JP2021068751A - 電子ビーム照射装置および電子ビーム照射方法 - Google Patents

Abstract

【目的】描画開始後に電流密度を測定せずに電流密度を所定の値に維持することが可能な電子ビーム照射装置及び方法を提供する。【構成】本発明の一態様の電子ビーム照射装置は、放出源の出力を制御するパラメータの目標値を入力し、目標値に基づいて放出源の出力を制御する制御部２３２と、過去に測定された結果から得られる経過時間に応じた電流密度の変化量の情報を記憶する記憶装置１４４と、電流密度の変化量の情報を用いて、電子ビームの電流密度を推定する電流密度推定部６６と、電子ビームの電流密度の推定毎に、電子ビームの電流密度が所定の値になるように、推定された電子ビームの電流密度を補正するための目標値を演算するとともに、放出源制御部に出力する目標値演算部７２と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電子ビーム照射装置および電子ビーム照射方法に係り、例えば、電子ビーム描画におけるビーム照射手法に関する。

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、マスク基板や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。

電子ビーム描画装置のスループットを向上させるためには、ビームの総電流量の増大が不可欠となっている。そして、その大電流を実現させるためには、電子銃のカソード温度を高温に設定する必要が生じる。しかし、カソードを高温に設定するとカソード材料の蒸発速度が大きくなるために、描画中にカソード先端形状が変化してしまう。そして、近年の高電流化に伴い、カソードの消耗速度（経時変化）が速くなり、かかる描画中の電流密度変化が問題となる傾向にある。

一方、従来の電子ビーム描画装置では、カソードから放出される電子によって流れるエミッション電流が常に一定になるように電子銃を制御していた。かかる場合、エミッション電流の目標値になるようにバイアス電圧を変更する。このように、常に最初に設定したエミッション電流になるように電子銃を制御していた。このような制御方法のまま大電流条件下で描画をおこなってしまうと、いくらエミッション電流を一定に維持してもカソード先端形状の変化によって電流密度が変化してしまうといった問題があった。そのため、大電流条件下では、描画中にビーム電流密度が変化し、その結果、入射ドーズ量が予定されたドーズ量からずれてしまい、描画されているパターンの描画精度が劣化してしまうといった問題があった。

そこで、定期的に電流密度を測定して、測定の都度、測定された電流密度の変化分を補正するようにバイアス電圧を変更する手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。その他、電子ビームの電流量を測定することによって間接的に電流密度を測定して、補正する手法がある。しかしながら、いずれの手法においても、電流密度の補正のたびに、実際に電子ビームを照射して測定する必要がある。

特開２００９−０１００７８号公報

そこで、本発明の一態様は、描画開始後に電流密度を測定せずに電流密度を略一定に維持することが可能な描画装置及び方法を提供する。また、本発明の他の態様は、描画開始後に電流密度を測定せずに電流密度の変化に伴うドーズ量誤差を補正することが可能な電子ビーム照射装置及び電子ビーム照射方法を提供する。

本発明の一態様の電子ビーム照射装置は、
電子ビームを放出する放出源と、
放出源の出力を制御するパラメータの目標値を入力し、目標値に基づいて放出源の出力を制御する放出源制御部と、
過去に測定された結果から得られる経過時間に応じた電流密度の変化量の情報を記憶する記憶装置と、
電流密度の変化量の情報を用いて、電子ビームの電流密度を推定する電流密度推定部と、
電子ビームの電流密度の推定毎に、電子ビームの電流密度が所定の値になるように、推定された電子ビームの電流密度を補正するための目標値を演算するとともに、放出源制御部に出力する目標値演算部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様の電子ビーム照射装置は、
電子ビームを放出する放出源と、
過去に測定された結果から得られる経過時間に応じた電流密度の変化量の情報を記憶する記憶装置と、
電流密度の変化量の情報を用いて、電子ビームの電流密度を推定する電流密度推定部と、
推定された電流密度の値を用いて、電流密度の変化に起因して生じる入射ドーズ量のずれを補正するための試料に照射する前記電子ビームの照射時間を演算する照射時間演算部と、
を備えたことを特徴とする。

また、試料上の描画領域が分割された短冊状の複数のストライプ領域の少なくとも１つのストライプ領域と、試料上の描画領域がストライプ領域よりも小さいサイズで分割された複数のブロック領域の少なくとも１つのブロック領域と、のうちの一方の電子ビームの照射が終了する毎に、電子ビームの電流密度は推定されると好適である。

本発明の一態様の電子ビーム照射方法は、
放出源から電子ビームを放出し、試料を電子ビームで照射する工程と、
放出源に流れるエミッション電流の目標値と放出源のバイアス電圧の目標値とのうちの一方を入力し、一方の値に基づいて放出源のバイアス電圧を可変に制御する工程と、
過去に測定された結果から得られる電流密度の変化量の情報を用いて、複数回電子ビームの電流密度を推定する工程と、
電子ビームの電流密度の推定毎に、電子ビームの電流密度が所定の値になるように、推定された電子ビームの電流密度を補正するためのエミッション電流の目標値とバイアス電圧の目標値とのうちの前記一方を演算し、演算の都度、エミッション電流の目標値とバイアス電圧の目標値とのうちの前記一方を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様の電子ビーム照射方法は、
放出源から電子ビームを放出し、試料を電子ビームで照射する工程と、
過去に測定された結果から得られる電流密度の変化量の情報を用いて、複数回電子ビームの電流密度を推定する工程と、
推定された最新の電流密度の値を用いて、電流密度の変化に起因して生じる入射ドーズ量のずれを補正するように試料を照射する電子ビームの照射時間を演算する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、描画開始後に電流密度を測定せずに電流密度を略一定に維持できる。また、本発明の他の態様によれば、描画開始後に電流密度を測定せずに電流密度の変化に伴うドーズ量誤差を補正できる。

