JP2006128564A - 荷電ビーム露光装置および荷電ビーム制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低加速の荷電ビーム露光において、第１成形アパーチャ８５と第２成形アパーチャとの間で生じ得る空間電荷効果の影響を低減する。
【解決手段】 電子銃１１と、第１成形アパーチャ８５と、第２成形アパーチャ９５と、第１成形アパーチャ８５を通過した電子ビームを第２成形アパーチャ９５上に投影する投影光学系と、電子銃１１と投影光学系との間で電子ビームを偏向する偏向器１７，１９，２１と、第２成形アパーチャ９５を通過した電子ビームを基板Ｓ上に縮小投影する縮小投影光学系と、を備える電子ビーム露光装置１において、第１成形アパーチャ８５に、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口を設け、電子ビームが第１成形アパーチャ８５の任意の開口を選択的に通過するように偏向器１７，１９，２１を制御する。
【選択図】 図９

Description

本発明は、荷電ビーム露光装置に関し、例えばＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）、超ＬＳＩの半導体製造工程で使用されるイオンビーム露光装置や電子ビーム露光装置に関する。

荷電ビーム露光装置は、光波長より短い荷電粒子（例えば電子やイオン）の波長レベルの分解能で描画できるため、高い解像度でパターンを描画する機能を備えている。この反面、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ため、荷電ビーム露光装置では描画に長時間かかるという問題がある。しかし、高精度の細線パターンを形成できるという特徴を有することから、荷電ビーム露光装置は、光露光方式のリソグラフィ技術の次の技術、またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の多品種少量の半導体製造に有力なツールとして発展している。電子ビームで直接パターンを形成する方法としては、小さな丸ビームをオン／オフ制御しながらウェーハ全面をスキャンしてパターンを形成する方法の他、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（Variable Shaped Beam）描画方式がある。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複数ブロック分のパターンが形成された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。

ＶＳＢ方式の電子ビーム露光装置では、ビーム解像度を向上させるため、高加速に加速させた電子ビームをウェーハ上のレジストへ打ち込む方式が従来より採用されている（例えば特許文献１）。さらに、特許文献１では、電流密度を高めることにより描画速度を上げる一方で空間電荷効果によるビームボケを防ぐために、コンデンサレンズの出口近傍で電子ビームがクロスオーバを形成する位置に、複数の開口パターンを設けた輝度調整用の絞りを設置し、絞りの選択により輝度を調整する技術が開示されている。

しかし、高加速電圧方式では、照射された電子ビームがウェーハ上面のレジスト下面に成膜された各種多層薄膜で反射して再びレジスト上方に向かう現象である近接効果が発生し、これにより描画パターンにボケや解像度の劣化が発生してしまう。従って、高加速電圧方式の電子ビーム露光装置では、近接効果を補正するための制御が必須となり、電子光学系は勿論のこと、制御面でも大掛かりなシステムが必要とされ、この結果、システムの複雑化により却ってトラブルを誘発するなど結果的に精度が低下するという問題があった。また、高加速の電子を用いているため、ウェーハ表面へのダメージも懸念される。

高加速電圧荷電ビームのＶＳＢ方式における上述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アパーチャ方式の電子線描画方式が提案されている（例えば特許文献２）。

高加速の電子ビーム露光装置においては、第１成形アパーチャと第２成形アパーチャとの間で生じる空間電荷効果によるビームボケが無視できる程度に小さいため、高解像の描画を行なう際には第２成形アパーチャを通過する電流量に応じて輝度の調整を行なうことにより、または第２成形アパーチャの可変成形によりビームの大部分をカットすることで、第２成形アパーチャ以下のビーム電流を減らして描画すれば良かった。

しかしながら、低加速の電子ビーム露光装置では、第１成形アパーチャと第２成形アパーチャとの間で生じる空間電荷効果によるビームボケが大きい。このような欠点を解消するため、例えば特許文献１に示されるように輝度調整用の絞りをクロスオーバ位置に置いて輝度を調整しようとした場合に、均一なビームを試料上で得るために小さな開口の数を増やすと、表面に堆積するコンタミネーションにより開口面積が変わってしまい安定したビーム電流が得られず、かつ、コンタミネーション上にチャージアップが発生しビームドリフトが生じてしまう、等の問題があった。

また、特許文献１では、第１成形アパーチャよりも電子銃側の照明光学系のスペースに輝度の調整機構が配置されている。しかしながら、低加速電圧の電子ビームを用いる露光装置においては、外乱（磁場、電場）によるビームドリフトが大きいために、光学系を小型化し電子ビームの経路を短くしてビームドリフトを低減させているので、光路中に新たにビーム電流制御機構を追加的に設けることが困難である。

