(57)【要約】【課題】  静電偏向器を駆動する高周波電圧のパルス周波数の違いによる成形アパーチャ上の偏向誤差を抑制することができ、描画精度の向上をはかる。【解決手段】  荷電ビームを発生する荷電ビーム源１１と、荷電ビームを偏向するための静電偏向器３０と、静電偏向器３０に高周波電圧を印加するための高周波発生器３３と、を具備した荷電ビーム描画装置であって、静電偏向器３０は、ビーム進行方向に分割された複数段の偏向器で構成され、各々の偏向器への高周波電圧の印加方向がビーム進行方向に対して各段毎に逆に設定されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビームを発生する荷電ビーム源と、
前記荷電ビームを偏向するための静電偏向器と、
前記静電偏向器に高周波電圧を印加するための高周波発生器と、
を具備し、
前記静電偏向器は、ビーム進行方向に分割された複数段の偏向器で構成され、各々の偏向器への前記高周波電圧の印加方向がビーム進行方向に対して各段毎に逆に設定されていることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
【請求項２】
前記静電偏向器は、前記荷電ビームをオン・オフするためのブランキング偏向器であることを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装置。
【請求項３】
前記分割された偏向器は対向配置された２枚の電極からなり、一方の電極のビーム進行方向に沿った一端側に前記高周波発生器が接続され、他端側に終端抵抗が接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電ビーム描画装置。
【請求項４】
前記静電偏向器はビーム進行方向に沿って２つに分割され、ビーム進行方向の上流側の偏向器の長さはビーム進行方向の下流側の偏向器の長さよりも短いことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の荷電ビーム描画装置。
【請求項５】
前記静電偏向器はビーム進行方向に沿って２つに分割され、ビーム進行方向の上流側の偏向器の電極間ギャップはビーム進行方向の下流側の偏向器の電極間ギャップよりも広いことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の荷電ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被露光基板に微細パターンを描画するための荷電ビーム描画装置に係わり、特に荷電ビームを電界によって偏向する静電偏向器の改良をはかった荷電ビーム描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マスクや半導体ウェハ等の試料上にＬＳＩのパターンを形成するために電子ビーム描画装置が用いられている。この装置は、電子ビームを発生する電子銃、ビームを集束する各種レンズ系、ビームを偏向する各種偏向系、ビームを成形する各種アパーチャ等を備えている。そして、ビーム成形用偏向器とアパーチャによりビームを成形すると共に、成形されたビームをブランキング偏向器により高速でＯＮ・ＯＦＦすることにより、試料面上に所望パターンを描画する。
【０００３】
ビームをＯＮ・ＯＦＦするためのブランキング偏向器は一般に、２枚の電極からなる静電偏向器で構成され、高速パルスジェネレータにより駆動される。ブランキング偏向器を高速（高周波電圧）で駆動すると、線路終端からの信号の反射により高精度な偏向ができないため、ブランキング偏向器の電極の一端側に高速パルスジェネレータを接続し、他端側にインピーダンスマッチング用の終端抵抗５０Ωを接続している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、この種の電子ビーム描画装置にあっては、次のような事実が判明している。即ち、終端抵抗を電極の下流側に接続し高速パルスジェネレータを電極の上流側へ接続して高速パルスを印加した場合、表皮効果により成型アパーチャ上での照明ビーム位置がずれ、更に周波数の違いでビーム位置ずれ量が異なる。これとは逆に、終端抵抗を電極の上流側に接続し高速パルスジェネレータを電極の下流側へ接続して高速パルスを印加した場合も、表皮効果により照明ビーム位置がずれ、更に周波数の違いでビーム位置ずれ量が異なる。このため、成形ビームの強度分布一様性が悪くなると共に、ビームＯＮ電流が減少する。
