JP2002216690A - 荷電ビーム制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏向による光学収差ぼけや電子ビーム形状寸
法誤差を補正した高精度の荷電電子ビーム制御方法とそ
の制御装置を提供すること。 【解決手段】 極子レンズ１１、１２、１８、１９によ
り形成されたマルチポール場を通過する荷電ビーム２の
軌道途中で、制御電圧を独立に制御できる回転対称型の
ラウンド式電子レンズ１６を用いて偏向荷電ビームの条
件に応じて各エレクトロードへの電圧を制御することに
より荷電ビーム２を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡、電子
線描画装置、荷電粒子応用装置およびイオン描画装置な
どで用いられている荷電ビームを、高精度で制御する荷
電ビーム制御方法とその制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電ビームである電子ビームは光の波長
よりも短い波長であることから、光に比べて電子ビーム
をより小さく絞ることが可能である。このため、光を使
用した顕微鏡や半導体パターン描画装置システムに比
べ、高い解像度の装置を構成でき、電子顕微鏡や、電子
線描画装置などに電子光学系として広く利用されてい
る。ただ、電子ビーム描画は、光露光によるマスク描画
方式と異なり、完成させるパターンを小さな分割パター
ン電子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】このように高精度の細線パターンを形成で
きる特徴を持っている電子ビーム描画は、光露光方式リ
ソグラフィの次のステップの技術、あるいは、ＡＳＩＣ
等多品種少量生産の半導体製作に有力なツールとして進
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、小さな丸い電子ビームをＯＮ／ＯＦＦ制御し
ながら被加工体であるウエハの全面をスキャンしながら
パターン形成する方法と、ステンシルアパーチャを通過
させた電子ビームをパターン描画するＶＳＢ描画方式と
が知られている。また、ＶＳＢ描画を発展させ、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
式の電子線描画の技術も開発されている。

【０００５】図１０は、このようなＶＳＢ描画方式を用
いた電子線描画装置の代表例を示す模式構成図である。
電子銃５１から加速された電子ビーム５２の光軸上には
順次、電子光学系として、照明レンズ５３ａ、５３ｂ、
第１成形アパーチャ５４、投影レンズ５５ａ、５５ｂ、
成形偏向器５６、第２成形アパーチャ５７、縮小レンズ
５８、対物レンズ５９、主偏向器６０、副偏向器６１、
電子検出器６２などが試料面６３の前に配置されてい
る。

【０００６】このうち、第１成形アパーチャ５４には、
例えば、図１１（ａ）に示すように矩形のアパーチャ５
４ａが形成され、第２成形アパーチャ５７には、例えば
図１１（ｂ）に示すように菱形と矩形を組み合わせたセ
ルアパーチャ５７ａや各種形状の複数のアパーチャ５７
ｂ、５７ｃなどが形成されている。このような構成で、
半導体ウエハ等の試料面６３に対して描画を行う場合、
電子銃５１から加速された電子ビーム５２は、照明レン
ズ５３により、均一な電子ビーム５２に整えられ、第１
成形アパーチャ５４を通過することで矩形に成形され、
投影レンズ５５により第２成形アパーチャ５７に投影す
る。この際、ＣＡＤデータに従った電子ビームパターン
形状とその面積が照射され、成形偏向器５６によって制
御されるので、例えば、図１１（ｃ）に示すように三角
形の電子ビーム５８を形成することができる。

【０００７】この第２成形アパーチャ５７を通過した電
子ビーム５２は、縮小レンズ５８及び対物レンズ５９に
よって試料面６３に縮小投影され、かつ、このときの試
料面６３に対する電子ビーム６２の描画位置は、主偏向
器６０と副偏向器６１で制御される。主偏向器６０は、
試料面６３に対して描画照射領域のストライプ内の位置
で図示していないＸＹステージ（不図示）の位置を参照
しながら制御し、かつ、副偏向器６１は、ストライプ内
を細かく分割した描画範囲でその位置制御を行う。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。

【０００８】なお、パターン描画の前には、電子ビーム
５２のアライメントを行う。また、電子ビーム５２が試
料面６３に照射されることで発生する、２次電子や反射
電子を検出する電子検出器６２が設けられており、この
反射電子信号を処理する事によってＳＥＭ像の検出、電
子ビーム調整等のアライメント制御を行っている。

