JP6215061B2 - 電子ビーム露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電子線を用いて露光を行う電子ビーム露光装置に関する。

半導体装置の高集積化の進展に伴い、より微細なパターンを形成できる露光技術が求められており、新たな露光技術の開発が進められている。現在用いられている光露光技術ではＡｒＦ光源からの光が用いられているが、その波長が長いため線幅が１０ｎｍ以下の複雑なパターンの露光は困難といわれている。

一方、荷電粒子線を用いた露光技術は、極めて波長の短い荷電粒子線を用いるため本質的に解像度が高いという利点がある。しかし、十分な強度の電子ビームを得ることが困難なこともあり、荷電粒子線露光技術のみで微細なパターンを描画する場合には、実用的な処理速度が得られないという問題がある。

そこで、ＡｒＦ光源を用いた液浸露光技術と、荷電粒子線露光技術とを相補的に利用するコンプリメンタリ・リソグラフィが提案さていている。

コンプリメンタリ・リソグラフィでは、ＡｒＦ光源を用いた液浸露光においてダブルパターニングなどを利用することで、単純なラインアンドスペースパターンを形成する。次いで、荷電粒子線を用いた露光を通じて、ラインパターンの切断や、ビアの形成を行う。

このリソグラフィ技術では、荷電粒子線を用いた露光を行う部分の面積がパターン全体の面積の数％程度に限定される。そのため、電子ビームのみを用いてパターンの全域を露光する場合よりも少ない照射量で露光を終えることができ、スループットを上げられる可能性がある。

特開昭６１−１８７２３４号公報

Yasuda te.al, Japanese Journal of Applied Physics., Vol. 32, 6012, (1993)

そこで、本発明は、光露光と荷電粒子ビーム露光とを相補的に用いたリソグラフィ技術に好適な、荷電粒子ビーム露光装置を提供することを目的とする。

一観点によれば、荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、複数の開口が所定方向に並んだ開口列を複数列備え、前記荷電粒子ビームを複数本の荷電粒子ビームに成形するビーム成形アパーチャプレートと、前記開口に対応する部分に設けられた開口部及びブランキング電極を備え、前記荷電粒子ビームを個別に偏向させるブランカープレートと、前記ブランカープレートにより偏向された荷電粒子ビームを阻止し、前記ブランカープレートにより偏向されない荷電粒子ビームを通過させる最終アパーチャと、前記ビーム成形アパーチャプレートで成形された複数本の荷電粒子ビームを縮小して結像させる荷電粒子光学系と、一定のピッチで複数本のラインパターンが形成された半導体基板を保持するとともに、前記半導体基板を移動させるステージ装置と、前記荷電粒子源と前記ビーム成形アパーチャとの間に、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを前記複数の開口が並んだ方向に細長い断面形状に変形する非対称照明光学系と、前記非対称照明光学系と、前記ビーム成形アパーチャとの間に配置され、前記ビーム成形アパーチャプレートへの前記荷電粒子ビームの照射位置を変化させる選択偏向器と、前記ステージ装置の移動に応じて前記複数本の荷電粒子ビームをＯＮ又はＯＦＦさせることで、前記半導体基板の上に所定のパターンの露光を行う制御装置と、を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置が提供される。

上記観点の荷電粒子ビーム露光装置において、荷電粒子源と前記ビーム成形アパーチャとの間に、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを開口の方向に細長い断面形状に変形する非対称照明光学系を設けてもよい。

上記観点の電子ビーム露光装置によれば、複数本の荷電粒子ビームをステージ装置の移動に同期させてＯＮ又はＯＦＦさせることでパターンを露光させることができるため、荷電粒子ビームの照射位置を調整する光学系を簡素化できる。

非対称照明光学系を設けることで、荷電粒子ビームの無駄を減らして、より高い電流密度の荷電粒子ビームを実現でき、さらなる露光スループットの向上を図ることができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、コンプリメンタリ・リソグラフィを示す図である。 図２は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図３は、静電四重極電極を示す斜視図である。 図４（ａ）は、比較例に係る電子ビームの照射領域を示す図であり、図４（ｂ）は非対称照明光学系を用いた場合の電子ビームの照射領域を示す図である。 図５（ａ）は、ブランカープレートの平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のIII-III線での断面図である。 図６（ａ）は、第１実施形態におけるカットパターンの形成方法を示す図であり、図６（ｂ）はビーム成形アパーチャ板の開口部の形状を示す平面図である。 図７は、第１実施形態における試料の回転方向のずれに対する照射領域の修正方法を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図９は、第３実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図１０は、第４実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図１１は、図１０のビーム成形アパーチャ板の平面図である。 図１２は、図１０のブランカープレートの平面図である。 図１３は、図１０の開口部列選択偏向器によるビーム成形アパーチャ板での電子ビームの照射位置の変化を示す図である。 図１４は、第４実施形態の変形例に係るビーム成形アパーチャプレートの部分拡大図である。 図１５は、第５実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図１６は、第６実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図１７は、図１６の電子ビーム露光装置におけるコラムセルの配置の一例を示す図である。

