JP7468795B1 - マルチ荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

焦点補正レンズの配置の余裕を確保すると共に、二次電子の滞留を抑制し、ビーム照射位置を安定化させることができるマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供する。マルチ荷電粒子ビーム描画装置は、マルチ荷電粒子ビームの各ビームをブランキング偏向する複数のブランカと、複数の電極を有する静電レンズで構成され、前記マルチ荷電粒子ビームを加速する加速レンズと、前記ブランカによって偏向されたビームを遮蔽する制限アパーチャ部材と、前記マルチ荷電粒子ビームの焦点を基板上に合わせる、磁界レンズからなる２段以上の対物レンズと、前記基板における前記マルチ荷電粒子ビームの結像状態の補正を行う、第１補正レンズ、第２補正レンズ及び第３補正レンズを含む３個以上の補正レンズと、を備える。前記第１補正レンズは、前記加速レンズの前記複数の電極のうち少なくとも１個の電極を兼用する静電補正レンズである。

Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置に関する。

ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターンをウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンの作製には、電子ビーム描画装置によってレジストを露光してパターンを形成する、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。

電子ビーム描画装置として、これまでの１本のビームを偏向して試料上の必要な箇所にビームを照射するシングルビーム描画装置に代わって、マルチビームを使った描画装置の開発が進められている。マルチビームを用いることで、１本の電子ビームで描画する場合に比べて多くのビームを照射できるので、スループットを大幅に向上させることができる。マルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子源から放出された電子ビームを複数の開口部を持った成形アパーチャアレイ部材に通してマルチビームを形成し、ブランキングアパーチャアレイ基板で各ビームのブランキング制御を行い、遮蔽されなかったビームが光学系で縮小され、移動可能なステージ上に載置された試料に照射される。

電子ビーム描画装置では、各ショットのビームを対物レンズで試料上に焦点を合わせると共に、例えば静電レンズを使って、試料面の凹凸に対応するように描画中にダイナミックに焦点補正（ダイナミックフォーカス）を行い、マルチビームアレイ像の光軸方向の位置（結像高さ）を補正している。ここで、光軸とは電子ビームが放出され試料に照射されるまでの光学系の中心軸を意味する。しかし、ダイナミックフォーカスを行うと、試料上においてビームアレイ像に回転や倍率変動を生じ、描画位置精度が劣化してしまう。そのため、ダイナミックフォーカスに依存するビームアレイ像の回転及び倍率変動を極力低減することが求められる。

ダイナミックフォーカスに依存するビーム像の回転及び倍率変動を抑えるために、３個の静電レンズを設けると共に、２段の対物レンズの各段のレンズ磁場中に少なくとも１つの静電レンズが配置されるようにしたマルチビーム描画装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

マルチビーム描画装置の電子光学系では、ビームアレイ像の寸法やアレイピッチの精度を上げるために、ビームアレイ像を試料面に高い縮小率、例えば１／２００程度の倍率で、結像させる必要がある。このように高い縮小率を実現しながら、レンズ下面と試料との間に試料が移動可能な間隔（多くの場合、ワーキングディスタンスと呼ばれる）を確保するには、対物レンズによるビームアレイ像の結像回数は少なくとも２回必要となる。

結像回数を２回とする場合、対物レンズの段数は２段となる。ここで、“段”というのは、１回の結像を行うという意味であり、多くの場合、１段の対物レンズは１個のレンズで構成されるが、収差や歪を低減する為に、１段の対物レンズを近接する２個以上の磁界レンズで構成する（つまり１回の結像を近接する２個以上の磁界レンズで行う）場合もある。

特許文献１では、２段の対物レンズの磁場中に３個の静電レンズを配置するので、どちらか１段の対物レンズの磁場中に２個の静電レンズを近接して配置することになる。レンズ磁場の存在する領域は、ビーム進行方向において磁極が存在する位置とその前後の限られた短い区間である。また、レンズ磁場の存在する領域の殆どは、直径が小さい磁極に囲まれた領域であるので、ビーム進行方向と垂直な方向においても、狭く制限された空間である。

一方、静電レンズは、電子ビームの通る真空中に配置する必要があり、真空シール、真空領域からの配線引出しなどの複雑な構造が必要である。さらに、静電レンズに電圧を印加するには、レンズ電極を支える絶縁体が必須であり、帯電によるビーム位置変動を防ぐために絶縁体は電子ビーム軌道から見えないように導体で十分に囲む構造も必要である。これら複雑な構造を、レンズ磁界が存在する短い区間の、かつ、磁極に囲まれた狭い空間内に、２個作りこむことは困難である。

