JP2015204404A - マルチビーム描画方法およびマルチビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチビームの電流密度分布に起因するスループットの劣化を抑制することが可能な描画方法を提供する。
【解決手段】マルチビーム描画方法は、平面型フォトカソードを有する電子銃から放出された電子ビームの一部がそれぞれ複数の開口部を通過することによって形成されたマルチビームのうち、少なくとも１つの代表ビームの電流値を測定する工程Ｓ１０６と、測定された少なくとも１つの代表ビームの電流値を用いて、マルチビームを代表する代表電流密度を演算する工程Ｓ１０８と、代表電流密度を用いて、マルチビームの各ビームの電流密度を演算する工程Ｓ１１０と、代表電流密度を用いて演算された各ビームの電流密度を用いて、マルチビームの照射時間を演算する工程Ｓ１１４と、それぞれ演算された各ビームの照射時間のマルチビームを用いて、試料にパターンを描画する工程Ｓ１１６と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチビーム描画方法およびマルチビーム描画装置に係り、例えば、ステージ上の試料にマルチビームを照射することによりパターンを描画する際の各ビームの照射時間を制御する手法に関する。

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）。

電子ビーム描画に用いる熱電子放出型電子銃では、カソード（陰極）材料が動作中に蒸発する。そのため、カソード材料の形状は時間と共に変化し、その影響で試料上に照射される電子ビームの電流密度分布も時間と共に変化する。そのため、かかる電流密度分布の電子ビームから形成されるマルチビームの各ビームの電流量は時間と共に変化する。電流密度分布が一定ではない電子ビームからマルチビームを形成すると、中央部と端部とで電流密度が異なるので、同じ照射量のビームを照射する場合でも照射時間が異なってしまう。そのため、従来、描画前にすべてのビームの電流量を測定し、測定された電流量を基に各ビームの照射時間（露光時間）を定めていた。しかしながら、各ビームの照射時間を定めても、上述したように、時間の経過によるカソード材料の劣化に伴い、描画時間が長くなると露光時間に誤差が生じてくる。そのため、描画されたパターンの寸法精度が悪くなるといった問題があった。よって、カソード材料の劣化に伴うビーム毎の電流密度を再計算するために、所定の期間ごとに、すべてのビームの電流量を測定し直す必要があった。マルチビームがｎ×ｍ本のビームで構成される場合、ｎ×ｍ回の電流量を測定し直す必要がある。例えば、数万本のビームについて電流量を測定し直す必要がある。かかる測定動作は、描画装置のスループットを著しく劣化させてしまうといった問題があった。

特開２００６−２６１３４２号公報

そこで、本発明の一態用は、上述した問題点を克服し、マルチビームの電流密度分布に起因するスループットの劣化を抑制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。

本発明の一態様のマルチビーム描画方法は、
平面型フォトカソードを有する電子銃から放出された電子ビームの一部がそれぞれ複数の開口部を通過することによって形成されたマルチビームのうち、少なくとも１つの代表ビームの電流値を測定する工程と、
測定された少なくとも１つの代表ビームの電流値を用いて、マルチビームを代表する代表電流密度を演算する工程と、
代表電流密度を用いて、マルチビームの各ビームの電流密度を演算する工程と、
代表電流密度を用いて演算された各ビームの電流密度を用いて、マルチビームの照射時間を演算する工程と、
それぞれ演算された各ビームの照射時間のマルチビームを用いて、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。

また、代表電流密度を用いてマルチビームの各ビームの電流密度を演算する工程をさらに備えると好適である。

また、試料の描画領域は、複数のストライプ領域に仮想分割され、
複数のストライプ領域のうち少なくとも１つの描画が終了するごとに、代表電流密度は演算し直され、
代表電流密度が演算し直された後、各ビームの照射時間は、演算し直された代表電流密度を用いて演算された各ビームの電流密度を用いて演算されると好適である。

また、少なくとも１つの代表ビームとして、マルチビームの中心部のビームと端部のビームとを用いると好適である。

本発明の一態様のマルチビーム描画装置は、
光強度分布が略均一な照明光を生成する照明装置と、
照明光の照射によって電子ビームを放出する平面型フォトカソードを有する電子銃と、
複数の開口部が形成され、複数の開口部全体が含まれる領域に電子ビームの照射を受け、複数の開口部を電子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成するアパーチャプレートと、
複数の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複数のブランカーが配置されたブランキングプレートと、
開口部が形成され、マルチビームのうち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制限開口部から外れた位置にて遮蔽し、ビームＯＮの状態になる各ビームを制限開口部から通過させるブランキングアパーチャ部材と、
平面型フォトカソードを有する電子銃から放出された電子ビームの一部がそれぞれ複数の開口部を通過することによって形成されたマルチビームのうち、少なくとも１つの代表ビームの電流値を用いて、マルチビームを代表する代表電流密度を演算する代表電流密度演算部と、
代表電流密度を用いて、マルチビームの各ビームの電流密度を演算する個別電流密度演算部と、
代表電流密度を用いて演算された各ビームの電流密度を用いて、マルチビームの照射時間を演算する照射時間演算部と、
マルチビームの各ビームの照射時間の間、ビームＯＮの状態になるように前記複数のブランカーを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、マルチビームの電流密度分布に起因するスループットの劣化を抑制できる。

