JP3577487B2

JP3577487B2 - 電子ビーム描画装置

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Publication number: JP3577487B2
Application number: JP2002150290A
Authority: JP
Inventors: 洋也太田; 康成早田; 公明安藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: JP2003347188A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体集積回路などの製造に用いられる電子ビーム描画装置に係り、特に、高速かつ高精度な描画を行う電子ビーム描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩを代表とする半導体集積回路の高密度化、高集積化が急速に進み、これに伴い形成すべき回路パターンの微細化も急速に進んでいる。特に１００ｎｍノード以下のパターン形成は、従来の光リソグラフィー技術の延長では非常に困難とされている。これに対し、電子ビーム描画は微細パターンを形成するためには有効な手段であるが、生産現場に適用するためには、高い描画精度を維持しつつ、更に高い描画速度向上が要求されている。
【０００３】
描画速度を低下させる要因の一つに、偏向器や焦点補正器を構成するコイルが発生する磁場により周囲の金属材料に生ずる渦電流がある。電子ビーム描画装置における焦点補正は、描画対象である試料の高さ変動や、偏向による像面湾曲成分を補正することに用いるため重要である。すなわち、磁場による偏向器や焦点補正器が発生する磁場が、電気抵抗の小さい周囲の金属材料に作用することにより、その表面で発生した渦電流が磁場を発生し、電子ビームに不要な偏向作用を発生させることになる。渦電流の影響が消えるまでの時間は、描画周期に比べて長いため、待ち時間を増大させ結果として描画速度が低下することになる。偏向器や焦点補正器を静電型にすれば渦電流の問題が無く、高速化が可能となる。例えば、特公平４−４７９４４号公報や特許３１３８００５号公報では、磁場レンズ中に円筒型偏向板を配置して高速な静電型レンズの焦点補正器を用いている。これらの例は、低電圧で焦点補正を行う、すなわち高感度化を課題としている。
【０００４】
静電型の偏向器と静電型のレンズを同時に用いる場合、それぞれ別の電極を相互に干渉しないように配置する必要があり、電子光学系の光路が長くなる。また、偏向器と焦点補正器とを独立に設置することは、それぞれの機械誤差の影響で、電子光学的収差を増加させる原因となるため好ましくない。このため、特開２０００−１７３５２２号公報では、偏向器駆動電源を静電レンズ用の高電圧に浮かすことにより重畳し、偏向器に静電レンズの収束作用を同時に持たせている。
【０００５】
図１に、磁場レンズ中に円筒型偏向板を配置して高速な静電レンズの焦点補正器を用いている従来の例を断面図の形で具体的に示す。
【０００６】
電子銃２０１から放出された電子ビーム２０２は矩形の開口を持つ第１マスク２０３上に照射され、さらに第２マスク２０５上に結像される。第２マスク２０５上の像は２つの縮小レンズ２０６と第１対物レンズ２０７と第２対物レンズ２０８で投影され、主偏向器２１４および副偏向器２１６で偏向され、感光剤の塗布された試料２０９上に照射され描画を行う。さらに、焦点補正器２１８により焦点補正が行なわれる。
【０００７】
このとき第２マスク２０５にあらかじめ設けてある複数のパターン形状の開口を、選択偏向器２０４により選択し、開口形状のビームで描画することも可能である。
【０００８】
