JP6791051B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Description

本発明は、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に関する。
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。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。
マルチビームを使った描画装置は、１本の電子ビームで描画する場合に比べて、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。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、各ビームのブランキング制御を行い、遮蔽されなかった各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。
マルチビーム方式の描画装置は、ビームを偏向して基板上でのビーム照射位置を決定する主偏向器及び副偏向器を有する。主偏向器でマルチビーム全体を基板上の所定の場所に位置決めし、副偏向器でビームピッチを埋めるように偏向する。
このようなマルチビーム方式の描画装置では、複数のビームを一度に照射し、アパーチャ部材の同じ穴又は異なる穴を通過して形成されたビーム同士をつなげていき、所望の図形形状のパターンを描画する。基板上に照射されるマルチビーム全体像の形状（以下、「ビーム形状」と記載することもある）が描画図形のつなぎ精度となって現れるため、マルチビーム全体像の縮小率（伸縮率）や歪みの調整が重要であった。
マルチビーム全体像の歪みを補正するためには、ビーム形状を正確に測定する必要がある。従来、ビーム形状は、オンするビームを順に切り替えてステージ上の反射マークをスキャンして反射電子を検出し、各ビームの位置を算出することで測定されていた。
しかし、ステージ上の反射マークをスキャンする際、偏向器によるビーム偏向量が大きくなり、ビームの軌道が変わってビーム形状に歪みが生じ、ビーム位置の測定精度を低下させるという問題があった。
特開２００７−８１２６３号公報 特開２００３−１１５４３０号公報 特開２００３−３２３８５８号公報 特開２００５−３４７０５４号公報
本発明は、ビーム形状を精度良く測定し、調整して描画を行うことができるマルチ荷電粒子ビーム描画装置及び描画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、複数の穴が形成され、前記複数の穴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成形アパーチャアレイと、前記マルチビームのうち、それぞれ対応するビームのオンオフを切り替える複数のブランカが配置されたブランキングアパーチャアレイと、描画対象の基板が載置される移動可能なステージと、前記ステージの位置を検出するステージ位置検出器と、前記ステージに設けられた複数の反射マークと、前記ステージに設けられ、前記マルチビームのうち１本のビームを通過させる検査アパーチャと、前記マルチビームを偏向する偏向器と、前記マルチビームを前記検査アパーチャ上でスキャンすることで前記検査アパーチャを通過した前記マルチビームの各ビームのビーム電流を検出する第１検出器と、前記反射マークから反射する荷電粒子を検出する第２検出器と、前記第１検出器により検出されたビーム電流に基づいてビーム画像を作成し、前記ビーム画像と、前記ステージの位置とに基づいて基準ビーム形状を測定する第１ビーム形状測定部と、前記ブランカによりオンビームを切り替え、該オンビームを前記反射マークに対してスキャンし、前記第２検出器により検出される荷電粒子の強度の変化と、前記ステージの位置とに基づいてビーム形状を測定する第２ビーム形状測定部と、を備え、前記基準ビーム形状と、前記第２ビーム形状測定部により測定されるビーム形状とに基づいて、各ビームの照射量を調整し、前記基板に照射されるマルチビームのビーム形状を補正し、描画処理前に前記第１ビーム形状測定部が前記基準ビーム形状を測定すると共に、前記第２ビーム形状測定部がビーム形状を測定し、描画処理中、所定のタイミングで前記第２ビーム形状測定部がビーム形状を測定し、描画処理前に測定したビーム形状と描画処理中に測定したビーム形状との差分を前記基準ビーム形状に加算するものである。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、描画処理前に前記第１ビーム形状測定部が前記基準ビーム形状を測定すると共に、前記第２ビーム形状測定部がビーム形状を測定し、描画処理中、所定のタイミングで前記第２ビーム形状測定部がビーム形状を測定し、描画処理前に測定したビーム形状と描画処理中に測定したビーム形状との差分を前記基準ビーム形状に加算する。