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の個別ブランキング機構の一例を示す図である。 実施の形態１における描画動作の一例を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。 実施の形態１におけるマルチビームの描画方法の一例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におけるビームアレイ領域を説明するための図である。 実施の形態１における個別ブランキング制御回路の内部構成を示す概念図である。 実施の形態１における高精度描画モードでのデータ転送の仕方を説明するための図である。 実施の形態１における各ビームの位置ずれ量が定義された位置ずれマップの一例を説明するための図である。 実施の形態１におけるマルチビームの電流密度分布の一例を説明するための図である。

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、以下、マルチビームを照射する構成を説明するが、これに限るものではない。シングルビームを照射する構成であっても構わない。

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（マルチビーム照射機構）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。また、描画装置１００は、電子ビーム照射装置の一例である。描画機構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、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２０８，２０９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（露光時）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、さらに、ＸＹステージ１０５の位置測定用のミラー２１０が配置される。照明レンズ２０２、縮小レンズ２０５、及び対物レンズ２０７には、電磁レンズが用いられる。各電磁レンズは、マルチビーム（電子ビーム）を屈折させる。また、ＸＹステージ１０５には、電子ビーム２００（マルチビーム２０）の電流を測定するためのビーム吸収電極（ファラデーカップ１０６）が配置されている。

電子銃２０１は、カソード２２２（エミッタ）、ウェネルト電極２２４及びアノード２２６を有している。また、アノード２２６は、接地（地絡）されている。

制御系回路１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、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、ステージ制御機構１３８、ステージ位置測定器１３９、電子銃電源２３０、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、偏向制御回路１３０、ステージ制御機構１３８、ステージ位置測定器１３９、電子銃電源２３０、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。記憶装置１４０（記憶部）には、描画データが描画装置１００の外部から入力され、格納されている。偏向制御回路１３０には、ＤＡＣアンプユニット１３２，１３４及びブランキングアパーチャアレイ機構２０４が図示しないバスを介して接続されている。ステージ位置検出器１３９は、レーザ光をＸＹステージ１０５上のミラー２１０に照射し、ＸＹステージ１０５上のミラー２１０からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でＸＹステージ１０５の位置を測長する。偏向器２０８は、少なくとも４極の電極群により構成され、電極毎に配置されるＤＡＣアンプ１３４を介して偏向制御回路１３０によって制御される。偏向器２０９は、少なくとも４極の電極群により構成され、電極毎に配置されるＤＡＣアンプ１３２を介して偏向制御回路１３０によって制御される。

制御計算機１１０内には、照射時間データ生成部６０、配列加工部６２、経過時間演算部６４、電流密度推定部６６、目標値制御部７０、転送処理部７６、及び描画制御部７８が配置されている。照射時間データ生成部６０、配列加工部６２、経過時間演算部６４、電流密度推定部６６、目標値制御部７０、転送処理部７６、及び描画制御部７８といった各「〜部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、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、半導体装置を含む。各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。照射時間データ生成部６０、配列加工部６２、経過時間演算部６４、電流密度推定部６６、目標値制御部７０、転送処理部７６、及び描画制御部７８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。

また、電子銃電源２３０内では、カソード２２２の両極に電流源２３１により所定の加熱電流を流している。そして、カソード２２２の両極の中間電圧とウェネルト電極２２４間には所定のバイアス電圧（ウェネルト電圧）が可変電圧源２３４によって印加される。また、カソード２２２の両極の中間電圧には、可変電圧源２３４と並列に所定の直流電源が配置され、直流電源の他方は電流計２３８を介して接地されている。また、可変電圧源２３４と並列に電圧計２３６が配置される。目標値制御部７０による制御の基、電子銃電源２３０内では、制御部２３２が電圧計２３６で検出しながら可変電圧源２３４から印加されるバイアス電圧（ウェネルト電圧）を可変制御している。エミッション電流の値は電流計２３８で検出することができる。

上述した例では、制御部２３２がバイアス電圧を制御するように構成しているが、これに限るものではない。制御部２３２がエミッション電流、或いは加熱電流（加熱温度）を制御するように構成しても構わない。

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２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、ｐ×ｑ列（ｐ，ｑ≧２）の穴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３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３と図４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、図３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４２が配置される。基板４２は、中央部のメンブレン領域３０と周囲の外周領域４４と別れる。メンブレン領域３０には、図２に示した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。そして、通過孔２５を挟んで対向する位置にブランキング偏向用の制御電極２４と対向電極２６がそれぞれ配置される。また、基板４２内部であって各通過孔２５の近傍には、制御電極２４に偏向電圧を印加する制御回路４１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。

