電子ビーム描画装置及び電子ビームの電流密度調整方法
【目的】描画中に電子ビームの電流密度調整を行なうことが可能な装置及び方法を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の描画装置１００は、電子ビーム２００を照射する電子銃２０１と、制御値を入力し、制御値に基づいて電子銃２０１を制御する電子銃電源２３０と、試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビーム２００の電流密度を測定する電流密度測定部２４２と、電流密度の測定毎に、電流密度が略一定になるように、測定された電流密度に応じて変化する上述した制御値を演算し、演算の都度、制御値を電子銃電源２３０に出力するＰＩＤ制御部２４４と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、描画中、電子ビームの電流密度を略一定に維持することができる。
【構成】本発明の一態様の描画装置１００は、電子ビーム２００を照射する電子銃２０１と、制御値を入力し、制御値に基づいて電子銃２０１を制御する電子銃電源２３０と、試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビーム２００の電流密度を測定する電流密度測定部２４２と、電流密度の測定毎に、電流密度が略一定になるように、測定された電流密度に応じて変化する上述した制御値を演算し、演算の都度、制御値を電子銃電源２３０に出力するＰＩＤ制御部２４４と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、描画中、電子ビームの電流密度を略一定に維持することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム描画装置及び電子ビームの電流密度調整方法に係り、例えば、所定の照射量のビームを試料に照射することでパターンを描画する電子ビーム描画装置及び電子ビームの電流密度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。これらの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、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。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、高精度の原画パターンの生産に用いられる。
【０００３】
図７は、可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置は、以下のように動作する。まず、第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向される。そして、可変成形開口４２１の一部を通過して、ステージ上に搭載された試料に照射される。ステージは、描画中、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動している。このように、開口４１１と可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、試料３４０の描画領域に描画される。開口４１１と可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。
【０００４】
電子ビーム描画装置のスループットを向上させるためには、ビームの電流密度の増大が不可欠となっている。そして、その大電流密度を実現させるためには、電子銃のカソード温度を高温に設定する必要が生じる。しかし、カソードを高温に設定するとカソード材料の蒸発速度が大きくなるために、描画中にカソード先端形状が変化してしまう。
【０００５】
一方、従来の電子ビーム描画装置では、カソードから放出される電子によって流れるエミッション電流が常に一定になるように電子銃を制御していた。
図８は、従来の電子銃制御方法の一例を示す図である。
従来、まず、エミッション電流Ｉｅの目標値を電子銃電源に設定する（Ｓ２０２）。そして、定期的にエミッション電流Ｉｅを測定する（Ｓ２０４）。そして、測定したエミッション電流Ｉｅが許容範囲内かどうかを判定する（Ｓ２０６）。そして、範囲内ならＳ２０４に戻る。範囲外であれば、エミッション電流Ｉｅの目標値になるようにバイアス電圧ＶＢを変更する。このように、常に最初に設定したエミッション電流になるように電子銃を制御していた。このような制御方法のまま大電流密度条件下で描画をおこなってしまうと、いくらエミッション電流を一定に維持してもカソード先端形状の変化によって電流密度が変化してしまうといった問題があった。そのため、大電流密度条件下では、描画中にビーム電流密度が変化し、その結果、描画されているパターンの描画精度が劣化してしまうといった問題があった。
【０００６】
ここで、ＺｒＯ／Ｗエミッタについて、電流密度を一定に保つために、例えば週に１回程度、フィラメント電流補正量ΔＩだけフィラメント加熱量を制御するといった技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＬａＢ６エミッタについて、フィラメント加熱電流とエミッション電流を３点×３点の計９点の条件で振って、各条件で温度が安定するまで例えば５分間待ってから電流密度を測定する。そして、許容範囲内の電流密度が得られる条件のフィラメント加熱電流とエミッション電流の組み合わせを見つけて、この組み合わせになるように電子銃電源を制御するといった技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８８０７６号公報
【特許文献２】特開平８−１１１１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、大電流密度条件下では、描画中にビーム電流密度が変化してしまうといった問題があった。電流密度が変化してしまうと試料への照射量（Ｄｏｓｅ）が変化してしまうので、描画されているパターンの描画精度が劣化してしまうといった問題を引き起こす。ここで、照射量Ｄ＝電流密度Ｊ×照射時間ΔＴで表わすことができるが、カソード先端形状が変化してしまうと電流密度Ｊが増大する。そのため、照射量Ｄを一定に維持するためには、その分だけ照射時間ΔＴを短くすることが考えられる。しかし、照射時間ΔＴを短くするといっても限界がある。そのため、電流密度Ｊを一定に維持することが望まれる。
【０００８】
従来、電流密度をそれほど大きくする必要がなかったので、電流密度Ｊが変化するといっても１つの試料を描画している間で問題にするほどではなかった。仮に変化したとしてもその変化量は小さく照射時間ΔＴを短くすることで対応が可能であった。しかしながら、昨今のパターンの微細化及び集積化に伴い、増大するパターンを描画することによるスループットの低下を抑制しなければならないという命題がある。そのために大電流密度条件下での描画が必要となるが、その条件下では上述したように１つの試料を描画している間での電流密度Ｊの変化が問題になってくる。上述した特許文献１では、例えば週に１回程度、特許文献２では、例えば３日乃至１０日に１回程度、それぞれ電流密度の調整が行なわれていたようであるが、それでは描画中の変化に対応することができない。さらに、上述した特許文献１，２では、いずれもフィラメント加熱温度を変化させるために、温度が安定するまで時間がかかってしまう。例えば、上述した特許文献２の例では１条件あたり５分間程度必要としていたようである。そして、それを９条件で測定するためさらに時間が必要となる。このように時間がかかっていたのではスループットの観点から描画中に電流密度調整を行なうことは困難である。以上のように、従来の技術では、描画中の電流密度調整を行なうことは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、描画中に電子ビームの電流密度調整を行なうことが可能な装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様の電子ビーム描画装置は、
