(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変成形ビームおよび一括図形ビームを用いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム描画方法であって、前記被描画試料表面上に投射される前記可変成形ビームの所定の基準位置を測定する工程と、前記一括図形ビームの重心位置を測定する工程と、前記測定した可変成形ビームの基準位置と一括図形ビームの重心位置と描画パタンの設計値とに基づいて、前記可変成形ビームと前記一括図形ビームの相対的位置ずれ量を求める工程と、求めた位置ずれ量に基づいて前記一括図形ビームの前記被描画試料表面上への投射位置を補正する工程と、前記可変成形ビームおよび前記投射位置が補正された前記一括図形ビームとを用いて前記被描画試料表面にパタン描画を施す工程とを含むことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画方法において、前記可変成形ビームの所定の基準位置が前記可変成形ビームの重心であることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項３】
可変成形ビームおよび一括図形ビームを用いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム描画装置であって、前記被描画試料表面上に投射される前記可変成形ビームの所定の基準位置を測定する手段と、前記一括図形ビームの重心位置を測定する手段と、前記測定した可変成形ビームの基準位置と一括図形ビームの重心位置と描画パタンの設計値とに基づいて、前記可変成形ビームと前記一括図形ビームの相対的位置ずれ量を求める手段と、求めた位置ずれ量に基づいて前記一括図形ビームの前記被描画試料表面上への投射位置を補正する手段と、前記可変成形ビームおよび前記投射位置が補正された前記一括図形ビームとを用いて前記被描画試料表面にパタン描画を施す手段とを含むことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子ビーム描画装置において、前記可変成形ビームの所定の基準位置が前記可変成形ビームの重心であ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線描画（または加工）技術に関し、特にそれにおける面積ビームのビーム調整方法およびパターン整合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、面積ビームを用いる電子線描画法として、可変成形ビーム法と一括図形照射法とが知られており、例えば、半導体装置製造に際してのパタン描画には、通常上記両方法が併用されている。すなわち、一括図形照射法は繰り返し性の有る定形パタン部分の描画に用いられ、可変成形ビーム法は繰り返し性の無い不定形パタン部分の描画に用いられる。しかるに、一括図形照射法を用いる場合には、ビーム軌道や装置の使用方法が可変成形ビーム法の場合とは大きく異なるため、従来可変成形ビーム法で用いられてきたビーム調整法以外に一括図形照射法専用のビーム調整法が必要となる。一例として、可変成形ビーム法による描画パタン部分と一括図形照射法による描画パタン部分との接続（整合）を良くするためのビーム調整法が必要となる。すなわち、可変成形ビーム法での描画パタン部分と一括図形照射法での描画パタン部分、若しくは、一括図形照射法での同種または異種の描画パタン部分同士が、それらの接続部において互いに精度良く繋がらなければならない。しかし、描画装置光学系の設計上の問題等に起因して、可変成形ビーム法による描画パタンと一括図形照射法による描画パタンとの接続描画を行なうと、両描画パタン部分間に僅かながらずれが生じる。つまり、設計上のデータに基づいてターゲット（被描画物）表面上の同位置に可変成形ビームと一括図形ビームを照射しても、実際には両ビームのターゲット表面上での照射位置が異なる（ずれる）ことになる。この問題を解決するため、一括図形照射法によりパタン描画する際には、可変成形ビーム法による描画パタン部分に対する一括図形照射法による描画パタン部分の変位量（位置ずれ量）を何らかの方法により測定し、その測定結果に基づき実際に一括図形照射法によりパタン描画する位置をシフトさせて、可変成形ビーム法による描画パタン部分に対して一括図形照射法による描画パタン部分を位置合わせする手法が一般に用いられている。
【０００３】
上記した位置合わせ手法の代表的な例に、大野，佐合らが、１９９５年春季第４２回応用物理学会関係連合講演会の発表番号３０ａ−Ｓ−１（ブロック露光時のビーム調整法）、および発表番号３０ａ−Ｓ−２（ブロック露光時のウェハ上の位置ずれ補正）と題して発表した方法がある。この方法では、一括図形照射法を用いて標準マーク上を選択されたパタンの面積ビームで走査して、ウェハ上での面積ビームの形状を測定し、この測定されたビーム形状と設計上のパタン形状とを比較することによって一括図形ビーム法によるビームの位置ずれ量を求め、さらに、可変成形ビーム法を用いて上記と同様の測定を行って、可変成形ビーム位置に対する一括図形ビームの相対的な位置ずれ量を求め、この相対的位置ずれ量を補正することにより、可変成形ビーム法による描画パタン（可変成形図形）と一括図形ビーム法による描画パタン（一括図形）との良好な接続を実現しようとしている。
【０００４】
