【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に半導体製造工程で使用されるイオン、電子ビーム等の荷電ビーム露光装置に関し、特に、静電レンズを使用した電子光学系で構成した電子ビーム露光制御方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム描画装置によるパターン描画は、光波長より短い波長で描画ができるので、原理的に高分解能での描画が可能であり、高い解像度でパターンを形成できる特徴を持っている。その反面、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、描画に長時間かかるという問題が解決されていない。
【０００３】
電子ビーム描画装置では、一般にビームの解像性向上のため、高加速に加速した電子ビームを使用する方式が取られている。しかし、ウエハ試料のレジストの下面に形成された各種の多層薄膜の影響で、レジストを通過した一部のビームが多層膜で反射し、散乱ビームとなって再びレジストの上方に向かう現象や、描画する電子ビームのパターンの粗密のばらつき状態により、描画解像性にボケや解像度劣化を引き起こす近接効果を発生する。このため、近接効果の補正制御を盛り込んだ電子光学系や制御回路が必要となる。その結果、システムが複雑化し、トラブル誘発や、ショット抜けなどによる精度の低下が避けられないという問題が発生する。
【０００４】
これらの問題に対応するため、本出願人は先に特開２０００−１７３５２９号（特願平１０−３６３０７１号）として、低加速電圧の電子ビームを用いた電子線描画方式を提案している。図７は、その描画方式による全体の配置を示す説明図である。電子銃５１から放出される電子ビーム５２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５４、静電式照明レンズ６０、第１の静電式成形偏向器６１、第２の成形アパーチャ５７、第２の静電式成形偏向器６２、第３のアパーチャ６３、静電式縮小レンズ６４および静電式主偏向対物レンズ６５が配置されている。
【０００５】
このうち静電式主偏向対物レンズ６５は、静電式対物レンズ６６と静電式主偏向器６７とから構成されており、又、電子ビーム５２の光軸において、静電式主偏向対物レンズ６５の上流側には、静電式副偏向器５８、静電式プリ主偏向器５９、静電式プリ副偏向器５０が配置されている。
【０００６】
すなわち、この描画方式の対物レンズでは、静電レンズと偏向器を重畳させており、また、静電式照明レンズ６０は、電子銃５１から放出された電子ビーム５２を均一な電子ビーム（照明ビーム）に整えるもので、第１の照明レンズ６０ａ及び第２の照明レンズ６０ｂを光軸上に配置したものとなっている。
【０００７】
これら第１及び第２の照明レンズ６０ａ、６０ｂは、それぞれ静電式レンズから構成されるもので、図８（ａ）に示すように負電圧を印加した電極（エレクトロード）６０−１の両側に各電極６０−２、６０−３を配置し、これら電極６０−２、６０−３を共にグラウンド（Ｇ）に落としたアィンツェルレンズにより構成されている。静電式対物レンズ６５の場合は、アィンツェルレンズを図８（ｂ）に示したように、エレクトロードを分割して形成して構成している。したがって、レンズ機能と偏向器機能を同時に作用させている。この電子線描画装置は、回転対称の光学系で構成されているので、制御性に優れ、扱いも簡単である特徴がある。
【０００８】
ただ、この方式では、低加速の電子ビームを使用すること、アパーチャ５７から下流の光学系でビームをフォーカスさせる制御を行うため、ビームクロスの位置で空間電荷効果によるビームボケを発生する問題がある。このため、大電流のビームを使用できない。また、大きなパターンを描画に使用できない、描画スピードを上げられない等の問題が未解決である。また、描画機能としてキャラクタパターン描画に限定されるため、パターンに応じた多数のキャラクタパターンを準備する機能が必要である。
【０００９】
それらの問題を解決するため、本出願人は、さらに、特開２００２−５０５６７号（特願２０００−２３７１６３号）として、縮小投影光学系を多重マルチポールレンズで構成した低加速電子ビームを用いた電子線描画方式を出願している。図９（ａ）は、この出願の電子線描画方式の電子光学系の説明図である。なお、図９（ａ）において、図７と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。
【００１０】
この電子光学系の特徴は、電子レンズの構成と縮小投影光学系の構成にある。即ち、図９（ａ）に示す電子ビーム描画装置においては、まず、照明レンズ６０ａ、６０ｂおよび副偏向器７１を除く全ての電子レンズ、即ち、第１成形偏向器７２，第２成形偏向器７３，電子ビームの軌道をＸ方向、Ｙ方向で独立に制御する電子レンズ７４Ｑ１〜Ｑ４，プリ主偏向器７５は、図９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、静電型マルチポールで構成されている。これらのマルチポールレンズは、互いに４５度の角度をおいて配置された８個の電極Ｅで構成される。
【００１１】
従ってこの出願の描画装置によれば、上述の空間電荷効果を解決するため、軌道上の電子ビームが同一場所でビーム集中が発生するのを避け、ビームをＸ、Ｙ成分それぞれ独立に制御することにより空間電荷効果を低減している。
【００１２】
図９（ａ）に示した電子線描画装置において、図９（ｂ）および（ｃ）に示したように、多重マルチポールレンズは、互いに４５度の角度をおいて配置した８個の電極Ｅで構成している。マルチポールレンズは、光学系ＸＹ座標に対してＸＹ軸を挟む形の位相で配置し、２極単位のエレクトロード扱いで全体として４極子レンズとして機能させる制御で構築している。
【００１３】
ただ、この方式の描画装置では、Ｘ方向とＹ方向の電子ビームは非対称の独立した制御をおこなうため、Ｘ方向とＹ方向の偏向感度および偏向収差が異なった光学収差ボケを生じる。このため描画パターンを偏向制御でビーム偏向した場合は、偏向位置に応じて形状歪みを発生するので、偏向場所に応じてジャストフォーカスさせる必要がある。このため４重のマルチポールレンズすべてに、独立の補正電圧を印加する調整が必要で、複雑な複合パラメータ制御が要求されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
