(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、
前記荷電ビームを電界により偏向して前記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、
前記セルアパーチャと前記基板との間に設けられ、前記荷電ビームのうち前記セルアパーチャを通過した前記光軸上の荷電ビームが前記光軸で直交する二平面で前記光軸を中心にそれぞれほぼ対称であり、かつ、前記２平面で互いに異なる軌道を通過して縮小し、前記基板上に結像するように電界を形成する縮小投影光学系と、
前記荷電ビームのうち前記セルアパーチャ内で前記光軸外の任意の点を通過して前記縮小投影光学系内に入射した荷電ビームが、前記光軸で直交する前記二平面のうち一方の面において前記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように、前記光軸外の任意の点からの荷電ビームの主光線が前記縮小投影光学系内で前記光軸と交わる位置である照明位置を調整する照明位置調整手段と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第２の偏向手段と、
を備え、
前記荷電ビーム出射手段は、前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で前記荷電ビームを出射させる、荷電ビーム露光装置。
【請求項２】
前記縮小投影光学系は、その光学系内で前記基板に最も近い領域において光軸に直交する第１の方向と、この第１の方向および前記光軸に直交する第２の方向において発散電界と収束電界とをそれぞれ形成し、
前記二平面のうちの一方の面は、前記第１の方向に沿った直線と前記光軸とで規定される面であることを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項３】
前記縮小投影光学系は、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段との間に配置された二重のマルチポールレンズを含み、
一重目と二重のマルチポールレンズの間に配置されたアパーチャをさらに備え、
前記照明位置調整手段は、前記アパーチャ上で前記荷電ビームを走査し、この荷電ビームの走査により前記アパーチャに流れる電流の変化を検出することにより、前記荷電ビームの照明位置を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項４】
前記荷電ビームは、前記第１の方向における前記荷電ビームの収差性能と前記第２の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記縮小投影手段により前記第１の方向の倍率と前記第２の方向の倍率とが相互に独立に制御され、
前記セルアパーチャは、前記縮小投影光学系の制御により前記荷電ビームの前記第１の方向の倍率と前記荷電ビームの前記第２の方向の倍率とが相互に異なることに対応した形状を前記セルパターンが有するように形成される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項５】
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、
前記荷電ビームを電界により偏向して前記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影光学系と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第２の偏向手段と、
を備え、
前記荷電ビーム出射手段は、前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で前記荷電ビームを出射させ、
前記荷電ビームは、光軸に直交する第１の方向における前記荷電ビームの収差性能と、前記第１の方向および前記光軸に直交する第２の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記縮小投影光学手段により前記第１の方向の倍率と前記第２の方向の倍率とが相互に独立に制御され、
前記セルアパーチャは、前記縮小投影光学系の制御により前記荷電ビームの前記第１の方向の倍率と前記荷電ビームの前記第２の方向の倍率とが相互に異なることに対応した形状を前記セルパターンが有するように形成される、荷電ビーム露光装置。
【請求項６】
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、
前記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、
前記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向工程と、
前記セルアパーチャと前記基板との間で電界を形成することにより、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームのうち前記光軸上の荷電ビームを、前記光軸で直交する二平面で前記光軸を中心にそれぞれほぼ対称であり、かつ、前記２平面で互いに異なる軌道を通過させて縮小させ、前記基板上に結像させる縮小投影工程と、
前記荷電ビームのうち前記セルアパーチャ内で前記光軸外の任意の点を通過した荷電ビームが、前記光軸で直交する二平面のうち一方の面において前記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように、前記縮小投影工程において前記光軸外の任意の点からの荷電ビームの主光線が前記光軸と交わる位置である照明位置を調整する照明位置調整工程と、
前記照明位置が調整された前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第２の偏向工程と、
を備え、
前記荷電ビームは、その照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成される、荷電ビームを用いた露光方法。
【請求項７】
前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において光軸に直交する第１の方向と、この第１の方向および前記光軸に直交する第２の方向において発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記荷電ビームの照明位置は、前記光軸外の任意の点からの荷電ビームが、前記第１の方向に沿った直線と前記光軸とで規定される面において前記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように制御されることを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【請求項８】