【０００５】
このように、高速パルスジェネレータを用いてブランキング偏向器を駆動する場合、照明ビーム位置ずれ量が周波数によって変わるため、周波数によって成形ビームの強度分布一様性が変わると共にビームＯＮ電流が変わってしまい、従って描画誤差が発生することになる。また、上記の問題は電子ビーム描画装置に限らず、イオンビーム描画装置についても同様に言えることである。
【特許文献１】特開平１１−１５００５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、静電偏向器を駆動するための高速パルス周波数の違いによる成形アパーチャ上の偏向誤差を抑制することができ、描画精度の向上をはかり得る荷電ビーム描画装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【０００８】
即ち、本発明の一態様は、荷電ビームを発生する荷電ビーム源と、前記荷電ビームを偏向するための静電偏向器と、前記静電偏向器に高周波電圧を印加するための高周波発生器と、を具備した荷電ビーム描画装置であって、前記静電偏向器は、ビーム進行方向に分割された複数段の偏向器で構成され、各々の偏向器への前記高周波電圧の印加方向がビーム進行方向に対して各段毎に逆に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ビーム進行方向に分割した複数段の偏向器への高周波電圧の印加方向を各段毎に逆に設定することにより、各々の偏向器による偏向誤差をキャンセルすることができるので、成形アパーチャ上の照明が周波数に依存して変化するのを防止でき、これにより描画精度の向上をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の概略構成を示す図である。
【００１２】
図中１１は電子ビームを発生する電子銃（荷電ビーム源）、２１，２２，２３は電子ビームを集束して被露光基板上に照射するための各種レンズ、３０は電子ビームをＯＮ・ＯＦＦするためのブランキング偏向器、３３は高速パルスジェネレータ、４１，４２はビームを成形するための成形アパーチャ、５０はマスクや半導体ウェハ等の被露光基板の表面（試料面）、６０は電子ビームを示している。
【００１３】
電子銃１１から出射された電子ビーム６０は、照明レンズ２１により第１成形アパーチャ４１に照明される。第１成形アパーチャ４１で成形されたビームは、投影レンズ２２により第２成形アパーチャ４２へ投影される。第２成形アパーチャ４２でさらに成形されたビームは、対物レンズ２３により試料面５０に結像される。ビームのＯＮ／ＯＦＦは、静電偏向器からなるブランキング偏向器３０に高速パルスジェネレータ３３からの高周波電圧を印加することにより行われる。
【００１４】
ブランキング偏向器３０は、対向位置された２枚の電極３０ａ，３０ｂから構成され、一方の電極３０ａに高周波電圧を印加し、他方の電極３０ｂを接地している。ビームを高速にＯＮ／ＯＦＦすると反射により高精度な偏向ができないので、ブランキング偏向器３０の片側（電極３０ａ）にインピーダンスマッチング用の終端抵抗５０Ωを接続し、他端に高速パルスジェネレータ３３をつなぐようにしている。
【００１５】
なお、図には示さないが、成形偏向器４２の上流側にはビームを成形するための成形偏向器が設けられ、下流側にはビームを試料面５０で走査するための対物偏向器が設けられている。そして、成形偏向器と成形アパーチャ４２等で成形されたビームを、対物偏向器と対物レンズ２３で試料面５０上の所望位置に結像することにより、所望のパターンが描画されるようになっている。
【００１６】
ここで、本発明者らは、従来と同様の構成（ビーム進行方向に分割されていない構成）のブランキング偏向器３０による偏向状態を検討した。以下に、ブランキング偏向器３０の電極３０ａに終端抵抗をつないだ場合の偏向の様子について説明する。
【００１７】
まず、図には示さないが、終端抵抗を電極３０ａの下流に接続し、ＤＣ電源を電極３０ａの上流へ接続して電圧を印加した場合、電場による偏向と磁場による偏向の方向が逆になる。このため、電場による偏向と磁場による偏向とが打ち消し合い、トータルの偏向距離は小さくなる。これとは逆に、終端抵抗を電極３０ａの上流に接続し、ＤＣ電源を電極３０ａの下流へ接続して電圧を印加した場合、電場による偏向と磁場による偏向の方向が同じで強め合うので、トータルの偏向距離は大きくなる。
