JP5123754B2 - 描画装置及び荷電粒子ビームの焦点合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明は、描画装置及び荷電粒子ビームの焦点合わせ方法に係り、例えば、第１と第２のアパーチャ部材を用いた可変成形型の電子ビーム描画装置及びその電子ビームの焦点合わせ方法に関する。

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。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。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、高精度の原画パターンの生産に用いられる。

図９は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置は、以下のように動作する。第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される（例えば、特許文献１参照）。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。

可変成形型の描画装置では、上述したように、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させることで描画すべきビームの成形をおこなっている。そのため、高精度な成形を行なうために、第１のアパーチャ像が第２のアパーチャ上に焦点を結ぶことが求められる。しかし、第１と第２のアパーチャ間での結像系における焦点合わせ方法については、十分な精度で焦点合わせを行なう手法が確立されていなかった。
特開２００７−０４３０８３号公報

上述したように、第１と第２のアパーチャ間での十分な精度で焦点合わせを行なう手法が確立されていなかった。

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、第１と第２のアパーチャ間での焦点合わせを行なう方法およびその装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の描画装置は、
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
荷電粒子ビームを成形する第１と第２のアパーチャ部材と、
照射部と第１のアパーチャ部材との間に配置され、荷電粒子ビームを一旦偏向した後に向きを変えて第１のアパーチャ部材を通過する位置に偏向する第１と第２のコイルと、
第１と第２のアパーチャ部材の間に配置され、第１のアパーチャ部材を通過した荷電粒子ビームの焦点を調整するレンズと、
レンズにより調整される荷電粒子ビームの焦点位置と第１と第２のコイルによる荷電粒子ビームの偏向量との組合せを変化させた際の同じ焦点位置で異なる偏向量間での第２のアパーチャ部材上での荷電粒子ビームの位置の差を演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする。

かかる構成により、レンズにより調整される荷電粒子ビームの焦点位置が同じ条件で、第１と第２のコイルによる荷電粒子ビームの偏向量が異なる条件での第２のアパーチャ部材上での荷電粒子ビームの位置の差を演算する。そして、設定された焦点位置が第２のアパーチャ部材上にあれば、その差は理想的には０（ゼロ）になる。よって、荷電粒子ビームの焦点位置を可変にして、上記差が最も小さくなる荷電粒子ビームの焦点位置を見つければよい。

演算部は、レンズにより調整される荷電粒子ビームの焦点位置毎に第１と第２のコイルによる荷電粒子ビームの偏向量を変化させた際の荷電粒子ビームの位置の差を演算すると好適である。

或いは、演算部は、第１と第２のコイルにより調整される荷電粒子ビームの偏向量毎にレンズにより調整される荷電粒子ビームの焦点位置を変化させた際の荷電粒子ビームの位置の差を演算しても好適である。

また、描画装置は、第１と第２のアパーチャ部材の間に配置され、第１のアパーチャ部材を通過した荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、
レンズにより調整される荷電粒子ビームの焦点位置毎に第１と第２のコイルによる荷電粒子ビームの偏向量を変化させた際の第２のアパーチャ部材を通過した荷電粒子ビームの電流を検出する検出器と、
をさらに備え、
演算部は、検出された荷電粒子ビームの電流値と偏向器による荷電粒子ビームの偏向量とを用いて、荷電粒子ビームの位置の差を演算すると好適である。

本発明の一態様の荷電粒子ビームの焦点合わせ方法は、
荷電粒子ビームを照射する工程と、
荷電粒子ビームを第１のコイルで一旦偏向した後に、第２のコイルで第１のアパーチャ部材を通過する位置に偏向する工程と、
第１と第２のアパーチャ部材の間に配置されたレンズにより調整される荷電粒子ビームの焦点位置と第１と第２のコイルによる荷電粒子ビームの偏向量との組合せを変化させた際の各組み合わせでの第２のアパーチャ部材上での荷電粒子ビームの位置を測定する工程と、
同じ焦点位置で異なる偏向量間での荷電粒子ビームの位置の差或いは第２のアパーチャ部材上の２次元方向における各方向の上述した差の２乗和がより小さい焦点位置に荷電粒子ビームの焦点を調整する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、第１と第２のアパーチャ間での焦点合わせを行なうことができる。

