JP5528753B2

JP5528753B2 - 電子ビーム露光装置

Info

Publication number: JP5528753B2
Application number: JP2009219916A
Authority: JP
Inventors: 仁田中; 義久大饗
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: JP2011071248A

Description

本発明は、電子ビーム露光装置に関し、特に、焦点補正に起因する収差及び照射位置ずれを補正可能な電子ビーム露光装置に関する。

近年、電子ビーム露光装置において、スループットの向上を図るために、マスクに可変矩形開口又は複数のマスクパターンを用意し、ビーム偏向によりそれらを選択して試料に転写露光することが行われている。

このような露光装置として、部分一括露光をする電子ビーム露光装置がある。部分一括露光では、マスク上に配置した複数個のパターンからビーム偏向により選択した一つのパターン領域にビームを照射し、ビーム断面をパターンの形状に成形する。さらにマスクを通過したビームを後段の偏向器で偏向振り戻し、電子光学系で決まる一定の縮小率で縮小し、試料上に転写する。

部分一括露光において、予め使用頻度の高いパターンをマスク上に用意すれば、可変矩形開口だけの場合より、必要な露光ショット数が大幅に減少し、スループットが向上する。

一方、可変矩形開口や部分一括パターンを用いて電子ビーム露光をすると、電子ビームのビームサイズがショット毎に異なり、電子ビームの焦点がずれてビームがぼける現象が発生する。例えば小さいビームサイズで試料表面に焦点を合わせた場合、大きなビームサイズで露光をすると、電子ビームの全電流が大きくなり、焦点距離が伸び、試料表面にはビームぼけが発生する。

このような電子ビームの焦点のずれを防止するために、ショット毎にリフォーカスコイルに流す電流を可変矩形開口の面積から算出して補正する方法が検討されている。特許文献１には、矩形ビームのサイズに同期して収束コイルを制御する方法が記載されている。

また、特許文献２には、電子ビームのリフォーカスを行う際に、ビーム軸の位置ずれを測定して補正をする方法が記載されている。

また、特許文献３には、四重極静電レンズを用いてフォーカスを補正する装置が記載されている。

特開昭５６−９４７４０号公報特開昭５８−１２１６２５号公報特開２００８−９１８２７号公報

上記したように、可変矩形開口や部分一括パターンを用いた場合に、ショット毎に電子ビームの焦点を移動させるようにすることで、ビーム焦点のずれを防止することが可能である。

例えば、四重極静電レンズを設置した場合、整形したビームの断面積に応じた電圧を四重極静電レンズを構成する各電極に印加することにより、ビームの焦点を調整している。ビームサイズが大きい場合は、ビームの断面積に比例して、より大きな電圧を印加して電子ビームの収束作用を強くし、焦点を合わせるようにしている。

しかし、静電電極の形状や配置には機械加工や組み立て精度に限界があるため、必ずしも誤差のない理想的な電極を構成することはできない。そのため、理想的な構成において算出された電圧を四重極静電レンズの各電極に印加した場合であっても、配置誤差のずれを起因とした照射位置ずれや、非点収差が残ってしまい、露光精度が悪化してしまうことになる。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、リフォーカス用の静電レンズの電極の配置誤差に起因する収差及び照射位置ずれを補正可能な電子ビーム露光装置を提供することを目的とする。

上記した課題は、電子ビームを放射する電子銃と、前記電子ビームを整形するための開口を有する整形手段と、前記電子ビームを試料面上へ結像させる投影レンズと、前記投影レンズの上方に設置され、電子ビームの焦点を補正する静電多重極電極を光軸方向に所定の間隔で複数段重ねたリフォーカスレンズと、前記リフォーカスレンズの各電極に対して光軸の回りに回転させて配置した静電多重極電極からなる寄生収差補正用レンズと、前記整形手段により整形された前記電子ビームの断面の面積に応じた電圧を、前記リフォーカスレンズを構成する電極及び前記寄生収差補正用レンズを構成する静電多重極電極に印加する制御手段と、を備え、前記寄生収差補正用レンズを構成する多重極電極は、前記リフォーカスレンズを構成する電極の上方又は下方のいずれかに配置されるとともに、前記リフォーカスレンズを構成する電極に対し、隣接する２つの当該電極間の角度の１／２だけ光軸の周りに回転させた位置に配置され、前記制御手段は、前記リフォーカスレンズを構成する多重極電極を使用したときに発生する非点収差をゼロにする量の電圧を、前記寄生収差補正用レンズを構成する静電多重極電極に印加する電子ビーム露光装置により解決する。

