JP2005116577A - 荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】描画フィールド内での偏向位置に応じて対物レンズのフォーカスをずらした場合に、対物レンズの像倍率が変わってしまう。
【解決手段】Ｘ、Ｙそれぞれの方向の各偏向位置に対応して、対物レンズのフォーカスをずらす量と共に、像倍率の変化量を事前に測定し、その結果をメモリーに記憶しておき、描画に際しては、偏向位置に応じてメモリーを参照して、対物レンズのフォーカスを変化させると共に、成形偏向器と位置決め偏向器とを制御して、描画図形のサイズと描画位置とを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスク基板上やシリコンウエハ上に電子ビームやイオンビームによって所望のパターンを描画するようにした荷電粒子ビーム描画装置に関する。

半導体デバイスを作成するためのマスクを制作する課程で電子ビーム描画装置が用いられている。この一例として、被描画材料に照射される電子ビームの断面形状を変えながら電子ビームを偏向して所望のパターンの描画を行うようにした可変面積型電子ビーム描画装置では、電子銃から発生した電子ビームを矩形の開口を有した第１のアパーチャに照射し、第１のアパーチャを透過した電子ビームを矩形の開口を有した第２のアパーチャに照射するようにしている。

この第１のアパーチャと第２のアパーチャとの間に成形偏向器を配置し、第１のアパーチャを透過した電子ビームを偏向することにより、任意の断面積の電子ビームを成形することができる。この成形された電子ビームを被描画材料に照射すると共に、位置決め偏向器で電子ビームを任意に偏向することにより、被描画材料上で任意のパターンを描画することができる。

成型された電子ビームを偏向する場合、偏向角が大きくなると偏向歪が無視できなくなる。そのため、描画領域を電子ビームの偏向歪が無視できる程度の範囲「フィールド」に分割し、フィールド単位で被描画材料を移動させ、フィールドごとに所望パターンの描画を行うようにしている。

しかしながら、描画パターンの微細化が進むに従って、前記フィールド内においても、僅かな偏向歪やフォーカスのぼけ等が問題になってきている。そして、例えば、偏向に伴ってその偏向角に応じたフォーカスのぼけを補正したり、照射ビームの断面積の大きさの変化すなわち電流量の変化に応じて変化するクーロン反力によるフォーカスのぼけを補正したり、被描画材料の局部的な僅かな高さの違いに応じたフォーカスのぼけを補正するなどが必要になってきた。なお、偏向角に応じたフォーカスのぼけを補正する方法としては、例えば、特許文献１がある。特許文献１では、偏向による結像面上での距離ｘ、ｙに基づいて補正量を演算し、結像用レンズの近傍に設けた補助レンズでフォーカスのぼけを補正している。

また、照射ビームの断面積の大きさすなわち電流量の変化に応じてのクーロン反力によるフォーカスぼけの補正の例としては、本発明者による先願の特許文献２がある。この特許文献２の例では、可変面積型荷電粒子ビーム描画において、フォーカス補正テーブルにビームサイズに応じた補正値を記憶しておき、描画時にビームサイズに応じて補正値を読み出し、この補正値に応じた補正信号をフォーカス補正レンズに供給する。このようにして、ビームサイズすなわち照射ビームの電流量の変化によるビームのぼけすなわちフォーカスのずれを補正する。

特開昭58-5954号 特開平8-264420号

ところが、更に描画パターンの微細化が進むにつれて、特許文献１や２のように単にフォーカス補正レンズを用いてフォーカスのずれを補正するだけでは、以下のような事柄が問題になってきた。

図２は、それを説明するための原理図である。図のレンズの前方（図の左側）においてレンズからａだけ離れた位置にある物面の像の大きさが１であって、レンズの後方ｂだけ離れた位置に結ぶ像面の像の大きさがｍであるとき、レンズから像面までの距離がΔｂだけ大きくなると、像の大きさがｍ'と変化し、ｍ＜ｍ'となり、当然両者は等しくない。すなわち、レンズの強度（励磁）の変化によって像の倍率が変化する。

このことは、実は、特許文献２が目的とするビームサイズに応じたクーロン反力によるフォーカスぼけの補正においては問題とはならないが、偏向に伴ってその偏向角に応じて像面湾曲収差によるフォーカスのぼけや、被描画材料の高さの違いに応じたフォーカスのぼけの補正において、特許文献１や２と同様にフォーカス補正レンズなどを用いてフォーカスのずれを補正する方法を適用する場合には、上記のレンズの強度（励磁）の変化による像の倍率の変化が無視できなくなってきた。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するため、レンズの強度（励磁）の変化による像の倍率の変化を補正して、描画精度を向上させた描画方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の荷電粒子ビーム描画装置は、第１のアパーチャの開口像を成形レンズによって第２のアパーチャ上に結像すると共に成形偏向器によって第２のアパーチャ上に位置決めし、第２のアパーチャの開口を透過した所望のサイズの断面を有する荷電粒子ビームを対物レンズによってフォーカスさせて、被描画材料上にショットすると共に、位置決め偏向器への荷電粒子ビームの偏向信号に応じて荷電粒子ビームを偏向し被描画材料上のショット位置を変化させるようにした荷電粒子ビーム描画装置において、前記対物レンズのレンズ強度に応じて、(a)前記成形偏向器を制御して前記サイズを補正する、更には、(b)前記サイズの補正に基づいて前記位置決め偏向器を制御して前記被描画材料上の前記ショット位置を補正するようにしたことを特徴とする。

