特許 5662816 荷電粒子ビーム描画装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5662816

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年2月4日

(54)【発明の名称】荷電粒子ビーム描画装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20150115BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20150115BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20150115BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20150115BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 541F

   H01L21/30 541D

   H01L21/30 541Q

   G03F7/20 504

   G01C3/06 110A

   G01B11/00 B

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-19250(P2011-19250)

(22)【出願日】2011年1月31日

(65)【公開番号】特開2012-160574(P2012-160574A)

(43)【公開日】2012年8月23日

【審査請求日】2013年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100120569

【弁理士】

【氏名又は名称】大阿久 敦子

(74)【代理人】

【識別番号】100078019

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 一

(72)【発明者】

【氏名】東矢 高尚

【審査官】 植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−３１１５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２４０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７３８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０９１２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０３７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子ビームによって、ステージ上に載置される試料に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
前記試料に光を照射し、前記試料からの反射光を受光することにより、前記試料の高さ測定を行う高さ測定部と、
描画前に前記高さ測定部で測定した値に基づく高さデータマップから得られる高さデータと、描画時に前記高さ測定部で測定した高さデータのいずれか一方のデータを受けて、前記試料上での前記荷電粒子ビームの照射位置を調整する制御部とを有し、
前記制御部は、前記反射光の光量が閾値以上であれば、描画時に前記高さ測定部で測定した高さデータを受け、前記反射光の光量が閾値より小さければ、前記高さデータマップから得られる高さデータを受けることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。

【請求項2】

荷電粒子ビームによって、ステージ上に載置される試料に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
前記試料に光を照射し、前記試料からの反射光を受光することにより、前記試料の高さ測定を行う高さ測定部と、
描画前に前記高さ測定部で測定した値に基づく高さデータマップから得られる高さデータと、描画時に前記高さ測定部で測定した高さデータのいずれか一方のデータを受けて、前記試料上での前記荷電粒子ビームの照射位置を調整する制御部とを有し、
前記制御部は、予め定められた所定の領域内の座標については、前記高さデータマップから得られる高さデータを受けることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。

【請求項3】

荷電粒子ビームによって、ステージ上に載置される試料に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
前記試料に光を照射し、前記試料からの反射光を受光することにより、前記試料の高さ測定を行う高さ測定部と、
描画前に前記高さ測定部で測定した値に基づく高さデータマップから得られる高さデータと、描画時に前記高さ測定部で測定した高さデータのいずれか一方のデータを受けて、前記試料上での前記荷電粒子ビームの照射位置を調整する制御部とを有し、
前記制御部は、描画時に前記高さ測定部において測定した高さデータと前回測定した高さデータとの差が閾値以下であれば、描画時に前記高さ測定部で測定した高さデータを受け、前記差が閾値より大きければ、前記高さデータマップから得られる高さデータを受けることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、電子ビーム描画装置などの荷電粒子ビーム描画装置が用いられる。

【0003】

電子ビーム描画装置は本質的に優れた解像度を有し、また、焦点深度を大きく確保することができるので、高い段差上でも寸法変動を抑制できるという利点を有する。特許文献１には、電子ビーム描画装置を用いた半導体集積回路装置の製造方法が開示されている。

【0004】

このような電子ビーム描画装置を用いてマスク上に描画する場合、描画位置のずれや電子ビームの焦点ずれなどを避けるために、描画前にマスク表面の高さを測定する必要がある。ここで、マスク表面が完全な平面であれば、マスク上の任意の１点における高さを測定し、この高さに電子ビームの焦点を合わせることで、所望のパターンを描画することができる。しかし、実際のマスク表面は、完全な平面ではなく、僅かながら変形している。このため、電子ビームの焦点をマスク上の１点を基準に決めたのでは、マスク面上に焦点のない部分が生じてしまう。

【0005】

そこで、マスクの変形による焦点のずれを補正する方法が特許文献１に開示されている。この方法によれば、まず、マスク面の数点における高さを測定して、複数の２次方程式を得る。次いで、これらの２次方程式の係数を最小自乗法により求め、得られた係数を用いた高さ補正式により、焦点と偏向ゲインの補正を行う。