電子ビーム描画装置では、電子ビームを試料に照射する際に、試料に当たって反射した電子（反射電子）や、試料に入射して発生した電子（二次電子）の影響を受けてドリフト（即ち、ビーム位置変動、ビーム位置不安定性）を起こし、目標とする位置からずれた位置に照射されてしまうことがあった。そのため、試料面に対して静電レンズをプラスの電圧範囲で運用し、二次電子等を試料面から上方に加速し誘導することが行われている（例えば特許文献２参照）。

対物レンズ磁場中に２個の静電レンズを配置し、静電レンズを試料面に対してプラス電圧で動作させた場合、上流の静電レンズの電圧が下流の静電レンズより低くなると、試料面からの二次電子が２個の静電レンズの境界付近に滞留し、滞留した二次電子からのクーロン力でビーム（１次ビーム）が偏向され、ビーム位置が不安定になり、ドリフトが生じる。

静電レンズは、描画中に試料面高さに対応して印加電圧が変わるため、２個の静電レンズの電圧の大小関係が描画中に逆転し、描画開始当初はドリフトが生じていないが、描画途中でドリフトが生じている場合もある。

このように、１段の対物レンズの磁場中に２個の静電レンズを近接して配置すると、二次電子の滞留によりドリフトが生じるという問題があった。

特開２０１３－１９７２８９号公報 特開２０１３－１９１８４１号公報

本発明は、焦点補正レンズの配置の余裕を確保すると共に、二次電子の滞留を抑制し、ビーム照射位置を安定化させることができるマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、マルチ荷電粒子ビームの各ビームをブランキング偏向する複数のブランカと、複数の電極を有する静電レンズで構成され、前記マルチ荷電粒子ビームを加速する加速レンズと、前記加速レンズにより加速された前記マルチ荷電粒子ビームのうち、前記ブランカによってビームオフの状態になるように偏向されたビームを遮蔽する制限アパーチャ部材と、前記制限アパーチャ部材を通過したマルチ荷電粒子ビームの焦点を基板上に合わせる、磁界レンズからなる２段以上の対物レンズと、前記基板における前記マルチ荷電粒子ビームの結像状態の補正を行う、第１補正レンズ、第２補正レンズ及び第３補正レンズを含む３個以上の補正レンズと、を備え、前記第１補正レンズは、前記加速レンズの前記複数の電極のうち少なくとも１個の電極を兼用する静電補正レンズである。

本発明によれば、焦点補正レンズの配置の余裕を確保すると共に、二次電子の滞留を抑制し、ビーム照射位置を安定化させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 成形アパーチャアレイ基板の概略図である。 図３Ａ～図３Ｃは加速レンズの構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 変形例によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 変形例によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 本発明の第３の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 変形例によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。本実施形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームでもよい。

この描画装置は、描画対象の基板２４に電子ビームを照射して所望のパターンを描画する描画部Ｗと、描画部Ｗの動作を制御する制御部Ｃとを備える。

描画部Ｗは、電子光学鏡筒２及び描画室２０を有している。電子光学鏡筒２内には、電子源４、照明レンズ６、成形アパーチャアレイ基板８、ブランキングアパーチャアレイ基板１０、加速レンズ５０、制限アパーチャ部材１４、２段の対物レンズ１６，１７、及び２個の静電補正レンズ６６，６７が設けられている。対物レンズ１６，１７は磁界レンズである。

照明レンズ６は、電子源４と成形アパーチャアレイ基板８との間に配置されている。照明レンズ６は、磁界レンズでもよいし、静電レンズでもよい。加速レンズ５０は、ブランキングアパーチャアレイ基板１０と対物レンズ１６との間に配置されている。加速レンズ５０は、複数の回転対称電極で構成される静電レンズであり、上流の中間電位から下流のアース電位の間で電極電位が変化する。

制限アパーチャ部材１４は加速レンズ５０と対物レンズ１６との間に配置されるが、対物レンズ１６と対物レンズ１７との間に配置する構成も可能である。対物レンズ１７は、描画装置に設けられた複数の対物レンズのうち、ビーム進行方向の最も下流側に配置されたものである。対物レンズ１６は対物レンズ１７よりもビーム進行方向の上流側に配置されている。このような位置関係から、対物レンズ１６は上段の対物レンズ、対物レンズ１７は下段の対物レンズと呼ばれる場合がある。また、対物レンズ１７は、最終段の対物レンズと呼ばれる場合がある。静電補正レンズ６６は、磁界レンズで構成される対物レンズ１６の磁場内（すなわち、磁場中、磁場の中）に配置されている。静電補正レンズ６７は、磁界レンズで構成される対物レンズ１７の磁場内に配置されている。

