JP4234242B2 - 電子ビーム描画装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子銃から放出された電子ビームを成形や偏向し、さらに縮小投影して試料上に照射し、この試料上に描画を行う電子ビーム描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような電子ビーム描画装置によるパターン描画は、光波長より短い電子ビーム（電子線）の波長レベルの分解能の精度で描画可能であり、高い解像度でパターンを形成できるものである。
【０００３】
反面、このパターン描画は、光露光によるマスク描画方式と異なり、完成パターンを小さな分割パターンビームで直接描画するので、描画に時間がかかるという問題がある。
【０００４】
それでも、高精度の細線パターンを形成できるという特徴を持っていることから、光露光方式のリソグラフィー技術の次の技術、或いはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの多品種少量生産の半導体製造に有力なツールとして発展している。
【０００５】
パターン描画の方法としては、小さな丸形状の電子ビームをＯＮ／ＯＦＦ制御しながら試料面上に全面スキャンしてパターンを形成する第１の方法と、ステンシアルアパーチャを通過した電子ビームを試料面上に照射してパターン描画するＶＳＢ描画の第２の方法とがある。
【０００６】
このうちＶＳＢ描画を発展させ、繰り返しのパターンを１つのブロックとしてステンシルとして準備し、これを選択描画することで高速描画する一括描画方式の電子ビーム描画の技術も開発されている。
【０００７】
図２１はこのようなＶＳＢ描画方式を用いた電子ビーム描画装置の代表例を示す構成図である。
【０００８】
電子銃１から放出される電子ビーム２の光軸上には、電子光学系として、照明レンズ３、第１の成形アパーチャ４、投影レンズ５、成形偏向器６、第２の成形アパーチャ７、縮小レンズ８、対物レンズ９、主偏向器１０、副偏向器１１、電子検出器１２などが配置されている。
【０００９】
このうち第１の成形アパーチャ４には、例えば図２２に示すように矩形のアパーチャ４ａが形成され、第２の成形アパーチャ７には、例えば図２３に示すように菱形と矩形とを組み合わせたセルアパーチャ７ａなどの各種形状の複数のアパーチャ７ｂ、７ｃ、…が形成されている。
【００１０】
このような構成であれば、半導体ウエハ等の試料１３に対して描画を行う場合、電子銃１から放出され加速された電子ビーム２は、照明レンズ３により均一な電子ビームに整えられ、第１の成形アパーチャ４を通過することで矩形に成形され、投影レンズ５によって第２の成形アパーチャ７に投影される。
【００１１】
このとき、電子ビームの第２の成形アパーチャ７に対する照射位置は、例えばＣＡＤデータに従ったビームパターン形状及びその面積になるように成形偏向器６によって制御される。
【００１２】
例えば、図２４に示すように矩形のアパーチャ４ａを通過した矩形の電子ビームを成形偏向器６により偏向し、菱形・矩形のセルアパーチャ７ａの一辺に照射させると、例えば三角形状の電子ビーム２ａが成形される。
【００１３】
この第２の成形アパーチャ７を通過した電子ビームは、縮小レンズ８及び対物レンズ９によって試料１３面上に縮小投影され、かつこのときの試料１３面上に対する電子ビームの描画位置は、主偏向器１０及び副偏向器１１により制御される。
【００１４】
すなわち、主偏向器１０は、試料１３に対して描画照射領域のストライブ内位置を図示しないＸＹステージの位置を参照しながら制御し、かつ副偏向器１１は、ストライブ内を細かく分割した描画範囲に対してその位置制御を行う。
【００１５】
このように制御された電子ビームパターンを連続的にショットすることで、試料面上にパターンを形成する。又、パターン描画の前には、電子ビームのアライメンと調整を行なっている。
【００１６】
試料１３に電子ビームが照射されると、試料１３からは２次電子や反射電子が発生する。
【００１７】
対物レンズ９の下方に配置された電子検出器１２は、２次電子や反射電子を検出し、その検出信号を出力する。
【００１８】
従って、電子検出器１２から出力される検出信号を処理することで、ＳＥＭ像の検出やビーム調整の制御を行っている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
このような電子ビーム描画装置の電子光学系は、照明レンズ３や投影レンズ５、縮小レンズ８、対物レンズ９などを電磁レンズで構成するとともに、成形偏向器６や主偏向器１０、副偏向器１１などを静電偏向器で構成するとともに、これらレンズや偏向器の総合的な光学系特性、ビーム制御法で構築し、かつ機械的な組み立て精度、コンタミネーションなどの影響を十分考慮した構成を余儀なくされている。
【００２０】
しかるに、電子光学系に電磁レンズを使用し、光学的に設計から求めた偏向器を電磁レンズと重畳或いは近傍に配置させるので、電磁レンズの内径を大きく形成し、この電磁レンズ内部に偏向器を内蔵する複雑な構造を取っている。
【００２１】
又、ビーム解像度を高めるために、電子ビームの加速電圧を高くし、高加速度に加速した電子ビームを例えば試料１３面のレジストに打ち込む方式を取っている。
【００２２】
一方、試料１３面のレジスト下面には各種の多層薄膜が形成されているので、電子ビームは、レジストを透過した後、その一部が多層薄膜で反射し、散乱電子ビームとなって再びレジストを透過して戻る現象が発生したり、電子ビームパターンのショット粗密バラツキ状態により、ビーム照射量の相互干渉が発生する。
【００２３】
このような現象が発生すると、パターン描画されたレジストに散乱電子ビームによるボケ露光、いわゆる近接効果が発生し、描画パターンにぼけが発生するとともに解像度が劣化する。
【００２４】
このため、高い解像度のパターン描画を行うためには、本来のパターン描画制御の他に、近接効果を補正キャンセルする目的で、パターン形状に応じた近接効果補正制御を行うことが余儀なくされている。
【００２５】
これによって電子光学系や制御手段の面でも大掛かりなシステムを必要とし、システムが複雑化し、この複雑化が装置のトラブルを誘発し、結果的にパターン描画の精度が低下するという問題を抱えている。
【００２６】
さらに、精度及びスループットを高める機能を盛り込むに従い、益々巨大化したシステムとなってしまう。
【００２７】
そこで本発明は、パターン描画精度をキープしながらシステムの小型化・単純化が実現できる電子ビーム描画装置を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
請求項１によれば、電子ビームに対して少なくとも成形や偏向し、この後に試料に対して縮小投影する電子光学系を備えた電子ビーム描画装置において、前記電子光学系は、少なくとも前記成形、前記縮小投影を行う静電式の各レンズ、及び前記電子ビームを偏向する静電式の偏向器から構成され、さらに前記電子光学系は、電子ビームを任意の形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャと、前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する静電式照明レンズと、前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式縮小レンズと、この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏向する静電式副偏向器と、前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する２次電子又は反射電子を検出する電子検出器とを備え、さらに前記静電式主偏向器から前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式主偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ主偏向器と、前記静電式副偏向器の前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式副偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ副偏向器とを備え、さらに前記静電式主偏向器と前記静電式プリ主偏向器とは、前記収差を最小に制御するためにそれぞれの制御電圧の連動比を１：１に成立させるために、プリ主偏向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整されている。
【００２９】
