JP4015626B2 - 荷電粒子ビーム露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に半導体集積回路等の露光に用いられる電子ビーム露光装置やイオンビーム露光装置等の荷電粒子ビーム露光技術に関する。

電子ビーム露光装置には、従来、スポット状のビームを用いるポイントビーム型やサイズ可変の矩形ビームを使用する可変矩形ビーム型、および特定パターンを一括で露光するセルプロジェクション型の装置がある。

ポイントビーム型の電子ビーム露光装置ではスポット状の電子ビームを用いて描画するため、高解像度で描画が行える反面、スループットが低く、用途は主に研究開発や露光マスク製作である。可変矩形ビーム型およびセルプロジェクション型の電子ビーム露光装置では、形状ビームを用いることから、ポイントビーム型に比べるとスループットが１〜２桁高いが、基本的には単一の電子ビームで描画するため０.１μｍ程度の微細なパターンが高集積している場合などでは、スループットの点で問題が多い。

この問題を解決する装置として、描画するパターンをパターン透過孔としてステンシルマスクに形成し、電子ビームで照明して試料面に転写するステンシルマスク型の電子ビーム露光装置がある。また、複数の開口を有する絞り板を電子ビームで照明し、複数の開口を通過して形成される複数の電子ビームを個別に制御し、縮小電子光学系を介して試料面に照射して所望のパターンを描画するマルチ電子ビーム型露光装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。双方とも一度に露光する面積、すなわち露光面積が従来にくらべて広いため、スループットがより改善できるという特徴がある。

「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー」（Journal of Vacuum Science and Technology, B 18 (6), Nov/Dec 2000, 3061-3066）

しかしながら、前記マルチ電子ビーム型露光装置では、マルチ電子ビームを形成するために、複数個の開口を有する絞り板と、前記開口を通過した複数電子ビームそれぞれを収束する静電レンズと、複数電子ビームをそれぞれ偏向する偏向器群を設置し、それら前記絞り板、前記静電レンズ、前記偏向器群を各電子ビームが通過するよう、電子ビームの方向、像回転を調整する必要がある。

前記絞り板、前記静電レンズ、前記偏向器群を設置する際、その間隔は、絞り板内の開口間隔、すなわち複数電子ビームの間隔より大きく、設置位置誤差がビーム通過に及ぼす影響は無視できなくなる。

前記静電レンズは、複数枚の電極で構成されており、また前記偏向器群は多数の配線を有するため、前記静電レンズおよび前記偏向器群を移動してビーム通過の調整を行なうことは困難である。

前記静電レンズを構成する複数枚電極の製作誤差は、レンズ電圧軸の軸倒れを発生する。軸倒れにより、静電レンズへ電圧印加に伴う電子ビームの角度および像回転が変化するため、これら角度および像回転を調整する必要がある。

前記の調整により、前記絞り板、前記静電レンズ、前記偏向器群を電子ビームが通過しているかの確認ができることが望ましい。

マルチ電子ビーム形成部への照射電子光学系、およびマルチ電子ビーム形成部で形成されたマルチ電子ビームを試料面へ縮小投影する縮小光学系においては、歪曲収差により像歪が発生する。

また、磁路形状や装置内の磁性材料および静電レンズに印加する高電圧配線など、光軸に対して非対称な電磁場や、偏向器による像偏向などでも像歪が発生する。前記歪曲収差を含め、このような像歪を低減できることが望ましい。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、複数電子ビーム等のような複数荷電粒子ビームを形成する際、複数の開口群を荷電粒子ビームが通過するための調整を行ない、ビームの通過を確認することができ、さらに静電レンズ駆動に伴う荷電粒子ビームの傾きを調整することができ、さらにまた、照射光学系、縮小光学系、非光軸対称な電磁場および像偏向で発生する像歪を低減するための補正を行なうことが可能にする
荷電粒子ビーム露光技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、荷電粒子源から放射される荷電粒子ビームを複数の荷電粒子ビームに分割するための複数の開口を有する絞り板（例えば、アパーチャアレイ）と、前記複数の開口のそれぞれを通過した荷電粒子ビームを個別に収束する個別収束手段（例えば、静電レンズアレイ）と、前記個別収束手段で収束した荷電粒子ビームのそれぞれを個別に偏向する個別偏向手段（例えば、ブランカアレイ）とで構成されるマルチビーム形成手段（例えば、マルチ電子ビーム形成部）を有し、前記マルチビーム形成手段により形成された複数の荷電粒子ビームを用いて被露光基板を露光する荷電粒子ビーム露光装置において、前記マルチビーム形成手段が、前記絞り板と前記個別収束手段との間および前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間における荷電粒子ビームの角度を調整する角度調整手段（例えば、静電偏向器）と、前記絞り板と前記個別収束手段との間および前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間における荷電粒子ビームの像回転を調整する回転調整手段（例えば、像回転レンズ）と、前記絞り板と前記個別収束手段との間および前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間で荷電粒子ビームを検出する検出手段とを具備してなることを特徴とする。

