JP2013165234A

JP2013165234A - Charged particle optical system, charged particle beam device, and method of manufacturing article

Info

Publication number: JP2013165234A
Application number: JP2012028602A
Authority: JP
Inventors: Noburo Imaoka; 伸郎今岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2013-08-22

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle optical system advantageous in reducing influence of aberration.SOLUTION: A charged particle optical system 3 comprises: a charged particle gun that generates a first crossover 12 of a charged particle line 13; and a lens array 11 that forms a plurality of second crossovers 14 from the charged particle line 13 diverged from the first crossover 12. The lens array 11 is so formed that an optical axis 28 of a lens 11a included in the lens array 11 and a chief ray of the charged particle line 13 incident on the lens 11a coincide with each other.

Description

本発明は、荷電粒子光学系に関する。 The present invention relates to a charged particle optical system.

電子ビームなどの荷電粒子線の偏向走査およびブランキングを制御することで基板に描画を行う描画装置が知られている。この描画装置は、線幅が０．１μｍ以下の４ＧＤＲＡＭ以降のメモリデバイスの生産などにおいて、光露光方式に代わるパターン形成技術の１つとして採用され得る。このような描画装置の中でも、複数の電子ビームで並行してパターンを描画するマルチビーム方式の描画装置が存在する。このマルチ式描画装置は、製造コストの上昇要因の１つであるマスク（原版）が不要であり、またプログラマブルに各電子ビームを制御できるため多品種少量のデバイス製造に向いているなど、実用上多くの利点を有する。 2. Description of the Related Art A drawing apparatus that performs drawing on a substrate by controlling deflection scanning and blanking of a charged particle beam such as an electron beam is known. This drawing apparatus can be employed as one of pattern formation techniques that replaces the light exposure method in the production of memory devices after 4GDRAM having a line width of 0.1 μm or less. Among such drawing apparatuses, there is a multi-beam type drawing apparatus that draws a pattern in parallel with a plurality of electron beams. This multi-type drawing apparatus does not require a mask (original), which is one of the causes of increased manufacturing costs, and can control each electron beam in a programmable manner. Has many advantages.

このマルチ式描画装置では、電子銃から発せられた電子ビームは、レンズアレイを通過して後側の光学系に入射し、軌道を制御されつつ基板上に投影される。ここで、レンズアレイは、電子ビームを複数のビームに分割し、当該複数の電子ビームを後側の光学系の複数の屈折点にそれぞれ集束して入射させる。その場合、レンズアレイは、描画に影響を与えるような収差を発生させ得る。そこで、特許文献１は、レンズアレイにおける各レンズの光軸を、各レンズに入射する電子ビームの主光線と平行となるようにして収差を低減している。 In this multi-type drawing apparatus, an electron beam emitted from an electron gun passes through a lens array, enters a rear optical system, and is projected onto a substrate while controlling its trajectory. Here, the lens array divides the electron beam into a plurality of beams, and focuses and enters the plurality of electron beams at a plurality of refractive points of the rear optical system. In that case, the lens array may generate aberrations that affect drawing. Therefore, in Patent Document 1, the aberration is reduced by making the optical axis of each lens in the lens array parallel to the principal ray of the electron beam incident on each lens.

特許第４４８４８６８号公報Japanese Patent No. 4484868

ここで、特許文献１に示す装置は、１点（理想的な点上のクロスオーバ）から電子ビームが発散する理想的な電子源を前提としている。しかしながら、実際のクロスオーバは、１点にはならないため、特許文献１の構成で収差を低減させるのには限界がある。 Here, the apparatus shown in Patent Document 1 is premised on an ideal electron source in which an electron beam diverges from one point (crossover on an ideal point). However, since the actual crossover does not become one point, there is a limit in reducing the aberration with the configuration of Patent Document 1.

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、収差の影響を低減するのに有利な荷電粒子光学系を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a charged particle optical system that is advantageous in reducing the influence of aberration.

上記課題を解決するために、本発明は、荷電粒子線の第１クロスオーバを生成する荷電粒子銃と、第１クロスオーバから発散した荷電粒子線から複数の第２クロスオーバを形成するレンズアレイとを有する荷電粒子光学系であって、レンズアレイは、該レンズアレイに含まれるレンズの光軸と該レンズに入射する荷電粒子線の主光線とが一致するように形成されている、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a charged particle gun that generates a first crossover of charged particle beams, and a lens array that forms a plurality of second crossovers from charged particle beams that diverge from the first crossover. The lens array is formed such that the optical axis of the lens included in the lens array coincides with the principal ray of the charged particle beam incident on the lens. Features.

本発明によれば、例えば、収差の影響を低減するのに有利な荷電粒子光学系を提供することができる。 According to the present invention, for example, a charged particle optical system that is advantageous in reducing the influence of aberration can be provided.

本発明の一実施形態に係る描画装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drawing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 一実施形態に係る第１光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the 1st optical system which concerns on one Embodiment. レンズアレイを構成する第２電極の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the 2nd electrode which comprises a lens array. レンズアレイを構成する各電極の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of each electrode which comprises a lens array. レンズアレイの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a lens array. 描画装置における交換単位を示す図である。It is a figure which shows the exchange unit in a drawing apparatus. 従来の光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional optical system. 変形例を示す図である。It is a figure which shows a modification.

