JP2001093825A - 荷電ビーム描画装置およびパターン描画方法並びに記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低加速の荷電ビームを用いて色収差が小さく
空間電荷効果の影響が少なく描画性能に優れた荷電ビー
ム描画装置およびパターン描画方法並びに記録媒体を提
供する。 【解決手段】 低加速電圧にて荷電ビーム８を発生させ
る荷電ビーム描画装置１において、静電型の４重の四極
子レンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）を用いて結像光学系を構成
し、光軸に非対称な電界を形成して荷電ビーム８がＸ軸
方向とＹ軸方向とで略同一の縮小率で縮小するととも
に、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで異なる軌道を経由して電流
密度の高いクロスオーバを形成することなくウェーハ２
９上で結像するように四極子レンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）
を制御する。これにより空間電荷効果によるボケを抑制
する。さらに、四極子レンズＱ２，Ｑ３内でのみ荷電ビ
ーム８７を高速で等速移動させることにより色収差を大
幅に低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＬＳＩ、超ＬＳＩの
半導体製造工程で使用される基板へのパターン描画技術
に関し、特に、イオン、電子ビーム等の荷電ビームを用
いた描画装置、描画方法および記録媒体に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】荷電ビーム描画装置は、光波長より短い
電子（イオン）の波長レベルの分解能で基板上にパター
ンを描画できるため、高い解像度が要求される微細パタ
ーンを形成できるという利点を有している。この一方、
光露光によるマスク描画方式と異なり、完成パターンを
小領域のパターンに分割した上で荷電ビームで直接描画
するため、描画に要する時間が膨大であるという問題が
ある。しかし、高精度の微細パターンを形成できる特徴
を有するため、光露光方式のリソグラフィー技術の次の
技術、あるいはＡＳＩＣ（Application Specific Integ
rated Circuit）等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。

【０００３】電子ビームで直接パターンを形成する方法
としては、小さな丸ビームをＯＮ／ＯＦＦ制御しながら
ウェーハ全面をスキャンしてパターン形成する方法と、
ステンシルアパーチャを通過した電子ビームをパターン
描画するＶＳＢ（Valuable Shaped Beam）描画方式があ
る。ＶＳＢ描画方式をさらに発展させて、繰り返しパタ
ーンを一つのブロックとしてステンシルを準備し、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
線（電子ビーム）描画の技術も開発されている。

【０００４】まず、従来の電子ビーム描画装置の第一の
例として、特願平６−２９０７２７に記載されたＶＳＢ
描画方式の電子ビーム描画装置について説明する。図５
は、本例の電子ビーム描画装置の電子光学系８０の概略
を示すブロック図である。なお、以下の各図において、
同一の部分には同一の参照番号を付してその説明を適宜
省略する。

【０００５】電子銃１から発生し加速された電子ビーム
７は、照明レンズ１５によりビーム径が調整されて投影
光学系への開き角が決定され、さらに、矩形の開口を有
する第一成形アパーチャ８５を通過することにより矩形
の断面形状を有するように整形される。その後、電子ビ
ーム７は、投影レンズ８７により菱形と矩形からなる絞
り孔を有する第二成形アパーチャ８９に照射される。第
二成形アパーチャ８９に対するビーム照射位置は、成形
偏向器２１で制御される。

【０００６】第二成形アパーチャ８９を通過した電子ビ
ーム７は、縮小レンズ２４および対物レンズ２５で縮小
投影されるが、ウェーハ２９の描画位置に対する電子ビ
ーム７の照射位置は主偏向器９３と副偏向器９５で制御
される。主偏向器９３は、ウェーハ２９上の描画領域を
帯状に分割した領域であるストライプ内で電子ビーム７
を制御して照射させる。副偏向器９５はストライプ内を
さらに細かく分割した小領域であるサブフィールドに対
して電子ビーム７の位置制御を行う。なお、これらのビ
ーム位置の制御にあたっては、ウェーハ２９を上面にて
支持するＸＹステージ（図示せず）の位置を参照しなが
ら行われる。

【０００７】対物レンズ２５とウェーハ２９との間に
は、電子ビーム７がウェーハ２９上に照射された時に発
生する２次電子、反射電子および後方散乱電子（以下、
２次電子等という）を検出する電子検出器２７が備えら
れ、検出された２次電子等の信号を処理することにより
ＳＥＭ画像を取得し、描画位置と電子ビーム７とのアラ
イメントが制御される。

【０００８】本例の電子光学系８０において、電子ビー
ム７のビーム軌道の制御は電磁レンズと静電偏向器にて
構成されている。従って、電子光学系の構成に当って
は、これらのレンズおよび偏向器の総合的な光学特性
や、機械的な組み立て精度、コンタミネーション等の影
響を十分に考慮しなければならない。