さらに、従来の電子ビーム露光装置では、第１成形アパーチャのウェーハ側に配置されたブランキング偏向器とブランキングアパーチャとでブランキング動作を行なっているが、選択偏向器への印加電圧がその立ち上がりと立ち下がりでばらつくことがあり、このタイミングのばらつきがある特定の条件を満たすと電子ビームがブランキングアパーチャを通過してしまい、ウェーハ上のレジストを不本意にも感光してしまうという問題もあった。
特開２００２−３５３１２８号公報 特開２０００−１７３５２９号公報 特開２００１−１１８７７１号公報

本発明の第１の目的は、低加速の荷電ビーム露光において、高い解像度が要求される場合に、第１成形アパーチャと第２成形アパーチャとの間で生じ得る空間電荷効果の影響を低減することにある。

また、本発明の第２の目的は、荷電ビーム露光におけるブランキング動作を確実に処理することにある。

本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。

即ち、本発明によれば、
面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形開口が設けられた第１成形アパーチャと、
基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
前記荷電ビーム生成手段と前記投影手段との間に設けられ、前記荷電ビームを偏向する偏向手段と、
通過する前記荷電ビームの前記第２成形アパーチャ上の所望の領域への照明を可能にする前記第１成形アパーチャの開口のうちで最も面積の小さな開口が選択されるように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
を備える荷電ビーム露光装置が提供される。

また、本発明によれば、
面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形開口が設けられた第１成形アパーチャと、
基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
前記荷電ビーム生成手段と前記投影手段との間に設けられ、前記荷電ビームを偏向する偏向手段と、
前記荷電ビームが、前記描画パターンに要求される解像度に応じて前記開口が選択されるように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
を備える荷電ビーム露光装置が提供される。

また、本発明によれば、
面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形開口が設けられた第１成形アパーチャと、
基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
前記荷電ビーム生成手段と前記投影手段との間に設けられ、前記荷電ビームを偏向する偏向手段と、
前記荷電ビームのうち前記第２成形アパーチャによって遮断される部分の電流量が最小となる前記開口が選択されるように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
を備える荷電ビーム露光装置が提供される。

また、本発明によれば、
面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャと、
基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
前記荷電ビーム生成手段と前記投影手段との間に設けられ、前記荷電ビームを偏向する偏向手段と、
前記荷電ビームを偏向することにより前記基板への照射のオンとオフとを選択的に制御するブランキング手段と、
前記ブランキング手段による偏向方向と直交する方向へ前記荷電ビームが偏向されて前記任意の開口を選択的に通過するように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
を備える荷電ビーム露光装置が提供される。

また、本発明によれば、
面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャと、
基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
前記荷電ビームを偏向することにより前記基板への照射のオンとオフとを選択的に制御するブランキング手段と、
前記荷電ビームが任意の前記開口を選択的に通過するように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
前記荷電ビームの光軸方向において前記第１成形アパーチャよりも前記荷電ビーム生成手段側に配設されて前記荷電ビームを偏向することにより任意の前記開口に照射させる第１および第２の偏向器と、前記第１成形アパーチャよりも前記基板側に配設されて前記開口を通過した前記荷電ビームを前記光軸側に振り戻す第３の偏向器と、を含む偏向手段と、
前記第１乃至第３の偏向器が互いに異なるタイミングで動作するように前記偏向手段を制御するタイミング制御手段と、
を備える荷電ビーム露光装置が提供される。

また、本発明によれば、
荷電ビームを生成し、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
通過後に前記第２成形アパーチャ上の所望の領域への前記荷電ビームの照明を可能にする前記第１成形アパーチャの開口のうちで最も面積の小さな開口を前記荷電ビームが選択的に通過するように前記荷電ビームを偏向する偏向工程と、
を備える荷電ビームの制御方法が提供される。

また、本発明によれば、
荷電ビームを生成し、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
発生した前記荷電ビームが前記描画パターンに要求される解像度に応じて前記開口が選択されるように前記荷電ビームを偏向する偏向工程と、
を備える荷電ビームの制御方法が提供される。

また、本発明によれば、
荷電ビームを生成し、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
前記荷電ビームのうち前記第２成形アパーチャによって遮断される部分の電流量が最小となる前記開口が選択されるように前記荷電ビームを偏向する偏向工程と、
を備える荷電ビームの制御方法が提供される。

また、本発明によれば、
荷電ビームを生成し、複数の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
前記荷電ビームを偏向することにより前記基板への照射のオンとオフとを選択的に制御するブランキング偏向工程と、
発生した前記荷電ビームが前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を選択的に通過するように前記ブランキング偏向工程による偏向方向に直交する方向に前記荷電ビームを偏向する偏向工程と、
を備える、荷電ビームの制御方法が提供される。

さらに、本発明によれば、
荷電ビームを生成し、複数の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
前記荷電ビームを偏向することにより前記基板への照射のオンとオフとを選択的に制御するブランキング偏向工程と、
発生した前記荷電ビームが前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を選択的に通過するように前記荷電ビームを偏向する第１および第２の偏向工程と、前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記光軸側に振り戻す第３の偏向工程と、を含む偏向工程と、
前記第１乃至第３の偏向工程が互いに異なるタイミングで実行されるように前記偏向工程を制御する偏向制御工程と、
を備える荷電ビームの制御方法が提供される。