対物レンズのレンズ磁場内とは、磁束密度が高い領域であり、例えば、対物レンズの磁極に囲まれた空間をいう。対物レンズの磁場（軸上磁束密度）は、対物レンズ磁極から離れると減衰するが、軸上磁束密度が最大となるのは、通常、対物レンズの一組の磁極（二つの磁極）の中間付近の光軸上である。経験的に、軸上磁束密度が最大値に対し、例えば１／１０より大きい領域、或いは磁束密度が極小となるまでの領域を「磁場内」、それ以外の領域を「磁場の外」とみなすことができる。

なお、収差や歪を低減する為に１段の対物レンズを近接する２個以上の磁界レンズで構成する場合があるが、このような場合は、１段の対物レンズを構成する近接した磁界レンズの間に磁束密度が１／１０以下になる或いは極小になるところが生じても、当該対物レンズのレンズ磁場の内か外かの境界とみなすことはなく、「磁場内」とみなされる。

静電補正レンズ６６，６７は、微小な回転対称電界を発生して、マルチビームの結像状態を補正する。例えば、静電補正レンズ６６，６７は円筒電極で構成され、補正の為の電圧が印加される。電圧印加される電極の前後に、円筒状のアース電極を配置してもよい。

なお、円筒状やリング状の電極を分割して（例えば８極偏向器のように分割して）、これら電極群に、集束電界（回転対称電界）、偏向電界、多極子電界などを発生させる電圧を加算して印加し、レンズ、偏向器、多極子等を兼ねる構成も、レンズ効果を持つ電界を発生させるので、そのような電極群も１個の静電補正レンズに含まれる。

描画室２０内には、ＸＹステージ２２が配置される。ＸＹステージ２２上には、描画対象の基板２４が載置されている。描画対象の基板２４は、例えば、マスクブランクスや半導体基板（シリコンウェハ）である。

電子源４から放出された電子ビーム３０は、照明レンズ６によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板８を照明する。図２は、成形アパーチャアレイ基板８の構成を示す概念図である。成形アパーチャアレイ基板８には、縦（ｙ方向）ｍ列×横（ｘ方向）ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の開口部８０が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。例えば、５１２列×５１２列の開口部８０が形成される。各開口部８０は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。各開口部８０は、同じ径の円形であっても構わない。

電子ビーム３０は、成形アパーチャアレイ基板８のすべての開口部８０が含まれる領域を照明する。これらの複数の開口部８０を電子ビーム３０の一部がそれぞれ通過することで、図１に示すようなマルチビーム３０Ｍが形成される。

ブランキングアパーチャアレイ基板１０には、成形アパーチャアレイ基板８の各開口部８０の配置位置に合わせて貫通孔が形成され、各貫通孔には、対となる２つの電極からなるブランカが配置される。各貫通孔を通過するマルチビーム３０Ｍは、それぞれ独立に、ブランカに印加される電圧によって偏向される。この偏向によって、各ビームがブランキング制御される。このように、ブランキングアパーチャアレイ基板１０により、成形アパーチャアレイ基板８の複数の開口部８０を通過したマルチビーム３０Ｍの各ビームに対してブランキング偏向が行われる。

ブランキングアパーチャアレイ基板１０を通過したマルチビーム３０Ｍに対し、加速レンズ５０で生成される電場が集束場として作用する。加速レンズ５０は、マルチビーム３０Ｍの加速エネルギーを上げながら、各々のビームサイズと配列ピッチを縮小して、対物レンズ１６のやや上流にクロスオーバーＣＯ１を形成させる。制限アパーチャ部材１４に形成された開口の中心がクロスオーバーＣＯ１とほぼ一致するように、制限アパーチャ部材１４は配置される。ここで、ブランキングアパーチャアレイ基板１０のブランカにより偏向された電子ビームは、その軌道が変位し制限アパーチャ部材１４の開口から位置がはずれ、制限アパーチャ部材１４によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ基板１０のブランカによって偏向されなかった電子ビームは、制限アパーチャ部材１４の開口を通過する。

このように、制限アパーチャ部材１４は、ブランキングアパーチャアレイ基板１０のブランカによってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各電子ビームを遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに制限アパーチャ部材１４を通過したビームが、１回分のショットの電子ビームとなる。

