JP6442295B2 - マルチ荷電粒子ビーム像の回転角測定方法、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角調整方法、及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角測定方法、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角調整方法、及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置に係り、例えば、マルチビーム描画におけるマルチビーム像の回転ずれによる回転角の測定およびその調整手法に関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、マスクブランクスへ電子線を使ってマスクパターンを描画することが行われている。

例えば、マルチビームを使った描画装置がある。１本の電子ビームで描画する場合に比べて、マルチビームを用いることで一度に多くのビームを照射できるのでスループットを大幅に向上させることができる。かかるマルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームを複数の穴を持ったマスクに通してマルチビームを形成し、各々、ブランキング制御され、遮蔽されなかった各ビームが光学系で縮小され、マスク像が縮小されて、偏向器で偏向され試料上の所望の位置へと照射される。

ここで、マルチビーム描画では、光学系の歪み、マルチビームを形成するアパーチャアレイの設計値からのずれ、及び／或いはクーロン効果等に起因してマルチビーム全体の像の回転変動が生じ得る。マルチビーム像に回転変動が生じると、描画されたパターンも位置ずれ、寸法ずれが生じてしまうといった問題があった。このように、描画されるパターンの位置精度や寸法精度に直接影響を与える、試料面におけるマルチビーム像の回転角を測定し、その結果を用いて回転角を調整することは非常に重要である。しかしながら、マルチビームでは、ビーム１本あたりの電流量が小さいため、ビームを１本ずつ測定することは測定誤差が大きくなってしまう。さらに、ビーム数が多数であることから、ビームを１本ずつ調整することは時間が非常にかかるため時間的制約上困難である。

なお、回転変動（回転角）の測定に関して、露光に用いる露光用マルチビームの周囲に露光には用いない測定用マルチビームを形成して、かかる測定用マルチビームの位置を測定することで露光用マルチビームの回転変動を測定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１６５４９８号公報

本発明は、露光用マルチビームを用いて、マルチビーム像の回転角を測定可能な方法及び装置を提供する。

本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム像の回転角測定方法は、
露光に用いることが可能なマルチ荷電粒子ビームのうち、マルチ荷電粒子ビームを構成するビーム数よりも少ない複数の代表ビームを用いて、マルチ荷電粒子ビーム描画装置のステージ上に配置されたマーク上を２次元走査する工程と、
２次元走査によって得られた信号に基づいて複数の代表ビームの２次元画像を作成する工程と、
２次元画像を用いて、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角を取得する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、複数の代表ビームは、ｍ行ｎ列（ｍ，ｎは２以上の整数）のビームで構成され、
マルチ荷電粒子ビーム像の回転角を取得する工程は、内部工程として、
２次元画像を可変に回転させながら各回転角についての２次元領域のｘ方向の信号強度を加算したｘ方向加算プロファイルとｙ方向の信号強度を加算したｙ方向加算プロファイルとを作成する工程と、
回転角毎のｘ方向加算プロファイルの特徴値のうちの最大値を示す第１の回転角度とｙ方向加算プロファイルの特徴値のうちの最大値を示す第２の回転角度とを求める工程と、
を有すると好適である。

本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム像の回転角調整方法は、
露光に用いることが可能なマルチ荷電粒子ビームのうち、マルチ荷電粒子ビームを構成するビーム数よりも少ない複数の代表ビームを用いて、マルチ荷電粒子ビーム描画装置のステージ上に配置されたマーク上を２次元走査する工程と、
２次元走査によって得られた信号に基づいて複数の代表ビームの２次元画像を作成する工程と、
２次元画像を用いて、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角を取得する工程と、
測定された回転角を補正するように、マルチ荷電粒子ビームの各ビームを成形する成形アパーチャアレイ部材の配置角度を回転させる、若しくは、レンズを用いてマルチ荷電粒子ビーム像を回転させることにより、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角を調整する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、ｘ方向の回転角とｙ方向の回転角との間にずれが生じる場合には、ｘ方向の回転角とｙ方向の回転角との間の角度に調整すると好適である。