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における代表ビームの位置の一例を示す図である。 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における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の一例を示す概念図である。 実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。 実施の形態１における平面型フォトカソードから放出される電子ビームの電流密度の一例を示す図である。 実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。 実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。 実施の形態１における照明装置の設置構成の一例を示す図である。 実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。 実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。 実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。 実施の形態１の比較例におけるカソードの蒸発に伴う電流密度分布の変化を説明するための図である。

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、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、照明装置２１２、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、偏向器２０８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。また、ＸＹステージ１０５上には、試料１０１が配置される位置とは異なる位置にファラディーカップ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例えば等しくなるように配置される。縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７によって縮小光学系が構成される。

電子銃２０１は、平面型フォトカソード１０と、ウェネルト１２と、アノード１４とを有する。ウェネルト１２は、平面型フォトカソード１０とアノード１４との間に配置される。また、アノード１４は、接地され、電位がグランド電位に設定されている。電子銃２０１には、電子銃電源装置１３０が接続される。電子銃電源装置１３０は、平面型フォトカソード１０とアノード１４間に加速電圧を印加することになる。加速電圧は、平面型フォトカソード１０に、グランド電位のアノード１４に対して負の電位を印加する。また、電子銃電源装置１３０は、ウェネルト１２に負のバイアス電圧を印加することになる。

従来の熱電子放出型カソードでは、時間の経過に伴い放出される電子ビームの電流密度分布が変化してしまう。しかし、平面型フォトカソード１０では、略均一な照明光を平面型フォトカソード１０に照射すれば、放出される電子ビームの電流密度分布は略一様（略均一）になる。平面型フォトカソード１０では、フォトカソード面での量子効率は時間の経過に伴って劣化するものの、劣化速度は、フォトカソード面の位置に依存しない。よって、時間の経過に伴って量子効率が劣化しても、放出される電子ビームの電流密度分布は略一様（略均一）に維持できる。量子効率は、入射光子数に対して放出される電子数の比で定義される。そこで、実施の形態１では、平面型フォトカソード１０を用いた電子銃２０１によって、電流密度分布が略均一な電子ビーム２００を形成する。照明光の波長は、平面型フォトカソード１０の材料に応じて適宜調整すればよい。照明光の波長は、平面型フォトカソード１０の材料に応じて、紫外線であっても良いし、可視光線であってもよい。

制御部１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、制御回路１２０、電子銃電源回路１３０、アンプ１３２、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１１０、メモリ１１２、制御回路１２０、電子銃電源回路１３０、アンプ１３２、及び記憶装置１４０，１４２，１４４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、描画データ処理部５０、照射量演算部５２、代表ビーム電流（Ｉ_０）測定部５４、代表ビーム電流密度（Ｊ_０）演算部５６、個別ビーム電流密度（Ｊｋ）演算部５８、個別ビーム照射時間（Ｔｋ）演算部６０、描画制御部６２、設定部６４、及び判定部６６，６８が配置される。描画データ処理部５０、照射量演算部５２、代表ビーム電流（Ｉ_０）測定部５４、代表ビーム電流密度（Ｊ_０）演算部５６、個別ビーム電流密度（Ｊｋ）演算部５８、個別ビーム照射時間（Ｔｋ）演算部６０、描画制御部６２、設定部６４、及び判定部６６，６８といった各機能は、プログラムといったソフトウェアで構成されても良い。或いは、電子回路等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、これらの組み合わせであってもよい。制御計算機ユニット１１０内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ１１２に記憶される。また、描画データ処理部５０、照射量演算部５２、代表ビーム電流（Ｉ_０）測定部５４、代表ビーム電流密度（Ｊ_０）演算部５６、個別ビーム電流密度（Ｊｋ）演算部５８、個別ビーム照射時間（Ｔｋ）演算部６０、描画制御部６２、設定部６４、及び判定部６６，６８の少なくとも１つがソフトウェアで構成される場合には、ＣＰＵ或いはＧＰＵといった計算器が配置される。

