JP2001284229A - 電子ビーム描画装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】予めセルパターン形成されたステンシルを電子
ビームの光路中に設置することなく、任意のビームパタ
ーンをショットの都度に成形して、高速にメンテナンス
フリーで試料上に描画することが可能な電子ビーム描画
装置及び方法を提供すること。 【解決手段】電子ビームパターンを試料に描画するため
の電子ビーム描画装置において、複数のマイクロエミッ
ター型の電子銃（１）と、これら電子銃（１）における
電子ビームの放出を制御するブランキング制御回路と、
前記電子ビームを縮小する対物レンズ（３）と、この対
物レンズ（３）で縮小された電子ビームを試料（６）へ
偏向する偏向器（４）と、から構成される電子光学系を
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム描画装
置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電子ビーム描画装置は、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
精度でパターン描画が可能であり、高い解像度のパター
ンを形成できる。その反面、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、描画に長時
間を要するという問題がある。

【０００３】しかし電子ビーム描画装置は、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技術の次の技術、あるい
はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）など多品種少量生
産の半導体製作に有力なツールとして発展している。

【０００４】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
の方法とがある。また、このうちＶＳＢ描画を発展さ
せ、一定の決まった繰り返しパターンを一つのブロック
としたアパーチャとして準備しておき、選択したアパー
チャによるパターンを連続描画することで高速描画する
電子ビーム描画の技術も開発されている。さらに、描画
精度を上げるため、高加速電子ビームを利用する方法も
行なわれている。しかし、近接効果補正の問題や、シス
テム巨大化の問題がある。このような電子ビーム描画の
欠点をカバーする方法として、新しい電子ビーム描画装
置が提案されている。

【０００５】以下、従来の電子ビーム描画装置として、
低加速の電子ビームを使用し、静電レンズ、静電偏向器
で構成した電子ビーム描画装置の代表例について図９、
図１０を基に説明する。

【０００６】図９は、従来例に係る電子ビーム描画装置
の電子光学系の構成を示す図、図１０はこの電子光学系
の構造を示す図である。電子銃２０１から加速された電
子ビーム２０２は、矩形または円形の開口を有する第１
の成形アパーチャ２０４に照射される。この第１の成形
アパーチャ２０４を通過したビームは、静電式照明レン
ズ２２０を介して、一括露光セルアパーチャが複数配列
された第２の成形アパーチャ２０７（ＣＰアパーチャ）
に向かう。

【０００７】拡大ビーム機能を有する静電式照明レンズ
２２０では、ビームは任意の１個のセルアパーチャに対
して十分大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しな
い大きさのビーム径に成形される。照明レンズ２２０
は、２個の静電レンズで構成されており、第２の照明レ
ンズ２２０ｂのクロスオーバーが第３の成形アパーチャ
２２３の位置に結像するように構成され、第１の照明レ
ンズ２２０ａと第２の照明レンズ２２０ｂの印加電圧を
可変することで、照明光の倍率を任意に選択でき、照明
光のビーム径、電流密度を制御する機能を有している。

【０００８】第２の照明レンズ２２０ｂを通過したビー
ムは、第１の静電式成形偏向器２２１と第２の静電式成
形偏向器２２２を通過する。第１の静電式成形偏向器２
２１は、セルアパーチャが複数配列された第２の成形ア
パーチャ２０７（ＣＰアパーチャ）に対して目的とする
セルアパーチャを選択できるよう、ビームを目標位置に
偏向制御する。第２の静電式成形偏向器２２２は、第２
の成形アパーチャ２０７を通過したセルフパーチャ像の
ビームを光軸上に振り戻し、このビームは第３の成形ア
パーチャ２２３を介して静電式縮小レンズ２２４を通過
する。

【０００９】第１の静電式成形偏向器２２１と第２の静
電式成形偏向器２２２は形状が同一であり、四つの偏向
器の電圧連動比を＋Ｖ０：−Ｖ０：−Ｖ０：＋Ｖ０で制
御する。第１の静電式成形偏向器２２１と第２の静電式
成形偏向器２２２は、８極型の偏向器で構成され、各電
極に独立した電圧が印加され、偏向制御をする。偏向器
の両端にはシールド板が設けてあり、偏向器が連続かつ
隣接して配置される場合には、相互の電場が制御に影響
を及ぼさないようシールドで遮断している。