【0006】

また、特許文献２には、マスクの露光領域外の数点における高さを測定し、得られた値から照射位置の高さを設定する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭６１−３４９３６号公報

【特許文献2】特開平５−４７６４８号公報

【特許文献3】特開２００７−１５０２４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献１や特許文献２に記載の補正方法は、マスク面上の複数の点で測定した結果から、マスク面の高さを補間演算するものである。したがって、実際のマスクの表面形状に近似することはできても、マスクの正確な表面形状を把握することはできない。そのためマスクの正確な高さデータとのずれが生じる。

【0009】

また、電子ビーム描画装置では、スループットの向上を図るため、パターン密度が疎の部分でステージの移動速度を速くして描画時間を短縮することが行われる。ステージの移動速度を上記の如く変えると、この領域の始端部でステージが加速され、この領域の終端部でステージが減速されることになる。このとき、ステージの加減速によってマスクに慣性力が働くため、マスク表面の高さが変動し、描画前に求めた高さデータと一致しなくなる。

【0010】

一方、マスク表面の高さを描画時に測定することができれば、上記問題を解決することができる。しかしながら、この場合には、次のような問題が生じる。

【0011】

マスクに電子ビームを照射すると、マスク上に形成された導電性材料、例えば、クロム（Ｃｒ）を用いた遮光層上に形成されたレジストが帯電する。この状態で照射を続けると、帯電したマスクが作り出す電界によって電子ビームの軌道が曲げられ、所望の位置に描画することができなくなる。そこで、帯電した層を接地することが行われている。例えば、ステージ上に載置されたマスクの周囲を取り囲むように支持機構を設け、この支持機構の上に基板カバーを配置する。支持機構にアース配線を取り付けることによって、基板カバーがアースに接続されるので、マスクの周縁部近傍で散乱した電子が基板カバーで捕捉され、マスク周縁部での帯電が防止される。

【0012】

しかし、マスク表面の高さ測定を描画時にリアルタイムで行おうとすると、基板カバーがあることによって測定できない領域が生じる。これは、高さ測定が、電子ビームの照射領域付近に照射された光の反射光を検出して行われることに起因している。すなわち、描画時においては、上記の通り、マスクの上に基板カバーが載置される。このため、基板カバー近傍でのマスク面の高さを測定しようとすると、高さ測定のためにマスクへ向けて照射された光が基板カバーによって遮られる。すると、マスク面からの反射光を検出できず、高さ測定を行うことができなくなる。

【0013】

また、高さ測定を行うことができても、次のような問題が生じることも考えられる。すなわち、描画における高さ測定データは、高さ測定部から電子ビーム描画装置の描画制御部へ送られた後、このデータに基づいて電子ビーム光学系の調整が行われる。しかしながら、例えば、高さ測定部から制御部への通信時に通信エラーが生じると、高さ測定データが制御部へ送信されない。このため、高さ測定を行うことができない場合と同様に、データが取得できない結果となる。

【0014】

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、試料の表面形状を正確に測定して高い精度で描画することのできる荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。

【0015】

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の第１の態様は、荷電粒子ビームによって、ステージ上に載置される試料に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
試料に光を照射し、試料からの反射光を受光することにより、試料の高さ測定を行う高さ測定部と、
描画前に高さ測定部で測定した値に基づく高さデータマップから得られる高さデータと、描画時に高さ測定部で測定した高さデータのいずれか一方のデータを受けて、試料上での荷電粒子ビームの照射位置を調整する制御部とを有することを特徴とするものである。

【0017】

本発明の第１の態様において、制御部は、反射光の光量が閾値以上であれば、描画時に高さ測定部で測定した高さデータを受け、反射光の光量が閾値より小さければ、高さデータマップから得られる高さデータを受けることが好ましい。