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。

図２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２において、実施の形態１における描画方法は、代表ビーム設定工程（Ｓ１０２）と、開口部面積測定工程（Ｓ１０４）と、代表ビーム電流（Ｉ_０）測定工程（Ｓ１０６）と、代表ビーム電流密度（Ｊ_０）演算工程（Ｓ１０８）と、個別ビーム電流密度（Ｊｋ）演算工程（Ｓ１１０）と、照射量演算工程（Ｓ１１２）と、個別ビーム照射時間（Ｔｋ）演算工程（Ｓ１１４）と、描画工程（Ｓ１１６）と、判定工程（Ｓ１１８）と、判定工程（Ｓ１２０）と、いう一連の工程を実施する。

図３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３（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）の例では、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３（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３（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４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。

描画装置１００は、描画制御部６２の制御に従って動作する。特に、描画部１５０は、以下のように動作する。電子銃電源装置１３０によって平面型フォトカソード１０とウェネルト１２にそれぞれ設定された電圧が印加された状態で、照明装置２１２から平面型フォトカソード１０へ照明光１６を照射することによって平面型フォトカソード１０から電子ビーム２００が放出される。ウェネルト１２のバイアス電圧によって放出量が制御された、平面型フォトカソード１０から放出された電子ビーム２００は、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成した後に広がり、アノード１４によって加速され、電子銃２０１（放出部）から放出される。

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、屈折させられ集光し、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、偏向器２０８によって一括して偏向され、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。

ここで、マルチビームの各ビームは、必要な照射量のビームを必要な位置に照射する。電子ビーム描画では、例えば、描画するパターンの形状等に応じて近接効果等の寸法変動が生じる。描画装置１００では、かかる近接効果等の寸法変動を照射量によって補正する。そのため、必要な照射量Ｄ（ｘ，ｙ）は、照射する位置（ｘ，ｙ）によって異なる。そして、かかる照射量Ｄ（ｘ，ｙ）は、ビームの照射時間Ｔｋによって制御される。以下、ｋは、個別ビームの識別番号或いは座標（ベクトル）を示す。照射時間Ｔｋは、式（１）に示すように、照射量Ｄ（ｘ，ｙ）をビームの電流密度Ｊｋで割ることで求めることができる。
（１）Ｔｋ＝Ｄ（ｘ，ｙ）／Ｊｋ

よって、各ビームの電流密度Ｊｋを正確に把握しておく必要がある。各ビームの電流密度Ｊｋに誤差があると、照射量に誤差が生じてしまう。その結果、パターンの位置ずれ等が生じることになる。従来の熱放出型カソードを用いた電子銃では、時間の経過に伴って各ビームの電流密度Ｊｋが個別にそれぞれ変化してしまうため、所定の期間ごとに、すべてのビームについて、それぞれ電流密度Ｊｋを確認する必要があった。そのために、すべてのビームについて、それぞれ電流量Ｉｋを測定する必要があった。かかる電流量Ｉｋの測定に時間がかかるスループットを劣化させていた。そこで、実施の形態１では、平面型フォトカソード１０から略均一な電子ビーム２００を放出させることで、形成されるマルチビーム２０の各ビームの電流密度Ｊｋを略均一にできる。そのため、所定の期間ごとに、すべてのビームについて、それぞれ電流量Ｉｋを測定する必要はなく、代表ビームについてだけ電流量Ｉ_０を測定する。そして、その結果からマルチビーム２０の各ビームの電流密度Ｊｋを求める。これにより、測定時間を大幅に短縮できる。

代表ビーム設定工程（Ｓ１０２）として、設定部６４は、マルチビームのうち、少なくとも１つの代表ビームを設定する。

図５は、実施の形態１における代表ビームの位置の一例を示す図である。図５の例では、９×９本のマルチビームを形成するアパーチャ部材２０３の複数の穴２２を示している。実施の形態１では、代表ビームとして、マルチビームの中心部のビームと端部のビームとを用いる。図５の例では、複数の穴２２の中心の穴２３ａを通過することによって形成されるビームと、端部である４隅の穴２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅを通過することによって形成される４本のビームの計５本のビームを代表ビームとして設定する。但し、これに限るものではない。マルチビームを代表する代表ビームは少なくとも１つあればよい。例えば、複数の穴２２の中心の穴２３ａを通過することによって形成される１本のビームを代表ビームとして設定してもよい。

開口部面積測定工程（Ｓ１０４）として、アパーチャ部材２０３の各穴２２を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮像し、撮像した像からマルチビームの各ビームを形成する開口部の開口面積Ｓｋを算出する。或いは、アパーチャ部材２０３の各穴２２にレーザを照射し、穴２２毎のレーザの透過光量を用いて各ビームを形成する開口部の開口面積Ｓｋを算出する。すべての穴２２が一様に同じ形状で製造できれば、すべての穴２２ではなく、代表ビーム用の穴２３だけＳＥＭを用いて撮像し、開口面積Ｓｋを算出してもよい。