【０００９】さらに、本例の電子ビーム描画装置は、ビ
ーム解像度を向上させるため、電子ビーム７を高加速度
に加速させてウェーハ２９上のレジストヘ打ち込む方式
を採用している。このため、照射された電子ビーム７が
ウェーハ面のレジスト下面に形成された各種の多層薄膜
で反射して再びレジスト上方に向かうため、描画しよう
とするパターンに近接する領域の露光量が増加し、この
ことが次の描画パターンにボケや解像度劣化を引き起こ
す。これが近接効果と呼ばれる現象である。

【００１０】従来の技術においては、この近接効果の影
響を回避するために、各ショット毎に照射量を補正する
ことにより露光量を制御していた。このため、電子光学
系、制御部のいずれについても大掛かりなシステムが必
要となり、システムが複雑化する上、トラブルの誘発に
より結果的に精度が低下してしまう、という問題点があ
った。

【００１１】さらに、図５に示す描画装置では、高加速
の電子ビーム７を用いているため、ウェーハ表面へのダ
メージも懸念される。

【００１２】そこで、上述したようなＶＳＢ方式の高加
速電圧荷電ビーム描画装置の問題点を克服するために、
低加速電圧の電子ビームを用いたセルアパーチャ方式の
電子ビーム描画方式が提案されている（特願平１０−３
６３０７１，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ１．Ｂ
１４（６）１９９６．３８０２）。図６に特願平１０−
３６３０７１にて提案された電子ビーム描画装置の電子
光学系の要部を示す。

【００１３】電子銃１から出射され加速された電子ビー
ム７は、矩形または円形の開口を有する第１成形アパー
チャ１３に照射され、その断面形状が第１成形アパーチ
ャ１３の開口の形状に応じた形状となって照明レンズ１
５に入射する。照明レンズ１５は、２個の静電レンズ
（アインツェルレンズ）で構成され、中央の電極へ負の
電圧が印加されて電子ビーム７のビーム径を調整して、
投影光学系の開き角を決定している。照明レンズ１５を
通過した電子ビーム７は、第１成型偏向器１７を通過し
て一括露光セルアパーチャが複数個配列された第２成形
アパーチャ１９に入射する。

【００１４】電子ビーム７のビーム径は、照明レンズ１
５で調整されているので、任意の一個のセルアパーチャ
に対しては十分に大きく、かつ隣接するセルバターンに
干渉しない大きさとなっている。第１成形偏向器１７
は、目標とするアパーチャが選択できるように電子ビー
ム７を目標位置へ偏向制御する。

【００１５】第２成形アパーチャ１９を通過してセルア
パーチャ像に応じた断面形状を有する電子ビーム７は、
第２成形偏向器２１により、そのビーム軌道が光軸上に
振戻される。第１成型偏向器１７、第２成型アパーチャ
１９および第２成型偏向器２１を通過した電子ビーム７
は、第２成型アパーチャ１９を起点とするセルパターン
ビームとしてスタートし、光軸上に振り戻された状態で
縮小レンズ２４を通過する。縮小レンズ２４の上部には
アパーチャ２２が設置されており、第２成型アパーチャ
１９等を通過する際に散乱した不要なビームをカットす
る。

【００１６】縮小レンズ２４により縮小された電子ビー
ム７は、プリ副偏向器９３’、プリ主偏向器９５’、副
偏向器９３、主偏向器９５および対物レンズ２５を通過
してウェーハ面２９に縮小投影される。パターンを描画
すべき位置に対応するビーム位置は、主偏向器９５と副
偏向器９３で制御し、主偏向器９５に対するプリ主偏向
器９５’の制御電圧は加算方向に、プリ副偏向器９３’
の制御電圧は減算方向に制御することにより総合的な収
差を最小化している。

【００１７】主偏向器９５は、ＸＹステージ（図示せ
ず）上に搭載したウェーハ２９に対してＸＹステージの
位置を参照しながらストライプ内の描画位置に入射する
ように電子ビーム７を偏向制御し、また、副偏向器９３
は、ストライプを細かく分割したサブフィールド内の描
画領域に対して電子ビーム７の入射位置を制御する。ま
た、主偏向器９５の下部には、電子検出器２７が配設さ
れ、電子ビーム７がウェーハに入射する時に発生する二
次電子等を検出する。その検出結果は、信号処理により
二次電子等の発生状況を示すＳＥＭ画像として検出さ
れ、この画像に基づいて描画位置と電子ビーム７とのア
ライメントが調整される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
低加速電圧の電子ビーム描画装置においては、電子光学
系の電子レンズとして図６に示すように回転対称型の静
電型レンズ２４，２５を用い、これらを減速型の収束モ
ード、即ち、アインツェルレンズにおいて中間電極に与
えるレンズ電圧をビームを減速させる極性の電圧とする
モードで使用すると、電子レンズ内で電子ビーム７が減
速されるため、色収差および空間電荷効果（特にBoersc
h効果）によるビームボケが発生し、この結果、セルア
パーチャー像がウェーハ２９上でボケてしまい、描画特
性が劣化するという問題があった。