【0018】

また、本発明の第１の態様において、制御部は、予め定められた所定の領域内の座標については、高さデータマップから得られる高さデータを受けることが好ましい。

【0019】

また、本発明の第１の態様において、制御部は、描画時に高さ測定部において測定した高さデータと前回測定した高さデータとの差が閾値以下であれば、描画時に高さ測定部で測定した高さデータを受け、この差が閾値より大きければ、高さデータマップから得られる高さデータを受けることが好ましい。
ここで、描画時に高さ測定部で測定した高さデータをＨｒ_{（ｎ＋１）}（ｎ：整数）とすれば、前回測定した高さデータはＨｒ_ｎとすることができる。

【0020】

本発明の第２の態様は、荷電粒子ビームによって、ステージ上に載置される試料に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
試料に光を照射し、試料からの反射光を受光することにより、試料の高さ測定を行う高さ測定部と、
描画前に高さ測定部で測定した値に基づく高さデータマップから得られる高さデータと、描画時に高さ測定部で測定した高さデータとの差から得られるオフセット値を高さデータマップに加算した値を受けて、試料上での荷電粒子ビームの照射位置を調整する制御部とを有することを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、試料の表面形状を正確に測定して高い精度で描画することのできる荷電粒子ビーム描画装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。

【図2】電子ビームによる描画方法の説明図である。

【図3】本実施の形態における電子ビーム描画方法の一例である。

【図4】本実施の形態における電子ビーム描画方法の別の例である。

【図5】本実施の形態における電子ビーム描画方法の他の例である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。

【0024】

図１に示すように、電子ビーム描画装置の試料室１内には、試料であるマスク２が設置されるステージ３が設けられている。マスク２は、例えば、石英等のマスク基板上に、遮光膜としてのクロム（Ｃｒ）膜が形成され、さらにこの上にレジスト膜が形成されたものである。本実施の形態では、レジスト膜に対して電子ビームで描画を行う。

【0025】

ステージ３は、ステージ制御部５０によりＸ方向（紙面における左右方向）とＹ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路４９により測定される。そして、ステージ制御部５０は、位置回路４９からのデータを基にステージ３を所望の位置に調整する。

【0026】

試料室１の上方には、ビーム照射手段としての電子ビーム光学系１０が設置されている。この光学系１０は、電子銃６、各種レンズ７、８、９、１１、１２、ブランキング用偏向器１３、成形偏向器１４、ビーム走査用の主偏向器１５、ビーム走査用の副偏向器１６、および、２個のビーム成形用のアパーチャ１７、１８等から構成されている。

【0027】

図２は、電子ビームによる描画方法の説明図である。この図に示すように、マスク２上に描画されるパターン５１は、短冊状のフレーム領域（主偏向領域）５２に分割されている。電子ビーム５４による描画は、ステージ３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域５２毎に行われる。フレーム領域５２は、さらに副偏向領域５３に分割されており、電子ビーム５４は、副偏向領域５３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域５２は、主偏向器１５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域５３は、副偏向器１６の偏向幅で決まる単位描画領域である。

【0028】

副偏向領域５３の基準位置の位置決めは、主偏向器１５で行われ、副偏向領域５３内での描画は、副偏向器１６によって制御される。すなわち、主偏向器１５によって、電子ビーム５４が所定の副偏向領域５３に位置決めされ、副偏向器１６によって、副偏向領域５３内での描画位置が決められる。さらに、成形偏向器１４とビーム成形用のアパーチャ１７、１８によって、電子ビーム５４の形状と寸法が決められる。

【0029】

次いで、ステージ３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域５３内を描画し、１つの副偏向領域５３の描画が終了したら、次の副偏向領域５３を描画する。フレーム領域５２内の全ての副偏向領域５３の描画が終了したら、ステージ３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域５２を順次描画して行く。

【0030】

副偏向領域５３は、副偏向器１６によって、フレーム領域５２よりも高速に電子ビーム５４が走査されて描画される領域であり、一般に最小描画単位となる。副偏向領域５３内を描画する際には、パターン図形に応じて準備された寸法と形状のショットが成形偏向器１４により形成される。具体的には、電子銃６から出射された電子ビーム５４が、第１のアパーチャ１７で矩形状に成形された後、成形偏向器１４で第２のアパーチャ１８に投影されて、そのビーム形状と寸法を変化させる。その後、電子ビーム５４は、上述の通り、副偏向器１６と主偏向器１５により偏向されて、ステージ３上に載置されたマスク２に照射される。

