(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム源から発生された電子ビームを所望の電流密度、照明領域を照射するように設定する非対称照明光学系と、
前記電子ビームを任意の形状に成形する成形アパーチャと、
前記成形アパーチャにより成形された電子ビームを試料上に結像させる縮少レンズと、
前記縮小レンズを通過した前記成形された電子ビームを試料上に結像させる対物レンズとを具備し、
前記成形アパーチャの上下に前記電子ビームの軌道のＸ軌道及びＹ軌道の光軸との交点が来る様に前記非対称照明光学系のレンズを設定することを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記成形アパーチャから前記Ｘ軌道の光軸との交点までの距離と前記成形アパーチャから前記Ｙ軌道の光軸との交点までの距離が等しくなる様に設定することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項３】
電子ビーム源から発生された電子ビームを所望の電流密度、照明領域を照射するように設定する非対称照明光学系と、
前記電子ビームを任意の形状に成形する第１及び第２の成形アパーチャと、
前記第１の成形アパーチャのアパーチャ像を前記第２の成形アパーチャへ投影させる投影レンズと、
前記第１及び第２の成形アパーチャにより成形された電子ビームを試料上に結像させる縮少レンズと、
前記縮小レンズを通過した前記成形された電子ビームを試料上に結像させる対物レンズとを具備し、
前記第１の成形アパーチャの上下に前記電子ビームの軌道のＸ軌道及びＹ軌道の光軸との交点が来る様に前記非対称照明光学系のレンズを設定し、且つ前記第２の成形アパーチャの上下に前記電子ビームの軌道のＸ軌道及びＹ軌道の光軸との交点が来る様に前記非対称照明光学系のレンズを設定することを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項４】
前記第１の成形アパーチャから前記Ｘ軌道の光軸との交点までの距離と前記成形アパーチャから前記Ｙ軌道の光軸との交点までの距離が等しくなる様に設定することを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項５】
前記第２の成形アパーチャから前記Ｘ軌道の光軸との交点までの距離と前記成形アパーチャから前記Ｙ軌道の光軸との交点までの距離が等しくなる様に設定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項６】
前記Ｘ軌道の光軸との交点におけるＸ方向の電子ビーム源の倍率と、前記Ｙ軌道の光軸との交点におけるＹ方向の電子ビーム源の倍率が実質的に等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電子ビーム描画装置。
【請求項７】
前記非対称照明光学系は、少なくとも４段の偶数の多極子レンズからなることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電子ビーム描画装置。
【請求項８】
前記多極子レンズは、静電型であることを特徴とする請求項７に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項９】
前記投影レンズ、前記縮少レンズ及び前記対物レンズは、少なくとも２段以上の多極子レンズから構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の電子ビーム描画装置。
【請求項１０】
電子ビーム源から発生された電子ビームを所望の電流密度、照明領域を照射するように設定する非対称照明光学系と、電子ビームを任意の形状に成形する成形アパーチャと、前記成形した電子ビームを試料上に結像させる為の縮少レンズ及び対物レンズとを具備した電子ビーム描画装置の電子ビームを調整する方法において、
あらかじめ前記成形アパーチャの上下に前記Ｘ軌道、前記Ｙ軌道の光軸との交点がくる様にレンズ設定値を計算により求める工程と、
前記レンズ設定値に基づいて前記非対称照明光学系のレンズの位置を設定する工程とを具備したことを特徴とする電子ビーム描画装置の調整方法。
【請求項１１】
前記レンズ設定値は、前記成形アパーチャから前記Ｘ軌道の光軸との交点までの距離と前記成形アパーチャから前記Ｙ軌道の光軸との交点までの距離が実質的に等しくなる様な値に設定されることを特徴とする請求項１０に記載の電子ビーム描画装置の調整方法。
【請求項１２】
前記成形アパーチャに照射されている領域を求める手段と前記成形アパーチャに照射されている電子ビームの開き角を求める手段とを用いてレンズの値を求める工程と、求められたレンズの値に微調整して前記非対称照明光学系のレンズを設定する工程を具備したことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の電子ビーム描画装置の調整方法。
