JP2001244186A - 電子ビーム描画装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レンズ収差の影響を除き、プリ副偏向器を不要
とした簡単な構造により大きな偏向領域を確保でき、パ
ターン描画の解像度を保持する電子ビーム描画装置及び
方法を提供すること。 【解決手段】電子光学系は、電子ビームを試料（１３）
上に縮小し偏向して投影する主偏向対物レンズ（２５）
と、前記電子ビームを偏向して前記主偏向対物レンズ
（２５）に対して収差が小さくなるように制御するプリ
主偏向器（２９）と、前記電子ビームの偏向を調整する
副偏向器（２８）と、を含んで構成され、前記電子ビー
ムの上流側から前記プリ主偏向器（２９）、前記主偏向
対物レンズ（２５）、前記副偏向器（２８）の順に配置
し、前記副偏向器（２８）は前記主偏向対物レンズ（２
５）のレンズフィールド外に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
に適用され、電子銃から放出された電子ビームを成形や
偏向し、さらに縮小投影して試料上に照射し、この試料
上に描画を行なう電子ビーム描画装置及び方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の電子ビーム描画装置は、光波長
より短い電子ビーム（電子線）の波長レベルの分解能の
精度でパターン描画が可能であり、高い解像度でパター
ンを形成できる。その反面、このパターン描画は、光露
光によるマスク描画方式と異なり、完成パターンを小さ
な分割パターンビームで直接描画するので、描画に長時
間を要するという問題がある。しかし電子ビーム描画装
置は、高精度の細線パターンを形成できるという特徴を
持っていることから、光露光方式のリソグラフィ技術の
次の技術、あるいはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）
など多品種少量生産の半導体製作に有力なツールとして
発展している。

【０００３】電子ビームで直接パターンを形成する方法
としては、小さな丸形状の電子ビームをＯＮ／ＯＦＦ制
御しながら試料面上に全面スキャンしてパターンを形成
する方法と、ステンシアルアパーチャを通過した電子ビ
ームを試料面上に照射してパターン描画するＶＳＢ描画
の方法とがある。また、このうちＶＳＢ描画を発展さ
せ、繰り返しのパターンを一つのブロックとしたステン
シルとして準備し、これを選択描画することで高速描画
する一括描画方式の電子ビーム描画の技術も開発されて
いる。

【０００４】一般に使用されている電子ビーム描画装置
の電子光学系では、レンズとして電磁レンズを使用し、
この電磁レンズ内に偏向器を配置した複雑な構造をと
り、ビーム解像度を高めるため、電子ビーム加速電圧を
高くした描画方式がとられている。これに対して、電子
ビーム描画装置の光学系を静電レンズ方式で構成し、低
加速の電子ビームを使用して近接効果の影響を削減し、
描画解像度をキープした小型でシンプルな電子ビーム描
画装置が提案されている。

【０００５】以下、従来の電子ビーム描画装置として、
低加速の電子ビームを使用し、静電レンズ、静電偏向器
で構成した電子ビーム描画装置の代表例について図７、
図８、図９を基に説明する。

【０００６】図７は、従来例に係る電子ビーム描画装置
の電子光学系の構成を示す図、図８はこの電子光学系の
構造を示す図である。電子銃１から加速された電子ビー
ムは、矩形または円形の開口を有する第１の成形アパー
チャ４に照射される。この第１の成形アパーチャ４を通
過したビームは、静電式照明レンズ２０を介して、一括
露光セルアパーチャが複数配列された第２の成形アパー
チャ７に向かう。

【０００７】拡大ビーム機能を有する静電式照明レンズ
２０では、ビームは任意の１個のセルアパーチャに対し
て十分大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない
大きさのビーム径に成形される。照明レンズ２０は、２
個の静電レンズで構成されており、第２の照明レンズ２
０ｂのクロスオーバー（フォーカス）が第３の成形アパ
ーチャ２３の位置に結像するように構成され、第１の照
明レンズ２０ａと第２の照明レンズ２０ｂの印加電圧を
可変することで、照明光の倍率を任意に選択でき、照明
光のビーム径、電流密度を制御する機能を有している。

【０００８】第２の照明レンズ２０ｂを通過したビーム
は、セルアパーチャが複数配列された第２の成形アパー
チャ７に対して目的とするセルアパーチャを選択した
後、光軸上に振り戻される。第１の静電式成形偏向器２
１と第２の静電式成形偏向器２２は８極型の偏向器で構
成され、各電極に独立した電圧が印加され、偏向制御を
する。第２の成形アパーチャ７を通過したビームは、第
２の成形アパーチャ７を起点としたセルパターンビーム
としてスタートし、光学系の光軸上に振り戻された状態
で静電式縮小レンズ２４を通過する。