対物偏向レンズ内の主偏向器２１４により一定の領域の描画を行い、さらに、副偏向器２１６でこの領域をシフトさせながら、より広い領域の描画を行う。副偏向器２１６による制御で偏向可能な領域以外は、ＸＹステージ２１０上に設置された試料（被描画対象）２０９をＸＹステージ制御装置２１２により移動させて描画を行う。
【０００９】
描画全体は描画パターンデータに従って、描画制御装置２１１によって統一的に制御され、主偏向制御装置２１３および副偏向制御装置２１５によりパターンデータに応じてビームを偏向することによりビーム位置を制御する。また、試料高さ計測装置２２０がＸＹステージ２１０上部に設けられ、試料２０９の高さデータを光学的手段により取得している。この試料２０９の高さ信号Ｈは描画制御装置２１１に与えられて、焦点補正制御装置２１７を介して焦点補正器２１８に補正制御信号が与えられる。
【００１０】
ここで、主偏向器２１４、副偏向器２１６および焦点補正器２１８は、８極偏向板による構成とされているが、これを図２に示す。偏向板Ｘ１からＸ４およびＹ１からＹ４からなる８極の偏向板が等間隔で同一円周上に配列されている。したがって、図１で主偏向器２１４、副偏向器２１６および焦点補正器２１８を対向する２枚の偏向板のように表示したのは、これらを代表してのものである。
【００１１】
ここで、８極偏向板に印加する信号電圧を定義する。図２に示す８極の偏向板に印加する信号電圧は（１）式のとおりであり、これを数１に示す。
【００１２】
【数１】

ここで、ＸはＸ座標を示す偏向信号を、ＹはＹ座標を示す偏向信号を、ｒは定数を、Ｘｓ、Ｙｓは上記偏向信号Ｘおよび偏向信号Ｙの関数である２つの方向の非点補正信号を、Ｄｆは上記偏向信号Ｘ、偏向信号Ｙおよび高さ信号Ｈの関数である焦点補正信号を示す。
【００１３】
次に、主偏向制御装置２１３の構成を図３を用いて説明する。
【００１４】
描画制御装置２１２から出力される偏向信号ＸおよびＹは、上記（１）式を満足するように、所定の演算処理がなされて、図３に示すように、主偏向器２１４および副偏向器２１６を構成する偏向板Ｘ１からＸ４およびＹ１からＹ４に加えられる。また、偏向信号Ｘ、Ｙおよび高さ信号Ｈは、所定の演算処理がなされて、図３に示すように、焦点補正器２１８を構成する偏向板Ｘ１からＸ４およびＹ１からＹ４に加えられる。
【００１５】
次に、（１）式に対応した演算処理を行う構成の具体例を説明する。まず、偏向板Ｘ１からＸ４の信号電圧の演算処理について説明する。
【００１６】
偏向信号ＸおよびＹは、例えば、２０ビットのデジタルデータで描画制御装置２１２から出力される。偏向信号Ｘ、ＹはＤＡ変換器７０１Ｘ、７０２Ｙによりアナログ信号に変換される。ＤＡ変換器７０２Ｙから出力された信号は、定数倍回路によりｒ倍されてｒＹになされる。この定数ｒは、例えば（√２−１）である。ＤＡ変換器７０１Ｘおよび定数倍回路の出力ＸおよびｒＹは加算回路７０７Ｘ１から７０７Ｘ４によって（１）式に対応する極性で加算される。これら加算回路の出力は、８極偏向板に印加される信号電圧の内、偏向板Ｘ１からＸ４の偏向電圧の基本部となるものである。
【００１７】
７０３Ｘおよび７０４Ｙは演算回路であり、偏向信号ＸおよびＹを入力としてＸ，Ｙの非点補正信号を演算し、１２ビットのデジタルデータで出力する。このデジタルデータがＤＡ変換器７０４Ｘ、７０４Ｙによりアナログ信号に変換される。それぞれのＤＡ変換器から出力された信号は、増幅回路７０５Ｘ，７０５Ｙにより必要な感度から決まる値に増幅され、非点補正信号Ｘｓ，Ｙｓとして出力される。これら非点補正信号Ｘｓ，Ｙｓは、（１）式に対応する極性で、加算回路７０７Ｘ１から７０７Ｘ４の出力に、加算回路７０８Ｘ１から７０８Ｘ４によって加算される。
【００１８】
加算回路７０８Ｘ１から７０８Ｘ４の出力信号は、増幅回路７０９Ｘ１から７０９Ｘ４によって増幅され、主偏向器２１４および副偏向器２１６を構成する偏向板Ｘ１からＸ４に加えられる。
【００１９】