【請求項１３】
電子ビーム描画装置の照明光学系を請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の調整方法により所定のレンズ設定値に設定する工程と、所定のレンズ設定値に設定された前記電子ビーム描画装置に、表面にレジストが塗布された半導体ウェハを載置する工程と、
前記装置内に載置された半導体ウェハに塗布されたレジスト上に前記電子ビーム描画装置により電子ビームを所定のパターンで照射する工程とを具備したことを特徴とする電子ビーム描画方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路やその他の微細な素子パターンを電子ビームを用いて半導体ウェハやパターン転写用マスク等の基板上に形成する電子ビーム描画装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来半導体製造工程における光リソグラフィ技術は、そのプロセス簡易性、低コストなどの利点により広くデバイス生産に用いられてきた。この技術は、常に技術革新が続けられており、近年では短波長化（ＫｒＦエキシマレーザ光源）により０．２５μｍ以下の素子の微細化が達成されつつある。さらに微細化を進めようと、より短波長のＡｒＦエキシマレーザ光源やレベンソン型の位相シフトマスクの開発が進められており、これは０．１５μｍルール対応の量産リソグラフィツールとして用いられている。しかし、これを実現するための課題も多く、その開発に係わる時間が長期化しており、デバイスの微細化のスピードに追いつかなくなる恐れもある。これに対して、ポスト光リソグラフィの第１の候補である電子ビームリソグラフィは、細く絞ったビームを用いて０．０１μｍまでの加工できることが実証済みである。微細化という観点では、当面問題なさそうであるが、デバイス量産ツールとしてはスループットに問題がある。すなわち細かいパターンを１つ１つ順番に描いていくためにどうしても時間がかかってしまう。この描画時間を短縮するために、ＵＬＳＩパターンの繰り返し部分を部分的に一括して描画する一括描画方式（ＣＰ描画方式）が開発されている。
【０００３】
さらに、描画装置のスループットを向上するためには、露光時間を短くすることが重要である。露光時間は、次式（１）で表現される。
ｔ（ｓｅｃ）＝Ｄ（Ｃ／ｃｍ２  ）／Ｊ（Ａ／ｃｍ２  ）    ・・・（１）
但し、ｔ：露光時間、Ｄ：適切ドーズ量、Ｊ：電流密度である。
露光時間を短くする為には、レジスト感度を向上させていくことが有効な手段となる。レジストの感度を向上させる為には、レジスト自身の特性を改善する方法がある。しかし、レジスト感度と０．１μｍ以下の解像性を両立させることは困難であり、量産レベルで使用可能なレジスト感度は、１０μＣ／ｃｍ２  程度になっているのが現状である。一方、レジスト感度と入射電子ビームのエネルギー関係は、逆比例の関係にある。例えば、入射電子ビームのエネルギーが５０ｋＶの時に、１０μＣ／ｃｍ２  の感度のレジストも、入射電子ビームのエネルギーを１ｋＶにすれば、０．２μＣ／ｃｍ２  となってショット時間が短くなり、スループットの向上可能となる。
【０００４】
露光時間を短くする他の方法としてはビームの電流密度を高くするという方法がある。しかし、電流密度を高くすることは、即ち露光に用いるトータル電流が多くなることである。電流量が多くなると、クーロン効果のビームの反発によりビームボケが増加し、微細なパターンが描画できなくなる。このビームボケが規定値内になるトータル電流量で描画を行っているのが現実である。
クーロン効果を減らす試みとしては、特願平１１−２０９２６１号、特願２０００−２２１０２１号、特願２０００−２３７１６３号等に記載された技術が提案されている。これら引用文献に記載された技術は、クーロン効果の影響を低減するために、有限のアスペクト比をもった矩形陰極を非対称レンズ系で構成された照明光学系によりキャラクタアパーチャ（以下、ＣＰアパーチャという）を等方的に照明し、得られたＣＰアパーチャ像を非対称レンズ系で構成された投影光学系により縮少投影することにより、試料面上に異なった入射角度の開き角で結像するように構成されている。このように、非対称の光源を備えた従来の電子ビーム描画装置は、図３に示されている。
【０００５】
