正する手法ではないが、所望する照射量を整数値で表す際に小数点以下の端数が生じた場合に、グループ内の各画素の端数の合計に近い整数値をグループ内の中心画素に加算することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－０５８７１４号公報

描画されるパターンの線幅寸法ＣＤは、パターンのエッジ（端部）付近に位置する画素の照射量（ドーズ）の変調によって制御できる。よってかかるエッジ付近に位置する画素を照射する照射時間に階調化誤差が生じるとその分寸法がずれてしまう。

そこで、本発明は、マルチビーム描画において照射時間の階調化誤差を補正することが可能なマルチ荷電粒子ビーム描画装置及び方法を提供する。

本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、
試料の描画領域が分割された、マルチ荷電粒子ビームの１つのビームあたりの照射単位領域となる複数の画素における画素毎に、当該画素へのビームの照射時間を演算する照射時間演算部と、
画素毎に、照射時間を量子化単位で除することによって階調化した階調値を演算する階調値演算部と、
予め設定される隣接する画素群により構成されるグループ毎に、当該グループ内の画素群に生じる照射時間の階調化に伴う、前記階調値に前記量子化単位を乗じた値から前記照射時間を差し引いた値に電流密度を乗じた照射量誤差を当該グループ内の少なくとも１つの画素の階調値を１ずつ増減することによって補正する階調値補正部と、
グループ毎に階調化に伴う照射量誤差が補正された各画素の階調値に基づいて、マルチ荷電粒子ビームを用いて、試料にパターンを描画する描画機構と、
を備えたことを特徴とする。

また、グループ毎に、当該グループ内の画素毎の階調値と照射時間とを用いて当該グループ内の画素毎の照射量誤差を演算する照射量誤差演算部をさらに備え、
階調値補正部は、グループ毎に、画素毎の照射量誤差に基づいて、当該グループ内の少なくとも１つの画素の階調値を１増減すると好適である。

また、グループ毎に、当該グループ内の各画素の照射量誤差の和を演算する照射量誤差和演算部をさらに備え、
階調値補正部は、グループ毎に、照射量誤差の和が最小になるように、当該グループ内の少なくとも１つの画素の階調値を１増減すると好適である。

また、画素毎に、当該画素へのビーム照射を担当する担当ビームの位置ずれ量に応じて周辺画素へと当該画素の照射量の少なくとも一部を振り分ける振り分け部をさらに備え、
照射時間演算部は、照射量の少なくとも一部が振り分けられたことによって補正された各画素の照射量を用いて記画素毎に照射時間を演算すると好適である。

本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム描画方法は、
試料の描画領域が分割された、マルチ荷電粒子ビームの１つのビームあたりの照射単位領域となる複数の画素における画素毎に、当該画素へのビームの照射時間を演算する工程と、
画素毎に、照射時間を量子化単位で除することによって階調化した階調値を演算する工程と、
予め設定される隣接する画素群により構成されるグループ毎に、当該グループ内の画素群に生じる照射時間の階調化に伴う、前記階調値に前記量子化単位を乗じた値から前記照射時間を差し引いた値に電流密度を乗じた照射量誤差を当該グループ内の少なくとも１つの画素の階調値を１ずつ増減することによって補正する工程と、
グループ毎に階調化に伴う照射量誤差が補正された各画素の階調値に基づいて、マルチ荷電粒子ビームを用いて、前記試料にパターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、マルチビーム描画において照射時間の階調化誤差を補正できる。よって、階調化誤差に起因するパターンの線幅寸法ＣＤの寸法ずれを補正できる。よって、高精度な描画を行うことができる。

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における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の構成を示す断面図である。 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構のメンブレン領域内の構成の一部を示す上面概念図である。 実施の形態１の個別ブランキング機構の一例を示す図である。 実施の形態１における描画動作の一例を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。 実施の形態１におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。 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における階調化及びディザリング処理工程の内部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１におけるディザリング画素グループの一例を示す図である。 実施の形態１におけるディザリング画素グループの選択例を示す図である。 実施の形態１におけるディザリング処理による分解能向上の一例を説明するための図である。 実施の形態１におけるディザリング処理による分解能向上の一例を説明するための図である。 実施の形態２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２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２における位置ずれ補正方法の一例を説明するための図である。 実施の形態２におけるビームの位置ずれ補正の有無によるパターン形状の一例とパターンエッジ位置の一例とを示す図である。 実施の形態１，２における多重描画を行う場合のディザリング処理による階調化補正を行う場合の一例を示す図である。

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。

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、描画機構１５０と制御系回路１６０を備えている。描画装置１００は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置の一例である。描画機構１５０は、電子鏡筒１０２（マルチ電子ビームカラム）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、成形アパーチャアレイ基板２０３、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、及び偏向器２０９が配置されている。描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画時には描画対象基板となるレジストが塗布されたマスクブランクス等の試料１０１が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等が含まれる。ＸＹステージ１０５上には、さらに、ＸＹステージ１０５の位置測定用のミラー２１０が配置される。

制御系回路１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、偏向制御回路１３０、デジタル・アナログ変換（ＤＡＣ）アンプユニット１３２，１３４、ステージ位置検出器１３９及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０，１４２を有している。制御計算機１１０、メモリ１１２、偏向制御回路１３０、ＤＡＣアンプユニット１３２，１３４、ステージ位置検出器１３９及び記憶装置１４０，１４２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１３０には、ＤＡＣアンプユニット１３２，１３４及びブランキングアパーチャアレイ機構２０４が接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３２の出力は、偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプユニット１３４の出力は、偏向器２０８に接続される。ステージ位置測定器１３９は、レーザ光をＸＹステージ１０５上のミラー２１０に照射し、ミラー２１０からの反射光を受光する。そして、かかる反射光の情報を利用してＸＹステージ１０５の位置を測定する。

制御計算機１１０内には、ラスタライズ部５０、照射量Ｄ演算部５２、割当部５４、設定部５６、照射時間ｔ演算部５８、選択部６０、階調値演算部６２、照射量誤差ΔＤ演算部６４、照射量誤差和ΔＤｓｕｍ演算部６６、階調値補正部６８、及び描画制御部７２が配置されている。ラスタライズ部５０、照射量Ｄ演算部５２、割当部５４、設定部５６、照射時間ｔ演算部５８、選択部６０、階調値演算部６２、照射量誤差ΔＤ演算部６４、照射量誤差和ΔＤｓｕｍ演算部６６、階調値補正部６８、及び描画制御部７２といった各「～部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、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、半導体装置を含む。各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。ラスタライズ部５０、照射量Ｄ演算部５２、割当部５４、設定部５６、照射時間ｔ演算部５８、選択部６０、階調値演算部６２、照射量誤差ΔＤ演算部６４、照射量誤差和ΔＤｓｕｍ演算部６６、階調値補正部６８、及び描画制御部７２に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１２にその都度格納される。

また、描画装置１００の外部から描画データが入力され、記憶装置１４０に格納される。描画データには、通常、描画するための複数の図形パターンの情報が定義される。具体的には、図形パターン毎に、図形コード、座標、及びサイズ等が定義される。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。

図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、縦（ｙ方向）ｐ列×横（ｘ方向）ｑ列（ｐ，ｑ≧２）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。図２では、例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）に５１２×５１２列の穴２２が形成される。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ直径の円形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム２０が形成されることになる。ここでは、縦横（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２のように、縦横が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。

図３は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の構成を示す断面図である。
図４は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構のメンブレン領域内の構成の一部を示す上面概念図である。なお、図３と図４において、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とパッド４３の位置関係は一致させて記載していない。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４は、図３に示すように、支持台３３上にシリコン等からなる半導体基板３１が配置される。基板３１の中央部は、例えば裏面側から薄く削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域３３０（第１の領域）に加工されている。メンブレン領域３３０を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域３３２（第２の領域）となる。メンブレン領域３３０の上面と外周領域３３２の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に高さ位置になるように形成される。基板３１は、外周領域３３２の裏面で支持台３３上に保持される。支持台３３の中央部は開口しており、メンブレン領域３３０の位置は、支持台３３の開口した領域に位置している。