更に、前記対物レンズのレンズ強度は、前記被描画材料の高さに応じて変化させることを特徴とする。あるいは、前記位置決め偏向器への偏向信号に応じて変化させることを特徴とする。

更にまた、第１のアパーチャの開口像を成形レンズによって第２のアパーチャ上に結像すると共に成形偏向器によって第２のアパーチャ上に位置決めし、第２のアパーチャの開口を透過した所望のサイズの断面を有する荷電粒子ビームを対物レンズによってフォーカスさせて、被描画材料上にショットすると共に、位置決め偏向器への荷電粒子ビームの偏向信号に応じて荷電粒子ビームを偏向し被描画材料上のショット位置を変化させるようにした荷電粒子ビーム描画装置において、前記位置決め偏向器への偏向信号強度に応じて、(a)前記対物レンズのレンズ強度を補正し、同じく(b)前記成形偏向器を制御して前記サイズを補正し、(c)前記サイズの補正に基づいて前記位置決め偏向器を制御して前記被描画材料上の前記ショット位置を補正するようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。

上記の如くの本発明の荷電粒子ビーム描画装置は、前記対物レンズのレンズ強度に応じて、(a)前記成形偏向器を制御して前記サイズを補正する、(b)前記サイズの補正に基づいて前記位置決め偏向器を制御して前記被描画材料上の前記ショット位置を補正するようにしたので、前者(a)を実行することによって、対物レンズのフォーカスを変えても描画材料９上に描画されるパターンのサイズは変化しないし、後者(b)を実行することによって、描画位置も変化しない。更に、前記対物レンズのレンズ強度は、前記被描画材料の高さに応じて変化させるようにしたので、材料９上において高さの異なる部分間でのサイズ違いによるパターンの接続不良や、描画位置ずれによるパターンの接続不良などを避けることができる。

また、前記対物レンズのレンズ強度に応じて、(a)前記成形偏向器を制御して前記サイズを補正する、(b)前記サイズの補正に基づいて前記位置決め偏向器を制御して前記被描画材料上の前記ショット位置を補正するようにし、更に前記対物レンズのレンズ強度は、前記位置決め偏向器への偏向信号に応じて変化させるようにしたので、前者(a)を実行することによって、像面湾曲収差によるフォーカスのぼけに対応して、対物レンズのフォーカスを変えても描画材料９上に描画されるパターンのサイズは変化しないし、後者(b)を実行することによって、サイズを補正した分に対応して描画すべき位置も正しい位置に補正される。従って、フィールド内における各部分での描画のサイズが一様となり、サイズ違いによるパターンの接続不良などを避けることができると共に、隣り合うフィールド間のサイズ違いによるパターンの接続不良などを避けることができる。

あるいは、前記位置決め偏向器への偏向信号強度に応じて、(a)前記対物レンズのレンズ強度を補正し、同じく偏向信号強度に応じて、(b)前記成形偏向器を制御して前記サイズを補正し、前記サイズの補正に伴って(c)位置決め偏向器を制御して前記被描画材料上の前記ショット位置を補正するようにしたので、(a)を実行することによって、像面湾曲収差によるフォーカスのぼけを補正し、(b)を実行することによって、描画材料９上に描画されるパターンのサイズは変化しないし、(c)を実行することによって、サイズを補正した分に対応して描画すべき位置も正しい位置に補正される。従って、フィールド内における各部分での描画のサイズが一様となり、サイズ違いによるパターンの接続不良などを避けることができると共に、隣り合うフィールド間のサイズ違いによるパターンの接続不良などを避けることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明を実施するための可変面積型電子ビーム描画装置の一例を示している。１は電子ビームＥＢを発生する電子銃であり、該電子銃１から発生した電子ビームＥＢは、照射レンズ２を介して第１成形アパーチャ（第１スリット）３上に照射される。

第１成形アパーチャの開口像は、成形レンズ４により、第２成形アパーチャ（第２スリット）５上に結像されるが、その結像の位置は、成形偏向器６により変えることができる。第２成形アパーチャ５により成形された像は、縮小レンズ７、フォーカス調整レンズ８Ａおよび対物レンズ８を経て描画材料９上に照射される。描画材料９への照射位置は、位置決め偏向器１０により変えることができる。なお、フォーカス調整レンズ８Ａは、対物レンズ８のフォーカスを微調整するための対物レンズ８の補助的レンズである。また、ここでは、説明の都合でフォーカス調整レンズ８Ａを電磁レンズの如くに記述しているが、高速な応答性を考慮するとむしろ静電レンズが好ましい。