本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、
試料を載置する、連続移動可能なステージと、
荷電粒子ビームを放出する放出部と、
複数の開口部が形成され、複数の開口部全体が含まれる領域に荷電粒子ビームの照射を受け、複数の開口部を荷電粒子ビームの一部がそれぞれ通過することにより、マルチビームを形成する成形アパーチャアレイ部材と、
アパーチャ部材の複数の開口部を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う複数のブランカーが配置されたブランキングアパーチャアレイ部と、
複数のブランカーによってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する制限アパーチャ部材と、
試料面上でのマルチビーム像の回転角を演算する回転角演算部と、
マルチビーム像の回転角を許容値内になるように成形アパーチャアレイ部材を回転させる回転機構と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の他の態様のマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、
マークを配置するステージと、
露光に用いることが可能なマルチ荷電粒子ビームのうち、前記マルチ荷電粒子ビームを構成するビーム数よりも少ない複数の代表ビームを用いて、前記ステージ上に配置された前記マーク上を２次元走査するように前記複数の代表ビームを偏向移動させる偏向器と、
２次元走査によって得られた信号に基づいて前記複数の代表ビームの２次元画像を作成する画像作成部と、
前記２次元画像を可変に回転させながら各回転角についての２次元領域のｘ方向の信号強度を加算したｘ方向加算プロファイルとｙ方向の信号強度を加算したｙ方向加算プロファイルとを作成する加算プロファイル作成部と、
回転角毎のｘ方向加算プロファイルの特徴値のうちの最大値を示す第１の回転角度とｙ方向加算プロファイルの特徴値のうちの最大値を示す第２の回転角度とを求める回転角演算部と、
を備え、
前記複数の代表ビームは、ｍ行ｎ列（ｍ，ｎは２以上の整数）のビームで構成されることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、露光用マルチビームを用いて、マルチビーム像の回転角を測定できる。よって、高精度な描画を行うことができる。

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におけるアパーチャ部材の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部の構成を示す断面図である。 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部のメンブレン領域内の構成の一部を示す上面概念図である。 実施の形態１におけるマルチビーム像の回転角調整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における代表ビームと２次元スキャンを説明するための図である。 実施の形態１における２次元画像の一例を示す図である。 実施の形態１におけるｘ，ｙ方向加算プロファイルの一例を示す図である。 実施の形態１における画像回転を説明するための図である。 実施の形態１におけるｘ，ｙ方向加算プロファイルの最大値と画像回転角度との関係を示す図である。

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。

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、マルチ荷電粒子ビーム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、成形アパーチャアレイ部材２０３、ブランキングアパーチャアレイ部２０４、制限アパーチャ部材２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、検出器２１２、回転機構２１４、及び静電レンズ２１６が配置されている。描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画時には描画対象基板となる、レジストが塗布されたマスクブランクス等の試料１０１が配置される。試料１０１には、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等が含まれる。ＸＹステージ１０５上には、さらに、ＸＹステージ１０５の位置測定用のミラー２１０が配置される。ＸＹステージ１０５上には、さらに、マーク１０６が配置される。マーク１０６は、上面が試料面（レジスト表面）と同一高さに配置される。そのため、マーク１０６は、上面が試料面と同一高さに調整可能に配置されると好適である。照明レンズ２０２と対物レンズ２０７とによって縮小光学系が構成される。

制御部１６０は、制御計算機１１０、メモリ１１２、偏向制御回路１３０、検出アンプ１３２、ステージ位置検出器１３９及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０，１４２，１４４を有している。制御計算機１１０、メモリ１１２、偏向制御回路１３０、検出アンプ１３２、ステージ位置検出器１３９及び記憶装置１４０，１４２，１４４は、図示しないバスを介して互いに接続されている。記憶装置１４０（記憶部）には、描画データが描画装置１００の外部から入力され、格納されている。

制御計算機１１０内には、設定部５０、測定部５２、画像作成部５４、画像回転処理部５６、加算プロファイル作成部５８、判定部６０、回転処理部６２、フィッティング処理部６４、回転角演算部６６、判定部６８、調整部７０、描画制御部７２、及び、データ処理部７４が配置されている。設定部５０、測定部５２、画像作成部５４、画像回転処理部５６、加算プロファイル作成部５８、判定部６０、回転処理部６２、フィッティング処理部６４、回転角演算部６６、判定部６８、調整部７０、描画制御部７２、及び、データ処理部７４といった各機能は、電気回路等のハードウェアで構成されてもよいし、これらの機能を実行するプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構成されてもよい。設定部５０、測定部５２、画像作成部５４、画像回転処理部５６、加算プロファイル作成部５８、判定部６０、回転処理部６２、フィッティング処理部６４、回転角演算部６６、判定部６８、調整部７０、描画制御部７２、及び、データ処理部７４に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１２にその都度格納される。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。

