JP5607413B2 - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に係り、例えば、可変成形された電子ビームを多段偏向器で偏向することによって試料にパターンを描画する電子ビーム描画装置及び方法に関する。

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７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。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（ＶＳＢ方式）という。

描画装置では、ビームショットの可変成形を行なった後に多段偏向器で試料上の所望の位置にビームを照射する。例えば、試料の描画領域を分割単位として最小の偏向領域であるサブフィールド（ＳＦ）と呼ばれる領域に分割して、主偏向器で１つのＳＦの位置を特定し、特定されたＳＦ内の各位置にビームショットが照射されるように副偏向器で偏向していく（例えば、特許文献１参照）。すなわち、副偏向器で偏向可能なサイズの領域がＳＦとして設定される。ここで、昨今の精度向上の要請に伴い、偏向領域の微細化が進む中、副偏向器で振れるＳＦのサイズも微細化し、ＳＦ数が増大している。各偏向器でビームを偏向するためには偏向アンプから必要な偏向電圧を出力する必要があるが、偏向アンプでは、各処理を行なう際にセトリング時間（静定するための時間）が必要となる。例えば、１つのＳＦから別のＳＦへと主偏向器の偏向位置を移動させる際には、主偏向器用の偏向アンプにおいて上述したセトリング時間がその都度必要となる。よって、ＳＦ数が増えれば、その分だけセトリング回数も増大するため、セトリング時間が増大してしまう。主偏向器は副偏向器に比べて広い領域にビームを振る必要があるため、主偏向器にはその分、副偏向器に比べて高い偏向電圧を印加する必要がある。そのため、主偏向器用の偏向アンプにおけるセトリング時間も副偏向器用の偏向アンプに比べて長い時間が必要となる。

主偏向器用の偏向アンプにおけるセトリング時間は、従来のＳＦ数であれば、ショットしている時間に比べて短いものであり無視できる程度であったが、ＳＦ数の増大に伴い、描画装置のスループットへの影響を無視できないものとなってきた。例えば、チップサイズが１００ｍｍ角でＳＦサイズが１０μｍ角であったとすると、かかるチップには１００Ｍ個（１．０×１０^８個）のＳＦが設定されることになる。そして、かかるＳＦサイズが１０μｍ角から例えば２μｍ角に小さくなると、かかるチップのＳＦ数は２．５Ｇ個（２．５×１０^９個）となり、２５倍に増大する。よって、同じサイズのチップ領域を描画する場合でも、ＳＦ数が、例えば、２５倍に増大すると主偏向器用の偏向アンプに必要なセトリング時間も２５倍に増大してしまうといった問題があった。

さらに、描画装置では、ステージを移動させながら描画していく場合、描画しているＳＦへの偏向位置がずれないようにするために描画中のＳＦをトラッキングすることでステージの移動に追従させる場合がある。このように、従来、偏向領域としては最小単位のＳＦ毎にトラッキングしていた。トラッキング処理では、一般に１つのＳＦから次のＳＦへと切り替わる際に一旦リセットしてから次のＳＦのトラッキングを開始する。そのため、ＳＦ数が増大すれば、その分だけリセット回数も増大し、リセットしてから次のトラッキング開始までにかかるリセット時間が増大してしまうといった問題があった。

特開２００９−０１６６４７号公報

上述したように、ＳＦサイズの微細化およびＳＦ数の増大により、主偏向器用の偏向アンプにおけるセトリング時間の増大とトラッキング処理用のリセット時間の増大といった問題が発生してしまうといった問題があった。その結果、描画時間の増大につながってしまい、描画装置のスループットが劣化してしまうといった問題があった。しかし、かかる問題に対して従来十分な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、ＳＦ数の増大に伴う描画時間の増大を抑制することが可能な装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
試料を載置する、移動可能なステージと、
試料の描画領域を仮想分割した複数の第１の小領域の各第１の小領域への荷電粒子ビームの偏向位置がステージの移動に追従するように各第１の小領域を一部の偏向器でトラッキングすると共に、各第１の小領域がトラッキングされながら第１の小領域よりもサイズが小さい複数の第２の小領域の各第２の小領域内を偏向可能領域とする他の偏向器で該当する第２の小領域内に複数のショットの荷電粒子ビームを偏向する多段偏向器と、
第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向量データと第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向量データと複数の第２の小領域間で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向量データと各第２の小領域内で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向量データとを用いて、多段偏向器へと必要な偏向電圧を出力する複数の偏向アンプと、
を備えたことを特徴とする。

かかる構成により、第２の小領域をＳＦとして、第１の小領域の数を抑制できる。その結果、第１の小領域へのセトリング時間の発生回数を抑制できる。さらに、第２の小領域間の移動に伴うトラッキング動作を不要とし、その分のリセット時間を無くすことができる。

