(57)【要約】【課題】低エネルギーの荷電粒子の静電偏向器への流入を減らすことができ、描画精度の向上をはかる。【解決手段】荷電粒子源から放出された荷電ビームを試料上の所望の位置に照射することでパターン形成を行う荷電ビーム描画装置であって、荷電粒子源１０と試料５０との間に設けられ、偏向を受けない荷電ビームの軌道である光軸方向に沿って２段以上の小偏向器を設置して構成され、荷電ビームを電場によって偏向するための静電偏向器３２と、静電偏向器３２の光軸方向に隣接する小偏向器の間に設けられ、光軸方向の下流側の小偏向器の光軸方向と直交する方向の対向距離よりも開口径が短いアパーチャを有し、静電偏向器３２で偏向すべき荷電ビームよりも低いエネルギーの荷電粒子を取り除くためのアパーチャマスク６０と、を備えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出された荷電ビームを試料上の所望の位置に照射することでパターン形成を行う荷電ビーム描画装置であって、
前記荷電粒子源と前記試料との間に設けられ、偏向を受けない荷電ビームの軌道である光軸方向に沿って２段以上の小偏向器を設置して構成され、前記荷電ビームを電場によって偏向するための静電偏向器と、
前記静電偏向器の前記光軸方向に隣接する前記小偏向器の間に設けられ、前記光軸方向の下流側の前記小偏向器の前記光軸方向と直交する方向の対向距離よりも開口径が短いアパーチャを有し、前記静電偏向器で偏向すべき荷電ビームよりも低いエネルギーの荷電粒子を取り除くためのアパーチャマスクと、
を具備したことを特徴とする荷電ビーム描画装置。
【請求項２】
荷電粒子源から放出された荷電ビームを試料上の所望の位置に照射することでパターン形成を行う荷電ビーム描画装置であって、
前記荷電粒子源と前記試料との間に設けられ、前記荷電ビームを電場によって偏向するための静電偏向器と、
前記静電偏向器よりも前記荷電粒子源側に設けられ、前記静電偏向器で偏向すべき荷電ビームよりも低いエネルギーの荷電粒子を取り除くためのウィーンフィルタと、
を具備したことを特徴とする荷電ビーム描画装置。
【請求項３】
荷電粒子源から放出された荷電ビームを試料上の所望の位置に照射することでパターン形成を行う荷電ビーム描画装置であって、
前記荷電粒子源と前記試料との間に設けられ、偏向を受けない荷電ビームの軌道である光軸方向に沿って２段以上の小偏向器を設置して構成され、前記荷電ビームを電場によって偏向するための静電偏向器と、
前記静電偏向器の前記光軸方向に隣接する前記小偏向器の間に設けられ、前記静電偏向器で偏向すべき荷電ビームよりも低いエネルギーの荷電粒子を取り除くためのウィーンフィルタと、
を具備したことを特徴とする荷電ビーム描画装置。
【請求項４】
前記アパーチャマスクは、少なくとも表面が炭素を主とする材料で形成されてい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５】
前記アパーチャマスクは、該マスクの表面から反射或いは散乱した荷電粒子の少なくとも一部を吸収するための凹構造を有することを特徴とする請求項１又は４に記載の荷電ビーム描画装置。
【請求項６】
前記静電偏向器は、前記光軸方向に沿って配置された２つの成形アパーチャ間に配置され、前記荷電ビームを偏向して前記成形アパーチャの光学的重なりを変更することによりビームの形状を設定する成形偏向器である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、荷電ビームを用いて試料上にＬＳＩパターンを描画する荷電ビーム描画装置に係わり、特に荷電ビームを偏向するための偏向器部分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、半導体ウェハやマスク等の試料上にＬＳＩパターンを描画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、電子源から放出された電子ビームを集束するレンズ、該ビームを偏向する偏向器、及び該ビームを整形する各種のアパーチャで構成された電子光学系を有し、試料上の所望位置に電子ビームを照射することによりパターンを描画する。
【０００３】
この種の装置においては、描画精度を向上させるために電子ビームの偏向位置の厳密な制御が必要であるが、偏向器の帯電などの影響によりビームドリフトが発生する問題がある。ビームドリフトの発生要因を探るべく本発明者らが研究を重ねた結果、次のような現象が起こる可能性が高いことを見出した。
【０００４】