メンブレン領域３３０には、図２に示した成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビームのそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が開口される。言い換えれば、基板３１のメンブレン領域３３０には、電子線を用いたマルチビームのそれぞれ対応するビームが通過する複数の通過孔２５がアレイ状に形成される。そして、基板３１のメンブレン領域３３０上であって、複数の通過孔２５のうち対応する通過孔２５を挟んで対向する位置に２つの電極を有する複数の電極対がそれぞれ配置される。具体的には、メンブレン領域３３０上に、図３及び図４に示すように、各通過孔２５の近傍位置に該当する通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の制御電極２４と対向電極２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、基板３１内部であってメンブレン領域３３０上の各通過孔２５の近傍には、各通過孔２５用の制御電極２４に偏向電圧を印加する制御回路４１（ロジック回路）が配置される。各ビーム用の対向電極２６は、グランド接続される。

また、図４に示すように、各制御回路４１は、制御信号用のｎビット（例えば１０ビット）のパラレル配線が接続される。各制御回路４１は、制御信号用のｎビットのパラレル配線の他、クロック信号線、読み込み（ｒｅａｄ）信号、ショット（ｓｈｏｔ）信号および電源用の配線等が接続される。クロック信号線、読み込み（ｒｅａｄ）信号、ショット（ｓｈｏｔ）信号および電源用の配線等はパラレル配線の一部の配線を流用しても構わない。マルチビームを構成するそれぞれのビーム毎に、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とによる個別ブランキング機構４７が構成される。また、図３の例では、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とが基板３１の膜厚が薄いメンブレン領域３３０に配置される。但し、これに限るものではない。また、メンブレン領域３３０にアレイ状に形成された複数の制御回路４１は、例えば、同じ行或いは同じ列によってグループ化され、グループ内の制御回路４１群は、図４に示すように、直列に接続される。そして、グループ毎に配置されたパッド４３からの信号がグループ内の制御回路４１に伝達される。具体的には、各制御回路４１内に、図示しないシフトレジスタが配置され、例えば、ｐ×ｑ本のマルチビームのうち例えば同じ行のビームの制御回路４１内のシフトレジスタが直列に接続される。そして、例えば、ｐ×ｑ本のマルチビームの同じ行のビームの制御信号がシリーズで送信され、例えば、ｐ回のクロック信号によって各ビームの制御信号が対応する制御回路４１に格納される。

図５は、実施の形態１の個別ブランキング機構の一例を示す図である。図５において、制御回路４１内には、アンプ４６（スイッチング回路の一例）が配置される。図５の例では、アンプ４６の一例として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）インバータ回路が配置される。そして、ＣＭＯＳインバータ回路は正の電位（Ｖｄｄ：ブランキング電位：第１の電位）（例えば、５Ｖ）（第１の電位）とグランド電位（ＧＮＤ：第２の電位）に接続される。ＣＭＯＳインバータ回路の出力線（ＯＵＴ）は制御電極２４に接続される。一方、対向電極２６は、グランド電位が印加される。そして、ブランキング電位とグランド電位とが切り替え可能に印加される複数の制御電極２４が、基板３１上であって、複数の通過孔２５のそれぞれ対応する通過孔２５を挟んで複数の対向電極２６のそれぞれ対応する対向電極２６と対向する位置に配置される。

ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）には、閾値電圧よりも低くなるＬ（ｌｏｗ）電位（例えばグランド電位）と、閾値電圧以上となるＨ（ｈｉｇｈ）電位（例えば、１．５Ｖ）とのいずれかが制御信号として印加される。実施の形態１では、ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）にＬ電位が印加される状態では、ＣＭＯＳインバータ回路の出力（ＯＵＴ）は正電位（Ｖｄｄ）となり、対向電極２６のグランド電位との電位差による電界により対応ビーム２０を偏向し、制限アパーチャ基板２０６で遮蔽することでビームＯＦＦになるように制御する。一方、ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）にＨ電位が印加される状態（アクティブ状態）では、ＣＭＯＳインバータ回路の出力（ＯＵＴ）はグランド電位となり、対向電極２６のグランド電位との電位差が無くなり対応ビーム２０を偏向しないので制限アパーチャ基板２０６を通過することでビームＯＮになるように制御する。

各通過孔を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立に対となる２つの制御電極２４と対向電極２６に印加される電圧によって偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。具体的には、制御電極２４と対向電極２６の組は、それぞれ対応するスイッチング回路となるＣＭＯＳインバータ回路によって切り替えられる電位によってマルチビームの対応ビームをそれぞれ個別にブランキング偏向する。このように、複数のブランカーが、成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。

図６は、実施の形態１における描画動作の一例を説明するための概念図である。図６に示すように、試料１０１の描画領域３０は、例えば、ｙ方向に向かって所定の幅で短冊状の複数のストライプ領域３２に仮想分割される。まず、ＸＹステージ１０５を移動させて、第１番目のストライプ領域３２の左端、或いはさらに左側の位置に一回のマルチビーム２０のショットで照射可能な照射領域３４が位置するように調整し、描画が開始される。第１番目のストライプ領域３２を描画する際には、ＸＹステージ１０５を例えば－ｘ方向に移動させることにより、相対的にｘ方向へと描画を進めていく。ＸＹステージ１０５は例えば等速で連続移動させる。第１番目のストライプ領域３２の描画終了後、ステージ位置を－ｙ方向に移動させて、第２番目のストライプ領域３２の右端、或いはさらに右側の位置に照射領域３４が相対的にｙ方向に位置するように調整し、今度は、ＸＹステージ１０５を例えばｘ方向に移動させることにより、－ｘ方向に向かって同様に描画を行う。第３番目のストライプ領域３２では、ｘ方向に向かって描画し、第４番目のストライプ領域３２では、－ｘ方向に向かって描画するといったように、交互に向きを変えながら描画することで描画時間を短縮できる。但し、かかる交互に向きを変えながら描画する場合に限らず、各ストライプ領域３２を描画する際、同じ方向に向かって描画を進めるようにしても構わない。１回のショットでは、成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２を通過することによって形成されたマルチビームによって、最大で各穴２２と同数の複数のショットパターンが一度に形成される。

図７は、実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。図７において、ストライプ領域３２は、例えば、マルチビームのビームサイズでメッシュ状の複数のメッシュ領域に分割される。例えば、１０ｎｍ程度のサイズにすると好適である。かかる各メッシュ領域が、描画対象画素３６（単位照射領域、照射位置、或いは描画位置）となる。描画対象画素３６のサイズは、ビームサイズに限定されるものではなく、ビームサイズとは関係なく任意の大きさで構成されるものでも構わない。例えば、ビームサイズの１／ｎ（ｎは１以上の整数）のサイズで構成されても構わない。メッシュ領域（画素）は、マルチビームの１つのビームあたりの照射単位領域となる。図７の例では、試料１０１の描画領域が、例えばｙ方向に、１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４（描画フィールド）のサイズと実質同じ幅サイズで複数のストライプ領域３２に分割された場合を示している。なお、ストライプ領域３２の幅は、これに限るものではない。照射領域３４のｎ倍（ｎは１以上の整数）のサイズであると好適である。図７の例では、例えば５１２×５１２列のマルチビームの図示を８×８列のマルチビームに省略して示している。そして、照射領域３４内に、１回のマルチビーム２０のショットで照射可能な複数の画素２８（ビームの描画位置）が示されている。言い換えれば、隣り合う画素２８間のピッチがマルチビームの各ビーム間のピッチとなる。図７の例では、隣り合う４つの画素２８で囲まれると共に、４つの画素２８のうちの１つの画素２８を含む正方形の領域で１つのグリッド２９を構成する。図７の例では、各グリッド２９は、４×４画素で構成される場合を示している。

