JP3993334B2 - 荷電ビーム描画装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路、その他微細な素子パターンを、荷電ビームを用いて半導体ウェハやパターン転写用のマスク等の基板上に形成する荷電ビーム描画装置に係わり、特に対物レンズ及び対物偏向器を機械的に移動させる機構を備えた荷電ビーム描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程における光リソグラフィは、そのプロセス簡易性，低コストなどの利点により広くデバイス生産に用いられてきた。そして、常に技術革新が続けられており、近年では短波長化（ＫｒＦエキシマレーザ光源）により０．２５μｍ以下の素子の微細化が達成されつつある。さらに微細化を進めようと、より短波長のＡｒＦエキシマレーザ光源やレベンソン型の位相シフトマスクの開発が進められており、０．１５μｍルール対応の量産リソグラフィツールとして期待されている。しかし、これを実現するための課題も多く、その開発に係わる時間が長期化しており、デバイスの微細化のスピードに追いつかなくなることが心配されつつある。
【０００３】
これに対して、ポスト光リソグラフィの第一候補である電子ビームリソグラフィは、細く絞ったビームを用いて０．０１μｍまでの加工ができることは実証済みである。微細化という観点では、当面問題なさそうであるが、デバイス量産ツールとしてはスループットに問題がある。即ち、電子ビームリソグラフィでは、細かいパターンを一つ一つ順番に描いていくためどうしても時間がかかってしまう。この描画時間を短縮するために、ＵＬＳＩパターンの繰り返し部分を部分的に一括して描画するセルプロジェクション方式など、幾つかの装置が開発されている。しかし、これらの装置を用いても光リソグラフィのスループットに追いつくまでには至っていない。
【０００４】
電子ビームリソグラフィのスループットを増大させる一つの方法として、電子ビーム描画装置内の対物偏向器の偏向領域を大きくし、高速で偏向することが試みられている。この場合、描画スループットは向上するが、偏向領域が大きくなるため、レンズ・偏向収差により、解像性の劣化，パターンの歪み等が現れ、高精度な描画を行うことができない。また、偏向には高速で偏向するために静電型の偏向器が用いられているが、偏向領域と静電偏向器に印加する電圧には相関関係があり、大偏向するために静電偏向器への印加電圧が高くなると、高速で偏向することが困難になる問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、電子ビーム描画装置において、スループットを高めるために対物偏向器の偏向領域を大きくすると、レンズ・偏向収差により解像性の劣化やパターンの歪み等が生じ、高精度の描画を行うことはできない。さらに、高速偏向可能な静電偏向器で大きな偏向領域をカバーすることは困難であった。また、上記の問題は電子ビーム描画装置に限らず、イオンビームを用いてパターンを描画するイオンビーム描画装置に関しても同様に言えることである。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、偏向領域の増大に伴うビーム解像性の劣化やパターン歪みの発生等を無くすことができ、スループットの向上と共に描画精度の向上をはかり得る荷電ビーム描画装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【０００８】
即ち本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で（例えば、荷電ビームの光軸と直交する平面内で）機械的に可動にする駆動機構を設け、且つ前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、荷電ビームをブランキングするためのプランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器を所定の平面内で（例えば、荷電ビームの光軸と直交する平面内で）可動にする駆動機構を設け、且つ前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
(1) 駆動機構は、荷電ビームの光軸方向（Ｚ方向）と直交する少なくとも２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に機械的に可動であること。
(2) 駆動機構は、磁気力により駆動制御するアクチュエータからなること。
【００１１】
(3) 光軸シフト用偏向器は、静電型偏向器であること。
(4) 光軸シフト用偏向器は、少なくとも２段の偏向器からなり、荷電ビームを振り戻してビーム軸を平行にシフトするものであること。
(5) 対物レンズは、静電型レンズであること。
(6) 対物レンズ及び対物偏向器は共に静電型であり、一体形成されていること。
【００１２】
(7) 試料に入射する電子ビームのエネルギーを５ｋＶ以下に設定したこと。
(8) 光軸シフト用偏向器により、駆動機構による対物レンズ及び対物偏向器の光軸のずれを補正すること。
(9) 描画装置は、電子ビーム描画装置であること。
【００１３】
(10)駆動機構による駆動周波数は一定であること。
(11)対物偏向器は主副２段の偏向器からなり、主偏向器で副偏向領域の位置決めを行い、副偏向器で副偏向領域の描画を行うものであり、試料を載置したステージは一方向に連続的に移動され、駆動機構による移動方向はステージ移動方向と交差する方向であり、ステージ移動方向と交差する方向に沿った複数の副偏向領域からなる主偏向列の描画時間が一定となるように、描画条件に応じて主偏向列内の副偏向領域数及びショット数を可変にしたこと。
【００１４】
(12)駆動機構により駆動される物体の移動位置を一定のサンプリング時間間隔で検出する位置センサと、この位置センサの検出信号に基づいて物体が移動することに伴う荷電ビームの位置ずれを補正し、且つサンプリング時間より短い間隔で発生する物体の移動量を補間して補正する補正回路とを設けたこと。
(13)補正回路は、位置センサの検出信号を基に物体の移動速度を算出し、算出した移動速度を積分器に入力し、この積分器の出力を偏向電圧に加算するものであること。
【００１５】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを所望形状に成形するための複数の開口パターンを有するキャラクタアパーチャと、成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記キャラクタアパーチャを所定の平面内で機械的に可動にする第１の駆動機構を設けると共に、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で機械的に可動にする第２の駆動機構を設け、且つ前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に、第２の駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、荷電ビームをブランキングするためのプランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記キャラクタアパーチャを所定の平面内で機械的に可動にする第１の駆動機構を設けると共に、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で可動にする第２の駆動機構を設け、且つ前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に、第２の駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする。
【００１７】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
(1) 各駆動機構は、荷電ビームの光軸方向（Ｚ方向）と直交する少なくとも２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に機械的に可動であること。
(2) 各駆動機構は、磁気力により駆動制御するアクチュエータからなること。
【００１８】
(3) 光軸シフト用偏向器は、静電型偏向器であること。
(4) 光軸シフト用偏向器は、少なくとも２段の偏向器からなり、荷電ビームを振り戻してビーム軸を平行にシフトするものであること。
(5) 対物レンズは、静電型レンズであること。
(6) 対物レンズ及び対物偏向器は共に静電型であり、一体形成されていること。
【００１９】
(7) 試料に入射する電子ビームのエネルギーを５ｋＶ以下に設定したこと。
(8) 光軸シフト用偏向器により、駆動機構による対物レンズ及び対物偏向器の光軸のずれを補正すること。
(9) 描画装置は、電子ビーム描画装置であること。
【００２０】
(10)アパーチャ群（複数の開口パターン）の選択は、試料を載置したステージの移動の折返し時に行うこと。
(11)アパーチャ群（複数の開口パターン）を構成するアパーチャは、３つの図形パターンからなること。
(12)３つのアパーチャは、その中心位置間が等しく配置されていること。
【００２１】
(13)駆動機構による駆動周波数は一定であること。
(14)対物偏向器は主副２段の偏向器からなり、主偏向器で副偏向領域の位置決めを行い、副偏向器で副偏向領域の描画を行うものであり、試料を載置したステージは一方向に連続的に移動され、前記駆動機構による移動方向はステージ移動方向と交差する方向であり、ステージ移動方向と交差する方向に沿った複数の副偏向領域からなる主偏向列の描画時間が一定となるように、描画条件に応じて主偏向列内の副偏向領域数及びショット数を可変にしたこと。
【００２２】
(15)駆動機構により駆動される物体の移動位置を一定のサンプリング時間間隔で検出する位置センサと、この位置センサの検出信号に基づいて物体が移動することに伴う荷電ビームの位置ずれを補正し、且つサンプリング時間より短い間隔で発生する物体の移動量を補間して補正する補正回路とを設けたこと。
(16)補正回路は、位置センサの検出信号を基に物体の移動速度を算出し、算出した移動速度を積分器に入力し、この積分器の出力を偏向電圧に加算するものであること。
【００２３】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で機械的に往復移動させる駆動機構を設け、且つ前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなり、前記対物レンズ及び対物偏向器の移動速度が連続的に変化するように前記駆動機構を制御することを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、荷電ビームをブランキングするためのプランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器を所定の平面内で往復移動させる駆動機構を設け、且つ前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなり、前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器の移動速度が連続的に変化するように前記駆動機構を制御することを特徴とする。
【００２５】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
(1) 駆動機構は、荷電ビームの光軸方向（Ｚ方向）と直交する少なくとも２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に機械的に可動であること。
(2) 駆動機構は、磁気力により駆動制御するアクチュエータからなること。
【００２６】
(3) 光軸シフト用偏向器は、静電型偏向器であること。
(4) 光軸シフト用偏向器は、少なくとも２段の偏向器からなり、荷電ビームを振り戻してビーム軸を平行にシフトするものであること。
(5) 対物レンズは、静電型レンズであること。
(6) 対物レンズ及び対物偏向器は共に静電型であり、一体形成されていること。
【００２７】
(7) 試料に入射する電子ビームのエネルギーを５ｋＶ以下に設定したこと。
(8) 光軸シフト用偏向器により、駆動機構による対物レンズ及び対物偏向器の光軸のずれを補正すること。
(9) 描画装置は、電子ビーム描画装置であること。
【００２８】
(10)駆動機構を正弦波によって制御すること。
(11)駆動機構の駆動に同期して、対物偏向器によりビームを電気的に偏向し、一定の基準速度に対する駆動機構による移動速度の差分を補正すること。
【００２９】
(12)駆動機構による駆動周波数は一定であること。
(13)対物偏向器は主副２段の偏向器からなり、主偏向器で副偏向領域の位置決めを行い、副偏向器で副偏向領域の描画を行うものであり、前記試料を載置したステージは一方向に連続的に移動され、前記駆動機構による移動方向はステージ移動方向と交差する方向であり、ステージ移動方向と交差する方向に沿った複数の副偏向領域からなる主偏向列の描画時間が一定となるように、描画条件に応じて主偏向列内の副偏向領域数及びショット数を可変にしたこと。
【００３０】
(14)駆動機構により駆動される物体の移動位置を一定のサンプリング時間間隔で検出する位置センサと、この位置センサの検出信号に基づいて物体が移動することに伴う荷電ビームの位置ずれを補正し、且つサンプリング時間より短い間隔で発生する物体の移動量を補間して補正する補正回路とを設けたこと。
(15)補正回路は、位置センサの検出信号を基に物体の移動速度を算出し、算出した移動速度を積分器に入力し、この積分器の出力を偏向電圧に加算するものであること。
【００３１】
（作用）
前述したように、対物偏向器による偏向領域を広げると、これに伴い偏向収差が大きくなり、さらに対物レンズに対するビーム軌道がレンズ中心から大きくずれるためにレンズの収差が大きくなる。そこで本発明では、対物レンズ及び対物偏向器を光軸と直交する方向に機械的に動かしている。また、対物レンズ及び対物偏向器を機械的に動かすことによるこれらの軸と光軸とのずれは、対物レンズ及び対物偏向器の前段に設けた光軸シフト用偏向器により補正するようにしている。
【００３２】
従って本発明によれば、対物偏向器自体による電気的な偏向領域を大きくすることなく、トータルの偏向領域を大きくすることができるので、偏向収差を小さくできる。さらに、対物偏向器自体による偏向領域が小さいことから、対物レンズによるレンズ収差も小さくできる。このため、偏向領域の増大に伴うビーム解像性の劣化やパターン歪みの発生等を無くすことができ、スループットの向上と共に描画精度の向上をはかることが可能となる。本発明は特に低加速電子ビーム描画装置において、対物レンズを静電レンズ、対物偏向器を静電偏向器で構成した装置において有効である。
【００３３】
また、成形アパーチャやキャラクタアパーチャを機械的に可動にする駆動機構を設けることにより、これらのアパーチャに多数の開口パターン（アパーチャ群）を配置することができ、これにより描画スループットの一層の向上をはかることが可能となる。
【００３４】
また、対物レンズ及び対物偏向器等の移動速度が連続して変化するように駆動機構を制御することにより、機械的な移動の制御が簡単になる。さらに、駆動機構の駆動を正弦波等で行う場合に、この駆動に同期して対物偏向器によりビームを電気的に偏向し、一定の基準速度に対する駆動機構による移動速度の差分を補正することにより、駆動機構の駆動を正弦波駆動にしたことに伴うスループットの低下も抑制することが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。
【００３７】
電子銃１０１から放射された電子ビーム１１８は、コンデンサレンズ１０２で大きさ及び明るさ（電流密度）が調整され、第１成形アパーチャ１２０を均一に照明する。この第１成形アパーチャ１２０の像は、投影レンズ１２４により第２成形アパーチャ１２５上に結像される。これら２つのアパーチャ１２０，１２５の光学的な重なりの程度は、成形偏向器１２１により制御される。この成形偏向器１２１は、成形偏向アンプ１２７からの偏向電圧によって制御される。
【００３８】
第１成形アパーチャ１２０と第２成形アパーチャ１２５の光学的重なりによる成形された電子ビーム１１８は、縮小レンズ１２６及び対物レンズ１０６により縮小され、試料１０７上に結像される。そして、電子ビーム１１８の試料面上の位置は、対物偏向器１０５に電圧を印加する対物偏向アンプ１１３によって制御される。
【００３９】
対物偏向器１０５及び対物レンズ１０６は、後述するように一体形成されて対物レンズ偏向器を成し、光軸（Ｚ方向）と直交するＸ，Ｙ方向に移動可能な対物駆動機構１１４により移動される。そして、対物レンズ偏向器１０５，１０６の移動位置はレーザ干渉計１０８により測定されるものとなっている。また、対物レンズ偏向器１０５，１０６の前段には、後述するプリ対物レンズ偏向器１１０が配置され、この偏向器１１０にはプリ対物レンズ偏向アンプ１１２により偏向電圧が印加される。
【００４０】
試料１０７はＸ，Ｙ方向に移動可能なステージ１１７上に載置され、ステージ１１７はステージ駆動機構１１５により駆動される。そして、ステージ１１７の位置はレーザ干渉計１０９により測定されるものとなっている。
