JP2002100317A - 荷電ビーム装置、電子ビーム装置及び電子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 この発明は、放電電流の十分な抑制と高速な
偏向電圧の変化を両立させることを課題とする。 【解決手段】 この発明は、電子ビーム６を偏向する電
極２に偏向電圧を供給する電源５と電極２とを接続する
ケーブル４を、高抵抗体３を介して電極２に接続して構
成される。電極には放電抑制抵抗となる高低抗体が直接
接続され、ケーブル浮遊静電容量に供給される電荷量が
放電抑制抵抗で制限されることはなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電ビームを高精
度、高速に制御するレンズならびに偏向器の制御電極を
備えた荷電ビーム装置、電子ビーム装置及び電子ビーム
描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程における光リソグラフィ
は、そのプロセスの簡易性、低コストなどの利点により
広くデバイス生産に用いられてきた。常に技術革新が続
けられており、近年では短波長化（ＫｒＦエキシマレー
ザ光源）により０．２５μｍ以下の素子の微細化が達成
されつつある。さらに微細化を進めようと、より短波長
のＡｒＦエキシマレーザ光源やレベンソン型の位相シフ
トマスクの開発が進められており、０．１５μｍルール
対応の量産リソグラフィツールとして期待されている。
しかし、これを実現するための課題も多く、その開発に
関わる時間が長期化しており、デバイスの微細化のスピ
ードに追いつかなくなることが心配されつつある。

【０００３】これに対して、ポスト光リソグラフィの第
一候補である荷電ビームリソグラフィは、細く絞った電
子やイオン等の荷電ビームを用いて０．０１μｍまでの
加工ができることは実証済みである。微細化という観点
では、当面問題はなさそうであるが、デバイス量産ツー
ルとしてとしてはスループットに問題がある。すなわち
細かいパターンを一つ一つ順番に描いていくためどうし
ても時間がかかってしまう。この描画時間を短縮するた
めに、半導体集積回路のパターンの繰り返し部分を部分
的に一括して描画する一括描画方式（ＣＰ描画方式）が
開発されている。

【０００４】さらに、描画装置のスループットを向上す
るためには、露光時間を短くするために、レジスト感度
を向上していくことが、有効な手段となる。レジストの
感度を向上するためには、レジスト自身の特性を改善
し、レジストの感度を向上する方法がある。しかし、レ
ジスト感度が０．１ｕＣ／ｃｍ^２以下の高感度と解像性
を両立することは困難で、量産レベルで使用可能なレジ
スト感度は１０ｕＣ／ｃｍ^２程度になっているのが現状
である。

【０００５】一方、レジスト感度と入射電子ビームのエ
ネルギーの関係は、逆比例の関係にあり、例えば入射電
子ビームのエネルギーが５０ｋＶの時に、１０ｕＣ／ｃ
ｍ^２の感度のレジストも、入射電子ビームのエネルギー
を１ｋＶにすれば、０．２ｕＣ／ｃｍ^２となり、ショッ
ト時間が短くなり、スループットの向上が可能となる。

【０００６】また、描画装置をコンパクトにするため
に、荷電ビームをフォーカスするレンズを静電型レンズ
にして、装置を小さくする提案もなされている。

【０００７】さらに、特願平１０−６３０７１号公報に
記載されているように、静電型レンズを用いた装置にお
いて大偏向と低収差を両立するために、静電レンズと静
電偏向器を兼ねたレンズの構成が提案されている。それ
ら電源の駆動方法としては、特願平１０−３４８１６６
号公報に記載されている技術が提案されている。

【０００８】図４は半導体集積回路、その他微細な素子
パターンを、電子ビームを用いて半導体ウェハやパター
ン転写用のマスク等の基板上に形成する電子ビーム描画
装置を含み、電子ビームを試料に照射してパターン形成
や検査を行う従来の電子ビーム装置の構成を示す図であ
る。図４において、電子銃１０１から放出された電子ビ
ーム１０２は、コンデンサーレンズ１０３にて希望の電
流密度、プローブ径に調整される。その後、対物レンズ
兼偏向器（対物レンズと対物偏向器を静電型で形成し、
両者を一つの電極で兼ねた構成）１０４にて、ステージ
１０７上の試料１０６へフォーカス、位置決めされる。
試料面上方に設置された検出器１０５にて２次電子、反
射電子を検出し、検出信号処理回路１１３を介して制御
コンピュータ１１５に出力される。コンデンサレンズ１
０３はレンズ制御回路１１１により制御され、対物レン
ズ兼偏向器１０４は対物レンズ兼ビーム偏向回路１１２
により制御され、ステージ１０７の移動はステージ制御
回路１１４により制御され、レンズ制御回路１１１、対
物レンズ兼ビーム偏向回路１１２、検出信号処理回路１
１３ならびにステージ制御回路１１４は、制御コンピュ
ータ１１５により制御されている。

