JP2000173529A - 電子ビーム描画方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、パターン描画精度をキープしながら
システムの小型化・単純化を実現する。 【解決手段】電子ビーム２を試料１３面上に走査して描
画を行う電子ビーム描画装置において、電子光学系の各
構成要素として、静電式照明レンズ２０、第１の静電式
成形偏向器２１、第２の静電式成形偏向器２２、静電式
縮小レンズ２４、静電式主偏向対物レンズ２５、静電式
副偏向器２８、静電式プリ主偏向器２９、静電式プリ副
偏向器３０などの静電式の各レンズ及び偏向器から構成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子銃から放出さ
れた電子ビームを成形や偏向し、さらに縮小投影して試
料上に照射し、この試料上に描画を行う電子ビーム描画
方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような電子ビーム描画装置によるパ
ターン描画は、光波長より短い電子ビーム（電子線）の
波長レベルの分解能の精度で描画可能であり、高い解像
度でパターンを形成できるものである。

【０００３】反面、このパターン描画は、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、描画に時間がかかる
という問題がある。

【０００４】それでも、高精度の細線パターンを形成で
きるという特徴を持っていることから、光露光方式のリ
ソグラフィー技術の次の技術、或いはＡＳＩＣ（特定用
途向け集積回路）などの多品種少量生産の半導体製造に
有力なツールとして発展している。

【０００５】パターン描画の方法としては、小さな丸形
状の電子ビームをＯＮ／ＯＦＦ制御しながら試料面上に
全面スキャンしてパターンを形成する第１の方法と、ス
テンシアルアパーチャを通過した電子ビームを試料面上
に照射してパターン描画するＶＳＢ描画の第２の方法と
がある。

【０００６】このうちＶＳＢ描画を発展させ、繰り返し
のパターンを１つのブロックとしてステンシルとして準
備し、これを選択描画することで高速描画する一括描画
方式の電子ビーム描画の技術も開発されている。

【０００７】図２１はこのようなＶＳＢ描画方式を用い
た電子ビーム描画装置の代表例を示す構成図である。

【０００８】電子銃１から放出される電子ビーム２の光
軸上には、電子光学系として、照明レンズ３、第１の成
形アパーチャ４、投影レンズ５、成形偏向器６、第２の
成形アパーチャ７、縮小レンズ８、対物レンズ９、主偏
向器１０、副偏向器１１、電子検出器１２などが配置さ
れている。

【０００９】このうち第１の成形アパーチャ４には、例
えば図２２に示すように矩形のアパーチャ４ａが形成さ
れ、第２の成形アパーチャ７には、例えば図２３に示す
ように菱形と矩形とを組み合わせたセルアパーチャ７ａ
などの各種形状の複数のアパーチャ７ｂ、７ｃ、…が形
成されている。

【００１０】このような構成であれば、半導体ウエハ等
の試料１３に対して描画を行う場合、電子銃１から放出
され加速された電子ビーム２は、照明レンズ３により均
一な電子ビームに整えられ、第１の成形アパーチャ４を
通過することで矩形に成形され、投影レンズ５によって
第２の成形アパーチャ７に投影される。

【００１１】このとき、電子ビームの第２の成形アパー
チャ７に対する照射位置は、例えばＣＡＤデータに従っ
たビームパターン形状及びその面積になるように成形偏
向器６によって制御される。

【００１２】例えば、図２４に示すように矩形のアパー
チャ４ａを通過した矩形の電子ビームを成形偏向器６に
より偏向し、菱形・矩形のセルアパーチャ７ａの一辺に
照射させると、例えば三角形状の電子ビーム２ａが成形
される。

【００１３】この第２の成形アパーチャ７を通過した電
子ビームは、縮小レンズ８及び対物レンズ９によって試
料１３面上に縮小投影され、かつこのときの試料１３面
上に対する電子ビームの描画位置は、主偏向器１０及び
副偏向器１１により制御される。

【００１４】すなわち、主偏向器１０は、試料１３に対
して描画照射領域のストライブ内位置を図示しないＸＹ
ステージの位置を参照しながら制御し、かつ副偏向器１
１は、ストライブ内を細かく分割した描画範囲に対して
その位置制御を行う。

【００１５】このように制御された電子ビームパターン
を連続的にショットすることで、試料面上にパターンを
形成する。又、パターン描画の前には、電子ビームのア
ライメンと調整を行なっている。

【００１６】試料１３に電子ビームが照射されると、試
料１３からは２次電子や反射電子が発生する。

【００１７】対物レンズ９の下方に配置された電子検出
器１２は、２次電子や反射電子を検出し、その検出信号
を出力する。

【００１８】従って、電子検出器１２から出力される検
出信号を処理することで、ＳＥＭ像の検出やビーム調整
の制御を行っている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このような電子ビーム
描画装置の電子光学系は、照明レンズ３や投影レンズ
５、縮小レンズ８、対物レンズ９などを電磁レンズで構
成するとともに、成形偏向器６や主偏向器１０、副偏向
器１１などを静電偏向器で構成するとともに、これらレ
ンズや偏向器の総合的な光学系特性、ビーム制御法で構
築し、かつ機械的な組み立て精度、コンタミネーション
などの影響を十分考慮した構成を余儀なくされている。

【００２０】しかるに、電子光学系に電磁レンズを使用
し、光学的に設計から求めた偏向器を電磁レンズと重畳
或いは近傍に配置させるので、電磁レンズの内径を大き
く形成し、この電磁レンズ内部に偏向器を内蔵する複雑
な構造を取っている。

【００２１】又、ビーム解像度を高めるために、電子ビ
ームの加速電圧を高くし、高加速度に加速した電子ビー
ムを例えば試料１３面のレジストに打ち込む方式を取っ
ている。

【００２２】一方、試料１３面のレジスト下面には各種
の多層薄膜が形成されているので、電子ビームは、レジ
ストを透過した後、その一部が多層薄膜で反射し、散乱
電子ビームとなって再びレジストを透過して戻る現象が
発生したり、電子ビームパターンのショット粗密バラツ
キ状態により、ビーム照射量の相互干渉が発生する。

【００２３】このような現象が発生すると、パターン描
画されたレジストに散乱電子ビームによるボケ露光、い
わゆる近接効果が発生し、描画パターンにぼけが発生す
るとともに解像度が劣化する。

【００２４】このため、高い解像度のパターン描画を行
うためには、本来のパターン描画制御の他に、近接効果
を補正キャンセルする目的で、パターン形状に応じた近
接効果補正制御を行うことが余儀なくされている。

【００２５】これによって電子光学系や制御手段の面で
も大掛かりなシステムを必要とし、システムが複雑化
し、この複雑化が装置のトラブルを誘発し、結果的にパ
ターン描画の精度が低下するという問題を抱えている。

【００２６】さらに、精度及びスループットを高める機
能を盛り込むに従い、益々巨大化したシステムとなって
しまう。

【００２７】そこで本発明は、パターン描画精度をキー
プしながらシステムの小型化・単純化が実現できる電子
ビーム描画方法及びその装置を提供することを目的とす
る。

【００２８】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、電子
ビームを電子光学系によって少なくとも成形や偏向、縮
小投影して試料上に照射し、この試料上に描画を行う電
子ビーム描画方法において、電子光学系における少なく
とも成形や縮小投影、偏向を行う各構成要素を静電式と
して、試料上に描画を行う電子ビーム描画方法である。

【００２９】請求項２によれば、電子ビームに対して少
なくとも成形や偏向し、この後に試料に対して縮小投影
する電子光学系を備えた電子ビーム描画装置において、
電子光学系は、少なくとも成形、縮小投影を行う静電式
の各レンズ、及び電子ビームを偏向する静電式の偏向器
から構成された電子ビーム描画装置である。

【００３０】請求項３によれば、請求項２記載の電子ビ
ーム描画装置において、電子光学系は、電子ビームを任
意の形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置さ
れた複数のアパーチャと、電子ビームを照明用ビームの
電子ビームに調整する静電式照明レンズと、複数のアパ
ーチャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像
を得るために静電式照明レンズにより調整された電子ビ
ームを偏向してアパーチャに対する照射位置を制御し、
かつアパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビ
ームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏
向器と、これら静電式成形偏向器を通過した電子ビーム
を縮小する静電式縮小レンズと、この静電式縮小レンズ
を通過した電子ビームを試料上に縮小投影する静電式又
は電磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより試料
上に縮小投影される電子ビームを試料上に偏向して描画
する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、静電
式主偏向器の走査領域内で電子ビームを偏向する静電式
副偏向器と、試料に電子ビームが照射されたときに発生
する２次電子又は反射電子を検出する電子検出器とを備
えている。

【００３１】請求項４によれば、請求項３記載の電子ビ
ーム描画装置において、主偏向対物レンズは、同一円周
上に配置された複数の電極と、これら電極を挟んで対向
配置された各シールド電極とから構成され、複数の電極
に同一電圧を印加して電子ビームを収束させ、かつ複数
の電極に電圧を印加して電子ビームを試料上の任意の位
置に偏向させる電圧制御手段を備えている。

【００３２】請求項５によれば、請求項４記載の電子ビ
ーム描画装置において、主偏向対物レンズの複数の電極
に同一電圧を印加し、かつ電子光学系で発生する収差に
応じた補正量を複数の電極に加減印加する収差補正手段
を備えた。

【００３３】請求項６によれば、請求項３記載の電子ビ
ーム描画装置において、静電式主偏向器から電子ビーム
の上流側に配置され、電子ビームを偏向して静電式主偏
向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ主偏向器
と、静電式副偏向器の電子ビームの上流側に配置され、
電子ビームを偏向して静電式副偏向器に対して収差を最
小に制御する静電式プリ副偏向器とを備えた。

【００３４】請求項７によれば、請求項６記載の電子ビ
ーム描画装置において、電子ビームの進行方向に沿って
静電式プリ副偏向器、静電式プリ主偏向器、静電式副偏
向器及び静電式主偏向器を配置し、かつ隣接するこれら
静電式プリ副偏向器、静電式プリ主偏向器、静電式副偏
向器及び静電式主偏向器の各間でそれぞれシールド電極
を共通構造にした。

【００３５】請求項８によれば、請求項６記載の電子ビ
ーム描画装置において、静電式主偏向器及び静電式プリ
主偏向器の各両端側には、それぞれ各シールド電極が配
置されている。

【００３６】請求項９によれば、請求項６記載の電子ビ
ーム描画装置において、静電式主偏向器と静電式プリ主
偏向器とは、収差を最小に制御するためにそれぞれの制
御電圧の連動比を１：１に成立させるために、プリ主偏
向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整さ
れている。