また、上述した複数の偏向アンプは、
第１の偏向量データを入力し、第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向電圧を生成する第１の偏向アンプと、
第２の偏向量データを入力し、第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向電圧を生成する第２の偏向アンプと、
第３の偏向量データを入力し、複数の第２の小領域間で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向電圧を生成する第３の偏向アンプと、
第４の偏向量データを入力し、各第２の小領域内で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向電圧を生成する第４の偏向アンプと、
を有し、
多段偏向器は、主副２段の偏向器を有し、
第１から第３の偏向電圧の和が主偏向器に印加され、
第４の偏向電圧が副偏向器に印加されるように構成すると好適である。

或いは、複数の偏向アンプは、
第１の偏向量データを入力し、第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向電圧を生成する第１の偏向アンプと、
第２の偏向量データを入力し、第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向電圧を生成する第２の偏向アンプと、
第３の偏向量データを入力し、複数の第２の小領域間で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向電圧を生成する第３の偏向アンプと、
第４の偏向量データを入力し、各第２の小領域内で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向電圧を生成する第４の偏向アンプと、
を有し、
多段偏向器は、３段の偏向器を有し、
第１と第２の偏向電圧の和が３段の偏向器の１つに印加され、
第３の偏向電圧が３段の偏向器の他の１つに印加され
第４の偏向電圧が３段の偏向器の残りの１つに印加されるように構成しても好適である。

或いは、複数の偏向アンプは、
第１の偏向量データを入力し、第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向電圧を生成する第１の偏向アンプと、
第２と第３の偏向量データの和を入力し、第１の小領域をトラッキングすると共に複数の第２の小領域間で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させる第２の偏向電圧を生成する第２の偏向アンプと、
第４の偏向量データを入力し、各第２の小領域内で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向電圧を生成する第３の偏向アンプと、
を有し、
多段偏向器は、主副２段の偏向器を有し、
第１と第２の偏向電圧の和が主偏向器に印加され、
第３の偏向電圧が副偏向器に印加されるように構成しても好適である。

また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
試料をステージに載置した状態でステージを移動させる工程と、
試料の描画領域を仮想分割した複数の第１の小領域の各第１の小領域への荷電粒子ビームの偏向位置がステージの移動に追従するように各第１の小領域を多段偏向器内の一部の偏向器でトラッキングすると共に、各第１の小領域がトラッキングされながら第１の小領域よりもサイズが小さい複数の第２の小領域の各第２の小領域内を偏向可能領域とする多段偏向器内の他の偏向器で該当する第２の小領域内に複数のショットの荷電粒子ビームを偏向する工程と、
第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向量データと第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向量データと複数の第２の小領域間で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向量データと各第２の小領域内で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向量データとを用いて、複数の偏向アンプにより多段偏向器へと必要な偏向電圧を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、上述した複数の偏向アンプは、
第１の偏向量データを入力し、第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向電圧を生成する第１の偏向アンプと、
第２の偏向量データを入力し、第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向電圧を生成する第２の偏向アンプと、
第３の偏向量データを入力し、複数の第２の小領域間で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向電圧を生成する第３の偏向アンプと、
第４の偏向量データを入力し、各第２の小領域内で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向電圧を生成する第４の偏向アンプと、
を有し、
多段偏向器は、主副２段の偏向器を有し、
第１から第３の偏向電圧の和が主偏向器に印加され、
第４の偏向電圧が副偏向器に印加されるように構成すると好適である。
或いは、複数の偏向アンプは、
第１の偏向量データを入力し、第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向電圧を生成する第１の偏向アンプと、
第２と第３の偏向量データの和を入力し、第１の小領域をトラッキングすると共に複数の第２の小領域間で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させる第２の偏向電圧を生成する第２の偏向アンプと、
第４の偏向量データを入力し、各第２の小領域内で荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向電圧を生成する第３の偏向アンプと、
を有し、
多段偏向器は、主副２段の偏向器を有し、
第１と第２の偏向電圧の和が主偏向器に印加され、
第３の偏向電圧が副偏向器に印加されるように構成しても好適である。

本発明の一態様によれば、セトリング時間とリセット時間を短縮でき、その結果、装置のスループットを短縮できる。

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における描画方法とステージ移動の様子を説明するための図である。 実施の形態１におけるＳＦと副主偏向領域とを説明するための図である。 実施の形態１における主偏向電圧とトラッキング電圧のフローを従来の手法と比較した一例を示す図である。 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。 実施の形態３における描画装置の構成を示す概念図である。 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。

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、荷電粒子ビーム装置の一例として、可変成形型の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。特に、可変成形型（ＶＳＢ型）の描画装置の一例である。描画部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、ブランキング偏向器（ブランカー）２１２、ブランキングアパーチャ２１４、第１の成形アパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２の成形アパーチャ２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８及び副偏向器２０９が配置されている。描画室１０３内には、少なくともＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画対象となる試料１０１が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造するための露光用のマスクやシリコンウェハ等が含まれる。マスクにはマスクブランクスが含まれる。主副２段の多段偏向器を構成する副偏向器２０９及び主偏向器２０８の順といった多段偏向器の配置順序はこれに限るものではなく、適宜、変更しても構わない。

