JP3694669B2

JP3694669B2 - 電子ビーム描画装置

Info

Publication number: JP3694669B2
Application number: JP2001386908A
Authority: JP
Inventors: 博之伊藤
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: US20030116721A1; TW571346B; US7045800B2; JP2003188081A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に電子ビームを照射して所望のパターン等を露光する電子ビーム描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野では半導体レーザー等の波長分離に高精度の回折格子が用いられる。特に光通信用ファイバーケーブルにおける多波長化は、転送容量を増加させるために検討が進められている。そこで、回折格子のピッチ寸法を高精度に製作することが重要な課題となっている。具体的には、クオーターミクロンの格子ピッチをサブナノメータの精度で描画する必要がある。
【０００３】
電子ビーム描画装置は、光露光装置等に比べて高解像であり、微細な図形パターンを形成できるので、微細回折格子の露光に好適であると考えられる。しかし、格子ピッチの要求精度は、電子ビーム描画装置において電子ビームで描画する寸法の解像度より小さく、格子ピッチを正確に描画することはたいへん困難である。また、格子ピッチが複数あって描画の途中からピッチを変えなければならない場合は、非常に困難である。
【０００４】
電子ビーム描画装置は、通常、描画データを偏向歪補正後にＤＡコンバーターでアナログ出力に変換しビーム偏向する。問題はＤＡコンバーターの分解能、すなわちＬＳＢ(Least significant bit）値である。ＬＳＢ値を非常に微細に可変すべきピッチの差分に相当するサブナノメータ以上の分解能とする必要がある。ＬＳＢ値を微細にするとＤＡコンバーターのビット数の制約から偏向範囲が制約され、接続や描画時間の増大といった問題が発生する。回路的にはアナログ出力回路の増幅器のゲインを微調整することでピッチを変えられるが、回路の複雑化や高度の調整手法が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題を解決し、微細回折格子パターンの格子ピッチを高精度に描画できる電子ビーム描画装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の実施態様においては、対物レンズを２段レンズで構成し、対物偏向器を下段の対物レンズの上部に設置する。そして、下段の対物レンズの強度を変えて対物偏向器の偏向幅を変え、上段の対物レンズの強度を試料面上に結像するように変えて焦点合わせを行うようにする。また、各レンズの位置関係を後述するように決めることによって、下段のレンズの強度を変えても焦点ずれに与える影響を小さくすることができる。一方、上段レンズのフォーカス感度は下段レンズに対して極めて高くできる。この様にして、上段レンズでフォーカス合わせ、下段レンズで電子ビームの偏向感度や回転等を制御することができる。このようにして、微細回折格子パターンの格子ピッチを高精度に描画することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
電子ビーム描画装置には、電子ビームを成形開口を通過させて成形ビームをつくりその形状を試料に露光する一括露光方式と、電子ビームでパターンを順番に描画していくスポットビーム方式とがある。本発明の実施例では、一括露光方式の例を用いて本発明を説明するが、本発明は、スポットビーム方式においても構成の変更はなく、同様の作用効果が得られるので、両方の方式に適用が可能である。
【０００８】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、電子ビーム描画装置の基本構成を示す縦断面図である。
【０００９】
電子源１より放射された電子ビームは第一成形絞り２を照射し、第一成形絞り２は成形レンズ４により第二成形絞り５に結像される。第二成形絞り上の第一成形絞り２像が成形偏向器３で偏向され照射位置を制御することで可変成形ビーム８の断面形状が決定される。第二成形絞り５を透過した電子ビームは成形ビーム８となり、縮小レンズ７，第一対物レンズ１０，第二対物レンズ１１により、描画試料１２に数十分の一に縮小投影される。描画試料１２への投影位置は対物偏向器９と、試料ステージ１３を同ステージ駆動系１４およびステージ制御回路２０で位置決めすることで指定する。また、第二成形絞り５の下部には長焦点で成形ビーム８の結像に影響しない回転レンズ６を配して成形ビーム８の回転を制御する。なお、図１中でビーム引出しのための電子銃制御，ビームオンオフのためのブランキング制御機構は省略している。
【００１０】
これらは制御計算機２１でリアルタイムに補正制御される。ここで制御計算機２１は描画データ処理を行うデジタル回路を含む。また制御計算機２１は対物偏向器９の機械的誤差，制御回路ゲイン，電子光学的歪を測定して補正する偏向歪補正機能を有している。
