JP2016134555A - マルチビームの電流量測定方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチビーム方式の電子ビームの電流量を高精度、かつ、正確に、併せて、簡易な装置構成をもって測定することのできるマルチビームの電流量測定方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供する。【解決手段】荷電粒子ビーム２００を照射するステップと、アパーチャ部材４３のアパーチャホール４３Ａを通過したマルチビーム２０の入力を受けて、微少電流測定部７においてマルチビーム２０の入力信号を増幅するステップと、デジタイザ８において微少電流測定部７により測定された入力信号を受けて、アパーチャホール４３Ａごとのマルチビーム２０の電子数を計数するステップと、計数された電子数と電荷素量との積により、マルチビーム２０の電流量を算出するステップと、補正部３１ｃにおいて、算出された電流量を基にアパーチャホール４３Ａごとのマルチビーム２０の照射時間を補正するステップとを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、マルチビームの電流量測定方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置に関する。

半導体デバイスに所望の回路パターンを形成するために、リソグラフィー技術が用いられる。リソグラフィー技術では、レチクル（マスクともいう。以下、「レチクル」と総称する）と称される原画パターンを使用したパターンの転写が行われる。この際、高精度なレチクルを製造するために、優れた解像度を備える電子ビーム（電子線）描画技術が用いられる。

この電子ビーム（電子線）描画技術として、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レチクルに照射できるので、レチクルの製造に関する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アパーチャ部材に通してマルチビームを形成する。形成されたマルチビームは、各々、ブランキング制御され、遮蔽されなかったマルチビームが光学系で縮小され、偏向器で偏向された上で試料上の所望の位置へと照射される。

描画精度を確保するためには、電子ビームの電流量を適切に校正（補正）することが必要である。例えば、シングルビーム方式、特に可変成形方式では、ショットサイズがショット毎に変化するため、電子ビームの電流密度が均一になるように調整されればよい。一方、マルチビーム方式では、シングルビーム方式とは異なり、可変成形せずに個々の電子ビームのショットサイズは同じサイズで固定されている。そのため、個々の電子ビームの電流量が一定になるように調整が必要となる。

また、シングルビーム方式では、電子銃から出た電子ビームのうちショットとして切り出す領域が小さいので、この領域内をほぼ一様の電流密度とすることが可能である。しかしマルチビーム方式では広い領域から多数のビーム群を切り出すので、各電流の電流密度の一様性を実現することが難しい。このためマルチビーム個々の電流量のばらつきに応じて照射時間を補正する必要がある。

電子ビームの電流量の測定を行う場合、上述したシングルビーム方式、或いは、マルチビーム方式、いずれの場合もファラデーカップを利用して測定する（以下の特許文献１参照）。

特開２０１３−１９７４６８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている内容では、以下の点について考慮されていない。

すなわち、電子ビームの電流量を測定する際、特にマルチビーム方式の場合は電子ビームの本数が膨大な数となることから、測定の対象となる各電子ビームの電流量は非常に微少にならざるを得ない。つまり、マルチビーム方式の場合は、アパーチャ部材に形成される各アパーチャホールを通過した電子ビームの電流量は、例えば、２ｐＡ程度である。そして電子ビームをファラデーカップで受けた後、電子ビームの電流量を測定する。

ここで測定された電流量に対して求められる精度が、例えば設定に対して０．１％程度であることを考慮すると、少なくとも入力される電子ビームの０．１％、すなわち２ｆＡの分解能を備える微少電流計が必要とされる。

しかしながら、微少電流計を使用するとしても、分解能が２ｆＡとすると、測定時のノイズが大きく、有効な測定を行うことが困難である。

また、微少電流の測定が難しいということで、例えば、シリコンフォトダイオード等に電子ビームを直接照射させて電流を増幅して測定することも考えられる。

但し、測定を続けるに従って増幅率が劣化することやどうしても測定系ごとの分解能等の個体差が生じ、これらを完全に解消することはできない。従って、微少な電子ビームの電流量の絶対値を、例えば、ｆＡオーダーの分解能で正確に測定することは困難である。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、マルチビーム方式の電子ビームの電流量を高精度、かつ、正確に、併せて、簡易な装置構成をもって測定することのできるマルチビームの電流量測定方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。

本発明の実施の形態に係る特徴は、マルチビームの電流量測定方法において、荷電粒子ビームを照射するステップと、荷電粒子ビームの照射によりマルチビームを形成する複数のアパーチャホールを備えるアパーチャ部材のアパーチャホールを通過したマルチビームの入力を受けて、微少電流測定部においてマルチビームの入力信号を増幅するステップと、デジタイザにおいて微少電流測定部により測定された入力信号を受けて、アパーチャホールごとのマルチビームの電子数を計数するステップと、計数されたマルチビームの電子数と電荷素量との積により、アパーチャホールを通過したマルチビームの電流量を算出するステップと、補正部において、算出された電流量を基にアパーチャホールごとのマルチビームの照射時間を補正するステップとを備える。