制御部１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、磁気ディスク装置等の記憶装置１１４、偏向制御回路１２０、複数のＤＡＣ（デジタル・アナログコンバータ）アンプユニット１３２，１３４，１３６，１３８（偏向アンプ）、及び加算器１４０，１４２を有している。制御計算機１１０、メモリ１１２、磁気ディスク装置等の記憶装置１１４、及び偏向制御回路１２０は、図示しないバスを介して互いに接続されている。偏向制御回路１２０にはＤＡＣアンプユニット１３２，１３４，１３６，１３８が接続されている。

ＤＡＣアンプユニット１３２は、副偏向器２０９に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３４は、その出力が加算器１４２に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３６，１３８は、共にその出力が加算器１４４に接続されている。加算器１４４の出力は加算器１４２に接続されている。加算器１４２の出力は主偏向器２０８に接続されている。図１の例では、ＤＡＣアンプユニット１３６，１３８の出力がまず加算された後にＤＡＣアンプユニット１３４に加算されているが、これに限るものではない。ＤＡＣアンプユニット１３４，１３８の出力がまず加算された後にＤＡＣアンプユニット１３６に加算されてもよい。或いは、ＤＡＣアンプユニット１３４，１３６の出力がまず加算された後にＤＡＣアンプユニット１３８に加算されてもよい。最終的にＤＡＣアンプユニット１３４，１３６，１３８の３つの出力が加算されればよい。

偏向制御回路１２０から各ＤＡＣアンプユニットに対して、それぞれの対応する制御用のデジタル信号が出力される。そして、各ＤＡＣアンプユニットでは、それぞれのデジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として出力する。そして、特に、実施の形態１では、ＤＡＣアンプユニット１３４，１３６，１３８の３つの出力の加算値（和）が主偏向器２０８に偏向電圧として印加される。また、ＤＡＣアンプユニット１３２の出力が副偏向器２０９に偏向電圧として印加される。これらの偏向電圧によって電子ビームが偏向させられる。

また、制御計算機１１０及び偏向制御回路１２０は、プログラムといったソフトウェアで動作させるコンピュータで構成されても、電子回路等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、これらの組み合わせであってもよい。制御計算機１１０に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ１１２に記憶される。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。例えば、ブランキング偏向器２１２や可変成形用の偏向器２０５のための各ＤＡＣアンプユニットも備えていることは言うまでもない。

図２は、実施の形態１における描画方法とステージ移動の様子を説明するための図である。描画装置１００では、試料１０１の描画領域が短冊状の複数のストライプ領域に仮想分割される。かかるストライプ領域の幅は、主偏向器２０８で偏向可能な幅で分割される。また、各ストライプ領域は、例えば正方形のメッシュ状の複数の小領域（ＳＦ：サブフィールド）に仮想分割される。かかるＳＦのサイズは、副偏向器２０９で偏向可能なサイズとなる。分割される偏向領域としては、ＳＦが最小の偏向領域となる。

描画装置１００は、以下のように動作して描画する。電子銃２０１（放出部）からは電子ビーム２００が放出される（Ｓ１０２）。放出された電子ビーム２００は、ブランキング偏向器２１２内を通過する際にブランキング偏向器２１２によって、ビームＯＮの状態では、ブランキングアパーチャ２１４を通過するように制御され、ビームＯＦＦの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ２１４で遮へいされるように偏向される。ビームＯＦＦの状態からビームＯＮとなり、その後ビームＯＦＦになるまでにブランキングアパーチャ２１４を通過した電子ビーム２００が１回の電子ビームのショットとなる。ブランキング偏向器２１２は、通過する電子ビーム２００の向きを制御して、ビームＯＮの状態とビームＯＦＦの状態とを交互に生成する。例えば、ビームＯＮの状態では電圧を印加せず、ビームＯＦＦの際にブランキング偏向器２１２に電圧を印加すればよい。

以上のようにブランキング偏向器２１２とブランキングアパーチャ２１４を通過することによって生成された各ショットの電子ビーム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２０３全体を照明する。ここで、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２０６上に投影される。偏向器２０５によって、かかる第２の成形アパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像は偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させる（可変成形を行なう）ことができる（Ｓ１０４）。かかる可変成形はショット毎に行なわれ、通常ショット毎に異なるビーム形状と寸法に成形される。そして、第２の成形アパーチャ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、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ１０５に配置された試料の所望する位置に照射される（Ｓ１２０）。以上のように、主副２段の多段偏向器によって、電子ビーム２００の複数のショットが順に基板となる試料１０１上へと偏向される。

ここで、試料１０１に描画する場合には、ＸＹステージ１０５を例えばｘ方向に連続移動させる（Ｓ１３０）。このように連続移動させながら、１つのストライプ２０上を電子ビーム２００が照射する。ＸＹステージ１０５のＸ方向の移動は、連続移動とし、同時に主偏向器２０８で電子ビーム２００のショット位置もステージ移動に追従させる。そのために、ＤＡＣアンプユニット１３６からトラッキング用の偏向電圧が出力される。また、連続移動させることで描画時間を短縮させることができる。そして、１つのストライプ２０を描画し終わったら、ＸＹステージ１０５をｙ方向にステップ送りしてｘ方向（今度は逆向き）に次のストライプ２０の描画動作を行なう。各ストライプ２０の描画動作を蛇行させるように進めることでＸＹステージ１０５の移動時間を短縮することができる。