【００１０】静電式縮小レンズ２２４で縮小されたビー
ムは、静電式主偏向対物レンズ２２５を通過し、試料２
１３の面上に縮小投影される。描画パターン位置に対す
るビーム位置は、主偏向器２２７と静電式副偏向器２２
８で制御される。主偏向器２２７は、ＸＹステージ２４
０上に搭載された試料のウエハ２１３に対して、描画領
域の位置をＸＹステージ２４０の位置を参照しながら偏
向制御し、静電式副偏向器２２８はストライプ内を細か
く分割した描画範囲に対してその位置制御を行なう。

【００１１】主偏向器２２７は、光路上流側に静電式プ
リ主偏向器２２９を配置することで、試料面でビーム偏
向制御に応じて発生する各種レンズ収差及び偏向収差を
最小ならしめる制御を行なう。主偏向領域内では、さら
に微少偏向をする静電式副偏向器２２８と、試料面のビ
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
収差を最小ならしめる静電式プリ副偏向器２３０の制御
を行なう。

【００１２】このとき、静電式副偏向器２２８，静電式
プリ副偏向器２３０は、制御連動比が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
ドの軸方向長さまたは内径を設け、さらに隣接する電場
の影響を無くすため偏向器両端にシールド極を有した構
造をなしている。

【００１３】主偏向対物レンズ２２５の下方には、電子
ビームがウエハ上に照射された時に発生する２次電子や
反射電子を検出する電子検出器２１２があり、この反射
電子信号を処理することでＳＥＭ像の検出、ビーム調整
等の制御が行なわれる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述した、予め用意さ
れたセルパターンを試料上に縮小投影する電子ビーム描
画装置では、セルパターンは描画に必要な形状ごとに必
要であり、チップ内にメモリーセルの繰返しパターンを
持つメモリー回路でも、数百のセルパターンが必要とさ
れる。さらに個別のパターンが多いシステムオンチップ
（ＳｙｓｔｅｍＬＳＩ）では、そのセルパターンは数千
パターン程度にまで膨れ上がる。

【００１５】また上述した電子ビーム描画装置では、予
め必要なセルパターンを形成したステンシル（ＣＰアパ
ーチャ）を用意し、電子ビーム光路の途中に設置しなけ
ればならない。ステンシルは、描画中において絶えず電
子ビームが照射されており、真空中の希ガス成分が付着
・成長するコンタミネーション現象により、ステンシル
形状が悪化し、描画精度が悪化するため、ある頻度で交
換作業が不可欠である。

【００１６】上述したＶＳＢ描画では、パターン形成の
フレキシビリティは格段に良好になり、ＣＰパターンは
必ずしも必要とならない。しかし、スループットの低下
はもちろんの事、パターン形成の原理上、ステンシルの
特定部分への電子ビームの照射時間が長くなるため、そ
のステンシルの交換頻度が増大し、コストパフォーマン
スはさらに低下する。

【００１７】ＣＰパターンによる方法とＶＳＢ描画によ
る方法のいずれにおいても、ステンシル上のセルパター
ンを描画ショット毎に選択し描画することは、著しいス
ループットの低下を招き、コストパフォーマンスを低下
せしめる。また、ＣＰ方式、ＶＳＢ方式いずれにおいて
も、配線幅が微細になるほど、電子ビームの空間電荷効
果によりビームにボケが生じてしまうという原理的な問
題点を内包している。

【００１８】本発明の目的は、予めセルパターン形成さ
れたステンシルを電子ビームの光路中に設置することな
く、任意のビームパターンをショットの都度に成形し
て、高速にメンテナンスフリーで試料上に描画すること
が可能な電子ビーム描画装置及び方法を提供することに
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の電子ビーム描画装置及び方法
は以下の如く構成されている。

【００２０】（１）本発明の電子ビーム描画装置は、電
子ビームパターンを試料に描画するための電子ビーム描
画装置において、複数のマイクロエミッター型の電子銃
と、これら電子銃における電子ビームの放出を制御する
ブランキング制御回路と、前記電子ビームを縮小する対
物レンズと、この対物レンズで縮小された電子ビームを
試料へ偏向する偏向器と、から構成される電子光学系を
備えている。

【００２１】（２）本発明の電子ビーム描画装置は上記
（１）に記載の装置であり、かつ描画を要するパターン
に基づいて前記各電子銃の点灯制御を行なうパターン生
成回路を備えている。