先に出願した特開２０００−１７３５２９号（特願平１０−３６３０７１号）による技術である、静電レンズを使用した低加速電圧制御方式による電子描画装置は、ビーム電流を大きくすると空間電荷効果によるボケが顕著となることが避けられないため、ビーム電流を小さくしてショット時間を大きくとる必要があり、高いスループットは期待出来ないという問題が未解決である。
【００１５】
また、特開２０００−１７３５２９号および特開２００２−５０５６７号（特願２０００−２３７１６３号）として出願した、静電レンズを使用した低加速電圧制御方式による電子光学描画装置は、描画パターンとして、あらかじめ準備された固定のキャラクタパターンを縮小描画する方法が主として用いられる場合が多い。しかし、実際のパターン描画においては、複雑なパターンを組み合わせた描画が要求されており、任意形状のショット描画ができる機能が求められている。
【００１６】
また、描画時のビーム電流や試料面収束半角は、描画パターンの解像性能を決定する重要なファクターとなっているが、これらを用途に応じてショット時間のレベルで変更できる機能が求められている。
【００１７】
本発明は、これらの事情に基づいてなされたもので、静電レンズを使用した低加速電子ビーム描画装置において、ショットビーム形状が任意に変えられる可変成形ビーム描画の機能と、描画時のビーム電流と試料面収束半角をショットレベルで選択できる機能と、空間電荷効果による解像性低下の影響を低減できる電子光学系を具えた電子ビーム露光制御方法とその装置を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による手段によれば、電子銃から出射された電子ビームの進行方向の光軸に沿ってそれぞれ静電レンズを具えた照明光学系、プロジェクション光学系および対物光学系を配置して構成した電子光学系により前記電子ビームを制御して試料面に露光する電子ビーム露光制御方法において、
前記照明光学系を構成している２個の静電レンズの内の後段の静電レンズのビームクロス位置に配置され選択可能な複数の微小なアパーチャが形成され、かつ、前記アパーチャの選択とブランキング機能をおこなうための４段の偏向器を具備したブランキングアパーチャにより前記アパーチャを選択して、前記試料面で電子ビームの電流および前記試料面の収束半角を設定することを特徴とする電子ビーム露光制御方法である。
【００１９】
また請求項２の発明による手段によれば、前記照明光学系を形成している２個の静電レンズの内の後段の静電レンズのビームクロス位置に配置され選択可能な複数の微小なアパーチャが形成された前記ブランキングアパーチャにより所定のアパーチャを選択することにより、前記試料へキャラクタパターン描画時には大ビーム電流を、可変成形ビーム描画時には小電流を選択して行うことを特徴とする電子ビーム露光制御方法である。
【００２０】
また請求項３の発明による手段によれば、前記プロジェクション光学系を形成している２個の静電レンズの内の後段の静電レンズを挟んで、該静電レンズから等距離の位置に第１のビーム形成アパーチャと第２のビーム形成アパーチャとを配置して形成した光学系により、前記試料面での電子ビームの結像収束半角が同一になるよう、かつ、前記対物光学系を形成している対物レンズの主面でフォーカスするように制御していることを特徴とする電子ビーム露光制御方法である。
【００２１】
また、請求項４の発明による手段によれば、前記第１のビーム形成アパーチャと前記第２のビーム形成アパーチャを通過した電子ビームに対し、前記対物光学系を形成している２個の静電レンズの内の前段第１の対物レンズと後段第２の対物レンズの内、前記後段第２の対物レンズ主面位置と前記試料面の位置で決定される光学倍率に比して前記後段第２の対物レンズの主面位置を前記試料面側に長く配置し、前記前段第１の対物レンズは電子ビームが光路途中で結像させない制御と、前記前段第１の対物レンズで電子ビームが前記試料面でフォーカスのパターン寸法を最終的に調整するための微小ビーム軌道制御おこなうことを特徴とする電子ビーム露光制御方法である。
【００２２】
また請求項５の発明による手段によれば、前記対物光学系を形成している対物レンズが内蔵している偏向器により偏向されて通過した電子ビームに対して、該電子ビームの軌道を補正する偏向器により、ビームショット偏向制御によって発生する前記試料面への電子ビームのランディング角度を任意に制御可能としたビーム振り戻し偏向制御をおこない、前記試料面に対してランディング角度を垂直または小さくする制御をおこなって前記試料面の変動が発生した場合でも電子ビームショットパターンのつなぎ精度が影響を受けない電子ビーム露光制御方法である。
【００２３】
また請求項６の発明による手段によれば、電子銃と、この電子銃から出射された電子ビームの進行方向の光軸に沿ってそれぞれ静電レンズを具えた照明光学系、プロジェクション光学系および対物光学系により構成した電子光学系を有する電子ビーム露光制御装置において、
前記照明光学系を形成している２個の静電レンズの内の後段の静電レンズのビームクロス位置に、選択可能な複数の微小なアパーチャが形成され、かつ、所定位置に前記アパーチャの選択とブランキング機能をおこなうための４段の偏向器で構成されたブランキングアパーチャが配置されていることを特徴とする電子ビーム露光制御装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明の電子光学系の構成を示した模式図である。電子光学系は、大別すると、電子銃１の出射方向に光軸に沿って試料面ＷＦとの間に、照明光学系２、プロジェクション光学系３および対物光学系４が配置されている。また、各光学系には電子光学レンズとして、それぞれ２個で、Ｌｅｎｓ５からＬｅｎｓ１０の、合計６個のアインツェル型ラウンド静電レンズ（以下、アインツェルレンズという）を具えている。Ｌｅｎｓ５とＬｅｎｓ６は照明光学系２、Ｌｅｎｓ７とＬｅｎｓ８はプロジェクション光学系３、Ｌｅｎｓ９とＬｅｎｓ１０は対物光学系４をそれぞれ構成している。なお、Ｌｅｎｓ１０は、エレクトロードを分割したアインツェルレンズを用いている。
【００２６】
照明光学系２を形成するＬｅｎｓ５とＬｅｎｓ６の上流側には、電子銃１の側にビーム制限アパーチャ１２が配置され、Ｌｅｎｓ６の下流側には、ブランキングアパーチャ１３が配置されている。また、プロジェクション光学系３を構成するＬｅｎｓ７とＬｅｎｓ８の間には、プロジェクションアパーチャとして第１のビーム形成アパーチャ１４とビーム検出アパーチャ１５が配置されている。さらに、プロジェッション光学系と対物光学系４との間には第２のビーム形成アパーチャ１６が配置されている。