本発明は、以下の効果を奏する。

即ち、本発明によれば、低加速の荷電ビーム露光で高い解像度が要求される場合に、第１成形アパーチャと第２成形アパーチャとの間で生じ得る空間電荷効果の影響を低減することができる。

また、本発明によれば、荷電ビーム露光におけるブランキング動作を確実に処理することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下では、荷電ビーム露光装置として、電子ビーム露光装置を例として取り上げて説明するが、本発明はこれに限ることなく、例えば荷電ビームとしてイオンビームを用いる露光装置にも適用可能であることは勿論である。図面においては、同一の部分には同一の参照番号を付し、重複説明は必要な場合に限り行なう。

（１）第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる荷電ビーム露光装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の特徴は、第１成形アパーチャ８５に、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の開口が設けられている点と、描画パターンに要求される解像度に応じて第１成形アパーチャ８５の開口が選択されるように、偏向器１７，１９に印加される電圧が制御される点にある。これらの特徴点は、後に詳述することとし、最初に本実施形態の荷電ビーム露光装置の構成および動作について概略的に説明する。

図１に示す電子ビーム露光装置１は、電子光学系と制御コンピュータ７と各種電源ＰＳ１〜７，ＰＳ１１，ＰＳ１３，ＰＳ１５，ＰＳ１７，ＰＳ２１，ＰＳ２３，ＰＳ２５，ＰＳ２７と２次電子検出器コントローラ３１とを備える。

制御コンピュータ７は、装置全体を制御するとともに、後述する通り、選択偏向器１７，１９により第１成形アパーチャ８５の任意の開口が選択されて電子ビームＥＢが照射されるように電源ＰＳ１，２を制御する。制御コンピュータ７は、本実施形態において、例えば偏向制御手段および焦点位置補正手段に対応する。

各種電源ＰＳ１〜７，ＰＳ１１，ＰＳ１３，ＰＳ１５，ＰＳ１７，ＰＳ２１，ＰＳ２３，ＰＳ２５，ＰＳ２７は、電子光学系の対応する各構成部分および制御コンピュータ７に接続され、制御コンピュータ７から与えられる制御信号に従い、これらの構成部分に電圧を印加する。

２次電子検出器コントローラ３１は、後述する２次電子検出器２９および制御コンピュータ７に接続され、２次電子検出器２９により検出された２次電子の信号を受け取って処理し、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像を構成する信号の形態で制御コンピュータ７に伝送する。

電子光学系は、電子ビームＥＢを発生させる電子銃１１と、矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ１３と、照明レンズ１５と、選択偏向器１７，１９と、本実施形態において特徴的な第１成形アパーチャ８５と、ブランキング電極２３−１，２３−２と、振り戻し偏向器２１と、ブランキングアパーチャ９１と、投影レンズ９３と、第１成形偏向器２５と、第２成形アパーチャ９５と、第２成形偏向器２７と、縮小レンズ４３と、副偏向器９７と、主偏向器９９と、対物レンズ４５と、２次電子検出器２９と、を含む。本実施形態において、投影レンズ９３は、例えば投影手段に対応し、縮小レンズ４３、および対物レンズ４５は、例えば縮小投影手段に対応する。また、本実施形態において、選択偏向器１７，１９、および振り戻し偏向器２１は、例えばそれぞれ第１乃至第３の偏向器に対応し、これらの偏向器１７，１９，２１およびこれらにそれぞれ接続された電源ＰＳ１〜３は、例えば偏向手段に対応する。また、本実施形態において、ブランキング電極２３−１，２３−２とブランキングアパーチャ９１とは、例えばブランキング手段に対応する。

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、それぞれ中央の電極へ電源ＰＳ２１から負の電圧が印加されて使用され、第１成形アパーチャ８５の開口に対して十分大きく、かつ、必要な大きさのビーム径となるように電子ビームＥＢの倍率を調整する。第１成形アパーチャ８５には、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形開口が設けられている。この点は、後に詳述する。

選択偏向器１７，１９は、照明レンズ１３を通過した電子ビームＥＢが第１成形アパーチャ８５の任意の矩形開口に入射するように、電子ビームＥＢを偏向制御する。

振り戻し偏向器２１は、第１成形アパーチャ８５を通過した電子ビームＥＢをその光軸上に振り戻す。

第１成形アパーチャ８５を通過した電子ビームＥＢは、第１成形アパーチャ８５を起点とする矩形ビームとして出発し、そのアパーチャ像は投影レンズ９３によって第２成形アパーチャ９５へ投影される。