【００３７】請求項１０によれば、請求項６記載の電子
ビーム描画装置において、静電式副偏向器と静電式プリ
副偏向器とは、収差を最小に制御するためにそれぞれの
制御電圧の連動比を１：１に成立させるために、プリ副
偏向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整
されている。

【００３８】請求項１１によれば、請求項６記載の電子
ビーム描画装置において、静電式主偏向器に対する静電
式プリ主偏向器の制御電圧を加算方向に制御し、かつ静
電式副偏向器に対する静電式プリ副偏向器の制御電圧を
減算方向に制御する収差補正手段を備えた。

【００３９】請求項１２によれば、請求項３記載の電子
ビーム描画装置において、複数のアパーチャのうち不要
なビームをカットするためのアパーチャと静電式縮小レ
ンズとを近接配置し、かつ静電式縮小レンズにおける内
径の大きな方のシールド電極の厚さを内径の小さなシー
ルド電極の厚さの少なくとも２倍以上に形成した。

【００４０】請求項１３によれば、請求項３記載の電子
ビーム描画装置において、主偏向対物レンズにおける内
径の小さなシールド電極を電子検出器のシールド電極と
隣接配置若しくは共用構造にし、かつ内径の小さなシー
ルド電極の厚さを内径の大きなシールド電極の厚さの少
なくとも２倍以上に形成した。

【００４１】請求項１４によれば、請求項３記載の電子
ビーム描画装置において、電磁式対物レンズの磁気フィ
ールド中に静電式主偏向器を配置した。

【００４２】請求項１５によれば、請求項１４記載の電
子ビーム描画装置において、電磁式対物レンズを構成す
るコイルの巻回されたポールピースのギャップの中に、
静電式主偏向器が配置された構造である。

【００４３】請求項１６によれば、請求項１５記載の電
子ビーム描画装置において、ポールピースの先端部に
は、非磁性シールドが取り付けられている。

【００４４】請求項１７によれば、電子ビームに対して
成形、縮小投影を行う静電式の各レンズと、電子ビーム
を偏向する静電式の偏向器と、電子ビームの光軸を調整
する複数のアライメント部とを具備し、複数のアライメ
ント部のうち隣接するアライメント部相互間に配置さ
れ、各アライメント部の相互干渉を防止するシールド部
材を備えている。

【００４５】請求項１８によれば、請求項１７記載の電
子ビーム描画装置において、シールド部材は、レンズ及
び偏向器の少なくとも一方のシールド極を兼ねている。

【００４６】請求項１９によれば、請求項１７記載の電
子ビーム描画装置において、アライメント部は、サドル
型コイルを備えている。

【００４７】請求項２０によれば、電子ビームを任意の
形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された
複数のアパーチャと、電子ビームを照明用ビームの電子
ビームに調整する静電式照明レンズと、複数のアパーチ
ャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像を得
るために静電式照明レンズにより調整された電子ビーム
を偏向してアパーチャに対する照射位置を制御し、かつ
アパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビーム
を元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏向器
と、これら静電式成形偏向器を通過した電子ビームを縮
小する静電式縮小レンズと、この静電式縮小レンズを通
過した電子ビームを試料上に縮小投影する静電式又は電
磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより試料上に
縮小投影される電子ビームを試料上に偏向して描画する
静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、静電式主
偏向器の走査領域内で電子ビームを偏向する静電式副偏
向器と、試料に電子ビームが照射されたときに発生する
２次電子又は反射電子を検出する電子検出器と、電子ビ
ームの光軸を調整する複数のアライメント部と、アライ
メント部相互間に配置され、アライメント部の相互干渉
を防止するシールド部材とを備えている。

【００４８】請求項２１によれば、請求項２０記載の電
子ビーム描画装置において、シールド部材は、レンズ及
び偏向器の少なくとも一方のシールド極を兼ねている。

【００４９】請求項２２によれば、請求項２０記載の電
子ビーム描画装置において、アライメント部は、サドル
型コイルを備えている。

【００５０】請求項２３によれば、電子ビームを任意の
形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された
複数のアパーチャと、電子ビームに対して成形、縮小投
影を行う静電式の各レンズと、電子ビームを偏向する静
電式の偏向器と、電子ビームの光軸を調整する複数のア
ライメント部とを具備し、アライメント部は、電子ビー
ムが照射されたアパーチャから得られたパターン像に基
づいて、アライメントの調整を行う。

【００５１】請求項２４によれば、請求項２３記載の電
子ビーム描画装置において、アパーチャは、各レンズ、
偏向器及びアライメント部から電気的に絶縁されてい
る。

【００５２】請求項２５によれば、電子ビームに対して
成形、縮小投影を行う静電式の各レンズと、前記電子ビ
ームを偏向する静電式の偏向器を用いて描画を行う電子
ビーム描画方法において、前記電子ビームに成形、縮小
投影、偏向を行うための電圧が印加する第１の電圧印加
工程と、前記第１の電圧印加工程で発生する空間電荷効
果を低減するための前記電圧と逆極性の電圧を印加する
第２の電圧印加工程とを備え、空間電荷効果を低減し、
パターン像のぼけの発生を低減する。

【００５３】請求項２６によれば、電子ビームに対して
成形、縮小投影を行う静電式の各レンズと、前記電子ビ
ームを偏向する静電式の偏向器とを具備し、前記各レン
ズ及び偏向器のうち少なくとも一つには、前記電子ビー
ムに作用するように所定の電圧が印加される第１の電極
と、この第１の電極に対向配置され前記電圧と逆極性の
電圧が印加される第２の電極とが設け、空間電荷効果を
低減し、パターン像のぼけの発生を低減する。

【００５４】請求項２７によれば、請求項２６記載の電
子ビーム描画装置において、前記第２の電極は、前記第
１の電極に対し、前記電子ビームの進行方向側に設けら
れている。

【００５５】請求項２８によれば、請求項２６記載の電
子ビーム描画装置において、前記第２の電極は、前記各
レンズ及び偏向器のうち対物レンズに設けられている。

【００５６】請求項２９によれば、請求項２６記載の電
子ビーム描画装置において、前記第２の電極に印加する
電圧の絶対値は、前記第１の電極に印加する電圧の絶対
値の０．２〜１．２倍である。

【００５７】請求項３０によれば、請求項２６記載の電
子ビーム描画装置において、前記第２の電極に印加する
電圧の絶対値は、前記第１の電極に印加する電圧の絶対
値の０．５〜１倍である。

【００５８】請求項３１によれば、電子ビームを任意の
形状に調整するために所定の位置に配置されたアパーチ
ャと、前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調
整する静電式照明レンズと、前記静電式照明レンズによ
り調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャ
に対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過
して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻
す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、これら静電式
成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式
縮小レンズと、この静電式縮小レンズを通過した前記電
子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式
の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に
縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して
描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、
前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏
向する静電式副偏向器とを備え、前記静電式縮小レンズ
及び前記対物レンズの少なくとも一方は、前記電子ビー
ムに作用するように所定の電圧が印加される第１の電極
と、この第１の電極に対向配置され前記電圧と逆極性の
電圧が印加される第２の電極とが設け、空間電荷効果を
低減し、パターン像のぼけの発生を低減する。

【００５９】請求項３２によれば、請求項３１記載の電
子ビーム描画装置において、前記第２の電極は、前記第
１の電極に対し、前記電子ビームの進行方向側に設けら
れている。

【００６０】請求項３３によれば、請求項３１記載の電
子ビーム描画装置において、前記第２の電極は、前記対
物レンズに設けられている。

【００６１】請求項３４によれば、請求項３１記載の電
子ビーム描画装置において、前記第２の電極に印加する
電圧の絶対値は、前記第１の電極に印加する電圧の絶対
値の０．２〜１．２倍である。

【００６２】請求項３５によれば、請求項３１記載の電
子ビーム描画装置において、前記第２の電極に印加する
電圧の絶対値は、前記第１の電極に印加する電圧の絶対
値の０．５〜１倍である。

【００６３】請求項３６によれば、電子ビームに対して
成形、縮小投影を行う静電式の各レンズと、前記電子ビ
ームを偏向する静電式の偏向器を用いて描画を行う電子
ビーム描画方法において、前記電子ビームをアパーチャ
に設けられたセルを用いて成形する成形工程と、前記電
子ビームを縮小投影工程とを備え、前記縮小投影工程
は、前記アパーチャ上のセルに照射される前記電子ビー
ムの位置に基づいて前記縮小投影工程における縮小率を
制御する。

【００６４】請求項３７によれば、電子ビームを任意の
形状に調整するために所定の位置に配置されたアパーチ
ャと、前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調
整する静電式照明レンズと、前記静電式照明レンズによ
り調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャ
に対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過
して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻
す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、これら静電式
成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式
縮小レンズと、この静電式縮小レンズを通過した前記電
子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式
の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に
縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して
描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、
前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏
向する静電式副偏向器とを備え、前記アパーチャ上のセ
ルの位置に基づいて、前記投影されるパターン像の縮小
率を制御する制御部とを備えている。

【００６５】請求項３８によれば、請求項３７記載の電
子ビーム描画装置において、前記制御部は、前記静電式
照明レンズの照明倍率を制御するものである。

【００６６】請求項３９によれば、電子ビームを任意の
形状に調整するために所定の位置に配置されたアパーチ
ャと、前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調
整する静電式照明レンズと、前記静電式照明レンズによ
り調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャ
に対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過
して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻
す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、これら静電式
成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式
縮小レンズと、この静電式縮小レンズを通過した前記電
子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式
の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に
縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して
描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、
前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏
向する静電式副偏向器とを備え、前記アパーチャ上のセ
ルの位置にかかわらず前記投影されるパターン像の大き
さを一定とするように前記セルの位置に基づいて前記セ
ルの大きさが定められている。

【００６７】

【発明の実施の形態】(1) 以下、本発明の第１の実施の
形態について図面を参照して説明する。なお、図２１と
同一部分には同一符号を付してある。

【００６８】図１は電子ビーム描画装置の構成図であ
り、図２は同装置の断面構造を示す図である。

【００６９】先ず、全体の配置を説明すると、電子銃１
から放出される電子ビーム２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４、静電式
照明レンズ２０、第１の静電式成形偏向器２１、第２の
成形アパーチャ７、第２の静電式成形偏向器２２、第３
のアパーチャ２３、静電式縮小レンズ２４、静電式主偏
向対物レンズ２５及び電子検出器１２が配置されてい
る。