図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ部材の構成を示す概念図である。図２（ａ）において、成形アパーチャアレイ部材２０３には、縦（ｙ方向）ｍ’列×横（ｘ方向）ｎ’列（ｍ’，ｎ’≧２）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。例えば、５１２×５１２の穴（開口部）２２が配置される。図２（ａ）では、例えば、５１２×８列の穴２２が形成される。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。ここでは、ｙ方向の各列について、ｘ方向にＡからＨまでの８つの穴２２がそれぞれ形成される例が示されている。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム２０が形成されることになる。ここでは、縦横（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。その他、例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２（ａ）のように、縦横が格子状に配置される場合に限るものではない。図２（ｂ）に示すように、例えば、縦方向（ｙ方向）１段目の列と、２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）２段目の列と、３段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。

図３は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部の構成を示す断面図である。
図４は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部のメンブレン領域内の構成の一部を示す上面概念図である。なお、図３と図４において、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１の位置関係は一致させて記載していない。ブランキングアパーチャアレイ部２０４は、図３に示すように、支持台３３上にシリコン等からなる半導体基板３１が配置される。基板３１の中央部は、例えば裏面側から薄く削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域３０（第１の領域）に加工されている。メンブレン領域３０を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域３２（第２の領域）となる。メンブレン領域３０の上面と外周領域３２の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に高さ位置になるように形成される。基板３１は、外周領域３２の裏面で支持台３３上に保持される。支持台３３の中央部は開口しており、メンブレン領域３０の位置は、支持台３３の開口した領域に位置している。

メンブレン領域３０には、図２に示した成形アパーチャアレイ部材２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビームのそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が開口される。図１の例では、縮小光学系によってマルチビーム像は縮小されながら入射されるので、各ビームの通過位置に合わせて通過孔２５（開口部）が開口される。そして、メンブレン領域３０上には、図３及び図４に示すように、各通過孔２５の近傍位置に該当する通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の制御電極２４と対向電極２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、メンブレン領域３０上の各通過孔２５の近傍には、各通過孔２５用の制御電極２４に偏向電圧を印加する制御回路４１（ロジック回路）が配置される。各ビーム用の対向電極２６は、グランド接続される。

また、図４に示すように、各制御回路４１は、制御信号用の例えば１０ビットのパラレル配線が接続される。各制御回路４１は、制御用の例えば１０ビットのパラレル配線の他、クロック信号線および電源用の配線が接続される。クロック信号線および電源用の配線はパラレル配線の一部の配線を流用しても構わない。マルチビームを構成するそれぞれのビーム毎に、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とによる個別ブランキング機構４７が構成される。また、図３の例では、制御電極２４と対向電極２６と制御回路４１とが基板３１の膜厚が薄いメンブレン領域３０に配置される。但し、これに限るものではない。

各通過孔２５を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立にかかる対となる２つの電極２４，２６に印加される電圧によって偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。言い換えれば、制御電極２４と対向電極２６の組は、成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうちの対応ビームをそれぞれブランキング偏向する。

描画処理を行う場合には、データ処理部７４が記憶装置１４０から描画データを読み出し、試料１０１の描画領域が所定のサイズでメッシュ状に分割された画素毎の照射量を示す照射時間データを作成する。画素サイズは、例えば、マルチビームのビームサイズと同程度或いは、それよりも小さいサイズで構成されると良い。そして、かかる照射時間データは記憶装置１４２に格納される。描画制御部７２の制御のもと、偏向制御回路１３０はかかる照射時間データを読み出し、ブランキングアパーチャアレイ部２０４の各制御回路４１に信号を出力することになる。また、描画制御部７２の制御のもと、描画部１５０が以下のように動作する。

次に描画装置１００における描画部１５０の動作について説明する。電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、縮小光学系の１つを構成する照明レンズ２０２により屈折させられ、縮小されながら成形アパーチャアレイ部材２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ部材２０３には、矩形の複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、例えば矩形形状の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜ｅが形成される。かかるマルチビーム２０ａ〜ｅは、ブランキングアパーチャアレイ部２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器：個別ブランキング機構）内を通過する。かかるブランカーは、それぞれ、個別に通過する電子ビーム２０を偏向する（ブランキング偏向を行う）。

