JP2014049545A - 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

Abstract

【目的】ステージに回転誤差が生じている場合でも所望する位置へとパターンを描画することが可能な描画方法を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、試料を載置するステージの回転方向の位置ずれ量を測定する工程と、磁場が逆方向の複数の電磁レンズの各電磁レンズの磁場中に少なくとも１つずつ配置された複数の静電レンズを用いて、複数の電磁レンズを通過する荷電粒子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、測定されたステージの回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させた状態で、ビーム像のパターンを前記ステージ上の試料に描画する工程と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

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係り、例えば、ステージ上の試料にビームを照射することによりパターンを描画する手法に関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、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。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、ウェハ等へ電子線を使って描画することが行われている。

例えば、マルチビームを使った描画装置がある。１本の電子ビームで描画する場合に比べて、マルチビームを用いることで一度に多くのビームを照射できるのでスループットを大幅に向上させることができる。かかるマルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームを複数の穴を持ったマスクに通してマルチビームを形成し、各々、ブランキング制御され、遮蔽されなかった各ビームが試料上の所望の位置へと照射される（例えば、特許文献１参照）。

電子ビーム描画装置では、試料をステージ上に載置して、ステージを移動させながら、或いはステップアンドリピート動作させながら試料上にパターンを描画する。その際、各ショットのビームを電磁レンズ等の光学系で屈折させながら最終的に試料面上に焦点を合わせて描画する。しかしながら光学系で焦点を合わせても、ステージの位置がずれていると所望する位置にパターンが描画できないことになる。例えば、ステージに回転位置ずれが生じている場合などである。かかる問題によって、描画位置精度が劣化してしまう。シングルビーム方式では、ビーム本数が１本なので、ステージに回転位置ずれが生じていると１つのショットに対してｘ，ｙ方向ずれおよび回転ずれが生じるため、位置誤差としては、マルチビーム方式に比べてそれほど大きな誤差にはならない場合が多い。しかしながら、シングルビーム方式とは異なり、マルチビーム方式では、１回のショットで同時に照射されるビーム本数が多いため、ステージに回転位置ずれが生じているとマルチビーム全体に回転ずれが生じるため、描画位置誤差としては許容できないものとなり得る。そのため、かかるステージの回転位置ずれを極力低減することが求められる。しかしながら、ステージの設置誤差やステージ駆動系に起因する回転誤差等を完全に排除することは困難である。もちろん、シングルビーム方式においても、今後、さらなる描画精度が追求される中でかかる問題は大きなものとなっていくことが予想される。

特開２００６−２６１３４２号公報

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、ステージに回転誤差が生じている場合でも所望する位置へとパターンを描画することが可能な描画装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
試料を載置するステージの回転方向の位置ずれ量を測定する工程と、
磁場が逆方向の複数の電磁レンズの各電磁レンズの磁場中に少なくとも１つずつ配置された複数の静電レンズを用いて、複数の電磁レンズを通過する荷電粒子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、測定されたステージの回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させた状態で、ビーム像のパターンを前記ステージ上の試料に描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、複数の静電レンズは、３つ以上の静電レンズであり、複数の電磁レンズの一方の磁場中に少なくとも２段の静電レンズが配置され、複数の電磁レンズの他方の磁場中に少なくとも１段の静電レンズが配置され、
少なくとも３段の静電レンズを用いて、複数の電磁レンズを通過する荷電粒子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持するように、かつ、測定されたステージの回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させると好適である。

或いは、ステージ上の試料の表面高さを測定する工程をさらに備え、
ビーム像を回転させる際、複数の静電レンズを用いて、測定された試料の表面高さに応じて荷電粒子ビームの焦点を動的に合わせながら、かつ、測定されたステージの回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させると好適である。

また、複数の静電レンズは、３つ以上の静電レンズであり、前記複数の電磁レンズの一方の磁場中に少なくとも２段の静電レンズが配置され、前記複数の電磁レンズの他方の磁場中に少なくとも１段の静電レンズが配置され、
少なくとも３段の静電レンズを用いて、測定された試料の表面高さに応じて荷電粒子ビームの焦点を動的に合わせながら、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持するように、かつ、測定されたステージの回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させると好適である。

また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
試料を載置するステージと、
ステージの回転方向の位置ずれ量を測定する測定部と、
磁場が逆方向の複数の電磁レンズと、
各電磁レンズの磁場中に少なくとも１つずつ配置された複数の静電レンズと、
複数の電磁レンズを通過する荷電粒子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、測定されたステージの回転方向の位置ずれ量を補正するようにビーム像を回転させる電圧の組となるように、複数の静電レンズに電圧を印加する複数の電圧印加部と、
を備え、
回転させられたビーム像のパターンをステージ上の試料に描画することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ステージの位置に回転誤差が生じている場合でも所望する位置へとパターンを描画できる。よって、高精度な描画を行うことができる。