また、描画する際には、制御計算機１１０が、描画データを記憶装置１１４から読み出し、複数段のデータ処理を行ってショットデータを生成する。ショットデータは、所定の単位領域毎に並列処理され、描画順に順次、偏向制御回路１２０へ出力される。偏向制御回路１２０は、主偏向器２０８で後述する副主偏向領域（第１の小領域）へと電子ビーム２００を偏向させる主偏向制御を行なうための主偏向データ（第１の偏向量データ）、主偏向２０８でかかる副主偏向領域をトラッキングするトラッキング制御を行なうためのトラッキングデータ（第２の偏向量データ）、主偏向器２０８で該当する副主偏向領域内の複数のＳＦ（第２の小領域）間で電子ビーム２００の偏向位置を移動させる副主偏向制御を行なうための副主偏向データ（第３の偏向量データ）、及び副偏向器２０９で各ＳＦ（第２の小領域）内で電子ビーム２００の偏向位置を移動させる副偏向制御を行なうための副偏向データ（第４の偏向量データ）を生成する（Ｓ１１２）。そして、偏向制御回路１２０は、主偏向データをＤＡＣアンプユニット１３４へ、トラッキングデータをＤＡＣアンプユニット１３６へ、副主偏向データをＤＡＣアンプユニット１３８へ、副偏向データをＤＡＣアンプユニット１３２へ出力する。

そして、ＤＡＣアンプユニット１３４（第１の偏向アンプ）は、主偏向データを入力し、各副主偏向領域へと電子ビーム２００を偏向させる偏向電圧（第１の偏向電圧）を生成し、出力する（Ｓ１１４の一部）。ＤＡＣアンプユニット１３６（第２の偏向アンプ）は、トラッキングデータを入力し、各副主偏向領域をトラッキングするための偏向電圧（第２の偏向電圧）を生成し、出力する（Ｓ１１４の一部）。ＤＡＣアンプユニット１３８（第３の偏向アンプ）は、副主偏向データを入力し、該当する副主偏向領域内の複数のＳＦ間で電子ビーム２００の偏向位置を移動させるための偏向電圧（第３の偏向電圧）を生成し、出力する（Ｓ１１４の一部）。ＤＡＣアンプユニット１３２は、副偏向データを入力し、各ＳＦ内で電子ビーム２００の偏向位置を移動させるための偏向電圧（第４の偏向電圧）を生成し、出力する（Ｓ１１４の一部）。そして、描画処理は、ＳＦ毎に行なわれる。

図３は、実施の形態１におけるＳＦと副主偏向領域とを説明するための図である。図３では、ストライプ２０内をＳＦ１０に分割した概念図が示されている。ＳＦ１０内の番号は描画順序の一例を示している。図３（ａ）では、例えば１０μｍ角のＳＦ１０でストライプ２０が分割された場合を示している。図３（ｂ）では、例えば２μｍ角のＳＦ１２でストライプ２０が分割された場合を示している。

仮に図１で示した描画部１５０を用いて、従来の手法で描画する場合、以下のように動作することになる。従来の手法では、あるＳＦを描画する際には、主偏向器２０８で１つのＳＦの基準位置に偏向位置を合わせた状態で副偏向器２０９により当該ＳＦ内の所望するショット位置に電子ビーム２００を偏向する。通常、１つのＳＦ内には複数のショットのビームが照射されるので、主偏向器２０８で１つのＳＦの基準位置に偏向位置を合わせた状態で副偏向器２０９が各ショットの偏向位置を変えていく。そして、１つのＳＦ内のショットが完了すると、次のＳＦの描画処理が行なわれる。また、ＸＹステージ１０５は連続移動しながら描画処理を進める。そのため、主偏向器２０８は、ＸＹステージ１０５の移動に追従しながら描画するＳＦの基準位置に偏向位置を合わせるステージ追跡（トラッキング動作）を行なう。かかるトラッキング動作は１つのＳＦの処理が終了する毎に一旦リセットして次のＳＦ用の処理を開始する。そのため、仮に図１で示した描画装置１００を用いて、従来の手法で描画する場合、偏向制御回路１２０は、描画対象となるＳＦ１２の基準位置に電子ビーム２００の照射位置が合うように主偏向データをＤＡＣアンプユニット１３４に出力し、ＤＡＣアンプユニット１３４から当該ＳＦ１２の基準位置に電子ビーム２００の照射位置を合わせる偏向電圧が主偏向器２０８に印加されることになる。また、偏向制御回路１２０は、ＸＹステージ１０５の移動に追従させるためにトラッキングデータをＤＡＣアンプユニット１３６に出力し、ＤＡＣアンプユニット１３６からＸＹステージ１０５の移動に追従させる偏向電圧が主偏向器２０８に印加されることになる。そして、次のＳＦの処理の際には、ＤＡＣアンプユニット１３４では次のＳＦの処理のためのセトリング時間が必要となり、ＤＡＣアンプユニット１３６では次のＳＦの処理のためにリセットしてから次のトラッキング開始までにかかる、セトリング時間を含めたリセット時間が必要となる。