【０００９】描画パターン位置に対するビーム位置は、
主偏向器２７と静電式副偏向器２８で制御される。主偏
向器２７は、図示しないＸＹステージ上に搭載された試
料のウエハ１３に対して、描画領域の位置をＸＹステー
ジの位置を参照しながら偏向制御し、静電式副偏向器２
８はストライプ内を細かく分割した描画範囲に対してそ
の位置制御を行なう。

【００１０】図９の（ａ）に示すように、主偏向器２７
は、光路上流側に静電式プリ主偏向器２９を配置するこ
とで、試料面でビーム偏向制御に応じて発生する各種レ
ンズ収差及び偏向収差を最小ならしめる制御を行なう。
主偏向領域内で主偏向器２７は、図９の（ｂ）に示すよ
うに、さらに微少偏向をする静電式副偏向器２８と、試
料面のビーム副偏向に応じて発生する各種レンズ収差及
び副偏向収差を最小ならしめる静電式プリ副偏向器３０
の制御を行なう。

【００１１】このとき、主偏向器２７，静電式副偏向器
２８，静電式プリ主偏向器２９，静電式プリ副偏向器３
０の位置関係は、光学系の上流側から静電式プリ副偏向
器３０、静電式プリ主偏向器２９、静電式副偏向器２
８、主偏向器２７（静電式主偏向対物レンズ２５）の順
に配置し、光学系全体の分解能を確保する構造をとって
いる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】電子ビーム描画装置の
スループットを向上させる方法として、主偏向領域及び
副偏向領域を大きくとることが挙げられる。偏向領域を
大きくとるには、プリ副偏向器、プリ主偏向器、副偏向
器、主偏向対物レンズの偏向パワーを大きくする事が要
求される。

【００１３】このため、各偏向器のアキシャル方向の機
械寸法を大きくすることが必要であるが、プリ主偏向器
と主偏向対物レンズ、プリ副偏向器と副偏向器の収差最
適化の制御には限度があり、構造をスケールアップして
も成立しない。特に、副偏向制御は、ビーム制御の位置
が主偏向対物レンズのフィールドの上流側に位置するの
で、レンズを通過して収差が発生する。このため、従来
型の偏向器配置では、偏向領域を大きくするのに限界が
ある。

【００１４】本発明の目的は、レンズ収差の影響を除
き、プリ副偏向器を不要とした簡単な構造により大きな
偏向領域を確保でき、パターン描画の解像度を保持する
電子ビーム描画装置及び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】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の電子ビーム描画装置及び方法
は以下の如く構成されている。

【００１６】（１）本発明の電子ビーム描画装置は、電
子ビームを少なくとも成形手段、偏向手段、縮小投影手
段を備えた電子光学系によって制御して試料上に照射
し、前記試料上に描画を行なう電子ビーム描画装置にお
いて、前記電子光学系は、前記電子ビームを前記試料上
に縮小し偏向して投影する主偏向対物レンズと、前記電
子ビームを偏向して前記主偏向対物レンズに対して収差
が小さくなるように制御するプリ主偏向器と、前記電子
ビームの偏向を調整する副偏向器と、を含んで構成さ
れ、前記電子ビームの上流側から前記プリ主偏向器、前
記主偏向対物レンズ、前記副偏向器の順に配置し、前記
副偏向器は前記主偏向対物レンズのレンズフィールド外
に設けた。

【００１７】（２）本発明の電子ビーム描画装置は上記
（１）に記載の装置において、前記主偏向対物レンズに
対して前記プリ主偏向器の制御電圧を加算方向に制御
し、前記副偏向器を単独で制御する制御手段を備えた。

【００１８】（３）本発明の電子ビーム描画装置は上記
（１）に記載の装置において、前記対物レンズ及び前記
偏向器をそれぞれ静電式レンズ及び静電式偏向器として
構成して、これら隣接する前記静電式レンズ及び前記静
電式偏向器間にシールド電極を共有配置した。

【００１９】（４）本発明の電子ビーム描画方法は、電
子ビームを電子光学系に通過させて少なくとも成形、偏
向、縮小投影して試料上に描画を行なう電子ビーム描画
方法において、前記電子光学系として、前記電子ビーム
を前記試料上に縮小し偏向して投影する主偏向対物レン
ズ、前記電子ビームを偏向して前記主偏向対物レンズに
対して収差が小さくなるように制御するプリ主偏向器
と、前記電子ビームの偏向を調整する副偏向器とを用
い、前記電子ビームを前記プリ主偏向器、前記主偏向対
物レンズ、前記主偏向対物レンズのレンズフィールド外
に設けた前記副偏向器の順に通過させる。