【０００９】電子ビーム描画装置では、一般に電子ビー
ムの解像度の向上のために、高加速に加速した電子ビー
ムを使用する方式が取られているが、試料面のレジスト
下面には、各種多層薄膜が形成されているので、レジス
トを通過した後、その一部が多層膜で反射し、散乱した
電子ビームとなって再びレジスト上方に向かう現象や、
電子ビームのパターンのショットの粗密によるばらつき
状態により、描画パターンにぼけや解像度劣化を引き起
こす、いわゆる近接効果が発生する。その為、この近接
効果の補正制御を盛り込んだ電子光学系や制御回路が必
要となり、システムが複雑化してトラブルを誘発した
り、結果的に精度が低下するという問題を抱えている。

【００１０】これらの問題に対応するため、低加速電圧
の電子ビームを用いた電子線描画方式を、本出願人が先
に提案している発明（特願平１０−３６３０７１号）に
ついて、図１２により描画方式を説明する。

【００１１】電子銃７１から加速された電子ビーム７２
は矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ７０に
照射される。この第１アパーチャ７０を通過した電子ビ
ーム７２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７７に向かう。電子ビーム７２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の電子ビーム径
に拡大電子ビーム機能を行う照明レンズ７３ａ、７３ｂ
で成形される。照明レンズ７３ａ、７３ｂを通過した電
子ビーム７２はセルアパーチャが複数配列された第２成
形アパーチャ７７に対して目標とするアパーチャを選択
できるように目標位置へ偏向制御する第１成形偏向器７
６と第２成形アパーチャ７７を通過したセルアパーチャ
像を光軸上に振戻す第２形偏向器７９を通過する。

【００１２】第１成形偏向器７６、第２成形アパーチャ
７７および第２成形偏向器７９を通過した電子ビーム７
２は、第２成形アパーチャ７７を起点とするセルパター
ン電子ビームとしてスタートし、光学系光軸上に振り戻
された状態で縮小レンズ７８を通過する。縮小レンズ７
８の上部には第３成形アパーチャ８５が設置されてお
り、アパーチャ等で散乱された不要な電子ビームをカッ
トする。縮小レンズ７８で縮小された電子ビーム７２
は、プリ副偏向器８８、プリ主偏向器８７、副偏向器８
１、主偏向器・対物レンズ８０を通過し、試料面８３に
縮小投影される。

【００１３】描画パターン位置に対する電子ビーム位置
は主偏向器８０と副偏向器８１で制御し、主偏向器８０
に対するプリ主偏向器８７の制御電圧は加算方向に、プ
リ副偏向器８８の制御電圧は減算方向に制御することで
総合的な収差を最小にしている。主偏向器８０は、ＸＹ
ステージ８４の上に搭載したウエハの試料面８３に対し
て描画領域の位置をＸＹステージ８４の位置を参照しな
がら偏向制御し、副偏向器８１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う。

【００１４】また、主偏向器８０の下部に電子ビーム７
２が試料面８３に照射された際に発生する二次電子や反
射電子を検出する電子ビーム検出器８２が設けられてお
り、この反射電子信号を処理することでＳＥＭ像の検
出、電子ビーム調整等の制御を行っている。

【００１５】また、偏向器は、静電レンズと重畳させ
て、エレクトロードを分割した静電レンズ（アインツェ
ルレンズ）で構成し、レンズ機能と偏向器機能を同時に
作用させている。

【００１６】これらにより、この電子線描画装置は、回
転対称の光学系で構成されているので、制御性に優れ、
取扱いも簡単である。

【００１７】ただ、この場合も、低加速の電子ビームを
使用すること、アパーチャ７７から下流の光路で、電子
ビームがフォーカスする制御を行うため、この位置での
電子ビーム間の反発が顕著になり、いわゆる空間電荷効
果による電子ビームぼけが発生する。その防止のために
大電流を使用することができない。その結果、大きなパ
ターンを描画できず、描画スピードを上げられない欠点
を持っている。