【０００９】このような電子ビーム装置においては、対
物レンズ兼偏向器１０４の電圧を変化させ高速に大きな
領域を偏向し、２次電子等の情報を得て、画像とする。
試料１０６面上の、チャージアップ、最適コントラスト
等の関係から、試料１０６面上の電子ビーム１０２の位
置を高速かつ大偏向を行う必要がある。

【００１０】図５は静電対物レンズ兼静電偏向器の構成
を示す図である。図５において、８極のオクタポールと
グランド電極１２１で構成されており、図４に示す制御
コンピュータ１１５により各電極電圧Ｖ１〜Ｖ８を制御
する。これらの電極電圧は、図４に示す対物レンズ兼ビ
ーム偏向回路１１２を介して対物レンズ兼偏向器１０４
に印加される。

【００１１】このような構成において、レンズ機能とし
ては例えば３ｋＶの印加電圧をそれぞれの電極に均一に
印加する。偏向器としての機能は、オクタポールの対極
電極に±５０Ｖの電圧を印加する。例えば、Ｖ１＝３ｋ
Ｖ＋５０Ｖ，Ｖ２＝３ｋＶ＋３６Ｖ，Ｖ３＝３ｋＶ，Ｖ
４＝３ｋＶ−３６Ｖ，Ｖ５＝３ｋＶ−５０Ｖ，Ｖ６＝３
ｋＶ−３６Ｖ，Ｖ７＝３ｋＶ，Ｖ８＝３ｋＶ＋３６Ｖの
様に電圧を印加して、電子ビームの偏向を制御する。

【００１２】このような対物レンズ兼偏向器の電極は、
図６に示すように構成されている。なお、図６では説明
の都合上、対向する電極として示されているが、実際に
は図５に示すように８極のオクタポール型である。図６
において、電極基板１３１は絶縁体で形成され、電極基
板１３１の表面には、スパッタリング、鍍金等を用いて
金薄膜が形成され、電極１３２とする。電極１３２に電
圧を印加するために、電極基板１３１には穴が形成さ
れ、その穴の中に金鍍金等にて電極１３２に電気的に接
続される導体が設けられ、この導体にケーブル１３３が
接続され、このケーブル１３３には電極１３２に電圧を
供給する電源１３４が接続されている。

【００１３】このような構成において、電極１３２間を
通過する電子ビーム１３５の偏向速度はスループットの
関係から、高速偏向が必要になる。即ち、偏向電圧を高
速に変化させる必要がある。例えば、３ｋＶの高圧電源
に±５０Ｖの電圧を重畳させている。このような状態に
おいて、高速に電圧を変化させて偏向電圧を変化した場
合には、３ｋＶのレンズ作用の電源電圧が変化してしま
い、試料面上のフォーカス位置が変化する。そこで、電
極１３２に偏向電圧を印加したときに、レンズ電圧が変
化しないように、コンデンサを設けて安定度を向上させ
ている。図７に図６の構成において安定化コンデンサ１
４１を設けた際の電気的な回路構成を示す。

【００１４】このような構成を有する静電型の対物レン
ズ兼偏向器は、高電圧が印加されていることから、何ら
かの原因、例えば真空度の低下等により放電を起こすこ
とがある。放電が引き起こされると、図７に示す安定化
コンデンサ１４１、電極１３２と電源１３４を接続する
ケーブル１３３のケーブル浮遊静電容量１４３ならびに
電源１３４から、瞬間的に大電流が流れる。これによ
り、周辺の制御電源等の周辺機器が損傷し、電子ビーム
装置が使用できなくなり、装置のメンテナンスコスト、
装置ダウンによる生産性の低下を招いていた。

【００１５】そこで、放電時の大電流を防ぐために、図
７に示すように放電抑制抵抗１４２をケーブル１３３と
安定化コンデンサ１４１の間に取り付け、一般的には電
源装置内に安定化コンデンサが組み込まれ、電源の出力
の最終段に放電抑制抵抗が取り付けされ、放電時の安定
化コンデンサ１４１ならびに電源１３４から流れる電流
を制限して、周辺機器へ与える影響を少なくするように
している。

