JP2007188937A

JP2007188937A - 荷電粒子ビーム装置

Info

Publication number: JP2007188937A
Application number: JP2006003523A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Goto; 藤和也後
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: US7521688B2; JP4822848B2; US20070158563A1

Abstract

【課題】電極長を長くしたり、或いは、電極内径を小さくしたり、或いは、偏向電圧をあまり高くすることなく、第１の偏向器に起因する偏向収差或いは被照射物表面への斜め入射を打ち消すことができる様にする。
【解決手段】電子源１、電子源１からの電子ビームを集束する縮小レンズ２、縮小レンズ２が集束した電子ビームを被ビーム照射物５の表面に集束する対物レンズ３、縮小レンズ２の後段に配置され、被照射物５表面に照射される電子ビームの照射位置を決定する第１の偏向器６、及び、縮小レンズ２の前段に配置され、第１の偏向器６に起因する偏向収差を打ち消す第２の偏向器１６´が備えられている。
【選択図】図２

Description

本発明は連動して互いの偏向収差若しくは斜め入射を打ち消す複数の偏向器を有する荷電粒子ビーム装置に関する。

近時、電子ビーム描画装置は半導体素子等の製作に欠かせないものとなっている。

図１はこの様な電子ビーム描画装置の一概略例を示したものである。

図中１は電子源（例えば、電子銃のクロスオーバーポイント、電子ビームで照射された電子ビーム断面成形用アパーチャ、或いは、クロスオーバーポイント若しくは成形アパーチャの像等）銃、２は前記電子源の像を形成するための縮小レンズ、３は前記縮小レンズ２が形成した像をステージ４上に載置された被描画材料５上に結像する対物レンズである。

６はパターン描画位置データに基づく被描画材料上の位置に電子ビームを照射させるための偏向器、即ち、前記被描画材料５上に形成された像の位置を決める偏向器である。

７は前記ステージ４を駆動するステージ移動駆動機構である。

８は制御装置で、前記偏向器６にＤＡ変換器９及びアンプ１０を介してパターン描画位置データに対応する偏向信号を、前記ステージ移動駆動機構７にＤＡ変換器１２を介してステージ移動信号を、それぞれ、送っている。

１３はブランキング偏向器１４とブランキングプレート１５とから成るブランキング機構で、前記制御装置８から送られて来るパターン描画時間データに基づくブランキング信号により、電子源１からの電子ビームのブランキングを行う。

尚、前記偏向器６は、説明の便宜上、１個だけ示したが、実際には、Ｘ方向偏向用のものとＹ方向偏向用のものから成る。又、ステージ４も同様、Ｘ方向移動用のものとＹ方向移動用のものから成る。

上記構成の描画装置において、実際の半導体パターン描画時には、電子源１からの電子ビームを縮小レンズ２と対物レンズ３とで被描画材料５上に集束させる。この状態で、制御装置８からのパターン位置データに基づく偏向信号に従って偏向器６により電子ビームを偏向し被描画材料５上の所定の箇所に、所定のパターンを描く様にしている。

所で、偏向器により電子ビームを偏向した場合、該偏向に伴って、偏向収差（例えば、偏向コマ収差や偏向色収差）が発生する。又、この様な電子ビーム偏向においては被描画材料表面への斜め入射の問題も発生する。この様な偏向収差及び／若しくは斜め入射を抑える方法として、新たな偏向器を設け、各々の偏向器による偏向収差を互いに打ち消す及び／若しくは斜め入射を打ち消す方法が知られている（例えば、特公平０２−０３４４２６号公報及び特開昭５４−０８２９６２号公報参照）。

前記図１に示す如き電子ビーム描画装置においても、偏向器６により電子ビームを偏向した場合に前記と同じ様に偏向収差や斜め入射が発生し、偏向描画精度が低下する。そこで、図１に示す様に、電子ビーム光路上、前記縮小レンズ２と偏向器６の間に、新たな偏向器１６（以後、前記偏向器６を第１の偏向器、偏向器１６を第２の偏向器と称す）を配置し、前記各々の偏向器が作る偏向収差が互いに打ち消される様に、及び／若しくは、斜め入射が打ち消される様に、前記各々の偏向器を連動させている。即ち、制御装置８はＤＡ変換器１７及びアンプ１８を介して前記第１の偏向器６の収差及び／若しくは斜め入射を打ち消す様な偏向電圧を新たに設けた第２の偏向器１６に印加している。

尚、この様な収差補正及び／若しくは斜め入射補正に伴い、被描画材料５上の電子ビーム照射位置が変化するので、前記第１の偏向器６と第２の偏向器１６への偏向電圧は、結果的にこの様な変化が起こらない電圧に決定される。