１つのＳＦにかかる主偏向用アンプのセトリング時間が例えば最短４μｓであれば、分割されたＳＦ全体にかかる主偏向用アンプのセトリング時間は、（４μｓ）×ＳＦ数となる。１つのＳＦ１０のサイズが、図３（ａ）に示すように、例えば１０μｍ角であった場合から、図３（ｂ）に示すように、ＳＦ１２のサイズが例えば２μｍ角に小さくなった場合、ＳＦの数が２５倍に増加する。そのため、図３（ｂ）の場合ではＳＦ全体にかかる主偏向用アンプとなるＤＡＣアンプユニット１３４のセトリング時間が、図３（ａ）の場合の２５倍となってしまう。同様に、図３（ｂ）の場合ではＳＦ全体にかかるトラッキング用アンプとなるＤＡＣアンプユニット１３６のリセット時間が、図３（ａ）の場合の２５倍となってしまう。

そこで、実施の形態１では、図３（ｃ）に示すように、偏向領域としては最小分割サイズとなるＳＦ１２の他に新たな領域として、試料１０１の描画領域を仮想分割した複数の副主偏向領域１４を設定する。かかる副主偏向領域１４は、ＳＦ１２のサイズより大きく設定される。副主偏向領域１４サイズはＤＡＣアンプユニット１３８により出力可能な偏向電圧で偏向可能なサイズであればよい。副主偏向領域１４は、複数のＳＦ１２がその領域内部に位置するように設定される。ここで、副主偏向領域１４は、複数のＳＦ１２の集合体として分割する際の副主偏向領域１４のグリッド線をＳＦ１２のグリッド線に一致させても良い。或いは、ＳＦ１２とは独立の領域として分割する際の副主偏向領域１４のグリッド線をＳＦ１２のグリッド線に一致させなくても構わない。そして、主偏向制御として、主偏向器２０８でＳＦ１２ではなく副主偏向領域１４の基準位置へと電子ビーム２００を偏向する。同様に、トラッキング制御として、各副主偏向領域１４への電子ビームの偏向位置がＸＹステージ１０５の移動に追従するように各副主偏向領域１４を主偏向器２０８でトラッキングする。そして、副主偏向制御として、主偏向器２０８で、該当する副主偏向領域１４内の１つのＳＦ１２の基準位置へと電子ビーム２００を偏向する。かかる状態で、副偏向制御として、各副主偏向領域１４がトラッキングされながら、各ＳＦ内を偏向可能領域とする副偏向器２０９が該当するＳＦ１２内に複数のショットの電子ビーム２００を偏向する。副主偏向制御では、該当するＳＦ１２の描画が終了した後、次のＳＦ１２の基準位置へと電子ビーム２００の偏向位置を移動させる。かかる処理を順次行ない、該当する副主偏向領域１４内のすべてのＳＦ１２の描画が終了した後、主偏向制御では次の副主偏向領域１４の基準位置へと電子ビーム２００の偏向位置を移動させる。同様にして、トラッキング制御では、副主偏向領域１４の移動に伴い、トラッキングデータを一旦リセットした後に新たに主偏向制御される副主偏向領域１４のトラッキング処理を開始する。かかる処理を順次行ない、すべての副主偏向領域１４の描画を行なっていく。このように、実施の形態１では、かかる主副２段の多段偏向器を用いて、多段偏向制御が行なわれ、第２の成形アパーチャ２０６を通過した成形後の電子ビーム２００が試料１０１の所望する位置に照射される（Ｓ１２０）。各ショットについて同様に制御される。

副主偏向領域１４サイズを、例えば、従来の１０μｍ角に設定した場合、主偏向制御では、副主偏向領域１４間でのセトリング回数が、従来のＳＦ数と同じにできる。その結果、主偏向用のＤＡＣアンプユニット１３４のセトリング時間の増加を抑制できる。また、副主偏向用のＤＡＣアンプユニット１３８では、偏向領域がＤＡＣアンプユニット１３４のようにストライプ幅よりもはるかに小さい副主偏向領域１４にできるので、ＤＡＣアンプユニット１３４よりも高速化できる。そこで、副主偏向用のＤＡＣアンプユニット１３８のセトリング時間を例えば最短１００ｎｓに設定すれば、１つの副主偏向領域１４内で必要なセトリング時間は１００ｎｓ×副主偏向領域１４内のＳＦ１２数となる。よって、実施の形態１の手法によれば、図３（ａ）に示すようなＳＦ１０のサイズが例えば１０μｍ角であった場合から図３（ｃ）に示すようなＳＦ１２のサイズが例えば２μｍ角に小さくなった場合でも、１つの副主偏向領域１４相当にかかるＤＡＣアンプユニット１３４のセトリング時間は（４μｓ）＋１００ｎｓ×２５倍＝６．５μｓに抑制できる。これに対し、従来の手法によれば、図３（ａ）に示すようなＳＦ１０のサイズが例えば１０μｍ角であった場合から図３（ｂ）に示すようなＳＦ１２のサイズが例えば２μｍ角に小さくなった場合、１つの副主偏向領域１４相当にかかるＤＡＣアンプユニット１３４のセトリング時間は（４μｓ）×２５倍＝１００μｓとなるので、実施の形態１の手法によれば、主偏向器２０８に必要なＤＡＣアンプユニットのセトリング時間を大幅に抑制できる。