以下、各実施の形態では、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、荷電粒子ビーム描画装置の一例として、特に、可変成形型の電子ビーム描画装置について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。図１において、描画装置１００は、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。描画装置１００は、試料１０１に所定のパターンを描画する。描画部１５０は、描画室１０３と描画室１０３の上部に配置された電子鏡筒１０２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のアパーチャ部材２０３、投影レンズ２０４、成形偏向器２０５、第２のアパーチャ部材２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、アライメントコイル２１２，２１４，２１６、結像レンズ２１８、及び検出器２２０を有している。そして、描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置され、ＸＹステージ１０５上に描画対象となる試料１０１とファラデーカップ１０６が配置される。試料１０１として、例えば、半導体装置が形成されるウェハにパターンを転写する露光用のマスクが含まれる。また、このマスクは、例えば、まだ何もパターンが形成されていないマスクブランクスが含まれる。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わない。

試料１０１にパターンを描画する際には、以下のように動作する。電子銃２０１（照射部）から出た電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１の成形アパーチャ部材２０３全体を照明する。ここで、第１の成形アパーチャ部材２０３の開口を通過させることで電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１の成形アパーチャ部材２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２の成形アパーチャ部材２０６上に投影される。また、第１の成形アパーチャ部材２０３と第２のアパーチャ部材２０６の間に配置された結像レンズ２１８により第１のアパーチャ部材２０３を通過した電子ビーム２００の焦点が調整される。これにより、第１のアパーチャ像は第２の成形アパーチャ部材２０６上に焦点を合わせられる。かかる第２の成形アパーチャ部材２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、静電型の成形偏向器２０５によって偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２の成形アパーチャ部材２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向器２０８によって偏向され、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。

ここで、電子ビーム２００が高精度に成形されるためには、結像レンズ２１８により第１の成形アパーチャ部材２０３を通過した第１のアパーチャ像の焦点が第２の成形アパーチャ部材２０６上に合うように調整されることが求められる。実施の形態１では、以下、かかる第１の成形アパーチャ部材２０３と第２の成形アパーチャ部材２０６間での結像系における焦点合わせ方法について説明する。

図２は、実施の形態１における電子ビームの焦点合わせ方法に用いる構成を抜き出した描画装置の一部を示す概念図である。図２において、図１の制御部１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１１、磁気ディスク装置１０９、制御回路１１２，１１４，１１６，１１８，１２０、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１２２、及び検出アンプ１２４，１２６を有している。制御計算機１１０、メモリ１１１、磁気ディスク装置１０９、制御回路１１２，１１４，１１６，１１８，１２０、及び検出アンプ１２４，１２６は、図示しないバスにて互いに接続されている。制御回路１１２は、アライメントコイル２１２（第１のコイル）に接続され、アライメントコイル２１２に電子ビーム２００を偏向するための電流を出力する。制御回路１１４は、アライメントコイル２１４（第２のコイル）に接続され、アライメントコイル２１４に電子ビーム２００を偏向するための電流を出力する。制御回路１１６は、アライメントコイル２１６（第３のコイル）に接続され、アライメントコイル２１６に電子ビーム２００を偏向するための電流を出力する。制御回路１１８は、結像レンズ２１８に接続され、結像レンズ２１８に電子ビーム２００の焦点合わせを行うための電流を出力する。制御回路１２０は、ＤＡＣ１２２に接続され、電子ビーム２００を偏向するための偏向量を示すデジタル信号を出力する。ＤＡＣ１２２は、デジタル信号をアナログの偏向電圧に変換し、図示しないアンプで増幅の上、成形偏向器２０５に印加する。制御計算機１１０は、制御回路１１２，１１４，１１６，１１８，１２０を制御し、また、検出アンプ１２４，１２６からの出力信号を入力し、演算に用いる。制御計算機１１０に入力される情報或いは演算処理中及び処理後の各情報はその都度メモリ１１１に記憶される。図２では、本実施の形態１における電子ビームの焦点合わせ方法を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。