実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるアパーチャ部材の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるブランキングプレートの構成を示す概念図である。 実施の形態１における描画動作を説明するための概念図である。 実施の形態１における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１におけるステージ誤差の測定方法を説明するための概念図である。 実施の形態１における電磁レンズと静電レンズの配置位置の一例を示す図である。 実施の形態１における静電レンズの一例を示す構成図である。 実施の形態１における２段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動の一例を示す図である。 実施の形態１における２段の静電レンズの効果の一例を説明するための概念図である。 実施の形態２における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態２における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態２における２段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動の他の一例を示す図である。 実施の形態３における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態３における電磁レンズと静電レンズの配置位置の一例を示す図である。 実施の形態３における３段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動と倍率変動の一例を示す図である。 実施の形態３における３段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動と倍率変動の一例を示す図である。 実施の形態３における３段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動と倍率変動の他の一例を示す図である。 実施の形態３における３段の静電レンズの効果の他の一例を説明するための概念図である。 電磁レンズと静電レンズの配置関係を示す図である。

以下、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はなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。図１において、描画装置１００は、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置の一例である。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、アパーチャ部材２０３、ブランキングプレート２０４、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ部材２０６、対物レンズ２０７、及び、２段の静電レンズ２１２，２１４が配置されている。描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画時には描画対象基板となるマスク等の試料１０１が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等が含まれる。また、試料１０１には、レジストが塗布された、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。ＸＹステージ１０５上には、レーザ測長用のミラー１０６が配置される。

また、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７は、共に、電磁レンズで構成され、磁場が逆方向で励磁の大きさが等しくなるように配置される。また、静電レンズ２１２は、縮小レンズ２０５の磁場中に配置される。静電レンズ２１４は、対物レンズ２０７の磁場中に配置される。静電レンズ２１２は、自身に印加された電圧により生じる磁場の影響が縮小レンズ２０５の磁場に効率よく作用させるため、静電レンズ２１２は、縮小レンズ２０５の磁場中に完全に含まれる位置に配置されると好適である。同様に、静電レンズ２１４は、自身に印加された電圧により生じる磁場の影響が対物レンズ２０７の磁場に効率よく作用させるため、静電レンズ２１４は、対物レンズ２０７の磁場中に完全に含まれる位置に配置されると好適である。

制御部１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１１、制御回路１１２、アンプ１２０，１２２、磁気ディスク装置等の記憶装置１４０、およびレーザ測長器１３０，１３２，１３４を有している。制御計算機１１０、メモリ１１１、制御回路１１２、アンプ１２０，１２２（電圧印加部）、記憶装置１４０、およびレーザ測長器１３０，１３２，１３４は、図示しないバスを介して互いに接続されている。

制御計算機１１０内には、回転誤差測定部５０、及び電圧取得部５２が配置される。回転誤差測定部５０、及び電圧取得部５２といった機能は、電気回路等のハードウェアで構成されてもよいし、これらの機能を実行するプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構成されてもよい。回転誤差測定部５０、及び電圧取得部５２に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１１にその都度格納される。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。また、図１では、磁場が逆方向の縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７の各電磁レンズの磁場中に静電レンズが１つずつ配置された構成になっているがこれに限るものではない。磁場が逆方向の各電磁レンズの磁場中に静電レンズが少なくとも１つずつ配置されればよい。よって、１つの電磁レンズの磁場中に静電レンズが２個以上配置されてもよい。また、図１では、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７の倍率が、ｎ：１となり異なっているが、励磁の大きさが等しく磁場が逆方向の電磁レンズの組であれば、倍率が、ｎ：１（ｎ＞１：ｎは整数であっても整数でなくてもよい）でも良いし、１：１でも構わない。

図２は、実施の形態１におけるアパーチャ部材の構成を示す概念図である。図２（ａ）において、アパーチャ部材２０３には、縦（ｙ方向）ｍ列×横（ｘ方向）ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。図２（ａ）では、例えば、５１２×８列の穴２２が形成される。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。ここでは、ｙ方向の各列について、ｘ方向にＡからＨまでの８つの穴２２がそれぞれ形成される例が示されている。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム２０が形成されることになる。ここでは、縦横（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２（ａ）にように、縦横が格子状に配置される場合に限るものではない。図２（ｂ）に示すように、例えば、縦方向（ｙ方向）１段目の列と、２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）２段目の列と、３段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。

図３は、実施の形態１におけるブランキングプレートの構成を示す概念図である。ブランキングプレート２０４には、アパーチャ部材２０３の各穴２２の配置位置に合わせて通過孔が形成され、各通過孔には、対となる２つの電極２４，２６の組（ブランカー：第１の偏向器）が、それぞれ配置される。各通過孔を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立にかかる対となる２つの電極２４，２６に印加される電圧によって偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。このように、複数のブランカーが、アパーチャ部材２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。