電子ビームを照射する照射源と、
制御値を入力し、制御値に基づいて照射源を制御する第１の制御部と、
電子ビームを用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビームの電流密度を測定する電流密度測定部と、
電子ビームの電流密度の測定毎に、電子ビームの電流密度が略一定になるように、測定された電子ビームの電流密度に応じて変化する上述した制御値を演算し、演算の都度、制御値を第１の制御部に出力する第２の制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により、描画中に電子ビームの電流密度が略一定になるように複数回の制御値を照射源に出力することができる。そのため、照射源では描画中に変化する制御値に応じて照射源のバイアス電圧を変化させる。そのため、上述したカソード先端が変化しても、描画中、電子ビームの電流密度を略一定に維持することができる。
【００１２】
第１の制御部は、照射源に流れるエミッション電流が目標値に近づくように照射源のバイアス電圧を可変に制御し、
第２の制御部は、上述した制御値として、かかる目標値を演算して出力すると好適である。
【００１３】
或いは、第１の制御部は、照射源のバイアス電圧を可変に制御し、
第２の制御部は、制御値として、かかるバイアス電圧の目標値を演算して出力するようにしても好適である。
【００１４】
また、第２の制御部は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）制御法を用いて目標値を演算すると好適である。
【００１５】
本発明の一態様の電子ビームの電流密度調整方法は、
制御値に基づいて制御される照射源から電子ビームを照射する工程と、
電子ビームを用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビームの電流密度を測定する工程と、
電子ビームの電流密度の測定毎に、電子ビームの電流密度が略一定になるように、測定された電子ビームの電流密度に応じて変化する上述した制御値を演算し、演算の都度、制御値を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、描画中、電子ビームの電流密度を略一定に維持することができる。その結果、高精度なパターンを描画することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、電子ビーム描画装置の一例となる。そして、描画装置１００は、試料に所望するパターンを描画する。描画部１５０は、電子鏡筒１０２、描画室１０３を有している。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランキング（ＢＬＫ）偏向器２１８、ブランキング（ＢＬＫ）アパーチャ２１９、第１の成形アパーチャ２０３、成形レンズ２０４、成形偏向器２０５、第２の成形アパーチャ２０６、縮小レンズ２１６、対物レンズ２０７、副偏向器２１２、及び主偏向器２１４が配置されている。また、描画室１０３内には、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５が配置されている。また、ＸＹステージ１０５には、電子ビーム２００の電流を測定するためのビーム吸収電極（ファラデーカップ２０９）が配置されている。電子銃２０１は、カソード２２０及びアノード２２６を有している。カソード２２０は、エミッタ２２２及びウェネルト電極２２４を有している。また、アノード２２６は、接地（地絡）されている。また、ＸＹステージ１０５上には、描画対象となる試料が配置される。試料として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のマスク基板が含まれる。マスク基板としては、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。
【００１８】
制御部１６０は、電子銃電源２３０、及び描画制御回路２４０を有している。電子銃電源２３０内では、エミッタ２２２の両極に定電流源２３１により所定の加熱電流を流している。そして、エミッタ２２２の両極の中間電圧とウェネルト電極２２４間には所定のバイアス電圧（ウェネルト電圧）が可変電圧源２３４によって印加される。また、エミッタ２２２の両極の中間電圧には、可変電圧源２３４と並列に所定の直流電源が配置され、直流電源の他方は電流計２３８を介して地絡されている。また、可変電圧源２３４と並列に電圧計２３６が配置される。描画制御回路２４０には、電流密度測定部２４２及びＰＩＤ制御部２４４が配置される。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
【００１９】
また、電子銃電源２３０内では、制御部２３２が電圧計２３６で検出しながら可変電圧源２３４から印加されるバイアス電圧（ウェネルト電圧）を可変制御して、目標となるエミッション電流になるように制御している。エミッション電流の値は電流計２３８で検出することができる。
【００２０】
そして、照射部の一例となる電子銃２０１から電子ビーム２００が照射される。電子銃２０１から出た電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１の成形アパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１の成形アパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、成形レンズ２０４により第２の成形アパーチャ２０６上に投影される。かかる第２の成形アパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、成形偏向器２０５によって偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。その結果、電子ビーム２００は成形される。そして、第２の成形アパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、縮小レンズ２１６で縮小され、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、主偏向器２１４及び副偏向器２１２により偏向される。その結果、連続移動するＸＹステージ１０５上の試料の所望する位置に照射される。
【００２１】
また、試料上の電子ビーム２００が、所望する照射量を試料に入射させる照射時間Δｔに達した場合、以下のようにブランキングする。すなわち、試料上に必要以上に電子ビーム２００が照射されないようにするため、例えば静電型のＢＬＫ偏向器２１８で電子ビーム２００を偏向すると共にＢＬＫアパーチャ２１９で電子ビーム２００をカットする。これにより、電子ビーム２００が試料面上に到達しないようにする。ＢＬＫ偏向器２１８の偏向電圧は、描画制御回路２４０によって制御される。また、電子鏡筒１０２内および描画室１０３内は、図示してい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となる真空雰囲気となっている。
【００２２】