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、描画処理中に前記第２ビーム形状測定部が測定したビーム形状に特異点が含まれている場合、前記マルチビームを前記検査アパーチャ上でスキャンし、検出されたビーム電流に基づいて作成されたビーム画像を用いて、前記ブランキングアパーチャアレイにおける欠陥を検出する。
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、描画処理中、所定のタイミングで前記反射マークをスキャンし、前記第２検出器の検出結果を用いて、前記マルチビームのドリフト測定を行う。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームを放出する工程と、アパーチャ部材の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工程と、複数のブランカを用いて、前記マルチビームのうち、それぞれ対応するビームのオン／オフを切り替えるブランキング偏向を行う工程と、偏向器を用いて、ブランキング偏向されたビームを、基板を載置可能なステージの移動に追従して各ビームの描画位置に偏向する工程と、前記ステージに設けられ、前記マルチビームのうち１本のビームを通過させる検査アパーチャを前記マルチビームでスキャンする工程と、前記検査アパーチャを通過した前記マルチビームの各ビームのビーム電流を検出する工程と、前記ビーム電流に基づいてビーム画像を作成し、前記ビーム画像と、前記ステージの位置とに基づいて基準ビーム形状を測定する工程と、オンビームを切り替えながら、前記ステージ上に設けられた反射マークを該オンビームでスキャンする工程と、前記反射マークから反射する荷電粒子を検出する工程と、反射荷電粒子の強度の変化と、前記ステージの位置とに基づいてビーム形状を測定する工程と、前記基準ビーム形状に基づいて各ビームの照射量を調整し、前記基板に照射されるマルチビームのビーム形状を補正する工程と、を備え、描画処理前に前記基準ビーム形状を測定すると共に、前記反射荷電粒子に基づくビーム形状の測定を行い、描画処理中、所定のタイミングで前記反射荷電粒子に基づくビーム形状の測定を行い、描画処理前に測定したビーム形状と描画処理中に測定したビーム形状との差分を前記基準ビーム形状に加算するものである。
本発明によれば、ビーム形状を精度良く測定し、調整して描画を行うことができる。
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。 成形アパーチャアレイの模式図である。 同実施形態に係るマルチビーム検査用アパーチャの断面図である。 反射マークの平面図である。 ビーム形状の測定方法を説明する図である。 同実施形態によるマルチ荷電粒子ビーム描画方法を説明するフローチャートである。 検査用アパーチャを用いた詳細なビーム形状測定方法を説明するフローチャートである。 （ａ）はビーム走査で得られる画像の一例を示す図であり、（ｂ）はビーム欠損の一例を示す図であり、（ｃ）は欠陥リストの一例を示す図である。 ビームアレイ認識処理の例を示す図である。 ビームアレイ中心座標の求め方を説明する図である。 算出されるビーム形状の例を示す図である。 特異点を含むビーム形状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。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なく、イオンビーム等でもよい。
