JP4181533B2 - 電子ビーム描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビーム応用技術に係り、特に、高速な電子ビーム描画装置に関する。

所定の間隔で２次元的に配列された複数の電子ビームを用いるマルチビーム方式の電子ビーム描画装置において、各電子ビームの光学調整が重要な技術の１つとなる。

従来の方法では、「ジャーナル・オブ・ヴァキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー、１８巻６号（２０００年）、３０６１〜３０６６頁」で提案されているように、マルチビームが各々独立に制御できる正方格子上に配置された偏向器とレンズを持ち、試料上でのマルチビームの焦点位置の差を中間像面でのマルチビーム平面方向の位置と垂直方向の位置（焦点位置）を電気的に移動することにより調整している。

ジャーナル・オブ・ヴァキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー、１８巻６号（２０００年）、３０６１〜３０６６頁

マルチビーム方式の電子ビーム描画装置では、形成されたマルチビームは、２つの投影レンズからなるダブレットレンズにより試料上に結像される。この際に全てのビームは、２つの投影レンズの間にあるブランキング絞りを通過する。ビームのオンオフは、ブランカーアレイにより個々のビームを偏向し、ブランキング絞り上で遮断することにより行われている。しかしながら、ダブレットレンズの１段目の投影レンズに生じる球面収差の影響で、全てのビームを同一位置でブランキング絞りを通過させることが出来ない。これは、マルチビーム方式では、大きな領域を使用するためにレンズの軸外収差（特に、球面収差）が顕著に現れるためである。この影響は、結果的にマルチビーム間のブランキング特性の不均一性や、周辺ビームのランディング角の劣化の原因となる。

しかしながら、上記従来技術では、この影響に関しては何ら考慮されていなかった。

そこで、本発明の目的は、マルチビーム方式の電子ビーム描画装置において、高精度な電子ビーム調整を行うことが出来る電子ビーム描画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、アパーチャアレイ、ブランカーアレイ、マルチアライナーアレイおよびブランキング絞り有する電子ビーム描画装置において、マルチアライナーアレイによってブランキング絞り位置での電子ビームの位置を個々に調整するよう構成する。

このためには、アパーチャアレイ、ブランカーアレイ、マルチアライナーアレイおよびブランキング絞りを有し、ブランカーアレイの電極方向とマルチアライナーアレイの電極方向が異なる電子ビーム描画装置が望ましい。更に、マルチアライナーアレイを２つ以上有し、ブランカーアレイ位置をほぼ偏向中心としてマルチアライナーアレイを動作させることも効果的である。また、アパーチャアレイ、ブランカーアレイ、マルチアライナーアレイおよびブランキング絞りを有し、マルチアライナーアレイがブランカーアレイより下方に位置する電子ビーム描画装置においても有効な手段を与えることが出来る。なお、これらの電子ビームの位置調整は、ブランカーアレイにオフセットを加えるだけでも効果がある。

本発明によれば、マルチビーム方式の電子ビーム描画装置において、高精度な電子ビーム調整を行うことが出来る電子ビーム描画装置を実現し得る。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。

（実施例１）
図１に、本発明の第１の実施例になる電子ビーム描画装置の装置構成を示す。

電子銃（電子源）１１０から放出された電子ビーム１１１は、コンデンサレンズ１１２を通して基板に複数の開口の空いたアパーチャアレイ１１３を照射し、その後段にあるレンズアレイ１１４によりポイントビームの中間像に結像され、個別にアライメント用偏向が可能なマルチアライナーアレイ１２９と個別にオンオフ用偏向が可能なブランカーアレイ１１５を通過する。レンズアレイ１１４は、基板に複数の開口の空いたレンズアレイ用アパーチャアレイを３枚組み合わせたもので、中間の基板に電圧を加えることで静電レンズの作用を引き起こす。また、マルチアライナーアレイ１２９とブランカーアレイ１１５は、基板に複数の開口の空いたアパーチャアレイの開口側面に電極を形成したもので、電極に電圧を加えることで偏向作用を引き起こす。