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線装置と、この荷電粒子線装置が備える荷電粒子光学系との構成について説明する。特に、ここで説明する荷電粒子線装置は、複数の電子ビーム（荷電粒子線）を偏向（走査）させ、かつ電子ビームのブランキング（照射のＯＦＦ）を個別に制御することで基板（物体）に描画を行うマルチビーム方式の描画装置とする。なお、荷電粒子線は、本実施形態のような電子線に限定されず、イオン線などの他の荷電粒子線であってもよい。 First, a configuration of a charged particle beam device according to an embodiment of the present invention and a charged particle optical system provided in the charged particle beam device will be described. In particular, the charged particle beam apparatus described here deflects (scans) a plurality of electron beams (charged particle beams), and individually controls the blanking (irradiation OFF) of the electron beam, thereby controlling the substrate (object). A multi-beam type drawing apparatus that performs drawing is used. The charged particle beam is not limited to the electron beam as in the present embodiment, and may be another charged particle beam such as an ion beam.

図１は、本実施形態に係る描画装置の構成を示す図である。また、以下の各図では、基板に対する電子ビームの照射方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取っている。さらに、以下の各図では、図１と同一構成のものには同一の符号を付す。描画装置１は、電子銃２を含む第１光学系３と、この第１光学系３から射出した複数の電子ビームから基板上に投影される複数の電子ビームを生成する第２光学系４と、基板を保持する基板ステージ５と、制御部６とを備える。ここで、「光学系」とは、荷電粒子光学系の意であり、以下同様である。また、電子ビームの減衰および高電圧による放電を回避または低減するため、制御部６を除く上記構成要素は、不図示の真空排気部により高真空とされた空間内に設置される。例えば、第１光学系３および第２光学系４は、高い真空度に保たれた電子光学鏡筒内に設置される。また、基板ステージ５は、電子光学鏡筒内の真空度と同程度またはそれ以上の真空度に保たれたチャンバー内に設置される。また、本実施形態における被処理基板としての基板７は、例えば単結晶シリコンからなるウエハであり、表面上には感光性を有するレジストが塗布されている。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a drawing apparatus according to the present embodiment. Further, in each of the following drawings, the Z axis is taken in the electron beam irradiation direction on the substrate, and the X axis and the Y axis perpendicular to each other are taken in a plane perpendicular to the Z axis. Further, in the following drawings, the same components as those in FIG. The drawing apparatus 1 includes a first optical system 3 including an electron gun 2, a second optical system 4 that generates a plurality of electron beams projected onto a substrate from a plurality of electron beams emitted from the first optical system 3, and The substrate stage 5 holding the substrate and the control unit 6 are provided. Here, “optical system” means a charged particle optical system, and so on. In addition, in order to avoid or reduce the attenuation of the electron beam and the discharge due to the high voltage, the above-described components except for the control unit 6 are installed in a high vacuum space by a vacuum exhaust unit (not shown). For example, the first optical system 3 and the second optical system 4 are installed in an electron optical column maintained at a high degree of vacuum. The substrate stage 5 is installed in a chamber maintained at a degree of vacuum equal to or higher than the degree of vacuum in the electron optical column. The substrate 7 as the substrate to be processed in the present embodiment is a wafer made of, for example, single crystal silicon, and a photosensitive resist is applied on the surface.

第１光学系３は、電子源（荷電粒子源）８、制御電極９およびアノード電極１０からなる電子銃（荷電粒子銃）２と、レンズアレイ１１とを含む。電子銃２は、電子源８への熱の印加や制御電極９およびアノード電極１０による電界の印加により、電子ビームを放出し、第１クロスオーバ１２を形成する。図中、第１クロスオーバ１２から放出された電子ビーム１３の軌跡を点線で示している。電子ビーム１３は、レンズアレイ１１により複数の第２クロスオーバ１４を形成する。電子源８としては、例えば、ＬａＢ_６、ＢａＯ／Ｗ(ディスペンサカソード)などのいわゆる熱電子型の電子源を採用し得る。レンズアレイ１１は、電子源８に向かって凹形の３枚の多孔電極（第１電極２４、第２電極２５、第３電極２６）とし得る。このレンズアレイ１１は、第２電極には負の電位が与えられ、第１・第３電極は接地される、いわゆるアインツェル型の静電レンズアレイとし得る。ここで、電子銃２を構成する光学系は、回転対称形状をしているため、電子銃２により形成される電界の分布も回転対称となる。したがって、電子銃２またはその電界分布の回転対称の軸を第１光学系３の光軸とする。また、第２光学系４にも光軸が存在する。描画装置１は、第１光学系の光軸と第２光学系の光軸とが一致するように構成されている。なお、第１光学系３の詳細については、後述する。 The first optical system 3 includes an electron gun (charged particle gun) 2 composed of an electron source (charged particle source) 8, a control electrode 9 and an anode electrode 10, and a lens array 11. The electron gun 2 emits an electron beam by application of heat to the electron source 8 and application of an electric field by the control electrode 9 and the anode electrode 10, thereby forming a first crossover 12. In the drawing, the locus of the electron beam 13 emitted from the first crossover 12 is indicated by a dotted line. The electron beam 13 forms a plurality of second crossovers 14 by the lens array 11. As the electron source 8, for example, a so-called thermoelectron type electron source such as LaB ₆ or BaO / W (dispenser cathode) can be adopted. The lens array 11 can be three porous electrodes (first electrode 24, second electrode 25, and third electrode 26) that are concave toward the electron source 8. The lens array 11 may be a so-called Einzel type electrostatic lens array in which a negative potential is applied to the second electrode and the first and third electrodes are grounded. Here, since the optical system constituting the electron gun 2 has a rotationally symmetric shape, the electric field distribution formed by the electron gun 2 is also rotationally symmetric. Therefore, the rotational axis of the electron gun 2 or its electric field distribution is the optical axis of the first optical system 3. The second optical system 4 also has an optical axis. The drawing apparatus 1 is configured such that the optical axis of the first optical system and the optical axis of the second optical system coincide. Details of the first optical system 3 will be described later.