【００２０】（５）本発明の電子ビーム描画装置は、電
子ビームを少なくとも成形手段、偏向手段、縮小投影手
段を備えた電子光学系によって制御して試料上に照射
し、この試料上に描画を行なう電子ビーム描画装置にお
いて、前記電子光学系は、前記電子ビームを所定位置に
偏向するための静電式偏向器と、前記電子ビームを前記
試料上に縮小し偏向して投影する主偏向対物レンズと、
前記電子ビームを偏向して前記主偏向対物レンズに対し
て収差が小さくなるように制御する静電式プリ主偏向器
と、を含んで構成され、前記静電式偏向器及び前記静電
式プリ主偏向器に前記電子光学系に対する前記電子ビー
ムの光軸合わせのアライメント用電圧印加を行なう制御
手段を設けた。

【００２１】（６）本発明の電子ビーム描画方法は、電
子ビームを電子光学系に通過させて少なくとも成形、偏
向、縮小投影して試料上に描画を行なう電子ビーム描画
方法において、前記電子光学系として、前記電子ビーム
を所定位置に偏向するための静電式偏向器と、前記電子
ビームを前記試料上に縮小し偏向して投影する主偏向対
物レンズと、前記電子ビームを偏向して前記主偏向対物
レンズに対して収差が小さくなるように制御する静電式
プリ主偏向器とを用い、前記静電式偏向器及び前記静電
式プリ主偏向器に前記電子光学系に対する前記電子ビー
ムの光軸合わせのアライメント用電圧印加制御を行な
う。

【００２２】上記手段を講じた結果、それぞれ以下のよ
うな作用を奏する。

【００２３】（１）本発明の電子ビーム描画装置によれ
ば、電子光学系において副偏向器を主偏向対物レンズの
下流側に配置し、主偏向対物レンズのフィールド外に置
くことで、レンズ収差の影響を除き、プリ副偏向器を不
要とした小型で簡単な構造により大きな偏向領域を確保
でき、パターン描画の解像度を保持できる。

【００２４】（２）本発明の電子ビーム描画装置によれ
ば、プリ副偏向器を不要とし、プリ主偏向器の制御電圧
を加算方向に制御し、かつ副偏向器の制御電圧を減算方
向に制御することで、光学系全体の総合的な収差を最小
化することができる。

【００２５】（３）本発明の電子ビーム描画装置によれ
ば、光学系全体の長さを短小化し、レンズ収差、偏向収
差を小さくすることができる。

【００２６】（４）本発明の電子ビーム描画方法によれ
ば、電子光学系において副偏向器を主偏向対物レンズの
下流側に配置し、主偏向対物レンズのフィールド外に置
くことで、レンズ収差の影響を除き、プリ副偏向器を不
要とした小型で簡単な構造により大きな偏向領域を確保
でき、パターン描画の解像度を保持できる。

【００２７】（５）本発明の電子ビーム描画装置によれ
ば、定常的に発生するアライメント誤差を、静電式偏向
器と静電式プリ主偏向器にオフセット電流として重畳す
ることでキャンセルすることができる。

【００２８】（６）本発明の電子ビーム描画方法によれ
ば、定常的に発生するアライメント誤差を、静電式偏向
器と静電式プリ主偏向器にオフセット電流として重畳す
ることでキャンセルすることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
ウエハ上にパターン描画をする小型の電子ビーム描画装
置について、図１〜図６を参照しながら説明する。図１
は本実施の形態に係る電子ビーム描画装置の構成を示す
図、図２はその電子光学系の断面構造を示す図、図３は
静電式レンズの構成を示す図、図４は静電式成形偏向器
の構成を示す図、図５は偏向制御について示す図、図６
は電子光学系のアライメント調整を示す図である。図１
〜図６において図７〜図９と同一な部分には同符号を付
してある。

【００３０】まず、図１，図２を基に全体の配置を説明
する。電子銃１から放出される電子ビーム２の光軸上に
は、電子光学系の各構成要素として、第１の成形アパー
チャ４、静電式照明レンズ２０、第１の静電式成形偏向
器２１、第２の成形アパーチャ７、第２の静電式成形偏
向器２２、第３の成形アパーチャ２３、静電式縮小レン
ズ２４、静電式プリ主偏向器２９、静電式主偏向対物レ
ンズ２５、静電式副偏向器２８、及び電子検出器１２が
配置されている。

【００３１】このうち静電式主偏向対物レンズ２５は、
静電式対物レンズ２６と静電式主偏向器２７とから構成
されている。なお、電子ビーム２の光軸上において、静
電式主偏向対物レンズ２５の上流側には静電式プリ主偏
向器２９が、下流側には静電式副偏向器２８が配置され
ている。

【００３２】次に、上記電子光学系の各構成要素につい
て説明する。第１の成形アパーチャ４には、矩形または
円形のセルアパーチャ（開口）が形成され、第２の成形
アパーチャ７には、例えば菱形と矩形とを組み合わせた
セルアパーチャなどの各種形状の一括露光セルアパーチ
ャが複数形成され配列されている。