【００１６】しかしながら、電極１３２に接続されるケ
ーブル１３３のケーブル浮遊静電容量１４３が存在する
ため、放電抑制抵抗１４２の抵抗値を大きくすると、電
極に印加される偏向電圧を可変したときに、放電抑制抵
抗１４２の抵抗値の大きさに比例して、ケーブル浮遊静
電容量１４３に電荷が蓄積されるのに必要となる時間が
長くなる。これは、ケーブル浮遊静電容量１４３に蓄積
される電荷は、電圧電源１３４から供給され、放電抑制
抵抗１４２によって制限されるからである（Ｉ＝Ｖ／
Ｒ，ｑ＝Ｉ×ｄｔ）。すなわち、電源１３４と電極１３
２間に取り付けられたケーブル１３３にケーブル浮遊静
電容量１４３があるため、放電抑制抵抗１４２を大きく
すると、電圧電源１３４から供給される単位時間内に流
れる電荷量が少なくなり、蓄積時間が長くなる。

【００１７】一方、試料１０６上の電子ビーム１０２の
位置は偏向電圧に依存する。高速偏向時に観察描画精度
を得るためには、高速駆動時に偏向電圧が遅延なく駆動
できることが重要になる。すなわち、試料に照射される
電子ビームを高精度に移動させるためには、偏向電圧を
高速に変化させる必要があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
静電型の対物レンズ兼偏向器を備えた従来の電子ビーム
装置にあっては、放電時の大電流を抑制するために放電
抑制抵抗が設けられていた。しかしながら、電極と電源
を接続するケーブルに浮遊静電容量があるため、放電抑
制抵抗の抵抗値を大きくすると、ケーブルの浮遊静電容
量と放電抑制抵抗とにより、電源から電極に供給される
単位時間当たりの電荷量が少なくなり、電極に印加され
る偏向電圧の変化速度が遅くなっていた。このため、電
子ビームを高速に偏向することが困難となっていた。一
方、放電抑制抵抗の抵抗値を小さくすると、放電電流の
抑制効果を十分に得ることができなくなる。すなわち、
従来の装置にあっては、放電電流の十分な抑制と高速な
偏向電圧の変化を両立されることができないという不具
合を招いていた。

【００１９】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、放電電流の十
分な抑制と偏向電圧の高速な変化を両立させることが可
能な荷電ビーム装置、電子ビーム装置及び電子ビーム描
画装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、課題を解決するための第１の手段は、荷電ビームを
発生する発生源と、前記発生源から発生された荷電ビー
ムの照射面上でのフォーカスと位置を印加電圧に基づい
て制御する制御電極と、前記制御電極に制御電圧を印加
する電源と、前記制御電極を前記電源に接続するケーブ
ルとを具備した荷電ビーム装置において、前記制御電極
と前記ケーブルを高抵抗体を介して接続したことを特徴
とする。

【００２１】第２の手段は、電子ビームを発生する電子
銃と、前記電子ビーム銃から発生した電子ビームを所望
の大きさ、明るさに調整するコンデンサレンズと、照射
面上に電子ビームをフォーカスする静電型の対物レンズ
と、照射面上の電子ビームの位置を制御する静電型の対
物偏向器とを兼ね備えた対物レンズ兼偏向器の制御電極
と、前記制御電極に電圧を印加する電源と、前記制御電
極を前記電源に接続するケーブルとを具備した電子ビー
ム装置において、前記対物レンズ兼偏向器の制御電極と
前記ケーブルを高抵抗体を介して接続したことを特徴と
する。

【００２２】第３の手段は、前記第２の手段の電子ビー
ム装置に、電子ビームをブランキングするブランキング
偏向器とブランキングアパーチャを具備したことを特徴
とする。

【００２３】第４の手段は、前記第１、第２又は第３の
手段において、前記高抵抗体は、前記電極が形成される
電極基板に埋め込まれて形成されたことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の実
施形態を説明する。

【００２５】図１はこの発明の一実施形態に係る荷電ビ
ーム装置、電子ビーム装置又は電子ビーム描画装置に設
けられた静電型の対物レンズ兼偏向器の構成を示す図で
ある。なお、対物レンズ兼偏向器は、実際には図５に示
すように８極のオクタポール型に構成されているが説明
の都合上対極電極として示している。図１において、電
子やイオンビーム等の荷電ビームの照射面上でのフォー
カスと位置を印加電圧により制御するいわゆる制御電極
として機能する、対物レンズ兼偏向器は、電極基板１が
絶縁体で形成され、電極基板１の表面にはスパッタリン
グ、鍍金等にて金薄膜が形成され、この金薄膜が電極２
を構成している。電極基板１には穴が形成され、その穴
の中には、高抵抗のシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やア
ルミナと炭化チタンの化合物等の高抵抗体３が埋め込ま
れている。高抵抗体３の一方端は電極２と電気的に接続
され、他方端にはケーブル４が電気的に接続されてい
る。高抵抗体２とケーブル４との接続は、例えば機械的
に高抵抗体２を加工してケーブル４にネジ等で接続する
ようにすればよい。ケーブル４は、電子ビーム６を偏向
させるために例えば±５０Ｖ程度の電圧を電極２に供給
する電源５が接続されている。このような構成におい
て、高抵抗体３には、前述した放電抑制抵抗の機能を持
たせており、電気的な回路構成は図２に示すようにな
る。