【００４１】
試料１０７上の電子ビーム１１８の位置を移動する場合、試料１０７上の不必要な場所が露光されないように、ブランキング偏向器１０３で電子ビーム１１８を偏向し、電子ビーム１１８がブランキングアパーチャ１０４でカットされ、試料面上に到達しないようにする。ブランキング偏向器１０３への偏向電圧の制御はブランキングアンプ１１１で制御される。そして、全てのアンプ１１１，１１２，１１３，１２７及び駆動機構１１４，１１５は制御用計算機１１６で制御されるものとなっている。
【００４２】
次に、対物レンズ部分の構成について詳しく述べる。本実施形態の要点は対物レンズ１０６と対物偏向器１０５を静電型で形成し、両者を一つの電極で兼ねた構成物を、対物駆動機構１１４で光軸に対して垂直方向に駆動可能とした点にある。対物レンズ偏向器１０５，１０６は、図２（ａ）に示すように、８つの電極からなるオクタポールとこれを挟む２枚のグランド電極の３極構造をしており、オクタポールには制御計算機１１６によりＶ１からＶ８までの電極電圧が印加される。これらの電圧は対物偏向アンプ１１３を通して対物レンズ偏向器１０５，１０６に印加され、これにより対物レンズ偏向器１０５，１０６は静電レンズと静電偏向器を兼ねることができる。
【００４３】
なお、対物レンズ偏向器の構成は必ずしも図２（ａ）に限るものではなく、図２（ｂ）に示すように、静電レンズを光軸方向に沿って配置された３つの電極板から構成し、静電偏向器を８つの電極を有するオクタポールで構成するようにしても良い。
【００４４】
次に、試料面上への電子ビーム１１８の位置設定方法について詳しく述べる。まず、図３（ａ）に示すように、第１成形アパーチャ１２０及び第２成形アパーチャ１２５により成形された電子ビーム１１８は、対物レンズ偏向器１０５，１０６により試料面上１０７上の位置（以下ショット位置）が決定され、成形された電子ビーム１１８の大きさ（以下ショットサイズ２０１）を描画する。
【００４５】
図３（ｂ）に示すように、これらを繰り返し、対物レンズ偏向器１０５，１０６の供給電圧を変化させ、ショット位置を可変し、対物レンズ偏向器１０５，１０６の偏向領域２０２を順次２次元的に描画する。この対物レンズ偏向器１０５，１０６の偏向領域２０２は、構成される電子光学系の計算上の制約点（収差・歪み等）により決定されるが、この領域を大きくすることにより描画装置のスループットは向上するが、収差等が増加し、高精度な描画が困難になる。
【００４６】
本実施形態では図３（ｃ）に示すように、対物駆動機構１１４により、例えば磁石の磁気力により駆動制御するアクチュエータ、ボイスコイル等を用いて、対物レンズ偏向器１０５，１０６の位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動し、それと同期してプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビーム１１８が対物レンズ偏向器１０５の光軸を通るようにしている。そして、この状態で対物レンズ偏向器１０５，１０６により試料面１０７上のショット位置を決定し、描画を行う。図中の２０３は、対物偏向器１０５により描画される領域＋対物駆動機構１１４により対物偏向領域を移動して描画される領域である。
【００４７】
なお、プリ対物レンズ偏向器１１０は例えば２段の静電偏向器で構成され、１段目の偏向器で偏向した分を２段目の偏向器で振り戻すようになっている。これにより、電子ビームは光軸方向と平行にシフトすることになる。また、対物レンズ偏向器１０５，１０６を移動させるのに、磁石に代わりにピエゾ素子を用いてもよい。
【００４８】
図４及び図５は、本実施形態における描画のシーケンスを模式的に示す図である。図４は、ステージ１１７の移動方向と対物駆動機構１１４により駆動される対物レンズ偏向器１０５，１０６の位置の軌跡を示したもので、図中の点線の一つのマスが対物レンズ偏向器１０５，１０６により描画される領域である。初めに対物駆動機構１１４により対物レンズ偏向器１０５，１０６を図４の (1)の位置に移動し、マス内を描画し、次に対物レンズ偏向器１０５，１０６を (2)の位置へ移動し、同様にマス内を描画する。これらを繰り返し (3)(4)(5)と描画する。一列描画完了した後に (6)の位置へ移動し順次繰り返す。
【００４９】
図５は、対物駆動機構１１４のＸ方向，Ｙ方向駆動の位置を模式的に現したものである。この場合、ステージ１１７は図の右側から左側に移動している。対物駆動機構Ｙ方向はステージ１１７の移動方向に対して垂直方向、Ｘ方向はステージ１１７の移動方向である。対物駆動機構１１４のＸ方向の移動は、対物駆動機構１１４をＹ方向に移動しながら描画している時にステージ１１７のＸ方向移動による位置補正を行うためである。このとき、ステージ１１７と対物レンズ偏向器１０５，１０６の位置はレーザ干渉計１０８により計測され、その位置情報は制御計算機１１６へフィードバックされ、これにより試料面上のビーム位置が補正される。
【００５０】
これらの操作を繰り返すことにより、トータルでの偏向領域を大きくしてスループットの向上をはかりながら、対物レンズ偏向器１０５，１０６による電気的な偏向領域は小さくでき、収差及び描画精度を向上させることができる。
【００５１】
また、本実施形態は試料１０７に入射する電子ビーム１１８のエネルギーを５ｋＶとした。このような低加速電子ビームを描画に用いると、いわゆる近接効果を無視することができ、煩雑な照射量補正の機能を省くことができる。さらに、レジストを露光する感度も加速電圧とほぼ反比例して高感度化していく本実施形態では、５ｋＶのエネルギーを持った電子ビームに対して適正ドーズ量は０．２μＣ／ｃｍ2 であった。
【００５２】
なお、このような低加速電子ビームを用いた場合、電子同士の反発によるビームのぼけ、いわゆるクーロン反発が大きくなり、解像性が劣化する。クーロン効果を防ぐためには、電子同士の反発時間を短くする、即ちコラムを短くすれば良い。
【００５３】
一般的に、コラムを形成するレンズには、電磁レンズと静電レンズがある。電磁レンズは電子コイル，ヨークが必要となり、その構造上小さく作製することは困難であり、コラムを短くすることができない。これに対し静電レンズは電極を小さく作製し、その構造上小型化が可能となりコラムを短くすることが可能となる。
【００５４】
このような静電型対物レンズ偏向器１０５，１０６を用いることにより、レンズの構成を小さくかつ軽量に作製することが可能となる。そして、軽量の対物レンズ偏向器１０５，１０６を対物駆動機構１１４で磁気力により駆動制御するアクチュエータ、例えばボイスコイル等を用いて駆動することにより、対物レンズ偏向器１０５，１０６を高速で駆動することが可能となる。
【００５５】
図６は、上記構成を持った描画装置のスループットを評価した結果を示す図である。
【００５６】
本実施形態では、対物偏向領域１．５ｍｍ（対物駆動±０．５ｍｍ、静電偏向５００μｍ）で、レジスト感度は０．２μＣ／ｃｍ2 、電流密度は５Ａ／ｃｍ2 の条件である。対物駆動機構が５ｍｍ駆動する場合のスループットは、１５枚／時間になり、その時のビーム収差は２０ｎｍ、偏向歪みは２０ｎｍとなった。
【００５７】
また、従来例の対物偏向領域１．５ｍｍは、対物レンズ偏向器１０５，１０６を移動させることなく、１．５ｍｍの偏向領域を全て静電偏向を行っている。この時のレジスト感度は０．２μＣ／ｃｍ2 、電流密度は５Ａ／ｃｍ2 の条件である。そして、この時のスループットは７．８枚／時間、ビームの収差は１５０ｎｍ、偏向歪みは２００ｎｍとなった。
【００５８】
本実施形態の方が従来例よりもビーム収差及び偏向歪みが小さくなるのは、静電偏向による偏向領域が１．５ｍｍから５００μｍと小さくなったためである。また、スループットが向上するのは、次のような理由による。即ち、静電偏向の場合、設定電圧を印加してから偏向が安定するまでの時間（セットリングタイム）に比較的長い時間を要し、高い偏向電圧ではセットリングタイムがさらに長くなる。従って、偏向電圧を低くできる本実施形態ではセットリングタイムが短くなるため、スループットが向上する。なお、本実施形態における対物駆動はステップ移動であり、移動する回数は少ないため対物駆動による時間の増加は殆ど問題とならない。
【００５９】
また、従来例の電磁偏向５ｍｍは高加速電子ビーム描画装置をモデルとした。この時のレジスト感度は２ｕＣ／ｃｍ2 、電流密度は１０Ａ／ｃｍ2 の条件である。この場合のスループットは１１．８枚／時間となった。
【００６０】
これらから分かるように本実施形態では、レジスト感度及び電流密度を同じ条件とした従来例に対し、スループットは約２倍と大きくなり、ビームの収差及び偏向歪みは約１／１０へ低減することができる。
【００６１】
また、本実施形態では対物レンズを静電レンズで説明しているが、図１のコンデンサレンズ１０２，投影レンズ１２４，及び縮小レンズ１２６等を静電型レンズで構成してもよい。
【００６２】
また、図１に示すような対物駆動機構１１４に例えば磁石の磁気力により駆動制御するアクチュエータ等を用いて、対物偏向器１０５を含む対物レンズ１０６位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動した場合、アクチュエータ自身が発生する漏洩磁束が電子ビーム１１８へ影響しないように、アクチュエータを囲むように磁性体のカバーを取り付けるようにして、漏洩磁束の電子ビーム１１８への影響を無くす。又は、図示していないが、アクチュエータが発生する磁界をキャンセルする磁界を印加し、電子ビーム１１８への影響を無くすことも可能である。また、対物駆動機構を制御するための信号は、鋸歯状波形でもよいが高速で偏向するため、サイン波形であっても問題はない。
【００６３】
このように本実施形態では、電子ビーム描画装置の対物レンズの構造に関し、対物偏向器を含む対物レンズを機械的に光軸に対して垂直方向に移動することを可能する駆動機構を具備し、大きな偏向を機械的に移動し、その中の各ショットを静電偏向を用いて描画する。このような構造を取ることにより、スループットを劣化させることなく、描画精度の向上をはかることが可能となった。
【００６４】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００６５】
本実施形態はキャラクタビーム描画方式の電子ビーム描画装置に適用した例であり、ビーム寸法固定方式や可変成形ビーム方式の描画装置と比較して、スループットが高いという特徴がある。
【００６６】
この方式の描画方式は、図８に示すように第１成形アパーチャ１２０を通過した電子ビームがキャラクタアパーチャ６０１上を照射し、キャラクタアパーチャ６０１により希望の形状に形成され、そのキャラクタビームが試料面１０７上に結像される。それらキャラクタビームを対物偏向器により位置を変えることにより、繰り返しパターンを高速に描画できる。この方式では、ＤＲＡＭ等の描画するビーム形状が繰り返し同じ場合に格段に高いスループットを得ることが可能となる。
【００６７】
以下に、内容を詳しく述べる。図７に示すように、電子銃１０１から放射された電子ビーム１１８はコンデンサレンズ１０２で電流密度が調整され、第１成形アパーチャ１２０を均一に照明する。第１成形アパーチャ１２０を通過した電子ビーム１１８がキャラクタアパーチャ６０１上に照射される。キャラクタアパーチャ６０１上の電子ビームの位置は成形偏向器１２１により制御される。この成形偏向器１２１は、成形偏向アンプ１２７及び制御用計算機１１６により制御される。
【００６８】
キャラクタアパーチャ６０１により成形された電子ビーム１１８は、縮小レンズ１２６及び対物レンズ６０３により縮小され、試料１０７上に結像される。そして、電子ビーム１１８の試料面上の位置は、対物偏向アンプ１１３により偏向電圧が印加される対物偏向器６０２により制御される。
【００６９】
また、本実施形態では、対物レンズ６０３及び対物偏向器６０２のみならず、これらと共にキャラクタアパーチャ６０１及び縮小レンズ１２６が、対物駆動機構１１４により一体的に移動可能となっている。そして、キャラクタアパーチャ６０１の電子銃側には、先の第１の実施形態と同様に電子ビームの軸を光軸と平行にシフトするためのプリ対物レンズ偏向器１１０が配置されている。
【００７０】
このように構成された本装置においては、対物駆動機構１１４を用いて、対物偏向器６０２，対物レンズ６０３，縮小レンズ１２６，及びキャラクタアパーチャ６０１を含む構造体を光軸１１９に対して垂直方向に移動し、それと同期して第１成形アパーチャ１２０とキャラクタアパーチャ６０１間に設けられたプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビーム１１８を希望とするキャラクタアパーチャ６０１に照射する。そして、キャラクタアパーチャ６０１で成形された電子ビーム１１８を用い、対物偏向器６０２で試料面１０７上のショット位置を決定し、描画を行う。また、対物レンズ６０３及び対物偏向器６０２、又は試料１０７の乗ったステージ１１７の位置情報は、第１のレーザ干渉計１０８と第２のレーザ干渉計１０９を用いて測定され、制御用計算機１１６にフィードバックされる。
【００７１】
これらの操作を繰り返すことにより、トータルでの偏向領域を大きくしてスループットの向上をはかりながら、対物偏向器６０２自体による電気的な偏向領域は小さくでき、収差及び描画精度を向上させることができる。さらに、対物駆動機構１１４と連動して、電子ビーム１１８を偏向するプリ対物レンズ偏向器１１０がキャラクタアパーチャ６０１より電子銃１０１側にあるため、プリ対物レンズ偏向器１１０による偏向収差が試料面１０７上の電子ビーム１１８へ与える影響が無いため、より収差・歪みの少ないキャラクタービームを得ることが可能となる。
【００７２】
また、本実施形態においても先の第１の実施形態で説明したように、図７のコンデンサレンズ１０２，投影レンズ１２４，縮小レンズ１２６，対物レンズ６０３を静電型レンズで構成してもよい。さらに、図１に示すように、対物レンズ１０５と対物偏向器１０６を一つの電極で実現した対物レンズ偏向器で対物レンズ部を構成してもよい。
【００７３】
また、図７に示すような対物駆動機構１１４に例えば磁石の磁気力により駆動制御するアクチュエータ等を用いて、対物偏向器６０２を含む対物レンズ６０３位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動した場合、アクチュエータ自身が発生する漏洩磁束が電子ビーム１１８へ影響しないように、アクチュエータを囲む様に磁性体のカバーを取り付けるようにして、漏洩磁束の電子ビーム１１８への影響を無くす。又は、図示していないが、アクチュエータが発生する磁界をキャンセルする磁界を印加し、電子ビーム１１８への影響を無くすことも可能である。また、対物駆動機構を制御するための信号は、鋸歯状波形でもよいが高速で偏向するため、サイン波形であっても問題はない。
【００７４】
このように本実施形態では、電子ビーム描画装置の対物レンズの構成に関し、対物偏向器６０２，対物レンズ６０３，縮小レンズ１２６，キャラクタアパーチャ６０１を含む構造体を光軸１１９に対して垂直方向に機械的に移動する駆動機構を具備し、それと同期して投影レンズ１２４とキャラクターアパチャ６０１間に設けられたプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビーム１１８を希望のキャラクタアパーチャ６０１を照射するようにし、大きな偏向を機械的に移動し、その中の各ショットを静電偏向を用いて描画をする。このような構造を取ることにより、スループットを劣化させることなく、描画精度の向上をはかることが可能となった。
【００７５】
（第３の実施形態）
図９及び図１０は、本発明の第３の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。なお、図１及び図７と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００７６】
本実施形態が先の第１及び第２の実施形態と異なる点は、第１及び第２の実施形態におけるキャラクタアパーチャ６０１を機械的に可動できるようにしたことにある。即ち図９では、キャラクタアパーチャ６０１をアパーチャ駆動機構３０１により、ビームの通る軸と垂直な平面内をＸＹ方向に移動できるようにし、その移動位置はレーザ干渉計３０２により測定するようにしている。図１０では、キャラクタアパーチャ６０１をアパーチャ駆動機構３０１により、縮小レンズ１２６，対物偏向器６０２，及び対物レンズ６０３とは独立にＸＹ方向に移動できるようにし、移動位置はレーザ干渉計３０２により測定するようにしている。
【００７７】
キャラクタアパーチャ６０１は、シリコンウェハの中央部をステンシル状に薄くし、開口パターンを形成したものである。通常の大きさは１０ｍｍ程度で、その中央に偏向器の偏向領域（通常は１〜２ｍｍ□）内に開口パターンが配置されている。しかし、アパーチャ６０１の大きさ（偏向器の偏向領域以下）は制限されるため、デバイスパターン形成に必要とされる図形数は１つのアパーチャに収まりきらない。このため、上述した１０ｍｍ□のアパーチャを最小単位として、複数個並べたアパーチャ群を前述したアパーチャ駆動機構３０１によってビーム通過軸と直交するＸＹ平面内で機械的に移動させ、デバイスパターン形成に必要なアパーチャが全て選択できるようにする。