１１は制御ＣＰＵであり、制御ＣＰＵ１１はパターンデータメモリ１２からのパターンデータをデータ転送回路１３に転送する。データ転送回路１３からのパターンデータは、成形偏向器６を制御する制御回路１４、位置決め偏向器１０を制御する制御回路１５、対物レンズ８の励磁を制御する制御回路１６、フォーカス調整レンズ８Ａの励磁を制御する制御回路１６Ａ、電子銃１から発生した電子ビームのブランキングを行うブランカー（ブランキング電極）１７を制御するブランカー制御回路１８に供給される。

更に、制御ＣＰＵ１１は、材料９のフィールド毎の移動のために、材料９が載せられたステージ２０の駆動回路２１を制御する。また、材料９の高さ（基準となる高さからのずれの量）を精密に測定するために、例えば光を利用した高さ測定器２２が設けられている。この高さ測定器２２の測定結果はデータ転送回路１３に送られる。詳しくは述べないが、材料９の高さが基準となる高さである場合に、フォーカス調整レンズ８Ａの励磁がゼロであって対物レンズ８のみで材料９上でビームが正確にフォーカスされているようにすれば、基準となる高さからのずれの量はフォーカス調整レンズ８Ａの励磁と比例の関係にあることになる。この関係に基づいて、データ転送回路１３は、高さのずれの量からフォーカス調整レンズ８Ａの励磁量を求めることができる。そして、データ転送回路１３は、高さ測定器２２からの高さのずれ量に基づいて、フォーカス調整レンズ制御回路１６Ａを介してビームが材料９上でフォーカスするようにフォーカス調整レンズ８Ａを制御する。更にまた、図示しないが、ステージ２０の移動量を測定するために、レーザー干渉測長器が設けられている。このような構成の動作を次に説明する。

まず、基本的な描画動作について説明する。パターンデータメモリ１２に格納されたパターンデータは、制御ＣＰＵ１１によって逐次読み出され、データ転送回路１３に供給される。このデータ転送回路１３からのデータに基づき、制御回路１４は成形偏向器６を制御し、制御回路１５は位置決め偏向器１０を制御する。更に、高さ測定器２２からの信号に基づき、データ転送回路１３はフォーカス調整レンズ制御回路１６Ａを介してフォーカス調整レンズ８Ａを制御する。これによって、ビームは材料９上で正確にフォーカスするようにできる。

この結果、各パターンデータに基づき、成形偏向器６により電子ビームの断面が単位パターン形状に成形され、その単位パターンが順々に材料９上にショットされ、所望の形状のパターン描画が行われる。なお、この時、ブランカー制御回路１８からブランカー１７へのブランキング信号により、材料９への電子ビームのショットに同期して電子ビームのブランキングが実行される。

更に、材料９上の異なった領域への描画の際には、制御ＣＰＵ１１からステージ駆動回路２１への指令により、ステージ２０は所定の距離移動させられる。なお、ステージ２０の移動距離は、図示しないレーザー測長器により監視されており、レーザー測長器の測長結果に基づき、ステージ２０の位置は正確に制御される。

次いで、図３、図４および図５を用いて本発明の原理を詳細に説明する。図３は、レンズ強度の変化と像の大きさとの関係を説明するための原理図、図４は、レンズ強度の変化とフィールド内における像の位置との関係を説明するための原理図である。図５は、像の大きさの補正に伴うフィールド内の描画位置の補正の原理を説明するための図である。

図３において、対物レンズ８から像面までの距離がｂのときの像の大きさをｍとする。このとき、対物レンズ８のレンズ強度を変化させて、対物レンズ８から像面までの距離ｂをΔｂだけ長くしたとすると、像の大きさはｍ'＝ｍ＋Δｍ'とΔｍ'だけ大きくなってしまう。それにもかかわらず、描画される像の大きさが大きくならないようにするには、成形偏向器制御回路１４に送られる寸法の大きさを、（ｍ−Δｍ）とすればよい。図３から、Δｍ＝ｍ・Δｂ／(ｂ＋Δｂ)である。ここで、像面までの距離の変化分Δｂはｂに比べて十分に小さいから、Δｍ＝ｍ・Δｂ／ｂと近似できる。従って、成形偏向器制御回路１４に送られる寸法の大きさは、（ｍ−ｍ・Δｂ／ｂ）とすればよい。

ところで、対物レンズ８から像面までの距離ｂは一定であり、その変化分のΔｂは、フォーカス調整レンズ８Ａのレンズ強度ｉを変化させると、これと比例して変化すると見なせるから、変化分をΔｉとすれば、比例係数ｋを導入して、ｋΔｉ＝Δｂ／ｂと表すことができる。従って、成形偏向器制御回路１４に送られる寸法の大きさは、（ｍ−ｍ・ｋΔｉ）となる。また、材料９の基準となる高さをｚ₀、材料９の高さの変化分をΔｚとすれば、Δｉ＝(Δｚ／ｚ₀)／ｋと表せる。比例係数ｋは、例えば、次のようにして実測することができる。

