WO2021166595A1 - マルチ荷電粒子ビーム描画方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

マルチ荷電粒子ビーム描画方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置 Download PDF

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particle beam
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翼 七尾
修 飯塚
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株式会社ニューフレアテクノロジー
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Definitions

  • the present invention relates to a multi-charged particle beam drawing method and a multi-charged particle beam drawing device.
  • a drawing device using a multi-beam can irradiate a large number of beams at one time as compared with the case of drawing with a single electron beam, so that the throughput can be greatly improved.
  • a multi-beam drawing device using a blanking aperture array which is a form of a multi-beam drawing device, for example, an electron beam emitted from one electron gun is converted into a molded aperture array having a plurality of openings. Through it, a multi-beam (multiple electron beams) is formed. The multi-beam passes through the corresponding blankers (electrode pairs) of the blanking aperture array.
  • the blanker has a pair of electrodes for individually deflecting the beam, and an opening for passing the beam is formed between the pair of electrodes.
  • the drawing operation is temporarily interrupted in a certain drawing unit, the mark on the stage is irradiated while shifting the multi-beam (scan), the reflected electron signal from the mark is detected, and the mark position is calculated from the detection result. Then, the beam drift amount (shift amount of the entire beam) was obtained, and the drift correction was performed.
  • phase shift method As one of the methods for improving the resolution in photolithography. Since the phase shift mask requires two layers of a light-shielding pattern layer and a halftone pattern layer, alignment accuracy when superimposing these patterns is important. For example, a cross mark pattern for alignment is created when the pattern of the first layer is formed. Then, the cross mark is scanned with a multi-beam to detect the reflected electron signal, the position of the cross mark is calculated from the detection result, and the drawing position of the pattern on the second layer is adjusted.
  • the mark provided on the stage or the substrate is scanned by the multi-beam to measure the position of the mark.
  • the current density of one beam is low, so multiple beams in a specific area are turned on, and they are treated together like a single beam to scan the mark. ..
  • An object of the present invention is to provide a multi-charged particle beam drawing method and a multi-charged particle beam drawing apparatus capable of accurately measuring a mark position with a multi-beam.
  • a multi-beam in which charged particle beams are arranged at a predetermined pitch is formed, and on-beam regions in which a part of the multi-beams are turned on are sequentially switched.
  • the mark provided at a predetermined position and wider than the predetermined pitch is irradiated with the beam in the on-beam region, and the reflected charged particle signal from the mark is detected.
  • the position of the mark is calculated, and the irradiation position of the multi-beam is adjusted based on the calculated position of the mark to draw a pattern.
  • the multi-charged particle beam drawing apparatus includes an aperture array substrate that forms a multi-beam in which charged particle beams are arranged at a predetermined pitch, a stage on which a drawing target to be irradiated with the multi-beam is placed, and a stage.
  • a control unit that shifts the irradiation position of the charged particle beam by sequentially switching the on-beam region in which the beam of a part of the multi-beam is turned on is provided on the stage or the drawing target. It includes a mark having a width wider than a predetermined pitch, and a mark position calculation unit that calculates the position of the mark based on a reflected electron signal detected by irradiating the mark with a beam in the on-beam region.
  • the mark position can be accurately measured by the multi-beam.
  • FIG. 10a and 10b are diagrams for explaining the scanning method
  • FIG. 10c is a graph showing the detection result of the reflected electron signal. It is a graph which shows the combination of the detection result of the reflected electron signal.
  • 12a and 12b are diagrams for explaining the center of gravity of the on-beam region. It is a figure explaining the deflection scan.
  • the charged particle beam is not limited to the electron beam, and may be an ion beam or the like.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a drawing device according to the present embodiment.
  • the drawing apparatus includes a drawing unit 1 and a control unit 100.
  • the drawing device is an example of a multi-charged particle beam drawing device.
  • the drawing unit 1 includes a lens barrel 2 and a drawing chamber 20.
  • An electron gun 4, an illumination lens 6, a molded aperture array substrate 8, a blanking plate 10, a reduction lens 12, a limiting aperture member 14, an objective lens 15, a deflector 17, and the like are arranged in the lens barrel 2.
  • the XY stage 22 and the detector 26 are arranged in the drawing room 20.
  • a substrate 70 to be drawn is arranged on the XY stage 22.
  • the height of the substrate 70 can be adjusted by a Z stage (not shown).
  • the substrate 70 is, for example, a mask blank or a semiconductor substrate (silicon wafer).
  • a mirror 24 for measuring the position of the XY stage 22 is arranged on the XY stage 22. Further, a mark substrate 28 on which a mark M (see FIG. 4) for beam calibration is formed is provided on the XY stage 22.
  • the mark M is made of metal and has, for example, a cross shape so that the position can be easily detected by scanning with an electron beam.
  • the detector 26 detects the reflected electron signal from the mark M when scanning the cross of the mark M with the electron beam.
  • a mark 40 for beam position detection is arranged at a position different from the position on which the substrate 70 is placed.
  • the mark 40 is, for example, a transmissive mark, and a current detector 50 is provided below the mark 40.
  • the height of the mark 40 can be adjusted by an adjustment mechanism (not shown).
  • the mark 40 limits the passage of only one electron beam.
  • the mark 40 has, for example, a circular planar shape, and a through hole through which one beam passes is formed along the central axis.