【００２６】図２において、電極２には放電抑制抵抗と
なる高抵抗体３が直接接続され、高抵抗体３の電極に接
続されていない側にケーブル４のケーブル浮遊静電容量
８が接続され、さらにケーブル４の電源との接続点側に
前述した安定化コンデンサ７が接続されている。このよ
うな構成においては、放電を抑制する放電抑制抵抗が、
高抵抗体３が接続された電極２自身となり、電源５から
電極２に電圧を印加する際に、電源５からケーブル４の
ケーブル浮遊静電容量８に供給される単位時間当たりの
電荷量は放電抑制抵抗で制限されることはなくなる。

【００２７】これにより、電源５から電極２に供給され
る偏向電圧の可変速度の低下は回避され、電子ビーム６
を高速に偏向することができる。さらに、高抵抗体３の
放電抑制抵抗は、電源５からケーブル４のケーブル浮遊
静電容量８に供給される単位時間当たりの電荷量を制限
しないので、放電抑制抵抗に高抵抗を使用することがで
き、放電時に放出される電流を抑制することが可能にな
り、周辺機器に及ぼす影響を低減することが可能とな
る。この結果、放電電流の十分な抑制と高速な偏向電圧
の変化を両立させることができるようになる。

【００２８】なお、上記実施形態では、電極基板１に絶
縁物を用いているが、放電抑制抵抗と同様の高抵抗体を
用いてもよい。この場合には、電極２の表面とケーブル
４間を電極基板１の高抵抗体３で接続すればよい。ま
た、上記実施形態では、静電対物レンズ兼偏向器を用い
ているが、静電レンズあるいは偏向器だけの機能を有す
る物に対しても、放電時にケーブルの浮遊静電容量に蓄
積された電荷による周辺機器に与える影響を高抵抗体に
より抑制することが可能であり、有用である。

【００２９】図３は図１に示す静電対物レンズ兼偏向器
を用いた電子ビーム描画装置の構成を示す図である。図
３において、電子銃２１から放射された電子ビーム２２
は、コンデンサレンズ２３で電流密度が調整され、第１
成形アパーチャ２６を均一に照明する。この第１成形ア
パーチャ２６の像は、投影レンズ２８によりＣＰアパー
チャ２９上に結像される。この２つのアパーチャの光学
的な重なりの程度は、ＣＰ選択偏向器２７により制御さ
れる。このＣＰ選択偏向器２７は、ＣＰ選択回路４３を
介して制御コンピュータ４７により制御されている。ま
た、コンデンサレンズ２３ならびに投影レンズ２８はレ
ンズ制御回路４２により制御されている。

【００３０】第１成形アパーチャ２６、ＣＰアパーチャ
２９の光学的重なりによる像は、縮小レンズ３０により
縮小されてウェハ３３上に結像される。そして、電子ビ
ーム２２のウェハ３３上のフォーカスならびに位置は、
対物レンズ兼偏向器３１により制御され、対物レンズ兼
偏向器３１は、対物レンズ兼ビーム偏向回路４４から与
えられる制御電圧により制御されている。対物レンズ兼
ビーム偏向回路４４は、パターンデータ４８に基づいて
制御コンピューター４７により制御されている。ウェハ
３３はマーク台３５とともに可動ステージ３４上に設置
され、ステージ制御回路４６の制御により可動ステージ
３４を移動することでウェハ３３、又は電子ビーム２２
の測定用マーク台３５を選択することができる。

【００３１】また、電子ビーム２２がウェハ３３に照射
されることなくウェハ３３上の電子ビーム２２の位置を
移動させる場合に、ウェハ３３上の不必要な場所が露光
されないように、電子ビーム２２をブランキング偏向器
２４で電子ビーム２２をブランキングアパーチャ２５上
へ偏向し、電子ビーム２２をカットし、ウェハ３３面上
に到達しないようにする。ブランキング偏向器２４への
偏向電圧の制御は、制御コンピュータ４７、ブランキン
グ偏向回路４２で制御される。制御コンピュータ４７の
制御下にある、ブランキング偏向回路４１、レンズ制御
回路４２、ＣＰ選択回路４３、対物レンズ兼偏向回路４
４、検出信号処理回路４５ならびにステージ制御回路４
６は、その制御データがすべてパターンデータ４８とし
てメモリに格納されている。

