JP5809912B2 - 荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。

半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。ここで、微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、電子ビームを用いた描画装置が用いられる。この装置は、本質的に優れた解像度を有し、また、焦点深度を大きく確保することができるので、高い段差上でも寸法変動を抑制できるという利点を有する。

特許文献１には、電子ビームリソグラフィ技術に使用される可変成形型電子ビーム描画装置が開示されている。こうした装置における描画データは、ＣＡＤシステムを用いて設計された半導体集積回路などの設計データ（ＣＡＤデータ）に、補正や図形パターンの分割などの処理を施すことによって作成される。例えば、図形パターンの分割処理は、電子ビームのサイズにより規定される最大ショットサイズ単位で行われ、併せて、分割された各ショットの座標位置、サイズおよび照射時間が設定される。そして、描画する図形パターンの形状や大きさに応じてショットが成形されるように、描画データが作成される。描画データは、短冊状のフレーム（主偏向領域）単位で区切られ、さらにその中は副偏向領域に分割されている。つまり、チップ全体の描画データは、主偏向領域のサイズにしたがった複数の帯状のフレームデータと、フレーム内で主偏向領域よりも小さい複数の副偏向領域単位とからなるデータ階層構造になっている。

副偏向領域は、副偏向器によって、主偏向領域よりも高速に電子ビームが走査されて描画される領域であり、一般に最小描画単位となる。副偏向領域内を描画する際には、パターン図形に応じて準備された寸法と形状のショットが成形偏向器により形成される。具体的には、電子銃から出射された電子ビームが、第１のアパーチャで矩形状に成形された後、成形偏向器で第２のアパーチャ上に投影されて、そのビーム形状と寸法を変化させる。その後、副偏向器と主偏向器により偏向されて、ステージ上に載置されたマスクに照射される。

ところで、マスクにパターンを描画する際、マスク面において、直交する２方向で像面が異なる非点収差が生じる場合がある。このため、非点を補正する処理が行われる。補正は、主偏向非点について行われ、副偏向非点については行われない。これは、副偏向領域は主偏向領域に比べて小さく、偏向非点によるパターン寸法の変動が小さいことによる。しかしながら、ＬＳＩの高集積化に伴うパターンの微細化によって、副偏向領域における偏向非点の影響が無視できないものとなる可能性がある。こうした点に鑑み、特許文献２には、主偏向非点と副偏向非点の両方を補正する方法が開示されている。

特開平９−２９３６７０号公報 特開２００７−２２７７００号公報

特許文献２の方法によれば、方向によって異なる電子ビームの焦点位置が同じとなるように補正することができる。つまり、電子ビームの照射スポットのぼけを改善することができる。しかしながら、この場合、主偏向器による非点補正によって倍率に異方性が生じる。すなわち、方向によって像面の倍率に違いが生じ、電子ビームのショット形状が歪むという問題が起こる。こうした問題は、描画精度に対する要求が高まっている昨今にあっては、無視できないものとなっている。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、偏向位置によって電子ビームのショット形状が歪むのを抑制できる荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、荷電粒子ビームを集束する電磁レンズと、
荷電粒子ビームを偏向する主偏向器と、
主偏向器とは異なる四重極場を発生させる１つ以上の四重極場発生手段とを有し、
主偏向器と四重極場発生手段によって、主偏向器の偏向量に依存して生じる非点と、荷電粒子ビームの像面の倍率の異方性とを補正することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。

本発明の第１の態様は、主偏向器に印加する偏向信号の補正量であって、主偏向器の偏向量に依存して生じる非点と荷電粒子ビームの像面の倍率の異方性とを補正する第１の補正量を算出する第１の演算部と、
四重極場発生手段に印加する偏向信号の補正量であって、主偏向器の偏向量に依存して生じる非点と荷電粒子ビームの像面の倍率の異方性とを補正する第２の補正量を算出する第２の演算部と、
第１の補正量を用いて主偏向器に印加する偏向信号を生成するとともに、第２の補正量を用いて四重極場発生手段に印加する偏向信号を生成する偏向信号生成部とを有することが好ましい。

