(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームのぼけ量を測定する測定手段と、
前記電子ビームのショットサイズを所定サイズにしたときの該電子ビームのぼけ量が最小となるように該電子ビームのフォーカス位置を制御する第１制御手段と、
前記第１制御手段における最小のぼけ量に対応するフォーカス位置の制御量を保持する保持手段と、
前記電子ビームのショットサイズを前記所定サイズ以下の任意サイズにしたときの該電子ビームのぼけ量が前記最小のぼけ量と等しくなるように該電子ビームのフォーカス位置を制御する第２制御手段と、を備えたことを特徴とする電子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光装置に関し、特に、リフォーカシングによってビームの“ぼけ”を補正する電子ビーム露光装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光（以下ＥＢ露光）は、光露光に比べて極めて微細な加工が可能で、０．２μｍ以下の微細パターン加工技術の有力候補となっているが、不安定要因も多く、実用化へのネックとなっている。かかる不安定要因の一つにクーロン相互作用と呼ばれるものがある。これは、電子の静電反発力によってビームが“ぼける”というものである。電子の総量に比例して解像度が劣化する。なお、クーロン相互作用によるぼけは、ＥＢ露光だけでなくイオンビーム露光でも発生する。何れも荷電粒子を用いる点で共通する。
【０００３】
一般に、超微細化パターンルールでは低感度のレジストを使用せざるを得ないが、こうしたレジストで単位時間あたりの高スループット描画を実現するには、全電流量を大きくしなければならない。例えば、０．１５μｍルールの場合、２〜４μＣ／ｃｍ2 のレジストで１秒あたり１ｃｍ2 以上のスループットを得るには、全電流量が２〜４μＡにもなる。次式▲１▼は、ビームのぼけ、いわゆるビーム軸上でのビームの収差δを表わす式である。この式の第３項がクーロン相互作用の項（第１項は球面収差項、第２項は軸上色収差項）であり、全電流量（Ｉ）を大きくとるほど、電流量に比例してビームのぼけ（δ）が大きくなることが理解される。
【０００４】
0003753841.tif 000002
但し  Ｉ：全電流量
Ｃs：球面収差
Ｃc：色収差
Ｖ：加速電圧
δＶ：エネルギー分散
α：ビーム集束半角
Ｃcl：クーロン相互作用係数
Ｌ：
図６はクーロン相互作用の説明図であり、図ではＬとαを異ならせた二つの例を示している。ぼけは左側の図で大きい。これは左側の図でＬが大きくαが小さいからである（式▲１▼の第３項参照）。ぼけが大きい場合、試料上のビームプロファイルはなだらかになるので、試料表面からの２次電子を検出し、その検出プロファイルの立ち上がりや立ち下がりの傾斜（図７参照）を測定することにより、ぼけの程度を定量的に把握できる。
【０００５】
クーロン相互作用によるぼけの補正技術としては、従来より、リフォーカシングと呼ばれるものが知られている。図８はその概念図である。電子鏡筒内のフォーカスコイルの内側にリフォーカスコイルを装着し、このリフォーカスコイルの磁束を制御することにより、フォーカス位置を前後に高速移動する。ΔＦは移動量である。ビームの電流量（式▲１▼のＩ）に応じてリフォーカスコイルの磁束量を加減する。
【０００６】
図９はリフォーカス前とリフォーカス後の特性比較図である。横軸はビーム電流、縦軸はコントラスト（注１）である。実線で示す特性線がリフォーカス前、破線で示す特性線がリフォーカス後である。
注１：コントラストは、試料表面の走査波形（微分波形）の最大値をＩmax 、最小値をＩmin とすると、｛（Ｉmax ＋Ｉmin ）／（Ｉmax −Ｉmin ）｝×１００〔％〕で与えられる。
【０００７】
図９から理解されるように、最低のコントラストに着目すれば、リフォーカス前に２０％程度であったものがリフォーカス後には４０％程度へと改善されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の技術にあっては、確かにリフォーカス後のコントラストの改善効果を認めるが、その効果も完璧ではなく、依然としてコントラストのビーム電流に対する依存性（図９のリフォーカス後の特性線の傾き）が残っており、実用化の観点で未だ不十分であり、この点において解決すべき課題がある。
【０００９】
