JPH10163089A - 電子線描画装置 - Google Patents

電子線描画装置

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JPH10163089A
JPH10163089A JP8318931A JP31893196A JPH10163089A JP H10163089 A JPH10163089 A JP H10163089A JP 8318931 A JP8318931 A JP 8318931A JP 31893196 A JP31893196 A JP 31893196A JP H10163089 A JPH10163089 A JP H10163089A
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aperture
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は電子線の成形偏向動作時におけ
る望ましからぬ電子線位置ずれを防止して高精度露光を
可能にする電子線描画装置を提供することにある。 【解決手段】第1成形絞り3の像は第一及び第二成形レ
ンズ6及び10により第二成形絞り11上に形成され
る。電子源1の像は第一成形レンズ6により成形偏向器
8の位置に形成される。その電子源像が成形偏向器8の
位置に形成されないと、電子線の軸ずれが生じるので、
この軸ずれを第一成形レンズ6の焦点合わせにより補正
する。具体的には、成形偏向器8によって電子線を偏向
したときの、試料18面上での第二成形絞り11の像の
移動が最小となる第一成形レンズ6の励磁電流を処理及
び制御装置25により求め、設定することにより軸ずれ
が補正される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子線描画装置、特
にシリコンウエハ等の半導体基板上に回路パターンを形
成するのに適した電子線描画装置関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子線描画装置は可変成形電子光
学系、特に部分一括露光光学系等の発展により高速化が
達成され、次世代のリソグラフィー装置として期待され
ている。一般に可変成形電子光学系では高精度に加工さ
れた複数の成形絞りでビーム断面形状を成形し、描画パ
ターンに応じてビーム形状を制御して従来にない高速露
光を可能としている。
【0003】図1を参照するに、電子源1から発した電
子線4は第一成形絞り3を照射し、その像は第位置及び
第二成形レンズ6、10により第二成形絞り11上に形
成される。成形偏向器8は第一及び第二成形レンズ6、
10間に配置され、第二成形絞り11の電子線透過位置
を制御している。
【0004】
【発明が解決使用とする課題】この光学系では以下に示
すように成形偏向以前の成形レンズ群、図では第一成形
レンズ6は成形偏向器8の中心位置に電子源1の像を形
成する必要がある。成形偏向器8の中心位置に電子源1
の像がない場合は、成形偏向動作時に下段レンズ群の結
像で電子源の像が軸ずれをきたし、可変成形ビ−ム照射
条件に悪影響を及ぼす。具体的には下部制限絞り、たと
えば対物絞り上で軸ずれした場合は、けられによる照射
電子線の電流密度の変化を引き起こす。更に、対物レン
ズ16内での軸ずれに伴う収差増大や試料照射位置ずれ
が問題となる。
【0005】前者は対物絞り径等をけられがない程度に
大口径化することにより対処可能である。後者は異寸法
間の超微細パターンの接続や広範囲の任意開口を選択露
光する一括露光では、下地との重ね合わせ精度で問題と
なる。すなわち、成形絞り像の縮小レンズ群は電子源に
対しては通常拡大系となるため、上段での電子源の軸ず
れは下段で拡大され、結像条件に悪影響を与え、結果と
して寸法の異なるビ−ムの接続や、解像性、下地への合
わせ精度に悪影響を与える。
【0006】更に、可変成形ビームは高電流で使用され
るため、空間電荷効果すなわちクーロン効果による反発
力のため最適焦点位置が電子光学的焦点位置に対し後方
(下方)にずれる。加えて、電子源像の軸ずれにより可
変成形動作時ショット位置ずれが増大する可能性があ
る。
【0007】本発明の目的は電子線の成形偏向動作時に
おける望ましからぬ電子線位置ずれを防止して高精度露
光を可能にする電子線描画装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の電子線描画装置