本発明の第１の態様において、四重極場発生手段は、荷電粒子ビームを偏向する副偏向器とすることが好ましい。

本発明の第２の態様は、電磁レンズにより荷電粒子ビームを試料上に集束し、試料上における荷電粒子ビームの照射位置を主偏向器で制御する荷電粒子ビーム描画方法において、
主偏向器と、主偏向器とは異なる四重極場を発生させる１つ以上の四重極場発生手段とによって、主偏向器の偏向量に依存して生じる非点と、荷電粒子ビームの像面の倍率の異方性とを補正することを特徴とするものである。

本発明の第２の態様において、四重極場発生手段は、荷電粒子ビームを偏向する副偏向器であることが好ましい。

本発明によれば、偏向位置によって電子ビームのショット形状が歪むのを抑制できる荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法が提供される。

本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。 ８極の静電偏向器からなる偏向器と、各電極にアナログデータを印加するＤＡＣアンプユニットを示す図である。 電子ビームのショット形状にＸＹ差が生じていない例である。 電子ビームのショット形状にＸＹ差が生じている例である。 電子ビームによる描画方法の説明図である。 ＸＹ差を説明する概念図である。 本実施の形態で電子ビームが試料に照射される様子を示す図である。

図１は、本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成を示す概念図である。

図１において、電子ビーム描画装置１００は、可変成形型の電子ビーム描画装置の一例であり、描画部１５０と制御部１６０を備えている。

描画部１５０は、電子鏡筒１０２と描画室１０３を備えている。

電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランキング偏向器２１２、ブランキングアパーチャ２１４、第１の成形アパーチャ２０３、投影レンズ２０４、成形偏向器２０５、第２の成形アパーチャ２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８および副偏向器２０９が配置されている。照明レンズ２０２、投影レンズ２０４および対物レンズ２０７は、励磁を変えて結像位置を調節する電磁レンズである。

描画室１０３の内部には、ＸＹステージ１０５が配置される。

ＸＹステージ１０５上には、描画対象となるマスクなどの試料２１６が載置されている。試料２１６としてマスクを用いる場合、その構成は、例えば、石英などのマスク基板上に、クロム（Ｃｒ）膜やモリブデンシリコン（ＭｏＳｉ）膜などの遮光膜が形成され、さらにその上にレジスト膜が形成されたものとすることができる。そして、このレジスト膜上に、電子ビーム描画装置１００を用いて所定のパターンを描画する。

また、ＸＹステージ１０５上で、試料２１６と異なる位置には、レーザ測長用の反射ミラー１０６が配置される。レーザ測長機１４５から出射されたレーザ光が反射ミラー１０６で反射され、これをレーザ測長機１４５が受光することで、ＸＹステージ１０５の位置が求められる。得られたデータは、制御計算機１１０の描画データ処理部１１２に出力される。

描画室１０３の上部には、試料２１６の高さ方向（Ｚ方向）の位置を検出するＺセンサ１０７が配置される。Ｚセンサ１０７は、投光器と受光器の組合せから構成され、投光器から照射された光を試料２１６の表面で反射させ、この反射光を受光器が受光することで、試料２１６の高さを測定することができる。Ｚセンサ１０７によって検出された高さデータは、検出器１４３に送られてデジタルデータに変換された後、制御計算機１１０の描画データ処理部１１２に出力される。

ブランキング偏向器２１２は、例えば、２極または４極などの複数の電極によって構成される。成形偏向器２０５、主偏向器２０８および副偏向器２０９は、例えば、４極または８極などの複数の電極によって構成される。各偏向器には、電極毎に少なくとも１つのＤＡＣ（デジタル・アナログコンバータ）アンプユニットが接続される。