請求項２によれば、電子ビームに対して少なくとも成形や偏向し、この後に試料に対して縮小投影する電子光学系を備えた電子ビーム描画装置において、前記電子光学系は、少なくとも前記成形、前記縮小投影を行う静電式の各レンズ、及び前記電子ビームを偏向する静電式の偏向器から構成され、さらに前記電子光学系は、電子ビームを任意の形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャと、前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する静電式照明レンズと、前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式縮小レンズと、この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏向する静電式副偏向器と、前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する２次電子又は反射電子を検出する電子検出器とを備え、さらに前記静電式主偏向器から前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式主偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ主偏向器と、さらに前記静電式副偏向器の前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式副偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ副偏向器とを備え、さらに前記静電式副偏向器と前記静電式プリ副偏向器とは、前記収差を最小に制御するためにそれぞれの制御電圧の連動比を１：１に成立させるために、プリ副偏向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整されている。
【００３０】
請求項３によれば、電子ビームに対して少なくとも成形や偏向し、この後に試料に対して縮小投影する電子光学系を備えた電子ビーム描画装置において、前記電子光学系は、少なくとも前記成形、前記縮小投影を行う静電式の各レンズ、及び前記電子ビームを偏向する静電式の偏向器から構成され、さらに前記電子光学系は、電子ビームを任意の形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャと、前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する静電式照明レンズと、前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式縮小レンズと、この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏向する静電式副偏向器と、前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する２次電子又は反射電子を検出する電子検出器とを備え、さらに前記静電式主偏向器から前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式主偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ主偏向器と、さらに前記静電式副偏向器の前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式副偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ副偏向器とを備え、さらに前記静電式主偏向器に対する前記静電式プリ主偏向器の制御電圧を加算方向に制御し、かつ前記静電式副偏向器に対する前記静電式プリ副偏向器の制御電圧を減算方向に制御する収差補正手段を備えている。
【００３１】
請求項４によれば、電子ビームに対して少なくとも成形や偏向し、この後に試料に対して縮小投影する電子光学系を備えた電子ビーム描画装置において、前記電子光学系は、少なくとも前記成形、前記縮小投影を行う静電式の各レンズ、及び前記電子ビームを偏向する静電式の偏向器から構成され、さらに前記電子光学系は、電子ビームを任意の形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャと、前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する静電式照明レンズと、前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式縮小レンズと、この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏向する静電式副偏向器と、前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する２次電子又は反射電子を検出する電子検出器とを備え、さらに前記電磁式対物レンズの磁気フィールド中に前記静電式主偏向器を配置し、さらに前記電磁式対物レンズを構成するコイルの巻回されたポールピースのギャップの中に、前記静電式主偏向器が配置された構造であり、さらに前記ポールピースの先端部には、非磁性シールドが取り付けられている。
【００６７】
【発明の実施の形態】
(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図２１と同一部分には同一符号を付してある。
【００６８】
図１は電子ビーム描画装置の構成図であり、図２は同装置の断面構造を示す図である。
【００６９】
先ず、全体の配置を説明すると、電子銃１から放出される電子ビーム２の光軸上には、電子光学系の各構成要素として、第１の成形アパーチャ４、静電式照明レンズ２０、第１の静電式成形偏向器２１、第２の成形アパーチャ７、第２の静電式成形偏向器２２、第３のアパーチャ２３、静電式縮小レンズ２４、静電式主偏向対物レンズ２５及び電子検出器１２が配置されている。
【００７０】
このうち静電式主偏向対物レンズ２５は、静電式対物レンズ２６と静電式主偏向器２７とから構成されている。
【００７１】
又、電子ビーム２の光軸において、静電式主偏向対物レンズ２５の上流側には、静電式副偏向器２８、静電式プリ主偏向器２９、静電式プリ副偏向器３０が配置されている。
【００７２】
次に上記電子光学系の各構成要素について説明する。
【００７３】
第１の成形アパーチャ４には、上記同様に例えば図２２に示すように矩形又は円形のセルアパーチャ４ａが形成され、第２の成形アパーチャ７には、例えば図２３に示すように菱形と矩形とを組み合わせたセルアパーチャ７ａなどの各種形状の複数のセルアパーチャ７ｂ、７ｃ、…が形成されている。
【００７４】
静電式照明レンズ２０は、電子銃１から放出された電子ビーム２を均一な電子ビーム（照明ビーム）に整えるもので、第１の照明レンズ２０ａ及び第２の照明レンズ２０ｂを光軸上に配置したものとなっている。
【００７５】
これら第１及び第２の照明レンズ２０ａ、２０ｂは、それぞれ静電式レンズから構成されるもので、図３に示すように負電圧を印加した電極（エレクトロード）２０−１の両側に各電極２０−２、２０−３を配置し、これら電極２０−２、２０−３を共にグラウンド（Ｇ）に落としたアインツェル型のレンズにより構成されている。
【００７６】
このうち第２の照明レンズ２０ｂのクロスオーバは、第３のアパーチャ２３の位置に結像するように構成し、かつ第１及び第２の照明レンズ２０ａ、２０ｂに対する印加電圧を可変制御することで、照明ビームの倍率を任意に選択でき、照明ビームの試料面上での電流密度を制御する構成となっている。
【００７７】
第１の静電式成形偏向器２１は、各偏向器２１ａ、２１ｂから成り、試料１３面上に所望のアパーチャ像を得るために静電式照明レンズ２０により成形された電子ビームを偏向し、第２の成形アパーチャ７に対する照射位置を制御する機能を有している。
【００７８】
第２の静電式成形偏向器２２は、各偏向器２２ａ、２２ｂから成り、第２のアパーチャ成形７を通過して得られたアパーチャ像の電子ビームを元の光軸上に戻す機能を有している。
【００７９】
これら第１及び第２の静電式成形偏向器２１、２２は、図４に示すように８極の電極３１の両側に各電極３２、３３を配置し、これら電極３２、３３を共にグラウンド（Ｇ）に落としたもので、８極の電極３１のそれぞれに各電圧Ｖ1 〜Ｖ8 を独立に印加して、電子ビームを偏向制御するものとなっている。
【００８０】
又、これら第１及び第２の静電式成形偏向器２１、２２は、例えば各偏向器２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂの構成・形状を同一に設計すると、これら４つの電圧連動比を、例えば、＋Ｖi ：−Ｖi ：−Ｖi ：＋ＶI や、−Ｖi ：＋Ｖi ：＋Ｖi ：−ＶI の組み合わせの連動比の電圧で制御でき、共通の制御電圧の極性を違えた形で制御可能で、電気回路形を簡略化できるものである。
【００８１】
さらに、これら第１及び第２の静電式成形偏向器２１、２２には、図２に示すように各シールド電極３４、３５、３６、及び、３７、３８、３９がそれぞれ設けられている。そして、これら第１及び第２の静電式成形偏向器２１、２２が連続かつ隣接して配置されている場合には、相互の電場が偏向制御に影響を及ぼさないようにシールドで遮断された構造となっている。
