(57)【要約】【課題】試料の熱膨張による描画ずれを抑え、精度の高い描画が容易に得られるようにした電子線描画装置と電子線描画方法を提供すること。【解決手段】電子光学系１０６と試料室１０８を備え、試料１に電子線３により回路パターンなどを描画するようにした電子線描画装置において、制御用計算機１０１の外に熱変形演算用の計算機１０３を設け、電子線３の照射により試料１の温度が上昇し、熱変形しで発生したずれ量を、電子線３の照射量から計算し、電子線偏向装置１０７に供給されるべき描画スケジュールに対する修正データとすることにより、熱変形の影響を相殺するようにしたもの。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定してある描画スケジュールに従って電子ビームを走査し、試料に描画を行う方式の電子線描画装置において、
予め電子ビームの照射により前記試料に現れる熱変形を計算し、当該計算結果から電子ビームの照射位置に現れるずれ量の修正に必要な修正データを算出し、記憶しておく演算手段と、
電子ビーム描画に際して、前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射量と照射位置の少なくとも一方を前記演算手段から読出した前記修正データに従って修正する制御手段とが設けられていることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項２】
予め設定されるが変更も可能な描画スケジュールに従って電子ビームを走査し、試料に描画を行う方式の電子線描画装置において、
前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射により前記試料に現れる熱変形を計算し、当該計算結果から電子ビームの照射位置に現れるずれ量の修正に必要な修正データを算出する演算手段と、
前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射量と照射位置の少なくとも一方を前記演算手段から読出した前記修正データに従って修正する制御手段を設け、
前記演算手段による修正データの算出が、電子ビーム描画に際して実時間で与えられるように構成されていることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の何れかに記載の電子線描画装置において、
前記演算手段が、シミュレーションにより前記修正データを算出することを特徴とする電子線描画装置。
【請求項４】
予め設定してある描画スケジュールに従って電子ビームを走査し、試料に描画を行う方式の電子線描画方法において、
予め電子ビームの照射により前記試料に現れる熱変形を計算するステップと、
当該計算結果から電子ビームの照射位置に現れるずれ量の修正に必要な修正データを算出して記憶するステップと、
電子ビーム描画に際して、前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射量と照射位置の少なくとも一方を前記修正データに従って修正するステップを備えていることを特徴とする電子線描画方法。
【請求項５】
予め設定されるが変更も可能な描画スケジュールに従って電子ビームを走査し、試料に描画を行う方式の電子線描画方法において、
前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射により前記試料に現れる熱変形を計算するステップと、
当該計算結果から電子ビームの照射位置に現れるずれ量の修正に必要な修正データを算出するステップと、
前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射量と照射位置の少なくとも一方を前記演算手段から読出した前記修正データに従って修正するステップを設け、
前記修正データの算出が、電子ビーム描画に際して実時間で与えられることを特徴とする電子線描画方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５の何れかに記載の電子線描画方法において、