実施形態の説明に先立って、コンプリメンタリ・リソグラフィの説明を行う。

図１は、コンプリメンタリ・リソグラフィを示す図である。

コンプリメンタリ・リソグラフィでは、横方向のラインパターンによって形成される配線層と、縦方向のラインパターンによって形成される配線層とを交互に重ね合わせて、配線パターンを形成する。

図１（ａ）は、半導体基板の配線層の中のＮ層目のラインアンドスペースパターンと、ラインパターンをカットするためのカットパターン８３の配置の例を示している。図示のラインアンドスペースパターンでは、横方向（Ｘ方向）に延びる一定幅のラインパターン８１ａ及びスペース８２ａが交互に配置されている。これらのラインアンドスペースパターンは、ＡｒＦ光源を用いた液浸露光とダブルパターニングを組み合わせた狭ピッチ化技術により形成する。

一方、カットパターン８３は、単純な線ではなく、微細な矩形パターンであるため、ＡｒＦ光源を用いた光露光での形成は困難である。そこで、解像度に優れた電子ビーム（荷電粒子ビーム）で露光する。

図中の格子状のライン８４ａ、８４ｂは、設計データ上に設定されたパターンの配置位置を示すラインであり、ラインパターン８１ａ及びスペース８２ａは横方向のライン８４ａに沿って配置される。

一方、カットパターン８３は、縦方向のライン８４ｂに沿って配置される。カットパターン８３の形状はラインパターン８１ａを縦方向に横切る長さの矩形状パターンであればよい。図示のように、カットパターン８３の全体の中で占める面積比率はわずかである。そのため、電子ビーム露光でも実用的なスループットが得られる。

図１（ｂ）は、Ｎ＋１層目のラインアンドスペースパターンと、Ｎ層目のカットパターン８３との位置関係の例を示す図である。

図１（ｂ）に示すように、Ｎ＋１層目のラインアンドスペースパターンは、縦方向（Ｙ方向）に延びる一定幅のラインパターン８１ｂ及びスペース８２ｂが交互に配置されてなる。ラインパターン８１ｂは、設計データ上の縦方向のライン８４ｂに沿って配置されている。

横方向のラインパターン８１ａと縦方向のラインパターン８１ｂとが交差する部分は、これらのパターンを接続するビアを形成する部分となる。

カットパターン８３の位置が横方向にずれると、ビアパターンと干渉する恐れがある。そのため、カットパターン８３はラインパターン８１ｂの間の部分に正確に配置することが求められ、横方向への要求精度が高い。一方、カットパターン８３の縦方向の長さはラインパターン８１ａの線幅よりも長いため、カットパターン８３の縦方向の位置は多少ずれていても特に問題は生じない。

上記のカットパターン８３の特性に着目して、以下に説明する実施形態では、多数の電子ビームを用いて、簡素な装置構成で効率よく電子ビーム露光を実施できる電子ビーム露光装置について説明する。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。

図２に示すように、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０は、電子ビームＥＢ ₀ を発生させる電子銃１及びその光学系を収めた円筒状の筐体（コラムセル）１１と、コラムセル１１の下方に配置されたステージ装置７と、各部を制御する制御装置１３とを備える。

コラムセル１１の電子銃１からは、所定の加速電圧（例えば５０ｋｅＶ）の電子ビームＥＢ₀が放出される。電子ビームＥＢ₀は、第１アパーチャ板２の開口２ａを通過することで、光軸ｃ周りに対称な円形の断面に成形される。

第１アパーチャ板２の下方には非対称照明光学系３が配置されており、電子ビームＥＢ₀を一方向（Ｘ方向）に長く、他方（Ｙ方向）に短い縦長の断面形状に変形させた電子ビームＥＢ₁を生成させる。

図３は、非対称照明光学系３を静電四重極レンズ群とした例を示す斜視図である。

図３に示すように、この非対称照明光学系３は、光軸ｃの周りに配置された静電四重極電極５１ａが光軸方向に４段重ねて構成されてなり、光軸ｃ付近に静電四重極場を発生させる。この静電四重極場を適宜調整することで断面が縦長の電子ビームＥＢ₁を成形できる。

