JP2019114748A - マルチ荷電粒子ビーム描画方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

マルチ荷電粒子ビーム描画方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画装置 Download PDF

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Abstract

【目的】マルチビーム描画のスループットの低下を抑制しながら、各ビーム間ピッチ領域をより多くの異なるビームによって描画することが可能な方法を提供する。【構成】本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム描画方法は、所定のショット数の荷電粒子ビームによるマルチビームショットを行う間、マルチビームの主偏向位置がステージの移動に追従するようにステージの移動方向にマルチビームの主偏向位置のトラッキング動作を行う工程と、トラッキング動作中に、マルチビームの各ビームが、試料の描画領域が前記マルチビームのビーム間ピッチサイズでメッシュ状に分割された複数の矩形領域のそれぞれ異なる位置に、矩形領域間を跨ぐように、前記マルチビームの副偏向位置をシフトさせ、各矩形領域に所定のショット数でマルチビームのうちの複数のビームによりビームショットを行う工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図9

Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画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個別ビームによる誤差の影響を小さくする手法に関する。
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。
マルチビーム描画では、例えば、形成されるマルチビームの各ビーム間ピッチサイズで囲まれる領域は、それぞれ対応する1つのビームによる複数回のショットによって描画される。ビーム間ピッチがマルチビームを構成する各ビームのショットサイズのN倍のサイズであれば、ビーム間ピッチ領域内をすべてビームで埋めるためには、N×N回のショットが必要となる。一方、マスクを通過する穴の位置によって、形成される各ビームが持つビーム精度に差が生じてしまう場合がある。そのため、かかる各個別ビームの精度差によって、それぞれのビームで照射されるビーム間ピッチ領域の描画精度が異なってしまう。よって、各ビーム間ピッチ領域を1つのビームで描画するのではなく、できるだけ多くの異なるビームによって照射されるようにすることで、個別ビームの精度差に起因する描画誤差を平均化することが望ましい。
なお、マルチビーム描画では、1本1本のビーム毎に個別にビーム偏向を行うことは困難であるため、マルチビーム全体を一括して偏向器により偏向する。例えば、偏向振り幅が大きい主偏向器で各ビームが担当するビーム間ピッチ領域を固定し、偏向振り幅が小さい副偏向器でビーム間ピッチ領域内を偏向しながら複数のショットを行う。例えば、ステージの移動に追従するように主偏向器によるトラッキング制御によりビーム間ピッチ領域を固定し、副偏向器でビーム間ピッチ領域内の例えば1/4の領域を同じビームでショットすることが行われる(例えば、特許文献1参照)。
特開2016−001725号公報
ここで、各ビーム間ピッチ領域をさらに多くの異なるビームによって照射させるためには、主偏向器によって、担当ビーム間ピッチ領域を他のビーム間ピッチ領域に移動させる必要がある。主偏向器でマルチビームを偏向させるためには、その都度、整定時間(セトリング時間)と制御用のアイドリング時間とが必要となる。よって、トラッキングサイクルを短くして、他のビーム間ピッチ領域への移動回数を多くすると、トラッキングサイクルの都度発生するセトリング時間と制御用のアイドリング時間との影響がスループットに対して大きくなり、スループットが低下してしまうといった問題があった。
そこで、本発明の一態様は、マルチビーム描画のスループットの低下を抑制しながら、各ビーム間ピッチ領域をより多くの異なるビームによって描画することが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描画方法は、
所定のショット数の荷電粒子ビームによるマルチビームショットを行う間、マルチビームの主偏向位置がステージの移動に追従するようにステージの移動方向にマルチビームの主偏向位置のトラッキング動作を行う工程と、
トラッキング動作中に、マルチビームの各ビームが、試料の描画領域が前記マルチビームのビーム間ピッチサイズでメッシュ状に分割された複数の矩形領域のそれぞれ異なる位置に、矩形領域間を跨ぐように、前記マルチビームの副偏向位置をシフトさせ、各矩形領域に所定のショット数でマルチビームのうちの複数のビームによりビームショットを行う工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、第1の偏向器を用いて前記トラッキング動作を行い、
第2の偏向器を用いて、副偏向位置をシフトすると好適である。
或いは、第1の偏向器を用いてトラッキング動作を行うと共に、第1の偏向器を用いてステージの移動方向と直交する方向に副偏向位置のシフトを行い、
第2の偏向器を用いて、当該矩形領域内においてマルチビームの副偏向位置をシフトするように構成しても好適である。
また、各ビームがそれぞれ対応する矩形領域内で複数のビームショットを行う場合に、ショット毎に副偏向位置を矩形領域内の異なる位置にシフトさせる。
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、移動可能なステージと、
荷電粒子ビームを放出する放出源と、
複数の開口部が形成され、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基板と、
マルチビームの主偏向位置がステージの移動に追従するようにステージの移動方向にマルチビームの主偏向位置のトラッキング動作を行う第1の偏向器と、
トラッキング動作中に、マルチビームの副偏向位置をシフトさせる第2の偏向器と、
前記トラッキング動作中に、マルチビームの各ビームが、試料の描画領域がマルチビームのビーム間ピッチサイズでメッシュ状に分割された複数の矩形領域のそれぞれ異なる位置に、矩形領域間を跨ぐように、マルチビームの副偏向位置をシフトさせ、各矩形領域に所定のショット数でマルチビームのうちの複数のビームによりビームショットを行うように第1と第2の偏向器を制御する偏向制御回路と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、マルチビーム描画のスループットの低下を抑制しながら、各ビーム間ピッチ領域を描画する異なるビームのビーム数を増やすことができる。よって、個別ビームがもつ精度差に起因する描画誤差を平均化できる。
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における成形アパーチャアレイ基板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機構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機構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の個別ブランキング機構の一例を示す図である。 実施の形態1における描画動作の一例を説明するための概念図である。 実施の形態1におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。 実施の形態1の比較例におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。 実施の形態1におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。 実施の形態1及び比較例における描画位置の一例を説明するための図である。 実施の形態1の変形例における描画位置の一例を説明するための図である。 実施の形態1の変形例における描画位置の他の一例を説明するための図である。 実施の形態2における描画位置の一例を説明するための図である。 実施の形態2におけるビーム偏向位置の補正方法を説明するための図である。