【0031】

ところで、設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータは、ＯＡＳＩＳなどの階層化されたフォーマットの設計中間データに変換される。設計中間データには、レイヤ（層）毎に作成されて各マスクに形成される設計パターンデータが格納される。ここで、一般に、電子ビーム描画装置は、ＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されていない。すなわち、電子ビーム描画装置の製造メーカー毎に、独自のフォーマットデータが用いられている。このため、ＯＡＳＩＳデータは、レイヤ毎に各電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータに変換されてから装置に入力される。

【0032】

図１で、符号２０は入力部であり、記憶媒体である磁気ディスクを通じて電子ビーム描画装置にフォーマットデータが入力される部分である。設計パターンに含まれる図形は、長方形や三角形を基本図形としたものであるので、入力部２０には、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ，ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報であって、各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納される。

【0033】

さらに、数十μｍ程度の範囲に存在する図形の集合を一般にクラスタまたはセルと称するが、これを用いてデータを階層化することが行われている。クラスタまたはセルには、各種図形を単独で配置したり、ある間隔で繰り返し配置したりする場合の配置座標や繰り返し記述も定義される。クラスタまたはセルデータは、さらにフレームまたはストライプと称される、幅が数百μｍであって、長さがフォトマスクのＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の短冊状領域に配置される。

【0034】

図形パターンの分割処理は、電子ビームのサイズにより規定される最大ショットサイズ単位で行われ、併せて、分割された各ショットの座標位置、サイズおよび照射時間が設定される。そして、描画する図形パターンの形状や大きさに応じてショットが成形されるように、描画データが作成される。描画データは、短冊状のフレーム領域（主偏向領域）単位で区切られ、さらにその中は副偏向領域に分割されている。つまり、チップ全体の描画データは、主偏向領域のサイズにしたがった複数の帯状のフレームデータと、フレーム内で主偏向領域よりも小さい複数の副偏向領域単位とからなるデータ階層構造になっている。

【0035】

制御計算機１９によって入力部２０から読み出された描画データは、図２のフレーム領域５２毎に、パターンメモリ２１に一時的に格納される。パターンメモリ２１に格納されたフレーム領域５２毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、描画データ補正部３１に送られる。

【0036】

描画データ補正部３１では、元々の設計値のデータに対し、所定の時間間隔でドリフト補正が行われる。具体的には、測定されたドリフト量に基づいて、ドリフト補正用の補正値が演算され、設計値のデータと補正値のデータとが加算されて合成される。次に、得られた補正値に対して、ステージ３上での位置補正が行われる。すなわち、位置回路４９で測定されたステージ３の位置データは、制御計算機１９に送られ、その後、描画データ補正部３１に送られて、ドリフト補正がされた設計値のデータに加算される。合成されたデータは、パターンデータデコーダ２２と描画データデコーダ２３に送られる。

【0037】

また、描画データ補正部３１では、近接効果、かぶり効果、ローディング効果といったパターンの寸法変化を引き起こす要因に対して、描画後のパターン寸法が設計データの寸法と同一になるようにビーム照射量を変化させる補正処理も行われる。

【0038】

近接効果は、レジスト膜に照射された電子がガラス基板の内部で反射してレジスト膜を再照射する現象である。また、かぶり効果は、レジスト膜に照射された電子がその表面で反射し、さらに電子ビーム描画装置の光学部品に反射した後、レジスト膜を広範囲に渡って再照射してしまう現象である。この現象は、レジスト膜に電子が照射されて発生した二次電子によっても引き起こされる。さらに、ローディング効果は、レジストパターンをマスクとして下層の遮光膜等をエッチングする際に、面内でのレジスト膜や遮光膜の面積の違いが原因となって起こる寸法変化である。近接効果の影響半径σが十数μｍ程度であるのに対して、かぶり効果の影響半径σ_Ｆは十ｍｍ程度、さらに、ローディング効果の影響半径σ_Ｌは十ｍｍ〜数十ｍｍにも及ぶ。

