JP2006287013A

JP2006287013A - 荷電粒子ビーム応用装置

Info

Publication number: JP2006287013A
Application number: JP2005105818A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kamimura; 理上村; Tadashi Karesue; 忠士彼末; Hiroya Ota; 洋也太田; Yasunari Hayata; 康成早田; Maki Hosoda; 真希細田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Canon Inc; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Canon Inc; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: JP3983772B2

Abstract

【課題】
マルチビーム形成部でのビームアライメントを効率よく行うことを可能にする荷電粒子ビーム露光装置を提供する。
【解決手段】
マルチビーム形成部下流でマルチビームを偏向し、縮小光学系内に設置した絞りＢＡ上を走査した像を観察する。絞りの光学的位置を、最上段投影レンズの後側焦点位置ＢＦからずらすことで、マルチビーム数を反映した像が観察できる。マルチビーム形成部内の角度調整機構および像回転調整機構を操作して所望の数のマルチビーム像になるように調整することで、マルチビーム形成部内のビームアライメントを行う。また、ビームアライメントに伴い変化するマルチビーム形成部からの射出角度は、走査像が視野略中心にくるようにアライナを調整することで、下流の投影光学系内で遮蔽されることなく検出できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の荷電粒子ビームを用いてウエハ等の被露光基板を直接パターン描画する荷電粒子ビーム露光装置を含む荷電粒子ビーム応用装置に関する。

荷電粒子ビーム応用装置の一例として、電子ビーム露光装置には、従来、スポット状のビームを用いるポイントビーム型やサイズ可変の矩形ビームを使用する可変矩形ビーム型、および特定パターンを一括で露光するセルプロジェクション型の装置がある。電子ビームは波長が短いことから高解像度で露光が行えるが、単位時間当たりの生産量（スループット）の点で問題が多い。

この問題を解決する装置として、複数の電子ビームを個別に制御し所望のパターンを露光するマルチ電子ビーム型露光装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

この方式は、一度に露光する面積が従来にくらべて広いため、スループットがより改善できるという特徴がある。

「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー」：J. Vac. Sci. Technol. B 18 (6), Nov/Dec 2000, 3061-3066

しかしながら、前記マルチ電子ビーム型露光装置では、マルチ電子ビームを形成するために、複数個の開口を有する絞り板と、前記絞り板を通過した複数の電子ビームそれぞれを収束する静電レンズ群と、前記静電レンズの焦点位置付近に設置され複数の電子ビームそれぞれを偏向する偏向器群を設置する。前記絞り板、前記静電レンズ群、前記偏向器群を各電子ビームが通過するように、電子ビームの角度、像回転を調整する必要がある。

このように、上流から下流へビームが通過できるように調整することを、「ビームアライメント」と呼ぶ。マルチ電子ビームを形成する前記絞り板、前記静電レンズ群、前記偏向器群をまとめて「マルチビーム形成部」と呼ぶ。前記および以下、「角度調整手段」と「アライナ」はともにビームの角度を調整する機構であり偏向器としても使用可能な機構であるが、マルチビーム形成部内に設置されているものを「角度調整手段」、マルチビーム形成部外に設置されているものを「アライナ」とここでは呼ぶ。

ビームアライメントの際にはマルチビーム形成部から射出されるビームの角度が変化し、下流の投影光学系が小さな開口を有する場合ビームが途中で遮断されやすくなり、ビームを検出しながらのアライメントが困難となる。そのため通常では、マルチビーム形成部内のビームアライメントと、投影光学系内のアライメントを交互に行う必要があり、アライメントの効率が低いことが問題となる。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、マルチビーム形成部でのビームアライメントを効率よく行うことを可能にする荷電粒子ビーム応用装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、下記に示す特徴を有する。

