JP2007103699A - 電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
可変成形電子ビームを用いる描画装置において、高い寸法精度での描画を行うことが出来る電子線描画技術を提供する。
【解決手段】
可変成形ビームを用いる電子ビーム描画装置において、可変成形ビームの電流量を計測するための複数の電子ビーム検出器１３０、１３１を有し、可変成形ビームの複数のビームサイズに応じて計測された電流値を、電子ビームの露光時間にフィードバックすることにより解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子ビーム描画技術に係り、特に、光学マスク等を描画する電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法に関する。

可変成形ビームを用いる電子ビーム描画装置において、ビーム寸法の調整は最も重要な技術の１つである。ビーム寸法を精度良く測定することは寸法が小さくなるに従って困難になってくる。

そこで、複数のビームサイズで電流量を測定することで間接的に寸法に関する情報を取得し、可変成形偏向器にフィードバックする方法が、特開平１１−１４９８９３号公報に提案されている。

特開平１１−１４９８９３号公報

しかしながら、近年は光近接効果補正のために光学マスクのパターンが非常に複雑になってきており、１辺が１０ｎｍ〜１００ｎｍ寸法での電子ビームを用いることが多くなってきている。最大２μｍ角の電子ビームを考慮すると電流測定のダイナミックレンジが極めて広くなり、従来のファラデーカップによる電流測定では測定の直線性を保障できなくなる。ここで、直線性とは入力に対して出力が線形であることを意味している。例えば、入力はビーム電流であり、出力はファラデーカップを含む検出系の出力電流や出力電圧である。直線性が劣化すると、描画用のビームの位置校正精度が劣化し、光学マスクの通りにパターンを描画することが困難になる。

そこで、本発明の目的は、可変成形電子ビームを用いる描画装置において、高い寸法精度での描画を行うことが出来る電子ビーム描画技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、可変成形電子ビームを用いる描画装置において、複数の電子ビーム検出器を有し、複数のビームサイズでの電流量を計測し、電子ビームの露光時間（照射時間）にフィードバックすることを特徴とする。

また、電子ビーム描画装置に以下のいずれか若しくは複数の特徴を有することは、上記目的の達成に更に有効である。
１）測定するビームサイズの設定を電子ビーム検出器ごとに設定できる機能を有すること、
２）検出器の感度が異なり、感度の高い検出器で小さめのビームサイズの電流量を、感度の低い検出器で大き目のビームサイズの電流量を測定すること、
３）異なる電子ビーム検出器の計測結果を電子ビームの異なる制御条件へフィードバックすること、
４）異なる電子ビーム検出器の計測結果に従って、異なる主たる制御条件へフィードバックすること、
５）複数の電子ビーム検出器における計測結果が識別できる表示機能を有すること。

更に、複数の電子ビーム検出器を有することから、複数の電子ビーム検出器間の感度校正を、複数の電子ビーム検出器の測定可能な電流範囲のビームサイズで行うことが好ましい。また、ダイナミックレンジが広くなることに対応して、複数の電子ビーム検出器のサンプリング時間を測定ビームサイズに応じて切り替えることで、より効率的な電流測定が可能となる。ここで、使用する検出器の切り替えの目安となる１方向の寸法は、電子ビームの解像寸法前後や、ＰＤの飽和の可能性のある０.０５μｍ以上でナイフエッジ法でのビームサイズ測定が困難な１μｍ以下が良い。

本手段は、ビームサイズのみならず可変成形ビームの他の光学特性の校正にも有効である。例えば、複数の電子ビーム検出器を有し、複数のビームサイズでの焦点位置を計測し、焦点補正器にフィードバックすることや、焦点位置とビームサイズの計測で異なる検出器を用いることなどが提案される
更に、ビームサイズを大きく変えて測定する必要があるので、特に微小電流の測定を精度良く測定するために、電子ビーム検出器と電気的に接続している積分回路を用いることが良い。積分時間を変えることで広いレンジの電流測定に対応が可能である。

使用する最大ビームサイズが小さい場合には、１つの検出器で複数の制御条件にフィードバックすることも可能である。すなわち、可変成形ビームを用いる電子ビーム描画装置において、複数のビームサイズの電子ビームの電流値の測定結果を、大きめのビームサイズの結果と小さめのビームサイズの結果を異なる制御条件にフィードバックすることになる。この際、電子ビームの解像寸法前後で、異なる制御条件にフィードバックすることが１つの目安となる。