図４は、実施の形態１における主偏向電圧とトラッキング電圧のフローを従来の手法と比較した一例を示す図である。従来の手法では、ＳＦ毎に主偏向電圧を変化させ、同様に、ＳＦ毎にトラッキングしていたため、図４（ａ）に示すように、第１のＳＦ、第２のＳＦ、・・・とＳＦが変わるたびにトラッキング電圧を一旦リセットしていた。そのため、描画対象のＳＦが変わるたびにリセット時間が必要であった。これに対して、実施の形態１の手法では、ＳＦよりサイズが大きい副主偏向領域１４毎に主偏向電圧を変化させ、同様に、副主偏向領域１４毎にトラッキングするため、図４（ｂ）に示すように、第１のＳＦ、第２のＳＦ、・・・とＳＦが変わっても同じ副主偏向領域１４内であるうちはトラッキング電圧をリセットしないで済ますことができる。よって、リセット回数を大幅に減らすことができるので、大幅なリセット時間の抑制ができる。

以上のように、実施の形態１によれば、セトリング時間とリセット時間を短縮でき、その結果、描画装置１００のスループットを短縮できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、主副２段の多段偏向器を用いたが、これに限るものではない。実施の形態２では、３段の多段偏向器を用いる場合について説明する。

図５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５において、電子鏡筒１０２内の主偏向器２０８と副偏向器２０９の多段配置に副主偏向器２１０が追加された点、加算器１４０が削除された点、ＤＡＣアンプユニット１３８の出力側が副主偏向器２１０に接続された点、ＤＡＣアンプユニット１３４，１３６の出力側が加算器１４２に接続され、加算器１４２の出力側が主偏向器２０８に接続された点、以外は図１と同様である。また、以下、特に説明する内容以外は実施の形態１と同様である。実施の形態２では、多段偏向器として、３段の偏向器を有し、ＤＡＣアンプユニット１３４，１３６から出力される偏向電圧（第１と第２の偏向電圧）の和が３段の偏向器の１つである主偏向器２０８に印加され、ＤＡＣアンプユニット１３８から出力される偏向電圧（第３の偏向電圧）が３段の偏向器の他の１つである副主偏向器２１０に印加され、ＤＡＣアンプユニット１３２から出力される偏向電圧（第４の偏向電圧）が３段の偏向器の残りの１つである副偏向器２０９に印加される。３段の多段偏向器を構成する副偏向器２０９、副主偏向器２１０、及び主偏向器２０８の順といった多段偏向器の配置順序はこれに限るものではなく、適宜、変更しても構わない。

そして、主偏向制御として、主偏向器２０８でＳＦ１２ではなく副主偏向領域１４の基準位置へと電子ビーム２００を偏向する。同様に、トラッキング制御として、各副主偏向領域１４への電子ビームの偏向位置がＸＹステージ１０５の移動に追従するように各副主偏向領域１４を主偏向器２０８でトラッキングする。そして、副主偏向制御として、副主偏向器２１０で、該当する副主偏向領域１４内の１つのＳＦ１２の基準位置へと電子ビーム２００を偏向する。かかる状態で、副偏向制御として、各副主偏向領域１４がトラッキングされながら、各ＳＦ内を偏向可能領域とする副偏向器２０９が該当するＳＦ１２内に複数のショットの電子ビーム２００を偏向する。副主偏向制御では、該当するＳＦ１２の描画が終了した後、次のＳＦ１２の基準位置へと副主偏向器２１０で、電子ビーム２００の偏向位置を移動させる。かかる処理を順次行ない、該当する副主偏向領域１４内のすべてのＳＦ１２の描画が終了した後、主偏向制御では次の副主偏向領域１４の基準位置へと電子ビーム２００の偏向位置を移動させる。同様にして、トラッキング制御では、副主偏向領域１４の移動に伴い、トラッキングデータを一旦リセットした後に新たに主偏向制御される副主偏向領域１４のトラッキング処理を開始する。かかる処理を順次行ない、すべての副主偏向領域１４の描画を行なっていく。以上のように構成しても、実施の形態１と同様の効果を発揮できる。

実施の形態３．
実施の形態１では、トラッキング用の偏向電圧を生成するＤＡＣアンプユニット１３６と副主偏向電圧を生成するＤＡＣアンプユニット１３８とを別々に配置したが、これに限るものではない。実施の形態３では、１つのＤＡＣアンプユニットで、トラッキング用の偏向電圧と副主偏向電圧とを生成する構成について説明する。

