(57)【要約】【課題】荷電粒子銃を最適な条件で動作させて描画する荷電粒子ビーム描画方法を提供する。また、荷電粒子銃を最適な条件で動作させる荷電粒子ビーム描画装置を提供する。【解決手段】電子ビーム描画装置は、カソードに電圧を印加する高圧電源部４３と、フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を測定する測定部４１と、測定部で測定したバイアス電圧の変化量を求める演算部４２とを有する。変化量が所定値以下となったところで、測定部４１においてエミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を測定して、演算部４２でバイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、このバイアス飽和点に基づいて高圧電源部４３を制御する。【選択図】図８
2011228501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流で試料上に照射する荷電粒子ビーム描画方法において、
前記フィラメント電力を一定として前記バイアス電圧の経時変化を調べ、この変化量が所定値以下となったところで、前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を求め、前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求めることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項２】
フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流で試料上に照射する荷電粒子ビーム描画方法において、
前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、前記バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところで、前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求めることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項３】
前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を測定し、得られた前記フィラメント電力と前記バイアス電圧との離散的な組を式（１）の近似式でフィッティングし、（ｎ−１）回目の測定における係数ａｎ−１、ｂｎ−１、ｃｎ−１、ｄｎ−１と、ｎ回目の測定における係数ａｎ、ｂｎ、ｃｎ、ｄｎとから式（２）を用いて前記変化率を求めることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
2011228501.tif 000007
【請求項４】
フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、
前記カソードに電圧を印加する高圧電源部と、
前記フィラメント電力を一定として前記バイアス電圧の経時変化を測定する測定部と、
前記測定部で測定した前記バイアス電圧の変化量を求める演算部とを有し、
前記変化量が所定値以下となったところで、前記測定部において前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を測定して、前記演算部で前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、該バイアス飽和点に基づいて前記高圧電源部を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項５】
フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、
前記カソードに電圧を印加する高圧電源部と、
前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し測定する測定部と、
前記測定部で測定した前記バイアス飽和特性の変化率を求める演算部とを有し、
前記変化率が所定値以下となったところで、前記演算部において前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、該バイアス飽和点に基づいて前記高圧電源部を制御す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方法および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、利用する電子ビームが荷電粒子ビームであるため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】
従来の電子ビーム描画装置では、電子ビームを照射する電子銃と、第１成形アパーチャと、第２成形アパーチャと、成形偏向器とを有し、さらに電子ビームを集束するためのいくつかの電子レンズを有する。電子銃から照射された電子ビームは、第１成形アパーチャに結像された後、第２成形アパーチャに結像される。そして、成形偏向器により偏向されて、第１成形アパーチャ像と第２成形アパーチャとが光学的に重ね合わされることにより、電子ビームの寸法と形状が可変成形される。成形された電子ビームは、描画対象であるマスク上にショットされ、ショット図形が高精度に繋がれることによってパターンが描画される。
【０００５】
電子銃としては、カソードフィラメントを用いた熱電子放射型の電子銃が用いられる。この電子銃では、フィラメント電力によりカソードを加熱することで電子が放出される。放出された電子は加速電圧により加速され、またバイアス電圧により制御されて、所定のエミッション電流となりマスク上に照射される（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
上記のような電子銃の動作条件は、通常、エミッション電流を所定の値に設定したときのフィラメント電力とバイアス電圧の関係から決定される。具体的には、エミッション電流を所定の値にしてフィラメント電力とバイアス電圧との関係（バイアス飽和特性）を測定する。次いで、（後述する）温度制限領域と空間電荷制限領域の境界、すなわち、フィラメント電力の変化に対してバイアス電圧が飽和する点（バイアス飽和点）におけるフィラメント電力を求める。得られたフィラメント電力に所定のマージンを持たせて最適動作点とする。
【０００７】
図１０は、バイアス飽和特性の一例である。この例では、エミッション電流を１００μＡとして、フィラメント電流を変化させたときのバイアス電圧の変化を測定している。図１０において、領域Ａは温度制限領域である。この領域内では、カソード先端の電界が十分に高く、カソードから放出された電子は全てカソード外に出て行く。また、この条件下で放出される電子の量はカソードの温度で決まる。一方、領域Ｂは、空間電荷制限領域である。この領域では、カソード先端の電界が低く、カソードから放出された電子はカソード前方の空間に滞留して空間電荷を形成する。空間電荷は放出される電子の量の変化を抑制するので、カソードの温度が多少変化しても電子の量は安定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３１２６３４号公報