【００１８】
一方、図７に示すように、終端抵抗３４を電極３０ａの下流に接続し、高速パルスジェネレータ３３を電極３０ａの上流へ接続して高速パルス（高周波電圧）を印加した場合、表皮効果により照明ビーム位置がずれ、更に周波数の違いでビーム位置ずれ量が異なることになる。さらに、ＤＣ電源を接続した場合と同様にトータルの偏向距離が小さくなる。照明ビームは、一般的に中央部の強度分布が高く外周に向かうほど強度分布が小さくなる。このため、照明ビーム位置が第１成形アパーチャ４１の中心からずれると、第１成形アパーチャ４１で成形された成形ビームの強度分布一様性が悪くなると共に、ビームＯＮ電流が減少する。
【００１９】
なお、図７では、ブランキング偏向器３０の一方の電極３０ａのみを示しているが、もう一方の電極３０ｂは接地端に接続されている。また、図中の４５は第１成形アパーチャ４１の開口形状、６１は第１成形アパーチャ４１上のビーム直径を示している。
【００２０】
また、図８に示すように、終端抵抗３４を電極３０ａの上流に接続し、高速パルスジェネレータ３３を電極３０ａの下流へ接続して高速パルスを印加した場合、表皮効果により照明ビーム位置がずれ、更に周波数の違いでビーム位置ずれ量が異なることになる。さらに、ＤＣ電源を接続した場合と同様に偏向距離は大きくなる。このため、照明ビーム位置がずれて成形ビームの強度分布一様性が悪くなると共に、ビームＯＮ電流が減少する。
【００２１】
ここで、成形アパーチャ４１上で偏向誤差が発生するメカニズムについて、更に説明しておく。ブランキング偏向器３０の電極３０ａに電圧を印加すると、電界が発生すると共に電極３０ａに電流が流れる。電極３０ａに電流が流れると、磁場が電極３０ａの周囲に発生するので、電界の他に磁場によってもビームが偏向される。
【００２２】
電極３０ａを流れる電流がＤＣ電流の場合は電極断面を一様に流れるが、周波数が高くなるほど表皮効果により電極表面に近い部分しか電流が流れなくなる。電極断面を流れる電流分布が変わると、発生する磁場が変わるのでビームの偏向も変わってくる。しかも、周波数によってビーム偏向量が変わるので、これが偏向誤差となって現れる。電子ビーム描画中は描画するパターンによって周波数が常に変わるので、偏向誤差が描画誤差を発生させることになる。また、偏向誤差は電極３０ａを流れる電流方向が逆になると逆に発生するので、図７と図８の違いが出ることになる。
【００２３】
このように、高速パルスジェネレータ３３を用いてブランキング偏向器３０を駆動する場合、成形アパーチャ４１上での照明ビーム位置ずれ量が周波数によって変わるため、周波数によって成形ビームの強度分布一様性が変わると共にビームＯＮ電流が変わってしまう。従って、周波数一定でない描画では描画誤差が発生することになる。
【００２４】
本実施形態ではこれを解決するために、図２に示すように、ブランキング偏向器３０をビーム進行方向に沿って２つに分割し、各々の偏向器３１，３２に互いに逆方向の電圧を印加している。なお、図中の３１ａ，３１ｂは偏向器３１を構成する平行平板電極、３２ａ，３２ｂは偏向器３２を構成する平行平板電極を示している。
【００２５】
図３は、本実施形態におけるブランキング偏向器３０及び高周波電圧の印加状態を説明するための模式図である。上流側の偏向器３１の電極３１ａには、上流側に高速パルスジェネレータ３３を接続し、下流側に終端抵抗３４を接続している。下流側の偏向器３２の電極３２ａには、下流側に高速パルスジェネレータ３３を接続し、上流側に終端抵抗３４を接続している。なお、図には示さないが、電極３１ａ，３２ａに対向する電極３１ｂ，３２ｂは接地端に接続している。
【００２６】
このような接続では、上流側の偏向器３１の高速パルスによる偏向誤差は偏向量が減る方向になり、下流側の偏向器３２では増える方向になる。従って、上流側の偏向器３１により発生する偏向誤差と下流側の偏向器３２により発生する偏向誤差がキャンセルされることになり、トータルの偏向誤差が小さくなる。これにより、ビームＯＮ時の第１成形アパーチャ４１上のビーム中心をアパーチャ４１の開口中心に合わせることができる。
【００２７】
