JP2015153763A - 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

Abstract

【課題】ビームのフォーカスずれを補正することが可能な描画装置を提供する。【解決手段】描画装置１００は、荷電粒子ビームを放出する電子銃２０１と、描画対象試料が載置されるステージ１０５と、試料面上に荷電粒子ビームを合焦する対物レンズ２０７と、ステージを内部に配置するチャンバと、チャンバ内が大気圧よりも低い圧力に制御された状態で、チャンバ内の所定のガスの分圧を測定する分圧計１３４と、所定のガスの分圧に応じて、試料面上に荷電粒子ビームを合焦するフォーカス位置を調整するレンズ制御回路１３０と、を備える。【選択図】図１

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係り、例えば、電子ビーム描画装置における電子ビームのフォーカス調整を行う手法に関する。

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。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。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、高精度の原画パターンの生産に用いられる。

図１１は、可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置は、以下のように動作する。第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式（ＶＳＢ方式）という。

描画装置では、電子ビーム等の荷電粒子ビームを偏向器により偏向させることによって所望の位置にビームを照射してパターンを描画するが、装置の使用に伴い、かかる偏向器が汚染物質等により汚染され、ビームドリフトが生じてしまうといった問題があった。そのため、電子ビーム描画では、かかるビームドリフトを補正することが行われている（例えば、特許文献１参照）。しかし、ドリフト量を補正しても、その原因となる汚染物質が除去される訳ではないので、ビームドリフトを抑制するためにはかかる汚染物質を除去することが有効と考えられる。そのため、かかる汚染物質を除去するために描画装置の鏡筒内に洗浄用のガスを流すといったことが検討されている。

しかしながら、かかる洗浄用のガスを流すと電子ビームのフォーカスがずれてしまうといった問題がわかってきた。

特開２００７−４３０８３号公報

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、ビームのフォーカスずれを補正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装置は、
荷電粒子ビームを放出する放出部と、
描画対象試料が載置されるステージと、
試料面上に荷電粒子ビームを合焦する対物レンズと、
ステージを内部に配置するチャンバと、
チャンバ内が大気圧よりも低い圧力に制御された状態で、チャンバ内の所定のガスの分圧を測定する測定部と、
所定のガスの分圧に応じて、試料面上に荷電粒子ビームを合焦するフォーカス位置を調整する調整部と、
を備えたことを特徴とする。

また、所定のガスにはオゾン（Ｏ_３）が含まれる。

また、所定のガスをチャンバ内に流しながら、試料にパターンを描画すると好適である。

また、調整部は、オフセット値を用いてフォーカス位置を調整すると好適である。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
描画対象試料が載置されるステージを内部に配置するチャンバ内が大気圧よりも低い圧力に制御された状態で、チャンバ内の所定のガスの分圧を測定する工程と、
所定のガスの分圧に応じて、試料面上に荷電粒子ビームを合焦するフォーカス位置を調整する工程と、
フォーカス位置が所定のガスの分圧に応じて調整された状態で、荷電粒子ビームを用いて前記試料にパターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ガスの流入によるビームのフォーカスずれを補正できる。

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におけるフォーカス調整の仕方を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるフォーカス位置のずれを説明するためのグラフの一例である。 実施の形態１における電子鏡筒内の圧力と時刻との関係の一例を示している。 実施の形態１における電子鏡筒内の圧力とフォーカス位置での対物レンズのレンズ値（励磁）との関係の一例を示している。 実施の形態１における電子鏡筒内のＯ_３ガス分圧とフォーカス位置での対物レンズのレンズ値（励磁）との関係の一例を示している。 実施の形態１における相関テーブルの一例を示す概念図である。 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。 可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。

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。また、荷電粒子ビーム装置の一例として、可変成形型の描画装置について説明する。