【0039】

描画領域の各位置における電子ビームの補正照射量の算出には、例えば、特許文献３（特開２００７−１５０２４３号公報）に記載の方法が参照できる。この方法では、まず、描画領域が第１の寸法でメッシュ状に分割された各第１のメッシュ領域におけるかぶり効果補正照射量を計算する。また、描画領域が第２の寸法でメッシュ状に分割された各第２のメッシュ領域におけるローディング効果補正寸法値も計算する。そして、この補正寸法値に基づいて、各第２のメッシュ領域における電子ビームの基準照射量マップと近接効果補正係数マップを作成する。次いで、これらのマップを用いて、描画領域が第１と第２の寸法よりも小さい第３の寸法でメッシュ状に分割された各第３のメッシュ領域における近接効果補正照射量を計算する。そして、かぶり効果補正照射量と近接効果補正照射量とに基づいて、描画領域の各位置における電子ビームの補正照射量を計算する。

【0040】

本実施の形態では、例えば、マスク２上の所定位置におけるパターンの測定寸法と設計寸法の差から寸法補正量を求め、図１の描画データ補正部３１において、この寸法補正量を表した寸法補正マップが作成される。尚、電子ビーム描画装置の外部で寸法補正マップを作成し、作成したマップを入力部２０に入力し、制御計算機１９で読み出してもよい。次いで、描画データ補正部３１で、寸法補正マップに対応した補正照射量が求められ、さらに、この補正照射量からマスク２の所定位置における電子ビームの照射量が求められる。ここで、補正照射量は、近接効果補正照射量、かぶり補正照射量およびローディング効果補正照射量の少なくとも１つとすることができる。得られた補正照射量は、パターンデータデコーダ２２と描画データデコーダ２３に送られる。

【0041】

パターンデータデコーダ２２からの情報は、ブランキング回路２４とビーム成型器ドライバ２５に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ２２で上記データに基づいたブランキングデータが作成され、ブランキング回路２４に送られる。また、所望とするビーム寸法データも作成されて、ビーム成型器ドライバ２５に送られる。そして、ビーム成型器ドライバ２５から、電子光学系１０の成形偏向器１４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４の寸法が制御される。

【0042】

また、パターンデータデコーダ２２からの情報は、副偏向領域偏向量算出部２８に送られる。副偏向領域偏向量算出部２８は、パターンデータデコーダ２２で作成したビーム形状データから、副偏向領域５３における、１ショットごとの電子ビームの偏向量（移動距離）を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部２９に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。

【0043】

セトリング時間決定部２９で決定されたセトリング時間は、偏向制御部３０へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部３０より、ブランキング回路２４、ビーム成形器ドライバ２５、主偏向器ドライバ２６、副偏向器ドライバ２７のいずれかに適宜送られる。

【0044】

一方、描画データデコーダ２３の出力は、主偏向器ドライバ２６と副偏向器ドライバ２７に送られる。そして、主偏向器ドライバ２６から主偏向器１５に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ２７から副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域５３内での描画が行われる。

【0045】

図１において、マスク２をステージ３に載置すると、マスク２には自重による撓みが生じる。また、マスク２をステージ３で下面支持する場合には、マスク固有の厚さおよび平行度もマスク２の表面高さに影響する。このため、マスク２の表面形状、厚さ、平行度および撓みの合成による高さ変化によって、電子ビーム５４の照射位置がずれたり、焦点がぼけたりして、マスク２上に所望のパターンを形成することができなくなる。そこで、マスク２の表面の高さを正確に測定する必要がある。

【0046】

本実施の形態では、まず、描画前にマスク２の高さ測定を行い、マスク２の高さデータマップＨｍを作成する。

【0047】

ステージ３上に載置されたマスク２の高さは、高さ測定部４０で測定される。高さ測定部４０は、光源４１と、光源４１から照射される光Ｌｉをマスク２上で収束させる投光レンズ４２と、マスク２上で反射した光Ｌｒを受けて収束させる受光レンズ４３と、受光レンズ４３によって収束された光Ｌｒを受光して光の位置を検出する受光素子４４とを有する。