制限アパーチャ部材１４を通過したマルチビーム３０Ｍに、上段の対物レンズ１６は作用し、成形アパーチャアレイ基板８の複数の開口部８０の縮小された中間像ＩＳ１を結像させ、クロスオーバーＣＯ２を形成させる。下段の対物レンズは、中間像ＩＳ１を縮小し、成形アパーチャアレイ基板８の複数の開口部８０の所望の縮小率の像（ビームアレイ像）ＩＳ２を基板２４の表面に結像させる。なお、縮小率とは、倍率の逆数であり、例えば、成形アパーチャアレイ基板８の複数の開口部８０を電子ビーム３０の一部がそれぞれ通過することで形成された電子ビームのサイズ（又はピッチ）と、基板２４表面に結像された像のサイズ（又はピッチ）との比をいう。

対物レンズを２段とすることで、高い縮小率（例えば１／２００程度の倍率）を実現すると共に、最終段レンズ（対物レンズ１７）下面と基板２４との間に、基板２４が移動可能な間隔（ワーキングディスタンス）を確保することができる。

静電補正レンズ６６，６７は、基板２４の表面に対し、プラスの電圧範囲で動作する。なお、例えば、描画領域全体に対して描画すべきパターンの面積の比率が非常に低い場合のように、反射電子や二次電子の試料での発生が少なく、その影響を考慮しなくても良いと判断できる場合等は、マイナスの電圧で動作してもよい。

制限アパーチャ部材１４を通過した各電子ビーム（マルチビーム全体）は、偏向器（図示せず）によって同方向にまとめて偏向され、基板２４に照射される。偏向器（図示せず）はブランキングアパーチャアレイ基板１０より下流に配置すればよいが、上段の対物レンズ１６より下流に配置すると歪や収差が小さいという利点がある。ＸＹステージ２２が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ２２の移動に追従するように偏向される。また、ＸＹステージ２２が移動して描画位置が都度変化し、マルチビームが照射される基板２４表面の高さが変化する。そのため、後述する加速レンズ５０内の静電補正レンズ５４及び静電補正レンズ６６，６７によって、描画中に、ダイナミックにマルチビームの焦点ずれが補正（ダイナミックフォーカス）される。

一度に照射されるマルチビームは、理想的には成形アパーチャアレイ基板８の複数の開口部８０の配列ピッチに上述した所望の縮小率で除した（即ち、倍率を乗じた）ピッチで並ぶことになる。この描画装置は、ショットビームを連続して順に照射していくラスタースキャン方式で描画動作を行い、所望のパターンを描画する際、パターンに応じて必要なビームがブランキング制御によりビームＯＮに制御される。

制御部Ｃは、制御計算機３２及び制御回路３４を有している。制御計算機３２は、描画データに対し複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータを生成し、制御回路３４に出力する。ショットデータには、各ショットの照射量及び照射位置座標等が定義される。制御回路３４は、各ショットの照射量を電流密度で割って照射時間を求め、対応するショットが行われる際、算出した照射時間だけビームＯＮするように、ブランキングアパーチャアレイ基板１０の対応するブランカに偏向電圧を印加する。

制御計算機３２は、後述する、加速レンズ５０内の静電補正レンズ５４、及び静電補正レンズ６６、６７の励起量を連動する関係式のデータを保持しており、この関係式を用いて各補正レンズの励起量を算出する。制御回路３４は、静電補正レンズ５４，６６，６７に、関係式から算出された励起量を与えて動作させる。なお、励起量は、磁界補正レンズにおいては励磁電流であり、静電補正レンズにおいては印加電圧である。

加速レンズ５０は、図３Ａに示すように、複数の円筒状やリング状の電極５１、５２、５３を有する。上流側に位置する中間電位電極５１には、成形アパーチャアレイ基板８、ブランキングアパーチャアレイ基板１０と同じ電圧（電位）が印加される。下流側に位置するアース電極５２にはアース電位が印加される。例えば、負電荷の電子ビームを加速する場合、中間電位電極５１には－４５ｋＶが印加され、アース電極５２は０Ｖとなる。

中間電位電極５１とアース電極５２との間に位置する複数の電極５３には、隣接電極間の電位差が放電耐圧を超えない範囲で収差と歪が低減されるように最適化された電圧が印加される。通常、中間電位電極５１及びアース電極５２は、電極５３よりも（ビーム進行方向の）長さが長くなっている。

ここで、本実施形態では、加速レンズ５０の電極の一部に、マルチビームの結像状態を補正する静電補正レンズとしての機能を持たせる。即ち、加速レンズ５０の電極の一部を静電補正レンズ５４に兼用する。

例えば、図３Ｂに示すように、アース電極５２を筒軸方向に２分割し、上流側のアース電極５２に補正電圧を印加することで、静電補正レンズ５４として動作させる。マルチビームの結像状態の補正に使用しない時は、アース電位が印加される。