次に、主偏向器２１４および副偏向器２１６を構成する偏向板Ｙ１からＹ４に加えられる電圧は、描画制御装置２１２から出力される偏向信号ＸおよびＹを取り替えて、上述と同じ処理で作られる。すなわち、偏向信号Ｙ、ＸはＤＡ変換器７０１Ｙ、７０２Ｘによりアナログ信号に変換される。ＤＡ変換器７０２Ｘから出力された信号は、定数倍回路によりｒ倍されてｒＹになされる。この定数ｒは、例えば（√２−１）である。ＤＡ変換器７０１Ｙおよび定数倍回路の出力ＹおよびｒＸは加算回路７０７Ｙ１から７０７Ｙ４によって（１）式に対応する極性で加算される。これら加算回路の出力は、８極偏向板に印加される信号電圧の内、偏向板Ｙ１からＹ４の偏向電圧の基本部となるものである。
【００２０】
これら加算回路７０７Ｙ１から７０７Ｙ４の出力信号に、上述した、非点補正信号Ｘｓ，Ｙｓが、（１）式に対応する極性で、加算回路７０８Ｙ１から７０８Ｙ４によって加算される。加算回路７０８Ｙ１から７０８Ｙ４の出力信号は、増幅回路７０９Ｙ１から７０９Ｙ４によって増幅され、主偏向器２１４および副偏向器２１６を構成する偏向板Ｙ１からＹ４に加えられる。
【００２１】
７０６は演算回路であり、偏向信号Ｘ、Ｙおよび高さ信号Ｈを入力としてＸ，Ｙの焦点補正信号を演算する。ここで高さ信号Ｈは９ビットのデジタルデータ出与えられる。演算回路７０６は１０ビットのデジタルデータで出力する。このデジタルデータがＤＡ変換器７０７によりアナログ信号に変換される。ＤＡ変換器７０７から出力された信号は、増幅回路７０８により増幅され、焦点補正信号Ｄｆとして出力される。この焦点補正信号Ｄｆは焦点補正器２１８に加えられる。
【００２２】
このように、主偏向制御装置２１３の構成はアナログ回路を主体として構成するものであった。また、焦点補正器２１８および焦点補正制御装置２１７は独立に設置されていた。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、静電偏向器の各極に等しい電圧を印加してレンズ作用を持たせ焦点補正を行うことは、電子光学要素の数を減少させ、機械誤差による収差低減の観点から有効な手段である。さらに、８極以上の偏向器であれば、各極に与える電圧を制御すれば、非点収差も補正することが可能となる。従って、１つの８極以上の偏向器で、偏向作用、非点補正作用、焦点補正作用を同時に実現することは有用である。
【００２４】
通常、しかしながら、電子光学系の特性と描画システム構成とから決まる必要な偏向量、非点補正量、焦点補正量と偏向板形状から決まる偏向感度、非点補正感度および焦点補正感度とは一致しない。このため、電子ビーム偏向に必要な最大電圧および電圧分解能と、非点補正および焦点補正に必要な最大電圧および電圧分解能（最小単位）は異なる。この相異を解消するために、従来は、偏向信号用のＤＡ（ディジタルアナログ）変換器、非点補正用のＤＡ変換器および焦点補正用ＤＡ変換器をそれぞれ持ち、必要な感度から決まる値に調整した後電圧加算などのアナログ演算にて偏向器に出力していた。
【００２５】
しかし、近年の半導体素子の微細化に伴い描画位置精度を決定する偏向分解能が２０〜２１ビット（１×１０^６以上）ときわめて高い精度が必要となってきた。この精度を、偏向信号用ＤＡ変換器、非点補正用ＤＡ変換器および焦点補正用ＤＡ変換器でそれぞれ達成し、さらにアナログ演算による加算後においても維持することは、測定、調整の問題およびＤＡ変換器の数の多さを考慮すると非常に困難である。
【００２６】
電磁レンズ中に円筒型電極を配置して静電型レンズの焦点補正器を用いることは、特公平４−４７９４４号公報に開示されている。これは、低電圧で高速に焦点補正を行う、すなわち高感度化を課題としている。また、特許３１３８００５号公報では、磁場レンズ中で静電型の焦点補正を行う場合には、２段の電磁レンズを用いると焦点補正による倍率変化を減少させることが可能であると開示されている。また、特開２０００−１７３５２２号公報では、偏向器駆動電源を静電レンズ用の高電圧に浮かすことにより重畳し、偏向器に静電レンズの収束作用を同時に持たせている。しかしながら、焦点補正のような描画領域に応じて動的に制御することについては言及していない。