【００７８】
対物偏向器１０５，６０２の偏向領域は電子光学系の設計上の制約（収差・歪み等）により決定されるが、この領域を大きくすることにより描画装置のスループットは向上するが、収差等が増加し高精度な描画が困難になる。これに関しては、第１及び第２の実施形態と同様に、対物駆動機構１１４により対物偏向器１０５，６０２の位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動し、それと同期してプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビームが対物偏向器１０５，６０２の光軸を通るようにし、対物偏向器１０５，６０２で試料面１０７上のショット位置を決定して描画を行う。
【００７９】
このように本実施形態によれば、キャラクタアパーチャ６０１におけるアパーチャ数に制限が無くなるため、デバイスパターンを全てキャラクタ化することができる。その結果、ビームサイズを可変させながらパターンを描画することなしに（ＶＳＢ描画を行う必要が無くなるため）、最大ビームサイズでデバイスパターンが描画できるようになるため、従来のＶＳＢ描画を併用する電子ビーム描画装置に比べてスループットが格段に向上する。
【００８０】
図１１は、上記の電子ビーム描画装置のアパーチャ駆動機構について、その駆動タイミングを描画シーケンス内で示した図である。アパーチャを機械的に駆動する場合、駆動開始から停止まで（アパーチャの位置安定性が許容範囲内に収まるまで）に数十から数百ｍｓかかる。駆動シーケンスを見て分かるように、ビーム照射時間以外で吸収できる（スループットを悪化させないで）時間は、ステージ１１７の折返し時にしか存在しないため、このステージ折返し時にアパーチャ１２５，６０１を動かすようにする。このようにすることによって、スループットを低下させずにアパーチャ群を選択することができる。
【００８１】
図１２は、図９の装置において、駆動されるアパーチャ群の最小単位をなすアパーチャの図形パターンの配置に関するものである。（ａ）はアパーチャ６０１を含む光学系の構成を示し、（ｂ）はアパーチャ６０１に形成されたアパーチャ群を示し、（ｃ）はアパーチャ群の各アパーチャ内のパターン配置例を示している。
【００８２】
レーザ干渉計３０２は、Ｘ方向（３０２ａ）及びＹ方向（３０２ｂ）にそれぞれ配置されている。キャラクタアパーチャ６０１を構成するアパーチャ群の各アパーチャ内には、例えば３つの図形パターンが配置されている。この際に、３つの図形パターンはどのパターンの中心間も等距離（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）になっている。
【００８３】
ここで、アパーチャ群内の最小単位をなすアパーチャ内の図形パターンの選択は偏向器を用いて行うが、パターンを選択する際にパターン間距離が異なると図形の選択切替時間が異なることになる。従って、図形パターンを３つにして、どのパターン間距離も同じにして図形の選択切替時間を最低且つ同じにすることによって、スループットを低下させずにアパーチャ群内の図形パターンを選択することができる。
【００８４】
このように本実施形態では、プリ対物レンズ偏向器１１０及び対物駆動機構１１４等を設けることにより、先の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、キャラクタアパーチャ６０１等を機械的に移動させるアパーチャ駆動機構３０１を設けることにより、描画スループットのより一層の向上をはかることが可能となる。
【００８５】
（第４の実施形態）
本実施形態は、対物偏向器及び対物レンズ等の駆動機構による駆動を正弦波により行い、更に偏向器により駆動位置の補正を行うものであるが、実施形態を説明する前に、上記駆動機構を用いた場合の描画方法について説明しておく。
【００８６】
前記図１に示す第１の実施形態のような描画装置を用いて、対物レンズ１０６の位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動することをＭＭＯＬ（Mechanical Moving Objective Lens）と記す。図１３は、このＭＭＯＬの描画方法を説明するための図である。
【００８７】
第２成形アパーチャ１２５で成形された電子ビームの１ショット４０１を、比較的低電圧で高速に偏向する副偏向にて副偏向領域４０２（ここでは５０μｍ□：２５ショット）に描画する。そして、この副偏向領域４０２を主偏向にて大偏向し、広い領域、この場合は５００μｍの１主偏向列４０３をウェハ上に描画する。ここで、図１に示す描画装置の対物偏向器１０５は主・副２段の偏向器となっており、上記の主偏向及び副偏向は対物偏向器１０５で行う。
【００８８】
図１４は、ＭＭＯＬの駆動方法を説明する図で、ウェハ上に描画される領域を示している。まず、図１４（ａ）に示すように、ビームを第１のポジション５０３へ設定し１副偏向領域５０２を静電主偏向を用いて順次描画し、主偏向列５０１を描画すると共に、ＭＭＯＬ移動方向５０９に駆動しつつ、ウェハ上を描画する。また、ステージ移動方向５０８はＭＭＯＬの移動方向５０９に対し垂直方向であり、ステージは一定速度で移動する。
【００８９】
この場合、静電主偏向はステージ移動方向５０８のみに偏向し、主偏向列５０１の描画を行う。それと共にＭＭＯＬが上方向５０９に移動し、それと同時に１ＭＭＯＬ列の描画時間で１主偏向列５０１のステージ移動方向５０８の距離と同じだけ移動するように、ステージの速度を最適化する。
【００９０】
その関係は、以下の式で表される。
ショット時間（秒） Ｔexp＝Ｄ／Ｊ …式(1)
１副偏向露光時間（秒） Ｔsub＝ｎsub×（Ｔexp＋ｔsub） …式(2)
１主偏向列露光時間（秒） Ｔmain＝ｎmain×（Ｔsub×ｔmain）…式(3)
ＭＭＯＬ周期（Ｈｚ） Ｔmol＝ｌmmol／ｌsub×Ｔmain×２ …式(4)
ステージ速度（ｍ／ｓ） Ｓｓ＝ｌmain／Ｔmain …式(5)
但し、Ｄ：ドーズ量（μＣ／ｃｍ2 ）、Ｊ：電流密度（Ａ／ｃｍ2 ）、tsub：副偏向セトリング時間（ｓｅｃ）、ｔmain ：主偏向セトリング時間（ｓｅｃ）、ｎsub：副偏向内ショット数：ｌmmol ：ＭＭＯＬ偏向量、ｎmain：１主偏向列中主偏向数、ｌsub：副偏向フィールドサイズである。
【００９１】
例えば図１３の場合、１ショット時間を１００ｎｓとし、静電副偏向の待ち時間を１００ｎｓとした場合、副偏向領域内の描画は（１００ｎｓ＋１００ｎｓ）×２５＝５μｓとなる。また、ＭＭＯＬ偏向距離を１．５ｍｍとすると、１ＭＭＯＬ列内には、３００個の副偏向領域がある。静電主偏向の偏向待ち時間を１０μｓとすると、１ＭＭＯＬ列の描画には（５μｓ＋１０μｓ）×３００＝４．５ｍｓ必要となる。このとき、主偏向列の大きさを５００μｍとすると、最適ステージ速度は５００μｍ÷４．５ｍｓ＝１１１ｍｍ／ｓとなる。また、このときのＭＭＯＬの１周期は９ｍｓとすればよい。
【００９２】
このように、ＭＭＯＬ，静電主偏向，及びステージを制御することにより、ＭＭＯＬが第１のポジション５０３から第２のポジション５０４へ移動することにより、図１４（ｂ）に示すように、１ＭＭＯＬ列５０５の描画が完了する。
【００９３】
第２のポジション５０４まで描画し、１ＭＭＯＬ列５０５の描画を完了した後に、図１４（ｃ）に示すように、次列の描画を行うために静電主偏向により、ウェハ上のビームの位置を偏向する。その後、ＭＭＯＬを移動し第３のポジション５０６から第４のポジション５０７へ移動することにより、図１４（ｄ）に示すように、２ＭＭＯＬ列が描画される。これらを順次進めていくことにより、ウェハ上に描画ができる。
【００９４】
しかし、このようなＭＭＯＬ駆動方式では、図１５（ａ）に示すように、ＭＭＯＬの位置の変化は鋸歯状になり、図１５（ｂ）に示すように、ＭＭＯＬの速度は矩形波となり、ＭＭＯＬ進行方向の切替時にＭＭＯＬの速度変化が大きく、機械的な駆動する上で駆動周波数のより高い制御が必要となり、制御が極めて困難となる。具体的には、一定の速度で一方向に移動している物体を瞬時に逆方向に一定速度で移動させる必要があり、このような制御は実質的に困難である。
【００９５】
ＭＭＯＬを高速に駆動制御する上で、駆動波形は正弦波であることが理想とされる。ＭＭＯＬの移動が矩形の場合、ＭＭＯＬの移動の速度は一定となり、図１６（ａ）に示すように、均一な描画が可能となる。しかし、ＭＭＯＬ駆動波形を正弦波にすると、ＭＭＯＬの中心では移動速度が速くなり、周辺に行くに従い移動速度が遅くなり、図１６（ｂ）に示すように、均一な描画は不可能となる。
【００９６】
また、矩形波駆動と正弦波駆動とにおけるＭＭＯＬ偏向位置の変化は図１７（ａ）に示すようになり、ＭＭＯＬ駆動速度の変化は図１７（ｂ）に示すようになる。そして、図１７に示すように、描画領域は速度と時間の積分値になるので、正弦波制御７０１は矩形波制御７０２と比較して６７％の領域にしか描画できず（図中の７０３が描画減少領域である）、正弦波制御７０１の描画スループットは２／３へ減少してしまう。
【００９７】
そこで本実施形態では、対物偏向器を含む対物レンズを機械的に移動させるための駆動を正弦波で行い、このときのスループットの低下がないように電気的な偏向器で補うことを特徴とする。描画装置には、前記図１に示すものを用いた。但し、正弦波のＭＭＯＬ駆動による描画エリアの減少によるスループットの低下を無くすために、ＭＭＯＬ駆動と静電主偏向をハイブリッドに合成し、正弦波駆動による偏向領域の減少を静電偏向により補助している。
【００９８】
図１８は、ＭＭＯＬ移動方向の正弦波ＭＭＯＬ駆動９０１と静電主偏向９０２、更にこれらを組み合わせたハイブリッド偏向９０４におけるウェハ上のビーム設定位置を説明するための図である。（ａ）はＭＭＯＬ偏向位置の変化、（ｂ）はＭＭＯＬ駆動速度の変化を示している。図１７の例では、ＭＭＯＬ移動方向の駆動はＭＭＯＬのみで行っており、静電偏向器による制御はステージの進行方向のみの偏向であった。
【００９９】
これに対し本実施形態では、静電偏向器による偏向制御をＭＭＯＬ移動方向でも行い、正弦波偏向駆動９０１による描画領域の減少分を、静電主偏向９０２を用いて補正している。これにより、図１８中のハイブリッド駆動９０４を得ることができる。ＭＭＯＬの移動方向に静電偏向することで、ＭＭＯＬ移動方向の描画領域のウェハ上のビームの移動速度が一定となり、矩形駆動による描画の時と同等の領域を描画できる。
【０１００】
またこの方法は、ＭＭＯＬの駆動速度の最大値が矩形波の速度を超えないように制御した。以下、これをアンダーシュートと記す。
【０１０１】
図１９は、ＭＭＯＬ移動方向の正弦波ＭＭＯＬ駆動９０１と静電主偏向９０２、更にこれらを組み合わせたハイブリッド偏向９０４におけるウェハ上のビーム設定位置を説明するための図である。（ａ）はＭＭＯＬ偏向位置の変化、（ｂ）はＭＭＯＬ駆動速度の変化を示している。ＭＭＯＬ正弦波駆動９０１による描画領域の減少及び増加を、静電偏向９０２を用いて補正することで、ハイブリッド偏向９０４で矩形波による偏向と同等の描画領域を得ることができる。
【０１０２】
またこの方法は、ＭＭＯＬの正弦駆動幅が矩形駆動の場合と同じに制御した。以下、これをオーバーシュートと記す。
【０１０３】
下記の（表１）は、正弦波駆動と静電主偏向による補正を組み合わせた本実施形態の結果をまとめたものである。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
これから、従来４．５ｍｍを静電偏向していたときと比較し、オーバーシュートの場合は機械駆動を４．５ｍｍ、静電偏向領域は１ｍｍ×０．９４ｍｍ、アンダーシュートの場合は機械駆動を２．８６ｍｍ、静電偏向領域を１ｍｍ×１．６４ｍｍで、４．５ｍｍの領域をスループットの低下無く描画することができる。また、静電偏向領域を従来の４．５ｍｍに対して、約１／３に低減できるので、ビームのぼけ，歪みが大幅に低減できる。
【０１０６】
なお、プリ対物レンズ偏向器１１０では、対物レンズ偏向器１０５，１０６を機械的に光軸１１９に対して垂直方向に移動するのと同期して、電子ビーム１１８を対物レンズ偏向器１０５，１０６の光学的な軸へビームを偏向する。この場合の偏向は、正弦波又はそれに近似したもので制御すればよい。
【０１０７】
このように本実施形態では、対物偏向器を含む対物レンズを機械的に光軸に対して垂直方向に移動することを可能とした駆動機構を備え、大きな偏向を機械的な移動で行い、その中の各ショットを静電偏向を用いて描画する機能を持った電子ビーム描画装置において、対物偏向器を含む対物レンズの機械的な駆動を正弦波で行い、矩形波制御と正弦波駆動の描画領域の違いを静電偏向器により補正して描画する。このような制御方法により、スループットを劣化させることなく、対物偏向器を含む対物レンズの機械的な移動を正弦波駆動により行うことで制御が簡単になり、また高速で駆動することができ、ビームの位置精度の向上が可能となった。
【０１０８】
また、本実施形態で説明したような補正は、図１に示した可変成形型の電子ビーム描画装置に限らず、図７に示したキャラクタ型電子ビーム描画装置でも同様に行うことができる。
【０１０９】
（第５の実施形態）
先に説明した第４の実施形態のように、ＭＭＯＬの移動速度（周期），ステージの移動速度は１主偏向列領域露光時間で変わり、１主偏向列露光時間は１副偏向露光時間で変わる。レジスト感度又は電流密度が変化すると１副偏向露光時間は当然のことながら変わるため、ＭＭＯＬの移動速度も変える必要がある。しかし、ＭＭＯＬの駆動部の小型化，コラム内の真空度の劣化を減少するためには、ＭＭＯＬは単純な構造であるのが望ましい。そのために、ＭＭＯＬ制御を単一周波数で駆動することが望ましい。偏向周波数をＭＭＯＬの固有周波数近くに設計しておけば、偏向に必要な動力が最小になり、小型化が可能になる。
【０１１０】
そこで本実施形態では、ＭＭＯＬ駆動を単一周波数で制御でき、且つショット時間の変化に対応して描画が可能になる描画方式を説明する。
【０１１１】
電子ビーム描画装置の基本構成は前記図１と同様であり、この装置を用い前記図３（ｃ）に示すように、対物駆動機構１１４により駆動制御し、対物レンズ偏向器１０５の位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動し、それと同期してプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビーム１１８を対物レンズ偏向器１０５の光軸を通るようにし、その後に対物レンズ偏向器１０５で試料面１０７上のショット位置を決定して描画を行う。
【０１１２】
図２０に示すのは、レジスト感度０．１μＣ／ｃｍ2 、電流密度１Ａ／ｃｍ2 、ショットサイズ１０μｍ、副偏向セトリング時間１００ｎｓ、副偏向サイズ５０μｍ、主偏向待ち時間１０μｓの条件で描画した場合である。この場合、１副偏向領域４０２内にはショット４０１が５０個、１主偏向列４０３は副偏向領域数１０個になる。このときに１主偏向列４０３の描画時間は０．１５ｍｓとなる。この条件でＭＭＯＬを駆動することにより、前記図１４に示すような描画が可能となる。
【０１１３】
次にレジスト感度が変化した場合について述べる。
図２１はレジスト感度０．６μＣ／ｃｍ2 の場合である。レジスト感度以外の条件は図２０と同様である。この場合、ショット時間は式(1) から６００ｎｓとなり、副偏向の描画時間は式(2) から１７．５μｓとなる。このとき、ＭＭＯＬの駆動周波数を一定とするために、１主偏向列４０３の描画時間をレジスト感度０．１μＣ／ｃｍ2 と同様になるようにする。即ち、１主偏向列４０３を描画する時間は０．１５ｍｓとなる。
【０１１４】
このような条件下においては、図２１に示すように１主偏向列４０３中の副偏向領域４０２の数が変化する。この場合、０．１５ｍｓ内に描画できる副偏向領域数は、式(3) を変形し、Ｎmain＝０．１５ｍｓ／（１７．５μｓ＋１０μｓ）で与えられ、５．４５個になる。即ち、副偏向領域４０２を５個描画し、余り時間が生じることになる。副偏向領域５個の描画には、式(3) から０．１３７５ｍｓの時間がかかる。また、６個目の副偏向領域を描画するためには主偏向を一度偏向するため、主偏向のセトリング待ち時間が一度入る。よって、余り時間で描画を行おうとすると、描画できるショット数は、（０．１５ｍｓ−０．１３７５ｍｓ−１０μｓ）／７００ｎｓ＝３．５ショットとなる。
【０１１５】
この場合、副偏向領域内の１辺当りのショット数５個より、小さいので描画を止めて、描画時間が０．１５ｍｓ経過するまで待つ。従って、０．６μＣ／ｃｍ2 のレジスト感度の場合は、１主偏向列は副偏向領域５個となり、ＭＭＯＬのステージ進行方向の幅は２５０μｍとなる。これを各主偏向列に対して、順次行描画を続けていく。
【０１１６】
即ち、ＭＭＯＬの偏向周波数を一定とするために、１主偏向列の描画時間が一定になるように、副偏向領域数及びショット数を制御することに特徴を持つ。また、ショット時間が副偏向領域全面を描画するのに十分でない場合は、副偏向領域内の１辺当りのショット数の倍数だけ描画し、残りの時間を待ち時間とする。
【０１１７】
下記の（表２）は、レジスト感度が０．１μＣ／ｃｍ2 から０．５μＣ／ｃｍ2 まで変化した場合の具体的な例を示している。