前記第２の偏向工程は、前記第１の方向における前記荷電ビームの偏向収差と、前記第２の方向における前記荷電ビームの偏向収差とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記荷電ビームの偏向幅を前記第１の方向と前記第２の方向とで相互に独立に制御する工程を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の露光方法。
【請求項９】
前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第１の方向と前記第２の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第１の方向における前記荷電ビームの偏向幅は、前記第２の方向における前記荷電ビームの偏向幅よりも小さい、ことを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記縮小投影工程は、前記第１の方向における前記荷電ビームの収差性能と前記第２の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記第１の方向における前記荷電ビームの倍率と前記第２の方向  における前記荷電ビームの倍率とを相互に独立に制御する工程を含むことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の露光方法。
【請求項１１】
前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第１の方向と前記第２の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第１の方向における前記荷電ビームの倍率は、前記第２の方向における前記荷電ビームの倍率よりも大きい、ことを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
【請求項１２】
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、
前記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、
前記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向工程と、
前記セルパターンを通過した前記荷電ビームを電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影工程と、
前記セルパターンを通過した荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第２の偏向工程と、
を備え、
前記荷電ビームは、その照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成され、
前記第２の偏向工程は、光軸に直交する第１の方向における前記荷電ビームの偏向収差と、前記第１の方向および前記光軸に直交する第２の方向における前記荷電ビームの偏向収差とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記第１の方向における前記荷電ビームの偏向幅と前記第２の方向における前記荷電ビームの偏向幅とを相互に独立に制御する工程を含む、荷電ビームを用いた露光方法。
【請求項１３】
前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第１の方向と前記第２の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第１の方向における前記荷電ビームの偏向幅は、前記第２の方向における前記荷電ビームの偏向幅よりも小さい、ことを特徴とする請求項１２に記載の露光方法。
【請求項１４】
前記縮小投影工程は、前記第１の方向における前記荷電ビームの収差性能と前記第２の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記第１の方向における前記荷電ビームの倍率と前記第２の方向における前記荷電ビームの倍率とを相互に独立に制御する工程を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第１の方向と前記第２の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第１の方向における前記荷電ビームの倍率は、前記第２の方向における前記荷電ビームの倍率よりも大きい、ことを特徴とする請求項１４に記載の露光方法。
【請求項１６】
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、
前記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、
前記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向工程と、
前記セルパターンを通過した前記荷電ビームを電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影工程と、
前記セルパターンを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第２の偏向工程と、
を備え、
前記荷電ビームは、その照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成され、
前記縮小投影工程は、光軸に直交する第１の方向における前記荷電ビームの収差性能と、前記第１の方向および前記光軸に直交する第２の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記第１の方向における前記荷電ビームの倍率と前記第２の方向における前記荷電ビームの倍率とを相互に独立に制御する工程を含む、荷電ビームを用いた露光方法。
【請求項１７】
前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第１の方向と前記第２の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第１の方向における前記荷電ビームの倍率は、前記第２の方向における前記荷電ビームの倍率よりも大きい、ことを特徴とする請求項１６に記載の露光方法。
【請求項１８】
請求項６乃至１７のいずれかに記載の荷電ビームを用いた露光方法を用いた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電ビーム露光装置、荷電ビームを用いた露光方法およびこの露光方法を用いた半導体装置の製造方法に関し、特に低加速の荷電ビームを用いたアパーチャ方式の露光を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