まず、対物レンズ８と高さ測定器２２からの信号に基づき制御されたフォーカス調整レンズ８Ａとによって、第１の高さの材料９上でビームをフォーカスさせたときのフォーカス調整レンズ８Ａの励磁量と高さ測定器２２による材料９の高さとを記録する。次いで、対物レンズ８の励磁は変えずに、フォーカス調整レンズ８Ａだけを用いて第１の高さとは異なる第２の高さの材料９上でビームがフォーカスするようにしたときのフォーカス調整レンズ８Ａの励磁量と高さ測定器２２による材料９の高さとを記録する。

これらの結果に基づいて、第１と第２の材料９の高さの差に対するフォーカス調整レンズ８Ａの励磁の変化量の関係を求める。これを、例えばデータ転送回路１３内の第１のメモリーに記憶しておく。この第１のメモリーには、前記係数を記憶するようにしてもよいし、高さ測定器２２からの材料９の高さの値に対するフォーカス調整レンズ８Ａの励磁量と前記係数との積をテーブルの形にして記憶しておいてもよい。何れにしろ、描画に際しては、高速に処理できるようにすることが肝要である。

続いて、フィールド内において位置決め偏向器１０を用いて偏向によって描画位置を制御する場合について説明する。ここでは、とりあえず位置決め偏向器１０による像面湾曲収差は無視するものとする。

材料９の高さが変わった場合には、位置決め偏向器１０の偏向強度(例えば、静電型偏向器の場合の偏向電圧)が同じであっても、描画位置がずれてしまう。すなわち、図４において、光軸からｕの距離にある描画位置Ｐに関して、偏向器と材料との距離がｂからΔｂだけ変化すると、描画すべき位置ＰはＰ'に変化してしまう。それにもかかわらず、Ｐの位置とするには、偏向距離を（ｕ−Δｕ）となるようにすればよい。図４から、Δｕ＝ｕ・Δｂ／(ｂ＋Δｂ)である。ここで、像面までの距離の変化分Δｂはｂに比べて十分に小さいから、Δｕ＝ｕ・Δｂ／ｂと近似できる。従って、位置決め偏向器１０に送られる偏向強度によって偏向される位置は、（ｕ−ｕ・Δｂ／ｂ）となるようにすればよい。

そこで、偏向器１０の偏向強度一定のままで、例えば、前記第１の高さの材料上での偏向器１０による偏向幅と第２の高さの材料上での偏向幅とを測定する。このとき材料高さｂと偏向幅ｕとは比例の関係にあると見なせるから、その比例係数ｈ＝ｕ／ｂを求めて、前記第１のメモリーに記憶しておく。この係数ｈと高さ測定器２２からの材料９の高さのデータに基づけば、材料９の高さによらず変更幅が不変となるように、位置決め偏向器１０の偏向強度を補正することができる。

すなわち、位置決め偏向器１０の偏向強度によって偏向される位置は、（ｕ−ｈΔｂ）、あるいは、材料９の基準の高さｚ₀からの変化分をΔｚとすれば、（ｕ−ｈΔｚ）とすればよい。この様にして、データ転送回路１３から位置決め偏向器駆動回路１５を介して、前記補正された偏向強度で位置決め偏向器１０を制御すれば、材料９の高さが変化しても、描画位置はずれないようになる。

しかしながら、上記は、より厳密に言えば、描画される像の大きさが十分に小さいときに正しい。前述したように描画される像の大きさを補正するような場合には、像の大きさの補正に伴う描画位置の補正が更に必要である。次にそれについて説明する。

図５(ａ)の如く、描画される像の原点は像の中心ではなく、像の一端(例えば像の右上)にある。従って、前述の如く像の大きさを補正すると、図５(ｂ)の如く、像の一端の描画位置は変わらないが、その他の位置は変わることになる。図５(ｂ)において、Δｍ_x、Δｍ_yはそれぞれＸ、Ｙ方向の大きさの補正分である。従って、図５(ｃ)の如く、像の大きさの補正に際しては、像の中心の位置が不変となるようにする必要がある。そうしないと、隣り合ってショットされる像と像との間に隙間ができたり重複が生じたりする。そこで、像の大きさｍをΔｍだけ小さくする様に補正する場合には、その補正量の半分のΔｍ／２だけ描画位置を像の他端側にずらすようにする。例えば、Ｘ方向の描画位置がｘで、像の大きさをΔｍ_xだけ小さくして(ｍ_x−Δｍ_x)とした場合、補正後の描画位置は(ｘ＋Δｍ_x／２)である。Ｙ方向についても同様である。