【００１１】
図２は、ステップ２０１の測定開始からステップ２０７の終了までの間に行われる本発明による制御の手順の概要を示すフローチャートである。ステップ202で第二対物レンズ１１の偏向感度を設定し、ステップ２０３で第一対物レンズ１０のフォーカスを調整し、ステップ２０４でビーム回転補正を行い、ステップ２０５で回折格子の描画を行い、ステップ２０６の描画完了の判断により、終了するかステップ２０２に戻るかが決められる。
【００１２】
図３を用いて対物レンズの構成を説明する。図３は、対物レンズの光学的関係を示す模式図である。物点から第一対物レンズ１０，第二対物レンズ１１の順に配して第二対物レンズ１１の中心からｂ₂ の位置にある試料面に結像する。本発明では偏向形状を第二対物レンズ１１で操作する。この操作により結像距離が変化しないことが望ましい。そのための条件を求める。
【００１３】
図３において、物点より第一対物レンズ１０間ａ₁ 、各レンズ中心間の距離をＬとする。これらは固定長である。第一対物レンズ１０の結像距離をｂ₁ 、第二対物レンズ１１の物点距離をａ₂ とする。
【００１４】
レンズ公式１／ｆ₁＝１／ａ₁＋１／ｂ₁よりｂ₁＝ａ₁ｆ₁／（ａ₁−ｆ₁）となる。またａ₁〜ｆ₁の条件ではｂ₁≫Ｌより、ａ₂＝ｂ₁−Ｌ≒ｂ₁となる。従って、
ｂ₂＝ａ₂ｆ₂／（ａ₂−ｆ₂）＝ａ₁ｆ₁ｆ₂／｛ａ₁ｆ₁−ｆ₂（ａ₁−ｆ₁）｝＝ａ₁ｆ₁ｆ₂／｛ｆ₁（ａ₁−ｆ₂）−ａ₁ｆ₂｝となる。
【００１５】
ここで更にレンズ配置をａ₁≒ｆ₂と設定すれば結像点は簡単にｂ₂≒ａ₁ｆ₁ｆ₂／（−ａ₁ｆ₂）＝−ｆ₁と第一対物レンズ１０の焦点距離に依存する。
【００１６】
負符号は第二対物レンズ１１の物点がレンズに対して結像と同一側にあることによる。レンズ配置をａ₁≒ｆ₁と設定すれば逆に第二対物レンズ１１の焦点距離に依存する。
【００１７】
本実施例では、偏向形状を第二対物レンズ１１で操作し、結像距離に影響しない前者の条件が目的に合致している。
【００１８】
上述したようにレンズ結像関係を設定すれば、第二対物レンズ１１のフォーカス感度を極めて小さくできる。更に対物レンズ偏向感度は以下により見積もる事ができる。
【００１９】
図３において、第二対物レンズ１１の中心より対物偏向器９の中心の距離をＤとする。また、対物偏向器９の偏向角をα₁ とする。第一対物レンズ１０の偏向感度への影響が小さいとし、図２から第二対物レンズ１１により収束作用を受けた見かけ上の偏向角をα₂とすると、倍率関係からＭ＝α₁／α₂＝Ｄｆ₂／（Ｄ−ｆ₂），α₂＝α₁（１−Ｄ／ｆ₂）となり、第二対物レンズ１１の焦点距離ｆ₂ で偏向角すなわち偏向倍率が可変となる。
【００２０】
図４は試料上の描画パターンの例を示す平面図である。基準パターン２３は、描画したいピッチに近い回折格子パターンを設定する。この回折格子パターンは、基本的には装置制御単位ＬＳＢ値で記述されている。偏向倍率補正パターン２４は、基準パターン２３を第二対物レンズ１１により縮小補正を実施することによって得られる。回転補正後パターン２５は、偏向倍率補正パターン２４に対してさらに、成形ビーム８の回転を回転レンズ，対物偏向回転を偏向歪補正機能で修正することによって得られる。
【００２１】
電子ビームを用いた描画装置や観察装置では、磁界形レンズを一般的に用いるが、励磁電流を高分解能ＤＡＣで制御すれば、再現良く高精度に偏向倍率の設定が可能である。例えば、第二対物レンズ１１の電流設定時に、２０ビットＤＡＣを使えば、ppm オーダーの設定分解能が得られる。通常の回折格子パターン幅は１mm以下であり、対物偏向範囲内である。そのため、ステージを送りながら接続して描画する必要はない。また、回折格子ピッチの可変幅は１％以下であり、その間の調整はレンズ強度に直線的に比例するので、調整値をその値に内挿することで十分な近似が得られるが、より高精度のためには、既知の多項式近似を用いればよい。以上は、可変矩形方式の電子ビーム描画装置における実施例であるが、スポットビームを用いた電子ビーム描画装置等、他方式においても、本発明の構成を変えることなく、適用は容易である。
【００２２】
以上述べたように、本実施例によれば、高精度に偏向倍率が設定可能である。特に、電子光学的に装置制御単位より細かな座標指定を可能としたことで、微細回折格子等の描画ピッチ設定が可能となり、再現性も高い。コスト的にもレンズ出力設定および偏向歪補正機能の組み合わせで動作するため、高度な制御回路を必要とせず、安価に実現することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、微細回折格子パターンの格子ピッチを高精度に描画できる電子ビーム描画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子線描画装置の基本構成を示す縦断面図。
【図２】本発明による制御の手順を示すフローチャート。
【図３】対物レンズの光学的関係を示す模式図。
【図４】試料上の描画パターンの例を示す平面図。
【符号の説明】
６…回転レンズ、７…縮小レンズ、８…成形ビーム、９…対物偏向器、１０…第一対物レンズ、１１…第二対物レンズ、１５…成形偏向制御回路、１６…回転レンズ駆動回路、１７…対物偏向制御回路、１８…第一対物レンズ駆動回路、１９…第二対物レンズ駆動回路、２１…制御計算機。