図５は、実施の形態１の個別ブランキング機構の一例を示す図である。図５において、制御回路４１内のアンプ４６の一例として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）インバータ回路が配置される。ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）にＬ電位が印加される状態では、対応ビーム２０を偏向し、制限アパーチャ基板２０６で遮蔽することでビームＯＦＦになるように制御する。一方、ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）にＨ電位が印加される状態（アクティブ状態）では、対応ビーム２０を偏向せずビームＯＮになるように制御する。制御電極２４と対向電極２６の組は、それぞれ対応するスイッチング回路となるＣＭＯＳインバータ回路によって切り替えられる電位によってマルチビーム２０の対応ビームをそれぞれ個別にブランキング偏向する。

次に、描画機構１５０の動作の具体例について説明する。電子銃２０１内のカソード２２２とアノード２２６間への加速電圧の印加と共に、ウェネルト電極２２４へのバイアス電圧の印加と加熱電流による所定の温度のカソード２２２の加熱によって、カソード２２２から放出された電子群が加速させられ、電子ビーム２００となって電子銃２０１から放出される。

電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、矩形の複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２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２０）が形成される。かかるマルチビーム２０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（制御電極２４と対向電極２６の組）（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、少なくとも個別に通過する電子ビーム２０を設定された描画時間（照射時間）ビームがＯＮ状態になるようにブランキング制御する。

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２０は、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ基板２０６に進む。ここで、ビームＯＮに制御されて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により焦点が合わされ、偏向器２０８及び偏向器２０９によって一括偏向され、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。

図６は、実施の形態１における描画動作の一例を説明するための概念図である。図６に示すように、試料１０１の描画領域３５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。そして、ＸＹステージ１０５を例えば−ｘ方向に移動させることにより、照射領域３４を相対的にｘ方向へと送るように描画を進めていく。ＸＹステージ１０５は例えば等速で連続移動させる。第１番目のストライプ領域３２の描画終了後、第２番目のストライプ領域３２では、ＸＹステージ１０５を例えばｘ方向に移動させることにより、−ｘ方向に向かって同様に描画を行う。この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、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。

図７は、実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。図７において、ストライプ領域３２は、例えば、マルチビームのビームサイズでメッシュ状の複数のメッシュ領域に分割される。かかる各メッシュ領域が、描画対象画素３６（単位照射領域、或いは描画位置）となる。描画対象画素３６のサイズは、ビームサイズに限定されるものではなく、ビームサイズとは関係なく任意の大きさで構成されるものでも構わない。例えば、ビームサイズの１／ｎ（ｎは１以上の整数）のサイズで構成されても構わない。図７の例では、試料１０１の描画領域が、例えばｙ方向に、１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４（描画フィールド）のサイズと実質同じ幅サイズで複数のストライプ領域３２に分割された場合を示している。なお、ストライプ領域３２の幅は、これに限るものではない。照射領域３４のｎ倍（ｎは１以上の整数）のサイズであると好適である。図７の例では、５１２×５１２列のマルチビームの場合を示している。そして、照射領域３４内に、１回のマルチビーム２０のショットで照射可能な複数の画素２８（ビームの描画位置）が示されている。言い換えれば、隣り合う画素２８間のピッチがマルチビームの各ビーム間のピッチとなる。図７の例では、隣り合う４つの画素２８で囲まれると共に、４つの画素２８のうちの１つの画素２８を含む正方形の領域で１つのサブ照射領域２９を構成する。図７の例では、各サブ照射領域２９は、４×４画素で構成される場合を示している。

図８は、実施の形態１におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。図８では、図７で示したサブ照射領域２９の一部を示している。図８の例では、例えば、ＸＹステージ１０５が８ビームピッチ分の距離を移動する間に４つの画素を描画（露光）する場合を示している。図８の例では、ビーム（１）によって、時刻ｔ＝０からｔ＝Ｔまでの間に注目サブ照射領域２９の例えば最下段右から１番目の画素に１ショット目のビームの照射が行われる。時刻ｔ＝Ｔからｔ＝２Ｔまでの間に注目サブ照射領域２９の例えば下から２段目かつ右から１番目の画素に２ショット目のビームの照射が行われる。時刻ｔ＝２Ｔからｔ＝３Ｔまでの間に注目サブ照射領域２９の例えば下から３段目かつ右から１番目の画素に３ショット目のビームの照射が行われる。時刻ｔ＝３Ｔからｔ＝４Ｔまでの間に注目サブ照射領域２９の例えば下から４段目かつ右から１番目の画素に４ショット目のビームの照射が行われる。そして、トラッキングリセットすることによって、トラッキング位置をトラッキング制御が開始されたトラッキング開始位置に戻す。その他のビームについてもそれぞれの対応するサブ照射領域２９に対して同様に描画が行われる。なお、右から１番目の画素列の描画は終了しているので、トラッキングリセットした後に、２回目のトラッキングサイクルでは、右から２番目の画素にビームの描画位置を合わせる（シフトする）ように偏向する。同様に、３回目のトラッキングサイクルでは、右から３番目の画素にビームの描画位置を合わせるように偏向する。同様に、４回目のトラッキングサイクルでは、右から４番目の画素にビームの描画位置を合わせるように偏向する。