図１は、本実施形態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、描画装置は、描画部１と制御部１００を備えている。描画装置は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置の一例である。描画部１は、鏡筒２と描画室２０を備えている。鏡筒２内には、電子銃４、照明レンズ６、成形アパーチャアレイ８、ブランキングアパーチャアレイ１０、縮小レンズ１２、制限アパーチャ部材１４、対物レンズ１５、コイル１６、主偏向器１７（偏向器）、及び副偏向器（図示略）が配置されている。
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、描画対象となる基板７０が配置される。基板７０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。また、基板７０には、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。
ＸＹステージ２２上には、ＸＹステージ２２の位置測定用のミラー２４が配置される。また、ＸＹステージ２２上には、ビームキャリブレーション用の反射マークＭが設けられている。反射マークＭは、電子ビームで走査することで位置を検出しやすいように例えば十字型の形状になっている（図７参照）。検出器２６は、反射マークＭの十字を電子ビームで走査する際に、反射マークＭからの反射電子を検出する。
また、ＸＹステージ２２には、基板７０が載置される位置とは異なる位置に、マルチビーム検査用アパーチャ４０（以下、「検査アパーチャ４０」と記載する）及び電流検出器５０を有するマルチビーム用ビーム検査装置が配置されている。検査アパーチャ４０は、調整機構（図示略）により高さが調整可能となっている。検査アパーチャ４０は、基板７０と同じ高さ位置に設置されることが好ましい。
マルチビーム用ビーム検査装置は、ＸＹステージ２２に１個設けられているが、配置・配線スペースに余裕がある場合は２個以上設けられていてもよい。反射マークＭは複数（マルチビーム用ビーム検査装置よりも多数）設けられている。
制御部１００は、制御計算機１１０、偏向制御回路１３０、デジタル・アナログ変換（ＤＡＣ）アンプ１３１、コイル制御回路１３２、レンズ制御回路１３３、検出アンプ１３４、ステージ位置検出器１３５、及び磁気ディスク装置等の記憶装置１４０を有している。
偏向制御回路１３０、コイル制御回路１３２、レンズ制御回路１３３、検出アンプ１３４、ステージ位置検出器１３５、及び記憶装置１４０は、バスを介して制御計算機１１０に接続されている。記憶装置１４０には、描画データが外部から入力され、格納されている。
偏向制御回路１３０には、ＤＡＣアンプ１３１が接続される。ＤＡＣアンプ１３１は主偏向器１７に接続される。コイル制御回路１３２には、コイル１６が接続されている。レンズ制御回路１３３には、対物レンズ１５が接続されている。
制御計算機１１０は、描画データ処理部１１１、描画制御部１１２、第１ビーム形状測定部１１３、及び第２ビーム形状測定部１１４を備える。制御計算機１１０の各部の機能は、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御計算機１１０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを記録媒体に収納し、電気回路を含む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。
図２は、成形アパーチャアレイ８の構成を示す概念図である。図２に示すように、成形アパーチャアレイ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。各穴８０は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ径の円形であっても構わない。
電子銃４から放出された電子ビーム３０は、照明レンズ６によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ８全体を照明する。電子ビーム３０は、成形アパーチャアレイ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。
ブランキングアパーチャアレイ１０には、図２に示した成形アパーチャアレイ８の各穴８０に対応する位置にマルチビームの各ビームが通過する通過孔（開口部）が形成されている。各通過孔の近傍には、ビームを偏向するブランキング偏向用の電極（ブランカ：ブランキング偏向器）が配置されている。