あるいはまた、図３Ｃに示すように、複数の電極５３の少なくとも１つに（１個に）、加速レンズ用の電圧と補正電圧とを加算して印加することで、静電補正レンズ５４として動作させてもよい。

加速レンズ５０によるビーム加速能力は、加速レンズ入口の電位と、出口の電位とで決定される。図３Ｂ、図３Ｃに示す構成は、最上流の入口電極電位及び最下流の出口電極電位が図３Ａに示す構成と同じであるため、一部の電極の印加電圧に補正電圧を加算して静電補正レンズ５４として動作させても、ビーム加速能力は変わらない。

なお、円筒状やリング状の電極を分割して（例えば８極偏向器のように分割して）、これら電極群に、回転対称電界（集束効果と加速効果を持つ）、偏向電界、多極子電界などを発生させる電圧を加算して印加する構成のように、回転対称な電界成分を発生させる電極群も、加速レンズを構成する１つの（１個の）電極と見なされる。

静電補正レンズ５４として動作する電極に補正電圧を印加すると、加速レンズと静電補正レンズのトータルのレンズ効果（ビーム集束力）は変化する。その結果、中間像ＩＳ１の結像高さと倍率は変化する。後段の対物レンズ１７が中間像ＩＳ１を縮小結像するので、中間像ＩＳ１で生じた結像高さの変化は縮小され、基板２４の表面におけるビームアレイ像ＩＳ２の結像高さ変化は小さくなる。つまり、静電補正レンズ５４の結像高さ補正感度は低い。中間像ＩＳ１で生じた倍率の変化（倍率の比）は、後段の対物レンズ１７の結像倍率とは関係なく、そのままビームアレイ像ＩＳ２の倍率変化に伝達されるので、静電補正レンズ５４の倍率補正感度は高い。静電レンズと静電補正レンズの組合せでは像の回転は生じないので、静電補正レンズ５４の回転補正感度は極めて低い。

以上のように、加速レンズ５０の電極を兼用する静電補正レンズ５４は、倍率補正感度は高く、結像高さ補正感度は低く、回転補正感度は極めて低い。

対物レンズ（磁界レンズ）の磁場中に配置される静電レンズは、静電レンズ内のビームのエネルギーを変化させて、ビームが磁界レンズから受ける集束効果を変えることにより結像高さを変える。この集束効果の変化により倍率変化も生じる。回転は、静電レンズ単独では通常生じないが、レンズ磁場中に配置すると、エネルギー変化から磁界レンズ作用を介して回転も変化する。ここで、ビームを結像させるために対物レンズが発生する磁場は極めて強力であるため、静電レンズの印加電圧の小さな変化による小さなエネルギー変化に対しても、レンズ磁場全体の集束効果と回転効果は大きく変化する。従って、最終段の対物レンズ１７のレンズ磁場内に配置された静電補正レンズ６７は、結像高さ、倍率、回転の補正感度が高い。

一方、上流の静電補正レンズ６６は、結像高さの補正感度が低くなる。最終段の対物レンズ１７が中間像ＩＳ１を縮小して結像させるので、高さ方向の変化も縮小されて、基板２４の表面にビームアレイ像ＩＳ２を結像するためである。但し、倍率変化（倍率の比）と回転は変わらない。従って、上流の対物レンズ１６のレンズ磁場内に配置された静電補正レンズ６６は、結像高さの補正感度は低いが、倍率と回転については静電補正レンズ６７と同程度の高い補正感度を有する。

このように、静電補正レンズ５４，６６，６７は、それぞれ異なる補正特性を有する（結像高さ補正感度、倍率補正感度、回転補正感度の比率が異なる）ため、これら３個の補正レンズの励起量（印加電圧）を、適切な関係式で連動させて制御することにより、以下の結像状態の補正を行う事ことができる。
・基板の表面高さ変動に対応させて、倍率不変かつ無回転で、結像高さを変える。
・基板の表面高さは一定として、無回転かつ結像高さ不変で、倍率を変える。
・基板の表面高さは一定として、結像高さ不変かつ倍率不変で、回転を変える。
上記の３種類の結像状態の補正のうち、第１番目の補正は、試料面の凹凸に対応するように描画中に行う焦点補正（ダイナミックフォーカス）で利用する。第２番目の補正は倍率の微調整に、第３番目の補正は回転の微調整に利用できる。

結像状態の補正での励起量の連動の関係式は、上記３パターンの調整のそれぞれで異なる。励起量の関係式は、調整量（結像高さ、倍率、回転）の１次以上の多項式とすれば、十分な精度で調整できる。多項式の係数は、軌道シミュレーションで求まる。実測した、結像高さ、倍率、回転の励起量に対する依存性に基づいて係数を算出してもよい。