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、描画機構150と制御系回路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。描画機構150は、電子鏡筒102(マルチ電子ビームカラム)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基板203、ブランキングアパーチャアレイ機構204、縮小レンズ205、制限アパーチャ基板206、対物レンズ207、主偏向器208(第1の偏向器)、及び副偏向器209(第2の偏向器)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。
制御系回路160は、制御計算機110、メモリ112、偏向制御回路130、デジタル・アナログ変換(DAC)アンプユニット132,134、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を有している。制御計算機110、メモリ112、偏向制御回路130、DACアンプユニット132,134、ステージ位置検出器139及び記憶装置140,142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130には、DACアンプユニット132,134及びブランキングアパーチャアレイ機構204が接続されている。DACアンプユニット132の出力は、副偏向器209に接続される。DACアンプユニット134の出力は、主偏向器208に接続される。ステージ位置検出器139は、レーザ光をXYステージ105上のミラー210に照射し、ミラー210からの反射光を受光する。そして、かかる反射光の情報を使ったレーザ干渉の原理を利用してXYステージ105の位置を測定する。
制御計算機110内には、ラスタライズ部50、照射量演算部52、照射時間データ加工部54、及び描画制御部56が配置されている。ラスタライズ部50、照射量演算部52、照射時間データ加工部54、及び描画制御部56といった各「〜部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、例えば、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置を含む。各「〜部」は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いても良いし、或いは異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。ラスタライズ部50、照射量演算部52、照射時間データ加工部54、及び描画制御部56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。
また、描画装置100の外部から描画データが入力され、記憶装置140に格納される。描画データには、通常、描画するための複数の図形パターンの情報が定義される。具体的には、図形パターン毎に、図形コード、座標、及びサイズ等が定義される。或いは、図形パターン毎に、図形コード、及び各頂点座標等が定義される。
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基板の構成を示す概念図である。図2において、成形アパーチャアレイ基板203には、縦(y方向)p列×横(x方向)q列(p,q≧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。図2では、例えば、縦横(x,y方向)に512×512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、同じ直径の円形であっても構わない。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。また、穴22の配列の仕方は、図2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。例えば、縦方向(y方向)k段目の列と、k+1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)k+1段目の列と、k+2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機構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機構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とパッド43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機構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330(第1の領域)に加工されている。メンブレン領域330を取り囲む周囲は、厚い膜厚Hの外周領域332(第2の領域)となる。メンブレン領域330の上面と外周領域332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332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330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330には、図2に示した成形アパーチャアレイ基板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。言い換えれば、基板31のメンブレン領域330には、電子線を用いたマルチビームのそれぞれ対応するビームが通過する複数の通過孔25がアレイ状に形成される。そして、基板31のメンブレン領域330上であって、複数の通過孔25のうち対応する通過孔25を挟んで対向する位置に2つの電極を有する複数の電極対がそれぞれ配置される。具体的には、メンブレン領域330上に、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、基板31内部であってメンブレン領域330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nビット(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、制御信号用のnビットのパラレル配線の他、クロック信号線、読み込み(read)信号、ショット(shot)信号および電源用の配線等が接続される。クロック信号線、読み込み(read)信号、ショット(shot)信号および電源用の配線等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330に配置される。但し、これに限るものではない。また、メンブレン領域330にアレイ状に形成された複数の制御回路41は、例えば、同じ行或いは同じ列によってグループ化され、グループ内の制御回路41群は、図4に示すように、直列に接続される。そして、グループ毎に配置されたパッド43からの信号がグループ内の制御回路41に伝達される。具体的には、各制御回路41内に、図示しないシフトレジスタが配置され、例えば、p×q本のマルチビームのうち例えば同じ行のビームの制御回路41内のシフトレジスタが直列に接続される。そして、例えば、p×q本のマルチビームの同じ行のビームの制御信号がシリーズで送信され、例えば、p回のクロック信号によって各ビームの制御信号が対応する制御回路41に格納される。
図5は、実施の形態1の個別ブランキング機構の一例を示す図である。図5において、制御回路41内には、アンプ46(スイッチング回路の一例)が配置される。図5の例では、アンプ46の一例として、CMOS(Complementary MOS)インバータ回路が配置される。そして、CMOSインバータ回路は正の電位(Vdd:ブランキング電位:第1の電位)(例えば、5V)とグランド電位(GND:第2の電位)に接続される。CMOSインバータ回路の出力線(OUT)は制御電極24に接続される。一方、対向電極26は、グランド電位が印加される。そして、ブランキング電位とグランド電位とが切り替え可能に印加される複数の制御電極24が、基板31上であって、複数の通過孔25のそれぞれ対応する通過孔25を挟んで複数の対向電極26のそれぞれ対応する対向電極26と対向する位置に配置される。