は、電子線を発生させる電子源と、その発生された電子
線が透過する第一及び第二成形絞りと、前記電子源の像
を前記第一及び第二成形絞り間の所定位置に形成する第
一成形レンズと、該第一成形レンズと協同して前記第一
成形絞りの像を前記第二成形絞り上に形成する第二成形
レンズと、前記第二成形絞り上の前記第一成形絞りの像
を移動させて前記第二成形絞りを透過した電子線の寸法
を制御するように前記電子線を前記所望の位置において
偏向する成形偏向器と、前記第二成形絞りの像を試料面
上に形成する手段と、前記成形偏向器を用いて前記電子
線を偏向することにより前記第二成形絞りを透過した電
子線の寸法を変化させたときの、前記試料面上での前記
第二成形絞りの像の移動を最小化する手段とを備えてい
ることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例の電子線
描画装置の概要を示す。同図では、レイトレースは有限
径の電子源1の両端から発した電子が成形絞り端を照明
した場合の結像関係を直線で表現している。
【0010】電子源1より発生した電子線4は第一成形
絞り3により成形され、その成形像は第一成形レンズ6
と第二成形レンズ10により第二成形絞り11上に形成
される。第二成形絞り11上の成形ビーム像は成形偏向
器8により移動され、第二成形絞り11を透過する成形
ビームの形状及び寸法が制御される。たとえば第一成形
絞り3及び第二成形絞り11により形成される開口がX
Y平面(電子線軸に直角な平面)に平行な矩形開口の場
合は、ビーム形状は長方形となり、成形偏向器8により
X及びY方向(電子線軸に直交する、互いに直角な2方
向)の寸法W及びHが制御される。また、第二成形絞り
11が任意形状開口を複数有する場合は、成形偏向器8
で電子線を偏向することで任意の開口が選択され、所望
の一括露光制御が実現される。当然可変矩形ビームと一
括露光ビームの混在も可能である。その場合は、成形偏
向器を2段に分離して電子源像に対して対称に配置して
使用する。
【0011】第二成形絞り11を透過した電子線5は縮
小レンズ13によって縮小され、更に対物レンズ16に
より試料18面に結像される。すなわち、第二成形絞り
11の縮小像は試料18面に形成される。対物偏向器1
5は試料面上の照射位置へビーム移動させ、露光する。
偏向範囲外の場合は機械的に試料を移動する。これらの
移動時間のビームカットや露光時間はブランカ2により
制御される。なお、17は試料18から反射される反射
電子を検出する反射電子検出器である。
【0012】図2は試料18面上で可変矩形ビーム24
の形状を測定する方法を例示している。図2は、試料で
ある、反射係数の異なる校正用マークエッヂ21上をX
方向にビーム(電子線)走査した例である。反射電子検
出器17によって検出される反射電子による校正用マ−
クエッヂ21上での走査波形22は高反射率マーク方向
に一定の傾斜波形となり、その微分波形23を求める
と、矩形ビーム24の電流密度のX方向分布が得られ
る。この微分波形で第一成形絞り像19と第二成形絞り
像20の相対位置関係を測定することにより、ビーム寸
法を決定する。すなわち、X方向の微分波形の半値位置
(X1、X2)からビーム寸法幅w=X2ーX1が得ら
れる。同様に、Y方向の微分波形の半値幅からビーム寸
法幅H=Y2ーY1が得られる。各成形偏向設定値と実
寸法(W、H)の関係を測定し、所望の寸法に対する成
形偏向設定値を内挿法等で決定する。本測定では正確な
X及びY校正マークと微分処理を用いたが、試料18面
上の微小ドットを電子線で直接走査すれば、微分処理を
しなくとも同様のビーム形状評価が可能である。
【0013】図3は上記のような可変成形型の電子線描
画装置において成形偏向動作と電子源像の軸ずれの影響
を摸式的に示したものである。図中の第一成形絞り3上
の矢印の電子源像が成形偏向器8の成形偏向中心に結像
する場合と中心外に像1個分ずれた場合の比較を示して
いる。ちなみに、電子源の大きさは熱電子源で10μm
程度である。可変成形型電子光学系の特徴は縮小レンズ
系13により電子源に対しては一般に数10倍程度の拡
大系となる点である。電子源像12すなわちクロスオー
バ像が縮小レンズ13上段で大きく軸ずれし、特に対物
偏向系での軸ずれ、照射位置ずれ等結像条件に悪影響を
与えてしまう。そのため成形偏向器8の中心に電子源1