ブランキングアパーチャアレイ部２０４を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅは、制限アパーチャ部材２０６に形成された中心の穴に向かって進む。照明レンズ２０２により制限アパーチャ部材２０６表面或いは制限アパーチャ部材２０６に形成された中心の穴内部の位置でクロスオーバー（ｃ．ｏ．）を形成するように構成される。ここで、ブランキングアパーチャアレイ部２０４のブランカーによって偏向された電子ビーム２０は、制限アパーチャ部材２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ部２０４のブランカーによって偏向されなかった電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ部材２０６の中心の穴を通過する。かかる個別ブランキング機構のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように、制限アパーチャ部材２０６は、個別ブランキング機構４７によってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビーム毎に、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ部材２０６を通過したビームにより、１回分のショットのビームが形成される。制限アパーチャ部材２０６を通過したマルチビーム２０は、縮小光学系の他の１つを構成する対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となり、偏向器２０８によって、制限アパーチャ部材２０６を通過した各ビーム（マルチビーム２０全体）が同方向に一括して偏向され、各ビームの試料１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。また、例えばＸＹステージ１０５が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ１０５の移動に追従（トラッキング）するように偏向器２０８によって制御される。ＸＹステージ１０５の位置は、ステージ位置検出器１３９からレーザをＸＹステージ１０５上のミラー２１０に向けて照射し、その反射光を用いて測定される。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴の配列ピッチに上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。描画装置１００は、各回のトラッキング動作中にＸＹステージ１０５の移動に追従しながらショットビームとなるマルチビーム２０を偏向器２０８によるビーム偏向位置の移動によって１画素ずつ連続して順に照射していくラスタースキャン方式で描画動作を行う。所望のパターンを描画する際、パターンに応じて必要なビームがブランキング制御によりビームＯＮに制御される。

なお、試料１０１の描画領域、或いは描画されるチップ領域は、所定の幅で短冊上のストライプ領域に分割される。そして、各ストライプ領域は、複数のメッシュ領域（画素）に仮想分割される。メッシュ領域（画素）のサイズは、例えば、ビームサイズ、或いは、それ以下のサイズであると好適である。例えば、１０ｎｍ程度のサイズにすると好適である。メッシュ領域（画素）は、マルチビームの１つのビームあたりの照射単位領域となる。

マルチビーム２０で試料１０１を描画する際、上述したように、トラッキング動作中にＸＹステージ１０５の移動に追従しながらショットビームとなるマルチビーム２０を偏向器２０８によるビーム偏向位置の移動によって１画素ずつ順に連続して照射していく。そして、試料１０１上のどの画素をマルチビームのどのビームが照射するのかは描画シーケンスによって決まる。マルチビームのｘ，ｙ方向にそれぞれ隣り合うビーム間のビームピッチを用いて、試料１０１面上におけるｘ，ｙ方向にそれぞれ隣り合うビーム間のビームピッチ（ｘ方向）×ビームピッチ（ｙ方向）の領域はｎ×ｎ画素の領域（サブピッチ領域）で構成される。例えば、１回のトラッキング動作で、ＸＹステージ１０５が−ｘ方向にビームピッチ（ｘ方向）だけ移動する場合、ｘ方向或いはｙ方向（或いは斜め方向）に１つのビームによって照射位置をシフトしながらｎ画素が描画される。同じｎ×ｎ画素の領域内の他のｎ画素が次回のトラッキング動作で上述したビームとは異なるビームによって同様にｎ画素が描画される。このようにｎ回のトラッキング動作でそれぞれ異なるビームによってｎ画素ずつ描画されることにより、１つのｎ×ｎ画素の領域内のすべての画素が描画される。マルチビームの照射領域内の他のｎ×ｎ画素の領域についても同時期に同様の動作が実施され、同様に描画される。

ここで、マルチビーム描画では、光学系の歪み、マルチビームを形成するアパーチャアレイの設計値からのずれ、及び／或いはクーロン効果等に起因してマルチビーム全体の像の回転変動が生じ得る。マルチビーム像に回転変動が生じると、描画されるパターンも位置ずれ、寸法ずれが生じてしまう。よって、描画されるパターンの位置精度や寸法精度に直接影響を与える、試料面におけるマルチビーム像の回転角を測定し、その結果を用いて回転角を調整することは非常に重要である。そこで、実施の形態１では、以下のようにマルチビーム像の回転角（回転変動）を測定し、マルチビーム像の回転変動分を許容値内に納まるように調整する。