【００７０】このうち静電式主偏向対物レンズ２５は、
静電式対物レンズ２６と静電式主偏向器２７とから構成
されている。

【００７１】又、電子ビーム２の光軸において、静電式
主偏向対物レンズ２５の上流側には、静電式副偏向器２
８、静電式プリ主偏向器２９、静電式プリ副偏向器３０
が配置されている。

【００７２】次に上記電子光学系の各構成要素について
説明する。

【００７３】第１の成形アパーチャ４には、上記同様に
例えば図２２に示すように矩形又は円形のセルアパーチ
ャ４ａが形成され、第２の成形アパーチャ７には、例え
ば図２３に示すように菱形と矩形とを組み合わせたセル
アパーチャ７ａなどの各種形状の複数のセルアパーチャ
７ｂ、７ｃ、…が形成されている。

【００７４】静電式照明レンズ２０は、電子銃１から放
出された電子ビーム２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２０ａ及び第２
の照明レンズ２０ｂを光軸上に配置したものとなってい
る。

【００７５】これら第１及び第２の照明レンズ２０ａ、
２０ｂは、それぞれ静電式レンズから構成されるもの
で、図３に示すように負電圧を印加した電極（エレクト
ロード）２０−１の両側に各電極２０−２、２０−３を
配置し、これら電極２０−２、２０−３を共にグラウン
ド（Ｇ）に落としたアインツェル型のレンズにより構成
されている。

【００７６】このうち第２の照明レンズ２０ｂのクロス
オーバは、第３のアパーチャ２３の位置に結像するよう
に構成し、かつ第１及び第２の照明レンズ２０ａ、２０
ｂに対する印加電圧を可変制御することで、照明ビーム
の倍率を任意に選択でき、照明ビームの試料面上での電
流密度を制御する構成となっている。

【００７７】第１の静電式成形偏向器２１は、各偏向器
２１ａ、２１ｂから成り、試料１３面上に所望のアパー
チャ像を得るために静電式照明レンズ２０により成形さ
れた電子ビームを偏向し、第２の成形アパーチャ７に対
する照射位置を制御する機能を有している。

【００７８】第２の静電式成形偏向器２２は、各偏向器
２２ａ、２２ｂから成り、第２のアパーチャ成形７を通
過して得られたアパーチャ像の電子ビームを元の光軸上
に戻す機能を有している。

【００７９】これら第１及び第２の静電式成形偏向器２
１、２２は、図４に示すように８極の電極３１の両側に
各電極３２、３３を配置し、これら電極３２、３３を共
にグラウンド（Ｇ）に落としたもので、８極の電極３１
のそれぞれに各電圧Ｖ1〜Ｖ8 を独立に印加して、電子
ビームを偏向制御するものとなっている。

【００８０】又、これら第１及び第２の静電式成形偏向
器２１、２２は、例えば各偏向器２１ａ、２１ｂ、２２
ａ、２２ｂの構成・形状を同一に設計すると、これら４
つの電圧連動比を、例えば、＋Ｖi ：−Ｖi ：−Ｖi ：
＋ＶI や、−Ｖi ：＋Ｖi ：＋Ｖi ：−ＶI の組み合わ
せの連動比の電圧で制御でき、共通の制御電圧の極性を
違えた形で制御可能で、電気回路形を簡略化できるもの
である。

【００８１】さらに、これら第１及び第２の静電式成形
偏向器２１、２２には、図２に示すように各シールド電
極３４、３５、３６、及び、３７、３８、３９がそれぞ
れ設けられている。そして、これら第１及び第２の静電
式成形偏向器２１、２２が連続かつ隣接して配置されて
いる場合には、相互の電場が偏向制御に影響を及ぼさな
いようにシールドで遮断された構造となっている。

【００８２】特に低加速の電子銃１を適用した電子光学
系で構成する場合、電子ビーム２のクロスオーバポイン
トで電子のクーロン反発現象が顕著になるため、電子光
学系の長さを極力短く設計することがポイントになるの
で、本発明装置では、その対策として、図２に示すよう
に隣接するシールド電極３５、３８を共用することで、
隣接偏向器の干渉を防ぐ構成とし、光路長を短小化する
構造にしている。

【００８３】静電式縮小レンズ２４は、第１及び第２の
静電式成形偏向器２１、２２を通過した電子ビームを縮
小するものである。

【００８４】この静電式縮小レンズ２４の上部には、第
３のアパーチャ２３が設置されている。この第３のアパ
ーチャ２３は、第１及び第２の成形アパーチャ４、７等
で散乱された不要なビームをカットするために設けられ
ている。

【００８５】この第３のアパーチャ２３は、静電式縮小
レンズ２４に対して近接する位置に設けられているの
で、図２に示すように静電式縮小レンズ２４に接合した
構造となっている。

【００８６】この場合、静電式縮小レンズ２４の上側シ
ールド電極２４ａの厚さは、下側シールド電極２４ｂの
厚さの少なくとも２倍以上の厚さに形成し、これにより
内径が異なったシールド電極を連続させることで生じる
不連続のビーム軌道が発生しない安定した光学系として
いる。

【００８７】主偏向対物レンズ２５は、上記図４に示す
静電式成形偏向器と同様に、同一円周上に配置された４
倍数の多極に分割された複数の電極と、これら電極を挟
んで対向配置された各シールド電極とから構成され、こ
のうち各シールド電極は共にグラウンドに落とされてい
る。

【００８８】そして、この主偏向対物レンズ２５は、上
記の如く１つの構造で静電式対物レンズ２６と静電式主
偏向器２７の双方の機能を有して動作する。そしてこれ
ら静電式対物レンズ２６及び静電式主偏向器２７には、
電圧制御部４０が接続されている。そして、この電圧制
御部４０による静電式対物レンズ２６と静電式主偏向器
２７とに対する電圧制御により、これら静電式対物レン
ズ２６と静電式主偏向器２７とは次のような機能を有す
る。

【００８９】静電式対物レンズ２６は、静電式縮小レン
ズ２４を通過した電子ビームを試料１３上に縮小投影す
るもので、電極に同じ電圧が印加されることによって電
子ビーム２を収束させるものとなる。

【００９０】静電式主偏向器２７は、静電式対物レンズ
２６により試料１３上に縮小投影される電子ビームを試
料１３上に偏向して描画するもので、電極にレンズ収束
電圧とは別の独立制御電圧が加減演算されて印加され、
電子ビームを試料１３の面上の任意の位置に移動させる
ものとなる。

【００９１】又、これら静電式対物レンズ２６及び静電
式主偏向器２７には、第１の収差補正部４１が接続され
ている。

【００９２】この収差補正部４１は、主偏向対物レンズ
２５に対しての電子光学系で発生する収差に応じた補正
量を複数の電極に加減印加して主偏向系で発生する収差
を最小化する制御機能を有している。

【００９３】上記静電式副偏向器２８は、静電式主偏向
器２７の走査領域内で電子ビームを微小偏向する機能を
有している。

【００９４】静電式プリ主偏向器２９は、静電式主偏向
器２７に対して電子ビームの上流側に配置され、電子ビ
ーム２を偏向し、試料１３面でビーム偏光制御に応じて
発生する各種レンズ収差及び偏向収差を最小に制御する
機能を有している。

【００９５】これら静電式主偏向器２７及び静電式プリ
主偏向器２９は、試料１３面のビーム偏向に応じて発生
する各種レンズ収差及び偏向収差を最小にする条件を制
御連動比１：１の制御電圧条件で成立するようにプリ主
偏向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整
されている。

【００９６】さらに、これら静電式主偏向器２７及び静
電式プリ主偏向器２９の両端には、隣接した偏向器の影
響をなくすためにシールド電極２７ａが設けられてい
る。

【００９７】このようにプリ主偏向センタエレクトロー
ドの軸方向の長さ又は内径を設け、かつ静電式プリ主偏
向器２９、静電式プリ副偏向器３０の両端側にシールド
電極を配置することにより、静電式プリ主偏向器２９と
静電式主偏向器２７とを同一電圧値の条件で制御でき
る。

【００９８】静電式プリ副偏向器３０は、電子ビーム２
を偏向し、試料１３面のビーム副偏向に応じて発生する
各種レンズ収差及び副偏向収差を最小に制御する機能を
有している。

【００９９】上記静電式副偏向器２８と静電式プリ副偏
向器３０とは、制御連動比１：１の制御電圧条件で成立
するようにプリ副偏向器センタエレクトロードの軸方向
長さ又は内径が調整されている。

【０１００】さらに、これら静電式副偏向器２８と静電
式プリ副偏向器３０の両端には、隣接した偏向器の影響
をなくすために各シールド電極２８ａ、２８ｂ、３０
ａ、３０ｂが設けられている。

【０１０１】このようにプリ副偏向センタエレクトロー
ドの軸方向の長さ又は内径を設け、かつ静電式プリ副偏
向器３０、静電式プリ副偏向器３０の両端側にシールド
電極を配置することにより、静電式プリ副偏向器３０と
静電式副偏向器２８とを同一電圧値の条件で制御でき
る。

【０１０２】又、静電式プリ主偏向器２９と静電式プリ
副偏向器３０とには、第２の収差補正部４２が接続され
ている。

【０１０３】この第２の収差補正部４２は、図５に示す
ように静電式主偏向器２７に対する静電式プリ主偏向器
２９の制御電圧を加算方向に制御し、かつ図６に示すよ
うに静電式副偏向器２８に対する静電式プリ副偏向器３
０の制御電圧を減算方向に制御し、総合的な収差を最小
化する機能を有している。

【０１０４】ところで、上記静電式プリ副偏向器３０、
静電式プリ主偏向器２９、静電式副偏向器２８及び静電
式主偏向器２７は、電子ビーム２の進行方向に沿って配
置されており、これら隣接する静電式プリ副偏向器３
０、静電式プリ主偏向器２９、静電式副偏向器２８及び
静電式主偏向器２７の各間には、それぞれ各シールド電
極３０ｂ（２９ａ）、２８ａ（２９ｂ）、２８ｂ（２７
ａ）が共用するように配置されている。

【０１０５】このような各シールド電極を用いることに
より相互干渉を防ぐことができ、これより電子光学系全
体の長さを短小化し、レンズ収差、偏向収差を小さくし
ている。

【０１０６】主偏向対物レンズ２５の下方には、上記電
子検出器１２が配置されている。そして、この主偏向対
物レンズ２５における下側シールド電極４３は、図７に
示すように電子検出器１２のシールド電極として共用す
る構造になっている。この場合、下側シールド電極４３
の厚さは、上側シールド電極２８ｂ（２７ａ）の厚さの
少なくとも２倍以上に形成されている。