の像を精度良く形成し、下段のレンズ群から観測しても
成形偏向動作時の仮想電子源12が軸中心に固定される
される必要がある。このように可変成形型の電子光学系
では、成形偏向中心に精密に電子源を結像する機構と高
精度な成形レンズ等の調整法が重要となる。
【0014】図3から明らかなように、成形偏向中心か
らの電子源像の位置ずれが大きい程、試料面への入射角
が増大する。したがって実際的には成形偏向動作時の第
二成形絞り11像の位置ずれ量を計測し、位置ずれ量を
最小にする第一成形レンズ6の条件を求める。本方式で
は、対物レンズ焦点位置をマーク検出精度に影響を与え
ない程度にシフトすることにより高精度に測定可能であ
る。例えば焦点位置を100μm移動し、校正マークの
検出精度0.01μmが得られた場合、入射角の測定精
度は0.01/100〜100μradの精度が可能で
ある。通常対物レンズの開口角は数mradであり、本
方式は十分の軸調整精度が達成可能である。
【0015】図4はビーム寸法W、W'として可変矩形
ビーム端座標値を図2の走査微分波形23で計測した例
である。成形偏向設定値すなわちビーム寸法を電源を含
む処理及び制御装置25によりW、W'と変化させ、第
二成形絞り像20の位置に相当する座標値X1、X1'
を測定し、位置ずれdX=X1'ーX1を計算する。第
二成形絞り像の位置ずれdxを、第一成形レンズ6の励
磁電流Isを変化させて測定する。測定したdxをIs
の関数として近似し、極小となる第一成形レンズ励磁電
流Isxを求める。近似関数としては2次式以上の多項
式を用いる。同様に、Y方向の第二成形絞り像の位置ず
れdyを最小にする第一成形レンズ6励磁電流Isyを
求める。厳密には成形偏向器の加工精度、軸ずれ等によ
りIsx、Isyは異なる。その場合は第一成形レンズ
にはXY方向の平均値 Iso=(Isx+Isy)/2 を設定する。位置ずれdx、励磁電流Isx、Isy及
びIsoの計算並びに励磁電流Isoの設定は処理及び
制御装置25によって行うことができる。
【0016】図1に示す成形偏向上段に偏向コイル等の
ビームアライナーと呼ぶことができる軸調整用偏向器7
を配置することによりX及びY方向の電子線の非対称性
を改善することも可能である。すなわち、成形偏向器内
のビ−ム軸ずれ量うが多いと、成形偏向の収差により電
子源像のぼけが増大される。そのため、試料18面上で
同様の成形ビ−ム位置ずれが発生する。ビ−ムアライナ
−7を用いればその位置ずれを調整することができる。
処理及び制御装置25により位置ずれ量に応じてビ−ム
アライナ−7を自動的に制御してもよい。また、第一成
形レンズ6は主成形レンズと焦点合わせ用の補助レンズ
5とを含むようにしてもよい。その補助レンズとしては
空芯コイルや静電レンズ等を用いることができる。
【0017】第一成形レンズが特に磁界型の場合は、焦
点合わせ(焦点補正)を実行すると、電子線が回転す
る。この回転量は予めわかるから、その回転量に応じ
て、処理及び制御装置25により、第一第二成形レンズ
に配置された長焦点空芯レンズコイル9を自動的に逆励
磁すれば、電子線の無回転化が可能である。
【0018】本発明の実施例によれば、成形偏向動作す
なわち可変成形ビーム寸法変化、一括露光用開口選択に
伴うビーム軸ずれを低減し、試料照射位置ずれを最小限
とする。異寸法または異開口ショット間の接続誤差を改
善し、部分一括露光では更に下地への合わせ精度が向上
する。また対物レンズ内での軸ずれを補正し収差の増大
を防止し解像性を改善することができる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、電子線の成形偏向動作
時における望ましからぬ電子線位置ずれを防止して高精
度露光を可能にする電子線描画装置がを提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電子線描画装置の概略
図。
【図2】本発明で用いられる可変成形ビーム寸法の評価
方法の一例の説明図。
【図3】軸ずれの影響を示す一例としての摸式図。
【図4】照射位置ずれ測定方法の一例の説明図。
【符号の説明】
1:電子源、2:ブランカ、3:第一成形絞り、4:電
子線、5:補助レンズ、6:第一成形レンズ、7:ビー
ムアライナー(軸調整用偏向器)、8:成形偏向器、
9:空芯レンズコイル、10:第ニ成形レンズ、11:
第二成形絞り、12:電子源像、13:縮小レンズ、1
