(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線の集束系および偏向系を含む電子線集束掃引装置を用いて試料の表面に電子線を当てて所定の図形パターンを描く電子線描画方法において、以下の過程、
・試料が静止している状態で電子線が試料台上の試料表面の特定な個所に常時集束するように集束系を制御し、
・集束系の上記制御状態の下で電子線が試料の表面上を移動して前記図形パターンを描くよう試料台を移動させ、
・その時の試料台の実際の位置を測定し、
・前記図形パターンに対応する試料台の目標位置と前記実際の位置の偏差を求め、
・上記偏差が常時零となるように偏向系を用いて試料表面上の電子線を偏向させる、
を実施することを特徴とする電子線描画方法。
【請求項２】
電子線の集束位置を対物レンズの光軸上に選び、試料台ができる限り短い作動距離となる位置で電子線描画を行うすることを特徴とする請求項１に記載の電子線描画方法。
【請求項３】
電子線の集束系及び偏向系を含む電子線集束掃引装置を用いて試料の表面に電子線を当てて所定の図形パターンを描く電子線描画装置において、
・試料（１０）を載せる試料台（２０）と、
・前記試料台（２０）を直交する２つの方向Ｘ，Ｙに移動させる送り装置（ＭX ，ＭY ）と、
・請求項１又は２の方法を実施するため電子線及び試料台（２０）を制御する制御プログラムを保管する記憶器（３２）と、
・前記プログラムにしたがって電子線描画処理を実施するための演算処理部（３０）と、を備えていることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項４】
送り装置（ＭX ，ＭY ）は、ステッピングモータであることを特徴とする請求項３に記載の電子線描画装置。
【請求項５】
送り装置（ＭＸ，ＭＹ  ）は共振型超音波モータあるいは非共振型超音波モータであることを特徴とする請求項３に記載の電子線描画装置。
【請求項６】
送り装置（ＭＸ，ＭＹ  ）は非共振型超音波モータであることを特徴とする請求項３に記載の電子線描画装置。
【請求項７】
位置検出器（ＳＸ，ＳＹ  ）はレーザー干渉計であることを特徴とする請求項３〜６の何れか１項に記載の電子線描画装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電子線描画方法、特に微細な線を広い面積にわたり描画するのに適した電子線描画方法およびこの方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの電子デバイスは、半導体、音響機能材料の基板の表面に微細なパターンを作製して形成される。このパターンの所望位置に金属、絶縁物、不純物を注入、拡散、被覆等の処理を行う。このような微細加工技術は近年作製できるパターンが著しく微細になり、電子の振る舞いが量子効果を呈する量子井戸構造を取り扱うところまでになっている。このような数十ナノメータの領域での微細パターンの作製は電子線描画でしか達成することができない。
【０００３】
周知のように、電子線描画では電子線で非常に微細なスポットを形成し、これを基板もしくは所定のレジスト膜に当てる所謂電子線露光を行って必要なマスクパターンを形成する。しかし、この微細なビームを試料面上で広い範囲に掃引して位置的に精密なパターンを形成する場合、最大掃引範囲に制限がある。特に、電子線の位置が電子線集束レンズ系や電子線偏向系の光軸を外れると、所謂軸外収差が発生し、この光軸からの偏差が大きくなるに従い収差は急激に大きくなる。この収差は試料面の照射位置に歪みを与えるだけでなく、電子線の集束点の大きさも歪め、電子線が光軸を外れに従い集束点が大きくぼけ、作製すべきパターンに使用に耐えないぼけも与える。
【０００４】
それ故、電子線描画では比較的広い範囲のパターンを作製する場合、ラスター走査であれ、ベクトル走査であれ、一回の照射範囲（以下フィールドと称する）を、例えば特定な広さの正方形とし、このフィールドを順繋ぎ合わせて所要な広さのパターンを形成する（例えば、徳山巍編、「超微細加工技術」（応用物理学シリーズ），オーム社、平成９年２月２５日発行を参照）。ここで、一般的に採用されている繋ぎ合わせ方式によるパターン形成を図１に基づき説明する。
【０００５】