  • the electron beam that has passed through the through hole of the mark 40 is incident on the current detector 50, and the beam current is detected.
  • the current detector 50 for example, an SSD (semiconductor detector (solid-state detector)) can be used. The detection result by the current detector 50 is notified to the control computer 110.
  • the control unit 100 includes a control computer 110, a deflection control circuit 130, a digital-to-analog conversion (DAC) amplifier 131, a detection amplifier 134, a stage position detector 135, and a storage device 140.
  • the storage device 140 is a magnetic disk device or the like, and drawing data is input and stored from the outside.
  • the DAC amplifier 131 is connected to the deflection control circuit 130.
  • the DAC amplifier 131 is connected to the deflector 17.
  • the control computer 110 includes a drawing data processing unit 111, a drawing control unit 112, a mark position calculation unit 113, a correction unit 114, a beam position calculation unit 115, and a center of gravity position calculation unit 116.
  • the functions of each part of the control computer 110 may be realized by hardware or software.
  • a program that realizes at least a part of the functions of the control computer 110 may be stored in a recording medium, read by a computer including a CPU, and executed.
  • the recording medium is not limited to a removable one such as a magnetic disk or an optical disk, and may be a fixed recording medium such as a hard disk device or a memory.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the configuration of the molded aperture array substrate 8. As shown in FIG. 2, in the molded aperture array substrate 8, openings 80 of vertical (y direction) m rows ⁇ horizontal (x directions) n rows (m, n ⁇ 2) are formed in a matrix at a predetermined arrangement pitch. It is formed.
  • the electron beam 30 emitted from the electron gun 4 illuminates the molded aperture array substrate 8 substantially vertically by the illumination lens 6.
  • the electron beam 30 illuminates the region of the molded aperture array substrate 8 including the opening 80.
  • multi-beams 30a to 30e having a predetermined pitch and size are formed as shown in FIG.
  • a multi-beam may be formed by using a photocathode.
  • the blanking plate 10 is formed with passing holes (openings) through which each beam of the multi-beam passes at a position corresponding to each opening 80 of the molded aperture array substrate 8 shown in FIG.
  • An electrode for blanking deflection (blanker: blanking deflector) for deflecting the beam is arranged in the vicinity of each passage hole.
  • the multi-beams 30a to 30e passing through each through hole are independently deflected by the voltage applied from the blanker. Blanking control is performed by this deflection. In this way, the plurality of blankers perform blanking deflection of the corresponding beam among the multi-beams that have passed through the plurality of openings 80 of the molded aperture array substrate 8.
  • the multi-beams 30a to 30e that have passed through the blanking plate 10 are reduced in their respective beam sizes and arrangement pitches by the reduction lens 12, and proceed toward the opening formed in the central portion of the limiting aperture member 14.
  • the orbit of the electron beam deflected by the blanker of the blanking plate 10 is displaced, the position is displaced from the central opening of the limiting aperture member 14, and the electron beam is shielded by the limiting aperture member 14.
  • the electron beam not deflected by the blanker of the blanking plate 10 passes through the central opening of the limiting aperture member 14.
  • the focus of the multi-beams 30a to 30e that have passed through the limiting aperture member 14 is adjusted by the objective lens 15, and a pattern image having a desired reduction ratio is obtained on the substrate 70.
  • An electrostatic lens can be used as the objective lens 15.
  • the deflector 17 deflects the entire multi-beam that has passed through the limiting aperture member 14 in the same direction, and irradiates the drawing position (irradiation position) on the substrate 70.
  • the beam drawing position (irradiation position) is tracked and controlled by the deflector 17 so as to follow the movement of the XY stage 22.
  • the position of the XY stage 22 is measured by irradiating a laser from the stage position detector 135 toward the mirror 24 on the XY stage 22 and using the reflected light.
  • the multi-beams irradiated at one time are arranged at a pitch obtained by multiplying the arrangement pitch of the plurality of openings 80 of the molded aperture array substrate 8 by the desired reduction ratio described above.
  • This drawing device performs a drawing operation by a raster scan method in which shot beams are continuously irradiated in order, and when drawing a desired pattern, the required beam is controlled to be turned on by blanking control according to the pattern. NS.
  • the drawing data processing unit 111 of the control computer 110 reads the drawing data from the storage device 140, performs data conversion in a plurality of stages, and generates shot data.
  • shot data for example, the presence / absence of irradiation to each irradiation region obtained by dividing the drawing surface of the substrate 70 into a plurality of irradiation regions in a grid pattern according to the beam size, the irradiation time, and the like are defined.
  • the drawing control unit 112 outputs a control signal to the deflection control circuit 130 based on the shot data and the stage position information.
  • the deflection control circuit 130 controls the applied voltage of each blanker of the blanking plate 10 based on the control signal. Further, the deflection control circuit 130 calculates the deflection amount data so that the beam is irradiated to a desired position on the substrate 70, and outputs the deflection amount data to the DAC amplifier 131.
  • the DAC amplifier 131 converts a digital signal into an analog signal, amplifies it, and applies it to the deflector 17 as a deflection voltage. The deflector 17 deflects the multi-beam according to the applied deflection voltage.