電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直にアパーチャ部材２０３全体を照明する。アパーチャ部材２０３には、矩形の複数の穴（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴が含まれる領域を照明する。複数の穴の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかるアパーチャ部材２０３の複数の穴をそれぞれ通過することによって、例えば矩形形状の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜ｅが形成される。かかるマルチビーム２０ａ〜ｅは、ブランキングプレート２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器）内を通過する。かかるブランカーは、それぞれ、個別に通過する電子ビーム２０を偏向する（ブランキング偏向を行う）。そして、ブランキングプレート２０４を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅは、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ部材２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、ブランキングプレート２０４のブランカーによって偏向された電子ビーム２０は、制限アパーチャ部材２０６（ブランキングアパーチャ部材）の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングプレート２０４のブランカーによって偏向されなかった電子ビーム２０は、制限アパーチャ部材２０６の中心の穴を通過する。かかるブランカーのＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように、制限アパーチャ部材２０６は、複数のブランカーによってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ部材２０６を通過したビームにより１回分のショットのビームが形成される。制限アパーチャ部材２０６を通過したマルチビーム２０のパターン像は、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、試料１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。

描画装置１００は、ＸＹステージ１０５が移動しながらショットビームを連続して順に照射していくラスタースキャン方式で描画動作を行い、所望のパターンを描画する際、パターンに応じて必要なビームがブランキング制御によりビームＯＮに制御される。

図４は、実施の形態１における描画動作を説明するための概念図である。図４（ａ）に示すように、試料１０１の描画領域３０は、例えば、ｙ方向に向かって所定の幅で短冊状の複数のストライプ領域３２に仮想分割される。かかる各ストライプ領域３２は、描画単位領域となる。まず、ＸＹステージ１０５を移動させて、第１番目のストライプ領域３２の左端、或いはさらに左側の位置に一回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４が位置するように調整し、描画が開始される。第１番目のストライプ領域３２を描画する際には、ＸＹステージ１０５を例えば−ｘ方向に移動させることにより、相対的にｘ方向へと描画を進めていく。ＸＹステージ１０５は所定の速度で例えば連続移動させる。第１番目のストライプ領域３２の描画終了後、ステージ位置を−ｙ方向に移動させて、第２番目のストライプ領域３２の右端、或いはさらに右側の位置に照射領域３４が相対的にｙ方向に位置するように調整し、今度は、図４（ｂ）に示すように、ＸＹステージ１０５を例えばｘ方向に移動させることにより、−ｘ方向にむかって同様に描画を行う。第３番目のストライプ領域３２では、ｘ方向に向かって描画し、第４番目のストライプ領域３２では、−ｘ方向に向かって描画するといったように、交互に向きを変えながら描画することで描画時間を短縮できる。但し、かかる交互に向きを変えながら描画する場合に限らず、各ストライプ領域３２を描画する際、同じ方向に向かって描画を進めるようにしても構わない。１回のショットでは、図４（ｃ）に示すように、アパーチャ部材２０３の各穴２２を通過することによって形成されたマルチビームによって、各穴２２と同数の複数のショットパターン３６が一度に形成される。例えば、アパーチャ部材２０３の１つの穴Ａを通過したビームは、図４（ｃ）で示す「Ａ」の位置に照射され、その位置にショットパターン３６を形成する。同様に、例えば、アパーチャ部材２０３の１つの穴Ｂを通過したビームは、図４（ｃ）で示す「Ｂ」の位置に照射され、その位置にショットパターン３６を形成する。以下、Ｃ〜Ｈについても同様である。そして、各ストライプ３２を描画する際、ｘ方向に向かってＸＹステージ１０５が移動する中、ショットビームを連続して順に照射していくラスタースキャン方式で描画する。

ここで、上述したように、試料１０１をＸＹステージ１０５上に載置して、ＸＹステージ１０５を移動させながら、或いはステップアンドリピート動作させながら試料１０１上にパターンを描画する。しかしながら、ＸＹステージ１０５の位置がずれていると所望する位置にパターンが描画できないことになる。例えば、ＸＹステージ１０５のｘ，ｙ方向の位置ずれ（Δｘ，Δｙ）や回転位置ずれ（Δθ）が生じている場合などである。ＸＹステージ１０５のｘ，ｙ方向の位置ずれ（Δｘ，Δｙ）については、ＸＹステージ１０５のｘ，ｙ方向を移動させること等で調整を行うことも可能であるが、回転位置ずれ（Δθ）についてはＸＹステージ１０５をｘ，ｙ方向を移動させても補正することが困難である。そこで、実施の形態１では、磁場が逆方向の電磁レンズの組のそれぞれの磁場中に配置される静電レンズ２１２，２１４を用いて、ステージの回転位置ずれ（Δθ）に合わせて、ビーム像を回転させて描画する。