また、前記角度調整手段が、前記絞り板と前記個別収束手段との間における荷電粒子ビームの角度を調整する第１の静電偏向器と、前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間における荷電粒子ビームの角度を調整する第２の静電偏向器とで構成されていることを特徴とする。

また、前記回転調整手段が、前記絞り板と前記個別収束手段との間における荷電粒子ビームの像回転を調整する第１の像回転レンズと、前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間における荷電粒子ビームの像回転を調整する第２の像回転レンズとで構成されていることを特徴とする。

さらに、荷電粒子源から放射される荷電粒子ビームを複数の荷電粒子ビームに分割するための複数の開口を有する絞り板と、前記複数の開口のそれぞれを通過した荷電粒子ビームを個別に収束する個別収束手段、または前記複数の開口のそれぞれを通過した荷電粒子ビームを個別に偏向する個別偏向手段とで構成されるマルチビーム形成手段を有し、前記マルチビーム形成手段により形成された複数の荷電粒子ビームを用いて被露光基板を露光する荷電粒子ビーム露光装置において、前記マルチビーム形成手段が、前記絞り板と前記個別収束手段との間、または前記絞り板と前記個別偏向手段との間における荷電粒子ビームの角度を調整する角度調整手段と、前記絞り板と前記個別収束手段との間、または前記絞り板と前記個別偏向手段との間における荷電粒子ビームの像回転を調整する回転調整手段と、前記絞り板と前記個別収束手段との間、または前記絞り板と前記個別偏向手段との間で荷電粒子ビームを検出する検出手段とを具備してなることを特徴とする。

さらにまた、前記荷電粒子ビーム露光装置において、前記角度調整手段を非点補正器として動作させることにより、像歪を補正するよう構成したことを特徴とする。

本発明によれば、複数荷電粒子ビームを形成する際、複数の開口を有する絞り板および静電レンズおよび偏向器群の間を荷電粒子ビームが通過するための調整を行ない、ビームの通過を確認することができ、さらに静電レンズ駆動に伴う荷電粒子ビームの傾きを調整することができる。また、照射光学系、縮小光学系、非光軸対称な電磁場および像偏向等により発生する像歪を低減するための補正を行なうことが可能となる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。

荷電粒子ビーム露光装置の一例として、以下に示す本実施例では電子ビーム露光装置の場合について説明する。なお、本発明は、電子ビームに限らず、イオンビーム等の荷電粒子を用いた露光装置にも同様に適用できる。

図１は、本発明の一実施例に係るマルチ電子ビーム露光装置の概略構成を示す。電子源１から放射される電子ビームは、コリメータレンズ２０を含む照射光学系２を介して、マルチ電子ビーム形成部３に入射する。

マルチ電子ビーム形成部３は、アパーチャアレイ３１、静電レンズアレイ３２、ブランカアレイ３３、８極静電偏向器１００、１１０、像回転レンズ１２０、１３０、検出器１４０、１５０で構成される。静電レンズ３２は、上電極３２ａ、中電極３２ｂ、下電極３２ｃの３枚の電極で構成される。

アパーチャアレイ３１は、複数の開口を有する絞り板で、ここで分割された電子ビームそれぞれが静電レンズアレイ３２によりブランカアレイ３３位置近傍に収束される。ブランカアレイ３３は、個々の電子ビームを独立に偏向する偏向器群である。

角度調整用偏向器として８極静電偏向器１００は、アパーチャアレイ３１を通過した電子ビームを偏向し、８極静電偏向器１１０は、静電レンズ３２を通過した電子ビームを偏向する。