ところで、一括図形照射法におけるビーム軸の調整法は、上記可変成型ビーム法の場合と大きく異なる。可変成型ビーム法では、焦点位置を変化させた場合のビーム電流波形のエッジ部を検出することにより軸調整を行っていた。しかし、一括図形照射法では、ビーム形状が任意であるため、そのビーム電流波形も様々であり、ビーム電流波形のエッジ部の検出が困難である。そこで、従来は、一括図形照射法におけるビーム軸の調整は、金ドット上を一括図形ビームで走査することによって、一括図形ビームのビーム軸位置を検出し、該ビーム軸位置の装置光学軸位置からのずれ量が最小となるように、軸調整用偏向器による補正偏向量をカットアンドトライで調節することにより行なわれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術においては、面積ビーム（可変成形ビームや一括図形ビーム）による描画パタンの位置ずれ誤差を測定するに際して、ビーム形状を詳細に特定するのに長時間を要する上、測定に当ってアパーチャを交換したり、ビーム位置がドリフトにより変動する度毎に位置ずれ誤差を測定・補正する必要が有るために、描画のスループットを大きく低下させると云う問題があった。また、上記のビーム軸調整は手動で行なわれているため、補正作業に長時間を要する上、補正精度にも限界があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術における問題点を解決し、如何なる形状の一括図形を用いた場合でも、ビームの位置ずれ量を高速且つ正確に測定して、可変成形図形と一括図形との良好な接続および一括図形ビームの高精度な光学系調整を実現する方式を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、面積ビーム（一括図形ビーム）の位置ずれ量を求めるのに、該面積ビームのビーム形状を検出するのではなく、それぞれのビーム形状の性質を反映した代表位置を検出することによって達成される。すなわち、本発明では、面積ビームの重心位置を測定し、この測定重心位置を設計重心位置と比較して、面積ビームの位置ずれ誤差を求めている。すなわち、面積ビームに対し線状のマークを用い、該線状マークに対し上記面積ビームを２次元方向に走査し、上記マークからの反射電子を検出することによって得られるビーム電流波形から上記各走査方向での該面積ビームの重心位置を求める。そして、求めた重心位置を設計重心位置と比較して両者間の位置ずれ誤差量を求め、求めた位置ずれ誤差量を補正値として補正用ビーム偏向器に与えることによりビームの位置ずれ補正をした上で実際の描画を行なう。また、ビーム軸調整の場合には、ビームの焦点位置を変化（いわゆるワブラー動作）させて、ビームの重心位置のずれ量を測定することにより、高精度なビーム軸補正が可能となる。具体的には、上記面積ビームを上記線状マークに対して走査して得られるビーム電流波形から上記面積ビームの重心位置を求めた後に、ビームの焦点位置を変化させて、この焦点位置変化に拘らず上記面積ビームの重心位置が変わらないようにビーム偏向器の調整を行なう。各ビーム位置におけるマークからの反射電子の強度は各ビーム位置でのビーム電流強度に比例するため、該マークからの反射電子強度の検出によってＸ及びＹ方向のビーム電流強度分布を検出できる。すなわち、面積ビームの重心位置も同様にして反射電子強度分布の重心位置から求めることができる。なお、ここでは検出電子は反射電子としたが、代わりに、二次電子もしくは透過電子を用いることも可能である（以後、”反射電子”と云う場合には、二次電子の場合をも含むものと理解されたい）。また、描画中における上記位置ずれ量のドリフトを考慮して、ある時間毎，ストライプ毎等に上記位置ずれ量の再測定を行なってビーム偏向器に補正をかけることにより、さらに高精度の描画が可能となる。
【０００８】
本発明の上記以外の目的，構成および奏する作用効果については、以下の実施例を挙げての詳細な説明の中で、順次明らかにされるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
〈実施例１〉
本実施例では、面積ビームの重心位置を測定することによって、可変成形図形と一括図形との接続部における位置ずれ量を測定して、位置ずれ補正を行なう。図１に本実施例における測定・補正工程のフローチャートを、図２に本実施例で用いた電子線描画装置の概略構成を示す。
【００１１】
図２において、電子銃１からの放射電子ビーム２は、第１転写マスク３および第２転写マスク４に設けられたビーム成形用開口を通して面積ビーム（矩形断面形状の可変成形ビームまたは任意断面形状の一括図形ビーム）に成形された後、縮小レンズ５，および第１，第２対物レンズ６，７を介してステージ８上に載置されたターゲット（被描画試料）９表面上に縮小・投影され、所望の描画（露光）がなされる。
【００１２】
第１，第２転写マスク３，４間に設けられた転写レンズ１０は第１転写マスク３の開口を通過したビームを第２転写マスク４の表面上に縮小・投影するためのものである。第１転写マスク３には通常一つの矩形開口が設けられており、第２転写マスク４には通常複数の可変成形ビーム形成用パタン開口と複数の一括図形ビーム形成用パタン開口とが設けられている。ターゲット９表面上に描画すべきパタン形状の選定は、第１転写マスク３の矩形開口を通過したビームを成形偏向器１１を用いて第２転写マスク４表面上で偏向移動させて、第１転写マスク３の矩形開口像を第２転写マスク４上に設けられた何れか一つの開口に重ね合わせることによって行なわれる。すなわち、第１転写マスク３の矩形開口像を第２転写マスク４上の可変成形ビーム形成用パタン開口のうちの何れか一つと重ね合わせかつその重なり合い状態を調節することにより所望形状・寸法の可変成形ビームの形成が行なわれ、第１転写マスク３の矩形開口像を第２転写マスク４上の一括図形ビーム形成用パタン開口のうちの何れか一つと重ね合わせることにより一括図形ビームの形成が行なわれる。また、ターゲット９表面上での描画位置の選定は、第１，第２対物レンズ６，７間に設けられた主偏向器１２Ａ，副偏向器１２Ｂ，副副偏向器１２Ｃからなる３段構成の投射偏向系１２を用いて行なわれる。
【００１３】
また、ターゲット９表面上でのビーム電流強度分布の測定は、該ターゲット９表面と同一平面上に設けられた線状タングステンマーク１３上を上記面積ビーム（可変成形ビームまたは一括図形ビーム）で走査し、該マーク１３からの反射電子を検出器１４で検出することによって行なわれる。