  • drift correction In the drawing device, beam drift may occur due to the influence of contamination, etc., and the beam irradiation position may shift. Therefore, it is necessary to temporarily suspend the pattern drawing process at a predetermined timing, scan the mark M with a multi-beam, measure the mark position, and adjust the irradiation position (drift correction).
  • drift correction A drawing method including drift correction will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
  • the substrate 70 is irradiated with a multi-beam and a pattern is drawn (step S1).
  • step S2_Yes the pattern drawing is temporarily suspended, and the mark M is scanned with a multi-beam (on-beam) in which only a part of the beams is turned on (step S3).
  • the scanning direction is preferably perpendicular to the edge E of the mark M (see FIG. 4a), but a vertical component may be present.
  • the multi-beam is not deflected by the deflector 17 to scan the mark M as shown in FIG. 13, but the mark M is pseudo-scanned by switching (shifting) the beam-on area.
  • scanning the mark M by deflecting the multi-beam (on-beam) with the deflector 17 is also referred to as “deflection scan”, and scanning the mark M in a pseudo manner by switching the beam-on area is also referred to as “switch scan”. ..
  • FIGS. 4a to 4d and 5a to 5c An example of the switch scan is shown in FIGS. 4a to 4d and 5a to 5c.
  • the beam of a part of the multi-beams in the region BG1 is turned on, and the beams in the other regions are turned off.
  • the detector 26 detects the reflected electron signal from the mark M.
  • the width of the mark M is smaller than the overall size of the multi-beam and larger than the pitch of the multi-beam on the substrate.
  • the on-beam region includes a plurality of individual beams arranged along a direction (mark edge extending direction) perpendicular to the mark edge E in the width direction WD of the mark M and parallel to the mark edge E in the width direction WD.
  • the region where the beam is turned on is shifted by one column to the right, and the beam in the region BG2 is turned on.
  • the detector 26 detects the reflected electron signal from the mark M.
  • the regions to be beam-on are shifted one column to the right, and the beams of regions BG3, BG4, BG5, BG6, and BG7 are turned on in order.
  • the detector 26 detects the reflected electron signal from the mark M.
  • the detection result of the reflected electron signal by the detector 26 is as shown in FIG.
  • the mark position calculation unit 113 calculates the mark position from the detection result of the reflected electron signal by the detector 26, and based on the calculated mark position and the stage position information detected by the stage position detector 135, the mark position The deviation is measured (step S4).
  • the correction unit 114 calculates a correction amount (deflection correction amount) for correcting (calibrating) the deviation of the mark position with the deflector 17 (step S5).
  • the calculated correction amount is stored in a storage device (not shown).
  • the irradiation position adjustment such as drift correction can be performed by deflecting the irradiation position (deflection position) of the multi-beam to a position shifted by the correction amount.
  • the mark M is pseudo-scanned by switching the on-beam region, the occurrence of deflection distortion can be prevented and the mark position can be measured accurately. As a result, the positional deviation due to beam drift can be corrected with high accuracy.
  • a substrate 70 in which a halftone film, a light-shielding film, and a resist film are laminated in this order on a glass substrate is prepared.
  • a halftone film for example, a MoSi film can be used.
  • a Cr film can be used.
  • the first layer drawing step (step S11) the main pattern of the first layer, which is the actual pattern, is drawn in the central portion of the substrate 70. Then, a cross-shaped mark pattern is drawn in the mark area around the main pattern of the first layer.
  • the substrate 70 on which the first layer pattern and the mark pattern are drawn is developed and etched (step S12).
  • the resist in the beam irradiation region is removed and a resist pattern is formed.
  • the exposed light-shielding film and halftone film are removed by etching.
  • the resist film is removed by ashing or the like to form the main pattern of the first layer and the marks around it on the substrate 70.
  • the substrate 70 on which the resist film is further formed is carried into the drawing chamber 20.
  • the mark M is switch-scanned and the mark position is calculated (steps S13 and S14).
  • Alignment calculation is performed based on the calculated mark position, and the main pattern of the second layer is drawn at the aligned position on the substrate 70 (step S15).
  • the substrate 70 on which the second layer pattern is drawn is developed and etched to form the second layer pattern (step S16). In this way, the phase shift mask can be manufactured.
  • Such a switch scan can be used not only for the drift correction and the alignment of the phase shift mask described above, but also for the drawing position adjustment for avoiding the dust defect portion of the EUV mask, and the phase defect of the pattern at the time of EUV exposure. Etc. can be reduced.
  • a switch scan and a deflection scan with a small amount of deflection that causes almost no deflection distortion may be combined.
  • the beam in the region BG1 is turned on and the mark M is subjected to a deflection scan in a narrow range.
  • the deflection amount of the deflection scan is, for example, equal to or less than the width of the mark M.
  • the detector 26 detects the reflected electron signal from the mark M. The detection result is as shown in FIG. 8c.
  • the mark M is deflected and scanned in a narrow range with the beam of the region BG2.
  • the detector 26 detects the reflected electron signal from the mark M. The detection result is as shown in FIG. 9c.
  • the on-beam area is switched in order, and each time the on-beam area is switched, the mark M is deflected and scanned in a narrow range.
  • 10a and 10b show an example in which the beam of the region BG6 is turned on and the mark M is deflected and scanned in a narrow range.
  • the detection result of the reflected electron signal is as shown in FIG. 10c.