すなわち、従来は、図３に示すように、電子銃Ｘ１４４及び電子銃Ｙ１４５からなる形状の異なる線状の陰極を用いていた。このような構成をとると、非対称な照明光学系１４６において、電子ビーム１０３のＸ軌道１０４及びＹ軌道１０５の倍率が異なり、さらに電子ビームを成形する成形アパーチャ（ここでは、ＣＰアパーチャ１１９）に等方的にビームが照射される（図３参照）。図３では、得られたＣＰアパーチャ像を非対称レンズ系で構成された投影光学系により縮少投影することにより、結像光学系１４７において試料面上に結像するように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の非対称光源を有する電子ビーム描画装置は、有限のアスペクト比をもった矩形陰極即ち電子銃から放出される電子が非対称である必要性がある。これは、ＬａＢ６  電極では実現されているが、放出エネルギー分布の小さい、フィールドエミッション型の電子銃では実現されていない。ＬａＢ６  電子銃のエネルギースプレッドは、３ｅＶ程度といわれ、フィールドエミッション型の電子銃の０．６ｅＶと比較して大きい。そのために、放出エネルギー分布のばらつきによる色収差の増大によるビームのボケの問題がある。
本発明は、このような問題点を解決するために、電子銃から放出する角度が非対称でない状態で照明光学系により縮少投影することにより、クーロン効果の影響を低減する電子ビーム描画装置、その調整方法及び電子ビーム描画方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低加速電子ビームを用いた電子ビーム描画装置において、クーロン効果の影響を低減するために、非対称レンズ系で構成された照明光学系によりＣＰアパーチャを照明し、得られたＣＰアパーチャ像を投影光学系により縮少投影する光学系において、光軸に対して垂直な平面をＸＹ面と呼ぶとすると、電子銃から等方的に放出されたビームの軌道のＸ軌道とＹ軌道との光軸との交点がＣＰアパーチャを挟んで上下に位置することを特徴とし、とくにＣＰアパーチャから、これら上下の位置が等距離にあり、且つ電子銃からの投影の倍率が同じになる様に４極子非対称照明光学系を調整することを特徴としている。これにより、アスペクト比の異ならない電子銃を用いて、等方的にＣＰアパーチャ上を照明することができ、且つクーロン効果の少ない光学系を実現できる。その結果、フィールドエミッション電子銃を用いることが可能となり、放出エネルギー分布のばらつきが小さく色収差によるビームのボケを小さくできる。
【０００８】
即ち本発明の電子ビーム描画装置は、電子ビーム源から発生された電子ビームを所望の電流密度、照明領域を照射するように設定する非対称照明光学系と、前記電子ビームを任意の形状に成形する成形アパーチャと、前記成形アパーチャにより成形された電子ビームを試料上に結像させる縮少レンズと、前記縮小レンズを通過した前記成形された電子ビームを試料上に結像させる対物レンズとを具備し、前記成形アパーチャの上下に前記電子ビームの軌道のＸ軌道及びＹ軌道の光軸との交点が来る様に前記非対称照明光学系のレンズを設定し、且つ前記成形アパーチャから前記Ｘ軌道の光軸との交点までの距離と前記成形アパーチャから前記Ｙ軌道の光軸との交点までの距離が等しくなる様に設定することを特徴としている。
【０００９】
また本発明の電子ビーム描画装置は、電子ビーム源から発生された電子ビームを所望の電流密度、照明領域を照射するように設定する非対称照明光学系レンズと、前記電子ビームを任意の形状に成形する第１及び第２の成形アパーチャと、前記第１の成形アパーチャのアパーチャ像を前記第２の成形アパーチャへ投影させる投影レンズと、前記第１及び第２の成形アパーチャにより成形された電子ビームを試料上に結像させる縮少レンズと、前記縮小レンズを通過した前記成形された電子ビームを試料上に結像させる対物レンズとを具備し、前記第１の成形アパーチャの上下に前記電子ビームの軌道のＸ軌道及びＹ軌道の光軸との交点が来る様に前記非対称照明光学系のレンズを設定することを特徴としている。前記非対称照明光学系は、少なくとも４段の偶数の多極子レンズからなるようにしても良い。前記多極子レンズは、静電型であるようにしても良い。前記第２の成形アパーチャの開口部を選択する偏向器を具備しても良い。前記電子ビームをブランキングするためのブランキング偏向器を具備しても良い。前記試料面上の電子ビームの位置を制御する対物偏向器を具備しても良い。前記投影レンズ、前記縮少レンズ及び前記対物レンズは、少なくとも２段以上の多極子レンズから構成されているようにしても良い。前記第１の成形アパーチャから前記Ｘ軌道の光軸との交点までの距離と前記第１の成形アパーチャから前記Ｙ軌道の光軸との交点までの距離が等しくなる様に設定するようにしても良い。前記第２の成形アパーチャから前記Ｘ軌道の光軸との交点までの距離と前記第２の成形アパーチャから前記Ｙ軌道の光軸との交点までの距離が等しくなる様に構成されているようにしても良い。前記Ｘ軌道の光軸との交点におけるＸ方向の電子ビーム源の倍率と、前記Ｙ軌道の光軸との交点におけるＹ方向の電子ビーム源の倍率が実質的に等しいようにしても良い。
【００１０】