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、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。特に、可変成形型の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、ブランキング偏向器２１２、ブランキングアパーチャ２１４、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８及び副偏向器２０９が配置されている。描画室１０３内には、ステージ１０５が配置される。ステージ１０５は、水平方向（ｘ，ｙ方向）に移動が可能なＸＹステージ１０６と、ＸＹステージ１０６上に配置され上下方向（ｘ方向）に移動が可能なＺステージ１０７とを有している。Ｚステージ１０７は、ＸＹステージ１０６上面全面ではなく、一部の領域を残して配置されている。Ｚステージ１０７上には、レジストが塗布された、描画対象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。また、Ｚステージ１０７とは異なるＸＹステージ１０６上の領域には、例えば棒状のサポート部材１０８が配置され、サポート部材１０８上にマーク１０９が配置される。Ｚステージ１０７上に試料１０１が配置された状態で、Ｚステージ１０７の移動によって試料１０１上面がマーク１０９の上面と同じ高さ位置にすることが可能な高さ位置にマーク１０９の上面高さ位置は配置（固定）されている。

また、電子鏡筒１０２側面には、洗浄用ガスを供給可能な供給孔２１６が形成され、供給ラインが接続される。供給ラインはガスタンク３００に接続され、供給ラインの途中にマスフローメータ（ＭＦ）３０２とバルブ３０４が配置される。供給孔２１６の高さ位置は対物偏向器となる主偏向器２０８及び副偏向器２０９よりも上流側（ビーム照射源側）に配置されると好適である。ガスタンク３００には、オゾン（Ｏ_３）が充填され、ガスタンク３００から電子鏡筒１０２内にＯ_３ガスが供給可能になっている。

また、電子鏡筒１０２側面には、排気用の開口部が形成され、バルブ１８１を介して真空ポンプ１８０に接続される。電子鏡筒１０２内は、真空ポンプ１８０によって内部のガスが排気され、大気圧よりも低い真空状態に制御される。同様に、描画室１０３には、排気用の開口部が形成され、バルブ１８３を介して真空ポンプ１８２に接続される。描画室１０３内は、真空ポンプ１８２によって内部のガスが排気され、大気圧よりも低い真空状態に制御される。

制御部１６０は、制御計算機１７０、メモリ１７２、制御計算機１１０、メモリ１１２、偏向制御回路１２０、レンズ制御回路１３０、ＤＡＣ（デジタル・アナログコンバータ）アンプ１３２、分圧計１３４、及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０，１４２，１４４を有している。制御計算機１７０、メモリ１７２、制御計算機１１０、メモリ１１２、偏向制御回路１２０、レンズ制御回路１３０分圧計１３４、及び記憶装置１４０，１４２，１４４は、図示しないバスを介して接続されている。

制御計算機１１０内には、描画データ処理部５０、及び描画制御部５２が配置される。描画データ処理部５０、及び描画制御部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。描画データ処理部５０、及び描画制御部５２に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１２にその都度格納される。

制御計算機１７０内には、オゾン（Ｏ_３）分圧取得部６０、オフセット取得部６２、及び判定部６４，６６が配置される。Ｏ_３分圧取得部６０、オフセット取得部６２、及び判定部６４，６６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。Ｏ_３分圧取得部６０、オフセット取得部６２、及び判定部６４，６６に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１７２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。例えば、位置偏向（対物偏向）用には、主偏向器２０８と副偏向器２０９の主副２段の多段偏向器を用いているが、１段の偏向器或いは３段以上の多段偏向器によって位置偏向を行なう場合であってもよい。また、描画装置１００には、マウスやキーボード等の入力装置、モニタ装置、及び外部インターフェース回路等が接続されていても構わない。

ここで、偏向器（例えば、主偏向器２０８及び副偏向器２０９）の汚染によるビームドリフトを抑制するためには、Ｏ_３ガスが有効である。Ｏ_３ガスを電子鏡筒１０２内に供給後、Ｏ_３ガスに電子ビームを照射することで酸素ラジカルを発生させることができる。そして、かかる酸素ラジカルが偏向器に付着した汚染物質（炭化水素）を分解してガス化することで汚染物質を取り除くことができる。その結果として、ビームドリフトを抑制或いは低減できる。一方、電子鏡筒１０２内に供給されたＯ_３ガスは電子鏡筒１０２内だけではなく描画室１０３（描画チャンバ）内にも広がる。Ｏ_３ガス雰囲気中では、Ｏ_３ガスが供給されていない真空下に比べて電子ビーム２００の焦点深度（フォーカス）が変化してしまうことが実験により確認されている。電子ビームのフォーカスはステージ１０５上のマーク１０９を用いて、所定のタイミングで自動調整を行うが、調整用マーク１０９上面と試料１０１の描画面には微小な高さの違いが生じる。