【００１８】上記の問題を解決するため、縮小投影光学
系を多重マルチポール（多重極）レンズにて構成した低
加速電子ビームを用いた電子線描画方式が提案されてい
る。この描画方式は、上記の空間電荷効果を解決するた
め、軌道上の電子ビームが、同一場所で電子ビームが集
中するのを避けるため、電子ビームをＸ、Ｙ成分をそれ
ぞれ独立にフォーカスさせ、電子ビームが１箇所に集中
するのを避けることにより空間電荷効果を低減してい
る。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように電子ビーム描画で露光電子レンズにマルチポール
レンズを使用した場合には、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれ
の電子ビームは非対称で独立した軌道で制御するため、
電子ビームのＸ方向とＹ方向の偏光感度および偏向収差
が異なった光学収差ぼけを生じる。また、Ｘ方向とＹ方
向との電子ビームの倍率に差を生じる現象が発生し、正
確な電子ビーム形状が得られない問題がある。

【００２０】本発明はこれらの事情にもとづいてなされ
たもので、偏向による光学収差ぼけや電子ビーム形状寸
法誤差を補正した高精度の荷電電子ビーム制御方法とそ
の制御装置を提供することを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、荷電ビーム発生源から発生した荷電ビーム
を縮小投影手段としてマルチポールが形成されている極
子レンズを光軸に沿って多重に用いて制御する荷電ビー
ムの制御方法において、前記極子レンズにより形成され
たマルチポール場を通過する荷電ビームの軌道途中で、
制御電圧を独立に制御できる回転対称型のラウンド式電
子レンズを用いて偏向荷電ビームの条件に応じて各エレ
クトロードへの電圧を制御することにより前記荷電ビー
ムを制御することを特徴とする荷電ビーム制御方法であ
る。

【００２２】また請求項２の発明による手段によれば、
前記ラウンド式電子レンズは独立に制御可能な複数のエ
レクトロードで形成され、前記各エレクトロードへの制
御電圧を同一にして静電レンズとして動作させ、Ｘまた
はＹ偏向軌道の角度を持った荷電ビーム軌道を対象に、
Ｘ成分またはＹ成分のみを変化させて試料面での荷電ビ
ーム形状を修正させることを特徴とする荷電ビーム制御
方法である。

【００２３】また請求項３の発明による手段によれば、
前記ラウンド式電子レンズは、前記各エレクトロードへ
の制御電圧を対向４極に同極性、残り対向４極に逆極性
を印加して、フォーカス荷電ビームおよび荷電ビーム形
状のフォーミング動作の制御を行って試料面での荷電ビ
ーム形状を修正させることを特徴とする荷電ビーム制御
方法である。

【００２４】また請求項４の発明による手段によれば、
前記極子レンズは、前記光軸上に４重に配置され前記荷
電ビーム発生源から３重目および４重目の前記極子レン
ズは、各エレクトロードへの制御電圧を対向４極に同極
性、残り対向４極に逆極性を印加して、フォーカス荷電
ビームおよび荷電ビーム形状のフォーミング動作の制御
を行って試料面での非点および荷電ビーム形状を修正さ
せることを特徴とする荷電ビーム制御方法である。

【００２５】また請求項５の発明による手段によれば、
前記光軸上に４重に配置された前記極子レンズは、フォ
ーカスさせる際のレンズ電圧の条件に対して、荷電ビー
ムを偏向したときにフォーカスが前記試料面より上方に
移動する状態に対応し、ＸＹ偏向制御に応じて、リアル
タイムで全ての前記レンズ電圧を変化させ、偏向位置に
応じて常にフォーカスと荷電ビームが最適値になるよう
な制御をおこなうことを特徴とする荷電ビーム制御方法
である。

【００２６】また請求項６の発明による手段によれば、
前記光軸上に４重に配置された前記極子レンズは、予め
設定されている偏向位置と焦点深度のデータ変換テーブ
ルにより、全てのレンズ電圧を変化させ、偏向位置に応
じて常にフォーカスと荷電ビームが最適値になる制御を
おこなうことを特徴とした荷電ビーム制御方法である。

【００２７】また請求項７の発明による手段によれば、
前記光軸上に４重に配置された前記極子レンズは偏向電
圧の連動比の設定を、Ｘ方向荷電ビームとＹ方向荷電ビ
ームの前記試料面でランディング角度が小さく、かつ、
ＸＹ最大偏向量のランディング角度が同一となるよう設
定することにより偏向位置に左右されない荷電ビーム制
御をおこなうことを特徴とした荷電ビーム制御方法であ
る。