【００２７】
高精度かつ高速な電子ビーム描画装置の対物偏向レンズ設計上の主たる課題は、レンズ収差特に偏向収差の低減と描画試料の高さ変動や偏向に伴う焦点補正時の倍率変化や回転変化の低減を両立させることである。磁場レンズ中にて、静電型の焦点補正機能と偏向機能を１つの偏向器で実現する場合には、偏向収差から決まる電磁レンズ中の光軸上での偏向器の最適位置と、焦点補正による像倍率変化や像回転が最小になる焦点補正器の位置は異なる。このため、偏向器と焦点補正器を同一電極とすると、それぞれの最適位置からずれてしまうことになり、高精度な描画を実現できないという問題があった。本発明では、焦点補正の最適位置で、偏向収差も低減することを課題とする。これは、上記３例にはない新しい課題である。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題に対して、本発明では１つの偏向器に、偏向信号、非点補正信号、焦点補正信号を重畳して供給する。このため、各信号データの演算をディジタルで行う演算装置を具備する。さらに、１つの偏向器に、偏向作用と焦点補正作用の両者を持たせる際に発生する偏向収差を低減する最適設計の偏向器の条件を、具体的に提案する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００３０】
図４は本発明を適用した電子ビーム描画装置の例を断面図の形で具体的に示す。図１に示すものと同じ物または同じ機能のものには図１と同じ参照符号を付した。図４と図１とを対比して分かるように、本発明では、焦点補正制御装置２１７およびこれを介して補正制御信号が与えられている焦点補正器２１８がなくなっている。その他の構成は同じである。
【００３１】
先にも述べたように、静電偏向器の各極に等しい電圧を印加してレンズ作用を持たせ焦点補正を行うことは、電子光学要素の数を減少させ、機械誤差による収差低減の観点から有効な手段である。さらに、８極以上の偏向器であれば、各極に与える電圧を制御すれば、非点収差も補正することが可能となることに着目して、ディジタル演算により高い精度を確保するとともに、偏向収差から決まる光軸上での偏向器の最適位置と、焦点補正による像倍率変化や像回転が最小になる焦点補正器の位置についての厳密な解析により偏向器と焦点補正器を同一偏向板とすることを実現した。
【００３２】
本発明の電子ビーム描画装置の特徴は、主偏向器に焦点補正と非点補正器能を重畳させていることにある。試料２０９の高さ変動や偏向による像面湾曲による焦点位置の変化および偏向非点を偏向位置に応じて主偏向器２１４のみで補正を行っている。この焦点および非点補正信号は、描画制御装置２１１から出力される偏向信号に基づいて、主偏向制御装置２１３内でディジタル演算にて重畳され、ＤＡ変換、増幅器を経て主偏向器２１４に送られる。
【００３３】
次に、主偏向制御装置２１３の構成を図５を用いて説明する。本実施例においても、主偏向器２１４は図２に示す８極偏向器であり、各偏向器に加える電圧は前述した（１）式と同じである。なお、図５においてデータの流れを示す線上の数字はビット数を示している。
【００３４】
描画制御装置２１２から出力された偏向信号Ｘは、Ｘ１からＸ４までの偏向板に対しては、与えられる２０ビットのディジタル信号のまま加算回路４０６Ｘ１から４０６Ｘ４に加えられる。描画制御装置２１２から出力された偏向信号Ｙは、Ｘ１からＸ４までの偏向板に対しては、与えられる２０ビットのディジタル信号が定数倍演算回路４０１Ｙに入力され、定数ｒ倍の演算が行われる。定数倍された偏向信号ＹのデータｒＹは加算回路４０６Ｘ１から４０６Ｘ４に加えられる。ここで、各加算回路各信号の入力位置に付された符号＋及び−に応じて演算される。