第２光学系４は、第１光学系３から照射された電子ビーム１３から基板７上に投影される電子ビームを生成する投影光学系を含む。この第２光学系４は、コリメーターレンズ１５、アパーチャアレイ１６、第１集束レンズアレイ１７、投影アパーチャアレイ１８、ブランキング偏向器アレイ１９、走査偏向器アレイ２０、ストップアパーチャアレイ２１および第２集束レンズアレイ２２を含み得る。コリメーターレンズ１５は、第１光学系３のレンズアレイ１１により複数に分割された電子ビーム１３を受け、屈折点から平行ビーム（所望の大きさを持った面積ビーム）を生成する静電レンズである。なお、コリメーターレンズ１５は、電磁レンズであってもよい。アパーチャアレイ１６は、マトリクス状に配列された複数の円形状の開口を有する開口部材であり、コリメーターレンズ１５からほぼ垂直に入射した複数の電子ビーム１３を整形する。第１集束レンズアレイ１７は、３枚の多孔電極からなり、中間電極には負の電位が印加されて、上下電極は接地されるアインツェル型の静電レンズアレイとし得る。この第１集束レンズアレイ１７は、アパーチャアレイ１６により整形された電子ビーム１３を投影アパーチャアレイ１８上に個別に集束させる。投影アパーチャアレイ１８は、電子ビーム１３をさらに多数の小ビームに分割する。この投影アパーチャアレイ１８は、ＮＡ（収束半角）を規定する役割も持たせるために、第１集束レンズアレイ１７の瞳面（第１集束レンズアレイ１７の前側焦点面）に設置される。ブランキング偏向器アレイ１９は、複数の小ビームに個別に対応する偏向電極を含む偏向器をマトリクス状に有し、複数の小ビームのブランキング動作を個別に実施する。ここで、ある小ビームの照射をＯＮとするには、制御部６は、その小ビームに対応した偏向電極には電圧を印加せず、第３クロスオーバ２３の形成位置を、ストップアパーチャアレイ２１の開口部内の位置とする。一方、ある小ビーム１３の照射をＯＦＦとするには、制御部６は、偏向電極に電圧を印加して電子ビーム１３を偏向させる。偏向された小ビームは、ストップアパーチャアレイ２１により遮断され、基板７上に到達しない。走査偏向器アレイ２０は、複数の電子ビーム１３に個別に対応する対向電極を含む偏向器をマトリクス状に有し、基板ステージ５に載置された基板７の表面上において電子ビームをＸ、Ｙ軸方向に走査する。この走査偏向器アレイ２０に含まれる各偏向器は、Ｘ、Ｙ各軸方向について２段の偏向を行うために、それぞれ４段の対向電極で構成されうる。さらに、第２集束レンズアレイ２２は、ストップアパーチャアレイ２１を通過した小ビームを基板７の表面上に結像させる対物レンズであり、その結像倍率は、１００分の１倍程度に設定され得る。これによれば、投影アパーチャアレイ１８における電子ビーム１３ａのスポット径がＦＷＨＭ（半値全幅）で２μｍであるのに対し、基板７の表面上でのスポット径は、その１００分の１に縮小され、ＦＷＨＭで２０ｎｍ程度となる。 The second optical system 4 includes a projection optical system that generates an electron beam projected onto the substrate 7 from the electron beam 13 irradiated from the first optical system 3. The second optical system 4 includes a collimator lens 15, an aperture array 16, a first focusing lens array 17, a projection aperture array 18, a blanking deflector array 19, a scanning deflector array 20, a stop aperture array 21, and a second focusing. A lens array 22 may be included. The collimator lens 15 is an electrostatic lens that receives the electron beam 13 divided into a plurality by the lens array 11 of the first optical system 3 and generates a parallel beam (area beam having a desired size) from the refraction point. is there. The collimator lens 15 may be an electromagnetic lens. The aperture array 16 is an aperture member having a plurality of circular apertures arranged in a matrix, and shapes the plurality of electron beams 13 incident from the collimator lens 15 substantially perpendicularly. The first focusing lens array 17 may be an Einzel-type electrostatic lens array that includes three porous electrodes, a negative potential is applied to the intermediate electrode, and the upper and lower electrodes are grounded. The first focusing lens array 17 individually focuses the electron beam 13 shaped by the aperture array 16 onto the projection aperture array 18. The projection aperture array 18 further divides the electron beam 13 into a large number of small beams. The projection aperture array 18 is installed on the pupil plane of the first focusing lens array 17 (the front focal plane of the first focusing lens array 17) in order to also have a role of defining NA (convergence half angle). The blanking deflector array 19 includes deflectors including deflection electrodes that individually correspond to a plurality of small beams in a matrix, and performs a blanking operation for the plurality of small beams individually. Here, in order to turn on the irradiation of a certain small beam, the control unit 6 does not apply a voltage to the deflection electrode corresponding to the small beam, and the position of the third crossover 23 is set to the stop aperture array 21. It is set as the position in the opening part. On the other hand, to turn off irradiation of a certain small beam 13, the control unit 6 applies a voltage to the deflection electrode to deflect the electron beam 13. The deflected small beam is blocked by the stop aperture array 21 and does not reach the substrate 7. The scanning deflector array 20 includes, in a matrix, deflectors including counter electrodes that individually correspond to the plurality of electron beams 13, and the electron beams are converted into X and Y on the surface of the substrate 7 placed on the substrate stage 5. Scan in the axial direction. Each deflector included in the scanning deflector array 20 can be composed of four stages of counter electrodes in order to perform two stages of deflection in the X and Y axis directions. Furthermore, the second focusing lens array 22 is an objective lens that forms an image of the small beam that has passed through the stop aperture array 21 on the surface of the substrate 7, and its imaging magnification can be set to about 1/100. . According to this, while the spot diameter of the electron beam 13a in the projection aperture array 18 is 2 μm in FWHM (full width at half maximum), the spot diameter on the surface of the substrate 7 is reduced to 1/100 of that, It becomes about 20 nm by FWHM.