また、マルチビームの電流量測定方法において、マルチビームの電子数を計数するステップは、波高値に対する基準値が予め設けられており、波高値が基準値を含む閾値の範囲内にある場合に、マルチビームの電子数を１個と計数することが望ましい。

また、マルチビームの電流量測定方法において、マルチビームの入力信号を増幅するステップの後に、入力信号を電圧信号に変換した後さらに増幅するステップを備えることが望ましい。

また、マルチビームの電流量測定方法において、マルチビームの電子数を計数するステップは、アパーチャホールごとに行われることが望ましい。

さらに、本発明の実施の形態に係る特徴は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置において、荷電粒子ビームの照射によりマルチビームを形成する複数のアパーチャホールを備えるアパーチャ部材のアパーチャホールを通過したマルチビームの入力を受けて、マルチビームの入力信号を増幅する微少電流測定部と、微少電流測定部により測定された入力信号を受けてアパーチャホールごとのマルチビームの電子数を計数するとともに、計数されたマルチビームの電子数と電荷素量との積により、アパーチャホールを通過したマルチビームの電流量を算出するデジタイザと、算出された電流量を基に、アパーチャホールごとのマルチビームの照射時間を補正する補正部とを備える。

また、マルチ荷電粒子ビーム描画装置において、マルチビームの電子数の計数は、波高値に対する基準値が予め設けられており、波高値が前記基準値を含む閾値の範囲内にある場合に、マルチビームの電子数を１個と計数することが望ましい。

また、マルチ荷電粒子ビーム描画装置において、微少電流測定部は、入力信号を電圧信号に変換する変換器を備えることが望ましい。

本発明によれば、マルチビーム方式の電子ビームの電流量を高精度、かつ、正確に、併せて、簡易な装置構成をもって測定することのできるマルチビームの電流量測定方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供することができる。

本発明の実施の形態におけるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるアパーチャ部材の構成を示す概念図である。 本発明の実施の形態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。 本発明の実施の形態におけるマルチビームの電流量を測定する流れについて示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるマルチビームの電流量を測定する構成、特に微少電流測定部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における波高値とマルチビームの１個の電子数との関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態における波高値とマルチビームの１個の電子数との関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるマルチ荷電粒子ビーム描画装置１の全体構成を示すブロック図である。なお、以下の実施の形態においては、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、マルチ荷電粒子ビームは電子ビームに限られるものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームであっても良い。

マルチ荷電粒子ビーム描画装置１は、試料に所定のパターンを描画する装置であり、特にマルチ荷電粒子ビームを利用する描画装置の一例である。図１に示すように、マルチ荷電粒子ビーム描画装置１は、大きく描画部２と制御部３を備えている。

描画部２は、電子鏡筒４と描画室６を備えている。電子鏡筒４内には、電子銃４１と、この電子銃４１から照射される電子ビームの光路に沿って、照明レンズ４２と、アパーチャ部材４３と、ブランキングプレート４４と、縮小レンズ４５と、第１の偏向器４６と、制限アパーチャ部材４７と、対物レンズ４８と、第２の偏向器４９とが順に配置されている。アパーチャ部材４３とブランキングプレート４４の構成については、後述する。

制限アパーチャ部材４７の上には、マルチ荷電粒子ビームの電流量を測定するための微少電流測定部７を構成する電子検出部７ａが設けられている。この位置に電子検出部７ａが設けられることによって、設置場所が後述するＸＹステージ６１上ではないので、描画処理に悪影響を与えることがない。なお、微少電流測定部７は、電子検出部７ａと到達電子数検出部７ｂとから構成されるが、その内部構成や各部の機能については、後述する。

このように本発明の実施の形態においては、制限アパーチャ部材４７の制限開口とは異なる位置の制限アパーチャ部材４７上に電子検出部７ａが載置されているが、これに限るものではない。制限アパーチャ部材４７の制限開口とは異なる位置に別の開口が設けられ、掛かる開口下に電子検出部７ａが配置されても良い。

また、図１においては、電子検出部７ａはこの位置に設けられているが、例えば、次に説明するＸＹステージ６１上、例えば、レチクルの配置（載置）場所から離れた位置に設けられていても良い。この位置であれば、描画と同じ条件で測定することができる。