前記修正データを算出するステップが、シミュレーションにより前記修正データを算出するステップであることを特徴とする電子線描画方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線による描画技術に係り、特に半導体ウェハに回路パターンを描画するのに好適な電子線描画装置及び電子線描画方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路パターンの形成技法の一種に電子線描画技法があり、近年、半導体ウエハの回路パターンの形成に広く適用されるようになっているが、このときの課題は描画精度の向上にある。
【０００３】
そして、このときの描画精度、つまり半導体ウエハなどの試料上に電子線を照射する位置の精度を決定する要因には、周辺環境による外乱要因のほか、試料移動装置による試料の位置決め精度、電子ビームの偏向装置によるビーム位置制御精度、それに試料の温度変化に起因する変形が挙げられる。
【０００４】
このときの試料の温度変化は主に温度の上昇であるが、その原因としては、電子ビーム照射装置に備えられている電磁コイルの発熱や試料移動機構の摩擦熱などに起因する外的な要因のほか、パターン描画のために照射される電子線から試料に与えられてしまう熱エネルギーによる温度上昇が大きな内的な要因を占めている。
【０００５】
ここで、前者の外的な要因による温度上昇は、試料移動機構などの熱伝達設計の改善や冷却機構の付加によって原理的に解決しうる問題である。しかし、後者の内的な要因によるものは、そもそも電子線描画装置自体が、電子線によって試料にエネルギーを付与することが加工の基本的原理である以上、かなり解決しづらい問題であるといえる。
【０００６】
電子線描画装置においては、試料は、電子線の持つ運動エネルギーによって描画される。電子線の描画精度は試料の大きさに比して非常に細かく、数ナノメートルに達するため、試料の熱膨張を含む位置ずれが大きな問題となる。
【０００７】
従来の手法としては、試料への熱伝達を防ぐため、より発熱の小さな移動機構の開発、及びステージの冷却等による放熱を効率よく行うことで試料への熱伝達を防ぐ設計が行われてきた。
【０００８】
しかしながら、このような試料に対する熱伝達の遮断は、電子線描画に際して試料に付与されてしまう直接的なエネルギーによる温度上昇と熱膨張には、かえって影響を大きくしてしまう結果となる。何故なら、電子ビームによって与えられてしまう熱を試料保持機構周辺にとどめてしまうことになり、試料の温度拡散が抑えられてしまうためである。
【０００９】
この問題は、ステージに冷却水配管を設けるなど、放熱機構を備えることで改善できるが、この場合は、試料保持部と他の部分とを非接触にしなければならないとする設計に隘路を生むだけでなく、冷却に付随する遅延や冷却水の温度の安定性が新たな問題として残存するため、根本的な解決とならない。
【００１０】
しかも、このように、外的な要因の一種である試料保持部からの熱について、それが試料に伝達されるのを抑えようとして断熱設計を施したとすると、上記したように、試料から外部への熱伝達が阻害され、かえって内的な要因による影響を大きくしてしまうので、これらは二律背反関係になって、解決は一層困難である。
【００１１】
そこで、ある従来技術では、試料の熱膨張による影響を修正するため、試料の温度を測定すること、また、試料上に基準点を設け、基準点を参照しながら描画を行うこと、更に試料へのエネルギー付与の総和を求めて試料の絶対温度を演算によって得ることなどで、試料の熱膨張の大きさを測定乃至推定し、熱膨張による影響を抑えるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−２５１９４１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、試料に対して電子線が部分的に照射され、試料に部分的な温度分布をもたらしてしまう点について配慮がされておらず、熱膨張の修正精度の向上に問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、試料の熱膨張による描画ずれに対する影響を抑え、精度の高い描画が容易に得られるようにした電子線描画装置と電子線描画方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、予め設定してある描画スケジュールに従って電子ビームを走査し、試料に描画を行う方式の電子線描画装置において、予め電子ビームの照射により前記試料に現れる熱変形を計算し、当該計算結果から電子ビームの照射位置に現れるずれ量の修正に必要な修正データを算出し、記憶しておく演算手段と、電子ビーム描画に際して、前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射量と照射位置の少なくとも一方を前記演算手段から読出した前記修正データに従って修正する制御手段とが設けられていることにより達成される。