【０１１８】
【表２】
【０１１９】
この中で、例えば０．４μＣ／ｃｍ2 のレジスト感度の場合は、１主偏向列内の副偏向領域数は６個で７個目の副偏向領域内を１０ショット、即ち副偏向領域内の２辺分だけ描画を行う。このようして描画制御を行うことにより、待ち時間が最小となりスループットの低下を減少することが可能となる。
【０１２０】
ここではレジスト感度が変化した場合について説明したが、電流密度が変化した場合においても同様である。
【０１２１】
このように本実施形態では、対物偏向器を含む対物レンズを機械的に光軸に対して垂直方向に移動することを可能する駆動装置を具備し、大きな偏向を機械的に移動し、その中の各ショットを静電偏向を用いて描画をする機能を持った電子ビーム描画装置において、１主偏向列の描画時間が一定になるように、副偏向領域数及びショット数を制御することに特徴を持つ。また、ショット時間が副偏向領域全面を描画するのに十分でない場合は、副偏向領域内の１辺当りのショット数の倍数だけ描画し、残りの時間を待ち時間とすることにより、レジスト感度，電流密度の変化に対して一定のＭＭＯＬ駆動周波数で制御することが可能となり、ＭＭＯＬ制御を単一周波数で制御でき、偏向周波数をＭＭＯＬの固有周波数近くに設計することが可能となり、偏向に必要な動力が最小になり、小型化が可能になった。
【０１２２】
また、本実施形態の考えは、前記図７に示すキャラクタプロジェクション方式に適用することもできる。
【０１２３】
（第６の実施形態）
本実施例で用いる電子ビーム描画装置の基本的な構成は、図１のものと同じなので、ここではその説明は省略する。
【０１２４】
先に説明した第４の実施形態において、１ＭＭＯＬ列の描画には４．５ｍｓの時間が必要となるが、このときの最適ＭＭＯＬ移動速度は，１．５ｍｍ／４．５ｍｓ＝３３３ｍｍ／Ｓである。
【０１２５】
ＭＭＯＬの位置は、レーザ干渉計を用いれば０．６ｎｍという高精度な位置検出が可能である。この位置データは、１００ｎｓ単位のサンプリング周期で更新され、１００ｎｓ毎のストローブ信号をトリガにしてデータが読み出せる構成になっている。読み出した位置情報をプリ対物レンズ偏向器１１０に印加する。偏向電圧にフィードバックして、電子ビーム１１８が対物レンズ偏向器１０５の光軸を通るように制御する。また、同じく読み出した位置情報を対物レンズ偏向器１０５に印加する偏向電圧にフィードバックして、試料面１０７上のショット位置を決定する。
【０１２６】
図２２に、本実施形態のＭＭＯＬ追従制御回路の構成を示す。この回路は、偏向制御回路６１０と主偏向アンプ６２０から成る。偏向制御回路６１０は、主偏向歪み補正回路６１１，ＭＭＯＬ追従回路６１２，フィードバック遅れ補正回路６１３，減算器６１４，加算器６１５，及び後述する補正演算回路６１８から成り、パターンジェネレータ６３０からのパターン位置データとレーザ測長計１０８からのＭＭＯＬ位置データは減算器６１４を介して主偏向歪み補正回路６１１に供給される。また、レーザ測長計１０８からのＭＭＯＬ位置データは、ＭＭＯＬ追従回路６１２及びフィードバック遅れ補正回路６１３に供給され、各回路６１２，６１３の出力は加算器６１５により加算されるようになっている。
【０１２７】
主偏向アンプ６２０は、アンプ６２１，６２２，６２３，加算器６２４，及び後述する積分器６２５から成り、偏向制御回路６１０の主偏向歪み補正回路６１１からの補正データはＤＡＣ６３１を介してアンプ６２１に供給され、偏向制御回路６１０の加算器６１５からの信号はＤＡＣ６３２を介してアンプ６２２に供給される。そして、アンプ６２１，６２２の各出力が加算器６２４により加算され、アンプ６２３を介して前記対物偏向器１０５の主偏向器に供給されるようになっている。
【０１２８】
ここで、補正演算回路６１８及び積分アンプ６２５を設けない場合、偏向制御回路６１０では、主偏向の位置決め開始から副偏向領域内の描画が終了するまでの間に、１００ｎｓ毎に更新される位置データを検出して、主偏向位置決め直後からの差分をＭＭＯＬ追従回路６１２で算出し、さらにＭＭＯＬ追従回路６１２の遅れ時間によって引き起こされるＭＭＯＬ移動速度に依存した追従エラーをＭＭＯＬフィードバック遅れ補正回路６１３で算出し、両者を加算したデータをＭＭＯＬ追従ＤＡＣ６３２へ書き込み、その電圧出力を対物偏向電圧に加算してビームの位置を補正していた。
【０１２９】
この場合、ＭＭＯＬ追従ＤＡＣ６３２へ書き込まれるデータは、図２３中に破線で示すように階段状になってしまう。ＭＭＯＬ移動速度が遅い場合は描画精度を劣化させる要因にはならなかったが、ＭＭＯＬを速度３３３ｍｍ／ｓで移動させながら描画すると、１００ｎｓのサンプリング時間間隔にＭＭＯＬは３３ｎｍも移動し、この間のビーム位置が制御できなくなって描画精度が低下することになる。
【０１３０】
そこで本実施形態では、上記の構成に補正演算回路６１８，積分アンプ６２５，ＤＡＣ６３３を追加することにより、ある一定のサンプリング周期で得られたＭＭＯＬの位置情報から、サンプリング周期内の時間における各々の位置変化を補間して求め、ビーム位置をより細かく補正するようにしている。
【０１３１】
この場合、ＭＭＯＬの位置はレーザ干渉計１０８によって０．６ｎｍの分解能で検出され、位置情報として１００ｎｓ毎にストローブ信号と共に位置データが得られる。先の例と同様に、主偏向の位置決め開始から副偏向領域内の描画が終了するまでの間に、１００ｎｓ毎に更新される位置データを検出して、主偏向位置決め直後からの差分と、ＭＭＯＬ追従回路の遅れ時間によって引き起こされるＭＭＯＬ移動速度に依存した追従エラーを算出し、両者を加算したデータをＭＭＯＬ追従ＤＡＣ６３２へ書き込む。
【０１３２】
これに加え補正演算回路６１８により、主偏向位置決め直後から主偏向セトリング時間の間の描画していない時間に検出される複数の位置データからＭＭＯＬ移動速度（＝ＭＭＯＬ移動量／サンプリング時間）を検出してホールドする。この速度値をＤＡＣ６３３を介して主偏向アンプ６２０の積分アンプ６２５に入力し、補間用の電圧（補間位置データ）を発生させる。そして、１００ｎｓ毎の位置データ更新時に積分アンプ６２５をクリアした後、検出されたＭＭＯＬ移動速度を積分アンプ６２５に入力して、その出力電圧を加算器６２４により、アンプ６２１，６２２の出力に加算するように制御する。
【０１３３】
この結果、ＭＭＯＬ追従制御回路の最終出力は、図２３に実線で示したように直線状になり、サンプリング時間内におけるビーム位置が精度良くＭＭＯＬの移動を追従できるようになる。
【０１３４】
（第７の実施形態）
第６の実施形態におけるＭＭＯＬ追従用の積分アンプは、次のような構成でも可能である。即ち、主偏向セトリング中の時間内で、サンプリングしたＭＭＯＬ位置変化量とサンプリング時間からＭＭＯＬ移動速度を精度良く求めておく。そして、主偏向セトリング終了直前に、主偏向の位置決め開始からのＭＭＯＬ位置変化量をオフセット値としてセットし、同時に求めたＭＭＯＬ移動速度のデータを積分アンプに入力する。さらに、副偏向内の描画が終了するまで両者の加算値でビーム位置を補正する。次の副偏向描画では、積分アンプをリセットして同じ制御を続ける。
【０１３５】
また、積分アンプの精度を向上させるために１００ｎｓ毎に更新される従来型の追従ＤＡＣ／アンプをリファレンス用の電圧として用いる方法がある。この場合、位置データ更新時に積分アンプの出力をサンプルホールドしてリファレンス電圧と比較し、その差分電圧を積分アンプの入力にフィードバックすることにより、精度向上をはかることができる。
【０１３６】
また、ＭＭＯＬの移動速度が決まっている場合、ＭＭＯＬ移動をテーブル化しておき、これを基に補正することも可能である。
【０１３７】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、可変成形型電子ビーム描画装置やキャラクタ型電子ビーム描画装置等について説明したが、本発明はポイント型電子ビーム描画方式についても同様に適用できる。さらに、電子ビーム描画装置に限らず、電気的にビームを偏向する描画装置であれば適用でき、イオンビーム描画装置に適用することもできる。また、必ずしも描画装置に限るものではなく、ＳＥＭ等の測定装置に適用することも可能である。
【０１３８】
また、第３の実施形態において駆動機構により移動される成形アパーチャやキャラクタアパーチャ等に形成する開口パターンの数，配置関係は、仕様に応じて適宜変更可能である。また、第４の実施形態において対物レンズ等の駆動機構を制御するための波形は正弦波に限るものではなく、三角関数的に滑らかに駆動できるものであればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【０１３９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、荷電ビーム描画装置の対物レンズの構造に関し、対物偏向器を含む対物レンズを光軸に対して垂直方向に機械的に駆動する駆動機構を設け、大きな偏向を駆動機構で行い、その中の各ショットを偏向器を用いて描画する構成としているので、偏向領域の増大に伴うビーム解像性の劣化やパターン歪みの発生等を無くすことができ、スループットの向上と共に描画精度の向上をはかることが可能となる。
【０１４０】
また、成形アパーチャやキャラクタアパーチャを機械的に可動にする駆動機構を設けることにより、これらのアパーチャに多数の開口パターンを配置することができ、これにより描画スループットの一層の向上をはかることが可能となる。
【０１４１】
また、対物レンズ及び対物偏向器等の移動速度が連続して変化するように駆動機構の駆動を正弦波等で行い、さらにこの駆動に同期して対物偏向器によりビームを電気的に偏向し、一定の基準速度に対する駆動機構による移動速度の差分を補正することにより、駆動機構の駆動を正弦波駆動にしたことに伴うスループットの低下も抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図２】第１の実施形態に用いた静電レンズ，静電偏向器を示す図。
【図３】第１の実施形態における描画領域を説明するための図。
【図４】第１の実施形態における描画シーケンスを説明するための図。
【図５】第１の実施形態における描画シーケンスを説明するための図。
【図６】第１の実施形態におけるスループットとビーム収差との関係を示す図。
【図７】第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図８】キャラクタプロジェクション描画方式を説明するための図。
【図９】第３の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図１０】第３の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図１１】アパーチャ駆動機構の駆動タイミングを描画シーケンス内で示す図。
【図１２】アパーチャ群の最小単位をなすアパーチャの図形パターン配置例を示す図。
【図１３】ＭＭＯＬの描画方法における描画領域を示す図。
【図１４】ＭＭＯＬの描画方法における描画順序を示す図。
【図１５】ＭＭＯＬの描画方法の問題点を説明するための図。
【図１６】ＭＭＯＬの矩形制御と正弦波制御を説明するための図。
【図１７】単純なＭＭＯＬの正弦波駆動を説明するための図。
【図１８】第４の実施形態に係わるＭＭＯＬの正弦波駆動を説明するための図。
【図１９】第４の実施形態に係わるＭＭＯＬの正弦波駆動を説明するための図。
【図２０】第５の実施形態を説明するためのもので、レジスト感度の変化（０．１μＣ／ｃｍ2 ）による１主偏向列内の副偏向数の変化を示す図。
【図２１】第５の実施形態を説明するためのもので、レジスト感度の変化（０．６μＣ／ｃｍ2 ）による１主偏向列内の副偏向数の変化を示す図。
【図２２】第６の実施形態におけるＭＭＯＬ追従回路を示す回路構成図。
【図２３】第６の実施形態におけるＭＭＯＬ追従補正電圧の変化を示す図。
【符号の説明】
１０１…電子銃
１０２…コンデンサレンズ
１０３…ブランキング偏向器
１０４…ブランキングアパーチャ
１０５，６０２…対物偏向器
１０６，６０３…対物レンズ
１０７…試料
１０８，１０９，３０２…レーザ干渉計
１１０…プリ対物レンズ偏向器
１１１…ブランキングアンプ
１１２…プリ対物レンズ偏向アンプ
１１３…対物偏向アンプ
１１４…対物駆動機構
１１５…ステージ駆動機構
１１６…制御用計算機
１１７…ステージ
１１８…電子ビーム
１１９…光軸
１２０…第１成形アパーチャ
１２１…成形偏向器
１２３…クロスオーバー
１２４…投影レンズ
１２５…第２成形アパーチャ
１２６…縮小レンズ
１２７…成形偏向アンプ
２０１…１ショットにより描画される領域
２０２…対物偏向により描画される領域
２０３…対物偏向により描画される領域＋対物駆動により対物偏向領域を移動し描画される領域
３０１…アパーチャ駆動機構
６０１…キャラクタアパーチャ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路、その他微細な素子パターンを、荷電ビームを用いて半導体ウェハやパターン転写用のマスク等の基板上に形成する荷電ビーム描画装置に係わり、特に対物レンズ及び対物偏向器を機械的に移動させる機構を備えた荷電ビーム描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程における光リソグラフィは、そのプロセス簡易性，低コストなどの利点により広くデバイス生産に用いられてきた。そして、常に技術革新が続けられており、近年では短波長化（ＫｒＦエキシマレーザ光源）により０．２５μｍ以下の素子の微細化が達成されつつある。さらに微細化を進めようと、より短波長のＡｒＦエキシマレーザ光源やレベンソン型の位相シフトマスクの開発が進められており、０．１５μｍルール対応の量産リソグラフィツールとして期待されている。しかし、これを実現するための課題も多く、その開発に係わる時間が長期化しており、デバイスの微細化のスピードに追いつかなくなることが心配されつつある。
【０００３】
これに対して、ポスト光リソグラフィの第一候補である電子ビームリソグラフィは、細く絞ったビームを用いて０．０１μｍまでの加工ができることは実証済みである。微細化という観点では、当面問題なさそうであるが、デバイス量産ツールとしてはスループットに問題がある。即ち、電子ビームリソグラフィでは、細かいパターンを一つ一つ順番に描いていくためどうしても時間がかかってしまう。この描画時間を短縮するために、ＵＬＳＩパターンの繰り返し部分を部分的に一括して描画するセルプロジェクション方式など、幾つかの装置が開発されている。しかし、これらの装置を用いても光リソグラフィのスループットに追いつくまでには至っていない。
【０００４】
電子ビームリソグラフィのスループットを増大させる一つの方法として、電子ビーム描画装置内の対物偏向器の偏向領域を大きくし、高速で偏向することが試みられている。この場合、描画スループットは向上するが、偏向領域が大きくなるため、レンズ・偏向収差により、解像性の劣化，パターンの歪み等が現れ、高精度な描画を行うことができない。また、偏向には高速で偏向するために静電型の偏向器が用いられているが、偏向領域と静電偏向器に印加する電圧には相関関係があり、大偏向するために静電偏向器への印加電圧が高くなると、高速で偏向することが困難になる問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、電子ビーム描画装置において、スループットを高めるために対物偏向器の偏向領域を大きくすると、レンズ・偏向収差により解像性の劣化やパターンの歪み等が生じ、高精度の描画を行うことはできない。さらに、高速偏向可能な静電偏向器で大きな偏向領域をカバーすることは困難であった。また、上記の問題は電子ビーム描画装置に限らず、イオンビームを用いてパターンを描画するイオンビーム描画装置に関しても同様に言えることである。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、偏向領域の増大に伴うビーム解像性の劣化やパターン歪みの発生等を無くすことができ、スループットの向上と共に描画精度の向上をはかり得る荷電ビーム描画装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【０００８】
即ち本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で（例えば、荷電ビームの光軸と直交する平面内で）機械的に可動にする駆動機構を設け、且つ前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、荷電ビームをブランキングするためのプランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器を所定の平面内で（例えば、荷電ビームの光軸と直交する平面内で）可動にする駆動機構を設け、且つ前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
(1) 駆動機構は、荷電ビームの光軸方向（Ｚ方向）と直交する少なくとも２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に機械的に可動であること。