荷電ビーム露光装置は、光波長より短い電子（イオン）の波長レベルの分解能での描画が可能であるため、高い解像度のパターンを形成できる機能を有している。この一方、光露光によるマスク描画方式とは異なり、完成パターンを小さな分割パターンビームで直接描画するため、荷電ビームによる露光方式には、描画に長時間を要するという問題がある。しかし、高精度の細線パターンを形成できるという特徴に注目され、荷電ビーム露光技術は、光露光方式のリソグラフィー技術の次の技術、またはＡＳＩＣ等の多品種少量生産の半導体製造に有力なツールとして発展している。
【０００３】
荷電ビームでパターンを直接描画する方法は、主として２つの方式が用いられている。即ち、小さな丸ビームをＯＮ／ＯＦＦ制御しながらウエーハ全面をスキャンしてパターン描画する方法と、ステンシルアパーチャを通過した荷電ビームをパターン描画するＶＳＢ描画方式である。ＶＳＢ描画を発展させた荷電ビーム線描画技術として、繰り返しパターンが一つのブロックとして形成されたステンシルを準備し、このステンシル内のパターンを選択して描画することにより高速描画を可能にする一括描画方式の技術も開発されている。
【０００４】
まず、従来の荷電ビーム描画装置として、ＶＳＢ描画方式の電子線描画装置の代表例を図９に示す（Ｈ．Ｓｕｎａｏｓｈｉ ｅｔ ａｌ；Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４（１９９５），ｐｐ．６６７９−６６８３，Ｐａｒｔ１，Ｎｏ．１２８．Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９９５）。なお、以下の各図において同一の部分には同一の参照番号を付してその説明を適宜省略する。
【０００５】
図９に示す電子線描画装置１２０において、電子銃１１から放出され加速された電子ビーム７は、照明レンズ１５により均一な電子ビームに整えられ、第一形成アパーチャ８５を通過することで矩形に成形され、投影レンズ８７により、菱形と矩形からなる第二成形アパーチャ８９に投影される。この時、ビームパターンの形状とその面積がＣＡＤデータに従って照射されるように、第二成形アパーチャ８９に対するビーム照射位置を成形偏向器２１で制御する。第二成形アパーチャ８９を通過した電子ビーム７は、縮小レンズ６４および対物レンズ６６で縮小投影されるが、ウエーハ１４の描画位置に対するビーム位置は主偏向器９５と副偏向器９３で制御される。この場合、ウエーハ１４に対して主偏向器９５は、描画照射領域のストライプ（以下、メインフィールドという）内を図示しないＸＹステージの位置を参照しながら制御し、副偏向器９３は、ストライプ内を細かく分割した描画範囲（以下、サブフィールドという）に対してその位置制御を行う。対物レンズ６６の下部には、電子ビーム７がウエーハ１４上に照射されたときに発生する二次電子や反射電子、後方散乱電子など（以下、二次電子等という）を検出する電子検出器３３が配設され、この電子検出器３３により取得された検出信号を処理することにより、図示しない各種制御部がＳＥＭ像を検出し、これに基づくビーム軌道調整等の各種制御を実行している。
【０００６】
図９に示す電子ビーム描画装置１２０が備える電子光学系は、電磁レンズや静電偏向器で構成されるため、これらのレンズ、偏向器の総合的な光学特性、機械的な組み立て精度、コンタミネーション等の影響を十分に考慮した設計が要求される。また、ビーム解像度を向上させるため、高加速に加速した電子ビーム７をウエーハ１４上のレジストへ打ち込む方式が採用されている。このため、照射された電子ビーム７がウエーハ１４のレジストの下面に成膜された各種多層薄膜で反射して再びレジスト上方に向かう現象である近接効果が発生する。この近接効果は、描画パターンにボケや解像度劣化を引き起こす。従って、電子ビーム描画装置の設計においては、この近接効果を補正するための制御が必須となり、電子光学系の他、制御部においても大掛かりなシステムが必要になる。このため、システム全体が複雑化し、また、これによる他のトラブルを却って誘発することにより結果的に精度が低下するという問題があった。さらに、高加速の電子ビームを用いているため、ウエーハ表面へのダメージも懸念された。
【０００７】
高加速電圧荷電ビームのＶＳＢ方式において上述した問題点を克服するために、低加速電圧の荷電ビームを用いたアパーチャ方式の荷電ビーム描画方式が提案されている（特開２０００−１７３５２９、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１４（６），１９９６，３８０２）。特開２０００−１７３５２９にて提案された電子線描画方式を図１０に示す。同図に示す電子ビーム装置１１０において、電子銃１１から放出され加速された電子ビーム６７は、矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ１３に照射される。第１アパーチャ１３を通過した電子ビーム６７は、一括露光セルパターンが複数個配列されたセルアパーチャ１９に向かう。電子ビーム６７のビーム径は、拡大ビーム機能を有する照明レンズ１５ａ，１５ｂにより、任意の一個のセルパターンに対して十分大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさに調整される。照明レンズ１５ａ，１５ｂは、２個の静電レンズ（アインツェルレンズ）で構成され、中央の電極へ負の電圧を印加して使用される。第２照明レンズ１５ｂを通過した電子ビーム６７は、セルアパーチャ１９に形成された複数のセルパターンのうち目標とするセルパターンが選択できるように、第１成形偏向器１７により目標位置へ偏向制御される。第１成形偏向器１７、セルアパーチャ１９を通過した電子ビーム６７は、セルアパーチャ１９を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、第２成形偏向器２１によって光軸上に振り戻された状態で縮小レンズ６４を通過する。縮小レンズ６４の上部には第２アパーチャ６２が設置されており、セルアパーチャ１９等で散乱された不要なビームをカットする。縮小レンズ６４で縮小された電子ビーム６７は、プリ副偏向器９３’、プリ主偏向器９５’、副偏向器９３、主偏向器９５および対物レンズ６６を通過して図示しないＸＹステージ上に搭載されたウエーハ１４の上面に縮小投影される。ウェーハ上のパターンを描画すべき位置に対するビームの照射位置は、主偏向器９５と副偏向器９３で制御し、主偏向器９５に対するプリ主偏向器９５’の制御電圧は加算方向に、プリ副偏向器９３’の制御電圧は減算方向に制御することで総合的な収差を最小化している。主偏向器９５は、ウェーハ１４に対して、図示しないＸＹステージの位置を参照しながらメインフィールドの位置を偏向制御し、副偏向器９３は、サブフィールドに対してその位置制御を行う。セルアパーチャ１９から下流側のビーム軌道を図１１に示す。
【０００８】