ここで、発明者等は、以下のように構成することで、描画している間電流密度Ｊを略一定に維持できることを見出した。まず、試料に所望するパターンを描画している間に、複数回、電流密度Ｊを測定し、その変化を補正して所望する一定値に収束させるためのミッション電流Ｉｅの目標値を測定の都度、演算する。そして、その目標値を電子銃電源２３０に出力する。そして、電子銃電源２３０内で描画中にバイアス電圧を可変制御させ、ミッション電流Ｉｅを目標値に近づけさせる。このように構成することで、描画している間、電流密度Ｊを略一定に維持することができる。
【００２３】
図２は、実施の形態１における電子ビームの電流密度調整方法を説明するための概念図である。
図２において、電子銃電源２３０は、バイアス電圧ＶＢの値をフィードバック制御することでミッション電流Ｉｅの目標値に合わせる。そして、電子銃２０１からは、ミッション電流Ｉｅの電子ビーム２００が照射される。そして、開口サイズが定まっている第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームをファラデーカップ２０９で受ける。そして、ファラデーカップ２０９で受けた電流強度から得られる第１の成形アパーチャ電流値を電流密度測定部２４２に出力する。ここでは、第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームのビーム電流を第１の成形アパーチャ電流とする。そして、電流密度測定部２４２で第１の成形アパーチャ電流値を第１の成形アパーチャ２０３の開口面積で割ることで電流密度Ｊを測定する。そして、電流密度ＪはＰＩＤ制御部２４４に出力され、ＰＩＤ制御部２４４で設定された電流密度Ｊに収束するようにするためのミッション電流Ｉｅの目標値を演算する。そして、目標ミッション電流Ｉｅは電子銃電源２３０に出力され、電子銃電源２３０は、バイアス電圧ＶＢの値をフィードバック制御することで新たなミッション電流Ｉｅの目標値に合わせる。このループ動作を試料の描画中に複数回行なう。
【００２４】
図３は、実施の形態１における電子ビームの電流密度調整方法の要部工程を示すフローチャート図である。
まず、電子銃電源２３０の制御部２３２にミッション電流Ｉｅの初期値を設定する。そして、制御部２３２は、バイアス電圧ＶＢの値をフィードバック制御しながら可変制御を行なうことで最初の目標値となるミッション電流Ｉｅの初期値に合わせる。そして、試料に所定のパターンの描画を開始する。そして、描画中に以下に示すような電子ビームの電流密度調整を複数回行なう。例えば、１０〜３０分おきに電子ビームの電流密度調整を行なう。このタイミングは、例えば、描画中に定期的に行なわれるビーム位置補正シーケンスの中で一緒に行なえばよい。このようにすることで、電子ビームの電流密度調整のための新たな時間が不要となりスループットの低下を抑制することができる。以下、電子ビームの電流密度調整方法の要部工程を説明する。
【００２５】
Ｓ（ステップ）１０２において、ビーム照射工程として、電子銃２０１は、ミッション電流Ｉｅが目標値に合わせ込まれた電子ビーム２００を照射する。電子銃２０１は、照射源の一例となる。
【００２６】
Ｓ１０４において、電流密度測定工程として、電流密度測定部２４２は、図３のステップが繰り返される毎に電子ビーム２００の電流密度Ｊを測定する。すなわち、電子ビーム２００を用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビーム２００の電流密度Ｊを測定する。その手法は、上述したように、開口サイズが定まっている第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームをファラデーカップ２０９で受ける。具体的には、電子銃２０１から照射された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によって、第１の成形アパーチャ２０３上に照明される。そして、第１の成形アパーチャ２０３を通過した第１の成形アパーチャ２０３像が第２の成形アパーチャ２０６に遮へいされないように成形偏向器２０５で電子ビーム２００を偏向する。そして、第２の成形アパーチャ２０６を通過した全ビームのビーム電流をファラデーカップ２０９で測定する。そして、ファラデーカップ２０９の出力が電流密度測定部２４２に送信される。そして、電流密度測定部２４２で第１の成形アパーチャ電流値を第１の成形アパーチャ２０３の開口面積で割ることで電流密度Ｊを算出する。第１の成形アパーチャ電流を測定することで、成形レンズ２０４や成形偏向器２０５の変動（雑音）が電流密度算出精度に悪影響を及ぼすことを回避することができる。
【００２７】
ここで、上述した例では、第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームから電流密度Ｊを算出しているが、これに限るものではない。例えば、第１の成形アパーチャ２０３と第２の成形アパーチャ２０６とにより例えば１μｍ角のビームを成形する。そして、その成形されたビームをファラデーカップ２０９で測定するようにしてもよい。そして、成形された面積でビーム電流値を割れば電流密度Ｊを求めることができる。このように、成形される面積を予め決めておけば電流密度Ｊを測定することができる。
【００２８】
Ｓ１０６において、目標エミッション電流演算工程として、ＰＩＤ制御部２４４は、電子ビームの電流密度の測定毎に、電子ビーム２００の電流密度Ｊが略一定になるように、測定された電子ビーム２００の電流密度Ｊに応じて変化するエミッション電流Ｉｅの目標値（制御値の一例）を演算する。そして、演算の都度、エミッション電流Ｉｅの目標値を制御部２３２に出力する。ＰＩＤ制御部２４４は、第２の制御部の一例である。また、ＰＩＤ制御部２４４は、ＰＩＤ法を用いて、電流密度Ｊが一定値に収束するようにエミッション電流Ｉｅの目標値を演算する。
【００２９】
図４は、実施の形態１における電流密度とエミッション電流Ｉｅの目標値との一例を示す図である。
図４（ａ）では、電流密度Ｊが時間の経過と共に収束して様子を示している。図４（ａ）に示すような収束方向に導くために、ＰＩＤ制御部２４４は、ＰＩＤ法を用いて、図４（ｂ）に示すようなエミッション電流Ｉｅの目標値を演算する。
【００３０】
Ｓ１０８において、目標エミッション電流設定工程として、制御部２３２は、エミッション電流Ｉｅの目標値を入力し、それまで設定されていた値に代えて設定し直す。制御部２３２は、第１の制御部の一例である。
【００３１】
Ｓ１１０において、バイアス電圧可変制御工程として、制御部２３２は、新たなエミッション電流Ｉｅの目標値に基づいて電子銃２０１を制御する。
図５は、エミッション電流とバイアス電圧との関係の一例を示す図である。
エミッション電流Ｉｅとバイアス電圧ＶＢとの関係は、図５に示すように、カソード２２０、特に、エミッタ２２２の先端形状の変化に伴って実線で示すグラフから点線で示すグラフへと変化していく。従来、図５に示すような関係の変化に関わらず、一定のエミッション電流を維持しようと制御していたため、電流密度を一定にすることができなかった。これに対し、実施の形態１では、電流密度を略一定にすることが前提となるため、図５に示すような関係の変化によって、エミッション電流Ｉｅの目標値を変えていく。そして、制御部２３２は、電子銃２０１のカソード２２０とアノード２２６との間に流れるエミッション電流が常に新たなエミッション電流Ｉｅの目標値に近づくように可変電圧源２３４の出力を変えてバイアス電圧ＶＢを可変に制御する。新たなエミッション電流Ｉｅの目標値に近づいているかどうかは、電流計２３８の測定結果を制御部２３２が入力することで判断することができる。また、バイアス電圧ＶＢの測定結果を制御部２３２が入力することでその値を判断することができる。
【００３２】