【００８２】
特に低加速の電子銃１を適用した電子光学系で構成する場合、電子ビーム２のクロスオーバポイントで電子のクーロン反発現象が顕著になるため、電子光学系の長さを極力短く設計することがポイントになるので、本発明装置では、その対策として、図２に示すように隣接するシールド電極３５、３８を共用することで、隣接偏向器の干渉を防ぐ構成とし、光路長を短小化する構造にしている。
【００８３】
静電式縮小レンズ２４は、第１及び第２の静電式成形偏向器２１、２２を通過した電子ビームを縮小するものである。
【００８４】
この静電式縮小レンズ２４の上部には、第３のアパーチャ２３が設置されている。この第３のアパーチャ２３は、第１及び第２の成形アパーチャ４、７等で散乱された不要なビームをカットするために設けられている。
【００８５】
この第３のアパーチャ２３は、静電式縮小レンズ２４に対して近接する位置に設けられているので、図２に示すように静電式縮小レンズ２４に接合した構造となっている。
【００８６】
この場合、静電式縮小レンズ２４の上側シールド電極２４ａの厚さは、下側シールド電極２４ｂの厚さの少なくとも２倍以上の厚さに形成し、これにより内径が異なったシールド電極を連続させることで生じる不連続のビーム軌道が発生しない安定した光学系としている。
【００８７】
主偏向対物レンズ２５は、上記図４に示す静電式成形偏向器と同様に、同一円周上に配置された４倍数の多極に分割された複数の電極と、これら電極を挟んで対向配置された各シールド電極とから構成され、このうち各シールド電極は共にグラウンドに落とされている。
【００８８】
そして、この主偏向対物レンズ２５は、上記の如く１つの構造で静電式対物レンズ２６と静電式主偏向器２７の双方の機能を有して動作する。そしてこれら静電式対物レンズ２６及び静電式主偏向器２７には、電圧制御部４０が接続されている。そして、この電圧制御部４０による静電式対物レンズ２６と静電式主偏向器２７とに対する電圧制御により、これら静電式対物レンズ２６と静電式主偏向器２７とは次のような機能を有する。
【００８９】
静電式対物レンズ２６は、静電式縮小レンズ２４を通過した電子ビームを試料１３上に縮小投影するもので、電極に同じ電圧が印加されることによって電子ビーム２を収束させるものとなる。
【００９０】
静電式主偏向器２７は、静電式対物レンズ２６により試料１３上に縮小投影される電子ビームを試料１３上に偏向して描画するもので、電極にレンズ収束電圧とは別の独立制御電圧が加減演算されて印加され、電子ビームを試料１３の面上の任意の位置に移動させるものとなる。
【００９１】
又、これら静電式対物レンズ２６及び静電式主偏向器２７には、第１の収差補正部４１が接続されている。
【００９２】
この収差補正部４１は、主偏向対物レンズ２５に対しての電子光学系で発生する収差に応じた補正量を複数の電極に加減印加して主偏向系で発生する収差を最小化する制御機能を有している。
【００９３】
上記静電式副偏向器２８は、静電式主偏向器２７の走査領域内で電子ビームを微小偏向する機能を有している。
【００９４】
静電式プリ主偏向器２９は、静電式主偏向器２７に対して電子ビームの上流側に配置され、電子ビーム２を偏向し、試料１３面でビーム偏光制御に応じて発生する各種レンズ収差及び偏向収差を最小に制御する機能を有している。
【００９５】
これら静電式主偏向器２７及び静電式プリ主偏向器２９は、試料１３面のビーム偏向に応じて発生する各種レンズ収差及び偏向収差を最小にする条件を制御連動比１：１の制御電圧条件で成立するようにプリ主偏向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整されている。
【００９６】
さらに、これら静電式主偏向器２７及び静電式プリ主偏向器２９の両端には、隣接した偏向器の影響をなくすためにシールド電極２７ａが設けられている。
【００９７】
このようにプリ主偏向センタエレクトロードの軸方向の長さ又は内径を設け、かつ静電式プリ主偏向器２９、静電式プリ副偏向器３０の両端側にシールド電極を配置することにより、静電式プリ主偏向器２９と静電式主偏向器２７とを同一電圧値の条件で制御できる。
【００９８】
静電式プリ副偏向器３０は、電子ビーム２を偏向し、試料１３面のビーム副偏向に応じて発生する各種レンズ収差及び副偏向収差を最小に制御する機能を有している。
【００９９】
上記静電式副偏向器２８と静電式プリ副偏向器３０とは、制御連動比１：１の制御電圧条件で成立するようにプリ副偏向器センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整されている。
【０１００】
さらに、これら静電式副偏向器２８と静電式プリ副偏向器３０の両端には、隣接した偏向器の影響をなくすために各シールド電極２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂが設けられている。
【０１０１】
このようにプリ副偏向センタエレクトロードの軸方向の長さ又は内径を設け、かつ静電式プリ副偏向器３０、静電式プリ副偏向器３０の両端側にシールド電極を配置することにより、静電式プリ副偏向器３０と静電式副偏向器２８とを同一電圧値の条件で制御できる。
【０１０２】
又、静電式プリ主偏向器２９と静電式プリ副偏向器３０とには、第２の収差補正部４２が接続されている。
【０１０３】
この第２の収差補正部４２は、図５に示すように静電式主偏向器２７に対する静電式プリ主偏向器２９の制御電圧を加算方向に制御し、かつ図６に示すように静電式副偏向器２８に対する静電式プリ副偏向器３０の制御電圧を減算方向に制御し、総合的な収差を最小化する機能を有している。
【０１０４】
ところで、上記静電式プリ副偏向器３０、静電式プリ主偏向器２９、静電式副偏向器２８及び静電式主偏向器２７は、電子ビーム２の進行方向に沿って配置されており、これら隣接する静電式プリ副偏向器３０、静電式プリ主偏向器２９、静電式副偏向器２８及び静電式主偏向器２７の各間には、それぞれ各シールド電極３０ｂ（２９ａ）、２８ａ（２９ｂ）、２８ｂ（２７ａ）が共用するように配置されている。
【０１０５】
このような各シールド電極を用いることにより相互干渉を防ぐことができ、これより電子光学系全体の長さを短小化し、レンズ収差、偏向収差を小さくしている。
【０１０６】
主偏向対物レンズ２５の下方には、上記電子検出器１２が配置されている。そして、この主偏向対物レンズ２５における下側シールド電極４３は、図７に示すように電子検出器１２のシールド電極として共用する構造になっている。この場合、下側シールド電極４３の厚さは、上側シールド電極２８ｂ（２７ａ）の厚さの少なくとも２倍以上に形成されている。
【０１０７】
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
【０１０８】
試料１３は、ＸＹテーブル４４上に載置される。
【０１０９】
電子銃１から放出された電子ビーム２は、矩形又は円形のセルアパーチャを有する第１の成形アパーチャ４に照射され、この第１の成形アパーチャ４を通過する。
【０１１０】
電子式照明レンズ２０は、第１の成形アパーチャ４を通過した電子ビーム２に対し、第２の成形アパーチャ７における目的の１個のセルアパーチャに対して十分大きく、かつ隣接するセルアパーチャに干渉しない大きさのビーム径に拡大する。
【０１１１】
このとき、第２の照明レンズ２０ｂは、電子ビーム２を第３の成形アパーチャ２３の位置に結像する。又、第１及び第２の照明レンズ２０ａ、２０ｂの印加電圧が可変制御されることにより、電子ビーム（ここでは照明ビーム）２の倍率を任意に選択し、電子ビーム２の試料面上の電流密度を制御している。
【０１１２】
第１の静電式成形偏向器２１は、第１の成形アパーチャ４と第２の成形アパーチャ７との各セルアパーチャを組み合わせて所望のアパーチャ像を得るために、静電式照明レンズ２０からの電子ビーム２を偏向し、第２の成形アパーチャ７に形成されている各セルアパーチャのうち目的とするセルアパーチャを選択するように照射位置を制御する。
【０１１３】
第２の静電式成形偏向器２２は、第２のアパーチャ成形７を通過して得られたアパーチャ像の電子ビーム２を元の光軸上に振り戻す。
【０１１４】
静電式縮小レンズ２４は、第１及び第２の静電式成形偏向器２１、２２を通過した電子ビーム２を縮小する。すなわち、第１の静電式成形偏向器２１、第２の成形アパーチャ７及び第２の静電式成形偏向器２２を通過した電子ビーム２は、第２の成形アパーチャ７を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、電子光学系の光軸上に振り戻された状態で電子式縮小レンズ２４を通過する。
【０１１５】
そして、主偏向対物レンズ２５の静電式対物レンズ２６は、静電式縮小レンズ２４を通過した電子ビームを試料１３上に縮小投影し、これと共に静電式主偏向器２７は、静電式対物レンズ２６により試料１３上に縮小投影される電子ビーム２を試料１３上に偏向して描画する。