アライメントコイル２１２は、電子銃２０１と第１のアパーチャ部材２０３との間に配置される。そして、アライメントコイル２１２は、電子銃２０１から照射された電子ビーム２００を一点鎖線で示す光軸上から外側に向けて偏向する。アライメントコイル２１４は、アライメントコイル２１２と第１のアパーチャ部材２０３との間に配置される。そして、アライメントコイル２１４は、アライメントコイル２１２によって一旦外側に向けて偏向された電子ビーム２００を第１のアパーチャ部材２０３の開口の中心を通過するように偏向する。言い換えれば、アライメントコイル２１２，２１４は、電子ビーム２００を一旦偏向した後に向きを変えて第１のアパーチャ部材２０３の開口中心を通過する位置に偏向する。このように、一旦ビームを外側に振ってから第１のアパーチャ部材２０３の開口中心に振り戻す。このような偏向量の関係になるアライメントコイル２１２に流す電流値Ｃ_１ｉとアライメントコイル２１４に流す電流値Ｃ_２ｉとの組み合わせは、予め、求めておく。例えば、電流値Ｃ_１ｉと電流値Ｃ_２ｉとの連動比を算出しておくと好適である。一方の値が決まれば、連動比にその一方の値を乗じることで他方の値も決めることができる。電流値Ｃ_１ｉと電流値Ｃ_２ｉとの組み合わせにより電子ビーム２００が第１のアパーチャ部材２０３の開口中心に振り戻されているかどうかは次のようにして確認することができる。まず、電流値Ｃ_１ｉと電流値Ｃ_２ｉとを適当に設定する。第１のアパーチャ部材２０３の開口を電子ビーム２００が通過すると想定される値にまずは設定しておけばよい。ここで、後述するように成形偏向器２０５に電圧を印加しない状態では、第１のアパーチャ部材２０３を通過した電子ビーム２００が第２のアパーチャ部材２０６の開口からずれた位置に照射されるように構成されている。その状態で、アライメントコイル２１６で電子ビーム２００を走査し、第２のアパーチャ部材２０６で反射された反射電子を検出器２２０で検出する。そして、検出器２２０の出力信号を検出アンプ１２４で増幅して制御計算機１１０に出力する。制御計算機１１０では、検出された第１のアパーチャ像の位置を測定する。そして、第１のアパーチャ像が第１のアパーチャ部材２０３の開口中心に位置するように電流値Ｃ_２ｉを調整する。このようにして電流値Ｃ_２ｉが調整されれば、電流値Ｃ_１ｉと電流値Ｃ_２ｉとの組み合わせが決まる。そして、１つの組み合わせが決まれば、その比を連動比として取得することができる。以降は、電流値Ｃ_１ｉを変化させても連動比に電流値Ｃ_１ｉを乗じる（或いは連動比を電流値Ｃ_１ｉで割る）ことで、電流値Ｃ_２ｉを求めることができる。

図３は、実施の形態１における焦点位置が第２のアパーチャ部材上に位置する状態の一例を示す図である。図３において、第１のアパーチャ部材２０３の開口中心を通過した電子ビーム２００の第１のアパーチャ像は、結像レンズ２１８に設定されるレンズ値（電流値）に従って、ある焦点位置に焦点を結ぶ。ここで、設定されたレンズ値によって結像レンズ２１８により理想的に第２のアパーチャ部材２０６上に電子ビーム２００の焦点位置が位置する場合、アライメントコイル２１２，２１４に設定される電流値Ｃ_１ｉと電流値Ｃ_２ｉとの組み合わせを他の組み合わせに変更しても第２のアパーチャ部材２０６上の位置Ｐ_０に焦点を結ぶので、ビームの位置は同じになる。図３では、電流値Ｃ_１１と電流値Ｃ_２１との組み合わせでの電子ビーム２００ａの軌道を実線で、電流値Ｃ_１２と電流値Ｃ_２２との組み合わせでの電子ビーム２００ｂの軌道を点線で示す。このようにアライメントコイル２１２，２１４による電子ビーム２００の振り幅を変えても焦点位置ではビームの位置が同じになる。そのため、焦点位置が第２のアパーチャ部材２０６上にあれば、第２のアパーチャ部材２０６上での電子ビーム２００ａと電子ビーム２００ｂの位置は同じになる。これに対し、焦点位置が第２のアパーチャ部材２０６上に無い場合、つまり、焦点位置が合っていない場合、以下のようになる。