(2) 駆動機構は、磁気力により駆動制御するアクチュエータからなること。
【００１１】
(3) 光軸シフト用偏向器は、静電型偏向器であること。
(4) 光軸シフト用偏向器は、少なくとも２段の偏向器からなり、荷電ビームを振り戻してビーム軸を平行にシフトするものであること。
(5) 対物レンズは、静電型レンズであること。
(6) 対物レンズ及び対物偏向器は共に静電型であり、一体形成されていること。
【００１２】
(7) 試料に入射する電子ビームのエネルギーを５ｋＶ以下に設定したこと。
(8) 光軸シフト用偏向器により、駆動機構による対物レンズ及び対物偏向器の光軸のずれを補正すること。
(9) 描画装置は、電子ビーム描画装置であること。
【００１３】
(10)駆動機構による駆動周波数は一定であること。
(11)対物偏向器は主副２段の偏向器からなり、主偏向器で副偏向領域の位置決めを行い、副偏向器で副偏向領域の描画を行うものであり、試料を載置したステージは一方向に連続的に移動され、駆動機構による移動方向はステージ移動方向と交差する方向であり、ステージ移動方向と交差する方向に沿った複数の副偏向領域からなる主偏向列の描画時間が一定となるように、描画条件に応じて主偏向列内の副偏向領域数及びショット数を可変にしたこと。
【００１４】
(12)駆動機構により駆動される物体の移動位置を一定のサンプリング時間間隔で検出する位置センサと、この位置センサの検出信号に基づいて物体が移動することに伴う荷電ビームの位置ずれを補正し、且つサンプリング時間より短い間隔で発生する物体の移動量を補間して補正する補正回路とを設けたこと。
(13)補正回路は、位置センサの検出信号を基に物体の移動速度を算出し、算出した移動速度を積分器に入力し、この積分器の出力を偏向電圧に加算するものであること。
【００１５】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを所望形状に成形するための複数の開口パターンを有するキャラクタアパーチャと、成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記キャラクタアパーチャを所定の平面内で機械的に可動にする第１の駆動機構を設けると共に、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で機械的に可動にする第２の駆動機構を設け、且つ前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に、第２の駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、荷電ビームをブランキングするためのプランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記キャラクタアパーチャを所定の平面内で機械的に可動にする第１の駆動機構を設けると共に、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で可動にする第２の駆動機構を設け、且つ前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に、第２の駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする。
【００１７】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
(1) 各駆動機構は、荷電ビームの光軸方向（Ｚ方向）と直交する少なくとも２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に機械的に可動であること。
(2) 各駆動機構は、磁気力により駆動制御するアクチュエータからなること。
【００１８】
(3) 光軸シフト用偏向器は、静電型偏向器であること。
(4) 光軸シフト用偏向器は、少なくとも２段の偏向器からなり、荷電ビームを振り戻してビーム軸を平行にシフトするものであること。
(5) 対物レンズは、静電型レンズであること。
(6) 対物レンズ及び対物偏向器は共に静電型であり、一体形成されていること。
【００１９】
(7) 試料に入射する電子ビームのエネルギーを５ｋＶ以下に設定したこと。
(8) 光軸シフト用偏向器により、駆動機構による対物レンズ及び対物偏向器の光軸のずれを補正すること。
(9) 描画装置は、電子ビーム描画装置であること。
【００２０】
(10)アパーチャ群（複数の開口パターン）の選択は、試料を載置したステージの移動の折返し時に行うこと。
(11)アパーチャ群（複数の開口パターン）を構成するアパーチャは、３つの図形パターンからなること。
(12)３つのアパーチャは、その中心位置間が等しく配置されていること。
【００２１】
(13)駆動機構による駆動周波数は一定であること。
(14)対物偏向器は主副２段の偏向器からなり、主偏向器で副偏向領域の位置決めを行い、副偏向器で副偏向領域の描画を行うものであり、試料を載置したステージは一方向に連続的に移動され、前記駆動機構による移動方向はステージ移動方向と交差する方向であり、ステージ移動方向と交差する方向に沿った複数の副偏向領域からなる主偏向列の描画時間が一定となるように、描画条件に応じて主偏向列内の副偏向領域数及びショット数を可変にしたこと。
【００２２】
(15)駆動機構により駆動される物体の移動位置を一定のサンプリング時間間隔で検出する位置センサと、この位置センサの検出信号に基づいて物体が移動することに伴う荷電ビームの位置ずれを補正し、且つサンプリング時間より短い間隔で発生する物体の移動量を補間して補正する補正回路とを設けたこと。
(16)補正回路は、位置センサの検出信号を基に物体の移動速度を算出し、算出した移動速度を積分器に入力し、この積分器の出力を偏向電圧に加算するものであること。
【００２３】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で機械的に往復移動させる駆動機構を設け、且つ前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなり、前記対物レンズ及び対物偏向器の移動速度が連続的に変化するように前記駆動機構を制御することを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、荷電ビームをブランキングするためのプランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器を所定の平面内で往復移動させる駆動機構を設け、且つ前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなり、前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器の移動速度が連続的に変化するように前記駆動機構を制御することを特徴とする。
【００２５】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
(1) 駆動機構は、荷電ビームの光軸方向（Ｚ方向）と直交する少なくとも２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に機械的に可動であること。
(2) 駆動機構は、磁気力により駆動制御するアクチュエータからなること。
【００２６】
(3) 光軸シフト用偏向器は、静電型偏向器であること。
(4) 光軸シフト用偏向器は、少なくとも２段の偏向器からなり、荷電ビームを振り戻してビーム軸を平行にシフトするものであること。
(5) 対物レンズは、静電型レンズであること。
(6) 対物レンズ及び対物偏向器は共に静電型であり、一体形成されていること。
【００２７】
(7) 試料に入射する電子ビームのエネルギーを５ｋＶ以下に設定したこと。
(8) 光軸シフト用偏向器により、駆動機構による対物レンズ及び対物偏向器の光軸のずれを補正すること。
(9) 描画装置は、電子ビーム描画装置であること。
【００２８】
(10)駆動機構を正弦波によって制御すること。
(11)駆動機構の駆動に同期して、対物偏向器によりビームを電気的に偏向し、一定の基準速度に対する駆動機構による移動速度の差分を補正すること。
【００２９】
(12)駆動機構による駆動周波数は一定であること。
(13)対物偏向器は主副２段の偏向器からなり、主偏向器で副偏向領域の位置決めを行い、副偏向器で副偏向領域の描画を行うものであり、前記試料を載置したステージは一方向に連続的に移動され、前記駆動機構による移動方向はステージ移動方向と交差する方向であり、ステージ移動方向と交差する方向に沿った複数の副偏向領域からなる主偏向列の描画時間が一定となるように、描画条件に応じて主偏向列内の副偏向領域数及びショット数を可変にしたこと。
【００３０】
(14)駆動機構により駆動される物体の移動位置を一定のサンプリング時間間隔で検出する位置センサと、この位置センサの検出信号に基づいて物体が移動することに伴う荷電ビームの位置ずれを補正し、且つサンプリング時間より短い間隔で発生する物体の移動量を補間して補正する補正回路とを設けたこと。
(15)補正回路は、位置センサの検出信号を基に物体の移動速度を算出し、算出した移動速度を積分器に入力し、この積分器の出力を偏向電圧に加算するものであること。
【００３１】
（作用）
前述したように、対物偏向器による偏向領域を広げると、これに伴い偏向収差が大きくなり、さらに対物レンズに対するビーム軌道がレンズ中心から大きくずれるためにレンズの収差が大きくなる。そこで本発明では、対物レンズ及び対物偏向器を光軸と直交する方向に機械的に動かしている。また、対物レンズ及び対物偏向器を機械的に動かすことによるこれらの軸と光軸とのずれは、対物レンズ及び対物偏向器の前段に設けた光軸シフト用偏向器により補正するようにしている。
【００３２】
従って本発明によれば、対物偏向器自体による電気的な偏向領域を大きくすることなく、トータルの偏向領域を大きくすることができるので、偏向収差を小さくできる。さらに、対物偏向器自体による偏向領域が小さいことから、対物レンズによるレンズ収差も小さくできる。このため、偏向領域の増大に伴うビーム解像性の劣化やパターン歪みの発生等を無くすことができ、スループットの向上と共に描画精度の向上をはかることが可能となる。本発明は特に低加速電子ビーム描画装置において、対物レンズを静電レンズ、対物偏向器を静電偏向器で構成した装置において有効である。
【００３３】
また、成形アパーチャやキャラクタアパーチャを機械的に可動にする駆動機構を設けることにより、これらのアパーチャに多数の開口パターン（アパーチャ群）を配置することができ、これにより描画スループットの一層の向上をはかることが可能となる。
【００３４】
また、対物レンズ及び対物偏向器等の移動速度が連続して変化するように駆動機構を制御することにより、機械的な移動の制御が簡単になる。さらに、駆動機構の駆動を正弦波等で行う場合に、この駆動に同期して対物偏向器によりビームを電気的に偏向し、一定の基準速度に対する駆動機構による移動速度の差分を補正することにより、駆動機構の駆動を正弦波駆動にしたことに伴うスループットの低下も抑制することが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。
【００３７】
電子銃１０１から放射された電子ビーム１１８は、コンデンサレンズ１０２で大きさ及び明るさ（電流密度）が調整され、第１成形アパーチャ１２０を均一に照明する。この第１成形アパーチャ１２０の像は、投影レンズ１２４により第２成形アパーチャ１２５上に結像される。これら２つのアパーチャ１２０，１２５の光学的な重なりの程度は、成形偏向器１２１により制御される。この成形偏向器１２１は、成形偏向アンプ１２７からの偏向電圧によって制御される。
【００３８】
第１成形アパーチャ１２０と第２成形アパーチャ１２５の光学的重なりによる成形された電子ビーム１１８は、縮小レンズ１２６及び対物レンズ１０６により縮小され、試料１０７上に結像される。そして、電子ビーム１１８の試料面上の位置は、対物偏向器１０５に電圧を印加する対物偏向アンプ１１３によって制御される。
【００３９】
対物偏向器１０５及び対物レンズ１０６は、後述するように一体形成されて対物レンズ偏向器を成し、光軸（Ｚ方向）と直交するＸ，Ｙ方向に移動可能な対物駆動機構１１４により移動される。そして、対物レンズ偏向器１０５，１０６の移動位置はレーザ干渉計１０８により測定されるものとなっている。また、対物レンズ偏向器１０５，１０６の前段には、後述するプリ対物レンズ偏向器１１０が配置され、この偏向器１１０にはプリ対物レンズ偏向アンプ１１２により偏向電圧が印加される。
【００４０】
試料１０７はＸ，Ｙ方向に移動可能なステージ１１７上に載置され、ステージ１１７はステージ駆動機構１１５により駆動される。そして、ステージ１１７の位置はレーザ干渉計１０９により測定されるものとなっている。
【００４１】
試料１０７上の電子ビーム１１８の位置を移動する場合、試料１０７上の不必要な場所が露光されないように、ブランキング偏向器１０３で電子ビーム１１８を偏向し、電子ビーム１１８がブランキングアパーチャ１０４でカットされ、試料面上に到達しないようにする。ブランキング偏向器１０３への偏向電圧の制御はブランキングアンプ１１１で制御される。そして、全てのアンプ１１１，１１２，１１３，１２７及び駆動機構１１４，１１５は制御用計算機１１６で制御されるものとなっている。
【００４２】
次に、対物レンズ部分の構成について詳しく述べる。本実施形態の要点は対物レンズ１０６と対物偏向器１０５を静電型で形成し、両者を一つの電極で兼ねた構成物を、対物駆動機構１１４で光軸に対して垂直方向に駆動可能とした点にある。対物レンズ偏向器１０５，１０６は、図２（ａ）に示すように、８つの電極からなるオクタポールとこれを挟む２枚のグランド電極の３極構造をしており、オクタポールには制御計算機１１６によりＶ１からＶ８までの電極電圧が印加される。これらの電圧は対物偏向アンプ１１３を通して対物レンズ偏向器１０５，１０６に印加され、これにより対物レンズ偏向器１０５，１０６は静電レンズと静電偏向器を兼ねることができる。
【００４３】
なお、対物レンズ偏向器の構成は必ずしも図２（ａ）に限るものではなく、図２（ｂ）に示すように、静電レンズを光軸方向に沿って配置された３つの電極板から構成し、静電偏向器を８つの電極を有するオクタポールで構成するようにしても良い。
【００４４】
次に、試料面上への電子ビーム１１８の位置設定方法について詳しく述べる。まず、図３（ａ）に示すように、第１成形アパーチャ１２０及び第２成形アパーチャ１２５により成形された電子ビーム１１８は、対物レンズ偏向器１０５，１０６により試料面上１０７上の位置（以下ショット位置）が決定され、成形された電子ビーム１１８の大きさ（以下ショットサイズ２０１）を描画する。
【００４５】
図３（ｂ）に示すように、これらを繰り返し、対物レンズ偏向器１０５，１０６の供給電圧を変化させ、ショット位置を可変し、対物レンズ偏向器１０５，１０６の偏向領域２０２を順次２次元的に描画する。この対物レンズ偏向器１０５，１０６の偏向領域２０２は、構成される電子光学系の計算上の制約点（収差・歪み等）により決定されるが、この領域を大きくすることにより描画装置のスループットは向上するが、収差等が増加し、高精度な描画が困難になる。
【００４６】
本実施形態では図３（ｃ）に示すように、対物駆動機構１１４により、例えば磁石の磁気力により駆動制御するアクチュエータ、ボイスコイル等を用いて、対物レンズ偏向器１０５，１０６の位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動し、それと同期してプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビーム１１８が対物レンズ偏向器１０５の光軸を通るようにしている。そして、この状態で対物レンズ偏向器１０５，１０６により試料面１０７上のショット位置を決定し、描画を行う。図中の２０３は、対物偏向器１０５により描画される領域＋対物駆動機構１１４により対物偏向領域を移動して描画される領域である。
【００４７】
なお、プリ対物レンズ偏向器１１０は例えば２段の静電偏向器で構成され、１段目の偏向器で偏向した分を２段目の偏向器で振り戻すようになっている。これにより、電子ビームは光軸方向と平行にシフトすることになる。また、対物レンズ偏向器１０５，１０６を移動させるのに、磁石に代わりにピエゾ素子を用いてもよい。
【００４８】
図４及び図５は、本実施形態における描画のシーケンスを模式的に示す図である。図４は、ステージ１１７の移動方向と対物駆動機構１１４により駆動される対物レンズ偏向器１０５，１０６の位置の軌跡を示したもので、図中の点線の一つのマスが対物レンズ偏向器１０５，１０６により描画される領域である。初めに対物駆動機構１１４により対物レンズ偏向器１０５，１０６を図４の (1)の位置に移動し、マス内を描画し、次に対物レンズ偏向器１０５，１０６を (2)の位置へ移動し、同様にマス内を描画する。これらを繰り返し (3)(4)(5)と描画する。一列描画完了した後に (6)の位置へ移動し順次繰り返す。
【００４９】
