KR102215251B1 - 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법 및 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치 - Google Patents

멀티 하전 입자 빔 묘화 방법 및 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법 및 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양의 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법은, 소정의 샷 수의 하전 입자 빔에 의한 멀티 빔 샷을 행하는 동안, 멀티 빔의 주편향 위치가 스테이지의 이동에 추종하도록 스테이지의 이동 방향으로 멀티 빔의 주편향 위치의 트래킹 동작을 행하고, 트래킹 동작 중에, 멀티 빔의 각 빔이, 시료의 묘화 영역이 상기 멀티 빔의 빔 간 피치 사이즈로 메쉬 형상으로 분할된 복수의 직사각형 영역의 각각 상이한 위치에, 직사각형 영역 간을 넘어가도록, 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키고, 각 직사각형 영역에 소정의 샷 수로 멀티 빔 중의 복수의 빔에 의해 빔 샷을 행한다.

Description

멀티 하전 입자 빔 묘화 방법 및 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치 {MULTI-CHARGED PARTICLE BEAM WRITING METHOD AND MULTI-CHARGED PARTICLE BEAM WRITING APPARATUS}
본 발명은, 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법 및 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치에 관한 것이며, 예를 들면, 멀티 빔 묘화에 있어서의 개별 빔에 의한 오차의 영향을 작게 하는 수법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 유일 패턴을 생성하는 매우 중요한 프로세스이다. 최근, LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선폭은 해마다 미세화되어 오고 있다. 여기서, 전자 선(전자 빔) 묘화 기술은 본질적으로 우수한 해상성을 가지고 있으며, 마스크 블랭크스로 전자 선을 사용하여 마스크 패턴을 묘화하는 것이 행해지고 있다.
예를 들면, 멀티 빔을 사용한 묘화 장치가 있다. 1 개의 전자 빔으로 묘화하는 경우에 비하여, 멀티 빔을 이용함으로써 한 번에 많은 빔을 조사할 수 있으므로 스루풋을 대폭 향상시킬 수 있다. 이러한 멀티 빔 방식의 묘화 장치에서는, 예를 들면, 전자 총으로부터 방출된 전자 빔을 복수의 홀을 가진 마스크를 통해 멀티 빔을 형성하여, 각각, 블랭킹 제어되고, 차폐되지 않은 각 빔이 광학계로 축소되고, 마스크상이 축소되며, 편향기로 편향되어 시료 상의 원하는 위치로 조사된다.
멀티 빔 묘화에서는, 예를 들면, 형성되는 멀티 빔의 각 빔 간 피치 사이즈로 둘러싸이는 영역은, 각각 대응하는 하나의 빔에 의한 복수 회의 샷에 의해 묘화된다. 빔 간 피치가 멀티 빔을 구성하는 각 빔의 샷 사이즈의 N 배의 사이즈라면, 빔 간 피치 영역 내를 모두 빔으로 메우기 위해서는, NХN 회의 샷이 필요하다. 한편, 마스크를 통과하는 홀의 위치에 의해, 형성되는 각 빔이 가지는 빔 정밀도에 차가 생겨 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 이러한 각 개별 빔의 정밀도 차에 의해, 각각의 빔으로 조사되는 빔 간 피치 영역의 묘화 정밀도가 달라져 버린다. 따라서, 각 빔 간 피치 영역을 하나의 빔으로 묘화하는 것이 아니라, 가능한 한 많은 상이한 빔에 의해 조사되도록 함으로써, 개별 빔의 정밀도 차에 기인하는 묘화 오차를 평균화하는 것이 바람직하다.
또한, 멀티 빔 묘화에서는, 한 개 한 개의 빔마다 개별적으로 빔 편향을 행하는 것은 곤란하므로, 멀티 빔 전체를 일괄하여 편향기에 의해 편향한다. 예를 들면, 편향 진폭이 큰 주편향기로 각 빔이 담당하는 빔 간 피치 영역을 고정하고, 편향 진폭이 작은 부편향기로 빔 간 피치 영역 내를 편향하면서 복수의 샷을 행한다. 예를 들면, 스테이지의 이동에 추종하도록 주편향기에 의한 트래킹 제어에 의해 빔 간 피치 영역을 고정하고, 부편향기로 빔 간 피치 영역 내의, 예를 들면, 1/4의 영역을 동일한 빔으로 샷하는 것이 행해진다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제2016-001725호 참조).
여기서, 각 빔 간 피치 영역을 더 많은 상이한 빔에 의해 조사시키기 위해서는, 주편향기에 의해, 담당 빔 간 피치 영역을 상이한 빔 간 피치 영역으로 이동시킬 필요가 있다. 주편향기로 멀티 빔을 편향시키기 위해서는, 그때마다, 정정 시간(세틀링 시간)과 제어용의 아이들링 시간이 필요하다. 따라서, 트래킹 사이클을 짧게 하고, 상이한 빔 간 피치 영역으로의 이동 횟수를 많게 하면, 트래킹 사이클 때마다 발생하는 세틀링 시간과 제어용의 아이들링 시간과의 영향이 스루풋에 대하여 커지게 되어, 스루풋이 저하되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
이에, 본 발명의 일 태양은, 멀티 빔 묘화의 스루풋의 저하를 억제하면서, 각 빔 간 피치 영역을 보다 많은 상이한 빔에 의해 묘화하는 것이 가능한 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법 및 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치를 제공한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법은, 소정의 샷 수의 하전 입자 빔에 의한 멀티 빔 샷을 행하는 동안, 멀티 빔의 주편향 위치가 스테이지의 이동에 추종하도록 스테이지의 이동 방향으로 멀티 빔의 주편향 위치의 트래킹 동작을 행하고, 트래킹 동작 중에, 멀티 빔의 각 빔이, 시료의 묘화 영역이 상기 멀티 빔의 빔 간 피치 사이즈로 메쉬 형상으로 분할된 복수의 직사각형 영역의 각각 상이한 위치에, 직사각형 영역 간을 넘어가도록, 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키고, 각 직사각형 영역에 소정의 샷 수로 멀티 빔 중의 복수의 빔에 의해 빔 샷을 행한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치는, 시료를 재치하는, 이동 가능한 스테이지와, 하전 입자 빔을 방출하는 방출원과, 복수의 개구부가 형성되고, 복수의 개구부를 하전 입자 빔의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티 빔을 형성하는 성형 애퍼처 어레이 기판과, 멀티 빔의 주편향 위치가 스테이지의 이동에 추종하도록 스테이지의 이동 방향으로 멀티 빔의 주편향 위치의 트래킹 동작을 행하는 제1 편향기와, 트래킹 동작 중에, 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키는 제2 편향기와, 상기 트래킹 동작 중에, 멀티 빔의 각 빔이, 시료의 묘화 영역이 멀티 빔의 빔 간 피치 사이즈로 메쉬 형상으로 분할된 복수의 직사각형 영역의 각각 상이한 위치에, 직사각형 영역 간을 넘어가도록, 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키고, 각 직사각형 영역에 소정의 샷 수로 멀티 빔 중의 복수의 빔에 의해 빔 샷을 행하도록 제1과 제2 편향기를 제어하는 편향 제어 회로를 구비한다.
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는, 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼처 어레이 기판의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는, 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 멤브레인 영역 내의 구성의 일부를 나타내는 상면 개념도이다.
도 5는, 실시 형태 1의 개별 블랭킹 기구의 일예를 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 묘화 동작의 일예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 조사 영역과 묘화 대상 화소와의 일예를 나타내는 도면이다.
도 8은, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 멀티 빔의 묘화 방법의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9(a) 내지 도 9(e)는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 묘화 방법의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10(a)와 도 10(b)는, 실시 형태 1 및 비교예에 있어서의 묘화 위치의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 묘화 위치의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 묘화 위치의 다른 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13(a) 내지 도 13(c)는, 실시 형태 2에 있어서의 묘화 위치의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 실시 형태 2에 있어서의 빔 편향 위치의 보정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시 형태에서는, 멀티 빔 묘화의 스루풋의 저하를 억제하면서, 각 빔 간 피치 영역을 보다 많은 상이한 빔에 의해 묘화하는 것이 가능한 방법 및 장치에 대하여 설명한다.
실시 형태 1
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 1에서, 묘화 장치(100)는, 묘화 기구(150)와 제어계 회로(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는, 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치의 일예이다. 묘화 기구(150)는, 전자 경통(102)(멀티 전자 빔 컬럼)과 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는, 전자 총(201), 조명 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204), 축소 렌즈(205), 제한 애퍼처 기판(206), 대물 렌즈(207), 주편향기(208)(제1 편향기), 및 부편향기(209)(제2 편향기)가 배치되어 있다. 묘화실(103) 내에는, XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는, 묘화 시에는 묘화 대상 기판이 되는 레지스트가 도포된 마스크 블랭크스 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는, 반도체 장치를 제조할 때의 노광용 마스크, 혹은, 반도체 장치가 제조되는 반도체 기판(실리콘 웨이퍼) 등이 포함된다. XY 스테이지(105) 상에는, 또한 XY 스테이지(105)의 위치 측정용의 미러(210)가 배치된다.
제어계 회로(160)는, 제어 계산기(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(130), 디지털·아날로그 변환(DAC) 앰프 유닛(132, 134), 스테이지 위치 검출기(139) 및 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(140, 142)를 가지고 있다. 제어 계산기(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(130), DAC 앰프 유닛(132, 134), 스테이지 위치 검출기(139) 및 기억 장치(140, 142)는, 도시하지 않은 버스를 통하여 서로 접속되어 있다. 편향 제어 회로(130)에는, DAC 앰프 유닛(132, 134) 및 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)가 접속되어 있다. DAC 앰프 유닛(132)의 출력은, 부편향기(209)에 접속된다. DAC 앰프 유닛(134)의 출력은, 주편향기(208)에 접속된다. 스테이지 위치 검출기(139)는, 레이저 광을 XY 스테이지(105) 상의 미러(210)에 조사하고, 미러(210)로부터의 반사광을 수광한다. 그리고, 이러한 반사광의 정보를 사용한 레이저 간섭의 원리를 이용하여 XY 스테이지(105)의 위치를 측정한다.