図４は、実施の形態１における焦点位置が第２のアパーチャ部材上からずれている状態の一例を示す図である。図４では、電子ビーム２００の焦点位置がＰ_０から下側にずれたＰ_１である場合のビーム軌道を示している。アライメントコイル２１２，２１４による電子ビーム２００の振り幅を変えるとビーム軌道は異なるが焦点位置でのビームの位置が同じになることは上述したとおりである。よって、電子ビーム２００ａと電子ビーム２００ｂは、Ｐ_１において同じ位置となる。そのため、第２のアパーチャ部材２０６上では、互いに異なる位置になる。図４では、電子ビーム２００ａの第２のアパーチャ部材２０６上での位置をＬ_１、電子ビーム２００ｂの第２のアパーチャ部材２０６上での位置をＬ_２で示している。その差はΔＬとなる。

よって、アライメントコイル２１２，２１４による電子ビーム２００の振り幅を変えた状態で、ΔＬがより小さくなる結像レンズ２１８のレンズ値を取得し、そのレンズ値を結像レンズ２１８に設定すれば焦点合わせを行なうことができる。ビーム位置は、ｘ方向とｙ方向で求まるが、ここでは、技術内容を理解し易くするために、一方の場合について示している。或いは、ｘ方向のΔＬ成分をΔＬ_Ｘ、ｙ方向のΔＬ成分をΔＬ_Ｙとして、ΔＬ_Ｘ ^２＋ΔＬ_Ｙ ^２が最小となる結像レンズ２１８のレンズ値を設定値としても好適である。上述した手法を具現化して、以下、フローチャートに沿って説明する。

図５は、実施の形態１における電子ビームの焦点合わせ方法の要部工程を示すフローチャート図である。

ステップ（Ｓ）１０２において、結像レンズ２１８にレンズ値（電流値）ｌ_ｋを設定する。まずは、初期値ｌ_１を設定しておく。

Ｓ１０４において、アライメントコイル２１２，２１４（コイル１，２）にコイル値（電流値）（Ｃ_１１，Ｃ_２１）を設定する。電流値Ｃ_１１と電流値Ｃ_２１に設定されることで、アライメントコイル２１２，２１４の各偏向量により、一旦電子ビーム２００を外側に振ってから第１のアパーチャ部材２０３の開口中心に振り戻すことは言うまでもない。

Ｓ１０６において、第２のアパーチャ部材２０６上の電子ビーム２００の位置を測定する。第１のアパーチャ部材２０３の開口中心を通過した電子ビーム２００は、結像レンズ２１８によって、結像レンズ２１８に設定されたｌ_ｋで定まる焦点位置に焦点を結ぶ。第２のアパーチャ部材２０６上では、図４で示す位置Ｌ_１に照射される。そこで、かかるビーム位置Ｌ_１を測定する。ビーム位置の測定方法は、次のようにすると好適である。

図６は、実施の形態１における電子ビームの位置を測定する手法を説明するための概念図である。成形偏向器２０５に偏向電圧を印加しない状態では、第１のアパーチャ部材２０３の開口中心を通過した第１のアパーチャ像２２２が第２のアパーチャ部材２０６の開口２２６にかからない位置に照射されるように構成しておく。図６では、実線で示している。そして、第１のアパーチャ像２２２が開口２２６に向かうように成形偏向器２０５の偏向量を変化させていく。これに伴って、第１のアパーチャ像２２２が開口２２６に近づいていく。そして、第１のアパーチャ像２２２が開口２２６に重なり始めると第２のアパーチャ部材２０６を電子ビーム２００が通過し始める。この第２のアパーチャ部材２０６を通過した電子ビーム２００をファラデーカップ１０６（検出器）で受けて、電子ビーム２００の電流を検出する。ファラデーカップ１０６の出力信号は、検出アンプ１２６で増幅され、制御計算機１１０に出力される。ここで、ファラデーカップ１０６が電子ビーム２００を検出した時点での成形偏向器２０５へ印加した偏向電圧（偏向量）から第１のアパーチャ像２２２が開口２２６に重なり始めるまでの移動距離を求めることができる。制御計算機１１０は、かかる移動距離から第２のアパーチャ部材２０６上の電子ビーム２００の位置Ｌ_１を求める。このように、制御計算機１１０は、検出された電子ビームの電流値と成形偏向器２０５による電子ビーム２００の偏向量とを用いて位置Ｌ_１を求める。もちろん、制御計算機１１０は、ファラデーカップ１０６が電子ビーム２００を検出した時点での成形偏向器２０５へ印加した偏向電圧（偏向量）から位置Ｌ_１を求めても構わない。