ここで、近年の高電流化に伴い、カソード２２２の消耗速度（経時変化）が速くなり、かかる描画中の電流密度変化が問題となる傾向にある。描画中にビーム電流密度が変化すると、試料１０１への入射ドーズ量が予定されたドーズ量からずれてしまい、描画されているパターンの描画精度が劣化してしまうといった問題がある。よって、実施の形態１では、電流密度が所定の値になるように調整する。その際、１枚の試料１０１に対して、描画処理を開始後、描画処理が終了するまでの間に、複数回、電流密度を実際に測定して、その都度ずれ分を補正するといった手法もある。しかし、実際に測定する手法では、その動作に時間にかかると共に、動作の手間がかかる。そこで、実施の形態１では、描画処理を開始後、描画処理が終了するまでの間に、電流密度の測定無しに、電流密度を推定する。そして、推定された電流密度を元に、電流密度が所定の値になるように調整する。

図９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９において、実施の形態１における描画方法は、電流密度Ｊ傾き情報入力工程（Ｓ１０２）と、描画開始前電流密度Ｊ０測定工程（Ｓ１０６）と、照射時間演算工程（Ｓ１０８）と、描画工程（Ｓ１１０）と、電流密度Ｊ推定工程（Ｓ１１２）と、電流密度Ｊ調整工程（Ｓ１１６）と、判定工程（Ｓ１２０）と、いう一連の工程を実施する。

電流密度Ｊ傾き情報入力工程（Ｓ１０２）として、外部から、過去に測定された結果から得られる経過時間に応じた電流密度の変化量の情報（Ｊ傾き情報）を入力し、記憶装置１４４に記憶する。

図１０は、実施の形態１におけるＪ傾きを説明するための図である。図１０において、縦軸に電流密度Ｊを示し、横軸に時間ｔを示している。図１０において、今回の描画処理よりも過去に行った少なくとも２回の電流密度の測定結果から、経過時間Δｔに対する電流密度変化量ΔＪの値ΔＪ／Δｔを求めることができる。例えば、前回の描画処理の開始前（測定１）と描画処理の後（測定２）において、同じバイアス電圧（或いは同じエミッション電流）、及び同じ加熱温度の条件で電子銃２０１から電子ビームを放出した場合の電流密度を測定してプロットすることで求めることができる。Ｊ傾きの値ΔＪ／Δｔは、電流密度（測定２）から電流密度（測定１）を差し引いた値（電流密度変化量ΔＪ）を測定１から測定２までの経過時間Δｔで割ることで求めることができる。或いは、例えば、同じバイアス電圧（或いは同じエミッション電流）、及び同じ加熱温度の条件で電子銃２０１から電子ビームを例えば１〜２時間放出し続け、電流密度の変化量を測定し、測定された電流密度の変化量を放出時間で割った値を用いても好適である。かかる経過時間に対する電流密度変化量の値ΔＪ／ΔｔをＪ傾きＫｊｔとして、Ｊ傾きＫｊｔの値（情報）を描画装置１００は入力し、記憶装置１４４に格納しておけばよい。かかる経過時間に対する電流密度変化量の値ΔＪ／Δｔの値（Ｊ傾き）は、数か月単位でゆっくりと変化する。よって、例えば、数か月よりも短い期間、例えば、１枚の試料１０１を描画するための期間においては、同じＪ傾きを使用できる。

描画開始前電流密度Ｊ０測定工程（Ｓ１０６）として、描画処理を開始する前に、描画制御部７８による制御の下、電子ビーム２００の描画開始前電流密度Ｊ０を測定する。その手法として、穴２２の開口サイズが定まっている成形アパーチャ基板２０３を通過したマルチビーム２０全体をファラデーカップ１０６で受けて電流量を測定する。そして、検出された電流量を全穴２２の合計面積で割れば、電子ビーム２００の電流密度Ｊを測定できる。或いは、マルチビーム２０のうち、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４により一部のビームを偏向してビームＯＦＦにすることで測定対象となるビーム数を限定する。そして、限定されたビーム群をファラデーカップ１０６で受けて電流量を測定する。そして、検出された電流量を限定されたビーム用の穴２２の合計面積で割れば、電子ビーム２００の電流密度Ｊを測定できる。

照射時間演算工程（Ｓ１０８）として、照射時間データ生成部６０は、記憶装置１４０から描画データを読み出し、画素（描画対象画素）３６毎に、当該画素３６に照射するための照射量Ｄ（入射ドーズ量）を演算する。照射量Ｄは、例えば、予め設定された基準照射量Ｄｂａｓｅに、画素３６内のパターンの面積密度ρ’と、近接効果を補正するための近接効果補正照射係数Ｄｐと、を乗じた値として求めることができる。画素３６内のパターンの面積密度ρ’は、描画データに定義されるパターンデータに基づいて演算できる。近接効果補正照射係数Ｄｐの補正モデル及びその計算手法は従来のシングルビーム描画方式で使用されている手法と同様で構わない。その他、各ビームの位置ずれ等を補正するための補正係数を乗じても好適である。