【００２７】
次に、照明光学系２の制御について説明すると、図２はＬｅｎｓ５とＬｅｎｓ６で構成する照明光学系２の光学的機能を示した説明図である。この場合、Ｌｅｎｓ５とＬｅｎｓ６に印加する電圧の組み合わせの条件によらないで、ブランキングアパーチャ１３の位置でビームをフォーカスする（そういう位置にブランキングアパーチャ１３を配置している）。
【００２８】
図２の説明図において、Ｌｅｎｓ５とＬｅｎｓ６を調整して、「レンズ合わせ１」の条件を選択すると、ブランキングアパーチャ１３の位置での照明光倍率を小さく設定することが可能になる。また、Ｌｅｎｓ５とＬｅｎｓ６の位置を調整して、図２の「レンズ合わせ２」の条件を選択するとブランキングアパーチャ１３の位置での照明光倍率を大きく設定することができる。つまり、Ｌｅｎｓ５とＬｅｎｓ６の設定条件によって、ブランキングアパーチャ１３の位置でのビーム大きさを変化させることができる。なお、レンズ合わせ位置は、説明の都合上代表的な２つの位置を示したが、この２つの位置の間で、必要に応じて様々な組合わせにより光学的に成立する位置を用いることができる。
【００２９】
ブランカ偏向器であるブランキングアパーチャ１３は、図３（ａ）に模式図を示したようにアパーチャ板１３ａを挟んで、２段ずつの４段の偏向器１３ｂを具えている。１段の偏向器１３ｂは４分割の４極の電極Ｅで構成し、ビーム軌道をシフト、チルト、Ｘ、Ｙ方向に制御できる機能を有している。上述のように、図３（ｂ）および（ｃ）で示したように、ブランキングアパーチャ１３のアパーチャ板１３ａには、例えば、孔径が約φ１０μｍのアパーチャＡと、孔径が約φ４０μｍのアパーチャＢの２種類のアパーチャが交換可能に配設されている。
【００３０】
図３（ａ）および図３（ｂ）の説明図により、「レンズ合わせ」について説明すると、図２の説明図で示した、「レンズ合わせ２」の条件でセットすると、ビームのフォーカスサイズは、アパーチャＢとほぼ同じ大きさ（直径φ４０μｍ）にセットされているので、ブランカ偏向器の制御で照明光をアパーチャＡまたはアパーチャＢを通過するかの選択した際に、アパーチャＢを選択した場合は、照明光のフォーカスビームがカットされない状態で通過するが、アパーチャＡを選択した場合は、照明光のフォーカスビームの一部がカットされて通過する。
【００３１】
一方、「レンズ合わせ１」を選択した場合は、ビームのフォーカスサイズは、アパーチャＡとほぼ同じ大きさ（直径φ１０μｍ）にセットされているので、には、アパーチャＡおよびアパーチャＢのいずれを選択した場合でも、照明光フォーカスビームがカットされない状態で通過する。
【００３２】
なお、図３（ａ）の説明図では、ブランカ偏向器の制御として、Ｙ方向にアパーチャＡとアパーチャＢの選択を、Ｘ偏向をブランキング制御に使用した状態を示しており、アパーチャＡとアパーチャＢの直径比を、例えば１：２とすると、ビーム電流比を約１：０．６５に設定することできる。
【００３３】
また、ブランキングアパーチャ１３の位置でのフォーカスビームは最大で４０μｍ程度となるので、ブランカ偏向器の動作はこの電子光学系では１００μｍ□の制御量で可能であることをシュミレーションで確認した。この機能により、Ｌｅｎｓ５とＬｅｎｓ６のレンズ電圧を変えることなく、ブランカ偏向器の動作時間レベルでＬｅｎｓ７への入射ビームを制御することが可能で、それにより、後述する試料面の収束半角の選択が可能である。
【００３４】
なお、「レンズ合わせ１」の条件の場合は、照明光の倍率が小さいので実施例ではアパーチャＡ、あるいは、アパーチャＢの選択にかかわらずビームがカットされずに、そのままの形状で下流ヘビームが通過するが、この場合も、直径φ１０μｍより小径のアパーチャを別途準備すれば、「レンズ合わせ２」と同等の制御も可能である。
【００３５】
なお、上述の実施の形態では、ブランキングアパーチャ１３は、ブランキングアパーチャ１３の位置での照明光倍率を小さく設定する照明光の条件切り替え機能と、ブランカ偏向器としてのブランキング機能とを兼ね備えたものを用いたが、図４に示すような、照明光の条件切り替え機能とブランキング機能とをそれぞれ独立して持たせた電子光学系を用いることもできる。なお、図４において、図１と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。この電子光学系では、照明光の条件切り替え機能をおこなうために、ビーム制限アパーチャ１２とＬｅｎｓ５との間に電流切り替え用アパーチャ１３ａを設け、ブランキングアパーチャ１３ｂはブランキング機能のみを制御する構成としている。
【００３６】
次に、プロジェクション光学系３について説明する。図１で示したように、ブランキングアパーチャ１３を通過したビームはＬｅｎｓ７に入射し、第１のビーム形成アパーチャ１４を通過し、ビーム検出アパーチャ１５でフォーカスする。ビーム検出アパーチャ１５の位置でのビームは、「レンズ合わせ１」、あるいは、「レンズ合わせ２」の選択によらず同じになるので、ビーム検出アパーチャ１５でビームスキャン機能を具備させることでＬｅｎｓ７のアライメント調整が可能になる。
【００３７】
Ｌｅｎｓ８は、図５（ａ）に光学説明図を示したように、第１のビーム形成アパーチャ１４と第２のビーム形成アパーチャ１６の中央位置（Ｌｅｎｓ８と、第１のビーム形成アパーチャ１４あるいは第２のビーム形成アパーチャ１６との距離が等しい）に配置されている。
【００３８】
それにより、第１のビーム形成アパーチャ１４と第２のビーム形成アパーチャ１６の両アパーチャにフォーカスしてビーム結像収束半角が同一になる光学系を形成している。また、光学系の上流からのの照明光は下流に配置したＬｅｎｓ１０のレンズ主面でフォーカスする。ただし、その際、ビームの状態は、図２で示した、「レンズ合わせ１」と「レンズ合わせ２」の選択で異なってくる。
【００３９】
図５（ｂ）は「レンズ合わせ１」を選択した場合を、図５（ｃ）は「レンズ合わせ２」を選択した場合の説明図である。この両者を比較した場合、「レンズ合わせ１」を選択した場合は、ブランキングアパーチャ１３の位置での照明光倍率を小さく設定することが可能なので、「レンズ合わせ２」を選択した場合に比べてＬｅｎｓ１０のレンズ主面でのビーム広がり（ビーム収束半角）が小さくなる。つまり、図５（ｂ）では試料面のビーム収束半角は小さく、かつ、空間電荷効果による電流は小の状態になる。これに対して、図５（ｃ）では試料（ＷＦ）面のビーム収束半角は大きく、かつ、電流は大の状態となる。