図１ａに示すように、試料１０にｎ×ｍ個のフィールドＡｉｊ（ｉ  ＝  １，  ２，  ．．．，  ｎ  ；  ｊ  ＝  １，  ２，  ．．．，  ｍ）を隙間なく配置する。それには、隣接するフィールドが互いに丁度接するように、試料１０を載せた試料台（図示せず）を逐次移動させる。このような二つのフィールドの境界αを通過するパターンは、例えば図１ｂに示すよう、フィールドＡ２２，Ａ２３の中心Ｃ２２とＣ２３を結ぶ線上でフィールドＡ２２側の線分軌跡Ｌ２０とフィールドＡ２３側の線分軌跡Ｌ２１は垂直方向（境界線ＢＣの方向）に生じるずれが極度に少ないか殆どないため、点Ｂ０  で合体して一本の線として描画できる。しかし、境界線ＢＣの上部では軸外収差が完全に光軸の中心（Ｃ２３，Ｃ２２）に対称でないため、線分Ｌ１０とＬ１１は点Ｂ１  とＢ１  ′で示す位置に形成され、垂直方向にずれＢ１  Ｂ１  ′が生じる。
【０００６】
現在市販されている最高性能の電子線描画装置には軸外収差を補償する補助装置が設けてあり、現在主流になっているサブミクロンの領域でのパターン形成では、隣接するフィールドの境界上でパターンに目立つ不一致を与えていない。もっとも、試料台を移動する場合、照射系や移動台の駆動部の予備調整、例えば識別マーク位置の計測と位置設定の準備作業には相当な時間を要する。
【０００７】
これに反して、量子細線のような幅が  １０  ｎｍ程度の線分を試料面上の広い範囲で描画する場合には、上に述べたように、サブミクロン領域の軸外収差の影響を補償したとしても、ナノメータの範囲のずれを除去できる程度に補償装置が完成されていない。ずれの影響を無視できる程度にするには少なくとも  １  ｎｍ  程度のずれまで低減させる必要がある。その外、集束点の形状も通常円形でなく、流星状とか不規則な形状になる。このような電子線の集束点の「ぼけ」も境界線の近くで充分に修正できない。
【０００８】
細線構造内の電子の一次元的な振る舞いを知るために作製されるパターンの典型的な例を図２ａに示す。試料表面に電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３  を設け、電極Ｅ１  とＥ２  またはＥ３  の間に幅が  １０  ｎｍ程度の直線状の細線Ｌ１  とＬ２  を形成する。更に、類似の細線構造は図２ｂに示すような電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３  の間で曲線Ｌ３  を呈するものや、細線Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６  の間に結合点（ノード）Ｋを含むものも考えられる。電極自体は大体  ５００μｍ  ×  ５００μｍ  程度の大きさであるが、細線の長さは数  ｍｍ  から十数  ｍｍ  にする。使用するフィールドは通常の電子線描画装置の場合  １０  μｍ  ×  １０  μｍ  〜  １０００  μｍ  ×  １０００  μｍ  であるから、上記の長さの細線を作製するため前記の繋ぎ合わせ方式を採用すると、数十回または  １００回程度フィールドを繋ぎ合わせる必要がある。しかし、上で詳しく説明したように、一回の繋ぎ合わせ時に既にフィールドの境界で大きなずれ（横ずれ）やぼけ（電子線の集束点の拡がり）が生じるので、このような多数回の繋ぎ合わせを行うと使用に耐えないパターンとなる。
【０００９】
なお、電子線とレジストの電子露光反応は常時一定に維持する必要がある。描画時に細線上を移動する電子線の速度は比較的遅い。例えば、レジスト材として日本ゼオン製のＺＥＰ  ５２０を  ０．１５  μｍ  の厚さで塗布した基板の場合、電子線の加速電圧が  ２０  ｋＶで、ビーム電流が  １０  ｐＡであると、レジストを電子露光するのに適した電子線の速度は試料面上で  １．５  ｍｍ／ｓ  である。そのような一定速度をどのような図形の場合でも、つまり図形のパターンが直線の場合でも曲線の場合でも常時維持できる必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、フィールド繋ぎ合わせ方式で生じる線分のずれや集束点のずれが生じない、極度に細い線分を描画できる電子線描画方法およびこの方法を実施できる装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、この発明により、電子線の集束系および偏向系を含む電子線集束掃引装置を用いて試料の表面に電子線を当てて所定の図形パターンを描く電子線描画方法にあって、以下の過程、
・試料が静止している状態で電子線が試料台上の試料表面の特定な個所に常時集束するように集束系を制御し、
・集束系の上記制御状態の下で電子線が試料の表面上を移動して前記図形パターンを描くよう試料台を移動させ、