ブランキング電極２３−１，２３−２は、電源ＰＳ１３から印加される電圧による電界を励起することにより、電子ビームＥＢに対するブランキング偏向を行ない、ブランキングアパーチャ９１と相俟って、電子ビームＥＢのウェーハＳ上へのオン・オフを制御する。

第１成形偏向器２５は、投影レンズ９３を通過した電子ビームＥＢが第２成形アパーチャ９５の所望の面積の所望のセルパターンに入射するように、ＣＡＤデータに従って電子ビームＥＢを偏向制御する。第２成型偏向器２７は、第２成形アパーチャ９５を通過した電子ビームＥＢをその光軸上に振り戻す。

第１成形偏向器２５、第２成形アパーチャ９５および第２成型偏向器２７を通過した電子ビームＥＢは、第２成形アパーチャ９５を起点とするセルパターンビームとして出発し、光軸上に振り戻された状態で縮小レンズ４３と対物レンズ４５を通過してウェーハＳに縮小投影される。縮小レンズ４３は、第２成形アパーチャ９５を起点とするセルパターン像を縮小させる。対物レンズ４５は、縮小したセルパターン像をさらに縮小してウェーハＳ上に結像させる。

主偏向器９９は、電源ＰＳ１７から印加される電圧により、ウェーハＳの描画領域（ストライプ）が走査されるように、電子ビームＥＢの軌道を偏向制御する。副偏向器９７は、上記ストライプ内の領域をさらに細かく分割した描画範囲に対して電子ビームＥＢの照射位置を制御する。

２次電子検出器２９は、対物レンズ４５とウェーハＳとの間に配置され、電子ビームＥＢの照射によりウェーハＳの表面から発生する２次電子を検出する。２次電子検出器コントローラ３１は、検出した信号を処理して制御コンピュータ７に供給し、この処理信号から制御コンピュータ７は、ＳＥＭ像を検出し、ビーム調整等の制御に利用する。

図１では、光軸をＺ方向と規定した場合のＸ−Ｚ平面に沿った端面図を模した形態で電子光学系の構成を示した。電子光学系の各主要部の平面形状を図２に示す。同図では、これらの主要部間の位置関係を説明するために、各平面図のＹ軸が同一線上で重なるように紙面の上下に配列して示した。

図１に示す電子ビーム露光装置１の電子光学系に設けられる第１成形アパーチャ８５の平面図を図３に示す。同図に示す例では、面積が異なる２つの正方形の開口８５−１，８６−２がＹ軸を挟んでほぼ線対称になるようにＸ軸上に配設されている。荷電ビーム露光装置１の電子光学系に設置可能な第１成形アパーチャは図３に示す形状に限ることなく、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形開口が設けられていれば良い。第１成形アパーチャの他の具体例を図４乃至図７の平面図に示す。図４に示す第１成形アパーチャ８６では、Ｘ軸上の４つの正方形開口８６−１乃至８６−４が、紙面の左側から右側へ面積の大きい順から配設されている。図５に示す第１成形アパーチャ８７では、中央付近でＹ軸にほぼ線対称になるようにＸ軸上に配置された２つの正方形開口８７−２，８７−３に加え、これらの正方形開口を挟むようにこれらの外側のＸ軸上に配置された２つの長方形開口８７−１，８７−４をさらに含む。長方形開口８７−４の長手方向はＸ軸方向と一致するが、長方形開口８７−１は、その長手方向がＹ軸方向になるように形成されている。図６に示す第１成形アパーチャ８８は、Ｘ軸とＹ軸の交点を中心にほぼ回転対称をなすようにＸ軸およびＹ軸上にそれぞれ配置された４つの正方形開口８８−１乃至８８−４を含む。

上述した４つの例では、いずれの開口もＸ軸上にまたはＹ軸上に配置されているが、この配置形態に限ることなく、例えば図７に示す第１成形アパーチャ８９に示すように、Ｘ軸およびＹ軸から離れた位置に正方形または長方形の開口８９−１，８９−３，８９−９を配置しても良い。さらに、開口を配置する方向も、特にＸ軸方向またはＹ軸方向に限ることなく、例えば図７の開口８９−７，８９−８のように任意の方向に配置することができる。

ここで、面積の大きな矩形開口を選択すれば、第１成形アパーチャを通過する電子ビームＥＢの電流量が大きくなり、一方、面積が小さい矩形開口を選択した場合は、第１成形アパーチャを通過する電子ビームＥＢの電流量が小さくなる。このような、第１成形アパーチャ８５を通過する電子ビームＥＢの電流量の違いで空間電荷効果の発生量が異なり、第２成形アパーチャ９５上でのフォーカスのズレ量が異なることにより、選択された開口次第では、フォーカスズレが大きく発生してしまい解像度が低下してしまうことがある。本実施形態では、制御コンピュータ７が第１成形アパーチャで選択される矩形開口の面積に応じて制御信号を生成して電源ＰＳ２３に供給し、この制御信号に応答して、電源ＰＳ２３が投影レンズ９３に印加する電圧を調整する。これにより、第２成形アパーチャでのフォーカスズレが解消される。