（１）荷電粒子源から放射される荷電粒子ビームを複数の荷電粒子ビームに形成するマルチビーム形成部と、前記マルチビーム形成部を射出した前記複数のマルチ電子ビームを射出部近傍で同時に走査する偏向手段と、前記複数の荷電粒子ビームを被露光基板に一段もしくは多段レンズで投影する投影光学系と、前記複数の荷電粒子ビームを検出する検出器とを備えた荷電粒子ビーム応用装置において、前記投影光学系は、前記投影光学系の最上段レンズの後側焦点位置に設置した絞りと、前記絞りの光学的位置を前記最上段レンズの後側焦点位置から光軸方向に移動させる移動手段とを有し、前記移動手段によって前記絞りの光学的位置を前記最上段レンズの後側焦点位置からずらすことにより、前記複数の荷電粒子ビームを分離して検出し得るよう構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。

（２）前記構成の荷電粒子ビーム応用装置において、前記マルチビーム形成部は、一個もしくは複数個の開口を有する複数枚の開口群と、前記複数枚の開口群それぞれの間における荷電粒子ビームの角度を調整する角度調整手段と、前記複数枚の開口群それぞれの間における荷電粒子ビームの像回転を調整する回転調整手段とを有し、前記角度調整手段と前記回転調整手段とを調整することにより、前記マルチビーム形成部内のビーム通過を可能とする構成としたことを特徴とする。

（３）前記構成の荷電粒子ビーム応用装置において、前記偏向手段を、前記マルチビーム形成部から射出した荷電粒子ビームの角度を調整するアライナで構成し、前記アライナによる偏向において、前記検出器で決められた値以上の電流値を検出できる偏向領域が、偏向領域中心近傍となるように前記アライナを調整することにより、前記検出器へのビーム通過を可能とする構成としたことを特徴とする。

（４）前記構成の荷電粒子ビーム応用装置において、前記検出器は、前記複数の荷電粒子ビームの同時検出を可能にする検出面を有する検出器であることを特徴とする。

本発明によれば、複数荷電粒子ビームを形成する際、複数の開口を有する絞り板および静電レンズおよび偏向器群の間を荷電粒子ビームが通過するための調整を行ない、ビームの通過を容易に確認することが可能となる。

以下に述べる実施例では、荷電粒子ビーム応用装置として、電子ビーム露光装置を例にとって説明する。なお、本発明は、電子ビーム露光装置に限らず、電子ビーム、イオンビーム等の荷電粒子ビームを用いた応用装置にも同様に適用できる。

図１は、本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装置の概略図である。

電子源１から放射される電子ビームは、光源縮小レンズ２０、コリメータレンズ２１を含む照射光学系２を介して、マルチ電子ビーム形成部３に入射する。非点補正器２２は、非点補正制御回路１５４で制御され、照射光学系で発生する非点を補正する。照射アライナ２３は、コリメータレンズ２１やマルチビーム形成部３へのビーム角度調整を行う。なお、図中、１１は光軸を示す。

マルチ電子ビーム形成部３は、アパーチャアレイ３１、静電レンズアレイ３２、ブランカアレイ３３、８極静電偏向器１００、１１０、像回転レンズ１２０、１３０で構成される。静電レンズアレイ３２は、上電極３２a、中電極３２b、下電極３２cの３枚の電極で構成され、フォーカス制御回路１５１で制御される。アパーチャアレイ３１は複数の開口を有する絞り板で、ここで分割された電子ビームそれぞれが静電レンズアレイ３２によりブランカアレイ３３位置近傍に収束される。ブランカアレイ３３は個々の電子ビームを独立に偏向する偏向器群であり、パターン発生回路１５２により制御される。

静電偏向器１００では、アパーチャアレイ３１を通過した電子ビームを偏向し、静電レンズアレイ３２を電子ビームが通過するための角度調整を行う。静電偏向器１１０では、静電レンズアレイ３２を通過した電子ビームを偏向し、ブランカアレイ３３を電子ビームが通過するための角度調整を行う。各偏向器は、マルチビームの同時偏向を可能とするために、マルチビームの領域より大きい電極間隔を持つ。像回転レンズ１２０はアパーチャアレイ３１を通過した電子ビームの像回転をし、像回転レンズ１３０は静電レンズアレイ３２を通過した電子ビームの像回転し、それぞれ静電レンズアレイ３２、ブランカアレイ３３をビームが通過するための調整を行う。なお、これらの偏向器およびアライナは、電磁偏向器および電磁アライナでも良い。

