JPH06290727A - 電子光学鏡筒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビーム断面の隣合う２辺の直交度を補正する
ことができ、また製造が容易な電子光学鏡筒を提供す
る。 【構成】 電子ビーム通路上に、第１，第２の成形アパ
ーチャ３，４と、これら両アパーチャ間に位置する偏向
器５および回転対称レンズ６とからなるビーム形状可変
装置２を配置する。また第１，第２成形アパーチャ３，
４間に第１四極子２１および第１回転レンズ２３を配置
し、第２成形アパーチャ４と試料８との間に第２四極子
２２および第２回転レンズ２４を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム露光装置、
走査型電子顕微鏡、電子ビーム測長機等に適用して好適
な電子光学鏡筒に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム通路上に配置した２枚の成形
アパーチャと、これら成形アパーチャ間に配置された偏
向器とからなるビーム形状可変装置を備えた電子光学鏡
筒は、電子ビーム露光装置、走査型電子顕微鏡、電子ビ
ーム測長機等に広く用いられている。

【０００３】近年、超ＬＳＩ技術の発展に伴って回路パ
ターン描画用の電子ビーム露光装置の開発が進められて
きた。この種の露光装置では描画パターンの精度が高い
こと、描画スループットが高いことが要求される。描画
スループットを高めるために、ビーム形状可変装置を備
えた電子ビーム露光装置が発明された（特開昭５２−１
１７５７４号公報）。この装置はパターンに合わせて矩
形断面の電子ビームの形状および大きさを可変し、試料
上で電子ビームを偏向器によって走査し、所望のパター
ンを描画するものである。この際、成形像の辺の方向が
偏向器による走査方向と一致しないとショットつなぎ精
度が劣化するという問題がある。すなわち、図６（ａ）
のようにビーム断面の辺の方向が走査方向と一致する場
合には正確なパターンが得られるが、同図（ｂ）のよう
に成形像が回転していたり、同図（ｃ）のようにビーム
断面の隣合う辺に直交度不良があると、ショットつなぎ
精度が著しく低下する。

【０００４】成形像の回転調整を可能にするために、成
形アパーチャを回転させる機構を備えた装置がある。ま
た、回転レンズによって成形像の回転を補正する電子光
学鏡筒も提案されている（特公昭５３−３７７１０号公
報）。これは図７に示すように２枚のスリット板３，
４、偏向系５およびレンズ６とからなるビーム断面形状
可変装置２を備え、このビーム断面形状可変装置２と試
料８との間に焦点距離を変えずに電子ビームを回転させ
ることができる電子レンズ１０を設けたものである。電
子レンズ１０としては、例えば２つの磁界型レンズ１０
ａ，１０ｂからなる複合型レンズが用いられる。このよ
うな構成においては、ビーム断面形状可変装置２によっ
て所望の断面形状が付与された電子ビームを電子レンズ
１０および投射レンズ７を介して試料８上に投影すれ
ば、スリット像の結像状態を変化させることなくビーム
断面を回転でき、それによってビーム断面の辺の方向と
偏向系９の走査方向を正確に一致させることができる。
なお、１は電子ビーム発生源である電子銃である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の電子光学鏡筒では図６（ｃ）に示したようなビー
ム断面の隣合う辺の直交度不良までは補正することがで
きなかった。そのために、この種の装置では成形アパー
チャを交換し、なるべく直交度がよい成形アパーチャを
使うという対策が採られるに留まっていた。

【０００６】電子ビーム画像のスループットの大幅向上
を目指して数マイクロメートル角の１セルにある複数の
パターンを一括して描画するセルプロジェクション光学
系が提案されている（Ｙ．Ｓｏｈｄａ，Ｙ．Ｎａｋａｙ
ａｍａ，Ｎ．Ｓａｉｔｏｕ，Ｈ．Ｉｔｏｈ，Ｈ．Ｔｏｄ
ｏｋｏｒｏ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ
９，２９４０（１９９１）。この装置では、投影する図
形寸法が大きいためパターンに歪があると精度劣化も非
常に大きい。またこの装置においてもビーム断面の隣合
う辺の直交度を修正する機構を具備していないので、直
交度の補正は依然としてできないという問題があった。