4:対物絞り、15:対物偏向器、16:対物レンズ、
17:反射電子検出器、18:校正用マーク(試料)、
19:第一成形絞り像、20:第二成形絞り像、21:
校正用マークエッヂ、22:走査波形、23:微分波
形、24:成形ビーム、25:処理及び制御装置。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子線を発生させる電子源と、その発生さ
    れた電子線が透過する第一及び第二成形絞りと、前記電
    子源の像を前記第一及び第二成形絞り間に形成する第一
    成形レンズと、該第一成形レンズと協同して前記第一成
    形絞りの像を前記第二成形絞り上に形成する第二成形レ
    ンズと、前記第二成形絞り上の前記第一成形絞りの像を
    移動させて前記第二成形絞りを透過した電子線の寸法を
    制御するように前記電子線を偏向する、前記第一及び第
    二成形絞り間に配置された成形偏向器と、前記第二成形
    絞りの像を試料面上に形成する手段と、前記成形偏向器
    を用いて前記電子線を偏向することにより前記第二成形
    絞りを透過した電子線の寸法を変化させたときの、前記
    試料面上での前記第二成形絞りの像の移動を最小化する
    手段とを備えていることを特徴とする電子線描画装置。
  2. 【請求項2】前記像移動最小化手段は前記試料面上での
    前記第二成形絞りの像の移動を最小化するように前記第
    一成形レンズの焦点合わせをすることを特徴とすること
    を特徴とする請求項1に記載された電子線描画装置。
  3. 【請求項3】前記像移動最小化手段は前記第二成形絞り
    を透過した電子線のX及びY方向の寸法を変化させたと
    きの、前記試料面上での前記第二成形絞りの像のX及び
    Y方向の移動をそれぞれ最小化する前記第一成形レンズ
    の焦点位置を求め、これらの焦点位置の平均値に前記第
    一成形レンズの焦点合わせをすることを特徴とする請求
    項1に記載された電子線描画装置。
  4. 【請求項4】前記第一成形レンズは主成形レンズと、前
    記像移動を最小化するように焦点合わせをするための補
    助レンズとを含んでいることを特徴とする請求項1〜3
    のいずれかに記載された電子線描画装置。
  5. 【請求項5】前記成形偏向器の上段に設けられた軸調整
    用偏向器を備え、これによって、前記成形偏向器による
    電子線偏向を変えたときの、前記試料面上での前記第二
    成形絞りの像の移動を最小化し得るようにしたことを請
    求項1〜4のいずれかに記載された電子線描画装置。
  6. 【請求項6】前記第一及び第二成形レンズ間に設けられ
    た空芯の長焦点レンズを備え、これによって、前記成形
    レンズ焦点合わせに伴う前記電子線の回転を補正するこ
    とを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載された電
    子線描画装置。
  7. 【請求項7】前記第二成形絞りの像を前記試料上に形成
    する手段は対物レンズを含み、該対物レンズの焦点位置
    を、前記成形偏向器による電子線偏向を変えたときの、
    前記試料面上での前記第二成形絞りの像の移動が最小と
    なる点とすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか
    に記載された電子線描画装置。
  8. 【請求項8】前記第二成形絞りは複数の開口を有し、前
    記像移動最小化手段は前記開口のうちの選択された一つ
    を前記成形偏向器により偏向された電子線で照射したと
    きの、前記試料上での前記選択された開口の像の移動を
    最小化することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに
    記載された電子線描画装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008016541A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Tokyo Electron Ltd 電子ビーム描画装置、電子ビーム描画方法、及び制御プログラム

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