【００４０】
また、ブランキングアパーチャ１３の選択制御で、「レンズ合わせ２」を選択し、かつ、アパーチャＡ（直径φ１０μｍ）を選択すると、図５（ａ）と図５（ｂ）との試料（ＷＦ）面のビーム収束半角を中間状態に設定することが可能で、「レンズ合わせ１」による図５（ｂ）の設定に比べて試料（ＷＦ）面でのビーム収束半角を精度良く設定できる特徴を備えている。
【００４１】
低加速電子ビーム描画では、ビーム電流を増大させると空間電荷効果が大きくなり、試料面でビームのぼけが大きくなる現象が発生する。一方、試料面でのビーム収束半角を大きくすると空間電荷効果によるぼけを小さくすることができる。
【００４２】
本発明では、評価結果により、図５（ｃ）の条件で、特に２．５ｍｒａｄから３ｍｒａｄの範囲を選択し、ボケの量が最も小さくなる条件を得ている。したがって、図２の「レンズ合わせ２」を選択するとビーム電流が大きい場合でも試料（ＷＦ）面の収束半角を大きくでき、ぼけが小さい描画が可能である。第１のビーム形成アパーチャ１４と第２のビーム形成アパーチャ１６を使用した可変ビーム描画では光路長が長くなるため空間電荷効果の影響が大きくなり試料（ＷＦ）面でのぼけが大きくなるので、この条件での描画時には図２の「レンズ合わせ２」を選択し、かつ、アパーチャＢを選択すると解像性の良い描画を実現することが可能である。
【００４３】
第２のビーム形成アパーチャ１６には、一括露光のキャラクタパターンが形成されているキャラクタセル（不図示）と可変成形ビームを構成するアパーチャが配置されている。この際のアパーチャのキャラクタパターンの選択とビーム位置決めの制御は、オクタポール構造（８極構造）の偏向器が第２のビーム形成アパーチャ１６をはさむ形で構成されており、４段配置でシフトアンドチルトのビーム制御を実施している。キャラクタパターンの描画の際には大ビーム電流を、可変成形ビーム描画時には、光路長が長くなるので、小電流を選択して行う。
【００４４】
次に、対物光学系４について説明する。対物光学系４にはＬｅｎｓ９とＬｅｎｓ１０とが配置されており、試料（ＷＦ）面でのフォーカス合わせはＬｅｎｓ１０で実施するが、試料（ＷＦ）面上での微小な倍率調整を目的としてＬｅｎｓ９を配置している。すなわち、Ｌｅｎｓ１０のレンズ主面位置と試料（ＷＦ）面位置で決定される光学倍率に比してＬｅｎｓ１０のレンズ主面位置を試料（ＷＦ）面側に若干長くとった条件で配置している。
【００４５】
Ｌｅｎｓ９は、この配置を利用してビームをわずかに軌道を変える制御を行い、Ｌｅｎｓ１０がおこなう試料（ＷＦ）面でのフォーカス調整の結果により生じたパターン寸法の倍率の誤差分を微調整して、正規のパターン寸法に修正する機能を有している。それにより最終的な描画パターン寸法の倍率に合わせこむことが可能になる。これらの調整を実施した例の場合、４ｍｍ程度のレンズ主面配置を移動の条件で約５％の試料（ＷＦ）面でのパターン倍率調整が可能であることを確認した。
【００４６】
また、図６はＬｅｎｓ１０におけるビームの主偏向制御と副偏向制御によるビーム制御の説明図である。すなわち、Ｌｅｎｓ１０には、特に、対物レンズ内蔵の主偏向器で偏向されたビームに対して、ビーム軌道を補正する８極子（各極子は、−電位に設定されている）の偏向器を配し、ビームショット偏向制御によって発生する試料（ＷＦ）面へのビームランディング角度を任意に制御する偏向器１１を具備し、ビーム振り戻し制御をおこなっている。これにより、試料（ＷＦ）面に対してランディング角度Ｌａを垂直または小さくする制御ができる。したがって、試料（ＷＦ）面の変動が発生した場合に発生する電子ビームショットパターンつなぎ誤差を極度に抑制することが可能になった。
【００４７】
以上に説明したように、本発明においては、静電レンズを使用した低加速電子ビーム描画装置において、ショットビーム形状が任意に変えられる可変成形ビーム描画の機能と、描画時のビーム電流と試料（ＷＦ）面収束半角をショットレベルで選択できる機能を実現し、ビーム電流が大きい場合でも空間電荷効果による解像性低下の影響を低減した描画装置を実現できる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、偏向による光学収差ぼけや電子ビーム形状寸法誤差を補正した高精度の電子ビーム露光制御方法とその露光制御装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子光学系の構成を示した模式図。
【図２】本発明の電子光学系を構成している照明光学系の光学的機能を示した説明図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、「レンズ合わせ」の説明図。
【図４】本発明の電子光学系の変形例の構成を示した模式図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、「レンズ合わせ」の光学的な説明図。
【図６】ビームの主偏向制御と副偏向制御によるビーム制御の説明図。
【図７】従来の描画方式による描画装置の説明図。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、アインツェルレンズの説明図。
【図９】（ａ）従来の描画方式による描画装置の説明図、（ｂ）および（ｃ）は、マルチポールレンズの説明図。
【符号の説明】
１…電子銃、２…照明光学系、３…プロジェクション光学系、４…対物光学系、５〜１０…Ｌｅｎｓ〜Ｆ、１２、１３，１５…ブランキングアパーチャ、１４…第１のビーム形成アパーチャ、１６…第２のビーム形成アパーチャ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged beam exposure apparatus such as an ion beam and an electron beam mainly used in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to an electron beam exposure control method and an electron beam exposure control method configured by an electron optical system using an electrostatic lens.