【００１４】
なお、図２において、１５は電子銃用電源、１６は転写レンズ用電源、１７は縮小レンズ用電源、１８，１９はそれぞれ第１，第２対物レンズ用電源、２０は成形偏向器用電源、２１は検出器用電源であり、２２は主偏向器用電源２２Ａ，副偏向器用電源２２Ｂ，および副副偏向器用電源２２Ｃを含む投射偏向系用電源であり、これらの電源は、制御計算機２３からの制御信号を受けてそれぞれ対応する制御対象の制御を行なう。
【００１５】
ここで、図１の測定・補正操作のフローについて説明する。
（１）  先ず、面積ビーム（可変成形ビーム）ｎ０  でマーク１３上をｘ方向に走査し、マーク１３からの反射電子を検出器１４で検出して、面積ビームｎ０  のｘ方向についての反射電子強度信号を取得する。
（２）  上記（１）で得られた反射電子強度信号から、面積ビーム  ｎ０  のｘ方向の重心位置を制御計算機２３内の演算部２４で計算して求める。
（３）  面積ビームｎ０  でマーク１３上をｙ方向に走査し、面積ビームｎ０  のｙ方向についての反射電子強度信号を得る。
（４）  上記（３）で得られた反射電子強度信号から、面積ビーム  ｎ０  のｙ方向の重心位置を演算部２４で算出する。
（５）  次に、面積ビーム（一括図形ビーム）ｎでマーク１３上をｘ方向に走査して、マーク１３からの反射電子を検出器１４により検出し、面積ビーム  ｎ  のｘ方向についての反射電子強度信号を取得する。
（６）  上記（５）で得られた反射電子強度信号から、面積ビームｎの  ｘ方向での重心位置を演算部２４で計算して求める。
（７）  面積ビーム  ｎ  でマーク１３上をｙ方向に走査し、面積ビーム  ｎ  のｙ方向についての反射電子強度信号を得る。
（８）  上記（７）で得られた反射電子強度信号から、面積ビームｎ  のｙ方向での重心位置を演算部２４で算出する。
（９）  上記（１）〜（８）で実際に測定された面積ビーム（可変成形ビーム）ｎ０  のｘ，ｙ方向の重心位置および面積ビーム（一括図形ビーム）ｎのｘ，ｙ方向の重心位置とそれらの設計値とを基にして、可変成形ビームｎ０  と一括図形ビームｎとの間の相対位置ずれ量を演算部２４で計算して求める。
（１０）  上記（９）で求めた相対位置ずれ量をビーム位置補正量（偏向補正量）として制御計算機２３内の記憶テーブル２５に格納する。
（１１）  上記とは別の面積ビーム（一括図形ビーム）ｎ  についてのビーム位置補正が必要かどうかを判断し、必要と判断した場合には、上記（５）  に戻って測定を続行する。また、不要と判断した場合には、次の（１２）に進んで、実際にパタン描画を行なう。
（１２）  以上のようにして、面積ビーム（可変成形ビーム）ｎ０による描画パタン部分と面積ビーム（一括図形ビーム）  ｎ  による描画パタン部分との良好な接続を実現するための位置ずれ補正量が得られたら、両面積ビームｎ０  ，ｎを用いて実際にパタン描画を行なう。
【００１６】
本実施例においては、図１に示した測定・補正フロー中での面積ビームｎ０  に可変成形ビームを、面積ビームｎに一括図形ビームをそれぞれ対応させている。両面積ビームｎ０，  ｎの重心位置の検出は、それぞれの面積ビームをターゲット９表面上に間欠的に照射（ショット）しながら、マーク１３に対してＸ方向およびＹ方向に走査することにより得られる検出器１４の出力信号波形（反射電子信号波形＝ビーム電流波形）の微分波形を演算して求め、各ショット時のマーク１３からの反射電子信号強度とショット間隔（つまり偏向距離）とからビーム電流波形の重心位置を求める。検出器１４から得られる反射電子信号の波形は、使用する面積ビームの形状によって様々に異なるが、図３の（ａ），（ｂ）に示すように反射電子信号波形の重心位置３３，４３を検出することによって、いかなる反射電子信号波形に対してもそれぞれ基準となる位置を求めることが可能である。各反射電子信号波形の重心位置の計算は、次の（１）式，（２）式を用いて行なう。
Ｇｘ  ＝  Σ（Ｘ・ＩＸ）／ΣＩＸ                ・  ・  ・  ・  ・  ・  ・  ・  （１）
Ｇｙ  ＝  Σ（Ｙ・ＩＹ）／ΣＩＹ                ・  ・  ・  ・  ・  ・  ・  ・  （２）
ここで、Ｇｘ  ，Ｇｙ  はそれぞれｘ，ｙ方向での重心位置、Ｘ，Ｙはそれぞれｘ，ｙ方向でのビーム位置、ＩＸ  ，ＩＹ  はそれぞれビーム位置Ｘ，Ｙにおける反射電子信号強度である。ビーム位置Ｘ，Ｙにおける反射電子強度は該ビーム位置Ｘ，Ｙでのビーム電流強度に比例するため、この反射電子強度分布の測定によりＸおよびＹ方向でのビーム電流強度分布が測定できる。従ってまた、ビーム電流強度分布の重心位置も、同様に反射電子強度分布の重心位置として求めることができる。
【００１７】
上記の測定を一括図形ビームｎおよび可変成形ビームｎ０  のそれぞれについて行なって、両ビームの重心位置を求める。一括図形ビームおよび可変成形ビームの”重心位置”はそれぞれの”中心位置”とは異なるが、設計上のデータより両者間の距離は計算可能である。なお、ここに云う”中心位置”とは、可変成形ビームの最大図形ショット時における重心位置とする。設計上での一括図形ビームの重心−中心間の距離をＲｘｃ，Ｒｙｃ、可変成形ビームの重心−中心間の距離をＲｘｖ，Ｒｙｖとし、実際に測定される一括図形ビームの重心位置をＧｘｃ，Ｇｙｃ、可変成形ビームの重心位置をＧｘｖ，Ｇｙｖとすると、一括図形ビームの可変成形ビームに対する位置ずれ量は、次の（３）式および（４）式で表される。
Ｄｘ  ＝  （Ｇｘｃ  −  Ｒｘｃ）  −  （Ｇｘｖ  −  Ｒｘｖ）      ・  ・  ・  ・  ・  ・  ・  ・  （３）
Ｄｙ  ＝  （Ｇｙｃ  −  Ｒｙｃ）  −  （Ｇｙｖ  −  Ｒｙｖ）      ・  ・  ・  ・  ・  ・  ・  ・  （４）