Ｓ１０８において、アライメントコイル２１２，２１４（コイル１，２）にコイル値（Ｃ_１１，Ｃ_２１）とは異なる偏向量となるコイル値（Ｃ_１２，Ｃ_２２）を設定する。電流値Ｃ_１２と電流値Ｃ_２２に設定されることで、アライメントコイル２１２，２１４の各偏向量により、一旦電子ビーム２００を外側に振ってから第１のアパーチャ部材２０３の開口中心に振り戻すことは言うまでもない。

Ｓ１１０において、第２のアパーチャ部材２０６上の電子ビーム２００の位置を測定する。第１のアパーチャ部材２０３の開口中心を通過した電子ビーム２００は、結像レンズ２１８によって、結像レンズ２１８に設定されたｌ_ｋで定まる焦点位置に焦点を結ぶ。第２のアパーチャ部材２０６上では、図４で示す位置Ｌ_２に照射される。そこで、かかるビーム位置Ｌ_２を測定する。ビーム位置の測定方法は、上述したとおりである。

Ｓ１１２において、制御計算機１１０は、結像レンズ２１８により調整される電子ビーム２００の焦点位置とアライメントコイル２１２，２１４による電子ビーム２００の偏向量との組合せを変化させた際の同じ焦点位置Ｐ_１で異なる偏向量間での第２のアパーチャ部材２０６上での電子ビーム２００の位置の差ΔＬを演算する。具体的には、ΔＬ＝｜Ｌ_１−Ｌ_２｜を演算する。そして、演算結果は、レンズ値（電流値）ｌ_ｋと共に、磁気ディスク装置１０９に格納される。

実施の形態１では、結像レンズ２１８により調整される電子ビーム２００の焦点位置毎にアライメントコイル２１２，２１４による電子ビーム２００の偏向量を変化させた際の電子ビーム２００の位置の差ΔＬを求める。そこで、結像レンズ２１８により調整される電子ビーム２００の焦点位置を変化させる。

Ｓ１１４において、制御計算機１１０は、設定されたレンズ値ｌ_ｋが設定限界のｌ_ｎになったかどうかを判定する。ｌ_１＜ｌ_ｋ＜ｌ_ｎの範囲でｌ_ｋをｌ_１からｌ_ｎまで順に変化させる。レンズ値ｌ_ｋが設定限界のｌ_ｎになっていない場合には、Ｓ１１６に進む。

Ｓ１１６において、制御計算機１１０は、レンズ値ｌ_ｋのｋに１を加算する。そして、Ｓ１０２に戻る。

そして、設定されたレンズ値ｌ_ｋが設定限界のｌ_ｎになるまで、同様に、Ｓ１０２からＳ１１６までを繰り返す。このようにして、制御計算機１１０は、結像レンズ２１８により調整される電子ビーム２００の焦点位置毎にアライメントコイル２１２，２１４による電子ビーム２００の偏向量を変化させた際の電子ビーム２００の位置の差ΔＬを演算する。各焦点位置において、Ｌ_１とＬ_２は検出された電子ビームの電流値と成形偏向器２０５による電子ビーム２００の偏向量とを用いて求められるので、結果的に、制御計算機１１０は、検出された電子ビームの電流値と成形偏向器２０５による電子ビーム２００の偏向量とを用いて、第２のアパーチャ部材２０６上での電子ビーム２００の位置の差ΔＬを演算することにつながる。