この形態に係る電子ビーム露光装置において、前記寄生収差補正用レンズを構成する多重極電極は、前記リフォーカスレンズを構成する電極に対し、隣接する２つの当該電極間の角度の１／２だけ光軸の周りに回転させた位置に配置されるようにしてもよく、前記寄生収差補正用レンズを構成する多重極電極は、前記リフォーカスレンズを構成する電極の上方又は下方のいずれかに配置されるようにしてもよい。また、前記制御手段は、前記リフォーカスレンズを構成する多重極電極を使用したときに発生する非点収差をゼロにする量の電圧を、前記寄生収差補正用レンズを構成する静電多重極電極に印加するようにしてもよく、前記制御手段は、前記リフォーカスレンズを構成する多重極電極を使用したときに発生する前記電子ビームの照射位置ずれをゼロにする量の電圧を、前記リフォーカスレンズを構成する静電多重極電極に印加するようにしてもよく、前記制御手段は、前記リフォーカスレンズを構成する多重極電極を使用したときに発生する前記電子ビームの照射位置ずれをゼロにする量の電圧を、前記リフォーカスレンズを構成する静電多重極電極及び前記寄生収差補正用レンズを構成する静電多重極電極に印加するようにしてもよい。

本発明では、電子ビームの焦点を調整するためのリフォーカスを行うために備えられている多段の静電電極にさらにもう一段の静電電極を設けるようにしている。その追加設置される静電電極は、リフォーカス用の静電電極と光軸を中心に水平方向に回転させた位置に設置するようにしている。これにより、リフォーカスのための多段の静電電極の設置誤差による寄生収差を追加した静電電極により補正することが可能となる。特に、電子ビームのスティグ（非点収差）及び照射位置の補正に有効である。

本発明に係る電子ビーム露光装置の構成図である。本発明に係る電子ビーム露光装置におけるリフォーカスレンズの電極の構成図である。リフォーカスレンズの各電極に印加する電圧を説明する図である。１段の四重極電極における電子の偏向制御を説明する図である。３段四重極静電電極の電子の軌道を説明する図である。リフォーカスレンズの電極の設置誤差を説明する図（その１）である。リフォーカスレンズの電極の設置誤差を説明する図（その２）である。リフォーカスレンズの電極の設置誤差を説明する図（その３）である。リフォーカスレンズの電極の設置誤差による電子ビームの影響を示す図である。非点収差の発生及び非点収差の補正を説明する図である。３段四重極レンズに起因する収差を補正する処理の一例を示すフローチャートである。非点収差補正処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（電子ビーム露光装置の構成）
図１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置の構成図である。

この電子ビーム露光装置は、電子光学系コラム１００と、電子光学系コラム１００の各部を制御する制御部２００とに大別される。このうち、電子光学系コラム１００は、電子ビーム生成部１３０、マスク偏向部１４０及び基板偏向部１５０によって構成され、その内部が減圧される。

電子ビーム生成部１３０では、電子銃１０１から生成した電子ビームＥＢが第１電磁レンズ１０２で収束作用を受けた後、ビーム整形用マスク１０３の矩形アパーチャ１０３ａを透過し、電子ビームＥＢの断面が矩形に整形される。

その後、電子ビームＥＢは、マスク偏向部１４０の第２電磁レンズ１０５によって露光マスク１１０上に結像される。そして、電子ビームＥＢは、第１、第２静電偏向器１０４、１０６により、露光マスク１１０に形成された特定のパターンＳに偏向され、その断面形状がパターンＳの形状に整形される。

なお、露光マスク１１０はマスクステージ１２３に固定されるが、そのマスクステージ１２３は水平面内において移動可能であって、第１、第２静電偏向器１０４、１０６の偏向範囲（ビーム偏向領域）を超える部分にあるパターンＳを使用する場合、マスクステージ１２３を移動することにより、そのパターンＳをビーム偏向領域内に移動させる。