ここで、Ｄｘ  ，Ｄｙ  はそれぞれｘ，ｙ方向での位置ずれ量（中心位置としてのずれ量）を表す。得られた位置ずれ量は、一括図形描画時の偏向補正量として、制御計算機２３内の記憶テーブル２５に格納される。また、複数の一括図形を用いる場合には、それぞれの一括図形に対して上記の補正量が測定されて記憶テーブル２５に格納される。上記の操作手順は、可変成形図形と一括図形との接続に関してのものであるが、その他の場合でも、上記の重心位置測定を少なくとも２回行なって、各測定重心位置の差と各設計重心位置の差とを求めた後、上記測定重心位置の差から上記設計重心位置の差を差し引いて補正量を求めることができる。
【００１８】
上記の方式を用いて、一括図形ビームの可変成形ビームに対するずれ量を測定した。使用した可変成形ビームは、図３の（ａ）に示すごとく正方形（１μｍ□）の断面パタン３１を有するものであり、一括図形ビームは、図３の（ｂ）に示すごとく三角形の断面パタン４１を有するものである。両ビームをそれぞれ線状マーク１３に対し走査して該マークからの反射電子を検出器１４により検出した結果、図３の（ａ），（ｂ）に示すような検出信号波形３２，４２を得ることができた。各波形の重心位置３３，４３を（１）式および（２）式を用いて求め、さらに、可変成形ビーム（正方形ビーム）３１に対しての一括図形ビーム（三角形ビーム）４１の位置ずれ量を（３）式及び（４）式により求めた結果、横方向（ｘ方向）で  Ｄｘ  ＝  ０．０４μｍ，縦方向（ｙ方向）で  Ｄｙ  ＝  ０．０５μｍのずれ量が算出された。算出されたずれ量は、制御計算機２０内の記憶テーブル２５に記憶される。
【００１９】
実際の描画時には、一括図形ビームのショット位置を記憶テーブル２５に記憶されたずれ量だけシフトさせることによりビーム位置の補正を行なう。この描画時におけるビーム位置補正の流れを図４に示す。このビーム位置補正は、副偏向器１２Ｂを用いての副偏向工程毎にそれに先立って行なわれる一括図形の選択時に、一括図形ビームの副偏向量を上記の位置ずれ測定によって得られた偏向補正量分だけシフトさせることによって行なわれる。
【００２０】
以下に、図４の描画フローについて説明する。
（１）  先ず、ターゲット（被描画試料）９表面上に描画すべきパタンについての設計上の描画データを取得し、制御計算機２３に入力する。
（２）  上記（１）  で入力された描画データに基づいて、ステージ駆動系２６に信号を送ってターゲット９を載置しているステージ８を所要位置に位置決めする。
（３）  ターゲット９表面上でのパタン描画すべき位置に応じて、主偏向器１２Ａによるビームの主偏向量を設定する。
（４）  描画すべき全パタンのうちの一括図形ビームにより描画すべきパタン部分に対応するセルパタンについての補正偏向量を記憶テーブル２５から取り込む。
（５）  副偏向器１２Ｂによる設計上の副偏向量に記憶テーブル２５から取り込んだ補正偏向量を加算して、一括図形ビームによる実際のパタン描画に際して必要な副偏向量を設定する。
（６）  副副偏向器１２Ｃによる設計上の副副偏向量にステージ８の精密位置計測用のレーザ測長計２７から得られるステージ位置追従量を加算して、実際に必要な副副偏向量を設定する。
（７）  上記した３種類の偏向量の補正・設定を済ませた後に、実際に、成形された面積ビームをターゲット９表面上に照射して所望のパタン描画（露光）を行なう。
（８）  そして、所定数の副副偏向領域について、順次副副偏向量を設定し直しつつ描画を繰り返し、全ての副副偏向領域についての描画が完了したら次のステップ（９）へと進む。
（９）  次いで、所定数の副偏向領域について、順次副偏向量を設定し直しつつ描画を繰り返し、全ての副偏向領域についての描画が完了したら次のステップ（１２）へと進む。
（１０）なお、上記の副偏向領域についての描画に際しては、それぞれの副偏向領域の描画に先立って改めて副偏向量の再補正が必要かどうかを判断し、再補正不要と判断された場合には  直ちに上記ステップ（４）へ戻って次の副偏向領域への描画を行ない、再補正要と判断された場合には次のステップ（１１）へ進んで副偏向量の再設定を行なう。
（１１）上記ステップ（１０）で副偏向量の再補正が必要と判断された場合には、改めて前述した一括図形ビームの位置ずれ量（補正偏向量）の測定をやり直し記憶テーブル２５の内容を修正してから次の副偏向領域の描画を行なう。
（１２）以上のようにして、一つの主偏向領域内の全ての副偏向領域についての描画が完了したら、次の主偏向領域についての描画へと進み、所定数の主偏向領域について順次主偏向量を設定し直しつつ描画を繰り返し、全主偏向領域についての描画が完了したら次のステップ（１３）へと進む。
（１３）ここでは、ターゲット９表面上のさらに別の領域に対して上記同様の描画を繰り返すかどうかを判断し、繰り返す場合には、上記のステップ（２）  へと戻ってステージ８の位置を設定し直してから、上記と同様にして、新たな描画領域への描画を行なう。
（１４）上記ステップ（１３）で全ての描画工程を終了すると決定されたら、所定の描画終了措置を経て、描画を終了する。
【００２１】
なお、描画中の位置ずれ量のドリフトを考慮して、ある時間毎，ストライプ毎等に上記の位置ずれ量測定を行なってビーム位置を補正することにより、さらに高精度の描画が可能となる。この副偏向量のシフトによるビーム位置補正には、副偏向器１２Ｂを用いて上記の偏向量シフト分（偏向補正量）を本来の（設計上の）副偏向量に重畳させることによって行なう。なお、図４には、ステップアンドリピート方式で描画する際の描画フローを示したが、連続移動描画方式（ステージ８を連続移動させながら描画を行なう方式）を採る場合には、主偏向領域がストライプ領域になる。本方式を用いて実際に一括図形と可変成形図形との混在パタンを描画した結果、可変成形図形と一括図形との接続部分のずれ量を０．０２μｍ以下に抑えた、高精度の描画を実現できた。
【００２２】