図５は、実施の形態１におけるマルチビーム像の回転角調整方法の要部工程を示すフローチャート図である。図５において、代表ビーム設定工程（Ｓ１０２）と、２次元スキャン（走査）工程（Ｓ１０４）と、画像作成工程（Ｓ１０６）と、画像回転工程（Ｓ１０８）と、ｘ，ｙ加算プロファイル作成工程（Ｓ１１０）と、判定工程（Ｓ１１２）と、特徴値プロット・フィッティング工程（Ｓ１１６）と、回転角演算工程（Ｓ１１８）と、判定工程（Ｓ１２０）と、回転角度調整工程（Ｓ１２２）と、いう一連の工程を実施する。かかる工程のうち、代表ビーム設定工程（Ｓ１０２）から回転角演算工程（Ｓ１１８）までの工程がマルチビーム像の回転角測定方法に相当する。また、画像回転工程（Ｓ１０８）から回転角演算工程（Ｓ１１８）までの工程がマルチビーム像の回転角を取得する工程に相当する。

マルチビーム像の回転角の測定および調整は、描画処理を実施する前に行うと良い。但し、これに限るものではなく、描画処理の途中で行っても良い。描画処理（露光処理）は、上述したストライプ領域単位で実施する。そのため、あるストライプ領域の描画（露光）が終了した後、次のストライプ領域の描画（露光）を開始する前に実施するとよい。

代表ビーム設定工程（Ｓ１０２）として、設定部５０は、露光（描画）に用いることが可能なマルチビーム２０のうち、マルチビームを構成するビーム数よりも少ない複数の代表ビームを設定する。

図６は、実施の形態１における代表ビームと２次元スキャンを説明するための図である。成形アパーチャアレイ部材２０３を通過することによって、露光（描画）に用いることが可能なｍ×ｎのマルチビーム２０が形成される。実施の形態１では、かかるｍ’×ｎ’のマルチビーム２０の中から複数の代表ビーム２３によって構成される代表ビーム群２１を設定する。例えば、１回のショットで照射可能なｍ’×ｎ’のマルチビーム２０を取り囲む照射領域３４内の中央部に位置するビーム群を代表ビーム群２１として用いると好適である。マルチビーム像の回転変動の回転軸となるマルチビーム像の中心位置の周囲のビーム群を用いることで、外周部に近い偏った領域のビーム群を用いる場合よりも誤差の小さい測定を可能にできる。複数の代表ビーム２３は、ｍ行ｎ列（ｍ，ｎは２以上の整数）のビームで構成される。例えば、５１２×５１２のマルチビームのうち、中心部の例えば８×８のマルチビームを複数の代表ビーム２３として設定する。ビーム１本当たりの電流量は小さく測定誤差が大きくなるが、例えば６４本のビーム群を用いることで測定誤差を小さくできる。なお、露光（描画）に用いることが可能なｍ’×ｎ’のマルチビーム２０自体が、１次元のラインビームである場合には、ｍとｎの一方（ビームが複数列存在しない方向）は１に設定されればよいことは言うまでもない。

２次元スキャン（走査）工程（Ｓ１０４）として、測定部５２は、複数の代表ビーム２３を用いて、マーク１０６上を２次元走査する。図６に示すように、マーク１０６は、ビームピッチよりも小さいサイズで構成される。そして、複数の代表ビーム２３がすべてマーク１０６上をスキャンするように例えば偏向器２０８で代表ビーム群２１を偏向移動させる。例えば、ｘ方向にマーク１０６上をスキャンした後、ｙ方向にビームピッチよりも小さい距離で移動した後、再度、ｘ方向にマーク１０６上をスキャンする動作を繰り返す。

これにより、マーク１０６及びマーク１０６の周辺に代表ビーム群２１が照射されたことによって生じる反射電子或いは／及び２次電子を検出器２１２で検出する。検出された信号は、検出アンプ１３２に出力され、検出アンプ１３２で増幅され、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換された後、画像作成部５４に出力される。Ａ／Ｄ変換の際、２次元画像の各画素の信号強度（例えば２５６階調）を取得できる。

画像作成工程（Ｓ１０６）として、画像作成部５４は、２次元走査によって得られた信号に基づいて代表ビーム群２１（複数の代表ビーム２３）の２次元画像を作成する。

図７は、実施の形態１における２次元画像の一例を示す図である。２次元画像８０内に示されたグリッド線は代表ビーム群２１のｘ，ｙ方向に並ぶ列の歪みを見やすくするために便宜上示したものである。