図８は、実施の形態１におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。図８では、図７で示したストライプ領域３２を描画するマルチビームのうち、ｙ方向３段目の座標（１，３），（２，３），（３，３），・・・，（５１２，３）の各ビームで描画するグリッドの一部を示している。図８の例では、例えば、ＸＹステージ１０５が８ビームピッチ分の距離を移動する間に４つの画素を描画（露光）する場合を示している。かかる４つの画素を描画（露光）する間、照射領域３４がＸＹステージ１０５の移動によって試料１０１との相対位置がずれないように、偏向器２０８によってマルチビーム２０全体を一括偏向することによって、照射領域３４をＸＹステージ１０５の移動に追従させる。言い換えれば、トラッキング制御が行われる。図８の例では、８ビームピッチ分の距離を移動する間に４つの画素を描画（露光）することで１回のトラッキングサイクルを実施する場合を示している。

具体的には、ステージ位置測定器１３９が、ミラー２１０にレーザを照射して、ミラー２１０から反射光を受光することでＸＹステージ１０５の位置を測長する。測長されたＸＹステージ１０５の位置は、制御計算機１１０に出力される。制御計算機１１０内では、描画制御部７２がかかるＸＹステージ１０５の位置情報を偏向制御回路１３０に出力する。偏向制御回路１３０内では、ＸＹステージ１０５の移動に合わせて、ＸＹステージ１０５の移動に追従するようにビーム偏向するための偏向量データ（トラッキング偏向データ）を演算する。デジタル信号であるトラッキング偏向データは、ＤＡＣアンプ１３４に出力され、ＤＡＣアンプ１３４は、デジタル信号をアナログ信号に変換の上、増幅して、トラッキング偏向電圧として偏向器２０８に印加する。

そして、描画機構１５０は、当該ショットにおけるマルチビームの各ビームのそれぞれの照射時間のうちの最大描画時間Ｔｔｒ内のそれぞれの画素３６に対応する描画時間（照射時間、或いは露光時間）、各画素３６にマルチビーム２０のうちＯＮビームのそれぞれ対応するビームを照射する。

図８の例では、座標（１，３）のビーム（１）によって、時刻ｔ＝０からｔ＝最大描画時間Ｔｔｒまでの間に注目グリッド２９の例えば最下段右から２番目の画素に１ショット目のビームの照射が行われる。これにより、当該画素は、所望の照射時間のビームの照射を受けたことになる。時刻ｔ＝０からｔ＝Ｔｔｒまでの間にＸＹステージ１０５は例えば２ビームピッチ分だけ－ｘ方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。

当該ショットのビーム照射開始から当該ショットの最大描画時間Ｔｔｒが経過後、偏向器２０８によってトラッキング制御のためのビーム偏向を継続しながら、トラッキング制御のためのビーム偏向とは別に、偏向器２０９によってマルチビーム２０を一括して偏向することによって各ビームの描画位置（前回の描画位置）を次の各ビームの描画位置（今回の描画位置）にシフトする。図８の例では、時刻ｔ＝Ｔｔｒになった時点で、注目グリッド２９の最下段右から２番目の画素から下から２段目かつ右から２番目の画素へと描画対象画素をシフトする。その間にもＸＹステージ１０５は定速移動しているのでトラッキング動作は継続している。

そして、トラッキング制御を継続しながら、シフトされた各ビームの描画位置に当該ショットの最大描画時間Ｔｔｒ内のそれぞれ対応する描画時間、マルチビーム２０のうちＯＮビームのそれぞれ対応するビームを照射する。図８の例では、座標（１，３）のビーム（１）によって、時刻ｔ＝Ｔｔｒからｔ＝２Ｔｔｒまでの間に注目グリッド２９の例えば下から２段目かつ右から２番目の画素に２ショット目のビームの照射が行われる。時刻ｔ＝Ｔｔｒからｔ＝２Ｔｔｒまでの間にＸＹステージ１０５は例えば２ビームピッチ分だけ－ｘ方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。

図８の例では、時刻ｔ＝２Ｔｔｒになった時点で、注目グリッド２９の下から２段目かつ右から２番目の画素から下から３段目かつ右から２番目の画素へと偏向器２０９によるマルチビームの一括偏向により描画対象画素をシフトする。その間にもＸＹステージ１０５は移動しているのでトラッキング動作は継続している。そして、座標（１，３）のビーム（１）によって、時刻ｔ＝２Ｔｔｒからｔ＝３Ｔｔｒまでの間に注目グリッド２９の例えば下から３段目かつ右から２番目の画素に３ショット目のビームの照射が行われる。これにより、当該画素は、所望の照射時間のビームの照射を受けたことになる。

時刻ｔ＝２Ｔｔｒからｔ＝３Ｔｔｒまでの間にＸＹステージ１０５は例えば２ビームピッチ分だけ－ｘ方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。時刻ｔ＝３Ｔｔｒになった時点で、注目グリッド２９の下から３段目かつ右から２番目の画素から下から４段目かつ右から２番目の画素へと偏向器２０９によるマルチビームの一括偏向により描画対象画素をシフトする。その間にもＸＹステージ１０５は移動しているのでトラッキング動作は継続している。

そして、座標（１，３）のビーム（１）によって、時刻ｔ＝３Ｔｔｒからｔ＝４Ｔｔｒまでの間に注目グリッド２９の例えば下から４段目かつ右から２番目の画素に４ショット目のビームの照射が行われる。これにより、当該画素は、所望の照射時間のビームの照射を受けたことになる。

時刻ｔ＝３Ｔｔｒからｔ＝４Ｔｔｒまでの間にＸＹステージ１０５は例えば２ビームピッチ分だけ－ｘ方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。以上により、注目グリッド２９の右から２番目の画素列の描画が終了する。

図８の例では初回位置から３回シフトされた後の各ビームの描画位置にそれぞれ対応するビームを照射した後、ＤＡＣアンプユニット１３４は、トラッキング制御用のビーム偏向をリセットすることによって、トラッキング位置をトラッキング制御が開始されたトラッキング開始位置に戻す。言い換えれば、トラッキング位置をステージ移動方向と逆方向に戻す。図８の例では、時刻ｔ＝４Ｔｔｒになった時点で、注目グリッド２９のトランキングを解除して、ｘ方向に８ビームピッチ分ずれた注目グリッドにビームを振り戻す。なお、図８の例では、座標（１，３）のビーム（１）について説明したが、その他の座標のビームについてもそれぞれの対応するグリッドに対して同様に描画が行われる。すなわち、座標（ｎ，ｍ）のビームは、ｔ＝４Ｔｔｒの時点で対応するグリッドに対して右から２番目の画素列の描画が終了する。例えば、座標（２，３）のビーム（２）は、図７のビーム（１）用の注目グリッド２９の－ｘ方向に隣り合うグリッドに対して右から２番目の画素列の描画が終了する。

なお、各グリッドの右から２番目の画素列の描画は終了しているので、トラッキングリセットした後に、次回のトラッキングサイクルにおいてまず偏向器２０９は、各グリッドの下から１段目かつ右から３番目の画素にそれぞれ対応するビームの描画位置を合わせる（シフトする）ように偏向する。なお、図８の例では、各グリッドの右から２番目の画素列の描画について説明したが、各グリッドの右から１番目の画素列の描画は、１つ前のトラッキングサイクルによって描画が終了していることは言うまでもない。