次に、照射時間データ生成部６０は、画素３６毎に、当該画素３６に演算された照射量Ｄを入射させるための電子ビームの照射時間ｔを演算する。照射時間ｔは、照射量Ｄを電流密度Ｊで割ることで演算できる。ここでは、電流密度Ｊとして、開始前電流密度Ｊ０の値を用いればよい。演算された画素３６毎の照射時間データは、記憶装置１４２に格納される。照射時間データは、ストライプ領域３２毎に演算されると好適である。言い換えれば、例えば、第ｎ番目のストライプ領域３２を描画している間に、まだ描画していない第ｎ＋１番目（或いは第ｎ＋２番目）のストライプ領域３２について照射時間データを演算するといったリアルタイム方式で行うと好適である。

なお、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４内の各ビーム用の制御回路４１が、各ビームの照射時間を例えばカウンタ回路により制御する場合、各画素３６の照射時間ｔをクロック周期で割ったカウント値を照射時間データとして、記憶装置１４２に格納しておくと好適である。

そして、配列加工部６２は、ショット順、かつビームの転送順に各画素３６の照射時間データを並び変える。そして、転送処理部７６は、並び変えられた照射時間データを偏向制御回路１３０に転送する。

描画工程（Ｓ１１０）として、偏向制御回路１３０により制御されたブランキングアパーチャアレイ機構２０４、及び偏向器２０８，２０９を用いて、描画機構１５０は、マルチビーム２０を用いて、試料１０１に電子ビームを照射することによって、パターンを描画する。描画機構１５０の動作、及び描画の仕方は、上述した通りである。

電流密度Ｊ推定工程（Ｓ１１２）として、電流密度推定部６６は、電子ビームを用いて試料に電子ビーム照射が行なわれている間に、電流密度の変化量の情報を用いて、電子ビームの電流密度を推定する。具体的には、電流密度推定部６６は、マルチビーム２０（電子ビーム）を用いた試料１０１への複数回の電子ビーム照射が行なわれている間に、Ｊ傾きＫｊｔの値（電流密度Ｊの変化量の情報）を用いて、電流密度を測定することなく複数回電子ビームの電流密度を推定する。具体的には、以下のように動作する。電流密度推定部６６は、まず、描画開始前電流密度Ｊ０の測定時刻から現在までの経過時間Δｔを演算する。そして、電流密度推定部６６は、記憶装置１４４からＪ傾きＫｊｔの値を読み出し、以下の式（１）に示すように、Ｊ傾きＫｊｔに、描画開始前電流密度Ｊ０の測定時刻から現在までの経過時間Δｔを乗じた値を描画開始前電流密度Ｊ０に加算することで、現在の電流密度Ｊを推定する。
（１） Ｊ＝Ｊ０＋Ｋｊｔ×Δｔ

例えば、少なくとも１つのストライプ領域３２と、図６に示すように、試料上の描画領域がストライプ領域よりも小さいサイズで分割された複数のブロック領域３１の少なくとも１つのブロック領域３１と、のうちの一方の電子ビームの照射（描画）が終了する毎に、電子ビームの電流密度Ｊは推定されると好適である。例えば、１〜５ストライプ領域３２の描画毎に、電流密度Ｊは推定される。

なお、ここでは、描画開始前電流密度Ｊ０の測定時刻から現在までの経過時間Δｔを乗じた電流密度変化量ΔＪに描画開始前電流密度Ｊ０に加算するまでの演算を行っているが、これに限るものではない。電流密度Ｊ推定工程（Ｓ１１２）として、電流密度推定部６６は、描画開始前電流密度Ｊ０の測定時刻から現在までの経過時間Δｔを乗じた電流密度変化量ΔＪを求めるだけであっても良い。言い換えれば、電流密度変化量ΔＪの推定を行うだけに留めても構わない。

電流密度Ｊ調整工程（Ｓ１１６）として、目標値制御部７０（目標値演算部）は、電子ビームの電流密度の推定毎に、電子ビームの電流密度が所定の値になるように、推定された電子ビームの電流密度を補正するための目標値を演算するとともに、放出源制御部に出力する。具体的には、目標値制御部７０は、電子ビームの電流密度Ｊの推定毎に、電子ビームの電流密度Ｊが所定の値になるように、推定された電子ビームの電流密度Ｊを補正するためのバイアス電圧の目標値を演算し、演算の都度、バイアス電圧の目標値を制御部２３２（放出源制御部）に出力する。

図１１は、実施の形態１における電流密度とバイアス電圧との関係の一例を示す図である。図１１において、縦軸に電流密度Ｊを示し、横軸にバイアス電圧Ｂｉを示す。予め、実験或いはシミュレーション等により、電流密度とバイアス電圧との関係を求めておく。そして、Ｂｉ１からＢｉ２へとバイアス電圧を変化させた場合のＪ１からＪ２への電流密度の変化量ΔＪをＢｉ１からＢｉ２へのバイアス電圧の変化量ΔＢｉで割った感度Ｋｊｂ（＝ΔＪ／ΔＢｉ）を求めておく。かかる感度Ｋｊｂのパラメータ値は、予め、外部から描画装置１００内に入力し、記憶装置１４４に格納しておく。そして、目標値制御部７０は、次の式（２）に定義されるように、描画開始前電流密度Ｊ０から推定された電流密度Ｊへの電流密度変化量ΔＪを感度Ｋｊｂで割ることで、電流密度Ｊを補正するためのバイアス電圧の目標値へのバイアス電圧の変化量ΔＢｉを演算する。
（２） ΔＢｉ＝ΔＪ／Ｋｊｂ
＝ΔＪ／（ΔＪ／ΔＢｉ）