本発明の電子ビーム描画装置の調整方法は、電子ビーム源から発生された電子ビームを所望の電流密度、照明領域を照射するように設定する非対称照明光学系と、電子ビームを任意の形状に成形する成形アパーチャと、前記成形した電子ビームを試料上に結像させる為の縮少レンズ及び対物レンズとを具備した電子ビーム描画装置の電子ビームを調整する方法において、あらかじめ前記成形アパーチャの上下に前記Ｘ軌道、前記Ｙ軌道の光軸との交点がくる様に、且つ前記成形アパーチャから前記Ｘ軌道の光軸との交点までの距離と前記成形アパーチャから前記Ｙ軌道の光軸との交点までの距離が等しくなる様にレンズ設定値を計算により求める工程と、前記レンズ設定値に基づいて前記非対称照明光学系のレンズを設定する工程とを具備したことを特徴としている。前記成形アパーチャに照射されている領域を求める手段と前記成形アパーチャに照射されている電子ビームの開き角を求める手段とを用いてレンズの値を求める工程と、求められたレンズの値に微調整して前記非対称照明光学系のレンズを設定する工程をさらに具備するようにしても良い。
本発明の電子ビーム描画方法は、電子ビーム描画装置の照明光学系のレンズを上述の調整方法により所定のレンズ設定値に設定する工程と、所定のレンズ設定値に設定された前記電子ビーム描画装置に表面にレジストが塗布された半導体ウェハを載置する工程と、前記装置内に載置された半導体ウェハに塗布されたレジスト上に前記電子ビーム描画装置により電子ビームを所定のパターンで照射する工程とを具備したことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
まず、図１及び図２を参照して第１の実施例を説明する。
図１は、電子ビーム描画装置の基本的な概略断面図である。この実施例では、第１及び第２の成形アパーチャ（第２の成形アパーチャがＣＰアパーチャである）からなる２つの成形アパーチャを用いている。この電子ビーム描画装置は、電子ビーム源である電子銃２と、電子銃２から発生した電子ビーム３を所望の電流密度、照明領域を照射するように設定する非対称照明光学系レンズと、電子ビーム３を任意の形状に成形する第１の成形アパーチャ１０及び第２の成形アパーチャ（ＣＰアパーチャ）１９と、第１の成形アパーチャ１０のアパーチャ像を第２の成形アパーチャ１９へ投影させる投影レンズと、第１及び第２の成形アパーチャにより成形された電子ビームを試料上に結像させる縮少レンズと、縮小レンズを通過した前記成形された電子ビームを試料上に結像させる対物レンズとを具備している。電子銃２の発射方向とステージ３０の上に載置されたシリコンなどのウェハ２９の中心部分に電子ビームの光軸１が形成される。
【００１２】
光軸１に沿った方向をＺとし、それに直交する方向をＸ方向、Ｙ方向とする。電子ビーム３は、Ｘ方向のＸ軌道４及びＹ方向のＹ軌道５に分けて説明する。この実施例では、照明光学系の電子レンズとして、例えば、４極子静電レンズを用いる。但し本発明は、このレンズに限るものではない。このレンズは、４個の電極を配置し、電子に対して、Ｘ方向に発散、Ｙ方向に収束作用がある。４極子を２組以上光軸１に沿って配置し適当な電界を与えることにより、Ｘ、Ｙの両方向で収束することができる。このような、レンズ光学系は、Ｘ、Ｙの軌道が光軸１に対して非対称であるのが大きな特徴である。
電子銃２で等方的に放出された電子ビーム２は、Ｘ軌道４及びＹ軌道５をそれぞれ進み、照明光学系の４極子レンズ（ＣＱＬ１；６、ＣＱＬ２；７、ＣＱＬ３；８、ＣＱＬ４；９）で電流密度が調整され、第１の成形アパーチャ１０を等方的に照明する。この第１の成形アパーチャ１０で成形された像は、投影系である投影第１レンズ（ＰＬ１）１２及び投影第２レンズ（ＰＬ２）１３により、ＣＰアパーチャ上１９に結像される。２つのアパーチャ１０、１９の光学的な重なりの程度は、ＣＰ偏向器１６により制御される。
【００１３】
偏向器１６は、ＣＰ選択回路３４及び偏向回路に偏向データを送る制御コンピュータ４２により駆動される。第１の成形アパーチャ１０とＣＰアパーチャ（第２の成形アパーチャ）１９には流入電流を検出できるように検出器２８及びこの検出器に繋がる検出信号処理回路３６が接続されている。第１の成形アパーチャ１０、ＣＰアパーチャ１９の光学的重なりによる像は、縮少レンズ（ＲＬ）２１によって縮少され対物レンズ（ＯＬ）２５により、ウェハ２９上に結像される。ウェハ２９上の電子ビーム３の位置は、パターンデータ４３により制御コンピュータ４２がビーム偏向回路３５を制御し、対物偏向器２４に電圧を印加し、その偏向により設定される。ウェハ２９は、電子ビーム測定用マーク台３１と共に可動ステージ３０上に設置され、可動ステージ３０を移動することによりウェハ２９又はマーク台３１を選択することができる。また、ウェハ２９上の電子ビーム３位置を移動する場合において、ウェハ２９上の不必要な場所が露光されないように、電子ビーム３をブランキング偏向器３８で偏向させ、電子ビーム３をカットし、ウェハ２９面上に到達しないようにする。ブランキング偏向器３８への偏向電圧の制御は、制御コンピュータ４２及びブランキング偏向回路３２で制御される。これらすべてのデータは、パターンデータ４３に格納されている。
【００１４】
このような構成を持った電子ビーム描画装置の照明光学系について従来例と比較しながら本実施例を説明する。
