JPS6355936A - 電子ビ−ム描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 同心円パターンを描画するために試料ステージとして回
転ステージを採用した。電子ビームを走査する必要はな
く単に偏向させるだけでよく、また各同心円の描画にお
いて電子ビーム照射口を一定に保つことができるので、
描画データ（位置データおよび照射量データ）が少なく
てすみ、かつ描画時間も短縮される。

回転ステージを電子光学系軸方向に微動可能な構成とし
て、電子ビーム偏向時における焦点高さ位置のずれを補
正することにより、描画エリアを拡大した。

発明の背景 技術分野 この発明は電子ビーム描画装置に関し、とくにフレネル
・ゾーン会パターン、レンズ・パターン等の同心円状の
パターンを描画するのに適した電子ビーム描画装置に関
する。

従来技術 電子ビーム描画装置は、もともと超ＬＳＩパターンの作
製用に開発されたものであり、直線。

長方形などのＸＹ座標系に平行な直線パターンの描画に
は好適であるが１曲線パターン、とくに円形パターンの
描画には適していない。

近年、電子ビーム描画装置をＬＳＩのバターニング以外
の分野に応用する動きがある。たとえば、フレネルやゾ
ーン、レンズφパターン（フレネル・レンズ・パターン
等）などの作製である。

このようなパーンは同心円状であるために、従来の電子
ビーム描画装置を用いてこの円形パターンを描くとする
と、描画データ（位置データ、照射量データ）が膨大と
なる。描画時間が長くかかる。滑らかな描画パターンが
得られないなどの問題がある。

この点について第５図を参照して詳しく説明する。第５
図は電子ビーム描画装置の電子ビーム走査系とステージ
系とを概念的に示すものである。

電子銃のフィラメント５１から放出された電子ビームＢ
は、ＸおよびＹ方向（水平走査および垂直走査）の走査
コイル（磁界レンズ）５２により発生する磁場中を通過
するときに偏向される。走査コイル５２に流す電流の向
きおよび強さを制御することにより、電子ビームＢは試
料ステージ５０上でＸ、Ｙ方向にまたは円を描くように
走査される（電界の印加により電子ビームを走査するタ
イプのものもある）。試料ステージ５０はＸおよびＹ方
向に移動自在なＸ、Ｙステージであり、電子ビームＢを
このステージ５０上の試料に照射している間はこのステ
ージ５０は静止している。

このような電子ビーム描画装置を用いて円形パターンＣ
１を描画する場合には、各描画点のＸ。

Ｙ座標（位置データ）と照射量データとが描画エリア内
のすべての点について必要となる。電子ビーム分解能が
０．０５μｍ、描画エリアが半径０．５ｍｍの円の場合
に、各点のＸ座標データ、Ｙ座標データ、照射量データ
をそれぞれ１バイトとしても、この描画エリアを描画す
るための全データは１ギガ・バイトにも達する。また必
然的に描画時間も長くならざるを得ない。

この従来の電子ビーム描画装置では、ディジタル量とし
てメモリに記憶された位置データに基づいて走査コイル
５２に流すべき電流が決定されるから、電子ビームＢは
ディジタル的に走査されることになる。円形パターンを
描画する場合でも描画されたパターンは微視的にみれば
（ミクロン・オーダ）量子化されているので２作製され
たレンズ等の光学的特性に悪影響を与えるという問題も
ある。

もう１つの重要な問題は描画エリアが小さいという点で
ある。第５図に示す従来のタイプの電子ビーム描画装置
を用いて描画できる円形パ゛ターンの最大平径Ｒｉ大円
Ｃの半径）は、電子ｍ　　　　　　　　　　　　　　ｍ ビームＢの最大偏向角の　によって定まり、試料ステー
ジ５０上での最大偏向ｆｆ１Ｌ　　の半分である。

この最大偏向角ω　（または最大偏向ＭＬ　　）ｍ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｍは
、電子ビームが偏向されるときに生じる収差の大きさ、
または電子ビームの焦点深度によって定まる。

走査コイル（磁界レンズまたは静電レンズ）の持つ収差
によって、電子ビームの偏向角を大きくすると焦点位置
で非点が生じ（非点収差の発生）。

この収差は光軸からのずれ童（偏向量）に対して指数関
数的に大きくなる。第６図に示すように。

ある偏向角度ω　の範囲内では電子ビームのスポットＳ
ｏの形状はほぼ円形をしているが、偏向角がそれ以上に
なるとＳ　、Ｓ　で示すようにスポット形状が円形から
大きく歪んだ形となる。