このように、本実施形態では、各段の対物レンズのレンズ磁場内に配置する静電補正レンズは１個なので、配置の余裕を確保することができる。静電補正レンズ同士が近接しないため、静電補正レンズ配置に必要な、真空シール、真空領域からの配線引出し、レンズ電極を支える絶縁体などの構造を、容易に設計することができる。また、組み立て作業が容易となり、作業効率を向上させることができる。

また、レンズ磁場中に近接して配置される静電補正レンズは無いので、近接する静電レンズ間の電圧の違いで生じる二次電子の滞留を抑制し、ビーム位置を安定化させることができる。

加速レンズの電極を兼用する静電補正レンズは、周囲に磁極の無い、広い直径の空間を利用可能な所に配置されるので、配置に余裕がある。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、対物レンズ１６，１７のレンズ磁場中にそれぞれ１個の静電補正レンズ６６，６７を配置していたが、いずれか一方の静電補正レンズを省略し、対物レンズのレンズ磁場の外に磁界補正レンズを配置する構成としてもよい。

例えば、図４に示すように、対物レンズ１６のレンズ磁場内の静電補正レンズを省略し、レンズ磁場の外に磁界補正レンズ４０を配置する。

磁界補正レンズ４０は、対物レンズ１６，１７の上流側の、レンズ磁場の外側に配置されている。磁界型の対物レンズの磁場（軸上磁束密度）は、対物レンズ磁極から離れると減衰する。経験的に、軸上磁束密度が最大値に対し、例えば１／１０以下となる領域を「磁場の外」とみなすことができる。なお、軸上磁束密度が最大となるのは、通常、対物レンズの一組の磁極（二つの磁極）の中間付近の光軸上である。本実施形態では、磁界補正レンズ４０は、加速レンズ５０と対物レンズ１６との間に配置されているが、磁界補正レンズ４０の位置は、対物レンズ１６，１７の磁場の外側で、かつ、ブランキングアパーチャアレイ基板１０より下流側であればよく、例えば、加速レンズ５０を囲むようにコイルを配置し、それを磁界補正レンズ４０としてもよい。

磁界補正レンズ４０は、微小な回転対称磁界を発生して結像状態を補正する。例えば、磁界補正レンズ４０は、ビーム光軸を中心軸とする、円形コイルやソレノイドコイルであり、補正の為の電流が流される。フェライト等の磁性体でコイルを囲ってもよい。

磁界補正レンズは、ビーム像を回転させる効果（回転効果）を有し、この効果は、磁界補正レンズの光軸方向の位置がレンズの磁場の中か外かを問わず生じる。像の回転は、対物レンズ磁場の回転効果と磁界補正レンズ磁場の回転効果との単純な加算になり、両者の磁場が重なり合っても相乗効果（両者の磁場の積に比例するような回転効果）は生じない。

磁界補正レンズをレンズ磁場の中に配置した場合、結像高さ補正の感度は大きくなり、付随して倍率補正効果も大きくなる。レンズ磁場の集束力は軸上磁束密度の二乗に比例するので、対物レンズの磁場と磁界補正レンズの磁場に光軸方向で重なりがあると相乗効果（両者の磁場の積に比例するような集束効果）が生じ、補正レンズ磁場の小さな変化に対して、集束力の大きな変化が得られるからである。一方、磁界補正レンズをレンズ磁場の外に配置すると、集束力の変化は非常に小さくなり、結像高さ及び倍率の補正感度は低くなる。

従って、本実施形態のように、レンズ磁場の外に配置した磁界補正レンズ４０は、結像高さと倍率の補正感度は低く、回転補正感度は高いという特性を有する。

静電補正レンズ５４，６７及び磁界補正レンズを４０は、それぞれ異なる補正特性を有する（結像高さ補正感度、倍率補正感度、回転補正感度の比率が異なる）ため、これら３個の補正レンズの励起量（静電補正レンズでは印加電圧、磁界補正レンズでは励磁電流）を、適切な関係式で連動させて制御することにより、上記第１の実施形態と同様の結像状態の補正を行うことができる。

なお、磁界補正レンズは、静電補正レンズと異なり、通常、真空外に配置されるため、真空シール、真空外配線引出し、真空中絶縁体支持などの複雑な構造は不要である。本実施形態では、磁界補正レンズ４０は、加速レンズ５０と対物レンズ１６の間の磁場の外に配置されているので、対物レンズ磁極で囲まれず、広い空間を利用でき、配置余裕の問題は生じない。