【００１９】また、従来の低加速電圧の電子ビーム描画
装置においては、アパーチャ２２を通過した電子ビーム
７についてクロスオーバ９９を形成することにより縮小
投影を実現しているが、クロスオーバ９９を形成する
と、電子密度が高くなるためにこの領域におけるクーロ
ン相互作用が顕著になり、空間電荷効果（Boersch効
果）によるボケが描画特性をさらに劣化させるという問
題点があった。

【００２０】さらに、電子ビームの低加速化によって色
収差が増大し、色収差性能が描画性能の向上を妨げると
いう問題点もあった。

【００２１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、低加速電圧の電子ビームを用いて
も色収差および空間電荷効果の影響が小さく、描画性能
に優れた荷電ビーム描画装置およびパターン描画方法並
びに記録媒体を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。

【００２３】即ち、本発明の第１の態様によれば、荷電
ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段
と、所望の描画パターンに対応した形状の絞り孔を有す
る開き角絞りと、上記荷電ビームが上記所望の断面形状
を有するように上記荷電ビームを電界により偏向して上
記開き角絞りの所望の絞り孔に入射させる第１の偏向手
段と、上記開き角絞りを通過した上記荷電ビームを電界
により縮小させて上記基板上に結像させる縮小投影手段
と、上記開き角絞りを通過した上記荷電ビームを電界に
より偏向して上記基板上での照射位置を調整する第２の
偏向手段と、上記荷電ビームの照射を受けた上記基板の
表面から発生する二次電子および反射電子が近接する描
画パターンの露光量に影響を及す近接効果が発生する量
を下回る加速電圧で上記荷電ビームが発生するように上
記荷電ビーム出射手段を制御するとともに、上記荷電ビ
ームが上記開き角絞りと上記基板との間でＸ方向とＹ方
向で略同一の縮小率で縮小し、かつ、Ｘ方向とＹ方向と
で異なる軌道を通過して上記基板上で結像するように上
記縮小投影手段に光軸に非対称な電界を形成させる制御
手段と、を備える荷電ビーム描画装置が提供される。

【００２４】上記荷電ビーム描画装置によれば、電界に
より荷電ビームの軌道を制御するので、従来の荷電ビー
ム描画装置のように磁界型レンズによるヒステリシスを
考慮する必要はない。このため、高速かつ高性能な制御
が可能となる。

【００２５】また、上記縮小投影手段は、光軸に非対称
な電界を形成するので、収束電場と発散電場のいずれも
が電子ビームに対して垂直に作用する。このため、従来
の回転対称型の静電レンズを用いる場合と異なり、縮小
投影手段内で荷電粒子が減速しないので、空間電荷効果
を低減することができ、低い電圧値で上記縮小投影手段
を作動させることができる。また、回転対称型の静電レ
ンズでは不可能である収差補正を行うことができる。

【００２６】さらに、上記縮小投影手段は、上記制御手
段の制御により上記荷電ビームがＸ方向とＹ方向とで異
なる軌道を通過するように電界を形成するので、上記荷
電ビームは、電流密度の高いクロスオーバを形成するこ
となく上記基板上で結像する。これにより、低加速電圧
でありながら空間電荷効果の影響が非常に小さい荷電ビ
ーム描画装置が提供される。従って、高加速電圧の荷電
ビームを用いる場合に発生する近接効果の影響を考慮す
る必要がないので、簡素な構成で収差特性に優れた荷電
ビーム描画装置が提供される。

【００２７】上記縮小投影手段は、入射した前記荷電ビ
ームを加速する加速電界と、加速された前記荷電ビーム
を減速する減速電界とを形成することが好ましい。

【００２８】荷電ビームとその光軸との距離が大きくな
ると色収差が発生するので、上記縮小投影手段内で荷電
粒子を高速に移動させる領域を設けることにより、色収
差をさらに低減することができる。

【００２９】さらに、上記縮小投影手段は、上記荷電ビ
ームの速度を上記縮小投影手段への入射速度である第１
の速度を上回る第２の速度に引上げる加速電界と、この
第２の速度を維持する等速電界と、上記第２の速度を下
回る第３の速度に引下げる減速電界と、を形成すること
が望ましい。

【００３０】上記縮小投影手段が上記等速電界を形成す
る領域は、上記荷電ビームとその光軸との距離が最大と
なる領域を少なくとも含むと好適である。

【００３１】前述の通り、荷電ビームとその光軸との距
離が大きくなると色収差が発生するので、この領域で、
荷電粒子を高速で移動させることにより、色収差を大幅
に低減することができる。