電子ビームＥＢ₁は、ビーム成形アパーチャプレート２１の照射領域Ｓ₁に照射される。

ビーム成形アパーチャプレート２１には、複数の開口部２１ａが電子ビームＥＢ₁の照射領域Ｓ₁の長手方向（Ｘ方向）と同じ向きに一列に並んで設けられている。これらの開口部２１ａにより、開口部２１ａの数と等しい数の複数の電子ビームＥＢ₃が成形される。

図４（ａ）は、比較例に係る電子ビームＥＢ₁の照射領域Ｓ₉₉を示す図であり、図４（ｂ）は本実施形態に係る電子ビーム照射領域Ｓ₁を示す図である。

図４（ａ）に示す比較例では、非対称照明光学系３を用いずに断面が円形の電子ビームをそのまま照射しているため、照射領域Ｓ₉₉に対する開口部２１ａの面積の割合が少ない。比較例では電子銃１から放出された電子の大部分が利用されずに捨てられており、ビーム成形アパーチャ板を通過する電子ビームＥＢ₃の電流密度も低い。

これに対し、図４（ｂ）に示すように、本実施形態では非対称照明光学系３を用いて電子ビームＥＢ₁を縦長の断面形状に成型した上でビーム成形アパーチャプレートの上に照射している。この場合には、電子ビームＥＢ₁の照射領域Ｓ₁に対する開口部２１ａの面積の割合が増大し、より多くの割合の電子を露光に利用できる。そのため、より電流密度が大きな電子ビームＥＢ₃を生成でき、より短い時間の照射でパターンの描画を実施できる。

本実施形態において、ビーム成形アパーチャプレート２１の開口部２１ａは、露光の際のステージ装置７の移動方向に対して直交する方向に一列に並ぶように配置することで、複数の電子ビームＥＢ₃を用いた露光が同時に進行するようにする。

図２のビーム成形アパーチャプレート２１の下方には、ブランカープレート３１が配置されている。

図５（ａ）は、ブランカープレート３１を拡大して示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のIII−III線での断面図である。

図５（ａ）に示すように、ブランカープレート３１はビーム成形アパーチャプレート２１の近くに配置されており、ブランカープレート３１の本体３１ｅの上に開口３１ａが設けられている。開口３１ａは、開口部２１ａよりも大きく形成されており、電子ビームＥＢ₃を通過させることができる。各開口３１ａの横には、電子ビームＥＢ₃を偏向させるためのブランキング電極３１ｂ、３１ｃがそれぞれ設けられている。ブランキング電極３１ｂ、３１ｃは、配線３１ｄ及び不図示の端子を介して駆動回路に接続されている。なお、ブランキング電極３１ｂ、３１ｃ及び配線３１ｄは、厚さ数μｍ〜数十μｍ程度の導体膜を、ブランカープレート３１の本体３１ｅの上にパターニングすることで一体的に形成される。ブランキング電極３１ｂ、３１ｃは、電子ビームの照射による損傷を防ぐために、電子ビームＥＢ₃の下流側の面に形成することが好ましい。

図５（ｂ）に示すように、ブランキング電極３１ｂ、３１ｃへ電圧を印加すると、開口３１ａを通過した電子ビームＥＢ₃が符号ＯＦＦを付した軌道に示すように、大きく曲げられる。その結果、図２に示すように、ブランキング電極３１ｂ、３１ｃで曲げられた電子ビームＥＢ_offは、ブランカープレート３１の下方に配置された最終アパーチャ５の開口５ａの外側に導かれて、最終アパーチャ５によって阻止される。

一方、ブランキング電極３１ｂ、３１ｃに電極を印加しない場合には、電子ビームＥＢ₃は最終アパーチャ５の開口５ａを通過する。すなわち、個々のブランキング電極３１ｂ、３１ｃへの電圧を印加するか否かによって、個々の電子ビームＥＢ₃のＯＮ又はＯＦＦを制御できる。

ブランカープレート３１の下方には、第１電磁レンズ４ａ、第２電磁レンズ４ｂ、第３電磁レンズ４ｃ及び第４電磁レンズ４ｄが設けられている。これらの第１〜第４の電磁レンズ４ａ〜４ｄが協同することで、ビーム成形アパーチャプレート２１の開口部２１ａの像が所定の縮小倍率αで縮小されて試料８０の表面に結像される。

電磁レンズ４ｂと電磁レンズ４ｃとの間には最終アパーチャ５が配置されている。最終アパーチャ５の光軸付近には円形の開口５ａが設けられており、ブランカープレート３１で偏向されなかった電子ビームＥＢ₃のみを通過させる。

最終アパーチャ５の下方には、ステージフィードバック偏向器６が設けられている。このステージフィードバック偏向器６は、開口部２１ａの列と同じ方向（Ｘ方向）から光軸Ｃを挟むように配置された一対の電極板を有している。このステージフィードバック偏向器６により、電子ビームＥＢ₃の照射位置をＸ方向に微調整できる。