図５は、対物駆動機構１１４のＸ方向，Ｙ方向駆動の位置を模式的に現したものである。この場合、ステージ１１７は図の右側から左側に移動している。対物駆動機構Ｙ方向はステージ１１７の移動方向に対して垂直方向、Ｘ方向はステージ１１７の移動方向である。対物駆動機構１１４のＸ方向の移動は、対物駆動機構１１４をＹ方向に移動しながら描画している時にステージ１１７のＸ方向移動による位置補正を行うためである。このとき、ステージ１１７と対物レンズ偏向器１０５，１０６の位置はレーザ干渉計１０８により計測され、その位置情報は制御計算機１１６へフィードバックされ、これにより試料面上のビーム位置が補正される。
【００５０】
これらの操作を繰り返すことにより、トータルでの偏向領域を大きくしてスループットの向上をはかりながら、対物レンズ偏向器１０５，１０６による電気的な偏向領域は小さくでき、収差及び描画精度を向上させることができる。
【００５１】
また、本実施形態は試料１０７に入射する電子ビーム１１８のエネルギーを５ｋＶとした。このような低加速電子ビームを描画に用いると、いわゆる近接効果を無視することができ、煩雑な照射量補正の機能を省くことができる。さらに、レジストを露光する感度も加速電圧とほぼ反比例して高感度化していく本実施形態では、５ｋＶのエネルギーを持った電子ビームに対して適正ドーズ量は０．２μＣ／ｃｍ2 であった。
【００５２】
なお、このような低加速電子ビームを用いた場合、電子同士の反発によるビームのぼけ、いわゆるクーロン反発が大きくなり、解像性が劣化する。クーロン効果を防ぐためには、電子同士の反発時間を短くする、即ちコラムを短くすれば良い。
【００５３】
一般的に、コラムを形成するレンズには、電磁レンズと静電レンズがある。電磁レンズは電子コイル，ヨークが必要となり、その構造上小さく作製することは困難であり、コラムを短くすることができない。これに対し静電レンズは電極を小さく作製し、その構造上小型化が可能となりコラムを短くすることが可能となる。
【００５４】
このような静電型対物レンズ偏向器１０５，１０６を用いることにより、レンズの構成を小さくかつ軽量に作製することが可能となる。そして、軽量の対物レンズ偏向器１０５，１０６を対物駆動機構１１４で磁気力により駆動制御するアクチュエータ、例えばボイスコイル等を用いて駆動することにより、対物レンズ偏向器１０５，１０６を高速で駆動することが可能となる。
【００５５】
図６は、上記構成を持った描画装置のスループットを評価した結果を示す図である。
【００５６】
本実施形態では、対物偏向領域１．５ｍｍ（対物駆動±０．５ｍｍ、静電偏向５００μｍ）で、レジスト感度は０．２μＣ／ｃｍ2 、電流密度は５Ａ／ｃｍ2 の条件である。対物駆動機構が５ｍｍ駆動する場合のスループットは、１５枚／時間になり、その時のビーム収差は２０ｎｍ、偏向歪みは２０ｎｍとなった。
【００５７】
また、従来例の対物偏向領域１．５ｍｍは、対物レンズ偏向器１０５，１０６を移動させることなく、１．５ｍｍの偏向領域を全て静電偏向を行っている。この時のレジスト感度は０．２μＣ／ｃｍ2 、電流密度は５Ａ／ｃｍ2 の条件である。そして、この時のスループットは７．８枚／時間、ビームの収差は１５０ｎｍ、偏向歪みは２００ｎｍとなった。
【００５８】
本実施形態の方が従来例よりもビーム収差及び偏向歪みが小さくなるのは、静電偏向による偏向領域が１．５ｍｍから５００μｍと小さくなったためである。また、スループットが向上するのは、次のような理由による。即ち、静電偏向の場合、設定電圧を印加してから偏向が安定するまでの時間（セットリングタイム）に比較的長い時間を要し、高い偏向電圧ではセットリングタイムがさらに長くなる。従って、偏向電圧を低くできる本実施形態ではセットリングタイムが短くなるため、スループットが向上する。なお、本実施形態における対物駆動はステップ移動であり、移動する回数は少ないため対物駆動による時間の増加は殆ど問題とならない。
【００５９】
また、従来例の電磁偏向５ｍｍは高加速電子ビーム描画装置をモデルとした。この時のレジスト感度は２ｕＣ／ｃｍ2 、電流密度は１０Ａ／ｃｍ2 の条件である。この場合のスループットは１１．８枚／時間となった。
【００６０】
これらから分かるように本実施形態では、レジスト感度及び電流密度を同じ条件とした従来例に対し、スループットは約２倍と大きくなり、ビームの収差及び偏向歪みは約１／１０へ低減することができる。
【００６１】
また、本実施形態では対物レンズを静電レンズで説明しているが、図１のコンデンサレンズ１０２，投影レンズ１２４，及び縮小レンズ１２６等を静電型レンズで構成してもよい。
【００６２】
また、図１に示すような対物駆動機構１１４に例えば磁石の磁気力により駆動制御するアクチュエータ等を用いて、対物偏向器１０５を含む対物レンズ１０６位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動した場合、アクチュエータ自身が発生する漏洩磁束が電子ビーム１１８へ影響しないように、アクチュエータを囲むように磁性体のカバーを取り付けるようにして、漏洩磁束の電子ビーム１１８への影響を無くす。又は、図示していないが、アクチュエータが発生する磁界をキャンセルする磁界を印加し、電子ビーム１１８への影響を無くすことも可能である。また、対物駆動機構を制御するための信号は、鋸歯状波形でもよいが高速で偏向するため、サイン波形であっても問題はない。
【００６３】
このように本実施形態では、電子ビーム描画装置の対物レンズの構造に関し、対物偏向器を含む対物レンズを機械的に光軸に対して垂直方向に移動することを可能する駆動機構を具備し、大きな偏向を機械的に移動し、その中の各ショットを静電偏向を用いて描画する。このような構造を取ることにより、スループットを劣化させることなく、描画精度の向上をはかることが可能となった。
【００６４】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００６５】
本実施形態はキャラクタビーム描画方式の電子ビーム描画装置に適用した例であり、ビーム寸法固定方式や可変成形ビーム方式の描画装置と比較して、スループットが高いという特徴がある。
【００６６】
この方式の描画方式は、図８に示すように第１成形アパーチャ１２０を通過した電子ビームがキャラクタアパーチャ６０１上を照射し、キャラクタアパーチャ６０１により希望の形状に形成され、そのキャラクタビームが試料面１０７上に結像される。それらキャラクタビームを対物偏向器により位置を変えることにより、繰り返しパターンを高速に描画できる。この方式では、ＤＲＡＭ等の描画するビーム形状が繰り返し同じ場合に格段に高いスループットを得ることが可能となる。
【００６７】
以下に、内容を詳しく述べる。図７に示すように、電子銃１０１から放射された電子ビーム１１８はコンデンサレンズ１０２で電流密度が調整され、第１成形アパーチャ１２０を均一に照明する。第１成形アパーチャ１２０を通過した電子ビーム１１８がキャラクタアパーチャ６０１上に照射される。キャラクタアパーチャ６０１上の電子ビームの位置は成形偏向器１２１により制御される。この成形偏向器１２１は、成形偏向アンプ１２７及び制御用計算機１１６により制御される。
【００６８】
キャラクタアパーチャ６０１により成形された電子ビーム１１８は、縮小レンズ１２６及び対物レンズ６０３により縮小され、試料１０７上に結像される。そして、電子ビーム１１８の試料面上の位置は、対物偏向アンプ１１３により偏向電圧が印加される対物偏向器６０２により制御される。
【００６９】
また、本実施形態では、対物レンズ６０３及び対物偏向器６０２のみならず、これらと共にキャラクタアパーチャ６０１及び縮小レンズ１２６が、対物駆動機構１１４により一体的に移動可能となっている。そして、キャラクタアパーチャ６０１の電子銃側には、先の第１の実施形態と同様に電子ビームの軸を光軸と平行にシフトするためのプリ対物レンズ偏向器１１０が配置されている。
【００７０】
このように構成された本装置においては、対物駆動機構１１４を用いて、対物偏向器６０２，対物レンズ６０３，縮小レンズ１２６，及びキャラクタアパーチャ６０１を含む構造体を光軸１１９に対して垂直方向に移動し、それと同期して第１成形アパーチャ１２０とキャラクタアパーチャ６０１間に設けられたプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビーム１１８を希望とするキャラクタアパーチャ６０１に照射する。そして、キャラクタアパーチャ６０１で成形された電子ビーム１１８を用い、対物偏向器６０２で試料面１０７上のショット位置を決定し、描画を行う。また、対物レンズ６０３及び対物偏向器６０２、又は試料１０７の乗ったステージ１１７の位置情報は、第１のレーザ干渉計１０８と第２のレーザ干渉計１０９を用いて測定され、制御用計算機１１６にフィードバックされる。
【００７１】
これらの操作を繰り返すことにより、トータルでの偏向領域を大きくしてスループットの向上をはかりながら、対物偏向器６０２自体による電気的な偏向領域は小さくでき、収差及び描画精度を向上させることができる。さらに、対物駆動機構１１４と連動して、電子ビーム１１８を偏向するプリ対物レンズ偏向器１１０がキャラクタアパーチャ６０１より電子銃１０１側にあるため、プリ対物レンズ偏向器１１０による偏向収差が試料面１０７上の電子ビーム１１８へ与える影響が無いため、より収差・歪みの少ないキャラクタービームを得ることが可能となる。
【００７２】
また、本実施形態においても先の第１の実施形態で説明したように、図７のコンデンサレンズ１０２，投影レンズ１２４，縮小レンズ１２６，対物レンズ６０３を静電型レンズで構成してもよい。さらに、図１に示すように、対物レンズ１０５と対物偏向器１０６を一つの電極で実現した対物レンズ偏向器で対物レンズ部を構成してもよい。
【００７３】
また、図７に示すような対物駆動機構１１４に例えば磁石の磁気力により駆動制御するアクチュエータ等を用いて、対物偏向器６０２を含む対物レンズ６０３位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動した場合、アクチュエータ自身が発生する漏洩磁束が電子ビーム１１８へ影響しないように、アクチュエータを囲む様に磁性体のカバーを取り付けるようにして、漏洩磁束の電子ビーム１１８への影響を無くす。又は、図示していないが、アクチュエータが発生する磁界をキャンセルする磁界を印加し、電子ビーム１１８への影響を無くすことも可能である。また、対物駆動機構を制御するための信号は、鋸歯状波形でもよいが高速で偏向するため、サイン波形であっても問題はない。
【００７４】
このように本実施形態では、電子ビーム描画装置の対物レンズの構成に関し、対物偏向器６０２，対物レンズ６０３，縮小レンズ１２６，キャラクタアパーチャ６０１を含む構造体を光軸１１９に対して垂直方向に機械的に移動する駆動機構を具備し、それと同期して投影レンズ１２４とキャラクターアパチャ６０１間に設けられたプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビーム１１８を希望のキャラクタアパーチャ６０１を照射するようにし、大きな偏向を機械的に移動し、その中の各ショットを静電偏向を用いて描画をする。このような構造を取ることにより、スループットを劣化させることなく、描画精度の向上をはかることが可能となった。
【００７５】
（第３の実施形態）
図９及び図１０は、本発明の第３の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。なお、図１及び図７と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００７６】
本実施形態が先の第１及び第２の実施形態と異なる点は、第１及び第２の実施形態におけるキャラクタアパーチャ６０１を機械的に可動できるようにしたことにある。即ち図９では、キャラクタアパーチャ６０１をアパーチャ駆動機構３０１により、ビームの通る軸と垂直な平面内をＸＹ方向に移動できるようにし、その移動位置はレーザ干渉計３０２により測定するようにしている。図１０では、キャラクタアパーチャ６０１をアパーチャ駆動機構３０１により、縮小レンズ１２６，対物偏向器６０２，及び対物レンズ６０３とは独立にＸＹ方向に移動できるようにし、移動位置はレーザ干渉計３０２により測定するようにしている。
【００７７】
キャラクタアパーチャ６０１は、シリコンウェハの中央部をステンシル状に薄くし、開口パターンを形成したものである。通常の大きさは１０ｍｍ程度で、その中央に偏向器の偏向領域（通常は１〜２ｍｍ□）内に開口パターンが配置されている。しかし、アパーチャ６０１の大きさ（偏向器の偏向領域以下）は制限されるため、デバイスパターン形成に必要とされる図形数は１つのアパーチャに収まりきらない。このため、上述した１０ｍｍ□のアパーチャを最小単位として、複数個並べたアパーチャ群を前述したアパーチャ駆動機構３０１によってビーム通過軸と直交するＸＹ平面内で機械的に移動させ、デバイスパターン形成に必要なアパーチャが全て選択できるようにする。
【００７８】
対物偏向器１０５，６０２の偏向領域は電子光学系の設計上の制約（収差・歪み等）により決定されるが、この領域を大きくすることにより描画装置のスループットは向上するが、収差等が増加し高精度な描画が困難になる。これに関しては、第１及び第２の実施形態と同様に、対物駆動機構１１４により対物偏向器１０５，６０２の位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動し、それと同期してプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビームが対物偏向器１０５，６０２の光軸を通るようにし、対物偏向器１０５，６０２で試料面１０７上のショット位置を決定して描画を行う。
【００７９】
このように本実施形態によれば、キャラクタアパーチャ６０１におけるアパーチャ数に制限が無くなるため、デバイスパターンを全てキャラクタ化することができる。その結果、ビームサイズを可変させながらパターンを描画することなしに（ＶＳＢ描画を行う必要が無くなるため）、最大ビームサイズでデバイスパターンが描画できるようになるため、従来のＶＳＢ描画を併用する電子ビーム描画装置に比べてスループットが格段に向上する。
【００８０】
図１１は、上記の電子ビーム描画装置のアパーチャ駆動機構について、その駆動タイミングを描画シーケンス内で示した図である。アパーチャを機械的に駆動する場合、駆動開始から停止まで（アパーチャの位置安定性が許容範囲内に収まるまで）に数十から数百ｍｓかかる。駆動シーケンスを見て分かるように、ビーム照射時間以外で吸収できる（スループットを悪化させないで）時間は、ステージ１１７の折返し時にしか存在しないため、このステージ折返し時にアパーチャ１２５，６０１を動かすようにする。このようにすることによって、スループットを低下させずにアパーチャ群を選択することができる。
【００８１】
図１２は、図９の装置において、駆動されるアパーチャ群の最小単位をなすアパーチャの図形パターンの配置に関するものである。（ａ）はアパーチャ６０１を含む光学系の構成を示し、（ｂ）はアパーチャ６０１に形成されたアパーチャ群を示し、（ｃ）はアパーチャ群の各アパーチャ内のパターン配置例を示している。
【００８２】
レーザ干渉計３０２は、Ｘ方向（３０２ａ）及びＹ方向（３０２ｂ）にそれぞれ配置されている。キャラクタアパーチャ６０１を構成するアパーチャ群の各アパーチャ内には、例えば３つの図形パターンが配置されている。この際に、３つの図形パターンはどのパターンの中心間も等距離（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）になっている。
【００８３】
ここで、アパーチャ群内の最小単位をなすアパーチャ内の図形パターンの選択は偏向器を用いて行うが、パターンを選択する際にパターン間距離が異なると図形の選択切替時間が異なることになる。従って、図形パターンを３つにして、どのパターン間距離も同じにして図形の選択切替時間を最低且つ同じにすることによって、スループットを低下させずにアパーチャ群内の図形パターンを選択することができる。
【００８４】
このように本実施形態では、プリ対物レンズ偏向器１１０及び対物駆動機構１１４等を設けることにより、先の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、キャラクタアパーチャ６０１等を機械的に移動させるアパーチャ駆動機構３０１を設けることにより、描画スループットのより一層の向上をはかることが可能となる。
【００８５】
（第４の実施形態）
本実施形態は、対物偏向器及び対物レンズ等の駆動機構による駆動を正弦波により行い、更に偏向器により駆動位置の補正を行うものであるが、実施形態を説明する前に、上記駆動機構を用いた場合の描画方法について説明しておく。
【００８６】
前記図１に示す第１の実施形態のような描画装置を用いて、対物レンズ１０６の位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動することをＭＭＯＬ（Mechanical Moving Objective Lens）と記す。図１３は、このＭＭＯＬの描画方法を説明するための図である。
【００８７】