図５は、実施の形態１における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。図５において、実施の形態１における描画方法は、ステージの回転位置ずれ測定工程（Ｓ１０２）と、電圧取得工程（Ｓ１０４）と、像回転及び描画工程（Ｓ１０６）という一連の工程を実施する。

ステージの回転誤差測定工程（Ｓ１０２）として、回転誤差測定部５０は、試料１０１を載置するＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量Δθ（回転誤差）を測定する。

図６は、実施の形態１におけるステージ誤差の測定方法を説明するための概念図である。図６において、ＸＹステージ１０５上には、ｘ方向とｙ方向に沿ってミラー１０６が配置される。そして、少なくとも３つのレーザ測長器１３０，１３２，１３４を用いて、ｘ方向の誤差（Δｘ）とｙ方向の誤差（Δｙ）を測定する。図６の例では、ｘ方向の誤差については、レーザ測長器１３０で１か所測定する。一方、ｙ方向の誤差について、ｘ方向に位置をずらして２つのレーザ測長器１３２，１３４により２か所で測定する。これにより、設計上の基準位置に対するｘ方向の誤差（Δｘ）とｙ方向の誤差（Δｙ１，Δｙ２）を測定できる。かかる３つの誤差を測定することで、ＸＹステージ１０５の回転誤差Δθを計算できる。少なくとも、ｘ方向に位置をずらした２つのレーザ測長器１３２，１３４の測定結果からＸＹステージ１０５の回転誤差Δθを計算できる。２つのレーザ測長器１３２，１３４間の予め設定された距離ｘ’と、２つのレーザ測長器１３２，１３４が測定したｙ方向の誤差（Δｙ１，Δｙ２）の差分ｙ’と、を用いて、例えば、回転誤差Δθ＝ｔａｎ^−１（ｙ’／ｘ’）で求めてもよい。

図７は、実施の形態１における電磁レンズと静電レンズの配置位置の一例を示す図である。図７に示すように、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７は、共に、電磁レンズで構成され、磁場が逆方向になるように配置される。また、静電レンズ２１２は、縮小レンズ２０５の磁場中に配置される。静電レンズ２１４は、対物レンズ２０７の磁場中に配置される。

図８は、実施の形態１における静電レンズの一例を示す構成図である。静電レンズ２１２，２１４は、例えば、リング状の３段の電極５０，５２，５４から構成され、上下の電極５０，５４は０Ｖの電圧が、中段の電極５２に電圧が印加されることでマルチビーム２０の焦点を調整できる。一方、かかる静電レンズ２１２，２１４を通過する電子は、電圧変動に伴い速度ｖが変化することになる。また、像の回転量θは、相対論効果を無視できる近似では磁場Ｂを電子の移動速度ｖで割った値を光軸に沿った距離ｚで積分した値に比例する。よって、静電レンズ２１２，２１４は、像の回転量θを調整できる。よって、静電レンズ２１２，２１４に印加する電圧を調整することで、焦点を合わせながらビーム像を回転させることができる。なお、相対論効果を含めても同様の効果が得られる。

図９は、実施の形態１における２段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動の一例を示す図である。本計算では相対論効果は考慮していない。ここでは、例えば、対物レンズ２０７でマルチビーム２０の焦点を試料１０１面上に調整し、その位置に焦点が固定されるように、２段の静電レンズ２１２，２１４に印加する電圧を調整しながら、２段の静電レンズ２１２，２１４の電圧を可変にした際の像の変動回転角（°）の一例を示している。図９の例では、１段目の静電レンズ２１２の電圧を可変に振った際、その都度、焦点が固定された位置からずれないように２段目の静電レンズ２１４の電圧を調整した場合の結果を示している。よって、焦点位置をずらさずに、所望の角度にビーム像を回転させるための２段の静電レンズ２１２，２１４に印加する電圧の組が存在する。

そこで、電子ビームの焦点位置がずれないようにしながら、２段の静電レンズに印加する電圧の組を振った場合における、ビーム像の変動回転角と２段の静電レンズに印加する電圧の組との相関関係が定義された相関テーブルを作成する。かかる相関テーブルは記憶装置１４０に記憶する。かかる相関関係は、予め、シミュレーション或いは実験等により求め、相関テーブルを作成しておき、記憶装置１４０に格納しておけばよい。

電圧取得工程（Ｓ１０４）として、電圧取得部５２は、記憶装置１４０に格納された相関テーブルを参照し、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７（複数の電磁レンズ）を通過する電子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、測定されたＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量Δθを補正するように、ビーム像を回転させる静電レンズ２１２，２１４に印加する電圧の組を取得する。ここでは、対物レンズ２０７で合わせた焦点位置が変化しないようにしながら、位置ずれ量Δθに合わせてビーム像を位置ずれ量Δθと同方向に回転させる２段の静電レンズ２１２，２１４の電圧の組を取得する。ＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量Δθと同方向にビーム像を回転させることで、試料１０１上では、ＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれが発生してない状態で描画された位置と同様の位置にビーム像が転写されることになる。