【００３３】静電式照明レンズ２０は、電子銃１から放
出された電子ビーム２を均一な照射ビーム（電子ビー
ム）に整えるもので、第１の照明レンズ２０ａ及び第２
の照明レンズ２０ｂを光軸上に配置したものとなってい
る。静電式照明レンズ２０は、拡大ビーム機能を有し、
照射ビームは任意の１個のセルアパーチャに対して十分
大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさ
のビーム径に成形される。

【００３４】第１及び第２の照明レンズ２０ａ，２０ｂ
は、それぞれ静電式レンズから構成されるもので、図３
に示すように負電圧を印加した電極（エレクトロード）
２０−１の両側に各電極２０−２、２０−３を配置し、
これら電極２０−２、２０−３を共にグラウンド（Ｇ）
に落としたアインツェル型のレンズにより構成されてい
る。

【００３５】このうち第２の照明レンズ２０ｂのクロス
オーバー（フォーカス）は、第３の成形アパーチャ２３
の位置に結像するように構成され、かつ第１及び第２の
照明レンズ２０ａ，２０ｂに対する印加電圧を可変制御
することで、照明ビームの倍率を任意に選択でき、照明
ビームの試料面上でのビーム径、電流密度を制御する構
成となっている。

【００３６】第１の静電式成形偏向器２１は、各偏向器
２１ａ、２１ｂから成り、試料１３面上に所望のアパー
チャ像を得るために静電式照明レンズ２０により成形さ
れた電子ビームを偏向し、第２の成形アパーチャ７に対
する照射位置を制御する機能を有している。第２の静電
式成形偏向器２２は、各偏向器２２ａ、２２ｂから成
り、第２の成形アパーチャ７を通過して得られたアパー
チャ像の電子ビームを元の光軸上に戻す機能を有してい
る。

【００３７】これら第１及び第２の静電式成形偏向器２
１、２２は、図４に示すように８極の電極３１の両側に
各電極３２、３３を配置し、これら電極３２、３３を共
にグラウンド（Ｇ）に落としたもので、８極の電極３１
のそれぞれに各電圧Ｖ1 〜Ｖ8 を独立に印加して、電子
ビームを偏向制御するものとなっている。

【００３８】また、これら第１及び第２の静電式成形偏
向器２１、２２は、例えば各偏向器２１ａ、２１ｂ、２
２ａ、２２ｂの構成・形状を同一に設計すると、これら
４つの電圧連動比を、例えば、＋Ｖi ：−Ｖi ：−Ｖi
：＋Ｖiや、−Ｖi ：＋Ｖi：＋Ｖi ：−Ｖiの組み合わ
せの連動比の電圧で制御でき、共通の制御電圧の極性を
違えた形で制御可能で、電気回路形を簡略化できるもの
である。

【００３９】さらに、これら第１及び第２の静電式成形
偏向器２１、２２には、図２に示すように各シールド電
極３４、３５、３６、及び、３７、３８、３９がそれぞ
れ設けられている。そして、これら第１及び第２の静電
式成形偏向器２１、２２が連続かつ隣接して配置されて
いる場合には、相互の電場が偏向制御に影響を及ぼさな
いようにシールドで遮断された構造となっている。

【００４０】特に低加速の電子銃１を適用した電子光学
系を構成する場合、電子ビーム２のクロスオーバポイン
トで電子のクーロン反発現象が顕著になるため、電子光
学系の長さを極力短く設計することがポイントになる。
そこで本装置では、その対策として、図２に示すように
隣接するシールド電極３５、３８を共用することで、隣
接偏向器の干渉を防ぐ構成とし、光路長を短小化する構
造にしている。

【００４１】静電式縮小レンズ２４は、第１及び第２の
静電式成形偏向器２１、２２を通過した電子ビームを縮
小するものである。この静電式縮小レンズ２４の上部に
は、第３の成形アパーチャ２３が設置されている。この
第３の成形アパーチャ２３は、第１及び第２の成形アパ
ーチャ４、７等で散乱された不要なビームをカットする
ために設けられている。また第３の成形アパーチャ２３
は、ビーム調整の合わせ位置として使用される。この第
３の成形アパーチャ２３は、静電式縮小レンズ２４に対
して近接する位置に設けられているので、図２に示すよ
うに静電式縮小レンズ２４に接合した構造となってい
る。

【００４２】この場合、静電式縮小レンズ２４の上側シ
ールド電極２４ａの厚さは、下側シールド電極２４ｂの
厚さの少なくとも２倍以上の厚さに形成している。これ
により内径が異なったシールド電極を連続させることで
生じる不連続のビーム軌道が発生しない安定した光学系
としている。