特公平０２−０３４４２６号公報特開昭５４−０８２９６２号公報特開平０９−２４５７０８号公報特開平０９−０７３８７１号公報特開２００３−３３２２０６号公報

さて、前記した様に、第１の偏向器６と第２の偏向器１６の連動により、互いの偏向器に起因する偏向収差が相殺されている時、該これらの偏向収差の大きさは互いに等しく、向き（符号）は互いに逆になっている。従って、第１の偏向器６により発生する偏向収差が大きい場合には、第２の偏向器１６により発生する偏向収差もそれに応じて大きくする必要がある。

例えば、パターン描画のスループットを上げるために、第１の偏向器６による電子ビームの偏向範囲を大きくすると、それだけ偏向収差も大きくなるので、第２の偏向器１６により発生させる偏向収差もそれに応じて大きくしなければならない。

尚、前記斜め入射を打ち消す場合についても同様なことが言える。

偏向器による偏向収差の大きさは、その偏向中心位置を変えないものとすると、偏向角の大きさで決まる。即ち、偏向器を成す電極の中心軸方向の長さ（電極長）、電極間距離（円筒状電極から成る偏向器を想定すると電極内径）、電極に印加される電圧（偏向電圧）に依存する。従って、偏向収差を大きくするには、電極長を長くするか、或いは、電極内径を小さくするか、或いは、偏向電圧を高くするか、或いは、これらを組み合わせるかである。

しかし、前記図１の如き光学系においては、空間的制約から第２の偏向器１６の電極長を長くすることは困難である。又、第２の偏向器１６の電極内径を小さくすると、電極内面が電子ビーム光軸にそれだけ近くなるので、散乱電子によるコンタミ付着や帯電の問題が生じ易くなる。又、スループット向上のためには高速動作を行う必要があるが、高速動作には偏向電圧は低い方が良く、この観点から、第２の偏向器１６の偏向電圧をあまり高くするのは不利である。

本発明は、第２の偏向器の電極長を長くしたり、或いは、第２の偏向器の電極内径を小さくしたり、或いは、第２の偏向器の偏向電圧をあまり高くすることなく、第１の偏向器の偏向収差を補正若しくは斜め入射を打ち消すことができる様に成した新規な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とするものである。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源、該荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを集束する縮小レンズ、該縮小レンズが集束した荷電粒子ビームを被ビーム照射物の表面に集束する対物レンズ、前記縮小レンズの後段に配置され、前記被照射物表面に照射される荷電粒子ビームの照射位置を決定する第１の偏向器、及び、前記縮小レンズの前段に配置され、前記第１の偏向器による偏向収差若しくは前記被照射物表面におけるビームの斜め入射を打ち消す第２の偏向器を備えたことを特徴とする。

本発明においては、第１の偏向器の偏向収差を打ち消すための、或いは、ビームの被照射物表面での斜め入射を打ち消すための第２の偏向器を縮小レンズの前段に配置することにより、該第２の偏向器による偏向角が前記縮小レンズにより拡大される様にしているので、前記第２の偏向器への偏向電圧を該偏向器の偏向速度に支障を来さない程度に低く抑えることが出来る。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、この実施の形態の説明においては、説明の便宜上、収差の打ち消しを中心に述べ、斜め入射の打ち消しについては説明を省略する。

図２は本発明の荷電粒子ビーム装置の一概略例を示したもので、前記図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。図２で示された荷電粒子ビーム装置が前記図１に示された荷電粒子ビーム装置と異なるところは、第２の偏向器１６´が縮小レンズ２の前段（電子源１と縮小レンズ２との間）に置かれていることである。

この様な構成において、前記第２の偏向器１６´により偏向した電子ビームの軌道の傾きが、縮小レンズ２の集束作用の利用により拡大されれば、電子ビームの対物レンズ３の磁場（又は電場）の中心からのずれが大きくなり、その分、前記第２の偏向器１６´による偏向収差は大きくなる。

次に、前記第２の偏向器１６´により偏向した電子ビームの軌道の傾きが縮小レンズ２により拡大される条件について説明する。

図３は前記第２の偏向器１６´によって偏向された電子ビームが前記縮小レンズ２の集束作用を受ける様子を主ビームの軌跡で示したもので、図中ｚは中心軸、１９は縮小レンズ２の像側主面、２０は縮小レンズの物側主面、ｄは第２の偏向器１６´の偏向中心と縮小レンズの物側主面２０の間の距離、ｆｏは縮小レンズ２の物側焦点距離、ｆｉは縮小レンズ２の像側焦点距離、θａは第２の偏向器１６´の偏向による電子主ビームの中心軸ｚに対する傾き、θｂは縮小レンズ２通過後の電子主ビームの中心軸ｚに対する傾きを示す。

