WO2021220697A1 - 荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

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resist film
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春之 野村
憲昭 中山田
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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 charged particle beam drawing method and a charged particle beam drawing device.
  • a high-precision original image pattern formed on quartz using a reduction projection exposure device (a mask, or one used especially in a stepper or scanner is also called a reticle). ) Is reduced and transferred onto the wafer.
  • the high-precision original image pattern is drawn by an electron beam drawing apparatus, and so-called electron beam lithography technology is used.
  • the beam irradiation amount dependence of the charge amount was obtained from the drawing evaluation for each substrate. Therefore, every time the resist film thickness is changed or the concentration of the acid generator or the like contained in the resist is changed, it is necessary to draw an evaluation pattern and evaluate the drawing result in order to estimate the charge amount of the substrate. There was a lot of work. In addition, the downtime of the device has been prolonged.
  • An object of the present invention is to provide a charged particle beam drawing method and a charged particle beam drawing device capable of quickly and accurately calculating the charge amount of a substrate.
  • the charged particle beam drawing method is a charged particle beam drawing method in which a charged particle beam is deflected by a deflector and the substrate on which a resist film is formed is irradiated with the charged particle beam to draw a pattern.
  • the electric charge is charged from the film thickness of the resist film formed on the substrate and the calculated dose amount.
  • It includes a step of calculating the amount, a step of calculating the amount of misalignment of the drawing position from the calculated amount of charge, and a step of correcting the irradiation position of the charged particle beam using the amount of misalignment.
  • the charged particle beam drawing device is a charged particle beam drawing device that deflects a charged particle beam with a deflector and irradiates the substrate on which a resist film is formed with the charged particle beam to draw a pattern.
  • the emission unit that emits the charged particle beam
  • the pattern density calculation unit that virtually divides the drawing area of the substrate into a mesh shape, and calculates the pattern density indicating the arrangement ratio of the pattern for each mesh area, and the pattern.
  • a dose amount calculation unit that calculates the dose amount indicating the dose amount for each mesh region using the density
  • a storage unit that stores a function for calculating the charge amount with the film thickness and the dose amount of the resist film as variables, and a storage unit.
  • a position shift amount calculation unit that calculates the position shift amount of the drawing position from the charge amount, a correction unit that corrects the irradiation position of the charged particle beam using the position shift amount, and the corrected irradiation position. It includes a drawing unit that irradiates the charged particle beam.
  • the charge amount of the substrate can be calculated quickly and accurately.
  • FIG. 3a is a schematic diagram showing ionization in the resist layer
  • FIG. 3b is a diagram showing an equivalent circuit simulating a resist film
  • FIG. 4a is a diagram showing a test layout used for measuring the resist charging effect
  • FIG. 4b is a schematic diagram of a box array.
  • It is a figure which shows the example of the displacement amount distribution obtained from the evaluation of a test layout.
  • It is a figure which shows the example of the displacement amount distribution obtained from the calculation formula.
  • 7a and 7b are graphs showing the correlation of the displacement amount distribution.
  • 8a to 8d are graphs for comparing the drawing evaluation result and the function calculation result. It is a flowchart explaining the drawing method which concerns on this embodiment.
  • the charged particle beam is not limited to the electron beam, and may be an ion beam or the like.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a drawing device according to an embodiment.
  • the drawing device 100 shown in FIG. 1 includes a drawing unit W and a control unit C.
  • the drawing device 100 is an example of an electron beam drawing device.
  • the drawing unit W has an electronic lens barrel 1 and a drawing chamber 14. Inside the electron barrel 1, an electron gun 5, an illumination lens 7, a first aperture plate 8, a projection lens 9, a molding deflector 10, a second aperture plate 11, an objective lens 12, an objective deflector 13, and an electrostatic lens are included. 15 is arranged.
  • the XY stage 3 is arranged in the drawing room 14.
  • a substrate 2 to be drawn is arranged on the XY stage 3.
  • the substrate 2 includes a photomask used for exposure in semiconductor manufacturing, a semiconductor wafer on which a semiconductor device is formed, and the like.
  • the photomasks that are drawn include mask blanks that have not yet been drawn.
  • the substrate 2 has quartz, a chromium film provided on the quartz, and a resist layer provided on the chromium film.
  • a mirror 4 for measuring the stage position is arranged on the XY stage 3 at a position different from the position where the substrate 2 is arranged.
  • a calibration mark M is provided on the XY stage 3 at a position different from the position where the substrate 2 is arranged.
  • the mark M is a metal cross shape
  • the mark M is scanned with an electron beam
  • the reflected electrons from the mark M are detected by a detector (not shown), and the focus adjustment, the position adjustment, and the deflection shape correction coefficient are detected.
  • the control unit C has control computers 110 and 120, a stage position detection unit 45, a stage control unit 46, a deflection control circuit 130, a memory 142, storage devices 21 and 140 such as a magnetic disk device, and the like.
  • the deflection control circuit 130 is connected to the molding deflector 10 and the objective deflector 13.
  • the control computer 110 has the functions of a drawing control unit 30, a pattern density distribution calculation unit 32, a dose amount distribution calculation unit 34, a charge amount distribution calculation unit 36, and a misalignment amount distribution calculation unit 38 that control the entire device.
  • Each part of the control computer 110 may be composed of hardware including an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, a semiconductor device, or the like, or may be composed of software.
  • the input data and the calculation result of each part of the control computer 110 are stored in the memory 142.
  • the control computer 120 has the functions of the shot data generation unit 41 and the misalignment correction unit 42.
  • the shot data generation unit 41 and the misalignment correction unit 42 may be configured by software or hardware.
  • the deflection control circuit 130 has the functions of the molding deflector control unit 43 and the objective deflector control unit 44.
  • the molding deflector control unit 43 and the objective deflector control unit 44 may be configured by software or hardware.
  • the storage device 140 stores drawing data (layout data) in which a plurality of graphic patterns to be drawn are defined.
  • the electron beam 6 emitted from the electron gun 5 illuminates the entire first aperture plate 8 having a rectangular hole by the illumination lens 7.
  • the electron beam 6 is first formed into a rectangle.
  • the electron beam 6 of the first aperture image that has passed through the first aperture plate 8 is projected onto the second aperture plate 11 by the projection lens 9.
  • the position of the first aperture image on the second aperture plate 11 is deflected by the forming deflector 10 controlled by the forming deflector control unit 43, and the beam shape and dimensions can be changed (variable forming).
  • the electron beam 6 of the second aperture image that has passed through the second aperture plate 11 is focused by the objective lens 12 and is controlled by the objective deflector control unit 44, for example, by an electrostatic deflector (objective deflector 13).
  • the desired position of the substrate 2 on the deflected and movably arranged XY stage 3 is irradiated.
  • the XY stage 3 is driven and controlled by the stage control unit 46.
  • the position of the XY stage 3 is detected by the stage position detection unit 45.
  • the stage position detection unit 45 includes, for example, a laser length measuring device that irradiates the mirror 4 with a laser and measures the position based on the interference between the incident light and the reflected light.
  • the electrostatic lens 15 dynamically corrects the focal position of the electron beam 6 in response to the unevenness of the two surfaces of the substrate (dynamic focus).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the state of stage movement.
  • the XY stage 3 is continuously moved in, for example, the X direction.