制御部１６０は、制御計算機１１０、偏向制御回路１２０、ＤＡＣアンプユニット１３２、１３４、メモリ１４２および磁気ディスク装置などの記憶装置１４４を有している。

制御計算機１１０、偏向制御回路１２０、メモリ１４２および記憶装置１４４は、図示しないバスを介して互いに接続されている。また、偏向制御回路１２０とＤＡＣアンプユニット１３２、１３４も、図示しないバスを介して互いに接続されている。

ＤＡＣアンプユニット１３２は、副偏向器２０９に接続される。また、ＤＡＣアンプユニット１３４は、主偏向器２０８に接続される。尚、図示を省略しているが、ブランキング偏向器２１２と成形偏向器２０５にも、それぞれＤＡＣアンプユニットが接続される。

偏向制御回路１２０からは、各ＤＡＣアンプユニットに対して、それぞれ独立した制御用のデジタル信号が出力される。各ＤＡＣアンプユニットでは、それぞれのデジタル信号がアナログ信号に変換され、さらに増幅される。その後、この信号は、偏向電圧として接続された偏向器に出力される。

以上のようにして、各偏向器に接続するＤＡＣアンプユニットから、各偏向器に対して偏向電圧が印加される。これにより、電子ビームを偏向させることができる。

本実施の形態において、主偏向器２０８および副偏向器２０９は、それぞれ８極の電極によって構成される。各電極には、それぞれ少なくとも１つのＤＡＣアンプユニットが接続され、偏向制御回路１２０は、各偏向器を制御するための複数のデジタルデータをＤＡＣアンプユニットに同期をとりながら送信する。ここでいうデジタルデータは、各偏向器を構成する複数の電極への指示電圧信号（デジタル信号）である。各電極に対応して設けられた各ＤＡＣアンプユニットは、偏向制御回路１２０から受信したデジタルデータをＤＡ変換し、ＤＡ変換後のアナログデータを増幅し、さらにその増幅されたアナログデータを対応する偏向器の電極に送信する。

図２は、図１に示した主偏向器２０８における８極の電極１３０ａ〜１３０ｈと、各電極にアナログデータを印加する８個のＤＡＣアンプユニット２３２ａ〜２３２ｈを示す図である。８個の電極１３０ａ〜１３０ｈは、対向する４対の電極からなっており、それぞれ対応するＤＡＣアンプユニット２３２ａ〜２３２ｈからアナログ電圧が印加される。

具体的には、電極１３０ａには、ＤＡＣアンプユニット２３２ａから電圧「ｙ」が印加され、電極１３０ａの対極となる電極１３０ｅには、ＤＡＣアンプユニット２３２ｅから電圧「−ｙ」が印加される。また、電極１３０ｂには、ＤＡＣアンプユニット２３２ｂから電圧「（ｘ＋ｙ）／２^１／２」が印加され、電極１３０ｂの対極となる電極１３０ｆには、ＤＡＣアンプユニット２３２ｆから電圧「（−ｘ−ｙ）／２^１／２」が印加される。また、電極１３０ｃには、ＤＡＣアンプユニット２３２ｃから電圧「ｘ」が印加され、電極１３０ｃの対極となる電極１３０ｇには、ＤＡＣアンプユニット２３２ｇから電圧「−ｘ」が印加される。さらに、電極１３０ｄには、ＤＡＣアンプユニット２３２ｄから電圧「（ｘ−ｙ）／２^１／２」が印加され、電極１３０ｄの対極となる電極１３０ｈには、ＤＡＣアンプユニット２３２ｈから電圧「（−ｘ＋ｙ）／２^１／２」が印加される。

例えば、図１のＤＡＣアンプユニット１３４が、図２のＤＡＣアンプユニット２３２ａ〜２３２ｈによって構成されるとする。この場合、図１の偏向制御回路１２０から、主偏向器２０８の各電極１３０ａ〜１３０ｈ制御用のデジタルデータが、各ＤＡＣアンプユニット２３２ａ〜２３２ｈに送信されると、各ＤＡＣアンプユニット２３２ａ〜２３２ｈから、各電極１３０ａ〜１３０ｈに、アナログ電圧が印加される。