各通過孔を通過する電子ビーム３０ａ〜３０ｅは、それぞれ独立に、ブランカから印加される電圧によって偏向される。この偏向によってブランキング制御が行われる。このように、複数のブランカが、成形アパーチャアレイ８の複数の穴８０（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。
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。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の中心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の中心の穴を通過する。
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電子ビームを遮蔽する。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回分のショットの電子ビームとなる。
制限アパーチャ部材１４を通過した電子ビーム３０ａ〜３０ｅは、コイル１６によりアライメント調整され、対物レンズ１５により焦点が合わされ、基板７０上で所望の縮小率のパターン像となる。主偏向器１７は、制限アパーチャ部材１４を通過した各電子ビーム（マルチビーム全体）を同方向にまとめて偏向し、基板７０上の描画位置（照射位置）に照射する。
ＸＹステージ２２が連続移動している時、ビームの描画位置（照射位置）がＸＹステージ２２の移動に追従するように主偏向器１７によってトラッキング制御される。ＸＹステージ２２の位置は、ステージ位置検出器１３５からＸＹステージ２２上のミラー２４に向けてレーザを照射し、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。
制御計算機１１０の描画データ処理部１１１は、記憶装置１４０から描画データを読み出し、複数段のデータ変換を行って、ショットデータを生成する。ショットデータには、基板７０の描画面を例えばビームサイズで格子状の複数の照射領域に分割した各照射領域への照射有無、及び照射時間等が定義される。
描画制御部１１２は、ショットデータ及びステージ位置情報に基づいて、偏向制御回路１３０に制御信号を出力する。偏向制御回路１３０は、制御信号に基づいて、ブランキングアパーチャアレイ１０の各ブランカの印加電圧を制御する。また、偏向制御回路１３０は、ＸＹステージ２２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１３１に出力され、ＤＡＣアンプ１３１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１７に印加する。
マルチビーム方式の描画装置では、描画対象の基板７０に、成形アパーチャアレイ８の複数の穴８０の配列ピッチに所定の縮小率を乗じたピッチで並んだ多数のビームを一度に照射し、ビーム同士をつなげてビームピッチを埋めることで、所望の図形形状のパターンを描画する。そのため、描画処理前や描画処理中に、ビーム位置を検出し、ビーム形状を測定して寸法を調整したりする必要がある。
本実施形態に係る描画装置は、マルチビーム用ビーム検査装置を用いてビーム形状を高精度に測定する測定方法と、反射マークＭを用いてビーム形状を簡易的に測定する測定方法との２種類の測定方法を採ることができる。
図３はマルチビーム用ビーム検査装置の概略構成図である。検査アパーチャ４０は、電子ビームが１本だけ通過するように制限するものである。検査アパーチャ４０は例えば円形の平面形状をなし、中心軸に沿って１本のビームが通過する貫通孔４２が形成されている。
貫通孔４２を通過した電子ビームＢは、電流検出器５０に入射し、ビーム電流が検出される。電流検出器５０には、例えばＳＳＤ（半導体検出器(solid-state detector)）を用いることができる。電流検出器５０による検出結果は制御計算機１１０に通知される。
第１ビーム形状測定部１１３は、マルチビームで検査アパーチャ４０をスキャンして得られる各ビームのビーム電流検出結果を用いて、ビーム形状を測定する。