제어 계산기(110) 내에는, 래스터라이즈부(50), 조사량 연산부(52), 조사 시간 데이터 가공부(54), 및 묘화 제어부(56)가 배치되어 있다. 래스터라이즈부(50), 조사량 연산부(52), 조사 시간 데이터 가공부(54), 및 묘화 제어부(56)라고 하는 각 「~부」는, 처리 회로를 가진다. 이러한 처리 회로는, 예를 들면, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로, 혹은, 반도체 장치를 포함한다. 각 「~부」는, 공통되는 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용하여도 되고, 혹은 상이한 처리 회로(다른 처리 회로)를 이용하여도 된다. 래스터라이즈부(50), 조사량 연산부(52), 조사 시간 데이터 가공부(54), 및 묘화 제어부(56)에 입출력되는 정보 및 연산 중의 정보는 메모리(112)에 그때마다 저장된다.
또한, 묘화 장치(100)의 외부로부터 묘화 데이터가 입력되어, 기억 장치(140)에 저장된다. 묘화 데이터에는, 통상, 묘화하기 위한 복수의 도형 패턴의 정보가 정의된다. 구체적으로는, 도형 패턴마다, 도형 코드, 좌표, 및 사이즈 등이 정의된다. 혹은, 도형 패턴마다, 도형 코드, 및 각 정점 좌표 등이 정의된다.
여기서, 도 1에서는, 실시 형태 1을 설명함에 있어서 필요한 구성을 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어서, 통상, 필요한 그 밖의 구성을 구비하고 있어도 상관없다.
도 2는, 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼처 어레이 기판의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 2에서, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는, 세로(y 방향) p 열Х가로(x 방향) q 열(p, q=2)의 홀(개구부)(22)이 소정의 배열 피치로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 도 2에서는, 예를 들면, 가로 세로(x, y 방향)로 512Х512 열의 홀(22)이 형성된다. 각 홀(22)은, 모두 같은 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은, 같은 직경의 원형이어도 상관없다. 이들 복수의 홀(22)을 전자 빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티 빔(20)이 형성되게 된다. 또한, 홀(22)의 배열의 방법은, 도 2와 같이, 가로 세로가 격자 형상으로 배치되는 경우에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 세로 방향(y 방향) k 단째의 열과, k+1 단째의 열의 홀끼리가, 가로 방향(x 방향)으로 치수 a만큼 이탈하여 배치되어도 된다. 마찬가지로, 세로 방향(y 방향) k+1 단째의 열과 k+2 단째의 열의 홀끼리가, 가로 방향(x 방향)으로 치수 b만큼 이탈하여 배치되어도 된다.
도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는, 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 애퍼처 어레이 기구의 멤브레인 영역 내의 구성의 일부를 나타내는 상면 개념도이다. 또한, 도 3과 도 4에서, 제어 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)와 패드(43)의 위치 관계는 일치시켜 기재하고 있지 않다. 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 지지대(33) 상에 실리콘 등으로 이루어진 반도체 기판(31)이 배치된다. 기판(31)의 중앙부는, 예를 들면, 이면측으로부터 얇게 깎여져, 얇은 막 두께(h)의 멤브레인 영역(330)(제1 영역)에 가공되어 있다. 멤브레인 영역(330)을 둘러싸는 주위는, 두꺼운 막 두께(H)의 외주 영역(332)(제2 영역)이 된다. 멤브레인 영역(330)의 상면과 외주 영역(332)의 상면이란, 동일한 높이 위치, 혹은, 실질적으로 동일한 높이 위치가 되도록 형성된다. 기판(31)은, 외주 영역(332)의 이면에서 지지대(33) 상에 보지된다. 지지대(33)의 중앙부는 개구되어 있고, 멤브레인 영역(330)의 위치는, 지지대(33)의 개구된 영역에 위치하고 있다.
멤브레인 영역(330)에는, 도 2에 도시한 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 각 홀(22)에 대응하는 위치에 멀티 빔의 각각의 빔의 통과용의 통과 홀(25)(개구부)이 개구된다. 바꾸어 말하면, 기판(31)의 멤브레인 영역(330)에는, 전자 선을 이용한 멀티 빔의 각각 대응하는 빔이 통과하는 복수의 통과 홀(25)이 어레이 형상으로 형성된다. 그리고, 기판(31)의 멤브레인 영역(330) 상이며, 복수의 통과 홀(25) 중 대응하는 통과 홀(25)을 사이에 두고 대향하는 위치에 2 개의 전극을 가지는 복수의 전극대가 각각 배치된다. 구체적으로는, 멤브레인 영역(330) 상에, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 각 통과 홀(25)의 근방 위치에, 해당하는 통과 홀(25)을 사이에 두고 블랭킹 편향용의 제어 전극(24)과 대향 전극(26)의 조(블랭커：블랭킹 편향기)가 각각 배치된다. 또한, 기판(31) 내부이며 멤브레인 영역(330) 상의 각 통과 홀(25)의 근방에는, 각 통과 홀(25)용의 제어 전극(24)으로 편향 전압을 인가하는 제어 회로(41)(로직 회로)가 배치된다. 각 빔용의 대향 전극(26)은 그라운드 접속된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 각 제어 회로(41)는, 제어 신호용의 n 비트(예를 들면, 10 비트)의 패러렐 배선이 접속된다. 각 제어 회로(41)는, 제어 신호용의 n 비트의 패러렐 배선 외에, 클록 신호선, 읽어들임(read) 신호, 샷(shot) 신호 및 전원용의 배선 등이 접속된다. 클록 신호선, 읽어들임(read) 신호, 샷(shot) 신호 및 전원용의 배선 등은 패러렐 배선의 일부의 배선을 유용해도 상관없다. 멀티 빔을 구성하는 각각의 빔마다, 제어 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)에 의한 개별 블랭킹 기구(47)가 구성된다. 또한, 도 3의 예에서는, 제어 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)가 기판(31)의 막 두께가 얇은 멤브레인 영역(330)에 배치된다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 멤브레인 영역(330)에 어레이 형상으로 형성된 복수의 제어 회로(41)는, 예를 들면, 같은 행 혹은 같은 열에 의해 그룹화되고, 그룹 내의 제어 회로(41)군은, 도 4에 도시한 바와 같이, 직렬로 접속된다. 그리고, 그룹마다 배치된 패드(43)로부터의 신호가 그룹 내의 제어 회로(41)에 전달된다. 구체적으로는, 각 제어 회로(41) 내에, 도시하지 않은 시프트 레지스터가 배치되고, 예를 들면, pХq 개의 멀티 빔 중, 예를 들면, 같은 행의 빔의 제어 회로(41) 내의 시프트 레지스터가 직렬로 접속된다. 그리고, 예를 들면, pХq 개의 멀티 빔의 같은 행의 빔의 제어 신호가 시리즈로 송신되고, 예를 들면, p 회의 클록 신호에 의해 각 빔의 제어 신호가 대응하는 제어 회로(41)에 저장된다.
도 5는, 실시 형태 1의 개별 블랭킹 기구의 일예를 나타내는 도면이다. 도 5에서, 제어 회로(41) 내에는, 앰프(46)(스위칭 회로의 일예)가 배치된다. 도 5의 예에서는, 앰프(46)의 일예로서, CMOS(Complementary　MOS) 인버터 회로가 배치된다. 그리고, CMOS 인버터 회로는 양의 전위(Vdd：블랭킹 전위：제1 전위)(예를 들면, 5V)와 그라운드 전위(GND：제2 전위)에 접속된다. CMOS 인버터 회로의 출력선(OUT)은 제어 전극(24)에 접속된다. 한편, 대향 전극(26)은, 그라운드 전위가 인가된다. 그리고, 블랭킹 전위와 그라운드 전위가 전환 가능하게 인가되는 복수의 제어 전극(24)이, 기판(31) 상이며, 복수의 통과 홀(25)의 각각 대응하는 통과 홀(25)을 사이에 두고 복수의 대향 전극(26)의 각각 대응하는 대향 전극(26)과 대향하는 위치에 배치된다.
CMOS 인버터 회로의 입력(IN)에는, 역치 전압보다 낮아지는 L(low) 전위(예를 들면, 그라운드 전위)와, 역치 전압 이상이 되는 H(high) 전위(예를 들면, 1.5V) 중 어느 하나가 제어 신호로서 인가된다. 실시 형태 1에서는, CMOS 인버터 회로의 입력(IN)에 L 전위가 인가되는 상태에서는, CMOS 인버터 회로의 출력(OUT)은 정전위(Vdd)가 되고, 대향 전극(26)의 그라운드 전위와의 전위차에 의한 전계에 의해 대응하는 전자 빔(20)을 편향하고, 제한 애퍼처 기판(206)에서 차폐함으로써 빔 OFF가 되도록 제어한다. 한편, CMOS 인버터 회로의 입력(IN)에 H 전위가 인가되는 상태(액티브 상태)에서는, CMOS 인버터 회로의 출력(OUT)은 그라운드 전위가 되고, 대향 전극(26)의 그라운드 전위와의 전위차가 없어져 대응하는 전자 빔(20)을 편향하지 않으므로 제한 애퍼처 기판(206)을 통과함으로써 빔 ON이 되도록 제어한다.
각 통과 홀을 통과하는 전자 빔(20)은, 각각 독립적으로 쌍이 되는 2 개의 제어 전극(24)과 대향 전극(26)으로 인가되는 전압에 의해 편향된다. 이러한 편향에 의해 블랭킹 제어된다. 구체적으로는, 제어 전극(24)과 대향 전극(26)의 조는, 각각 대응하는 스위칭 회로가 되는 CMOS 인버터 회로에 의해 전환되는 전위에 의해 멀티 빔의 대응하는 전자 빔을 각각 개별적으로 블랭킹 편향한다. 이와 같이, 복수의 블랭커가, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀(22)(개구부)을 통과한 멀티 빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행한다.
