(57)【要約】【課題】本発明は荷電粒子ビーム描画方法及び装置に関し、可変ビームの断面のエッジにおけるビーム電流密度と、露光量裕度とを露光量決定に反映させ、被描画材料に形成されたレジストパターンの線幅線形性を向上させることを目的としている。【解決手段】成形偏向器１２によりビーム断面寸法を変化させながら、電流検出部１７でビーム電流を測定し、ビーム電流とビーム断面積とからビーム電流密度分布を求め、ビーム電流密度分布に基づいて、ビーム断面寸法ごとにビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度を決めるように構成する。【選択図】図１
2010258053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを発生する光源と、
該光源からの荷電粒子ビームを集束する第１のレンズと、
該第１のレンズを通過した荷電粒子ビームを受ける第１の成形開口板と、
該第１の成形開口板の開口を通過した荷電粒子ビーム像を集束する第２のレンズと、
該第２のレンズにより結ばれる前記第１の成形開口板の開口の像が投影される第２の成形開口板と、
を具備し、
前記第１の成形開口板と前記第２の成形開口板との間に成形偏向器を備え、
該成形偏向器により前記第１の成形開口板の開口の像を前記第２の成形開口板上で移動させることにより、前記第１の成形開口板の開口の像と、前記第２の成形開口板の開口との重なりとして生成される断面形状可変の荷電粒子ビームを作成し、該荷電粒子ビームを前記第２の成形開口板の後段のレンズ・偏向器により、該荷電粒子ビームを被描画材料に投影し、該被描画材料上における投射位置を制御するように構成された荷電粒子ビーム描画装置の荷電粒子ビーム描画方法において、
前記成形偏向器により断面形状可変の荷電粒子ビームのビーム断面寸法ｘi，ｙjを変化させながらビーム電流
Ｉ（ｘi，ｙn）及びＩ（ｘm，ｙj）（１≦ｉ≦ｍ，１≦ｊ≦ｎ）
を測定し、
測定した値を記憶し、
該ビーム電流とビーム断面積（ｘi−ｘi-1）・ｙn或いはｘm・（ｙj−ｙj-1）とからビーム電流密度分布
Ｊ（ｘi）＝（Ｉ（ｘi，ｙn）−Ｉ（ｘi-1，ｙn））／｛（ｘi−ｘi-1）・ｙn｝
及び
Ｋ（ｙj）＝（Ｉ（ｘm，ｙj）−Ｉ（ｘm，ｙj-1））／｛ｘm・（ｙj−ｙj-1）｝
を求めることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項２】
前記ビーム電流密度分布からビーム電流密度分布の近似関数Ｊa（ｘ）及びＫa（ｙ）を求めることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項３】
基本露光時間を必要露光量と基準電流密度から求め、
該求めた基本露光時間に所定の乗数を乗じて露光時間を求め、
求めた露光時間に従って被描画材料を露光する、
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項４】
前記基本露光時間に乗じられた乗数α或いは乗数βに応じて位置補正量が決定され、該位置補正量に基づいて前記後段の偏向器が制御されることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項５】
荷電粒子ビームを発生する光源と、
該光源からの荷電粒子ビームを集束する第１のレンズと、
該第１のレンズを通過した荷電粒子ビームを受ける第１の成形開口板と、
該第１の成形開口板の開口を通過した荷電粒子ビームを集束する第２のレンズと、
該第２のレンズにより結ばれる前記第１の成形開口板の開口の像が投影される第２の成形開口板と、
を具備し、
前記第１の成形開口板と前記第２の成形開口板との間に成形偏向器を備え、
該成形偏向器により前記第１の成形開口板の開口の像を前記第２の成形開口板上で移動させることにより、前記第１の成形開口板の開口の像と、前記第２の成形開口板の開口との重なりとして生成される断面形状可変の荷電粒子ビームを作成し、該荷電粒子ビームを前記第２の成形開口板の後段のレンズ・偏向器により、該荷電粒子ビームを被描画材料に投影し、該被描画材料上における投射位置を制御するように構成された荷電粒子ビーム描画装置において、
前記成形偏向器により断面形状可変の荷電粒子ビームのビーム断面寸法ｘi，ｙjを変化させながらビーム電流
Ｉ（ｘi，ｙn）及びＩ（ｘm，ｙj）（１≦ｉ≦ｍ，１≦ｊ≦ｎ）
を測定し、
測定した値を記憶し、
該ビーム電流とビーム断面積（ｘi−ｘi-1）・ｙn或いはｘm・（ｙj−ｙj-1）とからビーム電流密度分布
Ｊ（ｘi）＝（Ｉ（ｘi，ｙn）−Ｉ（ｘi-1，ｙn））／｛（ｘi−ｘi-1）・ｙn｝
及び
Ｋ（ｙj）＝（Ｉ（ｘm，ｙi）−Ｉ（ｘm，ｙj-1））／｛ｘm・（ｙj−ｙj-1）｝
を求めることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項６】
前記ビーム電流密度分布からビーム電流密度分布の近似関数Ｊa（ｘ）及びＫa（ｙ）を求めることを特徴とする請求項５記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項７】
基本露光時間を必要露光量と基準電流密度から求め、
該求めた基本露光時間に所定の乗数を乗じて露光時間を求め、
求めた露光時間に従って被描画材料を露光する、
ことを特徴とする請求項５記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項８】