図２は、実施の形態１におけるフォーカス調整の仕方を説明するための概念図である。予め固定マーク１０９上で電子ビーム２００のフォーカスを調整しておく。調整は対物レンズ２０７の励磁で行う。このときの対物レンズ２０７の励磁の値をＡとする。描画時、試料１０１表面（描画面）と固定マーク１０９の表面との高さが一致するようにＺステージ１０７をＺ方向にΔＺ移動させる。例えば、図示しないＺセンサで試料１０１面とマーク１０９表面の高さ位置を測定し、試料１０１面の高さ位置をマーク１０９表面の高さ位置に合わせるようにＺステージ１０７で移動させればよい。

かかる状態で理論的には、試料１０１面と固定マーク１０９の高さが一致するので、対物レンズ２０７の励磁をＡとすれば試料１０１面上でもジャストフォーカスとなるはずである。しかし、実際に対物レンズ２０７の励磁を変化させて描画を行い、描画されたパターンを測定すると、励磁＝Ａの時にはジャストフォーカスとならず、可変された励磁＝Ａ’の時にジャストフォーカスとなることが実験的に証明されている。

以上より、試料１０１を描画する際には、固定マーク１０９で得られた最適な対物レンズ調整値Ａに、（Ａ’−Ａ）という固定値をプラスする。この（Ａ’−Ａ）をフォーカスオフセットと呼ぶ。フォーカスオフセットの値は、試料１０１の材質や厚みが同じであれば、同様に再現することが実験結果から判っている。

図３は、実施の形態１におけるフォーカス位置のずれを説明するためのグラフの一例である。図３において、縦軸は尤度（Ｄｏｓｅ Ｌａｔｉｔｕｄｅ）、横軸はフォーカス位置を示している。図３では、フォーカス位置「０」がマーク１０９でフォーカス調整された基準位置を示している。調整されるフォーカス位置は尤度が最も小さくなる変曲点に合わせる。尤度は、パターン寸法ＣＤ（変化分）と電子ビームの照射量ｄｏｓｅとの関係を示すパラメータ（係数）として定義されればよい。汚染物質の洗浄を行わないＯ_３ガスをチャンバ内に供給しない環境下では、グラフＡが示すように、例えば、フォーカス位置が基準位置から＋ａだけずれる。よって、＋ａに相当するフォーカスオフセットが必要となる。他方、汚染物質の洗浄を行うＯ_３ガスをチャンバ内に供給した環境下では、グラフＢが示すように、例えば、フォーカス位置が基準位置から−ｂだけずれる。よって、−ｂに相当するフォーカスオフセットが必要となる。このように、Ｏ_３ガスの有無によってフォーカス位置が異なる。さらに、Ｏ_３ガスの有無だけではなく、Ｏ_３ガスの分圧によって、フォーカス位置は変化する。

図４は、実施の形態１における電子鏡筒内の圧力と時刻との関係の一例を示している。図４では、一旦、真空ポンプによって電子鏡筒内を真空引きし、内部の圧力を低く（真空）にした状態から、所定の時間経過毎にＯ_３ガスを供給し、電子鏡筒１０２内部の圧力を徐々に高く（真空度を低く）した場合の一例を示している。

図５は、実施の形態１における電子鏡筒内の圧力とフォーカス位置での対物レンズのレンズ値（励磁）との関係の一例を示している。図５では、図４に示したように、Ｏ_３ガスを供給することによって、徐々に電子鏡筒１０２内の圧力を高く（真空度を低く）した場合のフォーカス位置での対物レンズ２０７のレンズ値（励磁）の変化の一例を示している。このように、Ｏ_３ガスによって電子鏡筒１０２内の圧力を高く（真空度を低く）していくとフォーカスさせるための対物レンズ２０７のレンズ値（励磁）が変化することがわかる。