  • the drawing area is virtually divided into a plurality of strip-shaped stripe areas (SR) with a deflectable width of the electron beam 6.
  • the drawing process is performed in units of stripe areas.
  • the movement of the XY stage 3 in the X direction is, for example, continuous movement, and at the same time, the shot position of the electron beam 6 is also made to follow the stage movement.
  • the drawing time can be shortened by continuously moving the drawing.
  • the XY stage 3 is stepped in the Y direction to perform the drawing operation of the next stripe area in the X direction (reverse direction).
  • the movement time of the XY stage 3 can be shortened by advancing the drawing operation of each stripe area in a meandering manner.
  • the drawing area when processing layout data (drawing data), the drawing area is virtually divided into a plurality of strip-shaped frame areas, and data processing is performed for each frame area.
  • the frame area and the stripe area are usually the same area.
  • the frame area and the stripe area are displaced according to the multiplicity. In this way, the drawing area of the substrate 2 is virtually divided into frame areas (striped areas) that are a plurality of drawing unit areas, and the drawing unit W draws each frame area (striped area).
  • a function ⁇ (d, D exp ) determined from a group of parameters representing the characteristics is obtained in advance and stored in the storage device 21.
  • the amount of misalignment of the electron beam on the substrate 2 is calculated based on the amount of charge calculated from this function ⁇ (d, Exp), and the beam irradiation position is corrected.
  • the number n p of electrons incident on the resist of a unit area is expressed by the following equation (2) using the elementary charge e.
  • the energy of the incident electron beam is high (for example, 50 keV), as shown in FIG. 3a, almost all the incident electrons themselves penetrate the resist layer and the light-shielding film layer (for example, Cr) and are accumulated in the glass layer. ..
  • the light-shielding film layer is usually maintained at the ground potential (0 V)
  • the electric field generated by the incident electrons is shielded by the light-shielding film layer and does not contribute to the charging effect of the resist.
  • the incident electrons pass through the resist layer, they interact with the substances constituting the resist, and ionization occurs in the resist layer.
  • the resist layer can be regarded as an equivalent circuit (RC circuit) as shown in FIG. 3b, and the amount of charge accumulated in the capacitor of the equivalent circuit. Is the amount of charge accumulated on the surface of the resist.
  • This amount of charge Q (t) can be expressed by the charging formula (4) of a general RC circuit.
  • t is the irradiation time of the electron beam
  • C is the capacitance per unit area of the resist
  • R is the conductivity that appears only when the beam is irradiated due to the EBIC effect.
  • I is an electric charge supplied per unit time, and is considered to be a hole supplied by secondary electron withdrawal from the resist.
  • the charge I can be replaced by the following equation (5) by using the current density J of the incident electron beam when considered per unit area.
  • the secondary electrons generated by the irradiation of the electron beam the secondary electrons having an energy equal to or lower than the surface potential Vs of the resist are attracted back to the resist and contribute to charging. Therefore, it is necessary to consider the number of secondary electrons n rSE accumulated on the resist surface.
  • the increase number of secondary electrons dn r SE accumulated in the resist is represented by the following equation (9).
  • P (E) of the formula (9) is the generation probability (spectrum) of the secondary electrons of the energy E, and is as shown in the following formula (10).
  • the surface potential Vs of the resist can be expressed by the following equation (11) using the amount of charge on the resist surface and the capacitance of the resist.
  • the secondary electrons are not attenuated because they are accumulated on the resist surface and are far from the chromium film.
  • the function ⁇ (d, D exp ) is expressed by the following equation (15). This utilizes the above equations (2), (8), (12), (13), and (14), and as a group of parameters representing the physical characteristics of the resist, the secondary electron emission probability ⁇ and the resist
  • ⁇ dielectric constant
  • ⁇ of the resist the resistance
  • W of the resist the work function W of the resist
  • ⁇ of the holes after attenuation it is a function with the film thickness d of the resist and the dose amount Dexp as variables.
  • the secondary electron emission probability ⁇ , the dielectric constant ⁇ , the resistance ⁇ , the work function W, and the residual ratio ⁇ are the irradiation amounts per unit obtained in advance by drawing evaluation on a substrate having at least one type of film thickness. It can be determined by fitting the function ⁇ (d, Dexp ) to the experimental result of the charge amount relationship.
  • Substrates provided with the following four types of resists A to D having different film thicknesses or dose sensitivities were prepared, and the relationship between the dose amount and the charge amount was obtained by drawing evaluation and the function ⁇ (d). , Dexp ) was compared with the calculation result.
  • Resist A Film thickness 300 nm, dose sensitivity ⁇ 7 ⁇ C / cm 2
  • Resist B Film thickness 165 nm, dose sensitivity ⁇ 23 ⁇ C / cm 2
  • Resist C Film thickness 80 nm, dose sensitivity ⁇ 60 ⁇ C / cm 2
  • Resist D film thickness 80 nm, dose sensitivity ⁇ 100 ⁇ C / cm 2
  • FIG. 4a is a diagram showing a test layout used for measuring the resist charging effect.
  • the scale is changed in order to make the contents of each part easier to understand.
  • an irradiation pad having a pattern density p having a side length L3 of 10 mm is drawn in the center of the layout TL with a dose amount Exp , and the pitch L1 is 200 ⁇ m immediately after drawing the irradiation pad.
  • the first box array After drawing the first box array on a grid (81 ⁇ 81 grid) having a side length L2 of 20 mm, and after a sufficient time has elapsed from the drawing of the irradiation pad (for example, 10 minutes later). It is obtained by drawing the second box array on the same grid as the first box array.
  • the first box array is, for example, a square pattern having a side length L4 of 4 ⁇ m.
  • the second box array is, for example, a frame-shaped pattern having a side length L5 of 14 ⁇ m, which is larger in size than the first box array and has a hollowed out center.
  • the displacement distributions P 1 and P 2 from the design position due to the charging effect of the irradiation pad can be obtained. Since P 1 is drawn immediately after the irradiation pad is charged, it is used for evaluation of the charge amount immediately after irradiation, and P 2 is used for evaluation of the charge amount after attenuation because it is drawn after a sufficient time after the irradiation pad is charged. be able to.
  • FIG. 5 is an example of the displacement amount distribution obtained by evaluating such a test layout.
  • the charge amount can be obtained from the misalignment amount distribution as follows.
  • FIG. 6 shows the distribution of the misalignment amount P 0 obtained by the above equation.
  • the charge amount of the irradiation amount pad can be obtained from the inclination when P 0 is correlated with P 1 and P 2 which are the measurement results, respectively.
  • Figure 7a, Figure 7b is a graph showing the correlation between P 1 and P 2 and P 0 at the time of irradiation with the irradiation pad pattern density of 25% at a dose of 23 ⁇ C / cm 2.
  • the slopes are obtained as 1.57 and 0.75, respectively.
  • the misalignment of P 1 and P 2 is equivalent to the misalignment of the model when the irradiation pad is charged at 1 nC / cm 2 by 1.57 times and 0.75 times, respectively. It can be seen that the irradiation pad is charged with 1.57 nC / cm 2 and 0.75 nC / cm 2.
  • FIGS. 8a to 8d The comparison result between the result obtained by the drawing evaluation and the calculation result by the function ⁇ (d, Exp ) is shown in FIGS. 8a to 8d.