【特許文献２】特開平５−１６６４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
フィラメント電力とカソード温度は相関する。カソード温度が高いとカソードの蒸発を早めてカソード寿命を縮める結果となるので、カソード温度ができるだけ低くなるようなフィラメント電力にする必要がある。上記したバイアス飽和特性から求められるフィラメント電力の最適動作点はこの点を考慮して決定される。すなわち、空間電荷制限領域内であって、カソード温度が低くなるところで電子銃が動作されるように、最適動作点が設定される。しかしながら、バイアス飽和特性は、電子銃の構造に起因する熱容量の違いや測定条件の違いなどによって時間とともに変化する。ここで、測定条件とは、フィラメントを加熱してから測定するまでの時間や、高圧電源を入れてから測定するまでの時間などである。
【００１０】
バイアス飽和特性の変化は、最適動作点の変化を意味する。従来法では、時間的要素を考慮せずにバイアス飽和特性を求めていたので、本来は最適でないフィラメント電力で電子銃が動作されるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、荷電粒子銃を最適な条件で動作させて描画する荷電粒子ビーム描画方法を提供することを目的とする。また、本発明は、荷電粒子銃を最適な条件で動作させる荷電粒子ビーム描画装置を提供することを目的とする。
【００１２】
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】
【００１３】
本発明の第１の態様は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流で試料上に照射する荷電粒子ビーム描画方法において、
フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を調べ、この変化量が所定値以下となったところで、エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を求め、バイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求めることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の態様は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流で試料上に照射する荷電粒子ビーム描画方法において、
エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところで、バイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求めることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第２の態様においては、エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を測定し、得られたフィラメント電力とバイアス電圧との離散的な組を式（１）の近似式でフィッティングし、（ｎ−１）回目の測定における係数ａｎ−１、ｂｎ−１、ｃｎ−１、ｄｎ−１と、ｎ回目の測定における係数ａｎ、ｂｎ、ｃｎ、ｄｎとから式（２）を用いて変化率を求めることが好ましい。
2011228501.tif 000003
【００１６】
本発明の第３の態様は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、
カソードに電圧を印加する高圧電源部と、
フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を測定する測定部と、
測定部で測定したバイアス電圧の変化量を求める演算部とを有し、
変化量が所定値以下となったところで、測定部においてエミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を測定して、演算部でバイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、このバイアス飽和点に基づいて高圧電源部を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【００１７】
本発明の第４の態様は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、
カソードに電圧を印加する高圧電源部と、
エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し測定する測定部と、
測定部で測定したバイアス飽和特性の変化率を求める演算部とを有し、
変化率が所定値以下となったところで、演算部においてバイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、このバイアス飽和点に基づいて高圧電源部を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、荷電粒子銃を最適な条件で動作させて描画する荷電粒子ビーム描画方法が提供される。また、本発明によれば、荷電粒子銃を最適な条件で動作させ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】
【００１９】
【図１】本実施の形態における熱電子放射型の電子銃の構成図である。
【図２】バイアス飽和特性の経時変化を示す一例である。
【図３】図２から求めたバイアス飽和点の変化を示す図である。
【図４】図４はバイアス飽和点の求め方の一例である。
【図５】電子銃の動作条件決定方法の１形態を説明する図である。
【図６】時間ｔ１における測定１回目のバイアス飽和特性を示す図である。
【図７】（ｎ−１）回目、ｎ回目および（ｎ＋１）回目の各測定のバイアス飽和特性を示す図である。
【図８】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９】電子ビームによる描画方法の説明図である。
【図１０】バイアス飽和特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本実施の形態における熱電子放射型の電子銃の構成図である。この図に示すように、電子銃１０１は、電子源であるカソード１０２と、カソード１０２から放射される電子を集束させるウェネルト１０５と、ウェネルト１０５の下方に配置されたアノード１０７とを有する。カソード１０４の先端は凸形状をしている。これは、微小領域に電界を集中させて輝度を向上させるためである。
【００２１】