Ｓ１１８において、制御計算機１１０は、磁気ディスク装置１０９から焦点位置毎に、言い換えれば、設定されたレンズ値ｌ_ｋ毎に求められた電子ビーム２００の位置の差ΔＬを読み出し、複数の差ΔＬの中から最も小さいΔＬｍｉｎを選択する。ここで、上述したように、電子ビーム２００の位置の差ΔＬはｘ方向とｙ方向とが存在するので、ｘ方向のΔＬｘとｙ方向のΔＬｙの２乗和が最も小さいものをΔＬｍｉｎとしても好適である。或いは、さらに高精度にΔＬｍｉｎを選択する場合には、以下のようにするとなお良い。
図７は、実施の形態１におけるΔＬと焦点位置との関係の一例を示す図である。図７において、横軸は、レンズ値ｌ_ｋ、縦軸は、ｘ方向のΔＬｘとｙ方向のΔＬｙの２乗和を示す。そして、制御計算機１１０は、磁気ディスク装置１０９から設定されたレンズ値ｌ_ｋ毎に求められた電子ビーム２００の位置の差ΔＬを読み出し、ΔＬｘとΔＬｙの２乗和を多項式Ｆ（ｘ）で近似（フィッティング）する。そして、多項式Ｆ（ｘ）が示す近似曲線の傾きが０となる点、すなわち、ΔＬｘとΔＬｙの２乗和の最小値をΔＬｍｉｎとする。このように近似曲線から求めることで、測定のばらつきから受ける影響を少なくすることができる。多項式Ｆ（ｘ）は、例えば、２次関数（Ｆ（ｘ）＝ａｘ＋ｂｘ＋ｃ）を用いると好適である。もちろん、２次関数に限るものではなく近似される多項式であればよい。

Ｓ１２０において、制御計算機１１０は、ΔＬｍｉｎとなるレンズ値ｌ_ｋを結像レンズ２１８に設定するように制御回路１１８に信号を出力する。制御回路１１８は、ΔＬｍｉｎとなるレンズ値ｌ_ｋを結像レンズ２１８に設定する。このように、同じ焦点位置でアライメントコイル２１２，２１４による異なる偏向量間での電子ビーム２００の位置の差がより小さい焦点位置に電子ビーム２００の焦点を調整する。例えば、ΔＬｍｉｎを求める際に、図７に示したように２次関数（Ｆ（ｘ）＝ａｘ＋ｂｘ＋ｃ）でフィッティングした場合には、Ｆ（ｘ）を微分したＦ（ｘ）’＝２ａｘ＋ｂ＝０となるｘ値に相当するレンズ値をΔＬｍｉｎとなるレンズ値ｌ_ｋとすればよい。このように、測定された、同じ焦点位置で異なる偏向量間での電子ビームの位置の差を基に、その差がより小さくなる焦点位置に電子ビームの焦点を調整する。

以上のように構成することで、第１のアパーチャ部材２０３と第２のアパーチャ部材２０６間での電子ビーム２００の焦点合わせを行うことができる。その結果、高精度な成形を行なうことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、まず、レンズ値ｌ_ｋを設定して、その中で、アライメントコイル２１２，２１４のコイル値（Ｃ_１ｉ，Ｃ_２ｉ）を変化させる構成について説明した。実施の形態２では、逆に、まず、コイル値（Ｃ_１ｉ，Ｃ_２ｉ）を設定して、その中で、レンズ値ｌ_ｋを変化させる構成について説明する。描画装置１００の構成は、図１と同様である。また、電子ビーム２００の焦点合わせ方法に用いる構成についても図２と同様である。

図８は、実施の形態２における電子ビームの焦点合わせ方法の要部工程を示すフローチャート図である。

Ｓ２０２において、アライメントコイル２１２，２１４（コイル１，２）にコイル値（電流値）（Ｃ_１ｉ，Ｃ_２ｉ）を設定する。まずは、初期値（Ｃ_１１，Ｃ_２１）を設定しておく。電流値Ｃ_１ｉと電流値Ｃ_２ｉに設定されることで、アライメントコイル２１２，２１４の各偏向量により、一旦電子ビーム２００を外側に振ってから第１のアパーチャ部材２０３の開口中心に振り戻すことは言うまでもない。

Ｓ２０４において、結像レンズ２１８にレンズ値（電流値）ｌ_ｋを設定する。まずは、初期値ｌ_１を設定しておく。

Ｓ２０６において、第２のアパーチャ部材２０６上の電子ビーム２００の位置Ｌ_ｋを測定する。ビーム位置の測定方法は、実施の形態１と同様である。

Ｓ２０８において、制御計算機１１０は、設定されたレンズ値ｌ_ｋが設定限界のｌ_ｎになったかどうかを判定する。ｌ_１＜ｌ_ｋ＜ｌ_ｎの範囲でｌ_ｋをｌ_１からｌ_ｎまで順に変化させる。レンズ値ｌ_ｋが設定限界のｌ_ｎになっていない場合には、Ｓ２１０に進む。レンズ値ｌ_ｋが設定限界のｌ_ｎになっている場合には、Ｓ２１２に進む。

