JP7474151B2 - マルチ電子ビーム描画装置及びマルチ電子ビーム描画方法 - Google Patents

マルチ電子ビーム描画装置及びマルチ電子ビーム描画方法 Download PDF

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Description

本発明の一態様は、マルチ電子ビーム描画装置及びマルチ電子ビーム描画方法に関する。
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成形アパーチャアレイ基板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、制限アパーチャによって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、各ビームから照射されるドーズ量を照射時間によって制御している。そして、各ビームの照射時間はブランキング機構によって制御される。しかしながら、ブランキング機構によりビームＯＦＦに制御した場合でも 制限アパーチャで完全な遮蔽ができず、漏れビームが発生してしまう場合がある。漏れビームが発生すると試料上のレジストを感光させてしまうため、描画精度に影響を与えてしまうといった問題があった。そのため、漏れビームを抑制或いは低減することが望まれる。
ここで、光電面の表面にレーザービームの照射を受けて、裏面に配置されたゲート絶縁体がマスクとなって制限された複数の露出面から電子を放出することでマルチ電子ビームを形成する手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。かかる手法では、ゲート絶縁体上のゲート電極と光電面との間の電界によって、放出された電子を露出面に戻すことでビームＯＦＦに制御する。かかる手法でも、露出面に戻しきれず漏れビームが生じ得る点で同様の問題が生じ得る。
特表２００３－５１１８５５号公報
本発明の一態様は、マルチビーム描画において、漏れビームを低減し、描画精度の向上を可能とする装置及び方法を提供する。
本発明の一態様のマルチ電子ビーム描画装置は、
励起光を発生する励起光源と、
励起光を複数の光に分割するマルチレンズアレイと、
表面から複数の光を入射し、裏面からマルチ光電子ビームを放出する光電面と、
マルチ光電子ビームの各ビームを偏向することにより各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦを個別に切り替える個別ブランキング制御を行うブランキングアパーチャアレイ機構と、
ビームＯＮに制御されたマルチ光電子ビームで試料を照射する電子光学系と、
マルチ光電子ビームのショット毎に、励起光の発生／停止の切り替えタイミングと各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとを連動させる制御回路と、
を備えたことを特徴とする。
また、制御回路は、マルチ光電子ビームのショット毎に、励起光を停止の状態から発生の状態に切り替えた時点以降に、ビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替え、すべてのビームがビームＯＦＦの状態になった時点以降に励起光を発生の状態から停止の状態に切り替えるようにブランキングアパーチャアレイ機構を制御すると好適である。
或いは、制御回路は、マルチ光電子ビームのショット毎に、励起光を停止の状態から所定の回数の励起光のパルスを発生させ、励起光のパルスの発生開始前、励起光のパルスの発生と同時、若しくは励起光のパルスの発生開始後であってパルス間のパルスＯＦＦのタイミングでビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替え、ビームＯＮに制御された各ビームをそれぞれ必要なドーズ量に対応するパルス数のパルス発生後にビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるようにブランキングアパーチャアレイ機構を制御すると好適である。
また、制御回路は、マルチ光電子ビームのショット毎に、励起光を停止の状態から発生の状態に切り替えて、所定の期間、励起光を発生し、励起光が発生している状態でビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替え、励起光を発生の状態から停止の状態に切り替えるタイミングに同期して、ビームＯＮに制御された各ビームをビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるようにブランキングアパーチャアレイ機構を制御すると好適である。
或いは、制御回路は、マルチ光電子ビームのショット毎に、励起光を停止の状態から発生の状態に切り替えるタイミングに同期して、ビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替え、励起光を発生の状態から停止の状態に切り替えるまでに、ビームＯＮに制御された各ビームをビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるようにブランキングアパーチャアレイ機構を制御すると好適である。
本発明の一態様のマルチ電子ビーム描画方法は、
励起光源から励起光を発生する工程と、
マルチレンズアレイを用いて励起光を複数の光に分割する工程と、
光電面の表面から複数の光を入射し、裏面からマルチ光電子ビームを放出する工程と、
マルチ光電子ビームのショット毎に、励起光の発生／停止の切り替えタイミングと各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとを連動させながら、ブランキングアパーチャアレイ機構を用いて、マルチ光電子ビームの各ビームを偏向することにより各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦを個別に切り替える個別ブランキング制御を行う工程と、
ビームＯＮに制御されたマルチ光電子ビームを用いて、試料にパターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、マルチビーム描画において、漏れビームを低減できる。