【００４３】主偏向対物レンズ２５は、上記図４に示す
静電式成形偏向器と同様に、同一円周上に配置された４
倍数の多極に分割された複数の電極と、これら電極を挟
んで対向配置された各シールド電極とから構成され、こ
のうち各シールド電極は共にグラウンドに落とされてい
る。

【００４４】そして、この主偏向対物レンズ２５は、上
記の如く１つの構造で静電式対物レンズ２６と静電式主
偏向器２７の双方の機能を有して動作する。そしてこれ
ら静電式対物レンズ２６及び静電式主偏向器２７には、
電圧制御部４０が接続されている。そして、この電圧制
御部４０による静電式対物レンズ２６と静電式主偏向器
２７とに対する電圧制御により、これら静電式対物レン
ズ２６と静電式主偏向器２７とは次のような機能を有す
る。

【００４５】静電式対物レンズ２６は、静電式縮小レン
ズ２４を通過した電子ビームを試料１３上に縮小投影す
るもので、電極に同じ電圧が印加されることによって電
子ビーム２を収束させるものとなる。静電式主偏向器２
７は、静電式対物レンズ２６により試料１３上に縮小投
影される電子ビームを試料１３上に偏向して描画するも
ので、電極にレンズ収束電圧とは別の独立制御電圧が加
減演算されて印加され、電子ビームを試料１３の面上の
任意の位置に移動させるものとなる。

【００４６】また、これら静電式対物レンズ２６及び静
電式主偏向器２７には、第１の収差補正部４１が接続さ
れている。この第１の収差補正部４１は、主偏向対物レ
ンズ２５に対する電子光学系で発生する収差に応じた補
正量を複数の電極に加減印加して、主偏向系で発生する
収差を最小化する制御機能を有している。

【００４７】静電式プリ主偏向器２９は、静電式主偏向
器２７に対して電子ビームの上流側に配置され、電子ビ
ーム２を偏向し、試料１３面でビーム偏光制御に応じて
発生する各種レンズ収差及び偏向収差を最小に制御する
機能を有している。静電式副偏向器２８は、静電式主偏
向器２７の走査領域内で電子ビームを微小偏向する機能
を有している。

【００４８】これら静電式主偏向器２７及び静電式プリ
主偏向器２９は、試料１３面のビーム偏向に応じて発生
する各種レンズ収差及び偏向収差を最小にする条件を制
御連動比１：１の制御電圧条件で成立するようにプリ主
偏向センタエレクトロードの軸方向長さまたは内径が調
整されている。さらに、静電式主偏向器２７及び静電式
プリ主偏向器２９の両端には、隣接した偏向器の影響を
なくすために、それぞれシールド電極２７ａ，２７ｂ、
２９ａ，２９ｂが設けられている。このように、プリ主
偏向センタエレクトロードの軸方向の長さまたは内径を
調整し、かつ静電式主偏向器２７及び静電式プリ主偏向
器２９の両端側にシールド電極を配置することにより、
静電式主偏向器２７と静電式プリ主偏向器２９とを同一
電圧値の条件で制御できる。

【００４９】静電式副偏向器２８は、プリ副偏向器セン
タエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整されてい
る。さらに、静電式副偏向器２８の一端には、隣接した
偏向器の影響をなくすためにシールド電極２８ａが設け
られている。

【００５０】また、静電式プリ主偏向器２９には、第２
の収差補正部４２が接続されている。この第２の収差補
正部４２は、図５の（ａ）に示すように静電式主偏向器
２７に対する静電式プリ主偏向器２９の制御電圧を加算
方向に制御し、かつ図５の（ｂ）に示すように静電式副
偏向器２８は単独で制御を行ない、総合的な収差を最小
化する機能を有している。

【００５１】ところで、上記静電式プリ主偏向器２９、
静電式主偏向器２７、及び静電式副偏向器２８は、電子
ビーム２の進行方向に沿って配置されており、これら隣
接する静電式プリ主偏向器２９、静電式主偏向器２７、
及び静電式副偏向器２８の各間には、それぞれ各シール
ド電極２９ｂ、２７ａ、２８ａ（２７ｂと共用）が配置
されている。

【００５２】このような各シールド電極を用いることに
より相互干渉を防ぐことができ、これより電子光学系全
体の長さを短小化し、レンズ収差、偏向収差を小さくし
ている。

【００５３】主偏向対物レンズ２５の下方には、上記電
子検出器１２が配置されている。そして、この主偏向対
物レンズ２５における下側シールド電極４３は、電子検
出器１２のシールド電極として共用する構造になってい
る。この場合、下側シールド電極４３の厚さは、上側シ
ールド電極２８ａ（２７ｂ）の厚さの少なくとも２倍以
上に形成されている。

【００５４】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ウエハからなる試料１３は、図示しない
ＸＹテーブル上に載置される。電子銃１から放出された
電子ビーム２は、矩形または円形のセルアパーチャ（開
口）を有する第１の成形アパーチャ４に照射され、この
第１の成形アパーチャ４を通過する。