【００２２】（３）本発明の電子ビーム描画装置は上記
（１）または（２）に記載の装置であり、かつ前記試料
を載置したステージの移動による現在位置を基に前記偏
向器を駆動制御しトラッキング制御を行なうトラッキン
グ制御回路を備えている。

【００２３】（４）本発明の電子ビーム描画装置は上記
（３）に記載の装置であり、かつ前記ブランキング制御
回路は、前記パターン生成回路からのパターン情報と前
記トラッキング制御回路からのトラッキング情報とを基
に、前記各電子銃のエミッタを個別に点灯制御しブラン
キングを行なう。

【００２４】（５）本発明の電子ビーム描画装置は上記
（２）乃至（４）のいずれかに記載の装置であり、かつ
前記パターン生成回路からのパターン情報に基づいて、
前記各電子銃のエミッタで生成されるビームサイズとパ
ターンサイズとを適切な形状サイズに変更するレンズ制
御回路を備えている。

【００２５】（６）本発明の電子ビーム描画方法は、複
数のマイクロエミッター型の電子銃における電子ビーム
の放出を制御し、前記電子ビームを対物レンズで縮小
し、この縮小された電子ビームを偏向器で試料へ偏向す
る電子光学系により、発生した電子ビームパターンを前
記試料に描画する。

【００２６】上記手段を講じた結果、それぞれ以下のよ
うな作用を奏する。

【００２７】（１）本発明の電子ビーム描画装置によれ
ば、描画を行なう電子ビームは微小サイズのビームであ
り、そのビーム内の電子個数は極めて微少であるため、
空間電荷効果によるビームのボケが生じないことから、
非常に高い解像度によりパターンを描画することが可能
である。さらに、セルパターンを必要とせず、コストパ
フォーマンスが良好であり、高精度の描画精度を高スル
ープットで実現すると共に、メンテナンスフリーとしラ
ンニングコストを低下させることが可能である。

【００２８】（２）本発明の電子ビーム描画装置によれ
ば、試料を載置したステージの連続移動と、アレイ状に
配したマイクロエミッター型の微小電子銃による電子ビ
ーム光源を各々点灯／消灯することとを合わせて、任意
のパターンを試料のウエハ上に形成することができる。

【００２９】（３）本発明の電子ビーム描画装置によれ
ば、電子ビームの光路上の偏向器を制御して照射位置の
トラッキング補正を行なうことで、高精度なショット繋
ぎを確保できる。

【００３０】（４）本発明の電子ビーム描画装置によれ
ば、任意のパターンに成形されたビームを試料のウエハ
上に照射することができる。

【００３１】（５）本発明の電子ビーム描画装置によれ
ば、任意のパターンに成形されたビームを適切な形状サ
イズに変更して試料のウエハ上に照射することができ
る。

【００３２】（６）本発明の電子ビーム描画方法によれ
ば、描画を行なう電子ビームは微小サイズのビームであ
り、そのビーム内の電子個数は極めて微少であるため、
空間電荷効果によるビームのボケが生じないことから、
非常に高い解像度によりパターンを描画することが可能
である。さらに、セルパターンを必要とせず、コストパ
フォーマンスが良好であり、高精度の描画精度を高スル
ープットで実現すると共に、メンテナンスフリーとしラ
ンニングコストを低下させることが可能である。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る電子ビーム描画装置における電子銃とビーム光学系の
構成を示す図である。

【００３４】図１の構成では、複数のマイクロエミッタ
型電子銃１から放出される各電子ビーム２の光軸上に、
静電式主偏向対物レンズ３、偏向器４、ＸＹステージ
（不図示）が配置されている。なお、静電収束方式の静
電式主偏向対物レンズ３の代わりに、電磁収束方式の電
磁式主偏向対物レンズを用いることもできる。複数の電
子銃１は後述するようにアレイ状に配置され、マイクロ
エミッタ・アレイを構成している。各電子銃１は、エミ
ッタ（カソード）１１、グリッド１２、ブランキングア
パーチャ（グリッド）１３、レンズ１４からなる。上記
ＸＹステージ上には、ウエハ６が載置されている。