また、露光マスク１１０の代わりに、電子ビームを所定の形状に可変可能な開口部を配置してもよい。

露光マスク１１０の上下に配された第３、第４電磁レンズ１０８、１１１は、それらの電流量を調節することにより、電子ビームＥＢを基板Ｗ上で結像させる役割を担う。

露光マスク１１０を通った電子ビームＥＢは、第３、第４静電偏向器１１２、１１３の偏向作用によって光軸（ビーム軸）Ｃに振り戻された後、第５電磁レンズ１１４によってそのサイズが縮小される。

マスク偏向部１４０には、第１、第２補正コイル１０７、１０９が設けられており、それらにより、第１〜第４静電偏向器１０４、１０６、１１２、１１３で発生するビーム偏向収差が補正される。

その後、電子ビームＥＢは、基板偏向部１５０を構成する遮蔽板１１５のアパーチャ１１５ａを通過し、リフォーカスレンズ１２８によって、電子ビームＥＢの断面積に応じた焦点の調整が行われ、第１、第２投影用電磁レンズ１１６、１２１によって基板Ｗ上に投影される。これにより、露光マスク１１０のパターンの像が、所定の縮小率、例えば１／１０の縮小率で基板Ｗに転写されることになる。

基板偏向部１５０には、第５静電偏向器１１９と電磁偏向器１２０とが設けられており、これらの偏向器１１９、１２０によって電子ビームＥＢが偏向され、基板Ｗの所定の位置に露光マスクのパターンの像が投影される。

更に、基板偏向部１５０には、基板Ｗ上における電子ビームＥＢの偏向収差を補正するための第３、第４補正コイル１１７、１１８が設けられる。

基板Ｗは、モータ等の駆動部１２５により水平方向に移動可能なウェハステージ１２４に固定されており、ウェハステージ１２４を移動させることで、基板Ｗの全面に露光を行うことが可能となる。

一方、制御部２００は、電子銃制御部２０２、電子光学系制御部２０３、マスク偏向制御部２０４、マスクステージ制御部２０５、ブランキング制御部２０６、基板偏向制御部２０７、ウェハステージ制御部２０８及びリフォーカス制御部２０９を有する。これらのうち、電子銃制御部２０２は電子銃１０１を制御して、電子ビームＥＢの加速電圧やビーム放射条件等を制御する。また、電子光学系制御部２０３は、電磁レンズ１０２、１０５、１０８、１１１、１１４、１１６及び１２１への電流量等を制御して、これらの電磁レンズが構成される電子光学系の倍率や焦点位置等を調節する。ブランキング制御部２０６は、ブランキング電極１２７への印加電圧を制御することにより、露光開始前から発生している電子ビームＥＢを遮蔽板１１５上に偏向し、露光前に基板Ｗ上に電子ビームＥＢが照射されるのを防ぐ。

基板偏向制御部２０７は、第５静電偏向器１１９への印加電圧と、電磁偏向器１２０への電流量を制御することにより、基板Ｗの所定の位置上に電子ビームＥＢが偏向されるようにする。ウェハステージ制御部２０８は、駆動部１２５の駆動量を調節して基板Ｗを水平方向に移動させ、基板Ｗの所望の位置に電子ビームＥＢが照射されるようにする。

リフォーカス制御部２０９は、露光マスク１１０を透過して整形される電子ビームＥＢの断面積に応じて、リフォーカスレンズを構成する各電極に必要な電圧を供給するようにする。

上記の各部２０２〜２０９は、ワークステーション等の統合制御系２０１によって統合的に制御される。

（リフォーカスレンズ）
図２は、本実施形態で用いるリフォーカスレンズの構成を示している。図２（ａ）は、投影用レンズ１１６、１２１の電子銃１０１側の上方に設置されるリフォーカスレンズ１２８を示している。また、図２（ｂ）は、４段で構成されるリフォーカスレンズ１２８を、各段毎に間隔を離して電極の配置が分かるように表示した図を示している。

図２に示すように、リフォーカスレンズ１２８は、静電電極を４つ用いた静電四重極レンズを光軸方向（Ｚ軸方向）に所定の間隔で重ねて構成する。リフォーカスレンズは、第１段ＬＳ１から第４段ＬＳ４の４段で構成されている。第１段ＬＳ１から第３段ＬＳ３は、焦点を補正するための主リフォーカスレンズを構成し、第４段ＬＳ４は、主リフォーカスレンズによって焦点が補正される際に発生した収差やビーム照射位置のずれ等、寄生収差を補正するための寄生収差補正用レンズを構成している。

図２（ｂ）に示すように、各段は、それぞれ４つの静電電極で構成され、光軸を中心に回転対称に配置されている。

第１段の静電四重極レンズＬＳ１は、４本の静電電極Ｐ１１、Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４で構成され、光軸（Ｚ軸）を中心にＸ軸方向、Ｙ軸方向に等間隔に２本ずつ配置される。例えば、各電極の長さは１０ｍｍである。

第２段の静電四重極レンズＬＳ２は、４本の静電電極Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４で構成され、第１段の静電四重極レンズＬＳ１の下段に配置される。第２段の静電四重極レンズＬＳ２の４つの各電極は、第１段の静電四重極レンズＬＳ１の４つの各電極とＺ軸方向に所定の間隔で重なるように配置される。この所定の間隔は、例えば５ｍｍである。第２段の静電四重極レンズＬＳ２の各電極の長さは第１段の静電四重極レンズＬＳ１の各電極の長さの２倍の長さとなっている。

第３段の静電四重極レンズＬＳ３は、４本の静電電極Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４で構成され、第２段の静電四重極レンズＬＳ２の下段に配置される。第３段の静電四重極レンズＬＳ３の４つの各電極は、第２段の静電四重極レンズＬＳ２の４つの各電極とＺ軸方向に所定の間隔で重なるように配置される。この所定の間隔は、例えば５ｍｍである。

第３段の静電四重極レンズＬＳ３の各電極（Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３、Ｐ３４）の形状及び配置は第１段の静電四重極レンズＬＳ１の各電極（Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４
の形状及び配置と同一である。

さらに、寄生収差補正用レンズの静電四重極レンズＬＳ４は、４本の静電電極Ｐ４１,Ｐ４２，Ｐ４３，Ｐ４４で構成され、第３段の静電四重極レンズＬＳ３の下段に配置される。寄生収差補正用レンズの静電四重極レンズＬＳ４の４つの各電極は、上記第１段から第３段の４つの各電極に対して光軸の回りに４５度回転させ、Ｚ軸方向に所定の間隔となるように配置される。この所定の間隔は、例えば５ｍｍである。

なお、寄生収差補正用レンズは、主リフォーカスレンズの上側に配置するようにしてもよい。その場合にも、静電四重極レンズＬＳ４の４つの電極は、第１段から第３段の４つの各電極に対して光軸の回りに４５度回転させて配置する。

また、回転角度は４５度に限らず、３０度や６０度等、０度から９０度の範囲で、０度、９０度でなければよい。

図２のように構成したリフォーカスレンズの各電極には、リフォーカス制御部２０９によって所定の電圧が印加され、リフォーカスレンズ１２８全体としてリフォーカス、収差補正及びビーム照射位置補正に必要な電界を発生するようにしている。

本実施形態では、図３に示すような極性の電圧を印加する。図３（ａ）から図３（ｄ）は、便宜的に第１段から第４段の静電四重極レンズ（ＬＳ１、ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４）の各平面図を示している。

図３（ａ）から図３（ｄ）は、リフォーカス、収差補正及びビーム照射位置補正に必要な印加電圧を記載している。まず、リフォーカスに必要な電圧について説明する。リフォーカスは、第１段から第３段の３段四重極レンズによって行われる。図３では、各電極に印加する電圧を大文字で表記している。

図３（ａ）に示すように、静電電極Ｐ１１とＰ１３に＋Ｖ１の電圧を供給し、Ｐ１２とＰ１４に−Ｖ１の電圧を供給する。

次の段のＬＳ２の各電極には、図３（ｂ）に示すように、ＬＳ１の各電極と電位が反対になるように電圧を印加する。すなわち、Ｐ２１とＰ２３に−Ｖ２を印加し、Ｐ２２とＰ２４に＋Ｖ２を印加する。

また、３段目のＬＳ３の各電極には図３（ｃ）に示すように、１段目のＬＳ１と同じ電圧を印加する。すなわち、Ｐ３１とＰ３３に＋Ｖ１の電圧を供給し、Ｐ３２とＰ３４に−Ｖ１の電圧を供給する。