以上のように同じトラッキングサイクル中は偏向器２０８によって照射領域３４を試料１０１に対して相対位置が同じ位置になるように制御された状態で、偏向器２０９によって１画素ずつシフトさせながら各ショットを行う。そして、トラッキングサイクルが１サイクル終了後、照射領域３４のトラッキング位置を戻してから、図６の下段に示すように、例えば１画素ずれた位置に１回目のショット位置を合わせ、次のトラッキング制御を行いながら偏向器２０９によって１画素ずつシフトさせながら各ショットを行う。ストライプ領域３２の描画中、かかる動作を繰り返すことで、照射領域３４ａ～３４ｏといった具合に順次照射領域３４の位置が移動していき、当該ストライプ領域の描画を行っていく。

マルチビーム２０で試料１０１を描画する際、上述したように、偏向器２０８によるトラッキング動作中にＸＹステージ１０５の移動に追従しながらショットビームとなるマルチビーム２０を偏向器２０９によるビーム偏向位置の移動によって１画素ずつ順に連続して照射していく。そして、試料１０１上のどの画素をマルチビームのどのビームが照射するのかは描画シーケンスによって決まる。そして、マルチビームのｘ，ｙ方向にそれぞれ隣り合うビーム間のビームピッチを用いて、試料１０１面上におけるｘ，ｙ方向にそれぞれ隣り合うビーム間のビームピッチ（ｘ方向）×ビームピッチ（ｙ方向）の領域はｎ×ｎ画素の領域（サブピッチ領域：グリッド）で構成される。例えば、１回のトラッキング動作で、ＸＹステージ１０５が－ｘ方向にビームピッチ（ｘ方向）だけ移動する場合、上述したようにｙ方向に１つのビームによって照射位置をシフトしながらｎ画素が描画される。或いは、ｘ方向或いは斜め方向に１つのビームによって照射位置をシフトしながらｎ画素が描画されてもよい。同じｎ×ｎ画素の領域内の他のｎ画素が次回のトラッキング動作で上述したビームとは異なるビームによって同様にｎ画素が描画される。このようにｎ回のトラッキング動作でそれぞれ異なるビームによってｎ画素ずつ描画されることにより、１つのｎ×ｎ画素の領域内のすべての画素が描画される。マルチビームの照射領域内の他のｎ×ｎ画素の領域についても同時期に同様の動作が実施され、同様に描画される。

次に描画装置１００における描画機構１５０の動作について説明する。電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、矩形の複数の穴（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴が含まれる領域を照明する。複数の穴の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴をそれぞれ通過することによって、例えば矩形形状の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ～ｅが形成される。かかるマルチビーム２０ａ～ｅは、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器：個別ブランキング機構）内を通過する。かかるブランカーは、それぞれ、個別に通過する電子ビーム２０を偏向する（ブランキング偏向を行う）。

ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を通過したマルチビーム２０ａ～ｅは、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のブランカーによって偏向された電子ビーム２０は、制限アパーチャ基板２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のブランカーによって偏向されなかった電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過する。かかる個別ブランキング機構のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように、制限アパーチャ基板２０６は、個別ブランキング機構によってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビーム毎に、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ基板２０６を通過したビームにより、１回分のショットのビームが形成される。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となり、偏向器２０８，２０９によって、制限アパーチャ基板２０６を通過した各ビーム（マルチビーム２０全体）が同方向に一括して偏向され、各ビームの試料１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴の配列ピッチに上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。

図９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９において、実施の形態１における描画方法は、成形アパーチャサイズ測定工程（Ｓ１０１）と、ラスタライズ処理工程（Ｓ１０２）と、画素毎の照射量演算工程（Ｓ１０４）と、画素－ビーム対決定工程（Ｓ１０６）と、ビームへの照射量割当工程（Ｓ１０８）と、画素毎（ビーム毎）照射時間演算工程（Ｓ１１０）と、ディザリング画素グループ（ビームグループ）設定工程（Ｓ１１２）と、階調化及びディザリング処理工程（Ｓ１１４）と、描画工程（Ｓ１４０）と、いう一連の工程を実施する。

図１０は、実施の形態１における階調化及びディザリング処理工程の内部工程を示すフローチャート図である。図１０において、階調化及びディザリング処理工程（Ｓ１１４）は、内部工程として、ディザリング画素グループ（ビームグループ）選択工程（Ｓ１２０）と、画素毎（ビーム毎）階調化照射時間演算工程（Ｓ１２４）と、画素毎（ビーム毎）照射量誤差演算工程（Ｓ１２６）と、ディザリンググループ内誤差総和演算工程（Ｓ１２８）と、誤差振り分け対象画素（ビーム）選択／振り分け処理工程（Ｓ１３０）と、いう一連の工程を実施する。

成形アパーチャサイズ測定工程（Ｓ１０１）として、顕微鏡等を用いて、成形アパーチャアレイ基板２０３に形成された各穴２２のサイズａを測定する。理想的には、各穴２２のサイズａは同一サイズが望ましいが、加工精度上、各穴２２間において若干のずれが生じ得る。各穴２２のサイズは、マルチビーム２０の各ビームのサイズを決定するので、サイズに誤差が生じると照射されるビームの照射量が異なってくる。そこで、実施の形態１では、かかる穴２２のサイズによる照射量誤差をも考慮して照射時間を設定する。但し、これに限るものではなく、各穴２２間の寸法誤差が許容できる程度に各穴２２の加工ができる場合には、かかる工程を省略しても構わない。

ラスタライズ処理工程（Ｓ１０２）として、ラスタライズ部５０は、記憶装置１４０から描画データを読み出し、画素３６毎に、当該画素３６内のパターン面積密度ρ’を演算する。かかる処理は、例えば、ストライプ領域３２毎に実行する。

画素毎の照射量演算工程（Ｓ１０４）として、照射量Ｄ演算部５２は、まず、描画領域（ここでは、例えばストライプ領域３２）を所定のサイズでメッシュ状に複数の近接メッシュ領域（近接効果補正計算用メッシュ領域）に仮想分割する。近接メッシュ領域のサイズは、近接効果の影響範囲の１／１０程度、例えば、１μｍ程度に設定すると好適である。照射量Ｄ演算部５２は、記憶装置１４０から描画データを読み出し、近接メッシュ領域毎に、当該近接メッシュ領域内に配置されるパターンのパターン面積密度ρを演算する。

次に、照射量Ｄ演算部５２は、近接メッシュ領域毎に、近接効果を補正するための近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）（補正照射量）を演算する。未知の近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）は、後方散乱係数η、しきい値モデルの照射量閾値Ｄｔｈ、パターン面積密度ρ、及び分布関数ｇ（ｘ）を用いた、従来手法と同様の近接効果補正用のしきい値モデルによって定義できる。

次に、照射量Ｄ演算部５２は、画素３６毎に、当該画素３６に照射するための入射照射量Ｄ（ｘ）を演算する。入射照射量Ｄ（ｘ）は、例えば、予め設定された基準照射量Ｄｂａｓｅに近接効果補正照射係数Ｄｐとパターン面積密度ρ’とを乗じた値として演算すればよい。基準照射量Ｄｂａｓｅは、例えば、Ｄｔｈ／（１／２＋η）で定義できる。以上により、描画データに定義される複数の図形パターンのレイアウトに基づいた、近接効果が補正された本来の所望する照射量Ｄを得ることができる。

画素－ビーム対決定工程（Ｓ１０６）として、描画制御部７２は、予め設定された描画シーケンスに基づいて、画素毎に、何番目のショットなのかを示すショット番号と、当該ショットによって照射されるマルチビーム２０のうちのどのビームによって照射されるのかを示すビーム識別番号（例えばビーム座標）とを決定し、画素毎に、画素と対となるビームとの組み合わせ（画素－ビーム対）を決定する。

ビームへの照射量割当工程（Ｓ１０８）として、割当部５４は、ショット順に、各ショットのマルチビーム２０の各ビームに、当該ビームを照射する画素３６の照射量Ｄを割り当てる。