[0002]
[Prior art]
Since pattern writing by an electron beam writing apparatus can be performed at a wavelength shorter than the light wavelength, writing at a high resolution is possible in principle, and it has a feature that a pattern can be formed at a high resolution. On the other hand, unlike a mask drawing method using light exposure, a completed pattern is directly drawn with a small divided pattern beam, so that the problem that drawing takes a long time has not been solved.
[0003]
2. Description of the Related Art In general, an electron beam writing apparatus uses an electron beam accelerated to a high acceleration in order to improve the resolution of a beam. However, due to the effect of various multilayer thin films formed on the lower surface of the resist on the wafer sample, a part of the beam that has passed through the resist is reflected by the multilayer film and becomes a scattered beam, and then goes upward again to the resist. The proximity effect that causes blurring and degradation in resolution occurs in the writing resolution due to the unevenness in the density of the electron beam pattern. For this reason, an electronic optical system and a control circuit incorporating the correction control of the proximity effect are required. As a result, the system becomes complicated, and there arises a problem that a decrease in accuracy due to trouble induction or missing shots is inevitable.
[0004]
In order to cope with these problems, the present applicant has previously proposed, as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-173529 (Japanese Patent Application No. 10-363071), an electron beam writing method using an electron beam with a low acceleration voltage. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the overall arrangement according to the drawing method. On the optical axis of the electron beam 52 emitted from the electron gun 51, a first shaping aperture 54, an electrostatic illumination lens 60, a first electrostatic shaping deflector 61 as each component of the electron optical system. , A second shaping aperture 57, a second electrostatic shaping deflector 62, a third aperture 63, an electrostatic reduction lens 64, and an electrostatic main deflection objective lens 65.
[0005]
The electrostatic main deflecting objective lens 65 includes an electrostatic objective lens 66 and an electrostatic main deflector 67. The electrostatic main deflecting objective lens 65 is provided on the optical axis of the electron beam 52. An electrostatic auxiliary deflector 58, an electrostatic pre-main deflector 59, and an electrostatic pre-sub deflector 50 are arranged on the upstream side of 65.
[0006]
That is, in this drawing type objective lens, the electrostatic lens and the deflector are overlapped, and the electrostatic illumination lens 60 converts the electron beam 52 emitted from the electron gun 51 into a uniform electron beam (illumination beam). The first illumination lens 60a and the second illumination lens 60b are arranged on the optical axis.
[0007]
These first and second illumination lenses 60a and 60b are each composed of an electrostatic lens, and as shown in FIG. 8A, both sides of an electrode (electrode) 60-1 to which a negative voltage is applied. Each of the electrodes 60-2 and 60-3 is disposed, and the electrodes 60-2 and 60-3 are both formed of an Einzel lens in which the electrodes 60-2 and 60-3 are dropped to the ground (G). In the case of the electrostatic objective lens 65, as shown in FIG. 8B, the Einzel lens is formed by dividing the electrodes. Therefore, the lens function and the deflector function are simultaneously operated. Since this electron beam lithography system is composed of a rotationally symmetric optical system, it has excellent controllability and is easy to handle.
[0008]
However, in this method, there is a problem that a beam is blurred due to a space charge effect at a position of a beam cross because a low-acceleration electron beam is used and a beam is controlled by an optical system downstream from the aperture 57. Therefore, a beam with a large current cannot be used. Further, problems such as the inability to use a large pattern for drawing and the inability to increase the drawing speed have not been solved. Further, since the drawing function is limited to character pattern drawing, a function of preparing a large number of character patterns according to the pattern is required.
[0009]
In order to solve these problems, the present applicant further used a low-acceleration electron beam in which a reduction projection optical system is constituted by multiple multi-pole lenses as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-50567 (Japanese Patent Application No. 2000-237163). We have applied for electron beam lithography. FIG. 9A is an explanatory diagram of an electron optical system of the electron beam drawing system of this application. In FIG. 9A, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[0010]
The feature of this electron optical system lies in the configuration of the electron lens and the configuration of the reduction projection optical system. That is, in the electron beam writing apparatus shown in FIG. 9A, first, all the electron lenses except the illumination lenses 60a and 60b and the sub deflector 71, that is, the first shaping deflector 72 and the second shaping deflector 73. The electron lenses 74Q1 to Q4 for independently controlling the trajectory of the electron beam in the X direction and the Y direction, and the pre-main deflector 75, as shown in FIGS. Have been. These multipole lenses are composed of eight electrodes E arranged at an angle of 45 degrees with respect to each other.