なお、本実施例では、可変成形ビームと一括図形ビームとの重心の位置関係を比較することによって一括図形ビーム位置の補正を行なっているが、例えば可変成形ビームのエッジ位置，中心位置，その他何らかの特徴部分に基準位置を定めて、この可変成形ビームの基準位置と一括図形ビームの重心位置との関係を比較することによっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
〈実施例２〉
実施例１においては、ある大きさの可変成形ビームを用い、基準位置を定めていたが、本実施例においては可変成形ビームに最大ビームサイズを使用した例を示す。図５（ａ）に任意のビームサイズを用いた場合の第２転写マスク４上の第１転写マスク３の開口像を、図５（ｂ）に最大ビームサイズを用いた場合の第２転写マスク４上の第１転写マスク３の開口像をそれぞれ示す。先の実施例１においては、可変成形ビームの重心位置を検出する場合、図５（ａ）に示すごとく可変成形ビーム３１のビームサイズは、第２転写マスク４上の第１転写マスク像５１と第２転写マスク４内の可変成形用開口５２とが重なり合った部分のビーム断面積により規定される。つまり、可変成形ビーム３１の一方のビームエッジ５３は第２転写マスク４の開口端により規定され、他方のビームエッジ５４は第１転写マスク３の開口端により規定される。このため、ビームサイズの補正残り等が原因となって、設計ビームサイズと実際のビームサイズとの間に違いが生じる可能性がある。その結果、前記実施例１の（３）式，（４）式中での  Ｒｘｖ，Ｒｙｖ  に誤差が生じ、これが一括図形ビームによる描画パタンと可変成形ビームによる描画パタンとの接続部分における位置ずれ誤差を招く原因となる。そこで、本実施例では、可変成形ビームには、最大矩形ビームを用いることとした。この場合には、第２転写マスク４上での第１転写マスク像５１は、図５（ｂ）に示すように第２転写マスク４内の可変成形用開口５２を完全に覆うこととなって、得られる可変成形ビーム３１’のビームエッジ５３’，５４’は、双方共、第２転写マスク４の可変成形用開口５２の開口端により規定されることになる。従って、実際に得られる可変成形ビーム３１’のビームサイズは設計ビームサイズ通りとなり、その重心位置は設計上の重心位置（＝中心位置）と完全に一致する。これはＲｘｖ  ＝  Ｒｙｖ  ＝  ０  となることを意味し、これにより可変成形ビームの重心位置についての不確定要素が無くなる。さらに、ビームサイズが最大であるがために検出信号強度も最大となり、検出Ｓ／Ｎ比が最も良好となる。
【００２４】
そこで、本方式を用いて、可変成形ビームと一括図形ビームとの位置ずれ量を検出した結果、横方向（ｘ方向）で０．０４５μｍ  ，縦方向（ｙ方向）で０．０４μｍの位置ずれ量が検出された。そして、実施例１と同様にして、この検出結果に基づいて一括図形パタンの描画位置を補正し描画を行なった結果、可変成形パタンと一括図形パタンとの接続部分における位置ずれ量を  ０．０１５μｍ以下に抑えた高精度のパタン描画を実現できた。
【００２５】
〈実施例３〉
先の実施例１，実施例２においては、本発明による位置ずれ補正方式を電子線描画装置における一括図形パタンの描画位置調整に適用した場合について示したが、本実施例では、同様の位置ずれ補正方式を図８に示す収束イオンビーム装置に適用した場合について示す。図８において、イオン銃８１から放射されたイオンビーム８２は、第１転写マスク８３の矩形開口８３Ａを通して矩形断面形状に成形された後、投射レンズ９０によって第２転写マスク８４上に投射され、該第２転写マスク８４上に設けられた可変成形ビーム形成用の矩形開口８４Ａまたは一括図形ビーム形成用のセル開口８４Ｂを通して矩形または一括図形ビームに成形された後、対物レンズ８６によりステージ８８上に載置されたターゲット８９の表面に投影され、露光（パタン描画）が行なわれる。ビーム断面形状の選択は、転写偏向器９１によってイオンビーム８２を第２転写マスク８４表面上で偏向・移動させることにより行なわれる。ビーム電流分布の検出は、ターゲット８９と同一平面上に設けられた線状のタングステンマーク９３上をイオンビーム８２で走査し、マーク９３からの反射粒子を検出器９４で検出し、この検出信号波形の重心位置を演算処理部１０４で算出することによって行なう。本実施例においては、図１に示したフローチャート中の面積ビームｎ０  に可変成形ビームを、面積ビームｎに一括図形ビームをそれぞれ用いている。反射粒子の検出によって得られる反射粒子信号波形は、使用する面積ビームの断面形状によって様々に異なるが、反射粒子信号波形の重心位置を検出することにより、いかなる反射粒子信号波形に対してもその基準位置を精度良く検出可能である。
【００２６】
本収束イオンビーム装置を用いて、一括図形パタンと可変成形パタンとの間の位置ずれ量の測定，補正を試みた。測定，補正の方式は、実施例１の場合と同様である。ビーム位置測定の結果、縦（ｙ）方向  ０．０５μｍ，横（ｘ）方向  ０．０４μｍの位置ずれ量が得られた。得られた位置ずれ量は、制御計算機１０３内の記憶テーブル１０５に記憶され、実際の描画時には、偏向器電源１０２Ａ，１０２Ｂから偏向器９２Ａ，９２Ｂに供給する偏向電圧に補正をかけ、成形イオンビーム８２のターゲット８９表面上へのショット位置を設計上のショット位置から記憶テーブル１０５に記憶された位置ずれ量分だけシフトさせて描画を行なう。本方式を用いて、可変成形パタン部分と一括図形パタン部分とが混在するパタンを描画した結果、可変成形パタン部分と一括図形パタン部分との接続部における位置ずれ量を  ０．０２μｍ  以下に抑えた高精度のパタン描画を実現できた。
【００２７】
〈実施例４〉