基板ステージ５は、基板７を、例えば静電気力により保持しつつ、少なくともＸ、Ｙ軸方向に移動（駆動）可能であり、その位置は、不図示の干渉計（レーザー測長器）などにより実時間で計測される。 The substrate stage 5 can move (drive) at least in the X and Y axis directions while holding the substrate 7 by, for example, electrostatic force, and the position can be realized by an interferometer (laser length measuring device) not shown. Measured in time.

制御部６は、描画装置１の描画に関わる各構成要素の動作を制御する各種制御回路と、各制御回路を統括する主制御部３０とを有する。各制御回路として、まず、レンズ制御回路３１は、レンズアレイ１１、コリメーターレンズ１５、第１集束レンズアレイ１７および第２集束レンズアレイ２２の動作を制御する。描画パターン発生回路３２は、描画パターンを生成し、ビットマップ変換回路３３は、その描画パターンをビットマップデータに変換する。ブランキング指令生成回路３４は、このビットマップデータに基づいてブランキング指令情報を生成する。偏向信号発生回路３５は、偏向信号を生成し、この偏向信号を不図示の偏向アンプ部に送信する。この偏向アンプ部は、偏向信号に基づいて走査偏向器アレイ２０の動作を制御する。さらに、不図示のステージ制御回路は、主制御部３０からの指令に基づいて、基板ステージ５位置が目標値となるように基板ステージ５のアクチュエータを制御する。このステージ制御回路は、パターン描画中は、基板７（基板ステージ５）をＹ軸方向に連続的にスキャン（移動）させる。このとき、走査偏向器アレイ２０は、基板ステージ５の位置を基準として、基板７の表面上の電子ビーム（小ビーム）をＸ軸方向に走査させる。そして、ブランキング偏向器アレイ１９は、基板７上で目標線量が得られるように電子ビーム（小ビーム）のブランキングを実施する。 The control unit 6 includes various control circuits that control the operation of each component related to drawing of the drawing apparatus 1, and a main control unit 30 that controls each control circuit. As each control circuit, first, the lens control circuit 31 controls the operations of the lens array 11, the collimator lens 15, the first focusing lens array 17, and the second focusing lens array 22. The drawing pattern generation circuit 32 generates a drawing pattern, and the bitmap conversion circuit 33 converts the drawing pattern into bitmap data. The blanking command generation circuit 34 generates blanking command information based on this bitmap data. The deflection signal generation circuit 35 generates a deflection signal and transmits the deflection signal to a deflection amplifier unit (not shown). The deflection amplifier unit controls the operation of the scanning deflector array 20 based on the deflection signal. Furthermore, a stage control circuit (not shown) controls the actuator of the substrate stage 5 based on a command from the main control unit 30 so that the position of the substrate stage 5 becomes a target value. This stage control circuit continuously scans (moves) the substrate 7 (substrate stage 5) in the Y-axis direction during pattern drawing. At this time, the scanning deflector array 20 scans the electron beam (small beam) on the surface of the substrate 7 in the X-axis direction with reference to the position of the substrate stage 5. The blanking deflector array 19 performs blanking of the electron beam (small beam) so that a target dose can be obtained on the substrate 7.