尚、主偏向器２０８および副偏向器２０９は、それぞれ４対（８極）の電極で構成される場合に限られるものではない。例えば、各偏向器を２対（４極）、６対（１２極）、８対（１６極）または１０対（２０極）などの電極で構成してもよい。

図５は、電子ビームによる描画方法の説明図である。この図に示すように、試料２１６の上に描画されるパターン５１は、短冊状のフレーム領域５２に分割されている。電子ビーム２００による描画は、図１でＸＹステージ１０５が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域５２毎に行われる。フレーム領域５２は、さらに副偏向領域５３に分割されており、電子ビーム２００は、副偏向領域５３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域５２は、主偏向器２０８の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域５３は、副偏向器２０９の偏向幅で決まる単位描画領域である。

副偏向領域５３の基準位置の位置決めは、主偏向器２０８で行われ、副偏向領域５３内での描画は、副偏向器２０９によって制御される。すなわち、主偏向器２０８によって、電子ビーム２００が所定の副偏向領域５３に位置決めされ、副偏向器２０９によって、副偏向領域５３内での描画位置が決められる。さらに、成形偏向器２０５とビーム成形用のアパーチャ２０３、２０６によって、電子ビーム２００の形状と寸法が決められる。そして、ＸＹステージ１０５を一方向に連続移動させながら、副偏向領域５３内を描画し、１つの副偏向領域５３の描画が終了したら、次の副偏向領域５３を描画する。フレーム領域５２内の全ての副偏向領域５３の描画が終了したら、ＸＹステージ１０５を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域５２を順次描画していく。

副偏向領域５３は、副偏向器２０９によって、主偏向領域よりも高速に電子ビーム２００が走査されて描画される領域であり、一般に最小描画単位となる。副偏向領域内を描画する際には、パターン図形に応じて準備された寸法と形状のショットが成形偏向器２０５により形成される。具体的には、図１に示す電子銃２０１から出射された電子ビーム２００が、第１の成形アパーチャ２０３で矩形状に成形された後、成形偏向器２０５で第２の成形アパーチャ２０６に投影されて、そのビーム形状と寸法を変化させる。その後、電子ビーム２００は、上述の通り、主偏向器２０８と副偏向器２０９により偏向されて、ＸＹステージ１０５上に載置された試料２１６に照射される。

本実施の形態において、主偏向器２０８は、１つのＤＡＣアンプユニット１３４によって偏向電圧を印加され、この印加電圧に応じて磁界を発生させて電子ビーム２００を偏向する。このとき、光学系の像は、理想的には点像となるべきであるが、直交する２方向で結像点が異なる非点収差によってぼけが生じる。非点収差の原因としては、主偏向器を構成する２つの偏向器における物理的な要因（組み立て誤差）と、電子ビーム光学系を構成するレンズの収差とが挙げられる。そこで、主偏向器２０８に補正電圧を印加して、Ｘ方向とＹ方向の結像位置がずれた状態から、Ｘ方向とＹ方向の結像位置が一致した状態になるように調整する。

例えば、図２において、電極１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｅ、１３０ｆには、値が同じで符号も同じ、例えば、プラスの電圧が印加される。一方、これらの電極に対して、９０度回転させた位置に配置された電極１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｇ、１３０ｈには、上記電圧の符号を反転させた逆電圧、例えば、マイナスの電圧が印加される。これにより、非点を補正する方向に進めることができる。

上記のようにすることで、方向によって異なる電子ビームの焦点位置を、主偏向領域で補正することができる。つまり、電子ビームの照射スポットのぼけを、主偏向領域において改善することができる。しかしながら、この補正により、方向によって像面の倍率に違いが生じ、電子ビームのショット形状が歪むという問題が生じる。尚、以下では、方向による像面の倍率の違いに起因した像の歪みを「ＸＹ差」ということがある。これは、「方向によって倍率が異なる」といったときの「方向」が、装置のＸ軸とＹ軸に一致している特別な場合にあたる。