前記基本露光時間に乗じられた乗数α、或いは乗数βに応じて位置補正量が決定され、該位置補正量に基づいて前記後段の偏向器が制御されることを特徴とする請求項５記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子ビーム描画方法及び装置に関し、更に詳しくはビーム電流密度を露光時間に反映させるようにした荷電粒子ビーム描画方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビーム描画方法は、電子ビーム等の荷電粒子ビームを用いて、レジスト（感光材料）を塗布した被描画材料に半導体集積回路パターン等の微細パターンを描画するものである。
【０００３】
図１は可変成形型電子ビーム描画装置の構成例を示す図である。この図を用いて、可変成形型電子ビーム描画装置の動作原理を以下に説明する。先ず、図１に示すように、電子ビーム１が光源４から放出され、照射レンズ（第１のレンズ）２を介して第１の成形開口板３に照射される。光源４としては、一般には、電子銃の直後に形成されるクロスオーバを考えればよい。
【０００４】
光源４の像５は第１の成形開口板３の下に結ばれる。次いで、第１の成形開口板３の像が成形レンズ（第２のレンズ）６により第２の成形開口板７上に投影され、第１の成形開口板３の開口の像と第２の成形開口板７の開口との重なり（論理積）で決定される図形が縮小レンズ８と対物レンズ９を介して、レジスト（感光材料）を塗布した材料１０に投影される。その結果、レジストが感光する。
【０００５】
即ち、投影図形１１が材料１０に転写される。従って、投影図形１１の形状と寸法、及び位置を制御することで、材料１０に所望のパターンを描画することができる。パターン描画後、材料１０を現像すると、レジストが溶解し、材料１０上に所望のパターンが現れる。
【０００６】
逆に言えば、投影図形１１は、その所望のパターンが分割されてできた図形要素である。同パターンは、図形データとして記憶装置２４に格納されており、演算制御装置２２により読み出され、分割される。その際、投影図形１１の形状・寸法及び位置も決定され、これらの決定された値が記憶装置２４に格納される。
【０００７】
投影図形１１の形状と寸法を制御するには、成形偏向器１２を用いる。成形偏向器１２により電子ビーム１を偏向し、第１の成形開口板３の開口の像を第２の成形開口板７の開口に対して移動させる。投影図形１１の位置を制御するには、対物偏向器１３と材料ステージ１４を併用する。対物偏向器１３の偏向可能領域（偏向フィールド）には制限があるため、先ず材料ステージ１４及びステージ駆動装置２１によりステップの大きな位置決めを行ない、その上で対物偏向器１３よりステップの小さな位置決めを行なう。
【０００８】
成形偏向器１２、対物偏向器１３、ステージ駆動装置２１及び後述のブランカー１５は、演算制御装置２２により制御される。基本的には、これらの制御には記憶装置２４に格納された投影図形１１の形状・寸法及び位置が反映されるが、その際、同形状・寸法及び位置は描画精度向上のために必要に応じて補正されることが多い。なお、成形偏向器１２及び対物偏向器１３としては、偏向速度を速くするため、静電偏向器が用いられる。
【０００９】
投影図形１１が常時材料１０に投影されていては、一筆書きの図形しか描画できないため、一般の図形の描画には、電子ビーム１の遮断制御（ブランキング）が必要となる。図１の光学系では、ブランカー１５によりこの遮断制御を行っている。より詳細には、先ず演算制御装置２２によりブランカー１５を働かせ、電子ビーム１をブランキング開口板１６で遮断してから、同じく演算制御装置２２により成形偏向器１２と対物偏向器１３を働かせ、投影図形１１の形状と寸法及び位置を決定した後に、ブランカー１５による電子ビーム１の遮断を解除し、投影図形１１を材料１０上に投影する。所定の時間だけ露光を行うと、再び電子ビーム１を遮断する。この所定の時間分の露光（及びその時の投影図形１１）は、通常、ショットと呼ばれる。
【００１０】
ショット時間は、必要露光量[μＣ／ｃｍ2]（所望の線幅を得るのに必要な露光量）をビーム電流密度[Ａ／ｃｍ2]で除すことで決定される。ビーム電流密度を求めるには、あるビーム断面寸法（投影図形１１の寸法）にて測定されたビーム電流をビーム断面積で除せばよい。ビーム電流測定のため、材料ステージ１４には、材料１０とは別の領域に電流検出部１７が設けられており、ビーム電流測定時には、材料ステージ１４の移動により、電子ビーム１をその電流検出部１７に入射させる。電流検出部１７で検出された電流は信号処理装置２３により数値化され、その値とビーム断面積とから、演算制御装置２２にてビーム電流密度が求められる。
【００１１】
現像後のパターンの線幅、即ちレジストパターンの線幅は露光量に依存するため、露光時間を適切に決定することは、線幅精度の維持や向上のために重要である。線幅精度の指標としては、線幅均一性と線幅線形性（設計線幅に対するレジストパターンの線幅の線形性）がある。なお、レジストパターンの線幅精度だけでなく、エッチングプロセスでレジストパターンを材料１０に転写して得られるパターンの線幅精度も重要ではあるが、以降ではレジストパターンの線幅精度に着目する。
【００１２】
図２に、露光量変化と共にレジストパターンの線幅が変化する様子を示す。同図において、横軸は位置ｘ、縦軸は露光量である。図２において、露光量[μＣ／ｃｍ2]の分布を示す曲線と、レジスト解像閾値[μＣ／ｃｍ2]を示す直線との交点（２点）が、レジストパターンのエッジに相当し、一方の交点からもう一方の交点までの距離がレジストパターンの線幅ＣＤxに相当する。露光量が増える（露光量分布曲線が実線から点線にシフトする）と、レジストパターンの線幅はＣＤxからＣＤx’に変化する。なお、露光量はビーム電流密度と露光時間の積であるから、図２の露光量分布の形はそのまま、材料１０上におけるビーム電流密度分布の形とみてよい。