Ｓ１１２において、判定工程として、描画が終了しているかどうかを判定する。そして、まだ、描画中である場合には、Ｓ１０２に戻る。そして、上述した例えば１０〜３０分毎にまたＳ１０２からＳ１１２までを繰り返す。このようにして、電子ビーム２００を用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビーム２００の電流密度Ｊを測定して、その都度、エミッション電流Ｉｅの目標値を変えていく。そして、描画が終了したら終了する。或いは、次の試料の描画のために、描画をしていないときにも、上述した電流密度調整を定期的に行なっても好適である。これにより、常に電流密度を略一定に保つことができる。
【００３３】
ここで、上述した例では、ＰＩＤ制御部２４４が電子ビーム２００の電流密度Ｊが略一定になるように、エミッション電流Ｉｅの目標値を演算するように構成したがこれに限るものではない。例えば、バイアス電圧ＶＢの目標値を演算して出力するようにしても好適である。そして、その場合には、制御部２３２が入力したバイアス電圧ＶＢの目標値に可変電圧源２３４の出力を変えるように構成すればよい。
【００３４】
図６は、実施の形態１における電流密度Ｊとドーズ量Ｄ（レジストの照射される単位面積当たりの電荷量）の時間的変化の一例を示す図である。
図６では、例えば、２０分に１回の割合で電流密度調整を行なう場合を示している。エミッション電流Ｉｅを常に一定にした場合、図６（ａ）における点線で示したように電流密度Ｊは多次元的に上昇してしまう。このため照射時間ΔＴを例えば２０分毎に調整したとしても、図６（ｂ）に点線で示すようにドーズ量Ｄの変化量は、エミッション電流Ｉｅを変えながら調整する実施の形態１の場合（実線）よりも大きくなってしまう。言い換えれば、実施の形態１によれば、ドーズ量Ｄの変化量を小さくすることができる。これは、調整時にエミッション電流Ｉｅを変えているので、調整時刻における電流密度Ｊの変化率を小さくすることができるためである。以上、述べたように本発明の実施の形態１では、描画中のドーズ量Ｄの変化を小さくすることができ、その結果、描画精度を向上させることができる。
【００３５】
また、従来は、ビーム変動量が例えば３％以上になるとカソードを交換していたが、実施の形態１によればビーム変動量を小さく抑えることができるのでカソードの寿命も延ばすことができる。
【００３６】
さらに、実施の形態１では、従来技術と異なりフィラメント加熱電流は変えないので、光学系の特性に影響を与えずに済ますことができる。その点からも描画精度を劣化させずに済ますことができる。そして、実施の形態１では、従来技術と異なりフィラメント加熱電流は変えないので、温度が安定するまで待機する必要がない。そのため、従来の手法と異なり描画中でも電流密度の調整を行なうことができる。
【００３７】
以上の説明において、電流密度測定部２４２及びＰＩＤ制御部２４４は、その機能の処理を、コンピュータを搭載した制御計算機によりソフトウェアにより実効してもよい。或いは、電気的な回路によるハードウェアにより実施させても構わない。或いは、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組合せでも構わない。また、ソフトウェアにより構成される場合、プログラムは、図示しない磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。その際、制御計算機がバスを介して、記憶装置の一例となるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ、磁気ディスク（ＨＤ）装置、入力手段の一例となるキーボード（Ｋ／Ｂ）、マウス、出力手段の一例となるモニタ、プリンタ、或いは、入力出力手段の一例となる外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）、ＦＤ、ＤＶＤ、ＣＤ等に接続されていても構わない。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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電子ビーム描画装置及び電子ビームの電流密度調整方法は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】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２】実施の形態１における電子ビームの電流密度調整方法を説明するための概念図である。
【図３】実施の形態１における電子ビームの電流密度調整方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図４】実施の形態１における電流密度とエミッション電流Ｉｅの目標値との一例を示す図である。
【図５】エミッション電流とバイアス電圧との関係の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１における電流密度と照射量の時間的変化の一例を示す図である。
【図７】従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
【図８】従来の電子銃制御方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０，２３２ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 第１の成形アパーチャ
２０４ 成形レンズ
２０５ 成形偏向器
２０６ 第２の成形アパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０９ ファラデーカップ
２１２ 副偏向器
２１４ 主偏向器
２１６ 縮小レンズ
２１８ ＢＬＫ偏向器
２１９ ＢＬＫアパーチャ
２２０ カソード
２２２ エミッタ
２２４ ウェネルト電極
２２６ アノード
２３０ 電子銃電源
２３１ 定電流源
２３４ 可変電圧源
２３６ 電圧計
２３８ 電流計
２４０ 描画制御回路
２４２ 電流密度測定部
２４４ ＰＩＤ制御部
３００ リサイズ装置
３３０ 電子線
４１０ 第１のアパーチャ
４１１ 開口
４２０ 第２のアパーチャ
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム描画装置及び電子ビームの電流密度調整方法に係り、例えば、所定の照射量のビームを試料に照射することでパターンを描画する電子ビーム描画装置及び電子ビームの電流密度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。これらの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、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。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、高精度の原画パターンの生産に用いられる。
【０００３】
図７は、可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置は、以下のように動作する。まず、第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向される。そして、可変成形開口４２１の一部を通過して、ステージ上に搭載された試料に照射される。ステージは、描画中、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動している。このように、開口４１１と可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、試料３４０の描画領域に描画される。開口４１１と可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。