代表ビーム電流（Ｉ_０）測定工程（Ｓ１０６）として、Ｉ_０測定部５４は、平面型フォトカソード１０を用いた電子銃２０１から放出された電子ビーム２００の一部がそれぞれ複数の開口部を通過することによって形成されたマルチビーム２０のうち、少なくとも１つの代表ビームの電流値Ｉ_０を測定する。ここでは、設定された代表ビームの電流値Ｉ_０を測定する。具体的には、以下のように動作する。測定対象の代表ビームだけビームＯＮとなり、他のビームはビームＯＦＦになるようにブランキングプレート２０４内のブランカーにて偏向する。代表ビームが複数設定されている場合に、１つのビームずつビームＯＮになるように制御する。これにより、代表ビーム２０だけをステージ上まで導くことができる。その際、ファラディーカップ１０６にかかる代表ビーム２０が照射されるようにＸＹステージ１０５を移動させておく。これにより、代表ビーム２０の電流値を検出できる。残りのビームは、制限アパーチャ部材２０６にて遮蔽される。よって、描画室１０３までビームが到達する前に遮蔽される。よって、ステージ１０５或いは試料１０１までビームが到達することはない。ファラディーカップ１０６で測定された情報は、アンプ１３２でデジタル信号に変換され、Ｉ_０測定部５４に出力される。これにより、Ｉ_０測定部５４は、代表ビームの電流値Ｉ_０を測定できる。かかる動作をすべての代表ビームについて実施する。これにより、代表ビーム毎のビーム電流値Ｉ_０を測定できる。

代表ビーム電流密度（Ｊ_０）演算工程（Ｓ１０８）として、Ｊ_０演算部５６は、測定された少なくとも１つの代表ビームの電流値Ｉ_０を用いて、マルチビームを代表する代表電流密度Ｊ_０を演算する。代表ビームが複数設定されている場合に、１つのビームごとに、それぞれ代表電流密度Ｊ_０を演算する。具体的には、以下のように演算する。Ｊ_０演算部５６は、測定された代表ビームの電流値Ｉ_０をアパーチャ部材２０３の対応する穴２２の開口面積Ｓｋで割ることで、代表ビームの電流密度Ｊ_０を演算する。かかる動作をすべての代表ビームについて実施する。これにより、代表ビーム毎の電流密度Ｊ_０を演算できる。

個別ビーム電流密度（Ｊｋ）演算工程（Ｓ１１０）として、Ｊｋ演算部５８（個別電流密度演算部）は、代表電流密度Ｊ_０を用いてマルチビームの各ビームの電流密度Ｊｋを演算する。まず、得られた代表ビーム毎の電流密度Ｊ_０を多項式でフィッティング（近似）して、近似式を求める。ここでは、平面型フォトカソード１０から放出された電子ビーム２００からマルチビーム２０を形成しているので、開口面積Ｓｋが同じであれば、演算された各代表ビームの電流密度Ｊ_０は略均一となる。よって、近似多項式も高次の関数を用いずとも以下の式（２）に示す１次多項式で定義する程度で構わない。式（２）ではビームの位置座標ｋを（ｘ，ｙ）で示している。
（２） Ｊ（ｘ，ｙ）＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ

図５の例では、５つの代表ビームの電流密度Ｊ_０が得られているので、近似する際には、これらの５つの代表ビームの電流密度Ｊ_０を基に、例えば、最小２乗法を用いて近似式を求めると好適である。言い換えれば、最小２乗法を用いて近似式の係数ａ，ｂ，ｃを求めると好適である。そして、Ｊｋ演算部５８は、各ビームの位置座標（ｘ，ｙ）を式（２）に代入することで、マルチビームの各ビームの電流密度Ｊｋを演算する。なお、代表ビームが１つだけの場合には、その代表ビームの電流密度Ｊ_０がそのまま、他のビームの電流密度Ｊｋにすればよい。また、上述した例では、１次多項式で近似したがこれに限るものではない。２次以上の多項式を用いても構わない。なお、開口面積Ｓｋが代表ビームの開口面積Ｓｋと異なる場合には、各ビームの電流密度Ｊｋを演算する際に、対象ビームの開口面積Ｓｋと代表ビームの開口面積Ｓｋとの比を式（２）から得られる値に乗じて補正しても好適である。具体的には、代表ビームの開口面積Ｓｋを対象ビームの開口面積Ｓｋで割った値を式（２）から得られる値に乗じて補正すればよい。代表ビームが複数設定されている場合には、例えば、代表ビームの開口面積Ｓｋの平均値を対象ビームの開口面積Ｓｋで割った値を式（２）から得られる値に乗じて補正すればよい。