第７図に示すように試料５０Ａに垂直に電子ビームＢを
照射したときに試料５０Ａの表面上で焦点を結ぶように
電子ビームのフォーカシングを設定した場合、この電子
ビームＢが８１で示すように偏向されると電子ビームの
焦点位置Ｆは上方に円弧状に軌跡を描き、試料面から高
さ方向にずれることになる。描画可能な範囲Ｌ　は、そ
の焦点深度ｄの範囲内に試料面がある領域に限定される
。

このようにして、電子ビームの非点収差または焦点深度
によって電子ビームの最大偏向角が決定され、その描画
可能範囲に制限があるので、小さいパターンの作製しか
できないという問題が生じる。

上述の非点収差の問題は非点収差補正レンズを設けてお
き、偏向角に応じてこのレンズにバイアスをかけること
によっである程度補正することができる。

しかしながら、従来の電子ビーム描画装置では、広偏向
角時のピントボケは補正することができず、描画エリア
がせいぜい数■程度に限られてしまうという問題があっ
た。

発明の概要 発明の目的 この発明は、滑らかな円形パターンの描画が可能となる
とともに描画データをできるだけ少なくすることができ
る。さら：ど比較的簡単な構成で電子ビームの焦点高さ
位置調整が可能となり描画エリアを拡大することのでき
る電子ビーム描画装置を提供することを目的とする。

発明の構成と効果 この発明による電子ビーム描画装置は１発生した電子ビ
ームを集束させかつ所定方向に偏向させる電子ビーム偏
向系、被描画試料を載置するための回転駆動されるステ
ージ、および回転ステージを回転軸方向に平行に移動さ
せ、電子ビームの焦点位置補正を行なうための高さ位置
調整装置を備えていることを特徴とする。

試料ステージとして回転ステージが採用されており９円
形パターンの描画時にはこの回転ステージが回転する。

したがって、電子ビームの偏向は半径方向のある一直線
上のみで行なえばよ＜（１次元偏向）（２次元走査は不
要ということ）、電子ビームの偏向角を一定にしておき
かつステージを回転させれば、試料は電子ビームによっ
て滑らかな円形に相対的に走査されることになる。滑ら
かな円形パターンの描画が可能となる。描画データとし
ては、描画径の大きさく位置データ）とその位置での照
射量のみでよいからきわめて小量ですむことになる。た
とえば半径０．５ｍｍの円の描画エリアの場合２０キロ
中バイトのデータですむことになる。さらに、データ量
が少ないからデータの計算時間や読出し走査に要する時
間も短縮されることになる。

電子ビーム偏向系の軸と回転ステージの回転軸とは一致
させておいてもよいし、平行にずらすようにしてもよい
。回転ステージの回転軸を電子ビーム偏向系の軸に対し
て最大描画エリア幅の半分だけずらすようにすると、描
画エリアの一辺の長さまたは半径を２倍にすることがで
きる。このようにして、描画範囲を広くすることができ
るようになる。

この発明によると回転ステージが上下方向（電子ビーム
光学軸方向）に微動できる構造となっている。この回転
ステージの上下方向移動量を電子ビームの偏向により生
じる焦点高さの変化瓜と同じになるように制御すること
：とよって、大きな偏向角に対しても電子ビームの焦点
高さ位置が常にステージ上の試料面上にあるようにする
ことができる。したがって、従来ピントボケにより広さ
に制限を受けていた描画エリアを拡大することができる
ようになり、より大きな円形パターンの描画が可能とな
る。

焦点位置調整を回転ステージの回転軸の上下移動のみで
行なうことができるから、構成が簡素となる。さらに１
回転ステージの回転によって円形パターンを描画するか
ら１つの円形パターンの描画においては電子ビームの偏
向角は一定であり。

したがって回転ステージの高さも一定に保持しておけば
よい。描画すべき円形パターンの半径、すなわち電子ビ
ームの偏向角を変えるときのみこれに応じて回転ステー
ジの高さを調整すればよいので２回転ステージの上下動
制御も比較的簡易となる。

実施例の説明 第１図は電子ビーム描画装置の全体構成の概要を示して
いる。

電子ビーム描画装置の筒体１０の内部は排気装置（図示
路）によって排気され適切な真空度に保たれる。この筒
体１０の上部に鏡筒電子光学系が、下部に試料ステージ
系がそれぞれ収められている。