【０１１６】
このとき静電式主偏向器２７及び静電式副偏向器２８は、描画パターン位置に対するビーム位置を制御する。すなわち、静電式主偏向器２７は、ＸＹテーブル４４上に搭載された試料１３に対し、描画領域の位置をＸＹテーブル４４の位置を参照しながら静電式主偏向器２７の走査領域内で電子ビームを微小偏向し、かつ静電式副偏向器２８は、細かく分割した描画範囲に対して位置制御を行う。
【０１１７】
さらに、静電式プリ主偏向器２９は、電子ビームを偏向し、試料１３面でビーム偏光制御に応じて発生する各種レンズ収差及び偏向収差を最小に制御し、静電式プリ副偏向器３０は、電子ビーム２を偏向し、試料１３面のビーム副偏向に応じて発生する各種レンズ収差及び副偏向収差を最小に制御する。
【０１１８】
又、第１の収差補正部４１は、主偏向対物レンズ２５の複数の電極に同一電圧を印加して電子ビーム２を収束するに対し、電子光学系で発生する収差を主偏向量に応じて予め求めた補正量を複数の電極に加減印加して図５に示すように静電式主偏向器２７に対する静電プリ主偏向器２９の制御電圧を加算方向に制御し、主偏向系で発生する収差を最小化する。
【０１１９】
第２の収差補正部４２は、図６に示すように静電式副偏向器２８に対する静電式プリ副偏向器３０の制御電圧を減算方向に制御し、総合的な収差を最小化する。
【０１２０】
このようにして所望のアパーチャ像に形成された電子ビーム２が試料１３に照射して、パターンを形成する。
【０１２１】
なお、描画するジョブと調整するジョブとは別々に行なわれる。
【０１２２】
電子検出器１２は、試料１３から発生した２次電子や反射電子を検出し、その検出信号を出力する。
【０１２３】
従って、電子検出器１２から出力される検出信号を処理することで、ＳＥＭ像の検出やビーム調整の制御を行っている。
【０１２４】
ここで、電子検出器１２には、比較的高い制御電圧が印加され、さらに球面収差を小さくするために主偏向対物レンズ２５に対して近接して設置されている。これにより、上記の如く主偏向対物レンズ２５における下側シールド電極４３は、図７に示すように電子検出器１２のシールド電極として共用し、かつ下側シールド電極４３の厚さを上側シールド電極２８ｂ（２７ａ）の厚さの少なくとも２倍以上に形成している。
【０１２５】
これは、内径が小さなシールド電極を電子光学系の光軸方向であるＺ方向の厚さを考慮せずに配置すると、図８に示すように電場オフセットフィールドΔｆが発生し、光学特性に狂いを生じるのを防止している。
【０１２６】
このように上記第１の実施の形態においては、電子光学系における各構成要素を静電式レンズや静電式偏向器により構成したので、これら静電式レンズや静電式偏向器に用いるシールド電極を隣接する静電式レンズや静電式偏向器との間で共用できるなどにより、電子光学系全体の長さを短小化でき、非常に小型の電子ビーム描画装置を実現できる。
【０１２７】
又、静電式レンズや静電式偏向器により構成することにより、低加速電子ビーム２を対象にした電子ビーム描画装置に最も適したものとなり、試料１３面での近接効果の影響が無く、複雑な近接効果に対する補正制御が必要なくなる。
【０１２８】
さらに、電子光学系や制御面でも大幅にシステムの簡素化が図ることができ、描画装置でのトラブルが少なくなり、生産現場に充分対応できる。
【０１２９】
これにより、電子ビーム描画装置の最大の弱点とされる高スループット処理についても、描画精度をキープしながら小型、システムの単純化が実現でき、電子光学系を数台配置した並行制御システムを構築することが可能となり、高スループットな電子ビーム描画装置を構築できる。
(2) 次に本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【０１３０】
図９は電子ビーム描画装置の構成図である。
【０１３１】
電子光学系の光軸上には、電磁式対物レンズ５０が設けられている。この電磁式対物レンズ５０は、円柱形状で、その内側に開口部（ギャップ）が形成されたポールピース５１と、このポールピース５１に巻回されたコイル５２とから構成されている。
【０１３２】
この電磁式対物レンズ５０のポールピース５１のギャップ内には、静電式主偏向器５３が内蔵された構造となっている。すなわち、電磁式対物レンズ５０の磁場フィールド内に静電式主偏向器５３が配置されている。
【０１３３】
このように電磁式対物レンズ５０のポールピース５１のギャップ内に静電式主偏向器５３を内蔵したので、電磁式対物レンズ５０によるレンズ機能と、静電式主偏向器５３による電子ビーム２に対する偏向機能とをそれぞれ独立して制御する構成となっている。
【０１３４】
又、ポールピース５１の先端部には、非磁性シールド５４が取り付けられ、静電式主偏向器５３による漏れ電場が他に影響しない構造となっている。
【０１３５】
なお、静電式主偏向器５３への制御配線は、図１０に示すようにポールピース５１に貫通孔５５を設け、この貫通孔５５から配線を引き出して行っている。
【０１３６】
又、ポールピース５１には、補助コイル５６を設け、電磁式対物レンズ５０により発生する磁場を調整するようにしてもよい。
【０１３７】
静電式主偏向器５３は、電磁式対物レンズ５０により試料１３上に縮小投影される電子ビーム２を試料１３上に偏向して描画するもので、電極にレンズ収束電圧とは別の独立制御電圧が加減演算されて印加され、電子ビームを試料１３の面上の任意の位置に移動させるものとなる。
【０１３８】
ここで、上記静電式プリ副偏向器３０、静電式プリ主偏向器２９、静電式副偏向器２８及び静電式主偏向器５３は、電子ビーム２の進行方向に沿って配置されており、これら隣接する静電式プリ主偏向器２９、静電式副偏向器２８及び静電式主偏向器５３の各間には、それぞれ各シールド電極３０ｂ（２９ａ）、２８ａ（２９ｂ）、５４が共用するように配置されている。
【０１３９】
このような各シールド電極を共用する構造により、電子光学系全体の長さを短小化し、レンズ収差、偏向収差を小さくしている。
【０１４０】
次に上記の如く構成された装置の作用について説明する。
【０１４１】
電子銃１から放出された電子ビーム２は、矩形又は円形のセルアパーチャを有する第１の成形アパーチャ４に照射される。
【０１４２】
静電式照明レンズ２０は、第１の成形アパーチャ４を通過した電子ビーム２に対し、第２の成形アパーチャ７における目的の１個のセルアパーチャに対して十分大きく、かつ隣接するセルアパーチャに干渉しない大きさのビーム径に拡大する。
【０１４３】
このとき、第２の照明レンズ２０ｂは、電子ビーム２を第３のアパーチャ２３の位置に結像する。又、第１及び第２の照明レンズ２０ａ、２０ｂの印加電圧が可変制御されることにより、電子ビーム２の倍率を任意に選択するとともに試料面上の電流密度を制御する。
【０１４４】
第１の静電式成形偏向器２１は、第１の成形アパーチャ４と第２の成形アパーチャ７との各セルアパーチャを組み合わせて所望のアパーチャ像を得るために、静電式照明レンズ２０からの電子ビーム２を偏向し、第２の成形アパーチャ７に形成されている各セルアパーチャのうち目的とするセルアパーチャを選択するように照射位置を制御する。
【０１４５】
第２の静電式成形偏向器２２は、第２のアパーチャ成形７を通過して得られたアパーチャ像の電子ビーム２を元の光軸上に振り戻す。
【０１４６】
第１の静電式成形偏向器２１から第２の成形アパーチャ７及び第２の静電式成形偏向器２２を通過した電子ビーム２は、第２の成形アパーチャ７を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、電子光学系の光軸上に振り戻された状態で静電式縮小レンズ２４を通過する。この静電式縮小レンズ２４を通過した電子ビーム２は、縮小される。
【０１４７】
この電磁式対物レンズ５０は、静電式縮小レンズ２４を通過した電子ビームを試料１３上に縮小投影し、これと共に静電式主偏向器５３は、電磁式対物レンズ５０により試料１３上に縮小投影される電子ビーム２を試料１３上に偏向して描画する。
【０１４８】
このとき静電式主偏向器５３は、ＸＹテーブル４４上に搭載された試料１３に対し、描画領域の位置をＸＹテーブル４４の位置を参照しながら静電式主偏向器５３の走査領域内で電子ビームを微小偏向する。
【０１４９】
これと共に、静電式副偏向器２８は、細かく分割した描画範囲に対して位置制御を行う。
【０１５０】
さらに、静電式プリ主偏向器２９は、電子ビームを偏向し、試料１３面でビーム偏光制御に応じて発生する各種レンズ収差及び偏向収差を最小に制御し、静電式プリ副偏向器３０は、電子ビーム２を偏向し、試料１３面のビーム副偏向に応じて発生する各種レンズ収差及び副偏向収差を最小に制御する。
【０１５１】
このようにして所望のアパーチャ像に形成された電子ビーム２を試料１３に照射してパターンを形成する。
【０１５２】
電子検出器１２は、試料１３から発生した２次電子や反射電子を検出し、その検出信号を出力する。この電子検出器１２から出力される検出信号を処理することで、ＳＥＭ像の検出やビーム調整の制御を行っている。