  • the horizontal axis of the graph in each figure shows the dose amount, and the vertical axis shows the charge amount.
  • the markers in the graphs of each figure show the results obtained by drawing evaluation, and the solid lines show the calculated values by the function ⁇ (d, Exp).
  • the charge amount indicated by the marker is a value obtained by the above drawing evaluation by variously changing the pattern density p and the dose amount D exp on each substrate, and the horizontal axis is D exp * p. It is plotted as.
  • a square marker indicates immediately after drawing, and a triangular marker indicates after attenuation. From this result, it can be confirmed that if the physical characteristics of the resist do not change, the charge amount can be calculated accurately by the function ⁇ (d, Exp ) determined by the same parameter group even if the film thickness and sensitivity of the resist change. rice field.
  • the resist is composed of a base polymer and a small amount of a dissolution inhibitor / acid generator, and most of the volume of the resist is occupied by the base polymer. It is considered that the physical characteristics of the resist are determined only by the characteristics of the polymer. Therefore, the charge amount could be calculated by a function determined by the same parameter for four types of substrates having different sensitivities. That is, in the present embodiment, unless there is a significant change in the polymer composition such as the secondary electron emission probability ⁇ , the dielectric constant ⁇ , and the work function W that change the physical characteristics of the resist, the film thickness of the resist is changed or the acid is used. For various substrates whose sensitivity is changed by changing the concentration of additives such as generators, the amount of charge can be calculated quickly and accurately using the function ⁇ (d, Exp) using the same parameters.
  • the storage device 21 of the drawing device 100 shown in FIG. 1 stores in advance a function ⁇ (d, Exp ) and a parameter group indicating the physical characteristics of the resist formed on the substrate 2.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a drawing method according to the present embodiment.
  • This method includes a pattern density distribution calculation step (step S100), a dose amount distribution calculation step (step S102), a charge amount distribution calculation step (step S104), a misalignment amount distribution calculation step (step S106), and a deflection. It has a position correction step (step S108) and a drawing step (step S110).
  • the pattern density distribution calculation unit 32 reads drawing data from the storage device 140, virtually divides the drawing area (or frame area) into mesh shapes with predetermined dimensions (grid dimensions), and then virtually divides the drawing area (or frame area) into meshes. For each mesh area, the pattern density indicating the arrangement ratio of the graphic pattern defined in the drawing data is calculated. Then, the distribution of the pattern density for each mesh region is created.
  • the dose amount distribution calculation unit 34 calculates the distribution of the dose amount Dexp for each mesh region using the pattern density distribution.
  • the dose amount D exp can be calculated by the above formula (1).
  • step S104 Charge amount distribution calculating step in (step S104), and the charge amount distribution calculation unit 36, a function sigma (d, D exp) from the storage device 21 and reads the parameter group, the function sigma set the parameter group (d, D exp) By substituting the film thickness d of the resist formed on the substrate 2 and the dose amount Function calculated in step S102, the distribution of the charge amount for each mesh region is calculated.
  • the misalignment amount distribution calculation unit 38 calculates the misalignment amount based on the charge amount distribution. Specifically, the misalignment amount distribution calculation unit 38 convolves and integrates the response function r (x, y) with the charge amount distribution calculated in step S104, resulting in the charge amount at each position of the charge amount distribution. Calculate the amount of misalignment of the drawing position.
  • a response function r (x, y) that converts this charge amount distribution into a misalignment amount distribution.
  • the charging position indicated by each position of the charging amount distribution is represented by (x', y')
  • the beam irradiation position of the corresponding frame region currently undergoing data processing is represented by (x, y).
  • the response function is r (xx', y'). It can be described as -y').
  • the response function r (xx', y-y') may be obtained by conducting an experiment in advance and obtaining it in advance so as to match the experimental result, or by numerical calculation.
  • (x, y) indicates the beam irradiation position of the corresponding frame region in which data processing is currently being performed.
  • the misalignment amount distribution calculation unit 38 creates a misalignment amount distribution from the misalignment amount of each position (x, y) to be drawn in the corresponding frame area.
  • the created misalignment amount distribution is stored in the storage device 21 and output to the control computer 120.
  • the shot data generation unit 41 reads the drawing data from the storage device 140, performs a plurality of stages of data conversion processing, and generates shot data in a format unique to the drawing device 100.
  • the size of the graphic pattern defined in the drawing data is usually larger than the shot size that the drawing apparatus 100 can form in one shot. Therefore, in the drawing device 100, each figure pattern is divided into a plurality of shot figures so that the drawing device 100 has a size that can be formed by one shot (shot division). Then, for each shot figure, data such as a figure code indicating a figure type, coordinates, and size are defined as shot data.
  • step S108 position shift correction step
  • the position shift correction unit 42 corrects the irradiation position using the position shift amount calculated in step S106.
  • the shot data at each position is corrected.
  • a correction value for correcting the misalignment amount indicated by the misalignment amount distribution is added to each position (x, y) of the shot data.
  • the correction value for example, it is preferable to use a value obtained by reversing the positive and negative signs of the misalignment amount indicated by the misalignment amount distribution.
  • Shot data is defined in the data file so that it is arranged in shot order.
  • the forming deflector control unit 43 variably forms the electron beam 6 from the figure type and size defined in the shot data for each shot figure in the shot order.
  • the amount of deflection of the molding deflector 10 of the above is calculated.
  • the objective deflector control unit 44 calculates the amount of deflection of the objective deflector 13 for deflecting to a position on the substrate 2 to irradiate the shot figure. In other words, the objective deflector control unit 44 (deflection amount calculation unit) calculates the deflection amount that deflects the electron beam to the corrected irradiation position.
  • the objective deflector 13 arranged in the electron barrel 1 deflects the electron beam according to the calculated deflection amount, so that the electron beam is irradiated to the corrected irradiation position.
  • the drawing unit W draws the pattern at the charge-corrected position of the substrate 2.
  • the film thickness of the resist can be changed, or additives such as an acid generator and a photodegradable base can be added.
  • the charge amount can be calculated quickly and accurately using the same function ⁇ (d, Dexp ) for a substrate whose sensitivity is changed by changing the concentration. As a result, the downtime of the device due to the board change can be shortened.
  • the changed resist film thickness may be substituted into the function ⁇ (d, Exp).
  • the resist film thickness is measured periodically, and the resist film of the currently used substrate is based on the change in the resist film thickness of the substrate used in the past.
  • the thickness may be predicted and the predicted value may be substituted into the function ⁇ (d, Dexp).
  • the film thickness distribution is measured in advance, and the film thickness at the position where the charge amount is calculated is substituted into the function ⁇ (d, Exp). May be good.
  • the drawing device may be provided with a measuring device for measuring the thickness of the resist.
  • the deviation of the irradiation position due to the charging phenomenon is not limited to the electron beam drawing device.
  • the present invention can be applied to a charged particle beam device that uses the result obtained by irradiating a charged particle beam at a target position, such as an inspection device that inspects a pattern with a charged particle beam such as an electron beam.
  • the lower surface of the objective lens 12 (objective optical system) is covered so that the influence of the fog charge that the electrons scattered in the drawing chamber falls on the substrate is reduced and the direct charge by the irradiated electron beam becomes dominant. It is preferable to apply a positive potential so as not to return secondary electrons to the surface of the substrate.