一方、コラムセル１１の下方には、ステージ装置７が設けられている。ステージ装置７は、その上面に試料８０を保持するとともに、駆動装置８により水平方向及び回転方向に駆動可能となっている。

また、ステージ装置７の横にはレーザ干渉計又はラインセンサ等よりなる位置センサ９が設けられており、ステージ装置７の位置をｎｍ精度で正確に測定できる。位置センサ９の検出結果は、駆動装置８の制御及びステージフィードバック偏向器６の制御に利用される。

以上の本実施形態に係る電子ビーム露光装置１０において、カットパターンやビアの露光は、ステージ装置７を開口部２１ａの列方向（Ｘ方向）と直交する方向に移動させながら行う。以下、本実施形態におけるパターンの露光方法について説明する。

図６（ａ）はＮ層目のラインパターン８１ａに対する露光の際の電子ビームの照射領域２３を示す図であり、図６（ｂ）は、ビーム成形アパーチャプレート２１の開口部２１ａの形状と配置を拡大して示す図である。なお、図６（ｂ）ではカットパターンの露光用の開口部２１ａを例に説明する。ここでは、カットパターンについて説明するが、ビアパターンについてもパターンの形状及び照射位置を変えれば同様の方法で露光できる。

図６（ａ）に示すように、試料８０の表面において、開口部２１ａを所定の縮小倍率αで縮小した照射領域２３に電子ビームＥＢ₃が照射される。この照射領域２３は、矩形状であり、Ｎ＋１層目のラインパターン８１ｂの間のスペース部分に位置決めされる。

各照射領域２３のピッチＰ₂は、Ｎ＋１層目のラインパターン８１ｂの同一のピッチで並ぶ。照射領域２３のＸ方向の長さＡ₂は、隣接するラインパターン８１ｂ間のスペースの幅Ｄ₂と同じ又はそれ以下に設定される。また、照射領域２３のＹ方向の長さＢ₂は、Ｎ層目のラインパターン８１ａの幅Ｄ₁よりも長く設定される。

このような照射領域２３の形成するために、ビーム成形アパーチャプレート２１の開口部２１ａの幅Ａ₁、長さＢ₁及びピッチＰ₁は、照射領域２３の幅Ａ₂、長さＢ₂及びピッチＰ₂を、それぞれ縮小倍率α倍とすればよい。

なお、カットパターンの幅、長さ及びピッチは、ラインパターンの線幅及びピッチを規定するプロセスノードに応じて変化する。そのため、本実施形態では異なるプロセスノードの試料８０の露光を行う場合には、それに応じたサイズ及びピッチの開口部２１ａを備えたビーム成形アパーチャプレート２１を用いて露光を行えばよい。

次に、制御装置１３の制御の下で、図６（ａ）の矢印Ｍに示す方向にステージ装置７を移動させながら、照射領域２３がＮ層目のラインパターン８１ａを横切るように重なったタイミングで、所望の電子ビームＥＢ₃をＯＮさせることで、カットパターンの露光を行う。

本実施形態では、ステージ装置７のＸ方向の変位を常に位置センサ９で検出し、その検出結果に基づいてステージフィードバック偏向器６で照射領域２３のＸ方向の位置を試料８０の表面に追随させることで、Ｘ方向の精度を確保する。

ステージフィードバック偏向器６は、試料８０の回転方向の配置ずれによる誤差の修正にも用いられる。

図７は、試料８０の回転方向ずれに対する照射領域２３の修正方法を示す平面図である。

回転方向の配置ずれは、ステージ装置７の機械的な精度や、ステージ装置７に試料８０を載置する際の誤差によって発生する。図７に示すように、ステージ装置７のＹ方向の移動量の増大とともに、Ｘ方向の位置ずれΔＸも増加する。そこで、位置決めマークなどを用いて予め試料８０の回転方向の角度ずれΔθを測定しておき、ステージフィードバック偏向器６を用いて、ステージ装置７のＹ方向の移動に伴う照射領域２３のＸ方向の位置ずれを補償する。これにより、試料８０に回転ずれが生じていても高い精度でカットパターンの露光を行える。

以上のように、本実施形態の電子ビーム露光装置１０によれば、ビーム成形アパーチャプレート２１の開口部２１ａを１次元方向に一列に並べるとともに、非対称照明光学系３を用いて、開口部２１ａのアレイに合わせて電子ビームの断面を偏平に変形させている。これにより、電子銃１の電子の放出量を増加させることなく、高い電流密度で複数の電子ビームＥＢ₃を用いた露光を行うことができる。これにより、多数のビアやカットパターンを短時間で露光できる。