【０１０７】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。

【０１０８】試料１３は、ＸＹテーブル４４上に載置さ
れる。

【０１０９】電子銃１から放出された電子ビーム２は、
矩形又は円形のセルアパーチャを有する第１の成形アパ
ーチャ４に照射され、この第１の成形アパーチャ４を通
過する。

【０１１０】電子式照明レンズ２０は、第１の成形アパ
ーチャ４を通過した電子ビーム２に対し、第２の成形ア
パーチャ７における目的の１個のセルアパーチャに対し
て十分大きく、かつ隣接するセルアパーチャに干渉しな
い大きさのビーム径に拡大する。

【０１１１】このとき、第２の照明レンズ２０ｂは、電
子ビーム２を第３の成形アパーチャ２３の位置に結像す
る。又、第１及び第２の照明レンズ２０ａ、２０ｂの印
加電圧が可変制御されることにより、電子ビーム（ここ
では照明ビーム）２の倍率を任意に選択し、電子ビーム
２の試料面上の電流密度を制御している。

【０１１２】第１の静電式成形偏向器２１は、第１の成
形アパーチャ４と第２の成形アパーチャ７との各セルア
パーチャを組み合わせて所望のアパーチャ像を得るため
に、静電式照明レンズ２０からの電子ビーム２を偏向
し、第２の成形アパーチャ７に形成されている各セルア
パーチャのうち目的とするセルアパーチャを選択するよ
うに照射位置を制御する。

【０１１３】第２の静電式成形偏向器２２は、第２のア
パーチャ成形７を通過して得られたアパーチャ像の電子
ビーム２を元の光軸上に振り戻す。

【０１１４】静電式縮小レンズ２４は、第１及び第２の
静電式成形偏向器２１、２２を通過した電子ビーム２を
縮小する。すなわち、第１の静電式成形偏向器２１、第
２の成形アパーチャ７及び第２の静電式成形偏向器２２
を通過した電子ビーム２は、第２の成形アパーチャ７を
起点とするセルパターンビームとしてスタートし、電子
光学系の光軸上に振り戻された状態で電子式縮小レンズ
２４を通過する。

【０１１５】そして、主偏向対物レンズ２５の静電式対
物レンズ２６は、静電式縮小レンズ２４を通過した電子
ビームを試料１３上に縮小投影し、これと共に静電式主
偏向器２７は、静電式対物レンズ２６により試料１３上
に縮小投影される電子ビーム２を試料１３上に偏向して
描画する。

【０１１６】このとき静電式主偏向器２７及び静電式副
偏向器２８は、描画パターン位置に対するビーム位置を
制御する。すなわち、静電式主偏向器２７は、ＸＹテー
ブル４４上に搭載された試料１３に対し、描画領域の位
置をＸＹテーブル４４の位置を参照しながら静電式主偏
向器２７の走査領域内で電子ビームを微小偏向し、かつ
静電式副偏向器２８は、細かく分割した描画範囲に対し
て位置制御を行う。

【０１１７】さらに、静電式プリ主偏向器２９は、電子
ビームを偏向し、試料１３面でビーム偏光制御に応じて
発生する各種レンズ収差及び偏向収差を最小に制御し、
静電式プリ副偏向器３０は、電子ビーム２を偏向し、試
料１３面のビーム副偏向に応じて発生する各種レンズ収
差及び副偏向収差を最小に制御する。

【０１１８】又、第１の収差補正部４１は、主偏向対物
レンズ２５の複数の電極に同一電圧を印加して電子ビー
ム２を収束するに対し、電子光学系で発生する収差を主
偏向量に応じて予め求めた補正量を複数の電極に加減印
加して図５に示すように静電式主偏向器２７に対する静
電プリ主偏向器２９の制御電圧を加算方向に制御し、主
偏向系で発生する収差を最小化する。

【０１１９】第２の収差補正部４２は、図６に示すよう
に静電式副偏向器２８に対する静電式プリ副偏向器３０
の制御電圧を減算方向に制御し、総合的な収差を最小化
する。

【０１２０】このようにして所望のアパーチャ像に形成
された電子ビーム２が試料１３に照射して、パターンを
形成する。

【０１２１】なお、描画するジョブと調整するジョブと
は別々に行なわれる。

【０１２２】電子検出器１２は、試料１３から発生した
２次電子や反射電子を検出し、その検出信号を出力す
る。

【０１２３】従って、電子検出器１２から出力される検
出信号を処理することで、ＳＥＭ像の検出やビーム調整
の制御を行っている。

【０１２４】ここで、電子検出器１２には、比較的高い
制御電圧が印加され、さらに球面収差を小さくするため
に主偏向対物レンズ２５に対して近接して設置されてい
る。これにより、上記の如く主偏向対物レンズ２５にお
ける下側シールド電極４３は、図７に示すように電子検
出器１２のシールド電極として共用し、かつ下側シール
ド電極４３の厚さを上側シールド電極２８ｂ（２７ａ）
の厚さの少なくとも２倍以上に形成している。

【０１２５】これは、内径が小さなシールド電極を電子
光学系の光軸方向であるＺ方向の厚さを考慮せずに配置
すると、図８に示すように電場オフセットフィールドΔ
ｆが発生し、光学特性に狂いを生じるのを防止してい
る。

【０１２６】このように上記第１の実施の形態において
は、電子光学系における各構成要素を静電式レンズや静
電式偏向器により構成したので、これら静電式レンズや
静電式偏向器に用いるシールド電極を隣接する静電式レ
ンズや静電式偏向器との間で共用できるなどにより、電
子光学系全体の長さを短小化でき、非常に小型の電子ビ
ーム描画装置を実現できる。

【０１２７】又、静電式レンズや静電式偏向器により構
成することにより、低加速電子ビーム２を対象にした電
子ビーム描画装置に最も適したものとなり、試料１３面
での近接効果の影響が無く、複雑な近接効果に対する補
正制御が必要なくなる。

【０１２８】さらに、電子光学系や制御面でも大幅にシ
ステムの簡素化が図ることができ、描画装置でのトラブ
ルが少なくなり、生産現場に充分対応できる。

【０１２９】これにより、電子ビーム描画装置の最大の
弱点とされる高スループット処理についても、描画精度
をキープしながら小型、システムの単純化が実現でき、
電子光学系を数台配置した並行制御システムを構築する
ことが可能となり、高スループットな電子ビーム描画装
置を構築できる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について図面を参照
して説明する。なお、図２と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略する。

【０１３０】図９は電子ビーム描画装置の構成図であ
る。

【０１３１】電子光学系の光軸上には、電磁式対物レン
ズ５０が設けられている。この電磁式対物レンズ５０
は、円柱形状で、その内側に開口部（ギャップ）が形成
されたポールピース５１と、このポールピース５１に巻
回されたコイル５２とから構成されている。

【０１３２】この電磁式対物レンズ５０のポールピース
５１のギャップ内には、静電式主偏向器５３が内蔵され
た構造となっている。すなわち、電磁式対物レンズ５０
の磁場フィールド内に静電式主偏向器５３が配置されて
いる。

【０１３３】このように電磁式対物レンズ５０のポール
ピース５１のギャップ内に静電式主偏向器５３を内蔵し
たので、電磁式対物レンズ５０によるレンズ機能と、静
電式主偏向器５３による電子ビーム２に対する偏向機能
とをそれぞれ独立して制御する構成となっている。

【０１３４】又、ポールピース５１の先端部には、非磁
性シールド５４が取り付けられ、静電式主偏向器５３に
よる漏れ電場が他に影響しない構造となっている。

【０１３５】なお、静電式主偏向器５３への制御配線
は、図１０に示すようにポールピース５１に貫通孔５５
を設け、この貫通孔５５から配線を引き出して行ってい
る。

【０１３６】又、ポールピース５１には、補助コイル５
６を設け、電磁式対物レンズ５０により発生する磁場を
調整するようにしてもよい。

【０１３７】静電式主偏向器５３は、電磁式対物レンズ
５０により試料１３上に縮小投影される電子ビーム２を
試料１３上に偏向して描画するもので、電極にレンズ収
束電圧とは別の独立制御電圧が加減演算されて印加さ
れ、電子ビームを試料１３の面上の任意の位置に移動さ
せるものとなる。

【０１３８】ここで、上記静電式プリ副偏向器３０、静
電式プリ主偏向器２９、静電式副偏向器２８及び静電式
主偏向器５３は、電子ビーム２の進行方向に沿って配置
されており、これら隣接する静電式プリ主偏向器２９、
静電式副偏向器２８及び静電式主偏向器５３の各間に
は、それぞれ各シールド電極３０ｂ（２９ａ）、２８ａ
（２９ｂ）、５４が共用するように配置されている。

【０１３９】このような各シールド電極を共用する構造
により、電子光学系全体の長さを短小化し、レンズ収
差、偏向収差を小さくしている。

【０１４０】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。

【０１４１】電子銃１から放出された電子ビーム２は、
矩形又は円形のセルアパーチャを有する第１の成形アパ
ーチャ４に照射される。

【０１４２】静電式照明レンズ２０は、第１の成形アパ
ーチャ４を通過した電子ビーム２に対し、第２の成形ア
パーチャ７における目的の１個のセルアパーチャに対し
て十分大きく、かつ隣接するセルアパーチャに干渉しな
い大きさのビーム径に拡大する。

【０１４３】このとき、第２の照明レンズ２０ｂは、電
子ビーム２を第３のアパーチャ２３の位置に結像する。
又、第１及び第２の照明レンズ２０ａ、２０ｂの印加電
圧が可変制御されることにより、電子ビーム２の倍率を
任意に選択するとともに試料面上の電流密度を制御す
る。

【０１４４】第１の静電式成形偏向器２１は、第１の成
形アパーチャ４と第２の成形アパーチャ７との各セルア
パーチャを組み合わせて所望のアパーチャ像を得るため
に、静電式照明レンズ２０からの電子ビーム２を偏向
し、第２の成形アパーチャ７に形成されている各セルア
パーチャのうち目的とするセルアパーチャを選択するよ
うに照射位置を制御する。

【０１４５】第２の静電式成形偏向器２２は、第２のア
パーチャ成形７を通過して得られたアパーチャ像の電子
ビーム２を元の光軸上に振り戻す。

【０１４６】第１の静電式成形偏向器２１から第２の成
形アパーチャ７及び第２の静電式成形偏向器２２を通過
した電子ビーム２は、第２の成形アパーチャ７を起点と
するセルパターンビームとしてスタートし、電子光学系
の光軸上に振り戻された状態で静電式縮小レンズ２４を
通過する。この静電式縮小レンズ２４を通過した電子ビ
ーム２は、縮小される。