【０００４】
電子ビーム描画装置のスループットを向上させるためには、ビームの電流密度の増大が不可欠となっている。そして、その大電流密度を実現させるためには、電子銃のカソード温度を高温に設定する必要が生じる。しかし、カソードを高温に設定するとカソード材料の蒸発速度が大きくなるために、描画中にカソード先端形状が変化してしまう。
【０００５】
一方、従来の電子ビーム描画装置では、カソードから放出される電子によって流れるエミッション電流が常に一定になるように電子銃を制御していた。
図８は、従来の電子銃制御方法の一例を示す図である。
従来、まず、エミッション電流Ｉｅの目標値を電子銃電源に設定する（Ｓ２０２）。そして、定期的にエミッション電流Ｉｅを測定する（Ｓ２０４）。そして、測定したエミッション電流Ｉｅが許容範囲内かどうかを判定する（Ｓ２０６）。そして、範囲内ならＳ２０４に戻る。範囲外であれば、エミッション電流Ｉｅの目標値になるようにバイアス電圧ＶＢを変更する。このように、常に最初に設定したエミッション電流になるように電子銃を制御していた。このような制御方法のまま大電流密度条件下で描画をおこなってしまうと、いくらエミッション電流を一定に維持してもカソード先端形状の変化によって電流密度が変化してしまうといった問題があった。そのため、大電流密度条件下では、描画中にビーム電流密度が変化し、その結果、描画されているパターンの描画精度が劣化してしまうといった問題があった。
【０００６】
ここで、ＺｒＯ／Ｗエミッタについて、電流密度を一定に保つために、例えば週に１回程度、フィラメント電流補正量ΔＩだけフィラメント加熱量を制御するといった技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＬａＢ６エミッタについて、フィラメント加熱電流とエミッション電流を３点×３点の計９点の条件で振って、各条件で温度が安定するまで例えば５分間待ってから電流密度を測定する。そして、許容範囲内の電流密度が得られる条件のフィラメント加熱電流とエミッション電流の組み合わせを見つけて、この組み合わせになるように電子銃電源を制御するといった技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８８０７６号公報
【特許文献２】特開平８−１１１１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、大電流密度条件下では、描画中にビーム電流密度が変化してしまうといった問題があった。電流密度が変化してしまうと試料への照射量（Ｄｏｓｅ）が変化してしまうので、描画されているパターンの描画精度が劣化してしまうといった問題を引き起こす。ここで、照射量Ｄ＝電流密度Ｊ×照射時間ΔＴで表わすことができるが、カソード先端形状が変化してしまうと電流密度Ｊが増大する。そのため、照射量Ｄを一定に維持するためには、その分だけ照射時間ΔＴを短くすることが考えられる。しかし、照射時間ΔＴを短くするといっても限界がある。そのため、電流密度Ｊを一定に維持することが望まれる。
【０００８】
従来、電流密度をそれほど大きくする必要がなかったので、電流密度Ｊが変化するといっても１つの試料を描画している間で問題にするほどではなかった。仮に変化したとしてもその変化量は小さく照射時間ΔＴを短くすることで対応が可能であった。しかしながら、昨今のパターンの微細化及び集積化に伴い、増大するパターンを描画することによるスループットの低下を抑制しなければならないという命題がある。そのために大電流密度条件下での描画が必要となるが、その条件下では上述したように１つの試料を描画している間での電流密度Ｊの変化が問題になってくる。上述した特許文献１では、例えば週に１回程度、特許文献２では、例えば３日乃至１０日に１回程度、それぞれ電流密度の調整が行なわれていたようであるが、それでは描画中の変化に対応することができない。さらに、上述した特許文献１，２では、いずれもフィラメント加熱温度を変化させるために、温度が安定するまで時間がかかってしまう。例えば、上述した特許文献２の例では１条件あたり５分間程度必要としていたようである。そして、それを９条件で測定するためさらに時間が必要となる。このように時間がかかっていたのではスループットの観点から描画中に電流密度調整を行なうことは困難である。以上のように、従来の技術では、描画中の電流密度調整を行なうことは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、描画中に電子ビームの電流密度調整を行なうことが可能な装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様の電子ビーム描画装置は、
電子ビームを照射する照射源と、
制御値を入力し、制御値に基づいて照射源を制御する第１の制御部と、
電子ビームを用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビームの電流密度を測定する電流密度測定部と、
電子ビームの電流密度の測定毎に、電子ビームの電流密度が略一定になるように、測定された電子ビームの電流密度に応じて変化する上述した制御値を演算し、演算の都度、制御値を第１の制御部に出力する第２の制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により、描画中に電子ビームの電流密度が略一定になるように複数回の制御値を照射源に出力することができる。そのため、照射源では描画中に変化する制御値に応じて照射源のバイアス電圧を変化させる。そのため、上述したカソード先端が変化しても、描画中、電子ビームの電流密度を略一定に維持することができる。
【００１２】
第１の制御部は、照射源に流れるエミッション電流が目標値に近づくように照射源のバイアス電圧を可変に制御し、
第２の制御部は、上述した制御値として、かかる目標値を演算して出力すると好適である。
【００１３】
或いは、第１の制御部は、照射源のバイアス電圧を可変に制御し、
第２の制御部は、制御値として、かかるバイアス電圧の目標値を演算して出力するようにしても好適である。
【００１４】
また、第２の制御部は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）制御法を用いて目標値を演算すると好適である。
【００１５】
本発明の一態様の電子ビームの電流密度調整方法は、
制御値に基づいて制御される照射源から電子ビームを照射する工程と、
電子ビームを用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビームの電流密度を測定する工程と、
電子ビームの電流密度の測定毎に、電子ビームの電流密度が略一定になるように、測定された電子ビームの電流密度に応じて変化する上述した制御値を演算し、演算の都度、制御値を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、描画中、電子ビームの電流密度を略一定に維持することができる。その結果、高精度なパターンを描画することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、電子ビーム描画装置の一例となる。そして、描画装置１００は、試料に所望するパターンを描画する。描画部１５０は、電子鏡筒１０２、描画室１０３を有している。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランキング（ＢＬＫ）偏向器２１８、ブランキング（ＢＬＫ）アパーチャ２１９、第１の成形アパーチャ２０３、成形レンズ２０４、成形偏向器２０５、第２の成形アパーチャ２０６、縮小レンズ２１６、対物レンズ２０７、副偏向器２１２、及び主偏向器２１４が配置されている。また、描画室１０３内には、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５が配置されている。また、ＸＹステージ１０５には、電子ビーム２００の電流を測定するためのビーム吸収電極（ファラデーカップ２０９）が配置されている。電子銃２０１は、カソード２２０及びアノード２２６を有している。カソード２２０は、エミッタ２２２及びウェネルト電極２２４を有している。また、アノード２２６は、接地（地絡）されている。また、ＸＹステージ１０５上には、描画対象となる試料が配置される。試料として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のマスク基板が含まれる。マスク基板としては、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。