CMOSインバータ回路の入力(IN)には、閾値電圧よりも低くなるL(low)電位(例えばグランド電位)と、閾値電圧以上となるH(high)電位(例えば、1.5V)とのいずれかが制御信号として印加される。実施の形態1では、CMOSインバータ回路の入力(IN)にL電位が印加される状態では、CMOSインバータ回路の出力(OUT)は正電位(Vdd)となり、対向電極26のグランド電位との電位差による電界により対応する電子ビーム20を偏向し、制限アパーチャ基板206で遮蔽することでビームOFFになるように制御する。一方、CMOSインバータ回路の入力(IN)にH電位が印加される状態(アクティブ状態)では、CMOSインバータ回路の出力(OUT)はグランド電位となり、対向電極26のグランド電位との電位差が無くなり対応する電子ビーム20を偏向しないので制限アパーチャ基板206を通過することでビームONになるように制御する。
各通過孔を通過する電子ビーム20は、それぞれ独立に対となる2つの制御電極24と対向電極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。具体的には、制御電極24と対向電極26の組は、それぞれ対応するスイッチング回路となるCMOSインバータ回路によって切り替えられる電位によってマルチビームの対応する電子ビームをそれぞれ個別にブランキング偏向する。このように、複数のブランカーが、成形アパーチャアレイ基板203の複数の穴22(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。
次に描画装置100における描画機構150の動作について説明する。電子銃201(放出源)から放出された電子ビーム200は、照明レンズ202によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板203全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板203には、矩形の複数の穴(開口部)が形成され、電子ビーム200は、すべての複数の穴が含まれる領域を照明する。複数の穴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基板203の複数の穴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機構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機構204を通過したマルチビーム20a〜eは、縮小レンズ205によって、縮小され、制限アパーチャ基板206に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、ブランキングアパーチャアレイ機構204のブランカーによって偏向された電子ビーム20aは、制限アパーチャ基板206の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板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機構204のブランカーによって偏向されなかった電子ビーム20b〜20eは、図1に示すように制限アパーチャ基板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、制限アパーチャ基板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、制限アパーチャ基板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。制限アパーチャ基板206を通過したマルチビーム20は、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、主偏向器208及び副偏向器209によって、制限アパーチャ基板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。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基板203の複数の穴22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。
図6は、実施の形態1における描画動作の一例を説明するための概念図である。図6に示すように、試料101の描画領域30は、例えば、y方向に向かって所定の幅で短冊状の複数のストライプ領域32に仮想分割される。まず、XYステージ105を移動させて、第1番目のストライプ領域32の左端、或いはさらに左側の位置に一回のマルチビーム20のショットで照射可能な照射領域34が位置するように調整し、描画が開始される。第1番目のストライプ領域32を描画する際には、XYステージ105を例えば−x方向に移動させることにより、相対的にx方向へと描画を進めていく。XYステージ105は例えば等速で連続移動させる。第1番目のストライプ領域32の描画終了後、ステージ位置を−y方向に移動させて、第2番目のストライプ領域32の右端、或いはさらに右側の位置に照射領域34が相対的にy方向に位置するように調整し、今度は、XYステージ105を例えばx方向に移動させることにより、−x方向に向かって同様に描画を行う。第3番目のストライプ領域32では、x方向に向かって描画し、第4番目のストライプ領域32では、−x方向に向かって描画するといったように、交互に向きを変えながら描画することで描画時間を短縮できる。但し、かかる交互に向きを変えながら描画する場合に限らず、各ストライプ領域32を描画する際、同じ方向に向かって描画を進めるようにしても構わない。1回のショットでは、成形アパーチャアレイ基板203の各穴22を通過することによって形成されたマルチビームによって、最大で成形アパーチャアレイ基板203に形成された複数の穴22と同数の複数のショットパターンが一度に形成される。
図7は、実施の形態1におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。図7において、ストライプ領域32には、例えば、試料101面上におけるマルチビーム20のビームサイズピッチで格子状に配列される複数の制御グリッド27(設計グリッド)が設定される。例えば、10nm程度の配列ピッチにすると好適である。かかる複数の制御グリッド27が、マルチビーム20の設計上の照射位置となる。制御グリッド27の配列ピッチはビームサイズに限定されるものではなく、ビームサイズとは関係なく副偏向器209の偏向位置として制御可能な任意の大きさで構成されるものでも構わない。そして、各制御グリッド27を中心とした、制御グリッド27の配列ピッチと同サイズでメッシュ状に仮想分割された複数の画素36が設定される。各画素36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。図7の例では、試料101の描画領域が、例えばy方向に、1回のマルチビーム20の照射で照射可能な照射領域34(描画フィールド)のサイズと実質同じ幅サイズで複数のストライプ領域32に分割された場合を示している。照射領域34のx方向サイズは、マルチビーム20のx方向のビーム間ピッチにx方向のビーム数を乗じた値で定義できる。照射領域34のy方向サイズは、マルチビーム20のy方向のビーム間ピッチにy方向のビーム数を乗じた値で定義できる。なお、ストライプ領域32の幅は、これに限るものではない。照射領域34のn倍(nは1以上の整数)のサイズであると好適である。図7の例では、例えば512×512列のマルチビームの図示を8×8列のマルチビームに省略して示している。そして、照射領域34内に、1回のマルチビーム20のショットで照射可能な複数の画素28(ビームの描画位置)が示されている。言い換えれば、隣り合う画素28間のピッチが設計上のマルチビームの各ビーム間のピッチとなる。図7の例では、隣り合う4つの画素28で囲まれると共に、4つの画素28のうちの1つの画素28を含む正方形の領域で1つのサブ照射領域29(ビーム間ピッチ領域)を構成する。図7の例では、各サブ照射領域29は、4×4(=16)画素で構成される場合を示している。
図8は、実施の形態1の比較例におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。図8では、図7で示したストライプ領域32を描画するマルチビームのうち、y方向3段目の座標(1,3),(2,3),(3,3),・・・,(512,3)の各ビームで描画するサブ照射領域29の一部を示している。図8の例では、例えば、XYステージ105が8ビームピッチ分の距離を移動する間に4つの画素を描画(露光)する場合を示している。かかる4つの画素を描画(露光)する間、照射領域34がXYステージ105の移動によって試料101との相対位置がずれないように、主偏向器208によってマルチビーム20全体を一括偏向することによって、照射領域34をXYステージ105の移動に追従させる。言い換えれば、トラッキング制御が行われる。図8の例では、8ビームピッチ分の距離を移動する間に4つの画素を描画(露光)することで1回のトラッキングサイクルを実施する場合を示している。