反射マークＭは例えば図４に示すような十字形状であり、主偏向器１７で電子ビームＢを前後左右（ｘ方向及びｙ方向）へと偏向して、反射マークＭの十字を走査し、反射電子を検出器２６で検出し、検出アンプ１３４で増幅してデジタルデータに変換した上で、測定データを制御計算機１１０に出力する。第２ビーム形状測定部１１４は、測定された反射電子を時系列で並べたプロファイル（反射電子の強度の変化）と、その時のステージ位置とから、ビームの位置を計算する。
ビーム形状を測定する場合は、特定のビームのみオンし、ビームサイズの設計値に基づいて、オンビームの直下に反射マークＭを移動し、反射マークＭの十字を走査してビーム位置を計算する。例えば、図５に示すように、成形アパーチャアレイ８の中心に対応するビーム、及び四隅に対応するビームのように、オンするビームを順に切り替えて、各ビームの位置が計算され、ビーム形状が求められる。
検査アパーチャ４０を用いて測定されるビーム形状は、各ビームのビーム電流検出結果から求まるものであるため、精度が高い。しかし、上述したように、検査アパーチャ４０に形成される貫通孔４２は、１本のビームのみを通すために径が小さく、使用回数（ビームスキャン回数）が多いと、コンタミネーションにより塞がるおそれがある。貫通孔４２の塞がりを考慮して、ＸＹステージ２２に検査アパーチャ４０を複数個設置することが考えられるが、検査アパーチャ４０と同数の電流検出器５０を設置する必要がある。そのため、検査アパーチャ４０の数に比例して、配線の複雑化を招くと共に、設置スペースの確保が困難になる。
反射マークＭは、ＸＹステージ２２上への設置が容易であり、複数（多数）設置することができる。そのため、ビームスキャンにより反射マークＭが劣化した場合は、別の反射マークＭを順々に使用していくことができる。しかし、反射マークＭを用いたビーム形状の測定時は、主偏向器１７の偏向量が大きく、主偏向器１７による偏向位置に依存してビーム位置がずれ、ビーム形状が歪む。そのため、反射マークＭを用いて測定されるビーム形状は、検査アパーチャ４０を用いて測定されるビーム形状よりも精度が低い。
このような特徴を考慮し、本実施形態では、描画前に検査アパーチャ４０を用いてビーム形状を測定し、この測定結果を基準としてドーズ量を変調し、ビーム形状を補正する。描画中は、例えば一定時間毎に反射マークＭを用いてビーム形状を測定する。描画前に反射マークＭを用いて測定したビーム形状と、描画中に反射マークＭを用いて測定したビーム形状とを比較し、ビーム形状に差が確認された場合、この差分を基準のビーム形状に加算して、ビーム形状を更新する。これにより、検査アパーチャ４０の使用頻度を抑えることができる。また、反射マークＭを用いた測定は、経時変化によるビーム形状の変動分を求めるために行うので、偏向によるビーム形状の歪みの影響を抑えることができる。
本実施形態による描画方法を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、検査アパーチャ４０を用いて、基準ビーム形状Ａ０の測定、及びビーム欠損リストの作成を行う（ステップＳ１）。この処理について、図７に示すフローチャートに沿って詳細に説明する。
ブランキングアパーチャアレイ１０を複数の測定領域に分割し、各測定領域のビームで検査アパーチャ４０をスキャンする。言い換えれば、成形アパーチャアレイ８を複数の測定領域に分割し、各測定領域の穴８０を通過したビームをオンにして検査アパーチャ４０をスキャンする。
ブランキングアパーチャアレイ１０（成形アパーチャアレイ８）を複数の測定領域に分割するのは、ビームスキャンに使用する主偏向器１７の最大偏向量がブランキングアパーチャアレイ１０の全域をカバーできるほど大きくないためである。偏向量がブランキングアパーチャアレイ１０の全域をカバーできるほど大きかったとしても、ビーム偏向量が大きくなることにより、ビームの軌道が変わってビーム形状に歪みが生じ、ビーム位置の測定精度を低下させるため、測定に使用する偏向量はビーム形状に歪みが生じない程度に小さいことが好ましい。そのため、まず、ブランキングアパーチャアレイ１０の領域分割数ｎ（ｎは２以上の整数）を決定する（ステップＳ２１）。
なお、主偏向器１７の偏向量が大きく、ブランキングアパーチャアレイ１０の全域をカバーでき、かつ、ビーム偏向により生じるビーム形状の歪が測定精度に対して十分小さい場合は、測定領域の分割を行わなくてもよい。