電子ビーム描画装置１１０の電子光学系は縮小投影光学系にアインツェルレンズを用いるため、図１１に示すように、電子ビーム６７は光軸に対して回転対称な軌道を通過する。このため、プリ主偏向器９５’、主偏向器９５、プリ副偏向器９３’、副偏向器９３により、電子ビーム６７の軌道は、全て同じ偏向感度で偏向され、発生する偏向収差も光軸に対し回転対称に発生する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子ビーム描画装置１１０の縮小投影光学系では、図１１に示すように、セルアパーチャ１９以下に電流密度の高いクロスオーバ９８，９９が形成されてしまう。また、この投影光学系では、回転対称型の静電型レンズ（アインツェル）９３，９５を減速型の集束モードで採用しているため、レンズ内で電子ビーム６７が減速してしまう。これらの２点が原因となって、図１０に示す電子ビーム描画装置１１０には、色収差および空間電荷効果（特にＢｏｅｒｓｃｈ効果）によるビームボケが発生し、セルアパーチャ像がウエーハ１４上でボケてしまい、この結果描画特性が劣化するという問題があった。
【００１０】
低加速電圧の荷電ビームを用いたアパーチャ方式の荷電ビーム描画方式において、上述した問題点を克服するために、縮小投影光学系を多重のマルチポールレンズにより構成した描画方式が提案されている（特開２００１−０９３８２５、特願２０００−２３７１６３、特願２０００−２８３３９６、特願２００１−０１２６９７）。図１２に示す荷電ビーム描画装置１００は、電子光学系内の縮小投影光学系を４重のマルチポールレンズにて構成したものである（特願２０００−２３７１６３）。荷電ビームとして電子ビームを用いた時、電子銃１１から加速された電子ビーム８は、矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ１３に照射される。この第１アパーチャ１３を通過した電子ビーム８は、一括露光セルパターンが複数配列されたセルアパーチャ１９に向かう。電子ビーム８は、照明レンズ１５により、任意の一個のセルパターンに対して十分大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさのビーム径に成形される。照明レンズ１５は、２個の静電レンズ１５ａと１５ｂ（アインツェルレンズ）で構成されており、中央の電極へ負の電圧を印加して使用される。第２照明レンズ１５ｂを通過した電子ビーム８は、第１成形偏向器１７により、セルアパーチャ１９内で目標とするセルパターンが選択できるように偏向制御され、セルアパーチャ１９を通過すると、第２成形偏向器２１によりセルアパーチャ像が光軸上に振戻される。第１成形偏向器１７およびセルアパーチャ１９を通過した電子ビーム８は、セルアパーチャ１９を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、第２成形偏向器２１により光学系の光軸上に振り戻された状態でマルチポールレンズ２３内へと照明される。マルチポールレンズ２３は４重の静電型レンズＱ１〜Ｑ４で構成され、八極子電極を用いて四極子場（マルチポールレンズ場）を発生させている。
【００１１】
ここで光軸をＺ軸、Ｚ軸で互いに直交する二平面をＸ平面とＹ平面とし、このＸ平面の電子ビーム軌道をＸ軌道、Ｙ平面の電子ビーム軌道をＹ軌道とする。４重のマルチポールレンズＱ１〜Ｑ４は、Ｘ方向とＹ方向の２方向の電界がそれぞれＸ方向で１重目から４重目まで順番に発散電界、発散電界、収束電界、発散電界、Ｙ方向で収束電界、収束電界、発散電界、収束電界となるように電圧が印加される。このマルチポールレンズ２３、第１成形偏向器１７、第２成形偏向器２１、およびプリ主偏向器２５ａ、２５ｂの光軸方向における両端の近傍にはグランド電極であるシールド電極３６，３９が配置され、１重目と２重目のマルチポールレンズ２３間のシールド電極３６とプリ主偏向器２５直上のシールド電極３９は、アパーチャ３８、４１をそれぞれ兼ね、アパーチャ３８、４１でビーム電流を検出することにより照明レンズ１５、第１成形偏向器１７、第２形偏向器２１、マルチポールレンズ２３（Ｑ１，Ｑ２）のビームアライメントを行う。このときのセルアパーチャ１９からウエーハ１４間の電子ビーム８の軌道を図１３に示す。電子ビーム８は、マルチポールレンズ２３のＱ１〜Ｑ４が形成する各電界の作用によりＸ方向とＹ方向とで異なった軌道８Ｘ，８Ｙをそれぞれ通り、かつ電子密度の高い領域を形成することなくウエーハ１４上へ集光する。プリ主偏向器２５ａおよびマルチポールレンズ２３のＱ３とＱ４に偏向電界を重畳させて偏向器として制御する主偏向制御により、図示していないＸＹステージの位置を参照しながら、ＸＹステージ上に搭載したウエーハ１４に対してメインフィールドの位置を偏向制御し、副偏向器３１によりサブフィールドの位置を偏向制御する。マルチポールレンズ２３のＱ２とＱ３間のプリ主偏向器２５およびマルチポールレンズ２３のＱ３とＱ４に偏向電界を重畳させ、マルチポールレンズ２３Ｑ３，Ｑ４を偏向器として制御する主偏向制御の偏向電圧比を調整することにより、ウェーハ１４上で発生する偏向収差が最小になるよう制御する。偏向電界を重畳させるマルチポールレンズＱ３、Ｑ４の内径は四極子レンズＱ１、Ｑ２と比べ大きく設計されている（図１２参照）。これにより、偏向収差を低減することができる。例えば図１４に示されるように、Ｘ方向への偏向にはプリ主偏向器２５ａと主偏向器２３（Ｑ３，２７）と副偏向３１とを用いて偏向し（Ｘ方向偏向ビーム軌道４８Ｘ）、Ｙ方向への偏向には主偏向器２３（Ｑ３，２７）と副偏向３１のみで偏向を行ない（Ｙ方向偏向ビーム軌道４８Ｙ）、偏向電圧比を調整することにより偏向収差を最小にする。
【００１２】
しかしながら、縮小投影光学系にマルチポールレンズ２３を用いる光学系においては、電子ビーム８が光軸に対して大きく非対称な軌道を通り、発生する収差も光軸に対して大きく非対称になる。この結果、セルアパーチャ像がウエーハ１４上で大きく非対称にボケてしまう。
【００１３】
このように、従来の低加速電圧の荷電ビーム描画装置においては、電子光学レンズとして回転対称型の静電型レンズ（アインツェル）６４、６６を用いて減速型の集束モードを採用すると、静電型レンズ６４，６６内で電子ビームが減速されてしまい、色収差および空間電荷効果（特にＢｏｅｒｓｃｈ効果）が発生し、さらに、セルアパーチャ１９を通過した電子ビームが電子密度の高い領域９９を形成するために、この領域９９で空間電荷効果（特にＢｏｅｒｓｃｈ効果）が発生し、これによりセルアパーチャー像がウエーハ１４上でボケてしまい描画特性を劣化させるという問題があった。
【００１４】
この一方、電子光学レンズにマルチポールレンズを応用し、空間電荷効果を低減させるために電子ビームが電子密度の高い領域９９を形成しないよう、光軸に対して大きく非対称な電子ビーム軌道を形成すると、Ｘ方向とＹ方向とで収差性能が大きく異なり、描画特性を劣化させるという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低加速の荷電ビームで空間電荷効果の影響を大幅に低減するとともに、収差性能に優れた荷電ビーム露光装置、露光方法およびこの露光方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００１７】
