JP2018026516A - マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びその調整方法 - Google Patents

マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びその調整方法 Download PDF

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Abstract

【課題】マルチビームを照射する際の光学系の収差を精度良く自動調整する。【解決手段】本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、複数の開口部８０を荷電粒子ビームが通過することによりマルチビームを形成するアパーチャ部材８と、前記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が配置されたブランキングプレート１０と、前記複数のブランカによってビーム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１４と、前記マルチビームが照射される基板２４を載置するステージと２２、基板２４からの反射荷電粒子を検出する検出器２６と、検出器２６の検出値に基づくアパーチャ像の特徴量を計算する特徴量計算部５１と、前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの収差を補正する収差補正部４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びその調整方法に関する。
ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路線幅は年々微細化されてきている。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、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターン（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）をウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。
例えば、マルチビームを使った描画装置がある。マルチビームを用いることで、１本の電子ビームで描画する場合に比べて、一度（１回のショット）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。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アパーチャ部材に通してマルチビームを形成し、ブランキングプレートで各ビームのブランキング制御を行い、遮蔽されなかったビームが光学系で縮小され、移動可能なステージ上に載置された基板に照射される。
マルチビームを形成するアパーチャ部材には、縦ｍ列×横ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の穴が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。そのため、基板に照射されるマルチビーム全体の形状（アパーチャ像）は、理想的には矩形になる。しかし、描画装置に設けられた光学系の球面収差の影響で、ビーム形状の外周の四辺が外側へ膨らんだような形状になったり、内側へ凹んだような形状になったりする。
このような特異なビーム形状を評価して球面収差を自動調整することは困難であった。
特開２００６−２１０５０３号公報 特開２０１５−１６７２１２号公報 特開２０１４−２２９４８１号公報 特開２００８−１５３２０９号公報 特表２００６−５１０１８４号公報 特開２０１２−１０４４２６号公報 特開２００５−３０２３５９号公報
本発明は、マルチビームを照射する際の光学系の収差を精度良く自動調整できるマルチ荷電粒子ビーム描画装置及びその調整方法を提供することを課題とする。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、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、前記複数の開口部を前記荷電粒子ビームが通過することによりマルチビームを形成するアパーチャ部材と、前記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が配置されたブランキングプレートと、前記複数のブランカによってビーム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、前記マルチビームが照射される基板を載置するステージと、前記基板からの反射荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の検出値に基づくアパーチャ像の特徴量を計算する特徴量計算部と、前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの収差を補正する収差補正部と、を備えるものである。