次に、作成された２次元画像を用いて、マルチビーム像の回転角を取得する。以下、具体的に説明する。

画像回転工程（Ｓ１０８）として、画像回転処理部５６は、２次元画像８０を可変に回転させる。例えば、予め設定された可変予定の回転角度の最小値に画像を回転させる。例えば、−１ｒａｄから＋１ｒａｄまでを可変範囲とする場合には、−１ｒａｄだけ画像を回転させる。

ｘ，ｙ加算プロファイル作成工程（Ｓ１１０）として、加算プロファイル作成部５８は、２次元画像６０を可変に回転させながら各回転角についての２次元領域のｘ方向の信号強度を加算したｘ方向加算プロファイルとｙ方向の信号強度を加算したｙ方向加算プロファイルとを作成する。

図８は、実施の形態１におけるｘ，ｙ方向加算プロファイルの一例を示す図である。図８（ａ）には、図７に示した２次元画像８０が示されている。図８（ｂ）は画像内に追加したｘ方向に相当するグリッド線の方向への加算プロファイルを示す。図８（ｃ）は画像内に追加したｙ方向に相当するグリッド線の方向への加算プロファイルを示す。ｘ方向加算プロファイル８２は、図８（ｂ）に示すように、２次元画像８０のｘ方向の信号強度を累積加算して、ｙ軸方向に沿って、加算後の信号強度の値をグラフ化したプロファイルとして作成される。ｙ方向加算プロファイル８２は、図８（ｃ）に示すように、２次元画像８０のｙ方向の信号強度を累積加算して、ｘ軸方向に沿って、加算後の信号強度の値をグラフ化したプロファイルとして作成される。作成されたｘ，ｙ方向加算プロファイルのデータは記憶装置１４４に記憶される。

判定工程（Ｓ１１２）として、判定部６０は、予め設定された可変予定のすべての角度についてｘ，ｙ加算プロファイル作成工程（Ｓ１１０）が実施されたかどうかを判定する。すべての角度について終了している場合には、特徴値プロット・フィッティング工程（Ｓ１１６）へ進む。まだ、終了していない場合には画像回転工程（Ｓ１０８）に戻る。

そして、画像回転工程（Ｓ１０８）において、画像回転処理部５６は、２次元画像８０を所定のサンプリング角度（例えば、０．０１ｒａｄ）だけ回転させる。

図９は、実施の形態１における画像回転を説明するための図である。図９に示すように、画像回転処理部５６は、２次元画像８０を順に回転させる。例えば、回転角ｒｏｔが−１ｒａｄから＋１ｒａｄまで所定のサンプリング角度（例えば、０．０１ｒａｄ）ずつ回転させる。

そして、判定工程（Ｓ１１２）において予め設定された可変予定のすべての角度についてｘ，ｙ加算プロファイル作成工程（Ｓ１１０）が終了するまで、画像回転工程（Ｓ１０８）から判定工程（Ｓ１１２）までの各工程を繰り返す。そして、ｘ，ｙ加算プロファイル作成工程（Ｓ１１０）において、画像回転工程（Ｓ１０８）にてその都度回転させられた各２次元画像６０の位置でｘ方向の信号強度を加算したｘ方向加算プロファイルとｙ方向の信号強度を加算したｙ方向加算プロファイルとを作成する。

特徴値プロット・フィッティング工程（Ｓ１１６）として、フィッティング処理部６４は、２次元画像の回転角毎に演算されたｘ方向加算プロファイルの特徴値、例えば、最大値を抽出して、プロットする。同様に、２次元画像の回転角毎に演算されたｙ方向加算プロファイルの特徴値、例えば、最大値を抽出して、プロットする。そして、プロットされた各点をフィッティングして近似線を作成する。

図１０は、実施の形態１におけるｘ，ｙ方向加算プロファイルの最大値と画像回転角度との関係を示す図である。図１０において、縦軸に加算プロファイルの信号強度の階調値を示す。横軸に画像回転角度を示す。図１０の例では、例えば、０．０１ｒａｄずつ２次元画像を回転させた際に得られたｘ方向加算プロファイルの最大値とｙ方向加算プロファイルの最大値とをプロットし、プロットされた複数の点のピーク（最大値）付近のデータをフィッティングして近似線を作成している。ここでは、特徴値として、最大値を用いているが、これに限るものではない。例えば、加算プロファイルの信号強度の基準値を設定し、かかる基準値との差分の絶対値の最大値を特徴値としても好適である。