この様な光線図においては、良く知られたレンズ公式（図４の簡略光線図における、（ｆｏ／ｄ）＋（ｆｉ／ｂ）＝１、θａ＝ｈ／ｄ、θｂ＝ｈ／ｂ））から、θｂ／θａ＝（ｄ−ｆｏ）／ｆｉの関係式が成り立つ。

この関係式において、ｄ＞ｆｏ＋ｆｉであれば、θｂ＞θａとなることが分かる。

即ち、第２の偏向器１６´が、その偏向中心が縮小レンズ２の物側主面から電子源１側に、縮小レンズ２の物側焦点距離と像側焦点距離の和より大きな距離だけ離れて配置されれば、該第２の偏向器１６´による偏向角は縮小レンズ２により拡大されることになる。

上記構成の描画装置において、実際の半導体パターン描画時には、電子源１からの電子ビームが縮小レンズ２と対物レンズ３とで被描画材料５上に集束され、この状態で、制御装置８からのパターン位置データに基づく偏向電圧信号に従って第１の偏向器６により電子ビームが偏向され、被描画材料５上の所定の箇所に、所定のパターンが描かれる。

さて、この様な描画において、第２の偏向器１６´には、前記第１の偏向器６への偏向電圧に連動した偏向電圧が印加され、前記第１の偏向器６による偏向収差が打ち消される様に電子ビームが偏向される。この際、該第２の偏向器１６´は前記した様に、該第２の偏向器１６´による偏向角が縮小レンズ２により拡大される様に配置されているので、第２の偏向器１６´への偏向電圧は該偏向器の偏向速度に支障を来さない程度に低く抑えられる。

尚、上記例は、第１の偏向器６と第２の偏向器１６´の２つの偏向器を連動させる偏向系なので、特別な場合を除き原理的に第１の偏向器６に起因するコマ収差或いは色収差の何れかしか打ち消すことが出来ない。そこで、電子源１と被描画材料５との間（例えば、縮小レンズ２と第２の偏向器１６´の間）に、第３の偏向器を配置し、３つの偏向器を連動させる様にして、前記２つの収差、或いは、１つの収差と斜め入射を同時に打ち消せる様に成しても良い。

又、本発明は電子ビーム描画装置に限定されず、電子顕微鏡や集束イオンビーム装置等の他の荷電粒子ビーム装置において応用可能である。

電子ビーム描画装置の一概略例を示したものである。本発明の荷電粒子ビーム装置の一概略例を示す。図２の装置において、収差補正用偏向器１６´によって偏向された電子ビームが縮小レンズ２の集束作用を受ける様子を主ビームの軌跡で示したものである。電子ビームがレンズの集束作用を受ける様子を主ビームの軌跡で示した一般的な光線図である。

符号の説明

１…電子源
２…縮小レンズ
３…対物レンズ
４…ステージ
５…被描画材料
６…第１の偏向器
７…ステージ移動駆動機構
８…制御装置
９…ＤＡ変換器
１０…アンプ
１２…ＤＡ変換器
１３…ブランキング機構
１４…ブランキング偏向器
１５…ブランキングプレート
１６，１６´…第２の偏向器
１７…ＤＡ変換器
１８…アンプ
１９…縮小レンズ２の像側主面
２０…縮小レンズ２の物側主面

Claims

荷電粒子ビーム源、該荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを集束する縮小レンズ、該縮小レンズが集束した荷電粒子ビームを被ビーム照射物の表面に集束する対物レンズ、前記縮小レンズの後段に配置され、前記被照射物表面に照射される荷電粒子ビームの照射位置を決定する第１の偏向器、及び、前記縮小レンズの前段に配置され、前記第１の偏向器による偏向収差若しくは前記被照射物表面におけるビームの斜め入射を打ち消す第２の偏向器を備えた荷電粒子ビーム装置。
前記第２の偏向器を、その偏向中心が前記縮小レンズの物側主面から荷電粒子ビーム源側に、前記縮小レンズの物側焦点距離と像側焦点距離の和より大きな距離だけ離れる様に配置した請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
前記第１の偏向器への偏向電圧に連動して前記第２の偏向器への偏向電圧が印加される様に成した請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
前記第１の偏向器と前記第２の偏向器とは別に第３の偏向器を配置し、２種類の偏向収差が同時に打ち消されるか、或いは、１種類の偏向収差と前記被照射物表面におけるビームの斜め入射が打ち消される様に、前記３つの偏向器各々への偏向電圧を連動して印加する様に成した請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。