【0048】

受光素子４４で光の位置が検出されると、信号処理部６０を経て、高さデータ処理部７０で高さデータが作成される。すなわち、高さデータ処理部７０は、受光素子４４からの出力信号を受けて、受光素子４４で検出した光の位置に応じたマスク２の表面の高さデータに変換する。本実施の形態では、この高さデータを用いてフィッティングを行い、高さデータマップＨｍを作成する。尚、高さ測定部４０で測定された高さデータは、具体的には、次のように処理される。

【0049】

高さ測定部４０では、受光素子４４から２つの信号（Ｉ_１、Ｉ_２）が出力される。これらの信号は、信号処理部６０を経て、高さデータ処理部７０に送られる。高さデータ処理部７０では、受光素子４４からの信号がＩ／Ｖ変換アンプで電流値から電圧値に変換される。次いで、各信号Ｖ_１、Ｖ_２が、非反転増幅アンプによって適切な電圧レベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換部でデジタルデータに変換される。そして、このデータを用い、以下に述べるようにして、マスク２表面の高さデータが作成される。

【0050】

具体的には、高さデータ処理部７０において、測定値（Ｖ_１、Ｖ_２）から（Ｖ_１−Ｖ_２）／（Ｖ_１＋Ｖ_２）の値が計算される（正規化処理）。この値は所定時間間隔（例えば、２０ミリ秒以下）で更新され、得られた値を時間平均して（平均化処理）、マスク２の表面の高さデータＺ_１を得る。尚、平均化処理は、サンプリングデータの最大値と最小値を除いた値に対して行うことができる。

【0051】

次に、高さデータ処理部７０では、高さデータＺ_１に対して、上記と同様の平均化処理が行われた後に直線化補正処理が行われる。

【0052】

上記の直線化補正処理は、マスク２表面の高さ変化の直線性を校正する処理である。具体的には、受光素子４４で得られた正規化データに特定の分解能（ｕｍ／ｂｉｔ）を乗ずれば正確にマスク面の変化を出力するような固有の補正係数を用いて、多項式演算処理を行う。多項式演算の補正係数の算出は、高さの基準となる原器を設置して、その高さを計測した結果を基に、原器の寸法に一致するような固有の多項式近似係数を最小二乗法より求めることで行う。ここで、原器とは、階段状の形状で複数の段差を持ち、段差の寸法が予め精度良く計測してある試料である。電子ビーム描画装置では、マスク２の表面の高さを電子ビーム描画装置の高さ基準面との相対高さとして計測する必要がある。よって、高さ基準面の高さデータとマスク２の表面の高さデータの差をとり、マスク２の表面の高さデータＺ_２を得る。

【0053】

以上のようにして得られた高さデータＺ_２に基づいて、電子ビーム光学系１０の調整が行われる。具体的には、高さデータ処理部７０で得られた高さデータＺ_２は、偏向制御部３０へ送られる。また、パターンデータメモリ２１に格納されたパターンデータも、上記で述べたようにして偏向制御部３０へ送られる。

【0054】

次に、マスク２に電子ビーム５４を照射して所定のパターンを描画する。この描画工程は、次のようにして行われる。

【0055】

まず、試料室１内のステージ３上にマスク２を載置する。次いで、ステージ３の位置検出を位置回路４９により行い、制御計算機１９からの信号に基づいて、ステージ制御部５０によりステージ３を描画可能な位置まで移動させる。

【0056】

次に、電子銃６より電子ビーム５４を出射する。出射された電子ビーム５４は、照明レンズ７により集光される。そして、ブランキング用偏向器１３により、電子ビーム５４をマスク２に照射するか否かの操作を行う。

【0057】

第１のアパーチャ１７に入射した電子ビーム５４は、第１のアパーチャ１７の開口部を通過した後、ビーム成形器ドライバ２５により制御された成形偏向器１４によって偏向される。そして、第２のアパーチャ１８に設けられた開口部を通過することにより、所望の形状と寸法を有するビーム形状になる。このビーム形状は、マスク２に照射される電子ビーム５４の描画単位である。