マルチ電子ビーム形成部３で複数化された電子ビームは、投影光学系４により、ステージ５上に縮小投影される。投影光学系４では第一縮小レンズ４１、第二縮小レンズ４２の二段レンズにより、対称磁気ダブレットを構成している。縮小投影光学系アライナ３００は、マルチ電子ビーム形成部３を射出したマルチ電子ビームを偏向するアライナで、主に、投影光学系４の光軸調整を行う。投影光学系４内には、ブランキング絞りＢＡがあり、ブランカアレイ３３で偏向された各電子ビームを遮蔽する。

ビーム検出は、ステージ５上に設置した透過電子検出器６で検出するか、ステージ５上の反射・２次電子検出用マーク８で反射または放出される反射・２次電子を反射・２次電子検出器９で検出し、信号処理回路１５７と通して可視化する。検出器はマルチビームの同時計測を可能とするために、マルチビームの領域より大きな検出面を有しており、反射・２次電子検出用マーク８はマルチビームの領域より大きく一様な構造のものを用いる。ステージ移動は、ステージ制御回路１５８により制御される。

ブランキング絞りＢＡで遮蔽されていない電子ビームは、偏向器７によりステージ５上を走査される。この際、偏向器７は偏向制御回路１５６により制御される。描画データ１６０に応じてパターン発生回路１５２でブランカアレイ３３の電圧を制御することにより、所望のパターンを露光する。

アライナ制御回路１５３は、照射アライナ２３、静電偏向器１００、１１０、縮小投影光学系アライナ３００を制御し、レンズ制御回路１５５は、光源縮小レンズ２０、コリメータレンズ２１、像回転レンズ１２０、１３０、ダブレット・レンズ４１、４２を制御する。データ制御回路１５０は各制御・処理回路１５１から１５８を制御し、検出器６もしくは反射・２次電子検出器９から信号処理回路１５７を経た検出結果を、アライナ制御回路１５３または偏向制御回路１５６と同期させて、表示機構１５９に表示する。

つぎに、本発明によるビーム角度調整方法について説明する。

マルチ電子ビーム形成部３を射出したマルチ電子ビームを偏向するために、ブランカアレイ３３下流に偏向器を設置するか、もしくは縮小投影光学系アライナ３００を偏向手段として使用することで調整を行う。本実施例では、縮小投影光学系アライナ３００を偏向手段として使用したことを想定する。なお、以下の図では、図１と同様に、静電レンズアレイ３２を駆動させた例を示しているが、静電レンズアレイ３２に電圧を印加していない状態でも同様の方法で調整できる。

縮小投影光学系アライナ３００でブランキング絞りＢＡ上を走査したビーム像は、ブランキング絞りＢＡの開口形状とブランキング絞りＢＡ位置でのビーム形状を反映したパターンとなる。以下、ブランキング絞りＢＡの開口形状は円形とすると、図２（ａ）のようにブランキング絞りＢＡが第一縮小レンズ４１の後側焦点位置ＢＦにある場合、後側焦点位置ＢＦにおいてマルチ電子ビーム（本例では、ビーム数は９本）は略一致しているため、ビーム形状は略円形で、縮小投影光学系アライナ３００でブランキング絞りＢＡ上を走査したビーム像は、図２（ｂ）に示すように略円形となる。

図２（ｃ）のように、ブランキング絞りＢＡを第一縮小レンズ４１の後側焦点位置ＢＦから光軸方向に光学的にずらした場合、ブランキング絞りＢＡ位置ではマルチ電子ビームが分離するため、投影光学系アライナ３００でブランキング絞りＢＡ上を走査したビーム像は、図２（ｄ）に示すようにマルチ電子ビーム（９本）が分離したパターンとなる。なお、ブランキング絞りＢＡを後側焦点位置ＢＦから光学的にずらす量が小さい場合、マルチ電子ビームは完全に分離しないが、完全に分離しない状態でも調整は可能である。しかし、より分離させた方が調整は容易になる場合もある。

