JPH09222738A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 描画精度を向上させる。 【解決手段】 下部電極６を試料８と等電位にし、上部
電極４には電極６の電位を基準とする負の電圧を与え
る。電極６を試料８と等電位にすることにより、試料面
上まで漏れる電界を小さくでき、試料８の移動に伴う試
料付近の電界変化に起因するビーム１の位置ずれを十分
小さくできる。また、上記負電圧を印加することによ
り、対物レンズ２及び偏向器３内のビーム通路へ入る二
次電子の量を低減できる。開口５、７を小さくすること
により、ビーム通路へ入る反射電子の量を低減できる。
これにより、ビーム通路内面に蓄積される電荷量を低減
でき、チャージアップによるビーム位置精度低下を抑え
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームで
試料面上に微細な回路パタン等を描画する荷電粒子ビー
ム装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、超ＬＳＩ技術の発展に伴って、高
速かつ高精度に微細パタンを描画する荷電粒子ビーム装
置の開発が進められてきた。この種の装置では描画パタ
ン位置精度が高いことが要求される。荷電粒子ビーム装
置は、レジストを塗布したウェハ等の試料に細く絞った
荷電粒子ビームを照射しながら所望のパタンを描画して
いく。その際、ビームの照射熱によりレジスト表面から
有機物等が蒸発し、この蒸発したレジストがビーム通路
の内面に付着し汚れとなり、この汚れに試料へのビーム
照射で生じた反射電子や二次電子が当たって電荷が蓄積
される。その結果、チャージアップが生じてビーム位置
が不安定になり、描画パタン位置精度が劣化するという
問題があった。

【０００３】そこで、このようなビーム通路内面のチャ
ージアップを低減する図３のような荷電粒子ビーム装置
が提案されている（特開平５−３７４９９号公報）。図
３において、２１は図示しない荷電粒子ビーム発生装置
から放出された電子ビーム又はイオンビーム等の荷電粒
子ビーム、２２はビーム２１を集束させる対物レンズ、
２３はビーム２１を試料２８上の所望の位置に照射する
ための偏向器、２４は対物レンズ２２及び偏向器２３と
試料２８との間に設置された電極、２５は電極２４に設
けられた開口である。

【０００４】この装置では、荷電粒子ビーム２１が通る
ための開口２５を有する電極２４を設置し、この開口２
５の内径を小さくすることにより、対物レンズ２２及び
偏向器２３内のビーム通路へ侵入する反射電子３１の量
を大幅に低減することができる。さらに、試料２８を基
準にして電極２４に負の電圧を印加し、電極２４と試料
２８の間に電位障壁を設けることによって、ビーム通路
へ侵入する二次電子３０の量を大幅に低減することがで
きる。その結果、対物レンズ２２及び偏向器２３内のビ
ーム通路内面のチャージアップを低減できる。

【０００５】ところが、図３のような装置を用いて、電
極２４と試料２８の間に電圧を印加すると、それによっ
て生じる電界は試料２８の表面形状の影響を受ける。通
常、試料２８は図示しない移動ステージ上に載置され
て、このステージにより水平方向に移動できるようにな
っているので、試料２８の移動に伴って電極２４と試料
２８との間の電界も変化することになり、これによって
荷電粒子ビームの入射位置も変動してしまう。