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Abstract

基板の帯電量を迅速かつ正確に算出する。荷電粒子ビーム描画方法は、描画対象の基板の描画領域をメッシュ状に仮想分割し、メッシュ領域毎の前記パターンの配置割合を示すパターン密度を算出する工程（Ｓ１００）と、前記パターン密度を用いてメッシュ領域毎のドーズ量を算出する工程（Ｓ１０２）と、予め求められた前記レジスト膜の膜厚とドーズ量とを変数とする帯電量算出用の関数を用い、前記基板に形成された前記レジスト膜の膜厚、及び算出した前記ドーズ量より帯電量を算出する工程（Ｓ１０４）と、算出した前記帯電量から描画位置の位置ずれ量を算出する工程（Ｓ１０６）と、前記位置ずれ量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程（Ｓ１０８）と、を備える。

Description

荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置
　本発明は、荷電粒子ビーム描画方法及び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（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）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は、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。
　マスク等の基板に電子ビームを照射する場合、過去に照射した電子ビームにより照射位置やその周囲が帯電し、照射位置がずれる。従来、このビーム照射位置ずれを無くす方法の１つとして、基板上に帯電防止膜（ＣＤＬ：Ｃｈａｒｇｅ　Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　Ｌａｙｅｒ）を形成して、基板表面の帯電を防止する方法が知られている。しかし、この帯電防止膜は、基本的に酸の特性を有しているため、基板上に化学増幅型レジストが塗布されている場合などにおいて相性が良くない。また、帯電防止膜を形成するために新たな設備を設ける必要があり、製造コストが更に増大してしまう。このため、帯電防止膜を用いることなく、帯電効果補正（ＣＥＣ：Ｃｈａｒｇｉｎｇ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を行うことが望まれている。
　従来の帯電効果補正では、帯電量のビーム照射量依存性を、基板毎の描画評価から求めていた。そのため、レジスト膜厚を変更したり、レジストに含まれる酸発生剤等の濃度を変更したりする度に、基板の帯電量を見積もるために、評価パターンの描画及び描画結果の評価を行う必要があり、手間がかかっていた。また、装置のダウンタイムが長期化していた。
特開２００２－１５８１６７号公報 特開平１０－０２７７５３号公報 特開昭６１－１４２７４０号公報 特許第５４８０５５５号公報 特許第５４８０４９６号公報
　本発明は、基板の帯電量を迅速かつ正確に算出できる荷電粒子ビーム描画方法及び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荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームを偏向器により偏向させ、レジスト膜が形成された基板に前記荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、前記基板の描画領域をメッシュ状に仮想分割し、メッシュ領域毎の前記パターンの配置割合を示すパターン密度を算出する工程と、前記パターン密度を用いてメッシュ領域毎のドーズ量を算出する工程と、予め求められた前記レジスト膜の膜厚とドーズ量とを変数とする帯電量算出用の関数を用い、前記基板に形成された前記レジスト膜の膜厚、及び算出した前記ドーズ量より帯電量を算出する工程と、算出した前記帯電量から描画位置の位置ずれ量を算出する工程と、前記位置ずれ量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程と、を備えるものである。
　本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームを偏向器により偏向させ、レジスト膜が形成された基板に前記荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、前記荷電粒子ビームを放出する放出部と、前記基板の描画領域をメッシュ状に仮想分割し、メッシュ領域毎の前記パターンの配置割合を示すパターン密度を算出するパターン密度算出部と、前記パターン密度を用いてメッシュ領域毎のドーズ量を示すドーズ量を算出するドーズ量算出部と、前記レジスト膜の膜厚とドーズ量とを変数とする帯電量算出用の関数を記憶する記憶部と、前記記憶部から前記関数を取り出し、前記関数を用い、前記基板に形成された前記レジスト膜の膜厚、及び前記ドーズ量算出部により算出されたドーズ量より帯電量を算出する帯電量算出部と、前記帯電量から描画位置の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、前記位置ずれ量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する補正部と、前記補正された照射位置に前記荷電粒子ビームを照射する描画部と、を備えるものである。
　本発明によれば、基板の帯電量を迅速かつ正確に算出できる。
本発明の実施形態に係る描画装置の概略図である。 ステージ移動の様子を説明する図である。 図３ａはレジスト層での電離を示す模式図であり、図３ｂはレジスト膜を模擬した等価回路を示す図である。 図４ａはレジスト帯電効果を測定するために用いたテストレイアウトを示す図であり、図４ｂはボックスアレイの模式図である。 テストレイアウトの評価から求まる位置ずれ量分布の例を示す図である。 計算式から求まる位置ずれ量分布の例を示す図である。 図７ａ、図７ｂは位置ずれ量分布の相関を表すグラフである。 図８ａ～図８ｄは、描画評価結果と関数算出結果とを比較するグラフである。 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。
　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、実施形態に係る描画装置の概略構成図である。図１に示す描画装置１００は、描画部Ｗ及び制御部Ｃを備えている。描画装置１００は、電子ビーム描画装置の一例である。描画部Ｗは、電子鏡筒１と描画室１４を有している。電子鏡筒１内には、電子銃５、照明レンズ７、第１アパーチャプレート８、投影レンズ９、成形偏向器１０、第２アパーチャプレート１１、対物レンズ１２、対物偏向器１３、及び静電レンズ１５が配置される。
　描画室１４内には、ＸＹステージ３が配置される。ＸＹステージ３上には、描画対象となる基板２が配置される。基板２には、半導体製造の露光に用いるフォトマスクや半導体装置を形成する半導体ウェーハ等が含まれる。また、描画されるフォトマスクには、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。例えば、基板２は、石英と、石英上に設けられたクロム膜と、クロム膜上に設けられたレジスト層とを有する。ＸＹステージ３上には、基板２が配置される位置とは異なる位置に、ステージ位置測定用のミラー４が配置される。
　ＸＹステージ３上には、基板２が配置される位置とは異なる位置に、キャリブレーション用のマークＭが設けられている。例えば、マークＭは金属製の十字形状であり、マークＭを電子ビームでスキャンし、マークＭからの反射電子を検出器（図示略）で検出して、フォーカス調整、位置調整、偏向形状補正係数の調整などを行う。