画素毎（ビーム毎）照射時間演算工程（Ｓ１１０）として、照射時間ｔ演算部５８は、試料１０１の描画領域３０が分割された、マルチビームの１つのビームあたりの照射単位領域となる複数の画素３６における画素３６毎に、当該画素３６へのビームの照射時間ｔを演算する。ここで、各画素の照射時間ｔは、成形アパーチャアレイ２０３の各穴２２間にサイズ誤差が無ければ、照射量Ｄをマルチビーム２０の電流密度Ｊで割った値（＝設計上の照射時間ｔ_０）で演算できる。実施の形態１では、各穴２２間にサイズ誤差を考慮する。そこで、照射時間ｔ演算部５８は、設計上の穴２２のサイズａ_０と実測した穴２２毎のサイズａとを用いて、画素３６毎に当該画素３６へのビームの照射時間ｔを演算する。照射時間ｔは以下の式（１）で定義できる。計算の順序は、画素３６の配列順序ではなく、ショット順、かつビーム順に演算しても良い。これにより、ビーム毎に照射時間ｔを演算できる。
（１） ｔ＝（ａ_０ ^２／ａ^２）・Ｄ／Ｊ
＝（ａ_０ ^２／ａ^２）・ｔ_０

ディザリング画素グループ（ビームグループ）設定工程（Ｓ１１２）として、設定部５６は、ディザリング画素グループ（ビームグループ）を設定する。

図１１は、実施の形態１におけるディザリング画素グループの一例を示す図である。図１１では、データ処理の対象となっているストライプ領域３２の一部を示している。図１１に示すように、ディザリング画素グループは、隣接する複数の画素３６によって構成される。図１１の例では、例えば、２×２個の画素３６によって構成される。或いは、３×３個の画素３６によって構成される。ディザリング画素グループは、２^ｎ’個の画素３６によって構成されることによって、後述するように、ｎビットの階調化照射時間データを（ｎ＋ｎ’）ビットのデータに分解能を高めることができるが、グループ分けの容易性からｎ’×ｎ’個の画素３６によって構成されると好適である。ｎ’値は、予め設定しておけばよい。

階調化及びディザリング処理工程（Ｓ１１４）として、画素毎に得られた照射時間ｔを用いて、階調化及び階調化に伴う階調化誤差を補正する。以下、具体的に説明する。

ディザリング画素グループ（ビームグループ）選択工程（Ｓ１２０）として、選択部６０は、設定された複数のディザリング画素グループ（ビームグループ）の中から、今回対象となるディザリング画素グループ（ビームグループ）を選択する。

図１２は、実施の形態１におけるディザリング画素グループの選択例を示す図である。図１２では、データ処理の対象となっているストライプ領域３２の一部を示している。図１２の例では、２×２個の画素３６によって構成されるディザリング画素グループについて説明する。ディザリング処理を行うために、図１２の例では、例えば、左から２番目の２×２個の画素３６によって構成されるディザリング画素グループを選択する。

画素毎（ビーム毎）階調化照射時間演算工程（Ｓ１２４）として、階調値演算部６２は、画素３６毎に、照射時間ｔを量子化単位δで除することによって得られる階調化した整数の階調値Ｎを演算する。照射時間ｔを量子化単位δで割った余りは切り捨てる。階調値Ｎは、次の式（２）で定義できる。計算の順序は、画素３６の配列順序ではなく、ショット順、かつビーム順に演算しても良い。これにより、ビーム毎に階調値Ｎを演算できる。なお、量子化単位δは、マルチビーム２０の１回のショットで設定される最大照射時間Ｔｔｒとｎビットの階調化照射時間データで定義可能な最大階調値Ｌ（＝２^ｎ－１）との関係が、Ｔｔｒ≦Ｌ・δを満たす範囲で設定される。
（２） Ｎ＝ｆｌｏｏｒ（ｔ／δ）

画素毎（ビーム毎）照射量誤差演算工程（Ｓ１２６）として、照射量誤差ΔＤ演算部６４は、ディザリング画素グループ毎に、当該グループ内の画素３６毎の階調値Ｎと照射時間ｔとを用いて当該グループ内の画素３６毎の照射量誤差ΔＤを演算する。照射量誤差ΔＤは、階調化照射時間誤差Δｔを用いて以下の式（３－１）及び式（３－２）で定義できる。
（３－１） ΔＤ＝Δｔ・Ｊ
（３－２） Δｔ＝Ｎ・δ－ｔ
ここで成型アパーチャを照明する電子ビーム２００の電流密度は一様でなく分布を持つので電流密度Ｊはビームに依存して異なる値になる。

ディザリンググループ内誤差総和演算工程（Ｓ１２８）として、照射量誤差和ΔＤｓｕｍ演算部６６は、グループ毎に、当該グループ内の各画素３６の照射量誤差ΔＤの和ΔＤｓｕｍを演算する。照射量誤差和ΔＤｓｕｍは、以下の式（４）で定義できる。
（４） ΔＤｓｕｍ＝ΣΔＤ
ここでΔＤｓｕｍは照射量を諧調化することにより生じる誤差ではなく、照射時間を諧調化することにより生じる照射量の誤差である。

誤差振り分け対象画素（ビーム）選択／振り分け処理工程（Ｓ１３０）として、階調値補正部６８は、隣接する画素３６群により構成されるグループ毎に、当該グループ内の画素３６群に生じる照射時間の階調化に伴う照射量誤差ΔＤを当該グループ内の少なくとも１つの画素３６の階調値Ｎを１増減することによって補正する。階調値補正部６８は、グループ毎に、画素３６毎の照射量誤差ΔＤに基づいて、当該グループ内の少なくとも１つの画素３６の階調値Ｎを１増減する。具体的には、階調値補正部６８は、グループ毎に、照射量誤差の和ΔＤｓｕｍが最小になるように、当該グループ内の少なくとも１つの画素３６の階調値Ｎを１増減する。

図１３は、実施の形態１におけるディザリング処理による分解能向上の一例を説明するための図である。図１３の例では、２×２個の画素３６によってディザリング画素グループを構成して、ｘ方向に延びるラインパターンを描画する場合について説明する。図１３（ａ）は振り分け処理工程（Ｓ１３０）の結果画素毎に振り分けられる照射量の例を示している。白い枠線は幅４００ nm、高さ４０ nmのパターンの輪郭を現す。ここではパターン領域内の照射量が一様な値１．００５として、画素毎の照射量誤差ΔＤが０．００５である場合を示している。ｇ１はディザリンググループの１つであり、１０ｎｍの画素の２×２のグループで構成されている。ｇ１以外に図示しないディザリンググループが図１３の範囲を埋め尽くしているが、パターン上にあるディザリンググループには２画素に０．０１の照射量が振り分けられている。パターン上にないディザリンググループは照射量と照射量誤差が０なので照射量が振り分けられていない。図１３（ｂ）はディザリンググループの画素毎のドーズの振り分け方を説明している。ディザリング諧調値ごとに１，２，３，４で示す画素に順に露光時間の諧調値Ｎを１だけ増やして照射量を振り分ける。図１３（ｃ）では、ｘ方向に延びるラインパターンをディザリング処理した場合のパターンのエッジ位置（ｙ方向）の変位をシミュレーションした結果を示す。レジストの現像モデルとして閾値ドーズモデルを用いている照射量分布からレジストパターンの寸法を計算している。収差およびレジスト現像プロセスでのビームのボケを半値幅２０ｎｍのガウシアン関数で表現して計算した。ラインパターンのｙ方向の一方の端部の画素を含むディザリング画素グループについて、ディザリング画素グループ内のいずれの画素３６についても階調値補正をしない（ディザリング処理をしない）場合、図１３（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１３（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」がゼロで示される２３９．５ｎｍとなった。一方、当該ディザリング画素グループ内のすべての画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１３（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１３（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が４で示される約２３９．８４ｎｍとなった。このように、本来、いずれの画素３６も階調値を１ずつしか設定できないので、画素３６毎に照射量を制御しようとすると、２３９．５ｎｍの次は約２３９．８４ｎｍになってしまう。