即ち、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
上記荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、
上記荷電ビームを電界により偏向して上記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、
上記セルアパーチャと上記基板との間に設けられ、上記荷電ビームのうち上記セルアパーチャを通過した上記光軸上の荷電ビームが上記光軸で直交する二平面で上記光軸を中心にそれぞれほぼ対称であり、かつ、上記２平面で互いに異なる軌道を通過して縮小し、上記基板上に結像するように電界を形成する縮小投影光学系と、
上記荷電ビームのうち上記セルアパーチャ内で上記光軸外の任意の点を通過して上記縮小投影光学系内に入射した荷電ビームが、上記光軸で直交する上記二平面のうち一方の面において上記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように、上記光軸外の任意の点からの荷電ビームの主光線が上記縮小投影光学系内で上記光軸と交わる位置である照明位置を調整する照明位置調整手段と、
上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第２の偏向手段と、
を備え、
上記荷電ビーム出射手段は、上記荷電ビームの照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で上記荷電ビームを出射させる、荷電ビーム露光装置が提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、上記荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、上記荷電ビームを電界により偏向して上記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により縮小させて上記基板上に結像させる縮小投影光学系と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第２の偏向手段と、を備え、上記荷電ビーム出射手段は、上記荷電ビームの照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で上記荷電ビームを出射させ、上記荷電ビームは、光軸に直交する第１の方向における上記荷電ビームの収差性能と、上記第１の方向および上記光軸に直交する第２の方向における上記荷電ビームの収差性能とが上記基板上でほぼ同一となるように、上記縮小投影光学手段により上記第１の方向の倍率と上記第２の方向の倍率とが相互に独立に制御され、上記セルアパーチャは、上記縮小投影光学系の制御により上記荷電ビームの上記第１の方向の倍率と上記荷電ビームの上記第２の方向の倍率とが相互に異なることに対応した形状を上記セルパターンが有するように形成される、荷電ビーム露光装置が提供される。
【００１９】
また、本発明によれば、
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、
上記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、
上記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向工程と、
上記セルアパーチャと上記基板との間で電界を形成することにより、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームのうち上記光軸上の荷電ビームを、上記光軸で直交する二平面で上記光軸を中心にそれぞれほぼ対称であり、かつ、上記２平面で互いに異なる軌道を通過させて縮小させ、上記基板上に結像させる縮小投影工程と、
上記荷電ビームのうち上記セルアパーチャ内で上記光軸外の任意の点を通過した荷電ビームが、上記光軸で直交する二平面のうち一方の面において上記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように、上記縮小投影工程において上記光軸外の任意の点からの荷電ビームの主光線が上記光軸と交わる位置である照明位置を調整する照明位置調整工程と、
上記照明位置が調整された上記荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第２の偏向工程と、
を備え、
上記荷電ビームは、その照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成される、荷電ビームを用いた露光方法が提供される。
【００２０】
また、本発明によれば、
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、上記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、上記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向工程と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により縮小させて上記基板上に結像させる縮小投影工程と、上記セルアパーチャを通過した荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第２の偏向工程と、を備え、上記荷電ビームは、その照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成され、上記第２の偏向工程は、光軸に直交する第１の方向における上記荷電ビームの偏向収差と、上記第１の方向および上記光軸に直交する第２の方向における上記荷電ビームの偏向収差とが上記基板上でほぼ同一となるように、上記第１の方向における上記荷電ビームの偏向幅と上記第２の方向における上記荷電ビームの偏向幅とを相互に独立に制御する工程を含む、荷電ビームを用いた露光方法が提供される。
【００２１】
また、本発明によれば、