【００２８】また請求項８の発明による手段によれば、
前記光軸上に４重に配置され前記荷電ビーム発生源から
１重目および２重目の前記極子レンズは、レンズ機能を
オフ状態にして、前記荷電ビームをラウンド式電子レン
ズのシ−ルド極でフォーカスするように制御し、前記さ
れ前記荷電ビーム発生源から１重目および２重目の前記
極子レンズをＸＹスキャン偏向器として動作させ、スキ
ャン偏向によって得られるアパーチャ孔の像が最もシャ
ープに見える条件に設定して前記荷電ビームの寸法が最
小となるフォーヵス条件に制御をすることで、軌道途中
の前記荷電ビーム広がりを最小にして、前記荷電ビーム
の偏向で発生する非点ぼけを除去する制御をおこなうこ
とを特徴とした荷電ビーム制御方法である。

【００２９】また請求項９の発明による手段によれば、
荷電ビーム発生源から発生した荷電ビームを電子光学系
で制御する荷電粒子ビームの制御装置において、前記電
子光学系は、光軸に沿ってマルチポール場を形成する多
重に配置された極子レンズと、これらの極子レンズの間
の荷電粒子ビームの軌道途中に分割したエレクトロード
で形成し、かつ、制御電圧を独立に制御できるラウンド
式電子レンズとを具備したことを特徴とする荷電ビーム
制御装置である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００３１】図１は、本発明の荷電ビーム制御装置の模
式図である。

【００３２】電子銃等の電子ビーム発生源１から加速さ
れた電子ビーム２の光軸上の前方には、順次、電子光学
系として、一対の照明レンズ３ａ、３ｂ、第１成形偏向
器６、第１成形アパーチャ７、第２成形偏向器８、極子
レンズ１１、１２、第２成形アパーチャ１３、プリ主偏
向器１４、ラウンド式電子レンズ１６、極子レンズ１
８、１９、副偏向器２１および電子検出器２２等が配置
されている。

【００３３】電子ビーム発生源１は、電子ビーム２の成
形制御機能を有しており、それに制御された電子ビーム
２の形状は、例えば、電子顕微鏡の場合はスポット電子
ビームであり、ＶＳＢ電子線描画装置では可変成形され
た四角、三角あるいはステンシル通過の電子ビームであ
る。また、電子ビーム発生源１には、電子ビーム２をＯ
Ｎ／ＯＦＦするためのブランカー（不図示）や、電子ビ
ーム２のコヒーレンスを制御するコンデンサレンズ（不
図示）等も含まれており、それらにより、電子光学系で
使用するのに好適な電子ビーム２を生成している。

【００３４】２つの成形偏向器６、８は、静電偏向板で
形成され、通過する電子ビーム２を偏向する機能を有し
ている。

【００３５】極子レンズ１１、１２、１８、１９は、８
極のマルチポールレンズにより構成されている。図２
（ａ）および（ｂ）は、互いに４５度の角度をおいて配
置した８個の電極で構成したマルチポールレンズの構成
を代表的に示した平面図である。なお、図２（ａ）は電
極の平面形状が円形であるが、図２（ｂ）では電極の平
面形状が一部切欠した扇形である。なお、偏向器として
機能させる際には、図２（ｂ）で示した形状の方が好ま
しい。このマルチポールレンズで形成された極子レンズ
１１、１２、１８、１９は、ＸＹ軸をはさむ形の位相で
配置された２極を、１つの極子レンズとして機能させ、
それぞれ、全体として４極子レンズとして機能してい
る。この場合、電子ビームの軸に沿って４重に配置され
ている４つの極子レンズ１１、１２、１８、１９のう
ち、３重目の４極子レンズ１８と、４重目の４極子レン
ズ１９は、１重目および２重目の４極子レンズ１１、１
２と比べて大きな内径を持つように設計されている。そ
れらにより、マルチポール場が形成されている。

【００３６】図３に示すように、また、３重目の４極子
レンズ１８と、４重目の４極子レンズ１９は、第１成形
アパーチャ７から下流の光路で、電子ビーム２の軌道
が、Ｘ成分とＹ成分で独立した軌道２０Ｘ、２０Ｙを通
る制御をおこなっている。４重の極子レンズ１１、１
２、１８、１９は、Ｘ方向とＹ方向の２方向の電界が、
例えばＸ方向が１重目から４重目まで順番に発散電界
（Ｑ１）、発散電界（Ｑ２）、収束電界（Ｑ３）、発散
電界（Ｑ４）とした場合、Ｙ方向はＸ方向とは逆に、収
束電界（Ｑ１）、収束電界（Ｑ２）、発散電界（Ｑ
３）、収束電界（Ｑ４）となる様に電圧が印加される。