【０００７】一方、図８に示すような電子ビームを成形
アパーチャ４上に照射し、これを通過した矩形ビームの
Ｘ，Ｙ方向の縮小率を四極子レンズ系１１によって制御
する方式のビーム形状可変装置を備えた電子ビーム露光
装置が提案されている（岡山重夫：電子顕微鏡，Ｖｏ
ｌ．２５，Ｎｏ．３，１５９（１９９０）。この四極子
レンズ系１１を４５°回転させて使用すれば成形像の隣
合う２辺の直交度を変えることは可能である。しかし、
この装置では製作精度が厳しい四極子レンズ系１１で成
形像の結像を行っているので、僅かな製作誤差が結像特
性を大きく劣化させるという問題がある。このため製作
精度にきわめて高いものが要求され、製造が非常に困難
であるという問題があった。なお、１２は八極子偏向器
である。

【０００８】上記した通り従来の技術ではビーム断面の
隣合う２辺の直交度補正ができて、かつ製造が容易な電
子光学鏡筒はなかった。

【０００９】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、製造容易にしてビーム断面の隣合う２辺の直交度
を補正することができるようにした電子光学鏡筒を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、電子ビーム発生源と、電子ビーム通
路上に配置された２枚の成形アパーチャとこれら２枚の
成形アパーチャ間に配置された回転対称レンズと偏向器
からなるビーム形状可変装置とを備え、このビーム形状
可変装置によって成形された電子ビームを回転対称レン
ズによって試料上に結像させる電子光学鏡筒において、
前記電子ビーム発生源に近い成形アパーチャと試料面と
の間にそれぞれ少なくとも１つの四極子および電子ビー
ム像の回転手段を配置し、この四極子の励磁または印加
電圧に応じて試料面上のビーム形状を可変するようにし
たものである。第２の発明は、第１の発明において、四
極子は、２枚の成形アパーチャ間に配置された第１の四
極子と、ビーム形状可変装置と試料との間に配置された
第２の四極子とからなるものである。第３の発明は、第
１の発明において、ビーム形状可変装置はアパーチャ穴
選択によるビーム形状可変機能を有し、四極子は前記ビ
ーム形状可変装置と試料との間に配置されているもので
ある。

【００１１】

【作用】回転手段は電子ビーム像を回転させる。四極子
は励磁または印加電圧が変化すると、これに応じて試料
面上のビーム形状を変化させる。これにより、成形像の
隣合う２辺の直交度補正が可能になる。この際、成形像
の結像については回転対称レンズで行う。回転対称レン
ズは、製作精度への要求が四極子レンズより遥かに低
く、製造技術が既に確立されている。したがって、製作
が容易である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る電子光学鏡筒の第
１実施例を示す構成図である。本実施例は電子ビーム通
路上に配置された２枚の成形アパーチャ３，４と、これ
ら２枚の成形アパーチャ３，４間に位置する成形偏向器
５および成形レンズ６からなるビーム形状可変装置２を
備え、第１成形アパーチャ３と試料８との間に第１，第
２四極子２１，２２と、電子ビーム像の回転手段として
の第１，第２回転レンズ２３，２４を配置したものであ
る。第１四極子２１は、成形偏向器５と第２成形アパー
チャ４との間に配置され、また第１四極子２１と第２成
形アパーチャ４との間には第１回転レンズ２３が配置さ
れている。第２四極子２２は第２成形アパーチャ４と第
２回転レンズ２４との間に配設されている。なお、２５
は電子銃１とビーム形状可変装置２との間に配置された
照射レンズ、２６は第２回転レンズ２４と対物レンズ２
７との間に配置された縮小レンズ、２８は偏向器であ
る。

【００１３】このような構成において、電子銃１から放
射された電子は電子ビーム２９となり照射レンズ２５に
より第１成形アパーチャ３に照射される。第１成形アパ
ーチャ３と第２成形アパーチャ４は矩形の開口を有する
が、第１成形アパーチャ３の開口を通過した電子ビーム
２９は成形レンズ６によって第２成形アパーチャ４上に
結像される。このとき成形偏向器５に電圧を印加して、
第２成形アパーチャ４上での電子ビーム２９の照射位置
を変化させることにより、第２成形アパーチャ４の開口
を通過する電子ビーム２９の形状、大きさを変化させる
ことができる。ビーム形状可変装置２によってビーム形
状、大きさを成形された電子ビーム２９は、次に、第
１，第２四極子２１，２２および第１，第２回転レンズ
２３，２４によってビーム断面の隣合う２辺の直交度を
補正される。そして、直交度を補正された電子ビーム２
９は、縮小レンズ２６によって縮小された成形像に結像
される。さらに対物レンズ２７と偏向器２８によって、
試料８上の所望の位置に偏向、結像される。以上のよう
な構成によって成形像の隣合う２辺の直交度を補正する
機能をもつ電子光学鏡筒を実現することができる。