【００１３】
図２から分かるように、露光量変化に対するレジストパターンの線幅変化は、レジストパターンのエッジにおける露光量分布曲線の勾配が緩やかに、即ちビーム電流密度分布曲線の勾配が緩やかになると共に、大きくなる。そして、その勾配は材料１０上におけるビームぼけの増大と共に緩やかになる。なお、材料１０上におけるビームぼけは、主に対物レンズ９に関する収差で決まる。
【００１４】
このような、露光量変化に対するレジストパターンの線幅変化は、一般に露光量裕度と呼ばれ、通常、露光量変化１％当たりの線幅変化で表される。露光量裕度の値が大きいことは、線幅誤差が大きくなりやすいことに相当する。露光量裕度を決定するには、露光量を故意に振ることでレジストパターンの線幅の露光量依存性をみる実験を行えばよい。
【００１５】
良い線幅均一性のためには、露光量の安定性が重要となる。露光量変動の許容値[％]は、必要な線幅均一性[ｎｍ]を露光量裕度[ｎｍ／％]で除すことで求められる。ところが、ビーム電流密度はわずかながらも経時的に変動するため、これにより露光量が変動し、場合によっては、その変動幅が許容値を超えうる。それを防ぐためには、ビーム電流密度の変動を補償する何らかの手段が必要となる。この目的のために、パターン描画時、適宜描画を中断してビーム電流密度を測定し、その都度、適切な露光時間を決定することが一般に行われている。
【００１６】
一方、良い線幅線形性のためには、露光量分布の均一性即ち材料１０上におけるビーム電流密度分布の均一性が求められる。材料１０上におけるビーム電流密度分布は、第２の成形開口板７上におけるビーム電流密度分布、そしてその大元として第１の成形開口板３上におけるビーム電流密度分布を反映したものであるから、材料１０上におけるビーム電流密度分布の均一性を良くするには、第１の成形開口板３上におけるビーム電流密度分布の均一性が良いことが必要条件となる。
【００１７】
しかしながら、第１の成形開口板３上におけるビーム電流密度分布は、実際には均一ではなく、通常はビーム中心軸において最大で、中心からの距離と共に減衰する。第１の成形開口板３の開口の大きさに対してビーム照射領域を十分に大きくし、かつビーム中心軸を第１の成形開口板３の開口に合わせることで、同開口内のビーム電流密度分布の均一性が良くなるが、これらの条件を満たすことができない場合は、同開口内のビーム電流密度分布の均一性は悪くなり、その結果、材料１０上におけるビーム電流密度分布は悪く、即ち露光量分布は悪くなる。
【００１８】
図３に不均一な露光量分布の例を示す。図３に示すように、露光量がｘの負の向き（左側）に大きく、即ちビーム電流密度がｘの負の向きに高くなっている時は、ビーム断面寸法を小さく、即ち第１の開口板３のエッジの投影像から第２の開口板７のエッジまでの距離を小さくする。ビーム電流密度の低い領域（右側）は第２の開口板７により遮られ、ビーム電流密度の高い領域（左側）が第２の開口板７の開口を通過するようになり、その分だけ露光量が過多となる。一方、ビーム電流密度がｘの正の向きに高くなっている時は、ビーム断面寸法を小さくすると露光量が不足となる。
【００１９】
しかしながら、図３に示したように露光量分布が不均一であっても、ビーム断面寸法に応じて露光時間を決定することで、線幅線形性を向上させることができる。そのようにするには、描画に先立ち、成形偏向器１２及び演算制御装置２２によりビーム断面寸法を制御し、ビーム断面寸法毎に電流検出部１７、信号処理装置２３、及び演算制御装置２２によりビーム電流密度を測定しておくとよい。そして、演算制御装置２２によりビーム断面寸法に応じた最適露光時間の表を作成し、それを記憶装置２４に格納しておけば、描画時にその表を参照して、ビーム断面寸法に応じて露光量を決定することができる（例えば特許文献１参照）。
【００２０】
なお、このようにビーム断面寸法を変えて測定されるビーム電流密度に反映されるのは、材料１０上におけるビーム電流密度分布ではなく、第２の成型開口板７上におけるビーム電流密度分布の、材料１０への写像（対物レンズ９によるぼけを含まない）である。これは、ビーム断面形状・寸法が決定されるのは第２の成型開口板７上においてであるからである。即ち、第２の成形開口板７上のビーム電流密度分布の材料１０への写像と、第２の成形開口板７の開口内の一点から放射されたビームの、主に対物レンズ９による、材料１０上におけるぼけの分布とを畳み込み積分したものが、材料１０上におけるビーム電流密度分布である。図２に対応する第２の成形開口板７上におけるビーム電流密度分布（均一）を図４に示す。図３に対応する第２の成形開口板７におけるビーム電流密度分布（不均一）を図５に示す。
【００２１】
第２の成形開口板７におけるビーム断面寸法はＣＤx／ｍ（ｍ＜１）となっているため、そこにおけるビームぼけは、ビーム断面寸法に対して小さい。従って、その分、ビーム断面のエッジ（第１の開口板３のエッジの投影像）におけるビーム電流密度分布曲線の勾配は、図４及び図５に示すように急峻となる。ここでｍは第２の開口板７の開口の材料１０への投影倍率である。
（参考文献）
参考文献１：K.Komagata, Y.Nakagawa,H.Takemura ,and N.Gotoh, Proc. SPIE, Vol.3096, pp,125-136（1997）