이어서, 묘화 장치(100)에 있어서의 묘화 기구(150)의 동작에 대하여 설명한다. 전자 총(201)(방출원)으로부터 방출된 전자 빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 거의 수직으로 성형 애퍼처 어레이 기판(203) 전체를 조명한다. 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는, 직사각형의 복수의 홀(개구부)이 형성되고, 전자 빔(200)은, 모든 복수의 홀이 포함되는 영역을 조명한다. 복수의 홀의 위치에 조사된 전자 빔(200)의 각 일부가, 이러한 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀을 각각 통과함으로써, 예를 들면, 직사각형 형상의 복수의 전자 빔(멀티 빔)(20a~e)이 형성된다. 이러한 멀티 빔(20a~e)은, 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)의 각각 대응하는 블랭커(제1 편향기：개별 블랭킹 기구) 내를 통과한다. 이러한 블랭커는, 각각, 개별적으로 통과하는 전자 빔(20)을 편향한다(블랭킹 편향을 행한다).
블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)를 통과한 멀티 빔(20a~e)은, 축소 렌즈(205)에 의해, 축소되고, 제한 애퍼처 기판(206)에 형성된 중심의 홀을 향해 나아간다. 여기서, 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)의 블랭커에 의해 편향된 전자 빔(20a)은, 제한 애퍼처 기판(206)의 중심의 홀로부터 위치가 이탈되어, 제한 애퍼처 기판(206)에 의해 차폐된다. 한편, 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)의 블랭커에 의해 편향되지 않은 전자 빔(20b~20e)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 제한 애퍼처 기판(206)의 중심의 홀을 통과한다. 이러한 개별 블랭킹 기구의 ON/OFF에 의해, 블랭킹 제어가 행해지고, 빔의 ON/OFF가 제어된다. 이와 같이, 제한 애퍼처 기판(206)은, 개별 블랭킹 기구(47)에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐한다. 그리고, 빔마다, 빔 ON이 되고 나서 빔 OFF가 될 때까지 형성된, 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 빔에 의해, 1 회분의 샷의 빔이 형성된다. 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 멀티 빔(20)은, 대물 렌즈(207)에 의해 초점이 맞춰져, 원하는 축소율의 패턴상이 되고, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의해, 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 각 빔(멀티 빔(20) 전체)이 동일한 방향으로 일괄되게 편향되어, 각 빔의 시료(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다. 한 번에 조사되는 멀티 빔(20)은, 이상적이게는 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀(22)의 배열 피치에 상술한 원하는 축소율을 곱한 피치로 배열되게 된다.
도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 묘화 동작의 일예를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 시료(101)의 묘화 영역(30)은, 예를 들면, y 방향을 향해 소정의 폭으로 직사각형 형상의 복수의 스트라이프 영역(32)으로 가상 분할된다. 우선, XY 스테이지(105)를 이동시켜, 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 좌단, 혹은 더 좌측의 위치에 1 회의 멀티 빔(20)의 샷으로 조사 가능한 조사 영역(34)이 위치하도록 조정하여, 묘화가 개시된다. 제1 번째의 스트라이프 영역(32)을 묘화할 때에는, XY 스테이지(105)를 예를 들면 -x 방향으로 이동시킴으로써, 상대적으로 x 방향으로 묘화를 진행시켜 간다. XY 스테이지(105)는, 예를 들면, 등속으로 연속 이동시킨다. 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 묘화 종료 후, 스테이지 위치를 -y 방향으로 이동시켜, 제2 번째의 스트라이프 영역(32)의 우단, 혹은 더 우측의 위치에 조사 영역(34)이 상대적으로 y 방향에 위치하도록 조정하고, 이번에는, XY 스테이지(105)를 예를 들면, x 방향으로 이동시킴으로써, -x 방향을 향해 마찬가지로 묘화를 행한다. 제3 번째의 스트라이프 영역(32)에서는, x 방향을 향해 묘화하고, 제4 번째의 스트라이프 영역(32)에서는, -x 방향을 향해 묘화한다고 하듯이, 교대로 방향을 바꾸면서 묘화함으로써 묘화 시간을 단축할 수 있다. 단, 이러한 교대로 방향을 바꾸면서 묘화하는 경우에 한정되지 않고, 각 스트라이프 영역(32)을 묘화할 때, 동일한 방향을 향해 묘화를 진행시키도록 해도 상관없다. 1 회의 샷으로는, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 각 홀(22)을 통과함으로써 형성된 멀티 빔에 의해, 최대로 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에 형성된 복수의 홀(22)과 동일한 수의 복수의 샷 패턴이 한 번에 형성된다.
도 7은, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 조사 영역과 묘화 대상 화소와의 일예를 나타내는 도면이다. 도 7에서, 스트라이프 영역(32)에는, 예를 들면, 시료(101)면 상에서의 멀티 빔(20)의 빔 사이즈 피치로 격자 형상으로 배열되는 복수의 제어 그리드(27)(설계 그리드)가 설정된다. 예를 들면, 10nm 정도의 배열 피치로 하면 바람직하다. 이러한 복수의 제어 그리드(27)가, 멀티 빔(20)의 설계 상의 조사 위치가 된다. 제어 그리드(27)의 배열 피치는 빔 사이즈로 한정되는 것은 아니며, 빔 사이즈와는 관계없이 부편향기(209)의 편향 위치로서 제어 가능한 임의의 크기로 구성되는 것이어도 상관없다. 그리고, 각 제어 그리드(27)를 중심으로 한, 제어 그리드(27)의 배열 피치와 동일한 사이즈로 메쉬 형상으로 가상 분할된 복수의 화소(36)가 설정된다. 각 화소(36)는, 멀티 빔의 하나의 빔 당 조사 단위 영역이 된다. 도 7의 예에서는, 시료(101)의 묘화 영역이, 예를 들면, y 방향으로, 1 회의 멀티 빔(20)의 조사로 조사 가능한 조사 영역(34)(묘화 필드)의 사이즈와 실질적으로 동일한 폭 사이즈로 복수의 스트라이프 영역(32)으로 분할된 경우를 나타내고 있다. 조사 영역(34)의 x 방향 사이즈는, 멀티 빔(20)의 x 방향의 빔 간 피치에 x 방향의 빔 수를 곱한 값으로 정의할 수 있다. 조사 영역(34)의 y 방향 사이즈는, 멀티 빔(20)의 y 방향의 빔 간 피치에 y 방향의 빔 수를 곱한 값으로 정의할 수 있다. 또한, 스트라이프 영역(32)의 폭은, 이에 한정되는 것은 아니다. 조사 영역(34)의 n 배(n는 1 이상의 정수)의 사이즈면 바람직하다. 도 7의 예에서는, 예를 들면, 512Х512 열의 멀티 빔의 도시를 8Х8 열의 멀티 빔으로 생략하여 도시하고 있다. 그리고, 조사 영역(34) 내에, 1 회의 멀티 빔(20)의 샷으로 조사 가능한 복수의 화소(28)(빔의 묘화 위치)가 도시되어 있다. 바꾸어 말하면, 인접하는 화소(28) 간의 피치가 설계 상의 멀티 빔의 각 빔 간의 피치가 된다. 도 7의 예에서는, 인접하는 4 개의 화소(28)로 둘러싸임과 동시에, 4 개의 화소(28) 중 하나의 화소(28)를 포함하는 정방형의 영역에서 하나의 서브 조사 영역(29)(빔 간 피치 영역)을 구성한다. 도 7의 예에서는, 각 서브 조사 영역(29)은, 4Х4(=16) 화소로 구성되는 경우를 나타내고 있다.
도 8은, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 멀티 빔의 묘화 방법의 일예를 설명하기 위한 도면이다. 도 8에서는, 도 7에서 도시한 스트라이프 영역(32)을 묘화하는 멀티 빔 중, y 방향 3 단째의 좌표(1, 3), (2, 3), (3, 3), ···, (512, 3)의 각 빔으로 묘화하는 서브 조사 영역(29)의 일부를 나타내고 있다. 도 8의 예에서는, 예를 들면, XY 스테이지(105)가 8 빔 피치분의 거리를 이동하는 동안에 4 개의 화소를 묘화(노광)하는 경우를 나타내고 있다. 이러한 4 개의 화소를 묘화(노광)하는 동안, 조사 영역(34)이 XY 스테이지(105)의 이동에 의해 시료(101)와의 상대 위치가 이탈되지 않도록, 주편향기(208)에 의해 멀티 빔(20) 전체를 일괄 편향함으로써, 조사 영역(34)을 XY 스테이지(105)의 이동에 추종시킨다. 바꾸어 말하면, 트래킹 제어가 행해진다. 도 8의 예에서는, 8 빔 피치분의 거리를 이동하는 동안에 4 개의 화소를 묘화(노광)함으로써 1 회의 트래킹 사이클을 실시하는 경우를 나타내고 있다.
도 8의 예에서는, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해, 시각 t=0부터 t=최대 묘화 시간(Ttr)까지의 동안에 주목 서브 조사 영역(29)의, 예를 들면, 최하단 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)에 1 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 이에 의해, 해당 화소는, 원하는 조사 시간의 빔의 조사를 받은 것이 된다. 시각 t=0부터 t=Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는, 예를 들면, 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안, 트래킹 동작은 계속하고 있다.
해당 샷의 빔 조사 개시부터 해당 샷의 최대 묘화 시간(Ttr)이 경과한 후, 주편향기(208)에 의해 트래킹 제어를 위한 빔 편향을 계속하면서, 트래킹 제어를 위한 빔 편향과는 별도로, 부편향기(209)에 의해 멀티 빔(20)을 일괄하여 편향함으로써 각 빔의 묘화 위치(전회의 묘화 위치)를 다음의 각 빔의 묘화 위치(금회의 묘화 위치)로 시프트한다. 도 8의 예에서는, 시각 t=Ttr이 된 시점에서, 주목 서브 조사 영역(29)의 최하단 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로부터 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로 묘화 대상 제어 그리드(27)를 시프트한다. 그 동안에도 XY 스테이지(105)는 정속 이동하고 있으므로, 트래킹 동작은 계속하고 있다.