　制御部Ｃは、制御計算機１１０，１２０、ステージ位置検出部４５、ステージ制御部４６、偏向制御回路１３０、メモリ１４２、磁気ディスク装置等の記憶装置２１，１４０等を有している。偏向制御回路１３０は、成形偏向器１０及び対物偏向器１３に接続されている。
　制御計算機１１０は、装置全体の制御を行う描画制御部３０、パターン密度分布算出部３２、ドーズ量分布算出部３４、帯電量分布算出部３６及び位置ずれ量分布算出部３８の機能を有する。制御計算機１１０の各部は、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、半導体装置等を含むハードウェアで構成されていてもよいし、ソフトウェアで構成されていてもよい。制御計算機１１０の各部の入力データや演算結果は、メモリ１４２に格納される。
　制御計算機１２０は、ショットデータ生成部４１および位置ずれ補正部４２の機能を有する。ショットデータ生成部４１及び位置ずれ補正部４２は、ソフトウェアで構成されてもよいし、ハードウェアで構成されてもよい。
　偏向制御回路１３０は、成形偏向器制御部４３及び対物偏向器制御部４４の機能を有する。成形偏向器制御部４３及び対物偏向器制御部４４は、ソフトウェアで構成されてもよいし、ハードウェアで構成されてもよい。
　記憶装置１４０には、描画される複数の図形パターンが定義される描画データ（レイアウトデータ）が格納される。
　電子銃５（放出部）から放出された電子ビーム６は、照明レンズ７により矩形の穴を持つ第１アパーチャプレート８全体を照明する。ここで、電子ビーム６をまず矩形に成形する。第１アパーチャプレート８を通過した第１アパーチャ像の電子ビーム６は、投影レンズ９により第２アパーチャプレート１１上に投影される。第２アパーチャプレート１１上での第１アパーチャ像の位置は、成形偏向器制御部４３により制御された成形偏向器１０によって偏向され、ビーム形状と寸法を変化させることができる（可変成形）。
　第２アパーチャプレート１１を通過した第２アパーチャ像の電子ビーム６は、対物レンズ１２により焦点を合わせ、対物偏向器制御部４４により制御された例えば静電型の偏向器（対物偏向器１３）により偏向され、移動可能に配置されたＸＹステージ３上の基板２の所望する位置に照射される。ＸＹステージ３はステージ制御部４６によって駆動制御される。ＸＹステージ３の位置は、ステージ位置検出部４５によって検出される。ステージ位置検出部４５には、例えば、ミラー４にレーザを照射して、入射光と反射光との干渉に基づいて位置を測定するレーザ測長装置が含まれる。静電レンズ１５は、基板２面の凹凸に対応して、電子ビーム６の焦点位置を動的に補正する（ダイナミックフォーカス）。
　図２は、ステージ移動の様子を説明するための図である。基板２に描画する場合、ＸＹステージ３を例えばＸ方向に連続移動させる。描画領域が電子ビーム６の偏向可能幅で複数の短冊状のストライプ領域（ＳＲ）に仮想分割される。描画処理は、ストライプ領域単位で行われる。ＸＹステージ３のＸ方向の移動は、例えば連続移動とし、同時に電子ビーム６のショット位置もステージ移動に追従させる。連続移動させることで描画時間を短縮させることができる。
　１つのストライプ領域を描画し終わったら、ＸＹステージ３をＹ方向にステップ送りしてＸ方向（逆向き）に次のストライプ領域の描画動作を行う。各ストライプ領域の描画動作を蛇行させるように進めることでＸＹステージ３の移動時間を短縮することができる。
　描画装置１００では、レイアウトデータ（描画データ）を処理するにあたり、描画領域を短冊状の複数のフレーム領域に仮想分割し、フレーム領域毎にデータ処理が行われる。多重露光を行わない場合、通常、フレーム領域とストライプ領域とが同じ領域となる。多重露光を行う場合は、多重度に応じてフレーム領域とストライプ領域とがずれることになる。このように、基板２の描画領域は、複数の描画単位領域となるフレーム領域（ストライプ領域）に仮想分割され、描画部Ｗは、フレーム領域（ストライプ領域）毎に描画する。
　基板２のレジスト層に電子ビームが照射されると、レジスト帯電効果によりビーム照射位置がずれることが知られている。本実施形態では、基板表面の帯電量（単位面積当たりの総電荷量＝電荷密度）を算出可能な、レジストの膜厚ｄ及び照射される電子ビームのドーズ量Ｄｅｘｐを変数とし、レジストの物理特性を表すパラメータ群から決まる関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）を事前に求めておき、記憶装置２１に保存する。描画処理の際は、この関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）から算出した帯電量に基づいて、基板２上での電子ビームの位置ずれ量を算出し、ビーム照射位置を補正する。
　関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）の求め方について説明する。
　基板におけるパターン密度をｐ、後方散乱係数をη、基準ドーズ量（パターン密度１００％の時のドーズ量）をＤ１００とした場合、近接効果補正したドーズ量Ｄｅｘｐは以下の式（１）で表される。
（１）　Ｄｅｘｐ＝Ｄ１００＊｛（１／２＋η）／（１／２＋η＊ρ）｝
　単位面積のレジストに入射する電子の個数ｎｐは、素電荷ｅを用いて、以下の式（２）で表される。
（２）　ｎｐ＝Ｄｅｘｐ＊ｐ／ｅ
　ここで、入射電子ビームのエネルギーが高い場合（例えば、５０ｋｅＶ）、図３ａに示されるように、入射電子自体はほとんどすべてレジスト層及び遮光膜層（例えばＣｒ）を突き抜け、ガラス層に蓄積される。電子ビームリソグラフィにおいて、通常、遮光膜層は接地電位（０Ｖ）に保たれているため、この入射電子が作る電界は遮光膜層に遮蔽され、レジストの帯電効果に寄与しない。一方、入射電子がレジスト層を通過する際、レジストを構成する物質と相互作用をして、レジスト層では電離が起こる。レジスト表面付近で電離が起こった場合、電離によって生成した電子の一部は描画室側へ飛び出し２次電子となり、もともと電子があった場所にはホールが生成される。このとき、１個の入射電子に対して２次電子／ホール対が発生する確率（２次電子放出確率）をαとする。
　レジスト内部で電離が起こった場合、生成する複数の電子・ホール対は、図３ａに示すようにランダムな方向を向き、それらが生じる電界は互いにキャンセルするため、これらの電荷はレジスト帯電には寄与しない。しかし、レジスト内部のキャリア濃度が上昇するため、後述する電子ビーム誘導伝導現象を発現する。電子・ホール対は、生成後すぐに再結合・消滅するため、電気伝導はビーム照射中にのみ発現し、ビーム照射が終わるとなくなる。
　二次電子発生数ｎＳＥと同数のホール（正孔）がレジスト表面に供給されると仮定すると、ｎｐ個の電子がレジストに入射した際に、レジスト表面に発生するホールの数ｎｈは、以下の式（３）で表される。
（３）　ｎｈ＝ｎＳＥ＝ｎｐ＊α
　次に、レジスト表面に蓄積されるホールについて考える。ＥＢＩＣ（Electron　Beam　Induced　Conductivity）効果によりレジスト内部に電気伝導が発現すると、レジスト層は、図３ｂに示すような等価回路（ＲＣ回路）とみなすことができ、等価回路のキャパシタに蓄積される電荷量がレジスト表面に蓄積される電荷量となる。この電荷量Ｑ（ｔ）は一般的なＲＣ回路の充電の式（４）で表すことができる。式（４）において、ｔは電子ビームの照射時間、Ｃはレジストの単位面積当たりの静電容量、ＲはＥＢＩＣ効果によりビーム照射時にのみ現れる導電性を示す。Ｉは単位時間当たりに供給される電荷であり、レジストからの二次電子離脱により供給されるホールと考える。
（４）　Ｑ（ｔ）＝ＲＣＩ｛１－ｅｘｐ（－ｔ／ＲＣ）｝