図８乃至図１０を参照しながら、第１成形アパーチャに設けられた矩形開口の選択方法を説明する。図８は、矩形開口の具体的な選択手順を示すフローチャートであり、図９および図１０は、選択された矩形開口を通過する荷電ビームの軌道を示す。

まず、電源ＰＳ１３からブランキング電極２３−１，２３−２に電圧を印加することにより、ウェーハＳに到達する電子ビームＥＢをオフにする（図８、ステップＳ１）。次に、選択する矩形開口に応じて電源ＰＳ１乃至ＰＳ３をそれぞれ調整して選択偏向器１７，１９および振り戻し偏向器２１への印加電圧をそれぞれ変更することにより、選択した矩形開口に電子ビームＥＢを入射させる（図８、ステップＳ２）。最後に、ブランキング電極２３−１，２３−２への電源ＰＳ１３の印加電圧をゼロにしてウェーハＳに到達する電子ビームＥＢをオンにする（図８、ステップＳ３）。図９は、電子ビームＥＢをＸ軸方向に偏向して矩形開口８５−２を選択したときのビーム軌道の一例を示す。図１０は電子ビームＥＢをＸ軸方向に偏向して矩形開口８５−１を選択したときのビーム軌道の一例を示す。

面積の大きな矩形開口を選択すれば、第１成形アパーチャを通過する電子ビームＥＢの電流が大きいので、空間電荷効果によるビームぼけが大きく発生して解像度の点では劣るが、ショットサイズを大きくすることができるので、描画時間を短くすることができる。この一方、通過した電子ビームＥＢが第２成形アパーチャ９５上の所望の領域を照明できる矩形開口のうち、例えば最も面積が小さい矩形開口を選択した場合は、ショットサイズが小さいために描画時間は長くかかってしまうが、通過するビーム電流の量が少ないので空間電荷効果によるビームぼけが小さくなり、これにより高解像度での描画が可能になる。このように、本実施形態によれば、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の開口から任意の開口を選択できるので、本来トレードオフの関係にある解像度と描画時間とを描画パターンの要求仕様に応じて調整することが可能になる。小さな開口を選択する場合には、例えば図１１の斜線領域ＢＭに示すように、従来の矩形開口を選択した場合（符号ＢＭｃに示す点線領域）と比較して、例えば第１成形アパーチャ８５を通過して第２成形アパーチャ９５で遮断されるビーム電流の量を少なくすることができるので、空間電荷効果によるビームぼけが抑制され、高分解能での描画が可能になる。

上述した矩形開口の選択工程のうち、例えば図８のフローチャートのステップＳ２において、選択偏向器１７，１９および振り戻し偏向器２１への電圧印加は理論上では同時に実行される。しかしながら、現実には、各偏向器への印加電圧が異なっていることや、電源間の機差による電圧の立ち上がり時間および立ち下がり時間にばらつきが存在するためにブランキングエラーが発生することがある。特に、これらの電源電圧を高速で変化させた場合には、一時的に各偏向器間の印加電圧の極性や電圧比が崩れてしまうことがある。

ブランキングエラーが発生する典型例として、ブランキング方向をＸ軸方向とし、第１成形アパーチャ８５（図３参照）の矩形開口の選択も同様にＸ軸方向で変更した場合を挙げることができる。電子ビームＥＢをＸ軸方向にブランキングした状態で、Ｘ軸方向に配列された第１成形アパーチャ内の開口を選択すると、例えばそれぞれ図１２および図１３に示す通りのビーム軌道となる。このとき、所定のエラー条件が揃うと、例えば選択偏向器１９の電圧が、選択偏向器１７および振り戻し偏向器２１よりも先に立ち上がってしまうと、ブランキングをしているにもかかわらず、電子ビームＥＢが例えば図１４に示すようにブランキングアパーチャ９１を通過してしまい、その結果、ウェーハＳ上のフォトレジストを感光してしまう。

このようなブランキングエラーを回避するため、本実施形態では、第１成形アパーチャの矩形開口の選択方向と電子ビームＥＢのブランキング方向とが互いに直交するように、各電源を制御コンピュータ７が制御する。図１５に示すように、例えばＹ軸方向にブランキングする場合には、第１成形アパーチャ内の矩形開口の選択方向をＸ軸方向にする。このように、本実施形態によれば、第１成形アパーチャ内の開口の選択軌道とブランキング軌道とをそれぞれ独立に制御することにより、ブランキングエラーを回避することができる。