【００３２】上記縮小投影手段は、Ｎ重（Ｎは自然数）
のマルチポールレンズを含むと良い。

【００３３】上記Ｎは、３以上の自然数であり、第１重
目から第２重目の上記マルチポールレンズは、上記荷電
ビームを加速し、第（Ｎ−１）重目から第Ｎ重目の上記
マルチポールレンズは、上記荷電ビームを減速すること
が望ましい。

【００３４】また、上記Ｎは、４以上の自然数であり、
第１重目から第２重目の上記マルチポールレンズは、上
記荷電ビームの速度を上記第１の速度から上記第２の速
度に引上げる加速電界を形成し、第２重目から第（Ｎ−
１）重目の上記マルチポールレンズは、上記第２の速度
で上記荷電ビームを等速移動させる電界を形成し、さら
に、第（Ｎ−１）重目から第Ｎ重目の上記マルチポール
レンズは、上記荷電ビームの速度を上記第２の速度から
上記第３の速度に引下げる減速電界を形成することが好
ましい。

【００３５】上記マルチポールレンズは、静電型である
と良い。

【００３６】また、本発明の第２の態様によれば、発生
された荷電ビームを所望のパターンに応じた断面形状を
有するように整形して基板に照射しこの基板に上記所望
のパターンを描画する荷電ビーム描画装置を用いるパタ
ーン描画方法であって、上記荷電ビームの照射を受けた
上記基板の表面から発生する二次電子および反射電子が
近接する描画パターンの露光量に影響を及す近接効果が
発生する量を下回る加速電圧で上記荷電ビームを発生さ
せる第１の手順と、整形された上記荷電ビームがＸ方向
とＹ方向とで異なる軌道を通過するように上記荷電ビー
ムを制御するとともにＸ方向とＹ方向とで略同一の縮小
率をもって上記基板上で結像するように上記荷電ビーム
を縮小投影する第２の手順と、を備えるパターン描画方
法が提供される。

【００３７】上記パターン描画方法によれば、上記荷電
ビームは、Ｘ方向とＹ方向とで異なる軌道を通過しなが
らＸ，Ｙのいずれの方向ともほぼ同一の倍率で縮小され
るので、電流密度の高いクロスオーバを形成することな
く上記基板上で結像する。これにより、低加速電圧で発
生された荷電ビームを用いても空間電荷効果の影響を回
避してビームぼけを小さくすることができる。このた
め、高加速電圧の荷電ビームを用いる場合に発生する近
接効果の影響を考慮する必要なく、高い分解能でパター
ンを基板に描画することができる。

【００３８】上記第２の手順は、整形された上記荷電ビ
ームの荷電粒子の移動速度を引上げてより高速で等速移
動させ、その後上記荷電粒子の速度を引下げて上記基板
上で収束させる手順を含むことが望ましい。

【００３９】このように、整形された荷電ビーム中の荷
電粒子を高速で等速移動させることにより、色収差をさ
らに低減することができる。

【００４０】上記荷電粒子を上記高速で等速移動させる
領域は、上記荷電ビームからその光軸までの距離が最大
となる領域を少なくとも含むと良い。

【００４１】荷電ビームとその光軸との距離が大きくな
ると色収差が発生するので、この領域で荷電粒子を高速
で等速移動させることにより、色収差を大幅に低減する
ことができる。

【００４２】また、本発明の第３の態様によれば、発生
された荷電ビームを所望のパターンに応じた断面形状を
有するように整形して基板に照射しこの基板に上記所望
のパターンを描画する荷電ビーム描画装置に用いられ、
上記荷電ビームの照射を受けた上記基板の表面から発生
する二次電子および反射電子が近接する描画パターンの
露光量に影響を及す近接効果が発生する量を下回る加速
電圧で上記荷電ビームを発生させる第１の手順と、整形
された上記荷電ビームがＸ方向とＹ方向とで異なる軌道
を通過するように上記荷電ビームのビーム軌道を制御す
るとともにＸ方向とＹ方向とで略同一の縮小率をもって
上記基板上で結像するように上記荷電ビームを縮小投影
する第２の手順と、を備えるパターン描画方法を上記荷
電ビーム描画装置に実行させるプログラムを記録したコ
ンピュータ読取り可能な記録媒体が提供される。

【００４３】上記記録媒体によれば、低加速電圧の荷電
ビームを用いても空間電荷効果の影響を回避して高い分
解能でパターンを基板に描画する方法を汎用のコンピュ
ータを備える荷電ビーム描画装置で実現することができ
る。

【００４４】上記第２の手順は、整形された上記荷電ビ
ームの荷電粒子の速度を引上げてより高速で等速移動さ
せ、その後上記荷電粒子の速度を引下げて上記基板上で
結像させる手順を含むことが望ましい。

【００４５】上記第２の手順において、上記荷電粒子を
上記高速で等速移動させる領域は、上記荷電ビームがそ
の光軸から最も離隔する領域を少なくとも含むとさらに
好適である。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態につ
いて図面を参照しながら説明する。