以下、本発明の代表的な構成例を列挙する。

（１）本発明の電子ビーム描画装置は、電子銃から放出された電子ビームを、開口を有する少なくとも１個のマスクを介して可変成形ビームを形成する電子光学系を備え、前記可変成形ビームを用いて試料に所望とするパターンを露光する電子ビーム描画装置において、前記可変成形ビームの電流量を計測するための複数の電子ビーム検出器と、前記可変成形ビームの複数のビームサイズに応じて計測された前記電流値を、電子ビームの露光時間にフィードバックする手段とを有することを特徴とする。

（２）前記構成の電子ビーム描画装置において、測定する前記ビームサイズの設定を前記電子ビーム検出器ごとに設定できる機能を有することを特徴とする。

（３）前記構成の電子ビーム描画装置において、前記複数の電子ビーム検出器は、それぞれ異なる感度を有し、前記可変成形ビームの小さめのビームサイズの電流量を測定する第１の電子ビーム検出器と、前記可変成形ビームの大きめのビームサイズの電流量を測定する第２の電子ビーム検出器を有することを特徴とする。

（４）前記構成の電子ビーム描画装置において、前記電子ビーム検出器による複数の計測結果を、電子ビームのビームサイズに応じて、異なる電子ビーム制御条件へフィードバックする機能を有することを特徴とする。

（５）前記構成の電子ビーム描画装置において、前記電子ビーム検出器による複数の計測結果が個々に識別できる表示機能を有することを特徴とする。

（６）前記構成の電子ビーム描画装置において、前記複数の電子ビーム検出器間の感度校正を、前記複数の電子ビーム検出器の測定可能な電流範囲のビームサイズで行うことを特徴とする。

（７）前記構成の電子ビーム描画装置において、使用する前記複数の電子ビーム検出器の切り替えの目安として、１方向の寸法を電子ビームの解像寸法前後とすることを特徴とする。

（８）前記構成の電子ビーム描画装置において、前記可変成形ビームの複数のビームサイズでの電流密度の不均一性を露光時間以外の制御条件にフィードバックし、該フィードバックの後に残った電流密度の不均一性が規定値を越えているビームサイズの場合には、露光時間にフィードバックすることを特徴とする。

（９）前記構成の電子ビーム描画装置において、前記第１の電子ビーム検出器をフォトダイオード、前記第２の電子ビーム検出器をファラデーカップで構成したことを特徴とする。

（１０）前記構成の電子ビーム描画装置において、前記第１の電子ビーム検出器と電気的に接続される積分回路を有することを特徴とする。

（１１）本発明の電子ビーム描画方法は、電子銃から放出された電子ビームを、開口を有する少なくとも１個のマスクを介して可変成形ビームを形成する電子光学系を備え、前記可変成形ビームを用いて試料に所望とするパターンを露光する電子ビーム描画装置にあって、複数の電子ビーム検出器により、前記可変成形ビームの複数のビームサイズに応じて電流量を計測し、該電流値をもとに、前記電子ビームの露光時間を補正することにより、前記可変電子ビームの任意のビームサイズに対する電流密度を略一定になるようにしたことを特徴とする。

（１２）前記構成の電子ビーム描画方法において、前記複数の電子ビーム検出器の感度が異なり、その中の感度の高い検出器で前記可変成形ビームの小さめのビームサイズの電流量を、感度の低い検出器で前記可変成形ビームの大きめのビームサイズの電流量を測定するようにしたことを特徴とする。

（１３）前記構成の電子ビーム描画方法において、前記複数の電子ビーム検出器間の感度校正を、前記複数の電子ビーム検出器の測定可能な電流範囲のビームサイズで行うことを特徴とする。

（１４）前記構成の電子ビーム描画方法において、使用する前記複数の電子ビーム検出器の切り替えの目安として、１方向の寸法を電子ビームの解像寸法前後とすることを特徴とする。

（１５）前記構成の電子ビーム描画方法において、前記感度の高い検出器はフォトダイオードであり、前記感度の低い検出器はファラデーカップであることを特徴とする。

本発明によれば、可変成形電子ビームを用いる描画装置において、高い寸法精度での描画を行うことが出来る電子線描画技術を提供できる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。