【００３５】図２は、複数のマイクロエミッタ型電子銃
１によるエミッタアレイ・レイアウト（千鳥配置）を示
す図である。図２に示すように、５０ｎｍスポット源か
らなるマイクロエミッタ型電子銃１を、ＸＹステージの
移動方向（Ｙ方向）に１．２５μｍピッチで５０行、前
記移動方向に対して直交する方向（Ｘ方向）に１．２５
μｍピッチで２０００列、千鳥格子状に合計１０万個配
置している。このように千鳥格子状に配置することで、
ライン上に一元的に高密度で配置する事が不可能なマイ
クロエミッター型電子銃を、実質的に０．０５μｍピッ
チで配置した時と同じ高密度配置を可能にしている。

【００３６】図３は、上記電子ビーム描画装置の構造を
示す概念図である。図３において、パターン設計データ
１０１が入力されるパターン生成回路１０２には、ブラ
ンキング制御回路１０３とレンズ制御回路１０４が接続
されている。エミッション制御回路１０５、ブランキン
グ制御回路１０３、及びレンズ制御回路１０４は、マイ
クロエミッタ・アレイ１０をなす各電子銃１に接続され
ており、さらにレンズ制御回路１０４は静電式主偏向対
物レンズ３に接続されている。また、ステージ制御回路
１０６は、ＸＹステージ５、ブランキング制御回路１０
３、及びトラッキング制御回路１０７に接続されてお
り、トラッキング制御回路１０７は偏向器４に接続され
ている。

【００３７】図４は、上記電子ビーム描画装置の構成を
示すブロック図である。図４において図３と同一な部分
には同符号を付してある。図４において、パターン設計
データ１０１が入力されるパターン生成回路１０２に
は、エミッション制御回路１０５、ブランキング制御回
路１０３、レンズ制御回路１０４、及びステージ制御回
路１０６が接続されている。

【００３８】エミッション制御回路１０５は、各電子銃
１のエミッタ１１とグリッド１２に接続している。ブラ
ンキング制御回路１０３は、ブランキングアンプ１１１
を介して各電子銃１のブランキングアパーチャ１３に接
続している。レンズ制御回路１０４は、レンズアンプ１
１２を介して各電子銃１の静電式レンズ１４と静電式主
偏向対物レンズ３に接続している。ステージ制御回路１
０６は、ＸＹステージ５に接続しているとともに、トラ
ッキング制御回路１０７と偏向器アンプ１１３を介して
偏向器４に接続している。

【００３９】パターン生成回路１０２は、パターン設計
データ１０１とエミッション制御回路１０５から入力し
たエミッション情報とを基に、ブランキング制御回路１
０３に各電子銃１のブランキング動作をさせ、各電子銃
１の点灯制御を行なう。ブランキング制御回路１０３
は、ステージ制御回路１０６からトラッキング情報を入
力し、ブランキングアンプ１１１を介して、各電子銃１
のブランキングアパーチャ１３に印加する電圧を制御す
る。すなわちブランキング制御回路１０３は、各電子銃
１の各エミッタ毎に設置されたブランキング電極とエミ
ッタ・アレイ上のブランキング用配線に印加する電圧を
制御する。

【００４０】またパターン生成回路１０２は、ステージ
制御回路１０６にコントロール情報を出力する。ステー
ジ制御回路１０６は、トラッキング情報をブランキング
制御回路１０３とトラッキング制御回路１０７へ出力す
る。トラッキング制御回路１０７は、偏向器アンプ１１
３を介して、偏向器４を制御する。レンズ制御回路１０
４は、レンズアンプ１１２を介して、各電子銃１の静電
式レンズ１４と静電式主偏向対物レンズ３を制御する。

【００４１】次に、以上のように構成された電子ビーム
描画装置の動作を図５を基に説明する。ウエハ６を搭載
したＸＹステージ５が１００ｍｍ／秒で移動する場合の
描画方法と描画時間の見積を以下に示す。

【００４２】まず、マイクロエミッター・アレイによる
ライン描画を例にして、本実施の形態による描画方法を
説明する。ラインＡは、まず電子銃（０，０）、電子銃
（１，０）、…電子銃（ｎ，０）を同時に点灯させる事
で、点線状に描画される。次に、連続移動しているＸＹ
ステージ５が２．５μｍ移動に達した時点で、電子銃
（０，１）、電子銃（１，１）、…電子銃（ｍ，１）を
同時に点灯させる事によりラインＡ−ｍが描画される。
これを２．５μｍピッチで５０回繰返し行なうことで、
直線状のラインＡが描画される。つまり、ステージ移動
が１．２５μｍ×５０回＝６２．５μｍ完了した時点
で、ラインＡはステージ移動方向に対して直交する方向
に２．５ｍｍのストライプ幅で完成する。