그리고, 트래킹 제어를 계속하면서, 시프트된 각 빔의 묘화 위치에 해당 샷의 최대 묘화 시간(Ttr) 내의 각각 대응하는 묘화 시간, 멀티 빔(20) 중 ON 빔의 각각 대응하는 빔을 조사한다. 도 8의 예에서는, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해, 시각 t=Ttr 내지 t=2Ttr까지의 동안에 주목 서브 조사 영역(29)의, 예를 들면, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)에 2 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 시각 t=Ttr 내지 t=2Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는, 예를 들면, 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안, 트래킹 동작은 계속하고 있다.
도 8의 예에서는, 시각 t=2Ttr가 된 시점에서, 주목 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로부터 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로 부편향기(209)에 의한 멀티 빔의 일괄 편향에 의해 묘화 대상 제어 그리드(27)를 시프트한다. 그 동안에도 XY 스테이지(105)는 이동하고 있으므로 트래킹 동작은 계속하고 있다. 그리고, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해, 시각 t=2Ttr 내지 t=3Ttr까지의 동안에 주목 서브 조사 영역(29)의, 예를 들면, 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)에 3 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 이에 의해, 해당 화소(36)의 제어 그리드(27)는, 원하는 조사 시간의 빔의 조사를 받은 것이 된다.
시각 t=2Ttr 내지 t=3Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는, 예를 들면, 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안, 트래킹 동작은 계속하고 있다. 시각 t=3Ttr가 된 시점에서, 주목 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로부터 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로 부편향기(209)에 의한 멀티 빔의 일괄 편향에 의해 묘화 대상 화소를 시프트한다. 그 동안에도 XY 스테이지(105)는 이동하고 있으므로 트래킹 동작은 계속하고 있다.
그리고, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해, 시각 t=3Ttr 내지 t=4Ttr까지의 동안에 주목 서브 조사 영역(29)의, 예를 들면, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)에 4 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 이에 의해, 해당 화소(36)의 제어 그리드(27)는, 원하는 조사 시간의 빔의 조사를 받은 것이 된다.
시각 t=3Ttr 내지 t=4Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는, 예를 들면, 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안, 트래킹 동작은 계속하고 있다. 이상에 의해, 주목 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 및 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소의 합계 4 화소의 묘화가 종료된다.
도 8의 예에서는 초회 위치로부터 3 회 시프트된 후의 각 빔의 묘화 위치에 각각 대응하는 빔을 조사한 후, DAC 앰프 유닛(134)은, 트래킹 제어용의 빔 편향을 리셋함으로써, 트래킹 위치를 트래킹 제어가 개시된 트래킹 개시 위치로 되돌린다. 바꾸어 말하면, 트래킹 위치를 스테이지 이동 방향과 역방향으로 되돌린다. 도 8의 예에서는, 시각 t=4Ttr가 된 시점에서, 주목 서브 조사 영역(29)의 트래킹을 해제하고, x 방향으로 8 빔 피치분 이탈한 주목 서브 조사 영역(29)으로 빔을 되돌린다. 또한, 도 8의 예에서는, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 대하여 설명했으나, 그 밖의 좌표의 빔에 대해서도 각각의 대응하는 서브 조사 영역(29)에 대하여 마찬가지로 묘화가 행해진다. 즉, 좌표(m, m＇)의 빔은, t=4Ttr의 시점에서 대응하는 서브 조사 영역(29)에 대하여 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 및 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소의 합계 4 화소의 묘화가 종료된다. 예를 들면, 좌표(2, 3)의 빔(2)은, 도 7의 빔(1)용의 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)에 대하여 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 및 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소의 합계 4 화소의 묘화가 종료된다.
또한, 각 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 및 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소의 합계 4 화소의 묘화가 종료되고 있으므로, 트래킹 리셋한 후에, 차회의 트래킹 사이클에 있어서 우선 부편향기(209)는, 아직, 묘화되어 있지 않은 화소의 제어 그리드(27)에 각각 대응하는 빔의 묘화 위치를 조정하도록(시프트하도록) 편향한다. 예를 들면, 각 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 2 번째의 화소의 제어 그리드(27)에 각각 대응하는 빔의 묘화 위치를 조정하도록(시프트하도록) 편향한다.
이상과 같이 동일한 트래킹 사이클 중은 주편향기(208)에 의해 조사 영역(34)을 시료(101)에 대하여 상대 위치가 동일한 위치가 되도록 제어된 상태에서, 부편향기(209)에 의해 서브 조사 영역(29) 내를 시프트시키면서 각 샷을 행한다. 그리고, 트래킹 사이클이 한 사이클 종료된 후, 조사 영역(34)의 트래킹 위치를 되돌리고 나서, 도 8의 하단에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 1 제어 그리드(1 화소) 이탈한 위치로 1 회째의 샷 위치를 조정하고, 다음의 트래킹 제어를 행하면서 부편향기(209)에 의해 서브 조사 영역(29) 내를 시프트시키면서 각 샷을 행한다. 멀티 빔의 조사 영역 내의 다른 nХn 화소의 영역에 대해서도 동일한 시기에 동일한 동작이 실시되어, 동일하게 묘화된다. 스트라이프 영역(32)의 묘화 중, 이러한 동작을 반복함으로써, 조사 영역(34a~34o)이라고 하는 정도로 차례대로 조사 영역(34)의 위치가 이동해 가며, 해당 스트라이프 영역의 묘화를 행해 간다.
이러한 실시 형태 1의 비교예에서는, nХn 화소의 서브 조사 영역(29) 전체를 묘화하기 위하여 n＇ 회의 트래킹 사이클이 행해지므로, nХn 화소의 서브 조사 영역(29)이, n＇ 개의 상이한 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 상이한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 묘화된다. 이러한 n＇ 개의 상이한 빔 중, 하나의 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 동일한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 n" 화소(n"=(nХn)/n＇)씩 묘화된다. 따라서, 해당 하나의 빔이 정밀도 불량 혹은 고장 빔이었던 경우, 이러한 서브 조사 영역(29)의 1/n＇의 영역이 묘화 오차를 포함하게 되어 버린다. 도 8의 예에서는, 16 화소로 구성되는 서브 조사 영역(29) 중 4 화소가 묘화 오차를 포함하게 되어 버린다. 이에, 실시 형태 1에서는, nХn 화소의 서브 조사 영역(29)이, n＇ 개보다 많은 상이한 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 상이한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 묘화되도록 묘화 방법을 바꾼다. 여기서, nХn 화소의 서브 조사 영역(29) 전체를 묘화하기 위하여, n" 회의 멀티 빔(20)의 샷을 1 회의 트래킹 사이클로 하는 n＇ 회의 트래킹 사이클이 행해진다. 이러한 관계는 유지된다. 이에 의해, 트래킹 사이클마다 필요한 주편향기(208)용의 DAC 앰프의 세틀링 시간과 제어 아이들링 시간의 발생 횟수를 증가시키지 않도록 할 수 있다. 이러한 조건을 만족시키기 위하여, 실시 형태 1에서는, 서브 조사 영역(29) 내의 범위에서 편향하고 있던 부편향기(209)의 편향 진폭을 크게 한다.
실시 형태 1에서는, 주편향기(208)에 의해, n" 회의 샷 수(소정의 샷 수)의 전자 빔에 의한 멀티 빔 샷을 행하는 동안, 멀티 빔(20)의 주편향 위치가 XY 스테이지(105)의 이동에 추종하도록 XY 스테이지(105)의 이동 방향으로 멀티 빔(20)의 주편향 위치의 트래킹 동작을 행한다. 멀티 빔(20)의 주편향 위치로서 예를 들면, 조사 영역(34)의 중심 위치를 이용하면 바람직하다. 혹은, 예를 들면, 조사 영역(34)의 네 구석 중 하나(예를 들면, 좌하각)를 이용하여도 바람직하다. 이하, 도 8의 예와 마찬가지로, 8 빔 피치분의 거리를 이동하는 동안에 4 개의 화소를 묘화(노광)함(4 샷 행함)으로써 1 회의 트래킹 사이클을 실시하는 경우를 설명한다.
실시 형태 1에서는, 편향 제어 회로(130)가, 트래킹 동작 중에, 멀티 빔(20)의 각 빔이, 시료(101)의 묘화 영역이 멀티 빔(20)의 빔 간 피치 사이즈로 메쉬 형상으로 분할된 복수의 서브 조사 영역(29)의 각각 상이한 위치에, 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가도록, 멀티 빔(20)의 부편향 위치를 시프트시키고, 각 서브 조사 영역(29)에 소정의 샷 수로 멀티 빔(20) 중 복수의 빔에 의해 빔 샷을 행하도록 주편향기(208) 및 부편향기(209)를 제어한다. 바꾸어 말하면, 편향 제어 회로(130)가, 트래킹 동작 중에, 서브 조사 영역(29) 간을 각 빔의 조사 위치가 넘어가도록, 넘어간 서브 조사 영역(29) 간에서 서브 조사 영역(29) 내에서의 각 빔의 조사 위치가 상이하도록, 한편 넘어간 서브 조사 영역(29) 간의 각 서브 조사 영역(29)에 있어서의 해당 빔에 의한 샷 수가 동일한 수가 되도록, 멀티 빔(20)의 부편향 위치를 시프트시키도록 주편향기(208) 및 부편향기(209)를 제어한다. 그리고 동시에, 편향 제어 회로(130)는, 멀티 빔(20) 중 복수의 빔에 의해, 각 서브 조사 영역(29)에 1 회의 트래킹 사이클 중의 샷 수(소정의 샷 수)의 빔 샷을 행하도록 주편향기(208) 및 부편향기(209)를 제어한다. 멀티 빔(20)의 부편향 위치로서, 주편향 위치와 마찬가지로, 예를 들면, 조사 영역(34)의 중심 위치를 이용하면 바람직하다. 혹은, 예를 들면, 조사 영역(34)의 네 구석 중 하나(예를 들면, 좌하각)를 이용하여도 바람직하다. 여기에서는, 편향 가능한 편향 진폭이, 예를 들면, x, y 방향으로 각각 2 빔 간 피치분 가지고 있는 부편향기(209)를 이용하는 경우에 대하여 설명한다.