・その時の試料台の実際の位置を測定し、
・前記図形パターンに対応する試料台の目標位置と前記実際の位置の偏差を求め、
・上記偏差が常時零となるように偏向系を用いて試料表面上の電子線を偏向させる、
を実施することにより解決されている。
【００１２】
更に、上記の課題は、この発明により、電子線の集束系及び偏向系を含む電子線集束掃引装置を用いて試料の表面に電子線を当てて所定の図形パターンを描く電子線描画装置にあって、
・試料を載せる試料台２０と、
・前記試料台２０を直交する２つの方向Ｘ，Ｙに移動させる送り装置ＭX ，ＭY と、
・請求項１又は２の方法を実施するため電子線及び試料台（２０）を制御する制御プログラムを保管する記憶器３２と、
・前記プログラムにしたがって電子線描画処理を実施するための演算処理部３０とを備えていることにより解決されている。
【００１３】
この発明による他の有利な構成は特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づきこの発明による電子線描画方法とその装置を詳しく説明する。
【００１５】
図３にこの発明による装置の主要機能要素の配置を示す。例えば電子線レジストを塗布した基板の試料１０は試料移動台２０の上に固定されている。この試料移動台２０には基台（図示せず）に対して試料移動台２０を互いに直交する二つの方向Ｘ，Ｙにそれぞれ相対移動させる二つの送り装置ＭＸ，ＭＹ  と、その時の相対移動量を計測するための二つの位置検出器ＳＸ，ＳＹ  とが装備されている。
【００１６】
距離信号発生回路５０は位置検出器ＳＸ，ＳＹ  の検出信号からその時の相対移動量を算出して、数値演算機能を持つ中央演算部３０に受け渡す。この中央演算部３０にはパターン図形を予めプログラムして保管する記憶部３２が内蔵されている。更に、中央演算部３０にはパターン軌道の数値、制御信号等を入力でき、結果を印字もしくはディスプレーに表示できる入出力・表示ユニットが接続している。記憶部３２に保管されている目標軌道に従い中央演算部３０は送り装置ＭＸ，ＭＹ  用の駆動回路ＤＲＸ，ＤＲＹ  へ駆動信号を送り、送り装置ＭＸ，ＭＹ  の動作に応じて移動台２０を指定された位置へ移動させる。その場合、位置検出器ＳＸ，ＳＹ  および距離信号発生回路５０により求まった実際軌道と目標軌道を一致させるような帰還回路が中央演算部３０により形成されている。
【００１７】
更に、中央演算部３０には電子線を発生させて掃引するため、走査電子顕微鏡の機能を有する電子線掃引装置８０が付属している。この装置自体の説明は省くが、この発明で重要となる偏向コイルＳＣとブランキングユニットＢＬＫのみを模式的に示す。中央演算部３０中の記憶部３２に保管されている描画すべき目標軌跡の図形プログラムに従い、中央演算部３０は偏向駆動回路６０を介して電子線を偏向させる駆動信号を偏向コイルＳＣへ送り、ブランキング駆動回路７０を介して電子線を試料に照射させるかさせないかを決めるブランキング駆動信号をブランキングユニットＢＬＫへ送る。
【００１８】
この発明では、図形パターンが比較的単純であって、走査領域が比較的広い場合、先に詳しく説明したフィールド繰り返し方式の難点を避けるため、図４ａに示すように電子線を対物レンズＬＮで絞り込み試料１０の表面の位置ＰＢ  に定在させたまま、試料１０の載っている試料台２０を例えば矢印ＡＡの所要方向に移動させる。この時の状況を図４ｂに従って説明する。送り装置ＭＸ，ＭＹ  を用いて中央演算部３０で指定された目標軌跡ＴＲ０  に沿って試料１０を矢印ＡＡの方向に移動させると、電子線照射により試料１０の表面にハッチングを付けたパターンＬａ  が生じる。今照射している時点をｔ０  とすると、右にあるパターンＬａ  はこの時点ｔ０  以前の例えば時点ｔ１  （ｔ１  ＞ｔ０  ）に照射されたものである。
【００１９】
実際には、中央演算部３０が送り装置ＭＸ，ＭＹ  を目標軌跡プログラム通りに駆動しても、種々の事情により実際の移動位置と指定位置の間に偏差δが生じる。実際の位置ＴＲ１  は位置検出器ＳＸ，ＳＹ  で検知され、検出信号に基づき距離信号発生回路５０で系の基準位置（例えば集束レンズ系の光軸）に対する絶対位置として算出される。中央演算部３０は目標位置ＴＲ０  と実際の位置ＴＲ１  の偏差δを算出して、掃引中この偏差δを常時零とするように偏向コイルＳＣに偏向駆動信号を送って電子線の照射位置を補正する。電子線偏向系と位置検出系の応答速度は送り装置ＭＸ，ＭＹ  の応答速度より早いので、上に述べた帰還制御により実用上常時偏差δ＝０とする軌跡を描画することができる。なお、説明の都合上偏差δは目標軌跡ＴＲ０  の接線方向に垂直な成分のみで説明したが、実際には接線方向の成分も含む。