図６は、実施の形態３における描画装置の構成を示す概念図である。図６において、加算器１４０とＤＡＣアンプユニット１３８が削除された点、ＤＡＣアンプユニット１３６にトラッキングデータと副主偏向データが入力される点、以外は図１と同様である。また、以下、特に説明する内容以外は実施の形態１と同様である。実施の形態３では、ＤＡＣアンプユニット１３６（第２の偏向アンプ）がトラッキングデータ（第２の偏向量データ）と副主偏向データ（第３の偏向量データ）の和を入力し、各副主偏向領域１４をトラッキングすると共に複数のＳＦ間で電子ビーム２００の偏向位置を移動させる偏向電圧（第２の偏向電圧）を生成する。そして、ＤＡＣアンプユニット１３６から出力された偏向電圧とＤＡＣアンプユニット１３４から出力された偏向電圧との和が主偏向器２０８に印加される。

そして、主偏向制御として、主偏向器２０８でＳＦ１２ではなく副主偏向領域１４の基準位置へと電子ビーム２００を偏向する。同様に、主偏向器２０８で、トラッキング制御として各副主偏向領域１４への電子ビームの偏向位置がＸＹステージ１０５の移動に追従するように各副主偏向領域１４をトラッキングすると共に、副主偏向制御として該当する副主偏向領域１４内の１つのＳＦ１２の基準位置へと電子ビーム２００を偏向する。かかる状態で、副偏向制御として、各副主偏向領域１４がトラッキングされながら、各ＳＦ内を偏向可能領域とする副偏向器２０９が該当するＳＦ１２内に複数のショットの電子ビーム２００を偏向する。副主偏向制御では、該当するＳＦ１２の描画が終了した後、次のＳＦ１２の基準位置へと主偏向器２０８で、電子ビーム２００の偏向位置を移動させる。かかる処理を順次行ない、該当する副主偏向領域１４内のすべてのＳＦ１２の描画が終了した後、主偏向制御では次の副主偏向領域１４の基準位置へと電子ビーム２００の偏向位置を移動させる。同様にして、トラッキング制御では、副主偏向領域１４の移動に伴い、トラッキングデータを一旦リセットした後に新たに主偏向制御される副主偏向領域１４のトラッキング処理を開始する。かかる処理を順次行ない、すべての副主偏向領域１４の描画を行なっていく。以上のように構成しても、実施の形態１と同様の効果を発揮できる。

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。例えば、上述した例では、実施の形態３において１つのＤＡＣアンプユニットがトラッキングデータと副主偏向データの和を入力し、合成された偏向電圧を出力し、主偏向データは別のＤＡＣアンプユニットが入力し、主偏向電圧を出力する。その後、合成された偏向電圧と主偏向電圧を加算するように構成されていたが、これに限るものではない。例えば、主偏向データとトラッキングデータの和を入力し、合成された偏向電圧を出力し、副主偏向データは別のＤＡＣアンプユニットが入力し、副主偏向電圧を出力する。その後、合成された偏向電圧と副主偏向電圧を加算するように構成してもよい。或いは、主偏向データと副主偏向データの和を入力し、合成された偏向電圧を出力し、トラッキングデータは別のＤＡＣアンプユニットが入力し、トラッキング偏向電圧を出力する。その後、合成された偏向電圧とトラッキング偏向電圧を加算するように構成してもよい。

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荷電粒子ビーム描画装置、偏向器間のタイミング調整方法、及び偏向アンプの故障検出方法は、本発明の範囲に包含される。

１０，１２ ＳＦ
１４ 副主偏向領域
２０ ストライプ
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
１１４ 記憶装置
１２０ 偏向制御回路
１３２，１３４，１３６，１３８ ＤＡＣアンプユニット
１４０，１４２，１４４ 加算器
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の成形アパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５ 偏向器
２０６ 第２の成形アパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１０ 副主偏向器
２１２ ブランキング偏向器
２１４ ブランキングアパーチャ
３３０ 電子線
３４０ 試料
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 (4)