【００１６】
同じく上記目的は、予め設定されるが変更も可能な描画スケジュールに従って電子ビームを走査し、試料に描画を行う方式の電子線描画装置において、前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射により前記試料に現れる熱変形を計算し、当該計算結果から電子ビームの照射位置に現れるずれ量の修正に必要な修正データを算出する演算手段と、前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射量と照射位置の少なくとも一方を前記演算手段から読出した前記修正データに従って修正する制御手段を設け、前記演算手段による修正データの算出が、電子ビーム描画に際して実時間で与えられるようにして達成される。
【００１７】
このとき、前記演算手段が、シミュレーションにより前記修正データを算出するものであってもよい。
【００１８】
また、上記目的は、予め設定してある描画スケジュールに従って電子ビームを走査し、試料に描画を行う方式の電子線描画方法において、予め電子ビームの照射により前記試料に現れる熱変形を計算するステップと、当該計算結果から電子ビームの照射位置に現れるずれ量の修正に必要な修正データを算出して記憶するステップと、電子ビーム描画に際して、前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射量と照射位置の少なくとも一方を前記修正データに従って修正するステップを備えていることにより達成される。
【００１９】
同じく、上記目的は、予め設定されるが変更も可能な描画スケジュールに従って電子ビームを走査し、試料に描画を行う方式の電子線描画方法において、前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射により前記試料に現れる熱変形を計算するステップと、当該計算結果から電子ビームの照射位置に現れるずれ量の修正に必要な修正データを算出するステップと、前記描画スケジュールに従って与えられる電子ビームの照射量と照射位置の少なくとも一方を前記演算手段から読出した前記修正データに従って修正するステップを設け、前記修正データの算出が、電子ビーム描画に際して実時間で与えられるようにしても達成される。
【００２０】
このとき、前記修正データを算出するステップが、シミュレーションにより前記修正データを算出するステップであってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電子線描画装置と電子線描画方法について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２２】
まず、図１は、本発明の一実施形態で、ここで、１０６は電子光学系、１０８は試料交換装置であり、広義に解せば、これらにより電子線描画装置が構成されている。そして、１は試料で、例えば回路パターンが、予め設定してある描画スケジュールに従って描画される半導体ウエハである。
【００２３】
この試料１は試料保持機構２の上に保持され、移動装置１０４により位置決めされるが、このとき、試料保持機構２は、全体が試料交換装置（ローダ）１０９と電子光学系１０６に連通されている真空容器１０８の中に納められている。
【００２４】
このとき、これら移動装置１０４と電子光学系１０６、それに試料交換装置１０８は、制御系１０２を介して制御用の計算機（コンピュータ）１０１により、予め設定してある描画スケジュールに従って制御されるが、このとき、制御系１０２は電源供給系を備え、電子光学系１０６に必要な動作電源を供給する働きもする。
【００２５】
電子光学系１０６は、電子源１０５から放出された電子ビーム３を電磁レンズで細く絞るビーム収束手段と、電子ビーム照射位置を試料１上で走査するビーム走査手段１０７を備え、試料１に電子ビームを照射し、予め設定してある描画スケジュールに従って回路パターンなどを描画する働きをする。
【００２６】