【００３５】
４０２Ｘおよび４０２Ｙは非点補正量演算回路であり、偏向信号ＸおよびＹを入力としてＸ，Ｙの非点補正信号をデジタル演算し、１２ビットのデータで出力する。これは、偏向信号（ビーム偏向位置）に応じた２方向の非点補正量を演算するものである。このデジタルデータは非点感度補正演算回路４０３Ｘ、４０３Ｙにて定数倍演算を行い非点補正信号のデータＸｓ、Ｙｓを出力する。出力データＸｓ、Ｙｓは２０ビットのデジタルデータである。この定数倍率値は後述する。この出力された非点補正信号のデータＸｓとＹｓも、４つの加算器４０６Ｘ１からＸ４に、図に示す極性で入力される。
【００３６】
さらに、４０４は焦点補正量演算回路であり、偏向信号Ｘ、偏向信号Ｙおよび高さ信号Ｈのデータが入力される。焦点補正量演算回路４０４では、偏向信号（ビーム偏向位置）と試料高さに応じた焦点補正量を出力する。この焦点補正量のデータは、焦点感度補正演算回路４０５にて定数倍演算を行い、焦点補正信号Ｄｆを出力する。この定数倍率値は後述する。この出力された焦点補正信号ＤｆのデータＤｆも４つの加算器４０６Ｘ１からＸ４に、図に示す極性で入力される。
【００３７】
４つの加算器４０６Ｘ１からＸ４では、各信号を２０ビットのデジタルデータで与えられて、高精度を維持した演算結果を出力する。４つの加算器４０６Ｘ１からＸ４の出力データは、それぞれ独立のＤＡ変換器４０７Ｘ１からＸ４に入力され、アナログ信号に変換される。このアナログ信号が増幅器４０８Ｘ１からＸ４にて増幅され、偏向板Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３およびＸ４に供給される。この構成にて（１）式の演算が実現される。
【００３８】
偏向板Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３およびＹ４に対しては、偏向信号Ｘを偏向信号Ｙに、偏向信号Ｙを偏向信号Ｘと置換した形で定数ｒ倍の演算が行われるとともに、非点補正信号のデータＸｓ、Ｙｓおよび焦点補正信号Ｄｆの演算が加算器４０６Ｙ１からＹ４によって行われ、４つの加算器４０６Ｙ１からＹ４の出力データは、それぞれ独立のＤＡ変換器４０７Ｙ１からＹ４に入力され、アナログ信号に変換される。このアナログ信号が増幅器４０８Ｙ１からＹ４にて増幅され、偏向板Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３およびＹ４に供給される。この構成にても（１）式の演算が実現される。
【００３９】
このように、本実施例では１つの偏向器２１４に、偏向信号Ｘ，Ｙ、非点補正信号Ｘｓ，Ｙｓおよび焦点補正信号Ｄｆを重畳させている。通常、この場合には、必要な偏向量、非点補正量、焦点補正量と偏向板形状から決まる偏向感度、非点補正感度、焦点補正感度とは一致しない。また、偏向、非点補正、焦点補正に必要な分解能も異なる。従って、非点補正と焦点補正に必要な感度を偏向信号の分解能に合わせる必要がある。
【００４０】
本実施例の電子光学系では、偏向幅（最大１ｍｍ）と最小描画単位（１ｎｍ）から偏向信号の分解能として２０ビットが必要である。また、描画精度から決まる非点補正と焦点補正にはそれぞれ１２ビット、１０ビットの分解能が必要である。本実施例では、電子光学系の計算から、偏向幅１ｍｍに必要な最大電圧は±３２０Ｖ、非点補正に必要な最大電圧は±１０Ｖ、焦点補正に必要な最大電圧は±８０Ｖであった。最大電圧と分解能から偏向、非点補正、焦点補正それぞれの最小単位（１ビット当り）の電圧、すなわち単位電圧が計算される。非点補正信号の単位電圧と偏向信号の単位電圧の比が、非点補正の定数倍率となる。この定数倍率が前述した非点感度補正演算回路４０３Ｘ、４０３Ｙの定数倍率値となる。また、焦点補正信号の単位電圧と偏向信号の単位電圧の比が、焦点補正の定数倍率となる。この定数倍率が前述した焦点感度補正演算回路４０５の定数倍率値となる。