先の実施例１，実施例２では、面積ビーム（可変成形ビームおよび一括図形ビーム）の重心位置を測定し、一括図形ビームのビーム位置調整を行なったが、本実施例では、重心位置測定をビーム軸の調整に応用した場合について説明する。図６中の（ａ）に示すように、ビーム軸が装置の光学軸と合致している場合には、ビームの焦点位置をずらしてもターゲット表面上での像位置６１，６２，６３は変化しないが、ビーム軸が装置光学軸からずれている場合には、同図中の（ｂ）に示すように、ビームの焦点位置を変化させた時に、ターゲット表面上での像位置６１’，６２’，６３’が変化する。そこで、この性質を利用して、ターゲット上でのビーム位置の検出に、本発明による方法を用いる。具体的にはビーム波形の重心位置を求めた後に、ビームの焦点位置を変化させて、ターゲット面上での面積ビームの重心位置が上記のビーム焦点位置変化に拘らず変わらなくなるように、ビーム偏向系の調整を行なう。ビームには  ２．５μｍ□の可変成形ビームを用いた。ビーム電流波形の測定は、タングステンマーク１３上を可変成形ビームで走査し、マーク１３からの反射電子を検出することにより行なった。そして、測定されたビーム電流波形の重心位置を求めた。次に、対物レンズ６，７の励磁電流を１％ずらすことにより焦点位置を１％ずらして、同様にビームの重心位置を測定する。上記の操作を軸調整用偏向器２８に偏向電源２９から供給する偏向電圧を変化させながら行なって、上記した焦点位置の変化にも拘らずビーム位置が変化しなくなるような偏向電圧値に固定設定する。この方法を用いてビームの軸調整を行なった結果、従来手動にてビーム軸調整を行なっていた場合には調整所要時間が約３分，調整精度が約１ｍｒａｄであったのに対して、調整所要時間が約３０秒，調整精度が  ０．１ｍｒａｄ以下と、大幅な時間短縮および精度向上の効果が得られた。
【００２８】
〈実施例５〉
上記実施例４においては、軸調整用偏向器２８を用いて可変成形ビームの光軸調整を行なったが、本実施例では一括図形ビームの軸調整を行なう場合について説明する。一括図形の選択には、図２に示した上下２段構成の転写偏向器３０を用いて、第１転写マスク３の開口を通過したビームの偏向を行なっている。この２段構成の転写偏向器３０の上下の偏向器３０Ａと３０Ｂとの偏向電圧は互いにほぼ等しくされており、ビーム軸が装置光学軸と合っている場合は、上下の偏向器３０Ａ，３０Ｂの偏向中心がビーム成形用の成形偏向器１１の偏向中心と一致している。ビーム軸が装置光学軸からずれている場合には、成形偏向器１１と転写偏向器３０との偏向中心が一致しないため、上下の偏向器３０Ａと３０Ｂとの偏向電圧比を変化させることによって偏向中心を一致させる。
【００２９】
上記した方法を用いて一括図形ビームのビーム軸調整を行なった。実施例４の場合同様、一括図形ビームの場合も、図７に示すようにビーム軸が装置光学軸と合っている場合には、対物レンズ６，７の励磁電流を変えてビームの焦点位置を変えてもビーム位置７１，７２，７３は変わらないが、ビーム軸が装置光学軸からずれている場合には、焦点位置が変わるとビーム位置７１’，７２’，７３’に変化が生じる。従って、上下の転写偏向器３０Ａ，３０Ｂの偏向電圧比を変化させつつ、対物レンズ６，７の励磁電流を変えてビーム焦点位置を変化させ、該ビーム焦点位置変化にも拘らずビーム位置が変化しなくなるような偏向電圧比を求め、求めた偏向電圧比を固定保持することによって一括図形ビームの軸調整ができる。本方式を用いて一括図形ビームの軸調整をした結果、一括図形ビームの軸調整作業が自動化され、従来手動で軸調整作業を行なっていた場合に調整所要時間が約２０分も要していたのを、調整所要時間約３分と大幅に短縮することができた。また軸調整の精度も従来約１ｍｒａｄであったものを  ０．１ｍｒａｄ以下に改善することができた。
【００３０】
なお、上記の実施例では、面積ビームの重心位置を測定して、一括図形ビームの位置補正，可変成形ビームおよび一括図形ビームの軸調整を行なう例について示したが、これらの補正，調整の他にも面積ビームの重心位置を基準位置として利用することにより面積ビームの位置変化等を検出し、ビーム校正の手がかりとすることが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、任意断面形状の面積ビームの設計上の位置からの位置ずれを短時間で検出・補正して、迅速かつ高精度なビーム調整を行なうことができる。また、可変成形ビームと一括図形ビームとの位置合わせを短時間で行なうことができる。従って、本発明によれば、一括図形ビームによる描画パタンと可変成形ビームによる描画パタンとの混在パターンを有する半導体装置の製造に当っての製造精度およびスループットの大幅な向上が図られる。
【００３２】
以上、本発明のいくつかの実施例について説明してきたが、本発明はこれらの実施例のみに限定的に適用されるものではなく、本発明の基本概念から逸脱しない限りにおいて、その他にも様々な変形・応用がなされ得るものであることは云うまでもない。
付記：
１．面積ビームを用いて被加工試料表面にパタン加工を施す荷電粒子ビーム加工方法であって、上記被加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置を測定する工程と、測定した重心位置に基づいて上記面積ビームの上記被加工試料表面上への投射位置を補正するための位置補正量を求める工程と、求めた位置補正量に基づいて上記面積ビームの上記被加工試料表面上への投射位置を補正する工程と、この投射位置補正された上記面積ビームを用いて上記被加工試料表面にパタン加工を施す工程と、を含んでなることを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
２．面積ビームを用いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム描画方法であって、上記被描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置を測定する工程と、測定した重心位置に基づいて上記面積ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正するための位置補正量を求める工程と、求めた位置補正量に基づいて上記面積ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正する工程と、この投射位置補正された上記面積ビームを用いて上記被描画試料表面にパタン描画を施す工程と、を含んでなることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