（実施例１）
図１に、本実施例による電子ビーム描画装置の電子光学系の構成を示す。電子銃１０１から放出された電子は、５０ｋＶに加速され、第１矩形開口１４０を有する第１マスク１０２を直接照射する。第１マスクを透過した矩形電子ビームは、２つの第１転写レンズ１０３、第２転写レンズ１０７により第２マスク１０９上に結像される。第２マスク上には、中央に可変成形用の第２矩形開口１４１をその周辺に一括図形照射用の一括図形開口１０８が配置されている。第２マスク上での第１マスク像の照射位置は、可変成形偏向器１０５と２つの第１図形選択偏向器１０４、第２図形選択偏向器１０６により制御される。第２マスクを通過した電子ビームは２つの第１縮小レンズ１１０、第２縮小レンズ１１１と２つの第１対物レンズ１１２、第２対物レンズ１１４を通して試料（例えば、光学マスク）１１５上に結像される。

対物レンズの下流に位置するステージ１１６上には、複数（本例では、２個）の検出器、第１検出器１３０と第２検出器１３１が配置されており、電子ビームの入射位置に対して移動可能となっている。これにより、各々の検出器は電子ビームを直接検出することが出来る。検出器の出力は、検出信号処理系１２１を通してデータ制御系１３５に送られ、照射時間制御系１３４や図形選択・寸法制御系１１８などを通して電子光学系へフィードバックされる。また、データ制御系１３５には表示装置１３６が設置されており、電流量の測定結果や電子ビームの校正結果などが出力される。なお、図中、縮小率・回転制御系１１９は、第１縮小レンズ１１０、第２縮小レンズ１１１、および回転レンズ１１２による、電子ビームの縮小率および回転の制御を行い、焦点・非点・位置制御系１２０は、電子ビームの焦点、非点の補正および位置の制御を行う。また、対物静電偏向器１１３は、試料上の描画位置を決める偏向器である。

図２に、本実施例の検出部周辺を示す。２つの検出器からの出力の１つは、電気的に接続された積分回路２０４を通して検出信号処理部に送られる。電子ビーム２０１は、いずれかの検出器により電流値を計測することになる。この場合、第１検出器２０２はファラデーカップ（ＦＣ）であり、第２検出器２０３はフォトダイオード（ＰＤ）である。ＰＤは電流を増幅しながら検出するために感度が高く、微小な電流の検出に向いている。逆に、大電流の検出には飽和現象を引き起こすために不向きである。また、ＰＤには積分回路を接続しており、微小電流を積分することでより精度の良い電流値の測定を行っている。これは、非常に微小な電流を検出する本実施例では有効である。また、ＦＣは感度が低いものの電流値測定の絶対基準を兼ねることが出来る利点がある。

図３に、測定アルゴリズムの一例を示す。まず、ＦＣとＰＤの校正を行う。これは異なる感度の検出器間の互換性を得るためのものである。両検出器の検出可能なビームサイズ（ここでは、５００ｎｍ角）の電子ビームを用いて両者の出力を比較することで感度校正を行った。感度校正は、複数のビームサイズすなわち電流値の電子ビームを用いることで、より精度を向上させることが出来る。

次に、１μｍ角から２μｍ角の電子ビームでナイフエッジ法によるビームサイズ校正を行う（ステップ３０１）。これはビームプロファイルのエッジ位置よりビームサイズを求め、可変成形偏向器の制御電圧にフィードバックすることで、ビームサイズを補正するものである。本手法では、１μｍ角以下のビームサイズを測定すると誤差が大きくなる。

ここで、フィードバックの手順は、以下の通りである。１）可変成型偏向器の制御電圧を変えることでビームサイズを制御する。２）ナイフエッジでビームサイズを測定する。３）測定したビームサイズから本来のビームサイズとの誤差を求める。４）誤差に対応する制御電圧値を求める。４）偏向器の制御電圧の設定を変更する。このフィードバックは検出信号処理系１２１、データ制御系１３５、図形選択・寸法制御系１１８を通して行われることになる。