像回転及び描画工程（Ｓ１０６）として、静電レンズ２１２，２１４を用いて、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７を通過する電子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、測定されたＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させると共に、描画部１５０は、ビーム像を回転させた状態でビーム像のパターンをＸＹステージ１０５上の試料１０１に描画する。具体的には、まず、描画の際、取得された静電レンズ２１２，２１４の電圧の組は制御回路１１２に出力される。そして、制御回路１１２は、アンプ１２０に静電レンズ２１２用の電圧信号を、アンプ１２２に静電レンズ２１４用の電圧信号を出力する。アンプ１２０は、電圧信号を受けて対応する電圧を静電レンズ２１２に印加する。アンプ１２２は、電圧信号を受けて対応する電圧を静電レンズ２１４に印加する。また、制御回路１１２に制御された描画部１５０は、ビーム像のパターンをＸＹステージ１０５上の試料１０１に描画する。

図１０は、実施の形態１における２段の静電レンズの効果の一例を説明するための概念図である。シングルビーム方式では、図１０（ａ）に示すように、照射エリアが１本のビームのショット図形１１となるので、回転半径ｒ０が小さい。よって、ステージの回転誤差が生じてもその位置誤差は小さくて済む。これに対して、マルチビーム方式では、図１０（ｂ）に示すように、多数のビーム本数による多数のショット図形３６が１回のショットで照射されるため、照射エリア１０が大きい。よって、それに伴って回転半径ｒ１も大きくなる。よって、ステージの回転誤差が生じると照射エリア１０全体が回転してしまうので各ショット図形３６の位置ずれ量も大きくなってしまう。よって、実施の形態１のように、２段の静電レンズを配置して、ステージの回転誤差を打ち消すことで、かかる位置ずれを抑制できる。特に、マルチビーム方式においてその効果が大きいものとなる。

以上のように、実施の形態１によれば、ステージの回転位置がずれている場合でも所望する位置へとパターンを描画できる。よって、高精度な描画を行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、上述した例では、対物レンズ２０７で合わせた焦点位置を変化させないように静電レンズ２１２，２１４の電圧を調整したが、これに限るものではない。電子ビーム描画では、例えばＸＹステージ１０５が移動しながら描画を進めるため、描画位置が都度変化していく。また、試料面も平面とは限らず、凹凸が存在する。そのため、マルチビーム２０が照射される試料面上の高さが変化する。そのため、静電レンズ２１２，２１４によって、描画中に、ダイナミックにマルチビーム２０の焦点ずれを補正（ダイナミックフォーカス）するとなおよい。

図１１は、実施の形態２における描画装置の構成を示す概念図である。図１１において、描画室１０３には、試料１０１面の高さを測定する、投光器２２０と受光器２２２で構成されるＺセンサが配置される点と、制御計算機１１０内に、さらに高さ測定部５４が配置される点以外は、図１と同様である。

回転誤差測定部５０、電圧取得部５２、及び高さ測定部５４といった機能は、電気回路等のハードウェアで構成されてもよいし、これらの機能を実行するプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構成されてもよい。回転誤差測定部５０、電圧取得部５２、及び高さ測定部５４に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１１にその都度格納される。

図１２は、実施の形態２における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。図１２において、実施の形態２における描画方法は、ステージの回転位置ずれ測定工程（Ｓ１０２）と電圧取得工程（Ｓ１０４）との間に、Ｚ測定工程（Ｓ１０３）を実施する点以外は図５と同様である。なお、Ｚ測定工程（Ｓ１０３）は、電圧取得工程（Ｓ１０４）の前であれば、ステージの回転位置ずれ測定工程（Ｓ１０２）の前に実施してもよい。

以下、特に説明しない内容は、実施の形態１と同様である。

図１３は、実施の形態２における２段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動の他の一例を示す図である。ここでは、例えば、静電レンズ２１２，２１４によってダイナミックフォーカスを行うことを前提に、焦点位置を振って、焦点位置毎に、当該焦点位置に焦点が固定されるようにしながら、２段の静電レンズに印加する電圧の組を振った場合における、ビーム像の変動回転角と２段の静電レンズに印加する電圧の組との相関関係が定義された相関テーブルの一例を示す。かかる相関テーブルは記憶装置１４０に記憶する。かかる相関関係は、予め、シミュレーション或いは実験等により求め、相関テーブルを作成しておき、記憶装置１４０に格納しておけばよい。

Ｚ測定工程（Ｓ１０３）において、高さ測定部５４は、Ｚセンサを用いて、ＸＹステージ１０５上の試料１０１の表面高さを測定する。まず、測定したい試料１０１面の領域を投光器２２０からの光が照射される位置にくるようにＸＹステージ１０５を移動させる。そして、ストライプ領域３２毎に投光器２２０からの光を照射して、各ストライプ領域３２上の試料面高さを測定し、高さ分布を取得する。