従来のこの種の装置としては、制御ＣＰＵでは、各断面積ごとの検出電流量と、その時の電子ビームの断面積とから、各面積毎の電子ビームの電流密度を求め、予め設定されているショット時間に対する補正値を演算し、この補正値をメモリに記憶する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開平１０−２４２０２５号公報（段落００１４〜００２０、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
前述したように、任意の断面寸法のビームについてそのビーム電流密度を測定し、その値から露光時間を決定すると、ビーム断面内の平均的なビーム電流密度が露光時間の決定に反映されることになる。しかしながら、パターン寸法制御性向上のためには、ビーム断面内の平均的なビーム電流密度ではなく、ビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度を露光時間決定に反映させなければならない。レジストパターンの寸法は、同パターンのエッジからそれに対向するエッジまでの距離であるため、パターン寸法を決定するのは、ビーム断面のエッジにほかならないからである。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、ビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度と、露光量裕度とを露光量決定に反映させレジストパターンの線幅線形性を向上させることができる荷電粒子ビーム描画方法及び装置を提供することを目的としている。更には、ビーム電流密度の不均一性、及び露光時間の増減に起因するレジストパターンの位置ずれを打ち消すべく、ショット位置を補正することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
（１）請求項１記載の発明は、荷電粒子ビームを発生する光源と、該光源からの荷電粒子ビームを集束する第１のレンズと、該第１のレンズを通過した荷電粒子ビームを受ける第１の成形開口板と、該第１の成形開口板の開口を通過した荷電粒子ビーム像を集束する第２のレンズと、該第２のレンズにより結ばれる前記第１の成形開口板の開口の像が投影される第２の成形開口板とを具備し、前記第１の成形開口板と前記第２の成形開口板との間に成形偏向器を備え、該成形偏向器により前記第１の成形開口板の開口の像を前記第２の成形開口板上で移動させることにより、前記第１の成形開口板の開口の像と、前記第２の成形開口板の開口との重なりとして生成される断面形状可変の荷電粒子ビームを作成し、該荷電粒子ビームを前記第２の成形開口板の後段のレンズ・偏向器により、該荷電粒子ビームを被描画材料に投影し、該被描画材料上における投射位置を制御するように構成された荷電粒子ビーム描画装置の荷電粒子ビーム描画方法において、前記成形偏向器により断面形状可変の荷電粒子ビームのビーム断面寸法ｘi，ｙjを変化させながらビーム電流
Ｉ（ｘi，ｙn）及びＩ（ｘm，ｙj）（１≦ｉ≦ｍ，１≦ｊ≦ｎ）
を測定し、
測定した値を記憶し、
該ビーム電流とビーム断面積（ｘi−ｘi-1）・ｙn或いはｘm・（ｙj−ｙj-1）とからビーム電流密度分布
Ｊ（ｘi）＝（Ｉ（ｘi，ｙn）−Ｉ（ｘi-1，ｙn））／｛（ｘi−ｘi-1）・ｙn｝
及び
Ｋ（ｙj）＝（Ｉ（ｘm，ｙj）−Ｉ（ｘm，ｙj-1））／｛ｘm・（ｙj−ｙj-1）｝
を求めることを特徴とする。
【００２５】
（２）請求項２記載の発明は、前記ビーム電流密度分布からビーム電流密度分布の近似関数Ｊa（ｘ）及びＫa（ｙ）を求めることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、基本露光時間を必要露光量と基準電流密度から求め、該求めた基本露光時間に所定の乗数を乗じて露光時間を求め、求めた露光時間に従って被描画材料を露光することを特徴とする。
【００２６】
ここで、必要露光量とは、所定の線幅を得るために必要な露光量である。線幅とは、被描画材料に形成されたレジストパターンの対向するエッジ間の距離である。基準ビーム電流密度Ｌは、好適にはＪa（０）又はＫa（０）とする。基本露光時間に乗ずる乗数は乗数α或いは乗数βとする。
【００２７】
乗数αは、Ｘ方向の線幅を優先して制御する際、γ・Ｊa（０）及びγ・Ｊa（ｘ）の基準ビーム電流密度Ｌに対する相対変化[％]と露光量裕度[ｎｍ／％]との積から決定されるエッジの位置ずれに伴う線幅変化[ｎｍ]が零となる乗数である。
【００２８】
乗数βは、Ｙ方向の線幅を優先して制御する際、γ・Ｋa（０）及びγ・Ｋa（ｙ）の基準ビーム電流密度Ｌに対する相対変化[％]と露光量裕度[ｎｍ／％]との積から決定されるエッジの位置ずれに伴う線幅変化[ｎｍ]が零となる乗数である。
【００２９】
γとは、ビーム電流密度の経時変化の割合である。
露光量裕度［ｎｍ／％］とは露光量変化[％]に対する線幅変化[ｎｍ]である。
線幅変化[ｎｍ]とはレジストパターンの対向するエッジの位置ずれによるエッジ間距離の変化である。
【００３０】
（４）請求項４記載の発明は、前記基本露光時間に乗じられた乗数α或いは乗数βに応じて位置補正量が決定され、該位置補正量に基づいて前記後段の偏向器が制御されることを特徴とする。
【００３１】
基本露光時間に乗数αが乗じられた時は、α・γ・Ｊa（０）及びα・γ・Ｊa（ｘ）の基準ビーム電流密度Ｌに対する相対変化[％]と露光量裕度[ｎｍ／％]との積から決定されるエッジの位置ずれに伴うレジストパターンの位置ずれを打ち消すようにＸ方向に、被描画材料上における投影位置を補正する。
【００３２】
基本露光時間に乗数βが乗じられた時は、β・γ・Ｋa（０）及びβ・γ・Ｋa（ｙ）の基準ビーム電流密度Ｌに対する相対変化[％]と露光量裕度[ｎｍ／％]との積から決定されるエッジの位置ずれに伴うレジストパターンの位置ずれを打ち消すようにＹ方向に、被描画材料上における投影位置を補正する。