３．上記の面積ビームは、可変成形ビームであることを特徴とする付記２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
４．上記の面積ビームは、一括図形ビームであることを特徴とする付記２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
５．可変成形ビームおよび一括図形ビームを用いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム描画方法であって、上記被描画試料表面上に投射される上記可変成形ビームおよび上記一括図形ビームの重心位置を測定する工程と、測定した上記可変成形ビームおよび上記一括図形ビームの重心位置に基づいて上記可変成形ビームの上記被描画試料表面上への投射位置に対する上記一括図形ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正するための投射位置補正量を求める工程と、求めた投射位置補正量に基づいて上記一括図形ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正する工程と、上記可変成形ビームおよび上記の投射位置補正された上記一括図形ビームとを用いて上記被描画試料表面にパタン描画を施す工程と、を含んでなることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
６．面積ビームを用いて被加工試料表面にパタン加工を施す荷電粒子ビーム加工装置であって、上記被加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置を測定する手段と、測定した重心位置に基づいて上記面積ビームの上記被加工試料表面上への投射位置を補正するための投射位置補正量を求める手段と、求めた投射位置補正量に基づいて上記面積ビームの上記被加工試料表面上への投射位置を補正する手段と、この投射位置補正された上記面積ビームを用いて上記被加工試料表面にパタン加工を施す手段と、を備えてなることを特徴とする荷電粒子ビーム加工装置。
７．面積ビームを用いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム描画装置であって、上記被描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置を測定する手段と、測定した重心位置に基づいて上記面積ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正するための投射位置補正量を求める手段と、求めた投射位置補正量に基づいて上記面積ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正する手段と、この投射位置補正された上記面積ビームを用いて上記被描画試料表面にパタン描画を施す手段と、を含んでなることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
８．上記の面積ビームは、可変成形ビームであることを特徴とする付記７に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
９．上記の面積ビームは、一括図形ビームであることを特徴とする付記７に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
１０．可変成形ビーム及び一括図形ビームを用いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム描画装置であって、上記被描画試料表面上に投射される上記可変成形ビームおよび上記一括図形ビームの重心位置を測定する手段と、測定した上記可変成形ビームおよび上記一括図形ビームの重心位置に基づいて上記可変成形ビームの上記被描画試料表面上への投射位置に対する上記一括図形ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正するための投射位置補正量を求める手段と、求めた投射位置補正量に基づいて上記一括図形ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正する手段と、上記可変成形ビームおよび上記の投射位置補正された上記一括図形ビームとを用いて上記被描画試料表面にパタン描画を施す手段と、を含んでなることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
１１．面積ビームを用いて被加工試料表面にパタン加工を施す荷電粒子ビーム加工方法であって、上記面積ビームの上記被加工試料表面に対する焦点位置を変化させつつ上記被加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置を測定する工程と、上記面積ビームの上記被加工試料表面に対する焦点位置の変化に拘らず上記被加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置が変化しなくなるように上記面積ビームのビーム軸を調整する工程と、を含んでなることを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