鏡筒電子光学系は、フィラメントを含む電子銃１１、電
子ビームの放射を制御するブランキング電極１２．第１
および第２集束レンズ（コイル・・・磁界レンズの場合
、電極・・・静電レンズの場合、以下同じ）１３．偏向
コイル（レンズ）１４．非点収差補正コイル（レンズ）
１５．ならびに対物レンズ（コイル、電極）　１Ｂから
構成されている。集束レンズ１３と対物レンズ１６とに
よって基本的な焦点高さ位置の調整が行なわれる。偏向
コイル１４は電子ビームを所定角度偏向させるものであ
る。電子ビームの偏向は、鏡筒電子光学系の軸Ｍに垂直
な平面内においてこの軸Ｍを通る半径方句（Ｒ方向）の
うちの１つの直線方向にのみ行なえばよい。後述するＣ
ＲＴ２９における水平、垂直走査と同期をとる必要上、
このコイル１４はＸおよびＹ方向（Ｘ、　Ｙのいずれか
一方がＲ方向と一致する）に電子ビームを偏向（または
走査）できるように配置されていることが好ましい。非
点収差補正コイル１５は２非点収差が顕著となる大きい
偏向角において、焦点位置の電子ビーム・スポット形状
を真円に近づけるようにするためのものである。

試料ステージ系は、筒体１０内に配置された円板状の回
転ステージ２０と、その回転軸２１と、この回転軸２１
を回転自在にかつ軸方向に摺動自在に支持し、さらに筒
体１０内を気密に保持する筒体１０の底部に設けられた
軸受２Ｂと、筒体ｌＯの外部に設けられたステージ２０
の回転駆動モータ２２と、駆動モータ２２１回転ステー
ジ２０等の全体を上下方向に微動させるためのＺ位置調
整装置２３とから構成されている。

この実施例では、鏡筒電子光学系の光軸Ｍとステージ２
０の回転軸（回転中心）Ｎとは一致している。したがっ
て、電子ビームが偏向されずにステージ２０に垂直に投
射されたときには、この電子ビームはステージ２０の回
転中心を照射する。そして、ステージ２０上の試料上に
丁度焦点を結ぶように収束制御される。

走査形電子顕微鏡としても使用できるように。

電子ビームで試料表面上を走査したときに試料から発生
する２次電子を検出するためのシンチレータ、光電子増
倍管等の検出器２８と、電子ビームの走査（偏向コイル
１４による）と同期して検出器２８から出力される映像
信号を表示するためのＣＲＴ２９とが設けられている。

この電子ビーム描画装置の全体的な動作、とくに描画動
作は制御装置３０によって統括される。この制御装置３
０は、ＣＦ’Ｕ、そのプログラムおよび必要なデータを
記憶するメモリ、ならびに入出力装置とのインターフェ
イスから構成されている。

所定のパターンの電子ビーム描画にあたって。

そのパターンに関するデータ、焦点補正用データ、非点
収差補正用データ等があらかじめ作成され、これらのデ
ータが制御装置３０のメモリ内にストアされる。電子ビ
ーム描画はこれらのデータを読出しながらそのデータに
基づいて各種制御を行なうことによって達成される。゛ パターン・データは所望の描画パターンを得るために用
意されるものであって、描画位置および電子ビーム照射
量を決定するデータである。このパターン・データは、
ブランキング・データ、偏向位置データ、照射量データ
およびステージ位置データに分けられる。

ブランキング・データは電子ビームを試料面に照射する
時間を制御するものである。電子ビーム・ブランキング
は、このデータに基づいて、ブランキング制御装置３１
によってブランキング電極１２に与える電圧を制御する
ことにより行なわれる。

偏向位置データは試料面に照射する電子ビームの位置を
制御するものである。円パターンを描画する場合には回
転ステージ２０が回転することによって電子ビームの相
対的な円状走査が行なわれるから、この位置データによ
って円パターンの半径のみを与えればよい。偏向位置デ
ータはディジタル／アナログ変換器を得て偏向位置制御
装置３２に与えられ、このデータに基づいて制御装置３
２から偏向コイル１４に与えられる電流（または電圧）
が発生する。