そして、目標値制御部７０は、現在のバイアス電圧Ｂｉの目標値からバイアス電圧の変化量ΔＢｉだけバイアス電圧Ｂｉを変化させる目標値を演算する。そして、制御部２３２に目標値を出力する。

電子銃電源２３０内では、制御部２３２（放出源制御部）が放出源の出力を制御するパラメータのうちいずれかの目標値を入力し、目標値に基づいて放出源の出力を制御する。ここでは、制御部２３２が目標値制御部７０から出力された目標値（放出源のバイアス電圧の目標値）を入力し、目標値に基づいて電子銃２０１のウェネルト電極２２４に印加するバイアス電圧を可変に制御する。これにより、電流密度が、推定された電流密度の値から元の描画開始前電流密度Ｊ０に戻るように補正される。

上述した例では、目標値制御部７０がバイアス電圧の変化量ΔＢｉだけバイアス電圧Ｂｉを変化させる目標値を演算しているが、これに限るものではない。目標値制御部７０は、電子銃の出力を制御するパラメータのうちエミッション電流の目標値を演算し、演算の都度、エミッション電流の目標値を制御部２３２に出力してもよい。例えば、Ｉｅ１からＩｅ２へとエミッション電流を変化させた場合のＪ１からＪ２への電流密度の変化量ΔＪをＩｅ１からＩｅ２へのエミッション電流の変化量ΔＩｅで割った感度Ｋｊｉ（＝ΔＪ／ΔＩｅ）を求めておく。そして、目標値制御部７０が、エミッション電流の変化量ΔＩｅだけエミッション電流Ｉｅを変化させる目標値を演算し、制御部２３２に出力しても良い。かかる場合、制御部２３２（放出源制御部）が目標値制御部７０から出力された目標値（放出源のエミッション電流の目標値）を入力し、エミッション電流の目標値に近づくように電子銃２０１のウェネルト電極２２４に印加するバイアス電圧を可変に制御する。これにより、電流密度が、推定された電流密度の値から元の描画開始前電流密度Ｊ０に戻るように補正される。

或いは、目標値制御部７０は、電子銃の出力を制御するパラメータのうち加熱電流（加熱温度）の目標値を演算し、演算の都度、加熱電流（加熱温度）の目標値を制御部２３２に出力してもよい。例えば、Ｔ１からＴ２へと加熱電流（加熱温度）を変化させた場合のＪ１からＪ２への電流密度の変化量ΔＪをＴ１からＴ２への加熱電流（加熱温度）の変化量ΔＴで割った感度Ｋｊｔ（＝ΔＪ／ΔＴ）を求めておく。そして、目標値制御部７０が、加熱電流（加熱温度）の変化量ΔＴだけ加熱電流（加熱温度）Ｔを変化させる目標値を演算し、制御部２３２に出力しても良い。かかる場合、制御部２３２（放出源制御部）が目標値制御部７０から出力された目標値（放出源の加熱電流（加熱温度）の目標値）を入力し、加熱電流（加熱温度）の目標値に近づくように電子銃２０１のカソード２２２の両極に流す電流源２３１からの加熱電流を制御する。これにより、電流密度が、推定された電流密度の値から元の描画開始前電流密度Ｊ０に戻るように補正される。但し、温度が安定するまでには時間がかかってしまうので、バイアス電圧或いはエミッション電流を目標値に近づけるように制御する方が、より好適である。

判定工程（Ｓ１２０）として、描画制御部７８は、描画処理が終了しているかどうかを判定する。まだ、描画処理が終了していない場合、描画工程（Ｓ１１０）に戻り、描画処理が終了していると判定されるまで、描画工程（Ｓ１１０）から電流密度Ｊ調整工程（Ｓ１１６）までの各工程を繰り返す。

図１２は、実施の形態１における電流密度補正のタイムチャート図である。図１２において、縦軸に電流密度Ｊを示し、横軸に補正タイミングを示す。図１２に示すように、電流密度は、実際に測定された描画開始前電流密度Ｊ０の測定時から徐々に変化していく。実施の形態１では、例えば、Ｋ個のストライプ領域３２の描画終了毎に、描画開始前電流密度Ｊ０の測定時からの経過時間Δｔを使って、その時々の電流密度Ｊを推定し、バイアス電圧等の可変制御により電流密度Ｊが所定の値に維持されるように補正する。これにより、描画開始から描画終了までの期間中は、電流密度等の測定をすることなく、電流密度Ｊを推定し、補正できる。