図１において、カソード１０２は、フィラメント１０３を介して、カソード１０２を加熱するためのフィラメント供給電源１０４と接続され、フィラメント回路が構成されている。また、カソード１０２とフィラメント１０３を囲むように、ウェネルト１０５が配置されている。ウェネルト１０５は、カソード１０２の下方に開口部を有していて、カソード１０２から放出される電子を収束し制御する。ウェネルト１０５には、カソード１０２との間にバイアス電圧を印加するためのバイアス電源１０６が接続されており、これによってバイアス回路が構成されている。
【００２２】
ウェネルト１０５の下方には、アノード１０７が配置されている。そして、アノード１０７、フィラメント回路およびバイアス回路には、カソード１０２とアノード１０７の間に加速電圧を印加してエミッション電流を供給する加速電源１０８が接続されている。
【００２３】
このような電子銃を用いた電子ビーム描画では、描画に先立って電子銃の動作条件が決定される。
【００２４】
図２は、バイアス飽和特性の経時変化を示す一例である。また、図３は、図２から求めたバイアス飽和点の変化を示したものである。尚、図４にバイアス飽和点の求め方の一例を示す。この例によれば、温度制限領域にある測定点を結ぶ直線と、空間電荷制限領域にある測定点を結ぶ直線との交点から、バイアス飽和点をＷ１と求められる。
【００２５】
図３において、横軸はフィラメントの加熱開始からの経過時間であり、縦軸はバイアス飽和点である。この図から分かるように、フィラメントを加熱してからしばらくの間はバイアス飽和点に急激な変化が見られ、時間の経過とともに変化の程度は小さくなり、やがて一定になる。そこで、本発明者は、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなったところで動作条件を決定すれば、電子銃を最適な条件で動作させることができると考え、本発明に至った。
【００２６】
本発明における動作条件決定方法の１態様は、フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を調べ、変化量が所定値以下となったところでバイアス飽和特性を求めるというものである。ここで、一定とするフィラメント電力の値は、温度制限領域内にある値とする。図５を用いて詳しく説明する。
【００２７】
フィラメント電力を所定値Ｗとしてバイアス電圧の経時変化を測定すると、図５のように、バイアス電圧は、測定開始からしばらくは大きく変化するが、その変化量は徐々に小さくなり、やがて略一定となる。図５では、測定開始時ｔ１におけるバイアス電圧はＶ１であるが、時間ｔ２でＶ２となった後はこの値のまま略一定となる。そこで、単位時間当たりのバイアス電圧の変化量（ΔＶ／Δｔ）を求め、この値が所定値以下となったところで、図２に示したようなバイアス飽和特性を調べてバイアス飽和点を決定する。この方法によれば、バイアス電圧の経時変化からバイアス飽和点の変動量を把握し、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなったところで動作条件を決定するので、比較的簡単に電子銃を動作させる最適な条件を求めることができる。
【００２８】
本発明における動作条件決定方法の別の態様は、バイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところでバイアス飽和点を求めるというものである。
【００２９】
図６は、時間ｔ１における測定１回目のバイアス飽和特性を示しており、図中の○は測定点である。この例では、フィラメント電力とバイアス電圧の離散的な組をスプライン補間し、適当な近似式でフィッティングして連続的な値を得る。ここで、フィッティングは、離散的な値に対し、連続的な関数の最良フィッティングパラメータまたは係数を決定するための数学的最適化法として理解される。この用語は、一般に、曲線フィッティング計算についての全ての数学的方法を包含する。こうした曲線フィッティング計算の目的は、データに対して最もよくフィットする関数を導出する点にある。
【００３０】
図６の例におけるフィッティング関数としては、下記の式（１）が好適である。
2011228501.tif 000004
【００３１】
図６に示す曲線は、測定点をスプライン関数で補完し、式（１）でフィッティングしたフィッティング曲線である。このような曲線を一定時間間隔で繰り返し求めてバイアス飽和特性の変化率を計算する。具体的には、エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を測定し、得られたフィラメント電力とバイアス電圧との離散的な組を式（１）の近似式でフィッティングする。そして、（ｎ−１）回目の測定における係数ａｎ−１、ｂｎ−１、ｃｎ−１、ｄｎ−１と、ｎ回目の測定における係数ａｎ、ｂｎ、ｃｎ、ｄｎとから式（２）を用いて変化率を求める。
2011228501.tif 000005
【００３２】
図７に、（ｎ−１）回目、ｎ回目および（ｎ＋１）回目の各測定に対応するバイアス飽和特性を示す。これらはいずれも、図６と同様に、測定点をスプライン関数で補完し、式（１）でフィッティングしたフィッティング曲線である。それぞれについて、式（１）の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを求め、式（２）を用いてバイアス飽和特性の変化率を求める。尚、この場合の変化率とは、測定（ｎ−１）回目のバイアス特性に対する測定ｎ回目のバイアス特性の変化率と、測定ｎ回目のバイアス特性に対する測定（ｎ＋１）回目のバイアス特性の変化率を言う。
【００３３】
表１は、図７の例における係数と変化率を示したものである。例えば、変化率が０．５％以下となったところでバイアス飽和点を求めるとしておけば、（ｎ＋１）回目の測定で変化率が０．５％以下となっているので、この段階でバイアス飽和点を求めることになる。
【００３４】
【表１】
2011228501.tif 000006
【００３５】
上記方法によれば、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなったところで動作条件を決定するので、電子銃を最適な条件で動作させることができる。また、バイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところでバイアス飽和点を求めるので、上記したバイアス電圧の経時変化からバイアス飽和点の変動量を把握する方法に比べて、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなるところをより正確に求めることが可能である。
【００３６】
図８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。
【００３７】
図８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。クロム膜に代えてモリブデンシリコン（ＭｏＳｉ）膜などとしてもよい。また、レジスト膜は、化学増幅型レジストを用いて形成された膜とすることができる。
【００３８】