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、上記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、上記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向工程と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により縮小させて上記基板上に結像させる縮小投影工程と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第２の偏向工程と、を備え、上記荷電ビームは、その照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成され、上記縮小投影工程は、光軸に直交する第１の方向における上記荷電ビームの収差性能と、上記第１の方向および上記光軸に直交する第２の方向における上記荷電ビームの収差性能とが上記基板上でほぼ同一となるように、上記第１の方向における上記荷電ビームの倍率と上記第２の方向における上記荷電ビームの倍率とを相互に独立に制御する工程を含む、荷電ビームを用いた露光方法が提供される。
【００２２】
さらに、本発明によれば、
荷電ビームを用いた上述の露光方法を用いた半導体装置の製造方法が提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、電子ビームを用いてウエーハ上にパターンを描画する電子ビーム露光について説明する。
【００２４】
図１は、本発明にかかる荷電ビーム露光装置の実施の一形態の要部を示す概略構成図である。同図に示す電子ビーム露光装置１は、電子光学系と照明位置調整部とを備える。電子光学系は、電子銃１１と、第１アパーチャ１３と、照明レンズ１５（１５ａ，１５ｂ）と、第１成形偏向器１７（１７ａ，１７ｂ）と、セルアパーチャ１９と、第２成形偏向器２１（２１ａ，２１ｂ）と、４重のマルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）と、プリ主偏向器２５（２５ａ，２５ｂ）と、副偏向器３１と、シールド電極３６，３８，３９，４１，４２と、二次電子検出器３３とを含む。また、照明位置調整部は、制御コンピュータ４０と、電流計４２と、Ａ／Ｄコンバータ４４と、偏向制御回路４６と、照明レンズ制御回路４８と、電源ＰＳ１，ＰＳ２とを含む。
【００２５】
電子銃１１は、低加速の電子ビーム８を生成し、基板１４に向けて照射する。
電子ビーム８は、矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ１３を通過し、一括露光セルパターンが複数配列されたセルアパーチャ１９に向かう。照明レンズ１５は、２個の静電レンズ（アインツェルレンズ）で構成され、中央の電極へ負の電圧を印加することにより使用され、電子ビーム８が任意の一個のセルパターンに対して十分大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさのビーム径を有するように電子ビーム８を成形する。第１成形偏向器１７は、第２照明レンズ１５ｂを通過した電子ビーム８によりセルアパーチャ１９において目標とするセルパターンが選択されるようにその目標位置を偏向制御する。第２成形偏向器２１は、セルアパーチャ１９を通過したセルアパーチャ像を光軸上に振戻す。第１成形偏向器１７およびセルアパーチャ１９を通過した電子ビーム８は、セルアパーチャ１９を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、第２形偏向器２１により光軸上に振り戻された状態でマルチポールレンズ２３内へと照明される。マルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）は、プリ主偏向器２５ａ，２５ｂを挟んで配設された４重の静電型マルチポールレンズで構成される。各マルチポールレンズは、四極子場（マルチポールレンズ場）と呼ばれる電界を発生させて電子ビーム８の軌道をＸ方向、Ｙ方向で互いに独立に制御する。マルチポールレンズ２３の具体的形状のいくつかを図２に示す。
【００２６】
図２（ａ）は、４個の電極で構成される四極子レンズを示す。同図に示す四極子レンズの電極Ｑ１１ａ〜Ｑ１１ｄは、それぞれ円柱形状を有し、互いに９０度の角度をおいて配置される。図２（ｂ）は、八極子レンズの一構成例を示し、互いに４５度の角度をおいて配置された８個の円柱形状の電極Ｑ１２ａ〜Ｑ１２ｈが示されている。図２（ｃ）は、八極子レンズの他の構成例を示し、扇状の平面形状を有する８個の電極Ｑ１３ａ〜Ｑ１３ｈが互いに４５度の角度をおいて配置される。
【００２７】
図２（ｂ）および（ｃ）に示す場合は、８極の電極について、隣接する二つの電極を一つの四極子電極として用いることでマルチポールレンズ２３の全体を四極子レンズとして機能させる。例えば、電極Ｑ１３ａ，Ｑ１３ｂは、ともに＋Ｖの電圧が印加され、これにより、（ａ）に示す電極Ｑ１１ａとして機能するように制御される。
【００２８】
ここで光軸をＺ軸、Ｚ軸を中心とした時の互いに直交する二平面をＸ平面とＹ平面とし、このＸ平面の電子ビーム軌道をＸ軌道、Ｙ平面の電子ビーム軌道をＹ軌道とする。４重のマルチポールレンズ２３により生成されるＸ方向とＹ方向の２方向の電界は、Ｘ方向が１重目から４重目まで順番に発散電界（Ｑ１）、発散電界（Ｑ２）、収束電界（Ｑ３）、発散電界（Ｑ４）となり、Ｙ方向が収束電界（Ｑ１）、収束電界（Ｑ２）、発散電界（Ｑ３）、収束電界（Ｑ４）となるように制御される（図１３参照）。本実施形態において、これらのマルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）は、縮小倍率がＸ方向とＹ方向とで異なる倍率となるように制御される。この点は、後に詳述する。
【００２９】
図１に戻り、プリ主偏向器２５およびマルチポールレンズ２３のＱ３，Ｑ４は、電子ビーム軌道を制御する上述した発散電界および収束電界に偏向電界を重畳させることにより電子ビーム８に対する主偏向制御を行ない、図示していないＸＹステージ上に搭載したウエーハ１４のメインフィールドの位置をＸＹステージの位置を参照しながら偏向制御する。副偏向器３１は、四重目の四極子レンズ２３のＱ４とウエーハ１４との間に配設され、ウエーハ１４のサブフィールドに対して電子ビーム８の位置を制御する。図１４に示したように、Ｘ方向への偏向にはプリ主偏向器２５ａと主偏向器２３（Ｑ３，２７）（Ｑ４，２７）、副偏向器３１を用いて偏向し、Ｙ方向への偏向には主偏向器２３（Ｑ３，２７）（Ｑ４，２７）と副偏向３１のみで偏向を行う。このように、Ｘ方向とＹ方向とで異なる主偏向器を用い、かつ、Ｘ方向とＹ方向とで互いに独立に偏向電圧比を調整することにより、偏向収差を低減させることができる。ここで、図１に示すように、偏向電界を重畳させるマルチポールレンズ２３のＱ３，Ｑ４の内径は、マルチポールレンズＱ１，Ｑ２と比較して大きくなるように設計されている。これにより、偏向収差をさらに低減できる。
【００３０】
本実施形態の電子ビーム露光装置１においては、これらの主偏向器および副偏向器は、Ｘ方向とＹ方向とで異なる偏向幅で電子ビーム８を偏向するように制御される。この点も後に詳述する。
【００３１】