【００５５】静電式照明レンズ２０は、第１の成形アパ
ーチャ４を通過した電子ビーム２を、第２の成形アパー
チャ７における目的の１個のセルアパーチャに対して十
分大きく、かつ隣接するセルアパーチャに干渉しない大
きさのビーム径に拡大する。

【００５６】このとき、第２の照明レンズ２０ｂは、電
子ビーム２を第３の成形アパーチャ２３の位置に結像す
る。また、第１及び第２の照明レンズ２０ａ、２０ｂの
印加電圧を可変制御することにより、電子ビーム（ここ
では照明ビーム）２の倍率を任意に選択し、電子ビーム
２の試料面上での電流密度を制御している。

【００５７】第１の静電式成形偏向器２１は、第１の成
形アパーチャ４と第２の成形アパーチャ７との各セルア
パーチャを組み合わせて所望のアパーチャ像を得るため
に、静電式照明レンズ２０からの電子ビーム２を偏向
し、第２の成形アパーチャ７に形成されている各セルア
パーチャのうち目的とするセルアパーチャを選択するよ
う、照射位置を目標位置に偏向制御する。第２の静電式
成形偏向器２２は、第２の成形アパーチャ７を通過して
得られたセルアパーチャ像の電子ビーム２を元の光軸上
に振り戻す。

【００５８】静電式縮小レンズ２４は、第１及び第２の
静電式成形偏向器２１、２２を通過した電子ビーム２を
縮小する。すなわち、第１の静電式成形偏向器２１、第
２の成形アパーチャ７、及び第２の静電式成形偏向器２
２を通過した電子ビーム２は、第２の成形アパーチャ７
を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、電
子光学系の光軸上に振り戻された状態で静電式縮小レン
ズ２４を通過する。

【００５９】そして、静電式主偏向対物レンズ２５の静
電式対物レンズ２６は、静電式縮小レンズ２４を通過し
た電子ビームを試料１３上に縮小投影し、これと共に静
電式主偏向器２７は、静電式対物レンズ２６により試料
１３上に縮小投影される電子ビーム２を試料１３上に偏
向して描画する。

【００６０】このとき静電式主偏向器２７及び静電式副
偏向器２８は、描画パターン位置に対するビーム位置を
制御する。すなわち、静電式主偏向器２７は、ＸＹテー
ブル上に搭載された試料１３に対し、描画領域の位置を
ＸＹテーブルの位置を基に参照しながら静電式主偏向器
２７の走査領域内で電子ビームを微小偏向し、かつ静電
式副偏向器２８は、細かく分割した描画範囲に対して位
置制御を行なう。

【００６１】さらに、静電式プリ主偏向器２９は、電子
ビームを偏向し、試料１３面でビーム偏光制御に応じて
発生する各種レンズ収差及び偏向収差を最小に制御す
る。

【００６２】また、第１の収差補正部４１は、静電式主
偏向対物レンズ２５の複数の電極に同一電圧を印加して
電子ビーム２を収束するのに対し、主偏向量に応じて予
め求めた補正量を複数の電極に加減印加して、図５の
（ａ）に示すように、静電式主偏向器２７に対する静電
プリ主偏向器２９の制御電圧を加算方向に制御し、電子
光学系の主偏向系で発生する収差を最小化する。第２の
収差補正部４２は、図５の（ｂ）に示すように、静電式
副偏向器２８は単独で制御を行ない、総合的な収差を最
小化する。

【００６３】このようにして所望のアパーチャ像に形成
された電子ビーム２が試料１３に照射して、パターンを
形成する。なお、描画するジョブと調整するジョブとは
別々に行なわれる。

【００６４】電子検出器１２は、試料１３から発生した
２次電子や反射電子を検出し、その検出信号を出力す
る。従って、電子検出器１２から出力される検出信号を
処理することで、ＳＥＭ像の検出やビーム調整の制御を
行なっている。ここで、電子検出器１２には比較的高い
制御電圧が印加され、さらに球面収差を小さくするため
に静電式主偏向対物レンズ２５に対して近接して設置さ
れている。これにより、上記の如く主偏向対物レンズ２
５における下側シールド電極４３は、電子検出器１２の
シールド電極として共用され、かつ下側シールド電極４
３の厚さを上側シールド電極２８ａ（２７ｂ）の厚さの
少なくとも２倍以上に形成している。

【００６５】これは、内径が小さなシールド電極を電子
光学系の光軸方向であるＺ方向の厚さを考慮せずに配置
した場合、電場オフセットフィールドが発生し、光学特
性に狂いが生じることを防止している。