照射量データは、電子ビーム描画にあたって単位面積当
りに照射させる電子ビーム量を制御するデータであり、
放射される電子ビームの密度と回転ステージ２０の回転
速度とに関連する。電子ビーム密度が一定と仮定した場
合に１回転ステージ２０の回転速度が速いと単位面積当
りの照射量は少なく、逆に遅いと照射量は多くなる。こ
の照射量データに基づいて１回転制御装置３３によって
モータ２２の回転速度が制御されるとともに、密度制御
装置３４によって電子銃１１から放射される電子ビーム
密度が制御される。照射量の制御は１回転速度制御また
は電子ビーム密度制御のいずれか一方によって実現して
もよい。

この実施例では回転ステージ２０をＸまたはＹ方向に移
動することはできないから、ステージ位置データは不要
である。このデータについての詳細は後述する。

上述したように、電子ビームの偏向角が大きくなると電
子ビームの焦点位置が上方にずれ、試料面がその焦点深
度の範囲から外れる。焦点補正用データは電子ビームの
偏向角に応じて焦点位置の試料面からのずれを補正する
ものである。この焦点補正用データは次のようにして作
成される。

第２図を参照して、まず、′ｉ！ｉ子ビームＢを偏向せ
ずに垂直に回転ステージ２０上の試料（図示時）に入射
させ、試料面に焦点が合うように回転ステージ２０の高
さをＺ位置調整装ｒｉ１２３により調整する。このとき
のステージ２０の高さに関するデータをメモリに記憶す
る。ステージ２０の高さを基準高さ位置に保持しておき
、焦点調整に関するレンズ、すなわち収束レンズ１３．
対物レンズ１Ｂによって非偏向電子ビームＢの焦点位置
を試料面上に合わせてもよい。この場合にはステージ２
０の高さとしてその基準位置がメモリに記憶されるか、
またはそれと同等な焦点補正プログラムが組まれよう。

次に、偏向コイル１４によってＢ、で示したように電子
ビームを少し偏向させた状態で（その焦点深度領域境界
が試料面上に位置する程度）、偏向電子ビームの焦点が
試料面に位置するように回転ステージ２０を上昇させて
その高さを調整し、このときの回転ステージ２０の高さ
位置または移動量ｄ１を電子ビーム偏向位置データとと
もにメモリ１こ：己憶する。

電子ビームをさらに偏向させ（電子ビームＢ２）、同じ
ように焦点位置調整を行ない、そのときのステージ２０
の高さ位置または移動量ｄ２と偏向位置データとを記憶
する。偏向角をしだいに増大させていって同じような処
理を繰返す。なお、第２図では偏向角がやや誇張して描
かれている。

以上の手順によって偏向位置データに対応してＺ位置調
整装置２３に与えるべき焦点補正用データ（ステージ２
０の高さ位置または移動量に関するデータ）が求められ
たことになる。

パターン描画時には、パターン拳データ内の偏向位置デ
ータの読出しに合わせて、その偏向位置データに対応す
る焦点補正用データをメモリから取出し、このデータに
よって焦点補正制御装置３５を通してＺ位置調整装置２
３に与え回転ステージ２０の高さを制御する。焦点補正
用データが粗く、読出した偏向位置データに対応する焦
点補正用データが無い場合には、その前後の焦点補正用
データを用いて補間法などの数値計算によって対応する
焦点補正用データを与えるようにすればよい。

電子ビームの偏向角が大きくなるとまた非点収差が生じ
、電子ビーム・スポット形状が真円からずれ歪んでくる
。非点補正用データは電子ビームの歪みを真円に近い形
に補正するためのものであり、これもまた偏向角（すな
わち偏向位置データ）に対応して作成され、かつ対応し
て読出される。

この非点補正用データは次のようにして作成される。電
子ビームを無偏向の状態でそのビーム・スポットが真円
になるように非点収差補正コイル１５に通電して非点収
差補正を行なう。このとき。

コイル１５に加えた電流値をメモリに記憶しておく。電
子ビーム・スポットが真円になっているかどうかは、電
子ビーム描画装置を電子顕微鏡モードで使用し５粒塊状
を呈するＡｕ蒸菅膜などをＣＲＴ　２９で観察すること
によって判断することができる。

次に電子ビームを一定角度偏向させた状態で同じように
非点収差補正を行なう。このときのコイル１５に加えた
電流値をその偏向角を与えた偏向位置データとともにメ
モリに記憶する。以下同じように適当な偏向角間隔で電
子ビームを偏向させ。