図３および図４を用いてＸＹ差を説明する。尚、これらの図において、符号２００ａ〜２００ｅおよび符号２００ａ’〜２００ｅ’は、電子ビームのショットを示している。

図３は、ＸＹ差が生じていない例である。図３において、ショット２００ａ〜２００ｅは、互いに異なる偏向位置にショットされたものである。但し、ショット２００ａについては偏向が行われていない。図３では、いずれのショットも形状に歪みがなく、ＸＹ差は生じていない。

図４は、ＸＹ差が生じている例である。図４において、ショット２００ａ’〜２００ｅ’は、互いに異なる偏向位置にショットされたものである。偏向が行われていないショット２００ａ’の形状には歪みがない。しかし、Ｙ方向と−Ｙ方向にそれぞれ偏向されたショット２００ｂ’とショット２００ｄ’では、Ｙ方向の倍率がＸ方向の倍率より低くなっているため、形状に歪みが生じている。また、Ｘ方向と−Ｘ方向にそれぞれ偏向されたショット２００ｃ’とショット２００ｅ’では、Ｘ方向の倍率がＹ方向の倍率より低くなっている。したがって、これらのショットにも形状に歪みが生じている。

図６は、ＸＹ差を説明する概念図である。主偏向器２０８に印加された補正電圧によって非点補正された電子ビーム２００は、対物レンズ２０７を透過した後、試料２１６に照射される。このとき、偏向された電子ビーム２００は、偏向非点を補正した影響で、Ｘ方向とＹ方向で開き角が異なるようになる。例えば、Ｘ方向の開き角をθ１、Ｙ方向の開き角をθ２とすると、θ１≠θ２となるため、Ｘ方向とＹ方向で角倍率が異なり、方向によって像面の倍率に違いが生じる結果となる。

ＸＹ差があると、所望とする形状のパターンを試料上に描画することができなくなる。特に、高い描画精度が要求される場合にあっては、ＸＹ差によるショット形状の歪みは無視できないものとなる。そこで、本実施の形態では、主偏向非点の補正に加えて、像面の倍率が方向によって異なること（倍率の異方性）により歪んだ像の形状を補正する。具体的には、主偏向器とは別に四重極場を発生させる手段を１つ以上設ける。つまり、主偏向器を構成する偏向器によって発生する四重極場以外の四重極場を発生させる手段を設け、主偏向器と合わせた２箇所以上の四重極場発生領域によってＸＹ差を補正する。

四重極場発生手段は、四重極の電極であってもよく、偏向器であってもよい。本実施の形態では、副偏向器を四重極場発生手段として用いる。これにより、電子ビーム描画装置の空間利用効率を高めることができる。一方、四重極の電極を四重極場発生手段とする場合、この電極は、主偏向非点とＸＹ差を補正するための補正電極としてのみ用いることができる。つまり、この電極に電子ビームを偏向するなどの機能は不要であり、また、印加電圧も偏向電圧に比較して低くなることから、簡単な回路構成の電極で済むという利点がある。

以下では、電子ビーム描画装置１００において、主偏向非点の補正とともに、ＸＹ差も補正して得られた偏向電圧を、主偏向器２０８と副偏向器２０９に印加し、試料２１６上に所望のパターンを描画する方法について述べる。

図１において、制御計算機１１０には、記憶装置１４４が接続される。また、制御計算機１１０の内部には、描画データ処理部１１２が配置される。

設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータは、ＯＡＳＩＳなどの階層化されたフォーマットの設計中間データに変換される。設計中間データには、レイヤ（層）毎に作成されて、試料上に形成される設計パターンデータが格納される。ここで、一般に、電子ビーム描画装置は、ＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されていない。すなわち、電子ビーム描画装置の製造メーカー毎に、独自のフォーマットデータが用いられている。このため、ＯＡＳＩＳデータは、レイヤ毎に各電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータに変換されてから装置に入力される。