まだ測定を行っていない領域を選択し、測定領域を決定する（ステップＳ２２）。ＸＹステージ２２を移動し、測定領域のビームの直下の位置に検査アパーチャ４０を配置する（ステップＳ２３）。
例えば、測定領域のブランカの印加電圧を０Ｖ、その他の領域（非測定領域）のブランカの印加電圧を５Ｖとし、測定領域のブランカによりビームオンとされた複数のビームを主偏向器１７でＸＹ方向に偏向させて、検査アパーチャ４０をスキャンし、貫通孔４２を通過する電子ビームを順次切り替える（ステップＳ２４）。電流検出器５０がビーム電流を検出する。
制御計算機１１０は、電流検出器５０により検出されたビーム電流を輝度に変換し、主偏向器１７の偏向量に基づいてビーム画像を作成し、画像解析を行う（ステップＳ２５）。例えば、図８（ａ）に示すようなビーム画像が作成される。これは検査領域を左下（１，１）、４×４アレイとした場合の画像の一例である。
この画像から、図８（ｂ）に示すように、（１，１）及び（３，３）のビーム欠損があることが分かる。そして、図８（ｃ）に示すようなブランカの常時オフ欠陥の欠陥リストが作成される。
測定領域の近傍に常時オン欠陥のビームが存在する場合、図９に示すような画像が得られる。第１ビーム形状測定部１１３が、測定領域に対応するビームアレイ領域を認識し、領域外の欠陥は無視される。例えば、測定領域が４×４アレイであることは予め決まっているため、第１ビーム形状測定部１１３は、４×４アレイのサイズの領域内に含まれるビーム数が最も多くなるようにビームアレイを認識する。
第１ビーム形状測定部１１３は、ステージ位置検出器１３５により検出されたステージ位置を用いて、ビームアレイ領域内の各ビームの位置を検出する。そして、第１ビーム形状測定部１１３は、各ビームの位置から、測定領域に対応するビームアレイの中心座標を算出する（ステップＳ２６）。
例えば、図１０に示すように変数ｉ、ｊを設定し、各ビームのｘ座標、ｙ座標を以下の数式にフィッティングして係数ａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１、ｂ2を求める。図１０に示す例では、（１，１）及び（３，３）のビーム欠損があるため、それ以外のビームのｘ座標、ｙ座標をこの数式にフィッティングする。
ｘｉ＝ａ０＋ａ１ｉ＋ａ２ｊ
ｙｊ＝ｂ０＋ｂ１ｉ＋ｂ２ｊ
係数ａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１、ｂ2を求めた後、この数式を用いて中心座標を算出する。図１０に示す例では、ｉ＝２．５、ｊ＝２．５を代入することで、ビームアレイの中心座標が算出される。上述の数式は１次の項だけでなく、２次の項や、さらに高次の項を考慮したものとしてもよい。
このような検査アパーチャ４０のスキャン、画像解析、及びビームアレイの中心座標算出を、ブランキングアパーチャアレイ１０のｎ個の測定領域全てに対して行う（ステップＳ２２〜Ｓ２７）。
全ての測定領域についての測定終了後（ステップＳ２７＿Ｙｅｓ）、第１ビーム形状測定部１１３は、各測定領域のビームアレイの中心座標に基づいて、ビーム形状を測定する（ステップＳ２８）。例えば、第１ビーム形状測定部１１３は、ｎ個の測定領域に対応するビームアレイの中心座標を３次多項式でフィッティングし、ビーム形状を表す多項式を求める。この多項式をグラフにプロットすると、例えば図１１に示すようなビーム形状が得られる。図１１は、±１□に理想格子を設定し、そこからのズレ分をプロットしてビーム形状を視覚的に捉えやすく示したものである。このようにして測定されたビーム形状が、基準ビーム形状Ａ０となる。
さらに、第１ビーム形状測定部１１３は、各測定領域についての欠陥リストを用いて、ビーム欠陥リストを作成する（ステップＳ２９）。
基準ビーム形状Ａ０の測定、及びビーム欠陥リストの作成（図６のステップＳ１）を行うと、続いて、反射マークＭを用いてビーム形状Ｂ０を測定する（ステップＳ２）。上述したように、オンビームを順に切り替え、オンビームの直下に反射マークＭを移動して反射マークＭを走査し、ビーム位置を計算し、ビーム形状Ｂ０を測定する。
描画データ処理部１１１は、基準ビーム形状Ａ０に基づいてビーム形状を補正するようにドーズ量を変調し、かつ欠陥リストに基づいて使用できないビームを考慮して、ショットデータを生成する（ステップＳ３）。描画制御部１１２が、ショットデータを用いて描画部１を制御して描画処理を行う（ステップＳ４）。