Ｓ２１０において、制御計算機１１０は、レンズ値ｌ_ｋのｋに１を加算する。そして、Ｓ２０４に戻る。

そして、設定されたレンズ値ｌ_ｋが設定限界のｌ_ｎになるまで、同様に、Ｓ２０４からＳ２１０までを繰り返す。各レンズ値ｌ_ｋで測定された電子ビーム２００の位置Ｌ_ｋは、磁気ディスク装置１０９に格納される。

Ｓ２１２において、制御計算機１１０は、設定されたコイル値（Ｃ_１ｉ，Ｃ_２ｉ）のｉが、設定限界のｉｍａｘになったかどうかを判定する。１＜ｉ＜ｉｍａｘの範囲でｉを１からｉｍａｘまで順に変化させる。コイル値（Ｃ_１ｉ，Ｃ_２ｉ）のｉが、設定限界のｉｍａｘになっていない場合には、Ｓ２１４に進む。コイル値（Ｃ_１ｉ，Ｃ_２ｉ）のｉが、設定限界のｉｍａｘになっている場合には、Ｓ２１６に進む。ｉｍａｘ＝２であれば十分である。

Ｓ２１４において、制御計算機１１０は、コイル値（Ｃ_１ｉ，Ｃ_２ｉ）のｉに１を加算する。そして、Ｓ２０２に戻る。

そして、設定されたコイル値（Ｃ_１ｉ，Ｃ_２ｉ）が設定限界のコイル値（Ｃ_{１ｉｍａｘ}，Ｃ_{２ｉｍａｘ}）になるまで、同様に、Ｓ２０２からＳ２１４までを繰り返す。測定された電子ビーム２００の位置Ｌ_ｋは、磁気ディスク装置１０９に格納される。

以上のように、アライメントコイル２１２，２１４により調整される電子ビーム２００の偏向量毎に結像レンズ２１８により調整される電子ビーム２００の焦点位置を変化させた際の電子ビーム２００の位置Ｌ_ｋを測定する。

Ｓ２１６において、制御計算機１１０は、同じ焦点位置でアライメントコイル２１２，２１４による異なる偏向量間での第２のアパーチャ部材２０６上での電子ビーム２００の位置の差ΔＬを演算する。具体的には、ΔＬ＝｜Ｌ_１−Ｌ_２｜を演算する。そして、演算結果は、レンズ値（電流値）ｌ_ｋと共に、磁気ディスク装置１０９に格納される。

Ｓ２１８において、制御計算機１１０は、磁気ディスク装置１０９から電子ビーム２００の位置の差ΔＬを読み出し、複数の差ΔＬの中から最も小さいΔＬｍｉｎを選択する。ここで、上述したように、電子ビーム２００の位置の差ΔＬはｘ方向とｙ方向とが存在するので、ｘ方向のΔＬｘとｙ方向のΔＬｙの２乗和が最も小さいものをΔＬｍｉｎとしても好適である。或いは、図７において説明したように、ΔＬｘとΔＬｙの２乗和を多項式で近似（フィッティング）して、その多項式Ｆ（ｘ）が示すグラフの傾きが０となる点、すなわち、ΔＬｘとΔＬｙの２乗和の最小値をΔＬｍｉｎとするとなお好適である。

Ｓ２２０において、制御計算機１１０は、ΔＬｍｉｎとなるレンズ値ｌ_ｋを結像レンズ２１８に設定するように制御回路１１８に信号を出力する。制御回路１１８は、ΔＬｍｉｎとなるレンズ値ｌ_ｋを結像レンズ２１８に設定する。このように、同じ焦点位置でアライメントコイル２１２，２１４による異なる偏向量間での電子ビーム２００の位置の差がより小さい焦点位置に電子ビーム２００の焦点を調整する。

以上のように実施の形態２では、アライメントコイル２１２，２１４により調整される電子ビーム２００の偏向量毎に結像レンズ２１８により調整される電子ビーム２００の焦点位置を変化させた際の電子ビーム２００の位置の差ΔＬを演算する。かかるフローで焦点を合わせても実施の形態１と同様に高精度な焦点合わせを行なうことができる。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

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描画装置及び荷電粒子ビームの焦点合わせ方法は、本発明の範囲に包含される。