図１では、記憶装置１４４を通じて、電子ビーム描画装置１００にフォーマットデータが入力される。

設計パターンに含まれる図形は、長方形や三角形を基本図形としたものであるので、入力部には、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ，ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形などの図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報であって、各パターン図形の形、大きさ、位置などを定義した図形データが格納される。

さらに、数十μｍ程度の範囲に存在する図形の集合を一般にクラスタまたはセルと称するが、これを用いてデータを階層化することが行われている。クラスタまたはセルには、各種図形を単独で配置したり、ある間隔で繰り返し配置したりする場合の配置座標や繰り返し記述も定義される。クラスタデータまたはセルデータは、さらにフレームまたはストライプと称される、幅が数百μｍであって、長さがフォトマスクのＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の短冊状領域に配置される。

図形パターンの分割処理は、電子ビームのサイズにより規定される最大ショットサイズ単位で行われ、併せて、分割された各ショットの座標位置、サイズおよび照射時間が設定される。そして、描画する図形パターンの形状や大きさに応じてショットが成形されるように、描画データが作成される。描画データは、短冊状のフレーム（主偏向領域）単位で区切られ、さらにその中は副偏向領域に分割されている。つまり、チップ全体の描画データは、主偏向領域のサイズにしたがった複数の帯状のフレームデータと、フレーム内で主偏向領域よりも小さい複数の副偏向領域単位とからなるデータ階層構造になっている。

図１において、制御計算機１１０によって記憶装置１４４から読み出された描画データは、描画データ処理部１１２で複数段のデータ処理を受ける。これによりショットデータが生成される。ショットデータは、偏向制御回路１２０の偏向量演算部１２１へ送られる。

偏向量演算部１２１は、描画データ処理部１１２から、ショットデータ、ＸＹステージ１０５の位置情報および試料２１６の高さ情報を送られて、主偏向器２０８と副偏向器２０９の各偏向量を演算する。得られた各偏向量は、主偏向補正量演算部（本願明細書において、第１の演算部とも言う。）１２２と副偏向補正量演算部（本願明細書において、第２の演算部とも言う。）１２３へ送られる。

メモリ１４２には、偏向非点補正とＸＹ差補正を同時に満たすテーブルが格納されている。

ＸＹ差を生じない偏向非点テーブルの取得は、例えば、次のようにして行うことができる。

電子ビーム描画装置１００において、対物レンズ２０７によって試料２１６上で電子ビーム２００の焦点が合わされる位置において、主偏向器２０８で電子ビーム２００を複数の位置に偏向する。そして、各偏向位置で発生した非点を測定し、偏向位置と非点のマップを作成する。同様に、各偏向位置で発生したＸＹ差を測定し、偏向位置とＸＹ差のマップを作成する。これらの非点とＸＹ差を主偏向器２０８と副偏向器２０９への印加電圧によって補正する。具体的には、Ｘ方向とＹ方向で電子ビーム２００の結像位置がずれた状態から一致した状態になるように、主偏向器２０８に印加する電圧を調整する。そして、非点が補正された状態を維持しながら、主偏向器２０８と副偏向器２０９に印加する電圧を調整する。これにより、主偏向非点とＸＹ差を同時に補正することのできる、主偏向器と副偏向器への各補正電圧の組合せのテーブルが得られる。

偏向非点とＸＹ差の補正は、上述の方法に限られるものではなく、例えば、補正係数を用いて行ってもよい。具体的には、電子ビーム描画装置１００において、対物レンズ２０７によって試料２１６上で電子ビーム２００の焦点が合わされる位置に、主偏向器２０８で電子ビーム２００を複数の位置に偏向する。そして、偏向量と、これに対応する偏向非点とＸＹ差の補正量をプロットし、各偏向器について補正量のフィッティングを行って、近似式の係数を求める。こうして得られた係数が、各偏向器の補正量の補正係数である。