図６は、実施の形態１における電子鏡筒内のＯ_３ガス分圧とフォーカス位置での対物レンズのレンズ値（励磁）との関係の一例を示している。図４と図５の関係から、Ｏ_３ガスの供給量を増やしていく（Ｏ_３ガス分圧を高めていく）と、図６のように対物レンズ２０７のレンズ値（励磁）が変化する。そこで、実施の形態１では、Ｏ_３ガス分圧とフォーカスオフセット値との関係を実験等により予め求めておく。フォーカスオフセット値は、上述したように、励磁値（Ａ’−Ａ）で定義してもよいし、或いは、例えば、高さ方向（ｚ方向）についてのずれ量（高さ寸法）として定義されてもよい。

図７は、実施の形態１における相関テーブルの一例を示す概念図である。かかる実験等により、図７に示すように、Ｏ_３ガス分圧とフォーカスオフセット値との相関関係を示す相関テーブル（補正テーブル）を作成しておく。相関テーブルは、描画開始前に記憶装置１４４に記憶しておく。

図８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８において、実施の形態１における描画方法は、Ｏ_３ガス分圧測定工程（Ｓ１０２）と、フォーカスオフセット取得工程（Ｓ１０４）と、調整（更新）工程（Ｓ１０６）と、描画工程（Ｓ１１４）と、判定工程（Ｓ１２０）と、判定工程（Ｓ１２２）という一連の工程を実施する。

まず、偏向器の汚染物質を除去するためのＯ_３ガスを流す前に、描画装置１００は他の試料に対して描画処理を実施していたものとする。その際には、上述したようにマーク１０９を用いたフォーカス調整とかかるフォーカス位置からのオフセット値の測定が行われていたことは言うまでもない。かかる描画装置１００の使用によって、汚染物質が偏向器（例えば、主偏向器２０８や副偏向器２０９）に付着した後に、上述したように、Ｏ_３ガスを電子鏡筒１０２内に供給し、電子ビーム２００を照射して発生させた酸素ラジカルによって汚染物質を除去する。図８では、かかる洗浄作業が行われた後、或いは少なくともＯ_３ガスを電子鏡筒１０２内に供給した後の状態からの動作を説明する。

Ｏ_３ガス分圧測定工程（Ｓ１０２）として、分圧計１３４は、描画室１０３（チャンバ）内が真空ポンプ１８２等により大気圧よりも低い圧力に制御された状態で、描画室１０３内のＯ_３ガス（所定のガス）の分圧を測定する。分圧計１３４は、測定部の一例となる。測定結果は、Ｏ_３分圧取得部６０に出力される。これにより、Ｏ_３分圧取得部６０は、描画室１０３内のＯ_３ガス分圧を取得する。Ｏ_３ガスは、例えば、電子鏡筒１０２内に流し続けていてもよいし、洗浄時のみ流してもよい。Ｏ_３ガスを流し続けることで、描画処理中も描画処理に用いる電子ビームを用いて自動的に洗浄を行なうことができる。

フォーカスオフセット取得工程（Ｓ１０４）として、オフセット取得部６２は、記憶装置１４４から相関テーブルを読み出し、測定されたＯ_３ガスの分圧に対応するフォーカスオフセット値を取得する。取得されたフォーカスオフセット値は制御計算機１１０に出力される。

調整（更新）工程（Ｓ１０６）として、描画制御部５２は、入力したフォーカスオフセット値をレンズ制御回路１３０に設定する。レンズ制御回路１３０には、事前に今まで使用したフォーカスオフセット値が設定されているが、今回の新たなフォーカスオフセット値に設定値を更新する。これにより、対物レンズ２０７に励磁される電圧が補正される。よって、Ｏ_３ガス（所定のガス）の分圧に応じて、対物レンズ２０７によるフォーカス位置が調整されることになる。レンズ制御回路１３０は、調整部の一例である。なお、フォーカスオフセット値が励磁値（Ａ’−Ａ）で定義されている場合には、レンズ制御回路１３０は、当初の励磁値に更新されたフォーカスオフセット値を加算すればよい。フォーカスオフセット値が、例えば、高さ方向（ｚ方向）についてのずれ量（高さ寸法）で定義されている場合には、レンズ制御回路１３０は、当初の励磁値に対応する高さ方向（ｚ方向）位置に更新されたフォーカスオフセット値を加算した後に、かかる加算値を対応する励磁値に変換すればよい。