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似図形を生成し、前記近似図形の内側及び外側の少なくともいずれか一方に位置する前記アパーチャ像の面積から前記特徴量を計算し、前記収差補正部は前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの球面収差を補正する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の対角線のうち長い方の長さと、前記アパーチャ像の外周長さとの比率を、前記特徴量として計算し、前記収差補正部は前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの球面収差を補正する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像内の照度の標準偏差を前記特徴量として計算し、前記収差補正部は前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの球面収差を補正する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の四辺の長さのばらつきを第１特徴量として計算し、前記収差補正部は、前記第１特徴量に基づいてマルチビームの非点収差を補正する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の４個の内角の直角度合を第２特徴量として計算し、前記収差補正部は、前記第２特徴量に基づいてマルチビームの非点収差を補正する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の四辺の長さのばらつきを第１特徴量として計算し、前記近似四角形の４個の内角の直角度合を第２特徴量として計算し、前記収差補正部は、前記第１特徴量及び前記第２特徴量に基づいてマルチビームの非点収差を補正する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の調整方法は、荷電粒子ビームを放出する工程と、前記荷電粒子ビームがアパーチャ部材の複数の開口部を通過してマルチビームを形成する工程と、ステージ上に載置された基板に前記マルチビームを照射する工程と、前記基板からの反射荷電粒子を検出する工程と、検出した前記反射荷電粒子に基づくアパーチャ像の特徴量を計算する工程と、前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの収差を補正する工程と、を備えるものである。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の調整方法は、前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの球面収差を補正する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の調整方法は、前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の四辺の長さのばらつきを示す第１特徴量と、前記近似四角形の４個の内角の直角度合を示す第２特徴量との少なくともいずれか一方を計算し、前記第１特徴量及び／又は前記第２特徴量に基づいて、マルチビームの非点収差を補正する。
本発明によれば、マルチビームを照射する際の光学系の収差を精度良く自動調整できる。
本発明の実施形態によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 アパーチャ部材の概略図である。 （ａ）〜（ｃ）はアパーチャ像の例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）はアパーチャ像の特徴量の算出方法を示す図である。 アパーチャ像を近似する四角形の計算方法を説明するフローチャートである。 近似四角形の求め方を説明する図である。 近似四角形の求め方を説明する図である。 近似四角形の求め方を説明する図である。 近似四角形の求め方を説明する図である。 （ａ）（ｂ）は近似四角形の求め方を説明する図である。 （ａ）（ｂ）は近似四角形の求め方を説明する図である。 アパーチャ像面積比率と収差補正レンズ電圧との関係の例を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は別の実施形態によるアパーチャ像の特徴量の算出方法を示す図である。 