【０１５３】
このように上記第２の実施の形態においては、電子光学系における各構成要素を静電式レンズや静電式偏向器、電磁式対物レンズにより構成したので、上記第１の実施の形態と同様に、これら静電式レンズや静電式偏向器に用いるシールド電極を隣接する静電式レンズや静電式偏向器との間で共用できるなどにより、電子光学系全体の長さを短小化でき、非常に小型の電子ビーム描画装置を実現できる。
【０１５４】
又、電磁式対物レンズ５０のポールピース５１のギャップ内に静電式主偏向器５３を内蔵したので、電磁式対物レンズ５０によるレンズ機能と、静電式主偏向器５３による電子ビーム２に対する偏向機能とをそれぞれ独立して制御できる。
【０１５５】
又、ポールピース５１の先端部に非磁性シールド５４を取り付けたので、静電式主偏向器５３から発生する漏れ電場を吸収することができ、漏れ電場を隣接する偏向器などに影響を与えることがない。
【０１５６】
又、静電式主偏向器５３への配線をポールピース５１に貫通孔５５を設けて引き出すので、複雑な配線を簡素化できる。
【０１５７】
又、静電式レンズや静電式偏向器により構成することにより、低加速電子ビーム２を対象にした電子ビーム描画装置に最も適したものとなり、試料１３面での近接効果の影響が無く、複雑な近接効果に対する補正制御が必要なくなる。
【０１５８】
さらに、電子光学系や制御面でも大幅にシステムの簡素化が図ることができ、描画装置でのトラブルが少なくなり、生産現場に充分対応できる。
【０１５９】
これにより、電子ビーム描画装置の最大の弱点とされる高スループット処理についても、描画精度をキープしながら小型、システムの単純化が実現でき、電子光学系を数台配置した並行制御システムを構築することが可能となり、高スループットな電子ビーム描画装置を構築できる。
【０１６０】
図１１は、本発明に係わる電子ビーム描画装置の第３の実施の形態を示す構成図である。なお、図１１において、上述した図２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１６１】
電子ビーム描画装置では、レンズ及びアパーチャの中心位置に電子ビームの光軸合せを行うための、４組のアライメント機構６０〜９０を備えている。なお、図１１の左側には、光軸合せの一例が示されており、一点鎖線Ｃは中心位置を示している。一方、第２の成形アパーチャ７の代りに、第２の成形アパーチャ１００が配置され、第３の成形アパーチャ２３の代りに第３の成形アパーチャ１０１が配置されている。
【０１６２】
アライメント機構６０は、第1の照明レンズ２０ａと第２の照明レンズ２０ｂの間に設けられている。アライメント機構７０は、第１の静電式成形偏向器２１の外周側に設けられている。アライメント機構８０は、第２の静電式成形偏向器２２の外周側に設けられている。アライメント機構９０は、静電式副偏向器２８，静電式プリ主偏向器２９，静電式プリ副偏向器３０の外周側に設けられている。
【０１６３】
アライメント機構６０は、シフト制御を行うアライメント部６１と、チルト制御を行うアライメント部６２と、これら両アライメント部６１，６２に挟まれた位置に配置された磁性材からなるシールド部材６３とを備えている。また、アライメント部６１，６２はそれぞれサドル型のアライメントコイル６１ａ，６２ａから構成されている。
【０１６４】
アライメント機構７０は、シフト制御を行うアライメント部７１と、チルト制御を行うアライメント部７２とを備えている。なお、シールド電極３４〜３６は、各アライメント部７１，７２間のシールド部材を兼ねた構成となっている。また、アライメント部７１，７２はそれぞれサドル型のアライメントコイル７１ａ，７２ａから構成されている。
【０１６５】
アライメント機構８０は、シフト制御を行うアライメント部８１と、チルト制御を行うアライメント部８２とを備えている。なお、シールド電極３７〜３９は、各アライメント部８１，８２間のシールド部材を兼ねた構成となっている。また、アライメント部８１，８２はそれぞれサドル型のアライメントコイル８１ａ，８２ａから構成されている。
【０１６６】
アライメント機構９０は、シフト制御を行うアライメント部９１と、チルト制御を行うアライメント部９２とを備えている。なお、シールド電極２７ａ，２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂは、各アライメント部９１，９２間のシールド部材を兼ねた構成となっている。また、アライメント部９１，９２はそれぞれサドル型のアライメントコイル９１ａ，９２ａから構成されている。
【０１６７】
第２の成形アパーチャ１００及び第３の成形アパーチャ１０１は、他の部材とは電気的に絶縁して配置されている。これら第２及び第３の成形アパーチャ１００，１０１は、電子ビームが照射されて発生する電流を検出する電流検出機能を有しており、図示しないモニタ等に接続されアパーチャ穴部の像をモニタ像として表示することで、アライメントコイルの調整を行う。
【０１６８】
このように構成された電子ビーム描画装置では、上述した第1の実施の形態における電子ビーム描画装置と同様に電子ビームによる描画を行う。なお、描画を行う前に、各アライメント機構６０〜９０により、シフト制御及びチルト制御を行うことにより、各レンズ２４，２６及び各成形アパーチャ１００，１０１の中心位置に光軸合せを行う。
【０１６９】
図１２の（ａ），（ｂ）は、アライメント機構６０〜９０のうちアライメント機構７０について説明するための図である。すなわち、図１２の（ａ）に示すように電子ビーム２は、アライメント部７１によりシフト制御され、次にアライメント部７２によりチルト制御される。そして、静電式縮小レンズ２４に入射することになる。このときの電子ビーム２に作用する磁束密度曲線は図１２の（ｂ）に示すようなものとなる。すなわち、シールド電極（シールド部材）３５〜３７の位置で磁場がゼロ磁場になるため、アライメント部７１，７２間の干渉がなくなり、独立制御が可能である。
【０１７０】
一方、図１３の（ａ），（ｂ）は比較のための図である。すなわち、図１３の（ａ）に示すように、シールド部材がない場合には、図１３の（ｂ）に示すようにアライメント部７１とアライメント部７２とが相互に干渉し、磁場の加減演算が発生する場合がある。このため、アライメント部７１によるシフト量の制御、アライメント部７２によるチルト量の制御を行うと、互いの制御に影響し、精度よくレンズ２４の中心に入射させることが困難になる。
【０１７１】
また、図１４〜図１７はアライメント機構６０〜９０の各アライメント部におけるアライメントコイルにそれぞれサドル型コイル、トロイダル型コイルを用いた場合を比較して示す図である。なお、図１４及び図１６がサドル型コイル、図１５及び図１７がトロイダル型コイルである。
【０１７２】
サドル型コイルにおいては、図１４の（ａ）に示すようにコア１１０に対して、巻線１１１に図示するような向きに捲回されている。このため、等位磁力線は図１４の（ｂ）及び図１６の（ａ）中Ｍに示すものとなり、電磁力は図１４の（ｂ）中Ｌに示すように発生する。
【０１７３】
このとき、図１６の（ｂ）に示すようにシールド部材１１２が配置されていると、等位磁力線Ｍはシールド部材１１２により遮断され、磁界強度が零となる。
【０１７４】
一方、トロイダル型コイルにおいては、図１５の（ａ）に示すようにコア１１３に対して、巻線１１４が図示するような向きに捲回されている。このため、電磁力は図１５の（ｂ）中Ｑに示すように発生し、等位磁力線は図１５の（ｂ）及び図１７の（ａ）中Ｒに示すようなものとなる。
【０１７５】
このとき、図１７の（ｂ）に示すようにシールド部材１１２が配置されていても、等位磁力線の流れ方の関係で、シールド部材１１２を乗り越えて、等位磁力線が沁み込む現象が発生する。したがって、シールド部材を備えたアライメント部としては、トロイダル型コイルよりもサドル型コイルがより効果的に相互干渉を防止することができる。
【０１７６】
図１８の（ａ）は、第２のアパーチャ１００によるアライメントコイルの調整方法を示す図である。すなわち、第２のアパーチャ１００は、その表面に照射された電子ビーム２を電流信号に置き換えてモニタに表示する。そして、アライメント機構６０、７０を電気処理系により、第２のアパーチャ１００上の所定のアパーチャエリアを電子ビーム２でスキャンする。このとき、アパーチャ穴部１００ａをスキャンすると、アパーチャ穴部１００ａのモニタ像が得られる。スキャンエリアをかえると、アパーチャ穴部１００ａの位置が移動するので、モニタ上の中心にアパーチャ像を移動する。適正な位置にアパーチャ穴部１００ａの像が位置するように調整し、さらにレンズ２０に電圧を加えてもモニタ像のセンタ位置が変化しないようにアライメントコイルを調整することで、アパーチャセンタに対する電子ビーム２の光軸を合わせ込むことができる。
【０１７７】