【０１４７】この電磁式対物レンズ５０は、静電式縮小
レンズ２４を通過した電子ビームを試料１３上に縮小投
影し、これと共に静電式主偏向器５３は、電磁式対物レ
ンズ５０により試料１３上に縮小投影される電子ビーム
２を試料１３上に偏向して描画する。

【０１４８】このとき静電式主偏向器５３は、ＸＹテー
ブル４４上に搭載された試料１３に対し、描画領域の位
置をＸＹテーブル４４の位置を参照しながら静電式主偏
向器５３の走査領域内で電子ビームを微小偏向する。

【０１４９】これと共に、静電式副偏向器２８は、細か
く分割した描画範囲に対して位置制御を行う。

【０１５０】さらに、静電式プリ主偏向器２９は、電子
ビームを偏向し、試料１３面でビーム偏光制御に応じて
発生する各種レンズ収差及び偏向収差を最小に制御し、
静電式プリ副偏向器３０は、電子ビーム２を偏向し、試
料１３面のビーム副偏向に応じて発生する各種レンズ収
差及び副偏向収差を最小に制御する。

【０１５１】このようにして所望のアパーチャ像に形成
された電子ビーム２を試料１３に照射してパターンを形
成する。

【０１５２】電子検出器１２は、試料１３から発生した
２次電子や反射電子を検出し、その検出信号を出力す
る。この電子検出器１２から出力される検出信号を処理
することで、ＳＥＭ像の検出やビーム調整の制御を行っ
ている。

【０１５３】このように上記第２の実施の形態において
は、電子光学系における各構成要素を静電式レンズや静
電式偏向器、電磁式対物レンズにより構成したので、上
記第１の実施の形態と同様に、これら静電式レンズや静
電式偏向器に用いるシールド電極を隣接する静電式レン
ズや静電式偏向器との間で共用できるなどにより、電子
光学系全体の長さを短小化でき、非常に小型の電子ビー
ム描画装置を実現できる。

【０１５４】又、電磁式対物レンズ５０のポールピース
５１のギャップ内に静電式主偏向器５３を内蔵したの
で、電磁式対物レンズ５０によるレンズ機能と、静電式
主偏向器５３による電子ビーム２に対する偏向機能とを
それぞれ独立して制御できる。

【０１５５】又、ポールピース５１の先端部に非磁性シ
ールド５４を取り付けたので、静電式主偏向器５３から
発生する漏れ電場を吸収することができ、漏れ電場を隣
接する偏向器などに影響を与えることがない。

【０１５６】又、静電式主偏向器５３への配線をポール
ピース５１に貫通孔５５を設けて引き出すので、複雑な
配線を簡素化できる。

【０１５７】又、静電式レンズや静電式偏向器により構
成することにより、低加速電子ビーム２を対象にした電
子ビーム描画装置に最も適したものとなり、試料１３面
での近接効果の影響が無く、複雑な近接効果に対する補
正制御が必要なくなる。

【０１５８】さらに、電子光学系や制御面でも大幅にシ
ステムの簡素化が図ることができ、描画装置でのトラブ
ルが少なくなり、生産現場に充分対応できる。

【０１５９】これにより、電子ビーム描画装置の最大の
弱点とされる高スループット処理についても、描画精度
をキープしながら小型、システムの単純化が実現でき、
電子光学系を数台配置した並行制御システムを構築する
ことが可能となり、高スループットな電子ビーム描画装
置を構築できる。

【０１６０】図１１は、本発明に係わる電子ビーム描画
装置の第３の実施の形態を示す構成図である。なお、図
１１において、上述した図２と同一機能部分には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。

【０１６１】電子ビーム描画装置では、レンズ及びアパ
ーチャの中心位置に電子ビームの光軸合せを行うため
の、４組のアライメント機構６０〜９０を備えている。
なお、図１１の左側には、光軸合せの一例が示されてお
り、一点鎖線Ｃは中心位置を示している。一方、第２の
成形アパーチャ７の代りに、第２の成形アパーチャ１０
０が配置され、第３の成形アパーチャ２３の代りに第３
の成形アパーチャ１０１が配置されている。

【０１６２】アライメント機構６０は、第1の照明レン
ズ２０ａと第２の照明レンズ２０ｂの間に設けられてい
る。アライメント機構７０は、第１の静電式成形偏向器
２１の外周側に設けられている。アライメント機構８０
は、第２の静電式成形偏向器２２の外周側に設けられて
いる。アライメント機構９０は、静電式副偏向器２８，
静電式プリ主偏向器２９，静電式プリ副偏向器３０の外
周側に設けられている。

【０１６３】アライメント機構６０は、シフト制御を行
うアライメント部６１と、チルト制御を行うアライメン
ト部６２と、これら両アライメント部６１，６２に挟ま
れた位置に配置された磁性材からなるシールド部材６３
とを備えている。また、アライメント部６１，６２はそ
れぞれサドル型のアライメントコイル６１ａ，６２ａか
ら構成されている。

【０１６４】アライメント機構７０は、シフト制御を行
うアライメント部７１と、チルト制御を行うアライメン
ト部７２とを備えている。なお、シールド電極３４〜３
６は、各アライメント部７１，７２間のシールド部材を
兼ねた構成となっている。また、アライメント部７１，
７２はそれぞれサドル型のアライメントコイル７１ａ，
７２ａから構成されている。

【０１６５】アライメント機構８０は、シフト制御を行
うアライメント部８１と、チルト制御を行うアライメン
ト部８２とを備えている。なお、シールド電極３７〜３
９は、各アライメント部８１，８２間のシールド部材を
兼ねた構成となっている。また、アライメント部８１，
８２はそれぞれサドル型のアライメントコイル８１ａ，
８２ａから構成されている。

【０１６６】アライメント機構９０は、シフト制御を行
うアライメント部９１と、チルト制御を行うアライメン
ト部９２とを備えている。なお、シールド電極２７ａ，
２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂは、
各アライメント部９１，９２間のシールド部材を兼ねた
構成となっている。また、アライメント部９１，９２は
それぞれサドル型のアライメントコイル９１ａ，９２ａ
から構成されている。

【０１６７】第２の成形アパーチャ１００及び第３の成
形アパーチャ１０１は、他の部材とは電気的に絶縁して
配置されている。これら第２及び第３の成形アパーチャ
１００，１０１は、電子ビームが照射されて発生する電
流を検出する電流検出機能を有しており、図示しないモ
ニタ等に接続されアパーチャ穴部の像をモニタ像として
表示することで、アライメントコイルの調整を行う。

【０１６８】このように構成された電子ビーム描画装置
では、上述した第1の実施の形態における電子ビーム描
画装置と同様に電子ビームによる描画を行う。なお、描
画を行う前に、各アライメント機構６０〜９０により、
シフト制御及びチルト制御を行うことにより、各レンズ
２４，２６及び各成形アパーチャ１００，１０１の中心
位置に光軸合せを行う。

【０１６９】図１２の（ａ），（ｂ）は、アライメント
機構６０〜９０のうちアライメント機構７０について説
明するための図である。すなわち、図１２の（ａ）に示
すように電子ビーム２は、アライメント部７１によりシ
フト制御され、次にアライメント部７２によりチルト制
御される。そして、静電式縮小レンズ２４に入射するこ
とになる。このときの電子ビーム２に作用する磁束密度
曲線は図１２の（ｂ）に示すようなものとなる。すなわ
ち、シールド電極（シールド部材）３５〜３７の位置で
磁場がゼロ磁場になるため、アライメント部７１，７２
間の干渉がなくなり、独立制御が可能である。

【０１７０】一方、図１３の（ａ），（ｂ）は比較のた
めの図である。すなわち、図１３の（ａ）に示すよう
に、シールド部材がない場合には、図１３の（ｂ）に示
すようにアライメント部７１とアライメント部７２とが
相互に干渉し、磁場の加減演算が発生する場合がある。
このため、アライメント部７１によるシフト量の制御、
アライメント部７２によるチルト量の制御を行うと、互
いの制御に影響し、精度よくレンズ２４の中心に入射さ
せることが困難になる。

【０１７１】また、図１４〜図１７はアライメント機構
６０〜９０の各アライメント部におけるアライメントコ
イルにそれぞれサドル型コイル、トロイダル型コイルを
用いた場合を比較して示す図である。なお、図１４及び
図１６がサドル型コイル、図１５及び図１７がトロイダ
ル型コイルである。

【０１７２】サドル型コイルにおいては、図１４の
（ａ）に示すようにコア１１０に対して、巻線１１１に
図示するような向きに捲回されている。このため、等位
磁力線は図１４の（ｂ）及び図１６の（ａ）中Ｍに示す
ものとなり、電磁力は図１４の（ｂ）中Ｌに示すように
発生する。

【０１７３】このとき、図１６の（ｂ）に示すようにシ
ールド部材１１２が配置されていると、等位磁力線Ｍは
シールド部材１１２により遮断され、磁界強度が零とな
る。

【０１７４】一方、トロイダル型コイルにおいては、図
１５の（ａ）に示すようにコア１１３に対して、巻線１
１４が図示するような向きに捲回されている。このた
め、電磁力は図１５の（ｂ）中Ｑに示すように発生し、
等位磁力線は図１５の（ｂ）及び図１７の（ａ）中Ｒに
示すようなものとなる。

【０１７５】このとき、図１７の（ｂ）に示すようにシ
ールド部材１１２が配置されていても、等位磁力線の流
れ方の関係で、シールド部材１１２を乗り越えて、等位
磁力線が沁み込む現象が発生する。したがって、シール
ド部材を備えたアライメント部としては、トロイダル型
コイルよりもサドル型コイルがより効果的に相互干渉を
防止することができる。

【０１７６】図１８の（ａ）は、第２のアパーチャ１０
０によるアライメントコイルの調整方法を示す図であ
る。すなわち、第２のアパーチャ１００は、その表面に
照射された電子ビーム２を電流信号に置き換えてモニタ
に表示する。そして、アライメント機構６０、７０を電
気処理系により、第２のアパーチャ１００上の所定のア
パーチャエリアを電子ビーム２でスキャンする。このと
き、アパーチャ穴部１００ａをスキャンすると、アパー
チャ穴部１００ａのモニタ像が得られる。スキャンエリ
アをかえると、アパーチャ穴部１００ａの位置が移動す
るので、モニタ上の中心にアパーチャ像を移動する。適
正な位置にアパーチャ穴部１００ａの像が位置するよう
に調整し、さらにレンズ２０に電圧を加えてもモニタ像
のセンタ位置が変化しないようにアライメントコイルを
調整することで、アパーチャセンタに対する電子ビーム
２の光軸を合わせ込むことができる。