次に、矩形状ビームのＸＹの１方向を変えて、０.１μｍ×１μｍから１μｍ×１μｍ、さらに１μｍ×０.１μｍから１μｍ×１μｍの間を０.１μｍ刻みで、ＦＣによって検出される電流値によるサイズ校正を行う（ステップ３０２）。図３のアルゴリズムでは、表記を１方向のみ示しているが、実際はＸＹの２方向に関して、それぞれの１方向のビームの寸法を小さくしながら電流を測定した。測定した電流値より求めた電流密度が一定になるように可変成形偏向器１０５の制御電圧の他に第２マスク１０９の回転や第１転写レンズ１０３、第２転写レンズ１０７の励磁調整を行った（ステップ３０３）。

この２つのフィードバックは、従来から行われていたものである。しかしながら、近年の光学マスクでは光近接効果の補正の為に光学マスク上のパターンが非常に複雑になっており、パターンを描画図形に分解すると１ｎｍから１００ｎｍの間の寸法のパターンも出現する。こうした寸法では可変成形ビームを形成するためのマスクの非直交やエッジラフネスの影響が大きくなり、従来の可変成形偏向器の制御電圧、マスク回転や転写レンズ励磁調整では校正しきれなくなる。

本実施例では、新たなフィードバック方法として更にＰＤによる電流値計測を行う（ステップ３０４）。本実施例では、ＰＤに積分回路２０４を接続しているので、実際は決められた時間での入射電荷量を求めていることになるが、描画装置の電流値は短時間では安定しているので電流値測定と実質的に等価と考えられる。ビームのＯＮ時間は直接決めることも可能であるが、ここでは実際の露光との互換性を得るためにショットあたりの露光時間とショット数で制御した。２方向の細長い矩形状ビームで、１ｎｍ×１μｍから１００ｎｍ×１μｍ、および１μｍ×１ｎｍから１μｍ×１００ｎｍの各間を、９ｎｍ若しくは１０ｎｍ刻みで測定した。ＦＣでの測定より小さなビームを対象とするために寸法の刻みを小さく変えて測定している。このように、本装置では測定するビームサイズの設定を電子ビーム検出器ごとに設定できる機能を有している。本例では、２０Ａ/ｃｍ^２の電流密度で使用したので、１μｍ×１μｍで２００ｎＡ、１ｎｍ×１μｍで２００ｐＡとなる。電流値測定のレンジは３桁となり、測定の直線性を保つためには、ＦＣとＰＤとの併用が有効であることが分る。

本装置のビームの分解能（描画パターンの寸法直線性が保障される範囲）は１００ｎｍ程度であり、両検出器の切り替え寸法の１００ｎｍはこれに従ったものである。本発明では、使用する複数の検出器の切り替えの目安として、１方向の寸法を電子ビームの解像寸法前後、例えば、０.０５μｍ以上１μｍ以下とするとよい。

測定した電流値から電流密度を求め、電流密度が小さなビームサイズでは露光時間を長めに、電流密度の大きなビームサイズでは露光時間を短めにすることで実質的なビームサイズの校正を行う。なお、露光時間制御は露光時間制御系１３４を通してブランカー１３３の動作を制御して行う。以上により、フィードバックが終了する。

１００ｎｍ以下のビームは、光学マスク上のパターンを細長く分割する際に生じるものであり、それ単独でのパターンは存在しない、また、ビームの解像度近傍以下では分割ビームの効果はサイズの付加そのものではなく試料へのエネルギー付加としての効果が大きい。これらのことから、ビームサイズそのものではなく露光時間にフィードバックすることで、ビームサイズの補正と同様の効果を得ることが可能となる。

図４に、ＦＣとＰＤで測定した各サイズでの電流密度を示す。図では黒線で表示されているが、実際はＰＤで測定したものを緑、ＦＣで測定したものを赤で表示する。露光時間補正後は電流値測定の際のビームのＯＮ時間が補正されているために、電流密度が略一定となっている。電流値の測定精度に限界があることから、電流値がビームサイズに敏感な小さめのビームサイズにおいて露光時間へのフィードバックを行いやすい。これが、小さめのビームサイズに露光時間補正を適用するもう１つの理由である。図には、ＦＣとＰＤで測定した値を識別できるように異なる色で表示している。この図は、表示装置１３６に表示される。なお、本明細書では図を見やすくするために一部のビームサイズのみデータを表示してある。

最後にこれらの結果作成された露光時間補正テーブル１３７（ステップ３０５）をもとに試料上に描画を行った（ステップ３０６）。本実施例では，１次元方向の測定のみ行っているので、１次元方向の依存性を積算することにより２次元テーブルを作成している。テーブルにないビームサイズの露光時間は補間により求めている。この結果、従来５ｎｍに留まっていた寸法精度を３ｎｍに向上させることが可能となった。