図１８の（ｂ）は、第３のアパーチャ１０１によるアライメントコイルの調整方法を示す図である。すなわち、第３のアパーチャ１０１は、その表面に照射された電子ビーム２を電流信号に置き換えてモニタに表示する。そして、アライメント機構８０を電気処理系により、第３のアパーチャ１０１上の所定のアパーチャエリアを絞った状態の電子ビーム２でスキャンする。このとき、アパーチャ穴部１０１ａをスキャンすると、アパーチャ穴部１０１ａのモニタ像が得られる。スキャンエリアをかえると、アパーチャ穴部１０１ａの位置が移動するので、モニタ上の中心にアパーチャ像を移動する。適正な位置にアパーチャ穴部１０１ａの像が位置するように、アライメントコイルを調整することで、アパーチャセンタに対する電子ビーム２の光軸を合わせ込むことができる。
【０１７８】
上述したように本第３の実施の形態に係る電子ビーム描画装置によれば、第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置と同様の効果が得られるとともに、隣接するアライメント部の相互干渉を防止することでアライメント機構６０〜９０による電子ビームの光軸合せを容易、かつ、高精度に行うことができる。
【０１７９】
また、第２及び第３の成形アパーチャ１００，１０１を用いることで、アライメント機構６０〜８０の調整を容易に行うことができる。
【０１８０】
さらに、アライメント機構７０〜９０におけるシールド部材は、光学系と独立に設けるのではなく、光学系のシールド極を兼ねて構成しているので、新たにシールド部材としての部品を設ける必要がないので、部品を省略できるとともに、全体を小型化することが可能である。
【０１８１】
図１９は、本発明に係わる電子ビーム描画装置の第４の実施の形態を示す構成図である。なお、図１９において図１１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。本電子ビーム描画装置が上述した第３の実施の形態に係る電子ビーム描画装置と異なる点は、アライメント機構６０〜８０の代りにアライメント機構１１０〜１３０を用いている点にある。これらアライメント機構１１０〜１３０では、各１個のアライメント部１１１，１２１，１３１を設けるようにしている。この場合、被対象レンズや、被対象アパーチャに対して遠ざける位置に配置すれば、小さなアライメントコイル電流で、大きなアライメントパワーが得られ、スペース効率的に有利である。
【０１８２】
図２０は、本発明に係わる電子ビーム描画装置の第５の実施の形態を示す構成図である。なお、図２０において図１１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。本電子ビーム描画装置が上述した第３の実施の形態に係る電子ビーム描画装置と異なる点は、対物レンズ２６の代りに電磁レンズ５０を使用した場合に適用したケースである。
【０１８３】
本実施の形態によれば、第２及び第３の実施の形態に係る電子ビーム描画装置と同様の効果を得ることができる。
【０１８４】
図２１は、本発明に係わる電子ビーム描画装置の第６の実施の形態を示す構成図である。なお、図２１において、上述した図２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１８５】
本第６の実施の形態に係る電子ビーム描画装置と、上述した第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置とで異なる点は、静電式縮小レンズ２４の代りに静電式縮小レンズ１４０が設けられ、静電式対物レンズ２６の代りに静電式対物レンズ１４１が設けられている点にある。
【０１８６】
静電式縮小レンズ１４０は、負の電圧が印加される陰電極（第１の電極）１４０ａと、この陰電極１４０ａの上流側に設けられた上側シールド電極１４０ｂと、陰電極１４０ａの下流側に設けられた下側シールド電極１４０ｃと、この下側シールド電極１４０ｃと陰電極１４０ａとの間に設けられた空間電荷効果低減電極（第２の電極）１４０ｄが設けられている。この空間電荷効果低減電極１４０ｄには、所定の正の電圧が印加されている。
【０１８７】
静電式対物レンズ１４１は、負の電圧が印加される陰電極（第１の電極）１４１ａと、この陰電極１４１ａの上流側に設けられた上側シールド電極１４１ｂと、陰電極１４１ａの下流側に設けられた下側シールド電極１４１ｃと、この下側シールド電極１４１ｃと陰電極１４０ａとの間に設けられた空間電荷効果低減電極（第２の電極）１４１ｄが設けられている。この空間電荷効果低減電極１４１ｄには、所定の正の電圧が印加されている。
【０１８８】
次に空間電荷効果低減電極１４０ｄ，１４１ｄの作用について説明する。静電レンズを使用した光学系では、磁場を利用した電磁レンズとは異なり、電子ビームは静電レンズ内で減速と加速の動作を通してレンズ機能を成立している。電子ビームを使用した光学系では、加速電圧が低下するにつれて空間電荷効果が大きくなり、光学収差が増加し、ビームぼけ量が大きくなる。
【０１８９】
図２２の（ａ），（ｂ）及び図２３の（ａ）〜（ｃ）は、第２の成形アパーチャ７から試料１３面上に投影するまでに発生するビームぼけの原理を模式的に示す図である。すなわち、図２２中の（ｂ）中αは、ビームを示している。このビームαの中には、第２の成形アパーチャ７からある開き角ビームによって発生するビームβ（光学収差）が含まれている。ビームαとビームβとの差分は静電レンズ内における空間電荷効果で発生したビームぼけを示している。
【０１９０】
したがって、試料１３面におけるビームぼけ量を小さくするにはビームぼけβ及び空間電荷効果によるビームぼけをなるべく小さくする必要がある。すなわち、空間電荷効果低減電極１４０ｄ，１４１ｄに陰電極１４０ａ，１４１ａと逆の電圧を印加することで空間電荷効果を低減させることができる。
【０１９１】
図２４は対物レンズ１４１のレンズ効果をレンズポテンシャルＶｅで示したものである。図２４中実線γ１は空間電荷効果電極１４１ｄに電圧を加えない場合、破線γ２は陰電極１４１ａに印加した電圧に対し、正の電圧でその絶対値を０．７倍とした場合、一点鎖線γ３は陰電極１４１ａに印加した電圧に対し、正の電圧でその絶対値を１．２倍とした場合を示している。
【０１９２】
上述したγ２，γ３の場合において図２２の（ｂ）中破線δに示すように、空間電荷効果を低減させることができる。なお、陰電極１４１ａに印加した電圧に対し、正の電圧でその絶対値を０．５〜１倍とした場合がレンズポテンシャルＶｅが正とはならないので最適な範囲となる。また、０．２〜１．２倍の範囲であれば空間電荷効果に対する低減効果を十分に確認することができる。
【０１９３】
上述したように、静電レンズを使用した電子ビーム描画装置において、空間電荷効果低減電極１４０ｄ，１４１ｄを設けることによって、静電レンズ内の減速動作で発生する空間電荷効果を小さく押さえ、ぼけの小さな、解像性に優れた電子ビームを得ることができる。
【０１９４】
なお、空間電荷効果低減電極は、陰電極に対し、電子ビーム２の上流側及び下流側のいずれに設けてもよいが、下流側がより効果的である。また、静電型対物レンズ１４１側のみ設けるようにしてもよい。
【０１９５】
図２５は、本発明に係わる電子ビーム描画装置の第７の実施の形態を示す構成図である。なお、図２５において、上述した図２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１９６】
本第７の実施の形態に係る電子ビーム描画装置では、第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置に加え、制御部１５０を有している。制御部１５０は、描画パターンを決める描画制御部１５１と、この描画制御部１５１からの信号に基づいて第２の成形アパーチャ７上の適正なセルを選択するＣＰ選択制御部１５２と、このＣＰ制御部１５２からの信号に基づいて第１の静電式成形偏向器２１及び第２の静電式成形偏向器２２を制御する成形偏向ＡＭＰ１５３と、この成形偏向ＡＭＰ１５３からの信号に基づいて各セルの位置に対応する照明倍率を格納する照明レンズ励起テーブル１５４と、この照明レンズ励起テーブル１５４で定められた倍率に基づいて静電式照明レンズ２０を制御する励起制御部１５５と、この励起制御部１５５からの信号を増幅し、静電式照明レンズ２０を駆動するレンズ用ＡＭＰ１５６とを備えている。
【０１９７】
図２６及び図２７は、第２の成形アパーチャ７上のセルの位置によって電子ビーム描画装置に発生する電子光学路長の差異が生じ、これにより縮小率の差異が生じる原理を示す説明図である。
【０１９８】
図２６に示すように、描画すべきパターンに応じて第２の成形アパーチャ７上のセルを選択する場合において、電子銃１の中心位置Ｃ上に位置するセル１６０と、中心位置Ｃからτ１だけ離間したセル１６１とでは、中心位置Ｃに戻るまでの電子光学路長が異なる。すなわち、セル１６０の場合はＫ１、セル１６１の場合はＫ２となる。このため、第２の成形アパーチャ７を照明したセル１６１の照明光路κ２は、セル１６０を照明した場合の照明光路κ１で形成されるクロスオーバχに比べてτ２だけ図２７中上方にクロスオーバχ′を形成する。そして、静電式縮小レンズ２４により試料１３上にパターン像が形成されたセルパターン像の縮小率はセル１６０を選択した場合と比べて僅かに大きくなる。