１２．面積ビームを用いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム描画方法であって、上記面積ビームの上記被描画試料表面に対する焦点位置を変化させつつ上記被描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置を測定する工程と、上記面積ビームの上記被描画試料表面に対する焦点位置の変化に拘らず上記被描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置が変化しなくなるように上記面積ビームのビーム軸を調整する工程と、を含んでなることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
１３．上記面積ビームは、可変成形ビームであることを特徴とする付記１２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
１４．上記面積ビームは、一括図形ビームであることを特徴とする付記１２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
１５．面積ビームを用いて被加工試料表面にパタン加工を施す荷電粒子ビーム加工装置であって、上記面積ビームの上記被加工試料表面に対する焦点位置を変化させつつ上記被加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置を測定する手段と、上記面積ビームの上記被加工試料表面に対する焦点位置の変化に拘らず上記被加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置が変化しなくなるように上記面積ビームのビーム軸を調整する手段と、を含んでなることを特徴とする荷電粒子ビーム加工装置。
１６．面積ビームを用いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム描画装置であって、上記面積ビームの上記被描画試料表面に対する焦点位置を変化させつつ上記被描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置を測定する手段と、上記面積ビームの上記被描画試料表面に対する焦点位置の変化に拘らず上記被描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置が変化しなくなるように上記面積ビームのビーム軸を調整する手段と、を含んでなることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
１７．上記面積ビームは、可変成形ビームであることを特徴とする付記１６に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
１８．上記面積ビームは、一括図形ビームであることを特徴とする付記１６に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における測定及び補正の手順を示すフローチャート図，
【図２】本発明の実施例１，２，４，５において用いられる電子線描画装置の概略構成図，
【図３】本発明の実施例１，２，４を説明するための可変成形ビームおよび一括図形ビームのビーム電流波形（反射電子信号波形）を示す図，
【図４】本発明の実施例１における描画手順を示すフローチャート図，
【図５】本発明の実施例２を説明するための可変成形ビームのビーム電流波形（反射電子信号波形）を示す図，
【図６】本発明の実施例４を説明するための可変成形ビームの位置変化を示す図，
【図７】本発明の実施例５を説明するための一括図形ビームの位置変化を示す図，
【図８】本発明の実施例３において用いられる収束イオンビーム装置の概略構成図。
【符号の説明】
１…電子銃，                    ２…電子ビーム，
３…第１転写マスク，            ４…第２転写マスク，
５…縮小レンズ５，              ６…第１対物レンズ，
７…第２対物レンズ，            ８…ステージ，
９…ターゲット（被描画試料），  １０…転写レンズ，
１１…成形偏向器，              １２…投射偏向系，
１３…線状タングステンマーク，  １４…反射電子検出器，
１５…電子銃用電源，            １６…転写レンズ用電源，
１７…縮小レンズ用電源，        １８…第１対物レンズ用電源，
１９…第２対物レンズ用電源，    ２０…成形偏向器用電源，
２１…検出器用電源，            ２２…投射偏向系用電源，
２３…制御計算機，              ２４…演算部，
２５…記憶テーブル，            ２６…ステージ駆動系，
２７…レーザ測長計，            ２８…軸調整用偏向器，
２９…偏向電源，                ３０…転写偏向器，
３１…可変成形ビーム，          ３２…検出信号波形，
３３…重心位置，                ４１…一括図形ビーム，
４２…検出信号波形，            ４３…重心位置，
５１…第１転写マスク像，        ５２…可変成形用開口，
５３…一方のビームエッジ，      ５４…他方のビームエッジ，
６１，６２，６３…像位置，      ６１’，６２’，６３’…像位置，
７１，７２，７３…ビーム位置，  ７１’，７２’，７３’…ビーム位置，
８１…イオン銃，                ８２…イオンビーム，
８３…第１転写マスク，          ８４…第２転写マスク，
８６…対物レンズ，              ８８…ステージ，
８９…ターゲット，              ９０…投射レンズ，
９１…転写偏向器，              ９２Ａ，９２Ｂ…偏向器，
９３…線状タングステンマーク，  ９４…反射粒子検出器，
１０２Ａ，１０２Ｂ…偏向器電源，１０３…制御計算機，
１０４…演算処理部，            １０５…記憶テーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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