　電荷Ｉは、単位面積当たりで考えると、入射電子ビームの電流密度Ｊを用いて、以下の式（５）のように置き換えることができる。
（５）　Ｉ＝αＪ
　前述したように、ビーム照射時のみＥＢＩＣ効果により等価回路が完成するので、式（４）のｔは、以下の式（６）に示す式で照射時間に置き換えられる。
（６）　ｔ＝ｅｎｐ／Ｊ
　従って、ｎｐ個の電子がレジストに入射した際の正孔の総電荷量は、以下の式（７）のようになる。
（７）　Ｑ（ｎｐ）＝αＪＲＣ｛１－ｅｘｐ（－ｅｎｐ／ＪＲＣ）｝
　レジスト表面に蓄積されるホールの数ｎｒｈはＱ（ｎｐ）を素電荷ｅで割ることで求まる。従って、ｎｒｈは以下の式（８）で表される。また、レジストの誘電率ε、レジストの厚みをｄ、ビーム照射中のレジストの抵抗率をρとすると、Ｃ＝ε／ｄ、Ｒ＝ρｄとなるため、ＲＣ＝ρεに置き換えることができる。
（８）　ｎｒｈ＝αＪＲＣ｛１－ｅｘｐ（－ｅｎｐ／ＪＲＣ）｝／ｅ
　　　　　　＝αＪρε｛１－ｅｘｐ（－ｅｎｐ／Ｊρε）｝／ｅ
　電子ビームの照射によって発生した二次電子のうち、レジストの表面電位Ｖｓ以下のエネルギーの二次電子は、レジストに引き戻されて、帯電に寄与する。そのため、レジスト表面に蓄積する二次電子の数ｎｒＳＥを考慮する必要がある。照射電子をｄｎｐだけ増やしたときに生成される二次電子をｄｎＳＥとした場合、レジストに蓄積する二次電子の増加数ｄｎｒＳＥは、以下の式（９）で表される。式（９）のＰ（Ｅ）はエネルギーＥの二次電子の発生確率（スペクトル）であり、以下の式（１０）のようになる
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　レジストの表面電位Ｖｓは、レジスト表面の電荷量とレジストの静電容量を用いて、以下の式（１１）で表すことができる。
（１１）　Ｖｓ＝ｅ（ｎｒｈ－ｎｒＳＥ）／Ｃ
　式（９）に式（１１）を代入し、Ｃ＝ε／ｄに置き換えることで、以下の式（１２）が微分方程式として得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　規格化された二次電子の放出スペクトルＰ（Ｅ）は、以下の式（１３）で表現できることが知られている（B.L.Henke,　et.al.,　Journal　of　Applied　Physics　48,　1852(1977);”0.1-10-keV　x-ray-induced　electron　emissions　from　solids-Models　and　secondary　electron　measurements”.）。式（１３）でＷはレジストの仕事関数である。
（１３）　Ｐ（Ｅ）＝２Ｗ２Ｅ／（Ｅ＋Ｗ）４
　帯電効果補正を行う描画においては、減衰する帯電量を考慮に入れることで、より高精度な描画が可能になることが知られている（例えば、特許第５４８０５５５号公報）。そのため、描画後十分に時間が経過し、減衰した後の帯電量が求められることが望ましい。このとき、レジストに蓄積されているホールのうち、レジスト下層のクロム膜の近傍にあるホールがクロム膜へ移動して減衰することが考えられる。そのため、パターン密度によらず、クロム膜から一定距離にあるホールがクロム膜へ移動し、ホールの蓄積数が減少すると仮定する。減衰後のホール蓄積数ｎｒｈ（ｓｔａｔｉｃ）は、以下の式（１４）で表すことができる。式（１４）でβは、減衰後のホールの残存率である。
（１４）　ｎｒｈ（ｓｔａｔｉｃ）＝βｎｒｈ
　なお、二次電子は、レジスト表面に蓄積し、クロム膜から遠いため、減衰しないと考えられる。
　関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）は、以下の式（１５）で示すものとなる。これは、上記の式（２）、（８）、（１２）、（１３）、（１４）を利用したものであり、レジストの物理特性を表すパラメータ群として、二次電子放出確率α、レジストの誘電率ε、ビーム照射中のレジストの抵抗率ρ、レジストの仕事関数Ｗ、減衰後のホールの残存率βを定めることで、レジストの膜厚ｄ及びドーズ量Ｄｅｘｐを変数とした関数となる。二次電子放出確率α、誘電率ε、抵抗率ρ、仕事関数Ｗ、残存率βは、少なくとも１種類の膜厚の基板に対して、事前に描画評価によって得られた単位当たりの照射量と帯電量の関係の実験結果に関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）をフィッティングさせることによって決定することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　膜厚又はドーズ感度の異なる以下の４種類のレジストＡ～Ｄを設けた基板（マスクブランクス）を準備し、ドーズ量と帯電量との関係について、描画評価により求めた結果と、関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）による計算結果とを比較した。
レジストＡ：膜厚３００ｎｍ、ドーズ感度～　　７μＣ／ｃｍ２
レジストＢ：膜厚１６５ｎｍ、ドーズ感度～　２３μＣ／ｃｍ２
レジストＣ：膜厚　８０ｎｍ、ドーズ感度～　６０μＣ／ｃｍ２
レジストＤ：膜厚　８０ｎｍ、ドーズ感度～１００μＣ／ｃｍ２
　関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）のパラメータは以下の数値を用いた。
α＝０．０３６
ρ＝１３．６［Ωｍ］
β＝０．６５
ε＝３．１＊ε０（比誘電率３．１、ε０：真空の誘電率）
Ｗ＝３．０［ｅＶ］
　電子ビーム照射時のレジスト帯電量(単位面積当たりの電荷量)は、例えば特許５４８０５５５公報の実施例に開示されているのと同様の方法で、以下のように描画評価により測定できる。図４ａは、レジスト帯電効果を測定するために用いたテストレイアウトを示す図である。尚、図４ａにおいては、各部の内容をより分かりやすくするために、縮尺を変えて示している。
　図４ａに示すテストレイアウトＴＬは、当該レイアウトＴＬの中央に１辺の長さＬ３が１０ｍｍであるパターン密度ｐの照射パッドをドーズ量Ｄｅｘｐで描画し、照射パッド描画直後に、ピッチＬ１が２００μｍであり、１辺の長さＬ２が２０ｍｍであるグリッド（８１×８１グリッド）上に第１ボックスアレイを描画した後、さらに、照射パッド描画から十分時間が経過した後（例えば１０分後）、第１ボックスアレイと同じグリッド上に第２ボックスアレイを描画することにより得られる。
　図４ｂに拡大して示すように、第１ボックスアレイは、例えば、１辺の長さＬ４が４μｍである正方形のパターンである。また、第２ボックスアレイは、例えば１辺の長さＬ５が１４μｍであり、第１ボックスアレイよりも大きいサイズで中央がくり抜かれている枠状のパターンである。
　このように、描画した第１及び第２ボックスアレイの位置をそれぞれ測定することにより、照射パッドの帯電効果による設計位置からの位置ずれ量分布Ｐ１及びＰ２が得られる。Ｐ１は照射パッド帯電後すぐに描画されるため照射直後の帯電量の評価に、Ｐ２は照射パッド帯電後十分時間がたった後に描画されるため減衰した後の帯電量の評価に、それぞれ用いることができる。
　図５は、このようなテストレイアウトの評価により得られる位置ずれ量分布の一例である。
　帯電量分布から位置ずれ量を計算するために仮定する応答関数ｒ（ｘ，ｙ）を用いて、以下のようにして、位置ずれ量分布から帯電量を求めることができる。まず、照射パッドが一様に１ｎＣ／ｃｍ２帯電していると仮定した時の位置ずれ量分布Ｐ０を、以下の式（１６）のように、照射パッド上の領域においては１ｎＣ／ｃｍ２、照射パッド以外の領域においてはゼロとなる関数Ｃ０（ｘ、ｙ）と応答関数ｒ（ｘ、ｙ）との畳み込み積分によって求めておく。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　図６は、上式によって得られた位置ずれ量Ｐ０の分布である。