描画室６の中には、ＸＹステージ６１が配置される。ＸＹステージ６１上には、描画時には描画対象となるレチクル等の試料６２が配置される。試料６２には、半導体装置を製造する際の露光用レチクル、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６２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。

第１の偏向器４６、第２の偏向器４９は、例えば、４極、或いは、８極等の複数の電極によって構成される。図１では、第１の偏向器４６、第２の偏向器４９、それぞれの偏向器ごとに１つのＤＡＣアンプしか記載していないが、各電極にそれぞれ少なくとも１つのＤＡＣアンプが接続される。なお、ＤＡＣアンプにいう「ＤＡＣ」は、「Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」の頭文字である。

制御部３は、制御計算機３１と、偏向制御部３２と、ブランキングアンプ３３と、偏向アンプ（ＤＡＣアンプ）３４，３５と、ステージ位置検出器３６と、メモリ３７と、磁気ディスク装置等の記憶装置３８と、及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置１と外部とを接続するための外部インターフェイス（Ｉ／Ｆ）回路３９とを備えている。

さらに、微少電流測定部７において測定されたマルチビームの到達電子数を計数するデジタイザ８を備えている。なお、デジタイザ８の機能、働きについては、後述する。

制御計算機３１、偏向制御部３２、ステージ位置検出器３６、メモリ３７、記憶装置３８、外部Ｉ／Ｆ回路３９、及びデジタイザ８は、図示しないバスを介して互いに接続されている。また、偏向制御部３２、ブランキングアンプ３３、ＤＡＣアンプ３４，３５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３１内には、判断部３１ａと、比較部３１ｂと、補正部３１ｃと、設定部３１ｄの各部が設けられている。判断部３１ａと、比較部３１ｂと、補正部３１ｃと、設定部３１ｄは、プログラムといったソフトウェアで構成されても良く、ハードウェアで構成されても良い。また、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせで構成されても良い。これら各部が、上述したようにソフトウェアを含んで構成される場合、制御計算機３１に入力される入力データ、或いは、演算された結果は、都度メモリ３７に記憶される。

ブランキングアンプ３３は、ブランキングプレート４４に接続される。また、ＤＡＣアンプ３４は、第１の偏向器４６に接続される。ＤＡＣアンプ３５は、第２の偏向器４９に接続される。ブランキングアンプ３３、ＤＡＣアンプ３４，３５に対しては、偏向制御部３２から、それぞれ独立した制御用のデジタル信号が出力される。

デジタル信号が入力されたブランキングアンプ３３、ＤＡＣアンプ３４，３５は、それぞれのデジタル信号をアナログ電圧信号に変換し、増幅させて偏向電圧として接続された各偏向器に出力する。このようにして、各偏向器には、それぞれ接続されるＤＡＣアンプから偏向電圧が印加される。かかる偏向電圧によって電子ビームが偏向させられる。

なお、マルチ荷電粒子ビーム描画装置１には、上述したように電子ビームを取り囲むように第１の偏向器４６、第２の偏向器４９が４極、或いは、８極設けられており、電子ビームを挟んで各々一対（４極の場合は２対、８極の場合は４対）配置されている。そして第１の偏向器４６、第２の偏向器４９ごとにそれぞれＤＡＣアンプが接続されている。但し、図１には第１の偏向器４６、第２の偏向器４９に接続されているＤＡＣアンプそれぞれ１つずつのみを示し、その他のＤＡＣアンプを示していない。

ステージ位置検出器３６は、ステージ６１と制御計算機３１とに接続し、ステージ６１の動きを検出している。

記憶装置３８には、描画データが外部から入力され、格納されている。また、マルチビームの適切な電流量が記憶されている。

なお、図１に示す本発明の実施の形態におけるマルチ荷電粒子ビーム描画装置１には、本発明の実施の形態を説明する上で必要な構成のみを示している。従って、その他の構成、例えば、各レンズを制御する制御回路等が付加されていても良い。

図２は、本発明の実施の形態におけるアパーチャ部材４３の構成を示す概念図である。図２において、アパーチャ部材４３には、縦（ｙ方向）ａ列■横（ｘ方向）ｂ列（ａ，ｂ≧２）のアパーチャホール４３Ａ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では、例えば、５１２×１０列のアパーチャホール４３Ａが形成される。各アパーチャホール４３Ａは、共に同じ寸法形状の矩形に形成される。ここでは、ｙ方向の各列について、ｘ方向に１０個のアパーチャホール４３Ａがそれぞれ形成される例が示されている。なお、アパーチャホール４３Ａとして矩形ではなく、例えば、円形であっても構わない。