【００３７】これらにより、第１成形アパーチャ７から
試科面２４までの電子ビーム軌道２０Ｘ、２０Ｙは図３
に示したようになる。すなわち、Ｙ方向とＸ方向の電子
ビーム軌道２０Ｘ、２０Ｙは、極子レンズ１１、１２を
通過後、静電レンズ１４を通過して１８に入るが、その
間にＸ方向の電子ビーム軌道２０Ｘは大きな角度で拡が
り、１８に入る際に最大となり、それ以後、電子ビーム
軌道２０Ｘは狭まっていく。それに対して、Ｙ方向の電
子ビーム軌道２０Ｙは、同様に極子レンズ１１、１２を
通過後、静電レンズを通過して１８に入るが、その間に
Ｘ方向の電子ビーム軌道２０Ｙは小さい角度で拡がり、
１８を通過して１９に入る際に最大となる。したがっ
て、Ｘ方向とＹ方向との電子ビーム軌道２０Ｘ、２０Ｙ
は異なった軌道を通り、クロスオーバを形成することな
くウエハ等の試料面２４へ集光する。

【００３８】図１に示したように、本発明の電子線描画
方式では、前述の空間電荷効果を解決するため、軌道上
の電子ビームが、同一場所で電子ビームが集中するのを
避けるため、電子ビームをＸ、Ｙ成分をそれぞれ独立に
フォーカスさせ、電子ビームが１箇所に集中するのを避
け、空間効果を低減している。

【００３９】また、図４に示すように、極子レンズ１
８、１９に偏向電界を重畳させ、プリ主偏向器１４、主
偏向器（極子レンズ１８、１９）の機能を動作させるこ
とで、Ｘ方向とＹ方向に関して電子ビームを偏向するこ
とが可能である。

【００４０】また、図５に示すように、ラウンド式電子
レンズ１６は回転対称型に形成され、２枚のリング状の
シールド板１６ａ、１６ｂの間に設けられた静電レンズ
１７を８等分のエレクトロード１７ａ、１７ｂ…１７ｈ
に分割した８分割型円筒エレクトロードで構成してい
る。しかも各エレクトロード１７ａ、１７ｂ…１７ｈ
は、印加電圧がそれぞれに独立して制御できるように構
成されている。また、ＸＹ偏向制御の連動比が最適に行
われる位置に配置されている。

【００４１】また、第２成形アパーチャ１３は、アパー
チャ孔１３ａを有するシールド極を形成している。

【００４２】これらの構成により、照明レンズ３ａ、３
ｂを通過した電子ビーム２は、第１成形偏向器６と第１
成形アパーチャ７を通過したセルアパーチャ像を光軸上
に振戻す第２成形偏向器８を通過し、電子ビーム２をプ
リ主偏向器１４の第２成形アパーチャ１３のアパチャ孔
１３ａでフォーカスするように制御する。第２成形アパ
ーチャ１３には、図示しない電子ビーム電流検出器が設
けられており、電子ビーム２の調整では、極子レンズ１
１、１２のレンズ機能をオフ状態にして、照明レンズ３
ａ、３ｂの電圧を、第２成形アパーチャ１３の図示しな
い電子ビーム電流検出器で、電子ビーム２の寸法が最小
となるようにフォーカスを形成する。

【００４３】このとき、第２成形アパーチャ１３のアパ
ーチャ孔１３ａに対して、極子レンズ１１または極子レ
ンズ１２をＸＹスキャン偏向器として動作させ、スキャ
ン偏向によって得られるアパーチャ孔１３ａの像が最も
シャープに見える条件に設定することができる。

【００４４】この条件に調整することで、第１成形アパ
ーチャ７を通過した電子ビーム２は、Ｘ方向成分が、図
６（ａ）に示すように第２成形アパーチャ１３のアパー
チャ孔１３ａを通過後に試料面２４との間で拡がってい
た状態から、図６（ｂ）に示すように、試料面２４まで
の電子ビーム２の広がりを最小ならしめの状態に変化さ
せて、電子ビーム偏向で発生する非点ぼけを除去する。