【０１７７】図１８の（ｂ）は、第３のアパーチャ１０
１によるアライメントコイルの調整方法を示す図であ
る。すなわち、第３のアパーチャ１０１は、その表面に
照射された電子ビーム２を電流信号に置き換えてモニタ
に表示する。そして、アライメント機構８０を電気処理
系により、第３のアパーチャ１０１上の所定のアパーチ
ャエリアを絞った状態の電子ビーム２でスキャンする。
このとき、アパーチャ穴部１０１ａをスキャンすると、
アパーチャ穴部１０１ａのモニタ像が得られる。スキャ
ンエリアをかえると、アパーチャ穴部１０１ａの位置が
移動するので、モニタ上の中心にアパーチャ像を移動す
る。適正な位置にアパーチャ穴部１０１ａの像が位置す
るように、アライメントコイルを調整することで、アパ
ーチャセンタに対する電子ビーム２の光軸を合わせ込む
ことができる。

【０１７８】上述したように本第３の実施の形態に係る
電子ビーム描画装置によれば、第１の実施の形態に係る
電子ビーム描画装置と同様の効果が得られるとともに、
隣接するアライメント部の相互干渉を防止することでア
ライメント機構６０〜９０による電子ビームの光軸合せ
を容易、かつ、高精度に行うことができる。

【０１７９】また、第２及び第３の成形アパーチャ１０
０，１０１を用いることで、アライメント機構６０〜８
０の調整を容易に行うことができる。

【０１８０】さらに、アライメント機構７０〜９０にお
けるシールド部材は、光学系と独立に設けるのではな
く、光学系のシールド極を兼ねて構成しているので、新
たにシールド部材としての部品を設ける必要がないの
で、部品を省略できるとともに、全体を小型化すること
が可能である。

【０１８１】図１９は、本発明に係わる電子ビーム描画
装置の第４の実施の形態を示す構成図である。なお、図
１９において図１１と同一機能部分には同一符号を付
し、その詳細な説明は省略する。本電子ビーム描画装置
が上述した第３の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
と異なる点は、アライメント機構６０〜８０の代りにア
ライメント機構１１０〜１３０を用いている点にある。
これらアライメント機構１１０〜１３０では、各１個の
アライメント部１１１，１２１，１３１を設けるように
している。この場合、被対象レンズや、被対象アパーチ
ャに対して遠ざける位置に配置すれば、小さなアライメ
ントコイル電流で、大きなアライメントパワーが得ら
れ、スペース効率的に有利である。

【０１８２】図２０は、本発明に係わる電子ビーム描画
装置の第５の実施の形態を示す構成図である。なお、図
２０において図１１と同一機能部分には同一符号を付
し、その詳細な説明は省略する。本電子ビーム描画装置
が上述した第３の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
と異なる点は、対物レンズ２６の代りに電磁レンズ５０
を使用した場合に適用したケースである。

【０１８３】本実施の形態によれば、第２及び第３の実
施の形態に係る電子ビーム描画装置と同様の効果を得る
ことができる。

【０１８４】図２１は、本発明に係わる電子ビーム描画
装置の第６の実施の形態を示す構成図である。なお、図
２１において、上述した図２と同一機能部分には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。

【０１８５】本第６の実施の形態に係る電子ビーム描画
装置と、上述した第１の実施の形態に係る電子ビーム描
画装置とで異なる点は、静電式縮小レンズ２４の代りに
静電式縮小レンズ１４０が設けられ、静電式対物レンズ
２６の代りに静電式対物レンズ１４１が設けられている
点にある。

【０１８６】静電式縮小レンズ１４０は、負の電圧が印
加される陰電極（第１の電極）１４０ａと、この陰電極
１４０ａの上流側に設けられた上側シールド電極１４０
ｂと、陰電極１４０ａの下流側に設けられた下側シール
ド電極１４０ｃと、この下側シールド電極１４０ｃと陰
電極１４０ａとの間に設けられた空間電荷効果低減電極
（第２の電極）１４０ｄが設けられている。この空間電
荷効果低減電極１４０ｄには、所定の正の電圧が印加さ
れている。

【０１８７】静電式対物レンズ１４１は、負の電圧が印
加される陰電極（第１の電極）１４１ａと、この陰電極
１４１ａの上流側に設けられた上側シールド電極１４１
ｂと、陰電極１４１ａの下流側に設けられた下側シール
ド電極１４１ｃと、この下側シールド電極１４１ｃと陰
電極１４０ａとの間に設けられた空間電荷効果低減電極
（第２の電極）１４１ｄが設けられている。この空間電
荷効果低減電極１４１ｄには、所定の正の電圧が印加さ
れている。

【０１８８】次に空間電荷効果低減電極１４０ｄ，１４
１ｄの作用について説明する。静電レンズを使用した光
学系では、磁場を利用した電磁レンズとは異なり、電子
ビームは静電レンズ内で減速と加速の動作を通してレン
ズ機能を成立している。電子ビームを使用した光学系で
は、加速電圧が低下するにつれて空間電荷効果が大きく
なり、光学収差が増加し、ビームぼけ量が大きくなる。

【０１８９】図２２の（ａ），（ｂ）及び図２３の
（ａ）〜（ｃ）は、第２の成形アパーチャ７から試料１
３面上に投影するまでに発生するビームぼけの原理を模
式的に示す図である。すなわち、図２２中の（ｂ）中α
は、ビームを示している。このビームαの中には、第２
の成形アパーチャ７からある開き角ビームによって発生
するビームβ（光学収差）が含まれている。ビームαと
ビームβとの差分は静電レンズ内における空間電荷効果
で発生したビームぼけを示している。

【０１９０】したがって、試料１３面におけるビームぼ
け量を小さくするにはビームぼけβ及び空間電荷効果に
よるビームぼけをなるべく小さくする必要がある。すな
わち、空間電荷効果低減電極１４０ｄ，１４１ｄに陰電
極１４０ａ，１４１ａと逆の電圧を印加することで空間
電荷効果を低減させることができる。

【０１９１】図２４は対物レンズ１４１のレンズ効果を
レンズポテンシャルＶｅで示したものである。図２４中
実線γ１は空間電荷効果電極１４１ｄに電圧を加えない
場合、破線γ２は陰電極１４１ａに印加した電圧に対
し、正の電圧でその絶対値を０．７倍とした場合、一点
鎖線γ３は陰電極１４１ａに印加した電圧に対し、正の
電圧でその絶対値を１．２倍とした場合を示している。

【０１９２】上述したγ２，γ３の場合において図２２
の（ｂ）中破線δに示すように、空間電荷効果を低減さ
せることができる。なお、陰電極１４１ａに印加した電
圧に対し、正の電圧でその絶対値を０．５〜１倍とした
場合がレンズポテンシャルＶｅが正とはならないので最
適な範囲となる。また、０．２〜１．２倍の範囲であれ
ば空間電荷効果に対する低減効果を十分に確認すること
ができる。

【０１９３】上述したように、静電レンズを使用した電
子ビーム描画装置において、空間電荷効果低減電極１４
０ｄ，１４１ｄを設けることによって、静電レンズ内の
減速動作で発生する空間電荷効果を小さく押さえ、ぼけ
の小さな、解像性に優れた電子ビームを得ることができ
る。

【０１９４】なお、空間電荷効果低減電極は、陰電極に
対し、電子ビーム２の上流側及び下流側のいずれに設け
てもよいが、下流側がより効果的である。また、静電型
対物レンズ１４１側のみ設けるようにしてもよい。

【０１９５】図２５は、本発明に係わる電子ビーム描画
装置の第７の実施の形態を示す構成図である。なお、図
２５において、上述した図２と同一機能部分には同一符
号を付し、その詳細な説明は省略する。

【０１９６】本第７の実施の形態に係る電子ビーム描画
装置では、第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
に加え、制御部１５０を有している。制御部１５０は、
描画パターンを決める描画制御部１５１と、この描画制
御部１５１からの信号に基づいて第２の成形アパーチャ
７上の適正なセルを選択するＣＰ選択制御部１５２と、
このＣＰ制御部１５２からの信号に基づいて第１の静電
式成形偏向器２１及び第２の静電式成形偏向器２２を制
御する成形偏向ＡＭＰ１５３と、この成形偏向ＡＭＰ１
５３からの信号に基づいて各セルの位置に対応する照明
倍率を格納する照明レンズ励起テーブル１５４と、この
照明レンズ励起テーブル１５４で定められた倍率に基づ
いて静電式照明レンズ２０を制御する励起制御部１５５
と、この励起制御部１５５からの信号を増幅し、静電式
照明レンズ２０を駆動するレンズ用ＡＭＰ１５６とを備
えている。

【０１９７】図２６及び図２７は、第２の成形アパーチ
ャ７上のセルの位置によって電子ビーム描画装置に発生
する電子光学路長の差異が生じ、これにより縮小率の差
異が生じる原理を示す説明図である。

【０１９８】図２６に示すように、描画すべきパターン
に応じて第２の成形アパーチャ７上のセルを選択する場
合において、電子銃１の中心位置Ｃ上に位置するセル１
６０と、中心位置Ｃからτ１だけ離間したセル１６１と
では、中心位置Ｃに戻るまでの電子光学路長が異なる。
すなわち、セル１６０の場合はＫ１、セル１６１の場合
はＫ２となる。このため、第２の成形アパーチャ７を照
明したセル１６１の照明光路κ２は、セル１６０を照明
した場合の照明光路κ１で形成されるクロスオーバχに
比べてτ２だけ図２７中上方にクロスオーバχ′を形成
する。そして、静電式縮小レンズ２４により試料１３上
にパターン像が形成されたセルパターン像の縮小率はセ
ル１６０を選択した場合と比べて僅かに大きくなる。

【０１９９】この変動により試料１３上に形成される微
細配線露光におけるパターン線幅では、無視できない大
きさとなり、パターン間のつなぎ精度が低下し、歩留ま
りが低下する虞がある。

【０２００】図２５に示す電子ビーム描画装置では、上
述した第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置にお
ける動作に加え、セル１６１の中心位置Ｃからの距離τ
１により生ずる照明光路が光学上に生ずるτ２の差異を
キャンセルし、縮小率を同一とするために、次のように
制御を行う。すなわち、描画制御部１５１から目的とす
るパターンの描画の指令をＣＰ選択制御部１５２に送
る。照明レンズ２０の励起条件を、照明レンズ励起テー
ブル１５４に基づいて照明倍率を適当な値に変更する。
これにより、電子ビーム２は、図２８に示すように補正
された補正光路κ３を通って第２の成形アパーチャ７に
到達することになる。セル１６１により成形された電子
ビーム２は、セル１６０の場合の光路と同一の光路を通
過し、試料１３上にパターン像を結像する。