（２）第２の実施の形態
図１６は、本発明の第２の実施の形態にかかる荷電ビーム露光装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態は、要求される解像度に応じて第１成形アパーチャ内の任意の開口を上述したように選択する点に加え、前述したブランキングエラーを回避する他の手段を提供するものである。図１との対比により明らかなように、図１６に示す電子ビーム露光装置２は、一端で制御コンピュータ７に接続され、他端で電源ＰＳ１〜ＰＳ３に接続されたタイミングコントローラ９をさらに備える。タイミングコントローラ９は、本実施形態において、例えばタイミング制御手段に対応し、制御コンピュータ７の指令信号を受け、選択偏向器１７，１９による選択偏向および振り戻し偏向器２１による振り戻し偏向が互いに異なるタイミングで実行されるように電源ＰＳ１〜ＰＳ３による印加電圧の出力タイミングを調整する。本実施形態の電子ビーム露光装置２のその他の構成は、図１に示す電子ビーム露光装置１の構成と実質的に同一である。

タイミングコントローラ９による３つの偏向器１７，１９，２１に対する偏向タイミングの制御動作について図面を参照しながら説明する。

図１７は、図１６に示す電子ビーム露光装置２のタイミングコントローラ９による偏向タイミング制御の一例を示すタイミングチャートである。今、時刻Ｔ_０において、電子ビームＥＢが第１成形アパーチャ８５の矩形開口８５−１を照明しており（図１０参照、電子ビームＥＢがオン）、この状態から矩形開口８５−２を照明する状態へ移行するものとする。まず、時刻Ｔ_１にてタイミングコントローラ９から電源ＰＳ１３に指令信号を与えてブランキング電圧Ｖ_ＢＫをブランキング電極２３−１，２３−２に印加させる。これにより、電子ビームＥＢが光軸から外側へ偏向されてブランキングアパーチャ９１の開口を通らなくなる（図１３参照、電子ビームＥＢがオフ）。次に、時刻Ｔ_２において、電源ＰＳ２の出力電圧を０〔Ｖ〕とする制御信号がタイミングコントローラ９から電源ＰＳ２へ入力される。次いで、時刻Ｔ_３において、電源ＰＳ１の出力電圧を−Ｖａ〔Ｖ〕へ低減させる制御信号がタイミングコントローラ９から電源ＰＳ１へ出力される。続いて、ＰＳ１の出力電圧が−Ｖａ〔Ｖ〕となる時刻Ｔ_４のタイミングで電源ＰＳ２の出力電圧が０〔Ｖ〕から＋Ｖｂ〔Ｖ〕へ上昇し始めるように制御信号がタイミングコントローラ９から電源ＰＳ２へ出力される。次いで、電源ＰＳ２の出力電圧が＋Ｖｂ〔Ｖ〕となるタイミングＴ_５で電源ＰＳ３の出力電圧が＋Ｖｃ〔Ｖ〕から−Ｖｃ〔Ｖ〕へと低減するように制御信号がタイミングコントローラ９から電源ＰＳ３へ出力される。これにより、矩形開口８５−２が選択された状態になる（図１２参照）。さらに、時刻Ｔ_７においてブランキング電極２３−１，２３−２に印加されるブランキング電圧が０となるように制御信号がタイミングコントローラ９から電源ＰＳ１３に与えられ、これにより、電子ビームＥＢがブランキングアパーチャ９１の開口を通ってウェーハＳを照射するようになる（図９参照、電子ビームＥＢがオン）。

矩形開口８５−２から８５−１へと選択を変更するときのタイミング制御は、上記手順とほぼ逆の手順を実行すれば良い。即ち、時刻Ｔ_８で電源ＰＳ１３への印加電圧を０〔Ｖ〕から＋Ｖ_ＢＫ〔Ｖ〕へ上昇させて電子ビームＥＢをオフにする（図１２参照）。時刻Ｔ_９で、電源ＰＳ３の出力電圧の上昇を開始させる。電源ＰＳ３の出力電圧が−Ｖｃ〔Ｖ〕から＋Ｖｃ〔Ｖ〕へ到達した時刻Ｔ_１０で電源ＰＳ２の出力電圧を＋Ｖｂ〔Ｖ〕から０〔Ｖ〕へと低減させる。電源ＰＳ２の出力電圧が０〔Ｖ〕になった時刻Ｔ_１１で、電源ＰＳ１の出力電圧の上昇を開始させる。電源ＰＳ１の出力電圧が＋Ｖａ〔Ｖ〕に達した時刻Ｔ_１２において、電源ＰＳ２の出力電圧を０〔Ｖ〕から−Ｖｂ〔Ｖ〕へ低減させる。これにより、第１成形アパーチャ８５の矩形開口８５−１が選択された状態になる（図１３参照）。最後に時刻Ｔ_１３において、電源ＰＳ１３への印加電圧を＋Ｖ_ＢＫ〔Ｖ〕から０〔Ｖ〕へ低減させ、これにより、電子ビームＥＢがオンとなって、電子ビームＥＢがブランキングアパーチャ９１の開口を通ってウェーハＳを照射する（図１０参照）。

本実施形態によれば、例えば図６に示す第１成形アパーチャ８８を使用する場合など、Ｘ軸方向とＹ軸方向のいずれの方向にも矩形開口の選択が実行される場合でも、ブランキングエラーを確実に回避することができる。