【００４５】電子ビーム２を試料面２４の任意の位置に
偏向する制御は、極子レンズ１１、１２、１８、１９の
レンズ電圧に、プリ主偏向器１４、極子レンズ１８、１
９の偏向電圧を重畳させて行い、偏向電圧の連動比で電
子ビーム２の軌道を決定する。この場合、偏向電圧の連
動比とは偏向器電圧の比であり、それによるパワーの比
でもある。

【００４６】また、第１成形アパーチャ７から第２成形
アパーチャ１３を通過して試料面２４に至る間のＸ方向
成分の偏向電子ビーム軌道２０Ｘ、Ｙ方向成分の偏向電
子ビーム軌道２０Ｙは、例えば、それぞれ、予め定めら
れている図７の（ａ）および（ｂ）に示したプロファイ
ルに制御する。ただ、電子ビーム偏向場所によっては、
光軸上でフォーカスさせた極子レンズ１１、１２、１
８、１９のレンズ電圧条件からフォーカスが上流に移動
（フォーカス面が試料面２４の上方に移動する）する状
態が発生する。その際には、ＸＹ偏向位置制御に応じ
て、リアルタイムで極子レンズ１１、１２、１８、１９
のレンズ電圧を変化させ、常にフォーカスが最適値（試
料面２４上でフォーカスする）になるような制御を行
う。

【００４７】この極子レンズ１１、１２、１８、１９の
レンズ電圧制御は、例えば、「レンズ電圧＝レンズ電圧
−６０ｍＶ＊試料面からのフォーカスずれ」の関係式を
用いて作成されたデータ変換テーブルを用いて行う。

【００４８】これらにより、試料面２４からのフォーカ
スずれが、μｍオーダーの電圧で最適化でき、リニアな
形での制御が可能である。

【００４９】同様の関係は、極子レンズ１１、１２、１
８、１９に対しても成立し、偏向位置と焦点深度のデー
タ変換テーブルを準備し、偏向量に応じたダイナミック
制御を行なうことで、常に最適フォーカスの電子ビーム
２に設定することが可能である。

【００５０】また、図８（ａ）から（ｃ）は、第１成形
アパーチャ７と試料面２４との間の各極子レンズ１１、
１２、１８、１９およびプリ主偏向器１４におけるＸ方
向電子ビームの軌跡２０Ｘと、Ｙ方向の電子ビームの軌
跡２０Ｙとの偏向電圧の連動比を示したグラフである。

【００５１】偏向電圧の連動比は、偏向色収差や偏向非
点を最適化した値を使用するが、偏向電圧の連動比を図
８（ａ）に示したようにＸ方向電子ビーム軌跡２０Ｘと
Ｙ方向電子ビームの軌跡２０Ｙの試料面２４でランディ
ング角度が異なる組み合わせを避け、図８（ｂ）に示す
ように、ランディング角度が小さく、かつ、ＸＹ最大偏
向量でのランディング角度が同一となる偏向電圧の連動
比を用いている。それにより、試料面２４での電子ビー
ム２のぼけを小さくすることができる。

【００５２】なお、マルチポールレンズを使用した電子
線描画装置では、Ｘ方向とＹ方向の電子ビームは非対称
の独立した軌道で制御するので、試料面２４の近辺で
は、フォーカス系と電子ビーム形状系とは逆の軌道を取
る。そのため、ＸＹフォーカスを最適化した制御条件に
すると、逆にＸＹ電子ビーム形状の最適バランスがずれ
る現象が発生する。ラウンド式電子レンズ１６は、この
条件を解決するために設けたもので、図８（ｃ）に示し
た様に、Ｘ偏向軌道のみが角度を持った電子ビームにな
っていることを利用し、電極（ラウンド式電子レンズ１
６）に４０Ｖ程度の電圧を印加してＸ成分のみを変化さ
せることで、総合的な電子ビームの微調整を実現した。

【００５３】次に非点制御の方法について説明する。図
９（ａ）〜（ｄ）は、非点制御の方法を説明するための
主偏向器であるプリ主偏向器１４、ラウンド電子レンズ
１６および極子レンズ１８、１９のそれぞれの状態を示
す説明図である。

【００５４】マルチポールレンズを用いた場合、Ｘ方向
とＹ方向の電子ビーム２は非対称の独立した軌道で制御
するため、Ｘ方向とＹ方向の偏向感度および偏向収差が
異なった光学収差ぼけを生じる。また、ＸＹ電子ビーム
倍率に差を生じる現象が発生し、正確な電子ビーム形状
が得られない問題が存在する。