【０２０１】このように、本第７の実施の形態に係る電
子ビーム描画装置においては、上述した第１の実施の形
態に係る電子ビーム描画装置と同様の効果が得られると
ともに、セルの位置が中心位置Ｃから離れている場合で
あっても、投影レンズ（静電式縮小レンズ２４及び静電
式対物レンズ２５）の動作条件を変更することなく、同
一の縮小率でセルのパターン像を試料１３面上に結像さ
せることができる。また、照明レンズ２０の照明倍率の
変更はセルの随意選択に追従して高速に行うことができ
るので、描画を高速に行うことができる。

【０２０２】図２９は本発明の第８の実施の形態に係る
電子ビーム描画装置を示す構成図である。なお、図２９
において、上述した図２５と同一機能部分には同一符号
を付し、その詳細な説明は省略する。

【０２０３】本第８の実施の形態に係る電子ビーム描画
装置では、第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
に加え、制御部１７０を有している。制御部１７０は、
描画パターンを決める描画制御部１７１と、この描画制
御部１７１からの信号に基づいて成形アパーチャ７上の
適正なセルを選択するＣＰ選択制御部１７２と、このＣ
Ｐ制御部１７２からの信号に基づいて第１の静電式成形
偏向器２１及び第２の静電式成形偏向器２２を制御する
成形偏向ＡＭＰ１７３と、ＣＰ制御部１７２からの信号
に基づいて静電式縮小レンズ２４の縮小倍率を制御する
ＲＬレンズ励起テーブル１７４と、このＲＬレンズ励起
テーブル１７４で定められた倍率に基づいて静電式縮小
レンズ２４を制御する励起制御部１７５と、この励起制
御部１７５からの信号を増幅し、静電式縮小レンズ２４
を駆動するＲＬレンズ用ＡＭＰ１７６とを備えている。

【０２０４】図２９に示す電子ビーム描画装置では、セ
ル１６１の中心位置Ｃからの距離τ１により生ずる照明
光路が光学上に生ずるτ２の差異をキャンセルし、縮小
率を同一とするために、次のように制御を行う。すなわ
ち、描画制御部１７１から目的とするパターンの描画の
指令をＣＰ選択制御部１７２に送り、セルを選択する。
このＣＰ選択制御部１７２により所望のセルに電子ビー
ム２が照射されるように成形偏向ＡＭＰ１７３を介して
静電式成形偏向器２１，２２を制御する。なお、セルは
予め縮小率に応じて大きさを調整して形成されている。

【０２０５】一方、ＲＬレンズ励起テーブル１７４にお
いて、選択されたセルに対応するような静電式縮小レン
ズ２４の縮小率を設定する。この縮小率に応じて励起制
御部１７５で静電式縮小レンズ２４で制御を行いＲＬレ
ンズ用ＡＭＰ１７６を介して静電式縮小レンズ２４を駆
動する。

【０２０６】これにより、電子ビーム２は補正された補
正照明光学路κ４を通って試料１３上にパターン像を結
像する。

【０２０７】このように、本第８の実施の形態に係る電
子ビーム描画装置においては、上述した第１の実施の形
態に係る電子ビーム描画装置と同様の効果が得られると
ともに、セルの位置が中心位置Ｃから離れた場合であっ
ても、静電式照明レンズ２０の動作条件を変更すること
なく、適正な大きさでセルのパターン像を試料１３面上
に結像させることができる。また、静電式縮小レンズ２
４による縮小率の変更はセルの随意選択に追従して高速
に行うことができるので、描画を高速に行うことができ
る。

【０２０８】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形実施可能であるのは勿論である。

【０２０９】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、パ
ターン描画精度を維持しながらシステムの小型化・単純
化が実現できる電子ビーム描画方法及びその装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第１の実
施の形態を示す構成図。

【図２】同装置の外観構造を示す図。

【図３】同装置における静電式レンズの構成図。

【図４】同装置における静電式成形偏向器の構成図。

【図５】静電式主偏向器に対する静電式プリ主偏向器の
制御電圧の加算方向を示す図。

【図６】静電式副偏向器に対する静電式プリ副偏向器の
制御電圧の減算方向を示す図。

【図７】主偏向対物レンズの下側シールド電極と電子検
出器のシールド電極との共用構造を示す図。

【図８】主偏向対物レンズの下側シールド電極を電子検
出器のシールド電極として共用したときの作用を説明す
るための図。

【図９】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第２の実
施の形態を示す構成図。

【図１０】電磁式対物レンズに内蔵の静電式主偏向器へ
の制御配線を示す図。

【図１１】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第３の
実施の形態を示す構成図。

【図１２】同装置におけるシールド部材の機能を示す説
明図。

【図１３】シールド部材がないアライメント部を示す説
明図。

【図１４】同装置に組込まれたサドル型コイルを示す説
明図。

【図１５】トロイダル型コイルを示す説明図。

【図１６】サドル型のアライメントコイルにおけるシー
ルドの機能を示す説明図。

【図１７】トロイダル型のアライメントコイルにおける
シールドの機能を示す説明図。

【図１８】同装置における光軸合せ機能を示す説明図。

【図１９】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第４の
実施の形態を示す構成図。

【図２０】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第５の
実施の形態を示す構成図。

【図２１】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第６の
実施の形態を示す構成図。

【図２２】電子ビームのぼけの作用について示す説明
図。

【図２３】電子ビーム描画装置に組込まれた空間電荷効
果低減電極の機能を示す説明図。

【図２４】同空間電荷効果低減電極による修正の効果を
示す説明図。

【図２５】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第７の
実施の形態を示す構成図。

【図２６】同電子ビーム描画装置に組込まれた成形アパ
ーチャのセルの位置の違いに基づく光路の違いを示す説
明図。

【図２７】同光路の違いに基づく描画の変動を示す説明
図。

【図２８】同光路の違いに基づく描画の変動を修正する
原理を示す説明図。

【図２９】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第８の
実施の形態を示す構成図。

【図３０】同電子ビーム描画装置の描画の変動を修正す
る原理を示す説明図。

【図３１】従来の電子ビーム描画装置の構成図。

【図３２】矩形に形成された第１の成形アパーチャの構
成図。

【図３３】菱形・矩形に形成された第２の成形アパーチ
ャの構成図。

【図３４】第１及び第２の成形アパーチャによる電子ビ
ームの成形作用を示す模式図。

【符号の説明】

１…電子銃、 ４…第１の成形アパーチャ、 ７…第２の成形アパーチャ、 １２…電子検出器、 ２０…静電式照明レンズ、 ２１…第１の静電式成形偏向器、 ２２…第２の静電式成形偏向器、 ２３…第３の成形アパーチャ、 ２４…静電式縮小レンズ、 ２５…静電式主偏向対物レンズ、 ２７…静電式対物レンズ、 ２７…静電式主偏向器、 ２８…静電式副偏向器、 ２９…静電式プリ主偏向器、 ３０…静電式プリ副偏向器、 ４０…電圧制御部、 ４１…第１の収差補正部、 ４２…第２の収差補正部、 ５０…電磁式対物レンズ、 ５１…ポールピース、 ５２…コイル、 ５３…静電式主偏向器、 ５４…非磁性シールド ６０，７０，８０，９０，１２０，１３０…アライメン
ト機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉原 和佳 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 三好 元介 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 山崎 裕一郎 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 木下 秀俊 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 若山 茂 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 林 正和 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 2H097 AA03 BA01 BB03 CA16 EA02 KA28 LA10 5C033 GG02 GG04 GG05 5C034 BB02 BB04 BB05 BB07 BB08 BB10 5F056 AA17 CB02 CB07 CB14 CC04 EA04 EA05 EA06