Claims

電子ビームを発生させる電子源と、該電子ビームを縮小する縮小レンズ群と、縮小された成形ビームを試料面に収束する対物レンズ群と、該成形ビームを前記試料面にて所望の位置に偏向させる対物偏向器と、前記試料を搭載する試料ステージの位置を検知し前記対物偏向器の偏向範囲に試料ステージを移動して位置決めするステージ制御回路と、前記試料上に所望のパターンを露光するために前記成形ビームを偏向する偏向制御回路とを備え、前記対物レンズ群を２段レンズで構成し、下段の対物レンズの強度を変え、前記対物偏向器の偏向範囲を変化させ、上段の対物レンズの強度を前記試料面上に結像するように変更して焦点合わせを行うことを特徴とする電子ビーム描画装置。
請求項１において、前記電子ビームを成形する第一の転写マスクと、該第一の転写マスクを複数の転写開口からなる第二の転写マスクに照射する成形レンズ群と、それぞれの前記転写開口を照射位置に移動するマスク移動機構と、前記第一の転写マスクの投影像を偏向して前記第二の転写マスクの転写開口を透過する電子ビームの断面を所望の形状に成形する成形偏向器を備えたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
請求項１において、前記対物偏向器を磁界レンズで構成し、該磁界レンズの強度変化による前記成形ビームの回転を前記偏向制御回路で補正することを特徴とする電子ビーム描画装置。
請求項１において、前記対物偏向器の偏向範囲に相当する前記対物レンズ群の強度をあらかじめ測定し、該偏向範囲内の所望の偏向幅を求めることを特徴とする電子ビーム描画装置。