これらの電圧は、リフォーカス制御部２０９が整形された電子ビームの断面積にリフォーカス係数を乗じて算出し、各電極に供給する。

リフォーカスによって、焦点補正がなされた場合であっても、電子ビームに非点収差が存在する場合がある。この非点収差を補正するために、第４段の静電四重極レンズＬＳ４の各電極に、後述する非点収差補正処理において決定される電圧が各電極に印加される。例えば、図３（ｄ）に示すように、電極Ｐ４１と電極Ｐ４３に−Ｖ４の電圧が印加され、電極Ｐ４２と電極Ｐ４４には＋Ｖ４の電圧が印加される。

さらに、リフォーカスによって、焦点補正がなされた場合であっても、ビーム照射位置がずれる場合がある。このビーム照射位置のずれを補正するための電界を発生させるために各電極に印加する電圧を図３では小文字（ｖａ〜ｖｈ）で表記している。例えば、図３（ａ）に示すように、電極Ｐ１１に対して、＋Ｖ１１にさらに＋ｖａを印加し、電極Ｐ１３に対して、＋Ｖ１１にさらに−ｖａを印加する。なお、図３において、ｖａ〜ｖｈで示した電圧値はゼロも含まれる。

次に、このように構成したリフォーカスレンズによって電子の焦点や照射位置ずれを調整できることについて説明する。まず、１段の静電四重極レンズについて、その間を通過した後の電子の偏向量について説明する。

図４に１段の静電四重極レンズの平面図を示す。このレンズの電位分布φは、φ＝Ａ（ｘ²−ｙ²）／ｒ₀ ²と表される。ここで、Ａは印加電圧であり２０［Ｖ］とし、ｒ₀=３［ｍｍ］とする。

この中をＺ軸方向に通過する電子は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に力を受けて進行する。

ｘ＝１ｍｍの点における電界は、Ｅ（ｘ＝１）＝−ｄφ／ｄｘ＝４０／９[Ｖ／ｍｍ]となる。ここで、ビーム軸から１ｍｍの距離を通過する電子が、Ｚ軸方向に５０００ｍｍ離れた位置での偏向量について検討する。

仮に、平行平板間を電子が通過するときの電子の偏向量に対応させて考える。平行平板の両端部での電界の乱れを無視すると、電極から長さｈ離れた位置における偏向量Ｄは、次式で表される。

Ｄ＝（ｈｂ／２ｄ）×（Ｖｄ／Ｖ₀） …（１）
ここで、ｂは平行平板の長さ、Ｖｄは平板間に印加する電圧、Ｖ₀は電子の入射電圧（例えば、５０ｋＶ）である。

この式で、２Ｖｄ／ｄは電界Ｅであるので、Ｄ＝ｈｂＥ／４Ｖ₀となる。

式（１）において、ｂ＝１０[ｍｍ]、Ｅ＝４０／９[Ｖ／ｍｍ]、Ｖ₀＝５００００[Ｖ]、ｈ＝５０００[ｍｍ]とすると、偏向距離Ｄは１．１１[ｍｍ]となる。

すなわち、焦点をビーム軸上にするためには１[ｍｍ]偏向すればよいため、電極に印加する電圧を調整することによって目的を達することができる。このように、１段の四重極レンズによって、電子の焦点等を調整することが可能となる。よって、四重極レンズが多段に構成された場合であっても、電子の焦点を調整することが可能となる。

図５は、３段四重極静電電極による電子の軌道を説明する図である。図５のｚ軸をビーム軸とし、電子ビームが図の左から右へ進行するものとする。

図５のｘ軸側はＸ方向の電子ビームの軌道Ｃ１を示し、ｙ軸側は電子ビームのＹ方向の軌道Ｃ２を示している。図５に示すように、Ｘ方向の軌道Ｃ１に注目すると、１段目の四重極レンズは凸レンズの働きをし、２段目の四重極レンズは凹レンズの働きをし、３段目の四重極レンズは凸レンズの働きをしている。また、Ｙ方向の軌道Ｃ２に注目すると、１段目の四重極レンズは凹レンズの働きをし、２段目の四重極レンズは凸レンズの働きをし、３段目の四重極レンズは凹レンズの働きをする。そして、最終焦点Ｚ２への入射角度がＸ方向及びＹ方向ともほとんど同じ角度にすることができる。よって、この３段四重極静電電極を使用することにより、焦点の調整を容易に行うことが可能になる。