回転調整器として像回転レンズ１２０は、アパーチャアレイ３１を通過した電子ビームを像回転させ、像回転レンズ１３０は、静電レンズアレイ３２を通過した電子ビームを像回転させる。

アパーチャアレイ３１を通過した電子ビームは静電レンズアレイ３２の上面で反射されるため、反射電子を電子検出器１４０で検出する。静電レンズアレイ３２を通過した電子ビームはブランカアレイ３３上面で反射されるため、反射電子を電子検出器１５０で検出する。なお、反射電子だけでなく、２次電子を検出するようにしてもよい。

マルチ電子ビーム形成部３で複数化された電子ビームは、２段の対称磁気ダブレット・レンズを構成する第１縮小系第１投影レンズ４１と第１縮小系第２投影レンズ４２、および第２縮小系第１投影レンズ４３と第２縮小系第２投影レンズ４４で構成された縮小光学系４により、ウエハ５上に縮小投影される。

縮小光学系４内にはブランキングアパーチャＢＡがあり、ブランカアレイ３３で偏向された各電子ビーム（例えばビーム３３０'）を遮蔽する。

ブランキングアパーチャＢＡで遮蔽されていない電子ビームは、偏向器６によりウエハ５上を走査される。所望のパターンに応じて、ブランカアレイ３３の電圧をオン／オフすることにより、試料（被露光基板）５、例えばウエハ上に所望のパターンを露光する。

ステージ７を移動し、マーク８を光軸上近傍に位置させることにより、電子ビームの照射によりマーク８から放出される反射電子もしくは２次電子を検出する電子検出器９、またはマーク８を透過した電子を透過電子検出器９'を用いて、縮小投影された複数電子ビームの位置計測、電流量計測、ビーム形状計測等を行なう。

つぎに、本発明による電子ビームの通過、傾きの調整方法について説明する。

図２（ａ）のように、アパーチャアレイ３１を通過した電子ビームが静電レンズアレイ３２を通過していない場合、図２（ｂ）のように、静電偏向器１００で電子ビームを偏向することにより、静電レンズアレイ３２を通過させることができる。静電レンズアレイ３２を通過しない電子ビームは、静電レンズアレイ３２の上面で反射もしくは２次電子を放出するため、これらの電子は検出器１４０で計測される。検出器１４０で計測した電子量が最小となる条件から、静電レンズアレイ３２を電子ビームが通過したとみなせる。または、静電レンズアレイ３２通過後の電子ビームはブランカアレイ３３上面で反射するため、検出器１５０により、電子ビームの通過を確認できる。

図２（ｃ）のように、静電レンズアレイ３２を通過した電子ビームがブランカアレイ３３を通過していない場合、静電偏向器１１０で電子ビームを偏向することにより、図２（ｄ）のようにブランカアレイ３３を通過させることができる。ブランカアレイ３３通過後の電子ビームは、ブランカアレイ３３上面で放出される反射もしくは２次電子の電子量が最小となる条件を検出器１５０で確認するか、または、下流にあって反射電子もしくは２次電子を検出する電子検出器９、または試料５を透過した電子を透過電子検出器９'で計測する。

図３（ａ）のように、アパーチャアレイ３１を通過した電子ビーム３００に回転ずれがあり、静電レンズアレイ開口３０１を通過していない場合、像回転レンズ１２０で電子ビームを回転することにより、図３（ｂ）のように静電レンズアレイ３２を通過させることができる。静電レンズアレイ３２を通過しない電子ビームは、静電レンズアレイ３２の上面で反射もしくは２次電子を放出するため、これらの電子は検出器１４０で計測される。検出器１４０で計測した電子量が最小となる条件から、静電レンズアレイ３２を電子ビームが通過したとみなせる。または、静電レンズアレイ３２通過後の電子ビームはブランカアレイ３３上面で反射するため、反射電子もしくは２次電子を電子検出器１５０で計測する。

同様に、静電レンズアレイ３２を通過した電子ビームに回転ずれがあり、ブランカアレイ３３を通過していない場合、像回転レンズ１３０で電子ビームを回転することにより、ブランカアレイ３３を通過させることができる。ブランカアレイ３３通過後の電子ビームは、検出器１５０で計測した電子量が最小となる条件で確認するか、または、下流の電子検出器９または透過電子検出器９'で計測する。