도 9(a) 내지 도 9(e)는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 묘화 방법의 일예를 설명하기 위한 도면이다. 도 9(a) 내지 도 9(e)에서는, 도 8와 마찬가지로, 스트라이프 영역(32)을 묘화하는 멀티 빔 중, y 방향 3 단째의 좌표(1, 3), (2, 3), (3, 3), ···, (512, 3)의 각 빔으로 묘화하는 서브 조사 영역(29)과, y 방향 4 단째의 각 빔으로 묘화하는 서브 조사 영역(29)과의 일부를 나타내고 있다. 도 9(a) 내지 도 9(e)의 예에서는, 예를 들면, XY 스테이지(105)가 8 빔 피치분의 거리를 이동하는 동안에 4 개의 화소를 묘화(노광)하는 경우를 나타내고 있다. 이러한 4 개의 화소를 묘화(노광)하는 동안, 조사 영역(34)이 XY 스테이지(105)의 이동에 의해 시료(101)와의 상대 위치가 이탈하지 않도록, 주편향기(208)에 의해 멀티 빔(20) 전체를 일괄 편향함으로써, 조사 영역(34)을 XY 스테이지(105)의 이동에 추종시킨다. 바꾸어 말하면, 트래킹 제어가 행해진다. 도 9(a) 내지 도 9(e)의 예에서는, 8 빔 피치분의 거리를 이동하는 동안에 4 개의 화소를 묘화(노광)함으로써 1 회의 트래킹 사이클을 실시하는 경우를 나타내고 있다.
구체적으로는, 스테이지 위치 검출기(139)가, 미러(210)에 레이저를 조사하고, 미러(210)로부터 반사광을 수광함으로써 XY 스테이지(105)의 위치를 측장한다. 측장된 XY 스테이지(105)의 위치는, 제어 계산기(110)로 출력된다. 제어 계산기(110) 내에서는, 묘화 제어부(56)가 이러한 XY 스테이지(105)의 위치 정보를 편향 제어 회로(130)로 출력한다. 편향 제어 회로(130) 내에서는, XY 스테이지(105)의 이동에 맞추어, XY 스테이지(105)의 이동에 추종하도록 빔 편향하기 위한 편향량 데이터(트래킹 편향 데이터)를 연산한다. 디지털 신호인 트래킹 편향 데이터는, DAC 앰프 유닛(134)으로 출력되고, DAC 앰프 유닛(134)은, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한 후, 증폭하여, 트래킹 편향 전압으로서 주편향기(208)로 인가한다.
그리고, 묘화 기구(150)는, 해당 샷에 있어서의 멀티 빔의 각 빔의 각각의 조사 시간 중의 최대 묘화 시간(Ttr) 내의 각각의 제어 그리드(27)에 대응하는 묘화 시간(조사 시간, 혹은 노광 시간), 각 제어 그리드(27)에 멀티 빔(20) 중 ON 빔의 각각 대응하는 빔을 조사한다.
도 9(a)의 예에서는, 도 8의 예와 마찬가지로, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해, 시각 t=0부터 t=최대 묘화 시간(Ttr)까지의 동안에 주목 서브 조사 영역(29)의, 예를 들면, 최하단 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)에 1 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 이에 의해, 해당 화소는, 원하는 조사 시간의 빔의 조사를 받은 것이 된다. 시각 t=0부터 t=Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는, 예를 들면, 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안, 트래킹 동작은 계속하고 있다.
해당 샷의 빔 조사 개시부터 해당 샷의 최대 묘화 시간(Ttr)이 경과한 후, 주편향기(208)에 의해 트래킹 제어를 위한 빔 편향을 계속하면서, 트래킹 제어를 위한 빔 편향과는 별도로, 부편향기(209)에 의해 멀티 빔(20)을 일괄하여 편향함으로써 각 빔의 묘화 위치(전회의 묘화 위치)를 다음의 각 빔의 묘화 위치(금회의 묘화 위치)로 시프트한다. 여기에서는, 도 9(a)에 도시한 바와 같이, 시각 t=Ttr가 된 시점에서, 주목 서브 조사 영역(29)의 y 방향에 인접하는 다른 서브 조사 영역(29)으로 시프트한다. 바꾸어 말하면, 1 회의 트래킹 동작 중에, 시료(101)의 묘화 영역(30)(혹은 스트라이프 영역(32))이 멀티 빔(20)의 빔 간 피치 사이즈로 메쉬 형상으로 분할된 복수의 서브 조사 영역(29)(직사각형 영역)의 서브 조사 영역(29) 간을 각 빔의 조사 위치가 넘어가도록 멀티 빔(20)의 부편향 위치를 시프트시킨다. 여기에서는, 도 9(a)에 도시하는 주목 서브 조사 영역(29)의 최하단 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로부터, 도 9(b)에 도시하는 y 방향에 인접하는 다른 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로 묘화 대상 제어 그리드(27)를 시프트한다. 바꾸어 말하면, 넘어간 서브 조사 영역(29) 간에서 서브 조사 영역(29) 내에서의 각 빔의 조사 위치가 상이하도록 멀티 빔(20)의 부편향 위치를 시프트시킨다.
이러한 시프트 동작은, 부편향기(209)의 편향 진폭의 범위 내에서 행하면, 부편향기(209)용의 DAC 앰프의 세틀링 시간이 증가하는 일은 없다. 도 8의 예와 같이, 8 빔 간 피치분을 편향 가능한 편향 진폭을 가지는 주편향기(208)에 비하여, 충분히 작은 2 빔 간 피치분을 편향 가능한 편향 진폭을 가지는 부편향기(209)로 서브 조사 영역(29) 간을 시프트시킴으로써, 세틀링 시간의 증가를 억제할 수 있다. 따라서, 동일한 서브 조사 영역(29) 내에서 화소 위치를 시프트시키는 경우와 동일한 시간에서 다른 서브 조사 영역(29)으로 시프트시킬 수 있다. 그 동안에도 XY 스테이지(105)는 정속 이동하고 있으므로 주편향기(208)에 의한 트래킹 동작은 계속하고 있다.
그리고, 트래킹 제어를 계속하면서, 시프트된 각 빔의 묘화 위치에 해당 샷의 최대 묘화 시간(Ttr) 내의 각각 대응하는 묘화 시간, 멀티 빔(20) 중 ON 빔의 각각 대응하는 빔을 조사한다. 도 9(b)의 예에서는, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해, 시각 t=Ttr 내지 t=2Ttr까지의 동안에 주목 서브 조사 영역(29)의 y 방향에 인접하는 다른 서브 조사 영역(29)의, 예를 들면, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)에 2 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 시각 t=Ttr 내지 t=2Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는, 예를 들면, 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안, 주편향기(208)에 의한 트래킹 동작은 계속하고 있다.
도 9(b)의 예에서는, 시각 t=2Ttr가 된 시점에서, 주목 서브 조사 영역(29)의 y 방향에 인접하는 다른 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로부터, 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향에 인접하는 추가로 다른 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로 부편향기(209)에 의한 멀티 빔의 일괄 편향에 의해 묘화 대상 제어 그리드(27)를 시프트한다. 그 동안에도 XY 스테이지(105)는 이동하고 있으므로 트래킹 동작은 계속하고 있다. 그리고, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해, 도 9(c)에 도시한 바와 같이, 시각 t=2Ttr 내지 t=3Ttr까지의 동안에 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)의, 예를 들면, 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)에 3 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 이에 의해, 해당 화소(36)의 제어 그리드(27)는, 원하는 조사 시간의 빔의 조사를 받은 것이 된다.
시각 t=2Ttr 내지 t=3Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는, 예를 들면, 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안, 주편향기(208)에 의한 트래킹 동작은 계속하고 있다. 시각 t=3Ttr가 된 시점에서, 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향에 인접하는 다른 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로부터, 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향 및 y 방향의 경사 방향에 인접하는 추가로 다른 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)로 부편향기(209)에 의한 멀티 빔의 일괄 편향에 의해 묘화 대상 화소를 시프트한다. 그 동안에도 XY 스테이지(105)는 이동하고 있으므로 주편향기(208)에 의한 트래킹 동작은 계속하고 있다.
그리고, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 의해, 도 9(d)에 도시한 바와 같이, 시각 t=3Ttr 내지 t=4Ttr까지의 동안에 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향 및 y 방향의 경사 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)의, 예를 들면, 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소(36)의 제어 그리드(27)에 4 샷째의 빔의 조사가 행해진다. 이에 의해, 해당 화소(36)의 제어 그리드(27)는, 원하는 조사 시간의 빔의 조사를 받은 것이 된다.
시각 t=3Ttr 내지 t=4Ttr까지의 동안에 XY 스테이지(105)는, 예를 들면, 2 빔 피치분만큼 -x 방향으로 이동한다. 그 동안, 주편향기(208)에 의한 트래킹 동작은 계속하고 있다. 이상에 의해, 주목 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 주목 서브 조사 영역(29)의 y 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 및 주목 서브 조사 영역(29)의 -x, +y 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소의 합계 4 화소의 묘화가 종료된다.
이와 같이, 실시 형태 1에서는, 넘어간 서브 조사 영역(29) 간의 각 서브 조사 영역(29)에 있어서의 해당 빔에 의한 샷 수가 동일한 수가 되도록 멀티 빔(20)의 부편향 위치를 시프트시킨다. 도 9(a)~도 9(d)의 예에서는, 빔(1)에 의해 넘어간 서로 인접하는 4 개의 서브 조사 영역(29)에 있어서의 빔(1)에 의한 샷 수가 모두 1 회씩이 되도록 멀티 빔(20)의 부편향 위치를 시프트시키고 있다.
