JP4322823B2

JP4322823B2 - 電子ビーム描画装置

Info

Publication number: JP4322823B2
Application number: JP2005030787A
Authority: JP
Inventors: 宗博小笠原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2025-02-07
Also published as: JP2006216905A; US20060192148A1; US7326943B2

Description

本発明は、電子ビーム描画装置に関する。

電子ビームを用いて半導体基板に微細なパターンを形成する技術は微細な半導体構造の形成や光リソグラフィー用マスクのパターン描画に広く使用されている。

一般に、従来の電子ビーム描画装置においては、電子源より放出された電子ビームがコンデンサレンズで絞られて、第１成形アパーチャに照射される。この第１成形アパーチャを通過した電子ビームは矩形断面をもつ。第１成形アパーチャの下流側には第２成形アパーチャが設けられていて、両アパーチャの間に投影レンズと成形偏向器が設けられている。投影レンズは第１成形アパーチャの像を第２成形アパーチャ上に結像するように励磁される。

ここで、成形偏向器は第１成形アパーチャの、第２成形アパーチャ上の像の位置を変えるためのものである。第１成形アパーチャの像と、第２成形アパーチャとの重なりを調整することで、第２アパーチャを透過した電子ビームの断面を任意の大きさの矩形あるいは直角三角形に成形する。

第２成形アパーチャの下流側には対物レンズと対物偏向器とが設けられており、パターンを描画すべき試料はその下流に置かれる。対物レンズは第２成形アパーチャの縮小像を試料表面に結像する。対物偏向器は試料上の結像位置を変更する。ここで、コンデンサレンズと第１成形アパーチャとの間にはブランキング偏向器とブランキングアパーチャが設けられている。ブランキング偏向器に電場を印加して電子ビームがブランキングアパーチャで遮断されるようにすることで電子ビームを試料に照射したりしなかったりの制御を行う。

ところで、電子ビームが空間中を伝播すると、電子同士の相互作用により、電子の散乱が起こる。これにより、電子ビームのエネルギー分布が広がることが知られている。この広がりはビーム電流の増加とともに大きくなり、レンズでの色収差の増大を招く。電子銃から放出されるビーム電流は例えば約１００μＡ、第１成形アパーチャを透過したビーム電流は３μＡ程度である。したがって、色収差の増大を防止するためには、ビーム電流の大きな部分、すなわち電子銃から第１成形アパーチャまでの距離を短くすることが望ましい。しかしながら、第１成形アパーチャの上流側にブランキング偏向器を設ける場合には距離の短縮化に限界がある。

一方、特許文献１には、ブランキング偏向器を第１成形アパーチャと第２成形アパーチャとの間に設置した例が示されているが、この例では、ブランキング動作時に第１成形アパーチャの第２成形アパーチャ上の像が移動するため、試料面上の電流分布が変化するという問題がある。
特開平８−３１６１２８号公報

従来の電子ビーム描画装置においては、ブランキング偏向器を第１成形アパーチャよりも上流側に設けると、必然的に鏡筒内の大電流ビームが流れる部分を長くする必要があり、レンズでの色収差が増大するという問題があった。また、ブランキング偏向器を第１成形アパーチャよりも下流側に設けると、ブランキング動作時に試料面上の電流分布が変化するという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、レンズでの色収差が増大するのを防止することが可能であるとともに、ブランキング動作時に試料面上の電流分布が変化しない電子ビーム描画装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による電子ビーム描画装置は、電子ビームを発生する電子源と、前記電子源からの電子ビームの断面形状を成形する第１成形アパーチャと、前記第１成形アパーチャを通った電子ビームの断面形状を成形する第２成形アパーチャと、前記第１成形アパーチャの像を前記第２成形アパーチャ上に結像する投影レンズと、前記第１および第２成形アパーチャの間に設けられた偏向器と、前記第２成形アパーチャの像を前記第２成形アパーチャの下流側に設けられた試料の面に結像する対物レンズと、前記第２成形アパーチャと前記対物レンズとの間に設けられたビームブランキング用アパーチャと、を備え、前記第１および第２成形アパーチャの間に第１クロスオーバ像が形成され、前記ビームブランキング用アパーチャが設けられた近傍に第２クロスオーバ像が形成され、前記第１成形アパーチャと前記第２成形アパーチャとの間に設けられた偏向器は少なくとも２組からなっており、ブランキング動作時に前記電子ビームを偏向させることにより、前記第１成形アパーチャの前記第２成形アパーチャ上の像を移動させず、かつ前記ブランキングアパーチャ上のビーム位置を移動させるように構成されていることを特徴とする。