以上により、１つ或いはマルチビームの本数に対して極少数の代表ビームの電流値Ｉ_０を測定することにより、多数のマルチビームの各ビームの電流密度Ｊｋを得ることができる。よって、多数のマルチビームのすべてのビームの電流値Ｉｋを測定する場合に比べて、測定時間を大幅に短縮できる。

照射量演算工程（Ｓ１１２）として、照射量演算部５２は、記憶装置１４０から描画データを読み出し、試料１０１の照射位置毎に照射量を演算する。描画データは、例えば、各図形パターンの、配置位置、図形種、及び図形サイズ等が定義される。その他に、基準となる照射量が定義される。

後述するように、試料１０１の描画領域は、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に仮想分割される。マルチビーム描画では、描画領域（或いはストライプ領域）を、マルチビームを構成する複数のビームの１つのビームの例えばビームサイズの１／ｎ（但し、ｎは１以上の整数）のサイズでメッシュ状に仮想分割する。そして、図形パターンの存在するメッシュにはビームを照射し、存在しないメッシュにはビームを照射しないことによってパターンが描画される。但し、メッシュ内に図形パターンの端部が位置する場合などは、照射量を調整することで図形パターンの端部の位置を制御する。また、複数の図形パターンが描画される場合に、図形パターンによって照射量を変調する場合がある。変調率データは、別途、記憶装置１４０等に記憶しておき、かかる記憶装置１４０から読み出せばよい。また、近接効果等の寸法変動を補正するために照射量を調整する必要がある。近接効果補正計算は、従来の手法で実施すればよい。メッシュ位置（ビーム照射位置）毎の照射量データは、例えば照射量マップとして作成され、記憶装置１４２に格納される。このように、照射位置毎の照射量データは、異なる場合が多い。もちろん、同じ照射量である場合を排除するものではない。照射量の演算は、描画処理の進行に合わせてリアルタイムで、ストライプ領域毎に行うと好適である。例えば、描画中のストライプ領域の１〜２段先のストライプ領域の演算を行うと好適である。

個別ビーム照射時間（Ｔｋ）演算工程（Ｓ１１４）として、Ｔｋ演算部６０は、代表電流密度Ｊ_０を用いて演算されたマルチビームの各ビームの電流密度Ｊｋを用いて、マルチビームの各ビームの照射時間Ｔｋを演算する。各ビームの照射時間Ｔｋは、上述した式（１）で求めることができる。Ｔｋ演算部６０は、記憶装置１４２から照射量マップを読み出し、各ビームの照射時間Ｔｋの演算に用いればよい。メッシュ位置（ビーム照射位置）毎の照射時間の演算は、描画処理の進行に合わせてリアルタイムで、ストライプ領域毎に行うと好適である。例えば、描画中のストライプ領域の１〜２段先のストライプ領域の演算を行うと好適である。演算された各ビームの照射時間Ｔｋは、例えば照射時間Ｔマップとして作成され、記憶装置１４４に格納される。

描画工程（Ｓ１１６）として、まず、描画データ処理部５０は、後述するストライプ領域毎に、マルチビームが照射される照射位置の照射順序にそって、ショットデータを生成する。マルチビーム描画では、マルチビームで１度に照射できる照射領域内のすべての照射位置を１度に描画できるわけではない。照射領域の位置をずらしながら、マルチビームを用いてストライプ領域全体を順に描画していくことになる。そのため、マルチビーム全体での１ショット毎に、対応する各ビームの照射位置の照射時間Ｔｋのデータが順に並べられたショットデータが生成される。描画データ処理部５０は、記憶装置１４４から照射時間Ｔマップを読み出して、ショットデータを生成すればよい。そして、描画制御部６２からの制御信号に基づいて制御回路１２０が描画部１５０を制御駆動させる。描画部１５０は、ショットデータに沿って、それぞれ演算された各ビームの照射時間Ｔｋのマルチビームを用いて、試料１０１にパターンを描画する。制御回路１２０は、マルチビームの各ビームの照射時間Ｔｋの間、ビームＯＮの状態になるようにブランキングプレート２０４の対応する複数のブランカーを制御する。

図６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６（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６（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６（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６（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６（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、偏向器２０８によってすべてのビーム（マルチビーム）を一括して偏向しながら、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する。

ここで、描画装置１００は、試料１０１をＸＹステージ１０５上に載置して、ＸＹステージ１０５を連続移動させながら、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。