【００１４】なお、図１において、静電型の四極子２
１，２２を示したが、磁界型四極子を用いてもよい。ま
た、第１、第２四極子２１，２２は１段の四極子とした
が、収差特性の向上などのため、ビーム通路方向に多段
とした四極子群で構成してもよい。また、ビーム通路方
向に同一の位置に４５度回転させた２個の四極子を配置
した非点補正用スティグメータと同様の構成としてもよ
い。また、電子ビーム像回転手段としては第１，第２回
転レンズ２３，２４の代わりに後記するように成形アパ
ーチャ３，４を機械的に回転させる機構を用いてもよ
い。

【００１５】図２は上記実施例で用いた電界型四極子の
電子ビームに対する作用を説明するための図である。ビ
ーム軌道を囲んで４つの四極子電極３０を図に示すよう
に９０度ずつずらして配置する。四極子電極３０のう
ち、向かい合った２枚の電極には等電圧（＋Ｖ）を印加
する。印加する電圧はもう１組の向かい合った電極にか
かる電圧（−Ｖ）と大きさが等しく、正負が逆になるよ
うにする。このように電圧を印加すると、図のように電
気力線３１が生じ、ビーム断面をＸ方向に拡大、Ｙ方向
に縮小するので、例えば菱形のビーム断面を正方形に変
形することができる。このような作用を持つ四極子を上
記のように２組配置することによりビーム断面の隣合う
２辺の直交度を補正することができる。なお、菱形３２
は補正前のビーム断面、正方形３３は補正後のビーム断
面である。

【００１６】図３は本発明の上記第１実施例によるパタ
ーン直交度補正の過程の一例を示す図である。（Ａ）は
第１成形アパーチャ３を通過した直後のビーム形状で、
ビーム断面の隣合う２辺の直交度に誤差があるものとす
る。このビーム形状（Ａ）を第１四極子２１と第１回転
レンズ２３によって（Ｂ）のように変形する。この電子
ビームがビーム断面の直交度に誤差がある第２成形アパ
ーチャ４を通過すると（Ｃ）の斜線で示すようなビーム
形状となるが、これが平行四辺形になるように第１四極
子２１と第１回転レンズ２３を動作させる。さらに第２
四極子２２と第２回転レンズ２４を動作させて、（Ｃ）
のような平行四辺形のビーム形状を（Ｄ）の斜線で示す
ような矩形形状に変形する。以上のような過程で成形像
の隣合う２辺の直交度補正を行うことができる。

【００１７】図４は本発明の第２実施例を示す構成図で
ある。この実施例は成形偏向器５と縮小レンズ２６との
間に、第２成形アパーチャとしてのセルアパーチャ３
４、戻し偏向器３５、それぞれ１つからなる四極子３６
および回転レンズ３７を配置して構成したものである。
このような構成において、電子銃１から放射された電子
ビーム２９は照射レンズ２５によって第１成形アパーチ
ャ３に照射され、その開口を通過した電子ビームは成形
レンズ６によってセルアパーチャ３４上に結像される。
セルアパーチャ３４は数マイクロメートル角のセル３８
を複数もち、各セル３８はそれぞれ異なったパターン形
状の複数の開口をもっている。成形偏向器５に電圧を印
加して電子ビーム２９を所望のパターン形状の開口を持
つセル３８の位置に偏向し、戻し偏向器３５によって鏡
筒中心軸上に戻す。以上のようなセルプロジェクション
光学系と呼ばれるビーム形状可変装置３９によって得ら
れた成形像の隣合う２辺の直交度を補正する機構とし
て、戻し偏向器３５と試料８間にそれぞれ１つからなる
四極子３６と回転レンズ３７を設置する。この四極子３
６と回転レンズ３７に印加する電圧及び電流を調整する
ことによって成形像の隣合う２辺の直交度を補正するこ
とができる。これらを通過した電子ビームは縮小レンズ
２６によって縮小され、さらに偏向器２８と対物レンズ
２７によって試料８上の所望位置に結像される。第１成
形アパーチャ３ではなくセルパターンの直交度のみを補
正する必要がある場合には、この第２実施例のように、
成形アパーチャ間の第１の四極子２１（図１参照）を省
略してもよい。以上のような構成の装置によって成形像
の隣合う２辺の直交度を補正する機能を備えたセルプロ
ジェクション光学系を実現できる。