【００４７】図１は、本発明にかかる荷電ビーム描画装
置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図であり、
また図２は、図１に示す電子ビーム描画装置が備える電
子光学系の概略構成を示すブロック図である。

【００４８】図１に示す電子ビーム描画装置１は、荷電
ビームとして電子ビーム８を用いるものであり、電子ビ
ーム鏡筒２と制御部３とを備えている。電子ビーム鏡筒
２は、上面に描画対象であるウェーハ（基板）２９を載
置するＸＹステージ５と、ウェーハ２９に電子ビーム８
を照射する電子光学系４とを含む。後述するように、本
実施形態の特徴は、電子光学系４においてアパーチャ２
２からウェーハ２９までの領域に４重の四極子レンズ２
３（Ｑ１〜Ｑ４）を配設した点にある。電子光学系４の
その他の構成は、図６に示す電子光学系９０と略同一で
ある。

【００４９】制御部３は、制御コンピュータ６とメモリ
４５と各種制御回路部３１〜５９とを含む。メモリ４５
には、ＣＡＤ等による設計データからフォーマット変換
された描画パターン情報が格納されるほか、後述する本
発明にかかるパターン描画方法を実行させるプログラム
を格納した記録媒体から読取られたレシピファイルが格
納される。制御コンピュータ６は、メモリ４５からこれ
らの描画パターン情報とレシピファイルとを読取り、装
置の各構成部分を制御する。

【００５０】制御回路部には、電子銃制御回路部３１、
照明レンズ制御回路部３３ａ，３３ｂ、第１成型偏向制
御回路部３７、セルアパーチャ駆動部３９、第２成型偏
向制御回路部４１、四極子レンズ制御回路部４３ａ〜４
３ｄ、偏向制御回路部５５ａ，５５ｂ、検出信号処理回
路部５７、およびステージ制御回路部５９が含まれる。

【００５１】電子銃制御回路部３１は、制御コンピュー
タ６から供給される指令信号に基づいて近接効果の影響
が発生しない程度の加速電圧で電子ビーム８が照射され
るように電子銃１１を制御する。照明レンズ制御回路部
３３ａ，３３ｂは、電子ビーム８の所望のビーム径、投
影光学系の開き角が得られるように電圧値を調整して、
静電レンズ１５ａ，１５ｂの中央の電極へ負の電圧をそ
れぞれ印加する。第１成型偏向制御回路部３７および第
２成型偏向制御回路部４１は、それぞれ第１成型偏向器
１７および第２成型偏向器２１を制御する。セルアパー
チャ駆動部３９は、制御コンピュータ６の指令信号に基
づいて、描画パターンに応じた絞り孔を有する一括露光
セルアパーチャを選択し、これが光軸の近辺に位置する
ように第２成形アパーチャ１９を水平方向に移動させ
る。四極子レンズ制御回路部４３ａ〜４３ｄは、後述す
る本発明において特徴的な方法で四極子レンズ２３（そ
れぞれＱ１〜Ｑ４）を制御する。偏向制御回路部５５
は、制御コンピュータ６の指令信号に基づいて電子ビー
ム８が所望のストライプ内で、かつ、所望のサブフィー
ルド内で走査されるように、制御信号を偏向器２５に供
給する。検出信号処理回路部５７は、電子検出器２７を
制御するとともに、その検出結果を信号処理してＳＥＭ
画像をなす画像信号を出力する。制御コンピュータ６
は、この画像信号に基づいてＳＥＭ画像を取得し、近接
効果の有無を判断してその結果を指令信号として電子銃
制御回路部３１にフィードバックする。ステージ制御回
路部５９は、制御コンピュータ６が供給する指令信号に
基づいてウェーハ２９がレシピファイルに従って移動す
るように、ＸＹステージ５に制御信号を供給する。