【００１８】
制御部１６０は、電子銃電源２３０、及び描画制御回路２４０を有している。電子銃電源２３０内では、エミッタ２２２の両極に定電流源２３１により所定の加熱電流を流している。そして、エミッタ２２２の両極の中間電圧とウェネルト電極２２４間には所定のバイアス電圧（ウェネルト電圧）が可変電圧源２３４によって印加される。また、エミッタ２２２の両極の中間電圧には、可変電圧源２３４と並列に所定の直流電源が配置され、直流電源の他方は電流計２３８を介して地絡されている。また、可変電圧源２３４と並列に電圧計２３６が配置される。描画制御回路２４０には、電流密度測定部２４２及びＰＩＤ制御部２４４が配置される。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
【００１９】
また、電子銃電源２３０内では、制御部２３２が電圧計２３６で検出しながら可変電圧源２３４から印加されるバイアス電圧（ウェネルト電圧）を可変制御して、目標となるエミッション電流になるように制御している。エミッション電流の値は電流計２３８で検出することができる。
【００２０】
そして、照射部の一例となる電子銃２０１から電子ビーム２００が照射される。電子銃２０１から出た電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１の成形アパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１の成形アパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、成形レンズ２０４により第２の成形アパーチャ２０６上に投影される。かかる第２の成形アパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、成形偏向器２０５によって偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。その結果、電子ビーム２００は成形される。そして、第２の成形アパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、縮小レンズ２１６で縮小され、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、主偏向器２１４及び副偏向器２１２により偏向される。その結果、連続移動するＸＹステージ１０５上の試料の所望する位置に照射される。
【００２１】
また、試料上の電子ビーム２００が、所望する照射量を試料に入射させる照射時間Δｔに達した場合、以下のようにブランキングする。すなわち、試料上に必要以上に電子ビーム２００が照射されないようにするため、例えば静電型のＢＬＫ偏向器２１８で電子ビーム２００を偏向すると共にＢＬＫアパーチャ２１９で電子ビーム２００をカットする。これにより、電子ビーム２００が試料面上に到達しないようにする。ＢＬＫ偏向器２１８の偏向電圧は、描画制御回路２４０によって制御される。また、電子鏡筒１０２内および描画室１０３内は、図示してい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となる真空雰囲気となっている。
【００２２】
ここで、発明者等は、以下のように構成することで、描画している間電流密度Ｊを略一定に維持できることを見出した。まず、試料に所望するパターンを描画している間に、複数回、電流密度Ｊを測定し、その変化を補正して所望する一定値に収束させるためのミッション電流Ｉｅの目標値を測定の都度、演算する。そして、その目標値を電子銃電源２３０に出力する。そして、電子銃電源２３０内で描画中にバイアス電圧を可変制御させ、ミッション電流Ｉｅを目標値に近づけさせる。このように構成することで、描画している間、電流密度Ｊを略一定に維持することができる。
【００２３】
図２は、実施の形態１における電子ビームの電流密度調整方法を説明するための概念図である。
図２において、電子銃電源２３０は、バイアス電圧ＶＢの値をフィードバック制御することでミッション電流Ｉｅの目標値に合わせる。そして、電子銃２０１からは、ミッション電流Ｉｅの電子ビーム２００が照射される。そして、開口サイズが定まっている第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームをファラデーカップ２０９で受ける。そして、ファラデーカップ２０９で受けた電流強度から得られる第１の成形アパーチャ電流値を電流密度測定部２４２に出力する。ここでは、第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームのビーム電流を第１の成形アパーチャ電流とする。そして、電流密度測定部２４２で第１の成形アパーチャ電流値を第１の成形アパーチャ２０３の開口面積で割ることで電流密度Ｊを測定する。そして、電流密度ＪはＰＩＤ制御部２４４に出力され、ＰＩＤ制御部２４４で設定された電流密度Ｊに収束するようにするためのミッション電流Ｉｅの目標値を演算する。そして、目標ミッション電流Ｉｅは電子銃電源２３０に出力され、電子銃電源２３０は、バイアス電圧ＶＢの値をフィードバック制御することで新たなミッション電流Ｉｅの目標値に合わせる。このループ動作を試料の描画中に複数回行なう。
【００２４】
図３は、実施の形態１における電子ビームの電流密度調整方法の要部工程を示すフローチャート図である。
まず、電子銃電源２３０の制御部２３２にミッション電流Ｉｅの初期値を設定する。そして、制御部２３２は、バイアス電圧ＶＢの値をフィードバック制御しながら可変制御を行なうことで最初の目標値となるミッション電流Ｉｅの初期値に合わせる。そして、試料に所定のパターンの描画を開始する。そして、描画中に以下に示すような電子ビームの電流密度調整を複数回行なう。例えば、１０〜３０分おきに電子ビームの電流密度調整を行なう。このタイミングは、例えば、描画中に定期的に行なわれるビーム位置補正シーケンスの中で一緒に行なえばよい。このようにすることで、電子ビームの電流密度調整のための新たな時間が不要となりスループットの低下を抑制することができる。以下、電子ビームの電流密度調整方法の要部工程を説明する。
【００２５】
Ｓ（ステップ）１０２において、ビーム照射工程として、電子銃２０１は、ミッション電流Ｉｅが目標値に合わせ込まれた電子ビーム２００を照射する。電子銃２０１は、照射源の一例となる。
【００２６】