【００３３】
（５）請求項５記載の発明は、荷電粒子ビームを発生する光源と、該光源からの荷電粒子ビームを集束する第１のレンズと、該第１のレンズを通過した荷電粒子ビームを受ける第１の成形開口板と、該第１の成形開口板の開口を通過した荷電粒子ビームを集束する第２のレンズと、該第２のレンズにより結ばれる前記第１の成形開口板の開口の像が投影される第２の成形開口板とを具備し、前記第１の成形開口板と前記第２の成形開口板との間に成形偏向器を備え、該成形偏向器により前記第１の成形開口板の開口の像を前記第２の成形開口板上で移動させることにより、前記第１の成形開口板の開口の像と、前記第２の成形開口板の開口との重なりとして生成される断面形状可変の荷電粒子ビームを作成し、該荷電粒子ビームを前記第２の成形開口板の後段のレンズ・偏向器により、該荷電粒子ビームを被描画材料に投影し、該被描画材料上における投射位置を制御するように構成された荷電粒子ビーム描画装置において、前記成形偏向器により断面形状可変の荷電粒子ビームのビーム断面寸法ｘi，ｙjを変化させながらビーム電流
Ｉ（ｘi，ｙn）及びＩ（ｘm，ｙj）（１≦ｉ≦ｍ，１≦ｊ≦ｎ）
を測定し、測定した値を記憶し、
該ビーム電流とビーム断面積（ｘi−ｘi-1）・ｙn或いはｘm・（ｙj−ｙj-1）とからビーム電流密度分布
Ｊ（ｘi）＝（Ｉ（ｘi，ｙn）−Ｉ（ｘi-1，ｙn））／｛（ｘi−ｘi-1）・ｙn｝
及び
Ｋ（ｙj）＝（Ｉ（ｘm，ｙi）−Ｉ（ｘm，ｙj-1））／｛ｘm・（ｙj−ｙj-1）｝
を求めることを特徴とする。
【００３４】
（６）請求項６記載の発明は、前記ビーム電流密度分布からビーム電流密度分布の近似関数Ｊa（ｘ）及びＫa（ｙ）を求めることを特徴とする。
（７）請求項７記載の発明は、基本露光時間を必要露光量と基準電流密度から求め、
該求めた基本露光時間に所定の乗数を乗じて露光時間を求め、求めた露光時間に従って被描画材料を露光することを特徴とする。
【００３５】
（８）請求項８記載の発明は、前記基本露光時間に乗じられた乗数α、或いは乗数βに応じて位置補正量が決定され、該位置補正量に基づいて前記後段の偏向器が制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
（１）請求項１記載の発明によれば、ビーム断面寸法ごとに、ビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度を求めることができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、ビーム断面寸法ごとにビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度を、より精度よく求めることができる。
【００３７】
（３）請求項３記載の発明によれば、ビーム電流密度の経時変化と、ビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度と、露光量裕度とが露光時間に反映されたことにより、該露光時間に基づいて被描画材料に形成されたパターンの線幅均一性と共にその線幅線形性も向上する。
【００３８】
（４）請求項４記載の発明によれば、ビーム電流密度分布の不均一性及び露光時間に起因する被描画材料のパターンのエッジ位置ずれが無くなるようにショット位置が補正され、被描画材料上のパターンの位置精度が向上する。
【００３９】
（５）請求項５記載の発明によれば、ビーム断面寸法ごとに、ビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度を求めることができる。
（６）請求項６記載の発明によれば、ビーム断面寸法ごとにビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度を、より精度よく求めることができる。
【００４０】
（７）請求項７記載の発明によれば、ビーム電流密度の経時変化と、ビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度と、露光量裕度とが露光時間に反映されたことにより、該露光時間に基づいて被描画材料に形成されたパターンの線幅均一性と共にその線幅線形性も向上する。
【００４１】
（８）請求項８記載の発明によれば、ビーム電流密度分布の不均一性及び露光時間の増減に起因する被描画材料のパターンのエッジの位置ずれが無くなるようにショット位置が補正され、被描画材料上のパターンの位置精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】可変成形型電子ビーム描画装置の構成例を示す図である。
【図２】露光量変化に対するレジストパターンの線幅変化の説明図である。
【図３】不均一な露光量分布の例を示す図である。
【図４】図２に対応する第２の成形開口板７における電流密度分布を示す図である。
【図５】図３に対応する第２の成形開口板７における電流密度分布を示す図である。
【図６】ビーム断面寸法をＸ方向に変化させる様子を示す図である。
【図７】短辺ｘi−ｘi-1、長辺ｙnの矩形領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
（第１の実施の形態）
実施の形態１で提案する荷電粒子ビーム描画装置の構成は、図１の構成と同じである。なお、第１及び第２の成形開口板３，７の開口の形状は矩形とする。
【００４４】