別の実施形態によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 非点補正コイル値の変更に伴うアパーチャ像の形状変化の例を示す図である。 アパーチャ像の特徴量の算出方法を説明する図である。 第１特徴量の計算結果の例を示す図である。 第２特徴量の計算結果の例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。本実施形態では、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、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームでもよい。
この描画装置は、描画対象の基板２４に電子ビームを照射して所望のパターンを描画する描画部Ｗと、描画部Ｗの動作を制御する制御部Ｃとを備える。
描画部Ｗは、電子ビーム鏡筒２及び描画室２０を有している。電子ビーム鏡筒２内には、電子銃４、照明レンズ６、アパーチャ部材８、ブランキングアパーチャアレイ１０、縮小レンズ１２、アライメントコイル１３、制限アパーチャ部材１４、対物レンズ１６、偏向器１８、及び収差補正レンズ４０が配置されている。
収差補正レンズ４０は照明レンズ６とアパーチャ部材８との間に設けられ、例えばフォイルレンズが用いられる。
描画室２０内には、ＸＹステージ２２及び検出器２６が配置される。ＸＹステージ２２上には、描画対象の基板２４が載置されている。描画対象の基板２４は、例えば、ウェーハや、ウェーハにエキシマレーザを光源としたステッパやスキャナ等の縮小投影型露光装置や極端紫外線露光装置（ＥＵＶ）を用いてパターンを転写する露光用のマスクが含まれる。
電子銃４から放出された電子ビーム３０は、照明レンズ６によりほぼ垂直にアパーチャ部材８全体を照明する。図２は、アパーチャ部材８の構成を示す概念図である。アパーチャ部材８には、縦（ｙ方向）ｍ列×横（ｘ方向）ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の穴（開口部）８０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列×５１２列の穴８０が形成される。各穴８０は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。各穴８０は、同じ径の円形であっても構わない。
電子ビーム３０は、アパーチャ部材８のすべての穴８０が含まれる領域を照明する。これらの複数の穴８０を電子ビーム３０の一部がそれぞれ通過することで、図１に示すようなマルチビーム３０ａ〜３０ｅが形成されることになる。
穴８０の配列の仕方は、図２に示すように、縦横が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向に隣接する穴同士が、千鳥状に互い違いに配置されてもよい。
ブランキングアパーチャアレイ１０には、アパーチャ部材８の各穴８０の配置位置に合わせて貫通孔が形成され、各貫通孔には、対となる２つの電極からなるブランカが、それぞれ配置される。各貫通孔を通過する電子ビーム３０ａ〜３０ｅは、それぞれ独立に、ブランカが印加する電圧によって偏向される。この偏向によって、各ビームがブランキング制御される。このように、ブランキングアパーチャアレイ１０により、アパーチャ部材８の複数の穴８０を通過したマルチビームの各ビームに対してブランキング偏向が行われる。
ブランキングアパーチャアレイ１０を通過したマルチビーム３０ａ〜３０ｅは、縮小レンズ１２によって、各々のビームサイズと配列ピッチが縮小され、制限アパーチャ部材１４に形成された中心の穴に向かって進む。アライメントコイル１３は、マルチビームが制限アパーチャ部材１４の穴の中心を通過するように光軸を調整する。
ブランキングアパーチャアレイ１０のブランカにより偏向された電子ビームは、その軌道が変位し制限アパーチャ部材１４の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材１４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１０のブランカによって偏向されなかった電子ビームは、制限アパーチャ部材１４の穴を通過する。
このように、制限アパーチャ部材１４は、ブランキングアパーチャアレイ１０の電極によってビーム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ＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに制限アパーチャ部材１４を通過したビームが、１回分のショットのビームとなる。