Ｓ１０４において、電流密度測定工程として、電流密度測定部２４２は、図３のステップが繰り返される毎に電子ビーム２００の電流密度Ｊを測定する。すなわち、電子ビーム２００を用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビーム２００の電流密度Ｊを測定する。その手法は、上述したように、開口サイズが定まっている第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームをファラデーカップ２０９で受ける。具体的には、電子銃２０１から照射された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によって、第１の成形アパーチャ２０３上に照明される。そして、第１の成形アパーチャ２０３を通過した第１の成形アパーチャ２０３像が第２の成形アパーチャ２０６に遮へいされないように成形偏向器２０５で電子ビーム２００を偏向する。そして、第２の成形アパーチャ２０６を通過した全ビームのビーム電流をファラデーカップ２０９で測定する。そして、ファラデーカップ２０９の出力が電流密度測定部２４２に送信される。そして、電流密度測定部２４２で第１の成形アパーチャ電流値を第１の成形アパーチャ２０３の開口面積で割ることで電流密度Ｊを算出する。第１の成形アパーチャ電流を測定することで、成形レンズ２０４や成形偏向器２０５の変動（雑音）が電流密度算出精度に悪影響を及ぼすことを回避することができる。
【００２７】
ここで、上述した例では、第１の成形アパーチャ２０３を通過した全ビームから電流密度Ｊを算出しているが、これに限るものではない。例えば、第１の成形アパーチャ２０３と第２の成形アパーチャ２０６とにより例えば１μｍ角のビームを成形する。そして、その成形されたビームをファラデーカップ２０９で測定するようにしてもよい。そして、成形された面積でビーム電流値を割れば電流密度Ｊを求めることができる。このように、成形される面積を予め決めておけば電流密度Ｊを測定することができる。
【００２８】
Ｓ１０６において、目標エミッション電流演算工程として、ＰＩＤ制御部２４４は、電子ビームの電流密度の測定毎に、電子ビーム２００の電流密度Ｊが略一定になるように、測定された電子ビーム２００の電流密度Ｊに応じて変化するエミッション電流Ｉｅの目標値（制御値の一例）を演算する。そして、演算の都度、エミッション電流Ｉｅの目標値を制御部２３２に出力する。ＰＩＤ制御部２４４は、第２の制御部の一例である。また、ＰＩＤ制御部２４４は、ＰＩＤ法を用いて、電流密度Ｊが一定値に収束するようにエミッション電流Ｉｅの目標値を演算する。
【００２９】
図４は、実施の形態１における電流密度とエミッション電流Ｉｅの目標値との一例を示す図である。
図４（ａ）では、電流密度Ｊが時間の経過と共に収束して様子を示している。図４（ａ）に示すような収束方向に導くために、ＰＩＤ制御部２４４は、ＰＩＤ法を用いて、図４（ｂ）に示すようなエミッション電流Ｉｅの目標値を演算する。
【００３０】
Ｓ１０８において、目標エミッション電流設定工程として、制御部２３２は、エミッション電流Ｉｅの目標値を入力し、それまで設定されていた値に代えて設定し直す。制御部２３２は、第１の制御部の一例である。
【００３１】
Ｓ１１０において、バイアス電圧可変制御工程として、制御部２３２は、新たなエミッション電流Ｉｅの目標値に基づいて電子銃２０１を制御する。
図５は、エミッション電流とバイアス電圧との関係の一例を示す図である。
エミッション電流Ｉｅとバイアス電圧ＶＢとの関係は、図５に示すように、カソード２２０、特に、エミッタ２２２の先端形状の変化に伴って実線で示すグラフから点線で示すグラフへと変化していく。従来、図５に示すような関係の変化に関わらず、一定のエミッション電流を維持しようと制御していたため、電流密度を一定にすることができなかった。これに対し、実施の形態１では、電流密度を略一定にすることが前提となるため、図５に示すような関係の変化によって、エミッション電流Ｉｅの目標値を変えていく。そして、制御部２３２は、電子銃２０１のカソード２２０とアノード２２６との間に流れるエミッション電流が常に新たなエミッション電流Ｉｅの目標値に近づくように可変電圧源２３４の出力を変えてバイアス電圧ＶＢを可変に制御する。新たなエミッション電流Ｉｅの目標値に近づいているかどうかは、電流計２３８の測定結果を制御部２３２が入力することで判断することができる。また、バイアス電圧ＶＢの測定結果を制御部２３２が入力することでその値を判断することができる。
【００３２】
Ｓ１１２において、判定工程として、描画が終了しているかどうかを判定する。そして、まだ、描画中である場合には、Ｓ１０２に戻る。そして、上述した例えば１０〜３０分毎にまたＳ１０２からＳ１１２までを繰り返す。このようにして、電子ビーム２００を用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回電子ビーム２００の電流密度Ｊを測定して、その都度、エミッション電流Ｉｅの目標値を変えていく。そして、描画が終了したら終了する。或いは、次の試料の描画のために、描画をしていないときにも、上述した電流密度調整を定期的に行なっても好適である。これにより、常に電流密度を略一定に保つことができる。
【００３３】
ここで、上述した例では、ＰＩＤ制御部２４４が電子ビーム２００の電流密度Ｊが略一定になるように、エミッション電流Ｉｅの目標値を演算するように構成したがこれに限るものではない。例えば、バイアス電圧ＶＢの目標値を演算して出力するようにしても好適である。そして、その場合には、制御部２３２が入力したバイアス電圧ＶＢの目標値に可変電圧源２３４の出力を変えるように構成すればよい。
【００３４】
図６は、実施の形態１における電流密度Ｊとドーズ量Ｄ（レジストの照射される単位面積当たりの電荷量）の時間的変化の一例を示す図である。
図６では、例えば、２０分に１回の割合で電流密度調整を行なう場合を示している。エミッション電流Ｉｅを常に一定にした場合、図６（ａ）における点線で示したように電流密度Ｊは多次元的に上昇してしまう。このため照射時間ΔＴを例えば２０分毎に調整したとしても、図６（ｂ）に点線で示すようにドーズ量Ｄの変化量は、エミッション電流Ｉｅを変えながら調整する実施の形態１の場合（実線）よりも大きくなってしまう。言い換えれば、実施の形態１によれば、ドーズ量Ｄの変化量を小さくすることができる。これは、調整時にエミッション電流Ｉｅを変えているので、調整時刻における電流密度Ｊの変化率を小さくすることができるためである。以上、述べたように本発明の実施の形態１では、描画中のドーズ量Ｄの変化を小さくすることができ、その結果、描画精度を向上させることができる。
【００３５】
また、従来は、ビーム変動量が例えば３％以上になるとカソードを交換していたが、実施の形態１によればビーム変動量を小さく抑えることができるのでカソードの寿命も延ばすことができる。
【００３６】
さらに、実施の形態１では、従来技術と異なりフィラメント加熱電流は変えないので、光学系の特性に影響を与えずに済ますことができる。その点からも描画精度を劣化させずに済ますことができる。そして、実施の形態１では、従来技術と異なりフィラメント加熱電流は変えないので、温度が安定するまで待機する必要がない。そのため、従来の手法と異なり描画中でも電流密度の調整を行なうことができる。
【００３７】
以上の説明において、電流密度測定部２４２及びＰＩＤ制御部２４４は、その機能の処理を、コンピュータを搭載した制御計算機によりソフトウェアにより実効してもよい。或いは、電気的な回路によるハードウェアにより実施させても構わない。或いは、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組合せでも構わない。また、ソフトウェアにより構成される場合、プログラムは、図示しない磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。その際、制御計算機がバスを介して、記憶装置の一例となるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ、磁気ディスク（ＨＤ）装置、入力手段の一例となるキーボード（Ｋ／Ｂ）、マウス、出力手段の一例となるモニタ、プリンタ、或いは、入力出力手段の一例となる外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）、ＦＤ、ＤＶＤ、ＣＤ等に接続されていても構わない。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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電子ビーム描画装置及び電子ビームの電流密度調整方法は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】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２】実施の形態１における電子ビームの電流密度調整方法を説明するための概念図である。