電子ビーム描画装置に用いられる静電偏向器は一般に、光軸を中心に複数の電極を軸対象に配置して構成され、電子ビームを電場によって偏向する。電子光学系は、例えば５０ｋｅＶの一定のエネルギーの電子が所望の軌道を通過するように設計される。ところが、電子ビーム描画装置中に設けられたアパーチャで散乱或いは通過した電子にはエネルギーがこれよりも低いものが含まれる。低エネルギーの電子は５０ｋｅＶの電子に比べて電場により静電偏向器によって大きく偏向され、静電偏向器によって大きく偏向された電子は偏向器の偏向電極に衝突する。
【０００５】
つまり、静電偏向器による偏向においては、所望の電子よりもエネルギーの低い電子が存在する場合、エネルギーの低い電子が偏向器に衝突することがある。そして、静電偏向器の電極表面にコンタミネーション層等の高抵抗の膜が存在する場合、低エネルギー電子の流入により帯電し、生じた電場により電子ビーム軌道のドリフトを起こす。これが、描画精度を低下させる大きな要因となる。
【０００６】
このように、従来の電子ビーム描画装置においては、低エネルギーの荷電粒子が静電偏向器へ流入することにより、描画精度の低下を招く問題があった。また、上記の問題は電子ビーム描画装置に限るものではなく、イオンビームを用いてパターンを描画する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】特許第３７８５０８５号
【特許文献２】特開平２−６２９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、低エネルギーの荷電粒子の静電偏向器への流入を減らすことができ、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】
【０００８】
本発明の一態様は、荷電粒子源から放出された荷電ビームを試料上の所望の位置に照射することでパターン形成を行う荷電ビーム描画装置であって、前記荷電粒子源と試料との間に設けられ、偏向を受けない荷電ビームの軌道である光軸方向に沿って２段以上の小偏向器を設置して構成され、前記荷電ビームを電場によって偏向するための静電偏向器と、前記静電偏向器の前記光軸方向に隣接する小偏向器の間に設けられ、前記光軸方向の下流側の小偏向器の前記光軸方向と直交する方向の対向距離よりも開口径が短いアパーチャを有し、前記静電偏向器で偏向すべき荷電ビームよりも低いエネルギーの荷電粒子を取り除くためのアパーチャマスクと、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の別の一態様は、荷電粒子源から放出された荷電ビームを試料上の所望の位置に照射することでパターン形成を行う荷電ビーム描画装置であって、前記荷電粒子源と試料との間に設けられ、前記荷電ビームを電場によって偏向するための静電偏向器と、前記静電偏向器よりも前記荷電粒子源側に設けられ、前記静電偏向器で偏向すべき荷電ビームよりも低いエネルギーの荷電粒子を取り除くためのウィーンフィルタと、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の更に別の一態様は、荷電粒子源から放出された荷電ビームを試料上の所望の位置に照射することでパターン形成を行う荷電ビーム描画装置であって、前記荷電粒子源と試料との間に設けられ、偏向を受けない荷電ビームの軌道である光軸方向に沿って２段以上の小偏向器を設置して構成され、前記荷電ビームを電場によって偏向するための静電偏向器と、前記静電偏向器の前記光軸方向に隣接する小偏向器の間に設けられ、前記静電偏向器で偏向すべき荷電ビームよりも低いエネルギーの荷電粒子を取り除くためのウィーンフィルタと、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低エネルギーの荷電粒子の静電偏向器への流入を減らすためのアパーチャマスク又はウィーンフィルタを設けることにより、静電偏向器への偏向器上流側からの荷電粒子の流入を抑制することができ、荷電ビーム軌道のドリフトを抑制することができる。このため、描画精度の向上をはかることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１３】
（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を示す概略構成図である。図中の１０は電子源、２１〜２５は各種レンズ、３１〜３３は各種偏向器、４１，４２は成形アパーチャマスク、５０は試料、５１は試料ステージを示している。
【００１４】
電子銃等の電子源１０から加速電圧５０ｋＶで放出された電子ビームは、クロスオーバ像が成形偏向器３２の偏向不動点に一致するように励磁されたコンデンサレンズ２１，２２により集束され、第１成形アパーチャマスク４１に照射される。なお、電子ビームの照射をオフする場合は、ブランキング偏向器３１により電子ビームを大きく偏向すればよい。
【００１５】