  • the on-beam region shift direction due to the switching of the on-beam region and the on-beam deflection direction due to the deflection scan are both parallel to the width direction of the mark M.
  • the profile as shown in FIG. 11 can be obtained.
  • the mark position can be calculated from this profile.
  • the shape (beam shape) of the entire image of the multi-beam irradiated on the substrate is ideally rectangular (for example, a square), but the beam shape may change due to various factors.
  • the beam shape may be distorted as shown in FIGS. 12a and 12b. In such a case, it is preferable to obtain the position of the center of gravity of the on-beam region from the position of the individual beam and calculate the mark position in consideration of the position of the center of gravity.
  • the position of the individual beam is calculated as follows. First, the mark 40 is subjected to a deflection scan with a multi-beam. As a result, the beams pass through the through holes formed in the mark 40 one by one in order.
  • the current detector 50 sequentially detects the beam currents of the individual beams that have passed through the mark 40.
  • the beam position calculation unit 115 calculates the position of each individual beam from the beam current detection result.
  • the center of gravity position calculation unit 116 calculates the position of the center of gravity of the on-beam region based on the positions of a plurality of individual beams included in the on-beam region. For example, as shown in FIGS. 12a and 12b, the position of the center of gravity of the on-beam of the region BG1 (X1, Y1) and the position of the center of gravity of the on-beam of the region BG4 (X4, Y4) are calculated.

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Abstract

マルチビームでマーク位置を精度良く測定する。マルチ荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームが所定ピッチで配置されるマルチビーム（３０ａ～３０ｅ）を形成し、前記マルチビーム（３０ａ～３０ｅ）のうち一部の領域のビームをオンにしたオンビーム領域を順次切り替えることで、前記荷電粒子ビームの照射位置をシフトさせながら、所定位置に設けられ、前記所定ピッチより幅が広いマーク（Ｍ）に前記オンビーム領域のビームを照射し、前記マーク（Ｍ）からの反射荷電粒子信号を検出して、前記マーク（Ｍ）の位置を算出し、算出された前記マーク（Ｍ）の位置に基づいて前記マルチビームの照射位置を調整してパターンを描画するものである。

Description

マルチ荷電粒子ビーム描画方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置
　本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置に関する。
　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。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターンをウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンの作製には、電子ビーム描画装置によってレジストを露光してパターンを形成する、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。
　マルチビームを使った描画装置は、１本の電子ビームで描画する場合に比べて、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。マルチビーム描画装置の一形態であるブランキングアパーチャアレイ（ブランキングプレート）を使ったマルチビーム描画装置では、例えば、１つの電子銃から放出された電子ビームを複数の開口を持った成形アパーチャアレイに通してマルチビーム（複数の電子ビーム）を形成する。マルチビームは、ブランキングアパーチャアレイのそれぞれ対応するブランカ（電極対）内を通過する。ブランカは、ビームを個別に偏向するための電極対を有し、電極対の間にビーム通過用の開口が形成されている。ブランカの一方の電極をグラウンド電位で固定し、他方の電極をグラウンド電位とそれ以外の電位とに切り替えることにより、通過する電子ビームのブランキング偏向を行う。ブランカによって偏向された電子ビームは遮蔽されてオフとなり、偏向されなかった電子ビームはオンビームとしてステージ上の基板に照射される。