【００４１】
図６は、非点補正と焦点補正に必要な感度を偏向信号の分解能に合わせるための具体例を示すものである。図６（Ａ）はこれらの値の関係を数値で示し、図６（Ｂ）は、本実施例での非点補正の定数倍率８、焦点補正の定数倍率が２５６をディジタル処理で実行する例として、それぞれの定数倍演算が３ビットシフト、８ビットシフトの簡略な演算で可能となることを示す。すなわち、非点感度補正演算回路４０３Ｘ、４０３Ｙでは入力の１２ビットを３ビットシフトし、上位ビットに０を加えて２０ビットの出力としている。また、焦点感度補正演算回路４０５では入力の１０ビットを８ビットシフトし、上位に０を加えて２０ビットの出力としている。
【００４２】
本発明では、全ての信号の演算処理をディジタルデータで行い、偏向板Ｘ１からＸ４，Ｙ１からＹ４に電圧を与える段階で、それぞれ独立のＤＡ変換器４０７Ｘ１からＸ４、４０７Ｙ１からＹ４に入力され、アナログ信号に変換される。このアナログ信号が増幅器４０８Ｘ１からＸ４、Ｙ１からＹ４にて増幅され、偏向板Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４およびＹ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｘ４に供給される。したがって、必要な精度を十分に保持して演算処理がなされるとともに、アナログ加算器にありがちな特性のばらつきが問題になることもない。
【００４３】
なお、本実施例では、ビットシフト演算を行ったが、通常の乗算演算でも可能である。さらに、本実施例では加算器４０６Ｘ，４０６Ｙは、専用ハードウェアを用いたが、偏向速度に対して演算速度が速ければ汎用ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ等のソフトウェア手段を用いてもよい。勿論、定数倍演算回路４０１Ｘ、４０１Ｙ、非点補正量演算回路４０２Ｘ、４０２Ｙ、非点感度補正演算回路４０３Ｘ、４０３Ｙ、焦点補正量演算回路４０４および焦点感度補正演算回路４０５についても同様であり、これらディジタル演算部をすべてソフトウェアでの計算としてもよい。
【００４４】
先にも述べたように、偏向収差から決まる偏向器の最適位置と、焦点補正による像倍率変化や像回転が最小になる焦点補正器の位置は通常異なる。このため、偏向器を焦点補正による像倍率変化や像回転が最小になる光軸上の点に配置し、この位置で偏向収差が最小になるように最適化することについてさらに具体的に説明する。
【００４５】
図７は、本発明に実施例を示す図４における第１対物レンズ２０７と第２対物レンズ２０８および主偏向器２１４に着目した図を示している。したがって、副偏向器２１６は図示されていない。物面８０１からの電子ビーム８０２は、第１対物レンズ２０７、第２対物レンズ２０８により収束され、像面８０５上（試料面上）に結像する。第１対物レンズ２０７と第２対物レンズ２０８は収差低減の為、互いに逆向の励磁としている。ビームの位置は偏向器２１４により決定される。偏向器２１４の偏向板の長さの中心位置から物面までの距離を偏向器の位置とする。本実施例の対物レンズでは、物面と像面の間は３００ｍｍであり、偏向器２１４の内径３２ｍｍ、長さ４４ｍｍとした。
【００４６】