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における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの一例を示すタイムチャート図である。 実施の形態１の変形例１における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの一例を示すタイムチャート図である。 実施の形態１の変形例１における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの他の一例を示すタイムチャート図である。 実施の形態１の変形例２における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの他の一例を示すタイムチャート図である。 実施の形態１の変形例３における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの他の一例を示すタイムチャート図である。
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では、図示しない電子鏡筒（マルチ電子ビームカラム）内に、励起光源２０１、ビームエクスパンダー２０２、光電子放出機構２１０、マルチアノード電極２２０、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、電磁レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、及び対物偏向器２０８がこの順で配置される。図示しない電子鏡筒下に配置される図示しない描画室内には、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。また、光電子放出機構２１０よりも下流側の電子鏡筒内及び描画室内は図示しない真空ポンプにより真空引きされ、大気圧よりも低い圧力に制御される。
光電子放出機構２１０では、ガラス基板２１４上にマルチレンズアレイ２１２が配置され、ガラス基板２１４の裏面側に遮光マスクとなるマルチ遮光膜２１６及び光電面２１８（光電子放出体の一例）が配置される。ビームエクスパンダー２０２は、凹レンズと凸レンズの組み合わせにより構成される。
制御回路１６０は、パルス駆動回路１１２とブランキングアパーチャアレイ（ＢＡＡ）駆動回路１１３と全体制御回路１６１を有している。パルス駆動回路１１２とブランキングアパーチャアレイ（ＢＡＡ）駆動回路１１３と全体制御回路１６１は、図示しないバスで互いに接続される。
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。
次に、描画機構１５０の動作について説明する。描画装置１００全体を制御する全体制御回路１６１による制御のもと、パルス駆動回路１１２は、励起光源２０１を駆動する。励起光源２０１は、所定のビーム径の励起光２００を発生する。励起光２００は、パルス波を含む。励起光源２０１は、励起光２００として、紫外光を発生する。例えば、波長が１９０～４００ｎｍ程度の紫外光または可視光、例えば波長２６６ｎｍのレーザー光を用いると好適である。
励起光源２０１から発生された励起光２００は、ビームエクスパンダー２０２により拡大され、例えば、平行光となってマルチレンズアレイ２１２を照明する。マルチレンズアレイ２１２は、励起光２００を複数の光に分割する。マルチレンズアレイ２１２は、マルチ電子ビーム２０の数以上の数の個別レンズがアレイ配置されたレンズアレイにより構成される。例えば、５１２×５１２のレンズにより構成される。マルチレンズアレイ２１２は、分割された複数の光をそれぞれ集光し、各光の焦点位置を光電面２１８の表面の高さ位置に合わせる。マルチレンズアレイ２１２により集光することで、各光の実効輝度を高めることができる。
マルチ遮光膜２１６には、分割され、集光された複数の光（マルチ光）の各光の照射スポットの領域が露出されるように複数の開口部が形成される。これにより、マルチレンズアレイ２１２により集光されずにガラス基板２１４を通過した光、或いは／及び散乱光を開口部以外の部分で遮光できる。マルチ遮光膜２１６として、例えば、クロム（Ｃｒ）膜を用いると好適である。
マルチ遮光膜２１６を通過した各光は光電面２１８の表面に入射する。光電面２１８は、表面から複数の光を入射し、裏面からマルチ光電子ビーム２０を放出する。ｘ，ｙ方向に、例えば、５１２×５１２本のアレイ配列された光電子ビームが放出される。具体的には、光電面２１８は、表面から複数の光を入射し、入射位置に対応する裏面の各位置からそれぞれ光電子を放出する。光電面２１８は、例えば、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の白金系材料を主材料とする膜により構成されると好適である。さらに、炭素（Ｃ）系材料を主材料とする膜も好適である。また、ＮＥＡ等の半導体であっても良く、アルカリ金属であっても良い。光電面２１８の材料の仕事関数より大きなエネルギーの光子で光電面２１８表面が照射されると、光電面２１８は、裏面から光電子を放射する。検査装置１００で使用する十分な電流密度のマルチ光電子ビーム２０を得るために、光電面２１８表面に、例えば、０．１～１０００Ｗ／ｃｍ２程度（１０３～１０７Ｗ／ｍ２程度）の光が入射されると好適である。
光電面２１８から放出されたマルチ光電子ビーム２０は、相対的に正の電位が印可され、マルチレンズアレイ２１２の照射スポットと同じピッチで配置された開口部を有するマルチアノード電極２２０により引き出されることで加速し、成形アパーチャアレイ基板２０３に向かって進む。
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、ｘ，ｙ方向に、ｐ列×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、ｘ，ｙ方向に５１２×５１２列の穴２２が形成される。複数の穴２２は、光電面２１８から放出されたマルチ光電子ビーム２０の軌道上に合わせて形成される。光電面２１８から放出される各光電子ビームは、均一な形状及びサイズで放出されるわけではない。例えば、発散する方向に広がってしまう。そこで、成形アパーチャアレイ基板２０３により各光電子ビームの形状及びサイズを成形する。図２において、各穴２２は、共に同じ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。成形アパーチャアレイ基板２０３は、描画に使用するマルチ光電子ビーム２０を形成する。具体的には、これらの複数の穴２２を放出されたマルチ光電子ビームの一部がそれぞれ通過することで、マルチ光電子ビーム２０を所望の形状及びサイズに成形する。一方、光電面２１８から放出される各光電子ビームの発散が小さい場合には、成形アパーチャアレイ基板２０３を省略することも可能である。