シールド電極３６は、第２成形偏向器２１ａ，２１ｂの間、第２成形偏向器２１ｂの光軸方向下面、マルチポールレンズレンズ２３Ｑ１の光軸方向上面、マルチポールレンズレンズＱ２の光軸方向下面にそれぞれ近接して設置される。シールド電極３８は、マルチポールレンズレンズ２３のＱ１とＱ２との間に配設される。シールド電極３９は、プリ主偏向器２５ａと２５ｂとの間、プリ主偏向器２５ｂの光軸方向下面、マルチポールレンズレンズ２３のＱ３とＱ４との間およびＱ４の光軸方向下面に近接して配置される。シールド電極４１は、プリ主偏向器２５ａの光軸方向上面に近接して配置され、シールド電極４２は、マルチポールレンズレンズ２３Ｑ３の光軸方向上面に近接して配置される。これらのシールド電極３６，３８，３９，４１，４２は、いずれもグランド接続され、各電極により励起される静電場の浸み出しを防止することにより、各レンズまたは各偏向器から形成される静電界が相互に干渉するおそれを大幅に解消している。また、シールド電極３８，４１，４２は、アパーチャを兼ね、これらのアパーチャを用いてビーム電流を検出することにより、照明レンズ１５、第１成形偏向器１７、第２成形偏向器２１、マルチポールレンズ２３Ｑ１，Ｑ２およびプリ主偏向器２５のそれぞれについて電子ビーム８とのアライメントを調整することができる。
【００３２】
本実施形態の電子ビーム露光装置１の照明位置調整部は、シールド電極３８を用いてマルチポールレンズ２３への電子ビーム８の照明位置を調整する。この調整方法について図３〜図５を参照しながら説明する。
【００３３】
図３は、電子ビーム８の照明位置を調整する方法の概略手順を示すフローチャートである。まず、制御コンピュータ４０がマルチポールレンズ２３のレンズをオフの状態にし、照明レンズ制御回路４８に制御信号を供給して電源ＰＳ１から負の電圧を照明レンズ１５に印加し、これにより、電子ビーム８をアパーチャ３８へ照明する（ステップＳ１）。次に、制御コンピュータ４０が偏向制御回路４６に制御信号を供給し、電源ＰＳ２から第２形偏向器２１へ電圧を印加し、これにより例えば図４（ａ）の矢印に示すように、電子ビーム８をアパーチャ３８上で走査させる（ステップＳ２）。電子ビーム８の照射によりアパーチャ３８で吸収される吸収電流Ｉを電流計４２が測定し、測定結果をＡ／Ｄコンバータ４４がディジタル信号に変換して制御コンピュータ４０に供給する。制御コンピュータ４０は、アパーチャエッジでの吸収電流Ｉの立ち上がり（立ち下がり）時間Ｄを算出する（ステップＳ３）。
【００３４】
ここで、電子ビーム８が適切な照明位置にあり、そのビーム径が充分に小さい場合、吸収電流Ｉは、電子ビーム８のアパーチャエッジの通過によって急激に減少（増大）する。従って、図４（ｂ）に示すように、吸収電流Ｉの波形における立ち下がり（立ち上がり）時間Ｄは短い。この一方、電子ビーム８が適切な照明位置になく、そのビーム径が大きい場合、電子ビーム８がアパーチャエッジを通過しても吸収電流Ｉは緩やかに減少（増大）する。従って、図４（ｃ）に示すように、吸収電流Ｉの波形における立ち下がり（立ち上がり）時間Ｄが長くなる。
【００３５】
制御コンピュータ４０は、算出した立ち上がり（立ち下がり）時間Ｄを所定の閾値Ｗと比較し（ステップＳ４）、立ち上がり（立ち下がり）時間Ｄが閾値Ｗ以下であれば、電子ビーム８の照明位置が適切であると判断する。この一方、立ち上がり（立ち下がり）時間Ｄが閾値Ｗを上回れば、制御コンピュータ４０は電子ビーム８の照明位置が不適切であると判断し、照明レンズ制御回路４８への供給信号を調整し、これにより、照明レンズ１５のレンズ電圧を調整し（ステップＳ５）、立ち上がり（立ち下がり）時間Ｄが閾値Ｗ以下になるまで上述したステップＳ２〜Ｓ４を繰り返す。
【００３６】
上述した照明位置の調整方法では、閾値Ｗを用いて電子ビーム８のビーム径を調整したが、これに限ることなく、例えば最小錯乱円の断面形状が得られるまでビーム径を調整することとしても良い。また、本実施形態の電子ビーム露光装置１では、照明位置調整部により電子ビーム８の照明位置を自動的に調整することとしたが、このような照明位置調整部を備えていない場合であっても、図示しないディスプレイを用いてアパーチャ３８の吸収電流を目視にてモニタすることによっても電子ビーム８の照明位置を検出することができる。アパーチャ３８を走査する電子ビーム８のビーム径が充分に小さい場合は、例えば図５（ａ）の画像Ｉｍ１に示すように、アパーチャの開口を明瞭に確認することができる。この一方、アパーチャ３８を走査する電子ビーム８のビーム径が大きい場合には、例えば図５（ｂ）の画像Ｉｍ２に示すように、アパーチャのエッジが非常に不鮮明な画像が映し出されることになる。従って、アパーチャ３８のエッジの鮮明な画像が得られるまで、操作者が照明レンズ１５のレンズ電圧を調整することによっても、電子ビーム８の照明位置を調整することは可能である。
【００３７】
適切な照明位置が得られたときのセルアパーチャ１９からウエーハ１４間の電子ビーム８の軌道を図６および図７に示す。図６（ａ）は電子ビーム８のＸ方向の軌道を示し、図７はそのときのＹ方向の軌道を示す。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）内において符号Ｒで示す領域の拡大図である。図６（ａ）と図７との対比により明らかなように、マルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）の作用により、電子ビーム８は、Ｘ方向とＹ方向とで異なった軌道を通り、かつ電子密度が高い領域を形成することなくウエーハ１４上へ集光する。電子ビーム８の照明位置は、縮小投影光学系内で第１重目のマルチポールレンズ２３Ｑ１を含みそれより下流側の領域になる。これにより、電子ビーム８の照明位置においても電子密度の高い領域を形成しない軌道を形成することができ、空間電荷効果をさらに低減することができる。
【００３８】
本実施形態の電子ビーム露光装置１が備える照明位置調整部によれば、セルアパーチャ１９上の任意の点から、収差性能の悪いＸ方向の電子ビーム８が図６（ｂ）に示すような開き角α０で出射する際に、光軸（Ｚ軸）からの角度がα＋α０である８Ｘ（α＋α０）軌道と、光軸からの角度がα−α０である８Ｘ（α−α０）軌道は、いずれも光軸に対して対称なビーム軌道となる。これにより、電子ビーム８のＸ方向における収差性能を向上させることができる。
【００３９】
本実施形態の電子ビーム露光装置１では、Ｘ方向とＹ方向とで異なる軌道を形成する縮小投影光学系を用いるので、電子ビーム８への偏向制御は、Ｘ方向とＹ方向とで偏向感度、偏向収差特性が大きく異なる。より具体的には、図６（ａ）に示すように、Ｘ方向の電子ビーム８がウェーハ１４の直前で発散電界を受けるので、Ｘ方向の偏向収差性能が劣化する。そこで、主偏向領域と副偏向領域における各偏向電圧について、偏向収差性能の悪いＸ方向を小さく、Ｙ方向を大きくすることにより、Ｘ方向、Ｙ方向の偏向収差特性をほぼ同一にすることができる。より具体的には、プリ主偏向器２５ａと主偏向器２３（Ｑ３，２７）（Ｑ４，２７）、副偏向器３１に印加するＸ方向の偏向電圧と、主偏向器２３（Ｑ３，２７）（Ｑ４，２７）と副偏向３１に印加するＹ方向の偏向電圧との比（偏向電圧比）について、Ｘ方向の偏向幅がＹ方向の偏向幅よりも小さくなるように調整する。偏向幅の具体的な調整量は、例えばＸ方向およびＹ方向ともに同一幅で偏向した場合に発生するＸ方向とＹ方向の収差を各々シミュレーションなどで算出し、その算出結果からＸ方向の収差がＹ方向の収差に等しくなるような比率を算出することにより得られる。