【００５２】次に、図１に示す電子ビーム描画装置１の
動作について、本発明にかかるパターン描画方法の実施
の一形態として説明する。

【００５３】電子銃１から所定の加速電圧で出射した電
子ビーム８は、まず、第１成形アパーチャ１３に入射す
る。本実施形態において所定の加速電圧は、５ｋｖであ
る。第１成形アパーチャ１３は、矩形または円形の開口
を有するので、電子ビーム８は、この開口の形状に応じ
て矩形または円形の断面形状で第１成形アパーチャ１３
を通過する。第１成形アパーチャ１３を通過した電子ビ
ーム８は、一括露光セルアパーチャが複数配列された第
２成形アパーチャ１９に向かう。電子ビーム８は、任意
の一個のセルアパーチャに対して十分大きく、かつ隣接
するセルパターンに干渉しない大きさとなるように、照
明レンズ１５によりそのビーム径が予め拡大される。照
明レンズ１５は、２個の静電レンズ（アインツェルレン
ズ）１５ａ，１５ｂで構成され、それぞれ中央の電極へ
負の電圧が印加されることにより拡大機能が作用する。
第２静電レンズ１５ｂを通過した電子ビーム８は、第１
成形偏向器１７によりセルアパーチャが複数配列された
第２成形アパーチャ１９に対して目標とするセルアパー
チャ上に照射できるようにそのビーム軌道が偏向制御さ
れる。第２成形偏向器２１は、第２成形アパーチャ１９
を通過したセルアパーチャ像を光軸上に振戻す。第１成
形偏向器１７、第２成形アパーチャ１９および第２成形
偏向器２１を通過した電子ビーム８は、第２成形アパー
チャ１９を起点とするセルパターンビーム９としてスタ
ートし、光軸上に振り戻された状態でアパーチャ２２を
通過する。電子ビーム８，９は次に本実施形態において
特徴的な静電多重四極子レンズ２３内へ入射する。本実
施形態において、四極子レンズ２３は、縮小投影手段を
構成する静電型Ｎ重マルチポールレンズをなし、互いに
９０度の角度をなすように配置された４個の円柱状の構
成電極を有する四極子レンズで構成されている。

【００５４】４重の四極子レンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）内
で電子ビーム８が通過する軌道を図３に示す。同図に示
すように、電子ビーム８は、実線で示すセルアパーチャ
像８Ｘ，８Ｙ、点線で示すセルパターンビーム９Ｘ，９
Ｙともに、四極子レンズの作用によりＸ，Ｙいずれの方
向においても略同一の縮小率（本実施形態においては１
／５以下）で縮小されるが、Ｘ方向とＹ方向とで異なっ
た軌道を通り、電子密度の高いクロスオーバを形成する
ことなくウェーハ２９上で収束されて結像する。

【００５５】このとき四極子レンズ２３内で発生する色
収差の積分子分布を図４に示す。同図に示すように、Ｘ
方向の色収差積分子分布は、第３重目の四極子レンズＱ
３でその大部分が発生し、Ｙ方向の色収差積分子分布
は、第２重目の四極子レンズＱ２でその大部分が発生す
ることとなる。

【００５６】本実施形態のパターン描画方法の特徴の一
つは、４重（Ｎ＝４）の四極子レンズＱ１〜Ｑ４を用い
て加速電界、高速（等速）電界および減速電界を形成す
ることにより、色収差を低減する点にある。即ち、ま
ず、第１重目の四極子レンズＱ１と第２重目の四極子レ
ンズＱ２にて四極子レンズＱ１，Ｑ２間に加速電界を形
成して電子ビーム８，９を構成する電子を加速し、その
速度を四極子レンズＱ１への入射速度（第１の速度）を
上回る第２の速度とする。次に、第２重目の四極子レン
ズＱ２と第３重目の四極子レンズＱ３により、四極子レ
ンズＱ２，Ｑ３間に等速電界を形成し、四極子レンズＱ
２，Ｑ３間でのみ電子を第２の速度で通過させる。さら
に、第３重目の四極子レンズＱ３と第４重目の四極子レ
ンズＱ４により減速電界を形成し、第２の速度を下回る
第３の速度に減速して図示しないＸＹステージ上に搭載
したウェーハ１４に入射させる。このように、色収差が
大きな領域において電子を高速にて等速移動させること
により、色収差を低減させることができる。

【００５７】ウェーハ１４の上面における電子ビーム
８，９の照射位置は、偏向器２５ａ，ｂにより制御す
る。即ち、主偏向器２５ａは、図示しないＸＹステージ
の位置を参照しながらウェーハ１４に対してストライプ
内の描画位置を偏向制御し、また、副偏向器２５ｂは、
サブフィールド内の描画位置を偏向制御する。図１およ
び図２に示すように、四極子レンズＱ２〜Ｑ３間、Ｑ３
〜Ｑ４間に偏向器２５を多重に設置することにより、偏
向により発生する収差成分を最小にすることができる。
なお、四極子レンズＱ４〜ウェーハ２９間に例えば偏向
器２５ｃをさらに設置するとより収差成分を小さくする
ことができる。

【００５８】四極子レンズＱ４の下部には、電子ビーム
８，９がウェーハ上に照射された時に発生する二次電子
等を検出する電子検出器２７が配設され、検出された電
子信号を検出信号処理回路部５７に供給する。検出信号
処理回路部５７は、供給された電子信号を処理してＳＥ
Ｍ画像をなす画像信号を制御コンピュータ６に出力す
る。制御コンピュータ６は、この画像信号に基づいてＳ
ＥＭ画像を取得することにより、電子ビーム８の加速電
圧等を調整・制御する。

【００５９】上述したパターン描画方法の一連の手順
は、コンピュータに実行させるプログラムとしてフロッ
ピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、例
えば図１に示す制御コンピュータ６に読込ませて実行さ
せても良い。これにより、汎用コンピュータを備える荷
電ビーム描画装置を用いて本発明にかかるパターン描画
方法を実現することができる。