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。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光電子ビーム２０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光電子ビーム２０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ロジック回路４１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、各ロジック回路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。各ロジック回路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。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とロジック回路４１とによる個別ブランキング制御機構が構成される。また、メンブレン領域３３０にアレイ状に形成された複数のロジック回路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、グループ内のロジック回路４１群は、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ロジック回路４１に伝達される。具体的には、各ロジック回路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ロジック回路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ロジック回路４１に格納される。
ロジック回路４１内には、図示しないアンプ（スイッチング回路の一例）が配置される。アンプには正の電位（Ｖｄｄ：ブランキング電位：第１の電位）（例えば、５Ｖ）（第１の電位）とグランド電位（ＧＮＤ：第２の電位）に接続される。アンプの出力線（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。
アンプの入力（ＩＮ）にＬ電位が印加される状態では、アンプの出力（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ビームを偏向し、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、アンプの入力（ＩＮ）にＨ電位が印加される状態（アクティブ状態）では、アンプの出力（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ビーム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。
ブランキングアパーチャアレイ機構２０４は、マルチ光電子ビーム２０の各ビームを偏向することにより各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦを個別に切り替える個別ブランキング制御を行う。個別ブランキング制御では、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、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アンプによって切り替えられる電位によってマルチ光電子ビーム２０の対応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）を通過したマルチ光電子ビーム２０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機構２０４を通過したマルチ光電子ビーム２０は、電磁レンズ２０５によって、縮小され、クロスオーバー位置付近に配置される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、マルチ光電子ビーム２０のうち、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（ビームはＯＦＦ）。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（ビームはＯＮ）。かかる個別ブランキング制御機構のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、各ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように、制限アパーチャ基板２０６は、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。試料１０１は、電子光学系によって、ビームＯＮに制御されたマルチ光電子ビーム２０で照射される。具体的には、制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチ光電子ビーム２０は、電磁レンズ２０７（対物レンズ）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、対物偏向器２０８によって、ビームＯＮに制御されたマルチ光電子ビーム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光電子ビーム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４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４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光電子ビーム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。また、描画する場合には多重描画しても好適である。多重描画を行う場合には、位置をずらさずに同じストライプ領域３２を多重描画する場合の他、位置をずらしながら各パスのストライプ領域３２を設定して多重描画する場合がある。