第１成形アパーチャマスク４１には矩形の開口（アパーチャ）が設けてあり、透過した第１の成形電子ビームは矩形断面形状を有する。この第１の成形電子ビームは次に、第１成形アパーチャマスク４１のアパーチャ像が第２成形アパーチャマスク４２上に結像するように励磁された投影レンズ２３により集束され、第２成形アパーチャマスク４２に照射される。ここで、成形偏向器３２により第２成形アパーチャマスク４２上の照射位置を変更することができる。第２成形アパーチャマスク４２上には、様々な形状の開口が設けてあり、第２成形アパーチャマスク４２の所望の位置を透過させることにより、所望の断面形状を有する電子ビームを得ることができる。
【００１６】
第２成形アパーチャマスク４２を透過した電子ビームは、縮小レンズ２４と対物レンズ２５により集束されて、試料５０の表面に達する。このとき、電子ビームは対物偏向器３３により偏向されて、試料５０上の所望の位置に到達する。ここで、偏向器３１，３２，３３としては、複数の偏向電極から構成された静電偏向器を使用する。これは、電極に偏向アンプで発生させた電位を与えて、電極間に生ずる電場により電子ビームを偏向するものである。
【００１７】
ここまでの構成は一般的な電子ビーム描画装置と同様であり、電子源１０、各種レンズ２１〜２５、各種偏向器３１〜３３は、及び成形アパーチャマスク４１，４２からなる電子光学系は、例えば５０ｋｅＶの様に一定のエネルギーの電子が所望の軌道を通過するように設計される。ところが、電子ビーム描画装置中に設けられたアパーチャで散乱或いは通過した電子にはエネルギーがこれよりも低いものが含まれる。低エネルギーの電子は５０ｋｅＶの電子に比べて電場により静電偏向器によって、より大きく偏向される。今、静電偏向器３２のみによる偏向を考える。また、説明を簡単にするために、相対論効果は無視する。
【００１８】
図２は、１段の２極静電偏向器による偏向状態を示す図である。電子をＺ軸に沿って負の方向から入射するとして、入射位置の座標をＺ＝０ｍｍ、静電偏向器３２の電場の存在領域をＺ＝５０ｍｍ〜１５０ｍｍとし、Ｚ＝２００ｍｍの位置での電子の位置を考える。ここで、静電偏向器３２の対向する電極間隔は１０ｍｍとする。電極の片側に１００Ｖ、対極に−１００Ｖの電位を与える。この条件で、５０ｋｅＶの電子はＺ＝２００ｍｍではｘ＝２ｍｍである。これに対して、５ｋｅＶの電子の軌道はＺ＝１２１ｍｍにおいて、既にｘ＝５ｍｍに達しており、静電偏向器３２の電極に衝突する。この例では、１０ｋｅＶ以下の電子が途中で電極に衝突する。
【００１９】
このように、静電偏向器３２による偏向においては、所望の電子よりもエネルギーの低い電子が存在する場合、この電子が静電偏向器３２の電極に衝突することがある。そして、電極表面にコンタミネーション層等の高抵抗の膜が存在する場合、低エネルギー電子の流入により帯電し、生じた電場により電子ビーム軌道のドリフトを起こす恐れがある。
【００２０】
本実施形態では、この問題を解決するために、静電偏向器３２で偏向すべき電子ビームよりも低いエネルギーの電子を取り除くための低エネルギー電子除去用のアパーチャマスク６０を新たに設けている。
【００２１】
図３は、本実施形態の特徴である静電偏向器部分の構成を拡大して示す図である。この例では、静電偏向器３２は２段に分割されている。そして、分割した２段の小偏向器３２ａ，３２ｂ間に、小偏向器３２ｂの対向する電極間隔よりも短い径の開口を有するアパーチャマスク６０が設置されている。ここで、議論を簡単にするために分割した２つの小偏向器３２ａ，３２ｂの間隔が十分小さいとし、更に端部の影響を無視すると、同じ電極間隔で図２の場合と同じ偏向感度が得られる。
【００２２】
Ｚ＝１００ｍｍの位置で１０ｋｅＶの電子はｘ＝１．２５ｍｍの位置にまで軌道が曲げられる。そこで、Ｚ＝１００ｍｍの位置に例えば直径２ｍｍアパーチャマスク６０を設けることで、１０ｋｅＶよりも低エネルギーの電子はブロックできる。また、２．５ｋｅＶ以上の電子は前段の小偏向器３２ａには衝突せず、アパーチャマスク６０によりブロックされ、後段の小偏向器３２ｂには到達しない。つまり、２．５ｋｅＶ〜１０ｋｅＶの電子は静電偏向器３２の電極に衝突することなく除去されることになる。
【００２３】
ここで、アパーチャマスク６０の材料をカーボン（Ｃ）のような低原子番号の材料にすると、入射電子による二次電子の発生等を抑制することができ、低エネルギー電子の除去に有効である。また、ＴｉやＣｕ等の金属板の表面を、カーボン或いはカーボンを主材料とする、又はカーボンと水素を主材料とする導電性の材料で被覆したものでもよい。また、静電偏向器３２よりも上流側のアパーチャ等により大きい角度で散乱した電子については、静電偏向器３２よりも上流側にアパーチャを設けることにより取り除くことが有効である。
【００２４】