また、電極長さによって偏向誤差量を変えることができる。具体的には、上流側の偏向器３１の長さと下流側の偏向器３２の長さ比を調整することにより、上流側の偏向器３１により発生する偏向誤差と下流側の偏向器３２により発生する偏向誤差とを確実にキャンセルして、トータルの偏向誤差をゼロにすることができる。上流側の偏向器３１は、下流側の偏向器３２と比較すると第１成形アパーチャ４１から遠く、一般的に第１成形アパーチャ４１上での偏向感度が大きい。そこで、上流側の偏向器４１の電極長さを下流側の偏向器４２の電極長さよりも短くすればよい。
【００２８】
トータルの偏向量は両偏向器長さの合計で決まるので、各々の偏向器３１，３２の電極間のギャップが同じであれば、分割比が変わってもトータルの偏向量は変わらない。ブランキング偏向器３０と第１成形アパーチャ４１との間にレンズ等が入る場合は、軌道がレンズによって変わるので、その分を考慮して上流と下流の電極長さ比を調整すればよい。
【００２９】
図４は、本実施形態におけるブランキング偏向器３０及び高周波電圧の印加状態の他の例を示す模式図である。上流側の偏向器３１の電極３１ａには、上流側に終端抵抗３４を接続し、下流側に高速パルスジェネレータ３３を接続している。下流の偏向器３２の電極３２ａには、下流側に終端抵抗３４を接続し、上流側に高速パルスジェネレータ３３を接続している。また、電極３１ｂ，３２ｂは接地端に接続している。
【００３０】
このような接続では、上流側の偏向器３１の高速パルスによる偏向誤差は偏向量が増える方向になり、下流側の偏向器３２では減る方向になる。従って、上流側の偏向器３１により発生する偏向誤差と下流側の偏向器３２により発生する偏向誤差がキャンセルされることになり、トータルの偏向誤差が小さくなる。
【００３１】
さらに、上流側の偏向器３１の長さを短くし下流側の偏向器３２の長さを長くすることにより、上流側の偏向器３１により発生する偏向誤差と下流側の偏向器３２により発生する偏向誤差がキャンセルされてゼロになるようにすることもできる。
【００３２】
このように本実施形態によれば、ビーム進行方向に分割した２つの偏向器３１，３２への高周波電圧の印加方向を互いに逆にすることにより、各々の偏向器３１，３２による偏向誤差をキャンセルすることができるので、成形アパーチャ４１上の照明が周波数に依存して変化するのを防止できる。しかも、偏向器３１，３２の長さを最適に設定することにより、偏向器３１，３２によるトータルの偏向誤差をより小さくすることができ、ゼロにすることも可能となる。
【００３３】
従って、ブランキング偏向器３０を駆動するための高速パルス周波数の違いによる成形アパーチャ４１上の偏向誤差を抑制することができ、描画精度の向上をはかることが可能となる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図５及び図６は、本発明の第２の実施形態を説明するためのもので、ブランキング偏向器３０及び高周波電圧の印加状態を示す図である。なお、図３及び図４と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００３５】
電子ビーム描画装置の基本構成は前記図１と同様であり、本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、分割した２つの偏向器３１，３２の電極ギャップを変えたことにある。
【００３６】
図５では、前記図３と同様に、上流側の偏向器３１の電極３１ａには、上流側に高速パルスジェネレータ３３を接続し、下流側に終端抵抗３４を接続している。下流側の偏向器３２の電極３２ａには、下流側に高速パルスジェネレータ３３を接続し、上流側に終端抵抗３４を接続している。この接続では、図３の場合と同様に、上流側の偏向器３１の高速パルスによる偏向誤差は偏向量が減る方向になり、下流側の偏向器３２では増える方向になる。従って、上流側の偏向器３１により発生する偏向誤差と下流側の偏向器３２により発生する偏向誤差がキャンセルされることになり、トータルの偏向誤差が小さくなる。
【００３７】
これに加えて本実施形態では、偏向器３１，３２の電極長さを同じとし、下流側の電極ギャップよりも上流側の電極ギャップを大きくしている。即ち、上流側の電極ギャップを大きくして偏向感度を下げ、下流側の電極ギャップを小さくして偏向感度を上げることにより、上流側の偏向器３１により発生する偏向誤差と下流側の偏向器３２により発生する偏向誤差をキャンセルしてゼロになるようにしている。
【００３８】