アパーチャホール４３Ａ全体に電子ビームが照射され、複数のアパーチャホール４３Ａ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。なお、図１に示す本発明の実施の形態におけるマルチ荷電粒子ビーム描画装置１においては、図示の都合上、電子ビーム２００が通過して形成されたマルチビーム２０を５つのみ（マルチビーム２０ａないし２０ｅ）示している。

ここでは、縦横（ｙ，ｘ方向）が共に２列以上のアパーチャホール４３Ａ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（ｙ，ｘ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、アパーチャホール４３Ａの配列の仕方は、図２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。例えば、縦方向（ｙ方向）１段目の列と、２段目の列のアパーチャホール同士が、横方向（ｘ方向）にある特定の寸法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段目の列のアパーチャホール同士が、横方向（ｘ方向）にある特定の寸法だけずれて配置されてもよい。

図３は、本発明の実施の形態におけるブランキングプレート４４の構成を示す概念図である。ブランキングプレート４４には、アパーチャ部材４３の各アパーチャホール４３Ａの配置位置に合わせて通過孔が形成されている。そして、これら各通過孔には、対となる２つの電極２４，２６の組（ブランカー）が、それぞれ配置される。図３においては、図示の都合上、３組の電極２４ａ，２６ａないし電極２４ｃ，２６ｃのみを示している。

各通過孔を通過するマルチビーム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、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４３の複数のアパーチャホール４３Ａを通過したマルチビーム２０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。

マルチ荷電粒子ビーム描画装置１は、以下のように動作して対象へ描画を行う。電子銃４１から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ４２によりほぼ垂直にアパーチャ部材４３全体を照明する。アパーチャ部材４３には、上述したように、矩形の複数のアパーチャホール４３Ａが形成され、電子ビーム２００は、すべての複数のアパーチャホール４３Ａが含まれる領域を照明する。

複数のアパーチャホール４３Ａの位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、係るアパーチャ部材４３の複数のアパーチャホール４３Ａ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ないし２０ｅが形成される。これらのマルチビーム２０ａ〜２０ｅは、ブランキングプレート４４のそれぞれ対応するブランカー（電極２４，２６）内を通過する。これらブランカーは、それぞれ、個別に通過するマルチビーム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４４を通過したマルチビーム２０ａ〜２０ｅは、縮小レンズ４５によって、縮小され、制限アパーチャ部材４７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４４のブランカーによって偏向されたマルチビーム２０は、制限アパーチャ部材４７の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材４７によって遮蔽される。

一方、ブランキングプレート４４のブランカーによって偏向されなかったマルチビーム２０は、制限アパーチャ部材４７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、マルチビーム２０のＯＮ／ＯＦＦが制御される。

このように、制限アパーチャ部材４７は、複数のブランカーによってマルチビーム２０が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、マルチビーム２０がＯＮになってからＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ部材４７を通過したマルチビーム２０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４７を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ４８により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となり、第２の偏向器４９によって、制限アパーチャ部材４７を通過した各ビーム（マルチビーム２０全体）が同方向にまとめて偏向され、各ビームの試料６２上のそれぞれの照射位置に照射される。

また、例えばＸＹステージ６１が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ６１の移動に追従するように第２の偏向器４９によって制御される。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的にはアパーチャ部材４３の複数のアパーチャホール４３Ａの配列ピッチに上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。

マルチ荷電粒子ビーム描画装置１は、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う。そして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。

次に、マルチビーム２０の電流量を測定する流れについて説明する。図４は、本発明の実施の形態におけるマルチビーム２０の電流量を測定する流れについて示すフローチャートである。

まず、制御計算機３１内の判断部３１ａが、マルチビーム２０の電流量を測定する処理を開始するか否かを確認する（ＳＴ１）。マルチビーム２０の電流量の測定処理は、例えば、マルチ荷電粒子ビーム描画装置１が描画を開始する前に行うことができる。この場合、例えば、その後に行われる描画処理と同じ条件で行うことによって、ホールの形状のバラツキやブランキングの特性、レンズの歪み等を実際の描画処理に反映させることができる。または描画処理が終了し、描画対象であるレチクルが搬送され、次の描画処理が開始される前に測定処理を行うこととしても良く、任意にその処理開始のタイミングを設定することができる。

未だマルチビーム２０の電流量を測定する処理を行うことができない状態の場合には、測定処理開始のタイミングまで待機となる（ＳＴ１のＮＯ）。

一方、測定処理が開始可能な場合には（ＳＴ１のＹＥＳ）、電子銃４１から電子ビーム２００を照射するよう、判断部３１ａから電子銃４１に対して指示される（ＳＴ２）。

照射された電子ビーム２００がアパーチャ部材４３に形成されているアパーチャホール４３Ａを通過し、偏向制御部３２から指示に基づいてブランキングアンプ３３に制御用のデジタル信号を入力され、当該信号に基づいてブランキングプレート４４がアパーチャホール４３Ａを通過したマルチビーム２０を偏向する。偏向されたマルチビーム２０は、微少電流測定部７に入力される（ＳＴ３）。