描画工程（Ｓ１１４）として、描画部１５０は、フォーカス位置が前記所定のガスの分圧に応じて調整された状態で、荷電粒子ビームを用いて前記試料にパターンを描画する。ここでは、例えば、Ｏ_３ガス（所定のガス）を電子鏡筒１０２（及び描画室１０３）（チャンバ）内に流しながら、試料１０１にパターンを描画する。ここで、描画に当って、まず、描画装置１００は以下のように動作する。まず、描画データ処理部５０は、記憶装置１４０から描画対象チップのパターンデータ（描画データ）を読み出し、複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータを生成する。チップのパターンデータには、少なくとも１つ以上の図形パターンが定義される。しかしながら、描画装置１００で図形パターンを描画するためには、１回のビームのショットで照射できるサイズにチップのパターンデータに定義された図形パターンを分割する必要がある。そこで、描画データ処理部５０は、実際に描画するために、各図形パターンを１回のビームのショットで照射できるショットサイズに分割してショット図形を生成する。そして、ショット図形毎にショットデータを生成する。ショットデータには、例えば、図形種、図形サイズ、及び照射位置といった図形データが定義される。その他、照射量に応じた照射時間が定義される。生成されたショットデータは記憶装置１４２に格納される。

描画装置１００では、試料１０１の描画領域１０が、主偏向器２０８の偏向可能幅で、例えばｙ方向に向かって短冊状に複数のストライプ領域に仮想分割される。また、各ストライプ領域は、副偏向器２０９の偏向可能サイズで、メッシュ状に複数のサブフィールド（ＳＦ）（小領域）に仮想分割される。そして、各ＳＦの各ショット位置に対応するショット図形が描画される。

描画装置１００では、複数段の偏向器を用いて、ストライプ領域毎に描画処理を進めていく。ここでは、一例として、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９といった２段偏向器が用いられる。ステージ１０５が例えば−ｘ方向に向かって連続移動しながら、１番目のストライプ領域についてｘ方向に向かって描画を進めていく。そして、１番目のストライプ領域の描画終了後、同様に、或いは逆方向に向かって２番目のストライプ領域の描画を進めていく。以降、同様に、３番目以降のストライプ領域の描画を進めていく。そして、主偏向器２０８が、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、ＳＦの基準位置に電子ビーム２００を順に偏向する。また、副偏向器２０９が、各ＳＦの基準位置Ａから当該ＳＦ３０内に照射されるビームの各ショット位置に電子ビーム２００を偏向する。このように、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９は、サイズの異なる偏向領域をもつ。

偏向制御回路１２０は、ショットデータに定義される位置に応じて主偏向データ、及び副偏向データを生成する。同様に、ショットデータ或いは別途用意される照射時間データ（照射量データ）に基づいて、ブランキングデータを生成する。同様に、ショットデータに定義される図形種およびサイズに応じて成形データを生成する。主偏向データは、ＤＡＣアンプ１３２に出力される。副偏向データは、図示しない副偏向用のＤＡＣアンプに出力する。ブランキングデータは、図示しないブランキング制御用のＤＡＣアンプに出力する。成形データは、図示しないビーム成形用のＤＡＣアンプに出力する。

そして、図示しないブランキング制御用のＤＡＣアンプでは、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、ブランキング偏向器２１２に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、ビームＯＮとビームＯＦＦの切り替えが行われ、これにより各ショットのビームが形成される。

図示しない成形偏向制御用のＤＡＣアンプでは、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、偏向器２０５に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、第１のアパーチャ２０３を通過した電子ビーム２００の第２のアパーチャ２０６の開口部通過位置が制御され、これにより各ショットのビームが可変成形される。