第１の実施の形態は、以下のステップに従い、露光時間を決定し、かつショット位置を補正してからショットを投影する。なお、以下のステップは、ビーム断面の長辺の長さが最大である、即ちｘm或いはｙnに等しいという条件の下で短辺方向の線幅や位置の精度を向上させることを前提としているが、長辺の長さがｘm以下或いはｙn以下であるビームに対しても、同様に短辺方向の線幅や位置の精度を向上させることを前提とするのであれば、以下のステップに従い操作を進めればよい。
（Ａ）演算制御装置２２により成形偏向器１２を働かせてビーム断面寸法を変化させながら、電流検出部１７及び信号処理装置２３によりビーム電流Ｉ（ｘi，ｙn）及びＩ（ｘm，ｙj）（１≦ｉ≦ｍ，１≦ｊ≦ｎ）を測定する。そして、得られた電流値を演算制御装置２２を通じて記憶装置２４に格納する。
【００４５】
ここで、ｘi及びｙjは材料１０上における平面座標を表し、それらの基準は第１の開口板３のエッジの材料１０上への投影像に置く。即ち、同エッジの材料１０上への投影像をｘ＝０及びｙ＝０の直線と捉える。ｘm及びｙnは、それぞれＸ及びＹ方向のビーム断面寸法の最大値に相当する。
（Ｂ）演算制御装置２２により、前記Ｉ（ｘi，ｙn）及びＩ（ｘm，ｙj）からビーム電流密度分布
Ｊ（ｘi）＝（Ｉ（ｘi，ｙn）−Ｉ（ｘi-1，ｙn））／｛（ｘi−ｘi-1）・ｙn｝
及び
Ｋ（ｙj）＝（Ｉ（ｘm，ｙj）−Ｉ（ｘm，ｙj-1））／｛ｘm・（ｙj−ｙj-1）｝
を決定し、これらを記憶装置２４に格納する。但し、ｉ＝１のときｘi-1＝０、ｊ＝１のときｙj-1＝０とする。
（Ｃ）演算制御装置２２により、前記Ｊ（ｘi）及びＫ（ｙj）の近似関数Ｊa（ｘ）及び
Ｋa（ｙ）を求める。
（Ｄ）事前に記憶装置２４に格納された描画パターンを演算制御装置２２は読み出し、読み出した描画パターンをショット（投影図形１１）に分割する。この際、各ショットの寸法及び位置も決定し、これらの値を演算制御装置２２は記憶装置２４に格納する。
（Ｅ）演算制御装置２２は、基本露光時間を、必要露光量を基準ビーム電流密度Ｌで除すことで決定する。ここで、Ｌ＝Ｊa（０）とする。
（Ｆ）演算制御装置２２は、ステップ（Ｄ）で決定された各ショットの寸法（ビーム断面寸法）が、
短辺ｘ（≦ｘm）、長辺ｙnの場合には乗数
α＝２・Ｌ／｛γ・（Ｊa（０）＋Ｊa（ｘ））｝を、
短辺ｙ（≦ｙn）、長辺ｘmの場合には乗数
β＝２・Ｌ／｛γ・（Ｋa（０）＋Ｋa（ｙ））｝
を、基本露光量に乗じて露光時間を決定する。ここで、γ＝Ｉm（ｔ）／Ｉm（ｔ0）、Ｉm（ｔ）は時刻ｔにおけるＩ（ｘm，ｙn）の値、ｔ0はｔの初期値とする。
（Ｇ）ステップ（Ｅ）にて前記乗数をαとした場合には、
Ｘ方向に
５０・ｌd・（Ｊa（０）−Ｊa（ｘ））／（Ｊa（０）＋Ｊa（ｘ））だけ、
ステップ（Ｅ）にて前記乗数をβとした場合には、
Ｙ方向に
５０・ｌd・（Ｋa（０）−Ｋa（ｙ））／（Ｋa（０）＋Ｋa（ｙ））だけ、
ステップ（Ｄ）で決定されたショット位置を補正する演算を演算制御装置２２で行なう。ここで、ｌdは露光量裕度[ｎｍ／％]である。
（Ｈ）ステップ（Ｄ）で生成された前記ショットが、ステップ（Ｄ）及び（Ｇ）で決定及び補正されたショット位置に投射されるように演算制御装置２２はステップ（Ｇ）で決定したショット位置補正量に基づいた制御信号を作成し、該信号を対物偏向器１３に送り制御すると共に、ステップ（Ｆ）で決定された露光時間に基づいた制御信号を作成し、該信号をブランカー１５に送り制御する。
【００４６】
先ず、ステップ（Ａ）−（Ｃ）について説明する。図６に、ステップ（Ａ）においてビーム電流Ｉ（ｘi，ｙn）を測定する際にビーム断面寸法をＸ方向に変化させる様子を示す。ビーム電流Ｉ（ｘi，ｙn）は、短辺ｘi、長辺ｙnの矩形領域に流入するビーム電流である。ステップ（Ａ）でこのようにビーム電流を測定した後、ステップ（Ｂ）にて、Ｉ（ｘi，ｙn）からＩ（ｘi-1，ｙn）を差し引くことで、短辺ｘi−ｘi-1、長辺ｙnの矩形領域（図７におけるハッチング部分）に流入するビーム電流を求め、これをビーム断面積（ｘi−ｘi-1）・ｙnで除し、短辺ｘi−ｘi-1、長辺ｙnの矩形領域におけるビーム電流密度
Ｊ（ｘi）＝（Ｉ（ｘi，ｙn）−Ｉ（ｘi-1，ｙn））／｛（ｘi−ｘi-1）・ｙn｝
を求める。これを異なるｘi毎に求めればよい。同様の操作をビーム断面寸法をｙ方向に変化させて実施すればＫ（ｙj）が求められる。
【００４７】
そして、ステップ（Ｃ）にて、Ｊ（ｘi）およびＫ（ｙj）を近似曲線により平滑化することで、測定誤差（例えば、ビーム断面寸法指令値の分解能に起因する誤差）が低減される。このようにして、ビーム電流密度分布の近似関数Ｊa（ｘ）及びＫa（ｙ）が求められる。
【００４８】
ところで、Ｊa（ｘ）及びＫa（ｙ）は、材料１０上におけるビーム電流密度分布（対物レンズ９によるぼけを含む）ではなく、第２の成形開口板７上におけるビーム電流密度分布（図４及び図５に示す）の、材料１０への写像（対物レンズ９によるぼけを含まない）である。
【００４９】
なお、第１の開口板３のエッジの材料１０への投影像と、第２の開口板７のエッジの材料１０への投影像のうち、成形偏向器１２を働かせてビーム断面寸法を変化させた時に実際に移動するのは、第１の開口板３のエッジの材料１０への投影像であるが、図６及び図７では、ビーム断面寸法の変化に伴って動くのは第２の開口板７のエッジの投影像と考えている。これは、以降の説明を簡単にするためである。以降では、第１の開口板３のエッジの材料１０への投影像を、ｘ及びｙの基準とする。即ち、第１の開口板３のエッジの材料１０への投影像を、ｘ＝０及びｙ＝０の直線と捉える。
【００５０】
次に、ステップ（Ｅ）及び（Ｆ）について説明する。ステップ（Ｄ）は、従来技術と同じであるので、その説明を省略する。