【０００６】図４は試料２８の移動に伴う試料付近の電
界変動の様子を示す図である。試料２８を基準にして負
の電圧を電極２４に印加したとき生じる電位分布は、例
えば図４（ａ）の等電位線２９ａで示すように、試料２
８から電極２４に向かって低下するように分布する。試
料２８を左側に移動させると、図４（ｂ）の等電位線２
９ｂで示すように、試料２８付近の電位分布が変化す
る。図４（ｂ）では荷電粒子ビーム２１の軌跡を直線で
描いているが、ビーム２１は等電位線に対して垂直に進
行するので、実際の荷電粒子ビームは図よりも右側にそ
れていく。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の荷
電粒子ビーム装置では、試料の移動に伴う試料付近の電
界の変化により、荷電粒子ビームが試料上の所望の照射
位置からそれてしまうため、描画位置の精度が劣化して
しまうという問題点があった。本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、描画精度を向上させるこ
とができる荷電粒子ビーム装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、対物レンズ及
び偏向器と試料との間に順々に配置され、荷電粒子ビー
ムを通過させるための開口をそれぞれ備えた複数の電極
を有し、この電極のうち試料に面した第１の電極を試料
と等電位とし、残りの電極のうち少なくとも１つの電極
には第１の電極を基準とする負の電圧を与えるものであ
る。このように試料に面した第１の電極を試料と等電位
にすることにより、試料面上まで漏れる電界を十分小さ
くすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
を示す荷電粒子ビーム装置のブロック図である。１は電
子ビーム又はイオンビーム等の荷電粒子ビーム、２は対
物レンズ、３は偏向器、４は対物レンズ２及び偏向器３
と試料８との間に設置された上部電極、５は上部電極４
に設けられた上部電極開口、６は上部電極４と試料８と
の間に設置された下部電極、７は下部電極６に設けられ
た下部電極開口である。なお、試料８は、パタン描画の
場合はレジストを塗布したウェハであるが、荷電粒子ビ
ームの偏向歪みを測定する場合は図示しない移動ステー
ジ上に固定されたビーム測定用試料である。

【００１０】次に、このような荷電粒子ビーム装置の動
作を説明する。図示しない荷電粒子ビーム発生装置から
放出された数１０ｋｅＶ程度のエネルギーを有する荷電
粒子ビーム１は、磁界型の対物レンズ２によって集束さ
れ、偏向器３によって試料８上の所望の位置に照射され
る。この偏向器３は、四極や八極等の静電偏向器であ
り、印加電圧に応じた電界によって荷電粒子ビームを偏
向させる。

【００１１】ここで、試料８に面した第１の電極である
下部電極６を試料８と等電位にし、上部電極４には下部
電極６の電位を基準とする負の電圧を与える。この印加
電圧は負の電圧であれば何Ｖでもよいが、後述のように
二次電子のビーム通路内面への侵入をより効果的に防止
するためには２０Ｖ程度以上が望ましい。これにより本
実施の形態では、図１のように下部電極６と試料８を接
地し、上部電極４に−５０Ｖを印加している。

【００１２】下部電極６を基準にして５０Ｖの負電圧を
上部電極４に印加したとき生じる電位分布は、等電位線
９で示すように、電位０Ｖの下部電極６から電位−５０
Ｖの上部電極４に向かって低下するように分布する。そ
して、下部電極６を試料８と等電位にすることにより、
電界の分布はほとんど上部電極４と下部電極６との間に
限られ、下部電極６と試料８との間の電界は下部電極開
口７の付近を除いて０となる。

【００１３】このとき、下部電極開口７から漏れる電界
が若干残るが、この開口７の大きさを小さくして（例え
ば、直径３〜５ｍｍ）、下部電極６と試料８との距離を
十分とることにより、試料面上まで漏れる電界を十分小
さくすることができる。こうして、試料面上まで漏れる
電界が極めて小さくなるので、試料８の移動に伴う試料
付近の電界変化が全く問題にならなくなり、この電界変
化に起因する荷電粒子ビーム１の位置ずれを十分小さく
することができる。

【００１４】さらに、下部電極６を基準にして５０Ｖの
負電圧を上部電極４に印加することにより、上部電極４
と下部電極６の間に電位障壁が生じる。したがって、上
部電極４と下部電極６の間に存在する電子には、上部電
極４から下部電極６の方向に力が働くことになる。

【００１５】ここで、荷電粒子ビーム１が試料８の表面
に衝突することにより試料８から放出される二次電子１
０のエネルギー分布を、図２に示す（大阪大学工学部電
子ビーム研究施設編、「電子ビームテスティングハンド
ブック（電子ビーム研究第７巻）」、日本学術振興会荷
電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会第９８回研
究試料、昭和６２年５月、図４．８、１１７頁）。