これに対して、当該ディザリング画素グループ内の１つの画素３６について階調値を１増加した場合、図１３（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１３（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が１で示される約２３９．５７ｎｍとなった。当該ディザリング画素グループ内の２つの画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１３（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１３（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が２で示される約２３９．６７ｎｍとなった。当該ディザリング画素グループ内の３つの画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１３（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１３（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が３で示される約２３９．７４ｎｍとなった。以上の結果から、画素３６毎に照射量を制御しようとする場合に比べて、照射量制御分解能を４倍（＝２^２）に上げることができる。言い換えれば、２×２個の画素３６によってディザリング画素グループを構成する場合、ディザリング処理を行うことで、１／４階調ずつ、照射量（エッジ位置、パターン寸法ＣＤ）を制御できる。これは、階調化照射時間データをｎビットから（ｎ+２）ビットの精度に向上させたことに等しい。

図１４は、実施の形態１におけるディザリング処理による分解能向上の一例を説明するための図である。図１４（ａ）の例では、３×３個の画素３６によってディザリング画素グループを構成して、ｘ方向に延びるラインパターンを描画する場合について説明する。ここではパターン領域内の照射量が一様な値１．００３として、画素毎の照射量誤差ΔＤが０．００３である場合を示している。図１４（ａ）の例ではディザリンググループの境界がラインパターンの境界に一致していない。よってパターン内の画素を含む数に依存してディザリンググループ毎に照射量を振り向ける画素の数が異なっている。パターン領域内にあるディザリンググループｇ１、ｇ３ではグループ内で３画素に０．０１の照射量が振り分けられている。パターン境界をまたぐディザリンググループｇ３、ｇ４では１画素に０．０１の照射量が振り分けられている。図１４（ｂ）はディザリンググループの画素毎のドーズの割り当て方を説明している。ディザリング諧調値ごとに１から９で示す画素にドーズを割り当てる。図１４（ｃ）では、ｘ方向に延びるラインパターンをディザリング処理した場合のパターンエッジ位置（ｙ方向）の変位をシミュレーションした結果を示す。ラインパターンのｙ方向の一方の端部の画素を含むディザリング画素グループについて、ディザリング画素グループ内のいずれの画素３６についても階調値補正をしない（ディザリング処理をしない）場合、図１４（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１４（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」がゼロで示される２３９．５ｎｍとなった。一方、当該ディザリング画素グループ内のすべての画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１４（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１４（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が９で示される約２３９．８５ｎｍとなり、図１３（ｃ）で示した場合とほぼ同じ値にできる。

これに対して、当該ディザリング画素グループ内の１つの画素３６について階調値を１増加した場合、図１４（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１４（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が１で示される約２３９．５２ｎｍとなった。当該ディザリング画素グループ内の２つの画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１４（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１４（ｂ）の横軸「ディザリング階調値」が２で示される約２３９．５７ｎｍとなった。当該ディザリング画素グループ内の３つの画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１４（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１４（ｂ）の横軸「ディザリング階調値」が３で示される約２３９．６１ｎｍとなった。当該ディザリング画素グループ内の４つの画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１４（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１４（ｂ）の横軸「ディザリング階調値」が４で示される約２３９．６４ｎｍとなった。当該ディザリング画素グループ内の５つの画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１４（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１４（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が５で示される約２３９．６８ｎｍとなった。当該ディザリング画素グループ内の６つの画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１４（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１４（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が６で示される約２３９．７１ｎｍとなった。当該ディザリング画素グループ内の７つの画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１４（ａ）の例のパターンエッジ位置は、図１４（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が７で示されるパターンエッジ位置が約２３９．７６ｎｍとなった。当該ディザリング画素グループ内の８つの画素３６について階調値を１ずつ増加した場合、図１４（ａ）の例のパターン寸法ＣＤは、図１４（ｃ）の横軸「ディザリング階調値」が８で示されるパターンエッジ位置が約２３９．７９ｎｍとなった。以上の結果から、画素３６毎に照射量を制御しようとする場合に比べて、照射量制御分解能を９倍（≒２^３）に上げることができる。言い換えれば、３×３個の画素３６によってディザリング画素グループを構成する場合、ディザリング処理を行うことで、１／９階調ずつ、照射量（エッジ位置、パターン寸法ＣＤ）を制御できる。これは、階調化照射時間データをｎビットから（ｎ+３）ビットの精度近くに向上させたことに等しい。

そこで、階調値補正部６８は、グループ毎に、照射量誤差の和ΔＤｓｕｍが最小になるように、当該グループ内の少なくとも１つの画素３６の階調値Ｎを１増減する。なお、上述した例では、階調化する際、小数点以下を切り捨てているので、照射量誤差和ΔＤｓｕｍは負になる。言い換えれば、照射量がグループ内で不足していることになる。よって、かかる場合には、当該グループ内の少なくとも１つの画素３６の階調値Ｎを１増加することで調整される。階調化する際、小数点以下を切り上げている場合、当該グループ内の少なくとも１つの画素３６の階調値Ｎを１減少することで調整される。階調化する際、小数点以下を四捨五入する等、切り捨てと切り上げが混在している場合、当該グループ内の少なくとも１つの画素３６の階調値Ｎを１増減することで調整される。例えば、照射量誤差和ΔＤｓｕｍが－０．０２ＡＵ（アドレスユニット）であり、１階調あたり０．１ＡＵの照射量の増減が可能な場合、２×２個の画素３６によるディザリング画素グループでは、０．１／４＝０．０２５ＡＵずつ補正ができる。よって、かかる場合、ディザリング画素グループ内の１つの画素の階調値を１増加することで、当該ディザリング画素グループ内で、照射量誤差和ΔＤｓｕｍが－０．０２＋０．０２５＝０．００５ＡＵに低減できる。例えば、２×２個の画素３６の階調値Ｎが、５００，５００，５００，５００であった場合、例えば、５００，５０１，５００，５００と補正することで、当該ディザリング画素グループ内の照射量誤差和ΔＤｓｕｍを低減できる。

対象となるストライプ領域３２内のすべてのディザリング画素グループについて、階調化及びディザリング処理工程（Ｓ１１４）を繰り返す。以上のように、ディザリング画素グループ単位で照射量制御を行うことで、画素３６単位で照射量制御を行う場合に比べて、階調化誤差を低減できる。なお、階調値Ｎを１増減する画素３６をディザリング画素グループ内のどの画素にするかについては、グループ内のすべての画素３６について、対応画素３６を照射するビームを成形する穴２２のサイズａがいずれも設計サイズａ_０であれば、どの画素を選択しても良い。サイズａに分布があれば、照射量に与える影響が画素によって異なるので分布に応じて最適な画素の組を選択すればよい。

また、描画領域（ここでは、対象となるストライプ領域３２）内のすべての画素３６について、パターンの配置有無にかかわらず、上述したディザリング処理による階調値補正を行うことで、すべての画素３６について階調化に伴う照射量誤差を低減できる。

描画工程（Ｓ１４０）として、描画機構１５０は、グループ毎に階調化に伴う照射量誤差（ここでは、照射量誤差和ΔＤｓｕｍ）が補正された各画素３６の階調値Ｎに基づいて、マルチビーム２０を用いて、試料１０１にパターンを描画する。具体的な描画処理の進め方は、上述した通りである。描画する際には、ショット順に画素を移動しながらマルチビーム２０が照射されるので、隣り合う画素３６が必ずしも連続して露光される訳ではないことは上述した通りである。

ｍ番目のストライプ領域３２の描画工程（Ｓ１４０）と並行して、（ｍ＋１）番目のストライプ領域３２のデータ処理（Ｓ１０２～Ｓ１１４）を実施することで、順次、描画処理を進めていく。