【００５５】そのため、プリ主偏向器１４、ラウンド式
電子レンズ１６および極子レンズ１８、１９に対して
は、レンズ電圧および偏向電圧の連動比を考慮した制御
電圧が印加しているが、更に、図９（ａ）〜（ｄ）に示
した静電レンズ１６、極子レンズ１８、１９に対して、
対向４極に同極性を、残り対向４極に逆極性の電圧を図
示した形で印加して、レンズ電圧および偏向電圧に更に
重畳し、試料面２４でのフォーカス電子ビームおよび電
子ビーム形状のフォーミング動作を行い、試料面２４の
非点および電子ビーム形状を修正し、総合的な電子ビー
ム微調整を実現する。

【００５６】この場合、図８（ａ）に示すように、偏向
器であるプリ主偏向器１４は、偏向のみに機能させレン
ズとして使用しないため特に電圧は印加しない。図８
（ｂ）および（ｃ）のラウンド式電子レンズ１６、極子
レンズ１８、１９には、試料面ビーム非点に応じて、−
又は＋の電圧を印加する。

【００５７】また、さらに、以上の制御に偏向位置に応
じたフォーカス微調整制御を極子レンズ１１、１２、１
８、１９のレンズ電圧に対して実施し、偏向を行っても
フォーカスぼけが最小となる制御を加算することも可能
である。

【００５８】以上に説明したように、本発明の電子ビー
ム調整方法を使用することで、マルチポールレンズで構
成した電子線描画装置の電子ビーム調整を実現してい
る。特に、偏向によって発生するＸＹフォーカス電子ビ
ーム非点と、ＸＹ電子ビーム形状の倍率違いを制御で
き、電子ビーム軌道においても偏向収差を最小限に抑制
した電子ビーム描画装置を実現できる。

【００５９】また、上述の実施の形態では、荷電ビーム
として電子ビームを用いた場合について説明したが、イ
オンビーム等のその他の荷電ビームを用いた際にも同様
な作用が得られる。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、偏向による光学収差ぼ
けや電子ビーム形状寸法誤差を補正した高精度の荷電電
子ビーム制御方法とその制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の荷電ビーム制御装置の模式図。

【図２】（ａ）および（ｂ）は、マルチポールレンズの
平面図。

【図３】電子ビームのＸ成分とＹ成分の軌道の説明図。

【図４】電子ビームのＸ成分とＹ成分の軌道の説明図。

【図５】ラウンド式電子レンズの構成斜視図。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、電子ビームの拡がりを
示すグラフ。

【図７】（ａ）および（ｂ）は、Ｘ方向とＹ方向との電
子ビームのランディング角度の説明グラフ。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は、電子ビームの軌跡との偏向
電圧の連動比を示したグラフ。