【０１９９】
この変動により試料１３上に形成される微細配線露光におけるパターン線幅では、無視できない大きさとなり、パターン間のつなぎ精度が低下し、歩留まりが低下する虞がある。
【０２００】
図２５に示す電子ビーム描画装置では、上述した第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置における動作に加え、セル１６１の中心位置Ｃからの距離τ１により生ずる照明光路が光学上に生ずるτ２の差異をキャンセルし、縮小率を同一とするために、次のように制御を行う。すなわち、描画制御部１５１から目的とするパターンの描画の指令をＣＰ選択制御部１５２に送る。照明レンズ２０の励起条件を、照明レンズ励起テーブル１５４に基づいて照明倍率を適当な値に変更する。これにより、電子ビーム２は、図２８に示すように補正された補正光路κ３を通って第２の成形アパーチャ７に到達することになる。セル１６１により成形された電子ビーム２は、セル１６０の場合の光路と同一の光路を通過し、試料１３上にパターン像を結像する。
【０２０１】
このように、本第７の実施の形態に係る電子ビーム描画装置においては、上述した第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置と同様の効果が得られるとともに、セルの位置が中心位置Ｃから離れている場合であっても、投影レンズ（静電式縮小レンズ２４及び静電式対物レンズ２５）の動作条件を変更することなく、同一の縮小率でセルのパターン像を試料１３面上に結像させることができる。また、照明レンズ２０の照明倍率の変更はセルの随意選択に追従して高速に行うことができるので、描画を高速に行うことができる。
【０２０２】
図２９は本発明の第８の実施の形態に係る電子ビーム描画装置を示す構成図である。なお、図２９において、上述した図２５と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０２０３】
本第８の実施の形態に係る電子ビーム描画装置では、第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置に加え、制御部１７０を有している。制御部１７０は、描画パターンを決める描画制御部１７１と、この描画制御部１７１からの信号に基づいて成形アパーチャ７上の適正なセルを選択するＣＰ選択制御部１７２と、このＣＰ制御部１７２からの信号に基づいて第１の静電式成形偏向器２１及び第２の静電式成形偏向器２２を制御する成形偏向ＡＭＰ１７３と、ＣＰ制御部１７２からの信号に基づいて静電式縮小レンズ２４の縮小倍率を制御するＲＬレンズ励起テーブル１７４と、このＲＬレンズ励起テーブル１７４で定められた倍率に基づいて静電式縮小レンズ２４を制御する励起制御部１７５と、この励起制御部１７５からの信号を増幅し、静電式縮小レンズ２４を駆動するＲＬレンズ用ＡＭＰ１７６とを備えている。
【０２０４】
図２９に示す電子ビーム描画装置では、セル１６１の中心位置Ｃからの距離τ１により生ずる照明光路が光学上に生ずるτ２の差異をキャンセルし、縮小率を同一とするために、次のように制御を行う。すなわち、描画制御部１７１から目的とするパターンの描画の指令をＣＰ選択制御部１７２に送り、セルを選択する。このＣＰ選択制御部１７２により所望のセルに電子ビーム２が照射されるように成形偏向ＡＭＰ１７３を介して静電式成形偏向器２１，２２を制御する。なお、セルは予め縮小率に応じて大きさを調整して形成されている。
【０２０５】
一方、ＲＬレンズ励起テーブル１７４において、選択されたセルに対応するような静電式縮小レンズ２４の縮小率を設定する。この縮小率に応じて励起制御部１７５で静電式縮小レンズ２４で制御を行いＲＬレンズ用ＡＭＰ１７６を介して静電式縮小レンズ２４を駆動する。
【０２０６】
これにより、電子ビーム２は補正された補正照明光学路κ４を通って試料１３上にパターン像を結像する。
【０２０７】
このように、本第８の実施の形態に係る電子ビーム描画装置においては、上述した第１の実施の形態に係る電子ビーム描画装置と同様の効果が得られるとともに、セルの位置が中心位置Ｃから離れた場合であっても、静電式照明レンズ２０の動作条件を変更することなく、適正な大きさでセルのパターン像を試料１３面上に結像させることができる。また、静電式縮小レンズ２４による縮小率の変更はセルの随意選択に追従して高速に行うことができるので、描画を高速に行うことができる。
【０２０８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【０２０９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、パターン描画精度を維持しながらシステムの小型化・単純化が実現できる電子ビーム描画方法及びその装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】同装置の外観構造を示す図。
【図３】同装置における静電式レンズの構成図。
【図４】同装置における静電式成形偏向器の構成図。
【図５】静電式主偏向器に対する静電式プリ主偏向器の制御電圧の加算方向を示す図。
【図６】静電式副偏向器に対する静電式プリ副偏向器の制御電圧の減算方向を示す図。
【図７】主偏向対物レンズの下側シールド電極と電子検出器のシールド電極との共用構造を示す図。
【図８】主偏向対物レンズの下側シールド電極を電子検出器のシールド電極として共用したときの作用を説明するための図。
【図９】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第２の実施の形態を示す構成図。
【図１０】電磁式対物レンズに内蔵の静電式主偏向器への制御配線を示す図。
【図１１】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第３の実施の形態を示す構成図。
【図１２】同装置におけるシールド部材の機能を示す説明図。
【図１３】シールド部材がないアライメント部を示す説明図。
【図１４】同装置に組込まれたサドル型コイルを示す説明図。
【図１５】トロイダル型コイルを示す説明図。
【図１６】サドル型のアライメントコイルにおけるシールドの機能を示す説明図。
【図１７】トロイダル型のアライメントコイルにおけるシールドの機能を示す説明図。
【図１８】同装置における光軸合せ機能を示す説明図。
【図１９】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第４の実施の形態を示す構成図。
【図２０】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第５の実施の形態を示す構成図。
【図２１】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第６の実施の形態を示す構成図。
【図２２】電子ビームのぼけの作用について示す説明図。
【図２３】電子ビーム描画装置に組込まれた空間電荷効果低減電極の機能を示す説明図。
【図２４】同空間電荷効果低減電極による修正の効果を示す説明図。
【図２５】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第７の実施の形態を示す構成図。
【図２６】同電子ビーム描画装置に組込まれた成形アパーチャのセルの位置の違いに基づく光路の違いを示す説明図。
【図２７】同光路の違いに基づく描画の変動を示す説明図。
【図２８】同光路の違いに基づく描画の変動を修正する原理を示す説明図。
【図２９】本発明に係わる電子ビーム描画装置の第８の実施の形態を示す構成図。
【図３０】同電子ビーム描画装置の描画の変動を修正する原理を示す説明図。
【図３１】従来の電子ビーム描画装置の構成図。
【図３２】矩形に形成された第１の成形アパーチャの構成図。
【図３３】菱形・矩形に形成された第２の成形アパーチャの構成図。
【図３４】第１及び第２の成形アパーチャによる電子ビームの成形作用を示す模式図。
【符号の説明】
１…電子銃、
４…第１の成形アパーチャ、
７…第２の成形アパーチャ、
１２…電子検出器、
２０…静電式照明レンズ、
２１…第１の静電式成形偏向器、
２２…第２の静電式成形偏向器、
２３…第３の成形アパーチャ、
２４…静電式縮小レンズ、
２５…静電式主偏向対物レンズ、
２７…静電式対物レンズ、
２７…静電式主偏向器、
２８…静電式副偏向器、
２９…静電式プリ主偏向器、
３０…静電式プリ副偏向器、
４０…電圧制御部、
４１…第１の収差補正部、
４２…第２の収差補正部、
５０…電磁式対物レンズ、
５１…ポールピース、
５２…コイル、
５３…静電式主偏向器、
５４…非磁性シールド
６０，７０，８０，９０，１２０，１３０…アライメント機構

Claims (4)