図８は偏向器２１４の各極に同電圧を印加して焦点補正器として用いた場合の、焦点補正を行うために必要な電圧（黒丸で表示、左目盛）および焦点補正時の像倍率の変化（黒四角で表示、右目盛）と偏向器の物面からの距離の関係を測定した結果を示している。これから分かるように、対物レンズ２０７、２０８では焦点補正感度が高い（必要な電圧が低い）点と、焦点補正を行っても倍率が変化しない点がほぼ一致し、物面から１５０ｍｍの位置であった。焦点補正感度が高い点と倍率変化が一致しない場合には、倍率変化を優先してもよい。また、例示はしないが焦点補正時の像回転が最小になる点に偏向器を設置してもよい。このように焦点補正器の位置（物面からの距離）は１点に決まってしまい、他の位置に配置することはできない。
【００４７】
本発明では、図７に示すように第１対物レンズ２０７と第２対物レンズ２０８の２段の電磁レンズを用いている。１段の電磁レンズでは、上記のような倍率変化の少ない位置と、実用的な偏向収差を得ることができる位置が両立しないためである。図９に１段の電磁レンズを用いた場合の、１ｍｍ角偏向領域隅での偏向収差（白丸で表示、左目盛）および焦点補正時の像倍率の変化（黒四角で表示、右目盛）と偏向器の物面からの距離の関係を示す。ここでは、物面と像面の距離、偏向器の形状、対物レンズとしての倍率は全て図７に示したものと同一条件である。図９に示すように、像倍率変化が小さくなる（ほぼ０になる）位置は像面から約７０ｍｍである。しかし、焦点補正器として用いる偏向器を像面から７０ｍｍの位置に設置した場合には、偏向収差は４００ｎｍを超えてしまう。この偏向収差の大部分は、補正の不可能な偏向コマ収差と偏向色収差である。偏向器の形状により収差の低減を行っても、本発明の電子ビーム描画装置の目的である１００ｎｍノード以降の描画には適用できない。
【００４８】
これに対して、２段の電磁レンズを用いて、２段レンズを複合したレンズ主面（２個のレンズの間にある）より物面側に焦点補正器を設置することにより、高感度化と倍率の変化を小さくする方法がある。本発明では、図８に示すように２段電磁レンズによる焦点補正の最適位置（物面から１５０ｍｍ）を、偏向収差の小さい位置と同じくすることができることを見出した。さらに、図８に偏向収差（白丸で表示、左目盛）と偏向器の物面からの距離の関係を合わせて示す。偏向収差についてもほぼ最小の値にすることができた。これは、２つの電磁レンズの強度調整と偏向器形状の最適化により焦点補正の最適位置と偏向収差の最適位置をバランス良く調整できることで可能となった。具体的には、第１対物レンズ２０７のほぼ中心であり、２段レンズを複合したレンズ主面よりも物面側にある。この結果、倍率変化がほぼ０であり、かつ、焦点補正感度も高い位置に焦点補正を行うための偏向器を設置することができた。
【００４９】
また、図４に示す第１対物レンズ２０７と第２対物レンズ２０８からなる対物レンズより上流（電子銃に近い側）の縮小レンズ２０６の内部に偏向器を設置して焦点補正および偏向を行うことも可能である。しかし、縮小レンズ２０６は通常対物レンズよりも倍率が低く設定され、焦点距離が短い。従って、同じ焦点補正作用を得るには大きい電圧が必要となる。また、偏向作用についても同じ理由で偏向感度が低くなり実用的な光学設計は困難である。
【００５０】
上記の様に本発明では、焦点補正の最適位置に偏向器を設置し、かつ、偏向収差を最小にすることができ、１つの偏向器において最適な焦点補正機能と最適な偏向機能を同時に実現可能である。この構成を用いれば、偏向信号に焦点補正信号と非点補正信号を重畳して偏向器に供給する本発明の制御装置の特長を最大限に発揮できる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、電子ビーム描画装置において８極静電偏向器に非点補正と焦点補正信号をディジタル演算により重畳することにより、電子光学系内の光学要素の数を減らすことが可能となるため、機械的誤差要因を減少させ、簡略な回路構成で高精度な描画を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁場レンズ中に円筒型偏向板を配置して高速な静電レンズの焦点補正器を用いている従来の例を断面図の形で示す図。