그리고, 도 9(e)에 도시한 바와 같이, 초회 위치로부터 3 회 시프트된 후의 각 빔의 묘화 위치에 각각 대응하는 빔을 조사한 후, DAC 앰프 유닛(134)은, 트래킹 제어용의 빔 편향을 리셋함으로써, 트래킹 위치를 트래킹 제어가 개시된 트래킹 개시 위치로 되돌린다. 바꾸어 말하면, 트래킹 위치를 스테이지 이동 방향과 역방향으로 되돌린다. 도 9(e)의 예에서는, 시각 t=4Ttr가 된 시점에서, 주목 서브 조사 영역(29)의 트래킹을 해제하고, x 방향으로 8 빔 피치분 이탈한 주목 서브 조사 영역(29)으로 빔을 되돌린다. 또한, 도 9(a)~도 9(e)의 예에서는, 좌표(1, 3)의 빔(1)에 대하여 설명했으나, 그 밖의 좌표의 빔에 대해서도 각각의 대응하는 서브 조사 영역(29)에 대하여 마찬가지로 묘화가 행해진다. 즉, 좌표(n, m)의 빔은, t=4Ttr의 시점에서 대응하는 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 대응하는 서브 조사 영역(29)의 y 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 대응하는 서브 조사 영역(29)의 -x 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 및 대응하는 서브 조사 영역(29)의 -x, +y 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소의 합계 4 화소의 묘화가 종료된다. 예를 들면, 좌표(2, 3)의 빔(2)은, 도 9(a)에 도시하는 빔(1)용의 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)에 대하여 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 도 9(b)에 도시하는 빔(1)용의 주목 서브 조사 영역(29)의 -x, +y 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 도 9(c)에 도시하는 빔(1)용의 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향으로 2 개 이탈한 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 1 번째의 화소, 및 도 9(d)에 도시하는 빔(1)용의 주목 서브 조사 영역(29)의 -x 방향으로 2 개 이간되고, 또한 y 방향으로 하나 이탈한 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 3 단째 및 오른쪽으로부터 3 번째의 화소의 합계 4 화소의 묘화가 종료된다.
그리고, 실시 형태 1에서는, 트래킹 리셋한 후에, 차회의 트래킹 사이클에 있어서 우선 부편향기(209)는, 아직, 묘화되어 있지 않은 화소의 제어 그리드(27)에 각각 대응하는 빔의 묘화 위치를 조정하도록(시프트하도록) 편향한다. 예를 들면, 각 서브 조사 영역(29)의 아래로부터 1 단째 및 오른쪽으로부터 2 번째의 화소의 제어 그리드(27)에 각각 대응하는 빔의 묘화 위치를 조정하도록(시프트하도록) 편향한다.
이상과 같이 동일한 트래킹 사이클 중은 주편향기(208)에 의해 조사 영역(34)을 시료(101)에 대하여 상대 위치가 동일한 위치가 되도록 제어된 상태에서, 부편향기(209)에 의해 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가도록 시프트시키면서 각 샷을 행한다. 그리고, 트래킹 사이클이 한 사이클 종료된 후, 조사 영역(34)의 트래킹 위치를 되돌리고 나서, 도 9(e)에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 1 제어 그리드(1 화소) 이탈한 위치로 1 회째의 샷 위치를 조정하고, 다음의 트래킹 제어를 행하면서 부편향기(209)에 의해 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가도록 시프트시키면서 각 샷을 행한다. 스트라이프 영역(32)의 묘화 중, 이러한 동작을 반복함으로써, 조사 영역(34a~34o)이라고 하는 정도로 차례대로 조사 영역(34)의 위치가 이동해 가며, 해당 스트라이프 영역의 묘화를 행해 간다.
이러한 묘화 방법을 실시함으로써, 1 회의 트래킹 동작으로, nХn 화소의 각 서브 조사 영역(29)이, 각각 n" 제어 그리드(n" 화소)씩 묘화된다. 이러한 점은, 도 8의 비교예의 경우와 마찬가지이다. 그리고, n＇ 회의 트래킹 동작으로 nХn 화소의 서브 조사 영역(29) 내의 모든 화소가 묘화된다. 멀티 빔의 조사 영역 내의 다른 nХn 화소의 영역에 대해서도 동일한 시기에 동일한 동작이 실시되어, 동일하게 묘화된다.
도 10(a)와 도 10(b)는, 실시 형태 1 및 비교예에 있어서의 묘화 위치의 일예를 설명하기 위한 도면이다. 도 8에서 설명한 비교예에 있어서의 묘화 방법을 실시하는 경우, 도 10(a)에 도시한 바와 같이, 비교예에서는, 4Х4(=16) 화소의 서브 조사 영역(29)이, 4 개의 상이한 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 상이한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 묘화된다. 그리고, 각 서브 조사 영역(29)이, 하나의 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 동일한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 4 화소씩 묘화된다. 따라서, 해당 하나의 빔이 정밀도 불량 혹은 고장 빔이었던 경우, 이러한 서브 조사 영역(29)의 1/4의 영역이 묘화 오차를 포함하게 되어 버린다. 이에 대하여, 도 9(a)~도 9(e)에서 설명한 실시 형태 1에 있어서의 묘화 방법을 실시하는 경우, 도 10(b)에 도시한 바와 같이, 4Х4(=16) 화소의 서브 조사 영역(29)이, 16 개의 상이한 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 상이한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 묘화된다. 그리고, 각 서브 조사 영역(29)이, 하나의 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 동일한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 1 화소씩 묘화된다. 따라서, 해당 하나의 빔이 정밀도 불량 혹은 고장 빔이었던 경우, 이러한 서브 조사 영역(29)의 묘화 오차를 포함하는 영역을 1/16의 영역으로 저감할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에서는, nХn 화소의 서브 조사 영역(29) 전체를 묘화하기 위하여 n＇ 회의 트래킹 사이클이 행해지므로, nХn 화소의 서브 조사 영역(29)이, n＇Хn" 개(n＇Хn"=nХn)의 상이한 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 상이한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 묘화된다. 이러한 n＇Хn" 개의 상이한 빔 중, 하나의 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 동일한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 1 화소씩 묘화된다. 따라서, 해당 하나의 빔이 정밀도 불량 혹은 고장 빔이었던 경우, 이러한 서브 조사 영역(29)의 묘화 오차를 포함하는 영역을 1/(nХn)의 영역으로 저감할 수 있다. 또한, nХn 화소의 서브 조사 영역(29) 전체를 묘화하기 위하여, n" 회의 멀티 빔(20)의 샷을 1 회의 트래킹 사이클로 하는 n＇ 회의 트래킹 사이클이 행해지는 점에 변경은 없으므로, 트래킹 사이클마다 필요한 주편향기(208)용의 DAC 앰프의 세틀링 시간과 제어용의 아이들링 시간의 발생 횟수를 증가시키지 않도록 할 수 있다. 따라서, 스루풋의 열화를 회피할 수 있다.
도 11은, 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 묘화 위치의 일예를 설명하기 위한 도면이다. 상술한 예에서는, 서브 조사 영역(29)이 4Х4(=16) 화소로 구성되는 경우에 대하여 설명했으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 11의 예에서는, 빔 간 피치를 한 변으로 하는 직사각형의 서브 조사 영역(29)이, 예를 들면, 16Х16(=256) 화소로 구성되는 경우에 대하여 설명한다. 예를 들면, 16 샷으로 1 회의 트래킹 사이클을 16 회 반복함으로써 서브 조사 영역(29) 전체(256 화소)를 묘화하는 경우에 대하여 설명한다. 트래킹 사이클마다 서브 조사 영역(29) 간을 빔이 이동하는 경우, 하나의 빔이 하나의 서브 조사 영역(29) 내를 16 샷씩, 16 회의 트래킹 사이클로 16 개의 상이한 빔에 의해 16Х16 화소로 구성되는 서브 조사 영역(29) 전체(256 화소)의 묘화를 행하게 된다. 그리고, 해당 하나의 빔이 정밀도 불량 혹은 고장 빔이었던 경우, 이러한 서브 조사 영역(29)의 1/16의 영역이 묘화 오차를 포함하게 되어 버린다. 따라서, 실시 형태 1의 변형예에서는, 서브 조사 영역(29) 내를 묘화하는 상이한 빔의 수를 늘린다. 여기서, 예를 들면, x, y 방향으로 각각 4 빔 간 피치분이 편향 가능한 편향 진폭을 가지는 부편향기(209)를 이용하여, 16 샷으로 1 회의 트래킹 사이클 중에, 16(=4Х4) 개의 서브 조사 영역(29)에 하나의 빔으로 1 샷씩 묘화를 행하는 것도 상정할 수 있다. 그러나, 이러한 경우, 시프트마다 생기는 부편향기(209)용의 DAC 앰프의 세틀링 시간이 편향 진폭의 증가에 따라 길어져 버린다. 따라서, 스루풋의 저하로 연결되어 버린다.
이에, 실시 형태 1의 변형예에서는, 1 샷마다 각 빔이 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가도록 시프트하는 것이 아니라, 하나의 서브 조사 영역(29) 내에서 각 빔이 복수의 샷을 행한 후에, 다른 서브 조사 영역(29)으로 시프트시킨다. 그 때, 각 빔이 각각 대응하는 서브 조사 영역(29) 내에서 복수의 빔 샷을 행하는 경우에, 샷마다 멀티 빔의 부편향 위치를 서브 조사 영역(29) 내의 상이한 위치로 시프트시킨다. 도 11의 예에서는, 예를 들면, 4Х4(=16) 개의 화소군(37)을 한 단위로 하여, 멀티 빔(20)의 샷을 1 화소 간격으로 시프트하면서 샷하는 횟수(4 회) 행하고, 서브 조사 영역(29) 내의 상이한 4 화소의 묘화를 행할 때마다, 주목 서브 조사 영역(29)으로부터 y 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29), -x 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29), 및 -x, +y 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29)으로 각각 시프트한다. 또한, 이러한 경우, 넘어간 서브 조사 영역(29) 간에서 서브 조사 영역(29) 내에서의 각 빔의 조사 위치가 상이하도록, 또한 넘어간 서브 조사 영역(29) 간의 각 서브 조사 영역(29)에 있어서의 해당 빔에 의한 샷 수가 동일한 수(예를 들면, 4 회)가 되도록 멀티 빔(20)의 부편향 위치를 시프트시킨다. 이러한 수법에 의해, x, y 방향으로 각각 2 빔 간 피치분이 편향 가능한 편향 진폭을 부편향기(209)에 갖게 하는 것만으로도, 하나의 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 동일한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 묘화되는 서브 조사 영역(29) 내의 화소 수를 1/64으로 저감할 수 있다. 이와 같이, 실시 형태 1의 변형예에서는, 하나의 빔이, 예를 들면, 4 샷씩, 16 회의 트래킹 사이클로 64 개의 상이한 빔에 의해 16Х16 화소로 구성되는 서브 조사 영역(29) 전체의 묘화를 행하게 되므로, 세틀링 시간의 증가를 억제하면서, 이러한 서브 조사 영역(29)의 묘화 오차를 포함하는 영역을 1/64의 영역으로 저감할 수 있다.