以上のように、実施の形態１によれば、マルチビーム描画において照射時間ｔの階調化誤差を補正できる。よって、階調化誤差に起因するパターンの線幅寸法ＣＤの寸法ずれを補正できる。よって、高精度な描画を行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、マルチビーム２０の各ビームの照射位置が設計位置からずれている場合に、さらに、照射位置補正を行う構成について説明する。

図１５は、実施の形態２における描画装置の構成を示す概念図である。図１５において、制御計算機１１０内に、さらに、照射量振分部７６を追加した点以外は、図１と同様である。

ラスタライズ部５０、照射量Ｄ演算部５２、割当部５４、設定部５６、照射時間ｔ演算部５８、選択部６０、階調値演算部６２、照射量誤差ΔＤ演算部６４、照射量誤差和ΔＤｓｕｍ演算部６６、階調値補正部６８、描画制御部７２、及び照射量振分部７６といった各「～部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、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、半導体装置を含む。各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。ラスタライズ部５０、照射量Ｄ演算部５２、割当部５４、設定部５６、照射時間ｔ演算部５８、選択部６０、階調値演算部６２、照射量誤差ΔＤ演算部６４、照射量誤差和ΔＤｓｕｍ演算部６６、階調値補正部６８、描画制御部７２、及び照射量振分部７６に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１２にその都度格納される。

図１６は、実施の形態２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、画素－ビーム対決定工程（Ｓ１０６）の前に、ビーム位置ずれ量取得工程（Ｓ１０３）が追加された点、ビームへの照射量割当工程（Ｓ１０８）と画素毎（ビーム毎）照射時間演算工程（Ｓ１１０）の間に、位置ずれ分の照射量振り分け工程（Ｓ１０９）が追加された点、以外は、図９と同様である。以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態１と同様である。

成形アパーチャサイズ測定工程（Ｓ１０１）と、ラスタライズ処理工程（Ｓ１０２）との内容は、実施の形態１と同様である。

ビーム位置ずれ量取得工程（Ｓ１０３）として、描画処理を実施する前に、予め、試料１０１面上にマルチビームを照射した際の各画素におけるビームの位置ずれ量を測定する。図示しないレジストが塗布された測定用基板をＸＹステージ１０５上に配置して、マルチビーム２０を照射して、その照射位置を測定すればよい。例えば、描画シーケンスに沿って、１画素ずつ、或いは、測定上問題とならない程度に互いに離れた複数画素ずつ描画して、測定用基板上の画素のビーム照射位置を例えば位置計測装置を用いて測定すればよい。設計位置と測定位置との差を求めれば、画素毎の位置ずれ量を測定できる。かかる動作を繰り返し、すべての画素についてビームの位置ずれ量を測定する。得られた位置ずれデータは、外部から入力され、記憶装置１４２に格納される。

画素毎の照射量演算工程（Ｓ１０４）と、画素－ビーム対決定工程（Ｓ１０６）と、ビームへの照射量割当工程（Ｓ１０８）との内容は、実施の形態１と同様である。

位置ずれ分の照射量振り分け工程（Ｓ１０９）として、照射量振分部７６（振り分け部）は、画素３６毎に、当該画素３６へのビーム照射を担当する担当ビームの位置ずれ量に応じて周辺画素へと当該画素３６の照射量の少なくとも一部を振り分ける。

図１７は、実施の形態２における位置ずれ補正方法の一例を説明するための図である。図１７（ａ）の例では、座標（ｘ，ｙ）の画素３６に照射されたビームａ’が＋ｘ，＋ｙ側に位置ずれを起こした場合を示している。かかる位置ずれが生じているビームａ’によって形成されるパターンの位置ずれを図１７（ｂ）のように座標（ｘ，ｙ）の画素に合う位置に補正するには、ずれた分の照射量を、ずれた周囲の画素の方向とは反対側の画素に分配することで補正できる。図１７（ａ）の例では、座標（ｘ，ｙ＋１）の画素にずれた分の照射量は、座標（ｘ，ｙ－１）の画素に分配されればよい。座標（ｘ＋１，ｙ）の画素にずれた分の照射量は、座標（ｘ－１，ｙ）の画素に分配されればよい。座標（ｘ＋１，ｙ＋１）の画素にずれた分の照射量は、座標（ｘ－１，ｙ－１）の画素に分配されればよい。そのため、照射量振分部７６は、まず、ビームの位置ずれ量に比例して周囲の少なくとも１つの画素用のビームに照射量を分配する分配量（ビームの変調率）を演算する。

照射量振分部７６は、当該画素へのビームの位置ずれによるずれた面積の比率に応じて、当該画素へのビームの変調率と当該画素の周囲の少なくとも１つの画素へのビームの変調率とを演算する。具体的には、ビームがずれて、ビームの一部が重なった周囲の画素毎に、ずれた分の面積（重なったビーム部分の面積）をビーム面積で割った割合を、重なった画素とは反対側に位置する画素への分配量（振り分け照射量）として演算する。

図１７（ａ）の例において、座標（ｘ，ｙ＋１）の画素へとずれた面積比は、（ｘ方向ビームサイズ－ｘ方向ずれ量）×ｙ方向ずれ量／（ｘ方向ビームサイズ×ｙ方向ビームサイズ）で演算できる。よって、補正のために座標（ｘ，ｙ－１）の画素へと分配するための分配量（振り分け照射量）Ａは、（ｘ方向ビームサイズ－ｘ方向ずれ量）×ｙ方向ずれ量／（ｘ方向ビームサイズ×ｙ方向ビームサイズ）×Ｄ（ｘ，ｙ）で演算できる。

図１７（ａ）の例において、座標（ｘ＋１，ｙ＋１）の画素へとずれた面積比は、ｘ方向ずれ量×ｙ方向ずれ量／（ｘ方向ビームサイズ×ｙ方向ビームサイズ）で演算できる。よって、補正のために座標（ｘ－１，ｙ－１）の画素へと分配するための分配量（振り分け照射量）Ｂは、ｘ方向ずれ量×ｙ方向ずれ量／（ｘ方向ビームサイズ×ｙ方向ビームサイズ）×Ｄ（ｘ，ｙ）で演算できる。

図１７（ａ）の例において、座標（ｘ＋１，ｙ）の画素へとずれた面積比は、ｘ方向ずれ量×（ｙ方向ビームサイズ－ｙ方向ずれ量）／（ｘ方向ビームサイズ×ｙ方向ビームサイズ）で演算できる。よって、補正のために座標（ｘ－１，ｙ－１）の画素へと分配するための分配量（振り分け照射量）Ｃは、ｘ方向ずれ量×（ｙ方向ビームサイズ－ｙ方向ずれ量）／（ｘ方向ビームサイズ×ｙ方向ビームサイズ）×Ｄ（ｘ，ｙ）で演算できる。

その結果、分配されずに残った分となる、座標（ｘ，ｙ）の画素の新たな照射量Ｄ’は、元々のＤ（ｘ，ｙ）－Ａ－Ｂ－Ｃで演算できる。

次に、照射量振分部７６は、演算された各振り分け照射量を対応する周囲の画素へと振り分ける。

画素毎（ビーム毎）照射時間演算工程（Ｓ１１０）において、照射時間ｔ演算部５８は、照射量の少なくとも一部が振り分けられたことによって補正された各画素３６の照射量Ｄ’を用いて、画素３６毎に照射時間ｔを演算する。その他の内容は、実施の形態１と同様である。