図8の例では、座標(1,3)のビーム(1)によって、時刻t=0からt=最大描画時間Ttrまでの間に注目サブ照射領域29の例えば最下段右から1番目の画素36の制御グリッド27に1ショット目のビームの照射が行われる。これにより、当該画素は、所望の照射時間のビームの照射を受けたことになる。時刻t=0からt=Ttrまでの間にXYステージ105は例えば2ビームピッチ分だけ−x方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。
当該ショットのビーム照射開始から当該ショットの最大描画時間Ttrが経過後、主偏向器208によってトラッキング制御のためのビーム偏向を継続しながら、トラッキング制御のためのビーム偏向とは別に、副偏向器209によってマルチビーム20を一括して偏向することによって各ビームの描画位置(前回の描画位置)を次の各ビームの描画位置(今回の描画位置)にシフトする。図8の例では、時刻t=Ttrになった時点で、注目サブ照射領域29の最下段右から1番目の画素36の制御グリッド27から下から3段目かつ右から1番目の画素36の制御グリッド27へと描画対象制御グリッド27をシフトする。その間にもXYステージ105は定速移動しているのでトラッキング動作は継続している。
そして、トラッキング制御を継続しながら、シフトされた各ビームの描画位置に当該ショットの最大描画時間Ttr内のそれぞれ対応する描画時間、マルチビーム20のうちONビームのそれぞれ対応するビームを照射する。図8の例では、座標(1,3)のビーム(1)によって、時刻t=Ttrからt=2Ttrまでの間に注目サブ照射領域29の例えば下から3段目かつ右から1番目の画素36の制御グリッド27に2ショット目のビームの照射が行われる。時刻t=Ttrからt=2Ttrまでの間にXYステージ105は例えば2ビームピッチ分だけ−x方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。
図8の例では、時刻t=2Ttrになった時点で、注目サブ照射領域29の下から3段目かつ右から1番目の画素36の制御グリッド27から下から1段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27へと副偏向器209によるマルチビームの一括偏向により描画対象制御グリッド27をシフトする。その間にもXYステージ105は移動しているのでトラッキング動作は継続している。そして、座標(1,3)のビーム(1)によって、時刻t=2Ttrからt=3Ttrまでの間に注目サブ照射領域29の例えば下から1段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27に3ショット目のビームの照射が行われる。これにより、当該画素36の制御グリッド27は、所望の照射時間のビームの照射を受けたことになる。
時刻t=2Ttrからt=3Ttrまでの間にXYステージ105は例えば2ビームピッチ分だけ−x方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。時刻t=3Ttrになった時点で、注目サブ照射領域29の下から1段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27から下から3段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27へと副偏向器209によるマルチビームの一括偏向により描画対象画素をシフトする。その間にもXYステージ105は移動しているのでトラッキング動作は継続している。
そして、座標(1,3)のビーム(1)によって、時刻t=3Ttrからt=4Ttrまでの間に注目サブ照射領域29の例えば下から3段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27に4ショット目のビームの照射が行われる。これにより、当該画素36の制御グリッド27は、所望の照射時間のビームの照射を受けたことになる。
時刻t=3Ttrからt=4Ttrまでの間にXYステージ105は例えば2ビームピッチ分だけ−x方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。以上により、注目サブ照射領域29の下から1段目かつ右から1番目の画素、下から3段目かつ右から1番目の画素、下から3段目かつ右から1番目の画素、及び下から3段目かつ右から3番目の画素の計4画素の描画が終了する。
図8の例では初回位置から3回シフトされた後の各ビームの描画位置にそれぞれ対応するビームを照射した後、DACアンプユニット134は、トラッキング制御用のビーム偏向をリセットすることによって、トラッキング位置をトラッキング制御が開始されたトラッキング開始位置に戻す。言い換えれば、トラッキング位置をステージ移動方向と逆方向に戻す。図8の例では、時刻t=4Ttrになった時点で、注目サブ照射領域29のトランキングを解除して、x方向に8ビームピッチ分ずれた注目サブ照射領域29にビームを振り戻す。なお、図8の例では、座標(1,3)のビーム(1)について説明したが、その他の座標のビームについてもそれぞれの対応するサブ照射領域29に対して同様に描画が行われる。すなわち、座標(m,m’)のビームは、t=4Ttrの時点で対応するサブ照射領域29に対して下から1段目かつ右から1番目の画素、下から3段目かつ右から1番目の画素、下から3段目かつ右から1番目の画素、及び下から3段目かつ右から3番目の画素の計4画素の描画が終了する。例えば、座標(2,3)のビーム(2)は、図7のビーム(1)用の注目サブ照射領域29の−x方向に隣り合うサブ照射領域29に対して下から1段目かつ右から1番目の画素、下から3段目かつ右から1番目の画素、下から3段目かつ右から1番目の画素、及び下から3段目かつ右から3番目の画素の計4画素の描画が終了する。
なお、各サブ照射領域29の下から1段目かつ右から1番目の画素、下から3段目かつ右から1番目の画素、下から3段目かつ右から1番目の画素、及び下から3段目かつ右から3番目の画素の計4画素の描画が終了しているので、トラッキングリセットした後に、次回のトラッキングサイクルにおいてまず副偏向器209は、まだ、描画されていない画素の制御グリッド27にそれぞれ対応するビームの描画位置を合わせる(シフトする)ように偏向する。例えば、各サブ照射領域29の下から1段目かつ右から2番目の画素の制御グリッド27にそれぞれ対応するビームの描画位置を合わせる(シフトする)ように偏向する。
以上のように同じトラッキングサイクル中は主偏向器208によって照射領域34を試料101に対して相対位置が同じ位置になるように制御された状態で、副偏向器209によってサブ照射領域29内をシフトさせながら各ショットを行う。そして、トラッキングサイクルが1サイクル終了後、照射領域34のトラッキング位置を戻してから、図8の下段に示すように、例えば1制御グリッド(1画素)ずれた位置に1回目のショット位置を合わせ、次のトラッキング制御を行いながら副偏向器209によってサブ照射領域29内をシフトさせながら各ショットを行う。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。ストライプ領域32の描画中、かかる動作を繰り返すことで、照射領域34a〜34oといった具合に順次照射領域34の位置が移動していき、当該ストライプ領域の描画を行っていく。
かかる実施の形態1の比較例では、n×n画素のサブ照射領域29全体を描画するためにn’回のトラッキングサイクルが行われるので、n×n画素のサブ照射領域29が、n’個の異なるビーム(成形アパーチャアレイ基板203の異なる穴22を通過したビーム)によって描画される。かかるn’個の異なるビームのうち、1つのビーム(成形アパーチャアレイ基板203の同じ穴22を通過したビーム)によってn”画素(n”=(n×n)/n’)ずつ描画される。よって、当該1つのビームが精度不良或いは故障ビームであった場合、かかるサブ照射領域29の1/n’の領域が描画誤差を含むことになってしまう。図8の例では、16画素で構成されるサブ照射領域29のうち4画素が描画誤差を含むことになってしまう。そこで、実施の形態1では、n×n画素のサブ照射領域29が、n’個よりも多くの異なるビーム(成形アパーチャアレイ基板203の異なる穴22を通過したビーム)によって描画されるように描画方法を変える。ここで、n×n画素のサブ照射領域29全体を描画するために、n”回のマルチビーム20のショットを1回のトラッキングサイクルとするn’回のトラッキングサイクルが行われる。かかる関係は維持する。これにより、トラッキングサイクルごとに必要な主偏向器208用のDACアンプのセトリング時間と制御アイドリング時間の発生回数を増加させないようにできる。かかる条件を満たすために、実施の形態1では、サブ照射領域29内の範囲で偏向していた副偏向器209の偏向振り幅を大きくする。