クーロン効果によるビームボケを減少させるには、先に示した引用文献に開示されているように、結像光学系における電子ビームのＸ軌道とＹ軌道の入射角度が異なることが有効である。従来は電子ビームを成形するＣＰアパーチャに対し、Ｘ軌道及びＹ軌道のビームを等方的に照射するためには、図３に示すように、電子銃Ｘ１４４と電子銃Ｙ１４５と形状の異なる線状の陰極を用いていた。このような構成をとると、非対称な照明光学系１４６で、Ｘ軌道とＹ軌道との倍率が異なり、かつビームを成形するＣＰアパーチャを等方的にビーム照射することができる。この線状の電極は、ＬａＢ６  等の電子銃では実現されている。しかし、ＬａＢ６  電子銃はその特性から放出される電子ビーム３のエネルギー分布が大きい。エネルギー分布の大きい電子線源を用いると色収差が大きくなり解像性が劣化する問題が発生する。エネルギー分布の小さい電子銃としてはフィールドエミッションがあるが、線状タイプのフィールドエミッション電子銃は、実現されていない。
【００１５】
図２は、この実施例の非対称照明光学系を説明する電子ビーム描画装置の部分的概略図である。電子銃２から放出される電子ビーム３の軌道のＸ軌道４及びＹ軌道５は対称である。その後非対称照明光学系４６（ＣＱＬ１；６、ＣＱＬ２；７、ＣＱＬ３；８、ＣＱＬ４；９）で、第１の成形アパーチャ１０を等方的に照明する。この時、電子ビームのＸ軌道４及びＹ軌道５は、第１の成形アパーチャ１０に対して、Ｘ軌道４と光軸１との交わる点（Ｘクロスオーバー４０）が第１の成形アパーチャ１０より電子銃２側に位置し、Ｙ軌道５と光軸１との交わる点（Ｙクロスオーバー４１）がウェハ２９側に位置するように、構成される。またそれぞれの位置は、成形アパーチャ１０から等距離（＝ｄ）にあり、電子銃２からの縮少率も同等になるように調整されている。
このクロスオーバーの位置関係は、第２の成形アパーチャ（ＣＰアパーチャ）に対しても同じ構成を維持している。すなわち、図１に示すように、電子ビームのＸ軌道４及びＹ軌道５は、第２の成形アパーチャ１９に対して、例えば、Ｘ軌道４と光軸１との交わる点（Ｘクロスオーバー（図示しない））が第２の成形アパーチャ１９より電子銃２側に位置し、Ｙ軌道５と光軸１との交わる点（Ｙクロスオーバー（図示しない））がウェハ２９側に位置するように、構成される。また、それぞれの位置は、第２の成形アパーチャ１９から等距離にあり、電子銃２からの縮少率も同等になるように調整されている。
【００１６】
次に、具体的な調整方法について述べる。
電子光学系の設計で求められたレンズ電圧値を非対称照明系のレンズ６、７、８、９に設定する。静電型レンズを用いているので、磁場を用いたレンズのようなヒステリシスが無く光学条件が再現性良く設定される。
次に、第１の成形アパーチャアライメントコイル１１を用いて、電子ビーム３をＸ方向、Ｙ方向に偏向走査する。この時、第１の成形アパーチャ１０の開口部を透過した電子、例えば、その下のＣＰアパーチャ１９に流入する電子を信号として、第１の成形アパーチャ１０上に照射されている電子ビーム３の大きさを求めることができる。この時に得られる電子ビーム３のＸ方向とＹ方向の照射領域の大きさが同じになるように、非対称照明光学系のレンズ設定を行う。
【００１７】
次に、対物レンズ（ＯＬ）２５を可変して、電子ビームのＸ軌道４とＹ軌道５の分解能の変化を求める。ここで、分解能は、マーク台３１上に設置されているマーク、例えば、タングステンで作られた０．２μｍ程度の大きさのドット上を成形された電子ビーム３で操作して、２次的に発生した電子をＭＣＰ等の検出器２８で検出して得られる。図５に示すように、この時得られる信号波形のピークの１０％−９０％の大きさを分解能とすると、分解能のＸ軌道４とＹ軌道５の変化が同じになるように、非対称照明レンズの設定を行う。このように、調整された光学系では、第１の成形アパーチャ１０の前後では、非対称な照明光学系になっているが、第１の成形アパーチャ１０上では、Ｘ、Ｙに対して等方的な照明となっている。また、Ｘクロスオーバー４０とＹクロスオーバー４１の位置での電子銃２の光源の縮少率は同じに設定されているので、第１の成形アパーチャ１０から、それぞれのクロスオーバーを見込む角度は同じになる。すなわち、結像光学系での開き角は、Ｘ軌道、Ｙ軌道とも同じになる。
【００１８】
その後、図１に示すように、第１のアパーチャ１０により成形された電子ビームのアパーチャ像は、その後の投影レンズ系（ＰＬ１；１２、ＰＬ２；１３）により、ＣＰアパーチャ１９に照明条件を保存した形で縮少率１で結像される。
クーロン効果によるビームボケが発生するＣＰアパーチャ１９からウェハ２９までの縮少レンズ（ＲＬ）２１及び対物レンズ（ＯＬ）２５において、照明光学系の電子ビーム３のＸ軌道４とＹ軌道５とがそれぞれ非対称に進み、結像光学系でクロスオーバーを作ることがないので、クーロン反発の影響を小さくすることが可能になる。
【００１９】