【００６０】記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等
の携帯可能なものに限定されず、ハードディスク装置や
メモリなどの固定型の記録媒体でも良い。また、上述し
たパターン描画方法の一連の手順を組込んだプログラム
をインターネット等の通信回線（無線通信を含む）を介
して頒布しても良い。さらに、上述したパターン描画方
法の一連の手順を組込んだプログラムを暗号化したり、
変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の
有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納
して頒布しても良い。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明は、以下の
効果を奏する。

【００６２】即ち、本発明にかかる荷電ビーム描画装置
によれば、電界で荷電ビームを偏向・縮小する偏向手段
および縮小投影手段のみで電子光学系を構成し、また光
軸に非対称な電界を形成する縮小投影手段を用いてＸ方
向とＹ方向とで異なる軌道を経由して電子ビームを基板
上に結像させるので、高縮小率のスチグマテックな結像
条件において、低加速の荷電ビームで空間電荷効果の影
響を大幅に低減できる。このため、ウェーハ面でのダメ
ージがない上、複雑な近接効果補正の制御が必要ないの
で、簡素な構成で小型でかつ収差特性に優れた荷電ビー
ム描画装置が提供される。

【００６３】また、上記縮小投影手段により空間電荷効
果の影響が小さい領域に色収差の寄与を集約できるの
で、この領域内で電子を高速で等速移動させる場合は色
収差の影響を大幅に低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる荷電ビーム描画装置の実施の一
形態の概略構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す電子ビーム描画装置が備える電子光
学系の概略構成を示すブロック図である。

【図３】図１に示す電子ビーム描画装置の縮小光学系内
における電子ビームのビーム軌道を示す説明図である。

【図４】図１に示す電子ビーム描画装置の縮小光学系内
で発生する色収差の積分子分布図である。

【図５】従来の技術による荷電ビーム描画装置の一例の
要部を示すブロック図である。

【図６】従来の技術による荷電ビーム描画装置の他の例
の要部を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 電子ビーム描画装置 ２ 電子ビーム鏡筒 ３ 制御部 ４ 電子光学系 ５ Ｘ−Ｙステージ ６ 制御コンピュータ ７，８ 電子ビーム ８Ｘ，９Ｘ Ｘ方向の電子ビーム軌道 ８Ｙ，９Ｙ Ｙ方向の電子ビーム軌道 １１ 電子銃 １３ 第１成型アパーチャ １５ 照明レンズ １７ 第１成型偏向器 １９ 第２成型アパーチャ（セルアパーチャ） ２１ 第２成型偏向器 ２３ 四極子レンズ ２５ 偏向器 ２７ 電子検出器 ２９ ウェーハ（基板） ３１ 電子銃制御回路部 ３３ａ，３３ｂ 照明レンズ制御部 ３７ 第１成形偏向制御回路部 ３９ セルアパーチャ駆動部 ４１ 第２成形偏向制御回路部 ４３ 四極子レンズ制御回路部 ４５ メモリ ５５ａ，５５ｂ 偏向制御回路部 ５７ 検出信号処理回路部 ５９ ステージ制御回路部 ６８Ｘ Ｘ方向の色収差積分子分布 ６８Ｙ Ｙ方向の色収差積分子分布

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 Ｆターム(参考） 2H097 AA03 CA16 LA10 5C034 BB02 BB04 BB08 5F056 CB02 CB30 CB32 CC14 EA04 EA05