実施の形態1では、主偏向器208によって、n”回のショット数(所定のショット数)の電子ビームによるマルチビームショットを行う間、マルチビーム20の主偏向位置がXYステージ105の移動に追従するようにXYステージ105の移動方向にマルチビーム20の主偏向位置のトラッキング動作を行う。マルチビーム20の主偏向位置として、例えば、照射領域34の中心位置を用いると好適である。或いは、例えば、照射領域34の4隅のうちの1つ(例えば左下角)を用いても好適である。以下、図8の例と同様、8ビームピッチ分の距離を移動する間に4つの画素を描画(露光)する(4ショット行う)ことで1回のトラッキングサイクルを実施する場合を説明する。
実施の形態1では、偏向制御回路130が、トラッキング動作中に、マルチビーム20の各ビームが、試料101の描画領域がマルチビーム20のビーム間ピッチサイズでメッシュ状に分割された複数のサブ照射領域29のそれぞれ異なる位置に、サブ照射領域29間を跨ぐように、マルチビーム20の副偏向位置をシフトさせ、各サブ照射領域29に所定のショット数でマルチビーム20のうちの複数のビームによりビームショットを行うように主偏向器208及び副偏向器209を制御する。言い換えれば、偏向制御回路130が、トラッキング動作中に、サブ照射領域29間を各ビームの照射位置が跨ぐように、跨がれたサブ照射領域29間でサブ照射領域29内での各ビームの照射位置が異なるように、かつ跨がれたサブ照射領域29間の各サブ照射領域29における当該ビームによるショット数が同じ数になるように、マルチビーム20の副偏向位置をシフトさせるように主偏向器208及び副偏向器209を制御する。そして同時に、偏向制御回路130は、マルチビーム20のうちの複数のビームにより、各サブ照射領域29に1回のトラッキングサイクル中のショット数(所定のショット数)のビームショットを行うように主偏向器208及び副偏向器209を制御する。マルチビーム20の副偏向位置として、主偏向位置と同様、例えば、照射領域34の中心位置を用いると好適である。或いは、例えば、照射領域34の4隅のうちの1つ(例えば左下角)を用いても好適である。ここでは、偏向可能な偏向振り幅が、例えば、x,y方向にそれぞれ2ビーム間ピッチ分有している副偏向器209を用いる場合について説明する。
図9は、実施の形態1におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。図9では、図8と同様、ストライプ領域32を描画するマルチビームのうち、y方向3段目の座標(1,3),(2,3),(3,3),・・・,(512,3)の各ビームで描画するサブ照射領域29と、y方向4段目の各ビームで描画するサブ照射領域29との一部を示している。図9の例では、例えば、XYステージ105が8ビームピッチ分の距離を移動する間に4つの画素を描画(露光)する場合を示している。かかる4つの画素を描画(露光)する間、照射領域34がXYステージ105の移動によって試料101との相対位置がずれないように、主偏向器208によってマルチビーム20全体を一括偏向することによって、照射領域34をXYステージ105の移動に追従させる。言い換えれば、トラッキング制御が行われる。図9の例では、8ビームピッチ分の距離を移動する間に4つの画素を描画(露光)することで1回のトラッキングサイクルを実施する場合を示している。
具体的には、ステージ位置検出器139が、ミラー210にレーザを照射して、ミラー210から反射光を受光することでXYステージ105の位置を測長する。測長されたXYステージ105の位置は、制御計算機110に出力される。制御計算機110内では、描画制御部56がかかるXYステージ105の位置情報を偏向制御回路130に出力する。偏向制御回路130内では、XYステージ105の移動に合わせて、XYステージ105の移動に追従するようにビーム偏向するための偏向量データ(トラッキング偏向データ)を演算する。デジタル信号であるトラッキング偏向データは、DACアンプユニット134に出力され、DACアンプユニット134は、デジタル信号をアナログ信号に変換の上、増幅して、トラッキング偏向電圧として主偏向器208に印加する。
そして、描画機構150は、当該ショットにおけるマルチビームの各ビームのそれぞれの照射時間のうちの最大描画時間Ttr内のそれぞれの制御グリッド27に対応する描画時間(照射時間、或いは露光時間)、各制御グリッド27にマルチビーム20のうちONビームのそれぞれ対応するビームを照射する。
図9(a)の例では、図8の例と同様、座標(1,3)のビーム(1)によって、時刻t=0からt=最大描画時間Ttrまでの間に注目サブ照射領域29の例えば最下段右から1番目の画素36の制御グリッド27に1ショット目のビームの照射が行われる。これにより、当該画素は、所望の照射時間のビームの照射を受けたことになる。時刻t=0からt=Ttrまでの間にXYステージ105は例えば2ビームピッチ分だけ−x方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。
当該ショットのビーム照射開始から当該ショットの最大描画時間Ttrが経過後、主偏向器208によってトラッキング制御のためのビーム偏向を継続しながら、トラッキング制御のためのビーム偏向とは別に、副偏向器209によってマルチビーム20を一括して偏向することによって各ビームの描画位置(前回の描画位置)を次の各ビームの描画位置(今回の描画位置)にシフトする。ここでは、図9(a)に示すように、時刻t=Ttrになった時点で、注目サブ照射領域29のy方向に隣接する別のサブ照射領域29へとシフトする。言い換えれば、1回のトラッキング動作中に、試料101の描画領域30(或いはストライプ領域32)がマルチビーム20のビーム間ピッチサイズでメッシュ状に分割された複数のサブ照射領域29(矩形領域)のサブ照射領域29間を各ビームの照射位置が跨ぐようにマルチビーム20の副偏向位置をシフトさせる。ここでは、図9(a)に示す注目サブ照射領域29の最下段右から1番目の画素36の制御グリッド27から、図9(b)に示すy方向に隣接する別のサブ照射領域29の下から3段目かつ右から1番目の画素36の制御グリッド27へと描画対象制御グリッド27をシフトする。言い換えれば、跨がれたサブ照射領域29間でサブ照射領域29内での各ビームの照射位置が異なるようにマルチビーム20の副偏向位置をシフトさせる。
かかるシフト動作は、副偏向器209の偏向振り幅の範囲内で行えば、副偏向器209用のDACアンプのセトリング時間が増えることは無い。図8の例のように、8ビーム間ピッチ分を偏向可能な偏向振り幅をもつ主偏向器208に比べて、十分小さい2ビーム間ピッチ分を偏向可能な偏向振り幅をもつ副偏向器209でサブ照射領域29間をシフトさせることで、セトリング時間の増加を抑制できる。よって、同じサブ照射領域29内で画素位置をシフトさせる場合と同様の時間で別のサブ照射領域29へとシフトさせることができる。その間にもXYステージ105は定速移動しているので主偏向器208によるトラッキング動作は継続している。
そして、トラッキング制御を継続しながら、シフトされた各ビームの描画位置に当該ショットの最大描画時間Ttr内のそれぞれ対応する描画時間、マルチビーム20のうちONビームのそれぞれ対応するビームを照射する。図9(b)の例では、座標(1,3)のビーム(1)によって、時刻t=Ttrからt=2Ttrまでの間に注目サブ照射領域29のy方向に隣接する別のサブ照射領域29の例えば下から3段目かつ右から1番目の画素36の制御グリッド27に2ショット目のビームの照射が行われる。時刻t=Ttrからt=2Ttrまでの間にXYステージ105は例えば2ビームピッチ分だけ−x方向に移動する。その間、主偏向器208によるトラッキング動作は継続している。
図9(b)の例では、時刻t=2Ttrになった時点で、注目サブ照射領域29のy方向に隣接する別のサブ照射領域29の下から3段目かつ右から1番目の画素36の制御グリッド27から、注目サブ照射領域29の−x方向に隣接するさらに別のサブ照射領域29の下から1段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27へと副偏向器209によるマルチビームの一括偏向により描画対象制御グリッド27をシフトする。その間にもXYステージ105は移動しているのでトラッキング動作は継続している。そして、座標(1,3)のビーム(1)によって、図9(c)に示すように、時刻t=2Ttrからt=3Ttrまでの間に注目サブ照射領域29の−x方向に隣接するサブ照射領域29の例えば下から1段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27に3ショット目のビームの照射が行われる。これにより、当該画素36の制御グリッド27は、所望の照射時間のビームの照射を受けたことになる。