【００１８】以上述べたように、第１，第２実施例では
成形像の結像は成形レンズ６、縮小レンズ２６、対物レ
ンズ２７で行っているが、これらのレンズは全て回転対
称レンズであり、従来の四極子成形系（図８）が結像を
四極子で行うのと異なる。結像を回転対称レンズで行う
ので、製作精度への要求は通常の電子光学系部品と同程
度ですみ、特別高い精度を必要とせず製作が容易である
という利点がある。

【００１９】なお、前記実施例では矩形断面の電子ビー
ムの直交度を可変する例を示したが、四極子群を機械的
にまたは電気的に４５度回転させて使用することによ
り、矩形ビームの寸法を可変とすることも可能である。
この場合、結像をも四極子で行う従来の四極子成形光学
系（図８）と比較して製作精度への要求が低く、製造が
容易であるという利点が前記第１実施例と同様に得られ
る。

【００２０】図５は本発明の第３実施例を示す構成図で
ある。この実施例は、上記した第１実施例において第１
回転レンズ２３と第２回転レンズ２４によって電子ビー
ム像を回転させているのに代えて、第１アパーチャ回転
機構４１と第２アパーチャ回転機構４２によってそれぞ
れ第１成形アパーチャ３と第２成形アパーチャ４を機械
的に回転させることにより電子ビーム像を回転させるよ
うに構成したものである。このような構成においても上
記第１実施例と同様、成形像の隣合う２辺の直角度を補
正することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電子光
学鏡筒によれば、四極子と回転レンズを用いているの
で、高い部品精度が要求されずビーム断面の隣合う２辺
の直交度補正が可能となり、パターンのショットつなぎ
精度を大幅に向上させることができる。その結果、従来
のようにビーム断面の隣合う２辺の直交度を補正するた
めの成形アパーチャを交換する必要がなくなり、交換作
業の労力節減および経済性の向上にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子光学鏡筒の第１実施例を示す
構成図である。

【図２】電界型四極子の作用を説明するための図であ
る。

【図３】パターン直交度の補正過程の一例を説明するた
めの図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す構成図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す構成図である。

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来技術による描画
パターンつなぎ部の問題点を説明するための図である。

【図７】回転レンズを組み込んだ従来の電子光学鏡筒の
構成図である。

【図８】四極子成形光学系を含む従来の電子光学鏡筒の
構成図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ ビーム形状可変装置 ３ 第１成形アパーチャ ４ 第２成形アパーチャ ５ 成形偏向器 ６ 成形レンズ ８ 試料 １０ 電子レンズ ２１ 第１四極子 ２２ 第２四極子 ２３ 第１回転レンズ ２４ 第２回転レンズ ２６ 縮小レンズ ２７ 対物レンズ ２８ 偏向器 ３４ セルアパーチャ ３５ 戻し偏向器 ３６ 四極子 ３７ 回転レンズ ４１ 第１アパーチャ回転機構 ４２ 第２アパーチャ回転機構

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/09 Ａ 37/12 37/28 Ｚ 37/305 9172−5Ｅ Ｈ０１Ｌ 21/027

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビーム発生源と、電子ビーム通路上
   に配置された２枚の成形アパーチャとこれら２枚の成形
   アパーチャ間に配置された回転対称レンズと偏向器から
   なるビーム形状可変装置とを備え、このビーム形状可変
   装置によって成形された電子ビームを回転対称レンズに
   よって試料上に結像させる電子光学鏡筒において、 前記電子ビーム発生源に近い成形アパーチャと試料面と
   の間にそれぞれ少なくとも１つの四極子および電子ビー
   ム像の回転手段を配置し、この四極子の励磁または印加
   電圧に応じて試料面上のビーム形状を可変するようにし
   たことを特徴とする電子光学鏡筒。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電子光学鏡筒において、
   四極子は、２枚の成形アパーチャ間に配置された第１の
   四極子と、ビーム形状可変装置と試料との間に配置され
   た第２の四極子とからなることを特徴とする電子光学鏡
   筒。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電子光学鏡筒において、
   ビーム形状可変装置はアパーチャ穴選択によるビーム形
   状可変機能を有し、四極子は前記ビーム形状可変装置と
   試料との間に配置されていることを特徴とする電子光学
   鏡筒。