　Ｐ０と、測定結果であるＰ１及びＰ２とそれぞれ相関を取ったときの傾きから、照射量パッドの帯電量を求めることができる。
　図７ａ、図７ｂは、パターン密度２５％の照射パッドをドーズ量２３μＣ／ｃｍ２で照射したときのＰ１及びＰ２とＰ０との相関を表すグラフである。この相関関係をそれぞれ線形近似した結果、傾きがそれぞれ１．５７および０．７５と求まる。これは、Ｐ１およびＰ２の位置ずれが、照射パッドが１ｎＣ／ｃｍ２帯電した時のモデルを１．５７倍および０．７５倍した時の位置ずれと同等であることを示すので、それぞれ照射パッドが１．５７ｎＣ／ｃｍ２及び０．７５ｎＣ／ｃｍ２帯電していることが分かる。
　描画評価により求めた結果と、関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）による計算結果の比較結果を図８ａ～図８ｄに示す。各図のグラフの横軸がドーズ量、縦軸が帯電量を示す。各図のグラフのマーカが、描画評価により求めた結果を示し、実線が関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）による計算値を示す。図８ａ～図８ｄにおいて、マーカによって示した帯電量は、それぞれの基板において、パターン密度ｐおよびドーズ量Ｄｅｘｐを様々に変えて上記描画評価によって得られた値を、横軸をＤｅｘｐ＊ｐとしてプロットしている。
　四角形のマーカが描画直後を示し、三角形のマーカが減衰後を示す。この結果から、レジストの物理特性が変化しなければ、レジストの膜厚や感度が変わっても、同一のパラメータ群で決まる関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）により帯電量を精度良く算出できることが確認できた。
　レジストはベースポリマーと少量の溶解抑制剤・酸発生材で構成されており、レジストの体積の大部分はベースポリマーが占めているため、本実施形態のモデルで記載した、ビーム照射時の帯電に係るレジストの物理特性は、ポリマーの特性だけで決まっていると考えられる。そのため、感度の異なる４種の基板に対して、同一のパラメータで決まる関数により帯電量を算出できた。つまり、本実施形態では、二次電子放出確率α、誘電率ε、仕事関数Ｗ等のレジストの物理特性が変わるようなポリマー組成の大幅な変更がない限り、レジストの膜厚を変えたり、酸発生剤等の添加物濃度を変更して感度を変えたりした様々な基板について、同一のパラメータを使用した関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）を用いて帯電量を迅速かつ正確に算出できる。
　図１に示す描画装置１００の記憶装置２１には、関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）と、基板２に形成されているレジストの物理特性を示すパラメータ群が事前に格納される。
　図９は、本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。この方法は、パターン密度分布算出工程（ステップＳ１００）と、ドーズ量分布算出工程（ステップＳ１０２）と、帯電量分布算出工程（ステップＳ１０４）と、位置ずれ量分布算出工程（ステップＳ１０６）と、偏向位置補正工程（ステップＳ１０８）と、描画工程（ステップＳ１１０）とを有する。
　パターン密度分布算出工程（ステップＳ１００）では、パターン密度分布算出部３２が、記憶装置１４０から描画データを読み出し、描画領域（或いはフレーム領域）を所定寸法（グリッド寸法）でメッシュ状に仮想分割し、メッシュ領域毎に、描画データに定義される図形パターンの配置割合を示すパターン密度を演算する。そして、メッシュ領域毎のパターン密度の分布を作成する。
　ドーズ量分布算出工程（ステップＳ１０２）では、ドーズ量分布算出部３４が、パターン密度分布を用いて、メッシュ領域毎のドーズ量Ｄｅｘｐの分布を算出する。ドーズ量Ｄｅｘｐは上記式（１）で算出できる。
　帯電量分布算出工程（ステップＳ１０４）では、帯電量分布算出部３６が、記憶装置２１から関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）及びパラメータ群を読み出し、パラメータ群を設定した関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）に、基板２に形成されたレジストの膜厚ｄと、ステップＳ１０２で算出したドーズ量Ｄｅｘｐとを代入して、メッシュ領域毎の帯電量の分布を算出する。
　位置ずれ量分布算出工程（ステップＳ１０６）では、位置ずれ量分布算出部３８（位置ずれ量演算部）が、帯電量分布に基づく位置ずれ量を算出する。具体的には、位置ずれ量分布算出部３８が、ステップＳ１０４で算出した帯電量分布に応答関数ｒ（ｘ，ｙ）を畳み込み積分することにより、帯電量分布の各位置の帯電量に起因した描画位置の位置ずれ量を演算する。
　この帯電量分布を位置ずれ量分布に変換する応答関数ｒ（ｘ，ｙ）を仮定する。ここでは、帯電量分布の各位置で示される帯電位置を（ｘ’，ｙ’）で表し、現在、データ処理を行なっている該当するフレーム領域のビーム照射位置を（ｘ，ｙ）で表す。ここで、ビームの位置ずれは、ビーム照射位置（ｘ，ｙ）から帯電位置（ｘ’，ｙ’）までの距離の関数として表すことができるため、応答関数をｒ（ｘ－ｘ’，ｙ－ｙ’）のように記述することができる。応答関数ｒ（ｘ－ｘ’，ｙ－ｙ’）は、予め実験を行い、実験結果と適合するように予め求めておくか、数値計算によって予め求めておけばよい。以下、（ｘ，ｙ）は、現在、データ処理を行なっている該当するフレーム領域のビーム照射位置を示す。
　そして、位置ずれ量分布算出部３８は、該当するフレーム領域の描画しようとする各位置（ｘ，ｙ）の位置ずれ量から位置ずれ量分布を作成する。作成された位置ずれ量分布は、記憶装置２１に格納されると共に、制御計算機１２０に出力される
　一方、制御計算機１２０内では、ショットデータ生成部４１が、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処理を行って、描画装置１００固有のフォーマットのショットデータを生成する。描画データに定義される図形パターンのサイズは、通常、描画装置１００が１回のショットで形成できるショットサイズよりも大きい。そのため、描画装置１００内では、描画装置１００が１回のショットで形成可能なサイズになるように、各図形パターンを複数のショット図形に分割する（ショット分割）。そして、ショット図形毎に、図形種を示す図形コード、座標、及びサイズといったデータをショットデータとして定義する。
　偏向位置補正工程（ステップＳ１０８）（位置ずれ補正工程）では、位置ずれ補正部４２が、ステップＳ１０６で算出した位置ずれ量を用いて、照射位置を補正する。ここでは、各位置のショットデータを補正する。具体的には、ショットデータの各位置（ｘ，ｙ）に位置ずれ量分布が示す位置ずれ量を補正する補正値を加算する。補正値は、例えば、位置ずれ量分布が示す位置ずれ量の正負の符号を逆にした値を用いると好適である。これにより、電子ビーム６が照射される場合に、その照射先の座標が補正されるので、対物偏向器１３によって偏向される偏向位置が補正されることになる。ショットデータはショット順に並ぶようにデータファイルに定義される。
　描画工程（ステップＳ１１０）において、偏向制御回路１３０内では、ショット順に、成形偏向器制御部４３が、ショット図形毎に、ショットデータに定義された図形種及びサイズから電子ビーム６を可変成形するための成形偏向器１０の偏向量を演算する。また、対物偏向器制御部４４が、当該ショット図形を照射する基板２上の位置に偏向するための対物偏向器１３の偏向量を演算する。言い換えれば、対物偏向器制御部４４（偏向量演算部）が、補正された照射位置に電子ビームを偏向する偏向量を演算する。そして、電子鏡筒１内に配置された対物偏向器１３が、演算された偏向量に応じて電子ビームを偏向することで、補正された照射位置に電子ビームを照射する。これにより、描画部Ｗは、基板２の帯電補正された位置にパターンを描画する。