（３）半導体装置の製造方法
上述した第１の実施形態における荷電ビームの制御方法を用いて基板にパターンを描画することにより、高い解像度が要求される場合には、第１成形アパーチャと第２成形アパーチャとの間で生じ得る空間電荷効果の影響を低減でき、この一方、高い解像度が要求されない場合には、ショットサイズを大きくして描画時間を短縮することができ、要求仕様に応じた解像度でパターン描画を行なうことができる。これにより、半導体装置の製造において製品精度と製造コストとのトレードオフの関係に柔軟に対処することができる。

また、上述した第２の実施形態における荷電ビームの制御方法を用いて基板にパターンを描画することにより、ブランキング偏向におけるエラーを的確に回避することができるので、高い歩留まりで半導体装置を製造することが可能になる。

以上、本発明の実施の形態のいくつかについて説明したが、本発明は上記形態に限られることなく、その技術的範囲内で種々変更して実施可能であることは勿論である。例えば、上述した実施形態では、２段の選択偏向器と１段の振り戻し偏向器を用いて第１成形アパーチャ内の矩形開口を選択する形態について説明した。しかしながら、偏向器の数量は上記組み合わせに限るものではなく、例えば２段の選択偏向器と２段の振り戻し偏向器を用いて開口の選択を行なっても良い。この場合も、上述したブランキングエラー回避方法のいずれを適用しても電子ビームＥＢの漏れを回避することができる。選択偏向器および振り戻し偏向器は、特に限定されることなく、静電型でも磁界型でも用いることができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる荷電ビーム露光装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置の電子光学系の主要部の平面形状および相対的位置関係を示す説明図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置が備える第１成形アパーチャの平面図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置の電子光学系に設けられる第１成形アパーチャの他の例を示す平面図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置の電子光学系に設けられる第１成形アパーチャの他の例を示す平面図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置の電子光学系に設けられる第１成形アパーチャの他の例を示す平面図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置の電子光学系に設けられる第１成形アパーチャの他の例を示す平面図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置に設けられた第１成形アパーチャ内の矩形開口の具体的な選択手順を示すフローチャートである。 図１に示す荷電ビーム露光装置の荷電ビームの軌道の一例を示す図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置の荷電ビームの軌道の他の一例を示す図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置の効果の一例の説明図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置のブランキング時における荷電ビーム軌道の一例を示す図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置のブランキング時における荷電ビーム軌道の他の一例を示す図である。 図１３に示すブランキング時においてエラーが発生した場合の荷電ビーム軌道の一例を示す図である。 図１に示す荷電ビーム露光装置を用いたブランキングエラー回避方法を説明する荷電ビーム軌道図の一例である。 本発明の第２の実施の形態にかかる荷電ビーム露光装置の概略構成を示すブロック図である。 図１６に示す荷電ビーム露光装置において、２つの選択偏向器および振り戻し偏向器の偏向タイミングの制御方法の一例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１，２ 電子ビーム露光装置
７ 制御コンピュータ
９ タイミングコントローラ
１１ 電子銃
１３ 第１アパーチャ
１５ 照明レンズ
１７，１９ 選択偏向器
２１ 振り戻し偏向器
２３−１，２３−２ ブランキング電極
２５ 第１成型偏向器
２７ 第２成型偏向器
２９ ２次電子検出器
３１ ２次電子検出器コントローラ
４３ 縮小レンズ
４５ 対物レンズ
８５〜８９ 第１成型アパーチャ
９１ ブランキングアパーチャ
９３ 投影レンズ
９５ 第２成型アパーチャ
９７ 副偏向器
９９ 主偏向器
ＥＢ 電子ビーム
ＰＳ１〜７，ＰＳ１１，ＰＳ１３，ＰＳ１５，ＰＳ１７，ＰＳ２１，ＰＳ２３，ＰＳ２５，ＰＳ２７ 電源
Ｓ ウェーハ

Claims (12)