【００４３】次に、描画時間の見積を説明する。２．５
ｍｍストライプ幅で２００ｍｍ（ウエハ長さ）を描画す
るための時間は、０．５［μｓｅｃ］（ショットインタ
ーバル＝セトリング＋ショット時間＋待ち時間）×２０
０［ｍｍ］（ウエハ最大長さ）／０．０５［μｍ］（エ
ミッターピッチ）＝２［ｓｅｃ］である。ウエハ全体の
描画時間は、ウエハを２００×２００［ｍｍ²］とする
と、ストライプの長さ方向に対して直交する方向２００
ｍｍにおけるストライプの本数は、ストライプ幅が２．
５ｍｍであるから、２００［ｍｍ］／２．５［ｍｍ］＝
８０［本］である。よって、ウエハ全体の描画時間は２
［ｓｅｃ］×８０［本］＝１６０［ｓｅｃ］＝２．７
［分／枚］である。スループット換算では、２２枚／時
間となる。先にウエハを２００×２００［ｍｍ²］と仮
定したが、φ２００との比率は約８０％であるから、２
２［枚／時間］×１．２５＝２７．５［枚／時間］とな
る。これは、従来実用化されている電子ビーム描画装置
を凌駕するスループットである。

【００４４】図５では、ライン間のピッチは０．１μｍ
（ライン間隔＝０．０５μｍ）となっている。これは、
ブランキング制御回路１０３によって制御されるブラン
キング電圧が必要な電圧値に昇圧するまでに要する時間
であるセトリング時間と、実ショット時間と、ステージ
移動速度とにより、制御可能な最小間隔として決定され
る。

【００４５】本実施の形態では、説明を分かりやすくす
るために、ＸＹステージ５の移動速度を１００ｍｍ／ｓ
ｅｃとし、ショットインターバル（ショット時間＋セト
リング時間＋待ち時間）を０．５μｓｅｃとした場合に
ついて記述した。つまり、ＸＹステージ５の移動速度が
１００ｍｍ／ｓｅｃの時に、ウエハ６は０．５μｓｅｃ
あたり０．０５μｍ移動する事を示している。このうち
実ショット時間は０．０５μｓｅｃ程度であり、ショッ
ト中のステージ移動（描画パターンの裾引き）は０．０
０５μｍ、すなわち５ｎｍ程度となり、十分に高精度な
描画を行なうことができる。

【００４６】次に、ショットの制御について、図４を基
にブランキング動作を説明する。ショットは、常時点灯
しているマイクロエミッター型電子銃１の個々に設けら
れたブランキングアパーチャ（電極）１３へ印加するブ
ランキング電圧を制御することで行なう。描画を行なう
時は、パターン設計データ１０１とエミッション制御回
路１０５により制御されて点灯しているマイクロエミッ
ター型電子銃１の電流密度やグリッド電圧の情報とか
ら、パターン生成回路１０２で、ＸＹステージ５の移動
速度を決定するとともに、ショット時間やショット待ち
時間などのショットインターバルと、電子を照射するマ
イクロエミッタ・アレイの電子銃が決定される。

【００４７】この情報は、既に移動中のＸＹステージ５
のトラッキング情報とともにブランキング制御回路１０
３に送られ、描画したショットが高精度に繋がるように
ブランキングのタイミングが演算されて、ブランキング
指令値がブラナンキングアンプ１１１に送られる。ブラ
ンキングアンプ１１１は、送られた指令値に基づいてブ
ランキング電圧をブランキングアパーチャ１３に印加す
る。これによりブランキングが行なわれ、その結果任意
のパターンに成形されたビームがウエハ６上に照射され
る。

【００４８】また、パターン生成回路１０２により求め
られたエミッターの点灯制御において、ブランキングの
他、ショットサイズ、照射エリアの形状変更を行なう指
令値がレンズ制御回路１０４に送られる。レンズ制御回
路１０４は、各電子銃１のエミッターで生成されるビー
ムサイズとパターンサイズとを適切な形状サイズに変更
するために、適切なタイミングで、レンズアンプ１１２
にレンズ励起条件の指令値を送る。レンズアンプ１１２
は、この指令値によりレンズ励起条件を変更してレンズ
１４と対物レンズ３を駆動する。