第２成形アパーチャ１２５で成形された電子ビームの１ショット４０１を、比較的低電圧で高速に偏向する副偏向にて副偏向領域４０２（ここでは５０μｍ□：２５ショット）に描画する。そして、この副偏向領域４０２を主偏向にて大偏向し、広い領域、この場合は５００μｍの１主偏向列４０３をウェハ上に描画する。ここで、図１に示す描画装置の対物偏向器１０５は主・副２段の偏向器となっており、上記の主偏向及び副偏向は対物偏向器１０５で行う。
【００８８】
図１４は、ＭＭＯＬの駆動方法を説明する図で、ウェハ上に描画される領域を示している。まず、図１４（ａ）に示すように、ビームを第１のポジション５０３へ設定し１副偏向領域５０２を静電主偏向を用いて順次描画し、主偏向列５０１を描画すると共に、ＭＭＯＬ移動方向５０９に駆動しつつ、ウェハ上を描画する。また、ステージ移動方向５０８はＭＭＯＬの移動方向５０９に対し垂直方向であり、ステージは一定速度で移動する。
【００８９】
この場合、静電主偏向はステージ移動方向５０８のみに偏向し、主偏向列５０１の描画を行う。それと共にＭＭＯＬが上方向５０９に移動し、それと同時に１ＭＭＯＬ列の描画時間で１主偏向列５０１のステージ移動方向５０８の距離と同じだけ移動するように、ステージの速度を最適化する。
【００９０】
その関係は、以下の式で表される。
ショット時間（秒） Ｔexp＝Ｄ／Ｊ …式(1)
１副偏向露光時間（秒） Ｔsub＝ｎsub×（Ｔexp＋ｔsub） …式(2)
１主偏向列露光時間（秒） Ｔmain＝ｎmain×（Ｔsub×ｔmain）…式(3)
ＭＭＯＬ周期（Ｈｚ） Ｔmol＝ｌmmol／ｌsub×Ｔmain×２ …式(4)
ステージ速度（ｍ／ｓ） Ｓｓ＝ｌmain／Ｔmain …式(5)
但し、Ｄ：ドーズ量（μＣ／ｃｍ2 ）、Ｊ：電流密度（Ａ／ｃｍ2 ）、tsub：副偏向セトリング時間（ｓｅｃ）、ｔmain ：主偏向セトリング時間（ｓｅｃ）、ｎsub：副偏向内ショット数：ｌmmol ：ＭＭＯＬ偏向量、ｎmain：１主偏向列中主偏向数、ｌsub：副偏向フィールドサイズである。
【００９１】
例えば図１３の場合、１ショット時間を１００ｎｓとし、静電副偏向の待ち時間を１００ｎｓとした場合、副偏向領域内の描画は（１００ｎｓ＋１００ｎｓ）×２５＝５μｓとなる。また、ＭＭＯＬ偏向距離を１．５ｍｍとすると、１ＭＭＯＬ列内には、３００個の副偏向領域がある。静電主偏向の偏向待ち時間を１０μｓとすると、１ＭＭＯＬ列の描画には（５μｓ＋１０μｓ）×３００＝４．５ｍｓ必要となる。このとき、主偏向列の大きさを５００μｍとすると、最適ステージ速度は５００μｍ÷４．５ｍｓ＝１１１ｍｍ／ｓとなる。また、このときのＭＭＯＬの１周期は９ｍｓとすればよい。
【００９２】
このように、ＭＭＯＬ，静電主偏向，及びステージを制御することにより、ＭＭＯＬが第１のポジション５０３から第２のポジション５０４へ移動することにより、図１４（ｂ）に示すように、１ＭＭＯＬ列５０５の描画が完了する。
【００９３】
第２のポジション５０４まで描画し、１ＭＭＯＬ列５０５の描画を完了した後に、図１４（ｃ）に示すように、次列の描画を行うために静電主偏向により、ウェハ上のビームの位置を偏向する。その後、ＭＭＯＬを移動し第３のポジション５０６から第４のポジション５０７へ移動することにより、図１４（ｄ）に示すように、２ＭＭＯＬ列が描画される。これらを順次進めていくことにより、ウェハ上に描画ができる。
【００９４】
しかし、このようなＭＭＯＬ駆動方式では、図１５（ａ）に示すように、ＭＭＯＬの位置の変化は鋸歯状になり、図１５（ｂ）に示すように、ＭＭＯＬの速度は矩形波となり、ＭＭＯＬ進行方向の切替時にＭＭＯＬの速度変化が大きく、機械的な駆動する上で駆動周波数のより高い制御が必要となり、制御が極めて困難となる。具体的には、一定の速度で一方向に移動している物体を瞬時に逆方向に一定速度で移動させる必要があり、このような制御は実質的に困難である。
【００９５】
ＭＭＯＬを高速に駆動制御する上で、駆動波形は正弦波であることが理想とされる。ＭＭＯＬの移動が矩形の場合、ＭＭＯＬの移動の速度は一定となり、図１６（ａ）に示すように、均一な描画が可能となる。しかし、ＭＭＯＬ駆動波形を正弦波にすると、ＭＭＯＬの中心では移動速度が速くなり、周辺に行くに従い移動速度が遅くなり、図１６（ｂ）に示すように、均一な描画は不可能となる。
【００９６】
また、矩形波駆動と正弦波駆動とにおけるＭＭＯＬ偏向位置の変化は図１７（ａ）に示すようになり、ＭＭＯＬ駆動速度の変化は図１７（ｂ）に示すようになる。そして、図１７に示すように、描画領域は速度と時間の積分値になるので、正弦波制御７０１は矩形波制御７０２と比較して６７％の領域にしか描画できず（図中の７０３が描画減少領域である）、正弦波制御７０１の描画スループットは２／３へ減少してしまう。
【００９７】
そこで本実施形態では、対物偏向器を含む対物レンズを機械的に移動させるための駆動を正弦波で行い、このときのスループットの低下がないように電気的な偏向器で補うことを特徴とする。描画装置には、前記図１に示すものを用いた。但し、正弦波のＭＭＯＬ駆動による描画エリアの減少によるスループットの低下を無くすために、ＭＭＯＬ駆動と静電主偏向をハイブリッドに合成し、正弦波駆動による偏向領域の減少を静電偏向により補助している。
【００９８】
図１８は、ＭＭＯＬ移動方向の正弦波ＭＭＯＬ駆動９０１と静電主偏向９０２、更にこれらを組み合わせたハイブリッド偏向９０４におけるウェハ上のビーム設定位置を説明するための図である。（ａ）はＭＭＯＬ偏向位置の変化、（ｂ）はＭＭＯＬ駆動速度の変化を示している。図１７の例では、ＭＭＯＬ移動方向の駆動はＭＭＯＬのみで行っており、静電偏向器による制御はステージの進行方向のみの偏向であった。
【００９９】
これに対し本実施形態では、静電偏向器による偏向制御をＭＭＯＬ移動方向でも行い、正弦波偏向駆動９０１による描画領域の減少分を、静電主偏向９０２を用いて補正している。これにより、図１８中のハイブリッド駆動９０４を得ることができる。ＭＭＯＬの移動方向に静電偏向することで、ＭＭＯＬ移動方向の描画領域のウェハ上のビームの移動速度が一定となり、矩形駆動による描画の時と同等の領域を描画できる。
【０１００】
またこの方法は、ＭＭＯＬの駆動速度の最大値が矩形波の速度を超えないように制御した。以下、これをアンダーシュートと記す。
【０１０１】
図１９は、ＭＭＯＬ移動方向の正弦波ＭＭＯＬ駆動９０１と静電主偏向９０２、更にこれらを組み合わせたハイブリッド偏向９０４におけるウェハ上のビーム設定位置を説明するための図である。（ａ）はＭＭＯＬ偏向位置の変化、（ｂ）はＭＭＯＬ駆動速度の変化を示している。ＭＭＯＬ正弦波駆動９０１による描画領域の減少及び増加を、静電偏向９０２を用いて補正することで、ハイブリッド偏向９０４で矩形波による偏向と同等の描画領域を得ることができる。
【０１０２】
またこの方法は、ＭＭＯＬの正弦駆動幅が矩形駆動の場合と同じに制御した。以下、これをオーバーシュートと記す。
【０１０３】
下記の（表１）は、正弦波駆動と静電主偏向による補正を組み合わせた本実施形態の結果をまとめたものである。
【０１０４】
【表１】
これから、従来４．５ｍｍを静電偏向していたときと比較し、オーバーシュートの場合は機械駆動を４．５ｍｍ、静電偏向領域は１ｍｍ×０．９４ｍｍ、アンダーシュートの場合は機械駆動を２．８６ｍｍ、静電偏向領域を１ｍｍ×１．６４ｍｍで、４．５ｍｍの領域をスループットの低下無く描画することができる。また、静電偏向領域を従来の４．５ｍｍに対して、約１／３に低減できるので、ビームのぼけ，歪みが大幅に低減できる。
【０１０６】
なお、プリ対物レンズ偏向器１１０では、対物レンズ偏向器１０５，１０６を機械的に光軸１１９に対して垂直方向に移動するのと同期して、電子ビーム１１８を対物レンズ偏向器１０５，１０６の光学的な軸へビームを偏向する。この場合の偏向は、正弦波又はそれに近似したもので制御すればよい。
【０１０７】
このように本実施形態では、対物偏向器を含む対物レンズを機械的に光軸に対して垂直方向に移動することを可能とした駆動機構を備え、大きな偏向を機械的な移動で行い、その中の各ショットを静電偏向を用いて描画する機能を持った電子ビーム描画装置において、対物偏向器を含む対物レンズの機械的な駆動を正弦波で行い、矩形波制御と正弦波駆動の描画領域の違いを静電偏向器により補正して描画する。このような制御方法により、スループットを劣化させることなく、対物偏向器を含む対物レンズの機械的な移動を正弦波駆動により行うことで制御が簡単になり、また高速で駆動することができ、ビームの位置精度の向上が可能となった。
【０１０８】
また、本実施形態で説明したような補正は、図１に示した可変成形型の電子ビーム描画装置に限らず、図７に示したキャラクタ型電子ビーム描画装置でも同様に行うことができる。
【０１０９】
（第５の実施形態）
先に説明した第４の実施形態のように、ＭＭＯＬの移動速度（周期），ステージの移動速度は１主偏向列領域露光時間で変わり、１主偏向列露光時間は１副偏向露光時間で変わる。レジスト感度又は電流密度が変化すると１副偏向露光時間は当然のことながら変わるため、ＭＭＯＬの移動速度も変える必要がある。しかし、ＭＭＯＬの駆動部の小型化，コラム内の真空度の劣化を減少するためには、ＭＭＯＬは単純な構造であるのが望ましい。そのために、ＭＭＯＬ制御を単一周波数で駆動することが望ましい。偏向周波数をＭＭＯＬの固有周波数近くに設計しておけば、偏向に必要な動力が最小になり、小型化が可能になる。
【０１１０】
そこで本実施形態では、ＭＭＯＬ駆動を単一周波数で制御でき、且つショット時間の変化に対応して描画が可能になる描画方式を説明する。
【０１１１】
電子ビーム描画装置の基本構成は前記図１と同様であり、この装置を用い前記図３（ｃ）に示すように、対物駆動機構１１４により駆動制御し、対物レンズ偏向器１０５の位置を光軸１１９に対して垂直方向に移動し、それと同期してプリ対物レンズ偏向器１１０により、電子ビーム１１８を対物レンズ偏向器１０５の光軸を通るようにし、その後に対物レンズ偏向器１０５で試料面１０７上のショット位置を決定して描画を行う。
【０１１２】
図２０に示すのは、レジスト感度０．１μＣ／ｃｍ2 、電流密度１Ａ／ｃｍ2 、ショットサイズ１０μｍ、副偏向セトリング時間１００ｎｓ、副偏向サイズ５０μｍ、主偏向待ち時間１０μｓの条件で描画した場合である。この場合、１副偏向領域４０２内にはショット４０１が５０個、１主偏向列４０３は副偏向領域数１０個になる。このときに１主偏向列４０３の描画時間は０．１５ｍｓとなる。この条件でＭＭＯＬを駆動することにより、前記図１４に示すような描画が可能となる。
【０１１３】
次にレジスト感度が変化した場合について述べる。
図２１はレジスト感度０．６μＣ／ｃｍ2 の場合である。レジスト感度以外の条件は図２０と同様である。この場合、ショット時間は式(1) から６００ｎｓとなり、副偏向の描画時間は式(2) から１７．５μｓとなる。このとき、ＭＭＯＬの駆動周波数を一定とするために、１主偏向列４０３の描画時間をレジスト感度０．１μＣ／ｃｍ2 と同様になるようにする。即ち、１主偏向列４０３を描画する時間は０．１５ｍｓとなる。
【０１１４】
このような条件下においては、図２１に示すように１主偏向列４０３中の副偏向領域４０２の数が変化する。この場合、０．１５ｍｓ内に描画できる副偏向領域数は、式(3) を変形し、Ｎmain＝０．１５ｍｓ／（１７．５μｓ＋１０μｓ）で与えられ、５．４５個になる。即ち、副偏向領域４０２を５個描画し、余り時間が生じることになる。副偏向領域５個の描画には、式(3) から０．１３７５ｍｓの時間がかかる。また、６個目の副偏向領域を描画するためには主偏向を一度偏向するため、主偏向のセトリング待ち時間が一度入る。よって、余り時間で描画を行おうとすると、描画できるショット数は、（０．１５ｍｓ−０．１３７５ｍｓ−１０μｓ）／７００ｎｓ＝３．５ショットとなる。
【０１１５】
この場合、副偏向領域内の１辺当りのショット数５個より、小さいので描画を止めて、描画時間が０．１５ｍｓ経過するまで待つ。従って、０．６μＣ／ｃｍ2 のレジスト感度の場合は、１主偏向列は副偏向領域５個となり、ＭＭＯＬのステージ進行方向の幅は２５０μｍとなる。これを各主偏向列に対して、順次行描画を続けていく。
【０１１６】
即ち、ＭＭＯＬの偏向周波数を一定とするために、１主偏向列の描画時間が一定になるように、副偏向領域数及びショット数を制御することに特徴を持つ。また、ショット時間が副偏向領域全面を描画するのに十分でない場合は、副偏向領域内の１辺当りのショット数の倍数だけ描画し、残りの時間を待ち時間とする。
【０１１７】
下記の（表２）は、レジスト感度が０．１μＣ／ｃｍ2 から０．５μＣ／ｃｍ2 まで変化した場合の具体的な例を示している。
【０１１８】
【表２】
この中で、例えば０．４μＣ／ｃｍ2 のレジスト感度の場合は、１主偏向列内の副偏向領域数は６個で７個目の副偏向領域内を１０ショット、即ち副偏向領域内の２辺分だけ描画を行う。このようして描画制御を行うことにより、待ち時間が最小となりスループットの低下を減少することが可能となる。
【０１２０】
ここではレジスト感度が変化した場合について説明したが、電流密度が変化した場合においても同様である。
【０１２１】
このように本実施形態では、対物偏向器を含む対物レンズを機械的に光軸に対して垂直方向に移動することを可能する駆動装置を具備し、大きな偏向を機械的に移動し、その中の各ショットを静電偏向を用いて描画をする機能を持った電子ビーム描画装置において、１主偏向列の描画時間が一定になるように、副偏向領域数及びショット数を制御することに特徴を持つ。また、ショット時間が副偏向領域全面を描画するのに十分でない場合は、副偏向領域内の１辺当りのショット数の倍数だけ描画し、残りの時間を待ち時間とすることにより、レジスト感度，電流密度の変化に対して一定のＭＭＯＬ駆動周波数で制御することが可能となり、ＭＭＯＬ制御を単一周波数で制御でき、偏向周波数をＭＭＯＬの固有周波数近くに設計することが可能となり、偏向に必要な動力が最小になり、小型化が可能になった。
【０１２２】
また、本実施形態の考えは、前記図７に示すキャラクタプロジェクション方式に適用することもできる。
【０１２３】
（第６の実施形態）
本実施例で用いる電子ビーム描画装置の基本的な構成は、図１のものと同じなので、ここではその説明は省略する。
【０１２４】
先に説明した第４の実施形態において、１ＭＭＯＬ列の描画には４．５ｍｓの時間が必要となるが、このときの最適ＭＭＯＬ移動速度は，１．５ｍｍ／４．５ｍｓ＝３３３ｍｍ／Ｓである。
【０１２５】
ＭＭＯＬの位置は、レーザ干渉計を用いれば０．６ｎｍという高精度な位置検出が可能である。この位置データは、１００ｎｓ単位のサンプリング周期で更新され、１００ｎｓ毎のストローブ信号をトリガにしてデータが読み出せる構成になっている。読み出した位置情報をプリ対物レンズ偏向器１１０に印加する。偏向電圧にフィードバックして、電子ビーム１１８が対物レンズ偏向器１０５の光軸を通るように制御する。また、同じく読み出した位置情報を対物レンズ偏向器１０５に印加する偏向電圧にフィードバックして、試料面１０７上のショット位置を決定する。
【０１２６】
図２２に、本実施形態のＭＭＯＬ追従制御回路の構成を示す。この回路は、偏向制御回路６１０と主偏向アンプ６２０から成る。偏向制御回路６１０は、主偏向歪み補正回路６１１，ＭＭＯＬ追従回路６１２，フィードバック遅れ補正回路６１３，減算器６１４，加算器６１５，及び後述する補正演算回路６１８から成り、パターンジェネレータ６３０からのパターン位置データとレーザ測長計１０８からのＭＭＯＬ位置データは減算器６１４を介して主偏向歪み補正回路６１１に供給される。また、レーザ測長計１０８からのＭＭＯＬ位置データは、ＭＭＯＬ追従回路６１２及びフィードバック遅れ補正回路６１３に供給され、各回路６１２，６１３の出力は加算器６１５により加算されるようになっている。
【０１２７】
主偏向アンプ６２０は、アンプ６２１，６２２，６２３，加算器６２４，及び後述する積分器６２５から成り、偏向制御回路６１０の主偏向歪み補正回路６１１からの補正データはＤＡＣ６３１を介してアンプ６２１に供給され、偏向制御回路６１０の加算器６１５からの信号はＤＡＣ６３２を介してアンプ６２２に供給される。そして、アンプ６２１，６２２の各出力が加算器６２４により加算され、アンプ６２３を介して前記対物偏向器１０５の主偏向器に供給されるようになっている。
【０１２８】
ここで、補正演算回路６１８及び積分アンプ６２５を設けない場合、偏向制御回路６１０では、主偏向の位置決め開始から副偏向領域内の描画が終了するまでの間に、１００ｎｓ毎に更新される位置データを検出して、主偏向位置決め直後からの差分をＭＭＯＬ追従回路６１２で算出し、さらにＭＭＯＬ追従回路６１２の遅れ時間によって引き起こされるＭＭＯＬ移動速度に依存した追従エラーをＭＭＯＬフィードバック遅れ補正回路６１３で算出し、両者を加算したデータをＭＭＯＬ追従ＤＡＣ６３２へ書き込み、その電圧出力を対物偏向電圧に加算してビームの位置を補正していた。
【０１２９】
この場合、ＭＭＯＬ追従ＤＡＣ６３２へ書き込まれるデータは、図２３中に破線で示すように階段状になってしまう。ＭＭＯＬ移動速度が遅い場合は描画精度を劣化させる要因にはならなかったが、ＭＭＯＬを速度３３３ｍｍ／ｓで移動させながら描画すると、１００ｎｓのサンプリング時間間隔にＭＭＯＬは３３ｎｍも移動し、この間のビーム位置が制御できなくなって描画精度が低下することになる。
【０１３０】