このようにして形成されたマルチポイントビームは、第１投影レンズ１１８と第２投影レンズ１２１からなるダブレットレンズ１２２により縮小されて試料１２４上に結像される。マルチビーム間には距離があるために、実質的に物面での電子ビームの最大距離が瞳像での電子ビームの最大距離より長い大面積転写となっている。ダブレットレンズの２つの投影レンズの間には、偏向器１２０があり、試料上での描画位置を規定する。

ステージ１２５上には、電子ビーム位置検出用のマーク基板１２６があり、ステージの位置を計測するレーザ干渉計（図示してない）と反射電子検出器１２３を用いることによって電子ビームの位置を測定することが出来る。なお、本実施例では、電子ビームの位置計測に、マーク基板１２６からの反射電子や２次電子を検出する電子検出器を用いているが、このほかに、開口マークを透過した電子を検出するものであってもよい。

また、マルチアライナーアレイ１２９は、マルチアライナー制御回路１０４により、ダブレットレンズ１２２は、レンズ制御回路１０５により駆動され、偏向器１２０は、偏向制御回路１０６によって駆動される。本実施例では、具体的には電流が供給されることになる。各電流の設定値は、データ制御回路１０１から与えられる情報により決められている。同様に、フォーカス制御回路１０２とパターン発生回路１０３は、電圧を供給することで対応する光学素子を動作させている。これらの設定値もデータ制御回路１０１から与えられる情報により決められている。このデータ制御回路１０１は、信号処理回路１０７やステージ制御回路１０８から得られる情報も利用してレンズ等の動作量を決める計算も行っている。また、本装置には、励磁変化の設定、電子ビーム位置の変化量の表示或いはアライナー・レンズ励磁の再設定を行う画面を有する表示装置１０９を有している。

なお、本実施例では、１０２４本のマルチビームを形成する。このために、開口はそれぞれ１０２４個以上形成されている。

図１には、第１投影レンズ１１８に収差のない場合の軌道が実線で、収差のある場合を破線で示してある。収差のない場合は、電子ビーム軌道がブランキング絞り１１９の位置で一致するのに対して、収差がある場合は一致していない。このずれ量は、３次の光学収差に従うと考えられる。図１では、３本の電子ビームの軌道しか描いていないために、収差のある場合でもブランキング絞りよりやや高い位置で電子ビームが一致しているが、１０２４本のビームではどこの高さにおいても全ての電子ビームを一致させることが出来ない。このことは、ブランキング特性の不均一性（具体的には、電子ビームを遮断するのに必要な電圧の不均一性）や試料上でのランディング角の不均一性の原因となる。結果として、描画パターンの寸法精度や位置精度の劣化につながる。

マルチビームの形成部を拡大した図を、図２に示す。アパーチャアレイ１１３で分離された電子ビームは、対応するレンズアレイ１１４の開口に入射する。各電子ビームは、レンズアレイ１１４により収束作用を受けながら直進し、マルチアライナーアレイ１２９とブランカーアレイ１１５のそれぞれの開口に入射する。ブランカーアレイ１１５での偏向により、電子ビームはブランキング絞り１１９で遮断される。ここで、ブランキング絞り１１９の穴の中心を各電子ビームで通過させるために、このブランカーアレイ１１５のそれぞれの電極に必要に応じてオフセット電圧を与えておく。図２（ａ）において、２０１は、直進した電子ビーム、２０２は、オフセット電圧により軌道を曲げた電子ビームを示す。

しかしながら、ブランカーアレイ１１５の電圧にオフセットを与えるのみでは１方向のアライメントしか出来ない。そこで、マルチアライナーアレイ１２９の電極（２０３）方向をブランカーアレイ１１５の電極（２０４）方向と異なる角度（ほぼ垂直が望ましい）とし、もう１方向のアライメントを可能とした。図２の（ａ）は、分かりやすくするために、マルチアライナーアレイ１２９の電極（２０３）方向とブランカーアレイ１１５の電極（２０４）方向を一致させているが、実際には、それらの電極の方向は、上面から見た図２（ｂ）のように、ほぼ垂直に配置されている。よって、ブランカーアレイ２０４とマルチアライナーアレイ２０７を併用することで、２方向のアライメントが可能となる。もちろん、複数のマルチアライナーアレイを用いればマルチアライナーのみでのアライメントも可能である。