なお、図５には、参考に光学マスクのパターンを矩形に分割した例を示す。Ｌ字のパターンに光近接効果補正を施しているため、矩形に分割すると細長い微小図形が多数存在することが分る。

本実施例では、検出器としてＦＣとＰＤを用いたが、感度の異なる複数のＰＤ、或いは、バイアス電圧を変えた複数のＰＤを用いても同様の効果が得られることは明らかである。またアルゴリズムが複雑になるが、フィードバックの方法も低感度検出器での一部の寸法の測定結果を露光時間にフィードバックすることや、高感度検出器での一部の寸法での測定結果を偏向制御系にフィードバックすることも考えられる。

この場合のフィードバックの手順は、以下の通りである。１）低感度検出器により複数寸法の電流量を測定する。２）本来の電流量との誤差を求める。３）誤差に対応する露光時間の補正値を計算する。４）露光時間の設定値を変える。５）低感度検出器により複数寸法の電流量を測定する。６）測定したビームサイズから本来のビームサイズとの誤差を求める。７）誤差に対応する制御電圧値を求める。８）偏向器の制御電圧の設定を変更する。このフィードバックは検出信号処理系１２１、データ制御系１３５、図形選択・寸法制御系１１８、露光時間制御系１３４を通して行われることになる。

なお、エッジ法によるビームサイズ補正には、１）ＦＣ上に設けたナイフエッジ、２）ＰＤ上に設けたナイフエッジ、３）ＰＤ上に設けたスリット、４）第３の検出器（低感度ＰＤ）上に設けたナイフエッジなどが使用できる。

（実施例２）
本実施例では、実施例１と同様の装置を用いた。図６に示す測定アルゴリズムに従って描画した。測定手法は、図３における手法と基本的には同じであり、ＦＣとＰＤの校正を行う。

まず、１μｍ角から２μｍ角の電子ビームでエッジ法によるビームサイズ校正を行う（ステップ６０１）。次に、矩形状ビームのＸＹ方向を変え、（０.１，０.４，０.７，１.０）μｍ×（０.１，０.４，０.７，１.０）μｍの行列で表わされる寸法の電子ビームで、ＦＣによって検出される電流値によるサイズ校正を行う（ステップ６０２）。この後、図３における場合と同様に、必要に応じてマスク回転や転写レンズの励磁調整を行う（ステップ６０３）。

次に、ＰＤによる電流値計測を行う（ステップ６０４）。本実施例では、電流値を測定するビームサイズを２次元的に変えている。測定する寸法は、２次元平面でＬ字となるのが特徴であり、（１，２，５，１０，２０，５０，１００）ｎｍ×（１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，５００，１０００，２０００）ｎｍの行列、および（１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，５００，１０００，２０００）ｎｍ×（１，２，５，１０，２０，５０，１００）ｎｍの行列で表わされる。この中で、（１，２，５，１０，２０，５０，１００）ｎｍ×（１，２，５，１０，２０，５０，１００）ｎｍの行列の部分が重複しているが、この領域は１回の測定で代表してもよい。ビームサイズが小さくなるに従い電流密度の誤差が大きくなることが予想されるので、測定寸法の間隔はビームサイズが小さくなるのに従って小さくしている。このことにより補正精度の向上と測定効率の向上の両立を図っている。各寸法の間はスプライン補間を用いたが、関数フィッティングも可能である。

本実施例では、ＰＤによる微小電流測定を１０５回行うことになる。必要な精度の測定を行うために最低限必要な測定時間はビーム電流に依存するので、ビームサイズに応じて測定時間を切り替えることで全体の測定の効率化を図ることが出来る。特に、本実施例での電流量は１μｍ×１μｍで２００ｎＡ、１ｎｍ×１ｎｍで０.２ｐＡとなるため、レンジが６桁となり、本発明の複数検出器の利用や測定時間の切り替えが極めて有効となる。

図７及び図８に、本実施例において表示装置に示される各ビームサイズにおける電流密度を示す。図７は露光時間補正前、図８は露光時間補正後の画面を示す。図には矢印で基準電流密度からのずれを表示している。上向き矢印はオーバー、下向き矢印はアンダーを意味している。なお、図には全ての測定ビームサイズの電流密度は表示していない。図面は黒白だが、例えば、ＦＣで測定した領域を赤色、ＰＤで測定した領域を緑色として、境界線を描いてある。