[0011]
Therefore, according to the drawing apparatus of this application, in order to solve the above-mentioned space charge effect, it is necessary to prevent the electron beams on the orbit from being concentrated at the same place and to control the beams independently for the X and Y components. Reduces the space charge effect.
[0012]
In the electron beam lithography apparatus shown in FIG. 9A, as shown in FIGS. 9B and 9C, the multiple multipole lens has eight electrodes E arranged at an angle of 45 degrees with respect to each other. It consists of. The multi-pole lens is arranged with a phase sandwiching the XY axis with respect to the XY coordinates of the optical system, and is constructed by controlling the electrodes so that they function as quadrupole lenses as a whole by treating the electrodes in units of two poles.
[0013]
However, in the writing apparatus of this system, since the electron beams in the X direction and the Y direction perform asymmetric and independent control, the deflection sensitivity and the deflection aberration in the X direction and the Y direction are different from each other, resulting in optical blur. For this reason, when the drawing pattern is beam-deflected by the deflection control, a shape distortion is generated according to the deflection position, and it is necessary to perform just-focus according to the deflection position. Therefore, it is necessary to apply an independent correction voltage to all quadruple multipole lenses, and complicated complex parameter control is required.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
An electronic writing apparatus based on a low acceleration voltage control method using an electrostatic lens, which is a technique according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-173529 (Japanese Patent Application No. 10-363071), causes a space charge effect when the beam current is increased. Since blurring is inevitably significant, it is necessary to reduce the beam current and increase the shot time, and the problem that high throughput cannot be expected remains unsolved.
[0015]
In addition, the electro-optical writing apparatus based on the low acceleration voltage control method using an electrostatic lens, which was filed as Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-173529 and 2002-50567 (Japanese Patent Application No. 2000-237163), has been described as a drawing pattern. In many cases, a method of reducing and drawing a prepared fixed character pattern is mainly used. However, in actual pattern drawing, drawing in which a complicated pattern is combined is required, and a function capable of drawing shots of an arbitrary shape is required.
[0016]
In addition, the beam current during writing and the half angle of convergence of the sample surface are important factors that determine the resolution performance of the writing pattern, but a function that can change these at the shot time level according to the application is required. I have.
[0017]
The present invention has been made based on these circumstances. In a low-acceleration electron beam writing apparatus using an electrostatic lens, a variable shaped beam writing function capable of arbitrarily changing a shot beam shape, and a beam current during writing. It is an object of the present invention to provide an electron beam exposure control method and an electron beam exposure control method including an electron optical system capable of selecting a half angle of convergence of a sample surface at a shot level and an effect of reducing a resolution reduction due to a space charge effect.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the illumination optical system, the projection optical system, and the objective optical system each including an electrostatic lens are arranged along the optical axis in the traveling direction of the electron beam emitted from the electron gun. An electron beam exposure control method for controlling the electron beam with a configured electron optical system to expose the sample surface,
A plurality of selectable minute apertures are formed at a beam cross position of a later-stage electrostatic lens of the two electrostatic lenses constituting the illumination optical system, and the aperture selection and the aperture are selected. An electron beam, wherein the aperture is selected by a blanking aperture having a four-stage deflector for performing a ranking function, and an electron beam current and a convergent half angle of the sample surface are set on the sample surface. This is an exposure control method.
[0019]
According to the means according to the second aspect of the present invention, a plurality of selectable minute apertures are arranged at a beam cross position of a later-stage electrostatic lens of the two electrostatic lenses forming the illumination optical system. Electron beam exposure, wherein a large beam current is selected when writing a character pattern on the sample, and a small current is selected when writing a variable shaped beam by selecting a predetermined aperture by the blanking aperture formed with. It is a control method.
[0020]
According to the means according to the third aspect of the present invention, the second electrostatic lens forming the projection optical system is sandwiched between the subsequent electrostatic lenses, and the first electrostatic lens is positioned at an equal distance from the electrostatic lens. An optical system formed by arranging the first beam forming aperture and the second beam forming aperture has the same half angle of convergence of the electron beam on the sample surface and forms the objective optical system. An electron beam exposure control method characterized in that control is performed so as to focus on the main surface of the objective lens.
[0021]
Further, according to the means of the present invention, two electron beams forming the objective optical system are provided for the electron beam passing through the first beam forming aperture and the second beam forming aperture. Of the first objective lens and the second objective lens in the front stage of the lens, the second stage objective lens is compared with the second stage objective lens with respect to the optical magnification determined by the position of the main surface of the second stage objective lens and the position of the sample surface. The main surface position of the objective lens is long on the sample surface side, the first-stage first objective lens controls the electron beam not to form an image along the optical path, and the first-stage first objective lens controls the electron beam by the first-stage objective lens. An electron beam exposure control method characterized by performing a fine beam trajectory control for finally adjusting a focus pattern size on a surface.
[0022]
According to the fifth aspect of the present invention, the trajectory of the electron beam is corrected for the electron beam that has been deflected by the deflector built in the objective lens forming the objective optical system and passed therethrough. A deflector performs beam swing-back deflection control that enables the landing angle of the electron beam to the sample surface generated by the beam shot deflection control to be arbitrarily controllable, and controls the landing angle to be perpendicular or small to the sample surface. The electron beam exposure control method does not affect the connection accuracy of the electron beam shot patterns even when the sample surface is changed by performing the above.