ＤＡＣアンプ１３２では、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、主偏向器２０８に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのビームがメッシュ状に仮想分割された所定のサブフィールド（ＳＦ）の基準位置に偏向される。

図示しない副偏向用のＤＡＣアンプでは、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、副偏向器２０９に印加する。かかる偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのビームがメッシュ状に仮想分割された所定のサブフィールド（ＳＦ）内にの各ショット位置に偏向される。

以上のように、偏向制御回路１２０から制御された各ＤＡＣアンプからの信号に基づいて、描画部１５０は、電子ビーム２００を用いて、当該図形パターンを試料１００に描画する。具体的には、以下のように動作する。

電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、ブランキング偏向器２１２内を通過する際にブランキング用のＤＡＣアンプからの偏向信号によって制御されるブランキング偏向器２１２によって、ビームＯＮの状態では、ブランキングアパーチャ２１４を通過するように制御され、ビームＯＦＦの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ２１４で遮へいされるように偏向される。ビームＯＦＦの状態からビームＯＮとなり、その後ビームＯＦＦになるまでにブランキングアパーチャ２１４を通過した電子ビーム２００が１回の電子ビームのショットとなる。ブランキング偏向器２１２は、通過する電子ビーム２００の向きを制御して、ビームＯＮの状態とビームＯＦＦの状態とを交互に生成する。例えば、ビームＯＮの状態では電圧を印加せず、ビームＯＦＦの際にブランキング偏向器２１２に電圧を印加すればよい。かかる各ショットの照射時間ｔで試料１０１に照射される電子ビーム２００のショットあたりの照射量が調整されることになる。

以上のようにブランキング偏向器２１２とブランキングアパーチャ２１４を通過することによって生成された各ショットの電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形の穴を持つ第１の成形アパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形に成形する。そして、第１の成形アパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２の成形アパーチャ２０６上に投影される。偏向器２０５によって、かかる第２の成形アパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像は偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させる（可変成形を行なう）ことができる。かかる可変成形はショット毎に行なわれ、通常ショット毎に異なるビーム形状と寸法に成形される。そして、第２の成形アパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、Ｏ_３ガス（所定のガス）の分圧に応じて調整されたフォーカスオフセットによって焦点位置が補正された対物レンズ２０７により焦点を合わせ（合焦し）、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ１０５に配置された試料１０１の所望する位置に照射される。図１では、位置偏向に、主副２段の多段偏向を用いた場合を示している。かかる場合には、主偏向器２０８でＳＦ３０の基準位置にステージ移動に追従しながら該当ショットの電子ビーム２００を偏向し、副偏向器２０９でＳＦ内の各照射位置にかかる該当ショットのビームを偏向すればよい。かかる動作を繰り返し、各ショットのショット図形を繋ぎ合わせることで、所望のパターンを描画する。かかる描画動作は、ストライプ毎に実施される。

以上のように、実施の形態１では、チャンバ内の所定のガスの分圧に対応したフォーカスオフセット値を用いてフォーカス位置が調整された状態で、試料１０１にパターンが描画される。かかる動作により、フォーカスずれ（デフォーカス）を抑制或いは低減できる。

判定工程（Ｓ１２０）として、判定部６４は、１つのストライプ領域に対する描画処理が終了する度に、すべてのストライプ領域について描画が終了したかどうかを判定する。まだ描画していないストライプ領域がある場合には判定工程（Ｓ１２２）に進む。すべてのストライプ領域について描画が終了している場合には描画処理が終了する。