図３に、ブランキング絞り位置での電子ビームのずれを示す。各電子ビーム位置（ここでは、１２×１２のみ表示している）に対して、黒丸が理想位置であり、白丸がずれた位置を示す。この白丸の位置を、マルチアライナーアレイ２０７とブランカーアレイ２０４を用いることにより、黒丸の位置へシフトした。位置ずれの傾向は、電子ビームの位置座標に対して３次の多項式で近似できる。これは、比較的良好に電子光学系が出来ている場合で、加工誤差による非点収差に伴うずれやチャージアップによる局所的なずれは見られていない。しかしながら、これらのずれが発生してもマルチアライナーアレイやブランカーアレイを用いて補正可能なことは言うまでもない。

以上の結果、寸法精度１２ｎｍ、位置精度１８ｎｍであった精度が、本発明により、それぞれ７ｎｍと１０ｎｍに改善された。これら収差の細かい特徴は、レンズの構造により変化する（大きさや回転方向の収差の有無など）が、ここで述べた特徴はダブレットレンズに共通するものである。

（実施例２）
図４に、本発明の第２の実施例になる電子ビーム描画装置の装置構成を示す。

本実施例では、実施例１で示した構成と基本的には同様であるが、ダブレットレンズが１つ多く挿入されており、２段構成となっている。すなわち、第３投影レンズ６１８と第４投影レンズ６２１からなる１段目の第２ダブレットレンズ６２２が設けられている。ダブレットレンズ６２２、１２２の倍率は、それぞれ０.１と０.２である。

ブランキング絞り６１９は、１段目の第２ダブレットレンズ６２２の中に形成されている。本構成においても基本的原理は同じであり、１段目の第２ダブレットレンズ６２２の初段の第３投影レンズ６１８による収差を補正した。ランディング角へのレンズ収差の影響は、初段のレンズが支配的であり、ブランキング絞り６１９を１段目の第２ダブレットレンズ６２２に配置し、初段のレンズの収差のみを補正しても問題はない。

本実施例では、ブランカーアレイ１１５の下流に第１マルチアライナーアレイ６２３と第２マルチアライナーアレイ６２４を配置している。２段構造にしたのは連動して使用することにより、ブランカーアレイ１１５の位置を偏向中心とするためである。図５の破線は、その様子を示している。図５において、２０１’は、直進した電子ビーム、２０２’は、第１マルチアライナーアレイ６２３と第２マルチアライナーアレイ６２４の偏向により軌道を曲げた電子ビームを示す。

図４に示す光学系では、ブランカーアレイ１１５の位置での各電子ビームの位置が試料上に転写される。従って、ブランカーアレイ１１５の位置を偏向中心とすることにより、マルチアライナーアレイによるアライメントが電子ビームの試料上での位置シフトを生じさせずに済む。また、マルチアライナーアレイをブランカーアレイ１１５の下流におくことで、電子ビームの実軌道をブランカーアレイ位置で変化させずに済む。このことは、ブランカーアレイの偏向感度を均一にする上で好ましい。

また、本実施例では、ブランキング絞り６１９は、図６に示すように、開口の縦横の長さが異なる、スリット状の開口７００を用いた。そして、ブランキングのための偏向方向７０１をスリット状の開口７００の長手方向に垂直とした。本実施例では、マルチアライナーアレイの偏向方向とブランキングアレイの偏向方向を同じ方向にしている。これにより、ブランキングアレイにオフセットを加えることなく、ブランキングのための偏向方向にアライメントを可能とした。

スリット状のブランキング絞りにすることで、ブランキングのための偏向と垂直方向の位置ずれはブランキング特性に影響を与えないようにしてあるので、本方法が有効となる。また、ブランキングアレイの偏向電圧に余裕があれば、本スリットを用いることにより、ブランキングアレイの偏向電圧へのオフセットのみで、マルチアライナーアレイを用いることなく、必要なアライメントを可能にし得る。