【００６６】以下、主偏向と副偏向の動作を図５の
（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。上述したように、
主偏向器２７の光路上流側に静電式プリ主偏向器２９を
配置しており、試料面でビーム偏向制御に応じて発生す
る各種レンズ収差及び偏向収差を最小ならしめ、構造条
件を最適化することで、１：１の制御電圧条件で成立さ
せる事も可能である。またビームを移動する機能とし
て、主偏向領域に、さらに微少偏向する副偏向器２８を
静電式主偏向対物レンズ２６の下流側に設けている。隣
接する偏向器同士は、静電レンズのシールド電極を共有
して使用する構造をとっており、光学系全体の長さを短
小化し、レンズ収差、偏向収差を小さくするのに有利な
構造をなしている。

【００６７】静電式副偏向器２８は、静電式主偏向対物
レンズ２６の下流側のレンズフィールドを抜けた位置に
あることから、電子ビームがレンズを通過することによ
って生ずる収差が発生しないため、主偏向制御のように
プリ副偏向による複雑な制御を設ける必要がない。副偏
向器２８の下部には、電子ビームがウエハ上に照射され
た時に発生する２次電子や反射電子を検出する電子ビー
ム検出器１２が配置されており、この反射電子信号を処
理することでＳＥＭ像の検出、ビーム調整等の制御を行
なっている。

【００６８】以下、図１，図２に示した電子光学系のア
ライメント調整（光軸合わせ）について、図６を基に説
明する。なお図６では、図２に示した電子光学系の断面
構造に電子ビーム２の光路を対応付けて示している。レ
ンズ、偏向器は、通常機械的誤差を有するため、電子ビ
ームは期待した本来の軌道からずれを生じ、オフセット
値を発生する。このため、各レンズ、各偏向器にアライ
メントコイルを配置して、誤差分をキャンセルする調整
を行なう。

【００６９】図１，図２に示した全体光学系のアライメ
ント調整においても、基本的な調整は電磁式アライメン
トコイルで実施するが、第１の静電式成形偏向器２１と
第２の静電式成形偏向器２２、及び静電式プリ主偏向器
２９は、８極のエレクトロードで構成しているので、各
々独立に電圧を印加することができる。すなわち、図６
にθ３〜θ７で示す定常的に発生するアライメント誤差
は、静電式成形偏向器２１，２２、及び静電式プリ主偏
向器２９にアライメント制御量をオフセット量（オフセ
ット電流）として重畳することでキャンセルすることが
できる。また同様に、各レンズ２０，２４，２６のレン
ズ構造も８極のエレクトロードで構成されることで、同
様のアライメント機能を重畳させることが可能である。

【００７０】また、上記の説明では、静電式主偏向対物
レンズ２６は８極に分割され、レンズ機能と偏向器機能
を兼ねた構造としたが、偏向領域が小さな用途に対して
は、アインツエル型の静電式対物レンズで対応すること
も可能である。また、静電式副偏向器２８による副偏向
領域の制御は高速の電気制御で行なわれるため、試料を
搭載したステージの動きに応じて、描画制御で実施する
ステージトラッキングの補正機能に対応でき、この偏向
補正を副偏向制御へ加算して使用することが可能であ
る。

【００７１】本発明は上記実施の形態のみに限定され
ず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施できる。

【００７２】

【発明の効果】本発明の電子ビーム描画装置及び方法に
よれば、電子光学系により発生した電子ビームにより、
対物レンズ下に配置した試料へのパターン描画を可能と
し、小型の構造にて制御性に優れた電子ビーム描画を実
現できる。そして、光学系において、上流側からプリ主
偏向器、主偏向対物レンズ、副偏向器の順に配置するこ
とで、レンズ収差、偏向収差を小さくするのに有利な構
造をなしている。すなわち、副偏向器を対物レンズの下
流側に配置したことで、大きな偏向領域での制御を実現
でき、電子ビーム描画装置の最大の弱点とされる高スル
ープット処理についても対応できる。

【００７３】さらに、低加速電子ビームを対象とした構
造に適しているので、試料面での近接効果の影響がな
く、複雑な近接効果補正制御を必要としない。また、電
子光学系、制御系とも大幅にシステムの簡素化が図られ
るため、保守トラブルの少ない、生産現場に対応できる
電子ビーム描画装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
の構成を示す図。

【図２】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
における電子光学系の断面構造を示す図。

【図３】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
における静電式レンズの構成。

【図４】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
における静電式成形偏向器の構成を示す図。

【図５】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
における偏向制御について示す図。

【図６】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
における電子光学系のアライメント調整を示す図。