次に、本実施形態に係る第１光学系３について詳説する。まず、比較のために従来の光学系について説明する。図７は、従来の光学系７０の構成を示す図である。なお、図７において、図１に示す構成と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。光学系７０は、第１クロスオーバ１２が１点であることを前提とする。また、電子源８、第１クロスオーバ１２、制御電極９、電子源８から放出された電子ビーム１３、およびアノード電極１０は、光軸７２を軸とする回転対称である。さらに、レンズアレイ７１は、３枚の多孔電極（第１電極７３、第２電極７４、第３電極７５）からなるアインツェル型の静電レンズアレイである。まず、電子銃から発した電子ビーム１３は、レンズアレイ７１に入射する。このレンズアレイ７１の第１電極７３は、アパーチャ機能を有するため、電子ビーム１３は、その開口部（孔部）のみを通過する。そして、レンズアレイ７１を通過して分割された各電子ビーム１３は、レンズ機能により集束し、レンズ７１ａごとに第２クロスオーバ１４を形成する。このとき、各レンズ７１ａに入射する電子ビーム１３の主光線は、各レンズ７１ａの光軸７６と一致するようにしている。しかしながら、実際には、電子銃は、図７に示すように球面収差を主とする収差を有するため、第１クロスオーバ１２は、点状にはなっていない。そのため、各レンズ７１ａに入射する電子ビーム１３の主光線は、各レンズ７１ａの光軸７６とは一致しない（許容できないずれを有している）。その結果、第２クロスオーバ１４の位置は、図７に示すように、光学系７０の光軸７２の法線方向において等間隔とはなっていない。図７の例では、レンズアレイ７１の第２電極７４に形成されている複数の開口部の互いの間隔が等しい場合、第２クロスオーバ１４の形成位置の間隔（第１間隔ｄ１、第２間隔ｄ２）は、ｄ１＞ｄ２となる。基板７上における複数の電子ビームの位置は、等間隔であることが望ましいところ、上記ｄ１＞ｄ２の関係では、その実現が難しい。 Next, the first optical system 3 according to this embodiment will be described in detail. First, a conventional optical system will be described for comparison. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional optical system 70. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. The optical system 70 assumes that the first crossover 12 is one point. The electron source 8, the first crossover 12, the control electrode 9, the electron beam 13 emitted from the electron source 8, and the anode electrode 10 are rotationally symmetric with respect to the optical axis 72. Furthermore, the lens array 71 is an Einzel-type electrostatic lens array composed of three porous electrodes (first electrode 73, second electrode 74, and third electrode 75). First, the electron beam 13 emitted from the electron gun enters the lens array 71. Since the first electrode 73 of the lens array 71 has an aperture function, the electron beam 13 passes only through the opening (hole). Then, each electron beam 13 divided by passing through the lens array 71 is converged by a lens function to form a second crossover 14 for each lens 71a. At this time, the principal ray of the electron beam 13 incident on each lens 71a coincides with the optical axis 76 of each lens 71a. However, actually, since the electron gun has aberrations mainly including spherical aberration as shown in FIG. 7, the first crossover 12 is not point-like. Therefore, the principal ray of the electron beam 13 incident on each lens 71a does not coincide with the optical axis 76 of each lens 71a (has an unacceptable deviation). As a result, the positions of the second crossovers 14 are not equally spaced in the normal direction of the optical axis 72 of the optical system 70 as shown in FIG. In the example of FIG. 7, when the intervals between the plurality of openings formed in the second electrode 74 of the lens array 71 are equal, the interval between the formation positions of the second crossover 14 (first interval d1, second interval). d2) is d1> d2. Although it is desirable that the positions of the plurality of electron beams on the substrate 7 are equally spaced, it is difficult to realize them in the relationship of d1> d2.

これに対して、本実施形態の第１光学系３では、レンズアレイ１１の構成を以下のようにしている。図２は、本実施形態に係る第１光学系３の構成を示す図である。通常、電子源８から放出された電子ビーム１３が形成する第１クロスオーバ１２は、球面収差により実際には１点（点状）にならない。具体的には、実際の第１クロスオーバ１２の形成位置は、放出された電子ビーム１３と光学系３の光軸２７とのなす（開き）角度に依存し、角度が大きくなるにつれて電子源８側に近づく。そこで、本実施形態では、球面収差による電子ビーム１３の照射角度のずれを考慮して、レンズアレイ１１の各レンズ１１ａの光軸２８を、各レンズ１１ａに入射する電子ビーム１３の主光線と実質的に一致させるようにする。さらに、複数の第２クロスオーバ１４が第１光学系３の光軸２７の法線方向において実質的に均等な間隔ｄ配列されるように、各レンズ１１ａの位置（開口部位置）を設定している。 In contrast, in the first optical system 3 of the present embodiment, the configuration of the lens array 11 is as follows. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the first optical system 3 according to the present embodiment. Normally, the first crossover 12 formed by the electron beam 13 emitted from the electron source 8 does not actually become one point (point-like) due to spherical aberration. Specifically, the actual formation position of the first crossover 12 depends on the (opening) angle formed between the emitted electron beam 13 and the optical axis 27 of the optical system 3, and the electron source 8 increases as the angle increases. Approach the side. Therefore, in the present embodiment, considering the deviation of the irradiation angle of the electron beam 13 due to spherical aberration, the optical axis 28 of each lens 11a of the lens array 11 is substantially equal to the principal ray of the electron beam 13 incident on each lens 11a. To match. Further, the position (opening position) of each lens 11a is set so that the plurality of second crossovers 14 are arranged at substantially equal intervals d in the normal direction of the optical axis 27 of the first optical system 3. ing.

図３は、レンズアレイ１１を構成する第２電極２５の形状を示す図（断面図、および平面図）である。ここで、電子銃において第１クロスオーバ１２に電子ビーム１３が集束するときの球面収差によるＺ軸方向収差量Δσ_ｚおよびＸ軸方向収差量Δσ_ｘは、球面収差係数をＣｓ、光軸２７と電子ビームとがなす角度をαとすると、以下の式（１）、（２）で表される。
Δσ_ｚ＝−Ｃｓ×α^２（１）
Δσ_ｘ＝−Ｃｓ×α^３（２）
電子ビーム１３は、電子銃２による第１クロスオーバ１２から発散してレンズアレイ１１に入射する。そこで、レンズアレイ１１の形状は、収差量Δσ_ｚおよびΔσ_ｘに基づいて以下のようにして決定することができる。 FIG. 3 is a diagram (a cross-sectional view and a plan view) showing the shape of the second electrode 25 constituting the lens array 11. Here, the Z-axis direction aberration amount Δσ _z and the X-axis direction aberration amount Δσ _x due to spherical aberration when the electron beam 13 is focused on the first crossover 12 in the electron gun are expressed as follows. When the angle formed by the electron beam is α, it is expressed by the following formulas (1) and (2).
Δσ _z = −Cs × α ² (1)
Δσ _x = −Cs × α ³ (2)
The electron beam 13 diverges from the first crossover 12 by the electron gun 2 and enters the lens array 11. Therefore, the shape of the lens array 11 can be determined as follows based on the aberration amounts Δσ _z and Δσ _x .