マルチビーム２０が入力される微少電流測定部７は、以下の構成を採用している。図５は、本発明の実施の形態におけるマルチビーム２０の電流量を測定する構成、特に微少電流測定部７の内部構成を示すブロック図である。

図５においては、上部にアパーチャ部材４３が示されており、その下部に微少電流測定部７の内部構成が示されている。図５に示すアパーチャ部材４３には、上述したように矩形のアパーチャホール４３Ａが複数形成されている。また、これらアパーチャホール４３Ａの１つを通過するマルチビーム２０を矢印で示している。なお、ここでは、例えば、ブランキングプレート４４等、アパーチャ部材４３と微少電流測定部７との間に設けられている各部の図示を省略している。

微少電流測定部７は、電子鏡筒４の内部に配置されるシンチレータ７１及び光電子倍増管（ＰＭＴ：photomultiplier tube）７２からなる電子検出部７ａと、電子鏡筒４の外部に配置されるＩＶアンプ７３及び波形整形器７４からなる到達電子数検出部７ｂとから構成される。

なお、図５においては、当該電子鏡筒４の内部に電子検出部７ａ（シンチレータ７１及び光電子倍増管７２）が設けられている状態を、電子鏡筒４を破線で示すことにより表わしている。到達電子数検出部７ｂは、電子鏡筒４の外部に配置されていることから、破線の外側に示されている。一方、図５においては、微少電流測定部７を一点鎖線で示している。微少電流測定部７は、電子検出部７ａ及び到達電子数検出部７ｂから構成されていることから、電子検出部７ａ及び到達電子数検出部７ｂのいずれもが一点鎖線で囲まれている。

シンチレータ７１と、光電子倍増管７２は、電子検出部７ａに入力したマルチビーム２０を検出する。すなわち、照射されたマルチビーム２０の光エネルギーを電気エネルギーとして変換するとともに、変換された電気エネルギーを増幅する（ＳＴ４）。

なお、図５に示す構成では、上述したシンチレータ７１と、光電子倍増管７２を利用して電気エネルギーへの変換、増幅を行っているが、例えば、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ：micro-channel plate）やシリコンフォトダイオードなどを利用しても良い。

微少電流測定部７（電子検出部７ａ）に入力されたマルチビーム２０は、電気エネルギー（電気信号）へと変換および増幅されて、次に到達電子数検出部７ｂを構成するＩＶアンプ７３に入力される。到達電子数検出部７ｂでは、電気信号へと変換、増幅されたマルチビーム２０から微少電流測定部７に到達した電子数を検出するための前処理を行う。まずＩＶアンプ７３では入力された電気信号を電圧信号へと変換し、さらに増幅する（ＳＴ５）。ここで電流信号（電流波形）を電圧信号（電圧波形）へと変換するのは、電圧波形の利用が後述するようにデジタイザ８においてマルチビーム２０の電子数を計数するのに適しているからである。

その後ＩＶアンプ７３から出力された電圧波形を波形整形器７４で整形し、デジタイザ８へと出力される（ＳＴ６）。

このように微少電流測定部７から出力された電圧波形は、デジタイザ８へ入力され、デジタイザ８にて当該電圧波形を利用して照射されたマルチビーム２０の電子数の計数が行われる。具体的な計数の方法は以下の通りである。

図６は、本発明の実施の形態における波高値とマルチビームの１個の電子数との関係を示す説明図である。デジタイザ８に入力される電圧波形は、離散データである。そこで本発明の実施の形態においては、電圧波形の波高値に関して、まず基準値Ｖｏを設定する。その上で、基準値Ｖｏの＋Ａ％、−Ｂ％の範囲を閾値として設定する。この基準値Ｖｏを含む、＋Ａ％から−Ｂ％の間に含まれる波高値の値をマルチビーム２０の電子数１個と規定する。

なお、ここで「＋Ａ％」、或いは、「−Ｂ％」については任意に設定することが可能である。

図６では、波高値を３本の棒グラフで表わしている。中央の棒グラフが基準値Ｖｏを示している。この基準値Ｖｏとして設定される波高値が微少電流測定部７に入力されるマルチビーム２０の１個の電子数を示す。但し、この基準値Ｖｏのみの設定では、電圧波形に変換されたマルチビーム２０の電子数を正確に測定することはできないことから上下ある範囲を有する閾値を設定する。