電圧取得工程（Ｓ１０４）として、電圧取得部５２は、記憶装置１４０に格納された相関テーブルを参照し、測定された試料１０１の表面高さに応じて電子ビームの焦点を動的に合わせながら、かつ、測定されたＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量Δθを補正するように、ビーム像を回転させる静電レンズ２１２，２１４に印加する電圧の組を取得する。ここでは、対物レンズ２０７で合わせた焦点位置を動的に変化させながら、位置ずれ量Δθに合わせてビーム像を位置ずれ量Δθと同方向に回転させる２段の静電レンズ２１２，２１４の電圧の組を取得する。

像回転及び描画工程（Ｓ１０６）として、静電レンズ２１２，２１４を用いて、測定された試料１０１の表面高さに応じて電子ビームの焦点を動的に合わせながら、かつ、測定されたＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させると共に、描画部１５０は、ビーム像を回転させた状態でビーム像のパターンをＸＹステージ１０５上の試料１０１に描画する。具体的には、まず、描画の際、取得された静電レンズ２１２，２１４の電圧の組は制御回路１１２に出力される。そして、制御回路１１２は、アンプ１２０に静電レンズ２１２用の電圧信号を、アンプ１２２に静電レンズ２１４用の電圧信号を出力する。アンプ１２０は、電圧信号を受けて対応する電圧を静電レンズ２１２に印加する。アンプ１２２は、電圧信号を受けて対応する電圧を静電レンズ２１４に印加する。また、制御回路１１２に制御された描画部１５０は、ビーム像のパターンをＸＹステージ１０５上の試料１０１に描画する。

以上のように、実施の形態２によれば、ダイナミックフォーカスを行いながら、ステージの回転位置がずれている場合でも所望する位置へとパターンを描画できる。よって、さらに高精度な描画を行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、さらに、ビーム像の倍率変動についても調整する構成について説明する。

図１４は、実施の形態３における描画装置の構成を示す概念図である。図１４において、静電レンズ２１６、及び、アンプ１２４を追加した点以外は、図１１と同様である。なお、ダイナミックフォーカスを行わない場合には、図１４における投光器２２０と受光器２２２で構成されるＺセンサと、高さ測定部５４は省略してもよい。

また、実施の形態３における描画方法の要部工程を示すフローチャートは、図１２と同様である。また、なお、ダイナミックフォーカスを行わない場合には、図５と同様で構わない。以下、特に説明しない内容は、実施の形態１或いは実施の形態２と同様である。

図１５は、実施の形態３における電磁レンズと静電レンズの配置位置の一例を示す図である。図１５に示すように、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７は、共に、電磁レンズで構成され、磁場が逆方向になるように配置される。また、２段の静電レンズ２１２，２１６は、縮小レンズ２０５の磁場中に配置される。１段の静電レンズ２１４は、対物レンズ２０７の磁場中に配置される。ここでは、３段の静電レンズ２１２，２１４，２１６が配置される。静電レンズは、３段に限定されることなく、３つ以上の静電レンズであればよい。そして、磁場が逆方向になる複数の電磁レンズの一方の磁場中に少なくとも２段の静電レンズが配置され、他方の磁場中に少なくとも１段の静電レンズが配置されればよい。よって、縮小レンズ２０５側に１段の静電レンズが配置され、対物レンズ２０７側に２段の静電レンズが配置されてもよい。

静電レンズに電圧を印加すると、電子ビームのビーム像の倍率も変化する。実施の形態１，２では、２段の静電レンズを用いていたため、焦点位置と像の回転の２つの要素を制御するはできるが、さらに、３つ目のビーム像の倍率の制御は同時に行うことは困難であった。そこで、実施の形態３では、３段の静電レンズを用いて、焦点位置と像の回転と像の倍率の制御とを同時に行う。

まず、ダイナミックフォーカスを行わない場合について説明する。ダイナミックフォーカスを行わない場合、焦点位置は、対物レンズ２０７によって調整された位置に固定する必要がある。

図１６は、実施の形態３における３段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動と倍率変動の一例を示す図である。ここでは、例えば、静電レンズ２１２，２１４によってダイナミックフォーカスを行わず、対物レンズ２０７によって調整された位置に固定することを前提に、当該焦点位置に焦点が固定されるようにしながら、３段の静電レンズに印加する電圧の組を振った場合における、ビーム像の変動回転角と倍率変動率と３段の静電レンズに印加する電圧の組との相関関係が定義された相関テーブルの一例を示す。かかる相関テーブルは記憶装置１４０に記憶する。かかる相関関係は、予め、シミュレーション或いは実験等により求め、相関テーブルを作成しておき、記憶装置１４０に格納しておけばよい。