【００４９】また、トラッキング制御回路１０７は、ス
テージ制御回路１０６より送られるトラッキング情報に
より、電子ビームの光路上の偏向器４を制御して照射位
置のトラッキング補正を行ない、ショットが高精度に繋
がるようにビーム照射位置を制御する。

【００５０】なお、ブランキング電圧として＋Ｖを印加
することで、ビーム偏向によるブランキングが行なえ
る。また、ブランキング電圧として−Ｖを印加すること
で、エミッター先端の電界集中が緩和され、エミッショ
ンＯＦＦによるブランキングが行なえる。

【００５１】高速ブランキングアンプにおける既存技術
では、０．１μｓｅｃ程度のセトリング時間は十分に達
成されており、ＸＹステージ５の移動速度１００ｍｍ／
ｓｅｃにおける移動量はセトリング時間中には０．０１
μｍとなり、この場合に１０ｎｍ間隔でラインを描画す
ることが可能である。

【００５２】次に、描画精度（ショット繋ぎ精度）につ
いて説明する。前述したようにパターンはエミッターア
レイの千鳥配置により、それぞれ別の時間に別のステー
ジ位置での描画（ショット）が繰返されて、徐々に繋が
ってゆく。ショット間の繋ぎを高精度で行なうことは、
微細配線描画では重要となる。本実施の形態では、ＸＹ
ステージ５の移動時の現在位置をレーザ干渉計を使った
既知の方法により検出する。そして、この位置情報を元
にトラッキング補正を行ない、トラッキング制御回路１
０７と電子ビームの経路中に設けた偏向器４により、ビ
ーム照射位置のトラッキング補正を実施することで、高
精度なショット繋ぎ精度を確保している。

【００５３】次に、ショットするビームサイズと照射エ
リアの変更について説明する。電子銃１の静電式レンズ
１４と静電式主偏向対物レンズ３の励起バランスを変更
することで、照射エリアの大きさを変更することなくシ
ョットサイズを変更すること、また照射エリアの大きさ
を変更しショットサイズを変更しないこと、あるいは両
者を変更することが可能である。

【００５４】また、図６に電子ビーム描画装置における
電子銃とビーム光学系の変形例を示す。図６において図
１と同一な部分には同符号を付してある。図６に示すよ
うに、電子銃１内にレンズを設置しない場合でも、基本
的な部分を変更することなく上述したと同様の電子ビー
ム描画装置を構成することが可能である。

【００５５】次に、レンズによるビーム経路について図
７を基に説明する。図７において図１と同一な部分には
同符号を付してある。対物レンズ３はビーム経路途中に
設置されているが、特に対物レンズ３の焦点距離ｆの２
倍の距離の位置にエミッタ・アレイを設置した場合に、
図７に示すようなビーム経路を取り、焦点距離ｆの２倍
の距離に設置したウエハ６上に１／１倍の反転パターン
が転写される。なお、エミッタ・アレイとウエハ６が各
々対物レンズ３の焦点距離の２倍の位置に設置されない
場合はこの限りではないが、その場合は後述するよう
に、照射ビームのサイズと照射エリアの変更が可能とな
る。

【００５６】次に、レンズによるビームの軸外収差につ
いて図８を基に説明する。電子ビームの光学経路途中に
設置した対物レンズによりビームの収束を行なう場合、
本実施の形態の構成においては、面積を持ったエミッタ
アレイ全体からビームが照射される。このため、図８の
（ａ）に示すように形状が対称な対物レンズを用いた場
合、ビームは対物レンズの軸外を通過し、しばしば軸外
収差が発生し、描画精度を悪化させる。これに対して、
例えば図８の（ｂ）に示すように形状が非対称な対物レ
ンズを用いることで、発生する軸外非点を解消できる。
非対称レンズを構成する具体的な方法は、図８の（ｂ）
に示したように、Ｘ，Ｙ方向に各々長さａ，ｂの適当な
楕円形状を有する２段のレンズを用いる構成や、一般に
四極子レンズと呼ばれる図示しないシリンドリカルレン
ズにより構成する方法等がある。

【００５７】また、以上のように構成された電子ビーム
描画装置において、同一構成のエミッタ・アレイを多数
配置することで、予備のエミッタ・アレイとして使用す
ることも可能である。何らかの原因で、エミッタ・アレ
イのうち故障したエミッタが生じた場合、エミッタアレ
イ駆動回路を予備側に切り替えることで、即座に描画を
再開する事ができるため、装置の解体／修理／調整など
の事態を回避することが可能になる。