このとき、ビーム偏向手段１０７に与える電子ビームの偏向量には、熱変形演算用計算機１０３を用いて電子ビーム照射量と照射位置から算出した偏向量が修正量として用いられ、これがこの実施形態の特徴であり、以下、この偏向量の算出について説明する。
【００２７】
いま、試料１が周囲から断熱されている場合、電子線１０５から試料１に与えられた熱は、試料に対して熱膨張を及ぼし、以下の３種類の変形を与え、それぞれが電子ビーム照射位置ずれの原因となる。
【００２８】
ここで、３種類の変形とは、相似変形と非相似変形、それに反り返り変形（曲り又はわん曲）のことで、以下、これらについて具体的に説明する。
【００２９】
＜相似変形＞
この相似変形とは、試料全体に均一に熱エネルギーが拡散し、全体として試料が膨張した結果、平面寸法が大きくなってしまう現象のことである。ここで、試料を構成する結晶の熱膨張力は、一般に、試料をステージに固定している力よりも強く、試料の固定によって強制的に熱膨張によるずれを抑えることは困難である。
【００３０】
そこで、実用上は、図２に示すように、４側端を有する方形の試料１の場合、その一方の２側端を各々固定具２０２で位置決めして固定端とし、他方の２側端を自由にしたままにすることで、試料１上の任意の一点が熱膨張によって動き、固定端からの距離に応じた移動２０１が容易に現れるようにしている。
【００３１】
そこで、いま、電子線の照射により、試料１にΔＴの温度上昇があったとすると、このとき、固定点からの距離がｄである試料１上の或る一点は、線膨張率をαとした場合、
Δｄ＝ΔＴｄα
だけ移動する。
【００３２】
ここで、試料１の比熱をＣｐ、密度をρとすると、試料１の平均温度上昇ΔＴは、描画によって試料に与えられた積算熱エネルギーＥを用いて、
ΔＴ＝Ｅ／Ｃｐρ
と表わせるので、結局、この移動距離Δｄは、電子線から試料１に与えられた積算熱エネルギーＥに比例し、
Δｄ＝Ｅｄα／Ｃｐρ
で与えられる。
【００３３】
つまり、この単純化したモデルの場合、ある時刻に、試料１上の電子線がパターンを描くべき一点における熱膨張による移動距離と方向は、固定端を基点とした描画位置の相対位置と、電子線がそれまでに試料に与えた熱エネルギーの積算値によって一義的に求められることが判る。
【００３４】
＜非相似変形＞
次に、非相似変形とは、試料が局所的に熱エネルギーを受け、試料が不均一的に熱膨張した結果、平面形状が変化してしまう現象のことである。
【００３５】
ここで、一般に、試料１には熱伝導率が存在し、図３に示すように、電子線によって試料１の一部（部分３０２）に与えられた熱エネルギーは、有限の時間をかけて試料１の全体に拡散する。
【００３６】
このため、図示のように、一定方向の線上３０１について描画を行った場合、まだ熱が伝わらない周辺部３０３の間に応力が生じつつ、全体として温度分布を持ち、固定具２０２による位置拘束のもとで一様でない膨張を行ない、平面形状が変わってしまうようになる。
【００３７】
ところで、この作用については、描画順序及びパターン、電子線エネルギー及び電子線電流の時間的変化に依存するため、解析的に解を得ることはできず、全体の描画スケジュールに基づいた数値解を得るしかない。
【００３８】
＜反り返り変形＞
また、反り返り変形（曲り）とは、試料が比較的厚く、電子線によって与えられた熱エネルギーが試料表面近くにとどまった場合、表面と裏面で熱膨張が異なって現われ、この結果、図４に示すように、試料が反り返って、電子線３の照射位置（図では中心部分）の周辺がステージから離れる方向に変形してしまう現象を指す。
【００３９】
従って、これも熱膨張による変形の一種であるが、試料の厚み方向についての温度分布を考慮しなければならない点が異なり、変形も三次元的に現れる。
【００４０】
この変形を把握するには、やはり数値解を得る必要があるが、単純化した描像の場合は、まず、試料上面４０１の平均温度をＴ１、試料下面４０２の平均温度をＴ２として、試料の厚さｔ、試料の直径ｄ、試料の線膨張率をαとするとき、平面上に載置した試料の中央が、
ｓ＝ｄ＾２（Ｔ１−Ｔ２）／８ｔ（Ｔ２−Ｔ０＋１／α）
だけ持ち上がった形になる。
【００４１】
ここで、特に平均温度Ｔ２＝Ｔ０のときは、
ｓ＝ｄ＾２（Ｔ１−Ｔ０）α／８ｔ
となる。
【００４２】
そして、このことは、電子線照射位置の照射平面からビーム照射軸方向へのずれを意味し、電子線の収束位置について多少の修正を必要とする場合がある。また、相似変形や非相似変形の場合と同様、電子線照射位置ずれについても、二次的な影響を及ぼす。