図５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５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光電子ビーム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、マルチ光電子ビーム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対物偏向器２０８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、マルチ光電子ビーム２０の１つのビームあたりの照射単位領域となる。図５の例では、試料１０１の描画領域が、例えばｙ方向に、１回のマルチ光電子ビーム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、マルチ光電子ビーム２０のｘ方向（第１の方向）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、マルチ光電子ビーム２０のｙ方向（第２の方向）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５の例では、例えば５１２×５１２列のマルチ光電子ビーム２０の図示を８×８列のマルチ光電子ビームに省略して示している。そして、照射領域３４内に、１回のマルチ光電子ビーム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５の例では、ビーム間ピッチで囲まれる領域で１つのサブ照射領域２９を構成する。図５の例では、各サブ照射領域２９は、４×４画素で構成される場合を示している。
図６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６では、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６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。各ショットにおいて、各画素は、０から最大照射時間Ｔｔｒまでの間で制御された所望の照射時間のビーム照射を受ける。ｔ＝０からｔ＝４Ｔｔｒまでの時間でかかる４つの画素を描画（露光）する。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、対物偏向器２０８によってマルチ光電子ビーム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６の例では、ＸＹステージ１０５上の試料１０１が８ビームピッチ分の距離を連続移動する間に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。４つの画素へビームを照射した後、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。図６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６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。
なお、各サブ照射領域２９の右から１番目の画素列の描画は終了しているので、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偏向器２０９は、各サブ照射領域２９の右から２番目の画素の最下段の制御グリッド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。かかる動作を繰り返すことで、各サブ照射領域２９の全画素へのビーム照射が終了する。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、図４に示す照射領域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。図６の例では、サブ照射領域２９が４×４画素の領域で構成される場合を示したがこれに限るものではない。サブ照射領域２９がｎ×ｎ画素の領域で構成される場合、１回のトラッキング動作で、照射位置をシフトしながらｎ制御グリッド（ｎ画素）が描画される。ｎ回のトラッキング動作でそれぞれ異なるビームによってｎ画素ずつ描画されることにより、１つのｎ×ｎ画素の領域内のすべての画素が描画される。
ここで、マルチビーム描画では、各ビームから照射されるドーズ量を照射時間によって制御している。そして、各ビームの照射時間はブランキングアパーチャアレイ機構２０４によって制御される。しかしながら、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４によりビームＯＦＦに制御した場合でも制限アパーチャ２０６で完全な遮蔽ができず、漏れビームが発生してしまう場合がある。漏れビームが発生すると試料１０１上のレジストを感光させてしまうため、描画精度に影響を与えてしまうといった問題があった。そのため、漏れビームを抑制或いは低減することが望まれる。また、従来、電子ビーム源として使用していた例えば熱カソード型電子銃では、熱電子からなるビームの放出を描画処理中にＯＮ／ＯＦＦすることは困難である。そのため、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４によりビームＯＦＦに制御した場合でも電子銃から電子ビームが放出されている限り、漏れビームが発生し続けてしまう。そこで、実施の形態１では、電子銃の代わりに、ＯＮ／ＯＦＦの高速応答が可能な励起光源２０１と、励起光の入射によって光電子を放出する光電面２１８とを使用する。