制限アパーチャ部材１４を通過したマルチビーム３０ａ〜３０ｅは、対物レンズ１６により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となる。制限アパーチャ部材１４を通過した各ビーム（マルチビーム全体）は、偏向器１８によって同方向にまとめて偏向され、基板２４に照射される。検出器２６は、基板２４からの反射電子（二次電子）を検出する。
一度に照射されるマルチビームは、理想的にはアパーチャ部材８の複数の穴８０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。この描画装置は、ショットビームを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い、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。ＸＹステージ２２が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ２２の移動に追従するように偏向器１８によって制御される。
制御部Ｃは、制御計算機５０、記憶装置５２、レンズ制御回路５４、制御回路５６、及び信号取得回路５８を有している。制御計算機５０は、記憶装置５２から描画データを取得し、描画データに対し複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータを生成し、制御回路５６に出力する。ショットデータには、各ショットの照射量及び照射位置座標等が定義される。
制御回路５６は、描画部Ｗの各部を制御して描画処理を行う。例えば、制御回路５６は、各ショットの照射量を電流密度で割って照射時間ｔを求め、対応するショットが行われる際、照射時間ｔだけビームＯＮするように、ブランキングアパーチャアレイ１０の対応するブランカに偏向電圧を印加する。
また、制御回路５６は、ショットデータが示す位置（座標）に各ビームが偏向されるように偏向量を演算し、偏向器１８に偏向電圧を印加する。これにより、その回にショットされるマルチビームがまとめて偏向される。
アパーチャ部材８の複数の穴８０を通過して形成されたマルチビームが基板２４に照射される。上述したように、アパーチャ部材８には、縦（ｙ方向）ｍ列×横（ｘ方向）ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の穴８０が形成されている。そのため、基板２４に照射されるマルチビーム全体の形状を示す画像（以下、単に「アパーチャ像」と記載することがある）は、理想的には図３（ａ）に示すマルチビームＢ１のように四角形（略四角形）となる。
しかし、マルチビーム描画装置では、レンズの球面収差の影響でアパーチャ像が歪み、図３（ｂ）に示すビームＢ２のようにアパーチャ像の外周の四辺が外側へ膨らんだようなバレル型形状になったり、図３（ｃ）に示すビームＢ３のように外周の四辺が内側へ凹んだようなピンクッション型形状になったりする場合がある。
本実施形態では、アパーチャ像の特徴を表す特徴量を計算し、算出した特徴量に基づいて球面収差を調整する。制御計算機５０は、信号取得回路５８を介して取得した検出器２６の検出値に基づいて、アパーチャ像を得る。特徴量計算部５１が、アパーチャ像の特徴量を計算する。レンズ制御回路５４は、算出された特徴量に基づいて収差補正レンズ４０への印加電圧を制御し、球面収差を補正して、アパーチャ像が所望の形状（四角形）となるように調整する。
特徴量計算部５１は、得られたアパーチャ像に近似する四角形を生成し、アパーチャ像のうち、近似四角形の内側に位置する面積、近似四角形の外側に位置する面積、近似四角形の内側かつアパーチャ像の外側となる領域の面積等を求め、これらの比率を特徴量として計算する。
例えば、図４（ａ）に示すように、略四角形状ビームＢ１は、アパーチャ像の大半が近似四角形Ｒの内側に位置し、近似四角形Ｒの外側に位置する領域６１の面積は小さい。また、近似四角形Ｒの内側かつアパーチャ像の外側となる領域はゼロ又はほとんど無い。
図４（ｂ）に示すように、バレル型ビームＢ２は、図４（ａ）に示す略四角形状ビームＢ１と同様に、アパーチャ像の多くが近似四角形Ｒの内側に位置するが、近似四角形Ｒの外側に位置する領域６２の面積は、図４（ａ）の領域６１の面積よりも大きくなる。近似四角形Ｒの内側かつアパーチャ像の外側となる領域はゼロ又はほとんど無い。
図４（ｃ）に示すように、ピンクッション型ビームＢ３は、近似四角形Ｒの内側かつアパーチャ像の外側となる領域６０の面積が、略四角形状ビームＢ１やバレル型ビームＢ２より大きい。また、近似四角形Ｒの外側に位置するアパーチャ像の面積は極めて小さい。
上述したように、理想的なビーム形状である略四角形状ビームＢ１では、近似四角形Ｒの外側に位置する領域６１の面積が小さく、近似四角形Ｒの内側かつアパーチャ像の外側となる領域はゼロ又はほとんど無い。そのため、レンズ制御回路５４は、近似四角形Ｒの外側に位置する領域の面積が所定範囲内となり、かつ近似四角形Ｒの内側かつアパーチャ像の外側となる領域が所定値以下となるように、収差補正レンズ４０への印加電圧を制御し、球面収差を補正する。