判定工程（Ｓ１１８）として、判定部６６は、１つのストライプ領域３２の描画が終了するごとに、試料１０１の描画領域３０全体の描画が終了したかどうかを判定する。描画領域３０全体の描画が終了している場合には、描画処理は終了となる。描画領域３０全体の描画が終了していない場合には、判定工程（Ｓ１２０）に進む。

判定工程（Ｓ１２０）として、判定部６８は、前回の代表ビームの電流測定を実施した時から、予め設定されたＬ個のストライプ領域３２の描画が終了したかどうかを判定する。Ｌ個のストライプ領域３２は、少なくとも１つのストライプ領域３２であればよい。Ｌ個のストライプ領域３２の描画が終了していない場合には、照射量演算工程（Ｓ１１２）に戻り、残っているストライプ領域３２内の各照射位置の照射量を演算する。そして、Ｌ個のストライプ領域３２の描画が終了するまで、照射量演算工程（Ｓ１１２）から判定工程（Ｓ１２０）までの各工程を繰り返す。なお、照射量演算工程（Ｓ１１２）は、描画が終了したストライプ領域３２の例えば、１〜２個のストライプ領域３２分を先行して演算しているため、描画が終了していない残りのストライプ領域があったとしても、既に照射量演算は終了している場合もあり得る。その場合には、照射量演算工程（Ｓ１１２）を省略して先に進めばよい。個別ビーム照射時間（Ｔｋ）演算工程（Ｓ１１４）についても同様である。また、予め設定されたＬ個のストライプ領域３２の描画が終了した場合には、代表ビーム電流（Ｉ_０）測定工程（Ｓ１０６）に戻る。そして、再度、Ｉ_０測定部５４は、設定された代表ビームの電流値Ｉ_０を測定する。そして、かかる最新の代表ビームの電流値Ｉ_０から代表電流密度Ｊ_０は演算し直される。そして、かかる最新の代表ビームの代表電流密度Ｊ_０から各ビームの電流密度Ｊｋが演算し直される。そして、かかる最新の各ビームの電流密度Ｊｋから各ビームの照射時間Ｔｋは、演算し直された最新の各ビームの電流密度Ｊｋを用いて演算される。

以上のように、試料１０１の描画領域３０は、複数のストライプ領域３２に仮想分割され、複数のストライプ領域３２のうち少なくとも１つの描画が終了するごとに、代表電流密度Ｊ_０は演算し直される。そして、代表電流密度Ｊ_０が演算し直された後、各ビームの照射時間は、演算し直された代表電流密度Ｊ_０を用いて演算された個別の電流密度Ｊｋを用いて演算される。平面型フォトカソード１０の量子効率の劣化速度は、１つのストライプ領域３２の描画だけでは、代表ビームの電流密度Ｊ_０を更新するほど進まないと考えられるので、複数のストライプ領域３２の描画ごとに代表ビームの電流密度Ｊ_０を更新すればよい。但し、１つのストライプ領域３２の描画ごとに代表ビームの電流密度Ｊ_０を更新する場合を排除するものではない。また、ストライプ領域３２単位で代表ビームの電流密度Ｊ_０を更新することで、ストライプ領域３２内を描画中に描画動作を停止させることはしないので、描画処理中のストライプ領域３２内のパターンの位置ずれを防止できる。

図７は、実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の一例を示す概念図である。図７において、照明装置２１２は、光源２１４と照明光学系２１６を有している。図７の例では、光源２１４から照射された照明光１６を照明光学系２１６で屈折させて平行光として平面型フォトカソード１０の裏面に略均一な強度分布で照射する。これにより、平面型フォトカソード１０からは、照明光１６の照射を受けた面とは反対側の面から略均一な電流密度の電子ビーム２００が放出される。

図８は、実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。図８において、照明装置２１２は、光源２１４と照明光学系２１６を有している。図８の例では、光源２１４から照射された照明光１６を照明光学系２１６で屈折させて平行光として平面型フォトカソード１０の表面に例えば斜め方向から略均一な強度分布で照射してもよい。これにより、平面型フォトカソード１０からは、照明光１６の照射を受けた面と同じ表面から略均一な電流密度の電子ビーム２００が放出される。

図９は、実施の形態１における平面型フォトカソードから放出される電子ビームの電流密度の一例を示す図である。図９に示すように、平面型フォトカソード１０から放出される電子ビームの電流密度分布は略均一にできる。そのため、アパーチャ部材２０３には略均一な電流密度分布の電子ビームを照射できる。

図１０は、実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。図１０において、照明装置２１２は、光源２１４（レーザ光源）と光ファイバー２１８を有している。図１０（ａ）の例では、光源２１４から照射された照明光１６を光ファイバー２１８で伝搬して平面型フォトカソード１０の裏面に照射する。光ファイバー２１８で伝搬することで、図１０（ｂ）に示すように、照明光１６のレーザ強度分布を略均一にできる。これにより、平面型フォトカソード１０からは、照明光１６の照射を受けた面とは反対側の面から略均一な電流密度の電子ビーム２００が放出される。