【００４３】
そうすると、試料の温度分布が一様であるとした場合、つまり熱拡散速度が無限大の極限にあるとした場合、試料の熱膨張による描画位置の移動（変化）は、電子線による付与エネルギー総量の関数として簡単な式で表すことができる。
【００４４】
しかし、電子ビームによる試料へのエネルギーの付与と、その拡散は、一般に過渡的な現象であり、従って、試料上での熱拡散を数値計算によって求め、試料上での温度分布を求めなければならない。
【００４５】
そこで、本発明の実施形態では、一例として試料上での温度分布を、シミュレーションモデルを用いて求めるようにしており、以下、この手段について記述する。
【００４６】
始めにシミュレーションのためのモデルを構築する。このため、まず、試料とステージがよく断熱されている場合、試料の熱収支は、電子ビームによるエネルギー付与と、その試料全体への拡散、及び試料室内へ向けた放射による熱伝達の３種の過程に限定されるものとする。
【００４７】
過程１：電子ビームによるエネルギー付与
試料に照射された電子ビームは、試料の照射部分周囲の狭い範囲にエネルギーを与え、大部分が試料に吸収される。この電子ビームの照射位置、照射時刻、照射強度は、予め試料に施すべき描画パターンとして、スケジュールを記したデータの形で電子線描画装置に付与されているものであり、従って完全に予測が可能である。
【００４８】
過程２：試料内での熱の拡散
試料がよく断熱されている場合、試料内の熱エネルギー不均衡を原因とする試料内の温度差は、温度勾配及び試料の熱伝導係数に応じて、よく知られた拡散式に従って、温度差を解消する方向に拡散する。
【００４９】
これらの過程及びそれに要する時間は、古典的な描像によって高い精度で計算が可能で、また、それをコンピューターシミュレーション上で離散的に算出する手法も周知で、再現性よく確認された信頼性の高い技術となっている。
【００５０】
過程３：試料室内へ向けた放射による熱伝達
電子ビームによって加熱された試料は、真空の試料室の中に載置されているため、主として熱線放射（輻射）によってエネルギーを失い、ゆっくりと熱平衡状態に達する。この過程については、主として表面温度に依存する黒体輻射を想定した量子力学的な式を用いて表わすことができ、過程１と過程２の補正項としては十分な精度で予測が可能となっている。
【００５１】
次に数値計算について説明すると、ここでは、試料の表面で、ワンチップに相当するフィールド（通常、３ｍｍ□程度）を、一辺が１００μｍのサブフィールドに対応した領域に分割し、この領域を用いて数値計算を行う。
【００５２】
この領域は、最小電子ビーム径（〜１００ｎｍ）程度までの範囲で、小さくすればするほど計算精度は高まるが、反面、計算に要する時間は増加する。従って、熱膨張による歪みの計算では、１００μｍ程度の領域分割が現実的である。
【００５３】
このとき試料が厚く、ビーム軸方向の熱分布を考える必要がある場合には、この領域は三次元の立方体で構成されるものとし、三次元での熱伝導数値計算を更に行う必要がある。
【００５４】
そして、まず、この領域には、シミュレーション上、ある時刻における温度と熱膨張後の大きさ（縦横長さ）がパラメーターとして与えられ、次に、ある時刻のビーム照射によるエネルギー付与により温度が上昇したとき（但し、その時刻に当該領域に電子ビーム照射が行われた場合）、単位時間後の新たな温度分布が拡散方程式の数値解として計算しなおされる。
【００５５】
次に、理解を容易にするため、領域が一次元の場合について、図７を用いて説明する。ここで、まず、このときの試料が、横軸に場所ｘ、縦軸に温度Ｔをとって示したグラフ７０１に示すような熱分布（ある熱分布）を持ったものとする。
【００５６】
そして、次に、この試料に対して、グラフ７０２に示すように、電子ビーム７０４により、時刻ｔにおいてエネルギー付与が起こったとすると、グラフ７０３に示すように、熱拡散７０５が起こり、時刻ｔ＋Δｔには図示のような温度分布になる。
【００５７】
これを各領域毎に見ると、いま、時刻ｔにおいて温度Ｔ（ｔ，ｘ）であった、ある領域について、時刻ｔ＋Δｔになったときの当該領域の温度Ｔ（ｔ＋Δｔ，ｘ）は、
Ｔ（ｔ＋Δｔ，ｘ）＝Ｔ（ｔ，ｘ）＋κ（Δｔ／Δｘ＾２）｛Ｔ（ｔ，ｘ＋Δｘ）−２Ｔ（ｔ，ｘ）＋Ｔ（ｔ，ｘ−Δｘ）｝＋｛Ｗ（ｔ，ｘ）／Ｃｐρ｝Δｔ
と計算される。
【００５８】