尚、ＸＹ差を主偏向器と四重極の電極によって補正する場合には、次のようにして、ＸＹ差を生じない偏向非点テーブルを得ることができる。

まず、電子ビーム描画装置１００において、対物レンズ２０７によって試料２１６上で電子ビーム２００の焦点が合わされる位置において、主偏向器２０８で電子ビーム２００を複数の位置に偏向する。そして、各偏向位置で発生した非点を測定し、偏向位置と非点のマップを作成する。同様に、各偏向位置で発生したＸＹ差を測定し、偏向位置とＸＹ差のマップを作成する。これらの非点とＸＹ差を主偏向器２０８と四重極の電極への印加電圧によって補正する。具体的には、Ｘ方向とＹ方向で電子ビーム２００の結像位置がずれた状態から一致した状態になるように、主偏向器２０８に印加する電圧を調整する。そして、非点が補正された状態を維持しながら、主偏向器２０８と四重極の電極に印加する電圧を調整する。これにより、主偏向非点とＸＹ差を同時に補正することのできる、主偏向器と四重極の電極への各補正電圧の組合せのテーブルが得られる。

また、主偏向器と四重極の電極を用いて補正する場合、補正係数は次のようにして得ることができる。例えば、電子ビーム描画装置１００において、対物レンズ２０７によって試料２１６上で電子ビーム２００の焦点が合わされる位置に、主偏向器２０８で電子ビーム２００を複数の位置に偏向する。そして、偏向量と、これに対応する偏向非点とＸＹ差の補正量をプロットし、主偏向器２０８と四重極の電極について補正量のフィッティングを行って、近似式の係数を求める。こうして得られた係数が、主偏向器２０８と四重極の電極の補正量の補正係数である。

図１において、主偏向補正量演算部１２２は、メモリ１４２に格納された、偏向非点補正とＸＹ差補正を同時に満たすテーブルを参照し、偏向量演算部１２１から送られた偏向量に応じた第１の補正量を求める。第１の補正量は、主偏向器に印加する偏向信号の補正量であって、主偏向器の偏向量に依存して生じる非点と、電子ビームの像面の倍率の異方性を補正する補正量である。

一方、副偏向補正量演算部１２３は、メモリ１４２に格納された、偏向非点補正とＸＹ差補正を同時に満たすテーブルを参照し、偏向量演算部１２１から送られた偏向量に応じた第２の補正量を求める。第２の補正量は、副偏向器に印加する偏向信号の補正量であって、主偏向器の偏向量に依存して生じる非点と、電子ビームの像面の倍率の異方性を補正する補正量である。

主偏向補正量演算部１２２で算出された第１の補正量は、偏向信号生成部１２４へ送られる。また、副偏向補正量演算部１２３で算出された第２の補正量も偏向信号生成部１２４へ送られる。

偏向信号生成部１２４は、第１の補正量を用いて、主偏向器２０８の各電極に印加すべき偏向信号を生成し、これをＤＡＣアンプユニット１３４へ出力する。

また、偏向信号生成部１２４は、第２の補正量を用いて、副偏向器２０９の各電極に印加すべき偏向信号を生成し、これをＤＡＣアンプユニット１３２へ出力する。

ＤＡＣアンプユニット１３４は、偏向信号生成部１２４から出力されたデジタル信号の偏向信号をアナログ信号に変換した後、増幅して偏向電圧を生成する。そして、この偏向電圧を主偏向器２０８へ印加する。また、ＤＡＣアンプユニット１３２は、偏向信号生成部１２４から出力されたデジタル信号の偏向信号をアナログ信号に変換した後、増幅して偏向電圧を生成する。そして、この偏向電圧を副偏向器２０９へ印加する。これにより、主偏向非点と倍率の異方性が補正された電子ビーム２００が試料２１６に照射される。

図７は、本実施の形態により、電子ビームが試料に照射される様子を示す図である。この図に示すように、対物レンズ２０７によって、試料２１６上に電子ビーム２００の焦点が合わされる。また、補正量と偏向量とから生成された偏向電圧が、副偏向器２０９と主偏向器２０８に印加され、電子ビーム２００を偏向する。このとき、主偏向器２０８に印加される偏向電圧は、主偏向非点の補正量、ＸＹ差の補正量および偏向量を用いて生成される。同様に、副偏向器２０９に印加される偏向電圧も、主偏向非点の補正量、ＸＹ差の補正量および偏向量を用いて生成される。