【図７】従来例に係る電子ビーム描画装置の電子光学系
の構成を示す図。

【図８】従来例に係る電子ビーム描画装置における電子
光学系の構造を示す図。

【図９】従来例に係る電子ビーム描画装置における偏向
制御について示す図。

【符号の説明】

１…電子銃 ２…電子ビーム ４…第１の成形アパーチャ ７…第２の成形アパーチャ １２…電子検出器 １３…ウエハ ２０…静電式照明レンズ ２０ａ…第１の照明レンズ ２０ｂ…第２の照明レンズ ２０−１、２０−２、２０−３…電極 ２１…第１の静電式成形偏向器 ２１ａ、２１ｂ…偏向器 ２２…第２の静電式成形偏向器 ２２ａ、２２ｂ…偏向器 ２３…第３の成形アパーチャ ２４…静電式縮小レンズ ２５…静電式主偏向対物レンズ ２６…静電式対物レンズ ２７…静電式主偏向器 ２８…静電式副偏向器 ２９…静電式プリ主偏向器 ３１、３２、３３…電極 ３４、３５、３６、３７、３８、３９…シールド電極 ４０…電圧制御部 ４１…第１の収差補正部 ４２…第２の収差補正部

フロントページの続き (72)発明者 安藤 厚司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 若山 茂 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 2H097 BA01 BB01 BB03 CA16 GB01 KA28 LA10 5C033 JJ05 5C034 BB02 BB08 5F056 AA04 CB07 CB14 CB16 CB30 CB32 CC02 EA05 EA06 EA08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを少なくとも成形手段、偏向手
   段、縮小投影手段を備えた電子光学系によって制御して
   試料上に照射し、前記試料上に描画を行なう電子ビーム
   描画装置において、 前記電子光学系は、 前記電子ビームを前記試料上に縮小し偏向して投影する
   主偏向対物レンズと、前記電子ビームを偏向して前記主
   偏向対物レンズに対して収差が小さくなるように制御す
   るプリ主偏向器と、 前記電子ビームの偏向を調整する副偏向器と、 を含んで構成され、 前記電子ビームの上流側から前記プリ主偏向器、前記主
   偏向対物レンズ、前記副偏向器の順に配置し、前記副偏
   向器は前記主偏向対物レンズのレンズフィールド外に設
   けたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 【請求項２】前記主偏向対物レンズに対して前記プリ主
   偏向器の制御電圧を加算方向に制御し、前記副偏向器を
   単独で制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の電子ビーム描画装置。
3. 【請求項３】前記対物レンズ及び前記偏向器をそれぞれ
   静電式レンズ及び静電式偏向器として構成して、これら
   隣接する前記静電式レンズ及び前記静電式偏向器間にシ
   ールド電極を共有配置したことを特徴とする請求項１記
   載の電子ビーム描画装置。
4. 【請求項４】電子ビームを電子光学系に通過させて少な
   くとも成形、偏向、縮小投影して試料上に描画を行なう
   電子ビーム描画方法において、 前記電子光学系として、前記電子ビームを前記試料上に
   縮小し偏向して投影する主偏向対物レンズと、前記電子
   ビームを偏向して前記主偏向対物レンズに対して収差が
   小さくなるように制御するプリ主偏向器と、前記電子ビ
   ームの偏向を調整する副偏向器とを用い、 前記電子ビームを前記プリ主偏向器、前記主偏向対物レ
   ンズ、前記主偏向対物レンズのレンズフィールド外に設
   けた前記副偏向器の順に通過させることを特徴とする電
   子ビーム描画方法。
5. 【請求項５】電子ビームを少なくとも成形手段、偏向手
   段、縮小投影手段を備えた電子光学系によって制御して
   試料上に照射し、この試料上に描画を行なう電子ビーム
   描画装置において、 前記電子光学系は、 前記電子ビームを所定位置に偏向するための静電式偏向
   器と、 前記電子ビームを前記試料上に縮小し偏向して投影する
   主偏向対物レンズと、前記電子ビームを偏向して前記主
   偏向対物レンズに対して収差が小さくなるように制御す
   る静電式プリ主偏向器と、 を含んで構成され、 前記静電式偏向器及び前記静電式プリ主偏向器に前記電
   子光学系に対する前記電子ビームの光軸合わせのアライ
   メント用電圧印加を行なう制御手段を設けたことを特徴
   とする電子ビーム描画装置。
6. 【請求項６】電子ビームを電子光学系に通過させて少な
   くとも成形、偏向、縮小投影して試料上に描画を行なう
   電子ビーム描画方法において、 前記電子光学系として、前記電子ビームを所定位置に偏
   向するための静電式偏向器と、前記電子ビームを前記試
   料上に縮小し偏向して投影する主偏向対物レンズと、前
   記電子ビームを偏向して前記主偏向対物レンズに対して
   収差が小さくなるように制御する静電式プリ主偏向器と
   を用い、 前記静電式偏向器及び前記静電式プリ主偏向器に前記電
   子光学系に対する前記電子ビームの光軸合わせのアライ
   メント用電圧印加制御を行なうことを特徴とする電子ビ
   ーム描画方法。