ここで、κ＝λ／Ｃｐρ、Ｗ（ｔ，ｘ）はビームからのエネルギー付与を表わし、Ｃｐ、ρ、λはそれぞれ試料の比熱、密度、熱伝導率を示す。
【００５９】
この数値計算によって、ある電子ビーム描画スケジュールに従った描画が行われている場合の、ある時刻における試料上の熱分布Ｔ（ｔ，ｘ，ｙ，ｚ）が得られることになる。
【００６０】
次に、こうして得られた温度分布Ｔ（ｔ，ｘ，ｙ，ｚ）からビーム照射を行うべき位置の修正に必要なデータ（修正データ）を得るため、試料の熱膨張による歪みを計算する必要がある。このとき計算で用いる領域は、一般に互いに異なる温度Ｔを持ち、異なる熱膨張の大きさを持つため、領域群の集合としての試料については、各々の領域の熱応力を最小とするような変形を求める計算となる。
【００６１】
この計算は、各々の平面での平均温度を求め、その平均温度での熱膨張の累積として描画位置移動を求めるこにより、簡単に得ることができる。
【００６２】
例えば一次元で考えたときは、図５に示すように、ある位置Ｌの時刻ｔにおけるｘ方向の熱膨張による移動５０５は、固定位置５０４を０とし、ｘｚ平面内にある領域の平均温度Ｔ＿（ｙ）を求め、その熱膨張ΔＬ（ｙ）を、ｙについて足し合わせたものとなる。
【００６３】
ここで、熱膨張ΔＬ（ｙ）は、
ΔＬ（ｙ）＝｛Ｔ＿（ｙ）−Ｔ０｝α／Ｃｐρ
で表わされる。
【００６４】
ｙ方向の熱膨張についても同様の計算により求められ、本来の位置５０２に電子ビームを照射する場合、これからどれだけ修正した位置に実際の電子ビーム５０３を照射すべきかが、ビーム軸５０１からの偏向量５０５を表わす数値として得られることになる。
【００６５】
ここで、反り返り変形を含めた更に精度の高い計算のためには、それぞれの領域について、そこでの熱応力を最低化するように、拡散方程式を用いた数値計算を行い、熱膨張を計算することになる。
【００６６】
以上により、電子線描画スケジュールに応じて、本来の電子線描画パターンからの熱膨張によるずれが数値として得られ、これを図１に示す電子線描画装置の電子ビーム偏向装置１０８に与える電圧乃至電流の修正項、つまり修正データとすることにより、熱膨張による試料上での描画位置ずれに応じた電子ビーム照射位置の修正を行うことができる。
【００６７】
また、このとき、図１に示した電子線描画装置に限らず、熱膨張修正用の独自の電子ビーム偏向装置を備えた電子線描画装置の場合は、その装置のコントロール用数値としてこのデータを用いることにより、熱膨張による試料上での描画位置ずれに応じた電子ビーム照射位置の修正を行うことができる。
【００６８】
本発明では、電子ビームによる試料への熱付与を、時間的な分布と位置的な分布、それに強度的な分布を夫々考慮しつつ予測し、ある１個の試料において、描画スケジュール上のある瞬間における当該試料の熱膨張を求め、電子ビーム偏向補正量を算出するため、与えられた描画パターン及び描画スケジュールを用いたコンピューターシミュレーションを使用する。
【００６９】
そして、このシミュレーションに用いられる電算機（ワークステーション）は、電子線描画装置の内部又は外部に設けられ、描画スケジュールそのものとは独立して行われる。ここで、図１の実施形態の場合は、熱変形演算用計算機１０３がシミュレーションに使用される。
【００７０】
得られた熱膨張によるずれの数値データは、ソフトウェア的に電子線描画装置の制御用ワークステーション、例えば図１の実施形態の制御用の計算機１０１に入力され、そこにある所定の記憶装置（メモリ）に格納され、予め設定してある描画スケジュールに従って実行される電子ビーム描画に際して、電子ビームの偏向位置に対する修正データとして用いられる。
【００７１】
このとき、得られたシミュレーション結果に残存する現実とのずれは、多数の電子線描画結果をフィードバックすることにより修正が可能であり、より現実に即した高い精度での熱膨張予測を行うことができる。
【００７２】
ところで、上記したように、図１の実施形態の場合、予め熱変形演算用計算機１０３がシミュレーションにより修正データを計算しておき、得られた修正データは制御用計算機１０１の中にある所定の記憶装置（メモリ）に格納され、予め設定してある描画スケジュールに従って実行される電子ビーム描画に際して、電子ビームの偏向位置に対する修正データとして用いられる。
【００７３】
これは、シミュレーションに要する計算速度と電子線描画速度とを比較して、前者が長時間にわたるためであるが、しかし、この修正データの計算は電子線描画と同時に行われるのが理想的である。