[0023]
Further, according to the means of the present invention, an illumination optical system, a projection optical system, and an objective optical system each including an electron gun and an electrostatic lens along an optical axis in a traveling direction of an electron beam emitted from the electron gun. In an electron beam exposure control device having an electron optical system constituted by an optical system,
A plurality of selectable minute apertures are formed at the beam cross position of the latter electrostatic lens of the two electrostatic lenses forming the illumination optical system, and the aperture is selected at a predetermined position. And a blanking aperture constituted by four-stage deflectors for performing a blanking function.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the electron optical system of the present invention. The electron optical system is roughly classified into an illumination optical system 2, a projection optical system 3, and an objective optical system 4 between the electron gun 1 and the sample surface WF along the optical axis in the emission direction. Each optical system is provided with a total of six Einzel-type round electrostatic lenses (hereinafter, referred to as Einzel lenses), each of which has two lenses, that is, Lens5 to Lens10, as electron optical lenses. Lens5 and Lens6 constitute an illumination optical system 2, Lens7 and Lens8 constitute a projection optical system 3, and Lens9 and Lens10 constitute an objective optical system 4, respectively. The lens 10 uses an Einzel lens obtained by dividing an electrode.
[0026]
A beam limiting aperture 12 is arranged on the electron gun 1 side on the upstream side of Lens 5 and Lens 6 forming the illumination optical system 2, and a blanking aperture 13 is arranged on the downstream side of Lens 6. A first beam forming aperture 14 and a beam detection aperture 15 are disposed as projection apertures between Lens 7 and Lens 8 constituting the projection optical system 3. Further, a second beam forming aperture 16 is arranged between the projection optical system and the objective optical system 4.
[0027]
Next, the control of the illumination optical system 2 will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the optical functions of the illumination optical system 2 composed of Lens5 and Lens6. In this case, the beam is focused at the position of the blanking aperture 13 (the blanking aperture 13 is arranged at such a position) irrespective of the condition of the combination of the voltages applied to Lens5 and Lens6.
[0028]
In the explanatory diagram of FIG. 2, when the condition of “lens alignment 1” is selected by adjusting Lens5 and Lens6, the illumination light magnification at the position of the blanking aperture 13 can be set small. Further, by adjusting the positions of Lens 5 and Lens 6 and selecting the condition of “lens alignment 2” in FIG. 2, the illumination light magnification at the position of blanking aperture 13 can be set large. That is, the beam size at the position of the blanking aperture 13 can be changed according to the setting conditions of Lens5 and Lens6. Although two representative lens positions are shown for convenience of explanation, a position optically established by various combinations between the two positions can be used as necessary. .
[0029]
The blanking aperture 13, which is a blanker deflector, includes four stages of deflectors 13b of two stages each with an aperture plate 13a interposed therebetween, as shown in the schematic diagram of FIG. The one-stage deflector 13b is constituted by four-pole, four-pole electrodes E, and has a function of shifting, tilting, and controlling the beam trajectory in the X and Y directions. As described above, as shown in FIGS. 3B and 3C, the aperture plate 13a of the blanking aperture 13 has, for example, an aperture A having a hole diameter of about φ10 μm and an aperture B having a hole diameter of about φ40 μm. Two types of apertures are provided so as to be exchangeable.
[0030]
3A and FIG. 3B, "Lens Alignment" will be described. When the lens is set under the condition of "Lens Alignment 2" shown in the explanatory diagram of FIG. Since the size is set to be substantially the same as the aperture B (diameter φ40 μm), when the illumination light is selected to pass through the aperture A or the aperture B under the control of the blanker deflector, when the aperture B is selected, The focus beam of the illumination light passes without being cut, but when the aperture A is selected, a part of the focus beam of the illumination light is cut and passes.
[0031]
On the other hand, when “lens alignment 1” is selected, the focus size of the beam is set to substantially the same size as the aperture A (diameter φ10 μm), so that either the aperture A or the aperture B is selected. Even in this case, the illumination light focus beam passes without being cut.
[0032]
In the explanatory diagram of FIG. 3A, as a control of the blanker deflector, a state in which the selection of the aperture A and the aperture B is used in the Y direction and the X deflection is used for the blanking control is shown, and the aperture A and the aperture are used. If the diameter ratio of B is, for example, 1: 2, the beam current ratio can be set to about 1: 0.65.
[0033]
Further, since the focus beam at the position of the blanking aperture 13 is about 40 μm at the maximum, it was confirmed by simulation that the operation of the blanker deflector can be performed with a control amount of 100 μm square in this electron optical system. With this function, it is possible to control the beam incident on Lens7 at the operating time level of the blanker deflector without changing the lens voltages of Lens5 and Lens6, thereby allowing selection of the convergent half angle of the sample surface described later. It is.
[0034]
In the case of the condition of “lens alignment 1”, the beam is not cut regardless of the selection of the aperture A or the aperture B in the embodiment because the magnification of the illuminating light is small. However, also in this case, if an aperture smaller than 10 μm in diameter is separately prepared, control equivalent to “lens alignment 2” can be performed.
[0035]
In the above-described embodiment, the blanking aperture 13 has both the function of switching the condition of illumination light for setting the illumination light magnification at the position of the blanking aperture 13 to be small and the function of blanking as a blanker deflector. However, an electron optical system having an illumination light condition switching function and a blanking function independently as shown in FIG. 4 can also be used. In FIG. 4, the same reference numerals are given to the same functional portions as those in FIG. In this electron optical system, a current switching aperture 13a is provided between the beam limiting aperture 12 and the lens 5 in order to perform a condition switching function of illumination light, and the blanking aperture 13b controls only the blanking function. .
[0036]
Next, the projection optical system 3 will be described. As shown in FIG. 1, the beam that has passed through the blanking aperture 13 enters the lens 7, passes through the first beam forming aperture 14, and is focused by the beam detection aperture 15. Since the beam at the position of the beam detection aperture 15 becomes the same regardless of the selection of “lens alignment 1” or “lens alignment 2”, by providing the beam scanning function with the beam detection aperture 15, alignment of the lens 7 can be achieved. Adjustment becomes possible.
[0037]
As shown in FIG. 5A, the lens 8 is located at the center of the first beam forming aperture 14 and the second beam forming aperture 16 (Lens 8 and the first beam forming aperture 14 or the second beam forming aperture 14). (Equivalent to the beam forming aperture 16).