非点収差補正を行ない、偏向位置データとともに非点補
正電流値を非点補正用データとして記憶する。

描画時においては、焦点補正と同じように、電子ビーム
を偏向させたときにその偏向位置データに対応する非点
補正用データをメモリから読出し、非点補正制御装置３
６によってそのデータに対応する電流値を非点収差補正
コイル１５に与える。

以上の焦点位置補正および非点収差補正によってより広
い偏向角にわたって焦点位置が正しくかつ非点収差のな
い電子ビームが回転ステージ２０上で得られるようにな
るから、電子ビーム描画エリアを拡大することができる
。

第３図および第４図は他の実施例を示している。ここで
は鏡筒電子光学系の光軸Ｍに対してステージ２０の回転
中心Ｎが平行にずれた状態でステージ２０が配置されて
いる。両軸ＭとＮとの間の距離は、最大描画エリア幅（
径）の半分であることが好ましい。第１図に示す実施例
では電子ビームは軸Ｍから一方向にのみ偏向させれば充
分であったが、この実施例では電子ビームは軸Ｍの両側
に一直線状に（この−直線は描画すべき円形パターンの
半径方向に一致する）偏向される。上記の最大描画エリ
ア幅は上述の焦点補正および非点収差補正をしたときの
拡大されたエリア幅であることが好ましいが、必ずしも
そうでなくてもよい。

この実施例によると、第１図に示す実施例に比べて描画
エリア幅（径）がその２倍になる。

第４図はさらに他の実施例を示している。ここでは９回
転ステージ２０およびそのモータ２２の全体が、これら
をＸ、Ｙ方向（軸Ｎ、Ｍに垂直な面方向）に移動させる
ＸＹ位置調整装置２４上に設けられている。そしてこの
ＸＹ位置調整装置２４が２位置調整装置２３上に設けら
れている。これらの装置全体は筒体１０内に配置されて
いる。したがって。

回転ステージ２０の回転中心Ｎを任意の位置に設定する
ことができる。再調整装置２３と２４の位置を上下逆に
してもよい。

上述したステージ位置データはステージ２０の中心位置
のＸＹ座標に関するデータを与えるものである。このデ
ータはＸＹ位置制御装置３７に供給さ゛れ、ＸＹ位置：
Ｊ８整装置２４が制御されることによって、ステージ２
０が任意の位置にもたらされる。

ステージ２０の回転中心Ｎを移動できることによって、
ステージ２０上にａ置した試料上の異なる場所にそれぞ
れ円パターンを描画することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の実施例を示すもので、
第１図は電子ビーム描画装置の全体的構成を表わすブロ
ックおよび構成図、第２図は焦点位置補正用データの作
成の様子を示す説明図である。 第３図はこの発明の他の実施例を、第４図はさらに他の
実施例をそれぞれ示す構成図である。 第５図から第７図は従来例を示すもので、第５図は従来
装置における円パターンの描画の様子を示す斜視図、第
６図は偏向角を大きくすることによって非点収差が生じ
る様子を、第７図は焦点高さ位置がずれる様子をそれぞ
れ示すものである。 １４・・・偏向コイル。 ２０・・・回転ステージ。 ２２・・・回転駆動モータ。 ２３・・・Ｚ位置調整装置。 ３０・・・制御装置。 以　　」ニ 第４図 第５図 Ｕ〜５１ 第６図 第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）発生した電子ビームを集束させかつ所定方向に偏
   向させる電子ビーム偏向系、 被描画試料を載置するための回転駆動されるステージ、
   および 回転ステージを回転軸方向に平行移動させ、電子ビーム
   の焦点位置補正を行なうための高さ位置調整装置、 を備えている電子ビーム描画装置。
2. （２）電子ビーム偏向系の軸と回転ステージの回転軸が
   一致している、特許請求の範囲第（１）項に記載の電子
   ビーム描画装置。
3. （３）回転ステージの回転軸が電子ビーム偏向系の軸に
   対して平行にずれている、特許請求の範囲第（１）項に
   記載の電子ビーム描画装置。
4. （４）回転ステージを電子ビーム偏向系の軸に垂直な面
   内で移動させるための横方向位置調整装置が設けられて
   いる、特許請求の範囲第（１）項に記載の電子ビーム描
   画装置。
5. （５）偏向角にかかわらず、試料上に焦点を結ぶ電子ビ
   ームが円形断面を保つように制御する非点補正手段を備
   えている、特許請求の範囲第（１）項に記載の電子ビー
   ム描画装置。