判定工程（Ｓ１２２）として、判定部６６は、フォーカス調整を行う所定の期間Ｔｘが経過したかどうかを判定する。経過していない場合には、判定工程（Ｓ１２０）に戻る。そして、すべてのストライプ領域について描画が終了するか、或いは所定の期間が経過するまで、判定工程（Ｓ１２０）と判定工程（Ｓ１２２）とを繰り返す。所定の期間が経過した場合には、Ｏ_３ガス分圧測定工程（Ｓ１０２）に戻り、すべてのストライプ領域について描画が終了するまで、Ｏ_３ガス分圧測定工程（Ｓ１０２）から判定工程（Ｓ１２２）までの各工程を繰り返す。フォーカス調整を行う期間Ｔｘは、ストライプ領域毎でもよいし、複数のストライプ領域を描画する毎でもよい。また、その期間Ｔｘは可変に設定されてもよい。例えば、最初は期間が短く、そして、徐々に長くしてもよい。例えば、図示しないビームドリフト補正を行うタイミングに合わせて行っても良い。或いは、偏向器等に付着した汚染物質の除去を行うタイミングに合わせて行っても良い。偏向器等に付着した汚染物質の除去を行う間隔は、ストライプ領域毎でもよいし、複数のストライプ領域を描画する毎でもよい。或いは、複数の試料１０１を描画する毎に行っても良い。

以上のように、実施の形態１によれば、偏向器等に付着した汚染物質の除去を行うことができると共に、ガスの流入によるビームのフォーカスずれを補正できる。よって、デフォーカスによるパターンの位置ずれ等を抑制或いは低減できる。さらに、汚染物質の除去により、ビームドリフトを抑制或いは低減できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、対物レンズ２０７を励磁する電圧値を補正したが、これに限るものではない。実施の形態２では、他の手法にてフォーカスずれを補正する。

図９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９において、制御計算機１７０内に、差分演算部６８が追加された点、偏向制御回路１２０内に、補正部１２２、偏向量演算部１２４、及びフォーカス調整量演算部１２６が追加された点、以外は、図１と同様である。

図１０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１０において、調整（更新）工程（Ｓ１０６）の代わりに、差分演算工程（Ｓ１０８）と、フォーカス調整量演算工程（Ｓ１１０）と、偏向量演算工程（Ｓ１１２）と、ダイナミックフォーカス補正工程（Ｓ１１３）とを、フォーカスオフセット取得工程（Ｓ１０４）と描画工程（Ｓ１１４）との間に追加した点以外は、図８と同様である。以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態１と同様である。

Ｏ_３ガス分圧測定工程（Ｓ１０２）と、フォーカスオフセット取得工程（Ｓ１０４）の内容は、実施の形態１と同様である。

差分演算工程（Ｓ１０８）として、差分演算部６８は、描画制御部５２を介してレンズ制御回路１３０に現在設定されているフォーカスオフセット値を読み出し、今回、取得されたフォーカスオフセット値との差分を演算する。実施の形態２では、フォーカスオフセット値を高さ方向（ｚ方向）の寸法で定義するとよい。差分値は、偏向制御回路１２０に出力される。

フォーカス調整量演算工程（Ｓ１１０）として、フォーカス調整量演算部１２６は、上述した差分値（ｚ値）だけフォーカス位置を移動（調整）させるためのフォーカス調整量を演算する。実施の形態２では、例えば、主偏向器２０８をダイナミックフォーカス補正用に流用する。よって、フォーカス調整量は、主偏向器２０８に印加する電圧を得るためのデジタル信号として演算される。なお、ダイナミックフォーカス補正は、主偏向器２０８ではなく、その他の静電レンズ等を配置して、かかる静電レンズ等で実施してもよい。

偏向量演算工程（Ｓ１１２）として、主偏向用の偏向量演算部１２４は、ショットデータに定義される位置に応じて主偏向データを生成する。また、図示しない副偏向用の偏向量演算部は、ショットデータに定義される位置に応じて副偏向データを生成する。また、図示しないブランキング用の偏向量演算部は、ショットデータ或いは別途用意される照射時間データ（照射量データ）に基づいて、ブランキングデータを生成する。また、図示しない成形用の偏向量演算部は、ショットデータに定義される図形種およびサイズに応じて成形データを生成する。

実施の形態２では、次のダイナミックフォーカス補正工程（Ｓ１１２）を説明するために偏向量演算工程（Ｓ１１０）を描画工程（Ｓ１１４）とは別に記載したが、実施の形態１では、偏向量演算工程（Ｓ１１０）と同様の処理を描画工程（Ｓ１１４）内で実施している。