時刻t=2Ttrからt=3Ttrまでの間にXYステージ105は例えば2ビームピッチ分だけ−x方向に移動する。その間、主偏向器208によるトラッキング動作は継続している。時刻t=3Ttrになった時点で、注目サブ照射領域29の−x方向に隣接する別のサブ照射領域29の下から1段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27から、注目サブ照射領域29の−x方向及びy方向の斜め方向に隣接するさらに別のサブ照射領域29の下から3段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27へと副偏向器209によるマルチビームの一括偏向により描画対象画素をシフトする。その間にもXYステージ105は移動しているので主偏向器208によるトラッキング動作は継続している。
そして、座標(1,3)のビーム(1)によって、図9(d)に示すように、時刻t=3Ttrからt=4Ttrまでの間に注目サブ照射領域29の−x方向及びy方向の斜め方向に隣接するサブ照射領域29の例えば下から3段目かつ右から3番目の画素36の制御グリッド27に4ショット目のビームの照射が行われる。これにより、当該画素36の制御グリッド27は、所望の照射時間のビームの照射を受けたことになる。
時刻t=3Ttrからt=4Ttrまでの間にXYステージ105は例えば2ビームピッチ分だけ−x方向に移動する。その間、主偏向器208によるトラッキング動作は継続している。以上により、注目サブ照射領域29の下から1段目かつ右から1番目の画素、注目サブ照射領域29のy方向に隣接するサブ照射領域29の下から3段目かつ右から1番目の画素、注目サブ照射領域29の−x方向に隣接するサブ照射領域29の下から3段目かつ右から1番目の画素、及び注目サブ照射領域29の−x,+y方向に隣接するサブ照射領域29の下から3段目かつ右から3番目の画素の計4画素の描画が終了する。
このように、実施の形態1では、跨がれたサブ照射領域29間の各サブ照射領域29における当該ビームによるショット数が同じ数になるようにマルチビーム20の副偏向位置をシフトさせる。図9(a)〜図9(d)の例では、ビーム(1)によって跨がれた互いに隣接する4つのサブ照射領域29におけるビーム(1)によるショット数が共に1回ずつになるようにマルチビーム20の副偏向位置をシフトさせている。
そして、図9(e)に示すように、初回位置から3回シフトされた後の各ビームの描画位置にそれぞれ対応するビームを照射した後、DACアンプユニット134は、トラッキング制御用のビーム偏向をリセットすることによって、トラッキング位置をトラッキング制御が開始されたトラッキング開始位置に戻す。言い換えれば、トラッキング位置をステージ移動方向と逆方向に戻す。図9(e)の例では、時刻t=4Ttrになった時点で、注目サブ照射領域29のトランキングを解除して、x方向に8ビームピッチ分ずれた注目サブ照射領域29にビームを振り戻す。なお、図9(a)〜図9(e)の例では、座標(1,3)のビーム(1)について説明したが、その他の座標のビームについてもそれぞれの対応するサブ照射領域29に対して同様に描画が行われる。すなわち、座標(n,m)のビームは、t=4Ttrの時点で対応するサブ照射領域29の下から1段目かつ右から1番目の画素、対応するサブ照射領域29のy方向に隣接するサブ照射領域29の下から3段目かつ右から1番目の画素、対応するサブ照射領域29の−x方向に隣接するサブ照射領域29の下から3段目かつ右から1番目の画素、及び対応するサブ照射領域29の−x,+y方向に隣接するサブ照射領域29の下から3段目かつ右から3番目の画素の計4画素の描画が終了する。例えば、座標(2,3)のビーム(2)は、図9(a)に示すビーム(1)用の注目サブ照射領域29の−x方向に隣り合うサブ照射領域29に対して下から1段目かつ右から1番目の画素、図9(b)に示すビーム(1)用の注目サブ照射領域29の−x,+y方向に隣接するサブ照射領域29の下から3段目かつ右から1番目の画素、図9(c)に示すビーム(1)用の注目サブ照射領域29の−x方向に2つずれたサブ照射領域29の下から3段目かつ右から1番目の画素、及び図9(d)に示すビーム(1)用の注目サブ照射領域29の−x方向に2つ離れて、かつy方向に1つずれたサブ照射領域29の下から3段目かつ右から3番目の画素の計4画素の描画が終了する。
そして、実施の形態1では、トラッキングリセットした後に、次回のトラッキングサイクルにおいてまず副偏向器209は、まだ、描画されていない画素の制御グリッド27にそれぞれ対応するビームの描画位置を合わせる(シフトする)ように偏向する。例えば、各サブ照射領域29の下から1段目かつ右から2番目の画素の制御グリッド27にそれぞれ対応するビームの描画位置を合わせる(シフトする)ように偏向する。
以上のように同じトラッキングサイクル中は主偏向器208によって照射領域34を試料101に対して相対位置が同じ位置になるように制御された状態で、副偏向器209によってサブ照射領域29間を跨ぐようにシフトさせながら各ショットを行う。そして、トラッキングサイクルが1サイクル終了後、照射領域34のトラッキング位置を戻してから、図9(e)に示すように、例えば1制御グリッド(1画素)ずれた位置に1回目のショット位置を合わせ、次のトラッキング制御を行いながら副偏向器209によってサブ照射領域29間を跨ぐようにシフトさせながら各ショットを行う。ストライプ領域32の描画中、かかる動作を繰り返すことで、照射領域34a〜34oといった具合に順次照射領域34の位置が移動していき、当該ストライプ領域の描画を行っていく。
かかる描画方法を実施することで、1回のトラッキング動作で、n×n画素の各サブ照射領域29が、それぞれn”制御グリッド(n”画素)ずつ描画される。かかる点は、図8の比較例の場合と同様である。そして、n’回のトラッキング動作でn×n画素のサブ照射領域29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。
図10は、実施の形態1及び比較例における描画位置の一例を説明するための図である。図8において説明した比較例における描画方法を実施する場合、図10(a)に示すように、比較例では、4×4(=16)画素のサブ照射領域29が、4個の異なるビーム(成形アパーチャアレイ基板203の異なる穴22を通過したビーム)によって描画される。そして、各サブ照射領域29が、1つのビーム(成形アパーチャアレイ基板203の同じ穴22を通過したビーム)によって4画素ずつ描画される。よって、当該1つのビームが精度不良或いは故障ビームであった場合、かかるサブ照射領域29の1/4の領域が描画誤差を含むことになってしまう。これに対して、図9(a)〜図9(e)において説明した実施の形態1における描画方法を実施する場合、図10(b)に示すように、4×4(=16)画素のサブ照射領域29が、16個の異なるビーム(成形アパーチャアレイ基板203の異なる穴22を通過したビーム)によって描画される。そして、各サブ照射領域29が、1つのビーム(成形アパーチャアレイ基板203の同じ穴22を通過したビーム)によって1画素ずつ描画される。よって、当該1つのビームが精度不良或いは故障ビームであった場合、かかるサブ照射領域29の描画誤差を含む領域を1/16の領域に低減できる。
以上のように、実施の形態1では、n×n画素のサブ照射領域29全体を描画するためにn’回のトラッキングサイクルが行われるので、n×n画素のサブ照射領域29が、n’×n”個(n’×n”=n×n)の異なるビーム(成形アパーチャアレイ基板203の異なる穴22を通過したビーム)によって描画される。かかるn’×n”個の異なるビームのうち、1つのビーム(成形アパーチャアレイ基板203の同じ穴22を通過したビーム)によって1画素ずつ描画される。よって、当該1つのビームが精度不良或いは故障ビームであった場合、かかるサブ照射領域29の描画誤差を含む領域を1/(n×n)の領域に低減できる。なお、n×n画素のサブ照射領域29全体を描画するために、n”回のマルチビーム20のショットを1回のトラッキングサイクルとするn’回のトラッキングサイクルが行われる点に変更はないので、トラッキングサイクルごとに必要な主偏向器208用のDACアンプのセトリング時間と制御用のアイドリング時間の発生回数を増加させないようにできる。よって、スループットの劣化を回避できる。