回転角演算工程（Ｓ１１８）として、回転角演算部６６は、回転角毎のｘ方向加算プロファイルの最大値（特徴値）のうちの最大値を示すｘ方向回転角（第１の回転角度）とｙ方向加算プロファイルの最大値（特徴値）のうちの最大値を示すｙ方向回転角（第２の回転角度）とを演算する。図１０の例では、ｘ方向加算プロファイルの最大値のグラフのうち、最大値（ピーク値）となるＡ部の角度がｘ方向回転角として演算される。ここでは、例えば、＋０．１４ｒａｄとして取得される。同様に、ｘ方向加算プロファイルの最大値のグラフのうち、最大値（ピーク値）となるＢ部の角度がｙ方向回転角として演算される。ここでは、例えば、−０．０９ｒａｄとして取得される。また、Ｃ部で示すｘ方向回転角とｙ方向回転角との差が非直交度として求まる。

以上のようにして、２次元画像を用いて、マルチビーム像の回転角が取得される。取得されたマルチビーム像の回転角を用いて、回転角調整が必要かどうかが判断される。

判定工程（Ｓ１２０）として、判定部６８は、得られたｘ方向回転角とｙ方向回転角との値が共に許容値内かどうかを判定する。許容値内であればマルチビーム像の回転角調整は終了する。許容値内で無い場合には回転角度調整工程（Ｓ１２２）に進む。

回転角度調整工程（Ｓ１２２）として、調整部７０は、測定された回転角を補正するように、マルチビームの各ビームを成形する成形アパーチャアレイ部材２０３の配置角度を回転させる、若しくは、静電レンズ２１６（レンズ）を用いてマルチビーム像を回転させることにより、マルチビーム像の回転角を調整する。成形アパーチャアレイ部材２０３の配置角度を回転させる場合には、以下のように動作する。調整部７０は、回転機構２１４に回転させる回転角の信号を出力する。そして、回転機構２１４は、成形アパーチャアレイ部材２０３の配置角度を回転させる。これにより、形成されるマルチビーム像を回転させることができる。言い換えれば、回転機構２１４は、マルチビーム像の回転角を許容値内になるように成形アパーチャアレイ部材２０３を回転させる。

或いは、静電レンズ２１６を用いる場合には、調整部７０は、図示しないレンズ制御回路に回転させる回転角に相当する信号を出力する。図示しないレンズ制御回路は静電レンズ２１６に印加する電圧を制御して、静電レンズ２１６内を通過するマルチビーム像を回転させる。

或いは、回転機構２１４を使って粗い角度で成形アパーチャアレイ部材２０３の配置角度を回転させる共に、静電レンズ２１６でマルチビーム像の回転角を微調整しても好適である。

なお、ｘ方向の回転角とｙ方向の回転角との間にずれが生じる場合（非直交の場合）には、ｘ方向とｙ方向との間で異なる回転角になるように調整することは困難であるので、かかる場合には、ｘ方向の回転角とｙ方向の回転角との間の角度に調整すると好適である。調整部７０は、ｘ方向回転角とｙ方向回転角との、例えば、平均値（ｘ方向回転角とｙ方向回転角との差分の１／２）或いは２乗平均値を演算し、得られた角度に調整する。

そして、２次元スキャン（走査）工程（Ｓ１０４）に戻る。そして、判定工程（Ｓ１２０）において、得られたｘ方向回転角とｙ方向回転角との値が共に許容値内になるまで、２次元スキャン（走査）工程（Ｓ１０４）から回転角度調整工程（Ｓ１２２）までの各工程を繰り返す。これにより、マルチビーム像の回転角が許容値内になるようにマルチビーム像の回転角を調整できる。

以上のように、実施の形態１によれば、露光（描画）用マルチビームを用いて、マルチビーム像の回転角を測定できる。さらに、測定された回転角を用いてマルチビーム像の回転角を調整（補正）できる。よって、高精度な描画を行うことができる。

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、上述した例では、各制御回路４１の制御用に１０ビットの制御信号が入力される場合を示したが、ビット数は、適宜設定すればよい。例えば、２ビット、或いは３ビット〜９ビットの制御信号を用いてもよい。なお、１１ビット以上の制御信号を用いてもよい。