1. 電子ビームに対して少なくとも成形や偏向し、この後に試料に対して縮小投影する電子光学系を備えた電子ビーム描画装置において、
   前記電子光学系は、少なくとも前記成形、前記縮小投影を行う静電式の各レンズ、及び前記電子ビームを偏向する静電式の偏向器から構成され、
   さらに前記電子光学系は、電子ビームを任意の形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャと、
   前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する静電式照明レンズと、
   前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、
   これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式縮小レンズと、
   この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、
   前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏向する静電式副偏向器と、
   前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する２次電子又は反射電子を検出する電子検出器とを備え、
   さらに前記静電式主偏向器から前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式主偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ主偏向器と、
   前記静電式副偏向器の前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式副偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ副偏向器とを備え、
   さらに前記静電式主偏向器と前記静電式プリ主偏向器とは、前記収差を最小に制御するためにそれぞれの制御電圧の連動比を１：１に成立させるために、プリ主偏向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整されたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 電子ビームに対して少なくとも成形や偏向し、この後に試料に対して縮小投影する電子光学系を備えた電子ビーム描画装置において、
   前記電子光学系は、少なくとも前記成形、前記縮小投影を行う静電式の各レンズ、及び前記電子ビームを偏向する静電式の偏向器から構成され、
   さらに前記電子光学系は、電子ビームを任意の形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャと、
   前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する静電式照明レンズと、
   前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、
   これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式縮小レンズと、
   この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、
   前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏向する静電式副偏向器と、
   前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する２次電子又は反射電子を検出する電子検出器とを備え、
   さらに前記静電式主偏向器から前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式主偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ主偏向器と、
   さらに前記静電式副偏向器の前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式副偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ副偏向器とを備え、
   さらに前記静電式副偏向器と前記静電式プリ副偏向器とは、前記収差を最小に制御するためにそれぞれの制御電圧の連動比を１：１に成立させるために、プリ副偏向センタエレクトロードの軸方向長さ又は内径が調整されたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
3. 電子ビームに対して少なくとも成形や偏向し、この後に試料に対して縮小投影する電子光学系を備えた電子ビーム描画装置において、
   前記電子光学系は、少なくとも前記成形、前記縮小投影を行う静電式の各レンズ、及び前記電子ビームを偏向する静電式の偏向器から構成され、
   さらに前記電子光学系は、電子ビームを任意の形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャと、
   前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する静電式照明レンズと、
   前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、
   これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式縮小レンズと、
   この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、
   前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏向する静電式副偏向器と、
   前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する２次電子又は反射電子を検出する電子検出器とを備え、
   さらに前記静電式主偏向器から前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式主偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ主偏向器と、
   さらに前記静電式副偏向器の前記電子ビームの上流側に配置され、前記電子ビームを偏向して前記静電式副偏向器に対して収差を最小に制御する静電式プリ副偏向器とを備え、
   さらに前記静電式主偏向器に対する前記静電式プリ主偏向器の制御電圧を加算方向に制御し、かつ前記静電式副偏向器に対する前記静電式プリ副偏向器の制御電圧を減算方向に制御する収差補正手段を備えたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
4. 電子ビームに対して少なくとも成形や偏向し、この後に試料に対して縮小投影する電子光学系を備えた電子ビーム描画装置において、
   前記電子光学系は、少なくとも前記成形、前記縮小投影を行う静電式の各レンズ、及び前記電子ビームを偏向する静電式の偏向器から構成され、
   さらに前記電子光学系は、電子ビームを任意の形状に調整するためにそれぞれ所定の位置に配置された複数のアパーチャと、
   前記電子ビームを照明用ビームの電子ビームに調整する静電式照明レンズと、
   前記複数のアパーチャの各パターンの組み合わせから成るアパーチャ像を得るために前記静電式照明レンズにより調整された前記電子ビームを偏向して前記アパーチャに対する照射位置を制御し、かつ前記アパーチャを通過して得られたパターン像の電子ビームを元の光軸上に戻す少なくとも２つの静電式成形偏向器と、
   これら静電式成形偏向器を通過した前記電子ビームを縮小する静電式縮小レンズと、
   この静電式縮小レンズを通過した前記電子ビームを前記試料上に縮小投影する静電式又は電磁式の対物レンズ、及びこの対物レンズにより前記試料上に縮小投影される前記電子ビームを前記試料上に偏向して描画する静電式主偏向器から成る主偏向対物レンズと、
   前記静電式主偏向器の走査領域内で前記電子ビームを偏向する静電式副偏向器と、
   前記試料に前記電子ビームが照射されたときに発生する２次電子又は反射電子を検出する電子検出器とを備え、
   さらに前記電磁式対物レンズの磁気フィールド中に前記静電式主偏向器を配置し、
   さらに前記電磁式対物レンズを構成するコイルの巻回されたポールピースのギャップの 中に、前記静電式主偏向器が配置された構造であり、
   さらに前記ポールピースの先端部には、非磁性シールドが取り付けられたことを特徴とする電子ビーム描画装置。

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