【図２】主偏向器２１４、副偏向器２１６および焦点補正器２１８を構成する８極偏向板の配置例を示す図。
【図３】従来の主偏向制御装置２１３の構成を示す図。
【図４】本発明を適用した電子ビーム描画装置の例を断面図の形で具体的に示す図。
【図５】本発明の主偏向制御装置２１３の構成を示す図。
【図６】非点補正と焦点補正に必要な感度を偏向信号の分解能に合わせるための具体例を示すもので（Ａ）はこれらの値の関係を数値で示し、（Ｂ）は、本実施例での非点補正の定数倍率８、焦点補正の定数倍率が２５６をディジタル処理で実行する例として、それぞれの定数倍演算が３ビットシフト、８ビットシフトの簡略な演算で可能となることを示す図。
【図７】図４における第１対物レンズ２０７と第２対物レンズ２０８および主偏向器２１４に着目した構成を示す図。
【図８】偏向器２１４の各極に同電圧を印加して焦点補正器として用いた場合の焦点補正を行うために必要な電圧および焦点補正時の像倍率の変化および偏向収差と偏向器の物面からの距離の関係を示す図。
【図９】電磁レンズが１段の場合の偏向収差（１ｍｍ偏向領域の隅での値）および焦点補正時の像倍率の変化と偏向器の物面からの距離の関係を示す図。
【符号の説明】
１０１：８極偏向演算回路、１０２：非点補正演算回路、１０３：焦点補正演算回路、１０４：ディジタル加算回路、１０５：ＤＡ変換器、１０６：増幅器、１０７：８極偏向器、２０１：電子銃、２０２：電子ビーム、２０３：第１マスク、２０４：選択偏向器、２０５：第２マスク、２０６：縮小レンズ、２０７：第１対物レンズ、２０８：第２対物レンズ、２０９：試料、２１０：ＸＹステージ、２１１：描画制御装置、２１２：ＸＹステージ制御装置、２１３：主偏向制御装置、２１４：主偏向器、２１５：副偏向制御装置、２１６：副偏向器、２１７：焦点補正制御装置、２１８：焦点補正器、２２０：試料高さ計測装置、４０１：定数倍演算回路、４０２：非点補正量演算回路、４０３：非点感度補正演算回路、４０４：焦点補正量演算回路、４０５：焦点感度補正演算回路、４０６：加算器、４０７：ＤＡ変換器、４０８：増幅器、７０１：ＤＡ変換器、７０２：ＤＡ変換器、７０３：非点補正量演算回路、７０４：ＤＡ変換器、７０５：ＤＡ変換器、７０６：感度補正増幅器、７０７：アナログ加算器、７０８：アナログ加算器、７０９：増幅器、８０１：物面、８０２：電子ビーム、８０５：像面。

Claims

電子ビームを発生する手段と前記電子ビームを試料上に投影する１つ以上の電磁レンズと前記電子ビームを偏向する８極以上の静電偏向器とを用いて描画を行う電子ビーム描画装置において、前記偏向器に非点補正と焦点補正の機能を共用させ前記電子ビームを偏向する偏向信号に前記電子ビームの非点を補正する非点補正信号と前記電子ビームの焦点を補正する焦点補正信号とを重畳して前記偏向器に供給して描画を行い、各信号はディジタル信号で演算処理された後アナログ信号に変換されて増幅され前記偏向器に与えられるとともに、前記偏向信号と非点補正信号と焦点補正信号とを加算する前段に、必要な非点補正感度および必要な焦点補正感度から決定される前記非点補正信号と焦点補正信号それぞれの最小単位と前記偏向信号の最小単位を一致させるためのディジタル信号で処理される独立した定数倍演算装置が備えられることを特徴とする電子ビーム描画装置。
電子ビームを発生する手段と前記電子ビームを試料上に投影する２つ以上の電磁レンズと前記電子ビームを偏向する８極以上の静電偏向器とを用いて描画を行う電子ビーム描画装置において、前記偏向器に焦点補正器の機能を共用させ、かつ、前記焦点補正器の感度が最大になる位置または焦点補正作用により前記電磁レンズの倍率変化が最小になる位置、または、焦点補正作用により前記電磁レンズの回転量変化が最小になる位置に前記偏向器を配置するものである請求項１記載の電子ビーム描画装置。