図４は、レンズアレイ１１を構成する第１電極２４〜第３電極２６の位置関係を示す図である。第１電極２４から第３電極２６に適切な電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３をそれぞれ与えることで、レンズアレイ１１は、静電レンズとして機能する。例えば、Ｖ１＝Ｖ３＝ＧＮＤ電位、Ｖ２＝負電位とすれば、レンズアレイ１１は、凸レンズとして機能するアインツェル型の静電レンズとなる。本実施形態では、第１電極２４〜第３電極２６は、それぞれ、上記の球面収差に基づいて決められた非球面形状を有している。その形状・サイズは、例えば、図４に示すように、それぞれ、半径Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３の球面上の各点の位置をＺ軸方向に−Ｃｓ×α^２だけ、Ｘ軸方向に−Ｃｓ×α^３だけずらして得られる。また、第１電極２４〜第３電極２６は、それらの回転対称軸と第１光学系３（電子銃）の光軸２７とがそれぞれ一致するように構成（配置）されている。さらに、開口部４０、４１、４２それぞれの回転対称軸と、それらに入射する電子ビーム１３の主光線とが実質的に一致するように構成されている。よって、各レンズ１１ａの光軸２８と電子ビーム１３の主光線とが一致するため、レンズアレイによる像面湾曲量は、無視し得る値とし得る。なお、図４に示すように、レンズアレイ１１の前側に、さらに電流制限部４３（アパーチャアレイ）を設置する構成もあり得る。この電流制限部４３は、第１電極２４〜第３電極２６と同様の形状であり、開口部４０、４１、４２に対応し、光軸２８とは同軸の軸を有する開口部４４を含む。この電流制限部４３により、第１電極２４に入射する電子ビームを削減して第１電極２４の温度上昇を低減することができる。なお、当該温度上昇の影響が小さい場合には、第１電極２４が電流制限部４３の役割を兼ねてもよい。 FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship between the first electrode 24 to the third electrode 26 that constitute the lens array 11. The lens array 11 functions as an electrostatic lens by applying appropriate potentials V1, V2, and V3 from the first electrode 24 to the third electrode 26, respectively. For example, if V1 = V3 = GND potential and V2 = negative potential, the lens array 11 becomes an Einzel-type electrostatic lens that functions as a convex lens. In the present embodiment, each of the first electrode 24 to the third electrode 26 has an aspheric shape determined based on the above spherical aberration. For example, as shown in FIG. 4, the shape and size of each point on the spherical surface having radii L1, L2, and L3 are set to −Cs × α ^{2 in the} Z-axis direction and −Cs × in the X-axis direction, respectively. Obtained by shifting by α ³ . Further, the first electrode 24 to the third electrode 26 are configured (arranged) so that their rotational symmetry axes and the optical axis 27 of the first optical system 3 (electron gun) coincide with each other. Further, the rotational symmetry axes of the openings 40, 41, and 42 are configured to substantially coincide with the principal ray of the electron beam 13 incident thereon. Therefore, since the optical axis 28 of each lens 11a coincides with the principal ray of the electron beam 13, the amount of field curvature by the lens array can be a negligible value. As shown in FIG. 4, there may be a configuration in which a current limiting unit 43 (aperture array) is further installed on the front side of the lens array 11. The current limiting portion 43 has the same shape as the first electrode 24 to the third electrode 26, and corresponds to the openings 40, 41, 42 and includes an opening 44 having an axis coaxial with the optical axis 28. The current limiting unit 43 can reduce the electron beam incident on the first electrode 24 and reduce the temperature rise of the first electrode 24. Note that when the influence of the temperature rise is small, the first electrode 24 may also serve as the current limiting unit 43.

図５は、第１電極２４〜第３電極２６の電位を上記のように設定したときの各レンズ１１ａの前側焦点位置、主面および後側焦点位置を示す図である。ここで、レンズアレイ１１内の１つのレンズ１１ａについて、レンズの焦点距離をｆ、レンズの前側焦点位置から主面までの距離をａ、またレンズの主面から後側焦点位置までの距離をｂとすると、以下の式（３）に示す関係が成り立つ。
１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ（３）
なお、レンズの焦点距離ｆは、第１電極２４〜第３電極２６のそれぞれに与える電位により決定される。また、レンズの前側焦点位置は、第１クロスオーバ１２の形成位置であり、一方、レンズの後側焦点位置は、第２クロスオーバ１４の形成位置である。ここで、上記のとおり、複数の第２クロスオーバ１４の位置は、第１光学系３の光軸２７に対する法線の方向において均等な間隔を有することが望ましい。しかしながら、従来の構成は、このように複数の第２クロスオーバ１４を均等な間隔で配置できないため、例えば、後側の第２光学系４の煩雑な調整を必要とし得る。本実施形態は、そのような調整を必要としない点で有利といえる。 FIG. 5 is a diagram showing the front focal position, main surface, and rear focal position of each lens 11a when the potentials of the first electrode 24 to the third electrode 26 are set as described above. Here, for one lens 11a in the lens array 11, the focal length of the lens is f, the distance from the front focal position of the lens to the main surface is a, and the distance from the main surface of the lens to the rear focal position is b. Then, the relationship shown in the following formula (3) is established.
1 / f = 1 / a + 1 / b (3)
The focal length f of the lens is determined by the potential applied to each of the first electrode 24 to the third electrode 26. The front focal position of the lens is the position where the first crossover 12 is formed, while the rear focal position of the lens is the position where the second crossover 14 is formed. Here, as described above, it is desirable that the positions of the plurality of second crossovers 14 have uniform intervals in the direction of the normal to the optical axis 27 of the first optical system 3. However, since the conventional configuration cannot arrange the plurality of second crossovers 14 at equal intervals in this way, for example, complicated adjustment of the rear second optical system 4 may be required. This embodiment is advantageous in that it does not require such adjustment.