なお、前記投影レンズは第１成形アパーチャ側に設けられた第１のレンズと、第２成形アパーチャ側に設けられた第２のレンズとを備え、前記第２のレンズは、上流側から下流側に向かう磁界構造は前記第１のレンズの下流側から上流側に向かう磁界構造と同じであってもよい。

なお、偏向中心と第１クロスオーバ像の位置とが略一致する他の偏向器を更に備えていてもよい。

なお、前記少なくとも２組の偏向器は第１クロスオーバ像が不動となるように成形偏向を行う機能を備えていてもよい。

なお、前記電子源からの電子ビームを絞って前記第１成形アパーチャに照射させ前記第１成形アパーチャと前記第２成形アパーチャとの間に前記第１クロスオーバ像を形成するコンデンサレンズとを備えていてもよい。

なお、前記投影レンズは一組であって、前記２組の偏向器の間に設けられていてもよい。

本発明によれば、レンズでの色収差が増大するのを防止することができるとともに、ブランキング動作時に試料面上の電流分布が変化しない電子ビーム描画装置を得ることができる。

以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電子ビーム描画装置の構成を図１に示す。この実施形態の電子ビーム描画装置は、電子源２と、第１成形アパーチャ４と、投影レンズ６_１、６_２と、ブランキング偏向器７_１、７_２と、成形偏向器８と、第２成形アパーチャ１０と、ブランキングアパーチャ１２と、縮小レンズ１４と、対物レンズ１６と、対物偏向器１８と、試料１００が載置され水平方向（紙面に垂直な方向）に移動可能なステージ３０とを備えている。

電子源２より放出されたエネルギー５０ｋＶの電子ビーム５０は第１成形アパーチャ４に照射される。第１成形アパーチャ４としては、例えば厚さ２０μｍのシリコン薄板に開口を設けて表面に金をコートしたものを用いる。第１成形アパーチャ４を透過した電子ビーム５０は断面が矩形に成形される。第１成形アパーチャ４と第２成形アパーチャ１０との間隔は例えば３００ｍｍで、その間には５０ｍｍ及び２５０ｍｍ下流側に２段の投影レンズ６_１、６_２が設けられている。上流側の投影レンズ６_１と下流側の投影レンズ６_２は構造が上下対称で逆向きに約７３０アンペアターン励磁されており、第１成形アパーチャ４の像を無回転で第２成形アパーチャ１０上に等倍に結像する。第２成形アパーチャ１０上の第１成形アパーチャ像を成形偏向器８によって移動させることにより、第１成形アパーチャ４の像と第２成形アパーチャ１０との重なりを調整して第２成形アパーチャ１０を透過した電子ビーム５０の寸法を変更することができる。ここで、上流側の投影レンズ６_１によるクロスオーバの結像位置９を成形偏向器８の偏向中心と一致させておく。本実施形態においては、クロスオーバの結像位置９は第１成形アパーチャ４と第２成形アパーチャ１０の中間位置である。

一方、成形偏向器８の上流側及び下流側には２組のブランキング偏向器７_１、７_２が設けられている。この２組のブランキング偏向器７_１、７_２によって、図中の破線に示す電子ビームの軌道５２のように、ブランキング時にクロスオーバの結像位置９は移動する。しかし、第１成形アパーチャ４の像の、第２成形アパーチャ１０上の位置の変化が生じないようにしておくと、ブランキング時の試料１００上のビーム電流分布の変化を抑制できる。ブランキング偏向器７_１、７_２による偏向は、投影レンズ６_１、６_２による偏向も考慮して決められる。上下２段のブランキング偏向器７_１、７_２は、長さ３０ｍｍ、電極間６ｍｍの構造とし、それぞれの偏向による第１成形アパーチャ４の像の、第２成形アパーチャ１０の位置での移動を打ち消すように、偏向位相、偏向強度を調整する。例えば上下対称な位置に同一構造の偏向器７_１、７_２を位相角を１８０度変えて設置することで条件を満たすことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１成形アパーチャ４の上流側にブランキング偏向器が設けられていないため、大電流領域の短縮化が可能となりレンズでの色収差の増大を防止することができる。また、２組のブランキング偏向器を設けてそれぞれの偏向による第１成形アパーチャの像の、第２成形アパーチャの位置での移動を打ち消すように、偏向位相、偏向強度が調整されているため、ブランキング動作時に試料面上の電流分布の変動を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による電子ビーム描画装置の構成を図２に示す。この実施形態による電子ビーム描画装置は、電子源２と、コンデンサレンズ３と、第１成形アパーチャ４と、投影レンズ６と、ブランキング偏向器７_１、７_２と、成形偏向器８と、第２成形アパーチャ１０と、ブランキングアパーチャ１２と、縮小レンズ１４と、対物レンズ１６と、対物偏向器１８と、試料１００が載置され水平方向（紙面に垂直な方向）に移動可能なステージ３０とを備えている。

この実施形態では、投影レンズ６は１段であり、２組のブランキング偏向器７_１、７_２が成形偏向器８の下流側に設けられている。

第１成形アパーチャ４と第２成形アパーチャ１０との間隔を３００ｍｍ、投影レンズ６を第１成形アパーチャから２００ｍｍ下流側に設けてある。クロスオーバ９は第１成形アパーチャ４の下流１００ｍｍの位置にある。ブランキング偏向器７_１、７_２はそれぞれの電極の中心位置を第１成形アパーチャ４の下流側１５０ｍｍ及び２５０ｍｍの位置に配置する。投影レンズ６の倍率が１／２、第１成形アパーチャ４と上流側のブランキング偏向器７_１との距離と、第２成形アパーチャ１０と下流側のブランキング偏向器７_２との距離の比が３：１であるので、上流側のブランキング偏向器７_１の偏向感度を下流側のブランキング偏向器７_２の偏向感度の２／３にし、投影レンズ６による像の回転の影響を取り込むため、位相を１８０度ではなく、約２０８．７度ずらしておく。なお、このずらし角度は投影レンズ６の励磁によって決まる値であり、本実施形態においては、投影レンズ６の励磁が６３１アンペアターンのときの値である。

本実施形態も、第１実施形態と同様に、第１成形アパーチャの上流側にブランキング偏向器が設けられていないため、大電流領域の短縮化が可能となりレンズでの色収差の増大を防止することができる。また、２組のブランキング偏向器を設けてそれぞれの偏向による第１成形アパーチャの像の、第２成形アパーチャの位置での移動を打ち消すように、偏向位相、偏向強度が調整されているため、ブランキング動作時に試料面上の電流分布の変動を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による電子ビーム描画装置の構成を図３に示す。この実施形態の電子ビーム描画装置は、図１に示す第１実施形態の電子ビーム描画装置において、成形偏向器８を削除し、成形偏向器８の機能をブランキング偏向器７_１、７_２が兼ねた構成となっている。

２組のブランキング偏向器７_１、７_２は上下対称な位置に同一な構造としておき、成形偏向を行う場合はクロスオーバ像が不動となる様に上下同じ位相に偏向し、ブランキングを行う場合は第１成形アパーチャ４の第２成形アパーチャ１０上の像の位置が移動しない様に上下位相を１８０度ずらせて偏向する。このように構成することで、必要とされる偏向器の段数を減らすことが可能であり、構造を単純にできる。
なお、第３の実施形態も第１実施形態と同様に、第１成形アパーチャの上流側にブランキング偏向器が設けられていないため、大電流領域の短縮化が可能となりレンズでの色収差の増大を防止することができる。また、２組のブランキング偏向器を設けてそれぞれの偏向による第１成形アパーチャの像の、第２成形アパーチャの位置での移動を打ち消すように、偏向位相、偏向強度が調整されているため、ブランキング動作時に試料面上の電流分布の変動を抑制することができる。