【００７４】
何故なら、試料に電子線を照射すると同時に仮想的にメモリ内の試料データにも熱付与が行われ、リアルタイムでシミュレーションが進行され、修正データを計算してゆくようにしてやれば、照射中の描画スケジュール変更や、一旦停止などにも対応することができ、柔軟性の高いシステムが得られるからである。
【００７５】
そこで、以下、このように電子線描画と同時にシミュレーションを実行するようにし、これにより、照射中の描画スケジュール変更や、一旦停止などにも対応することができるようにした本発明の一実施形態について説明する。
【００７６】
なお、このため、この実施形態の場合は、そこで使用される描画スケジュールが、単に「予め設定してある描画スケジュール」というにとどまらず、「予め設定されるが変更も可能な描画スケジュール」として定義されるものとなる。
【００７７】
図６は、この実施形態による処理の一例を示すフローチャートで、この実施形態の場合、まず、ステップ６０１では、電子線描画装置本体６５０に対する試料のロードを行う。
【００７８】
このとき、この電子線描画装置本体６５０は、図１に示した実施形態における電子光学系１０６を意味するものと考えてよく、この場合、試料のロードとは、試料交換装置１０９により、試料１を真空容器１０８内の試料保持機構２の上に載置させることを意味する。
【００７９】
ステップ６０２では、ロードした試料の温度測定を行い、試料の初期温度分布データ６１４を作成し、ビーム偏向補正量演算装置６５１に供給する。ここで、このビーム偏向補正量演算装置６５１は、図１に示した実施形態における熱変形演算用計算機１０３であると考えてよい。
【００８０】
また、このときの試料の温度は、試料保持機構２の温度と同じであると見なすことができるので、試料保持機構２に設けてある温度検出器から取り込むのが一般的である。
【００８１】
ビーム偏向補正量演算装置６５１では、ステップ６０９で、このデータを用いて試料の温度分布記憶装置の初期化を行う。ここで、ここまでのステップは、試料の温度が試料保管中に十分一様に保たれ、ステージの温度がこれと同じに保たれていた場合には省略することもできる。
【００８２】
ステップ６０３で描画スケジュールに従って電子ビームによる試料の描画を開始する。このときの描画ビーム強度データと描画位置データ６１５は、常時、試料温度分布記録装置６５１に受け渡され、ステップ６１０とステップ６１１の処理として、試料の現在の温度分布を常に演算しつつ、記録している。
【００８３】
一方、電子線描画装置本体６５０では、描画終了判定６０５で描画続行となった場合、ステップ６０６に移行し、次に電子ビームを照射すべき位置６１６を描画スケジュールから取得し、ビーム偏向補正量演算装置６５１に受け渡す。
【００８４】
そこで、ステップ６１３で、この位置６１６に基づいてビーム照射位置の補正量を計算し、計算したビーム偏向補正量６１７を修正データとして電子線描画装置本体６５０に返えす。そして、ステップ６０７でビーム偏向を補正し、ステップ６０４に戻って次の描画を行う。
【００８５】
そして、描画が終了したときには、ステップ６０５からステップ６０８に移行し、試料を排出して描画を終了する。
【００８６】
この実施形態によれば、電子線の照射量と照射位置をモニタしながらリアルタイムで修正データが計算されるので、照射スケジュールが途中で変更されたときにも柔軟に対応することができる。これは、例えば描画中、電子線源が動作停止し、描画の一部が抜けてしまった場合でも対応できることを意味している。
【００８７】
この場合、例えば反射電子の存在などにより、試料に対する電子線の照射をモニタしていれは、電子線の照射がとぎれたことによる試料の温度変化が判り、この変化に追従して現実的な温度分布が算出できることを意味する。
【００８８】
ここで、このような描画の一部が抜けてしまったという、電子線抜けともいうべき状態を解消するためには、電子線を再度照射するなどの処理を行なえばよいが、この実施形態によれば、照射スケジュールの途中変更ができるので、容易に対応することができる。
【００８９】
本発明は、上記したように、試料の温度上昇にかかわらず高い精度の電子線描画を行う装置の実現が目的であり、このことは、上記実施形態の場合、電子線による不可避的な試料の温度上昇による位置精度の悪化を防止するため、試料の温度分布を実際に測定することなく高精度で推測し、得られた温度分布に合わせて電子線の偏向をコントロールすることにより達成されている。
