JP2018098242A - マルチ荷電粒子ビーム描画装置およびマルチ荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Abstract

【目的】制御データを複雑化させずにマルチビームのショットサイズを変更可能な描画装置を提供する。【構成】描画装置１００は、複数の第１の開口部を荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することにより、第１のマルチビームを形成する第１の成形アパーチャアレイ基板２２４と、第１のマルチビームを一括して偏向する第１の偏向器２１６と、偏向された第１のマルチビームを振り戻すように一括して偏向する第２の偏向器２１８と、複数の第２の開口部を第１のマルチビームの対応ビームの少なくとも一部がそれぞれ通過することにより、一括偏向の偏向量に応じて第２のマルチビームを可変成形する第２の成形アパーチャアレイ基板２０３と、第２の成形アパーチャアレイ基板を通過した第２のマルチビームの少なくとも一部のビーム群の照射を受ける試料を載置するＸＹステージ１０５と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置およびマルチ荷電粒子ビーム描画方法に係り、例えば、同じビームから形成されるマルチビームを試料に照射する描画装置に関する。

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ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）露光におけるパターンの微細化やＩＬＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：逆リソグラフィ技術）におけるパターンの複雑化に伴い、シングルビームの描画装置で処理すべきビームのショット数が爆発的に増加することが予想される。そのため、スループットが低下してしまうといった問題があった。また、パターン寸法（ＣＤ）精度やＬＥＲ（ラインエッジラフネス）を改善するために、マスク基板に塗布されるレジストを低感度化させている。そのため、照射するドーズ量を大きくしなければならず、スループットが低下してしまうといった問題があった。

ここで、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。かかるマルチビーム方式の描画装置では、複数の穴を持ったマスク（マルチビーム形成アパーチャ）に電子ビームを照射する。そして、かかるマスクの複数の穴をビームがそれぞれ通過することによって、マルチビームが形成される。そして、各ビームの照射量を個別に調整することで高精度なパターン寸法を形成する（グレービーム方式）。

しかしながら、マルチビーム方式の描画装置では、マスクの複数の穴が固定されているため、各ビームのショットサイズが固定される。よって、かかるショットサイズよりも小さいパターンを形成することは困難である。かかる点について、一度成形されたマルチビームをビーム毎に個別に偏向して、ビーム毎に個別にビームサイズを可変変形する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる方式では、マルチビームの各ビームのサイズを個別に制御するため、ハードウェアや制御機構が複雑化してしまうといった問題がある。種々のサイズのマルチショットが発生するため、データパスの複雑化、大型化、及び演算処理時間の長期化が生じてしまう。

特開２００３−３３２２０４号公報

本発明の実施形態は、制御データを複雑化させずにマルチビームのショットサイズを変更可能な描画装置及び方法を提供する。

本発明の一態様のマルチ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、
荷電粒子ビームを照明する照明レンズと、
複数の第１の開口部が形成され、複数の第１の開口部全体が含まれる第１の領域に、照明された荷電粒子ビームの照射を受け、複数の第１の開口部を荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することにより、第１のマルチビームを形成する第１の成形アパーチャアレイ基板と、
第１のマルチビームを一括して偏向する第１の偏向器と、
偏向された第１のマルチビームを振り戻すように一括して偏向する第２の偏向器と、
複数の第２の開口部が形成され、複数の第２の開口部に第１と第２の偏向器によって一括偏向された第１のマルチビームの対応ビームがそれぞれ照射され、複数の第２の開口部を第１のマルチビームの対応ビームの少なくとも一部がそれぞれ通過することにより、一括偏向の偏向量に応じて第２のマルチビームを可変成形する第２の成形アパーチャアレイ基板と、
第２の成形アパーチャアレイ基板を通過した第２のマルチビームの少なくとも一部のビーム群の照射を受ける試料を載置するステージと、
を備えたことを特徴とする。

また、第１と第２の成形アパーチャアレイ基板の間に配置され、第１のマルチビームの像の倍率を調整する複数の倍率調整レンズをさらに備えると好適である。

また、複数の第１の開口部と複数の第２の開口部は、共に同じピッチで配置されると好適である。

本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム描画方法は、
複数の第１の開口部が形成された第１の成形アパーチャアレイ基板の複数の第１の開口部全体が含まれる第１の領域に、荷電粒子ビームの照射を受け、複数の第１の開口部を荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することにより、第１のマルチビームを形成する工程と、
第１のマルチビームを一括して偏向する工程と、
偏向された第１のマルチビームを振り戻すように一括して偏向する工程と、
複数の第２の開口部が形成された第２の成形アパーチャアレイ基板の複数の第２の開口部に２段階にわたって一括偏向された第１のマルチビームの対応ビームがそれぞれ照射され、複数の第２の開口部を第１のマルチビームの対応ビームの少なくとも一部がそれぞれ通過することにより、一括偏向の偏向量に応じて可変成形された第２のマルチビームを形成する工程と、
第２の成形アパーチャアレイ基板を通過した第２のマルチビームの少なくとも一部のビーム群をステージ上の試料に照射する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、制御データを複雑化させずにマルチビームのショットサイズを変更できる。

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における第１と第２の成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。 実施の形態１における第１と第２の成形アパーチャアレイ基板の構成を示す断面図である。 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の構成を示す断面図である。 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構のメンブレン領域内の構成の一部を示す上面概念図である。 実施の形態１における描画順序を説明するための図である。 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におけるマルチビームの可変成形を説明するための図である。 実施の形態１におけるショットサイズとドーズ量とビームコントラストとの関係の一例を示すグラフである。

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、描画機構１５０と制御系回路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。描画機構１５０は、電子鏡筒１０２（「電子ビーム鏡筒」或いは「カラム」ともいう。）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、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４、倍率調整レンズ２１２，２１４、偏向器２１６，２１８、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板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。

制御系回路１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、レンズ制御回路１２０、偏向制御回路１３０、デジタル・アナログ変換（ＤＡＣ）アンプユニット１３２，１３４，１３６及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０，１４２を有している。制御計算機１１０、メモリ１１２、レンズ制御回路１２０、偏向制御回路１３０、及び記憶装置１４０，１４２は、図示しないバスを介して互いに接続されている。偏向制御回路１３０には、ＤＡＣアンプユニット１３２，１３４，１３６及びブランキングアパーチャアレイ機構２０４が接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３２の出力は、偏向器２１６に接続される。ＤＡＣアンプユニット１３４の出力は、偏向器２１８に接続される。ＤＡＣアンプユニット１３６の出力は、偏向器２０８に接続される。レンズ制御回路１２０には、電磁レンズ２１２，２１４が接続される。

また、制御計算機ユニット１１０内には、設定部５０、シフト量演算部５２、画素分割部５４、ショットデータ生成部５６、及び描画制御部５８が配置される。設定部５０、シフト量演算部５２、画素分割部５４、ショットデータ生成部５６、及び描画制御部５８といった各「〜部」は、処理回路を含み、その処理回路として、例えば、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜部」に含まれる処理回路は、共通する回路（同じ回路）を用いてもよい。或いは、異なる回路（別々の回路）を用いても良い。設定部５０、シフト量演算部５２、画素分割部５４、ショットデータ生成部５６、及び描画制御部５８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、描画装置１００の外部から描画データが入力され、記憶装置１４０に格納される。描画データには、通常、描画するための複数の図形パターンの情報が定義される。具体的には、図形パターン毎に、図形コード、座標、及びサイズ等が定義される。

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における第１と第２の成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。
図３は、実施の形態１における第１と第２の成形アパーチャアレイ基板の構成を示す断面図である。なお、図２と図３において、サイズ、開口部２２（２２６）の位置等は一致させて記載していない。第１の成形アパーチャアレイ基板２２４には、図３に示すように、シリコン等からなる基板３３３が配置される。基板３３３の中央部は、例えば裏面側から薄く削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域３２３（第２の領域）に加工されている。メンブレン領域３２３を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域３２１となる。メンブレン領域３２３の上面と外周領域３２１の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に高さ位置になるように形成される。図２において、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４には、縦（ｙ方向）ｐ列×横（ｘ方向）ｑ列（ｐ，ｑ≧２）の穴（開口部）３２２が所定の配列ピッチＰ２でマトリクス状に形成されている。図２では、例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）に５１２×５１２列の穴３２２が形成される。各穴３２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。これらの複数の穴３２２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１９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３２２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３２２の配列の仕方は、図２のように、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）ｋ段目の列と、ｋ＋１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）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２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。

第２の成形アパーチャアレイ基板２０３には、図３に示すように、シリコン等からなる基板３３１が配置される。基板３３１の中央部は、例えば裏面側から薄く削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域２３（第２の領域）に加工されている。メンブレン領域２３を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域２１となる。メンブレン領域２３の上面と外周領域２１の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に高さ位置になるように形成される。図２において、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３には、縦（ｙ方向）ｐ列×横（ｘ方向）ｑ列（ｐ，ｑ≧２）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチＰ１でマトリクス状に形成されている。図２では、例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）に５１２×５１２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。これらの複数の穴２２をマルチビーム１９の対応ビームの少なくとも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。第２の成形アパーチャアレイ基板２０３には、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４の複数の穴３２２に対応する複数の穴２２が形成される。なお、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、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４と同様、これに限るものではない。例えば、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４と同様に、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のように、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、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４と同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１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）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２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。

偏向制御回路１３０からＤＡＣアンプユニット１３２に対して、可変成形用のデジタル信号が出力される。そして、ＤＡＣアンプユニット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、偏向器２１６に印加する。かかる偏向電圧によってマルチビーム１９が所定の偏向量だけ一括偏向させられる。

偏向制御回路１３０からＤＡＣアンプユニット１３４に対して、可変成形用のデジタル信号が出力される。そして、ＤＡＣアンプユニット１３４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２１８に印加する。かかる偏向電圧によってマルチビーム１９が逆方向に振り戻すように一括偏向させられる。

偏向制御回路１３０からＤＡＣアンプユニット１３６に対して、位置制御用のデジタル信号が出力される。そして、ＤＡＣアンプユニット１３６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２０８に印加する。かかる偏向電圧によってマルチビーム２０が偏向させられ、マルチビーム２０が試料１０１上の所望の照射領域に偏向される。

図４は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の構成を示す断面図である。
図５は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構のメンブレン領域内の構成の一部を示す上面概念図である。なお、図４と図５において、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とパッド４３の位置関係は一致させて記載していない。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４は、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の裏面（電子ビームの下流側）であって、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の近傍に配置されると好適である。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４には、図４に示すように、支持台３３上にシリコン等からなる半導体基板３１が配置される。基板３１の中央部は、例えば裏面側から薄く削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域３０に加工されている。メンブレン領域３０を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域３２となる。メンブレン領域３０の上面と外周領域３２の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に高さ位置になるように形成される。基板３１は、外周領域３２の裏面で支持台３３上に保持される。支持台３３の中央部は開口しており、メンブレン領域３０の位置は、支持台３３の開口した領域に位置している。

メンブレン領域３０には、図２に示した第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビームのそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が開口される。各通過孔２５は、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３に形成された穴２２よりも大きく形成される。そして、メンブレン領域３０上には、図４及び図５に示すように、各通過孔２５の近傍位置に該当する通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の制御電極２４と対向電極２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、メンブレン領域３０上の各通過孔２５の近傍には、各通過孔２５用の制御電極２４に偏向電圧を印加する制御回路４１（ロジック回路）が配置される。各ビーム用の対向電極２６は、グランド接続される。各制御回路４１は、基板３１内に加工される。

また、図５に示すように、各制御回路４１は、制御信号用のｎビット（例えば１０ビット）のパラレル配線が接続される。各制御回路４１は、制御信号用のｎビットのパラレル配線の他、クロック信号線および電源用の配線が接続される。クロック信号線および電源用の配線はパラレル配線の一部の配線を流用しても構わない。マルチビーム２０を構成するそれぞれのビーム毎に、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とによる個別ブランキング機構４７が構成される。また、図４の例では、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とが基板３１の膜厚が薄いメンブレン領域３０に配置される。但し、これに限るものではない。また、メンブレン領域３０にアレイ状に形成された複数の制御回路４１は、例えば、同じ行或いは同じ列によってグループ化され、グループ内の制御回路４１群は、図５に示すように、直列に接続される。そして、グループ毎に配置されたパッド４３からの信号がグループ内の制御回路４１に伝達される。

各通過孔２５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（電位差）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。言い換えれば、制御電極２４と対向電極２６の組は、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうちの対応ビームをそれぞれブランキング偏向する。

図６は、実施の形態１における描画順序を説明するための図である。試料１０１の描画領域１０（或いは描画されるチップ領域）は、所定の幅で短冊上の複数のストライプ領域３５（描画領域の他の一例）に分割される。そして、各ストライプ領域３５は、複数のメッシュ状の画素領域３６（画素）に分割される。画素領域３６（画素）のサイズは、例えば、ビームサイズ、或いは、それ以下のサイズであると好適である。画素領域３６（画素）は、マルチビーム２０の１つのビームあたりの照射単位領域となる。

マルチビーム２０で試料１０１を描画する際、マルチビーム２０による１回のショットによってマルチビーム２０全体で照射領域３４を照射することになる。ＸＹステージ１０５の移動に追従しながらショットビームとなるマルチビーム２０全体を一括して偏向器２０８によるビーム偏向を行うことで、照射位置を移動させる。かかる照射位置の移動によって例えば１画素ずつ順にずらしながら連続して照射していく。そして、試料１０１上のどの画素３６をマルチビーム２０のどのビームが照射するのかは描画シーケンスによって決まる。マルチビーム２０のｘ，ｙ方向にそれぞれ隣り合うビーム２８間のビームピッチを用いて、試料１０１面上におけるｘ，ｙ方向にそれぞれ隣り合うビーム２８間のビームピッチ（ｘ方向）×ビームピッチ（ｙ方向）の領域はｎ×ｎ画素の領域（サブピッチ領域）で構成される。図６の例では、１つのビーム２８が照射される画素を含む４×４画素の領域でサブピッチ領域が構成される。例えば、１回のトラッキング動作で、ＸＹステージ１０５が−ｘ方向にビームピッチ（ｘ方向）だけ移動する場合、１回のトラッキング動作中にｘ方向或いはｙ方向（或いは斜め方向）に１つのビームによって照射位置をシフトしながらｎ画素が描画される。同じｎ×ｎ画素のサブピッチ領域内の他のｎ画素が次回のトラッキング動作で上述したビームとは異なるビームによって同様にｎ画素が描画される。このようにｎ回のトラッキング動作でそれぞれ異なるビームによってｎ画素ずつ描画されることにより、１つのｎ×ｎ画素のサブピッチ領域内のすべての画素が描画される。マルチビームの照射領域内の他のｎ×ｎ画素の領域についても同時期に同様の動作が実施され、同様に描画される。かかる動作によって、照射領域３４内の全画素が描画可能となる。これらの動作を繰り返すことで、対応するストライプ領域３５全体を描画することができる。そして、描画装置１００では、必要な画素に必要な照射量のビームを照射することにより形成される画素パターン（ビットパターン）の組み合わせにより、所望のパターンを描画することができる。

ここで、上述したように、従来のマルチビーム描画装置では、ビーム成形用に、例えば、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３だけが配置されていたため、１本の電子ビーム２００が第２の成形アパーチャアレイ基板２０３だけでマルチビーム２０に成形される。第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２は、位置およびサイズが固定されているため、マルチビーム２０のピッチ及び各ビームのサイズは固定されてしまう。そのため、かかるピッチを維持した状態では、各ビームのサイズよりも小さいビームサイズのショットを照射することは困難であった。後述するように縮小レンズ２０５でマルチビーム２０の像全体を縮小することは可能であるが、像自体を縮小させる場合、像の回転や収差といった別の問題が生じる。そのため、マルチビームを成形する時点においてサイズ調整ができる方が望ましい。そこで、実施の形態１では、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４と第２の成形アパーチャアレイ基板２０３とを用いて、マルチビーム全体を一括して所望のサイズに可変成形する。

図７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７において、実施の形態１における描画方法は、ショットサイズ設定工程（Ｓ１０２）と、シフト量演算工程（Ｓ１０４）と、画素分割工程（Ｓ１０６）と、ショットデータ生成工程（Ｓ１０８）と、描画工程（Ｓ１１０）と、いう一連の工程を実施する。

ショットサイズ設定工程（Ｓ１０２）として、設定部５０は、マルチビーム２０の各ビームのサイズＬを設定する。かかるサイズＬによって、試料１０１上に照射された場合のショットサイズが決定される。例えば、ビームサイズＬと縮小倍率Ｍを用いて、ショットサイズＬ’は、Ｌ’＝Ｌ×Ｍで定義できる。なお、ビームサイズＬ（矩形のビームの１辺のサイズ）の最大値は、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の矩形の穴２２の１辺のサイズとなる。また、ビームサイズＬは、矩形の穴２２の１辺のサイズの自然数分の１のサイズに設定されると好適である。

シフト量演算工程（Ｓ１０４）として、シフト量演算部５２は、所望のビームサイズＬを得るための第１の成形アパーチャアレイ基板２２４のアパーチャ像のシフト量Ｌ”を演算する。

図８は、実施の形態１におけるマルチビームの可変成形を説明するための図である。後述するように、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４の複数の穴３２２を通過することによって成形されたマルチビーム１９の各ビームの像と第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２との重なり具合によって、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２を通過後のマルチビーム２０のｘ方向サイズＬｘとｙ方向サイズＬｙとが決まる。そこで、シフト量演算部５２は、所望のビームサイズ（Ｌｘ，Ｌｙ）を得るためのｘ方向の偏向シフト量Ｌｘ”とｙ方向の偏向シフト量Ｌｙ”とを演算する。正方形のビームを得る場合、Ｌｘ＝Ｌｙ、Ｌｘ”＝Ｌｙ”とすればよい。

画素分割工程（Ｓ１０６）として、画素分割部５４は、試料１０１の描画領域１０を例えばビームサイズＬでメッシュ状に複数の画素３６に仮想分割する。実施の形態１では、ビームサイズが可変になるので、１つのビームあたりの照射単位領域となる画素３６についてもビームサイズが設定される都度、分割し直すと好適である。例えば、描画処理を行うチップ毎にかかる画素分割が実施されると好適である。チップ毎に行うことでショット漏れの領域を無くすことができる。

ショットデータ生成工程（Ｓ１０８）として、ショットデータ生成部５６は、ショットデータとして、画素毎の照射時間データを生成する。具体的には、次のように動作する。まず、ショットデータ生成部５６は、記憶装置１４０から描画データを読み出し、画素３６毎に、当該画素３６内のパターン面積密度ρ’を演算する。

また、ショットデータ生成部５６は、描画領域（ここでは、例えばストライプ領域３５）を所定のサイズでメッシュ状に複数の近接メッシュ領域（近接効果補正計算用メッシュ領域）に仮想分割する。近接メッシュ領域のサイズは、近接効果の影響範囲の１／１０程度、例えば、１μｍ程度に設定すると好適である。そして、ショットデータ生成部５６は、記憶装置１４０から描画データを読み出し、近接メッシュ領域毎に、当該近接メッシュ領域内に配置されるパターンのパターン面積密度ρを演算する。

次に、ショットデータ生成部５６は、近接メッシュ領域毎に、近接効果を補正するための近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）（補正照射量）を演算する。未知の近接効果補正照射係数Ｄｐ（ｘ）は、後方散乱係数η、しきい値モデルの照射量閾値Ｄｔｈ、パターン面積密度ρ、及び分布関数ｇ（ｘ）を用いた、従来手法と同様の近接効果補正用のしきい値モデルによって定義できる。

次に、ショットデータ生成部５６は、画素３６毎に、当該画素３６に照射するための入射照射量Ｄ（ｘ）を演算する。入射照射量Ｄ（ｘ）は、例えば、予め設定された基準照射量Ｄｂａｓｅに近接効果補正照射係数Ｄｐとパターン面積密度ρ’とを乗じた値として演算すればよい。基準照射量Ｄｂａｓｅは、例えば、Ｄｔｈ／（１／２＋η）で定義できる。以上により、描画データに定義される複数の図形パターンのレイアウトに基づいた、近接効果が補正された本来の所望する照射量Ｄを得ることができる。

次に、ショットデータ生成部５６は、画素３６毎に、当該画素３６へのビームの照射時間ｔを演算する。ここで、各画素３６の照射時間ｔは、照射量Ｄをマルチビーム２０の電流密度Ｊで割った値で演算できる。演算された画素毎の照射時間データは描画制御部５８の制御のもと、ショット順に並び替えられて記憶装置１４２に格納される。

ここで、ショットデータ生成に当たって、ビームサイズが可変成形される際、マルチビームの各ビームサイズは一括して同様に変更されるので、個別にサイズを設定するための成形データを作成する必要がない。さらに、画素３６サイズが変更されることになるが、その他は従来の照射時間データのフォーマットを利用でき、ほとんど変更する必要がない。よって、データパスの複雑化、大型化、及び演算処理時間の長期化を生じさせないで済ますことができる。また、従来の照射時間データのフォーマットを利用できるので、例えば、照射時間をｎビットの階調化（例えば、１０ビットの階調化による１０２４階調）で定義でき、照射量の違いにより線幅を調整するグレー描画を行うことができる。

描画工程（Ｓ１１０）として、まず、偏向制御回路１３０は、描画制御部５８による制御のもと、シフト量Ｌ”（Ｌｘ”，Ｌｙ”）の情報を入力し、偏向器２１６の偏向量を演算する。そして、ＤＡＣアンプ１３２に出力する。同様に、偏向制御回路１３０は、偏向器２１８の偏向量を演算する。そして、ＤＡＣアンプ１３４に出力する。また、偏向制御回路１３０は、描画制御部５８による制御のもと、ショット毎の照射時間データをブランキングアパーチャアレイ機構２０４の各制御回路４１に出力する。また、偏向制御回路１３０は、描画制御部５８による制御のもと、ショット毎の照射位置へと偏向する偏向器２０８の偏向量を演算する。そして、ＤＡＣアンプ１３６に出力する。そして、描画機構１５０は、描画制御部５８による制御のもと、所望のビームサイズのマルチビームを用いて、試料１０１にパターンを描画する。描画機構１５０は、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、照明レンズ２０２により屈折させられ、ほぼ垂直に第１の成形アパーチャアレイ基板２２４を照明する。第１の成形アパーチャアレイ基板２２４には、矩形の複数の穴３２２（第１の開口部）が形成され、電子ビーム２００は、メンブレン領域３２３或いはすべての複数の穴３２２が含まれるメンブレン領域３２３内の領域を照明する。複数の穴３２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる第１の成形アパーチャアレイ基板２２４の複数の穴３２２をそれぞれ通過することによって、矩形形状の複数の電子ビーム（第１のマルチビーム）１９ａ〜ｅが形成される。かかるマルチビーム１９の像は、レンズ制御回路１２０により制御された倍率調整レンズ２１２によって屈折させられ、ほぼ垂直に偏向器２１６，２１８内を通過する。

偏向器２１６（第１の偏向器）は、マルチビーム１９（第１のマルチビーム）を一括して偏向する。偏向量は、演算されたシフト量Ｌ”（Ｌｘ”，Ｌｙ”）に設定される。ここで、かかる偏向によって、マルチビーム１９の軌道は、偏向方向に斜めに照射される。

そこで、偏向器２１８（第２の偏向器）は、偏向されたマルチビーム１９を振り戻すように一括して偏向する。ここでは、マルチビーム１９の軌道をほぼ垂直に戻すように偏向する。これにより、マルチビーム１９をほぼ垂直に第２の成形アパーチャアレイ基板２０３に照明できる。このように、２段階で偏向することで、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４で生成されたマルチビーム１９の像を平行移動させることができる。

また、偏向器２１８によってほぼ垂直に振り戻されたマルチビーム１９の像は、レンズ制御回路１２０により制御された倍率調整レンズ２１４によって第２の成形アパーチャアレイ基板２０３上に結像される。その際、倍率調整レンズ２１２と倍率調整レンズ２１４の２つの電磁レンズを配置することで、マルチビーム１９の像の縮小及び拡大ができる。例えば、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４の複数の穴３２２のピッチＰ２と第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２のピッチＰ１は、同じピッチで製造されると好適である。しかし、製造誤差等に起因して、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４の複数の穴３２２のピッチＰ２と第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２のピッチＰ１との間にピッチずれが生じる場合もあり得る。かかるピッチずれが生じていた場合に、マルチビーム１９の像の倍率を調整することで、位置合わせができる。言い換えれば、かかるピッチずれを補正できる。