【００３２】このような実施形態においては、先の実施
形態で得られると同様の効果を電子ビーム描画装置にお
いて得ることができる。

【００３３】なお、上記実施形態では、先の実施形態を
電子ビーム描画装置に適用しているが、本発明は電子ビ
ーム描画装置に限定されたものではなく、対物レンズ又
は偏向器あるいは両方の機能を兼ね備えたいわゆる制御
電極に電圧を印加して、荷電ビームの照射面上のフォー
カスと位置を制御する荷電ビーム装置、又は描画に加え
て、電子ビームにより測定や検査を行う電子ビーム装置
に適用できることは勿論であり、同様な効果を得ること
が可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、荷電ビームを偏向する制御電極とケーブルを高抵抗
体を介して接続したので、偏向電圧の高速化を維持した
まま、放電時の放電エネルギーを抑制することが可能と
なり、高スループットを維持したまま、放電エネルギー
による装置の故障を防ぐことが可能となり、生産性の向
上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る荷電ビーム装置、
電子ビーム装置又は電子ビーム描画装置に設けられた静
電型の対物レンズ兼偏向器の構成を示す図である。

【図２】図１に示す構成を電気回路として表した図であ
る。

【図３】この発明の一実施形態に係る電子ビーム描画装
置の構成を示す図である。

【図４】従来の電子ビーム描画装置の構成を示す図であ
る。

【図５】従来の対物レンズ兼偏向器の構成を示す図であ
る。

【図６】従来の対物レンズ兼偏向器の構成を示す図であ
る。

【図７】図６に示す構成を電気回路として表した図であ
る。

【符号の説明】

１ 電極基板 ２ 電極 ３ 高抵抗体 ４ ケーブル ５ 電源 ６ 電子ビーム ７ 安定化コンデンサ ８ ケーブル浮遊静電容量 ２１ 電子銃 ２２ 電子ビーム ２３ コンデンサレンズ ２４ ブランキング偏向器 ２５ ブランキングアパーチャ ２６ 第１成形アパーチャ ２７ ＣＰ選択偏向器 ２８ 投影レンズ ２９ ＣＰアパーチャ ３０ 縮小レンズ ３１ 対物レンズ兼偏向器 ３２ 検出器 ３３ ウェハ ３４ 可動ステージ ３５ マーク台 ４１ ブランキング偏向回路 ４２ レンズ制御回路 ４３ ＣＰ選択回路 ４４ 対物レンズ兼ビーム偏向回路 ４５ 検出信号処理回路 ４６ ステージ制御回路 ４７ 制御コンピュータ ４８ パターンデータ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H097 BB03 CA16 EA01 GB04 LA10 5C033 GG02 MM07 5C034 BB02 BB04 5F056 CB11 CB31 EA10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電ビームを発生する発生源と、 前記発生源から発生された荷電ビームの照射面上でのフ
   ォーカスと位置を印加電圧に基づいて制御する制御電極
   と、 前記制御電極に制御電圧を印加する電源と、 前記制御電極を前記電源に接続するケーブルとを具備し
   た荷電ビーム装置において、 前記制御電極と前記ケーブルを高抵抗体を介して接続し
   たことを特徴とする荷電ビーム装置。
2. 【請求項２】 電子ビームを発生する電子銃と、 前記電子ビーム銃から発生した電子ビームを所望の大き
   さ、明るさに調整するコンデンサレンズと、 照射面上に電子ビームをフォーカスする静電型の対物レ
   ンズと、照射面上の電子ビームの位置を制御する静電型
   の対物偏向器とを兼ね備えた対物レンズ兼偏向器の制御
   電極と、 前記制御電極に電圧を印加する電源と、 前記制御電極を前記電源に接続するケーブルとを具備し
   た電子ビーム装置において、 前記対物レンズ兼偏向器の制御電極と前記ケーブルを高
   抵抗体を介して接続したことを特徴とする電子ビーム装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２の電子ビーム装置に、電子ビー
   ムをブランキングするブランキング偏向器とブランキン
   グアパーチャを具備したことを特徴とする電子ビーム描
   画装置。
4. 【請求項４】 前記高抵抗体は、前記電極が形成される
   電極基板に埋め込まれて形成されたことを特徴とする請
   求項１，２又は３記載の荷電ビーム装置、電子ビーム装
   置又は電子ビーム描画装置。