このように、３段の四重極電極を配置し、それぞれの電極に適切な電圧を印加することにより、電子ビームの焦点が試料上になるように調整することができる。

しかし、配置される電極の配置誤差がゼロになるとは限らず、様々な配置誤差が発生してしまう。図６〜図８は配置誤差の例を示した図である。図６は、各段の４つの電極間の位置関係に誤差はないが、第２段の電極の軸がずれている例を示している。図６（ａ）において、第２段の破線は正しい配置位置を示している。図６（ｂ）に示すように、中心軸が第２段のところでずれてしまっている。このような状態で電子ビームを照射すると、第２段の電極による電場が変化し、ビーム照射位置がずれてしまうことになる。

図７は、４つの電極のうちの一つの電極の配置がずれた例を示している。このように一つの電極の配置がずれると、発生する電界の対称性が崩れ、収差の増加及び電子ビームの軸ずれが大きくなる。

図８は、電極配置の位相がずれている例を示している。図８（ａ）に示すように、第２段の電極間の位置関係に誤差はなく、中心となる軸も他の段の電極とのずれはないが、軸を中心に回転して配置されている。このように位相のずれがあると、第２段の電極による電場が変化し、ビーム照射位置がずれることになる。

図９は、図６〜図８に示したような機械的誤差に起因する矩形電子ビームの誤差を示している。図９（ａ）は、焦点が試料上に合った矩形ビームを示している。図９（ｂ）は、焦点が試料上に合っていない状態であり、図９（ａ）になるように３段の四重極レンズによって調整する。図９（ｃ）は、３段四重極レンズによって焦点が補正できたとしても、図６〜図８に示したような機械的誤差が存在すると、照射位置が大きくずれてしまう例を示している。また、図９（ｄ）は、照射位置はずれていないが、Ｘ方向の焦点は合っているものの、Ｙ方向の焦点が合っていない状態を示している。

これらの機械的誤差によって発生する収差や位置ずれを、追加する１段の四重極静電電極によって補正する処理について以下に説明する。

３段四重極レンズによって焦点が補正されたとしても、ビームにスティグ（非点収差）が残っているとき、４段目の四重極レンズを使用してこの非点収差を補正する。４段目の四重極レンズの電極は、非点収差の補正を効率的に行うことができるように他の３段の四重極レンズの電極に対して光軸の回りに４５度ずらした位置に配置している。

なお、本実施形態では、リフォーカスレンズの各段は４つの静電電極で構成される四重極の場合を対象に説明しているが、例えば、八重極で構成するようにしてもよい。その場合には、４段目の八重極レンズの電極は、他の３段の八重極レンズの電極に対して光軸の回りに２２．５度ずらした位置に配置する。すなわち、他の段の回転対称に構成された隣接する２つの電極間の角度の１／２だけ位相をずらした位置に配置する。

図１０は、非点収差をベクトルで表した図である。図１０（ａ）は、３段の四重極レンズにより非点収差が発生しない理想的な場合を示している。１段目の四重極レンズに起因する非点収差ベクトルＳＴ１と３段目の四重極レンズに起因する非点収差ベクトルＳＴ３の合成ベクトルと、２段目の四重極レンズに起因する非点収差ベクトルＳＴ２とは同一軸上で反対方向になるため、同一軸上の非点収差は存在しなくなる。

しかし、図１０（ｂ）に示すように、電界の状況によっては、非点収差ベクトルが同一軸上にない場合が起こり、非点収差ΔＦが残ってしまうことがある。４段目の四重極レンズの各電極に印加する電圧の正負の方向及び大きさを調整して非点収差ΔＦを打ち消すような電場を生じさせて、非点収差を解消させる。

このように、３段の四重極レンズの対向する電極の軸方向とは異なる方向に非点収差が存在する場合、３段の四重極レンズの電極と同位相の電極の配置ではその非点収差を補正することはできない。非点収差ΔＦの方向は、電極間の角度（９０度）のいずれかの向きに発生するが、中間の４５度の位置に４段目の電極を配置することによって、２２．５度の範囲で最も効率よく非点収差の検出や補正を行うことができる。

非点収差をなくすために、電子ビームのＸ方向及びＹ方向のぼけの量が同量かつ最小になるように四重極レンズの電極に印加する電圧を調整するようにしている。

また、３段四重極レンズによって焦点が補正されたものの、電子ビームの照射位置がずれることが発生した。このずれ量が微小であれば偏向器によって補正することも可能であるが、ずれ量が大きい場合にはリフォーカスレンズにおいて補正するようにしている。