　マルチビーム描画では、描画動作をある描画単位で一時中断し、ステージ上のマークにマルチビームをシフトしながら照射し（スキャン）、マークからの反射電子信号を検出し、検出結果からマーク位置を算出してビームドリフト量（ビーム全体のシフト量）を求め、ドリフト補正を行っていた。
　フォトリソグラフィにおける解像度を向上させる手法の１つとして、位相シフト法がある。位相シフトマスクは、遮光パターンの層とハーフトーンパターンの層との２層のパターンが必要であるため、これらのパターンを重ねる際の位置合わせ（アライメント）精度が重要となる。例えば、アライメント用の十字マークのパターンを１層目のパターン形成時に作成する。そして、十字マークをマルチビームでスキャンして反射電子信号を検出し、検出結果から十字マークの位置を算出し、２層目のパターンの描画位置を調整する。
　このようにマルチビーム描画では、ステージ上又は基板上に設けられたマークをマルチビームでスキャンし、マークの位置測定を行っている。マルチビームでマークの位置測定を行う場合、ビーム１本の電流密度が低いため、特定の領域の複数本のビームをオンにし、それらをまとめて１本のビームのように扱ってマークをスキャンする。このとき、図１３に示すように、ビーム領域ＢＧ１のサイズとマークＭの幅Ｗとを加算した以上の広い範囲をスキャンする必要があった。そのため、偏向器がマルチビームを偏向してスキャンするにあたり、偏向歪が生じたり、ビームが偏向器に近付いてドリフトが生じたりして、マーク位置を正確に測定することが困難であった。
特開２０１７－２２０６１５号公報 特開２０１７－１０７９５９号公報 特開２０１７－１５１１５５号公報
　本発明は、マルチビームでマーク位置を精度良く測定できるマルチ荷電粒子ビーム描画方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供することを課題とする。
　本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームが所定ピッチで配置されるマルチビームを形成し、前記マルチビームのうち一部の領域のビームをオンにしたオンビーム領域を順次切り替えることで、前記荷電粒子ビームの照射位置をシフトさせながら、所定位置に設けられ、前記所定ピッチより幅が広いマークに前記オンビーム領域のビームを照射し、前記マークからの反射荷電粒子信号を検出して、前記マークの位置を算出し、算出された前記マークの位置に基づいて前記マルチビームの照射位置を調整してパターンを描画するものである。
　本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームが所定ピッチで配置されるマルチビームを形成するアパーチャアレイ基板と、前記マルチビームが照射される描画対象を載置するステージと、前記マルチビームのうち一部の領域のビームをオンにしたオンビーム領域を順次切り替ることで前記荷電粒子ビームの照射位置をシフトさせる制御部と、前記ステージ上または前記描画対象上に設けられ、前記所定ピッチより広い幅を有するマークと、前記マークに前記オンビーム領域のビームを照射して検出された反射電子信号に基づき前記マークの位置を算出するマーク位置算出部と、を備えるものである。
　本発明によれば、マルチビームでマーク位置を精度良く測定できる。
本発明の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 成形アパーチャアレイ基板の平面図である。 同実施形態に係る描画方法を説明するフローチャートである。 図４ａ～図４ｄはスイッチスキャンを説明する図である。 図５ａ～図５ｃはスイッチスキャンを説明する図である。 反射電子信号の検出結果を示すグラフである。 別の実施形態に係る描画方法を説明するフローチャートである。 図８ａ，図８ｂはスキャン方法を説明する図であり、図８ｃは反射電子信号の検出結果を示すグラフである。 図９ａ，図９ｂはスキャン方法を説明する図であり、図９ｃは反射電子信号の検出結果を示すグラフである。 図１０ａ，図１０ｂはスキャン方法を説明する図であり、図１０ｃは反射電子信号の検出結果を示すグラフである。 反射電子信号の検出結果の組み合わせを示すグラフである。 図１２ａ，図１２ｂはオンビーム領域の重心を説明する図である。 偏向スキャンを説明する図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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なく、イオンビーム等でもよい。
　図１は、本実施形態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、描画装置は、描画部１と制御部１００を備えている。描画装置は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置の一例である。描画部１は、鏡筒２と描画室２０を備えている。鏡筒２内には、電子銃４、照明レンズ６、成形アパーチャアレイ基板８、ブランキングプレート１０、縮小レンズ１２、制限アパーチャ部材１４、対物レンズ１５、偏向器１７等が配置されている。
　描画室２０内には、ＸＹステージ２２及び検出器２６が配置される。ＸＹステージ２２上には、描画対象となる基板７０が配置される。基板７０は、Ｚステージ（図示略）により高さが調整可能となっている。基板７０は、例えばマスクブランクスや半導体基板（シリコンウェハ）である。
　ＸＹステージ２２上には、ＸＹステージ２２の位置測定用のミラー２４が配置される。また、ＸＹステージ２２上には、ビームキャリブレーション用のマークＭ（図４参照）が形成されたマーク基板２８が設けられている。マークＭは金属製であり、電子ビームで走査することで位置を検出しやすいように例えば十字型の形状になっている。検出器２６は、マークＭの十字を電子ビームで走査する際に、マークＭからの反射電子信号を検出する。
　ＸＹステージ２２には、基板７０が載置される位置とは異なる位置に、ビーム位置検出用のマーク４０が配置されている。マーク４０は、例えば透過型のマークであり、マーク４０の下方に電流検出器５０が設けられている。マーク４０は、調整機構（図示略）により高さが調整可能となっている。