描画が完了するまで所定時間経過する毎に（ステップＳ５＿Ｎｏ、ステップＳ６＿Ｙｅｓ）、反射マークＭを用いてビーム形状Ｂｎを測定する（ステップＳ７）。
制御計算機１１０は、描画処理前に反射マークＭを用いて測定したビーム形状Ｂ０と、ステップＳ７で測定したビーム形状Ｂｎとを比較し、ビーム形状が全体的に変化している場合は（ステップＳ８＿Ｙｅｓ）、ビーム形状の差分（Ｂｎ−Ｂ０）を基準ビーム形状Ａ０に加算して、基準ビーム形状を更新する（ステップＳ９）。更新後の基準ビーム形状Ａｎは、Ａｎ＝Ａ０＋（Ｂｎ−Ｂ０）となる。更新後は、基準ビーム形状Ａｎに基づいて、ドーズ量の変調等が行われる。
ビーム形状Ｂ０、Ｂｎは、反射マークＭでは検知できないエラーによる測定誤差を含むため、ビーム形状Ｂ０、Ｂｎそのものを絶対値として扱うことは好ましくない。しかし、ビーム形状Ｂ０とＢｎとの差分は、エラーによる測定誤差を含まず、電子銃４（電子源）等の経時変化による変動と考えられる。そのため、差分（Ｂｎ−Ｂ０）を加算することで基準ビーム形状を更新することができる。
ビーム形状Ｂｎがビーム形状Ｂ０からみて全体的に変化していない場合（ステップＳ８＿Ｎｏ）、ビーム形状Ｂｎに図１２に示すような特異点が含まれていないか判定する（ステップＳ１０）。例えば、ビーム位置を近似する数式で定義される位置（理想位置）と、ビーム形状Ｂｎにおける各ビームの位置（実測位置）とを比較し、位置ずれが所定値以上となるビームがある場合、特異点があると判定する。
この特異点は、ブランキングアパーチャアレイ１０のブランカに新たな欠陥が発生したことによるものと考えられる。そのため、ビーム形状Ｂｎに特異点が含まれている場合は（ステップＳ１０＿Ｙｅｓ）、ブランキングアパーチャアレイ１０の診断を行う（ステップＳ１１）。例えば、上述した図７のフローチャートの処理を行い、ビーム欠損を検出する。
ビーム欠損数が許容範囲内（所定値以下）の場合は（ステップＳ１２＿Ｙｅｓ）、欠陥リストを更新する（ステップＳ１３）。更新後の欠陥リストに基づいて描画処理が行われる。ビーム欠損数が所定値より多い場合は（ステップＳ１２＿Ｎｏ）、エラー終了となる。
このように、本実施形態によれば、描画前に検査アパーチャ４０を用いて基準ビーム形状Ａ０を正確に測定し、ビーム形状Ａ０に基づいてドーズ量を変調し、ビーム形状を精度良く補正し、描画処理を行うことができる。
描画前に反射マークＭを用いて測定したビーム形状Ｂ０と、描画中に反射マークＭを用いて測定したビーム形状Ｂｎとを比較し、電子源等の経時変化に起因するビーム形状の変化分（Ｂｎ−Ｂ０）を基準ビーム形状に加算して更新することができる。反射マークＭを用いたビーム形状の測定結果を絶対値としては扱わないため、ビーム形状の歪みの影響を抑えることができる。
反射マークＭを用いた測定は、描画中に一定時間毎に行われるが、反射マークＭはＸＹステージ２２に多数設置することが可能である。そのため、反射マークＭが劣化しても、未使用の反射マークＭを使用することができる。また、反射マークＭを使用する分、検査アパーチャ４０の使用頻度を抑え、劣化（貫通孔４２の閉塞等）を防止できる。
上記実施形態において、描画動作をある描画単位で一時中断し、反射マークＭを鏡筒２の直下に移動し、オンビームを切り替えながら反射マークＭをスキャンし、反射電子の強度変化及びステージ位置とに基づいて、ビームドリフト量（ビーム全体のシフト量）を測定してもよい。
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。
１ 描画部
２ 鏡筒
４ 電子銃
６ 照明レンズ
８ 成形アパーチャアレイ
１０ ブランキングアパーチャアレイ
１２ 縮小レンズ
１４ 制限アパーチャ部材
１５ 対物レンズ
１６ コイル
１７ 主偏向器
２０ 描画室
２２ ＸＹステージ
４０ 検査アパーチャ
５０ 電流検出器
１００ 制御部
１１０ 制御計算機

Claims (4)

  1. 複数の穴が形成され、前記複数の穴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成形アパーチャアレイと、
    前記マルチビームのうち、それぞれ対応するビームのオンオフを切り替える複数のブランカが配置されたブランキングアパーチャアレイと、
    描画対象の基板が載置される移動可能なステージと、