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電ビームを発生させて基板に照射する荷
   電ビーム出射手段と、 所望の描画パターンに対応した形状の絞り孔を有する開
   き角絞りと、 前記荷電ビームが前記所望の断面形状を有するように前
   記荷電ビームを電界により偏向して前記開き角絞りの所
   望の絞り孔に入射させる第１の偏向手段と、 前記開き角絞りを通過した前記荷電ビームを電界により
   縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影手段と、 前記開き角絞りを通過した前記荷電ビームを電界により
   偏向して前記基板上での照射位置を調整する第２の偏向
   手段と、 前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生
   する二次電子および反射電子が近接する描画パターンの
   露光量に影響を及す近接効果が発生する量を下回る加速
   電圧で前記荷電ビームが発生するように前記荷電ビーム
   出射手段を制御するとともに、前記荷電ビームが前記開
   き角絞りと前記基板との間でＸ方向とＹ方向で略同一の
   縮小率で縮小し、かつ、Ｘ方向とＹ方向とで異なる軌道
   を通過して前記基板上で結像するように前記縮小投影手
   段に光軸に非対称な電界を形成させる制御手段と、を備
   える荷電ビーム描画装置。
2. 【請求項２】前記縮小投影手段は、前記縮小投影手段へ
   入射した前記荷電ビームを加速する加速電界と、加速さ
   れた前記荷電ビームを減速する減速電界とを形成するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム描画装置。
3. 【請求項３】前記縮小投影手段は、前記荷電ビームの速
   度を前記縮小投影手段への入射速度である第１の速度を
   上回る第２の速度に引上げる加速電界と、この第２の速
   度を維持する等速電界と、前記第２の速度を下回る第３
   の速度に引下げる減速電界とを形成することを特徴とす
   る請求項１または２に記載の荷電ビーム描画装置。
4. 【請求項４】前記縮小投影手段が前記等速電界を形成す
   る領域は、前記荷電ビームとその光軸との距離が最大と
   なる領域を少なくとも含むことを特徴とする請求項３に
   記載の荷電ビーム描画装置。
5. 【請求項５】前記縮小投影手段は、Ｎ重（Ｎは自然数）
   のマルチポールレンズを含むことを特徴とする請求項１
   ないし４のいずれかに記載の荷電ビーム描画装置。
6. 【請求項６】前記Ｎは、３以上の自然数であり、 第１重目から第２重目の前記マルチポールレンズは、前
   記荷電ビームを加速し、 第（Ｎ−１）重目から第Ｎ重目の前記マルチポールレン
   ズは、前記荷電ビームを減速することを特徴とする請求
   項５に記載の荷電ビーム描画装置。
7. 【請求項７】前記Ｎは、４以上の自然数であり、 第１重目から第２重目の前記マルチポールレンズは、前
   記荷電ビームの速度を前記第１の速度から前記第２の速
   度に引上げる加速電界を形成し、 第２重目から第（Ｎ−１）重目の前記マルチポールレン
   ズは、前記第２の速度で前記荷電ビームを等速移動させ
   る電界を形成し、 第（Ｎ−１）重目から第Ｎ重目の前記マルチポールレン
   ズは、前記荷電ビームの速度を前記第２の速度から前記
   第３の速度に引上げる減速電界を形成することを特徴と
   する請求項５または６に記載の荷電ビーム描画装置。
8. 【請求項８】前記マルチポールレンズは、静電型である
   ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の
   荷電ビーム描画装置。
9. 【請求項９】発生された荷電ビームを所望のパターンに
   応じた断面形状を有するように整形して基板に照射し、
   この基板に前記所望のパターンを描画する荷電ビーム描
   画装置を用いるパターン描画方法であって、 前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生
   する二次電子および反射電子が近接する描画パターンの
   露光量に影響を及す近接効果が発生する量を下回る加速
   電圧で前記荷電ビームを発生させる第１の手順と、 整形された前記荷電ビームがＸ方向とＹ方向とで異なる
   軌道を通過するように前記荷電ビームを制御するととも
   に、Ｘ方向とＹ方向とで略同一の縮小率をもって前記基
   板上で結像するように前記荷電ビームを縮小投影する第
   ２の手順と、を備えるパターン描画方法。
10. 【請求項１０】前記第２の手順は、整形された前記荷電
    ビームの荷電粒子の移動速度を引上げてより高速で等速
    移動させ、その後前記荷電粒子の速度を引下げて前記基
    板上で収束させる手順を含むことを特徴とする請求項９
    に記載のパターン描画方法。
11. 【請求項１１】前記荷電粒子を前記高速で等速移動させ
    る領域は、前記荷電ビームからその光軸までの距離が最
    大となる領域を少なくとも含むことを特徴とする請求項
    １０に記載のパターン描画方法。
12. 【請求項１２】発生された荷電ビームを所望のパターン
    に応じた断面形状を有するように整形して基板に照射
    し、この基板に前記所望のパターンを描画する荷電ビー
    ム描画装置に用いられ、 前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生
    する二次電子および反射電子が近接する描画パターンの
    露光量に影響を及す近接効果が発生する量を下回る加速
    電圧で前記荷電ビームを発生させる第１の手順と、 整形された前記荷電ビームがＸ方向とＹ方向とで異なる
    軌道を通過するように前記荷電ビームのビーム軌道を制
    御するとともに、Ｘ方向とＹ方向とで略同一の縮小率を
    もって前記基板上で結像するように前記荷電ビームを縮
    小投影する第２の手順と、を備えるパターン描画方法を
    前記荷電ビーム描画装置に実行させるプログラムを記録
    したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
13. 【請求項１３】前記第２の手順は、整形された前記荷電
    ビームの荷電粒子の速度を引上げてより高速で等速移動
    させ、その後前記荷電粒子の速度を引下げて前記基板上
    で結像させる手順を含むことを特徴とする請求項１２に
    記載の記録媒体。
14. 【請求項１４】前記荷電粒子を前記高速で等速移動させ
    る領域は、前記荷電ビームとその光軸との距離が最大と
    なる領域を少なくとも含むことを特徴とする請求項１３
    に記載の記録媒体。