そこで本実施形態では、上記の構成に補正演算回路６１８，積分アンプ６２５，ＤＡＣ６３３を追加することにより、ある一定のサンプリング周期で得られたＭＭＯＬの位置情報から、サンプリング周期内の時間における各々の位置変化を補間して求め、ビーム位置をより細かく補正するようにしている。
【０１３１】
この場合、ＭＭＯＬの位置はレーザ干渉計１０８によって０．６ｎｍの分解能で検出され、位置情報として１００ｎｓ毎にストローブ信号と共に位置データが得られる。先の例と同様に、主偏向の位置決め開始から副偏向領域内の描画が終了するまでの間に、１００ｎｓ毎に更新される位置データを検出して、主偏向位置決め直後からの差分と、ＭＭＯＬ追従回路の遅れ時間によって引き起こされるＭＭＯＬ移動速度に依存した追従エラーを算出し、両者を加算したデータをＭＭＯＬ追従ＤＡＣ６３２へ書き込む。
【０１３２】
これに加え補正演算回路６１８により、主偏向位置決め直後から主偏向セトリング時間の間の描画していない時間に検出される複数の位置データからＭＭＯＬ移動速度（＝ＭＭＯＬ移動量／サンプリング時間）を検出してホールドする。この速度値をＤＡＣ６３３を介して主偏向アンプ６２０の積分アンプ６２５に入力し、補間用の電圧（補間位置データ）を発生させる。そして、１００ｎｓ毎の位置データ更新時に積分アンプ６２５をクリアした後、検出されたＭＭＯＬ移動速度を積分アンプ６２５に入力して、その出力電圧を加算器６２４により、アンプ６２１，６２２の出力に加算するように制御する。
【０１３３】
この結果、ＭＭＯＬ追従制御回路の最終出力は、図２３に実線で示したように直線状になり、サンプリング時間内におけるビーム位置が精度良くＭＭＯＬの移動を追従できるようになる。
【０１３４】
（第７の実施形態）
第６の実施形態におけるＭＭＯＬ追従用の積分アンプは、次のような構成でも可能である。即ち、主偏向セトリング中の時間内で、サンプリングしたＭＭＯＬ位置変化量とサンプリング時間からＭＭＯＬ移動速度を精度良く求めておく。そして、主偏向セトリング終了直前に、主偏向の位置決め開始からのＭＭＯＬ位置変化量をオフセット値としてセットし、同時に求めたＭＭＯＬ移動速度のデータを積分アンプに入力する。さらに、副偏向内の描画が終了するまで両者の加算値でビーム位置を補正する。次の副偏向描画では、積分アンプをリセットして同じ制御を続ける。
【０１３５】
また、積分アンプの精度を向上させるために１００ｎｓ毎に更新される従来型の追従ＤＡＣ／アンプをリファレンス用の電圧として用いる方法がある。この場合、位置データ更新時に積分アンプの出力をサンプルホールドしてリファレンス電圧と比較し、その差分電圧を積分アンプの入力にフィードバックすることにより、精度向上をはかることができる。
【０１３６】
また、ＭＭＯＬの移動速度が決まっている場合、ＭＭＯＬ移動をテーブル化しておき、これを基に補正することも可能である。
【０１３７】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、可変成形型電子ビーム描画装置やキャラクタ型電子ビーム描画装置等について説明したが、本発明はポイント型電子ビーム描画方式についても同様に適用できる。さらに、電子ビーム描画装置に限らず、電気的にビームを偏向する描画装置であれば適用でき、イオンビーム描画装置に適用することもできる。また、必ずしも描画装置に限るものではなく、ＳＥＭ等の測定装置に適用することも可能である。
【０１３８】
また、第３の実施形態において駆動機構により移動される成形アパーチャやキャラクタアパーチャ等に形成する開口パターンの数，配置関係は、仕様に応じて適宜変更可能である。また、第４の実施形態において対物レンズ等の駆動機構を制御するための波形は正弦波に限るものではなく、三角関数的に滑らかに駆動できるものであればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【０１３９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、荷電ビーム描画装置の対物レンズの構造に関し、対物偏向器を含む対物レンズを光軸に対して垂直方向に機械的に駆動する駆動機構を設け、大きな偏向を駆動機構で行い、その中の各ショットを偏向器を用いて描画する構成としているので、偏向領域の増大に伴うビーム解像性の劣化やパターン歪みの発生等を無くすことができ、スループットの向上と共に描画精度の向上をはかることが可能となる。
【０１４０】
また、成形アパーチャやキャラクタアパーチャを機械的に可動にする駆動機構を設けることにより、これらのアパーチャに多数の開口パターンを配置することができ、これにより描画スループットの一層の向上をはかることが可能となる。
【０１４１】
また、対物レンズ及び対物偏向器等の移動速度が連続して変化するように駆動機構の駆動を正弦波等で行い、さらにこの駆動に同期して対物偏向器によりビームを電気的に偏向し、一定の基準速度に対する駆動機構による移動速度の差分を補正することにより、駆動機構の駆動を正弦波駆動にしたことに伴うスループットの低下も抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図２】第１の実施形態に用いた静電レンズ，静電偏向器を示す図。
【図３】第１の実施形態における描画領域を説明するための図。
【図４】第１の実施形態における描画シーケンスを説明するための図。
【図５】第１の実施形態における描画シーケンスを説明するための図。
【図６】第１の実施形態におけるスループットとビーム収差との関係を示す図。
【図７】第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図８】キャラクタプロジェクション描画方式を説明するための図。
【図９】第３の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図１０】第３の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図１１】アパーチャ駆動機構の駆動タイミングを描画シーケンス内で示す図。
【図１２】アパーチャ群の最小単位をなすアパーチャの図形パターン配置例を示す図。
【図１３】ＭＭＯＬの描画方法における描画領域を示す図。
【図１４】ＭＭＯＬの描画方法における描画順序を示す図。
【図１５】ＭＭＯＬの描画方法の問題点を説明するための図。
【図１６】ＭＭＯＬの矩形制御と正弦波制御を説明するための図。
【図１７】単純なＭＭＯＬの正弦波駆動を説明するための図。
【図１８】第４の実施形態に係わるＭＭＯＬの正弦波駆動を説明するための図。
【図１９】第４の実施形態に係わるＭＭＯＬの正弦波駆動を説明するための図。
【図２０】第５の実施形態を説明するためのもので、レジスト感度の変化（０．１μＣ／ｃｍ2 ）による１主偏向列内の副偏向数の変化を示す図。
【図２１】第５の実施形態を説明するためのもので、レジスト感度の変化（０．６μＣ／ｃｍ2 ）による１主偏向列内の副偏向数の変化を示す図。
【図２２】第６の実施形態におけるＭＭＯＬ追従回路を示す回路構成図。
【図２３】第６の実施形態におけるＭＭＯＬ追従補正電圧の変化を示す図。
【符号の説明】
１０１…電子銃
１０２…コンデンサレンズ
１０３…ブランキング偏向器
１０４…ブランキングアパーチャ
１０５，６０２…対物偏向器
１０６，６０３…対物レンズ
１０７…試料
１０８，１０９，３０２…レーザ干渉計
１１０…プリ対物レンズ偏向器
１１１…ブランキングアンプ
１１２…プリ対物レンズ偏向アンプ
１１３…対物偏向アンプ
１１４…対物駆動機構
１１５…ステージ駆動機構
１１６…制御用計算機
１１７…ステージ
１１８…電子ビーム
１１９…光軸
１２０…第１成形アパーチャ
１２１…成形偏向器
１２３…クロスオーバー
１２４…投影レンズ
１２５…第２成形アパーチャ
１２６…縮小レンズ
１２７…成形偏向アンプ
２０１…１ショットにより描画される領域
２０２…対物偏向により描画される領域
２０３…対物偏向により描画される領域＋対物駆動により対物偏向領域を移動し描画される領域
３０１…アパーチャ駆動機構
６０１…キャラクタアパーチャ
Claims (20)
- 荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、
前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で機械的に可動にする駆動機構を設け、且つ前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。 - 荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、
前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器を所定の平面内で可動にする駆動機構を設け、且つ前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。 - 荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを所望形状に成形するための複数の開口パターンを有するキャラクタアパーチャと、成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、
前記キャラクタアパーチャを所定の平面内で機械的に可動にする第１の駆動機構を設けると共に、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で機械的に可動にする第２の駆動機構を設け、且つ前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に、第２の駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。 - 荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、
前記キャラクタアパーチャを所定の平面内で機械的に可動にする第１の駆動機構を設けると共に、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で機械的に可動にする第２の駆動機構を設け、且つ前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に、第２の駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。 - 荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、
前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で機械的に往復移動させる駆動機構を設け、且つ前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなり、前記対物レンズ及び対物偏向器の移動速度が連続的に変化するように前記駆動機構を制御することを特徴とする荷電ビーム描画装置。 - 荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、荷電ビームをブランキングするためのブランキング偏向器及びブランキングアパーチャと、キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器とを備えた荷電ビーム描画装置であって、
前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器を所定の平面内で往復移動させる駆動機構を設け、且つ前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器を設けてなり、前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器の移動速度が連続的に変化するように前記駆動機構を制御することを特徴とする荷電ビーム描画装置。 - 前記駆動機構は、荷電ビームの光軸方向（Ｚ方向）と直交する少なくとも２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に機械的に可動であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記駆動機構は、磁気力により駆動制御するアクチュエータからなることを特徴とする請求項７記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記光軸シフト用偏向器は、静電型偏向器であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記光軸シフト用偏向器は、少なくとも２段の偏向器からなり、荷電ビームを振り戻してビーム軸を平行にシフトするものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか又は９記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記対物レンズは、静電型レンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記対物レンズ及び対物偏向器は共に静電型であり、一体形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記駆動機構を正弦波によって制御することを特徴とする請求項５又は６記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記駆動機構の駆動に同期して、前記対物偏向器によりビームを電気的に偏向し、一定の基準速度に対する前記駆動機構による移動速度の差分を補正することを特徴とする請求項５又は６記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記駆動機構における機械的駆動周波数を一定としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記対物偏向器は主副２段の偏向器からなり、主偏向器で副偏向領域の位置決めを行い、副偏向器で副偏向領域の描画を行うものであり、試料を載置したステージは一方向に連続的に移動され、前記駆動機構による移動方向はステージ移動方向と交差する方向であり、
ステージ移動方向と交差する方向に沿った複数の副偏向領域からなる主偏向列の描画時間が一定となるように、描画条件に応じて主偏向列内の副偏向領域数及びショット数を可変にしたことを特徴とする請求項１５記載の荷電ビーム描画装置。 - 前記駆動機構により駆動される物体の移動位置を一定のサンプリング時間間隔で検出する位置センサと、この位置センサにより得られる位置データに基づいて前記物体が移動することに伴う荷電ビームの位置ずれを補正し、且つ前記位置センサにより得られる位置データからの補間により、前記サンプリング時間間隔より短い間隔で補間位置データを求め、この補間位置データに基づいて前記荷電ビームの位置ずれを補正する補正回路とを設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の荷電ビーム描画装置。
- 前記補正回路は、前記位置センサにより得られる位置データを基に前記物体の移動速度を算出し、算出した移動速度を積分器に入力して前記補間位置データを得るものであることを特徴とする請求項１７記載の荷電ビーム描画装置。
- 荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の大きさ及び明るさに調整するコンデンサレンズと、荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器と、前記対物レンズ及び対物偏向器を所定の平面内で機械的に可動にする駆動機構と、前記対物レンズ及び対物偏向器よりも前記荷電ビーム源側に配置され、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器とを具備してなり、
前記駆動機構は、前記対物レンズ及び対物偏向器の移動速度を連続的に変化させることを特徴とする荷電ビーム描画装置。 - 荷電ビーム源から発生された荷電ビームを所望の電流密度に調整するコンデンサレンズと、複数種のパターンを有しいずれかのパターンの選択により荷電ビームを成形するキャラクタアパーチャと、前記キャラクタアパーチャで成形された荷電ビームを試料面上にフォーカスする対物レンズと、試料面上の荷電ビームの位置を制御する対物偏向器と、前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器を所定の平面内で往復移動させる駆動機構と、前記キャラクタアパーチャよりも前記荷電ビーム源側に配置され、前記駆動機構と同期して荷電ビームを偏向する光軸シフト用偏向器とを具備してなり、
前記駆動機構は、前記キャラクタアパーチャ，対物レンズ，及び対物偏向器の移動速度を連続的に変化させることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
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