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における電子ビームの焦点合わせ方法に用いる構成を抜き出した描画装置の一部を示す概念図である。 実施の形態１における焦点位置が第２のアパーチャ部材上に位置する状態の一例を示す図である。 実施の形態１における焦点位置が第２のアパーチャ部材上からずれている状態の一例を示す図である。 実施の形態１における電子ビームの焦点合わせ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における電子ビームの位置を測定する手法を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるΔＬと焦点位置との関係の一例を示す図である。 実施の形態２における電子ビームの焦点合わせ方法の要部工程を示すフローチャート図である。 従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。

符号の説明

１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１０６ ファラデーカップ
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 制御計算機
１１１ メモリ
１１２，１１４，１１６，１１８，１２０ 制御回路
１２２ ＤＡＣ
１２４，１２６ 検出アンプ
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 第１のアパーチャ部材
２０４ 投影レンズ
２０５ 成形偏向器
２０６ 第２のアパーチャ部材
２０７ 対物レンズ
２０８ 偏向器
２１２，２１４，２１６ アライメントコイル
２１８ 結像レンズ
２２０ 検出器
２２２ 第１のアパーチャ像
３３０ 電子線
４１０ 第１のアパーチャ
４１１ 開口
４２０ 第２のアパーチャ
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (5)

1. 荷電粒子ビームを照射する照射部と、
   前記荷電粒子ビームを成形する第１と第２のアパーチャ部材と、
   前記照射部と前記第１のアパーチャ部材との間に配置され、前記荷電粒子ビームを一旦偏向した後に向きを変えて前記第１のアパーチャ部材を通過する位置に偏向する第１と第２のコイルと、
   前記第１と第２のアパーチャ部材の間に配置され、前記第１のアパーチャ部材を通過した前記荷電粒子ビームの焦点を調整するレンズと、
   前記レンズにより調整される前記荷電粒子ビームの焦点位置と前記第１と第２のコイルによる前記荷電粒子ビームの偏向量との組合せを変化させた際の同じ焦点位置で異なる偏向量間での前記第２のアパーチャ部材上での前記荷電粒子ビームの位置の差を演算する演算部と、
   を備えたことを特徴とする描画装置。
2. 前記演算部は、前記レンズにより調整される前記荷電粒子ビームの焦点位置毎に前記第１と第２のコイルによる前記荷電粒子ビームの偏向量を変化させた際の前記荷電粒子ビームの位置の差を演算することを特徴とする請求項１記載の描画装置。
3. 前記演算部は、前記第１と第２のコイルにより調整される前記荷電粒子ビームの偏向量毎に前記レンズにより調整される前記荷電粒子ビームの焦点位置を変化させた際の前記荷電粒子ビームの位置の差を演算することを特徴とする請求項１記載の描画装置。
4. 前記第１と第２のアパーチャ部材の間に配置され、前記第１のアパーチャ部材を通過した前記荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、
   前記レンズにより調整される前記荷電粒子ビームの焦点位置毎に前記第１と第２のコイルによる前記荷電粒子ビームの偏向量を変化させた際の前記第２のアパーチャ部材を通過した前記荷電粒子ビームの電流を検出する検出器と、
   をさらに備え、
   前記演算部は、検出された前記荷電粒子ビームの電流値と前記偏向器による前記荷電粒子ビームの偏向量とを用いて、前記荷電粒子ビームの位置の差を演算することを特徴とする請求項１記載の描画装置。
5. 荷電粒子ビームを照射する工程と、
   前記荷電粒子ビームを第１のコイルで一旦偏向した後に、第２のコイルで第１のアパーチャ部材を通過する位置に偏向する工程と、
   第１と第２のアパーチャ部材の間に配置されたレンズにより調整される前記荷電粒子ビームの焦点位置と前記第１と第２のコイルによる前記荷電粒子ビームの偏向量との組合せを変化させた際の各組み合わせでの第２のアパーチャ部材上での前記荷電粒子ビームの位置を測定する工程と、
   同じ焦点位置で異なる偏向量間での前記荷電粒子ビームの位置の差或いは前記第２のアパーチャ部材上の２次元方向における各方向の前記差の２乗和がより小さい焦点位置に前記荷電粒子ビームの焦点を調整する工程と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子ビームの焦点合わせ方法。

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