図４（ａ）は静電レンズアレイ３２に電圧を印加する前の状態、図４（ｂ）は電圧を印加した後の状態を示している。静電レンズアレイ３２の組立誤差等の影響で、静電レンズアレイ３２の電圧軸ＶＡＸが、アパーチャアレイ３１を通過した電子ビームの方向と異なる場合がある。このとき、電圧印加に伴い電子ビームは角度および回転が変化する。図４（ｃ）のように、静電偏向器１１０および像回転レンズ１３０を用いることにより、電圧印加に伴う電子ビームの角度および回転変化を調整し、ブランカアレイ３３を通過させることができる。

つぎに、本発明における像歪の補正方法について説明する。

８極静電偏向器１００および１１０を偏向器として用いる場合の電圧割振りは、Ｘ方向の偏向電圧、Ｙ方向の偏向電圧をそれぞれＶ_Ｘ、Ｖ_Ｙとすると、図５（ａ）のようになっている（図中、αは定数）。これに対し、図５（ｂ）のように電圧印加を行なうと、偏向器１００および１１０は非点補正器として働く。Ｖ_ＳＴＸ、Ｖ_ＳＴＹはそれぞれＸ、Ｙ方向の非点補正電圧である。

要素電子光学系３内の位置１００または１１０では、複数電子ビームの広がりが大きいため、この位置で非点補正器を作用させると、像歪が発生する。

照射光学系２および縮小光学系４および光軸に対して非対称な電磁場で発生する像歪を、非点補正器で発生する像歪でキャンセルするように調整することにより、照射光学系および縮小光学系での像歪を低減できる。

像偏向による歪に関しては、予め偏向器動作に伴う像歪を計測し、それをキャンセルするような像歪を偏向器に同期して非点補正器で発生させることにより低減する。

偏向器１００および１１０に、図５（ａ）および（ｂ）に示す電圧を重畳して印加することにより、偏向器と非点補正器の機能を同時に満たすことが可能となる。

前述の８極静電補正器１００および１１０は、電磁偏向器でもよい。この場合は、偏向器として動作させる電流と非点補正器として動作させる電流の和を印加する。

また、図６は、本発明の別の実施例を示す。すなわち、図６のように、マルチ電子ビーム形成部３がアパーチャアレイ３１と静電レンズアレイ３２とで構成されるマルチ電子ビーム露光装置でも、アパーチャアレイ３１と静電レンズアレイ３２との間に角度調整用偏向器（８極静電偏向器）１００および回転調整器（像回転レンズ）１２０を設置することにより、通過する電子ビームの角度および回転の調整を行い、また、角度調整用偏向器を非点補正器として作用させることにより、照射光学系、縮小光学系、光軸に対して非対称な電磁場および像偏向等で発生する像歪を低減するための補正を行なうことが可能となる。

また、図７は、本発明のさらに別の実施例を示す。すなわち、図７のように、マルチ電子ビーム形成部３がアパーチャアレイ３１とブランカアレイ３３とで構成されるマルチ電子ビーム露光装置でも、アパーチャアレイ３１とブランカアレイ３３との間に角度調整用偏向器（８極静電偏向器）１１０および回転調整器（像回転レンズ）１３０を設置することにより、通過する電子ビームの角度および回転の調整を行い、また、角度調整用偏向器を非点補正器として作用させることにより、照射光学系、縮小光学系、光軸に対して非対称な電磁場および像偏向等で発生する像歪を低減するための補正を行なうことが可能となる。

以上詳述したように、本発明によれば、複数荷電粒子ビームを形成する際、複数の開口を有する絞り板および静電レンズおよび偏向器群の間を荷電粒子ビームが通過するための調整を行ない、ビームの通過を確認することができ、さらに静電レンズ駆動に伴う荷電粒子ビームの傾きを調整することができる。また、照射光学系、縮小光学系、非光軸対称な電磁場および像偏向等により発生する像歪を低減するための補正を行なうことが可能となる。また、デバイス製造において、従来以上に歩留まりが高くスループットが高い製造が可能となる。