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。ステージ３は、ステージ駆動回路４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５により測定される。
【００３９】
試料室１の上方には、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。
【００４０】
電子銃６は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される電子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の電子ビームを放出する。電子銃６には、カソードに電圧を印加する高圧電源部４３が接続している。電子銃６のカソードは、エミッタおよびウェネルト電極を有しており、これらは高圧電源部４３によって制御される。尚、図示を省略するが、高圧電源部４３は、フィラメント供給電源、リレー、フィラメント回路、バイアス電源、バイアス回路および加速電源によって構成される。
【００４１】
高圧電源部４３には、フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を測定する測定部４１と、測定部４１で測定したバイアス電圧の変化量を求める演算部４２とが接続している。本実施の形態では、これらによって電子銃６の動作条件が決定される。すなわち、上記の変化量が所定値以下となったところで、測定部４１においてエミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を測定する。そして、演算部４２でバイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、このバイアス飽和点に基づいて高圧電源部４３を制御する。
【００４２】
本実施の形態における別の態様によれば、測定部４１は、エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し測定するものとすることができる。また、演算部４２は、測定部４１で測定したバイアス飽和特性の変化率を求めるものとすることができる。この場合、電子ビーム描画装置は、上記の変化率が所定値以下となったところで、演算部４２においてバイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、このバイアス飽和点に基づいて高圧電源部４３を制御するように構成される。
【００４３】
図９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。
【００４４】
副偏向領域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。そして、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。
【００４５】
副偏向領域は、副偏向器１６によって、主偏向領域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から放出された電子ビーム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。
【００４６】
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。
【００４７】
図８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。
【００４８】
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。
【００４９】
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（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。
【００５０】
電子ビーム描画装置では、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動させる補正処理が必要である。この処理は、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動を引き起こす要因に対して、図８の描画データ補正部３１で行われる。描画データ補正部３１は、寸法補正マップ作成部３１ａと、この寸法補正マップに対応した補正照射量を求める補正照射量算出部３１ｂと、補正照射量からマスクの所定位置における電子ビームの照射量を求める照射量算出部３１ｃとを有する。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。
【００５１】
図８の入力部２０には、既に説明したように、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た描画データが入力される。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、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。
【００５２】
描画データ補正部３１で補正されたフレーム情報は、データ解析部である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。
【００５３】
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とビーム成形器ドライバ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、ビーム成形器ドライバ２５に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ２５から、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。
【００５４】
図８の偏向制御部３０は、セトリング時間決定部２９に接続し、セトリング時間決定部２９は、副偏向領域偏向量算出部２８に接続し、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に接続している。また、偏向制御部３０は、ブランキング回路２４と、ビーム成形器ドライバ２５と、主偏向器ドライバ２６と、副偏向器ドライバ２７とに接続している。
【００５５】
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。
【００５６】
次に、電子ビーム描画装置による描画方法について説明する。
【００５７】
まず、電子銃６の動作条件を決定する。これは、例えば、カソードを交換する都度行われる。具体的には、測定部４１において、フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を調べる。次いで、演算部４２において、測定部４１で測定したバイアス電圧の変化量を求める。変化量が所定値以下となったところでバイアス飽和特性を求めてバイアス飽和点を決定し、この値から得られるフィラメント電力にしたがい高圧電源部４３を制御して電子銃６を動作させる。