図11は、実施の形態1の変形例における描画位置の一例を説明するための図である。上述した例では、サブ照射領域29が4×4(=16)画素で構成される場合について説明したが、これに限るものではない。図11の例では、ビーム間ピッチを1辺とする矩形のサブ照射領域29が例えば16×16(=256)画素で構成される場合について説明する。例えば、16ショットで1回のトラッキングサイクルを16回繰り返すことでサブ照射領域29全体(256画素)を描画する場合について説明する。トラッキングサイクル毎にサブ照射領域29間をビームが移動する場合、1つのビームが1つのサブ照射領域29内を16ショットずつ、16回のトラッキングサイクルで16個の異なるビームにより16×16画素で構成されるサブ照射領域29全体(256画素)の描画を行うことになる。そして、当該1つのビームが精度不良或いは故障ビームであった場合、かかるサブ照射領域29の1/16の領域が描画誤差を含むことになってしまう。よって、実施の形態1の変形例では、サブ照射領域29内を描画する異なるビームの数を増やす。ここで、例えば、x,y方向にそれぞれ4ビーム間ピッチ分が偏向可能な偏向振り幅をもつ副偏向器209を用いて、16ショットで1回のトラッキングサイクル中に、16(=4×4)個のサブ照射領域29に1つのビームで1ショットずつ描画を行うことも想定できる。しかし、かかる場合、シフト毎に生じる副偏向器209用のDACアンプのセトリング時間が偏向振り幅の増加に応じて長くなってしまう。よって、スループットの低下につながってしまう。
そこで、実施の形態1の変形例では、1ショット毎に各ビームがサブ照射領域29間を跨ぐようにシフトするのではなく、1つのサブ照射領域29内で各ビームが複数のショットを行った後に、他のサブ照射領域29にシフトさせる。その際、各ビームがそれぞれ対応するサブ照射領域29内で複数のビームショットを行う場合に、ショット毎にマルチビームの副偏向位置をサブ照射領域29内の異なる位置にシフトさせる。図11の例では、例えば4×4(=16)個の画素群37を1単位として、マルチビーム20のショットを1画素置きにシフトしながらショットする回数(4回)行って、サブ照射領域29内の異なる4画素の描画を行う毎に、注目サブ照射領域29からy方向に隣接するサブ照射領域29、−x方向に隣接するサブ照射領域29、及び−x,+y方向に隣接するサブ照射領域29にそれぞれシフトする。また、かかる場合、跨がれたサブ照射領域29間でサブ照射領域29内での各ビームの照射位置が異なるように、かつ跨がれたサブ照射領域29間の各サブ照射領域29における当該ビームによるショット数が同じ数(例えば4回)になるようにマルチビーム20の副偏向位置をシフトさせる。かかる手法により、x,y方向にそれぞれ2ビーム間ピッチ分が偏向可能な偏向振り幅を副偏向器209に持たせるだけで、1つのビーム(成形アパーチャアレイ基板203の同じ穴22を通過したビーム)によって描画されるサブ照射領域29内の画素数を1/64に低減できる。このように、実施の形態1の変形例では、1つのビームが例えば、4ショットずつ、16回のトラッキングサイクルで64個の異なるビームにより16×16画素で構成されるサブ照射領域29全体の描画を行うことになるので、セトリング時間の増加を抑制しながら、かかるサブ照射領域29の描画誤差を含む領域を1/64の領域に低減できる。
マルチビーム20で試料101を描画する際、上述したように、主偏向器208による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を副偏向器209によるビーム偏向位置の移動によってサブ照射領域29間を跨ぎながら、サブ照射領域29内に必要なショット数のビームを照射していく。そして、試料101上のどの制御グリッド27(画素36)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。
ここで、上述した例では、1回のトラッキング動作中に、1つのビームによる照射位置が、サブ照射領域29間を跨ぎながら、各サブ照射領域29内の対応画素(或いは1単位の画素群37)を1画素置きにシフトしながらn制御グリッド(n画素)が描画される。但し、これに限るものではない。
図12は、実施の形態1の変形例における描画位置の他の一例を説明するための図である。図12の例では、1つのビームによる照射位置が、サブ照射領域29間を跨ぐ毎に、各サブ照射領域29内の対応画素(或いは1単位の画素群37)をy方向に1画素ずつシフトしながらn制御グリッド(n画素)が描画されてもよい。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。或いは、サブ照射領域29間を跨ぐ毎に、各サブ照射領域29内の対応画素(或いは1単位の画素群37)を−x方向或いは斜め方向に1画素ずつシフトしながらn制御グリッド(n画素)が描画されてもよい。
次に、描画装置100の外部から入力され、記憶装置140に格納された描画データを使った実際の描画処理の動作について順を追って説明する。
面積率マップ作成工程(ラスタライズ処理工程)として、ラスタライズ部50は、記憶装置140から描画データを読み出し、画素36毎に、当該画素36内のパターン面積密度ρ’を演算する。かかる処理は、例えば、ストライプ領域32毎に実行する。
照射量演算工程として、照射量演算部52は、まず、描画領域(ここでは、例えばストライプ領域32)を所定のサイズでメッシュ状に複数の近接メッシュ領域(近接効果補正計算用メッシュ領域)に仮想分割する。近接メッシュ領域のサイズは、近接効果の影響範囲の1/10程度、例えば、1μm程度に設定すると好適である。照射量演算部52は、記憶装置140から描画データを読み出し、近接メッシュ領域毎に、当該近接メッシュ領域内に配置されるパターンのパターン面積密度ρを演算する。
次に、照射量演算部52は、近接メッシュ領域毎に、近接効果を補正するための近接効果補正照射係数Dp(x)(補正照射量)を演算する。未知の近接効果補正照射係数Dp(x)は、後方散乱係数η、しきい値モデルの照射量閾値Dth、パターン面積密度ρ、及び分布関数g(x)を用いた、従来手法と同様の近接効果補正用のしきい値モデルによって定義できる。
次に、照射量演算部52は、画素36毎に、当該画素36に照射するための入射照射量D(x)(ドーズ量)を演算する。入射照射量D(x)は、例えば、予め設定された基準照射量Dbaseに近接効果補正照射係数Dpとパターン面積密度ρ’とを乗じた値として演算すればよい。基準照射量Dbaseは、例えば、Dth/(1/2+η)で定義できる。以上により、描画データに定義される複数の図形パターンのレイアウトに基づいた、近接効果が補正された本来の所望する入射照射量D(x)を得ることができる。
そして、照射量演算部52は、画素36毎の入射照射量D(x)を所定の量子化単位Δで階調化された照射時間tに変換した、画素36毎の照射時間を定義した照射時間データマップ(1)を作成する。作成された照射時間データマップ(1)は、例えば、記憶装置142に格納される。
照射時間データ加工工程として、照射時間データ加工部54は、照射時間データマップ(1)を読み出し、実施の形態1における描画シーケンスに沿ってショット順に並び替える。そして、ショット順に照射時間tデータを偏向制御回路130に転送する。
描画工程として、偏向制御回路130は、ブランキングアパーチャアレイ機構204にショット順にブランキング制御信号を出力すると共に、DACアンプユニット132,134にショット順に偏向制御信号を出力する。そして、描画機構150は、上述したトラッキング制御と、各トラッキング制御中のサブ照射領域29間を跨ぐマルチビームシフトを行いながら、マルチビーム20を用いて、試料101を描画する。
なお、上述した例では、副偏向器209の偏向振り幅が2ビーム間ピッチサイズの場合を説明したが、これに限るものではない。主偏向器208に比べて偏向振り幅が十分小さい副偏向器209のセトリング時間を増加させない、或いは大きく増加させない範囲でサブ照射領域29間を跨ぐマルチビームシフトを行えばよい。なお、サブ照射領域29間を跨ぐマルチビームシフトのシフト量を大きくしないことで、成形アパーチャアレイ基板203により形成されるマルチビームが持つ位置依存の歪の影響を回避できる。
以上のように、実施の形態1によれば、マルチビーム描画のスループットの低下を抑制しながら、各サブ照射領域29(ビーム間ピッチ領域)を描画する異なるビームのビーム数を増やすことができる。よって、個別ビームがもつ精度差に起因する描画誤差を平均化できる。
実施の形態2.