　マーク４０は、電子ビームが１本だけ通過するように制限するものである。マーク４０は例えば円形の平面形状をなし、中心軸に沿って１本のビームが通過する貫通孔が形成されている。マーク４０の貫通孔を通過した電子ビームは、電流検出器５０に入射し、ビーム電流が検出される。電流検出器５０には、例えばＳＳＤ（半導体検出器(solid-state　detector)）を用いることができる。電流検出器５０による検出結果は、制御計算機１１０に通知される。
　制御部１００は、制御計算機１１０、偏向制御回路１３０、デジタル・アナログ変換（ＤＡＣ）アンプ１３１、検出アンプ１３４、ステージ位置検出器１３５、及び記憶装置１４０を有している。記憶装置１４０は磁気ディスク装置等であり、描画データが外部から入力され、格納されている。
　偏向制御回路１３０には、ＤＡＣアンプ１３１が接続される。ＤＡＣアンプ１３１は偏向器１７に接続される。
　制御計算機１１０は、描画データ処理部１１１、描画制御部１１２、マーク位置算出部１１３、補正部１１４、ビーム位置算出部１１５、及び重心位置算出部１１６を備える。制御計算機１１０の各部の機能は、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御計算機１１０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを記録媒体に収納し、ＣＰＵ等を含むコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
　図２は、成形アパーチャアレイ基板８の構成を示す概念図である。図２に示すように、成形アパーチャアレイ基板８には、縦（ｙ方向）ｍ列×横（ｘ方向）ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の開口部８０が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。
　電子銃４から放出された電子ビーム３０は、照明レンズ６によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板８を照明する。電子ビーム３０は、成形アパーチャアレイ基板８の開口部８０が含まれる領域を照明する。これらの複数の開口部８０を電子ビーム３０の一部がそれぞれ通過することで、図１に示すように、所定のピッチ、サイズのマルチビーム３０ａ～３０ｅが形成される。なお、フォトカソードを用いてマルチビームを形成してもよい。
　ブランキングプレート１０には、図２に示した成形アパーチャアレイ基板８の各開口部８０に対応する位置にマルチビームの各ビームが通過する通過孔（開口部）が形成されている。各通過孔の近傍には、ビームを偏向するブランキング偏向用の電極（ブランカ：ブランキング偏向器）が配置されている。
　各通過孔を通過するマルチビーム３０ａ～３０ｅは、それぞれ独立に、ブランカから印加される電圧によって偏向される。この偏向によってブランキング制御が行われる。このように、複数のブランカが、成形アパーチャアレイ基板８の複数の開口部８０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。
　ブランキングプレート１０を通過したマルチビーム３０ａ～３０ｅは、縮小レンズ１２によって、各々のビームサイズと配列ピッチが縮小され、制限アパーチャ部材１４の中心部に形成された開口部に向かって進む。ブランキングプレート１０のブランカにより偏向された電子ビームは、その軌道が変位し、制限アパーチャ部材１４の中心の開口部から位置が外れ、制限アパーチャ部材１４によって遮蔽される。一方、ブランキングプレート１０のブランカによって偏向されなかった電子ビームは、制限アパーチャ部材１４の中心の開口部を通過する。
　制限アパーチャ部材１４を通過したマルチビーム３０ａ～３０ｅは、対物レンズ１５により焦点が調整され、基板７０上で所望の縮小率のパターン像となる。対物レンズ１５には静電レンズを用いることができる。偏向器１７は、制限アパーチャ部材１４を通過したマルチビーム全体を同方向にまとめて偏向し、基板７０上の描画位置（照射位置）に照射する。
　ＸＹステージ２２が連続移動している時、ビームの描画位置（照射位置）がＸＹステージ２２の移動に追従するように偏向器１７によってトラッキング制御される。ＸＹステージ２２の位置は、ステージ位置検出器１３５からＸＹステージ２２上のミラー２４に向けてレーザを照射し、その反射光を用いて測定される。
　一度に照射されるマルチビームは、理想的には成形アパーチャアレイ基板８の複数の開口部８０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。この描画装置は、ショットビームを連続して順に照射していくラスタースキャン方式で描画動作を行い、所望のパターンを描画する際、パターンに応じて必要なビームがブランキング制御によりビームＯＮに制御される。
　制御計算機１１０の描画データ処理部１１１は、記憶装置１４０から描画データを読み出し、複数段のデータ変換を行って、ショットデータを生成する。ショットデータには、基板７０の描画面を例えばビームサイズで格子状の複数の照射領域に分割した各照射領域への照射有無、及び照射時間等が定義される。
　描画制御部１１２は、ショットデータ及びステージ位置情報に基づいて、偏向制御回路１３０に制御信号を出力する。偏向制御回路１３０は、制御信号に基づいて、ブランキングプレート１０の各ブランカの印加電圧を制御する。また、偏向制御回路１３０は、基板７０上の所望の位置にビームが照射されるように偏向量データを演算し、ＤＡＣアンプ１３１に出力する。ＤＡＣアンプ１３１は、デジタル信号をアナログ信号に変換の上、増幅し、偏向電圧として偏向器１７に印加する。偏向器１７は、印加された偏向電圧に応じてマルチビームを偏向する。
　描画装置では、コンタミネーションの付着等の影響でビームドリフトが生じ、ビーム照射位置にずれが発生することがある。そのため、所定のタイミングでパターン描画処理を一時中断し、マークＭをマルチビームでスキャンしてマーク位置を測定し、照射位置の調整（ドリフト補正）を行う必要がある。ドリフト補正を含む描画方法を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。