また、電子ビームＥＢ₃の位置決めは、ステージフィードバック偏向器６のみでよいため電子光学系を簡素化できる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る電子ビーム露光装置２０のブロック図である。なお、本実施形態の電子ビーム露光装置２０において、図２の電子ビーム露光装置１０と同一の構成には、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図８に示すように、本実施形態の電子ビーム露光装置２０では、非対称照明光学系３とビーム成形アパーチャプレート２１との間に、１次ビーム成形板４１が配置されている点で、電子ビーム露光装置１０と異なる。

１次ビーム成形板４１は、ビーム成形アパーチャプレート２１の開口部２１ａの列よりもわずかに幅及び長さが大きい矩形状のスリット開口４１ａを備えている。このスリット開口４１ａにより電子ビームＥＢ₁の断面が矩形に成形され、ビーム成形アパーチャプレート２１の上に矩形状の照射領域Ｓ₂を形成する。

本実施形態では、１次ビーム成形板４１を設けることで、ビーム成形アパーチャプレート２１に照射される電子の量を減らすことができる。これにより、ビーム成形アパーチャプレート２１の発熱による劣化や損傷を防止できる。

ビーム成形アパーチャプレート２１は、開口部２１ａの形成のために高精度の微細加工が施されるため高価な部品であるため、劣化や損傷はランニングコストの増大につながる。また、ビーム成形アパーチャプレート２１が劣化した場合には、その交換作業を行う際に場合には装置の稼働を停止する必要があり、装置の稼働率が低下してしまう。

これに対し、本実施形態によれば、電子ビームによるビーム成形アパーチャプレート２１の劣化や損傷を低減でき、電子ビーム露光装置２０の稼働率の向上及び運用時のコストの低減を図れる。

なお、本実施形態において、１次ビーム成形板４１と、ビーム成形アパーチャプレート２１との間に、スリット開口４１ａの像を結像させるための１又は複数組の電磁レンズを設けてもよい。この場合には、ビーム成形アパーチャプレート２１上の照射領域Ｓ₂をよりシャープなものとすることができ、電子ビームの収差が低減される。その結果、試料８０に表面により鮮明な開口部２１ａの像を結像させることができ、微細なパターンを精度よく露光できる。

（第３実施形態）
図９は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置３０のブロック図である。なお、電子ビーム露光装置３０において、図２〜図８で説明した電子ビーム露光装置１０、２０と同一の構成については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の電子ビーム露光装置３０は、ビーム成形アパーチャプレート２１と、非対称照明光学系３との間に、１次ビーム成形板４２と、電磁レンズ６１ａ、６１ｂを備えている。

本実施形態の１次ビーム成形板４２には、開口部２１ａと同じ数の矩形状の開口部４２ａがＸ方向に一列に並ぶようにして形成されている。開口部４２ａは、ビーム成形アパーチャプレート２１の開口部２１ａよりも大きく、且つ開口部２１ａとほぼ同じピッチで形成されている。

非対称照明光学系３で偏平に成形された電子ビームＥＢ₁は、１次ビーム成形板４２の照射領域Ｓ₁に照射される。そして、１次ビーム成形板４２の開口部４２ａを通過することで、複数本の矩形状の電子ビームＥＢ₁₁に成形される。

電子ビームＥＢ₁₁は、電磁レンズ６１ａ及び電磁レンズ６１ｂによって、ビーム成形アパーチャプレート２１の上に結像され、ビーム成形アパーチャプレート２１の各開口部２１ａに対応する照射領域Ｓ₁₁に照射される。

本実施形態によれば、１次ビーム成形板４２によって、ビーム成形アパーチャプレート２１に照射される電子の量を、スリット４１ａを用いる場合よりも減らすことができるため、ビーム成形アパーチャプレート２１の劣化や損傷をより効果的に防止できる。

また、１次ビーム成形板４２によって電子ビームＥＢ₁₁の電流量が減るため、電子同士のクーロン相互作用による色収差（電子の速度のばらつき）を減らすことができ、露光パターンの精細度向上を図ることができる。

（第４実施形態）
図１０は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置４０のブロック図である。なお、電子ビーム露光装置４０において、図２〜図９を参照して説明した電子ビーム露光装置１０、２０、３０と同一の構成には、同一の符号を説明してその詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態の電子ビーム露光装置４０は、開口部２１ａを複数列備えたビーム成形アパーチャ２２と、それに対応したブランカープレート３４と、開口部２１ａを選択するための選択偏向器６２ａ、６２ｂとを備えている。

図１１は、本実施形態に係るビーム成形アパーチャプレート２２の部分拡大図である。

図１１に示すように、本実施形態のビーム成形アパーチャ２２には、Ｘ方向に並んだ開口部２１ａの列が、Ｙ方向に離れて少なくとも２列設けられている。各開口部２１ａは、同じ形状であり、Ｘ方向の位置も等しい。なお、図示の例では開口部２１ａは２列となっているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、３列またはそれ以上であっても構わない。