この照射位置ずれの補正では、３段の四重極レンズの各電極に印加する電圧、及び非点収差補正のために４段目の四重極レンズの各電極に印加する電圧に対して、さらに微小電圧を加えて印加するようにしている。これらの電圧値は、図３の各電極において小文字のｖで示したものである。

具体的には、四重極電極のうちの対向する２極を偏向電極とみなし、偏向場をかけて補正するようにしている。片側の電極に＋ｖａの電圧をかけた場合は、対向する電極には−ｖａの電圧をかけて偏向場を発生させる。この電圧を本来の四重極電極の印加電圧（図３において大文字のＶで表記した電圧）に加算する。例えば、四重極電極に印加する電圧が１０［Ｖ］であり、偏向場が０．１［Ｖ］であれば、対向する２極に印加する電圧は、１０．１［Ｖ］と９．９［Ｖ］となる。

リフォーカスや非点収差補正のために電極に印加する電圧値は、照射ビームの面積とリフォーカス係数や非点収差補正係数とを乗算することによって決定する。

リフォーカス係数や非点収差補正係数は周知の方法によって算出する。例えば、異なるビームサイズの複数の電子ビームについて、ビームエッジぼけ量を検出し、ビームエッジぼけ量が最小になるように各電極に印加する電圧を調整して、それぞれの係数を算出する。この係数とビームサイズとから相関関係を求め、任意のサイズの電子ビームに対するリフォーカス係数又は非点収差補正係数を決定する。

（３段四重極レンズに起因する収差の補正処理）
次に、上記した電子ビーム露光装置における収差の補正処理について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。図１１は、３段の四重極レンズに起因する収差を補正する処理の一例を示したフローチャートである。なお、本実施形態では、３段の四重極レンズにおけるリフォーカス係数は予め算出されているものとする。

まず、図１１のステップＳ１１において、３段四重極レンズを用いて焦点補正を施したビーム照射を行う。このビーム照射では、予め算出されているリフォーカス係数を用いて各電極に印加する電圧が決定される。

次のステップＳ１２において、ビーム照射結果に収差が存在するか否かを判定する。収差があるか否かは、照射されたビームにぼけがあるか否かによって判定される。収差があるときはステップＳ１３に移行し、収差がないときは４段目の四重極レンズによる補正を必要としないため、本処理は終了する。

次のステップＳ１３において、非点収差（スティグ）が存在するか否かを判定する。非点収差が存在するときは、次のステップＳ１４に移行し、非点収差が存在しないときは、ステップＳ１６に移行する。

次のステップＳ１４において、非点収差に対する補正を行う。図１２は、非点収差の補正処理の一例を示している。以下に、図１２を参照しながら、非点収差補正処理について説明する。

図１２のステップＳ２１において、測定対象とする矩形ビームとして、断面積の異なる複数の矩形ビームを選択する。

次のステップＳ２２において、選択した矩形ビームのＸ方向及びＹ方向のぼけ量が最小かつ同量になるように４段目の四重極レンズの各電極に印加する電圧を調整する。

次のステップＳ２３において、選択した複数の矩形ビームに対して印加電圧を調整する処理が終了したか否かを判定する。当該処理が終了していなければステップＳ２２に戻り、その他の選択した矩形ビームに対して印加電圧を調整する処理を継続する。調整処理が終了したときは、ステップＳ２４に移行する。

次のステップＳ２４において、非点収差補正係数を算出する。非点収差補正係数は、複数の選択した矩形ビームの断面積とステップＳ２２において検出されるぼけ量を最小にする電圧との関係を基に決定する。

図１１に戻り、ステップＳ１５において、照射位置にずれあるか否かを判定する。照射位置ずれがある場合は、ステップＳ１７に移行し、照射位置ずれがないときは、本処理は終了する。

一方、ステップＳ１３において、非点収差がなかったと判定されたときは、ステップＳ１６に移行し、照射位置ずれがあるか否かを判定する。ステップＳ１６において、照射位置ずれがないと判定されたときは、３段四重極レンズによる焦点補正後のビーム照射に誤差が生じなかったため本処理は終了する。