図６の右側の棒グラフは、基準値Ｖｏから＋Ａ％の範囲にある波高値を示している。一方、左側の棒グラフは、基準値Ｖｏから−Ｂ％の範囲にある波高値を示している。このように基準値Ｖｏを含む＋Ａ％、−Ｂ％の範囲内に含まれる波高値を１個の電子数と計数することで、より確実にその電子数を把握することができる。従って、＋Ａ％、−Ｂ％の範囲内に含まれる波高値は、電子の数を１個と見なす、許容誤差範囲内に含まれる値であると言える。

すなわち、基準値Ｖｏの波高値を示す電圧波形を基本波形とし、波高値（基準値Ｖｏ）と時間ｔｏとの積によりマルチビーム２０の電子数を計数する。つまり、波高値の基準を示す基準値Ｖｏに時間１ｔｏを乗じた値（Ｖｏ×ｔｏ）が、電子数１、となる。そして、時間ｔｏは整数倍となることから、電子数の計数はデジタル処理されることになる。

なお、ここでの電子数の測定時間は予め単位時間として設定されているが、この設定されている単位時間当たりの電子数を１秒当たりの電子数として、最終的に電流量を算出する際に用いる電子数Ｎとする。

また測定を行う際の単位時間を予め設定しておけば、例えば各アパーチャホール４３Ａの電子数を測定するのに長い時間を掛ける必要がなくなるためより迅速に測定を行うことができる。

次に、電圧波形が重複した場合のマルチビーム２０の電子数の計数について説明する。図７は、本発明の実施の形態における波高値とマルチビームの１個の電子数との関係を示す説明図である。

図７に示す説明図において、右向きの直線は時間軸を示している。従って、右に進むほど時間が経過する、すなわち、時間ｔｏが１ｔｏ、２ｔｏと進むことになる。また、大きく左側の１ｔｏ、２ｔｏにおいて示される波高値と、右側の１ｔｏ、２ｔｏ、３ｔｏにおいて示される波高値とは、それぞれ異なる電圧波形の重複の態様を示している。

電圧波形が重複した場合、電子数をいくつと計数するかは全体の電子数に大きな影響を与える。電圧波形が重複する場合としては、例えば、図７の左側、基準値Ｖｏの棒グラフの上に基準値Ｖｏと同じ幅で斜線の棒グラフが重ねて示されているように、基準値Ｖｏの波高値を示す電圧波形が高さ方向に重複する場合が考えられる。

また、例えば、図７の右側、基準値Ｖｏの棒グラフの上に基準値Ｖｏよりも細い幅で斜線の棒グラフが重ねられているとともに、基準値Ｖｏの棒グラフの右側に基準値Ｖｏよりも細い幅で斜線の棒グラフが重ねられている例が考えられる。この場合は、基本波形が時間軸方向にずれて重複している場合を示している。

これらの場合、波形が重複した時間をｔｄと表わすと、求める電子数は次の式で表わすことができる。

この数式（１）を展開すると、２（Ｖｏ×ｔｏ）となる。そこで、電圧波形の重複が生じた場合には、デジタイザ８では、電子数を２個として計数する。

また、デジタイザ８においては、アパーチャ部材４３に形成されているアパーチャホール４３Ａごとに通過したマルチビーム２０の電子数をそれぞれ計数する（ＳＴ７）。この後の処理によって、電流値が算出され、当該算出された電流値を基に電子ビーム２００の照射時間の補正を行うことになるが、この照射時間の補正は、アパーチャホール４３Ａごとに行われる。そのため、計数される電子数もアパーチャホール４３Ａごととなる。

デジタイザ８においては、さらに、計数されたアパーチャホール４３Ａごとの電子数を基にそれぞれのアパーチャホール４３Ａごとの電流値を算出する（ＳＴ８）。具体的には、以下の式に電子数を当てはめることで電流値を算出する。

つまり、１秒間に計数される電子数Ｎ個に電荷素量の値を乗算することで、アパーチャホール４３Ａごとの電流値Ｉ（Ａ）が算出される。

なお、本発明の実施の形態においては、デジタイザ８において電子数Ｎの計数と電流値Ｉの算出までを行うこととしている。但し、例えば、デジタイザ８においては、電子数Ｎの計数のみを行い、電流値Ｉの算出は制御計算機３１内において行うこととしても良い。