本実施の形態によれば、試料２１６に対する電子ビーム２００の開き角をＸ方向とＹ方向で常に同じとなるようにすることができる。例えば、Ｘ方向の開き角をθ１、Ｙ方向の開き角をθ２とすると、θ１＝θ２となるため、Ｘ方向とＹ方向で像面の倍率が同じとなる。したがって、偏向位置によって電子ビーム２００のショット形状が歪むのを抑制できる。

本実施の形態では、主偏向器２０８によって発生する四重極場と、副偏向器２０９によって発生する四重極場とによって、主偏向非点とＸＹ差を補正する。そして、これらの補正をリアルタイムで行うことで、電子ビーム２００は、偏向位置に応じてその焦点位置と倍率が補正される。したがって、本実施の形態によれば、常に、所望のショット形状であって、且つ、ぼけが低減された電子ビーム２００を所望の位置に偏向して試料２１６に照射することが可能となる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。

例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。

１００ 電子ビーム描画装置
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１０６ 反射ミラー
１０７ Ｚセンサ
１１０ 制御計算機
１１２ 描画データ処理部
１２０ 偏向制御回路
１２１ 偏向量演算部
１２２ 主偏向補正量演算部
１２３ 副偏向補正量演算部
１２４ 偏向信号生成部
１３２、１３４、２３２ａ〜２３２ｈ ＤＡＣアンプユニット
１４２ メモリ
１４３ 検出器
１４４ 記憶装置
１４５ レーザ測長機
１３０ａ〜１３０ｈ 電極
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２００ａ〜２００ｅ、２００ａ’〜２００ｅ’ 電子ビームのショット
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 第１の成形アパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 成形偏向器
２０６ 第２の成形アパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ ブランキング偏向器
２１４ ブランキングアパーチャ
２１６ 試料
５１ 描画されるパターン
５２ フレーム領域
５３ 副偏向領域

Claims (5)

1. 荷電粒子ビームを放出する放出源と、
   前記荷電粒子ビームを試料上に集束する電磁レンズと、
   前記荷電粒子ビームを偏向する主偏向器と、
   前記主偏向器とは異なる四重極場を発生させる１つ以上の四重極場発生手段と、
   前記主偏向器の偏向量に依存して生じる非点の補正とともに、前記荷電粒子ビームの像面の前記非点の補正により生じる倍率の異方性を補正する補正量を生成する補正量演算部と、を有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記補正量演算部は、前記主偏向器の偏向量に依存して生じる非点と前記荷電粒子ビームの像面の倍率の異方性とを補正する第１の補正量を算出する第１の演算部と、
   前記主偏向器の偏向量に依存して生じる非点と前記荷電粒子ビームの像面の倍率の異方性とを補正する第２の補正量を算出する第２の演算部と、を有し、
   前記第１の補正量を用いて前記主偏向器に印加する偏向信号を生成するとともに、前記第２の補正量を用いて前記四重極場発生手段に印加する偏向信号を生成する偏向信号生成部とを有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装置。
3. 前記四重極場発生手段は、前記荷電粒子ビームを偏向する副偏向器であることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
4. 電磁レンズにより荷電粒子ビームを試料上に集束し、前記試料上における前記荷電粒子ビームの照射位置を主偏向器で制御する荷電粒子ビーム描画方法において、
   前記主偏向器と、前記主偏向器とは異なる四重極場を発生させる１つ以上の四重極場発生手段とによって、前記主偏向器の偏向量に依存して生じる非点の補正とともに、前記荷電粒子ビームの像面の前記非点の補正により生じた倍率の異方性とを補正することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
5. 前記四重極場発生手段は、前記荷電粒子ビームを偏向する副偏向器であることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム描画方法。

Images