本実施例でも、各アレイの開口位置を変えることにより収差を補正した。その結果、寸法精度１０ｎｍ、位置精度２０ｎｍであった精度が、本発明により、それぞれ６ｎｍと１２ｎｍに改善された。本発明は、マルチビームの数が増加し、その領域が大きくなるとその効果がより顕著になると期待できるので、今後更に重要になると考えられる。

以上詳述したように、本発明によれば、マルチビーム方式の電子ビーム描画装置において、高精度な電子ビーム調整を行うことが出来る電子ビーム描画装置を実現し得る。

本発明の第１の実施例の装置構成を説明する図。 第１の実施例におけるマルチビーム形成を説明する図。 電子ビームの位置ずれを表す図。 本発明の第２の実施例の装置構成を説明する図。 第２の実施例のマルチビーム形成を説明する図。 第２の実施例のブランキング絞りの開口例を説明する図。

符号の説明

１０１…デ−タ制御回路、１０２…フォ−カス制御回路、１０３…パタ−ン発生回路、１０４…マルチアライナ−制御回路、１０５…レンズ制御回路、１０６…偏向制御回路、１０７…信号処理回路、１０８…ステ−ジ制御回路、１０９…表示装置、１１０…電子銃、１１１…電子ビ−ム、１１２…コンデンサレンズ、１１３…アパ−チャアレイ、１１４…レンズアレイ、１１５…ブランカ−アレイ、１１６…中間像、１１７…アライナ−、１１８…第１投影レンズ、１１９…ブランキング絞り、１２０…偏向器、１２１…第２投影レンズ、１２２…ダブレットレンズ、１２３…反射電子検出器、１２４…試料、１２５…ステ−ジ、１２６…マ−ク基板、１２９…マルチアライナ−アレイ、２０１、２０１’…直進した電子ビ−ム、２０２、２０２’…軌道を曲げた電子ビ−ム、２０３…ブランカ−アレイの電極、２０４…マルチアライナ−アレイの電極、６０４…マルチアライナ−制御回路、６０５…第２レンズ制御回路、６１８…第３投影レンズ、６１９…ブランキング絞り、６２１…第４投影レンズ、６２２…第２ダブレットレンズ、６２３…第１マルチアライナ−アレイ、６２４…第２マルチアライナ−アレイ、７００…ブランキング絞りの開口、７０１…電子ビ−ム移動方向。

Claims (5)

1. 描画処理が実行される試料を保持するステージと、
   電子源から放出された電子ビームを、コンデンサレンズを通して平行ビームとなし、アパーチャ−アレイにより複数のポイントビームに分離せしめ、個別にアライメント用偏向が可能なマルチアライナーアレイと、個別にオンオフ用偏向が可能なブランカーアレイとを含むマルチビーム形成手段と、
   当該マルチビーム形成手段により形成されたマルチビームを前記試料上に投影するためのダブレットレンズとを有する電子ビーム描画装置において、
   当該ダブレットレンズは、第１投影レンズと、該第１投影レンズよりも試料側に配置された第２投影レンズと、前記第１投影レンズと第２投影レンズの間に配置され、前記マルチビームが通過する穴を備えたブランキング絞りとを備え、
   前記マルチアライナーアレイによって、前記ブランキング絞り位置での電子ビームの位置を、前記ブランカーアレイの偏向がオフの際に前記マルチビームが当該ブランキング絞りの穴の中心を通過するように個々に調整するよう構成したことを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 前記ブランカーアレイの電極方向と前記マルチアライナーアレイの電極方向とを異ならしめたことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
3. 前記ポイントビームが、前記ブランキング絞りの開口を通過する際に前記ブランカーアレイにオフセット電圧を印加する手段を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
4. 前記マルチアライナーアレイを、前記ブランカーアレイより下流に配置してなることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
5. 前記ブランキング絞りの開口が、縦横の長さが異なるスリット状をなすことを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム描画装置。

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