以上、この実施例では、電子銃２から放出された電子ビーム３のＸ軌道４及びＹ軌道５の光軸１との交点（Ｘクロスオーバー４０、Ｙクロスオーバー４１）が成形第一アパーチャ１０を挟んで、上下に位置することを特徴とし、特に、成形アパーチャ１０から、それぞれが等距離（ｄ）に位置し、且つ電子銃２からの投影の倍率が同じになる様に照明光学系を調整することを特徴とする。これにより、アスペクト比の異ならない電子銃を用いて、等方的にＣＰアパーチャ上を照明することができ、且つクーロン効果の少ない光学系を実現できる。その結果、フィールドエミッション電子銃を用いることが可能となり、放出エネルギー分布のばらつきが小さく色収差によるビームのボケを小さくすることができ、解像性の高い電子ビーム描画装置を供給できる。
ビームの分解能を以下の方法で求めても良い。マーク台３１は、上下に移動可能となっており、マーク台３１の位置を分解能が一番小さくなった位置から上下に可変して、電子ビーム３のＸ軌道４とＹ軌道５の分解能の変化を求める。例えば、Ｘ方向は、マーク台３１を上に動かした時の分解能の変化を求め、Ｙ方向は、マーク台３１を下に動かした時の分解能変化を求める。これら、分解能の変化により非対照照明光学系の４極子静電型レンズの調整を行ってもよい。
【００２０】
次に、図２及び図４を参照して第２の実施例を説明する。
図４は、電子ビーム描画装置の基本的な概略断面図である。この実施例では、第１の実施例と同様に、第１及び第２の成形アパーチャ（第２の成形アパーチャがＣＰアパーチャである）からなる２つの成形アパーチャを用いている。この電子ビーム描画装置は、電子銃２と、電子銃２から発生した電子ビーム３を所望の電流密度、照明領域を照射するように設定する非対称照明光学系レンズと、電子ビーム３を任意の形状に成形する第１の成形アパーチャ１０及び第２の成形アパーチャ（ＣＰアパーチャ）１９と、第１の成形アパーチャ１０のアパーチャ像を第２の成形アパーチャ１９へ投影させる投影光学系４８と、第１及び第２の成形アパーチャにより成形された電子ビームを試料上に結像させる縮少レンズ及び縮小レンズを通過した前記成形された電子ビームを試料上に結像させる対物レンズを有する結像光学系４７を具備している。電子銃２の発射方向とステージ３０の上に載置されたシリコンなどのウェハ２９の中心部分には電子ビームの光軸１が形成される。
【００２１】
光軸１に沿った方向をＺとし、それに直交する方向をＸ方向、Ｙ方向とする。電子ビーム３は、Ｘ方向のＸ軌道４及びＹ方向のＹ軌道５に分けて説明する。この実施例では、照明光学系の電子レンズとして、例えば、４極子静電レンズを用いる。このレンズは、４個の電極を配置し、電子に対して、Ｘ方向に発散、Ｙ方向に収束作用がある。４極子を２組以上光軸１に沿って配置し適当な電界を与えることで、Ｘ、Ｙの両方向で収束することができる。
このような、レンズ光学系はＸ、Ｙの軌道が光軸１に対して非対称であるのが大きな特徴である。
電子銃２で放出された電子ビーム２は、Ｘ軌道４及びＹ軌道５をそれぞれ進んで、非対称照明光学系のコンデンサ４極子レンズ（ＣＱＬ１；６、ＣＱＬ２；７、ＣＱＬ３；８、ＣＱＬ４；９）により電流密度が調整され、第１の成形アパーチャ１０を等方的に照明する。この第１の成形アパーチャ１０の像は、投影４極レンズ（ＰＱＬ１；１４、ＰＱＬ２；１５、ＰＱＬ３；１７、ＰＱＬ４；１８）により、ＣＰアパーチャ（第２の成形アパーチャ）上１９に結像される。この２つのアパーチャの光学的な重なりの程度は、ＣＰ偏向器１６により制御される。この偏向器１６は、ＣＰ選択回路３４及び偏向回路に偏向データを送る制御コンピュータ４２により駆動される。
【００２２】
第１の成形アパーチャ１０及びＣＰアパーチャ１９の光学的重なりによる像は、縮少４極レンズ（ＲＱＬ１；２２、ＲＱＬ２；２３）により縮少され、対物４極レンズ（ＯＱＬ１；２６、ＯＱＬ２；２７）により、ウェハ２９上に結像される。そして、ウェハ２９上の電子ビームは、パターンデータ４３に基づいて制御コンピュータ４２によりビーム偏向回路３５を制御し、対物偏向器２４に電圧を印加され、その偏向によりウェハ２９上の位置が設定される。ウェハ２９は、マーク台３１とともに可動ステージ３０上に設置され、可動ステージ３０を移動することでウェハ２９又は電子ビーム測定用のマーク台３１を選択することができる。またウェハ２９上の電子ビーム位置を移動する場合、ウェハ２９上の不必要な場所に露光されないように電子ビームをブランキング偏向器３８で電子ビーム３を偏向させ、電子ビームをカットし、ウェハ２９面上に到達しないようにする。ブランキング偏向器３８への偏向電圧の制御は、制御コンピュータ４２及びブランキング偏向回路３２で制御される。これらすべてのデータはパターンデータ４３に格納されている。このような構成を持った電子ビーム描画装置の照明系についてこの実施例を説明する。
【００２３】