【００４０】
図８は、本実施形態の電子ビーム露光装置１を用いた偏向制御方法による描画領域を説明する模式図である。同図に示すように、例えば描画領域全体が四角形の描画領域１０１であるとき、Ｘ方向の偏向幅がＹ方向の偏向幅よりも小さくなるように偏向制御するので、主偏向描画領域１０２（メインフィールド）および副偏向描画領域１０３（サブフィールド）のいずれについてもＹ方向を長手方向とする長方形になる。しかしながら、各方向の偏向幅の調整は、Ｘ方向とＹ方向の相互間で相対的な調整であるので、主偏向描画領域１０２および副偏向描画領域１０３の面積自体は従来の偏向領域の面積とそれぞれ同一である。このように、本実施形態によれば、各偏向領域の面積を小さくすることなく総合収差性能を向上させることができる。
【００４１】
また、一般に、縮小投影光学系の倍率Ｍ（Ｍ≦１）が小さくなるに従って収差特性は悪くなる。前述したとおり、本実施形態では、Ｘ方向とＹ方向とで異なる軌道を形成し、Ｘ方向の電子ビーム８Ｘがウェーハ１４の直前で発散電界を受けるので、Ｘ方向の収差性能が劣化する。そこで、収差性能の悪いＸ方向の倍率が相対的に大きくなり、Ｙ方向の倍率が相対的に小さくなるように、マルチポールレンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）への印加電圧を調整する。これにより、倍率Ｍを小さく保ったままで収差性能を向上させることができる。Ｘ方向とＹ方向の倍率の具体的比率は、例えば上述した偏向量のシミュレーションと同様の方法により求めることができる。なお、セルアパーチャ１９上のセルパターンは、このような倍率調整に対応させて、ウエーハ１４に投影される所望の描画パターンとはＸ方向とＹ方向とで倍率が異なるように予め製作される。
【００４２】
本実施形態によれば、空間電荷効果の影響が大幅に低減され、かつ、収差性能に優れた露光を実現できるので、このような露光装置または露光方法を用いることにより、より一層集積化された半導体装置を高い歩留まりで製造することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施の一形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限ることなく、その技術的範囲内で種々変形して実施することができる。上述した実施形態では、電子ビームのＸ方向への偏向にプリ主偏向器２５ａ、主偏向器２３および副偏向器３１を用いて偏向し、Ｙ方向への偏向に主偏向器２３および副偏向器３１のみを用いて偏向し、それぞれ偏向電圧比を調整して偏向を行なったが、これに限ることなく、縮小倍率の変更やマルチポールレンズ２３の配置変更等によりマルチポールレンズ２３内における電子ビーム軌道に変化が生じた場合には、例えばＸ方向への偏向にプリ主偏向器２５ｂ、主偏向器２３および副偏向器３１を用いて偏向し、Ｙ方向への偏向にはプリ主偏向器２５ａ、主偏向器２３および副偏向器３１を用いて偏向するなど、Ｘ方向とＹ方向とでそれぞれ偏向に用いる偏向器を変更し、これに応じて偏向連動比を変更しても良い。さらに、上述した実施形態では荷電ビームとして電子ビームを用いる形態について説明したが、本発明は、これに限ることなく、荷電ビームとしてイオンビームを用いる荷電ビーム露光装置一般に適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、縮小率のスティグマチックな結像条件において、低加速の荷電ビームで空間電荷効果の影響を大幅に低減するとともに、収差性能をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる荷電ビーム露光装置の実施の一形態の要部を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す電子ビーム描画装置が備えるマルチポールレンズの電極形状を説明する平面図である。
【図３】電子ビームの照明位置を調整する一方法の概略手順を示すフローチャートである。
【図４】図３に示す調整方法の説明図である。
【図５】電子ビームの照明位置を調整する他の方法の説明図である。
【図６】適切な照明位置が得られたときの電子ビームのＸ方向の軌道を示す図である。
【図７】適切な照明位置が得られたときの電子ビームのＹ方向の軌道を示す図である。
【図８】図１に示す電子ビーム描画装置を用いた偏向制御方法による描画領域を説明する模式図である。
【図９】従来の技術によるＶＳＢ描画方式の電子ビーム描画装置の一例を示す概略構成図である。
【図１０】従来の技術による、低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子ビーム描画装置の一例を示す概略構成図である。
【図１１】図１０に示す電子ビーム描画装置の縮小投影光学系内におけるビーム軌道を示す説明図である。
【図１２】従来の技術による、低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子ビーム描画装置の他の例を示す概略構成図である。
【図１３】図１２に示す電子ビーム描画装置の静電型マルチポールレンズ光学系内の電子ビーム軌道を示す説明図である。
【図１４】図１２に示す電子ビーム描画装置の静電型マルチポールレンズ光学系内における電子ビームの偏向軌道を示す説明図である。
【符号の説明】
１  電子ビーム露光装置
８Ｘ，９Ｘ  Ｘ方向の電子ビーム軌道
８Ｙ，９Ｙ  Ｙ方向の電子ビーム軌道
１０，２０  荷電ビーム露光装置
１１  荷電粒子銃（電子銃）
１３  第１アパーチャ
１４  ウエーハ
１５ａ，１５ｂ  照明レンズ
１７ａ，１７ｂ  第１成形偏向器
１９  セルアパーチャ
２１ａ，２１ｂ  第２成形偏向器
２３（Ｑ１〜Ｑ４）  四極子レンズ
２５ａ，２５ｂ  プリ主偏向器
２７  主偏向器
３１  副偏向器
３３  電子検出器
３６，３９  シールド電極
３８，４１，４２  シールド電極を兼ねるビームアライメント用アパーチャ
４０  制御コンピュータ
４２  電流計
４４  Ａ／Ｄコンバータ
４６  偏向制御回路
４８  照明レンズ制御回路
４８Ｘ  Ｘ方向偏向ビーム軌道
４８Ｙ  Ｙ方向偏向ビーム軌道
ＰＳ１，ＰＳ２  電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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