次に、図５に示すフローチャートを用いて、アパーチャ像を近似する四角形Ｒの計算方法について説明する。近似四角形Ｒは、４つの頂点を計算することで決定される。
特徴量計算部５１は、信号取得回路５８を介して取得した検出器２６の検出値に基づいてアパーチャ像が得られると、アパーチャ像の輪郭上におけるＸ座標、Ｙ座標がそれぞれ最大となる点、及び最小となる点を抽出する。Ｘ座標が最大となる点をＸｍａｘ、Ｘ座標が最小となる点をＸｍｉｎ、Ｙ座標が最大となる点をＹｍａｘ、Ｙ座標が最小となる点をＹｍｉｎとする。Ｘｍａｘ、Ｘｍｉｎ、Ｙｍａｘ、Ｙｍｉｎがそれぞれ一意に定まる場合は（ステップＳ１＿Ｙｅｓ）、抽出した各点同士の間隔を計算する（ステップＳ２）。
算出された間隔が全て所定値以上である場合（ステップＳ３＿Ｙｅｓ）、図６に示すようにＸｍａｘ、Ｘｍｉｎ、Ｙｍａｘ、Ｙｍｉｎはそれぞれ、アパーチャ像Ｂ１０を近似する四角形の頂点とすることができ、近似四角形が決定する（ステップＳ４）。
算出された間隔に所定値（例えば、想定される四角形の一辺の十分の一の長さ）未満のものがある場合（ステップＳ３＿Ｎｏ）、所定値未満の間隔となっている２点を同一点とみなす（ステップＳ５）。例えば、図７に示すＸｍａｘとＹｍａｘとの間隔は所定値未満であり、Ｘｍａｘ及びＹｍａｘは、アパーチャ像Ｂ１１を近似する四角形の同一の頂点に相当する。２点を同一点とみなすことで、近似四角形を決定するために必要な頂点数（＝４）が足りなくなるため、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０以降の処理は後述する。
アパーチャ像によっては、Ｘｍａｘ、Ｘｍｉｎ、Ｙｍａｘ、Ｙｍｉｎがそれぞれ一意に定まらない場合がある（ステップＳ１＿Ｎｏ）。例えば、図８に示すアパーチャ像Ｂ１２ではＸｍｉｎが一意に定まらない。
Ｘｍａｘ又はＸｍｉｎが一意に定まらない場合は（ステップＳ１０＿Ｙｅｓ）、複数の候補の中からＹ座標が最大となる点とＹ座標が最小となる点とを抽出する（ステップＳ１１）。例えば、図８に示す例ではＸｍｉｎが一意に定まらないため、図９に示すように、Ｘｍｉｎとなる候補の中から、Ｙ座標が最大となる点Ｘｍｉｎ＿ｙｍａｘとＹ座標が最小となる点Ｘｍｉｎ＿ｙｍｉｎとを抽出する
同様に、Ｙｍａｘ又はＹｍｉｎが一意に定まらない場合は（ステップＳ１２＿Ｙｅｓ）、複数の候補の中からＸ座標が最大となる点とＸ座標が最小となる点とを抽出する（ステップＳ１３）。
次に、アパーチャ像の輪郭上の複数の抽出点から未選択の１点を選択する（ステップＳ１４）。そして、選択した点から、他の抽出点までの距離を計算する（ステップＳ１５）。算出した距離に所定値未満のものがある場合（ステップＳ１６＿Ｙｅｓ）、所定値未満の距離となっている２点の一方を消去する（ステップＳ１７）。未選択の点がある場合は（ステップＳ１８＿Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に戻る。アパーチャ像の輪郭上の全ての抽出点について、同様の処理を行う。ステップＳ１４〜Ｓ１８の処理を経て残った抽出点が４個である場合（ステップＳ１９＿Ｙｅｓ）、アパーチャ像を近似する四角形の頂点とすることができ、近似四角形が決定する（ステップＳ４）。
例えば、図９に示す例では、ＹｍａｘからＸｍｉｎ＿ｙｍａｘまでの距離が所定値未満となるため、いずれか一方を消去する。これにより、アパーチャ像Ｂ１２の輪郭上に４個の点Ｘｍａｘ、Ｘｍｉｎ＿ｙｍｉｎ、Ｙｍａｘ（又はＸｍｉｎ＿ｙｍａｘ）、Ｙｍｉｎが残り、これらを頂点とする近似四角形が決定する。
なお、ステップＳ１７で、所定値未満の距離となっている２点の一方を消去するのでなく、これら２点の輪郭上の中間点を新たに抽出して、２点を消去してもよい。例えば、図９に示す例では、アパーチャ像Ｂ１２の輪郭上におけるＹｍａｘとＸｍｉｎ＿ｙｍａｘとの中間点を新たに抽出して、ＹｍａｘとＸｍｉｎ＿ｙｍａｘを消去してもよい。
アパーチャ像によっては、ステップＳ１７の点消去により、残った抽出点が３個以下になる（ステップＳ１９＿Ｎｏ）。例えば、図１０（ａ）に示すアパーチャ像Ｂ１３に対し、ステップＳ１４〜Ｓ１８の処理を行った場合、ＹｍｉｎとＸｍｉｎ＿ｙｍｉｎとが１点にまとめられる。また、ＸｍａｘとＹｍａｘとが１点にまとめられる。そのため、図１０（ｂ）に示すように、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の３個の頂点しか残らない。
このような場合は、まず、残った頂点の間を結ぶ直線を引く（ステップＳ２０）。例えば、図１１（ａ）に示すように、点Ｐ２と点Ｐ３とを通る直線Ｌ１、点Ｐ１と点Ｐ３とを通る直線Ｌ２、点Ｐ１と点Ｐ２とを通る直線Ｌ３を引く。