　基板７０にマルチビームを照射し、パターンを描画する（ステップＳ１）。所定時間経過してドリフト測定を行うタイミングになると（ステップＳ２＿Ｙｅｓ）、パターン描画を一時中断し、一部のビームのみオンにしたマルチビーム（オンビーム）でマークＭをスキャンする（ステップＳ３）。このとき、スキャン方向は、マークＭのエッジＥ（図４ａ参照）に対して垂直方向であることが好ましいが、垂直成分があればよい。
　本実施形態では、図１３に示すようにマルチビームを偏向器１７で偏向してマークＭをスキャンするのではなく、ビームオンする領域を切り替える（シフトする）ことでマークＭを疑似的にスキャンする。以下、偏向器１７でマルチビーム（オンビーム）を偏向してマークＭをスキャンすることを「偏向スキャン」、ビームオンする領域を切り替えて疑似的にマークＭをスキャンすることを「スイッチスキャン」とも記載する。
　スイッチスキャンの一例を図４ａ～図４ｄ及び図５ａ～図５ｃに示す。まず、図４ａに示すように、マルチビームのうち一部の領域ＢＧ１のビームをオンにし、他の領域のビームをオフにする。この例では、８１本（＝９×９）のビームのうち、図中左上に位置する領域ＢＧ１の９本（＝３×３）のビームをオンにする。検出器２６でマークＭからの反射電子信号を検出する。マークＭの幅は、マルチビーム全体のサイズよりも小さく、基板上のマルチビームのピッチより大きい。オンビーム領域は、マークＭの幅方向ＷＤのマークエッジＥと垂直方向及び幅方向ＷＤのマークエッジＥと平行な方向（マークエッジ延在方向）のそれぞれに沿って並ぶ複数の個別ビームを含む。
　次に、図４ｂに示すように、ビームオンにする領域を右に１列シフトし、領域ＢＧ２のビームをオンにする。検出器２６でマークＭからの反射電子信号を検出する。
　続いて、図４ｃ、図４ｄ、図５ａ、図５ｂ、図５ｃに示すように、ビームオンにする領域を右に１列ずつシフトし、領域ＢＧ３、ＢＧ４、ＢＧ５、ＢＧ６、ＢＧ７のビームを順にオンにする。ビームオンする領域を切り替える毎に、検出器２６でマークＭからの反射電子信号を検出する。
　オンビーム領域を領域ＢＧ１から領域ＢＧ７まで順に切り替えることで、図１３に示すように領域ＢＧ１のビームでマークＭを偏向スキャンすることと同様のマークスキャンが可能となる。
　検出器２６による反射電子信号の検出結果は図６のようになる。マーク位置算出部１１３が、検出器２６による反射電子信号の検出結果からマーク位置を算出し、算出したマーク位置と、ステージ位置検出器１３５で検出されたステージ位置情報とに基づいて、マーク位置のずれを測定する（ステップＳ４）。
　補正部１１４が、マーク位置のずれを偏向器１７で補正（較正）するための補正量（偏向補正量）を算出する（ステップＳ５）。算出した補正量は図示しない記憶装置に格納される。その後のパターン描画（ステップＳ１）では、マルチビームの照射位置（偏向位置）を、補正量の分ずらした位置に偏向することで、ドリフト補正等の照射位置調整を行うことができる。
　このように本実施形態によれば、オンビーム領域を切り替えてマークＭを疑似的にスキャンするため、偏向歪の発生を防止でき、マーク位置を正確に測定できる。その結果、ビームドリフトによる位置ずれを高精度に補正できる。
　図４、図５に示す例では、オンビーム領域をマークＭの幅方向（スイッチスキャン方向）に１列ずつずらす例について説明したが、複数列ずつずらしてもよい。但し、オンビーム領域のずらし列数ａが少ない程、マーク位置を正確に測定できる。例えば、第１オンビーム領域と、ａ列ずらした第２オンビーム領域の少なくとも一部が重なっていることが好ましい。
　上記実施形態では、ＸＹステージ２２上のマークＭをスイッチスキャンする例について説明したが、位相シフトマスク形成の際に基板７０に設けられるアライメント用のマークをスイッチスキャンしてもよい。位相シフトマスク用のパターンの描画方法を図７に示すフローチャートに沿って説明する。
　まず、ガラス基板上にハーフトーン膜、遮光膜、レジスト膜が順に積層された基板７０を準備する。ハーフトーン膜は例えばＭｏＳｉ膜を用いることができる。遮光膜は例えばＣｒ膜を用いることができる。１層目描画工程（ステップＳ１１）として、基板７０の中央部に実パターンとなる１層目のメインパターンを描画する。そして、１層目のメインパターンの周囲のマーク領域に十字形状のマークパターンを描画する。
　１層目パターン及びマークパターンを描画した基板７０に対し、現像及びエッチング処理を行う（ステップＳ１２）。現像処理により、ビーム照射領域のレジストが除去され、レジストパターンが形成される。レジストパターンをマスクとして、露出した遮光膜及びハーフトーン膜をエッチングにより除去する。その後、アッシング等によりレジスト膜を除去することで基板７０上に１層目のメインパターンと、その周囲のマークが形成される。
　そして、さらにレジスト膜を形成した基板７０を描画室２０に搬入する。２層目のパターンを描画するにあたり、マークＭをスイッチスキャンし、マーク位置を算出する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。
　算出したマーク位置に基づいてアライメント計算を行い、基板７０上のアライメントされた位置に２層目のメインパターンを描画する（ステップＳ１５）。２層目パターンを描画した基板７０に対し、現像及びエッチング処理を行い、２層目パターンを形成する（ステップＳ１６）。このようにして、位相シフトマスクを製造することができる。
　１層目パターンと共に形成されたマークＭの位置をスイッチスキャンにより精度良く測定できるため、高精度なアライメントを実現できる。その結果、合わせずれによるマスク損失を低減できる。
　なお、このようなスイッチスキャンは、上述したドリフト補正や位相シフトマスクのアライメントのみならず、ＥＵＶマスクのゴミ欠陥部分を避けるための描画位置調整に用いることができ、ＥＵＶ露光時のパターンの位相欠陥等の低減を図ることができる。
　スイッチスキャンと、偏向歪がほとんど生じない偏向量の小さい偏向スキャンとを組み合わせてもよい。例えば、図８ａ，図８ｂに示すように、領域ＢＧ１のビームをオンにし、マークＭを狭い範囲で偏向スキャンする。偏向スキャンの偏向量は、例えばマークＭの幅以下である。検出器２６でマークＭからの反射電子信号を検出する。検出結果は図８ｃのようになる。
　偏向位置を戻し、図９ａ，図９ｂに示すように、ビームオンにする領域を右に１列シフトし、領域ＢＧ２のビームをオンにする。領域ＢＧ２のビームでマークＭを狭い範囲で偏向スキャンする。検出器２６でマークＭからの反射電子信号を検出する。検出結果は図９ｃのようになる。