このように本実施形態によれば、静電偏向器３２の光軸方向に隣接する小偏向器３２ａ，３２ｂの間に、小偏向器３２ｂの対向する電極間距離よりも開口径が短いアパーチャを有するアパーチャマスク６０を設置することにより、静電偏向器３２で偏向すべき電子ビームよりも低いエネルギーの電子の静電偏向器３２への流入を減らすことができる。このため、電子ビーム軌道のドリフト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。
【００２５】
なお、静電偏向器を構成する小偏向器間にシールド板を配置した例として特許文献１があるが、この文献１は偏向器その他のクリーニングを行うものであり、本願発明とは目的が全く異なっている。さらに、文献１には、シールド板の内径を小偏向器の電極間距離よりも短くすることに関しては何ら記載されていない。従って、本実施形態が文献１とは技術思想を異にしていることは明らかである。
【００２６】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の要部構成を示す図であり、図３と同様に静電偏向器部分の構成を拡大して示している。なお、図３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。
【００２７】
第１の実施形態では簡単のため、小偏向器３２ａ，３２ｂ間の間隔は十分小さいとして、影響を無視したが、例えば図４に示すように電極長を３０ｍｍとして、２段の小偏向器３２ａ，３２ｂを置き、それぞれの小偏向器３２ａ，３２ｂの対向する電極の間隔を５ｍｍとしても５０ｋｅＶの電子に対してはほぼ等しい偏向感度が得られる。この場合、アパーチャマスクが無い場合は２０ｋｅＶ以下の電子は後段側（小偏向器３２ｂ）の電極に衝突する。また、２．５ｋｅＶ以上の電子は前段側（小偏向器３２ａ）の電極には衝突しないので、Ｚ＝１００ｍｍの位置に直径１．８ｍｍのアパーチャマスク６１を設けることで２．５〜２０ｋｅＶの電子をブロックすることができる。
【００２８】
ここで、２段の小偏向器３２ａ，３２ｂ間にはスペース的な余裕があるため、本実施形態ではアパーチャマスク６１を、内部に空洞を有するリング状に形成すると共に、上流側に低エネルギー電子が入射する開口を設けている。これにより、アパーチャマスク６１に入射した低エネルギーの電子をアパーチャマスク６１で効率良く吸収することができ、アパーチャマスク６１で低エネルギー電子が反射して偏向器３２ａに入射するのを抑制することができる。
【００２９】
また、同じ理由で、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、アパーチャマスクの上流側の表面に溝を設けるようにしても良い。図５（ａ）は円周方向に溝を設けたマスク６２、図５（ｂ）は放射状に溝を設けたマスク６３，図５（ｃ）は多数の穴を設けたマスク６４である。この場合、溝或いは穴の側面に衝突した電子が反射して軌道に戻る割合を小さくするのに有効である。
【００３０】
図６は、図５（ａ）に示すアパーチャマスク６２の断面構造を示す図である。ＴｉやＣｕ等の基板７１の表面に溝７２が形成され、更に基板７１の表面にカーボン（Ｃ）膜７３が被覆されている。
【００３１】
また、小偏向器の段数を更に増やして、それぞれの小偏向器の間にアパーチャマスクを設けることも可能である。この場合、アパーチャマスクを最初の間隙に１個設ける場合よりも広い開口を有するアパーチャマスクを使っても同様の効果が得られ、ビーム調整上有利である。
【００３２】
なお、実際は電子光学系には電磁レンズの磁場が重畳される場合が多い。この場合、各エネルギーにおいて電子の軌道を求め、アパーチャマスクのアパーチャ径を決定するようにすればよい。
【００３３】
このように本実施形態によれば、先の第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、アパーチャマスク６１〜６４の形状を工夫することにより、マスクでの電子の吸収効率を高めることができ、静電偏向器３２への無用な電子の流入を更に低減することができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の要部構成を示す図であり、図３と同様に静電偏向器部分の構成を拡大して示している。なお、図３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】
本実施形態においては、静電偏向器３２の上流側にウィーンフィルタ８０が設けられており、ウィーンこのフィルタ８０は、例えば４０〜６０ｋｅＶの電子が通過できるように設定されている。低エネルギーの電子はウィーンフィルタ８０に設けられたアパーチャによって取り除かれる。また、５０ｋｅＶに近い電子はウィーンフィルタ８０を通過できるが、偏向器による偏向量が小さいので電極に衝突しないようにできる。