クーロン効果によるビームボケを減少させるには、結像光学系の電子ビームのＸ軌道とＹ軌道の入射角度が異なることが有効である。即ち、照明光学系デンシビームのＸ軌道４及びＹ軌道５の倍率が異なることになる。従来は、ビームを成形するアパーチャに対し、電子ビームのＸ軌道４及びＹ軌道５を等方的に照射するためには、電子銃Ｘと電子銃Ｙと形状の異なる線状の陰極を用いていた（図３参照）。このような従来の構成をとると、非対称な照明光学系で電子ビームのＸ軌道及びＹ軌道の倍率が異なり、且つビームを成形するアパーチャを等方的にビームを照射することができる。この線状の電極は、ＬａＢ６  等の電子銃では実現されている。しかし、従来技術に用いられるＬａＢ６  電子銃は、エネルギー分布の大きい電子線源を用いると色収差が大きくなり解像性が劣化する問題が発生する。また、エネルギー分布の小さく、線状タイプのフィールドエミッション電子銃は実現されていないという問題があった。
【００２４】
図２は、この実施例の照明光学系を説明する電子ビーム描画装置の部分概略図である。電子銃２から放出される電子ビームの軌道のＸ軌道４及びＹ軌道５は、対称である。その後、非対称照明光学系４６（ＣＱＬ１；６、ＣＱＬ２；７、ＣＱＬ３；８、ＣＱＬ４；９を含む）で、第１の成形アパーチャ１０を等方的に照明する。この時、Ｘ軌道４及びＹ軌道５は、第１の成形アパーチャ１０に対して、例えば、電子ビームのＸ軌道４と光軸１とが交わる点（Ｘクロスオーバー４０）は、第１の成形アパーチャ１０より電子銃２側に位置し、電子ビームのＹ軌道５と光軸１とが交わる点（Ｙクロスオーバー４１）は、ウェハ２９側に位置する。また、それぞれの位置は、第１の成形アパーチャ１０から等距離（＝ｄ）にあり、電子銃２からの縮少率も同等になるように調整されてる。
このクロスオーバーの位置関係は、第２の成形アパーチャ（ＣＰアパーチャ）に対しても同じ構成を維持している。すなわち、図４に示すように、電子ビームのＸ軌道４及びＹ軌道５は、第２の成形アパーチャ１９に対して、例えば、Ｘ軌道４と光軸１との交わる点（Ｘクロスオーバー（図示しない））が第２の成形アパーチャ１９より電子銃２側に位置し、Ｙ軌道５と光軸１との交わる点（Ｙクロスオーバー（図示しない））がウェハ２９側に位置するように構成される。またそれぞれの位置は、第２の成形アパーチャ１９から等距離にあり、電子銃２からの縮少率も同等になるように調整されている。
【００２５】
次に、調整方法について具体的に述べる。電子光学系の設計で求められたレンズ電圧値を非対称照明系のレンズ６、７、８、９に設定する。静電型レンズを用いているので、電磁レンズのようにヒステリシスが無く、光学条件は再現性良く設定される。次に、第１の成形アパーチャアライメントコイル１１を用いて、電子ビーム３をＸ方向、Ｙ方向に偏向走査させる。この時、第１の成形アパーチャ１０の開口部を透過した電子、例えば、その下のＣＰアパーチャ１９に流入する電子を信号として、第１の成形アパーチャ１０上に照射されている電子ビーム３の大きさを求めることができる。この時に得られる電子ビーム３のＸ方向とＹ方向の照射領域の大きさが同じになるように、非対称照明光学系のレンズ設定を行う。
次に、分解能が一番小さくなるように、ＯＱＬ１；２６、ＯＱＬ２；２７を調整する。ここで、分解能といっているのは、マーク台３１上に設置されているマーク、例えば、タングステンで作られた０．２μｍ程度の大きさのドット上を成形された電子ビーム３で操作して、２次的に発生した電子をＭＣＰ等の検出器２８で検出する。
【００２６】
次に、マーク台は、上下に移動可能となっており、マーク台の位置を分解能が一番小さくなった位置から上下に可変して、Ｘ軌道方向４及びＹ軌道方向５の分解能の変化を求める。例えば、Ｘ方向はマーク台３１を上に動かした時の分解能の変化を求め、Ｙ方向はマーク台３１を下に動かした時の分解能変化を求める。このときの分解能の変化が同じになるように、非対称照明光学系レンズの設定を行う。
このように、調整された光学系では、第１の成形アパーチャ１０の前後では、非対称な照明光学系になっているが、第１の成形アパーチャ１０上ではＸ、Ｙ方向に対して等方的な照明となっている。その後、図４に示すように、第１の成形アパーチャ１０の像は、その後の投影４極レンズ（ＰＱＬ１；１４、ＰＱＬ２；１５、ＰＱＬ３；１７、ＰＱＬ４；１８）により、ＣＰアパーチャ上１９に照明条件を保存した形で縮少率１で結像される。
【００２７】
クーロン効果によるビームボケが発生するＣＰアパーチャ１９からウェハ２９までの縮少４極レンズ（ＲＱ１；２２、ＲＱ２；２３）において、非対照的に電子ビームのＸ軌道４とＹ軌道５が入射して、クーロン反発の影響を小さくすることが可能になる。これら実施例に示すように、電子銃２から放出された電子ビームのＸ軌道４及びＹ軌道５と光軸１との交点（Ｘクロスオーバー４０、Ｙクロスオーバー４１）が第１の成形アパーチャ１０を挟んで、上下に位置することを特徴とし、とくに第１の成形アパーチャ１０から、それぞれが等距離に位置し、且つ電子銃２からの投影の倍率が同じになる様に照明光学系を調整する。これにより、アスペクト比の異ならない電子銃を用いて、等方的にＣＰアパーチャ上を照明することができ、且つクーロン効果の少ない光学系を実現できる。これにより、フィールドエミッション電子銃を用いることが可能となり、放出エネルギー分布のばらつきの少ない電子ビーム３を用いることができ、また、色収差の少ない、解像性の高い電子ビーム描画装置を供給することができる。