【００５８】本発明は上記実施の形態のみに限定され
ず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施できる。

【００５９】

【発明の効果】本発明の電子ビーム描画装置及び方法に
よれば、描画するセルパターンを、マイクロエミッター
型電子銃をアレイ状に配し、ステージの連続移動と合わ
せて各エミッターの電子放出を制御することで形成する
ことができる。これにより、予めセルパターン形成され
たステンシル（ＣＰアパーチャ）を電子ビームの光学経
路途中に設置することなく、任意のビームパターンをシ
ョットの都度に成形して、高速にメンテナンスフリーで
試料のウエハ上に精度よく投影露光し描画することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
における電子銃とビーム光学系の構成を示す図。

【図２】本発明の実施の形態に係るエミッタアレイ・レ
イアウト（千鳥配置）を示す図。

【図３】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
の構造を示す概念図。

【図４】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
の構成を示すブロック図。

【図５】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
の動作を説明するための図。

【図６】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
における電子銃とビーム光学系の変形例を示す図。

【図７】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
のレンズによるビーム経路について説明するための図。

【図８】本発明の実施の形態に係る電子ビーム描画装置
のレンズによるビームの軸外収差について説明するため
の図。

【図９】従来例に係る電子ビーム描画装置の電子光学系
の構成を示す図。

【図１０】従来例に係る電子光学系の構造を示す図。

【符号の説明】

１…マイクロエミッタ型電子銃 ２…電子ビーム ３…静電式主偏向対物レンズ ４…偏向器 ５…ＸＹステージ ６…ウエハ １１…エミッタ（カソード） １２…グリッド １３…ブランキングアパーチャ（グリッド） １４…レンズ １０１…パターン設計データ １０２…パターン生成回路 １０３…ブランキング制御回路 １０４…レンズ制御回路 １０５…エミッション制御回路 １０６…ステージ制御回路 １０７…トラッキング制御回路 １１１…ブランキングアンプ １１２…レンズアンプ １１３…偏向器アンプ

フロントページの続き (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センター内 (72)発明者 赤間 善昭 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センター内 Ｆターム(参考） 2H097 BB01 BB03 CA06 CA16 GB01 LA10 5C030 BB17 5C033 GG03 5C034 BB01 BB03 BB04 5F056 AA07 AA20 CB05 CB22 CB23 CC09 EA02 EA03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームパターンを試料に描画するため
   の電子ビーム描画装置において、 複数のマイクロエミッター型の電子銃と、 これら電子銃における電子ビームの放出を制御するブラ
   ンキング制御回路と、 前記電子ビームを縮小する対物レンズと、 この対物レンズで縮小された電子ビームを試料へ偏向す
   る偏向器と、 から構成される電子光学系を備えたことを特徴とする電
   子ビーム描画装置。
2. 【請求項２】描画を要するパターンに基づいて前記各電
   子銃の点灯制御を行なうパターン生成回路を備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
3. 【請求項３】前記試料を載置したステージの移動による
   現在位置を基に前記偏向器を駆動制御しトラッキング制
   御を行なうトラッキング制御回路を備えたことを特徴と
   する請求項１または２に記載の電子ビーム描画装置。
4. 【請求項４】前記ブランキング制御回路は、前記パター
   ン生成回路からのパターン情報と前記トラッキング制御
   回路からのトラッキング情報とを基に、前記各電子銃の
   エミッタを個別に点灯制御しブランキングを行なうこと
   を特徴とする請求項３に記載の電子ビーム描画装置。
5. 【請求項５】前記パターン生成回路からのパターン情報
   に基づいて、前記各電子銃のエミッタで生成されるビー
   ムサイズとパターンサイズとを適切な形状サイズに変更
   するレンズ制御回路を備えたことを特徴とする請求項２
   乃至４のいずれかに記載の電子ビーム描画装置。
6. 【請求項６】複数のマイクロエミッター型の電子銃にお
   ける電子ビームの放出を制御し、前記電子ビームを対物
   レンズで縮小し、この縮小された電子ビームを偏向器で
   試料へ偏向する電子光学系により、 発生した電子ビームパターンを前記試料に描画すること
   を特徴とする電子ビーム描画方法。