【0058】

電子ビーム５４は、ビーム形状に成形された後、縮小レンズ１１によって縮小される。そして、マスク２上における電子ビーム５４の照射位置は、主偏向器ドライバ２６によって制御された主偏向器１５と、副偏向器ドライバ２７によって制御された副偏向器１６とにより制御される。主偏向器１５は、（図２に示す）マスク２上の副偏向領域５３に電子ビーム５４を位置決めする。また、副偏向器１６は、副偏向領域５３内で描画位置を位置決めする。

【0059】

マスク２への電子ビーム５４による描画は、ステージ３を一方向に移動させながら、電子ビーム５４を走査することにより行われる。具体的には、ステージ３を一方向に移動させながら、各副偏向領域５３内におけるパターンの描画を行う。そして、１つのフレーム領域５２内にある全ての副偏向領域５３の描画を終えた後は、ステージ３を新たなフレーム領域５２に移動して同様に描画する。

【0060】

本実施の形態においては、描画と同時にリアルタイムでマスク２の表面の高さ測定を行う。このときの高さ測定方法は、上述した描画前の高さ測定方法と同様である。すなわち、高さ測定部４０において、光源４１から照射される光Ｌｉをマスク２上で投光レンズ４２によって収束させた後、マスク２上で反射した光Ｌｒを受光レンズ４３を介して受光素子４４に入射させる。受光素子４４は、光Ｌｒを受光して光の位置を検出する。

【0061】

受光素子４４で光の位置が検出されると、信号処理部６０を経て、高さデータ処理部７０で高さデータＨｒが作成される。ここで、本実施の形態においては、マスク２の表面で反射した光Ｌｒの光量を測定し、この光量が閾値以上であるか否かを高さデータ処理部７０で判断する。光Ｌｒの光量が閾値以上であれば、高さデータＨｒを偏向制御部３０へ送る。一方、光Ｌｒの光量が閾値より小さい場合には、基板カバー（図示せず）によって光Ｌｉが遮られるなどして正確な高さ測定ができなかったと判断し、描画前に取得した高さデータマップＨｍから、対応する座標の高さデータを偏向制御部３０へ送る。偏向制御部３０は、高さデータ処理部７０から送られた高さデータに基づいて、電子ビーム光学系１０の調整を行う。

【0062】

図３は、以上の工程を示すフローチャートである。

【0063】

尚、基板カバーによって光Ｌｉが遮られる領域は事前に特定可能であるので、この領域内の座標については、高さデータＨｒでなく、高さデータマップＨｍから取得される高さデータを偏向制御部３０へ送るようにしてもよい。

【0064】

本実施の形態によれば、描画を行いながらマスク２の表面の高さを測定し、得られた高さデータＨｒに基づいて電子ビーム５４の焦点を合わせるので、正確な焦点合わせと位置補正が行える。また、高さ測定の際に、マスク２の表面で反射した光Ｌｒの光量が閾値以上であるか否かを判断し、光量が閾値より小さい場合には、高さデータＨｒに代え、描画前に取得した高さデータマップＨｍを用いて電子ビーム５４の焦点を合わせる。この方法によれば、描画時の高さ測定で、光Ｌｒの光量不足により正確な高さデータＨｒを取得できない場合であっても、データの抜けを防ぐことができる。

【0065】

また、本実施の形態においては、図４のフローチャートに示す工程によって、描画を行うこともできる。

【0066】

上記例と同様に、描画前にマスク２の表面の高さ測定を行い、高さデータマップＨｍを取得する。次いで、描画と同時にリアルタイムでマスク２の表面の高さ測定を行う。高さ測定部４０で測定されたデータは、信号処理部６０を経て、高さデータ処理部７０に送られる。その後、高さデータ処理部７０で高さデータＨｒが作成される。

【0067】

図４の例では、高さデータ処理部７０において、ｎ（ｎ：整数）回目に取得した高さデータＨｒ_ｎと、（ｎ＋１）回目に取得した高さデータＨｒ_{（ｎ＋１）}との差が求められる。したがって、少なくともこのときまで、ｎ回目に取得した高さデータＨｒ_ｎは、高さデータ処理部７０に保存される。