電圧取得工程（Ｓ１０４）として、電圧取得部５２は、記憶装置１４０に格納された相関テーブルを参照し、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７（複数の電磁レンズ）を通過する電子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持するように、かつ、測定されたＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量Δθを補正するように、ビーム像を回転させる静電レンズ２１２，２１４，２１６に印加する電圧の組を取得する。ここでは、対物レンズ２０７で合わせた焦点位置が変化しないように、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持するようにしながら、位置ずれ量Δθに合わせてビーム像を位置ずれ量Δθと同方向に回転させる３段の静電レンズ２１２，２１４，２１６の電圧の組を取得する。

像回転及び描画工程（Ｓ１０６）として、静電レンズ２１２，２１４，２１６を用いて、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７を通過する電子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持するように、かつ、測定されたＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させると共に、描画部１５０は、ビーム像を回転させた状態でビーム像のパターンをＸＹステージ１０５上の試料１０１に描画する。具体的には、まず、描画の際、取得された静電レンズ２１２，２１４，２１６の電圧の組は制御回路１１２に出力される。そして、制御回路１１２は、アンプ１２０に静電レンズ２１２用の電圧信号を、アンプ１２２に静電レンズ２１４用の電圧信号を、アンプ１２４に静電レンズ２１６用の電圧信号を出力する。アンプ１２０は、電圧信号を受けて対応する電圧を静電レンズ２１２に印加する。アンプ１２２は、電圧信号を受けて対応する電圧を静電レンズ２１４に印加する。アンプ１２４は、電圧信号を受けて対応する電圧を静電レンズ２１６に印加する。また、制御回路１１２に制御された描画部１５０は、ビーム像のパターンをＸＹステージ１０５上の試料１０１に描画する。

以上のように、実施の形態３によれば、ステージの回転位置がずれている場合でも、焦点位置をずらさず、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持しながら、所望する位置へとパターンを描画できる。よって、さらに高精度な描画を行うことができる。

次に、静電レンズ２１２，２１４，２１６によって、描画中に、ダイナミックにマルチビーム２０の焦点ずれを補正（ダイナミックフォーカス）する場合について説明する。

図１７は、実施の形態３における３段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動と倍率変動の一例を示す図である。ここでは、例えば、静電レンズ２１２，２１４，２１６によってダイナミックフォーカスを行うことを前提に、ある焦点位置に変更した場合に、当該焦点位置に焦点が固定されるようにしながら、３段の静電レンズに印加する電圧の組を振った場合における、ビーム像の変動回転角とビーム像の倍率変動率と３段の静電レンズに印加する電圧の組との相関関係の一例を示している。

図１８は、実施の形態３における３段の静電レンズで電圧を可変にした際の像の回転変動と倍率変動の他の一例を示す図である。ここでは、例えば、静電レンズ２１２，２１４，２１６によってダイナミックフォーカスを行うことを前提に、焦点位置を振って、焦点位置毎に、当該焦点位置に焦点が固定されるようにしながら、３段の静電レンズに印加する電圧の組を振った場合における、ビーム像の変動回転角とビーム像の倍率変動率と３段の静電レンズに印加する電圧の組との相関関係が定義された相関テーブルの一例を示す。かかる相関テーブルは記憶装置１４０に記憶する。かかる相関関係は、予め、シミュレーション或いは実験等により求め、相関テーブルを作成しておき、記憶装置１４０に格納しておけばよい。

Ｚ測定工程（Ｓ１０３）において、高さ測定部５４は、Ｚセンサを用いて、ＸＹステージ１０５上の試料１０１の表面高さを測定する。

電圧取得工程（Ｓ１０４）として、電圧取得部５２は、記憶装置１４０に格納された相関テーブルを参照し、測定された試料１０１の表面高さに応じて電子ビームの焦点を動的に合わせながら、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持しながら、かつ、測定されたＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量Δθを補正するように、ビーム像を回転させる静電レンズ２１２，２１４，２１６に印加する電圧の組を取得する。ここでは、対物レンズ２０７で合わせた焦点位置を動的に変化させながら、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持しながら、位置ずれ量Δθに合わせてビーム像を位置ずれ量Δθと同方向に回転させる３段の静電レンズ２１２，２１４，２１６の電圧の組を取得する。

像回転及び描画工程（Ｓ１０６）として、静電レンズ２１２，２１４を用いて、測定された試料１０１の表面高さに応じて電子ビームの焦点を動的に合わせながら、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持しながら、かつ、測定されたＸＹステージ１０５の回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させると共に、描画部１５０は、ビーム像を回転させた状態でビーム像のパターンをＸＹステージ１０５上の試料１０１に描画する。