【００３６】
ウィーンフィルタ８０を通過できるエネルギー幅は、静電偏向電極３２に電子が衝突しない範囲で広く取る方が、フィルタ８０のアパーチャを大きくできるので、ビーム調整が容易である。５０ｋｅＶの電子の速度は、１．２４×１０8ｍ／ｓである。例えば、磁場領域２０ｍＴの磁場を発生するとし、電場を２４８ｋＶ／ｍとすると、電極間隔を２ｍｍとして、それぞれの電極に±２４８Ｖの電圧を印加すれば良い。
【００３７】
実際は磁場分布、電場分布とも一様ではないので、電場又は磁場を調整して、５０ｋｅＶの電子の軌道が直進するようにする。この条件で、４０ｋｅＶの電子は２０ｍｍのフィルタ電磁場中を通過すると、軌道が０．６４ｍｒａｄ曲がる。従って、５０ｍｍ下流に幅６０μｍのスリットをおいて、５０ｋｅＶの電子がその中心を通過するように調整すれば、エネルギーが約４０ｋｅＶ以下の電子は取り除くことができる。
【００３８】
なお、ウィーンフィルタを用いる例としては、特許文献２がある。しかし、この文献２は、絞り板からの反射電子等により静電偏向器が汚染されるのを防止するために、静電偏向器の下流側にウィーンフィルタを設けられたものである。即ち、本実施形態と文献２とはその目的及び構成が全く異なっており、本実施形態が文献２とは技術思想を異にしていることは明らかである。
【００３９】
このように本実施形態によれば、静電偏向器３２の上流側にウィーンフィルタ８０を設けることにより、静電偏向器３２で偏向すべき電子ビームよりも低いエネルギーの電子を取り除くことができる。従って、静電偏向器３２で偏向すべき電子ビームよりも低いエネルギーの電子の静電偏向器３２への流入を減らすことができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４０】
（変形例）
なお、本発明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、本発明を成形偏向器に適用した例を説明したが、対象とする静電偏向器は必ずしも成形偏向器に限るものではない。対物偏向器に適用することも可能であり、電子ビームを電場によって偏向する静電偏向器であれば同様に適用することができる。静電偏向器は１段又は２段の小偏向器で構成されるものに限られず、３段以上の小偏向器で構成しても良い。さらに、小偏向器を構成する電極の形状や個数等は、仕様に応じて適宜定めればよい。
【００４１】
また、ウィーンフィルタは、必ずしも第３の実施形態のように静電偏向器の上流側に設置する必要はなく、静電偏向器が光軸方向に沿って２段に配置された小偏向器で構成される場合、これらの小偏向器間に設置するようにしても良い。
【００４２】
また、電子光学系の基本構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、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、イオンビームを用いてパターンを描画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。
【００４３】
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】
【００４４】
【図１】第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図２】１段の２極静電偏向器による偏向状態を示す断面図。
【図３】第１の実施形態の特徴である静電偏向器部分の構成を示す断面図。
【図４】第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の要部構成を示す図。
【図５】低エネルギー電子除去用アパーチャマスクの他の例を示す平面図。
【図６】低エネルギー電子除去用アパーチャマスクの構造を示す断面図。
【図７】第３の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の要部構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０…電子源（荷電粒子源）
２１，２２…コンデンサレンズ
２３…投影レンズ
２４…縮小レンズ
２５…対物レンズ
３１…ブランキング偏向器
３２…成形偏向器
３３…対物偏向器
４１…第１成形アパーチャマスク
４２…第２成形アパーチャマスク
５０…試料
５１…試料ステージ
６０〜６４…低エネルギー電子除去用アパーチャマスク
７１…金属板
７２…溝
７３…Ｃ膜
８０…ウィーンフィルタ
【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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