　本実施形態では、二次電子放出確率α、誘電率ε、仕事関数Ｗ等のレジストの物理特性が変わらなければ、レジストの膜厚を変えたり、酸発生剤や光分解性塩基等の添加物濃度を変更して感度を変えたりした基板について、同一の関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）を用いて帯電量を迅速かつ正確に算出できる。これにより、基板変更に伴う装置のダウンタイムを短縮できる。
　例えば、レジスト膜厚の異なる基板を意図的に使用する場合、変更後のレジスト膜厚を関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）に代入すればよい。
　複数の基板間で意図せずレジスト膜厚が変化する場合、レジスト膜厚を定期的に測定し、過去に使用した基板のレジスト膜厚の変化に基づいて、現在使用している基板のレジスト膜厚を予測し、予測値を関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）に代入してもよい。
　１つの基板内で、レジストに膜厚分布が生じている場合、事前に膜厚分布を測定しておき、帯電量を算出する位置の膜厚を関数σ（ｄ、Ｄｅｘｐ）に代入してもよい。描画装置にレジストの膜厚を測定する測定器を設けてもよい。
　帯電現象に起因した照射位置のずれは、電子ビーム描画装置に限るものではない。本発明は、電子ビーム等の荷電粒子ビームでパターンを検査する検査装置等、狙った位置に荷電粒子ビームを照射することで得られる結果を用いる荷電粒子ビーム装置に適応できる。
　上記実施形態では、描画室内で散乱した電子が基板に降り注ぐかぶり帯電の影響を低減し、照射される電子ビームによる直接帯電が支配的となるように、対物レンズ１２（対物光学系）の下面に正の電位を印加し、基板表面に２次電子を戻さないようにすることが好ましい。
　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４月２７日付で出願された日本特許出願２０２０－７８３４４に基づいており、その全体が引用により援用される。
１　電子鏡筒
２　基板
３　ＸＹステージ
４　ミラー
５　電子銃
６　電子ビーム
７　照明レンズ
８　第１アパーチャプレート
９　投影レンズ
１０　偏向器
１１　第２アパーチャプレート
１２　対物レンズ
１３　偏向器
１４　描画室
１５　静電レンズ
２１，１４０　記憶装置
３０　描画制御部
３２　パターン密度分布算出部
３４　ドーズ量分布算出部
３６　帯電量分布算出部
３８　位置ずれ量分布算出部
４１　ショットデータ生成部
４２　位置ずれ補正部
４３　成形偏向器制御部
４４　対物偏向器制御部
４５　ステージ位置検出部
４６　ステージ制御部
１００　描画装置

Claims (10)

  1. 　荷電粒子ビームを偏向器により偏向させ、レジスト膜が形成された基板に前記荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、
    　前記基板の描画領域をメッシュ状に仮想分割し、メッシュ領域毎の前記パターンの配置割合を示すパターン密度を算出する工程と、
    　前記パターン密度を用いてメッシュ領域毎のドーズ量を算出する工程と、
    　予め求められた前記レジスト膜の膜厚とドーズ量とを変数とする帯電量算出用の関数を用い、前記基板に形成された前記レジスト膜の膜厚、及び算出した前記ドーズ量より帯電量を算出する工程と、
    　算出した前記帯電量から描画位置の位置ずれ量を算出する工程と、
    　前記位置ずれ量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程と、
    　を備える荷電粒子ビーム描画方法。
  2. 　前記帯電量算出用の関数は、前記レジスト膜の物理特性を表すパラメータから決定され、物理特性は、レジストの二次電子放出確率、誘電率、ビーム照射中の抵抗率、仕事関数、及び正孔残存率の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  3. 　前記帯電量算出用の関数は、前記レジスト膜のドーズ感度に依存しないことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  4. 　前記基板に形成された前記レジスト膜の膜厚分布と前記帯電量算出用の関数とに基づき帯電量を算出することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 　レジスト膜厚を定期的に測定し、
    　過去にパターンを描画した基板のレジスト膜厚の変化に基づいて、描画対象の基板のレジスト膜厚を予測し、
    　レジスト膜厚の予測値と前記帯電量算出用の関数とに基づいて帯電量を算出することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  6. 　荷電粒子ビームを偏向器により偏向させ、レジスト膜が形成された基板に前記荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
    　前記荷電粒子ビームを放出する放出部と、
    　前記基板の描画領域をメッシュ状に仮想分割し、メッシュ領域毎の前記パターンの配置割合を示すパターン密度を算出するパターン密度算出部と、
    　前記パターン密度を用いてメッシュ領域毎のドーズ量を示すドーズ量を算出するドーズ量算出部と、
    　前記レジスト膜の膜厚とドーズ量とを変数とする帯電量算出用の関数を記憶する記憶部と、
    　前記記憶部から前記関数を取り出し、前記関数を用い、前記基板に形成された前記レジスト膜の膜厚、及び前記ドーズ量算出部により算出されたドーズ量より帯電量を算出する帯電量算出部と、
    　前記帯電量から描画位置の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、
    　前記位置ずれ量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する補正部と、
    　前記補正された照射位置に前記荷電粒子ビームを照射する描画部と、
    　を備える荷電粒子ビーム描画装置。
  7. 　前記帯電量算出用の関数は、前記レジスト膜の物理特性を表すパラメータから決定され、物理特性は、レジストの二次電子放出確率、誘電率、ビーム照射中の抵抗率、仕事関数、及び正孔残存率の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  8. 　前記帯電量算出用の関数は、前記レジスト膜のドーズ感度に依存しないことを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  9. 　前記帯電量算出部は、前記基板に形成された前記レジスト膜の膜厚分布と前記帯電量算出用の関数とに基づき帯電量を算出することを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  10. 　前記帯電量算出部は、過去にパターンを描画した基板のレジスト膜厚の変化に基づいて、描画対象の基板のレジスト膜厚を予測し、レジスト膜厚の予測値と前記帯電量算出用の関数とに基づいて帯電量を算出することを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
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