このように、複数の第２クロスオーバ１４が等間隔で配置されるように、本実施形態では、レンズアレイ１１の複数の開口部４０（４１、４２）の間隔を電子銃の収差量に応じて異ならせる。例えば、図５に示すように、レンズアレイ１１の第２電極２５において、ある２つの開口部４１同士の間隔Δｄ１と、それらより第１光学系３の光軸２７から離れた領域に形成された２つの開口部４１同士の間隔Δｄ２との間に、Δｄ１＜Δｄ２の関係を満足させる。具体的には、第２電極２５の開口部４１の位置は、角度αと式（３）とによって決まる第２クロスオーバ１４の形成位置が光軸２７の法線の方向において均等な間隔ｄをもって配列されるように決定され得る。一方、第１電極２４と第３電極２６との開口部４０、４２の形成位置は、３つの電極２４、２５、２６の間隔に基づき、第２電極２５の開口部４１の回転対称軸、すなわち各レンズ１１ａの光軸２８を開口部４０、４２の回転対称軸とする位置として決定され得る。 As described above, in this embodiment, the intervals between the plurality of openings 40 (41, 42) of the lens array 11 are set according to the aberration amount of the electron gun so that the plurality of second crossovers 14 are arranged at equal intervals. Make them different. For example, as shown in FIG. 5, in the second electrode 25 of the lens array 11, the distance Δd <b> 1 between the two openings 41 and the region away from the optical axis 27 of the first optical system 3 are formed. The relationship of Δd1 <Δd2 is satisfied between the interval Δd2 between the two openings 41. Specifically, the position of the opening 41 of the second electrode 25 is such that the formation position of the second crossover 14 determined by the angle α and the expression (3) has a uniform interval d in the direction of the normal line of the optical axis 27. It can be determined to be arranged. On the other hand, the formation positions of the openings 40 and 42 between the first electrode 24 and the third electrode 26 are based on the interval between the three electrodes 24, 25, 26, that is, the rotational symmetry axis of the opening 41 of the second electrode 25, It can be determined as a position where the optical axis 28 of each lens 11a is the rotationally symmetric axis of the openings 40 and 42.

図６は、描画装置１における第１光学系３の交換単位を示す図である。通常、作業者が描画装置において第１光学系３を組み込む場合、電子銃とレンズアレイ７１との位置関係には、緻密な調整が要求される。そこで、本実施形態では、図６の破線枠５０に示すように、電子銃とレンズアレイ１１とを含む第１光学系３をユニット化し、交換単位としている。第１光学系３を構成する電子銃およびレンズアレイ１１は、描画装置１内に組み込まれる前に、予め位置調整された状態でユニット化される。そして、作業者は、すでに位置調整された第１光学系３のユニット（交換ユニット）を描画装置１内に設置することで、描画装置を容易に組み立てる（製造する）ことができる。 FIG. 6 is a diagram showing an exchange unit of the first optical system 3 in the drawing apparatus 1. Normally, when the operator incorporates the first optical system 3 in the drawing apparatus, precise positional adjustment is required for the positional relationship between the electron gun and the lens array 71. Therefore, in the present embodiment, as shown by a broken line frame 50 in FIG. 6, the first optical system 3 including the electron gun and the lens array 11 is unitized and used as an exchange unit. The electron gun and the lens array 11 constituting the first optical system 3 are unitized in a state where the position is adjusted in advance before being incorporated into the drawing apparatus 1. Then, the operator can easily assemble (manufacture) the drawing apparatus by installing the unit (exchange unit) of the first optical system 3 whose position has already been adjusted in the drawing apparatus 1.

以上のように第１光学系３においてレンズアレイ１１を構成することで、電子銃の球面収差による影響が低減され、描画装置１に設置されて使用されたときに、複数の第２クロスオーバ１４は、第１光学系３の光軸２７の法線の方向において等間隔に配列される。これにより、コリメーターレンズ１５にてコリメートされた複数の電子ビーム１３は、光軸に実質的に平行に、かつ該法線方向において実質的に等間隔になる。したがって、第１光学系３を備えた描画装置１は、後側の第２光学系４に電子銃の球面収差による影響を低減するための構成（例えば、偏向器アレイを含む調整機構など）を設けなくてもよい。よって、そのような描画装置１は、描画精度の点で有利となり得る。 By configuring the lens array 11 in the first optical system 3 as described above, the influence of the spherical aberration of the electron gun is reduced, and the plurality of second crossovers 14 are installed when used in the drawing apparatus 1. Are arranged at equal intervals in the direction of the normal line of the optical axis 27 of the first optical system 3. Thereby, the plurality of electron beams 13 collimated by the collimator lens 15 are substantially parallel to the optical axis and at substantially equal intervals in the normal direction. Therefore, the drawing apparatus 1 including the first optical system 3 has a configuration for reducing the influence of the spherical aberration of the electron gun on the rear second optical system 4 (for example, an adjustment mechanism including a deflector array). It does not have to be provided. Therefore, such a drawing apparatus 1 can be advantageous in terms of drawing accuracy.