更に続いて、フィールド内において像面湾曲収差を有する位置決め偏向器１０を用いて偏向によって描画位置を制御する場合について説明する。この場合は、材料９の高さが一定であっても、位置決め偏向器１０による像面湾曲収差のために、偏向強度が変化するとそれに伴って、像面と材料９の高さとの間にずれが生じてくる。このため、フォーカス調整レンズ８Ａのフォーカスを変化させて、フィールド全面でフォーカスするようにしなければならない。すなわち、フォーカス調整レンズ８Ａの強度は、フィールド内の座標（ｘ，ｙ）の関数として変化させることになる。従って、前述においては、高さ測定器２２からの信号に基づいて、フォーカス調整レンズ８Ａの強度を制御したが、ここでは、更にフィールド内の座標（ｘ，ｙ）に基づいて、フォーカス調整レンズ８Ａの強度を制御することになる。

このような収差のある偏向器でフィールド内の座標（ｘ，ｙ）に比例した偏向強度で偏向すると、偏向強度と材料９上における偏向量(フィールド中心から偏向された位置までの距離)とは厳密には比例しない。そこで、偏向強度に対して偏向された位置との関係を予め測定しておいて、例えばＸ、Ｙ両方向２つのテーブルの形にしてメモリーに記憶しておく。描画に際しては、フィールド内の座標（ｘ，ｙ）で前記テーブルを参照して、本来有るべき位置に偏向されるように偏向強度を補正する。この様な補正を、便宜上、「偏向に伴う偏向強度の補正」と呼ぶことにする。なお、先の材料の高さに伴うフィールドの大きさの補正についても、「高さに伴うフィールドの大きさの補正」と呼ぶことにする。

さて、フィールド内の座標（ｘ，ｙ）に基づいて、フォーカス調整レンズ８Ａの強度を制御するためには、位置決め偏向器制御回路１５に送られるべき描画位置の値、例えばＸ方向の値ｘに対する像面湾曲収差に伴うフォーカス補正のためのフォーカス調整レンズ８Ａのフォーカスの変化量Δｉの関係を、下記のごとくに実測しておく必要がある。

フィールドの中央において、対物レンズ８とフォーカス調整レンズ８Ａとを用いて材料９上でビームをフォーカスさせたときのフォーカス調整レンズ８Ａの励磁量とを記録する。次いで、フィールド内のＸ方向にある距離だけビームを偏向した状態で、対物レンズ８の励磁は変えずに、フォーカス調整レンズ８Ａだけを用いて材料９上でビームがフォーカスするようにしたときのフォーカス調整レンズ８Ａの励磁量とを記録する。測定は何点かで行い、それらの間は適当に補間してもよい。

同様なことをＹ方向についても行う。これらの結果に基づいて、Ｘ、Ｙの両方向について、フィールドの原点からの距離に対するフォーカス調整レンズ８Ａの励磁の変化量の関係を求める。この結果を、例えばデータ転送回路１３内の第２のメモリーに記憶しておく。この第２のメモリーには、上記Ｘ、Ｙの両方向の距離あるいは偏向量に対するフォーカス調整レンズ８Ａの励磁量をＸ、Ｙ両方２つのテーブルの形にして記憶しておいて、距離あるいは偏向量からフォーカス調整レンズ８Ａの励磁量が高速に得られるようにするとよい。ここでも、描画に際しては、高速に処理できるようにすることが肝要である。なお、先に説明した「偏向に伴う偏向強度の補正」に関する座標と補正係数についても、上記と同様な第３のメモリーに記憶してあるものとする。

このようにして、フォーカス調整レンズ８Ａでフォーカス調整を行うと、先述の如くに像の大きさが変化する。そこで、像の大きさ(寸法)をｍとしたとき、レンズ８Ａの強度の変化分Δｉと前記比例係数ｋとを用いて、成形偏向器制御回路１４に送られる像の大きさ(寸法)を、（ｍ−ｍ・ｋΔｉ）とすれば、像の大きさが補正される。

更に、この像の大きさの補正に伴って、先述と同様に描画する位置も補正する。すなわち、例えば、Ｘ方向の描画位置がｘで、像の大きさの補正量がΔｍ_x（＝−ｍ_x・ｋΔｉ）の場合、補正後の描画位置は(ｘ＋Δｍ_x／２)である。もちろんこの位置の補正は、前述の「偏向に伴う偏向強度の補正」と「高さに伴うフィールドの大きさの補正」と合わせて行われる。

以上をまとめると次の通りである。

(1)まず、材料９の高さを測定する高さ測定器２２からの情報を基に、第１のメモリーを参照して、フィールドの大きさの補正量を算出して、その結果に基づいて位置決め偏向器制御回路１５を制御する。

(2)次に、上記に加えて、フィールド内の座標（ｘ，ｙ）に基づいて、第３のメモリーを参照して、座標（ｘ，ｙ）に応じた偏向強度の補正量を算出して、その結果に基づいて位置決め偏向器制御回路１５を制御する。