実施の形態1では、副偏向器209によってサブ照射領域29間を跨ぐようにマルチビームのシフトを行う場合を説明したが、これに限るものではない。実施の形態2では、主偏向器208によってサブ照射領域29間を跨ぐようにマルチビームのシフトを行う場合を説明する。描画装置100の構成は図1と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
図13は、実施の形態2における描画位置の一例を説明するための図である。上述したように、例えば、x,y方向にそれぞれ2ビーム間ピッチ分の偏向可能な振り幅を持った副偏向器209をマルチビームシフト用に用いる場合、隣接するサブ照射領域29にはシフトできるが、それを超えるシフトが困難になる。よって、各サブ照射領域29(ビーム間ピッチ領域)を描画する異なるビームのビーム数を増やすにも、副偏向器209が持つ偏向振り幅によって制限を受けることになる。さらに大きな距離をシフトさせるためには副偏向器209及びDACアンプユニット132を偏向振り幅が大きなものに取り換える必要が生じる。一方、偏向振り幅が大きな主偏向器208については、トラッキング方向(例えばx方向)にビーム偏向を行うものの、直交するy方向については使用していない。主偏向器208は、y方向についてもトラッキング偏向量と同等な距離のビーム偏向が可能である。そこで、実施の形態2では、トラッキング制御用の偏向器(主偏向器208)を使って、トラッキング制御中に、トラッキング方向と直交する方向にマルチビームをシフトさせる。
図13の例では、例えば4×4(=16)個の画素群37を1単位として、マルチビーム20のショットを1画素置きに副偏向器209を使ってシフトしながら4回ショットしてサブ照射領域29内の異なる4画素の描画を行う毎に、主偏向器208を使って、注目サブ照射領域29からy方向に隣接するサブ照射領域29、y方向に2つ隣りのサブ照射領域29、及びy方向に3つ隣りのサブ照射領域29にそれぞれシフトする。また、かかる場合、跨がれたサブ照射領域29間でサブ照射領域29内での各ビームの照射位置が異なるように、かつ跨がれたサブ照射領域29間の各サブ照射領域29における当該ビームによるショット数が同じ数(例えば4回)になるようにマルチビーム20の副偏向位置をシフトさせる。かかる手法により、x,y方向にそれぞれ2ビーム間ピッチ分が偏向可能な偏向振り幅をもつ副偏向器209をそのまま使用して、1つのビーム(成形アパーチャアレイ基板203の同じ穴22を通過したビーム)によって描画されるサブ照射領域29内の画素数を1/64に低減できる。主偏向器208のy方向への偏向振り幅にはまだ十分余裕があるので、1単位となる画素群37のショット回数を減らして、サブ照射領域29間をy方向に跨ぐ回数を増やすことができる。例えば、例えば4×4(=16)個の画素群37を1単位として、副偏向器209を使ってマルチビーム20をシフトしながら2回ショットしてサブ照射領域29内の異なる2画素の描画を行う毎に、主偏向器208を使って、注目サブ照射領域29からy方向に隣接するサブ照射領域29、y方向に2つ隣りのサブ照射領域29、y方向に3つ隣りのサブ照射領域29、y方向に4つ隣りのサブ照射領域29、y方向に5つ隣りのサブ照射領域29、y方向に6つ隣りのサブ照射領域29、及びy方向に7つ隣りのサブ照射領域29にそれぞれシフトしても良い。かかる手法により、x,y方向にそれぞれ2ビーム間ピッチ分が偏向可能な偏向振り幅をもつ副偏向器209をそのまま使用して、1つのビーム(成形アパーチャアレイ基板203の同じ穴22を通過したビーム)によって描画されるサブ照射領域29内の画素数を1/128に低減できる。
図14は、実施の形態2におけるビーム偏向位置の補正方法を説明するための図である。主偏向器208の偏向振り幅は、副偏向器209の偏向振り幅に比べて十分に大きい。そのため、主偏向器208の制御グリッドの分解能は、副偏向器209の制御グリッドの分解能よりも粗くなる。言い換えれば、主偏向器208の制御用アドレスユニット(A.U.)は、副偏向器209の制御用アドレスユニット(A.U.)よりも大きくなってしまう。そのため、主偏向器208を使ってy方向にビームシフトする場合、偏向位置に分解能誤差が生じる場合があり得る。そこで、実施の形態2では、主偏向器208を使ってy方向にビームシフトした際、シフト後の偏向位置が目標シフト位置からずれる場合には、副偏向器209によって補正する。これにより、高精度なビームシフトができる。
ここで、主偏向器208によってy方向にマルチビームをシフトする毎に、主偏向器208のセトリング時間が必要となる。しかし、y方向にマルチビームをシフトするシフト量をトラッキング偏向量に対して小さくすれば、主偏向器208のy方向セトリング時間をトラッキングリセット時のセトリング時間に比べて小さくできる。よって、トラッキングサイクル数を増加させてサブ照射領域29間移動の回数を増やす場合に比べてスループットへの影響を小さくできる。
以上のように、実施の形態2によれば、マルチビーム描画のスループットの低下を抑制しながら、各サブ照射領域29(ビーム間ピッチ領域)を描画する異なるビームのビーム数を増やすことができる。よって、個別ビームがもつ精度差に起因する描画誤差を平均化できる。
なお、実施の形態2の変形例として、1回のトラッキングサイクル中におこなうサブ照射領域29間移動を主偏向器208のy方向移動と、副偏向器209のx方向及び/或いはy方向移動と、を組み合わせても好適である。組合せることで、主偏向器208のy方向セトリング時間の発生回数を減らしながら、副偏向器209だけではシフト困難な位置へとマルチビームをシフトできる。よって、上述した実施の形態2よりも主偏向器208のy方向セトリング時間の発生回数を減らしながら、各サブ照射領域29(ビーム間ピッチ領域)を描画する異なるビームのビーム数を増やすことができる。
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。例えば、上述した例では、主偏向器208のy方向移動を4ショット毎に行う場合について説明したが、これに限るものではない。1ショット毎に主偏向器208のy方向移動を行う場合であっても構わない。スループットが犠牲になるものの、トラッキングサイクル数を増加させてサブ照射領域29間移動の回数を増やす場合に比べてスループットへの影響を小さくできる。
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、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描画装置及びマルチ荷電粒子ビーム描画方法は、本発明の範囲に包含される。
20 マルチビーム
22 穴
24 制御電極
25 通過孔
26 対向電極
27 制御グリッド
28 画素
29 サブ照射領域
30 描画領域
32 ストライプ領域
31 基板
33 支持台
34 照射領域
36 画素
37 画素群
41 制御回路
47 個別ブランキング機構
50 ラスタライズ部
52 照射量演算部
54 照射時間データ加工部
56 描画制御部
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
130 偏向制御回路
132,134 DACアンプユニット
139 ステージ位置検出器
140,142 記憶装置
150 描画機構
160 制御系回路
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基板
204 ブランキングアパーチャアレイ機構
205 縮小レンズ
206 制限アパーチャ基板
207 対物レンズ
208 主偏向器
209 副偏向器
210 ミラー
330 メンブレン領域
332 外周領域

Claims (5)

  1. 所定のショット数の荷電粒子ビームによるマルチビームショットを行う間、前記マルチビームの主偏向位置がステージの移動に追従するように前記ステージの移動方向に前記マルチビームの主偏向位置のトラッキング動作を行う工程と、
    前記トラッキング動作中に、前記マルチビームの各ビームが、試料の描画領域が前記マルチビームのビーム間ピッチサイズでメッシュ状に分割された複数の矩形領域のそれぞれ異なる位置に、矩形領域間を跨ぐように、前記マルチビームの副偏向位置をシフトさせ、各矩形領域に所定のショット数で前記マルチビームのうちの複数のビームによりビームショットを行う工程と、
    を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  2. 第1の偏向器を用いて前記トラッキング動作を行い、
    第2の偏向器を用いて、前記副偏向位置をシフトすることを特徴とする請求項1記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  3. 第1の偏向器を用いて前記トラッキング動作を行うと共に、前記第1の偏向器を用いて前記ステージの移動方向と直交する方向に前記副偏向位置のシフトを行い、
    第2の偏向器を用いて、当該矩形領域内において前記マルチビームの副偏向位置をシフトすることを特徴とする請求項1記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  4. 前記各ビームがそれぞれ対応する矩形領域内で複数のビームショットを行う場合に、ショット毎に前記副偏向位置を前記矩形領域内の異なる位置にシフトさせることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 試料を載置する、移動可能なステージと、
    荷電粒子ビームを放出する放出源と、
    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基板と、
    前記マルチビームの主偏向位置が前記ステージの移動に追従するように前記ステージの移動方向に前記マルチビームの主偏向位置のトラッキング動作を行う第1の偏向器と、
    前記トラッキング動作中に、前記マルチビームの副偏向位置をシフトさせる第2の偏向器と、
    前記トラッキング動作中に、前記マルチビームの各ビームが、試料の描画領域が前記マルチビームのビーム間ピッチサイズでメッシュ状に分割された複数の矩形領域のそれぞれ異なる位置に、矩形領域間を跨ぐように、前記マルチビームの副偏向位置をシフトさせ、各矩形領域に所定のショット数で前記マルチビームのうちの複数のビームによりビームショットを行うように前記第1と第2の偏向器を制御する偏向制御回路と、
    を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
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