멀티 빔(20)으로 시료(101)을 묘화할 때, 상술한 바와 같이, 주편향기(208)에 의한 트래킹 동작 중에 XY 스테이지(105)의 이동에 추종하면서 샷 빔이 되는 멀티 빔(20)을 부편향기(209)에 의한 빔 편향 위치의 이동에 의해 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가면서, 서브 조사 영역(29) 내에 필요한 샷 수의 빔을 조사해 간다. 그리고, 시료(101) 상의 어느 제어 그리드(27)(화소(36))를 멀티 빔의 어느 빔이 조사하는지는 묘화 시퀀스에 의해 정해진다.
여기서, 상술한 예에서는, 1 회의 트래킹 동작 중에, 하나의 빔에 의한 조사 위치가, 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가면서, 각 서브 조사 영역(29) 내의 대응 화소(혹은 한 단위의 화소군(37))를 1 화소 간격으로 시프트하면서 n 제어 그리드(n 화소)가 묘화된다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12는, 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 묘화 위치의 다른 일예를 설명하기 위한 도면이다. 도 12의 예에서는, 하나의 빔에 의한 조사 위치가, 서브 조사 영역(29) 간을 넘어갈 때마다, 각 서브 조사 영역(29) 내의 대응 화소(혹은 한 단위의 화소군(37))를 y 방향으로 1 화소씩 시프트하면서 n 제어 그리드(n 화소)가 묘화되어도 된다. 멀티 빔의 조사 영역 내의 다른 nХn 화소의 영역에 대해서도 동일한 시기에 동일한 동작이 실시되어, 동일하게 묘화된다. 혹은, 서브 조사 영역(29) 간을 넘어갈 때마다, 각 서브 조사 영역(29) 내의 대응 화소(혹은 한 단위의 화소군(37))를 -x 방향 혹은 경사 방향으로 1 화소씩 시프트하면서 n 제어 그리드(n 화소)가 묘화되어도 된다.
이어서, 묘화 장치(100)의 외부로부터 입력되어, 기억 장치(140)에 저장된 묘화 데이터를 사용한 실제의 묘화 처리의 동작에 대하여 순서대로 설명한다.
면적율 맵 작성 공정(래스터라이즈 처리 공정)으로서, 래스터라이즈부(50)는, 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 읽어내고, 화소(36)마다, 해당 화소(36) 내의 패턴 면적 밀도 ρ＇를 연산한다. 이러한 처리는, 예를 들면, 스트라이프 영역(32)마다 실행한다.
조사량 연산 공정으로서, 조사량 연산부(52)는, 우선, 묘화 영역(여기에서는, 예를 들면, 스트라이프 영역(32))을 소정의 사이즈로 메쉬 형상으로 복수의 근접 메쉬 영역(근접 효과 보정 계산용 메쉬 영역)으로 가상 분할한다. 근접 메쉬 영역의 사이즈는, 근접 효과의 영향 범위의 1/10 정도, 예를 들면, 1μm 정도로 설정하면 바람직하다. 조사량 연산부(52)는, 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 읽어내고, 근접 메쉬 영역마다, 해당 근접 메쉬 영역 내에 배치되는 패턴의 패턴 면적 밀도 ρ를 연산한다.
이어서, 조사량 연산부(52)는, 근접 메쉬 영역마다, 근접 효과를 보정하기 위한 근접 효과 보정 조사 계수 Dp(x)(보정 조사량)를 연산한다. 미지의 근접 효과 보정 조사 계수 Dp(x)는, 후방 산란 계수 η, 역치 모델의 조사량 역치 Dth, 패턴 면적 밀도 ρ, 및 분포 함수 g(x)를 이용한, 종래 수법과 같은 근접 효과 보정용의 역치 모델에 의해 정의할 수 있다.
이어서, 조사량 연산부(52)는, 화소(36)마다, 해당 화소(36)에 조사하기 위한 입사 조사량 D(x)(도스량)을 연산한다. 입사 조사량 D(x)은, 예를 들면, 미리 설정된 기준 조사량 Dbase에 근접 효과 보정 조사 계수 Dp와 패턴 면적 밀도 ρ＇를 곱한 값으로서 연산하면 된다. 기준 조사량 Dbase은, 예를 들면, Dth/(1/2+η)로 정의할 수 있다. 이상에 의해, 묘화 데이터로 정의되는 복수의 도형 패턴의 레이아웃에 기초한, 근접 효과가 보정된 본래의 원하는 입사 조사량 D(x)을 얻을 수 있다.
그리고, 조사량 연산부(52)는, 화소(36)마다의 입사 조사량 D(x)을 소정의 양자화 단위 △로 계조화된 조사 시간 t으로 변환한, 화소(36)마다의 조사 시간을 정의한 조사 시간 데이터 맵(1)을 작성한다. 작성된 조사 시간 데이터 맵(1)은, 예를 들면, 기억 장치(142)에 저장된다.
조사 시간 데이터 가공 공정으로서, 조사 시간 데이터 가공부(54)는, 조사 시간 데이터 맵(1)을 읽어내고, 실시 형태 1에 있어서의 묘화 순서에 따라 샷 순서대로 변경한다. 그리고, 샷 순서대로 조사 시간 t 데이터를 편향 제어 회로(130)로 전송한다.
묘화 공정으로서, 편향 제어 회로(130)는, 블랭킹 애퍼처 어레이 기구(204)로 샷 순서대로 블랭킹 제어 신호를 출력함과 동시에, DAC 앰프 유닛(132, 134)으로 샷 순서대로 편향 제어 신호를 출력한다. 그리고, 묘화 기구(150)는, 상술한 트래킹 제어와, 각 트래킹 제어 중의 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가는 멀티 빔 시프트를 행하면서, 멀티 빔(20)을 이용하여, 시료(101)를 묘화한다.
또한, 상술한 예에서는, 부편향기(209)의 편향 진폭이 2 빔 간 피치 사이즈의 경우를 설명했으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 주편향기(208)에 비하여 편향 진폭이 충분히 작은 부편향기(209)의 세틀링 시간을 증가시키지 않는, 혹은 크게 증가시키지 않는 범위에서 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가는 멀티 빔 시프트를 행하면 된다. 또한, 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가는 멀티 빔 시프트의 시프트량을 크게 하지 않음으로써, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에 의해 형성되는 멀티 빔이 가지는 위치 의존의 왜곡된 영향을 회피할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 멀티 빔 묘화의 스루풋의 저하를 억제하면서, 각 서브 조사 영역(29)(빔 간 피치 영역)을 묘화하는 상이한 빔의 빔 수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 개별 빔이 가지는 정밀도 차에 기인하는 묘화 오차를 평균화할 수 있다.
실시 형태 2
실시 형태 1에서는, 부편향기(209)에 의해 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가도록 멀티 빔의 시프트를 행하는 경우를 설명했으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시 형태 2에서는, 주편향기(208)에 의해 서브 조사 영역(29) 간을 넘어가도록 멀티 빔의 시프트를 행하는 경우를 설명한다. 묘화 장치(100)의 구성은 도 1과 같다. 또한, 이하, 특별히 설명하는 점 이외의 내용은, 실시 형태 1과 같다.
도 13(a) 내지 도 13(c)는, 실시 형태 2에 있어서의 묘화 위치의 일예를 설명하기 위한 도면이다. 상술한 바와 같이, 예를 들면, x, y 방향으로 각각 2 빔 간 피치분의 편향 가능한 진폭을 가진 부편향기(209)를 멀티 빔 시프트용으로 이용하는 경우, 인접하는 서브 조사 영역(29)으로는 시프트할 수 있으나, 그것을 초과하는 시프트가 곤란해진다. 따라서, 각 서브 조사 영역(29)(빔 간 피치 영역)을 묘화하는 상이한 빔의 빔 수를 증가시키기에도, 부편향기(209)가 가지는 편향 진폭에 의해 제한을 받게 된다. 또한 큰 거리를 시프트시키기 위해서는 부편향기(209) 및 DAC 앰프 유닛(132)을 편향 진폭이 큰 것으로 바꿀 필요가 발생한다. 한편, 편향 진폭이 큰 주편향기(208)에 대해서는, 트래킹 방향(예를 들면, x 방향)으로 빔 편향을 행하지만, 직교하는 y 방향에 대해서는 사용하고 있지 않다. 주편향기(208)는, y 방향에 대해서도 트래킹 편향량과 동등한 거리의 빔 편향이 가능하다. 이에, 실시 형태 2에서는, 트래킹 제어용의 편향기(주편향기(208))를 사용하여, 트래킹 제어 중에, 트래킹 방향과 직교하는 방향으로 멀티 빔을 시프트시킨다.