(3)以上の２つの補正を施した上で、(a)材料９の高さを測定する高さ測定器２２からの情報を基に、第１のメモリーを参照して、フォーカスの補正量を算出し、その結果に基づいてフォーカス調整レンズ８Ａを制御する。更に、(b)前記フォーカスの補正量に基づいて描画する像の寸法(大きさ)の補正量を算出し、その結果に基づいて成形偏向器制御回路１４を制御し、更にまた、(c)前記寸法(大きさ)の補正量に基づいて寸法の補正に伴う描画位置の補正量を算出し、その結果に基づいて位置決め偏向器制御回路１５を制御する。

(4)更に、上記に加えて、フィールド内の座標（ｘ，ｙ）に基づいて、(d)第２のメモリーを参照して、座標（ｘ，ｙ）に応じたフォーカスの補正量を算出し、その結果に基づいてフォーカス調整レンズ８Ａを制御する。更に、(e)前記フォーカスの補正量に基づいて描画する像の寸法(大きさ)の補正量を算出し、その結果に基づいて成形偏向器制御回路１４を制御し、更にまた、(f)前記寸法(大きさ)の補正量に基づいて寸法の補正に伴う描画位置の補正量を算出し、その結果に基づいて位置決め偏向器制御回路１５を制御する。

上記のまとめについて若干の補足すると、(1)と(2)とは、偏向に関する補正であり、(3)と(4)とは、フォーカスに関する補正であって、フォーカスの補正に伴っての寸法の補正と、更に寸法の補正伴っての偏向の補正とを含んでいる。また、(1)と(3)とは、同一フィールド内において補正の割合は一定であるのに対して、(2)と(4)とは、フィールド内の座標（ｘ，ｙ）に応じて補正の割合が変化する。

次に、上記のまとめに基づいて動作を詳しく説明する。

データ転送回路１３は、高さ測定器２２の測定の結果と、第１のメモリーを参照して得られる係数ｈとに基づいて、「材料の高さに伴う」フィールドの大きさの補正の係数を算出し、これを用いて補正された偏向値を位置決め偏向器駆動回路１５に送る。これを受けて位置決め偏向器駆動回路１５は位置決め偏向器１０を駆動する。これによって、位置決め偏向器１０の偏向強度が前記補正係数分だけ補正されて制御されるようになる。

上記に重ねて、データ転送回路１３は、フィールド内の像が描画されるべき位置の座標ｘおよびｙの値に基づいて、第３のメモリーを参照して、「偏向に伴う」偏向強度の補正の係数を得て、これを用いて補正された偏向値を位置決め偏向器駆動回路１５に送る。これを受けて位置決め偏向器駆動回路１５は位置決め偏向器１０を駆動する。その結果、像面偏向収差に起因する偏向位置のずれも補正される。

以上によって、材料９の高さが変化しても、位置決め偏向器１０に像面湾曲収差があっても、描画すべき像が十分に小さいときの位置のずれは補正されることになる。

上記の如く、「材料９の高さに伴うフィールドの大きさの補正」と「偏向に伴う偏向強度の補正」が施された上で、データ転送回路１３は、まず、高さ測定器２２から得られる材料９の高さの値に基づいて第１のメモリーを参照してフォーカス補正量Δｉ_zと補正係数ｋとを読み出す。あるいは、第１のメモリーを参照して補正係数ｋを読み出し、基準の高さｚ₀と基準の高さからの変化量Δｚとから、フォーカス補正量をΔｉ_z＝(Δｚ／ｚ₀)／ｋとして算出することも考えられる。

次いで、データ転送回路１３は、この結果をフォーカス調整レンズ制御回路１６Ａに送り出し、これを受けてフォーカス調整レンズ制御回路１６Ａはフォーカス調整レンズ８Ａを制御する。更に、データ転送回路１３は、描画すべき寸法ｍと補正係数ｋとフォーカス補正量Δｉとの積(ｍ・ｋ・Δｉ)を演算して補正後のサイズ（ｍ−ｍ・ｋ・Δｉ）を求め、成形偏向器制御回路１４に送る。成形偏向器制御回路１４は補正後の寸法（ｍ−ｍ・ｋ・Δｉ）で成型偏向器６を駆動する。

更に、前記寸法の補正値（ｍ・ｋ・Δｉ）の半分の値を寸法の補正に伴う位置の補正値として、位置決め偏向器駆動回路１５に送り、これを受けて、位置決め偏向器駆動回路１５は前記補正値分の補正を施して、位置決め偏向器１０を駆動する。以上で、材料９の高さに係る像の大きさと描画位置に関する補正が完了する。