図６では、前記図４と同様に、上流側の偏向器３１の電極３１ａには、下流側に高速パルスジェネレータ３３を接続し、下流側に終端抵抗３４を接続している。下流側の偏向器３２の電極３２ａには、上流側に高速パルスジェネレータ３３を接続し、下流側に終端抵抗３４を接続している。この接続では、図４の場合と同様に、上流側の偏向器３１の高速パルスによる偏向誤差は偏向量が増える方向になり、下流側の偏向器３２では減る方向になり、トータルの偏向誤差が小さくなる。
【００３９】
これに加えて本実施形態では、偏向器３１，３２の電極長さを同じとし、下流側の電極ギャップよりも上流側の電極ギャップを大きくすることにより、上流側の偏向器３１により発生する偏向誤差と下流側の偏向器３２により発生する偏向誤差がキャンセルされてゼロになるようにしている。
【００４０】
このように本実施形態によれば、ビーム進行方向に分割した２つの偏向器３１，３２への高周波電圧の印加方向を互いに逆にすることにより、各々の偏向器３１，３２による偏向誤差をキャンセルすることができる。しかも、偏向器３１，３２の電極ギャップを最適に設定することにより、偏向器３１，３２によるトータルの偏向誤差をより小さくすることができ、ゼロにすることも可能となる。従って、先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４１】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、偏向器に段数を２段として説明したが、パルスジェネレータと終端抵抗の接続方向を各段毎に逆にすることにより偏向誤差をキャンセルさせることができれば、２段に限らずＮ段（Ｎ＞３）でも良い。さらに、各々の偏向器の電極数は必ずしも２個に限るものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。
【００４２】
また、終端抵抗の値は５０Ωを例にしたが、インピーダンスマッチングが取れれば他の抵抗値でもかまわない。さらに、ビームＯＦＦの時の電極印加電圧は−５Ｖ、ＯＮの時は０Ｖとしたが、印加電圧は逆でも良いし、この電圧値に限るものでもない。
【００４３】
また、実施形態では、電極長さ比を変える場合は電極ギャップを一定とし、電極ギャップを変える場合は電極長さを同じとしたが、両方を同時に変えることで偏向誤差をキャンセルさせるようにしてもよい。さらに、実施形態ではブランキング偏向器の例で説明したが、高速駆動する静電偏向器であれば同様に適用することができ、成形偏向器や対物偏向器に適用することも可能である。
【００４４】
また、本発明は必ずしも電子ビーム描画装置に限るものではなく、イオンビームを静電偏向器で偏向するイオンビーム描画装置に適用することも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施形態に用いたブランキング偏向器の具体的構成を示す図。
【図３】第１の実施形態におけるブランキング偏向器とその駆動状態（２段、同一ギャップ、上段終端抵抗下流、下段終端抵抗上流の場合）を示す模試図。
【図４】第１の実施形態におけるブランキング偏向器とその駆動状態（２段、同一ギャップ、上流終端抵抗上流、下段終端抵抗下流の場合）を示す模式図。
【図５】第２の実施形態におけるブランキング偏向器とその駆動状態（２段、同一偏向器長、上段終端抵抗下流、下段終端抵抗上流の場合）を示す模式図。
【図６】第２の実施形態におけるブランキング偏向器とその駆動状態（２段、同一偏向器長、上流終端抵抗上流、下段終端抵抗下流の場合）を示す模式図。
【図７】参考例を説明するためのもので、ブランキング偏向器とその駆動状態（高周波入力、終端抵抗下流の場合）を示す模式図。
【図８】参考例を説明するためのもので、ブランキング偏向器とその駆動状態（高周波入力、終端抵抗上流の場合）を示す模式図。
【符号の説明】
【００４６】
１１…電子銃
２１…照明レンズ
２２…投影レンズ
２３…対物レンズ
３０…ブランキング偏向器
３１，３２…偏向器
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ…電極
３３…高速パルスジェネレータ
３４…終端抵抗
４１…第１成形アパーチャ
４５…アパーチャ開口形状
４２…第２成形アパーチャ
５０…試料面
６０…電子ビーム
６１…ビーム直径
【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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