【００５８】
また、本実施の形態では、次のようにして電子銃６の動作条件を決定してもよい。すなわち、測定部４１において、バイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求める。そして、測定部４１での測定結果から、演算部４２でバイアス飽和特性の変化率を求める。変化率が所定値以下となったところでバイアス飽和特性を求めてバイアス飽和点を決定し、この値から得られるフィラメント電力にしたがい高圧電源部４３を制御して電子銃６を動作させる。
【００５９】
次に、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５により行い、制御計算機１９からの信号に基づいて、ステージ駆動回路４によりステージ３を描画可能な位置まで移動させる。
【００６０】
次に、電子銃６より電子ビーム５４を放出する。放出された電子ビーム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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、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。
【００６３】
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。
【００６４】
上記のようにして、マスク２の全てのフレーム領域５２の描画を終えた後は、新たなマスクに交換し、上記と同様の方法による描画を繰り返す。
【００６５】
次に、制御計算機１９による描画制御について説明する。
【００６６】
制御計算機１９は、入力部２０で磁気ディスクに記録されたマスクの描画データを読み出す。読み出された描画データは、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。
【００６７】
パターンメモリ２１に格納されたフレーム領域５２毎の描画データ、つまり、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でレジスト膜の膜厚に応じて補正された後、データ解析部であるパターンデータデコーダ２２と描画データデコーダ２３を介して、副偏向領域偏向量算出部２８、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に送られる。
【００６８】
パターンデータデコーダ２２では、描画データに基づいてブランキングデータが作成されてブランキング回路２４に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム形状データが作成されて副偏向領域偏向量算出部２８とビーム成形器ドライバ２５に送られる。
【００６９】
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により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。
【００７０】
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。
【００７１】
ビーム成形器ドライバ２５では、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の形状と寸法が制御される。
【００７２】
描画データデコーダ２３では、描画データに基づいて副偏向領域５３の位置決めデータが作成され、このデータは主偏向器ドライバ２６に送られる。次いで、主偏向器ドライバ２６から主偏向器１５へ所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４は、副偏向領域５３の所定位置に偏向走査される。
【００７３】
描画データデコーダ２３では、描画データに基づいて、副偏向器１６の走査のための制御信号が生成される。制御信号は、副偏向器ドライバ２７に送られた後、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る。副偏向領域５３内での描画は、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム５４を繰り返し照射することによって行われる。
【００７４】
以上述べたように、本実施の形態によれば、電子銃を最適な条件で動作させて描画することができる。すなわち、本実施の形態の１態様によれば、バイアス電圧の経時変化からバイアス飽和点の変動量を把握し、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなったところで動作条件を決定する。したがって、この方法によれば、比較的簡単に電子銃を動作させる最適な条件を求めることができる。また、本実施の形態の別の態様によれば、上記効果に加えて、バイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところでバイアス飽和点を求めるので、上記したバイアス電圧の経時変化からバイアス飽和点の変動量を把握する方法に比べて、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなるところをより正確に求めることが可能である。
【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放出する荷電粒子銃を有する荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置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
５    位置回路
６    電子銃
７、８、９、１１、１２    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
３１ａ    寸法補正マップ作成部
３１ｂ    補正照射量算出部
３１ｃ    照射量算出部
４１    測定部
４２    演算部
４３    高圧電源部
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
１０１    電子銃
１０２    カソード
１０３    フィラメント
１０４    フィラメント供給電源
１０５    ウェネルト
１０６    バイアス電源
１０７    アノード
１０８    加速電源
【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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【図９】
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【図１０】
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