一方、図１０に示すように、ビーム成形アパーチャプレート２２の下には、ブランカープレート３４が配置される。

図１２は、ブランカープレート３４の平面図である。このブランカープレート３４には、ビーム成形アパーチャプレート２２の開口部２１ａに対応する部分に開口部３１ａが形成されている。各開口部３１ａは、開口部２１ａよりも大きく形成されており、開口部２１ａを通過した電子ビームが通過可能となっている。

そして、これらの開口部３１ａのＹ方向の両側に、ブランキング電極３１ｂ、３１ｃがそれぞれ設けられている。本実施形態では、Ｘ方向に同じ位置に形成された開口部３１ａのブランキング電極３１ｂ同士を配線３７ａを介して並列に接続し、ブランキング電極３１ｃ同士を配線３７ｂを介して並列に接続する。

これにより、開口部３１ａの並列数を増大させた場合であっても、駆動回路６５ａ、６５ｂの数を増加させる必要がなくなり、装置構成を簡略化できる。

さらに、図１０に示すようにビーム成形アパーチャ２２の上方には、第１の選択偏向器６２ａと第２の選択偏向器６２ｂとが設けられている。

第１の選択偏向器６２ａは、１次ビーム成形板４１を通過した電子ビームＥＢ₁を、Ｙ方向に偏向させ、第２の選択偏向器６２ｂは第１の選択偏向器６２ａで偏向された電子ビームＥＢ₁を、光軸ｃに平行な向きに揃える。

図１３は、選択偏向器６２ａ、６２ｂによる電子ビームＥＢ₁の照射領域Ｓ₂の変更を示す図である。

図１３の矢印に示すように、第１の選択偏向器６２ａ及び第２の選択偏向器６２ｂによって、照射領域Ｓ₂の位置を他のビーム成形アパーチャプレート２２上の開口部２１ａの列に切り替えることができる。

電子ビーム露光装置４０では、長時間露光を行うことにより、ブランカープレート３４の開口部３１ａによるブランキング動作に異常が生じたり、ビーム成形アパーチャプレート２１が劣化していずれかの電子ビームＥＢ ₃ に異常が生じるおそれがある。

このような場合であっても、図１３に示すように、選択偏向器６２ａ、６２ｂを用いて別の開口部２１ａの列に切り替えることで、電子ビーム露光装置４０を停止させることなく、露光を進めることができる。

（第４実施形態の変形例）
図１４は、本変形例に係るビーム成形アパーチャプレート２３の部分拡大図である。

図１４に示すように、本変形例のビーム成形アパーチャプレート２３には、それぞれ異なる形、サイズ及びピッチの開口部２１ａ〜２１ｄの列が複数設けられている。

すなわち、ビーム成形用アパーチャプレート２３には、カットパターン用の開口部２１ａの列と、ビアパターン用の開口部２１ｂの列とが形成されている。さらに、異なるプロセスノードに対応したカットパターン用の開口部２１ｃ及びビアパターン用の開口部２１ｄが形成されている。

本変形例では、選択偏向器６２ａ、６２ｂを用いて電子ビームＥＢ ₁ の照射位置を、開口部２１ａの列から開口部２１ｂの列に変えることで、カットパターンの露光とビアパターンの露光とを切り替えることができる。

また、異なるプロセスノードの配線パターンが混在する試料８０の露光を行う場合には、例えば開口部２１ａの列から開口部２１ｃの列に電子ビームＥＢ₁の照射位置を切り替えることで露光を続けることができる。

これにより、ビーム成形アパーチャプレートの交換作業が不要となり、電子ビーム露光装置４０を停止させることなく、カットパターンやビアパターンの露光を実施できる。

（第５実施形態）
図１５は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置５０のブロック図である。なお、電子ビーム露光装置５０において、図２〜図１４に示す電子ビーム露光装置１０、２０、３０、４０と同一の構成については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１５に示すように、電子ビーム露光装置５０は、非対称照明光学系３と１次ビーム成形板４２との間に、１次ビーム成形板４３への電子ビームＥＢ₁の照射位置を調整する電磁偏向器６３ａ、６３ｂを備えている。

１次ビーム成形板４３には、複数の開口４３ａ、４３ｂ、４３ｃが形成されている。 開口４３ａはＸ方向に細長いスリットとなっており、開口４３ｂはＸ方向に一列に並んだ矩形の開口である。開口部４３ｃは、Ｙ方向に細長いスリットとなっている。