ブランキング絞りＢＡを第一縮小レンズ４１の後側焦点位置ＢＦから光軸方向に光学的にずらす方法は、機械的にブランキング絞りＢＡを上下させてもよいし、第一縮小レンズ４１の励磁を変化させてもよい。

マルチビーム形成部３は、複数枚の微小開口群（アパーチャアレイ３１、静電レンズアレイ３２、ブランキングアレイ３３）で構成されているため、組み立て誤差の影響などから通常調整なしでマルチビームを形成することは困難である。そこで、角度調整手段としての８極静電偏向器１００、１１０、回転調整手段としての像回転レンズ１２０、１３０を用い、ビームアライメントを行う。

ビームアライメントのために、角度調整手段（８極静電偏向器１００、１１０）や回転調整手段（像回転レンズ１２０、１３０）を変化させると、ブランカアレイ３３を射出するビームの角度や像回転も変化する。ステージ５上の検出器６で検出をしながらビームアライメントを行うと、ブランカアレイ３３からの射出ビームの変化に伴い、縮小光学系４内のレンズ内壁やブランキング絞りＢＡなどでビームが遮断される。

そこで、図２（ａ）、（ｂ）で示したように、縮小投影光学系アライナ３００でのブランキング絞りＢＡの走査像を観察することで、縮小光学系４内のレンズ内壁やブランキング絞りＢＡなどでビームが遮断されることが回避でき、効率よくビームアライメントを行うことが可能となる。この場合、図２（ａ）、（ｃ）のどちらの条件でもかまわない。また、この走査像での位置情報は、ブランキングアレイ３３近傍での角度情報であるため、ブランキングアレイ３３の射出角度分布等を観察するのにも、この走査像は有効である。

図３は、アパーチャアレイ３１、静電レンズアレイ３２の配置に対して、ブランキングアレイ３３が顕著に設置誤差を有する例である。８極静電偏向器１１０を用いてビームアライメントを行っているが、図３（ａ）は、本来通過させるべき開口とは異なるブランキングアレイ３３開口にビームアライメントを行った場合（図中左側のビームは、開口を通過できていない）で、図３（ｂ）は本来の開口にビームアライメントできた場合を示している。このような図３（ａ）、（ｂ）の光学条件の違いは、図２（ｃ）のように、ブランキング絞りＢＡを第一縮小レンズ４１の後側焦点位置ＢＦからずらした像で判断することができる。ブランキング絞りＢＡを第一縮小レンズ４１の後側焦点位置ＢＦからずらした場合には、図３（ａ）、（ｂ)の走査像は、それぞれ、図３（ｃ）、（ｄ）のようになり、観察されるビームが所望の数であるか否かで判別することができる。

上述のような調整を行った結果、マルチビーム形成部３からの射出角度は、調整前と比べて変化し、下流のレンズ等をビームが通過できない場合が起こりえる。このような場合、縮小投影光学系アライナ３００によるブランキング絞りＢＡ走査像では、図４（ａ）に示すように、アライナの偏向領域中心（視野中心）から像ずれが観察される。これを図４（ｂ）のように、視野略中心にアライナ３００のオフセット値を調整することで、ビームの遮蔽を回避できる。もしくは、上述した調整の前後で像ずれが小さくなるように、アライナ３００のオフセット値を調整することで、ビームの遮蔽を回避できる。

本実施例のように、偏向器とアライナとが併用されていると、装置構成を簡略化することができる。図４において偏向器とアライナを併用していない場合、前記アライナ３００のオフセット値調整のかわりに、偏向器視野略中心、または上述した調整の前後で像ずれが小さくなるようアライナ値を調整する。