【００９０】
より具体的には、上記実施形態の場合、電子線の照射量及び照射位置分布、照射時刻により異なる試料の温度分布、不均一膨張に連動して、最適な照射位置ずらし量を取得する電子線描画装置を提供することができる。
【００９１】
また、上記実施形態によれば、熱的に遮断された試料の熱膨張が高精度で予測でき、それにより、電子ビームによる熱膨張にもかかわらず、高精度で電子線描画を行うことができるので、試料ステージの熱的設計を容易にし、位置決定の機械的精度に関して、より良いステージの設計を可能にする。
【００９２】
また、本発明の場合、シミュレーション速度が向上するにしたがって、ひとつの試料についての照射スケジュールの変更にも柔軟な電子線照射位置の補正が可能になり、特に断続的な照射についても、柔軟な電子線照射位置の補正が可能になる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウェハ等試料に電子線を照射してパターン回路等を描画する電子線描画装置において、試料の熱膨張による描画ずれへの影響を最小限に抑え、精度の高い描画を行う電子線描画装置及び描画方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子線描画装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】試料ステージ上での試料の位置決め状況を説明するための平面図である。
【図３】試料の不均一変形の一例を説明するための平面図である。
【図４】試料の反り返り変形の一例を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による電子線の照射位置修正方法の一例を説明するための概念図である。
【図６】本発明の一実施形態における処理手順を表すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態における熱拡散計算の概略を表す概念図である。
【符号の説明】
１　試料
２　試料保持機構（試料固定台）
３　電子線
１０１　制御用計算機
１０２　電源（制御系）
１０３　熱変形演算用計算機
１０４　試料ステージ
１０５　電子線源
１０６　電子光学系
１０７　電子線偏向装置
１０８　試料室
１０９　試料ローダ
２０１　試料の熱膨張
２０２　試料固定具
３０１　電子線照射位置の移動を示す矢印
３０２　試料の高温部分
３０３　試料の低温部分
４０１　試料の高温部分
４０２　試料の高温部分
５０１　電子線の照射軸
５０２　熱による変形が存在しない場合の電子線照射経路
５０３　熱による変形を考慮し変更された電子線照射経路
５０４　試料固定端
５０５　試料の熱膨張
６０１　試料をステージ上にロードするステップ
６０２　試料の温度分布を測定するステップ
６０３　描画を開始するステップ
６０４　描画を行うステップ
６０５　描画終了を判定するステップ
６０６　次の照射位置を取得するステップ
６０７　ビーム偏向量を補正するステップ
６０８　試料を排出し描画を終了するステップ
６０９　試料の初期温度分布を用いて記憶を初期化するステップ
６１０　ビーム強度と描画位置に応じて付加されたエネルギーを温度分布に加算するステップ
６１１　熱伝導による試料内の熱拡散を演算によって求めるステップ
６１２　得られた結果を試料の新たな温度分布として記憶するステップ
６１３　ビーム照射位置に応じて現在の熱分布による移動先を演算によって求めるステップ
６１４　データとして受け渡される試料の初期温度分布
６１５　データとして受け渡される電子ビーム照射位置及び電子ビーム照射強度
６１６　データとして受け渡される次のビーム照射位置
６１７　データとして受け渡される電子ビーム偏向の補正量
６５０　電子線描画装置本体
６５１　ビーム偏向補正量演算装置
７０１　時刻ｔにおける試料の温度分布
７０２　時刻ｔにおける試料への電子線照射を考慮した温度分布
７０３　時刻ｔ＋Δｔにおける試料の温度分布
７０４　電子線照射による温度変化
７０５　試料内の熱拡散による温度上昇
【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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