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、モニタやその他の制御機器等の記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのマルチ荷電粒子ビーム像の回転角測定方法、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角調整方法、及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。

２０ マルチビーム
２１ 代表ビーム
２２ 穴
２３ 代表ビーム群
２４ 制御電極
２５ 通過孔
２６ 対向電極
３４ 照射領域
４１ 制御回路
４７ 個別ブランキング機構
５０ 設定部
５２ 測定部
５４ 画像作成部
５６ 画像回転処理部
５８ 加算プロファイル作成部
６０ 判定部
６２ 回転処理部
６４ フィッティング処理部
６６ 回転角演算部
６８ 判定部
７０ 調整部
７２ 描画制御部
７４ データ処理部
１００ 描画装置
１０１ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１０６ マーク
１１０ 制御計算機
１１２ メモリ
１３０ 偏向制御回路
１３２ 検出アンプ
１３９ ステージ位置検出器
１４０，１４２，１４４ 記憶装置
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 成形アパーチャアレイ部材
２０４ ブランキングアパーチャアレイ部
２０６ 制限アパーチャ部材
２０７ 対物レンズ
２０８ 偏向器
２１０ ミラー
２１２ 検出器
２１４ 回転機構
２１６ 静電レンズ

Claims (3)

1. 露光に用いることが可能なマルチ荷電粒子ビームのうち、前記マルチ荷電粒子ビームを構成するビーム数よりも少ない複数の代表ビームを用いて、マルチ荷電粒子ビーム描画装置のステージ上に配置されたマーク上を２次元走査する工程と、
   ２次元走査によって得られた信号に基づいて前記複数の代表ビームの２次元画像を作成する工程と、
   前記２次元画像を用いて、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角を取得する工程と、
   を備え、
   前記複数の代表ビームは、ｍ行ｎ列（ｍ，ｎは２以上の整数）のビームで構成され、
   前記マルチ荷電粒子ビーム像の回転角を取得する工程は、内部工程として、
   前記２次元画像を可変に回転させながら各回転角についての２次元領域のｘ方向の信号強度を加算したｘ方向加算プロファイルとｙ方向の信号強度を加算したｙ方向加算プロファイルとを作成する工程と、
   回転角毎のｘ方向加算プロファイルの特徴値のうちの最大値を示す第１の回転角度とｙ方向加算プロファイルの特徴値のうちの最大値を示す第２の回転角度とを求める工程と、
   を有することを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム像の回転角測定方法。
2. 露光に用いることが可能なマルチ荷電粒子ビームのうち、前記マルチ荷電粒子ビームを構成するビーム数よりも少ない複数の代表ビームを用いて、マルチ荷電粒子ビーム描画装置のステージ上に配置されたマーク上を２次元走査する工程と、
   ２次元走査によって得られた信号に基づいて前記複数の代表ビームの２次元画像を作成する工程と、
   前記２次元画像を用いて、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角を取得する工程と、
   測定された回転角を補正するように、前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームを成形する成形アパーチャアレイ部材の配置角度を回転させる、若しくは、レンズを用いてマルチ荷電粒子ビーム像を回転させることにより、マルチ荷電粒子ビーム像の回転角を調整する工程と、
   を備え、
   ｘ方向の回転角とｙ方向の回転角との間にずれが生じる場合には、ｘ方向の回転角とｙ方向の回転角との間の角度に調整することを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム像の回転角調整方法。
3. マークを配置するステージと、
   露光に用いることが可能なマルチ荷電粒子ビームのうち、前記マルチ荷電粒子ビームを構成するビーム数よりも少ない複数の代表ビームを用いて、前記ステージ上に配置された前記マーク上を２次元走査するように前記複数の代表ビームを偏向移動させる偏向器と、
   ２次元走査によって得られた信号に基づいて前記複数の代表ビームの２次元画像を作成する画像作成部と、
   前記２次元画像を可変に回転させながら各回転角についての２次元領域のｘ方向の信号強度を加算したｘ方向加算プロファイルとｙ方向の信号強度を加算したｙ方向加算プロファイルとを作成する加算プロファイル作成部と、
   回転角毎のｘ方向加算プロファイルの特徴値のうちの最大値を示す第１の回転角度とｙ方向加算プロファイルの特徴値のうちの最大値を示す第２の回転角度とを求める回転角演算部と、
   を備え、
   前記複数の代表ビームは、ｍ行ｎ列（ｍ，ｎは２以上の整数）のビームで構成されることを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。