【００２０】
送り装置ＭＸ，ＭＹ  は機械的な動きを電気的に微調整できる電動機、例えば汎用されているステッピングモータ、あるいは機械的な共振を使用する共振型超音波モータ（例えば特開平１１−１５５３０号公報）あるいは圧電素子で電気的な応力を発生させて移動量に変換する非共振型超音波モータ（例えば特公平３−８１１１９号公報）を使用して実現できる。
【００２１】
位置検出器ＳＸ，ＳＹ  は必要とするパターンの微細さに依存し、１０  ｎｍ  の範囲のパターンを描画する場合には、少なくとも  １  ｎｍ  の位置分解能を保証するレーザー干渉計を使用すべきである。また、サブミクロンの範囲の描画であれば、光電増分式リニヤエンコーダ等も使用できる。
【００２２】
この発明の方法は、走査顕微鏡の機能を犠牲にしないように、通常の描画処理を行う電子線描画装置に付加する装置として導入すれば、電子線を目標軌道に追従させる演算処理のプログラム処理により大幅な改造もしくは変更なしに実現できる。何れにしても、ナノメータ領域の描画に加えて、通常のパターンをフィールド繋ぎ合わせ方式を利用する描画処理も必要な時に実行できるからである。
【００２３】
１０  ｎｍ  の領域の電子線描画を目指せば、試料のレジストの材質、厚さ、レジストを塗布する下地（基板）の材料に関する選定や電子の加速電圧、照射電流密度、電子銃の輝度等にも充分な配慮が必要である。この発明によれば、電子線を  １０  ｎｍまたはそれ以下に絞って試料面に照射する必要がある。それには、試料面上の電子線の集束位置が対物レンズＬＮの光軸上となるように照射位置を選定し、作動距離（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）  をできる限り短くして電子線を照射する。このような集束偏向条件では、フィールドＡの許容範囲は必然的に狭くなる。それ故、仮に従来のフィールド繋ぎ合わせ方式を踏襲すれば、繋ぎ合わせ回数が著しく増加し、処理時間が増大する。しかし、この発明ではフィールドの繋ぎ合わせを採用していないので、作動距離、言い換えれば対物レンズＬＮと試料表面の間の距離を充分短くすることができる。このような処置は、対物レンズＬＮと試料面の間での電子線の外部電磁場による影響を少なめ、同時に対物レンズＬＮの漏れ磁場によるシールド作用により電子線の振れ（実質上電子線の集束点のぼけとなる）を著しく低減するという利点もある。
【００２４】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明の電子線描画方法およびその装置により、フィールド繋ぎ合わせ方式で生じる線分のずれや集束点のずれが生じない、極度に細い線分を描画できる。特に、送り装置と位置検出装置が既に装備されている電子線描画装置では中央演算処理部のプログラム対応にこの発明を簡単に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィールド継ぎ合わせ方式による電子線描画を説明する模式図、（ａ）全体配置を示す図面、（ｂ）境界を拡大した図面、
【図２】電子線描画における代表的な二つの図形を示す図面、
【図３】電子線描画装置の主要機能構成を示すブロック図、
【図４】電子線を照射する配置を示す模式図（ａ）と掃引軌跡の修正を説明する模式図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０                試料
２０                試料台
３０                中央演算部
３２                記憶部
８０                電子線掃引装置
Ａ                  フィールド
Ｂ                  接続点
Ｃ                  フィールドの中心
Ｌ                  描画軌跡
Ｅ，Ｇ              電極
ＳＸ，ＳＹ              位置検出器
ＭＸ，ＭＹ              送り装置
【図１】
0003597440.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003597440.tif 000004
【図４】
0003597440.tif 000005