続いて、アパーチャ像の輪郭上の点から、ステップＳ２０で引いた直線までの最短距離を求める。直線が複数引かれている場合は、各直線までの最短距離の内、最短のものを求める。そして、この最短距離が最大となる点を頂点とみなす（ステップＳ２１）。頂点数が４個になるまでステップＳ２０及びＳ２１の処理を繰り返す。頂点数が４個になった場合は（ステップＳ２２＿Ｙｅｓ）、アパーチャ像を近似する四角形の頂点とすることができ、近似四角形が決定する（ステップＳ４）。
例えば、図１１（ａ）に示す直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３までの最短距離が最大となるのは、図１１（ｂ）に示す点Ｐ４である。点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を頂点とする四角形が、アパーチャ像Ｂ１３を近似する四角形となる。
このようにしてアパーチャ像を近似する四角形を計算し、近似四角形の外側に位置するアパーチャ像の面積や、近似四角形の内側かつアパーチャ像の外側となる領域の面積を求めて、収差補正レンズ４０への印加電圧を制御し、球面収差を補正する。
例えば、アパーチャ像の全面積に対する、近似四角形の外側に位置するアパーチャ像の面積比率と、収差補正レンズ４０への印加電圧との関係は、図１２に示すような傾向がある。そのため、レンズ制御回路５４は、面積比率が所望の値になるように、収差補正レンズ４０への印加電圧を制御する。これにより、アパーチャ像が四角形（略四角形）となるように球面収差を自動調整することができる。なお、調整対象となる面積比率は、別途描画精度等を元に決めておく。また、印加電圧が高くなると面積比率は上昇するので、自動調整時に二分探索で調整することができる。
このように、本実施形態によれば、アパーチャ像（ビーム形状）の近似四角形を用いてアパーチャ像の特徴量を計算し、この特徴量に基づいて球面収差を調整するため、マルチビームを照射する際の光学系の球面収差を精度良く自動調整できる。
上記実施形態では、アパーチャ像の近似四角形の外側に位置する面積等を特徴量としていたが、特徴量はこれに限定されない。例えば、近似四角形の対角線と、アパーチャ像の外周（輪郭）との長さの比率を特徴量としてもよい。
図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）に、略四角形状ビームＢ１、バレル型ビームＢ２、ピンクッション型ビームＢ３の近似四角形Ｒの対角線ＤＬ１、ＤＬ２を示す。バレル型ビームＢ２やピンクッション型ビームＢ３は、略四角形状ビームＢ１と比較して、外周長さに対する例えば長い方の対角線長さの比率が小さくなる。レンズ制御回路５４は、この比率が大きくなるように（所定値以上になるように）、収差補正レンズ４０への印加電圧を制御して、球面収差を調整する。
また、アパーチャ像内の明るさ（照度）の分布の標準偏差を特徴量としてもよい。例えば、略四角形状ビームは、アパーチャ像内の明るさがほぼ一様であり、標準偏差は小さい。バレル型ビームは、中央部が暗く、外周部が明るくなり、標準偏差は大きい。また、ピンクッション型ビームは、中央部が明るく、外周側ほど暗くなり、標準偏差は大きい。レンズ制御回路５４は、この標準偏差が小さくなるように（所定値以下になるように）、収差補正レンズ４０への印加電圧を制御して、球面収差を調整する。
本実施形態による球面収差調整方法は、アパーチャ像が正方形以外の形状となる場合にも適用することができる。例えば、アパーチャ像の形状が長方形の場合は、長辺と短辺の比に基づいてアパーチャ像を変形し、上記実施形態に従って球面収差を調整する。または、照度の標準偏差が小さくなるように、球面収差を調整する。
アパーチャ像の形状が円形の場合は、アパーチャ像の直径と外周長さの比率が小さくなるよう調整する。または、照度の標準偏差が小さくなるように、球面収差を調整する。
上記実施形態では、収差補正レンズ４０を用いて球面収差を補正する構成について説明したが、収差補正レンズとしてフォイルレンズの他、例えば格子レンズと補正レンズを組み合わせたものや、多重極電磁場を用いた収差補正器であってもよい。収差補正レンズは、静電レンズやコイルによって軸対称な電場・磁場を発生させることで、ビームの球面収差成分を小さくすることができる。
図２に示すように、マルチビームを形成するアパーチャ部材８には、縦ｍ列×横ｎ列の穴８０が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。アパーチャ像の近似四角形は、理想的には矩形、特にｍ＝ｎの場合は正方形になる。しかし、非点収差の影響で、アパーチャ像が歪み、近似四角形の形状が正方形にならないことがある。なお、アパーチャ像を見やすくするために、調整時のみ焦点を適宜ずらすことがある。
そこで、図１４に示すように、マルチビームの非点収差を補正（調整）する非点調整コイル４２，４４と、非点調整コイル４２，４４に励磁する励磁値（非点補正コイル値）を制御するコイル制御回路５９を設け、非点調整を行ってもよい。非点調整コイル４２，４４は、それぞれ、水平面内で直交する第１軸方向及び第２軸方向（例えばｘ軸方向及びｙ軸方向）の非点調整を行う。