本発明の一実施例に係るマルチ電子ビーム露光装置の概略構成を示す図。 本発明による角度調整手段による角度調整方法を説明する図。 本発明における回転調整手段による像回転調整方法を説明する図。 本発明による角度調整手段により、静電レンズの軸倒れに伴うビーム角度変化を調整する方法を説明する図。 本発明における８極静電偏向器の偏向器の場合（ａ）および非点補正器の場合（ｂ）の電圧割振りを説明する図。 本発明の別の実施例になるマルチ電子ビーム露光装置の概略構成を説明する図。 本発明のさらに別の実施例になるマルチ電子ビーム露光装置の概略構成を説明する図。

符号の説明

１…電子銃、２…照射光学系、３…マルチ電子ビーム形成部、４…縮小電子光学系、５…試料（ウエハ）、６…偏向器、７…試料ステージ、８…マーク、９…電子検出器、９'…透過電子検出器、２０…コリメータレンズ、３１…アパーチャアレイ、３２…静電レンズアレイ、３２ａ…上電極、３２ｂ…中電極、３２ｃ…下電極、３３…ブランカアレイ、４１…第１縮小系第１投影レンズ、４２…第１縮小系第２投影レンズ、４３…第２縮小系第１投影レンズ、４４…第２縮小系第２投影レンズ、１００、１１０…８極静電偏向器、１２０、１３０…像回転レンズ、１４０、１５０…電子検出器、３００…アパーチャアレイを通過したビーム、３０１…静電レンズアレイ開口、３３０'…被ブランキングビーム、ＢＡ…ブランキング絞り、ＶＡＸ…静電レンズアレイ電圧軸。

Claims (5)

1. 荷電粒子源から放射される荷電粒子ビームを複数の荷電粒子ビームに分割するための複数の開口を有する絞り板と、
   前記複数の開口のそれぞれを通過した前記複数の荷電粒子ビームを個別に収束する個別収束手段と、
   前記個別収束手段で収束した前記複数の荷電粒子ビームのそれぞれを個別に偏向する個別偏向手段とで構成されるマルチビーム形成手段を有し、
   前記複数の荷電粒子ビームを被露光基板に露光するための縮小光学系を有する荷電粒子ビーム露光装置において、
   前記マルチビーム形成手段が、前記絞り板と前記個別収束手段との間および前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間における前記複数の荷電粒子ビームの角度を調整する角度調整手段と、
   前記絞り板と前記個別収束手段との間および前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間における前記複数の荷電粒子ビームの像回転を調整する回転調整手段と、
   前記絞り板と前記個別収束手段との間および前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間で荷電粒子ビームを検出する検出手段とを備え、
   前記角度調整手段を非点補正器として動作させることにより、少なくとも前記縮小光学系で生じる像歪を補正するよう構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
2. 前記角度調整手段が、前記絞り板と前記個別収束手段との間における前記複数の荷電粒子ビームの角度を調整する第１の静電偏向器と、前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間における前記複数の荷電粒子ビームの角度を調整する第２の静電偏向器とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
3. 前記回転調整手段が、前記絞り板と前記個別収束手段との間における前記複数の荷電粒子ビームの像回転を調整する第１の像回転レンズと、前記個別収束手段と前記個別偏向手段との間における前記複数の荷電粒子ビームの像回転を調整する第２の像回転レンズとで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
4. 荷電粒子源を有する照射光学系から放射される荷電粒子ビームを複数の荷電粒子ビームに分割するための複数の開口を有する絞り板と、
   前記複数の開口のそれぞれを通過した前記複数の荷電粒子ビームを個別に収束する個別収束手段と、
   前記複数の荷電粒子ビームの内、所望の荷電粒子ビームを遮蔽する遮蔽手段と、
   前記絞り板と前記個別収束手段との間における前記複数の荷電粒子ビームの角度を調整する第１の静電偏向器と、
   前記個別収束手段と前記遮蔽手段との間における前記複数の荷電粒子ビームの角度を調整する第２の静電偏向器とを少なくとも有するマルチビーム形成手段と、
   前記マルチビーム形成手段により形成された複数の荷電粒子ビームを縮小し、被露光基板に露光するための縮小光学系とを有する荷電粒子ビーム露光装置において、
   前記照射光学系または／及び前記縮小光学系で生じる像歪を相殺するような電圧を前記第１の静電偏向器及び第２の静電偏向器に印加する手段を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
5. 前記第１の静電偏向器及び前記第２の静電偏向器に非点補正器として動作する電圧と偏向器として動作できる電圧を重畳して印加することが可能であることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム露光装置。

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