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを電子光学系によって少なくと
   も成形や偏向、縮小投影して試料上に照射し、この試料
   上に描画を行う電子ビーム描画方法において、 前記電子光学系における少なくとも前記成形や前記縮小
   投影、前記偏向を行う各構成要素を静電式として、前記
   試料上に描画を行うことを特徴とする電子ビーム描画方
   法。
2. 【請求項２】電子ビームに対して少なくとも成形や偏向
   し、この後に試料に対して縮小投影する電子光学系を備
   えた電子ビーム描画装置において、 前記電子光学系は、少なくとも前記成形、前記縮小投影
   を行う静電式の各レンズ、及び前記電子ビームを偏向す
   る静電式の偏向器から構成されたことを特徴とする電子
   ビーム描画装置。
3. 【請求項３】前記電子光学系は、電子ビームを任意の形
   状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された複
   数のアパーチャと、 前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する
   静電式照明レンズと、 前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成
   るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズによ
   り調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャ
   に対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過
   して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻
   す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、 これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮
   小する静電式縮小レンズと、 この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記
   試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、
   及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される
   前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式
   主偏向器から成る主偏向対物レンズと、 前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏
   向する静電式副偏向器と、 前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する
   ２次電子又は反射電子を検出する電子検出器と、を備え
   たことを特徴とする請求項２記載の電子ビーム描画装
   置。
4. 【請求項４】前記主偏向対物レンズは、同一円周上に配
   置された複数の電極と、これら電極を挟んで対向配置さ
   れた各シールド電極とから構成され、 前記複数の電極に同一電圧を印加して前記電子ビームを
   収束させ、かつ前記複数の電極に電圧を印加して前記電
   子ビームを前記試料上の任意の位置に偏向させる電圧制
   御手段、を備えたことを特徴とする請求項３記載の電子
   ビーム描画装置。
5. 【請求項５】前記主偏向対物レンズの前記複数の電極に
   同一電圧を印加し、かつ前記電子光学系で発生する収差
   に応じた補正量を前記複数の電極に加減印加する収差補
   正手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の電子ビ
   ーム描画装置。
6. 【請求項６】前記静電式主偏向器から前記電子ビームの
   上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電
   式主偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ主
   偏向器と、 前記静電式副偏向器の前記電子ビームの上流側に配置さ
   れ、前記電子ビームを偏向して前記静電式副偏向器に対
   して収差を最小に制御する静電式プリ副偏向器と、を備
   えたことを特徴とする請求項３記載の電子ビーム描画装
   置。
7. 【請求項７】前記電子ビームの進行方向に沿って前記静
   電式プリ副偏向器、前記静電式プリ主偏向器、前記静電
   式副偏向器及び前記静電式主偏向器を配置し、かつ隣接
   するこれら前記静電式プリ副偏向器、前記静電式プリ主
   偏向器、前記静電式副偏向器及び前記静電式主偏向器の
   各間でそれぞれシールド電極を共通構造にしたことを特
   徴とする請求項６記載の電子ビーム描画装置。
8. 【請求項８】前記静電式主偏向器及び前記静電式プリ主
   偏向器の各両端側には、それぞれ各シールド電極が配置
   されたことを特徴とする請求項６記載の電子ビーム描画
   装置。
9. 【請求項９】前記静電式主偏向器と前記静電式プリ主偏
   向器とは、前記収差を最小に制御するためにそれぞれの
   制御電圧の連動比を１：１に成立させるために、プリ主
   偏向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整
   されたことを特徴とする請求項６記載の電子ビーム描画
   装置。
10. 【請求項１０】前記静電式副偏向器と前記静電式プリ副
    偏向器とは、前記収差を最小に制御するためにそれぞれ
    の制御電圧の連動比を１：１に成立させるために、プリ
    副偏向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調
    整されたことを特徴とする請求項６記載の電子ビーム描
    画装置。
11. 【請求項１１】前記静電式主偏向器に対する前記静電式
    プリ主偏向器の制御電圧を加算方向に制御し、かつ前記
    静電式副偏向器に対する前記静電式プリ副偏向器の制御
    電圧を減算方向に制御する収差補正手段を備えたことを
    特徴とする請求項６記載の電子ビーム描画装置。
12. 【請求項１２】前記複数のアパーチャのうち不要なビー
    ムをカットするための前記アパーチャと前記静電式縮小
    レンズとを近接配置し、かつ前記静電式縮小レンズにお
    ける内径の大きな方のシールド電極の厚さを内径の小さ
    なシールド電極の厚さの少なくとも２倍以上に形成した
    ことを特徴とする請求項３記載の電子ビーム描画装置。
13. 【請求項１３】前記主偏向対物レンズにおける内径の小
    さなシールド電極を前記電子検出器のシールド電極と隣
    接配置若しくは共用構造にし、かつ前記内径の小さなシ
    ールド電極の厚さを内径の大きなシールド電極の厚さの
    少なくとも２倍以上に形成したことを特徴とする請求項
    ３記載の電子ビーム描画装置。
14. 【請求項１４】前記電磁式対物レンズの磁気フィールド
    中に前記静電式主偏向器を配置したことを特徴とする請
    求項３記載の電子ビーム描画装置。
15. 【請求項１５】前記電磁式対物レンズを構成するコイル
    の巻回されたポールピースのギャップの中に、前記静電
    式主偏向器が配置された構造であることを特徴とする請
    求項１４記載の電子ビーム描画装置。
16. 【請求項１６】前記ポールピースの先端部には、非磁性
    シールドが取り付けられたことを特徴とする請求項１５
    記載の電子ビーム描画装置。
17. 【請求項１７】電子ビームに対して成形、縮小投影を行
    う静電式の各レンズと、前記電子ビームを偏向する静電
    式の偏向器と、前記電子ビームの光軸を調整する複数の
    アライメント部とを具備し、 前記複数のアライメント部のうち隣接するアライメント
    部相互間に配置され、各アライメント部の相互干渉を防
    止するシールド部材を備えていることを特徴とする電子
    ビーム描画装置。
18. 【請求項１８】前記シールド部材は、前記レンズ及び偏
    向器の少なくとも一方のシールド極を兼ねていることを
    特徴とする請求項１７に記載の電子ビーム描画装置。
19. 【請求項１９】前記アライメント部は、サドル型コイル
    を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の電子
    ビーム描画装置。
20. 【請求項２０】電子ビームを任意の形状に調整するため
    にそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャ
    と、 前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する
    静電式照明レンズと、 前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成
    るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズによ
    り調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャ
    に対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過
    して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻
    す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、 これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮
    小する静電式縮小レンズと、 この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記
    試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、
    及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される
    前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式
    主偏向器から成る主偏向対物レンズと、 前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏
    向する静電式副偏向器と、 前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する
    ２次電子又は反射電子を検出する電子検出器と、 前記電子ビームの光軸を調整する複数のアライメント部
    と、 前記アライメント部相互間に配置され、アライメント部
    の相互干渉を防止するシールド部材とを備えていること
    を特徴とする電子ビーム描画装置。
21. 【請求項２１】前記シールド部材は、前記レンズ及び偏
    向器の少なくとも一方のシールド極を兼ねていることを
    特徴とする請求項２０に記載の電子ビーム描画装置。
22. 【請求項２２】前記アライメント部は、サドル型コイル
    を備えていることを特徴とする請求項２０に記載の電子
    ビーム描画装置。
23. 【請求項２３】電子ビームを任意の形状に調整するため
    にそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャ
    と、 前記電子ビームに対して成形、縮小投影を行う静電式の
    各レンズと、 前記電子ビームを偏向する静電式の偏向器と、 前記電子ビームの光軸を調整する複数のアライメント部
    とを具備し、 前記アライメント部は、前記電子ビームが照射された前
    記アパーチャから得られたパターン像に基づいて、アラ
    イメントの調整を行うことを特徴と電子ビーム描画装
    置。
24. 【請求項２４】前記アパーチャは、前記各レンズ、前記
    偏向器及び前記アライメント部から電気的に絶縁されて
    いることを特徴とする請求項２３に記載の電子ビーム描
    画装置。
25. 【請求項２５】電子ビームに対して成形、縮小投影を行
    う静電式の各レンズと、前記電子ビームを偏向する静電
    式の偏向器を用いて描画を行う電子ビーム描画方法にお
    いて、 前記電子ビームに成形、縮小投影、偏向を行うための電
    圧が印加する第１の電圧印加工程と、 前記第１の電圧印加工程で発生する空間電荷効果を低減
    するための前記電圧と逆極性の電圧を印加する第２の電
    圧印加工程とを備えていることを特徴とする電子ビーム
    描画方法。
26. 【請求項２６】電子ビームに対して成形、縮小投影を行
    う静電式の各レンズと、前記電子ビームを偏向する静電
    式の偏向器とを具備し、 前記各レンズ及び偏向器のうち少なくとも一つには、前
    記電子ビームに作用するように所定の電圧が印加される
    第１の電極と、この第１の電極に対向配置され前記電圧
    と逆極性の電圧が印加される第２の電極とが設けられて
    いることを特徴とする電子ビーム描画装置。
27. 【請求項２７】前記第２の電極は、前記第１の電極に対
    し、前記電子ビームの進行方向側に設けられていること
    を特徴とする請求項２６に記載の電子ビーム描画装置。
28. 【請求項２８】前記第２の電極は、前記各レンズ及び偏
    向器のうち対物レンズに設けられていることを特徴とす
    る請求項２６に記載の電子ビーム描画装置。
29. 【請求項２９】前記第２の電極に印加する電圧の絶対値
    は、前記第１の電極に印加する電圧の絶対値の０．２〜
    １．２倍であることを特徴とする請求項２６に記載の電
    子ビーム描画装置。
30. 【請求項３０】前記第２の電極に印加する電圧の絶対値
    は、前記第１の電極に印加する電圧の絶対値の０．５〜
    １倍であることを特徴とする請求項２６に記載の電子ビ
    ーム描画装置。
31. 【請求項３１】電子ビームを任意の形状に調整するため
    に所定の位置に配置されたアパーチャと、 前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する
    静電式照明レンズと、 前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビーム
    を偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、
    かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電
    子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成
    形偏向器と、 これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮
    小する静電式縮小レンズと、 この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記
    試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、
    及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される
    前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式
    主偏向器から成る主偏向対物レンズと、 前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏
    向する静電式副偏向器とを備え、 前記静電式縮小レンズ及び前記対物レンズの少なくとも
    一方は、前記電子ビームに作用するように所定の電圧が
    印加される第１の電極と、この第１の電極に対向配置さ
    れ前記電圧と逆極性の電圧が印加される第２の電極とが
    設けられていることを特徴とする電子ビーム描画装置。
32. 【請求項３２】前記第２の電極は、前記第１の電極に対
    し、前記電子ビームの進行方向側に設けられていること
    を特徴とする請求項３１に記載の電子ビーム描画装置。
33. 【請求項３３】前記第２の電極は、前記対物レンズに設
    けられていることを特徴とする請求項３１に記載の電子
    ビーム描画装置。
34. 【請求項３４】前記第２の電極に印加する電圧の絶対値
    は、前記第１の電極に印加する電圧の絶対値の０．２〜
    １．２倍であることを特徴とする請求項３１に記載の電
    子ビーム描画装置。
35. 【請求項３５】前記第２の電極に印加する電圧の絶対値
    は、前記第１の電極に印加する電圧の絶対値の０．５〜
    １倍であることを特徴とする請求項３１に記載の電子ビ
    ーム描画装置。
36. 【請求項３６】電子ビームに対して成形、縮小投影を行
    う静電式の各レンズと、前記電子ビームを偏向する静電
    式の偏向器を用いて描画を行う電子ビーム描画方法にお
    いて、 前記電子ビームをアパーチャに設けられたセルを用いて
    成形する成形工程と、 前記電子ビームを縮小投影工程とを備え、 前記縮小投影工程は、前記アパーチャ上のセルに照射さ
    れる前記電子ビームの位置に基づいて前記縮小投影工程
    における縮小率を制御することを特徴とする電子ビーム
    描画方法。
37. 【請求項３７】電子ビームを任意の形状に調整するため
    に所定の位置に配置されたアパーチャと、 前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する
    静電式照明レンズと、 前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビーム
    を偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、
    かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電
    子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成
    形偏向器と、 これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮
    小する静電式縮小レンズと、 この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記
    試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、
    及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される
    前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式
    主偏向器から成る主偏向対物レンズと、 前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏
    向する静電式副偏向器とを備え、 前記アパーチャ上のセルの位置に基づいて、前記投影さ
    れるパターン像の縮小率を制御する制御部とを備えてい
    ることを特徴とする電子ビーム描画装置。
38. 【請求項３８】前記制御部は、前記静電式照明レンズの
    照明倍率を制御するものであることを特徴とする請求項
    ３７に記載の電子ビーム描画装置。
39. 【請求項３９】電子ビームを任意の形状に調整するため
    に所定の位置に配置されたアパーチャと、 前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する
    静電式照明レンズと、 前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビーム
    を偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、
    かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電
    子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成
    形偏向器と、 これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮
    小する静電式縮小レンズと、 この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記
    試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、
    及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される
    前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式
    主偏向器から成る主偏向対物レンズと、 前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏
    向する静電式副偏向器とを備え、 前記アパーチャ上のセルの位置にかかわらず前記投影さ
    れるパターン像の大きさを一定とするように前記セルの
    位置に基づいて前記セルの大きさが定められていること
    を特徴とする電子ビーム描画装置。