도 13(a)의 예에서는, 예를 들면, 4Х4(=16) 개의 화소군(37)을 한 단위로 하여, 멀티 빔(20)의 샷을 1 화소 간격으로 부편향기(209)를 사용하여 시프트하면서 4 회 샷하여 서브 조사 영역(29) 내의 상이한 4 화소의 묘화를 행할 때마다, 주편향기(208)를 사용하여, 주목 서브 조사 영역(29)으로부터 y 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29), y 방향으로 2 개 이웃하는 서브 조사 영역(29), 및 y 방향으로 3 개 이웃하는 서브 조사 영역(29)으로 각각 시프트한다. 도 13(b)에, 주편향기(208)의 x 방향에 있어서의 트래킹 편향량(Trx)을 나타내고 있다. 도 13(c)에, 주편향기(208)의 y 방향에 있어서의 트래킹 편향량(Trx)을 나타내고 있다. 또한, 이러한 경우, 넘어간 서브 조사 영역(29) 간에서 서브 조사 영역(29) 내에서의 각 빔의 조사 위치가 상이하도록, 또한 넘어간 서브 조사 영역(29) 간의 각 서브 조사 영역(29)에 있어서의 해당 빔에 의한 샷 수가 동일한 수(예를 들면, 4 회)가 되도록 멀티 빔(20)의 부편향 위치를 시프트시킨다. 이러한 수법에 의해, x, y 방향으로 각각 2 빔 간 피치분이 편향 가능한 편향 진폭을 가지는 부편향기(209)를 그대로 사용하여, 하나의 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 동일한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 묘화되는 서브 조사 영역(29) 내의 화소 수를 1/64으로 저감할 수 있다. 주편향기(208)의 y 방향으로의 편향 진폭에는 아직 충분히 여유가 있으므로, 한 단위가 되는 화소군(37)의 샷 횟수를 줄여, 서브 조사 영역(29) 간을 y 방향으로 넘어가는 횟수를 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 예컨대 4Х4(=16) 개의 화소군(37)을 한 단위로 하여, 부편향기(209)를 사용하여 멀티 빔(20)을 시프트하면서 2 회 샷하여 서브 조사 영역(29) 내의 상이한 2 화소의 묘화를 행할 때마다, 주편향기(208)를 사용하여, 주목 서브 조사 영역(29)으로부터 y 방향에 인접하는 서브 조사 영역(29), y 방향으로 2 개 이웃하는 서브 조사 영역(29), y 방향으로 3 개 이웃하는 서브 조사 영역(29), y 방향으로 4 개 이웃하는 서브 조사 영역(29), y 방향으로 5 개 이웃하는 서브 조사 영역(29), y 방향으로 6 개 이웃하는 서브 조사 영역(29), 및 y 방향으로 7 개 이웃하는 서브 조사 영역(29)으로 각각 시프트해도 된다. 이러한 수법에 의해, x, y 방향으로 각각 2 빔 간 피치분이 편향 가능한 편향 진폭을 가지는 부편향기(209)를 그대로 사용하여, 하나의 빔(성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 동일한 홀(22)을 통과한 빔)에 의해 묘화되는 서브 조사 영역(29) 내의 화소 수를 1/128으로 저감할 수 있다.
도 14는, 실시 형태 2에 있어서의 빔 편향 위치의 보정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 주편향기(208)의 편향 진폭은, 부편향기(209)의 편향 진폭에 비하여 충분히 크다. 그 때문에, 주편향기(208)의 제어 그리드의 분해능은, 부편향기(209)의 제어 그리드의 분해능보다 엉성해진다. 바꾸어 말하면, 주편향기(208)의 제어용 어드레스 유닛(A.U.)은, 부편향기(209)의 제어용 어드레스 유닛(A.U.)보다 커져 버린다. 그 때문에, 주편향기(208)를 사용하여 y 방향으로 빔 시프트하는 경우, 편향 위치에 분해능 오차가 생기는 경우가 있을 수 있다. 이에, 실시 형태 2에서는, 주편향기(208)를 사용하여 y 방향으로 빔 시프트한 때, 시프트 후의 편향 위치가 목표 시프트 위치로부터 이탈되는 경우에는, 부편향기(209)에 의해 보정한다. 이에 의해, 고정밀의 빔 시프트가 가능하다.
여기서, 주편향기(208)에 의해 y 방향으로 멀티 빔을 시프트할 때마다, 주편향기(208)의 세틀링 시간이 필요해진다. 그러나, y 방향으로 멀티 빔을 시프트하는 시프트량을 트래킹 편향량에 대하여 작게 하면, 주편향기(208)의 y 방향 세틀링 시간을 트래킹 리셋 시의 세틀링 시간에 비하여 작게 할 수 있다. 따라서, 트래킹 사이클 수를 증가시켜 서브 조사 영역(29) 간 이동의 횟수를 증가시키는 경우에 비하여 스루풋으로의 영향을 작게 할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 2에 의하면, 멀티 빔 묘화의 스루풋의 저하를 억제하면서, 각 서브 조사 영역(29)(빔 간 피치 영역)을 묘화하는 상이한 빔의 빔 수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 개별 빔이 가지는 정밀도 차에 기인하는 묘화 오차를 평균화할 수 있다.
또한, 실시 형태 2의 변형예로서, 1 회의 트래킹 사이클 중에 행하는 서브 조사 영역(29) 간 이동을 주편향기(208)의 y 방향 이동과, 부편향기(209)의 x 방향 및/혹은 y 방향 이동을 조합해도 바람직하다. 조합함으로써, 주편향기(208)의 y 방향 세틀링 시간의 발생 횟수를 줄이면서, 부편향기(209)만으로는 시프트하기 곤란한 위치로 멀티 빔을 시프트할 수 있다. 따라서, 상술한 실시 형태 2보다도 주편향기(208)의 y 방향 세틀링 시간의 발생 횟수를 줄이면서, 각 서브 조사 영역(29)(빔 간 피치 영역)을 묘화하는 상이한 빔의 빔 수를 증가시킬 수 있다.
이상, 구체적인 예를 참조하면서 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 이들의 구체적인 예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상술한 예에서는, 주편향기(208)의 y 방향 이동을 4 샷마다 행하는 경우에 대하여 설명했으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 1 샷마다 주편향기(208)의 y 방향 이동을 행하는 경우여도 상관없다. 스루풋이 희생이 되지만, 트래킹 사이클 수를 증가시켜 서브 조사 영역(29) 간 이동의 횟수를 증가시키는 경우에 비하여 스루풋으로의 영향을 작게 할 수 있다.
또한, 상술한 예에서는, 각 제어 회로(41)의 제어용으로 10 비트의 제어 신호가 입력되는 경우를 나타내었으나, 비트 수는 적절히 설정하면 된다. 예를 들면, 2 비트, 혹은 3 비트~9 비트의 제어 신호를 이용하여도 된다. 또한, 11 비트 이상의 제어 신호를 이용하여도 된다.
또한, 장치 구성 또는 제어 수법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요해지는 장치 구성 또는 제어 수법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요해지는 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 설명했으나, 이들의 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태 또는 그 변형은, 발명의 범위 또는 요지에 포함됨과 동시에, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 소정의 샷 수의 하전 입자 빔에 의한 멀티 빔 샷을 행하는 동안, 상기 멀티 빔의 주편향 위치가 스테이지의 이동에 추종하도록 상기 스테이지의 이동 방향으로 상기 멀티 빔의 주편향 위치의 트래킹 동작을 행하고,
    상기 트래킹 동작 중에, 상기 멀티 빔의 각 빔이, 복수의 직사각형 영역의 각각 상이한 위치에, 직사각형 영역 간을 넘어가도록, 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키고, 각 직사각형 영역에 소정의 샷 수로 상기 멀티 빔 중의 복수의 빔에 의해 빔 샷을 행하며,
    상기 직사각형 영역은, 상기 멀티 빔의 조사 영역 내에서, 시료의 묘화 영역이 상기 멀티 빔의 빔 간 피치 사이즈로 메쉬 형상으로 분할된 서브 조사 영역인 것인, 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 편향기를 이용하여 상기 트래킹 동작을 행하고,
    제2 편향기를 이용하여 상기 부편향 위치를 시프트하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 편향기를 이용하여 상기 트래킹 동작을 행함과 동시에, 상기 제1 편향기를 이용하여 상기 스테이지의 이동 방향과 직교하는 방향으로 상기 부편향 위치의 시프트를 행하고,
    제2 편향기를 이용하여 해당 직사각형 영역 내에서 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각 빔이 각각 대응하는 직사각형 영역 내에서 복수의 빔 샷을 행하는 경우에, 샷마다 상기 부편향 위치를 상기 직사각형 영역 내의 상이한 위치로 시프트시키는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 묘화 방법.
  5. 시료를 재치하는, 이동 가능한 스테이지와,
    하전 입자 빔을 방출하는 방출원과,
    복수의 개구부가 형성되고, 상기 복수의 개구부를 상기 하전 입자 빔의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티 빔을 형성하는 성형 애퍼처 어레이 기판과,
    상기 멀티 빔의 주편향 위치가 상기 스테이지의 이동에 추종하도록 상기 스테이지의 이동 방향으로 상기 멀티 빔의 주편향 위치의 트래킹 동작을 행하는 제1 편향기와,
    상기 트래킹 동작 중에, 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키는 제2 편향기와,
    상기 트래킹 동작 중에, 상기 멀티 빔의 각 빔이, 복수의 직사각형 영역의 각각 상이한 위치에, 직사각형 영역 간을 넘어가도록, 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키고, 각 직사각형 영역에 소정의 샷 수로 상기 멀티 빔 중의 복수의 빔에 의해 빔 샷을 행하도록 상기 제1과 제2 편향기를 제어하는 편향 제어 회로
    를 구비하고,
    상기 직사각형 영역은, 상기 멀티 빔의 조사 영역 내에서, 시료의 묘화 영역이 상기 멀티 빔의 빔 간 피치 사이즈로 메쉬 형상으로 분할된 서브 조사 영역인 것인, 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 트래킹 동작 중에, 상기 제2 편향기를 이용하여, 상기 직사각형 영역 간을 넘어가도록, 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트래킹 동작 중에, 상기 제2 편향기를 이용하여, 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 상기 복수의 직사각형 영역 중 인접하는 직사각형 영역으로 시프트시키는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 트래킹 동작 중에, 상기 제2 편향기를 이용하여, 상기 복수의 직사각형 영역 중 직교하는 두 방향에 인접하는 직사각형 영역으로 시프트시키는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 트래킹 동작 중에, 상기 제1 편향기를 이용하여, 상기 직사각형 영역 간을 넘어가도록, 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 트래킹 동작 중에, 상기 제1 편향기를 이용하여, 상기 직사각형 영역 간을 넘어가도록, 상기 스테이지의 이동 방향과 직교하는 방향으로 상기 멀티 빔의 부편향 위치를 시프트시키는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치.
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