[0038]
Thus, an optical system is formed in which both the first beam forming aperture 14 and the second beam forming aperture 16 are focused and the beam imaging convergence half angle is the same. The illumination light from the upstream of the optical system is focused on the lens principal surface of the lens 10 disposed downstream. However, at this time, the state of the beam differs depending on the selection of “lens alignment 1” and “lens alignment 2” shown in FIG.
[0039]
FIG. 5B is an explanatory diagram when “lens alignment 1” is selected, and FIG. 5C is an explanatory diagram when “lens alignment 2” is selected. When the two are compared, when “lens alignment 1” is selected, the illumination light magnification at the position of the blanking aperture 13 can be set smaller, and therefore, compared to the case where “lens alignment 2” is selected. The beam divergence (half beam convergent angle) on the lens principal surface of Lens 10 is reduced. That is, in FIG. 5B, the half angle of beam convergence on the sample surface is small, and the current due to the space charge effect is small. On the other hand, in FIG. 5C, the half angle of beam convergence on the sample (WF) surface is large and the current is large.
[0040]
Further, when “lens alignment 2” is selected and aperture A (diameter φ10 μm) is selected in the selection control of the blanking aperture 13, the sample (WF) surface shown in FIGS. 5A and 5B is selected. The beam convergence half angle can be set to an intermediate state, and the beam convergence half angle on the sample (WF) plane can be set more accurately than the setting of FIG. I have.
[0041]
In the low-acceleration electron beam writing, when the beam current is increased, the space charge effect is increased, and a phenomenon that the beam is blurred on the sample surface occurs. On the other hand, if the beam convergence half angle on the sample surface is increased, blur due to the space charge effect can be reduced.
[0042]
According to the present invention, based on the evaluation result, the range of 2.5 mrad to 3 mrad is particularly selected under the condition of FIG. 5C to obtain the condition that minimizes the amount of blur. Therefore, if “lens alignment 2” in FIG. 2 is selected, even when the beam current is large, the convergence half angle of the sample (WF) surface can be increased, and drawing with small blur can be performed. In the variable beam writing using the first beam forming aperture 14 and the second beam forming aperture 16, the influence of the space charge effect becomes large because the optical path length becomes long, and the blur on the sample (WF) surface becomes large. At the time of drawing under the conditions, selecting “lens alignment 2” in FIG. 2 and selecting the aperture B can realize drawing with good resolution.
[0043]
The second beam forming aperture 16 is provided with a character cell (not shown) in which a character pattern for collective exposure is formed and an aperture forming a variable shaped beam. At this time, the selection of the aperture character pattern and the control of the beam positioning are performed by arranging a deflector having an octapole structure (8-pole structure) with the second beam forming aperture 16 interposed therebetween. Tilt beam control is implemented. When writing a character pattern, a large beam current is used, and when writing a variable shaped beam, the optical path length becomes long.
[0044]
Next, the objective optical system 4 will be described. A lens 9 and a lens 10 are arranged in the objective optical system 4. Focusing on the sample (WF) surface is performed with the lens 10, but the lens 9 is arranged for fine adjustment of magnification on the sample (WF) surface. are doing. That is, the lens main surface position of Lens 10 is arranged on the sample (WF) surface side slightly longer than the optical magnification determined by the lens main surface position of Lens 10 and the sample (WF) surface position.
[0045]
Lens 9 performs control to slightly change the trajectory of the beam using this arrangement, finely adjusts the error of the magnification of the pattern dimension caused by the result of focus adjustment on the sample (WF) surface performed by Lens 10, It has a function to correct it to a regular pattern size. Thereby, it becomes possible to match the magnification of the final drawing pattern size. In the case of an example in which these adjustments were performed, it was confirmed that it was possible to adjust the pattern magnification on the sample (WF) surface by about 5% under the condition of moving the lens main surface arrangement of about 4 mm.
[0046]
FIG. 6 is an explanatory diagram of beam control by the main deflection control and the sub deflection control of the beam in the lens 10. That is, the lens 10 is provided with an octupole (each pole is set to a negative potential) deflector for correcting the beam trajectory particularly for the beam deflected by the main deflector having a built-in objective lens. A deflector 11 for arbitrarily controlling a beam landing angle on a sample (WF) surface generated by the beam shot deflection control is provided, and the beam swingback control is performed. This makes it possible to control the landing angle La to be perpendicular or small with respect to the sample (WF) plane. Therefore, it has become possible to extremely suppress an electron beam shot pattern connection error generated when the sample (WF) surface changes.
[0047]
As described above, in the present invention, in the low-acceleration electron beam writing apparatus using the electrostatic lens, the function of the variable shaped beam writing that can arbitrarily change the shape of the shot beam, the beam current during writing, and the sample ( WF) A function capable of selecting the half angle of the surface convergence at the shot level is realized, and a drawing apparatus can be realized in which even if the beam current is large, the influence of the reduction in resolution due to the space charge effect is reduced.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a high-accuracy electron beam exposure control method and an exposure control device that correct optical blurring due to deflection and an electron beam shape dimension error.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an electron optical system according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an optical function of an illumination optical system constituting the electron optical system of the present invention.
FIGS. 3A to 3C are explanatory diagrams of “lens alignment”.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a modification of the electron optical system of the present invention.
FIGS. 5A to 5C are optical explanatory diagrams of “lens alignment”.
FIG. 6 is an explanatory diagram of beam control by main deflection control and sub deflection control of a beam.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a drawing apparatus using a conventional drawing method.
FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams of an Einzel lens.
FIG. 9A is an explanatory view of a drawing apparatus using a conventional drawing method, and FIGS. 9B and 9C are explanatory views of a multipole lens.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun, 2 ... Illumination optical system, 3 ... Projection optical system, 4 ... Objective optical system, 5-10 ... Lens-F, 12, 13, 15 ... Blanking aperture, 14 ... First beam forming aperture, 16 second beam forming aperture