【図３】実施の形態１における電子ビームの電流密度調整方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図４】実施の形態１における電流密度とエミッション電流Ｉｅの目標値との一例を示す図である。
【図５】エミッション電流とバイアス電圧との関係の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１における電流密度と照射量の時間的変化の一例を示す図である。
【図７】従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
【図８】従来の電子銃制御方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０，２３２ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 第１の成形アパーチャ
２０４ 成形レンズ
２０５ 成形偏向器
２０６ 第２の成形アパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０９ ファラデーカップ
２１２ 副偏向器
２１４ 主偏向器
２１６ 縮小レンズ
２１８ ＢＬＫ偏向器
２１９ ＢＬＫアパーチャ
２２０ カソード
２２２ エミッタ
２２４ ウェネルト電極
２２６ アノード
２３０ 電子銃電源
２３１ 定電流源
２３４ 可変電圧源
２３６ 電圧計
２３８ 電流計
２４０ 描画制御回路
２４２ 電流密度測定部
２４４ ＰＩＤ制御部
３００ リサイズ装置
３３０ 電子線
４１０ 第１のアパーチャ
４１１ 開口
４２０ 第２のアパーチャ
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを照射する照射源と、
制御値を入力し、前記制御値に基づいて前記照射源を制御する第１の制御部と、
前記電子ビームを用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回前記電子ビームの電流密度を測定する電流密度測定部と、
前記電子ビームの電流密度の測定毎に、前記電子ビームの電流密度が略一定になるように、測定された前記電子ビームの電流密度に応じて変化する前記制御値を演算し、演算の都度、前記制御値を前記第１の制御部に出力する第２の制御部と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記第１の制御部は、前記照射源に流れるエミッション電流が目標値に近づくように前記照射源のバイアス電圧を可変に制御し、
前記第２の制御部は、前記制御値として、前記目標値を演算して出力することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項３】
前記第１の制御部は、前記照射源のバイアス電圧を可変に制御し、
前記第２の制御部は、前記制御値として、前記バイアス電圧の目標値を演算して出力することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項４】
前記第２の制御部は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）制御法を用いて前記目標値を演算することを特徴とする請求項２又は３記載の電子ビーム描画装置。
【請求項５】
制御値に基づいて制御される照射源から電子ビームを照射する工程と、
前記電子ビームを用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回前記電子ビームの電流密度を測定する工程と、
前記電子ビームの電流密度の測定毎に、前記電子ビームの電流密度が略一定になるように、測定された前記電子ビームの電流密度に応じて変化する前記制御値を演算し、演算の都度、前記制御値を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする電子ビームの電流密度調整方法。
【請求項１】
電子ビームを照射する照射源と、
制御値を入力し、前記制御値に基づいて前記照射源を制御する第１の制御部と、
前記電子ビームを用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回前記電子ビームの電流密度を測定する電流密度測定部と、
前記電子ビームの電流密度の測定毎に、前記電子ビームの電流密度が略一定になるように、測定された前記電子ビームの電流密度に応じて変化する前記制御値を演算し、演算の都度、前記制御値を前記第１の制御部に出力する第２の制御部と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記第１の制御部は、前記照射源に流れるエミッション電流が目標値に近づくように前記照射源のバイアス電圧を可変に制御し、
前記第２の制御部は、前記制御値として、前記目標値を演算して出力することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項３】
前記第１の制御部は、前記照射源のバイアス電圧を可変に制御し、
前記第２の制御部は、前記制御値として、前記バイアス電圧の目標値を演算して出力することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項４】
前記第２の制御部は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）制御法を用いて前記目標値を演算することを特徴とする請求項２又は３記載の電子ビーム描画装置。
【請求項５】
制御値に基づいて制御される照射源から電子ビームを照射する工程と、
前記電子ビームを用いた試料への描画が行なわれている間に、複数回前記電子ビームの電流密度を測定する工程と、
前記電子ビームの電流密度の測定毎に、前記電子ビームの電流密度が略一定になるように、測定された前記電子ビームの電流密度に応じて変化する前記制御値を演算し、演算の都度、前記制御値を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする電子ビームの電流密度調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１００７８（Ｐ２００９−１００７８Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６８５２０（Ｐ２００７−１６８５２０）
【出願日】平成１９年６月２７日（２００７．６．２７）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２７日（２００７．６．２７）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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