　オンビーム領域を順に切り替え、切り替える毎にマークＭを狭い範囲で偏向スキャンする。図１０ａ，図１０ｂは、領域ＢＧ６のビームをオンにして、マークＭを狭い範囲で偏向スキャンする例を示す。反射電子信号の検出結果は図１０ｃのようになる。オンビーム領域の切り替えに伴うオンビーム領域シフト方向と、偏向スキャンによるオンビームの偏向方向は、共にマークＭの幅方向と平行である。
　各オンビーム領域の偏向スキャンで得られた反射電子信号の検出結果を組み合わせることで、図１１に示すようなプロファイルが得られる。このプロファイルからマーク位置を算出することができる。
　基板上に照射されるマルチビーム全体像の形状（ビーム形状）は理想的には矩形（例えば正方形）であるが、様々な要因によりビーム形状が変化する場合がある。例えば、図１２ａ，図１２ｂに示すようにビーム形状が歪むことがある。このような場合、個別ビームの位置からオンビーム領域の重心の位置を求め、重心位置を考慮してマーク位置を算出することが好ましい。
　個別ビームの位置は以下のように算出される。まず、マーク４０をマルチビームで偏向スキャンする。これにより、ビームが１本ずつ順にマーク４０に形成された貫通孔を通過する。電流検出器５０がマーク４０を通過した個別ビームのビーム電流を順に検出する。ビーム位置算出部１１５が、ビーム電流検出結果から個別ビームの位置を算出する。
　重心位置算出部１１６が、オンビーム領域に含まれる複数の個別ビームの位置に基づいて、オンビーム領域の重心位置を算出する。例えば、図１２ａ，図１２ｂに示すように、領域ＢＧ１のオンビームの重心位置（Ｘ１、Ｙ１）、領域ＢＧ４のオンビームの重心位置（Ｘ４、Ｙ４）が算出される。
　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
　本出願は、２０２０年２月２０日付で出願された日本特許出願２０２０－０２７３１９に基づいており、その全体が引用により援用される。
１　描画部
２　鏡筒
４　電子銃
６　照明レンズ
８　成形アパーチャアレイ基板
１０　ブランキングプレート
１２　縮小レンズ
１４　制限アパーチャ部材
１５　対物レンズ
１７　偏向器
２０　描画室
２２　ＸＹステージ
２８　マーク基板
４０　ビーム位置検出用マーク
１００　制御部
１１０　制御計算機

Claims (12)

  1. 　荷電粒子ビームが所定ピッチで配置されるマルチビームを形成し、
    　前記マルチビームのうち一部の領域のビームをオンにしたオンビーム領域を順次切り替えることで、前記荷電粒子ビームの照射位置をシフトさせながら、所定位置に設けられ、前記所定ピッチより幅が広いマークに、前記オンビーム領域のビームを照射し、前記マークからの反射荷電粒子信号を検出して、前記マークの位置を算出し、
    　算出された前記マークの位置に基づいて前記マルチビームの照射位置を調整してパターンを描画することを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  2. 　前記オンビーム領域の前記ビームを照射する際、前記オンビーム領域のビームを前記シフトの方向に所定量偏向することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  3. 　前記マークの前記シフト方向における２つのエッジで、異なる前記オンビーム領域のビームを照射して前記マーク位置を検出することを特徴とする請求項２に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  4. 　前記シフトの方向は、前記マークの幅方向のエッジに対して垂直方向であることを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 　前記オンビーム領域の複数の個別ビームの各々の位置を測定し、
    　各前記個別ビームの位置に基づいて前記オンビーム領域の重心位置を算出し、
    　前記オンビーム領域毎の前記重心位置を用いて、前記マークの位置を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  6. 　オンビーム領域の切り替え前後の第１オンビーム領域及び第２オンビーム領域は一部が重なっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  7. 　前記マークは、描画対象基板を載置するステージ上に設けられた金属製マークであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  8. 　前記マークは、ガラス基板上に順に積層されたハーフトーン膜及び遮光膜に形成されており、前記ガラス基板はステージ上に載置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  9. 　前記オンビーム領域は、前記マークの幅方向のエッジと垂直方向及び平行方向のそれぞれに沿って並ぶ複数のビームを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  10. 　荷電粒子ビームが所定ピッチで配置されるマルチビームを形成するアパーチャアレイ基板と、
    　前記マルチビームが照射される描画対象基板を載置するステージと、
    　前記マルチビームのうち一部の領域のビームをオンにしたオンビーム領域を順次切り替ることで前記荷電粒子ビームの照射位置をシフトさせる制御部と、
    　前記ステージ上または前記描画対象基板上に設けられ、前記所定ピッチより広い幅を有するマークと、
    　前記マークに前記オンビーム領域のビームを照射して検出された反射荷電粒子信号に基づき前記マークの位置を算出するマーク位置算出部と、
    　を備えることを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  11. 　前記オンビーム領域の前記ビームを照射する際、前記オンビーム領域のビームを前記シフトの方向に所定量偏向する偏向器をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  12. 　前記シフトの方向は、前記マークの幅方向のエッジに対して垂直方向であることを特徴とする請求項１０に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
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