ここで、上述した例では、描画開始から描画終了までの期間中は、電流密度等の測定をしない場合を説明したが、これに限るものではない。例えば、描画開始後にＮ回（例えば２回）電流密度等の測定を行い、それ以降は、かかる電流密度ドリフトの測定結果から得られるＪ傾きを使って、電流密度Ｊを推定し、補正してもよい。

以上のように、実施の形態１によれば、描画開始後に電流密度を測定せずに電流密度を所定の値に維持できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、電流密度を所定の値に維持する構成について説明したが、入射ドーズ量を維持する手法はこれに限るものではない。実施の形態２では、電流密度ドリフトを受け入れ、変化する電流密度を使って、入射ドーズ量を維持する構成について説明する。

図１３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１３において、制御計算機１１０内の目標値制御部７０の代わりに、電流密度Ｊ更新部７２を配置した点以外は、図１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。

照射時間データ生成部６０、配列加工部６２、経過時間演算部６４、電流密度推定部６６、電流密度Ｊ更新部７２、転送処理部７６、及び描画制御部７８といった各「〜部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、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、半導体装置を含む。各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。照射時間データ生成部６０、配列加工部６２、経過時間演算部６４、電流密度推定部６６、電流密度Ｊ更新部７２、転送処理部７６、及び描画制御部７８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。

電子銃電源２３０内では、予め設定された目標値に基づいて、制御部２３２が電圧計２３６で検出しながら可変電圧源２３４から印加されるバイアス電圧（ウェネルト電圧）を可変制御する。

図１４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１４において、実施の形態１における描画方法は、電流密度Ｊ傾き情報入力工程（Ｓ１０２）と、描画開始前電流密度Ｊ０測定工程（Ｓ１０６）と、照射時間演算工程（Ｓ１０８）と、描画工程（Ｓ１１０）と、電流密度Ｊ推定工程（Ｓ１１２）と、電流密度Ｊ更新工程（Ｓ１１８）と、判定工程（Ｓ１２０）と、いう一連の工程を実施する。

電流密度Ｊ傾き情報入力工程（Ｓ１０２）と、描画開始前電流密度Ｊ０測定工程（Ｓ１０６）と、の内容は、実施の形態１と同様である。

照射時間演算工程（Ｓ１０８）の内容は、実施の形態１と同様である。但し、後述するように、電流密度は変化すると共に、元の電流密度から変化後の推定電流密度へと更新されていくので、各画素の照射時間を演算する場合、最新の推定電流密度Ｊを用いて演算する。照射時間ｔは、各画素のための照射量Ｄ（入射ドーズ量）を電流密度Ｊで割ることで演算できるので、照射量Ｄを最新の推定電流密度Ｊで割ることで、所望の照射量Ｄを各画素に入射できる。

描画工程（Ｓ１１０）と、電流密度Ｊ推定工程（Ｓ１１２）と、の内容は、実施の形態１と同様である。よって、電流密度推定部６６は、電子ビームを用いた試料１０１への複数回の電子ビーム照射が行なわれている間に、電流密度の変化量の情報（Ｊ傾きの値）を用いて、電流密度を測定することなく複数回電子ビームの電流密度を推定する。例えば、Ｋ個のストライプ領域３２の描画終了毎に、描画開始前電流密度Ｊ０の測定時からの経過時間Δｔを使って、その時々の電流密度Ｊを推定する（図１２の点線）。或いは、例えば、Ｋ個のブロック領域３１の描画終了毎に、描画開始前電流密度Ｊ０の測定時からの経過時間Δｔを使って、その時々の電流密度Ｊを推定する。

電流密度Ｊ更新工程（Ｓ１１８）として、電流密度Ｊ更新部７２は、電子ビームの電流密度Ｊの推定毎に、電子ビームの電流密度Ｊを更新する。

判定工程（Ｓ１２０）として、描画制御部７８は、描画処理が終了しているかどうかを判定する。まだ、描画処理が終了していない場合、照射時間演算工程（Ｓ１０８）に戻り、描画処理が終了していると判定されるまで、照射時間演算工程（Ｓ１０８）から電流密度Ｊ調整工程（Ｓ１１６）までの各工程を繰り返す。

よって、実施の形態２では、照射時間演算工程（Ｓ１０８）で演算される照射時間が最新の電流密度Ｊで演算されることになる。言い換えれば、照射時間演算工程（Ｓ１０８）において、照射時間データ生成部６０（照射時間演算部）は、推定された電流密度の値を用いて、電流密度の変化に起因して生じる入射ドーズ量のずれを補正するための試料１０１に照射する電子ビームの照射時間ｔを演算する。推定された最新の電流密度の値を用いる。例えば、上述したように、第ｎ番目のストライプ領域３２を描画している間に、まだ描画していない第ｎ＋１番目（或いは第ｎ＋２番目）のストライプ領域３２について照射時間データを演算する。これにより、第ｎ番目のストライプ領域３２の描画終了後、電子ビームの電流密度Ｊが更新された場合、第ｎ＋２番目（或いは第ｎ＋３番目）のストライプ領域３２についての照射時間データは、更新後の電流密度Ｊを用いて演算できる。或いは、例えば、Ｋ個のブロック領域３１の描画終了毎に、電流密度Ｊを推定する場合、第ｎ番目のストライプ領域３２の描画中でも、電子ビームの電流密度Ｊが更新された場合、第ｎ＋１番目（或いは第ｎ＋２番目）のストライプ領域３２の電流密度Ｊの更新後に演算される領域についての照射時間データは、更新後の電流密度Ｊを用いて演算できる。