以上のように、本実施形態によれば、電子銃の収差による影響を低減し得る。または、描画装置の調整の簡略化の点で有利となり得る。 As described above, according to this embodiment, the influence of the aberration of the electron gun can be reduced. Alternatively, this can be advantageous in terms of simplifying the adjustment of the drawing apparatus.

なお、第１光学系３を構成するレンズアレイ１１は、アインツェル型の静電レンズに限らず、レンズアレイとして機能する他の型式のレンズアレイとしてもよい。また、レンズアレイ１１の形状は、電子銃の球面収差だけではなく他の収差による影響をも低減するような構成または形状としてもよい。例えば、第２光学系４により生じる収差、または、第１光学系３と第２光学系４との位置関係により生じる収差等が既知であれば、そのような収差の影響をも低減するような構成または形状としてもよい。 The lens array 11 constituting the first optical system 3 is not limited to an Einzel-type electrostatic lens, but may be another type of lens array that functions as a lens array. The shape of the lens array 11 may be configured or reduced so as to reduce not only the spherical aberration of the electron gun but also other aberrations. For example, if the aberration caused by the second optical system 4 or the aberration caused by the positional relationship between the first optical system 3 and the second optical system 4 is known, the influence of such aberration is also reduced. It is good also as a structure or a shape.

（他の実施形態）
上記実施形態にて電子線描画装置１を例示して説明した荷電粒子線装置は、電子線描画装置に限らず、電子顕微鏡やイオン線加工装置などの他の荷電粒子線装置にも適用可能である。例えば、上記実施形態の構成を適用した電子顕微鏡は、電子線描画装置の場合と同様、電子銃の収差による影響を低減するのに有利である。 (Other embodiments)
The charged particle beam apparatus described by exemplifying the electron beam drawing apparatus 1 in the above embodiment is not limited to the electron beam drawing apparatus but can be applied to other charged particle beam apparatuses such as an electron microscope and an ion beam processing apparatus. is there. For example, an electron microscope to which the configuration of the above-described embodiment is applied is advantageous in reducing the influence of the aberration of the electron gun, as in the case of the electron beam drawing apparatus.

（物品の製造方法）
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の描画装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、該工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含み得る。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含み得る。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。 (Product manufacturing method)
The method for manufacturing an article according to an embodiment of the present invention is suitable for manufacturing an article such as a micro device such as a semiconductor device or an element having a fine structure. The manufacturing method includes a step of forming a latent image pattern on the photosensitive agent on the substrate coated with the photosensitive agent using the above drawing apparatus (a step of drawing on the substrate), and the latent image pattern is formed in the step. Developing the substrate. Further, the manufacturing method may include other well-known steps (oxidation, film formation, vapor deposition, doping, planarization, etching, resist stripping, dicing, bonding, packaging, and the like). The method for manufacturing an article according to the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article as compared with the conventional method.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、複数のクロスオーバ１４から発散する複数の荷電粒子線をコリメートする光学素子として、図１におけるコリメーターレンズ１５の替わりに、図８における複数の偏向器７７を配置してもよい。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary. For example, a plurality of deflectors 77 in FIG. 8 may be arranged in place of the collimator lens 15 in FIG. 1 as an optical element for collimating a plurality of charged particle beams emanating from a plurality of crossovers 14.

２電子銃
３第１光学系
８電子源
１１レンズアレイ
１１ａレンズ部
１２第１クロスオーバ
１３電子ビーム
１４第２クロスオーバ
２８光軸 2 electron gun 3 first optical system 8 electron source 11 lens array 11a lens unit 12 first crossover 13 electron beam 14 second crossover 28 optical axis

Claims

A charged particle optical system comprising: a charged particle gun that generates a first crossover of charged particle beams; and a lens array that forms a plurality of second crossovers from charged particle beams emanating from the first crossover,
The lens array is formed so that an optical axis of a lens included in the lens array coincides with a principal ray of a charged particle beam incident on the lens.
A charged particle optical system characterized by that.

One electrode constituting the lens array has an amount based on an amount of aberration in the first crossover that depends on an angle between a charged particle beam passing through the first crossover and an optical axis of the charged particle gun. 2. The charged particle optical system according to claim 1, wherein the charged particle optical system has an aspherical shape obtained by shifting a point on a spherical surface having an optical axis as a rotational symmetry axis.

The plurality of lenses included in the lens array are arranged such that the plurality of second crossovers are arranged at equal intervals in a direction perpendicular to the optical axis of the charged particle gun. The charged particle optical system according to claim 1 or 2.

4. The aperture array according to claim 1, further comprising: an aperture array disposed on a front side of the lens array and having an opening having an axis coaxial with an optical axis of a lens included in the lens array. The charged particle optical system according to claim 1.

A charged particle beam apparatus that makes a plurality of charged particle beams incident on an object,
A first optical system as a charged particle optical system according to any one of claims 1 to 4,
A second optical system as a charged particle optical system that generates a plurality of charged particle beams incident on the object from a plurality of charged particle beams incident from the first optical system,
A charged particle beam apparatus characterized by that.

The charged particle beam apparatus according to claim 5, wherein the second optical system includes an optical element that collimates a plurality of charged particle beams incident from the first optical system.

The charged particle beam apparatus according to claim 5, wherein the first optical system is configured as an exchange unit.

The charged particle beam apparatus according to claim 5, wherein the charged particle beam apparatus includes a drawing apparatus that performs drawing on the object with the plurality of charged particle beams.

The charged particle beam apparatus according to claim 5, wherein the charged particle beam apparatus is a microscope.

Drawing on an object using the charged particle beam device according to claim 8;
Developing the object drawn in the process;
A method for producing an article comprising: