JP2000114147A - 荷電粒子ビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＢＡＡの接地電極及びブランキング電極の電
位が他の開口の電界に影響せずに開口部に強い電界を発
生できる荷電粒子ビーム露光装置の実現。 【解決手段】 電子銃９と、周囲に第１の電極52と第２
の電極53を有する複数の開口31が配列され、第１及び第
２の電極に印加する信号で各開口を通過するビームをオ
ン・オフ制御可能なブランキング・アパーチャ・アレイ
（ＢＡＡ）30と、ＢＡＡを通過したビームを偏向する偏
向手段14,16 と、ＢＡＡを通過したビームを試料100 上
に収束する収束手段15と、露光パターンに応じて各開口
の電極に印加する信号を制御する露光制御手段19,20 と
を備える荷電粒子ビーム露光装置において、第１及び第
２の電極52,53 は略同じ長さのＬ字形であり、各開口は
その周囲が対応する第１及び第２の電極でほぼ囲まれて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム露光装
置などの荷電粒子ビーム露光装置に関し、特に多数の制
御電極を有する開口を配列し、制御電極に印加する信号
で各開口を通過するビームをオン・オフ制御できるブラ
ンキング・アパーチャ・アレイ（ＢＡＡ）を備え、荷電
粒子ビームの走査に同期してＢＡＡを制御するＢＡＡ方
式の荷電粒子ビーム露光装置に関する。

【０００２】半導体集積回路は微細加工技術の進歩に伴
って一層高集積化される傾向にあり、微細加工技術に要
求される性能は益々厳しいものになってきている。とり
わけ露光技術においては、従来使用されているステッパ
などに用いられる光露光技術の限界が予想されている。
電子ビーム露光技術は、光露光技術に代わって微細加工
の次世代を担う可能性の高い技術である。以下、電子ビ
ーム露光を例として説明を行う。

【０００３】

【従来の技術】図１は、電子ビーム露光装置の従来例の
構成を示す図である。図１において、参照番号１はプロ
セッサを、２は磁気ディスクを、３は磁気テープ装置を
示し、これらの装置はバス４を介して互いに接続され、
且つバス４及びインターフェイス回路５をそれぞれ介し
てデータメモリ６及びステージ制御回路７に接続されて
いる。

【０００４】一方、８は筐体で、内部には電子銃９、レ
ンズ１０、ブランキング電極１１、レンズ１２、サブデ
フレクタ（副偏向器）用電極１４、レンズ１５、メイン
デフレクタ（主偏向器）用コイル１６及びステージ１７
が配置されている。試料１００はステージ１７上に載置
されており、ステージ１７はステージ制御回路７の出力
信号によりＸ方向及びＹ方向へ移動制御される。なお、
実際には、ビーム成形用の偏向器やアパーチャ、焦点を
微調整するためのコイルなど他にも多数の要素が設けら
れているが、ここでは図示及び説明を省略する。

【０００５】また、前記データメモリ６から読み出され
たデータは、パターン発生回路１９を通してパターン補
正回路２０に供給される。パターン補正回路２０は、ブ
ランキング信号をアンプ２１を介してブランキング電極
１１に印加し、また各々ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）２４
及び２６と、アンプ２５及び２７を介して電極１４及び
コイル１６へ信号を印加する。

【０００６】電子銃９により放射された電子ビームは、
レンズ１０を通過し、ブランキング電極１１により透過
又は遮断され、更に例えば３μｍ以下の平行な任意のシ
ョットサイズの矩形ビームに整形された後、サブデフレ
クタ用電極１４及びメインデフレクタ用コイル１６によ
り偏向されると共に、更に投影レンズ１５を通過して試
料表面に収束される。サブデフレクタの偏向可能領域は
メインデフレクタの偏向可能領域より小さく、応答速度
は逆にサブデフレクタによる整定時間がメインデフレク
タによる整定時間より短い。

【０００７】参照番号１８は、照射された電子ビームが
試料１００で反射され散乱することにより発生した散乱
電子を検出する反射電子検出器であり、２８は反射電子
検出器の出力を処理する反射電子検出回路である。試料
１００には、位置合わせのためのマークが設けられてお
り、このマークを電子ビームで走査するとマークのエッ
ジ部分で電子ビームの散乱状態が変化し、反射電子検出
器が検出する散乱電子の量が変化するので、反射電子検
出回路を監視することによりマークのエッジを検出する
ことができる。これを利用して位置合わせを行う。

【０００８】上記のように、サブデフレクタの応答速度
の方がメインデフレクタの応答速度より速いので、通常
はメインデフレクタによるメイン偏向範囲を、サブデフ
レクタによる偏向範囲より小さい複数のサブ偏向範囲に
分割し、メインデフレクタによる偏向位置を各サブ偏向
範囲の中心になるように設定した上で、サブ偏向範囲内
をサブデフレクタによる偏向位置を変化させながらパタ
ーン露光を行う。１つのサブ偏向範囲の露光が終了する
と、メインデフレクタによる偏向位置を変更して次のサ
ブ偏向範囲の露光を行う。この他に、ステージ１７を連
続的に移動しながら露光を行う連続移動方式などもあ
る。この場合は、メインデフレクタによる偏向位置をス
テージ１７の移動に同期して変化させながらサブ偏向範
囲内を順次露光する。

【０００９】露光方式には、サブ偏向範囲または所望の
範囲を微少な電子ビームで走査し、パターンに対応して
電子ビームをオン・オフ制御するラスタスキャン方式
や、露光パターンを基本的なブロックに分け、各ブロッ
クに対応する開口（アパーチャ）を通過させて成形した
電子ビームを露光することによりパターンを露光するブ
ロック露光方式などがある。

【００１０】以上が、従来の一般的な電子ビーム露光装
置の構成に関する概略説明である。上記のように、電子
ビーム露光装置はステッパなどの光露光技術に比べて解
像力が優れているが、スループットが低く、生産効率が
不十分であるという問題がある。このような問題を解決
するため、ブランキング・アパーチャ・アレイ（ＢＡ
Ａ）方式が提案されている。

【００１１】図２は、ＢＡＡ方式で使用するブランキン
グ・アパーチャ・アレイ（ＢＡＡ）３０を示す図であ
る。ＢＡＡ３０は、両側に信号用電極３２とアース電位
用の電極３３を有する多数の開口３１を図示のように配
列したものであり、例えば、図１のレンズ１２の下に配
置し、一様な電子ビームが入射するようにする。開口３
０の部分を通過する電子ビームは、電極３２に電圧を印
加しない時にはそのまま通過して試料１００上に照射さ
れるが、電極３２に電圧を印加した時にはビームの方向
が曲がり、試料１００に照射されない。すなわち、電極
３２に電圧を印加するかしないかで、開口３１を通過す
るビームのオン・オフが制御できる。

【００１２】ＢＡＡ方式における露光では、スキャンに
対応する電子ビームの偏向とＢＡＡ３０のオン・オフパ
ターンを同期させて変化させる。図３は、ＢＡＡ方式に
おける露光を説明する図であり、９個の開口３１が３列
３行に配列されている場合の例である。まず、図３の
（１）に示すように、ＢＡＡ３０を通過したビームがＢ
１の位置に照射されるように偏向される。この時、開口
（Ｌ１，Ｒ２）のみがオンで、他の開口はオフであると
すると、開口（Ｌ１，Ｒ２）を通過したビームが試料１
００上のＰ１（Ｌ１，Ｒ２）の位置に照射される。次
に、少しスキャンが進んで、図３の（２）に示すよう
に、ＢＡＡ３０を通過したビームがＢ２の位置に照射さ
れるように偏向される。ここで、開口（Ｌ２，Ｒ２）、
（Ｌ１，Ｒ１）、（Ｌ１，Ｒ３）のみがオンで他の開口
はオフであるとすると、開口（Ｌ２，Ｒ２）、（Ｌ１，
Ｒ１）、（Ｌ１，Ｒ３）を通過したビームのみが試料１
００上のＰ１（Ｌ２，Ｒ２）、Ｐ２（Ｌ１，Ｒ１）、Ｐ
３（Ｌ１，Ｒ３）の位置に照射される。ここで、（１）
と（２）での偏向量は、Ｐ１（Ｌ２，Ｒ２）はＰ１（Ｌ
１，Ｒ２）と同じ位置になるように変化しているとす
る。更にスキャンが進んで、図３の（３）に示すよう
に、ＢＡＡ３０を通過したビームがＢ３の位置に照射さ
れるように偏向される。ここで、開口（Ｌ３，Ｒ２）、
（Ｌ２，Ｒ１）、（Ｌ２，Ｒ３）、（Ｌ１，Ｒ１）、
（Ｌ１，Ｒ２）、（Ｌ１，Ｒ３）がオンで他の開口はオ
フであるとすると、これらの開口を通過したビームのみ
は試料１００上のＰ１（Ｌ３，Ｒ２）、Ｐ２（Ｌ２，Ｒ
１）、Ｐ３（Ｌ２，Ｒ３）、Ｐ４（Ｌ１，Ｒ１）、Ｐ５
（Ｌ１，Ｒ２）、Ｐ４（Ｌ１，Ｒ３）の位置に照射され
る。ここで、（２）と（３）での偏向量は、Ｐ１（Ｌ
３，Ｒ２）はＰ１（Ｌ２，Ｒ２）と、Ｐ２（Ｌ２，Ｒ
１）はＰ２（Ｌ１，Ｒ１）と、Ｐ３（Ｌ２，Ｒ３）はＰ
３（Ｌ３，Ｒ３）と同じ位置になるように変化している
とする。

【００１３】図示していないが、次には図３の（３）の
列Ｌ２のパターンをＬ１に、列Ｌ１のパターンをＬ２
に、Ｌ１には新しいパターンを印加し、同時にビームの
スキャンを進める。このような動作を行うことにより、
スキャン範囲の長さでＢＡＡ３０の開口の行の幅で任意
のパターンを露光することができる。この時、各点につ
いて開口の列数分の露光が行われる。なお、図２の開口
３１は千鳥状に配置されており、図２において縦方向に
スキャンを行うことにより、各行のスポットの間が埋め
られ一様な露光が行えるようにしている。

【００１４】以上のように、ＢＡＡ方式は、任意のパタ
ーンを自由に露光することができるという利点と共に、
スキャン信号を連続的に変化すればよいため、ベクタス
キャンの場合に必要なビームの整定時間がなく、高速の
スキャンが可能であり、高い効率で露光できるという利
点がある。更に、同一のスポットが複数回露光されるた
め、露光エネルギも高い。

【００１５】ＢＡＡ３０の各電極を図２に示すように形
成した場合、隣接する開口の電極の電位が相互に影響し
て各開口内に所望の電界を発生することができないとい
う問題があった。このような問題を解決するため、接地
電位を印加する電極３３をガード電極として使用する電
子ビーム露光装置が、"Fast Electron Beam Lithograph
y System with 1024 Beams Individually Controlled b
y Blanking ApertureArray"(Jpn. J. Appl. Phys. Vol.
32 (1993) PP6012-6017) に開示されている。図４は、
この文献に開示されているＢＡＡ３０の形状を示す図で
あり、（１）は電極形状を示す斜視図であり、（２）は
上面図であり、（３）は（２）の断面図のＡ−Ａ’の断
面図である。

【００１６】ＢＡＡ３０は、製作の都合上、図４の
（３）に示すように、基板に開口３１を形成し、基板の
上にメッキなどで接地電極４２とブランキング電極４３
を形成している。図４の（１）及び（２）に示すよう
に、接地電極４２は一方向に伸びる直線から各開口３１
の間に突き出た部分を有し、各開口毎に設けられた開口
３１の三方を囲むように設けられたコの字型の電極を接
続した形を有する。ブランキング電極４３は、接地電極
４２の設けられていない一方に独立して設けられた長方
形に近い形をしている。接地電極４２には共通に接地電
位が印加され、各ブランキング電極４３には、その開口
を通過する電子ビームを照射する時（オン時）に接地電
位が印加されて開口内には電界が形成されないように
し、その開口を通過する電子ビームを照射しない時（オ
フ時）に接地電位以外の所定の電位が印加されて開口内
に電界が形成され、通過する電子ビームを偏向して試料
１００には到達しないようにする。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す接地電極４
２及びブランキング電極４３であれば、ブランキング電
極４３の電界は、隣接する他の開口内の電界には影響を
及ぼさない。しかし、図４に示す接地電極４２及びブラ
ンキング電極４３では、接地電極４２及びブランキング
電極４３で囲まれる領域内に、形成される電界の強度が
非常に小さい範囲が発生する。図５は、図４に示す接地
電極４２及びブランキング電極４３で、ブランキング電
極４３に電圧を印加した時のこれらの電極で囲まれる領
域内の電界の強度分布のシミュレーション結果を示す図
である。図示のように、コの字の接地電極４２の奥の斜
線の部分４４は形成される電界の強度が小さく、通過す
る電子ビームを十分に偏向できないので、斜線の部分４
４を通過して電子ビームは試料１００に到達してしま
う。すなわち電子ビームを完全にオフできないことにな
る。斜線の部分４４を通過して試料１００に到達する電
子ビームは、小さいが電界の影響を受けるので、オンの
場合とは異なった位置に露光されることになり、オフパ
ターンのゴーストを生じ、露光品質を低下させるという
問題を生じる。

【００１８】ＢＡＡ方式の場合、オフする電子ビームに
ついてはある程度以上の偏向量があれば遮断してオフす
ることができる。そこで、上記のような問題を解決する
ため、接地電極４２とブランキング電極４３間に印加す
る電圧を高くすることも考えられるが、印加電圧を高く
するには配線間の絶縁を高めたり、電極間の距離を広く
する必要があり、別の問題を生じる。

【００１９】本発明は、上記のような問題に鑑みてなさ
れたものであり、ブランキング・アパーチャ・アレイ
（ＢＡＡ）方式の荷電粒子ビーム露光装置におけるブラ
ンキング・アパーチャ・アレイ（ＢＡＡ）の接地電極４
２とブランキング電極４３を改善して、隣接する他の開
口内の電界には影響を及ぼさず且つオフ時には完全に通
過する荷電粒子ビームを遮断できるＢＡＡ方式の荷電粒
子ビーム露光装置の実現を目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明のＢＡＡ方式の荷電粒子ビーム露光装置は、
接地電極とブランキング電極をそれぞれＬ字形とし、各
開口は接地電極とブランキング電極でほぼ囲まれるよう
にする。すなわち、本発明の荷電粒子ビーム露光装置
は、荷電粒子ビームを生成する電子銃と、周囲に第１の
電極と第２の電極を有する複数の開口が配列され、各開
口の第１及び第２の電極に印加する信号で各開口を通過
する荷電粒子ビームが試料上に照射されるかされないか
が制御可能なブランキング・アパーチャ・アレイと、ブ
ランキング・アパーチャ・アレイを通過した荷電粒子ビ
ームを偏向する偏向手段と、ブランキング・アパーチャ
・アレイを通過した荷電粒子ビームを試料上に収束する
収束手段と、露光パターンに応じてブランキング・アパ
ーチャ・アレイの各開口の電極に印加する信号を制御す
る露光制御手段とを備える荷電粒子ビーム露光装置にお
いて、第１及び第２の電極は略同じ長さのＬ字形であ
り、各開口は対応する第１及び第２の電極でほぼ囲まれ
ていることを特徴とする。

【００２１】例えば、第１の電極を共通の電位が印加さ
れる接地電極とし、第２の電極を各開口を通過する荷電
粒子ビームが試料上に照射されるかされないかを制御す
るブランキング信号が印加されるブランキング電極とし
た場合、複数の開口の周囲に設けられた第１の電極を列
毎に接続し、接地電位を印加する。本発明の荷電粒子ビ
ーム露光装置では、ブランキング・アパーチャ・アレイ
の第１及び第２の電極は略同じ長さのＬ字形であり、各
開口は対応する第１及び第２の電極でほぼ囲まれている
ので、第１及び第２の電極で囲まれる範囲には、従来と
同様の電圧を印加してもある程度以上の電界を発生させ
ることが可能である。従って、第１及び第２の電極に所
定の電圧を印加すれば、開口を通過する荷電粒子ビーム
を完全にオフすることが可能である。また、各開口は対
応する第１及び第２の電極でほぼ囲まれているので、隣
接する他の開口の第１及び第２の電極に印加される電位
が影響することもない。従って、各開口を通過する荷電
粒子ビームを、ブランキング信号に従って正確にオン・
オフすることが可能である。

【００２２】

【発明の実施の形態】図６は、本発明の実施例の電子ビ
ーム露光装置のブランキング・アパーチャ・アレイ（Ｂ
ＡＡ）の接地電極５２とブランキング電極５３の形状を
示す図であり、（１）が斜視図を、（２）が上面図を示
す。本実施例の電子ビーム露光装置は、ＢＡＡの接地電
極５２とブランキング電極５３の形状が異なるだけで、
他の構成はすべてこれまで説明したＢＡＡ方式の電子ビ
ーム露光装置と同じである。

【００２３】図６に示すように、本実施例のＢＡＡの接
地電極５２は、一方向に伸びる直線から各開口３１の間
に突き出た部分を有する。この突き出た部分は、開口３
１の一方の側の直ぐ横にある。ブランキング電極５３
は、接地電極４２の直線に伸びる部分と開口３１を挟ん
で対向する辺と開口３１の他方の側と接地電極５２の突
き出た部分との間の辺を結んだ形である。言い換えれ
ば、接地電極５２とブランキング電極５３は、開口３１
を囲む正方形の隣接する２辺をそれぞれ接続したＬ字形
で、一方向に配列された接地電極５２を接続した形であ
る。この形状であれば、ブランキング電極５３の電位が
隣接する他の開口３１の部分の電界に影響することはな
い。

【００２４】図７は、図６に示す接地電極５２及びブラ
ンキング電極５３で、ブランキング電極５３に電圧を印
加した時のこれらの電極で囲まれる領域内の電界の強度
分布のシミュレーション結果を示す図である。電界強度
の小さな斜線部分５４の範囲は、図５に比べて大幅に狭
くなっている。従って、図５の従来例と同じ強度のブラ
ンキング信号を印加しても、円形の開口３１を通過する
電子ビームはすべて遮断できる。

【００２５】接地電極５２及びブランキング電極５３
は、絶縁に必要な部分を除いて各開口３１の周囲をほぼ
完全に囲っていることが望ましく、各開口３１の周囲の
接地電極５２及びブランキング電極５３の長さはほぼ同
じであることが望ましい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の荷電粒子
ビーム露光装置によれば、接地電極及びブランキング電
極の電位が隣接する他の開口の電界に影響せず、従来に
比べて強い電界を発生できるので、開口を通過する荷電
粒子ビームを完全にオフすることが可能である。これに
より、各開口を通過する荷電粒子ビームを、ブランキン
グ信号に従って正確にオン・オフすることが可能であ
り、露光品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用し得る電子ビーム露光装置の一例
の構成を示す図である。

【図２】ブランキング・アパーチャ・アレイ（ＢＡＡ）
の例を示す図である。

【図３】ＢＡＡ方式における露光を説明する図である。

【図４】ブランキング・アパーチャ・アレイの従来例の
形状を示す図である。

【図５】従来例のブランキング・アパーチャ・アレイに
おける電界分布と制御できない電子ビームの存在を説明
する図である。

【図６】本発明の実施例のブランキング・アパーチャ・
アレイの形状を示す図である。

【図７】実施例のブランキング・アパーチャ・アレイに
おける電界分布を示す図である。

【符号の説明】

８…筐体（コラム） ９…電子銃 １０、１２、１５…レンズ １１…ブランキング電極 １３…フィードバックコイル １４…副偏向器（サブデフレクタ） １６…メインデフレクタ １７…ステージ ３１…開口 ５２…接地電極 ５３…ブランキング電極 １００…試料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームを生成する電子銃と、 周囲に第１の電極と第２の電極を有する複数の開口が配
   列され、各開口の前記第１及び第２の電極に印加する信
   号で各開口を通過する前記荷電粒子ビームが試料上に照
   射されるかされないかが制御可能なブランキング・アパ
   ーチャ・アレイと、 該ブランキング・アパーチャ・アレイを通過した前記荷
   電粒子ビームを偏向する偏向手段と、 前記ブランキング・アパーチャ・アレイを通過した前記
   荷電粒子ビームを試料上に収束する収束手段と、 露光パターンに応じて、前記ブランキング・アパーチャ
   ・アレイの各開口の電極に印加する信号を制御する露光
   制御手段とを備える荷電粒子ビーム露光装置において、 前記第１及び第２の電極は略同じ長さのＬ字形であり、
   各開口はその周囲が対応する前記第１及び第２の電極で
   ほぼ囲まれていることを特徴とする荷電粒子ビーム露光
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装
   置であって、 前記第１の電極は共通の電位が印加される接地電極であ
   り、前記第２の電極には各開口を通過する前記荷電粒子
   ビームが試料上に照射されるかされないかを制御するブ
   ランキング信号が印加され、 前記複数の開口の周囲に設けられた前記第１の電極は、
   列毎に接続されている荷電粒子ビーム露光装置。