或いは、照射時間演算工程（Ｓ１０８）では、描画開始前電流密度Ｊ０を用いて照射時間を演算しておき、照射時間転送時に、別途、電流密度Ｊの変化割合で照射時間を割ることで照射時間を補正しても好適である。

以上のように、実施の形態２によれば、描画開始後に電流密度を測定せずに電流密度の変化に伴うドーズ量誤差を補正できる。

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。本実施形態において、電子ビーム照射装置、電子ビーム照射方法としてマルチ電子ビーム描画装置、マルチ電子ビーム照射方法を例に挙げて説明したが、電子ビームを照射する装置、方法であれば適用可能である。例えば、放出部は熱電子放出を利用した電子銃である必要はなく、例えば、フォトカソードを用いたものでもよい。その場合、放出源の出力を制御するパラメータはレーザ強度である。
また、例えば、シングルビームを用いたものでもよく、また描画装置のみならず、電子線検査装置などにも適用することができる。

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電子ビーム照射装置および電子ビーム照射方法は、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
２５ 通過孔
２８，３６ 画素
２９ サブ照射領域
３０ メンブレン領域
３１ ブロック領域
３２ ストライプ領域
３３ 支持台
３４ 照射領域
３５ 描画領域
４０ メンブレン領域
４１ 制御回路
４２ 基板
４３ パッド
４４ 外周領域
４７ 個別ブランキング機構
６０ 照射時間データ生成部
６２ 配列加工部
６４ 経過時間演算部
６６ 電流密度推定部
７０ 目標値制御部
７２ 電流密度更新部
７６ 転送処理部
７８ 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
１３０ 偏向制御回路
１３２，１３４ ＤＡＣアンプユニット
１３８ ステージ制御機構
１３９ ステージ位置測定器
１４０，１４２，１４４ 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 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
２０８，２０９ 偏向器
２１０ ミラー
２１２ 偏向器
２２２ カソード
２２４ ウェネルト電極
２２６ アノード
２３０ 電子銃電源
２３１ 電流源
２３２ 制御部
２３４ 可変電圧源
２３６ 電圧計
２３８ 電流計

Claims (5)

1. 電子ビームを放出する放出源と、
   前記放出源の出力を制御するパラメータの目標値を入力し、前記目標値に基づいて前記放出源の出力を制御する放出源制御部と、
   過去に測定された結果から得られる経過時間に応じた電流密度の変化量の情報を記憶する記憶装置と、
   前記電流密度の変化量の情報を用いて、前記電子ビームの電流密度を推定する電流密度推定部と、
   前記電子ビームの電流密度の推定毎に、前記電子ビームの電流密度が所定の値になるように、推定された前記電子ビームの電流密度を補正するための前記目標値を演算するとともに、前記放出源制御部に出力する目標値演算部と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム照射装置。
2. 電子ビームを放出する放出源と、
   過去に測定された結果から得られる経過時間に応じた電流密度の変化量の情報を記憶する記憶装置と、
   前記電流密度の変化量の情報を用いて、前記電子ビームの電流密度を推定する電流密度推定部と、
   推定された電流密度の値を用いて、電流密度の変化に起因して生じる入射ドーズ量のずれを補正するための前記試料に照射する前記電子ビームの照射時間を演算する照射時間演算部と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム照射装置。
3. 前記試料上の描画領域が分割された短冊状の複数のストライプ領域の少なくとも１つのストライプ領域と、前記試料上の描画領域が前記ストライプ領域よりも小さいサイズで分割された複数のブロック領域の少なくとも１つのブロック領域と、のうちの一方の電子ビームの照射が終了する毎に、前記電子ビームの電流密度は推定されることを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビーム照射装置。
4. 放出源から電子ビームを放出し、試料を電子ビームで照射する工程と、
   前記放出源に流れるエミッション電流の目標値と前記放出源のバイアス電圧の目標値とのうちの一方を入力し、前記一方の値に基づいて前記放出源のバイアス電圧を可変に制御する工程と、
   過去に測定された結果から得られる電流密度の変化量の情報を用いて、複数回前記電子ビームの電流密度を推定する工程と、
   前記電子ビームの電流密度の推定毎に、前記電子ビームの電流密度が所定の値になるように、推定された前記電子ビームの電流密度を補正するための前記エミッション電流の目標値と前記バイアス電圧の目標値とのうちの前記一方を演算し、演算の都度、前記エミッション電流の目標値と前記バイアス電圧の目標値とのうちの前記一方を出力する工程と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム照射方法。
5. 放出源から電子ビームを放出し、試料を電子ビームで照射する工程と、
   過去に測定された結果から得られる電流密度の変化量の情報を用いて、複数回前記電子ビームの電流密度を推定する工程と、
   推定された最新の電流密度の値を用いて、電流密度の変化に起因して生じる入射ドーズ量のずれを補正するように前記試料を照射する電子ビームの照射時間を演算する工程と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム照射方法。

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