本実施形態の電子ビーム露光装置５０は、電磁偏向器６３ａ、６３ｂを用いていずれかの開口４３ａ〜４３ｃに細長い電子ビームＥＢ₁を照射する。

なお、開口部４３ｃのように、Ｙ方向に縦長の開口に電子ビームＥＢ₁を照射する場合には、図３に示す非対称照明光学系３（四重極静電偏向器）の各電極５１ａに印加する電圧の組み合わせを光軸周りに９０°ずらせばよい。

１次ビーム成形板４３の下方には、ビーム成形アパーチャプレート２４が設けられている。本実施形態のビーム成形アパーチャプレート２４には、１次ビーム成形板４３の開口部４３ａ、４３ｂ、４３ｃに対応する位置に、複数の開口部２１ａ、２４ａが設けられている。このうち、開口部２４ａは、Ｙ方向に一列に配置されている。

この開口部２４ａを通過した電子ビームは、Ｙ方向に一列に並ぶ。これにより、ステージ装置７をＸ方向に移動させながら電子ビームを照射することで、Ｙ方向に延びたパターンに対するカットパターンを露光できる。

そのため、本実施形態の電子ビーム露光装置５０では、試料８０を９０°回転させることなく、Ｘ方向に延びるラインパターン８１ａに対するカットパターンと、Ｙ方向に延びるラインパターン８１ｂに対するカットパターンとを露光できる。

（第６実施形態）
図１６は、第６実施形態に係る電子ビーム露光装置６０を示すブロック図である。なお、本実施形態において、図２〜図１５に示す電子ビーム露光装置１０、２０、３０，４０、５０と同一の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１６に示すように本実施形態の電子ビーム露光装置６０は、真空チャンバー１２内に複数のコラムセル１１を備えており、これらのコラムセル１１の下に試料８０を保持するステージ装置７が設けられている。各コラムセル１１内には、電子光学系を構成する電子銃、ビーム成形アパーチャプレート、ブランカープレート、最終アパーチャ、電磁レンズ群、及びステージフィードバック偏向器等（図２〜図１５参照）が収められている。各コラムセル１１からは、例えば２０００本程度の電子ビームＥＢ₃が照射される。

図１７は、図１６の電子ビーム露光装置６０におけるコラムセル１１の配置の一例を示す平面図である。

図１７に示すように、各コラムセル１１は、例えば直径４０ｍｍ程度の円筒状に形成されており、試料８０として直径３００ｍｍ〜４００ｍｍの半導体ウエハの上に例えば６０本程度配置されている。各コラムセル１１から発生した複数の電子ビームＥＢ₃は、照射領域６６に示す幅の領域に照射される。

ステージ装置７を矢印に示すようにＹ₁又はＹ₂方向に移動させることで、試料表面にカットパターンやビアパターンの露光を行う。また、Ｙ₁又はＹ₂方向にコラムセル１１のピッチと同じ４０ｍｍ程度移動させた後は、試料８０をＸ₁方向に照射領域６６の幅だけ移動させた後、Ｙ₁又はＹ₂方向に移動させることで、露光を行う。

本実施形態によれば、複数本のコラムセル１１を用いて、同時に多数の電子ビームを用いて露光を行うため、より露光のスループットが向上する。

各コラムセル１１で２０００本の電子ビームＥＢ₃を発生させる場合には、コラムセル数を６０本とした場合には全体で１２００００本の電子ビームＥＢ₃で露光を行うことができる。

各コラムセルあたりの露光面積が９００ｍｍ²となる程度のコラムセル配置数とした場合に、感度が１００μＣ／ｃｍ²のレジストに対して露光を行う場合について、露光の速度を試算したところ、１時間当たり１０枚程度の処理能力が得られることが確認できた。

１…電子銃、２…第１アパーチャ板、３…非対称照明光学系、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、６１ａ、６１ｂ…電磁レンズ、５…最終アパーチャ、６…ステージフィードバック偏向器、７…ステージ装置、８…駆動装置、９…位置センサ、１１…コラムセル、１２…真空チャンバー、１３…制御装置、１０、２０、３０、４０、５０、６０…電子ビーム露光装置、２１、２２、２３、２４…ビーム成形アパーチャプレート、３１、３４…ブランカープレート、４１、４２、４３…１次ビーム成形板、６２ａ、６２ｂ…選択偏向器、６３ａ、６３ｂ…電磁偏向器、８０…試料。

Claims (13)