図１５に示すように、非点調整コイル４２，４４の非点補正コイル値をそれぞれ変えると、アパーチャ像の近似四角形の形状が変化する。
特徴量計算部５１が、アパーチャ像の近似四角形の正方形度合を示す特徴量を計算する。コイル制御回路５９は、算出された特徴量に基づいて非点調整コイル４２，４４に設定する非点補正コイル値を制御し、非点収差を補正して、アパーチャ像の近似四角形の形状が正方形となるように調整する。
アパーチャ像の近似四角形の正方形度合を示す特徴量の計算方法について説明する。特徴量計算部５１は、上記実施形態で説明した方法で、検出器２６の検出値に基づくアパーチャ像の近似四角形を計算する。正方形は、四辺の長さが等しく、４個の内角が等しい（全て直角）図形である。そのため、特徴量計算部５１は、近似四角形の四辺の長さのばらつきを示す第１特徴量と、近似四角形の４個の内角の角度のばらつきを示す第２特徴量との少なくともいずれか一方を計算する。
例えば、特徴量計算部５１は、図１６に示す近似四角形について、四辺の長さＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４の標準偏差（又は分散）を第１特徴量として計算する。第１特徴量が小さくなるように、非点補正コイル値の設定変更及び第１特徴量の算出を繰り返す。図１７は、非点調整コイル４２，４４に設定する非点補正コイル値と、算出される第１特徴量との関係を示すグラフである。非点調整コイル４２，４４に設定する非点補正コイル値を、図１７の破線で示される値にすることで、近似四角形の四辺の長さＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４がほぼ等しくなる。
また、例えば、特徴量計算部５１は、図１６に示す近似四角形について、４個の内角θ１、θ２、θ３、θ４の内積二乗和を第２特徴量として計算する。内積二乗和は、以下の式を用いて計算される。
（ｃｏｓθ１）２＋（ｃｏｓθ２）２＋（ｃｏｓθ３）２＋（ｃｏｓθ４）２
この第２特徴量は、４個の内角θ１、θ２、θ３、θ４の直角度合を示し、近似四角形が正方形の場合、第２特徴量はゼロとなる。第２特徴量が小さくなるように、非点補正コイル値の設定変更及び第２特徴量の算出を繰り返す。図１８は、非点調整コイル４２，４４に設定する非点補正コイル値と、算出される第２特徴量との関係を示すグラフである。非点調整コイル４２，４４に設定する非点補正コイル値を、図１８の破線で示される値にすることで、４個の内角θ１、θ２、θ３、θ４はほぼ９０°になる。
第１特徴量と第２特徴量の両方を用いて非点補正コイル値を制御し、非点調整を行ってもよい。この場合、第１軸を変化させて第２特徴量が小さくなるように調整し、第２軸を変化させて第１特徴量が小さくなるように調整できる。
理想的なアパーチャ像の近似四角形の形状が長方形となる場合は、上述の第１特徴量が、長辺と短辺との比率に基づく所定値となるように非点補正コイル値を制御する。近似四角形の形状が矩形以外の場合、例えば円形の場合は、アパーチャ像の直径と外周長さの比率に基づいて非点補正コイル値を調整すればよく、六角形の場合は円形とみなして調整すればよい。また、アパーチャ像の照度の標準偏差（分散）が小さくなるように、光学系の調整を行ってもよい。
アパーチャ部材８やブランキングアパーチャアレイ１０に代えて、開口が設けられた調整用のプレートを設置して非点調整を行ってもよい。この場合、調整用プレートに設けられた開口に応じた特徴量を選定する。
特徴量計算部５１を含む制御計算機５０の各機能は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御計算機５０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
２ 電子ビーム鏡筒
４ 電子銃
６ 照明レンズ
８ アパーチャ部材
１０ ブランキングアパーチャアレイ
１２ 縮小レンズ
１３ アライメントコイル
１４ 制限アパーチャ部材
１６ 対物レンズ
１８ 偏向器
２０ 描画室
２２ ＸＹステージ
２６ 検出器
４０ 収差補正レンズ
４２，４４ 非点調整コイル
５０ 制御計算機
５１ 特徴量計算部
５４ レンズ制御回路
５６ 制御回路
５８ 信号取得回路
５９ コイル制御回路

Claims (10)

  1. 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、前記複数の開口部を前記荷電粒子ビームが通過することによりマルチビームを形成するアパーチャ部材と、
    前記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が配置されたブランキングプレートと、
    前記複数のブランカによってビーム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、