図１１は、実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。図１１において、照明装置２１２は、光源２１４（レーザ光源）と光ファイバー２１８を有している。図１１（ａ）の例では、光源２１４から照射された照明光１６を光ファイバー２１８で伝搬して平面型フォトカソード１０の表面に例えば斜め方向から照射する。光ファイバー２１８で伝搬することで、図１０（ｂ）と同様、図１１（ｂ）に示すように、照明光１６のレーザ強度分布を略均一にできる。これにより、平面型フォトカソード１０からは、照明光１６の照射を受けた面と同じ表面から略均一な電流密度の電子ビーム２００が放出される。

図１２は、実施の形態１における照明装置の設置構成の一例を示す図である。図１の例では、電子鏡筒１０２内に照明装置２１２を配置する場合について示したがこれに限るものではない。電子鏡筒１０２外に光源２１４を配置してもよい。光ファイバー２１８を用いることで照明光１６の伝搬経路の自由度を高めることができ、電子鏡筒１０２外に光源２１４を配置しやすくできる。なお、電子鏡筒１０２外に光源２１４を配置して、照明光学系２１６の配置位置を調整することで電子鏡筒１０２内の平面型フォトカソード１０に照明光１６を照射するようにしても構わない。

図１３は、実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。図１３（ａ）において、照明装置２１２は、ＬＥＤ（発光ダイオード、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源３１４と照明光学系２１６を有している。図１３（ａ）の例では、ＬＥＤ光源３１４から照射された照明光１８を照明光学系２１６で屈折させて平行光として平面型フォトカソード１０の裏面に略均一な強度分布で照射する。ＬＥＤ光源３１４から照明光１８を照射することによって、図１３（ｂ）に示すように、照明光１８のＬＥＤ光強度分布を広い範囲で略均一にできる。よって、かかるＬＥＤ光強度分布が略均一な範囲のＬＥＤ光を平面型フォトカソード１０に照射すればよい。これにより、平面型フォトカソード１０からは、照明光１８の照射を受けた面とは反対側の面から略均一な電流密度の電子ビーム２００が放出される。

図１４は、実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。図１４（ａ）において、照明装置２１２は、ＬＥＤ光源３１４と照明光学系２１６を有している。図１４（ａ）の例では、ＬＥＤ光源３１４から照射された照明光１６を照明光学系２１６で屈折させて平行光として平面型フォトカソード１０の表面に例えば斜め方向から略均一な強度分布で照射してもよい。ＬＥＤ光源３１４から照明光１８を照射することによって、図１３（ｂ）と同様、図１４（ｂ）に示すように、照明光１８のＬＥＤ光強度分布を広い範囲で略均一にできる。よって、かかるＬＥＤ光強度分布が略均一な範囲のＬＥＤ光を平面型フォトカソード１０に照射すればよい。これにより、平面型フォトカソード１０からは、照明光１８の照射を受けた面と同じ表面から略均一な電流密度の電子ビーム２００が放出される。

図１５は、実施の形態１における照明装置と平面型フォトカソードとの構成の他の一例を示す概念図である。図１５において、照明装置２１２は、光源２１４と照明光学系３１６とスリット３１８とを有している。平面型フォトカソード１０から面均一な電流密度を得るためには、いかに照明光１６の光強度の均一性を高くするかにかかっている。それには、例えば、光強度がガウス分布になる光源２１４からの光１５を照明光学系３１６で屈折させてできるだけ広げ、光１５のうち、ガウス分布の中心付近の光強度が均一な部分の光を平面型フォトカソード１０のできるだけ直近の位置にてスリット３１８で切り取ることが望ましい。言い換えれば、スリット３１８でガウス分布の中心付近の光強度が均一な部分以外の光をカットすることが望ましい。そして、スリット３１８を通過したガウス分布の中心付近の光強度が均一な部分の光を照明光１６として平面型フォトカソード１０に照射すると好適である。これにより、照明装置２１２は、光強度分布が略均一な照明光を生成できる。なお、カットする光が少ないほど効率が良いので、光源２１４の出力がより光強度が均一であることが望ましい。よって、光源２１４として、上述した光ファイバー２１８やＬＥＤ光源３１４を用いるとなお良い。