【0068】

上記で求めた差を閾値と比較し、差が閾値以下であれば、高さデータＨｒ_{（ｎ＋１）}を偏向制御部３０へ送る。一方、上記の差が閾値より大きい場合には、電子ビーム描画装置内での通信不良などによって、ｎ回目と（ｎ＋１）回目との間に、高さデータ処理部７０で取得できなかった高さデータがあると判断する。そして、描画前に取得した高さデータマップＨｍから、ｎ回目の座標と、（ｎ＋１）回目の座標との間の座標の高さデータを偏向制御部３０へ送る。偏向制御部３０は、高さデータ処理部７０から送られた高さデータに基づいて、電子ビーム光学系１０の調整を行う。

【0069】

図４の方法によっても、描画を行いながらマスク２の表面の高さを測定し、得られた高さデータＨｒに基づいて電子ビーム５４の焦点を合わせるので、正確な焦点合わせと位置補正が行える。また、高さ測定の際に、ｎ回目に取得した高さデータＨｒ_ｎと、（ｎ＋１）回目に取得した高さデータＨｒ_{（ｎ＋１）}との差が閾値以下であるか否かを判断し、閾値より大きい場合には、高さデータＨｒに代え、描画前に取得した高さデータマップＨｍを用いて電子ビーム５４の焦点を合わせる。この方法によれば、描画時の高さ測定で、通信不良などにより高さデータＨｒを取得できない場合であっても、データの抜けを防ぐことができる。

【0070】

さらに、本実施の形態においては、図５のフローチャートに示す工程によって、描画を行うこともできる。

【0071】

上記例と同様に、描画前にマスク２の表面の高さ測定を行い、高さデータマップＨｍを取得する。次いで、描画と同時にリアルタイムでマスク２の表面の高さ測定を行う。高さ測定部４０で測定されたデータは、信号処理部６０を経て、高さデータ処理部７０に送られる。その後、高さデータ処理部７０で高さデータＨｒが作成される。

【0072】

図５の例では、高さデータ処理部７０でオフセット値を求め、高さデータマップＨｍから得られる高さデータにオフセット値を加算した値を偏向制御部３０へ送信する。

【0073】

オフセット値は、高さデータＨｒと、高さデータマップＨｍから得られる、この高さデータＨｒに対応する座標の高さデータとの差である。ここで、高さデータマップＨｍは、測定値である高さデータと、測定値から補間により求めた高さデータとを含む。オフセット値は、マスク２の表面で反射した光Ｌｒの光量が閾値以上である場合にのみ更新される。

【0074】

図５の方法では、描画を行いながらマスク２の表面の高さを測定し、得られた高さデータＨｒに基づいて、高さデータマップＨｍとのオフセット値を求める。そして、補正された高さデータマップＨｍの値を用いて電子ビーム５４の焦点を合わせるので、正確な焦点合わせと位置補正が行える。

【0075】

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。

【0076】

例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。

【符号の説明】

【0077】

１ 試料室
２ マスク
３ ステージ
４ ステージ駆動回路
６ 電子銃
７、８、９、１１、１２ 各種レンズ
１０ 光学系
１３ ブランキング用偏向器
１４ 成形偏向器
１５ 主偏向器
１６ 副偏向器
１７ 第１のアパーチャ
１８ 第２のアパーチャ
１９ 制御計算機
２０ 入力部
２１ パターンメモリ
２２ パターンデータデコーダ
２３ 描画データデコーダ
２４ ブランキング回路
２５ ビーム成形器ドライバ
２６ 主偏向器ドライバ
２７ 副偏向器ドライバ
２８ 副偏向領域偏向量算出部
２９ セトリング時間決定部
３０ 偏向制御部
３１ 描画データ補正部
４０ 高さ測定部
４１ 光源
４２ 投光レンズ
４３ 受光レンズ
４４ 受光素子
４９ 位置回路
５０ ステージ制御部
５１ 描画されるパターン
５２ フレーム領域
５３ 副偏向領域
５４ 電子ビーム
６０ 信号処理部
７０ 高さデータ処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】