以上説明したように、本発明の荷電粒子ビーム応用装置によれば、複数荷電粒子ビームを形成する際、複数の開口を有する絞り板および静電レンズおよび偏向器群の間を荷電粒子ビームが通過するための調整を行ない、ビームの通過を容易に確認することが可能となる。また、この装置を用いた荷電粒子ビーム露光装置では、所望のパターンを露光することが可能となり、デバイス製造において、従来以上に歩留まりが高くスループットが高い製造が可能となる。

本発明の一実施例に係るマルチ電子ビーム露光装置の要部概略を説明する図。本発明によるビーム角度調整方法を説明する図。ブランキングアレイに設置誤差がある場合に対するビーム角度調整について説明する図。偏向器の視野中心からの像ずれが観察される場合に対するビーム角度調整について説明する図。

符号の説明

１…電子源、２…照射光学系、１１……光軸、２０…光源縮小レンズ、２１…コリメータレンズ、２２…非点補正器、２３…照射アライナ、３…マルチ電子ビーム形成部、３１…アパーチャアレイ、３２…静電レンズアレイ、３２a…上電極、３２b…中電極、３２c…下電極、３３…ブランカアレイ、４…縮小電子光学系、４１…第一縮小レンズ、４２…第二縮小レンズ、５…ステージ、６…透過電子検出器、７…偏向器、８…反射・２次電子検出用マーク、９…反射・２次電子検出器、１００…８極静電偏向器１、１１０…８極静電偏向器２、１２０…像回転レンズ１、１３０…像回転レンズ２、１５０…データ制御回路、１５１…フォーカス制御回路、１５２…パターン発生回路、１５３…アライナ制御回路、１５４…非点補正制御回路、１５５…レンズ制御回路、１５６…偏向制御回路、１５７…信号制御回路、１５８…ステージ制御回路、１５９…表示機構、１６０…描画データ、３００…縮小投影光学系アライナ、ＢＡ…ブランキング絞り、ＢＦ…第一縮小レンズ４１の後側焦点位置。

Claims

荷電粒子源から放射される荷電粒子ビームを複数の荷電粒子ビームに形成するマルチビーム形成部と、前記マルチビーム形成部を射出した前記複数のマルチ電子ビームを射出部近傍で同時に走査する偏向手段と、前記複数の荷電粒子ビームを被露光基板に一段もしくは多段レンズで投影する投影光学系と、前記複数の荷電粒子ビームを検出する検出器とを備えた荷電粒子ビーム応用装置において、前記投影光学系は、前記投影光学系の最上段レンズの後側焦点位置に設置した絞りと、前記絞りの光学的位置を前記最上段レンズの後側焦点位置から光軸方向に移動させる移動手段とを有し、前記移動手段によって前記絞りの光学的位置を前記最上段レンズの後側焦点位置からずらすことにより、前記複数の荷電粒子ビームを分離して検出し得るよう構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
請求項１に記載の荷電粒子ビーム応用装置において、前記マルチビーム形成部は、一個もしくは複数個の開口を有する複数枚の開口群と、前記複数枚の開口群それぞれの間における荷電粒子ビームの角度を調整する角度調整手段と、前記複数枚の開口群それぞれの間における荷電粒子ビームの像回転を調整する回転調整手段とを有し、前記角度調整手段と前記回転調整手段とを調整することにより、前記マルチビーム形成部内のビーム通過を可能とする構成としたことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
請求項１に記載の荷電粒子ビーム応用装置において、前記偏向手段を、前記マルチビーム形成部から射出した荷電粒子ビームの角度を調整するアライナで構成し、前記アライナによる偏向において、前記検出器で決められた値以上の電流値を検出できる偏向領域が、偏向領域中心近傍となるように前記アライナを調整することにより、前記検出器へのビーム通過を可能とする構成としたことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
請求項１に記載の荷電粒子ビーム応用装置において、前記検出器は、前記複数の荷電粒子ビームの同時検出を可能にする検出面を有する検出器であることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。
請求項１に記載の荷電粒子ビーム応用装置において、前記荷電粒子ビームは、電子ビームもしくはイオンビームであることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。