本発明は上記第１乃至第３実施形態に限られたものではなく、２枚の成形アパーチャの間に設けられたブランキング偏向器により、第１成形アパーチャの第２成形アパーチャ上の像の位置の移動が小さいように電子ビームを偏向してブランキングを行うようにさえ構成されていれば、上記第１乃至第３の実施形態以外の構成も可能である。２段でなく、３段以上の偏向器を組み合わせたものでも良い。また、一旦、第２成形アパーチャ上の第１成形アパーチャ像が動かないようにブランキング偏向器を働かせた後で、更に成形偏向器を働かせて第２成形アパーチャの開口を電子ビームが通らないように偏向してブランキング効率を高めることもできる。

本発明の第１実施形態による電子ビーム描画装置の構成を示す模式図。本発明の第２実施形態による電子ビーム描画装置の構成を示す模式図。本発明の第３実施形態による電子ビーム描画装置の構成を示す模式図。

符号の説明

２電子源
３コンデンサレンズ
４第１成形アパーチャ
６、６_１、６_２投影レンズ
７_１、７_２ブランキング偏向器
８成形偏向器
９クロスオーバ位置
１０第２成形アパーチャ
１２ブランキングアパーチャ
１４縮小レンズ
１６対物レンズ
１８対物偏向器
３０ステージ
１００試料

Claims

電子ビームを発生する電子源と、前記電子源からの電子ビームの断面形状を成形する第１成形アパーチャと、前記第１成形アパーチャを通った電子ビームの断面形状を成形する第２成形アパーチャと、前記第１成形アパーチャの像を前記第２成形アパーチャ上に結像する投影レンズと、前記第１および第２成形アパーチャの間に設けられたブランキング偏向器と、前記第２成形アパーチャの像を前記第２成形アパーチャの下流側に設けられた試料の面に結像する対物レンズと、前記第２成形アパーチャと前記対物レンズとの間に設けられたビームブランキング用アパーチャと、を備え、
前記第１および第２成形アパーチャの間に第１クロスオーバ像が形成され、前記ビームブランキング用アパーチャが設けられた近傍に第２クロスオーバ像が形成され、前記第１成形アパーチャと前記第２成形アパーチャとの間に設けられたブランキング偏向器は少なくとも２組からなっており、ブランキング動作時に、前記２組のブランキング偏向器の偏向位相および偏向強度を調整して前記電子ビームを偏向させることにより、前記第１成形アパーチャの前記第２成形アパーチャ上の像を移動させず、かつ前記ブランキングアパーチャ上のビーム位置を移動させることを特徴とする電子ビーム描画装置。
前記投影レンズは第１成形アパーチャ側に設けられた第１のレンズと、第２成形アパーチャ側に設けられた第２のレンズとを備え、前記第２のレンズは、上流側から下流側に向かう磁界構造は前記第１のレンズの下流側から上流側に向かう磁界構造と同じであることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
偏向中心と第１クロスオーバ像の位置とが略一致する他の偏向器を更に備えていることを特徴とする請求項１または２記載の電子ビーム描画装置。
前記少なくとも２組のブランキング偏向器は第１クロスオーバ像が成形動作時に不動となるように成形偏向を行う機能を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の電子ビーム描画装置。
前記電子源からの電子ビームを絞って前記第１成形アパーチャに照射させ前記第１成形アパーチャと前記第２成形アパーチャとの間に前記第１クロスオーバ像を形成するコンデンサレンズとを備えていることを特徴とする請求項４記載の電子ビーム描画装置。
前記投影レンズは一組であって、前記２組のブランキング偏向器の間に設けられていることを特徴とする請求項１または３記載の電子ビーム描画装置。