ディザリング画素グループ（ビームグループ）設定工程（Ｓ１１２）以降の各工程の内容は、実施の形態１と同様である。

図１８は、実施の形態２におけるビームの位置ずれ補正の有無によるパターン形状の一例とパターンエッジ位置の一例とを示す図である。ｘ方向へと延びる40 nm幅のラインパターンを設定している。図１８（ａ）では、ビームの位置ずれ補正を行わない場合に形成される、照射量分布の様子をシミュレーションした結果を示す。これに対して、図１８（ｂ）では、ビームの位置ずれ補正を行った場合に形成される、照射量分布様子をシミュレーションした結果を示す。図１８（ｃ）では、かかるラインパターンのｙ方向の一方のエッジ位置の変化をシミュレーションした結果を示す。図１８（ａ）および（ｂ）の照射量分布を半値幅２０ｎｍのガウシアンで畳み込み積分した分布の等高線からレジストの現像後に形成されるパターンの端の位置を計算している。ビームの位置ずれ補正を行わない場合、図１８（ａ）、及び図１８（ｃ）のグラフＢに示すように、ラインパターンのｙ方向の一方のエッジ位置が大きくずれてしまう。これに対して、ビームの位置ずれ補正を行う場合、図１８（ｂ）、及び図１８（ｃ）のグラフＡに示すように、ラインパターンのｙ方向の一方のエッジ位置のずれが補正される。

以上のように、実施の形態２によれば、マルチビーム描画において照射時間ｔの階調化誤差の他に、描画機構１５０に生じているマルチビーム２０の照射位置の位置ずれを補正できる。よって、さらに、高精度な描画を行うことができる。

上述した各実施の形態では、多重描画を行わない場合、或いは、多重描画を行う場合であっても多重描画の同一パス（描画処理）内でディザリング処理による階調化補正を完結してしまう場合について説明した。但し、これに限るものではなく、多重描画の複数のパス間に跨って階調化補正を行っても良い。

図１９は、実施の形態１，２における多重描画を行う場合のディザリング処理による階調化補正を行う場合の一例を示す図である。図１９の例では、多重度４（４パス）の多重描画を行う場合を示している。図１９（ａ）では、ディザリング処理による階調化補正を行わない多重描画の一般的な各パスにおけるディザリング画素グループを構成する画素（１）～（４）で示す２×２個の画素３６の階調値の一例を示している。図１９（ａ）の例では、１～４パス目のいずれも、２×２個の画素３６の階調値が、すべて「７」である場合を示している。図１９（ａ）の例に示す多重描画に対して、実施の形態１或いは実施の形態２の手法を適用する場合、図１９（ｂ）に示すように、４パスのうち、１パス目だけにディザリング処理による階調化補正を行ってもよい。図１９（ｂ）では、１パス目の画素（１）と画素（３）について、階調値を１だけ大きくすることで、ディザリング処理による階調化補正を行っている。或いは、図１９（ｃ）に示すように、４パスのうち、複数のパス間でディザリング処理による階調化補正を分担して行ってもよい。図１９（ｃ）では、１パス目の画素（１）について、階調値を１だけ大きくし、２パス目の画素（３）について、階調値を１だけ大きくすることで、結果的に、図１９（ｂ）と同じディザリング処理による階調化補正を行っている。このように、多重描画を行う場合に、複数のパスによって階調化補正を分担しながらディザリング処理による階調化補正を行ってもよい。

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、上述した例では、各制御回路４１の制御用に１０ビットの制御信号が入力される場合を示したが、ビット数は、適宜設定すればよい。例えば、２ビット、或いは３ビット～９ビットの制御信号を用いてもよい。なお、１１ビット以上の制御信号を用いてもよい。
また、上述した例ではディザリンググループの階層を１としたが、複数のディザリンググループをサブグループとして２階層にしてもよい。グループ毎のディザリング後の照射量和誤差に応じてサブグループの一部に照射量を振り分けることで照射量和の誤差をさらに低減することができる。

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マルチ荷電粒子ビームのブランキング装置、マルチ荷電粒子ビーム描画装置、及びマルチ荷電粒子ビームの不良ビーム遮蔽方法は、本発明の範囲に包含される。

２０ マルチビーム
２２ 穴
２４ 制御電極
２５ 通過孔
２６ 対向電極
２８ 画素
２９ グリッド
３０ 描画領域
３２ ストライプ領域
３１ 基板
３３ 支持台
３４ 照射領域
３６ 画素
４１ 制御回路
４６ アンプ
４７ 個別ブランキング機構
５０ ラスタライズ部
５２ 照射量演算部
５４ 割当部
５６ 設定部
５８ 照射時間演算部
６０ 選択部
６２ 階調値演算部
６５ 照射量誤差演算部
６６ 照射量誤差和演算部
６８ 階調値補正部
７２ 描画制御部
７６ 照射量振分部
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
１１２ メモリ
１３０ 偏向制御回路
１３２，１３４ ＤＡＣアンプユニット
１３９ ステージ位置検出器
１４０，１４２ 記憶装置
１５０ 描画機構
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０４ ブランキングアパーチャアレイ機構
２０５ 縮小レンズ
２０６ 制限アパーチャ基板
２０７ 対物レンズ
２０８，２０９ 偏向器
２１０ ミラー
３３０ メンブレン領域
３３２ 外周領域

Claims (5)

1. 試料の描画領域が分割された、マルチ荷電粒子ビームの１つのビームあたりの照射単位領域となる複数の画素における画素毎に、当該画素へのビームの照射時間を演算する照射時間演算部と、
   前記画素毎に、前記照射時間を量子化単位で除することによって階調化した階調値を演算する階調値演算部と、
   予め設定される隣接する画素群により構成されるグループ毎に、当該グループ内の画素群に生じる照射時間の階調化に伴う、前記階調値に前記量子化単位を乗じた値から前記照射時間を差し引いた値に電流密度を乗じた照射量誤差を当該グループ内の少なくとも１つの画素の階調値を１ずつ増減することによって補正する階調値補正部と、
   前記グループ毎に前記階調化に伴う前記照射量誤差が補正された各画素の階調値に基づいて、前記マルチ荷電粒子ビームを用いて、前記試料にパターンを描画する描画機構と、
   を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記グループ毎に、当該グループ内の画素毎の前記階調値と前記照射時間とを用いて当該グループ内の画素毎の照射量誤差を演算する照射量誤差演算部をさらに備え、
   前記階調値補正部は、前記グループ毎に、前記画素毎の前記照射量誤差に基づいて、当該グループ内の少なくとも１つの画素の階調値を１増減することを特徴とする請求項１記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記グループ毎に、当該グループ内の各画素の照射量誤差の和を演算する照射量誤差和演算部をさらに備え、
   前記階調値補正部は、前記グループ毎に、前記照射量誤差の和が最小になるように、当該グループ内の少なくとも１つの画素の階調値を１増減することを特徴とする請求項２記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
4. 前記画素毎に、当該画素へのビーム照射を担当する担当ビームの位置ずれ量に応じて周辺画素へと当該画素の照射量の少なくとも一部を振り分ける振り分け部をさらに備え、
   前記照射時間演算部は、前記照射量の少なくとも一部が振り分けられたことによって補正された各画素の照射量を用いて、前記画素毎に前記照射時間を演算することを特徴とする請求項１～３いずれか記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
5. 試料の描画領域が分割された、マルチ荷電粒子ビームの１つのビームあたりの照射単位領域となる複数の画素における画素毎に、当該画素へのビームの照射時間を演算する工程と、
   前記画素毎に、前記照射時間を量子化単位で除することによって階調化した階調値を演算する工程と、
   予め設定される隣接する画素群により構成されるグループ毎に、当該グループ内の画素群に生じる照射時間の階調化に伴う、前記階調値に前記量子化単位を乗じた値から前記照射時間を差し引いた値に電流密度を乗じた照射量誤差を当該グループ内の少なくとも１つの画素の階調値を１ずつ増減することによって補正する工程と、
   前記グループ毎に前記階調化に伴う前記照射量誤差が補正された各画素の階調値に基づいて、前記マルチ荷電粒子ビームを用いて、前記試料にパターンを描画する工程と、
   を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画方法。

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