また、上記第１の実施形態と同様に、レンズ磁場中に近接して配置される静電補正レンズは無いので、近接する静電レンズ間の電圧の違いで生じる二次電子の滞留を抑制し、ビーム位置を安定化させることができる。

磁界補正レンズ４０の位置は、対物レンズ１６，１７の上流側のレンズ磁場の外に限定されず、図５に示すように、２段の対物レンズ１６、１７の間の、レンズ磁場の外に配置してもよい。

例えば、２つの対物レンズ１６，１７の励磁方向（集束磁界の方向）を逆としている場合、両者の間に磁束密度が０となる箇所が生じるので、その付近に磁界補正レンズ４０を配置する。

２つの対物レンズ１６，１７の励磁方向が同じ場合でも、両者の間に磁束密度が十分減衰する領域（例えば、軸上磁束密度が最大値の１／１０以下になる領域）が生じる場合が多いので、その付近に磁界補正レンズ４０を配置する。

図４に示す描画装置は、対物レンズ１７のレンズ磁場内に静電補正レンズ６７を配置していたが、図６に示すように、静電補正レンズ６７を省略し、対物レンズ１７のレンズ磁場内に磁界補正レンズ４２を配置してもよい。また、図示しないが、図５に示す描画装置で、対物レンズ１７のレンズ磁場内に配置した静電補正レンズ６７を省略し、対物レンズ１７のレンズ磁場内に磁界補正レンズ４２を配置してもよい。

対物レンズの磁場内に配置する磁界補正レンズは、空芯の円形コイルやソレノイドコイルである。対物レンズの磁場を乱さないように、フェライト等の磁性体で囲む構造にはしないことが好ましい。

既に説明したように、磁界補正レンズは、レンズ磁場中に配置すると結像高さ補正の感度と倍率補正効果は大きくなり、また、レンズ磁場の中か外かを問わずビーム像を回転させる効果を生じさせる。その結果、対物レンズ１７のレンズ磁場内に配置された磁界補正レンズ４２は、結像高さ、倍率、回転の全ての補正感度が高い。

静電補正レンズ５４及び磁界補正レンズ４０，４２は、それぞれ異なる補正特性を有するため、これら３個の補正レンズの励起量を適切な関係式で連動させて制御することにより、上記第１の実施形態と同様の結像状態の補正を行うことができる。

［第３の実施形態］
上記第１の実施形態では、対物レンズ１６，１７のレンズ磁場内にそれぞれ１個の静電補正レンズ６６、６７を配置する構成について説明したが、静電補正レンズ６６，６７の少なくともいずれか一方を磁界補正レンズに置き換えてもよい。なお、静電補正レンズと磁界補正レンズとでは構造が異なり実装形態も異なるので、ここで言う「置き換える」は、光軸方向のほぼ同じ位置に配置するという意味である。光軸方向の位置以外の諸元、例えば、静電補正レンズの電極と磁界補正レンズのコイルの直径や長さ（光軸方向の長さ）は通常異なる。

図７は、対物レンズ１６のレンズ磁場内の補正レンズを磁界補正レンズ４１とし、対物レンズ１７のレンズ磁場内の補正レンズは静電補正レンズ６７とした構成を示す。図８は、対物レンズ１６のレンズ磁場内の補正レンズを磁界補正レンズ４１とし、対物レンズ１７のレンズ磁場内の補正レンズを磁界補正レンズ４２とした構成を示す。

図示は省略するが、対物レンズ１６のレンズ磁場内の補正レンズは静電補正レンズ６６とし、対物レンズ１７のレンズ磁場内の補正レンズを磁界補正レンズ４２としてもよい。

対物レンズ１７の磁場中に配置した磁界補正レンズ４２は、結像高さ補正感度と倍率補正感度は高い。対物レンズ１６の磁場中に配置した磁界補正レンズ４１は、結像高さ補正量が後段の対物レンズ１７により縮小されるので、結像高さ感度は低くなるが、倍率補正効果は後段レンズに影響されず高い。このように、対物レンズのレンズ磁場中に配置した磁界補正レンズは、焦点と倍率の補正感度が、静電補正レンズを配置する場合と類似した比率になる。また、磁界補正レンズは、対物レンズの磁場の中か外かに関係なく回転補正感度は高い。そのため、それぞれ異なる補正特性を有する補正レンズの励磁量を、すなわち図７に実施形態では静電補正レンズ５４の印加電圧と磁界補正レンズ４１の励磁電流と静電補正レンズ６７の印加電圧とを、図８の実施形態では静電補正レンズ５４の印加電圧と磁界補正レンズ４１，４２の励磁電流とを、関係式に基づいて連動させて制御することで、上記第１の実施形態と同様の結像状態の補正を行うことができる。