【００２８】
以上、実施例では、ＣＰアパーチャを含む２つの成形アパーチャを用いた電子ビーム描画装置を説明したが、本発明においては、ＣＰアパーチャのみからなる成形アパーチャを用いた電子ビーム描画装置にも適用することができることは勿論である。
以上、実施例などで説明した電子ビーム描画装置は、成形アパーチャの上下に電子ビームのＸ軌道、Ｙ軌道の光軸との交点がくる様に、且つ前記成形アパーチャから前記Ｘ軌道の光軸との交点までの距離と前記成形アパーチャから前記Ｙ軌道の光軸との交点までの距離が等しくなる様にレンズ設定値を計算により求める工程と、前記レンズ設定値に基づいて非対称照明光学系のレンズを設定する工程とによりレンズ調整を行い、あるいは、前記成形アパーチャに照射されている領域を求める手段と前記成形アパーチャに照射されている電子ビームの開き角を求める手段とを用いてレンズの値を求める工程と、求められたレンズの値に微調整して前記非対称照明光学系のレンズを設定する工程によりレンズ調整を行う。次に、所定のレンズ設定値に設定された前記電子ビーム描画装置に、成膜が形成された表面にレジストが塗布されたシリコンなどの半導体ウェハを載せ、前記装置内に載置された半導体ウェハに塗布されたレジスト上にこの電子ビーム描画装置により電子ビームを所定のパターンで照射する。
【００２９】
次に、電子ビームを照射された半導体ウェハ上のレジストは、現像されてパターニングされたマスクに成形される。このマスクを用いて半導体ウェハ上のポリシリコン膜やシリコン酸化膜などの成膜をエッチング処理を行って、これらの成膜をパターニングする。以下、半導体ウェハを後処理して半導体装置を完成させる。
本発明は、非対称照明光学系及び低加速電子ビームを用いた描画装置においてとくに有効である。
【００３０】
【発明の効果】
非対称照明光学系を用いた電子ビーム描画装置において、アスペクト比の異ならない電子銃を用いて、等方的にＣＰアパーチャ上を照明することができ、且つクーロン効果の少ない光学系を実現できる。それらにより、フィールドエミッション電子銃を用いることが可能となり、放出エネルギー分布のばらつきが小さく色収差によるビームのボケを小さくでき、高解像性の電子ビーム描画装置を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する電子ビーム描画装置の概略図。
【図２】本発明の第１及び第２の実施例の照明光学系を説明する電子ビーム描画装置の概略図。
【図３】従来例の照明光学系を説明する概略図。
【図４】本発明の第２の実施例を説明する電子ビーム描画装置の概略図。
【図５】分解能を説明する特性図。
【符号の説明】
１、１０１・・・光軸、  ２・・・電子銃、  ３、１０３・・・電子ビーム、
４、１０４・・・Ｘ軌道、  ５、１０５・・・Ｙ軌道、
６、１０６・・・ＣＱＬ１、  ７、１０７・・・ＣＱＬ２、
８、１０８・・・ＣＱＬ３、  ９、１０９・・・ＣＱＬ４、
１０・・・第１の成形アパーチャ、
１１・・・第１の成形アパーチャアライメントコイル、
１２・・・投影第１レンズ（ＰＬ１）、
１３・・・投影第２レンズ（ＰＬ２）、
１４・・・ＰＱＬ１、  １５・・・ＰＱＬ２、  １６・・・ＣＰ偏向器、
１７・・・ＲＱＬ３、  １８・・・ＲＱＬ４、
１９、１１９・・・ＣＰアパーチャ、
２０・・・ＣＰアパーチャアライメントコイル、
２１・・・縮小レンズ（ＲＬ）、  ２２・・・ＲＱＬ１、
２３・・・ＲＱＬ２、  ２４・・・対物偏向器、
２５・・・対物レンズ（ＯＬ）、      ２６・・・ＯＱＬ１、
２７・・・ＯＱＬ２、    ２８・・・検出器、    ２９・・・ウェハ、
３０・・・ステージ、    ３１・・・マーク台、
３２・・・ブランキング偏向回路、    ３３・・・レンズ制御回路、
３４・・・ＣＰ選択回路、    ３５・・・ビーム偏向回路、
３６・・・検出信号処理回路、    ３７・・・ステージ制御回路、
３８・・・ブランキング偏向器、    ４０・・・Ｘクロスオーバー、
４１・・・Ｙクロスオーバー、  ４２・・・制御コンピュータ、
４３・・・パターンデータ、  ４４、１４４・・・電子銃Ｘ、
４５・・・電子銃Ｙ、          ４６、１４６・・・非対称照明光学系。
４７、１４７・・・結像光学系、  ４８・・・投影光学系。
【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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