算出された電流値Ｉは、デジタイザ８から制御計算機３１に出力される。制御計算機３１では、その比較部３１ｂにおいて算出された電流値を基準となる電流値と比較する（ＳＴ９）。ここで基準となる電流値は、例えば、メモリ３７、記憶装置３８に記憶されている。また、基準となる電流値として設定部３１ｄを介して所定の電流値が予め設定されていても良く、或いは、アパーチャホール４３Ａごとの電流値を一定にするという観点から、いずれかのアパーチャホール４３Ａの電流値を基準となる電流値として採用することも可能である。

比較部３１ｂにおける比較結果は、判断部３１ａに送られ、判断部３１ａにおいて算出された電流値が基準となる電流値との間でずれを有しているか否かが判断される（ＳＴ１０）。ここで「ずれ」については、算出された電流値と基準となる電流値との差異を示す値が所定の値以上、或いは、所定の値以下をずれと判断すること、または、ある範囲の値を設定しておき、当該範囲を超えた場合にずれと判断すること等、設定部３１ｄを介して任意に設定することができる。

判断の結果、ずれがある場合には（ＳＴ１０のＹＥＳ）、判断部３１ａは、対象となるアパーチャホール４３Ａに対する電子ビームの照射時間の補正を補正部３１ｃに指示する。補正部３１ｃでは、判断部３１ａからの指示に基づいて、アパーチャホール４３Ａごとの算出された電流量に基づいて、当該電流量が適切な値となるように、電子ビーム２００の照射時間を補正する（ＳＴ１１）。照射時間の補正は、例えば、以下のように算出される。

すなわち、アパーチャホール４３Ａの位置（座標）を縦ａ、横ｂで表わすとすると、座標（ａ，ｂ）で表わされるアパーチャホール４３Ａの照射時間（ブランキングオフ時間）Ｔは、Ｔａｂ＝Ｆ（Ｉａｂ，Ｄｓｐ）となる。ここで、「Ｆ」は所定の関数、「Ｉ」は上述したように座標（ａ，ｂ）のアパーチャホール４３Ａに関して算出された電流量、「Ｄｓｐ」は電子ビーム２００の照射設定量となる。

照射時間の補正がなされれば、電子ビーム２００のドーズ量が調整されることになることから、アパーチャホール４３Ａごとの電流量を一定にすることができる。

補正された照射時間の情報は、次の描画処理が行われる際に適用されることになり、測定された電流量の情報が的確にフィードバックされることになる。

なお、補正された照射時間の情報については、メモリ７、或いは、記憶装置８内に格納しておき、描画処理の際に適宜参照し、反映させることとしても良い。

算出された電流量が基準となる電流量との比較の結果、特にずれが生じていない場合には（ＳＴ１０のＮＯ）、電子ビーム２００の照射時間の補正は行われない。

以上説明したように、アパーチャホールごとの電流量を、まずアパーチャホールを通過した電子数を計数し、計数された電子数に電荷素量の値を乗算して算出することで、マルチビーム方式の電子ビームの電流量を高精度、かつ、正確に、併せて、簡易な装置構成をもって測定することのできるマルチビームの電流量測定方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供することができる。

すなわち、従来の測定においては、電流量はアナログの計器を使用して入力された電子ビームから直接測定していた。だからこそ、例えば、ｆＡまで測定できるような微少電流計を使用していたが、測定精度は、アナログ計器の測定精度に依存することになるため、例えば測定誤差等が生じていた。

一方本発明の実施の形態において説明した測定方法では、上述したように、微少電流測定部に入力されたマルチビームを増幅し電圧波形へと変換した後、波高値を基に電子数を計数することとしている。電子数１個は、この波高値を基にした基準値から求められるが、さらに基準値を基に上下の閾値を設け、この閾値内に含まれる波高値も１個の電子数と把握する。従って、アナログ計器を使用した際の信号強度の分解能の誤差は吸収することができる。

そして、電子１個分を離散データとして扱い、デジタルで電子数を計数し、この計数された電子数に電荷素量を乗じて電流量を求める。従って、微少電流測定部に入力されたマルチビームの電子数の有無、個数を測定するためには、電荷素量の整数倍を判別することができる信号強度の分解能があれば足りることになる。このことは、微少電流測定部としてもこれまでのようにアナログ計器を利用してマルチビームの電流量を直接測定する場合よりも低い分解能で足りることを意味する。このように信号強度の分解能に関して、上述した測定方法においては、一般的な測定機器にて十分対応が可能となる。

次に時間的な分解能である。例えば、２ｐＡの電流量を計測しようとした場合、マルチビームが照射されることで微少電流測定部に入力される電子数は、例えば、１秒当たり１２．５ミリオン（Ｍ）個となる。従って２５ＭＨｚ程度の時間的な分解能を有する微少電流測定部、デジタイザを利用すれば足りることになるが、通常の機器はこの条件を満たしていることが多いと考えられる。そのため、時間的な分解能についても本発明の実施の形態において説明した電流量の測定方法が有効であると言える。