1. 面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形開口が設けられた第１成形アパーチャと、
   基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
   荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
   前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
   前記荷電ビーム生成手段と前記投影手段との間に設けられ、前記荷電ビームを偏向する偏向手段と、
   通過する前記荷電ビームの前記第２成形アパーチャ上の所望の領域への照明を可能にする前記第１成形アパーチャの開口のうちで最も面積の小さな開口が選択されるように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
   前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
   を備える荷電ビーム露光装置。
2. 面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形開口が設けられた第１成形アパーチャと、
   基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
   荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
   前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
   前記荷電ビーム生成手段と前記投影手段との間に設けられ、前記荷電ビームを偏向する偏向手段と、
   前記荷電ビームが、前記描画パターンに要求される解像度に応じて前記開口が選択されるように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
   前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
   を備える荷電ビーム露光装置。
3. 面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形開口が設けられた第１成形アパーチャと、
   基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
   荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
   前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
   前記荷電ビーム生成手段と前記投影手段との間に設けられ、前記荷電ビームを偏向する偏向手段と、
   前記荷電ビームのうち前記第２成形アパーチャによって遮断される部分の電流量が最小となる前記開口が選択されるように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
   前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
   を備える荷電ビーム露光装置。
4. 前記開口に応じて発生することがある前記第２成形アパーチャでの焦点位置のズレを補正する焦点位置補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１及至３記載のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
5. 面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャと、
   基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
   荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
   前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
   前記荷電ビーム生成手段と前記投影手段との間に設けられ、前記荷電ビームを偏向する偏向手段と、
   前記荷電ビームを偏向することにより前記基板への照射のオンとオフとを選択的に制御するブランキング手段と、
   前記ブランキング手段による偏向方向と直交する方向へ前記荷電ビームが偏向されて前記任意の開口を選択的に通過するように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
   前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
   を備える荷電ビーム露光装置。
6. 面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャと、
   基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャと、
   荷電ビームを生成して前記第１成形アパーチャに照射させる荷電ビーム生成手段と、
   前記第１成形アパーチャの任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記第２成形アパーチャ上に投影する投影手段と、
   前記第２成形アパーチャを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影手段と、
   前記荷電ビームを偏向することにより前記基板への照射のオンとオフとを選択的に制御するブランキング手段と、
   前記荷電ビームが任意の前記開口を選択的に通過するように前記偏向手段を制御する偏向制御手段と、
   前記荷電ビームの光軸方向において前記第１成形アパーチャよりも前記荷電ビーム生成手段側に配設されて前記荷電ビームを偏向することにより任意の前記開口に照射させる第１および第２の偏向器と、前記第１成形アパーチャよりも前記基板側に配設されて前記開口を通過した前記荷電ビームを前記光軸側に振り戻す第３の偏向器と、を含む偏向手段と、
   前記第１乃至第３の偏向器が互いに異なるタイミングで動作するように前記偏向手段を制御するタイミング制御手段と、
   を備える荷電ビーム露光装置。
7. 荷電ビームを生成し、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
   前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
   前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
   通過後に前記第２成形アパーチャ上の所望の領域への前記荷電ビームの照明を可能にする前記第１成形アパーチャの開口のうちで最も面積の小さな開口を前記荷電ビームが選択的に通過するように前記荷電ビームを偏向する偏向工程と、
   を備える荷電ビームの制御方法。
8. 荷電ビームを生成し、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
   前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
   前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
   発生した前記荷電ビームが前記描画パターンに要求される解像度に応じて前記開口が選択されるように前記荷電ビームを偏向する偏向工程と、
   を備える荷電ビームの制御方法。
9. 荷電ビームを生成し、面積および形状の少なくともいずれかが互いに異なる複数の矩形状の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
   前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
   前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
   前記荷電ビームのうち前記第２成形アパーチャによって遮断される部分の電流量が最小となる前記開口が選択されるように前記荷電ビームを偏向する偏向工程と、
   を備える荷電ビームの制御方法。
10. 前記第１成形アパーチャを通過して前記投影手段により前記第２成形アパーチャ上に投影された矩形ビームと、前記第２成形アパーチャに設けられた矩形開口との重ね合わせにより前記基板上に投影される前記荷電ビームのビーム形状を成形する可変成形方式を用いることを特徴とする請求項７及至９記載のいずれかに記載の荷電ビームの制御方法。
11. 荷電ビームを生成し、複数の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
    前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
    前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
    前記荷電ビームを偏向することにより前記基板への照射のオンとオフとを選択的に制御するブランキング偏向工程と、
    発生した前記荷電ビームが前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を選択的に通過するように前記ブランキング偏向工程による偏向方向に直交する方向に前記荷電ビームを偏向する偏向工程と、
    を備える、荷電ビームの制御方法。
12. 荷電ビームを生成し、複数の開口が設けられた第１成形アパーチャの任意の開口に照射させる荷電ビーム生成工程と、
    前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを、基板への描画パターンに対応した形状のパターンが設けられた第２成形アパーチャに投影する投影工程と、
    前記第２成形アパーチャの前記パターンを通過した前記荷電ビームを前記基板上に縮小投影する縮小投影工程と、
    前記荷電ビームを偏向することにより前記基板への照射のオンとオフとを選択的に制御するブランキング偏向工程と、
    発生した前記荷電ビームが前記第１成形アパーチャの前記任意の開口を選択的に通過するように前記荷電ビームを偏向する第１および第２の偏向工程と、前記任意の開口を通過した前記荷電ビームを前記光軸側に振り戻す第３の偏向工程と、を含む偏向工程と、
    前記第１乃至第３の偏向工程が互いに異なるタイミングで実行されるように前記偏向工程を制御する偏向制御工程と、
    を備える荷電ビームの制御方法。

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