ステップＳ１７において、照射位置ずれの調整を行う。照射位置ずれの調整は、少なくとも主リフォーカスレンズの電極又は寄生収差補正用レンズの電極に印加する電圧を調整することにより行う。

例えば、照射位置ずれの距離が小さいときは、寄生収差補正用レンズの電極に印加する電圧を調整して照射位置ずれを補正するようにする。また、照射位置ずれの距離が大きく、寄生収差補正用レンズの電極だけでは補正が困難な場合には、主リフォーカスレンズの各電極に印加する電圧を調整するようにする。

また、非点収差が存在するときと存在しないときとで、調整する電極を選択するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態の電子ビーム露光装置では、電子ビームの焦点を調整するためのリフォーカスを行うために備えられている多段の静電電極にさらにもう一段の静電電極を設けるようにしている。その追加設置される静電電極は、リフォーカス用の静電電極と光軸を中心に水平方向に回転させた位置に設置するようにしている。これにより、リフォーカスのための多段の静電電極の設置誤差による寄生収差を追加した静電電極により補正することが可能となる。特に、電子ビームのスティグ（非点収差）及び照射位置の補正に有効である。

また、リフォーカスは予め求められている条件（電極構成やリフォーカス係数）を使用して行い、リフォーカス以外の収差や照射位置ずれを追加した静電電極により補正するようにしている。これにより、１段の４つの電極を調整すればよいため、電圧調整が容易になる。

なお、本発明は、国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「マスク設計・描画・検査総合最適化技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）である。

１００…電子光学系コラム、１０１…電子銃、１０２…第１電磁レンズ、１０３…ビーム整形用マスク、１０３ａ…矩形アパーチャ、１０４…第１静電偏向器、１０５…第２電磁レンズ、１０６…第２静電偏向器、１０７…第１補正コイル、１０８…第３電磁レンズ、１０９…第２補正コイル、１１０…露光用マスク、１１１…第４電磁レンズ、１１２…第３静電偏向器、１１３…第４静電偏向器、１１４…第５電磁レンズ、１１５…遮蔽板、１１５ａ…アパーチャ、１１６…第１投影用電磁レンズ、１１７…第３補正コイル、１１８…第４補正コイル、１１９…第５静電偏向器、１２０…電磁偏向器、１２１…第２投影用電磁レンズ、１２３…マスクステージ、１２４…ウェハステージ、１２５…駆動部、１２７…ブランキング電極、１２８…リフォーカスレンズ。

Claims

電子ビームを放射する電子銃と、
前記電子ビームを整形するための開口を有する整形手段と、
前記電子ビームを試料面上へ結像させる投影レンズと、
前記投影レンズの上方に設置され、電子ビームの焦点を補正する静電多重極電極を光軸方向に所定の間隔で複数段重ねたリフォーカスレンズと、
前記リフォーカスレンズの各電極に対して光軸の回りに回転させて配置した静電多重極電極からなる寄生収差補正用レンズと、
前記整形手段により整形された前記電子ビームの断面の面積に応じた電圧を、前記リフォーカスレンズを構成する電極及び前記寄生収差補正用レンズを構成する静電多重極電極に印加する制御手段と、を備え、
前記寄生収差補正用レンズを構成する多重極電極は、前記リフォーカスレンズを構成する電極の上方又は下方のいずれかに配置されるとともに、前記リフォーカスレンズを構成する電極に対し、隣接する２つの当該電極間の角度の１／２だけ光軸の周りに回転させた位置に配置され、
前記制御手段は、前記リフォーカスレンズを構成する多重極電極を使用したときに発生する非点収差をゼロにする量の電圧を、前記寄生収差補正用レンズを構成する静電多重極電極に印加することを特徴とする電子ビーム露光装置。
前記制御手段は、前記リフォーカスレンズを構成する多重極電極を使用したときに発生する前記電子ビームの照射位置ずれをゼロにする量の電圧を、前記リフォーカスレンズを構成する静電多重極電極に印加することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
前記制御手段は、前記リフォーカスレンズを構成する多重極電極を使用したときに発生する前記電子ビームの照射位置ずれをゼロにする量の電圧を、前記リフォーカスレンズを構成する静電多重極電極及び前記寄生収差補正用レンズを構成する静電多重極電極に印加することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
前記リフォーカスレンズは、四重極静電電極を光軸方向に３段有することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。