なお、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４の複数の穴３２２のピッチＰ２と第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２のピッチＰ１は、同じピッチに限るものではない。例えば、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４の複数の穴３２２のピッチＰ２を複数の穴２２のピッチＰ１よりも若干大きく製造しても良い。そして、倍率調整レンズ２１２と倍率調整レンズ２１４の２つの電磁レンズであえてマルチビーム１９の像を縮小させることで、穴３２２と穴２２との重なり位置の位置合わせを行ってもよい。

なお、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４の複数の穴３２２のサイズは、第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２のサイズよりも若干小さくすると好適である。これにより、第１の成形アパーチャアレイ基板２２４の複数の穴３２２を通過したマルチビーム１９の像を第２の成形アパーチャアレイ基板２０３上に照射した場合にマルチビーム１９の各ビームのアパーチャ像（穴３２２の像）が複数の穴２２の対応する穴２２と隣接する別の穴２２に重なってしまうことを防止できる。

２段階にわたって一括偏向され、ほぼ垂直に第２の成形アパーチャアレイ基板２０３に照射されたマルチビーム１９は、所望のシフト量Ｌ”だけ第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２と位置がずれている。そして、重なった部分のビームだけが各穴２２を通過してマルチビーム２０に成形される。言い換えれば、複数の穴２２（第２の開口部）が形成された第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２に２段階にわたって一括偏向されたマルチビーム１９の対応ビームがそれぞれ照射され、複数の穴２２をマルチビーム１９の対応ビームの少なくとも一部がそれぞれ通過することにより、一括偏向の偏向量に応じてビームサイズが可変成形されたマルチビーム２０ａ〜ｅ（第２のマルチビーム）を形成する。

第２の成形アパーチャアレイ基板２０３を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅは、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器：個別ブランキング機構４７）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）。

ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅは、縮小レンズ２０５（電磁レンズ）によって、集束させられる。言い換えれば、縮小レンズ２０５は、成形アパーチャアレイ基板２０３を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅを集束する。その際、マルチビーム２０ａ〜ｅ像のサイズは、縮小レンズ２０５によって、縮小される。縮小レンズ２０５（電磁レンズ）によって集束方向に屈折させられたマルチビーム２０ａ〜ｅは、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって進む。制限アパーチャ基板２０６は、縮小レンズ２０５により集束させられたマルチビーム２０ａ〜ｅの集束点位置に配置され、マルチビーム２０ａ〜ｅの集束点から外れた電子ビーム２０の通過を制限する。ここで、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のブランカーによって偏向された電子ビーム２０は、制限アパーチャ基板２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ機構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、図１に示すように制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過する。個別ブランキング機構４７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、制限アパーチャ基板２０６は、個別ブランキング機構４７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、ビーム毎に、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、制限アパーチャ基板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。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ２０７により試料１０１面上に焦点が合わされると共に、所望の縮小率のパターン像となり、偏向器２０８によって、制限アパーチャ基板２０６を通過した各ビーム（マルチビーム２０全体）が同方向に一括して偏向され、各ビームの試料１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。言い換えれば、ＸＹステージ１０５（ステージ）上に載置された試料１０１は、成形アパーチャアレイ基板２０３（第２の成形アパーチャアレイ基板）を通過したマルチビーム２０（第２のマルチビーム）の少なくとも一部のビーム群の照射を受ける。また、例えばＸＹステージ１０５が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ１０５の移動に追従（トラッキング）するように偏向器２０８によって制御される。ＸＹステージ１０５の位置は、図示しないステージ位置検出器からレーザをＸＹステージ１０５上の図示しないミラーに向けて照射し、その反射光を用いて測定される。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には第２の成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２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。描画装置１００は、各回のトラッキング動作中にＸＹステージ１０５の移動に追従しながらショットビームとなるマルチビーム２０を偏向器２０８によるビーム偏向位置の移動によって各ビームが１画素ずつ描画シーケンスに沿って照射していく描画動作を行う。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９は、実施の形態１におけるショットサイズとドーズ量とビームコントラストとの関係の一例を示すグラフである。図９の例では、基準ドーズ量でショットサイズ２０ｎｍの評価パターンを描画した場合のエネルギープロファイル（Ａ）と、基準ドーズ量の２倍でショットサイズ１０ｎｍの評価パターンを描画した場合のエネルギープロファイル（Ｂ）を示している。両者は、閾値において、同じ線幅（２０ｎｍ）にできる。さらに、ショットサイズを１／２に小さくしてドーズ量を２倍に大きくしたエネルギープロファイル（Ｂ）では、コントラストも大きくできる。よって、パターンエッジのプロファイルの傾きが急峻になりパターンサイズを決める際のプロセスマージンを大きくできる。さらに、今まで不可能であった微細パターンを忠実に解像できる。