    前記ステージの位置を検出するステージ位置検出器と、
    前記ステージに設けられた複数の反射マークと、
    前記ステージに設けられ、前記マルチビームのうち１本のビームを通過させる検査アパーチャと、
    前記マルチビームを偏向する偏向器と、
    前記マルチビームを前記検査アパーチャ上でスキャンすることで前記検査アパーチャを通過した前記マルチビームの各ビームのビーム電流を検出する第１検出器と、
    前記反射マークから反射する荷電粒子を検出する第２検出器と、
    前記第１検出器により検出されたビーム電流に基づいてビーム画像を作成し、前記ビーム画像と、前記ステージの位置とに基づいて基準ビーム形状を測定する第１ビーム形状測定部と、
    前記ブランカによりオンビームを切り替え、該オンビームを前記反射マークに対してスキャンし、前記第２検出器により検出される荷電粒子の強度の変化と、前記ステージの位置とに基づいてビーム形状を測定する第２ビーム形状測定部と、
    を備え、
    前記基準ビーム形状と、前記第２ビーム形状測定部により測定されるビーム形状とに基づいて、各ビームの照射量を調整し、前記基板に照射されるマルチビームのビーム形状を補正し、
    描画処理前に前記第１ビーム形状測定部が前記基準ビーム形状を測定すると共に、前記第２ビーム形状測定部がビーム形状を測定し、
    描画処理中、所定のタイミングで前記第２ビーム形状測定部がビーム形状を測定し、描画処理前に測定したビーム形状と描画処理中に測定したビーム形状との差分を前記基準ビーム形状に加算することを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 描画処理中に前記第２ビーム形状測定部が測定したビーム形状に特異点が含まれている場合、前記マルチビームを前記検査アパーチャ上でスキャンし、検出されたビーム電流に基づいて作成されたビーム画像を用いて、前記ブランキングアパーチャアレイにおける欠陥を検出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. 描画処理中、所定のタイミングで前記反射マークをスキャンし、前記第２検出器の検出結果を用いて、前記マルチビームのドリフト測定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  4. 荷電粒子ビームを放出する工程と、
    アパーチャ部材の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工程と、
    複数のブランカを用いて、前記マルチビームのうち、それぞれ対応するビームのオン／オフを切り替えるブランキング偏向を行う工程と、
    偏向器を用いて、ブランキング偏向されたビームを、基板を載置可能なステージの移動に追従して各ビームの描画位置に偏向する工程と、
    前記ステージに設けられ、前記マルチビームのうち１本のビームを通過させる検査アパーチャを前記マルチビームでスキャンする工程と、
    前記検査アパーチャを通過した前記マルチビームの各ビームのビーム電流を検出する工程と、
    前記ビーム電流に基づいてビーム画像を作成し、前記ビーム画像と、前記ステージの位置とに基づいて基準ビーム形状を測定する工程と、
    オンビームを切り替えながら、前記ステージ上に設けられた反射マークを該オンビームでスキャンする工程と、
    前記反射マークから反射する荷電粒子を検出する工程と、
    反射荷電粒子の強度の変化と、前記ステージの位置とに基づいてビーム形状を測定する工程と、
    前記基準ビーム形状に基づいて各ビームの照射量を調整し、前記基板に照射されるマルチビームのビーム形状を補正する工程と、
    を備え、
    描画処理前に前記基準ビーム形状を測定すると共に、前記反射荷電粒子に基づくビーム形状の測定を行い、
    描画処理中、所定のタイミングで前記反射荷電粒子に基づくビーム形状の測定を行い、描画処理前に測定したビーム形状と描画処理中に測定したビーム形状との差分を前記基準ビーム形状に加算することを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム描画方法。
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