1. 荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、
   複数の開口が所定方向に並んだ開口列を複数列備え、前記荷電粒子ビームを複数本の荷電粒子ビームに成形するビーム成形アパーチャプレートと、
   前記開口に対応する部分に設けられた開口部及びブランキング電極を備え、前記荷電粒子ビームを個別に偏向させるブランカープレートと、
   前記ブランカープレートにより偏向された荷電粒子ビームを阻止し、前記ブランカープレートにより偏向されない荷電粒子ビームを通過させる最終アパーチャと、
   前記ビーム成形アパーチャプレートで成形された複数本の荷電粒子ビームを縮小して結像させる荷電粒子光学系と、
   一定のピッチで複数本のラインパターンが形成された半導体基板を保持するとともに、前記半導体基板を移動させるステージ装置と、
   前記荷電粒子源と前記ビーム成形アパーチャとの間に、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを前記複数の開口が並んだ方向に細長い断面形状に変形する非対称照明光学系と、
   前記非対称照明光学系と、前記ビーム成形アパーチャプレートとの間に配置され、前記ビーム成形アパーチャプレートへの前記荷電粒子ビームの照射位置を変化させる選択偏向器と、
   前記ステージ装置の移動に応じて前記複数本の荷電粒子ビームをＯＮ又はＯＦＦさせることで、前記半導体基板の上に所定のパターンの露光を行う制御装置と、
   を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
2. 前記非対称照明光学系は、静電四重極電極を含む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. 前記ステージ装置をビーム成形アパーチャプレートの開口の列と直交する方向に移動させつつ、前記ステージ装置の移動に応じて前記複数本の荷電粒子ビームをＯＮ又はＯＦＦさせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
4. 前記ビーム成形アパーチャプレートの開口は、前記半導体基板上のラインパターンのピッチと前記荷電粒子光学系の縮小倍率との積に等しいピッチで配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
5. 前記ビーム成形アパーチャプレートの前記開口の列は、それぞれ同一形状の開口が同一ピッチで配置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。
6. 前記ブランカープレートには、同一形状の開口及びブランキング電極が同一ピッチで複数列配置されており、前記列と直交する方向のブランキング電極同士が並列に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
7. 前記ビーム成形アパーチャプレートの前記開口の列は、列ごとにそれぞれ異なる形状の開口が異なるピッチで配置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。
8. 前記ビーム成形アパーチャプレートと前記非対称照明光学系との間に、前記ビーム成形アパーチャプレートに到達する荷電粒子を制限する１次ビーム成形板を備え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。
9. 前記１次ビーム成形板と前記ビーム成形アパーチャプレートとの間に前記選択偏向器が配置されていることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
10. 前記ブランカープレートのブランキング電極は、前記荷電粒子ビームの出射側に設けら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。
11. 前記ステージ装置の変位を検出する位置検出器と、前記位置検出器の検出結果に基づいて前記複数の荷電粒子ビームの照射位置を微調整するステージフィードバック偏向器を備え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。
12. 一定のピッチで複数本のラインパターンが形成された半導体基板を保持するとともに、前記半導体基板を移動させるステージ装置と、
    前記ステージ装置の上方に配置され、各々が複数本の荷電粒子ビームを発生させる複数のコラムセルと、
    前記ステージ装置を一定方向に往復移動させつつ、前記ステージ装置の移動に同期させて前記複数本の荷電粒子ビームをＯＮ又はＯＦＦさせることで、前記半導体基板の上に所定のパターンを描画させる制御装置と、を備え、
    前記コラムセルは、荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、複数の開口を備え、前記荷電粒子ビームを複数本の荷電粒子ビームに成形するビーム成形アパーチャプレートと、前記開口に対応する部分に設けられた開口部及びブランキング電極を備え、前記荷電粒子ビームを個別に偏向させるブランカープレートと、前記ブランカープレートにより偏向された荷電粒子ビームを阻止し、前記ブランカープレートにより偏向されない荷電粒子ビームを通過させる最終アパーチャと、前記ビーム成形アパーチャプレートで成形された複数本の荷電粒子ビームを縮小して結像させる荷電粒子光学系と、一定のピッチで複数本のラインパターンが形成された半導体基板を保持するとともに、前記半導体基板を移動させるステージ装置と、前記荷電粒子源と前記ビーム成形アパーチャとの間に、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを所定方向に細長い断面形状に変形する非対称照明光学系と、前記非対称照明光学系と、前記ビーム成形アパーチャプレートとの間に配置され、前記ビーム成形アパーチャプレートへの前記荷電粒子ビームの照射位置を変化させる選択偏向器と、を有するとともに前記ビーム成形アパーチャプレートの開口は、前記ステージ装置の往復移動方向と直交する方向に複数の開口が並んだ開口列が複数列配置され、前記非対称照明光学系は前記荷電粒子ビームを前記複数の開口が並んだ方向に細長い断面形状に変形することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
13. 前記コラムセルにおいて、前記荷電粒子源と前記ビーム成形アパーチャとの間に、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを前記開口の方向に細長い断面形状に変形する非対称照明光学系を有することを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子ビーム露光装置。

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