以上のように、実施の形態１によれば、制御データを複雑化させずにマルチビームのショットサイズを変更できる。特に、ショットサイズを小さくでき、従来不可能であった微細パターンを描画できる。

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、上述した例では、描画装置１００を一例として説明したが、本発明は、描画装置に限定されるものではなく、検査装置等を含むマルチ荷電粒子ビーム装置全般に適用できる。

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マルチ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。

１０ 描画領域
１９，２０ マルチビーム
２２，３２２ 穴
２４ 制御電極
２５ 通過孔
２６ 対向電極
２８ ビーム
３１，３３１，３３３ 基板
２３，３２３，３０ メンブレン領域
２１，３２，３２１ 外周領域
３３ 支持台
３４ 照射領域
３５ ストライプ領域
３６ 画素
４１ 制御回路
４３ パッド
４７ 個別ブランキング機構
５０ 設定部
５２ シフト量演算部
５４ 画素分割部
５６ ショットデータ生成部
５８ 描画制御部
１００ 描画装置
１０１ 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 レンズ制御回路
１３０ 偏向制御回路
１３２，１３４，１３６ ＤＡＣアンプ
１４０，１４２ 記憶装置
１５０ 描画機構
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 第２の成形アパーチャアレイ基板
２０４ ブランキングアパーチャアレイ機構
２０５ 縮小レンズ
２０６ 制限アパーチャ基板
２０７ 対物レンズ
２０８ 偏向器
２１２，２１４ 電磁レンズ
２１６，２１８ 偏向器
２２４ 第１の成形アパーチャアレイ基板

Claims (4)

1. 荷電粒子ビームを放出する放出部と、
   前記荷電粒子ビームを照明する照明レンズと、
   複数の第１の開口部が形成され、前記複数の第１の開口部全体が含まれる第１の領域に、照明された前記荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第１の開口部を前記荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することにより、第１のマルチビームを形成する第１の成形アパーチャアレイ基板と、
   前記第１のマルチビームを一括して偏向する第１の偏向器と、
   偏向された前記第１のマルチビームを振り戻すように一括して偏向する第２の偏向器と、
   複数の第２の開口部が形成され、前記複数の第２の開口部に前記第１と第２の偏向器によって一括偏向された前記第１のマルチビームの対応ビームがそれぞれ照射され、前記複数の第２の開口部を前記第１のマルチビームの前記対応ビームの少なくとも一部がそれぞれ通過することにより、前記一括偏向の偏向量に応じて第２のマルチビームを可変成形する第２の成形アパーチャアレイ基板と、
   前記第２の成形アパーチャアレイ基板を通過した前記第２のマルチビームの少なくとも一部のビーム群の照射を受ける試料を載置するステージと、
   を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記第１と第２の成形アパーチャアレイ基板の間に配置され、前記第１のマルチビームの像の倍率を調整する複数の倍率調整レンズをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記複数の第１の開口部と前記複数の第２の開口部は、共に同じピッチで配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
4. 複数の第１の開口部が形成された第１の成形アパーチャアレイ基板の前記複数の第１の開口部全体が含まれる第１の領域に、荷電粒子ビームの照射を受け、前記複数の第１の開口部を前記荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することにより、第１のマルチビームを形成する工程と、
   前記第１のマルチビームを一括して偏向する工程と、
   偏向された前記第１のマルチビームを振り戻すように一括して偏向する工程と、
   複数の第２の開口部が形成された第２の成形アパーチャアレイ基板の前記複数の第２の開口部に２段階にわたって一括偏向された前記第１のマルチビームの対応ビームがそれぞれ照射され、前記複数の第２の開口部を前記第１のマルチビームの前記対応ビームの少なくとも一部がそれぞれ通過することにより、前記一括偏向の偏向量に応じて可変成形された第２のマルチビームを形成する工程と、
   前記第２の成形アパーチャアレイ基板を通過した前記第２のマルチビームの少なくとも一部のビーム群をステージ上の試料に照射する工程と、
   を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画方法。

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