ダイナミックフォーカス補正工程（Ｓ１１２）として、補正部１２２は、主偏向データに上述したフォーカス調整量を加算する。主偏向器２０８は、各方向に対応する例えば８極の電極によって構成される。主偏向データは、各電極用にそれぞれ個別に生成されるが、ダイナミックフォーカスでは、各電極に同じようにフォーカス調整量を加算する。かかる補正部１２２による主偏向データの補正によって、Ｏ_３ガスの分圧に応じて、試料１０１面上に電子ビームを合焦するフォーカス位置が調整される。補正部１２２は、調整部の一例である。

補正された主偏向データは、ＤＡＣアンプ１３２に出力される。副偏向データは、図示しない副偏向用のＤＡＣアンプに出力する。ブランキングデータは、図示しないブランキング制御用のＤＡＣアンプに出力する。成形データは、図示しないビーム成形用のＤＡＣアンプに出力する。

描画工程（Ｓ１１４）として、描画部１５０は、フォーカス位置が前記所定のガスの分圧に応じて調整された状態で、荷電粒子ビームを用いて前記試料にパターンを描画する。実施の形態２では、第２の成形アパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ（合焦し）、さらに、主偏向器２０８によって、Ｏ_３ガス（所定のガス）の分圧に応じて調整されたフォーカスオフセットによって焦点位置がダイナミックに補正された状態で、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ１０５に配置された試料１０１の所望する位置に照射される。描画工程（Ｓ１１４）のその他の内容は実施の形態１と同様である。

また、判定工程（Ｓ１２０）以降の各工程、及び繰り返すフロー内容は実施の形態１と同様である。

以上のように、実施の形態２によれば、対物レンズ２０７の設定は変更せずに、ガスの流入によるビームのフォーカスずれを補正できる。よって、デフォーカスによるパターンの位置ずれ等を抑制或いは低減できる。その他、実施の形態１と同様、偏向器等に付着した汚染物質の除去を行うことができると共に、汚染物質の除去により、ビームドリフトを抑制或いは低減できる。

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。

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装置及び方法は、本発明の範囲に包含される。

５０ 描画データ処理部
５２ 描画制御部
６０ Ｏ_３分圧取得部
６２ オフセット取得部
６４，６６ 判定部
６８ 差分演算部
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ステージ
１１０，１７０ 制御計算機
１１２，１７２ メモリ
１２０ 偏向制御回路
１２２ 補正部
１２４ 偏向量演算部
１２６ フォーカス調整量演算部
１３０ レンズ制御回路
１３２ ＤＡＣアンプ
１３４ 分圧計
１４０，１４２，１４４ 記憶装置
１５０ 描画部
１６０ 制御部
１８０，１８２ 真空ポンプ
１８１，１８３ バルブ
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
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 供給孔
３００ タンク
３０２ マスフローメータ
３０４ バルブ
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (5)

1. 荷電粒子ビームを放出する放出部と、
   描画対象試料が載置されるステージと、
   前記試料面上に前記荷電粒子ビームを合焦する対物レンズと、
   前記ステージを内部に配置するチャンバと、
   前記チャンバ内が大気圧よりも低い圧力に制御された状態で、前記チャンバ内の所定のガスの分圧を測定する測定部と、
   前記所定のガスの分圧に応じて、前記試料面上に前記荷電粒子ビームを合焦するフォーカス位置を調整する調整部と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記所定のガスにはオゾン（Ｏ_３）が含ま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装置。
3. 前記所定のガスを前記チャンバ内に流しながら、前記試料にパターンを描画することを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム描画装置。
4. 前記調整部は、オフセット値を用いてフォーカス位置を調整することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の荷電粒子ビーム描画装置。
5. 描画対象試料が載置されるステージを内部に配置するチャンバ内が大気圧よりも低い圧力に制御された状態で、前記チャンバ内の所定のガスの分圧を測定する工程と、
   前記所定のガスの分圧に応じて、前記試料面上に荷電粒子ビームを合焦するフォーカス位置を調整する工程と、
   前記フォーカス位置が前記所定のガスの分圧に応じて調整された状態で、荷電粒子ビームを用いて前記試料にパターンを描画する工程と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。

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