従って、マルチビームの電流量を把握する際に用いる微少電流測定部、デジタイザに関して、特殊な装置である必要はなく一般的な機器を使用できる、或いは、これまでよりも緩い精度で測定することができるとなれば、実際にマルチビームの電流量を直接電流量として測定するよりもより簡易に、かつ、正確に測定することができる。そして、正確、精密な電流量の測定ができれば、照射時間の補正も的確に行うことができるようになるため、試料に対する電子照射量を正確に制御することができることになる。従って、描画精度の向上、ひいては、描画処理のスループットの向上につながる。

さらには、アナログ計器を利用しての測定を行う場合、特に波高値で測定する場合には、計測器の劣化等によって検出値が変化する可能性がある。一方、上述したように、本発明における測定方法では、デジタル測定を行い、基準値を含んで閾値を設けていることから、測定誤差が出たとしてもアナログ測定の場合のような影響は出にくい。従って、たとえ微少電流測定部において経時的な劣化が生じたとしても、適宜補正を行うことで長く測定することができる。このことは、マルチ荷電粒子ビーム描画装置を利用した安定的な描画処理を行う時間が長く取ることができることにつながる。

また、たとえ微少電流測定部に経時的な変化により劣化が生じても、捕捉する電子数の値（波高値Ｖｏ）を適切に変化させることによって、マルチビームの電子数を認識させることは可能となる。従って、微少電流測定部を利用したマルチビームの電流量測定処理に関して、長らく測定精度を維持することができることになるため、計測値の安定化を図ることができるとともに、微少電流測定部自体の交換期間も長くすることが可能となる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 荷電粒子ビーム描画装置
２ 描画部
３ 制御部
３１ 制御計算機
３１ａ 判断部
３１ｂ 比較部
３１ｃ 補正部
３１ｄ 設定部
４ 電子鏡筒
４３ アパーチャ部材
４３Ａ アパーチャホール
４４ ブランキングプレート
７ 微少電流測定部
７１ シンチレータ
７２ 光電子倍増管
７３ ＩＶアンプ
７４ 波形整形器

Claims (7)

1. 荷電粒子ビームを照射するステップと、
   前記荷電粒子ビームの照射によりマルチビームを形成する複数のアパーチャホールを備えるアパーチャ部材の前記アパーチャホールを通過した前記マルチビームの入力を受けて、微少電流測定部において前記マルチビームの入力信号を増幅するステップと、
   デジタイザにおいて前記微少電流測定部により測定された入力信号を受けて、前記アパーチャホールごとの前記マルチビームの電子数を計数するステップと、
   計数された前記マルチビームの電子数と電荷素量との積により、前記アパーチャホールを通過した前記マルチビームの電流量を算出するステップと、
   補正部において、算出された前記電流量を基に前記アパーチャホールごとの前記マルチビームの照射時間を補正するステップと、
   を備えることを特徴とするマルチビームの電流量測定方法。
2. 前記マルチビームの電子数を計数するステップは、波高値に対する基準値が予め設けられており、前記波高値が前記基準値を含む閾値の範囲内にある場合に、前記マルチビームの前記電子数を１個と計数することを特徴とする請求項１に記載のマルチビームの電流量測定方法。
3. 前記マルチビームの入力信号を増幅するステップの後に、前記入力信号を電圧信号に変換するステップを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマルチビームの電流量測定方法。
4. 前記マルチビームの電子数を計数するステップは、前記アパーチャホールごとに行われることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマルチビームの電流量測定方法。
5. 荷電粒子ビームの照射によりマルチビームを形成する複数のアパーチャホールを備えるアパーチャ部材の前記アパーチャホールを通過した前記マルチビームの入力を受けて、前記マルチビームの入力信号を増幅する微少電流測定部と、
   前記微少電流測定部により測定された入力信号を受けて前記アパーチャホールごとの前記マルチビームの電子数を計数するとともに、計数された前記マルチビームの電子数と電荷素量との積により、前記アパーチャホールを通過した前記マルチビームの電流量を算出するデジタイザと、
   算出された前記電流量を基に、前記アパーチャホールごとの前記マルチビームの照射時間を補正する補正部と、
   を備えることを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
6. 前記マルチビームの電子数の計数は、波高値に対する基準値が予め設けられており、前記波高値が前記基準値を含む閾値の範囲内にある場合に、前記マルチビームの前記電子数を１個と計数することを特徴とする請求項５に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
7. 前記微少電流測定部は、前記入力信号を電圧信号に変換する変換器を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
   
   

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