対物レンズのレンズ磁場内に配置する磁界補正レンズ（４０、４１）は、静電補正レンズと異なり、通常、真空外に配置されるため、複雑な構造は不要であるので、配置の余裕を確保することができる。また、レンズ磁場中に近接して配置される静電補正レンズは無いので、近接する静電レンズ間の電圧の違いで生じる二次電子の滞留を抑制し、ビーム位置を安定化させることができる。

これまで示した描画装置では、３個の補正レンズを用いる構成を説明したが、結像状態の補正に使用する補正レンズは３個に限定されず、４個以上であってもよい。

また、これまで示した描画装置では２段の対物レンズを用いる構成を説明したが、３段以上の対物レンズを用いる場合も、焦点補正レンズの配置の余裕を確保すると共に二次電子の滞留を抑制しビーム照射位置を安定化させる効果を発揮しながら、結像状態の補正を行うことができる。

本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。

２ 電子光学鏡筒
４ 電子源
６ 照明レンズ
８ 成形アパーチャアレイ基板
１０ ブランキングアパーチャアレイ基板
１４ 制限アパーチャ部材
１６、１７ 対物レンズ
２０ 描画室
２２ ＸＹステージ
２４ 基板
４０，４１，４２ 磁界補正レンズ
５０ 加速レンズ
５４，６６，６７ 静電補正レンズ

Claims (13)

1. マルチ荷電粒子ビームの各ビームをブランキング偏向する複数のブランカと、
   複数の電極を有する静電レンズで構成され、前記マルチ荷電粒子ビームを加速する加速レンズと、
   前記加速レンズにより加速された前記マルチ荷電粒子ビームのうち、前記ブランカによってビームオフの状態になるように偏向されたビームを遮蔽する制限アパーチャ部材と、
   前記制限アパーチャ部材を通過したマルチ荷電粒子ビームの焦点を基板上に合わせる、磁界レンズからなる２段以上の対物レンズと、
   前記基板における前記マルチ荷電粒子ビームの結像状態の補正を行う、第１補正レンズ、第２補正レンズ及び第３補正レンズを含む３個以上の補正レンズと、
   を備え、
   前記２段以上の対物レンズのそれぞれの磁場中に配置される静電補正レンズは１個以下であり、
   前記第１補正レンズは、前記加速レンズの前記複数の電極のうち少なくとも１個の電極を兼用する静電補正レンズである、マルチ荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記第２補正レンズは、前記２段以上の対物レンズのうちいずれか１段の対物レンズである第１の対物レンズのレンズ磁場内に配置される静電補正レンズであり、
   前記第３補正レンズは、前記２段以上の対物レンズのうち前記第１の対物レンズ以外の対物レンズのレンズ磁場内に配置される静電補正レンズである、請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記第２補正レンズは、前記２段以上の対物レンズのレンズ磁場の外に配置される磁界補正レンズであり、
   前記第３補正レンズは、前記２段以上の対物レンズのいずれかのレンズ磁場内に配置される、請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
4. 前記第２補正レンズは、前記２段以上の対物レンズの上流側の、レンズ磁場の外に配置される磁界補正レンズである、請求項３に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
5. 前記第２補正レンズは、前記２段以上の対物レンズの間の、レンズ磁場の外に配置される磁界補正レンズである、請求項３に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
6. 前記第３補正レンズは、静電補正レンズである、請求項３に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
7. 前記第３補正レンズは、磁界補正レンズである、請求項３に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
8. 前記第２補正レンズは、前記２段以上の対物レンズのいずれかの対物レンズのレンズ磁場内に配置される磁界補正レンズであり、
   前記第３補正レンズは、前記２段以上の対物レンズのいずれかの対物レンズのレンズ磁場内に配置される静電補正レンズである、請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
9. 前記第２補正レンズは、前記２段以上の対物レンズのいずれかの対物レンズのレンズ磁場内に配置される磁界補正レンズであり、
   前記第３補正レンズは、前記２段以上の対物レンズのいずれかの対物レンズのレンズ磁場内に配置される磁界補正レンズである、請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
10. 前記３個以上の補正レンズの励起量の相互関係を設定して、前記マルチ荷電粒子ビームの結像状態の補正を行う、請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
11. 前記結像状態の補正は、倍率不変かつ無回転で結像高さを変える補正である、請求項１０に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
12. 前記結像状態の補正は、無回転かつ結像高さ不変で倍率を変える補正である、請求項１０に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
13. 前記結像状態の補正は、結像高さ不変かつ倍率不変で回転を変える補正である、請求項１０に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。

Images