そして、制御回路１６０は、マルチ光電子ビーム２０のショット毎に、励起光の発生／停止の切り替えタイミングと各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとを連動させる。具体的には、図１に示すように、励起光源２０１を駆動するパルス駆動回路１１２と、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を制御するＢＡＡ駆動回路１１３との間を連動させる。制御回路１６０を構成する、パルス駆動回路１１２とＢＡＡ駆動回路１１３と全体制御回路１６０とのうちの少なくとも１つの制御回路がパルス駆動回路１１２とＢＡＡ駆動回路１１３とを連動させるように制御する。例えば、全体制御回路１６１がパルス駆動回路１１２とＢＡＡ駆動回路１１３とを連動するように制御する。或いは、パルス駆動回路１１２が、自身とＢＡＡ駆動回路１１３とを連動するように制御してもよい。或いは、ＢＡＡ駆動回路１１３が、自身とパルス駆動回路１１２とを連動するように制御してもよい。パルス駆動回路１１２とＢＡＡ駆動回路１１３と全体制御回路１６１のいずれかに同期用のクロック信号を発生する発振器を含む同期回路を搭載すればよい。具体的な制御内容を以下に説明する。
図７は、実施の形態１における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの一例を示すタイムチャート図である。図７では、励起光の発生／停止を示すＯＮ／ＯＦＦのタイミングチャートと、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のあるビームの個別ブランキング制御を行う際のＯＮ／ＯＦＦ駆動のタイミングチャートと、個別ブランキング制御に伴うビームのＯＮ／ＯＦＦのタイミングチャートと、を示している。図７の例では、マルチ光電子ビーム２０のｋ番目のショットと、マルチ光電子ビーム２０のｋ＋１番目のショットと、を示している。
図７において、制御回路１６０は、マルチ光電子ビーム２０のショット毎に、励起光２００を停止（ＯＦＦ）の状態から発生（ＯＮ）の状態に切り替えた時点以降に、ビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替えるように制御する。そして、制御回路１６０は、すべてのビームがビームＯＦＦの状態になった時点以降に励起光２００を発生の状態から停止の状態に切り替えるように制御する。マルチ光電子ビーム２０のショットサイクルでは、上述したように、予め設定された最大照射時間Ｔｔｒ以内の任意の照射時間がビーム毎に設定される。
そこで、励起光源２０１は、ショットサイクル開始タイミングで励起光２００の発生を開始する。一方、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４内の各ビームの個別ブランキング制御機構は、ショットサイクル開始タイミング以降に、ビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替える。各ビームの個別ブランキング制御機構は、個別に設定された照射時間が経過した後に、ビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替える。よって、各ビームは、個別ブランキング制御機構の動作に合わせて、ビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替わり、個別に設定された照射時間が経過した後に、ビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替わる。そして、励起光源２０１は、ショットサイクル開始タイミングから最大照射時間Ｔｔｒ以上の所定の時間が経過した後に、励起光２００の発生を停止する。かかる動作により、マルチ光電子ビーム２０のうち、いずれかのビームに漏れビームが生じる場合でも、励起光２００を停止している間については、 そもそも光電子の発生が生じないので、漏れビームを生じさせないようにできる。例えば、励起光２００のＯＮ／ＯＦＦが１：１であれば、常時ＯＮの場合に比べて漏れビームを５０％以下にできる。
図８は、実施の形態１の変形例１における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの一例を示すタイムチャート図である。図８では、図７と同様、励起光の発生／停止を示すＯＮ／ＯＦＦのタイミングチャートと、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のあるビームの個別ブランキング制御を行う際のＯＮ／ＯＦＦ駆動のタイミングチャートと、個別ブランキング制御に伴うビームのＯＮ／ＯＦＦのタイミングチャートと、を示している。図８の例では、マルチ光電子ビーム２０のｋ番目のショットと、マルチ光電子ビーム２０のｋ＋１番目のショットと、を示している。
図８において、制御回路１６０は、マルチ光電子ビーム２０のショット毎に、励起光２００を停止の状態から所定の回数の励起光２００のパルスを発生させ、励起光２００のパルスの発生開始前、励起光２００のパルスの発生と同時、若しくは励起光２００のパルスの発生開始後であってパルス間のパルスＯＦＦのタイミングでビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替えるように制御する。そして、制御回路１６０は、ビームＯＮに制御された各ビームをそれぞれ必要なドーズ量に対応するパルス数のパルス発生後にビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるように制御する。励起光２００のパルスは、例えば、所定のタイミング及び所定のピッチで発生させる。パルスの時間幅及びピッチは、個別ビームが照射時間を制御可能に設定される。最大照射時間Ｔｔｒが例えば１０２３階調で定義される場合、１パルスの発生時間は、例えば、１階調分の時間で定義される。かかる場合、 ブランキングアパーチャアレイ機構２０４内の各ビームの個別ブランキング制御機構は、ショットサイクル開始タイミングで、ビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替える。一方、励起光源２０１は、ショットサイクル開始タイミング以降に、励起光２００の発生を開始する。各ビームの個別ブランキング制御機構は、個別に設定された照射時間に相当するパルス数のパルス発生後にビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替える。励起光源２０１は、最大照射時間Ｔｔｒ以上の照射時間に相当するパルス数のパルス発生後に停止する。
但し、これに限るものではなく、励起光２００のパルス幅及びピッチは可変に設定しても構わない。