1. 試料を載置する、移動可能なステージと、
   前記試料の描画領域を仮想分割した複数の第１の小領域の各第１の小領域への荷電粒子ビームの偏向位置が前記ステージの移動に追従するように各第１の小領域を一部の偏向器でトラッキングすると共に、各第１の小領域がトラッキングされながら前記第１の小領域よりもサイズが小さい複数の第２の小領域の各第２の小領域内を偏向可能領域とする他の偏向器で該当する第２の小領域内に複数のショットの荷電粒子ビームを偏向する多段偏向器と、
   前記第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向量データと前記第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向量データと前記複数の第２の小領域間で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向量データと各第２の小領域内で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向量データとを用いて、前記多段偏向器へと必要な偏向電圧を出力する複数の偏向アンプと、
   を備え、
   前記複数の偏向アンプは、
   前記第１の偏向量データを入力し、前記第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向電圧を生成する第１の偏向アンプと、
   前記第２の偏向量データを入力し、前記第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向電圧を生成する第２の偏向アンプと、
   前記第３の偏向量データを入力し、前記複数の第２の小領域間で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向電圧を生成する第３の偏向アンプと、
   前記第４の偏向量データを入力し、各第２の小領域内で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向電圧を生成する第４の偏向アンプと、
   を有し、
   前記多段偏向器は、主副２段の偏向器を有し、
   前記第１から第３の偏向電圧の和が前記主偏向器に印加され、
   前記第４の偏向電圧が前記副偏向器に印加されることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. 試料を載置する、移動可能なステージと、
   前記試料の描画領域を仮想分割した複数の第１の小領域の各第１の小領域への荷電粒子ビームの偏向位置が前記ステージの移動に追従するように各第１の小領域を一部の偏向器でトラッキングすると共に、各第１の小領域がトラッキングされながら前記第１の小領域よりもサイズが小さい複数の第２の小領域の各第２の小領域内を偏向可能領域とする他の偏向器で該当する第２の小領域内に複数のショットの荷電粒子ビームを偏向する多段偏向器と、
   前記第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向量データと前記第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向量データと前記複数の第２の小領域間で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向量データと各第２の小領域内で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向量データとを用いて、前記多段偏向器へと必要な偏向電圧を出力する複数の偏向アンプと、
   を備え、
   前記複数の偏向アンプは、
   前記第１の偏向量データを入力し、前記第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向電圧を生成する第１の偏向アンプと、
   前記第２と第３の偏向量データの和を入力し、前記第１の小領域をトラッキングすると共に前記複数の第２の小領域間で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させる第２の偏向電圧を生成する第２の偏向アンプと、
   前記第４の偏向量データを入力し、各第２の小領域内で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向電圧を生成する第３の偏向アンプと、
   を有し、
   前記多段偏向器は、主副２段の偏向器を有し、
   前記第１と第２の偏向電圧の和が前記主偏向器に印加され、
   前記第３の偏向電圧が前記副偏向器に印加されることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
3. 試料をステージに載置した状態で前記ステージを移動させる工程と、
   前記試料の描画領域を仮想分割した複数の第１の小領域の各第１の小領域への荷電粒子ビームの偏向位置が前記ステージの移動に追従するように各第１の小領域を多段偏向器内の一部の偏向器でトラッキングすると共に、各第１の小領域がトラッキングされながら前記第１の小領域よりもサイズが小さい複数の第２の小領域の各第２の小領域内を偏向可能領域とする前記多段偏向器内の他の偏向器で該当する第２の小領域内に複数のショットの荷電粒子ビームを偏向する工程と、
   前記第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向量データと前記第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向量データと前記複数の第２の小領域間で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向量データと各第２の小領域内で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向量データとを用いて、複数の偏向アンプにより前記多段偏向器へと必要な偏向電圧を出力する工程と、
   を備え、
   前記複数の偏向アンプは、
   前記第１の偏向量データを入力し、前記第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向電圧を生成する第１の偏向アンプと、
   前記第２の偏向量データを入力し、前記第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向電圧を生成する第２の偏向アンプと、
   前記第３の偏向量データを入力し、前記複数の第２の小領域間で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向電圧を生成する第３の偏向アンプと、
   前記第４の偏向量データを入力し、各第２の小領域内で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向電圧を生成する第４の偏向アンプと、
   を有し、
   前記多段偏向器は、主副２段の偏向器を有し、
   前記第１から第３の偏向電圧の和が前記主偏向器に印加され、
   前記第４の偏向電圧が前記副偏向器に印加されることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
4. 試料をステージに載置した状態で前記ステージを移動させる工程と、
   前記試料の描画領域を仮想分割した複数の第１の小領域の各第１の小領域への荷電粒子ビームの偏向位置が前記ステージの移動に追従するように各第１の小領域を多段偏向器内の一部の偏向器でトラッキングすると共に、各第１の小領域がトラッキングされながら前記第１の小領域よりもサイズが小さい複数の第２の小領域の各第２の小領域内を偏向可能領域とする前記多段偏向器内の他の偏向器で該当する第２の小領域内に複数のショットの荷電粒子ビームを偏向する工程と、
   前記第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向量データと前記第１の小領域をトラッキングするための第２の偏向量データと前記複数の第２の小領域間で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向量データと各第２の小領域内で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第４の偏向量データとを用いて、複数の偏向アンプにより前記多段偏向器へと必要な偏向電圧を出力する工程と、
   を備え、
   前記複数の偏向アンプは、
   前記第１の偏向量データを入力し、前記第１の小領域へと荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏向電圧を生成する第１の偏向アンプと、
   前記第２と第３の偏向量データの和を入力し、前記第１の小領域をトラッキングすると共に前記複数の第２の小領域間で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させる第２の偏向電圧を生成する第２の偏向アンプと、
   前記第４の偏向量データを入力し、各第２の小領域内で前記荷電粒子ビームの偏向位置を移動させるための第３の偏向電圧を生成する第３の偏向アンプと、
   を有し、
   前記多段偏向器は、主副２段の偏向器を有し、
   前記第１と第２の偏向電圧の和が前記主偏向器に印加され、
   前記第３の偏向電圧が前記副偏向器に印加されることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。

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