先ず、ビーム電流密度の不均一性及びビーム電流密度の経時変化に起因する線幅変化を数式で表すことを考える。Ｘ方向の線幅変化ΔＣＤxは、基準ビーム電流密度、即ち基本露光時間を決めるビーム電流密度をＬとすれば、露光量裕度ｌd[ｎｍ／％]を用いて、
【００５１】
【数１】
2010258053.tif 000003
【００５２】
と表せる。図２におけるＣＤx及びＣＤx’を用いれば、ΔＣＤx＝ＣＤx’−ＣＤxである。（１）式は、レジストパターンにおいて対向する２つのエッジの、露光量変化に伴う位置ずれの線幅変化への寄与の和、即ち同エッジ間の距離変化を示す。各エッジの位置ずれは、γ・Ｊa（０）及びγ・Ｊa（ｘ）の基準ビーム電流密度Ｌに対する相対変化[％]と露光量裕度ｌd[ｎｍ／％]との積の２分の１に相当する。
【００５３】
ここで、時刻ｔにおけるＪa（ｘ）は、変化の割合γ＝Ｉm（ｔ）／Ｉm（ｔ0）に比例すると考えている。Ｉm（ｔ）は、定期的に描画を中断して測定することで決定する。
また、基本露光時間は、必要露光量を基準ビーム電流密度Ｌで除したものとなる。ここで、ＬとしてはＪa（０）やＫa（０）を選択すればよい。Ｌは基本露光時間を決定する基準となるものであるから、１つに固定される必要があるが、描画を実施する度にＪa（０）或いはＫa（０）かの選択をする必要はなく、何れかが自動的に選択されるようになっていればよい。
【００５４】
なお、基準ビーム電流密度は必ずしもＪa（０）或いはＫa（０）でなくても構わないが、Ｊa（ｘ）或いはＫa（ｙ）のとりうる値から遠くならないようにするのがよい。これは、露光量裕度の大きさは、露光量やビームぼけに依存するからである。即ち、露光量やビームぼけがエッジ位置で異なれば、露光量裕度もエッジ毎に異なることになる。（１）式では、ビーム電流密度分布は、露光量裕度がビーム断面寸法やエッジの位置によらず一定であるとみなせるほど十分に均一であり、かつビームぼけもエッジの位置に依存しないと仮定している。実施の形態１では、以降もこの仮定を適用する。
【００５５】
次に露光時間をα倍する（基本露光時間にαを乗じて露光量をα倍する）ことで、ΔＣＤx＝０とすることを考える。これは、（１）式においてγ・Ｊa（０）及びγ・Ｊa（ｘ）にαを乗じて、
【００５６】
【数２】
2010258053.tif 000004
【００５７】
で表せる。これより、基本露光時間に乗ずる数αは、
α＝２・Ｌ／｛γ・（Ｊa（０）＋Ｊa（ｘ）｝                （２）
と求まる。
【００５８】
Ｙ方向の線幅変化ΔＣＤyについては、基準ビーム電流密度を再びＬとし、
【００５９】
【数３】
2010258053.tif 000005
【００６０】
と表せ、
【００６１】
【数４】
2010258053.tif 000006
【００６２】
より、基本露光時間に乗ずる数βは、
β＝２・Ｌ／｛γ・（Ｋa（０）＋Ｋa（ｙ））｝              （４）
となる。Ｙ方向についての基準ビーム電流密度をＸ方向についてのそれ（Ｌ）と同じとするのは、レジストパターンのＸ方向の寸法とＹ方向の寸法との間に差が生じるのを防ぐためである。
【００６３】
次に、ステップ（Ｇ）について説明する。上述の操作により露光時間を増減すると、即わちレジストパターンのエッジの位置を調整すると、線幅が変化するだけでなく、レジストパターンの位置も変化する。露光時間をα倍及びβ倍した時、レジストパターンの位置は
【００６４】
【数５】
2010258053.tif 000007
【００６５】
【数６】
2010258053.tif 000008
【００６６】
だけ、ずれていることになる。
（５）及び（６）式は夫々、前記の対向する２つのエッジの、露光量変化に伴う位置ずれの平均値を示す。各エッジの位置ずれは、α・γ・Ｊａ（０）及びα・γ・Ｊa（ｘ）、或いはβ・γ・Ｋa（０）及びβ・γ・Ｋa（ｙ）の基準ビーム電流密度Ｌに対する相対変化[％]と露光量裕度[ｎｍ／％]との積の２分の１に相当する。
【００６７】
（５）及び（６）式において、−（α・γ・Ｊa（０）／Ｌ−１）・１００・ｌd／２及び−（β・γ・Ｋa（０）／Ｌ−１）・１００・Ｉd／２の符号が負になっているのは、ｘ＝０及びｙ＝０のエッジにおいては、露光量増加に伴う位置ずれの向きが負の向きになることによる。
（５）式に（２）式を、（６）式に（４）式を代入すれば、
ΔＩＰx＝５０・ｌd・（Ｊa（ｘ）−Ｊa（０））／（Ｊa（０）＋Ｊa（ｘ））  （７）
ΔＩＰy＝５０・ｌd・（Ｋa（ｙ）−Ｋa（０））／（Ｋa（０）＋Ｋa（ｙ））  （８）
が得られる。
【００６８】
つまり、ステップ（Ｆ）にて露光時間を増減すると共にステップ（Ｇ）にてショット位置をＸ方向に
−ΔＩＰx＝５０・ｌd・（Ｊa（０）−Ｊa（ｘ））／（Ｊa（０）＋Ｊa（ｘ））
或いはＹ方向に
−ΔＩＰy＝５０・ｌd・（Ｋa（０）−Ｋa（ｙ））／（Ｋa（０）＋Ｋa（ｙ））
だけ補正すれば、最後にステップ（Ｈ）にて、理想的な線幅のレジストパターンが理想的な位置に形成されることになる。
【００６９】
なお、このようなレジストパターンの位置ずれは、露光時間の増減に関わらず、ビーム電流密度が均一でないこと自体に起因して発生する。ビーム電流密度が均一でないことに起因する位置ずれは、
ΔＩＰx＝２５・ｌd・（Ｊa（ｘ）−Ｊa（０））／Ｌ
ΔＩＰy＝２５・ｌd・（Ｋa（ｙ）−Ｋa（０））／Ｌ
と表される。これらは、（５）式及び（６）式においてγ＝１かつα＝β＝１、或いは
α＝β＝１／γとしたものである。
【００７０】