【００１６】図２において、Ｅ_SEは分布関数が最大値を
とるエネルギーで、試料８が金属の場合にはＥ_SE＝１〜
５ｅＶとなる。また、ＨＷは分布関数の半値幅で、試料
８が金属の場合にはＨＷ＝３〜１５ｅＶである。よっ
て、二次電子１０のエネルギー分布は数ｅＶから２０ｅ
Ｖまでに集中しているので、上記電位障壁を二次電子１
０のほとんどが通過できず、試料８の方に引き戻され
る。こうして、対物レンズ２及び偏向器３内のビーム通
路へ入る二次電子１０の量を大幅に低減することができ
る。

【００１７】また、下部電極開口７の大きさを上述のよ
うに小さくし、更に上部電極開口５の大きさを同様に小
さくしておくことにより、試料８の表面で反射した数１
０ｋｅＶ程度のエネルギーを有する反射電子１１が対物
レンズ２及び偏向器３内へ侵入する量を大幅に低減する
ことができる。なお、反射電子１１の侵入量低減のため
には、下部電極開口７の大きさが小さい程良いが、あま
り小さくしすぎて開口７の縁と荷電粒子ビーム１が近く
なりすぎると、開口７の縁上のチャージアップ等にビー
ム１が影響を受けるので望ましくない。下部電極開口７
の大きさは、荷電粒子ビーム１の偏向領域の大きさによ
って変わるが、例えば直径３〜５ｍｍで十分効果があ
る。

【００１８】以上のようにして、対物レンズ２及び偏向
器３内のビーム通路へ入る二次電子１０と反射電子１１
の量を大幅に低減できるので、ビーム通路内面に蓄積さ
れる電荷量を低減することができ、チャージアップによ
るビーム位置精度低下を抑えることができる。

【００１９】なお、本実施の形態では、対物レンズ２及
び偏向器３と試料８との間に配置された電極を上部電極
４と下部電極６の２つとしたが、３つ以上であってもよ
い。この場合は、試料８に面した第１の電極を試料と等
電位とし、残りの電極のうち少なくとも１つの電極に第
１の電極を基準とする負の電圧を与えればよい。また、
本実施の形態では、対物レンズ２を磁界型レンズ、偏向
器３を静電偏向器としているが、対物レンズ２を静電型
レンズとしてもよいし、偏向器３を磁界偏向器としても
よいことは言うまでもない。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、対物レンズ及び偏向器
と試料との間に設けた複数の電極のうち試料に面した第
１の電極を試料と等電位にすることにより、試料面上ま
で漏れる電界を十分小さくすることができる。したがっ
て、対物レンズ及び偏向器内のビーム通路へ入る二次電
子と反射電子の量を低減してチャージアップによるビー
ム位置精度低下を抑えつつ、試料の移動に伴う試料付近
の電界変化に起因する荷電粒子ビームの位置ずれを十分
小さくすることができるので、ビーム位置精度（描画精
度）を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す荷電粒子ビ
ーム装置のブロック図である。

【図２】 二次電子のエネルギー分布を示す図である。

【図３】 従来の荷電粒子ビーム装置のブロック図であ
る。

【図４】 試料の移動に伴う試料付近の電界変動の様子
を示す図である。

【符号の説明】 １…荷電粒子ビーム、２…対物レンズ、３…偏向器、４
…上部電極、５…上部電極開口、６…下部電極、７…下
部電極開口、８…試料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームを集束させる対物レンズ
   と荷電粒子ビームを偏向させて試料面上に照射する偏向
   器とを備えた荷電粒子ビーム装置において、 前記対物レンズ及び偏向器と試料との間に順々に配置さ
   れ、荷電粒子ビームを通過させるための開口をそれぞれ
   備えた複数の電極を有し、 この電極のうち試料に面した第１の電極を試料と等電位
   とし、残りの電極のうち少なくとも１つの電極には第１
   の電極を基準とする負の電圧を与えることを特徴とする
   荷電粒子ビーム装置。