図７及び図８より、補正前は小さいビームサイズ領域で大きめであった電流密度が補正後はほぼ基準電流密度に収斂されているのが分る。露光時間の補正量が大きすぎると描画に支障が出るので、補正前において規定量より電流密度が多い場合は、可変成形偏向器などの他のフィードバック系を利用した後に露光時間補正を行うのがよい。

これらの結果作成された露光時間補正テーブル（ステップ６０５）をもとに試料上に描画を行った（ステップ６０６）。この結果、寸法精度を２.５ｎｍに向上させることが可能となった。

（実施例３）
電子ビームにはクーロン効果が働き、ビームサイズにより焦点位置が変化する。この量を知るためには異なるビームサイズでの焦点位置を測定する必要がある。しかし、大きく異なる電流での高精度な測定を行うためには、やはり複数の検出器を用いることが有効である。

本実施例では、以下の手順のフィードバックを行う。１）まず、１μｍ角から２μｍ角までを第１検出器（ＦＣ）で、０.１μｍ角から１μｍ角までを第２検出器（ＰＤ）を用いて焦点位置を求めた。図９に、表示装置に表示される結果を示す。ここでは、第１検出器の測定結果を白抜きの四角印で、第２検出器での測定結果を黒丸印で表し、さらに境界を明示した。ビームサイズに従って焦点位置が変化していることが良く分る。２）次に、求めた焦点変化量から寸法と焦点補正量の関係式を求める。３）この関係式に従って焦点補正器の制御電圧を変化させながら描画する。以上のことにより、高精度な描画が可能となる。

本実施例での焦点補正量はビームの面積の変化に対して比例とし、検出信号処理系１２１、データ制御系１３５、焦点・非点・位置制御系１２０を通してフィードバックが行われる。電子光学系内での焦点補正は、対物レンズ内の対物静電補正器に一様の制御電圧を加算することにより実現している。本実施例では、寸法精度を２ｎｍにまで改善することが出来た。

（実施例４）
本実施例では、最大ビームサイズが１μｍ角と小さめであるので、ＦＣは単に感度校正用のみに用いた。従って、ＰＤの感度がある程度分っている場合は、ＦＣが不要となる。この場合は、１つの電子ビーム検出器で校正することになる。

図１０に、測定・露光アルゴリズム、すなわちフィードバックアルゴリズムを示す。本実施例による測定手法は、図６における手法と基本的には同じであるが、１つの電子ビーム検出器ＰＤで校正を行う。

まず、０.５μｍ角から１μｍ角の電子ビームでエッジ法によるビームサイズ校正を行う（ステップ１００１）。次に、矩形状ビームのＸＹ方向を変え、（０.１，０.２，０.３，０.４、０.５）μｍ×（０.１，０.２，０.３，０.４、０.５）μｍの行列で表わされる寸法の電子ビームで、ＦＣによって検出される電流値によるサイズ校正を行う（ステップ１００２）。この後、可変成形偏向器の制御電圧や転写レンズの励磁電流を変更する。（ステップ１００３）。

次に、エッジ法によるビームサイズ校正と同じＰＤを用いて、より小さなビームサイズの電流値を計測する（ステップ１００４）。本実施例では、電流値を測定する寸法は、（１，２，５，１０，２０，５０，１００）ｎｍ×（１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，５００，１０００）ｎｍの行列、および（１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，５００，１０００）ｎｍ×（１，２，５，１０，２０，５０，１００）ｎｍの行列で表わされる。

上記ステップ１００４での結果は、その結果をもとに露光時間の補正テーブルを作成し（ステップ１００５）、可変成形偏向器の制御電圧や転写レンズの励磁電流を変えるのではなく、露光時間を変えて露光する。（ステップ１００６）。

このように、電流値測定の直線性さえ良ければ、１つの検出器での測定結果を使い分けることが可能である。この場合、大きめのビームサイズの結果と小さめのビームサイズの結果で分けることになる。ＰＤを用いた検出器としては、実施例１と同等のものを用いた。