図１９は、実施の形態３における３段の静電レンズの効果の他の一例を説明するための概念図である。シングルビーム方式では、図１３（ａ）に示すように、照射エリアが１本のビームのショット図形１１となるので、倍率変動が生じてもその位置誤差は小さくて済む。これに対して、マルチビーム方式では、図１３（ｂ）に示すように、多数のビーム本数による多数のショット図形３６が１回のショットで照射されるため、照射エリア１０が大きい。よって、倍率変動が生じると照射エリア１０全体の倍率が変動してしまうので、シングルビーム方式と同じ倍率変動が生じた場合に各ショット図形３６の位置ずれ量も大きくなってしまう。よって、実施の形態３のように、３段の静電レンズを配置して、像の倍率変動を打ち消すことで、かかる位置ずれを抑制できる。特に、マルチビーム方式においてその効果が大きいものとなる。

以上のように、実施の形態３によれば、ダイナミックフォーカスを行いながら、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持しながら、ステージの回転位置がずれている場合でも所望する位置へとパターンを描画できる。よって、さらに高精度な描画を行うことができる。

図２０は、電磁レンズと静電レンズの配置関係を示す図である。上述した各実施の形態において、電磁レンズの組として、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７を示したが、これに限るものではない。電子ビームが通過する光学系内に配置され、磁場が逆方向となる電磁レンズ７０，７２の組であればよい。そして、かかる磁場が逆方向となる電磁レンズ７０，７２の磁場中に、それぞれ１つずつ、計２段の静電レンズ８０，８２、或いは、一方に２段、他方に１段の計３段の静電レンズ８０，８２，８４を配置することで、上述した内容と同様の制御を行うことができる。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述したラスタースキャン動作は一例であって、マルチビームを用いたラスタースキャン動作その他の動作方法であってもよい。また、上述した例では、マルチビーム描画装置を示したが、これに限るものではなく、磁場が逆方向となる電磁レンズの組が配置されていれば、シングルビームの描画装置であってもよい。同様の効果を発揮できる。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。

２０ マルチビーム
２２ 穴
２４，２６ 電極
３０ 描画領域
３２ ストライプ領域
３４ 照射領域
３６ ショットパターン
５０ 回転誤差測定部
５２ 電圧取得部
５４高さ測定部
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１１０ 制御計算機
１１１ メモリ
１１２ 制御回路
１２０，１２２，１２４ アンプ
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ アパーチャ部材
２０４ ブランキングプレート
２０５ 縮小レンズ
２０６ 制限アパーチャ部材
２０７ 対物レンズ
２１２，２１４，２１６ 静電レンズ

Claims (5)

1. 試料を載置するステージの回転方向の位置ずれ量を測定する工程と、
   磁場が逆方向の複数の電磁レンズの各電磁レンズの磁場中に少なくとも１つずつ配置された複数の静電レンズを用いて、前記複数の電磁レンズを通過する荷電粒子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、測定された前記ステージの回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させた状態で、ビーム像のパターンを前記ステージ上の試料に描画する工程と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
2. 前記複数の静電レンズは、３つ以上の静電レンズであり、前記複数の電磁レンズの一方の磁場中に少なくとも２段の静電レンズが配置され、前記複数の電磁レンズの他方の磁場中に少なくとも１段の静電レンズが配置され、
   前記少なくとも３段の静電レンズを用いて、前記複数の電磁レンズを通過する荷電粒子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持するように、かつ、測定された前記ステージの回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させ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。
3. 前記ステージ上の試料の表面高さを測定する工程をさらに備え、
   前記ビーム像を回転させる際、前記複数の静電レンズを用いて、測定された試料の表面高さに応じて荷電粒子ビームの焦点を動的に合わせながら、かつ、測定された前記ステージの回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転させ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。
4. 前記複数の静電レンズは、３つ以上の静電レンズであり、前記複数の電磁レンズの一方の磁場中に少なくとも２段の静電レンズが配置され、前記複数の電磁レンズの他方の磁場中に少なくとも１段の静電レンズが配置され、
   前記少なくとも３段の静電レンズを用いて、測定された試料の表面高さに応じて荷電粒子ビームの焦点を動的に合わせながら、かつ、ビーム像の倍率を一定に維持するように、かつ、測定された前記ステージの回転方向の位置ずれ量を補正するように、ビーム像を回転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方法。
5. 試料を載置するステージと、
   前記ステージの回転方向の位置ずれ量を測定する測定部と、
   磁場が逆方向の複数の電磁レンズと、
   各電磁レンズの磁場中に少なくとも１つずつ配置された複数の静電レンズと、
   前記複数の電磁レンズを通過する荷電粒子ビームの焦点ずれが生じないように、かつ、測定された前記ステージの回転方向の位置ずれ量を補正するようにビーム像を回転させる電圧の組となるように、前記複数の静電レンズに電圧を印加する複数の電圧印加部と、
   を備え、
   回転させられたビーム像のパターンを前記ステージ上の試料に描画することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。