図１６は、実施の形態１の比較例におけるカソードの蒸発に伴う電流密度分布の変化を説明するための図である。ここでは、実施の形態１の比較例として、熱放出型電子銃のカソード劣化を説明する。図１６（ａ）において、カソード劣化前の状態では、カソード（陰極）から放出された電子ビームは、クロスオーバーを形成した後、広がっていき、照明レンズ（コリメータレンズ）によってほぼ垂直なビームに屈折させられ、マスク（試料）面側へと進む。時間の経過によって、カソードが蒸発（劣化）してくると、カソードの放出面の面積が狭くなる。しかし、ウェネルト電圧は変化していないので、電流密度が高くなる。そのため、クロスオーバー後のビームの広がりも小さいものとなる。図１６（ｂ）では、カソード劣化前後の各状態での電流密度分布を示している。カソード劣化前の状態に比べ、カソードが蒸発（劣化）してくると、上述したようにビームの広がりが小さくなり、電流密度分布のピーク値が高くなる。このように、カソード劣化前後では、電流密度分布の形状が大きく変化する。これに対して、実施の形態１では、時間の経過した場合でも電流密度分布が位置に依存せずに略均一な電子ビームを放出することができる平面型フォトカソード１０を用いることで、電流密度分布を略一様に維持できる。よって、電流測定するビーム本数を大幅に少なくでき、スループットを向上させることができる。

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、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。

１０ 平面型フォトカソード
１２ ウェネルト
１４ アノード
２０ マルチビーム
２２，２３ 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 描画データ処理部
５２ 照射量演算部
５４ Ｉ_０測定部
５６ Ｊ_０演算部
５８ Ｊｋ演算部
６０ Ｔｋ演算部
６２ 描画制御部
６４ 設定部
６６，６８ 判定部
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
１１２ メモリ
１２０ 制御回路
１３０ 電子銃電源回路
１３２ アンプ
１４０，１４２，１４４ 記憶装置
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
２０８ 偏向器
２１２ 照明装置
２１４ 光源
２１６，３１６ 照明光学系
２１８ 光ファイバー
３１４ ＬＥＤ光源
３１８ スリット

Claims (5)

1. 平面型フォトカソードを有する電子銃から放出された電子ビームの一部がそれぞれ複数の開口部を通過することによって形成されたマルチビームのうち、少なくとも１つの代表ビームの電流値を測定する工程と、
   測定された少なくとも１つの代表ビームの電流値を用いて、前記マルチビームを代表する代表電流密度を演算する工程と、
   前記代表電流密度を用いて、前記マルチビームの各ビームの電流密度を演算する工程と、
   前記代表電流密度を用いて演算された各ビームの電流密度を用いて、前記マルチビームの照射時間を演算する工程と、
   それぞれ演算された各ビームの照射時間のマルチビームを用いて、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マルチビーム描画方法。
2. 前記代表電流密度を用いてマルチビームの各ビームの電流密度を演算する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のマルチビーム描画方法。
3. 前記試料の描画領域は、複数のストライプ領域に仮想分割され、
   前記複数のストライプ領域のうち少なくとも１つの描画が終了するごとに、前記代表電流密度は演算し直され、
   前記代表電流密度が演算し直された後、各ビームの照射時間は、演算し直された前記代表電流密度を用いて演算された各ビームの電流密度を用いて演算されることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチビーム描画方法。
4. 前記少なくとも１つの代表ビームとして、前記マルチビームの中心部のビームと端部のビームとを用いることを特徴とする請求項１から３記載のマルチビーム描画方法。
5. 光強度分布が略均一な照明光を生成する照明装置と、
   前記照明光の照射によって電子ビームを放出する平面型フォトカソードを有する電子銃と、
   複数の開口部が形成され、前記複数の開口部全体が含まれる領域に前記電子ビームの照射を受け、前記複数の開口部を前記電子ビームの一部がそれぞれ通過することによりマルチビームを形成するアパーチャプレートと、
   前記複数の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複数のブランカーが配置されたブランキングプレートと、
   制限開口部が形成され、前記マルチビームのうち前記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前記制限開口部から外れた位置にて遮蔽し、ビームＯＮの状態になる各ビームを前記制限開口部から通過させるブランキングアパーチャ部材と、
   前記平面型フォトカソードを有する電子銃から放出された電子ビームの一部がそれぞれ複数の開口部を通過することによって形成されたマルチビームのうち、少なくとも１つの代表ビームの電流値を用いて、前記マルチビームを代表する代表電流密度を演算する代表電流密度演算部と、
   前記代表電流密度を用いて、前記マルチビームの各ビームの電流密度を演算する個別電流密度演算部と、
   前記代表電流密度を用いて演算された各ビームの電流密度を用いて、前記マルチビームの照射時間を演算する照射時間演算部と、
   演算された前記マルチビームの各ビームの照射時間の間、ビームＯＮの状態になるように前記複数のブランカーを制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とするマルチビーム描画装置。

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