    前記マルチビームが照射される基板を載置するステージと、
    前記基板からの反射荷電粒子を検出する検出器と、
    前記検出器の検出値に基づくアパーチャ像の特徴量を計算する特徴量計算部と、
    前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの収差を補正する収差補正部と、
    を備えるマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似図形を生成し、
    前記近似図形の内側及び外側の少なくともいずれか一方に位置する前記アパーチャ像の面積から前記特徴量を計算し、
    前記収差補正部は前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの球面収差を補正することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  3. 前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の対角線のうち長い方の長さと、前記アパーチャ像の外周長さとの比率を、前記特徴量として計算し、
    前記収差補正部は前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの球面収差を補正することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  4. 前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像内の照度の標準偏差を前記特徴量として計算し、
    前記収差補正部は前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの球面収差を補正することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  5. 前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の四辺の長さのばらつきを第１特徴量として計算し、
    前記収差補正部は、前記第１特徴量に基づいてマルチビームの非点収差を補正することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  6. 前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の４個の内角の直角度合を第２特徴量として計算し、
    前記収差補正部は、前記第２特徴量に基づいてマルチビームの非点収差を補正することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  7. 前記特徴量計算部は、前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の四辺の長さのばらつきを第１特徴量として計算し、前記近似四角形の４個の内角の直角度合を第２特徴量として計算し、
    前記収差補正部は、前記第１特徴量及び前記第２特徴量に基づいてマルチビームの非点収差を補正することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  8. 荷電粒子ビームを放出する工程と、
    前記荷電粒子ビームがアパーチャ部材の複数の開口部を通過してマルチビームを形成する工程と、
    ステージ上に載置された基板に前記マルチビームを照射する工程と、
    前記基板からの反射荷電粒子を検出する工程と、
    検出した前記反射荷電粒子に基づくアパーチャ像の特徴量を計算する工程と、
    前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの収差を補正する工程と、
    を備えるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の調整方法。
  9. 前記特徴量に基づいて荷電粒子ビームの球面収差を補正することを特徴とする請求項８に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置の調整方法。
  10. 前記アパーチャ像に近似する近似四角形を生成し、前記近似四角形の四辺の長さのばらつきを示す第１特徴量と、前記近似四角形の４個の内角の直角度合を示す第２特徴量との少なくともいずれか一方を計算し、
    前記第１特徴量及び／又は前記第２特徴量に基づいて、マルチビームの非点収差を補正することを特徴とする請求項８に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置の調整方法。
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