更に、上記材料９の高さに係る像の大きさと描画位置に関する補正に加えて、次の補正を行う。

データ転送回路１３は描画すべき像のフィールド内の座標ｘの値に基づいて第２のメモリーを参照して、フォーカス調整レンズ８Ａの励磁すなわち「Ｘ方向のフォーカス補正量」Δｉ_xを得る。同様にして、Ｙ方向についても同様Δｉ_yを得る。これらは加算されて、「フォーカス補正量」Δｉ＝Δｉ_x＋Δｉ_yとなる。

次いで、データ転送回路１３は上記「フォーカス補正量」で補正したフォーカス値をフォーカス調整レンズ制御回路１６Ａに送り出し、この値に基づいてフォーカス調整レンズ制御回路１６Ａはフォーカス調整レンズ８Ａを制御する。更に、Ｘ、Ｙ両方向について、描画すべき寸法ｍ_x、ｍ_yと補正係数ｋと「フォーカス補正量」Δｉ_x、Δｉ_yとの積(ｍ_x・ｋ・Δｉ_x)、(ｍ_y・ｋ・Δｉ_y)を演算して補正後のサイズ（ｍ_x−ｍ_x・ｋ・Δｉ_x）と（ｍ_y−ｍ_y・ｋ・Δｉ_y）を求め、成形偏向器制御回路１４に送る。なお、この時点における値ｍ_xとｍ_yとは、既に材料９の高さに係る像の大きさの補正が完了している。

これらの値が、データ転送回路１３からフォーカス調整レンズ制御回路１６Ａと成形偏向器制御回路１４とに送られると、フォーカス調整レンズ制御回路１６ＡはΔｉを減じた励磁量でフォーカス調整レンズ８Ａを励磁し、成形偏向器制御回路１４は補正後の寸法（ｍ_x−ｍ_x・ｋ・Δｉ_x）と（ｍ_y−ｍ_y・ｋ・Δｉ_y）とで成型偏向器６を駆動する。

更に、前記寸法の補正値(ｍ_x・ｋ・Δｉ_x)、(ｍ_y・ｋ・Δｉ_y)それぞれの半分の値を寸法の補正に伴う位置の補正値として、位置決め偏向器駆動回路１５に送り、これを受けて、位置決め偏向器駆動回路１５は前記補正値分の補正を施して、位置決め偏向器１０を駆動する。

この結果、材料９の高さが異なることに伴って、レンズ（ここでは対物レンズ８とフォーカス調整レンズ８Ａとを合成したレンズ）のフォーカスを変えても、位置決め偏向器１０の像面湾曲収差によるフォーカスのぼけに対応して、レンズのフォーカスを変えても、描画材料９上に描画されるパターンのサイズは変化しないように補正されるし、サイズを補正した分に対応して描画すべき位置も正しい位置に補正される。従って、フィールド内における各部分での描画のサイズが一様となり、サイズのずれや描画位置のずれによるパターンの接続不良などを避けることができると共に、隣り合うフィールド間のパターンの接続不良などを避けることができる。

なお、上記動作の説明は、先のまとめの順に従って述べたが、実際の装置では必ずしもその必要はない。むしろ上記の趣旨に沿った範囲で最も高速となるようにすることが肝心である。

更にまた、上記では、フィールド内において偏向される座標に基づいて、材料９上でのフォーカスを決定し、このフォーカスに基づいて像の大きさの補正や大きさの補正に伴う位置の補正を行うように説明している。つまり、フォーカスを仲立ちとして、像の大きさの補正や大きさの補正に伴う位置の補正を行っている。しかしこの方法では、実際の装置においては、極く僅かな補正残り(補正誤差)が発生することも考えられる。

そこでその様な場合には、フォーカスを仲立ちとせずに直接像の大きさの補正を行うことも考えられる。すなわち上記においては、第２のメモリーはフィールド内には、偏向される座標に対するフォーカスの補正量(補正係数)のみが記憶されていたが、フォーカスの補正量(補正係数)と合わせて像の大きさの補正量(補正係数)についてもテーブルとして持たせるようにすればよい。そして、フィールド内における偏向量ないし座標位置が決まれば、これに基づいて、前記２種のテーブルをそれぞれ参照して、フォーカスの補正と像の大きさの補正とを行うようにすればよい。この様なフィールド内の座標に依存する係数を、例えばＸ方向に関してはｇ_xとすれば、Ｘ方向の像の大きさｍ_xの補正量Δｍ_xは、Δｍ_x＝ｇ_xｍ_xと表せる。更に、像の大きさの補正に伴うＸ方向の位置ｘの補正量Δｘは、Ｘ方向の像の大きさの補正量の半分、すなわちΔｘ＝Δｍ_x／２である。Ｙ方向についても同様である。

以上は、主として位置決め偏向器と成形偏向器に係る補正について述べた。図１には図示しないが、荷電粒子ビーム装置に組み込まれている、例えば、非点収差補正器もレンズ（ここでは対物レンズ８とフォーカス調整レンズ８Ａとを合成したレンズ）のフォーカスを変えたとき、その動作特性が変化することがある。そこで、対物レンズ８を一定に保ったままでフォーカス調整レンズ８Ａの強度を変化させたとき、非点収差補正器が正確に動作するような非点収差補正条件を事前に測定しておき、描画時には、フォーカス調整レンズ８Ａの強度に応じて非点収差補正器を制御することもできる。