図１１に、補正後の電流値の結果の画面を示す。補正の際に変更する制御値（可変成形偏向器の制御電圧や転写レンズの励磁電流あるいは露光時間）の異なるデータの色を変えて表示した。なお、１００ｎｍ寸法は境界に位置し、そのデータは双方のフィードバックに生かしている。このように１つの検出器を用いた場合は、異なる検出器での感度の校正が不要で、データの共用を行いやすい。本実施例により、２ｎｍの寸法精度を実現した。

（実施例５）
本実施例では、透過電子ビーム検出器としてＰＤのみを用いた。図１２に、本実施例での測定・露光アルゴリズム、すなわちフィードバックアルゴリズムを示す。測定手法は、図１０における手法と基本的には同じであり、１つの検出器ＰＤで校正を行う。

まず、０.５μｍ角から１μｍ角の電子ビームでエッジ法によるビームサイズ校正を行った後に（ステップ１２０１）、（１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，５００，１０００）ｎｍ×（１，２，５，１０，２０，５０，１００，２００，５００，１０００）ｎｍの行列で表わされる電子ビームで、ＰＤにより電流値を計測する（ステップ１２０２）。この結果の全て或いは大きめのサイズのもののみを用いて、成形偏向制御系の制御電圧を補正する（ステップ１２０３）。

再度、上記行列で表される電子ビームで、ＰＤにより電流値を測定すれば（ステップ１２０４）、電流密度の均一性が向上していることが予想される。ＰＤの再測定の結果、電流密度の不均一性が規定値を越えたビームサイズのみ露光量補正テーブルに補正値を入れ（ステップ１２０５）、補正テーブルに従って露光する（ステップ１２０６）。このようにすることにより、ビームサイズに依存したフィードバックを行う制御条件を自動的に決めることが可能となる。

図１３に、露光時間補正前の電流密度分布を示す。図は、表示装置の画面に示され、露光時間補正を行うべき（或いは、露光時間補正を行った）ビームサイズのデータが識別できるように表示されている。本例では、点線で示す。基本的にビームサイズの小さなところで電流密度の誤差が生じやすく、露光時間補正は１００ｎｍ以下のビームサイズにのみ行っている。露光時間補正を行いながら描画した結果、本実施例でも２.５ｎｍの高い寸法精度が得られている。

以上詳述したように、本発明によれば、可変成形電子ビームを用いる描画装置において、高い寸法精度での描画を行うことが出来る電子線描画装置が実現でき、微小な図形の高精度な描画が可能であり、光学マスクの寸法精度の向上に寄与する。

本発明による電子ビーム描画装置の構成を説明する図。 本発明における検出部を説明する図。 本発明による測定・露光アルゴリズムの一例を説明する図。 本発明による２つの検出器で測定した電流密度の測定結果を示す図。 本発明による光学マスクのパターンの矩形分割の一例を示す図。 本発明による測定・露光アルゴリズムの別の一例を説明する図。 図６に示す２つの検出器で測定した露光時間補正前の電流密度の２次元分布を示す図。 図６に示す２つの検出器で測定した露光時間補正後の電流密度の２次元分布を示す図。 本発明による焦点位置の変化を示す図。 本発明により１つの検出器で校正を行う場合の測定・露光アルゴリズムの一例を説明する図。 図１０に示す１つの検出器で測定した露光時間補正後の電流密度の２次元分布を示す図。 本発明により１つの検出器で校正を行う場合の測定アルゴリズムの別の一例を説明する図。 図１２に示す１つの検出器で測定した露光時間補正前の電流密度の２次元分布を示す図。

符号の説明

１０１…電子銃、１０２…第１マスク、１０３…第１転写レンズ、１０４…第１図形選択偏向器、１０５…可変成形偏向器、１０６…第２図形選択偏向器、１０７…第２転写レンズ、１０８…一括図形開口、１０９…第２マスク、１１０…第１縮小レンズ、１１１…第２縮小レンズ、１１２…第１対物レンズ、１１３…対物静電偏向器、１１４…第２対物レンズ、１１５…光学マスク、１１６…ステ…ジ、１１８…図形選択・寸法制御系、１１９…縮小率・回転制御系、１２０…焦点・非点・位置制御系、１２０…検出信号処理系、１２２…回転レンズ、１３０…第１検出器、１３１…第２検出器、１３３…ブランカ…、１３４…露光時間制御系、１３５…デ…タ制御系、１３６…表示装置、１３７…露光時間補正テ…ブル、１４０…第１矩形開口、１４１…第２矩形開口、２０１…電子ビ…ム、２０２…第１検出器（ＦＣ）、２０３…第２検出器（ＰＤ）、２０４…積分回路。