図９は、実施の形態１の変形例１における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの他の一例を示すタイムチャート図である。図９の例おいて、最大照射時間Ｔｔｒが例えば８階調で定義される場合、例えば、１階調分の時間で１パルス、及び７階調分がそれぞれの時間幅で１倍、２倍、４倍のパルスを発生させる。尚、０諧調分は励起光が停止している適当なタイミングでも良いし、時間幅が０倍のパルスとして制御しても良い。かかる場合、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４内の各ビームの個別ブランキング制御機構は、励起光２００のパルスが発生している期間中に、励起光２００のパルスの発生開始後であってパルス間のパルスＯＦＦのタイミングでビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替えるように制御する。そして、各ビームの個別ブランキング制御機構は、それぞれ必要なドーズ量に対応するパルス数のパルスだけを取り込んだタイミングで、ビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるように制御する。図９の例では、各ショットでパルスを組み合わせ、３および７階調分の照射時間のビームについて、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングを示している。
図１０は、実施の形態１の変形例２における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの他の一例を示すタイムチャート図である。図１０の例では、図７に示した制御内容のうち、ビームＯＦＦへの切り替えタイミングを励起光２００の停止タイミングに合わせる場合を示している。
図１０において、制御回路１６０は、マルチ光電子ビーム２０のショット毎に、励起光２００を停止の状態から発生の状態に切り替えて、所定の期間、励起光２００を発生し、励起光２００が発生している状態でビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替えるように制御する。そして、制御回路１６０は、ビームＯＮに制御された各ビームをビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるタイミングに同期して、励起光２００を発生の状態から停止の状態に切り替えるように制御する。具体的には、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４内の各ビームの個別ブランキング制御機構は、励起光２００の停止タイミングから個別に設定された照射時間の開始タイミングを逆算して、得られた開始タイミングでビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替える。一方、励起光源２０１は、各ビームの中で最初の開始タイミングと同時または、その前に設定されたショットサイクル開始タイミングで励起光２００の発生を開始する。そして、励起光源２０１は、ショットサイクル開始タイミングから所定の時間が経過した後に、励起光２００の発生を停止する。各ビームの個別ブランキング制御機構は、励起光２００の停止タイミングに合わせて、ビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替える。よって、各ビームは、個別ブランキング制御機構の動作に合わせて、励起光２００の停止タイミングでビームＯＦＦになる。ブランキング偏向によりビームＯＦＦにする場合、ビームの立ち下がりに時間がかかる場合がある。励起光源２０１では、レーザー発振器により励起光２００のＯＮ／ＯＦＦの切り替え応答性が個別ブランキング制御機構よりも高い。そのため、励起光２００の停止タイミングとビームＯＦＦのタイミングとを同期させることで、かかるビームの立ち下がり期間中の漏れビームをカットできる。
図１１は、実施の形態１の変形例３における励起光の発生／停止の切り替えタイミングとあるビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとの他の一例を示すタイムチャート図である。図１１の例では、図７に示した制御内容のうち、ビームＯＮへの切り替えタイミング（照射開始タイミング）を励起光２００の発生タイミングに合わせる場合を示している。
図１１において、制御回路１６０は、マルチ光電子ビーム２０のショット毎に、励起光２００を停止の状態から発生の状態に切り替えるタイミングに同期して、ビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替えるように制御する。そして、制御回路１６０は、励起光２００を発生の状態から停止の状態に切り替えるまでに、ビームＯＮに制御された各ビームをビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるように制御する。具体的には、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４内の各ビームの個別ブランキング制御機構は、ショットサイクル開始タイミングでビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替える。ブランキング偏向によりビームＯＮにする場合、ビームの立ち上がりに時間がかかる場合がある。励起光源２０１では、レーザー発振器により励起光２００のＯＮ／ＯＦＦの切り替え応答性が個別ブランキング制御機構よりも高い。そのため、励起光源２０１は、ショットサイクル開始タイミングからビームの立ち上がり時間経過時点のタイミングに合わせて励起光２００の発生を開始する。よって、各ビームは、励起光２００の発生開始タイミングでビームＯＮの状態になる。そして、各ビームの個別ブランキング制御機構は、個別に設定された照射時間が経過した後に、ビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替える。励起光源２０１は、ショットサイクル開始タイミングから最大照射時間Ｔｔｒ以上の所定の時間が経過した後に、励起光２００の発生を停止する。励起光２００の発生開始タイミングとビームＯＮのタイミングとを同期させることで、かかるビームの立ち上がり期間中の漏れビームをカットできる。また、立ち上がり期間中のドーズをカットできるので、ドーズ量の精度を上げることができる。