また、上記説明では、対物レンズ８にフォーカス調整レンズ８Ａを追加した構成で説明した。高速な応答性などを考慮すれば補助レンズの追加方式が好ましいが、原理的には、フォーカス調整レンズ８Ａを追加せずに、直接対物レンズ８を制御して上記の様々な補正を行うことももちろん可能である。

また更に、電子ビームによる描画装置を例に本発明を説明したが、本発明による描画装置は、イオンビームを用いた描画装置にも適用できる。

本発明の構成と動作を説明するための図である。 従来の技術に係る問題点の原理を説明するための図である。 本発明のサイズの補正に係る原理を説明するための図である。 本発明のフィールド内の描画位置に係る原理を説明するための図である。 本発明の像の大きさの補正に伴うフィールド内の描画位置の補正の原理を説明するための図である。

符号の説明

ＥＢ：電子ビーム
１：電子銃
３：第１アパーチャ(第１スリット)
４：成形レンズ
５：第２アパーチャ(第２スリット)
６：成形偏向器
７：縮小レンズ
８：対物レンズ
８Ａ：フォーカス調整レンズ
９：描画材料
１０：位置決め偏向器
１１：制御ＣＰＵ
１３：データ転送回路
１４：成形偏向器制御回路
１５：位置決め偏向器制御回路
１６：対物レンズ制御回路
１６Ａ：フォーカス調整レンズ制御回路
１７：ブランカ
１８：ブランカ制御回路
２０：ステージ
２１：ステージ駆動回路
２２：高さ測定器

Claims (11)

1. 第１のアパーチャの開口像を成形レンズによって第２のアパーチャ上に結像すると共に成形偏向器によって第２のアパーチャ上に位置決めし、第２のアパーチャの開口を透過した所望のサイズの断面を有する荷電粒子ビームを対物レンズによってフォーカスさせて、被描画材料上にショットすると共に、位置決め偏向器への荷電粒子ビームの偏向信号に応じて荷電粒子ビームを偏向し被描画材料上のショット位置を変化させるようにした荷電粒子ビーム描画装置において、前記対物レンズのレンズ強度に応じて、前記成形偏向器を制御して前記サイズを補正するようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記サイズの補正に基づいて、前記位置決め偏向器を制御して前記被描画材料上の前記ショット位置を補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記対物レンズのレンズ強度は、前記被描画材料の高さに応じて変化させることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の荷電粒子ビーム描画装置。
4. 前記被描画材料の高さと、前記対物レンズのレンズ強度との関係と、前記補正のための補正係数をメモリーに記憶させることを特徴とする請求項３記載の荷電粒子ビーム描画装置。
5. 前記対物レンズのレンズ強度は、前記位置決め偏向器への偏向信号に応じて変化させることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の荷電粒子ビーム描画装置。
6. 前記位置決め偏向器への偏向信号強度と、前記対物レンズのレンズ強度との関係と、前記補正のための補正係数とをメモリーに記憶させ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。
7. 前記位置決め偏向器への偏向信号強度は、Ｘ方向の偏向とＹ方向の偏向とに分けたことを特徴とする請求項６記載の荷電粒子ビーム描画装置。
8. 第１のアパーチャの開口像を成形レンズによって第２のアパーチャ上に結像すると共に成形偏向器によって第２のアパーチャ上に位置決めし、第２のアパーチャの開口を透過した所望のサイズの断面を有する荷電粒子ビームを対物レンズによってフォーカスさせて、被描画材料上にショットすると共に、位置決め偏向器への荷電粒子ビームの偏向信号に応じて荷電粒子ビームを偏向し被描画材料上のショット位置を変化させるようにした荷電粒子ビーム描画装置において、前記位置決め偏向器への偏向信号強度に応じて、前記対物レンズのレンズ強度を補正し、同じく前記偏向信号強度に応じて前記成形偏向器を制御して前記サイズを補正し、前記サイズの補正に基づいて前記位置決め偏向器を制御して前記被描画材料上の前記ショット位置を補正するようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
9. 前記位置決め偏向器への偏向信号強度と前記対物レンズのレンズ強度との関係と、同じく前記位置決め偏向器への偏向信号強度と前記サイズ補正との関係と、補正係数とをメモリーに記憶させることを特徴とする請求項８記載の荷電粒子ビーム描画装置。
10. 前記位置決め偏向器への偏向信号強度は、Ｘ方向の偏向とＹ方向の偏向とに分けたことを特徴とする請求項９記載の荷電粒子ビーム描画装置。
11. 前記対物レンズには、その補助的レンズとして働きフォーカスを微調整できるフォーカス補正レンズを備えていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかの１に記載の荷電粒子ビーム描画装置。

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