【図９】（ａ）〜（ｄ）は、非点制御の方法を説明する
ため説明図。

【図１０】電子線描画装置の模式構成図。

【図１１】（ａ）および（ｂ）は、成形アパーチャの平
面図。（ｃ）は成形アパーチャの組合わせの説明図。

【図１２】従来の電子線描画方式の模式図。

【符号の説明】

１…電子ビーム発生源、２…荷電（電子）ビーム、３
ａ、３ｂ…照明レンズ、６…第一成形偏向器、７…第１
成形アパーチャ、８…第二成形偏向器、１１、１２、１
８、１９…極子レンズ、１３…第２成形アパーチャ、１
４…静電レンズ、１６…ラウンド式電子レンズ、２４…
試料面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長野 修 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） 5C033 CC02 JJ05 5F056 AA01 BA01 CB29 CB32 CB33 EA05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電ビーム発生源から発生した荷電ビー
   ムを縮小投影手段としてマルチポールが形成されている
   極子レンズを光軸に沿って多重に用いて制御する荷電ビ
   ームの制御方法において、 前記極子レンズにより形成されたマルチポール場を通過
   する荷電ビームの軌道途中で、制御電圧を独立に制御で
   きる回転対称型のラウンド式電子レンズを用いて偏向荷
   電ビームの条件に応じて各エレクトロードへの電圧を制
   御することにより前記荷電ビームを制御することを特徴
   とする荷電ビーム制御方法。
2. 【請求項２】 前記ラウンド式電子レンズは独立に制御
   可能な複数のエレクトロードで形成され、前記各エレク
   トロードへの制御電圧を同一にして静電レンズとして動
   作させ、ＸまたはＹ偏向軌道の角度を持った荷電ビーム
   軌道を対象に、Ｘ成分またはＹ成分のみを変化させて試
   料面での荷電ビーム形状を修正させることを特徴とする
   請求項１記載の荷電ビーム制御方法。
3. 【請求項３】 前記ラウンド式電子レンズは、前記各エ
   レクトロードへの制御電圧を対向４極に同極性、残り対
   向４極に逆極性を印加して、フォーカス荷電ビームおよ
   び荷電ビーム形状のフォーミング動作の制御を行って試
   料面での荷電ビーム形状を修正させることを特徴とする
   請求項１記載の荷電ビーム制御方法。
4. 【請求項４】 前記極子レンズは、前記光軸上に４重に
   配置され前記荷電ビーム発生源から３重目および４重目
   の前記極子レンズは、各エレクトロードへの制御電圧を
   対向４極に同極性、残り対向４極に逆極性を印加して、
   フォーカス荷電ビームおよび荷電ビーム形状のフォーミ
   ング動作の制御を行って試料面での非点および荷電ビー
   ム形状を修正させることを特徴とする請求項１乃至請求
   項３のいずれか１項に記載の荷電ビーム制御方法。
5. 【請求項５】 前記光軸上に４重に配置された前記極子
   レンズは、フォーカスさせる際のレンズ電圧の条件に対
   して、荷電ビームを偏向したときにフォーカスが前記試
   料面より上方に移動する状態に対応し、ＸＹ偏向制御に
   応じて、リアルタイムで全ての前記レンズ電圧を変化さ
   せ、偏向位置に応じて常にフォーカスと荷電ビームが最
   適値になるような制御をおこなうことを特徴とする請求
   項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の荷電ビーム制
   御方法。
6. 【請求項６】 前記光軸上に４重に配置された前記極子
   レンズは、予め設定されている偏向位置と焦点深度のデ
   ータ変換テーブルにより、全てのレンズ電圧を変化さ
   せ、偏向位置に応じて常にフォーカスと荷電ビームが最
   適値になる制御をおこなうことを特徴とした請求項５記
   載の荷電ビーム制御方法。
7. 【請求項７】 前記光軸上に４重に配置された前記極子
   レンズは偏向電圧の連動比の設定を、Ｘ方向荷電ビーム
   とＹ方向荷電ビームの前記試料面でランディング角度が
   小さく、かつ、ＸＹ最大偏向量のランディング角度が同
   一となるよう設定することにより偏向位置に左右されな
   い荷電ビーム制御をおこなうことを特徴とした請求項１
   乃至請求項６のいずれか１項に記載の荷電ビーム制御方
   法。
8. 【請求項８】 前記光軸上に４重に配置され前記荷電ビ
   ーム発生源から１重目および２重目の前記極子レンズ
   は、レンズ機能をオフ状態にして、前記荷電ビームをラ
   ウンド式電子レンズのシ−ルド極でフォーカスするよう
   に制御し、前記され前記荷電ビーム発生源から１重目お
   よび２重目の前記極子レンズをＸＹスキャン偏向器とし
   て動作させ、スキャン偏向によって得られるアパーチャ
   孔の像が最もシャープに見える条件に設定して前記荷電
   ビームの寸法が最小となるフォーヵス条件に制御をする
   ことで、軌道途中の前記荷電ビーム広がりを最小にし
   て、前記荷電ビームの偏向で発生する非点ぼけを除去す
   る制御をおこなうことを特徴とした請求項１乃至請求項
   ７のいずれか１項に記載の荷電ビーム制御方法。
9. 【請求項９】 荷電ビーム発生源から発生した荷電ビー
   ムを電子光学系で制御する荷電粒子ビームの制御装置に
   おいて、 前記電子光学系は、光軸に沿ってマルチポール場を形成
   する多重に配置された極子レンズと、これらの極子レン
   ズの間の荷電粒子ビームの軌道途中に分割したエレクト
   ロードで形成し、かつ、制御電圧を独立に制御できるラ
   ウンド式電子レンズとを具備したことを特徴とする荷電
   ビーム制御装置。