Claims (15)

1. 電子銃から放出された電子ビームを、開口を有する少なくとも１個のマスクを介して可変成形ビームを形成する電子光学系を備え、前記可変成形ビームを用いて試料に所望とするパターンを露光する電子ビーム描画装置において、前記可変成形ビームの電流量を計測するための複数の電子ビーム検出器と、前記可変成形ビームの複数のビームサイズに応じて計測された前記電流値を、電子ビームの露光時間にフィードバックする手段とを有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 請求項１に記載の電子ビーム描画装置において、測定する前記ビームサイズの設定を前記電子ビーム検出器ごとに設定できる機能を有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
3. 請求項１に記載の電子ビーム描画装置において、前記複数の電子ビーム検出器は、それぞれ異なる感度を有し、前記可変成形ビームの小さめのビームサイズの電流量を測定する第１の電子ビーム検出器と、前記可変成形ビームの大きめのビームサイズの電流量を測定する第２の電子ビーム検出器を有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
4. 請求項１に記載の電子ビーム描画装置において、前記電子ビーム検出器による複数の計測結果を、電子ビームのビームサイズに応じて、異なる電子ビーム制御条件へフィードバックする機能を有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
5. 請求項１に記載の電子ビーム描画装置において、前記電子ビーム検出器による複数の計測結果が個々に識別できる表示機能を有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
6. 請求項１に記載の電子ビーム描画装置において、前記複数の電子ビーム検出器間の感度校正を、前記複数の電子ビーム検出器の測定可能な電流範囲のビームサイズで行うことを特徴とする電子ビーム描画装置。
7. 請求項１に記載の電子ビーム描画装置において、使用する前記複数の電子ビーム検出器の切り替えの目安として、１方向の寸法を電子ビームの解像寸法前後とすることを特徴とする電子ビーム描画装置。
8. 請求項１に記載の電子ビーム描画装置において、前記可変成形ビームの複数のビームサイズでの電流密度の不均一性を露光時間以外の制御条件にフィードバックし、該フィードバックの後に残った電流密度の不均一性が規定値を越えているビームサイズの場合には、露光時間にフィードバックすることを特徴とする電子ビーム描画装置。
9. 請求項３に記載の電子ビーム描画装置において、前記第１の電子ビーム検出器をフォトダイオード、前記第２の電子ビーム検出器をファラデーカップで構成したことを特徴とする電子ビーム描画装置。
10. 請求項９に記載の電子ビーム描画装置において、前記第１の電子ビーム検出器と電気的に接続される積分回路を有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
11. 電子銃から放出された電子ビームを、開口を有する少なくとも１個のマスクを介して可変成形ビームを形成する電子光学系を備え、前記可変成形ビームを用いて試料に所望とするパターンを露光する電子ビーム描画装置にあって、複数の電子ビーム検出器により、前記可変成形ビームの複数のビームサイズに応じて電流量を計測し、該電流値をもとに、前記電子ビームの露光時間を補正することにより、前記可変電子ビームの任意のビームサイズに対する電流密度を略一定になるようにしたことを特徴とする電子ビーム描画方法。
12. 請求項１１に記載の電子ビーム描画方法において、前記複数の電子ビーム検出器の感度が異なり、その中の感度の高い検出器で前記可変成形ビームの小さめのビームサイズの電流量を、感度の低い検出器で前記可変成形ビームの大きめのビームサイズの電流量を測定するようにしたことを特徴とする電子ビーム描画方法。
13. 請求項１１に記載の電子ビーム描画方法において、前記複数の電子ビーム検出器間の感度校正を、前記複数の電子ビーム検出器の測定可能な電流範囲のビームサイズで行うことを特徴とする電子ビーム描画方法。
14. 請求項１１に記載の電子ビーム描画方法において、使用する前記複数の電子ビーム検出器の切り替えの目安として、１方向の寸法を電子ビームの解像寸法前後とすることを特徴とする電子ビーム描画方法。
15. 請求項１２に記載の電子ビーム描画方法において、前記感度の高い検出器はフォトダイオードであり、前記感度の低い検出器はファラデーカップであることを特徴とする電子ビーム描画方法。

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