以上のように、実施の形態１では、マルチ光電子ビーム２０のショット毎に、励起光２００の発生／停止の切り替えタイミングと各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとを連動させながら、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を用いて、マルチ光電子ビーム２０の各ビームを偏向することにより各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦを個別に切り替える個別ブランキング制御を行う。
そして、描画機構１５０は、ビームＯＮに制御されたマルチ光電子ビームを用いて、試料１０１にパターンを描画する。
以上のように、実施の形態１によれば、マルチビーム描画において、漏れビームを低減できる。
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
また、上述した例では、各ロジック回路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 マルチ光電子ビーム
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
４１ 制御回路
１００ 描画装置
１０１ 試料
１１２ パルス駆動回路
１１３ ＢＡＡ駆動回路
１５０ 描画機構
１６０ 制御回路
１６１ 全体制御回路
２００ 励起光
２０１ 励起光源
２０２ ビームエクスパンダー
２２０ マルチアノード電極
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 電磁レンズ
２０６ 制限アパーチャ基板
２０７ 電磁レンズ
２０８ 対物偏向器
２１０ 光電子放出機構
２１２ マルチレンズアレイ
２１４ ガラス基板
２１６ マルチ遮光膜
２１８ 光電面
３３０ メンブレン領域
３３２ 外周領域

Claims (7)

  1. 励起光を発生する励起光源と、
    前記励起光を複数の光に分割するマルチレンズアレイと、
    表面から前記複数の光を入射し、裏面からマルチ光電子ビームを放出する光電面と、
    前記マルチ光電子ビームの各ビームを偏向することにより各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦを個別に切り替える個別ブランキング制御を行うブランキングアパーチャアレイ機構と、
    ビームＯＮに制御されたマルチ光電子ビームで試料を照射する電子光学系と、
    前記マルチ光電子ビームのショット毎に、前記励起光の発生／停止の切り替えタイミングと各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとを連動させる制御回路と、
    を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム描画装置。
  2. 前記制御回路は、前記マルチ光電子ビームのショット毎に、前記励起光を停止の状態から発生の状態に切り替えた時点以降に、ビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替え、すべてのビームがビームＯＦＦの状態になった時点以降に前記励起光を発生の状態から停止の状態に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム描画装置。
  3. 前記制御回路は、前記マルチ光電子ビームのショット毎に、前記励起光を停止の状態から所定の回数の前記励起光のパルスを発生させ、ビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替え、ビームＯＮに制御された各ビームをそれぞれ必要なドーズ量に対応するパルス数のパルス発生後にビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム描画装置。
  4. 前記制御回路は、前記マルチ光電子ビームのショット毎に、前記励起光を停止の状態から所定の回数の前記励起光のパルスを発生させ、前期パルスの幅はドーズ量制御の諧調に対応するよう変調された諧調パルスを構成し、各ビームをそれぞれ必要なドーズ量が前記諧調パルスの合算として制御される請求項３記載のマルチ電子ビーム描画装置。
  5. 前記制御回路は、前記マルチ光電子ビームのショット毎に、前記励起光を停止の状態から発生の状態に切り替えて、所定の期間、前記励起光を発生し、前記励起光が発生している状態でビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替え、前記励起光を発生の状態から停止の状態に切り替えるタイミングに同期して、ビームＯＮに制御された各ビームをビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ電子ビーム描画装置。
  6. 前記制御回路は、前記マルチ光電子ビームのショット毎に、前記励起光を停止の状態から発生の状態に切り替えるタイミングに同期して、ビームＯＮに制御する予定の各ビームをビームＯＦＦの状態からビームＯＮの状態に切り替え、前記励起光を発生の状態から停止の状態に切り替えるまでに、ビームＯＮに制御された各ビームをビームＯＮの状態からビームＯＦＦの状態に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ電子ビーム描画装置。
  7. 励起光源から励起光を発生する工程と、
    マルチレンズアレイを用いて前記励起光を複数の光に分割する工程と、
    光電面の表面から前記複数の光を入射し、裏面からマルチ光電子ビームを放出する工程と、
    前記マルチ光電子ビームのショット毎に、前記励起光の発生／停止の切り替えタイミングと各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングとを連動させながら、ブランキングアパーチャアレイ機構を用いて、前記マルチ光電子ビームの各ビームを偏向することにより各ビームのビームＯＮ／ＯＦＦを個別に切り替える個別ブランキング制御を行う工程と、
    ビームＯＮに制御されたマルチ光電子ビームを用いて、試料にパターンを描画する工程と、
    を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム描画方法。
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