本発明によれば、可変成形荷電粒子ビーム描画装置を用いたパターン描画において、最適露光時間を決定する際、露光時間にビーム電流密度の経時変化が反映されると共に、ビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度と、露光量裕度とが反映され、レジストパターンの線幅均一性と共に、線幅線形性が向上する。更に、ビーム電流密度分布の不均一性及び露光時間の増減に起因するレジストパターンのエッジの位置ずれが打ち消されるようにショット位置が補正され、レジストパターンの位置精度が向上する。
（実施の形態２）
実施の形態２の構成は、実施の形態１と同じである。実施の形態１では、露光量裕度はビーム断面の寸法やエッジ位置に依存せず一定と仮定したが、実施の形態２では、露光量裕度をエッジ毎に定める。ビームのぼけがエッジ毎に異なっている場合や、ビーム電流密度の均一性が悪いために露光量が基準値から大きくずれている場合は、露光量裕度がエッジ毎に異なることになる。露光量裕度をエッジによらず一定とすることは、露光量変化に伴うレジストパターンの線幅変化を両エッジに均等に割り振ることに相当するが、露光量裕度をエッジ毎に定めることは、同線幅変化を、両エッジに不均等に割り振ることに相当する。
【００７１】
（１）式において、第１の開口板３のエッジの材料１０への投影像（ビーム電流密度
Ｊa（０））における露光量裕度をｌd’、第２の開口板７のエッジの材料１０への投影像（ビーム電流密度Ｊa（ｘ））における露光量裕度をδ・ｌd’とすると、（１）式は、
【００７２】
【数７】
2010258053.tif 000009
【００７３】
となり、（９）式においてγ・Ｊa（０）及びγ・Ｊa（ｘ）にαを乗じれば
ΔＣＤx＝（α・γ・Ｊa（０）／Ｌ−１）・１００・ｌd’／２
＋（α・γ・Ｊa（ｘ）／Ｌ−１）・１００・δ・ｌd’／２＝０
より、
α＝（１＋δ）・Ｌ／｛γ・（Ｊa（０）＋δ・Ｊa（ｘ））｝    （１０）
となる。もし、露光量裕度がビーム断面寸法に依存するならば、δをｘの関数として扱えばよい。
【００７４】
一方、レジストパターンの位置ずれΔＩＰxは、
【００７５】
【数８】
2010258053.tif 000010
【００７６】
と表され、これに（１０）式を代入し、
【００７７】
【数９】
2010258053.tif 000011
【００７８】
が得られる。従って、ショット位置の補正量は、
【００７９】
【数１０】
2010258053.tif 000012
【００８０】
となる。
以上、Ｘ方向の線幅変化及び位置ずれについて説明したが、Ｙ方向についても、（３）式における露光量裕度を必要に応じてエッジ毎に変え、β及びΔＩＰyを求めればよい。第１の成形開口板３のエッジの材料１０への投影像（ビーム電流密度Ｋa（０））における露光量裕度をｌd”、第２の成形開口板７のエッジの材料１０への投影像（ビーム電流密度Ｋa（ｙ））における露光量裕度をδ’・ｌd”とすると、
β＝（１＋δ’）・Ｌ／｛γ・（Ｋa（０）＋δ’・Ｋa（ｙ））｝   （１３）
及び
ΔＩＰy＝５０・δ’・ｌd”（Ｋa（ｙ）−Ｋa（０））／（Ｋa（０）＋δ’・Ｋa（ｙ））                                                        （１４）
となる。ショット位置の補正量は、
−ΔＩＰy＝５０・δ’・Ｉd”（Ｋa（０）−Ｋa（ｙ））／（Ｋa（０）＋δ’・Ｋa（ｙ））
となる。
（実施の形態３）
その構成は基本的に実施の形態１，２の構成と同じである。
【００８１】
その動作は基本的に実施の形態１，２と同じであるが、実施の形態１或いは実施の形態２の手法で決定した露光時間で評価用パターンを描画した後、そのレジストパターンの線幅を測定し、その測定結果の設計線幅に対する過不足分だけ（１）式或いは（９）式に従い露光量裕度を増減する。そして、これらの作業を、線幅測定結果の過不足分が許容値以下に収束するまで繰り返す。このようにすれば、レジストパターンの線幅を、より設計線幅に近づけることができる。
（実施の形態４）
この構成は、実施の形態１〜３の構成と同じであるが、電子ビームの代わりにイオンビームを用いたものである。その動作も基本的に実施の形態１〜３と同じである。
【００８２】
以上、説明した本発明の効果を説明すれば以下の通りである。
可変成形荷電粒子ビーム描画装置を用いたパターン描画において、最適露光時間を決定する際、露光時間にビーム電流密度の経時変化を反映させると共に、ビーム断面のエッジにおけるビーム電流密度と、露光量裕度とを反映させることにより、レジストパターンの線幅均一性と共に、線幅線形性が向上する。
【００８３】
更に、ビーム電流密度分布の不均一性及び露光時間の増減に起因するレジストパターンのエッジの位置ずれを打ち消すべく、ショット位置を補正することにより、レジストパターンの位置精度が向上する。
【符号の説明】
【００８４】
１    電子ビーム
２    照射レンズ
３    第１の成形開口板
４    光源
５    光源の像
６    成形レンズ
７    第２の成形開口板
８    縮小レンズ
９    対物レンズ
１０  材料
１１  投影図形
１２  成形偏向器
１３  対物偏向器
１４  材料ステージ
１５  ブランカー
１７  電流検出部
２１  ステージ駆動装置
２２  演算制御装置
２３  信号処理装置
２４  記憶装置
【図１】
2010258053.tif 000013
【図２】
2010258053.tif 000014
【図３】
2010258053.tif 000015
【図４】
2010258053.tif 000016
【図５】
2010258053.tif 000017
【図６】
2010258053.tif 000018
【図７】
2010258053.tif 000019