上記依存性の残る原因は、ビーム内の個々の電子の散乱によるぼけ（以下、便宜的に“散乱ぼけ”と言う）によるものである。クーロン相互作用によるぼけは空間電荷によるぼけと上記散乱ぼけがあり、前者はリフォーカシングで補正できるが、後者の散乱ぼけはリフォーカシングだけでは補正しきれないからである。図１０は散乱ぼけの影響を説明する図であり、いくつかのショットサイズを例にした特性図である。第１のショットサイズは４．５μｍ×４．５μｍ、第２のショットサイズは３．０μｍ×４．５μｍ、第３のショットサイズは１．５μｍ×４．５μｍである。すべてのショットサイズのライン／スペースは０．０９μｍ／０．２１μｍである。ここで、第１のショットサイズのビーム電流は０．９９μＡ、第２のショットサイズのビーム電流は０．６６μＡ、第３のショットサイズのビーム電流は０．３３μＡである。この特性図によれば、便宜的にレジスト感度の“２０”に着目すると、それぞれのショットサイズのパターンサイズが約０．１０μｍ〜約０．１３μｍ（黒丸参照）とばらついている。この特性図はリフォーカス後のものであるので、ばらつきの原因は主に散乱ぼけによるものである。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、ぼけ量のばらつきを補正する技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、電子ビームのぼけ量を測定する測定手段と、前記電子ビームのショットサイズを所定サイズにしたときの該電子ビームのぼけ量が最小となるように該電子ビームのフォーカス位置を制御する第１制御手段と、前記第１制御手段における最小のぼけ量に対応するフォーカス位置の制御量を保持する保持手段と、前記電子ビームのショットサイズを前記所定サイズ以下の任意サイズにしたときの該電子ビームのぼけ量が前記最小のぼけ量と等しくなるように該電子ビームのフォーカス位置を制御する第２制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明では、電子ビームのショットサイズを所定サイズ以下の任意サイズにしたときの該電子ビームのぼけ量が、電子ビームのショットサイズを所定サイズにしたときの該電子ビームのぼけ量（または線形補間値）と等しくなるように該電子ビームのフォーカス位置が制御されるため、ショットサイズの相違にかかわらずぼけ量が一定になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は本発明に係る電子ビーム露光装置の一実施例を示す図である。
まず、構成を説明する。図１において、１は鏡筒であり、鏡筒１の内部には、図面の上から順に、例えば、２：電子銃、３：コイル、４：第１成形アパーチャ、５：電磁レンズ、６：コイル、７：スリットデフレクタ、８：第２成形アパーチャ、９：電磁レンズ、１０：コイル、１１：ブランキングゲート、１２：電磁レンズ、１３：コイル、１４：リミッティングアパーチャ、１５：フォーカスコイル、１６：リフォーカスコイル、１７：電磁レンズ（主偏向器）、１８〜２１：メジャーデフレクタ（主偏向器）、２２：マイナーデフレクタ（副偏向器）、２３：２次電子検出器、２４：テーブル、２５：ＸＹステージ、２６：試料、が配置されている。これら各部は、図外の制御部からの制御を受けるが、特に、フォーカスコイル１５とリフォーカスコイル１６は、図２に示すフォーカス制御部３０によって、その励磁電流の大きさが制御されるようになっている。
【００１５】
図２において、フォーカス制御部３０は、フォーカスコイル１５の励磁電流値（固定値）を決定するフォーカス出力値決定ユニット３１と、最大ショットサイズ露光時のリフォーカスコイル１６の励磁電流値（Ｉｒｅｆmax ）を決定する（詳細構成後述）第１リフォーカス値決定ユニット３２と、最大ショットサイズ以下の任意ショットサイズ露光時におけるリフォーカスコイル１６の励磁電流値（Ｉｒｅｆ1 、Ｉｒｅｆ2 、………、Ｉｒｅｆn ）を決定する（詳細構成後述）第２リフォーカス値決定ユニット３３1 、３３2 、………、３３n と、前記第１リフォーカス値決定ユニット３２で決定された励磁電流値（Ｉｒｅｆmax ）及び前記第２リフォーカス値決定ユニット３３1 、３３2 、………、３３n で決定された励磁電流値（Ｉｒｅｆ1 、Ｉｒｅｆ2 、………、Ｉｒｅｆn ）を保持すると共に実際の露光時に露光シーケンスから参照されるテーブル３４と、を備えている。
【００１６】
図３は第１リフォーカス値決定ユニット３２の機能概念図である。第１リフォーカス値決定ユニット３２では、リフォーカスコイル１６の励磁電流（Ｉｒｅｆ）を０から段階的に増やしながら、それぞれの励磁電流ごとの電子ビームのぼけ量を測定する。図中のＩｒｅｆ＝０とδ＝δ(0) はスタート時の励磁電流とぼけ量を表わし、Ｉｒｅｆ＝ｊとδ＝δ(j) は測定途中の励磁電流とぼけ量を表わしている。ｊは０以上の任意の数値である。ｊが最大値に達したら、Ｉｒｅｆとδの交点を２次元グラフ上にプロットし、その極小値を求めれば、最大ショットサイズ露光時において最小のぼけ量（δmax ）となるリフォーカス出力値（Ｉｒｅｆmax ）が得られる。
【００１７】
図４は第２リフォーカス値決定ユニット３３1 、３３2 、………、３３n （代表として３３i ）の機能概念図である。第２リフォーカス値決定ユニット３３i では、まず、最大ショットサイズ以下のショットサイズｉを露光するときのリフォーカス値Ｉｒｅｆi に初期値（０）をセットして、そのときのぼけ量δを測定する。そして、測定されたぼけ量δと最大ショットサイズ露光時のときのぼけ量（δmax ）とを比較して不一致であれば、Ｉｒｅｆi の値を変更して再びぼけ量δを測定するという動作を繰返し、δとδmax が一致したときのＩｒｅｆi の値を、最大ショットサイズ以下のショットサイズｉを露光するときのリフォーカス値として決定する。
【００１８】
すなわち、第２リフォーカス値決定ユニット３３1、３３2、………、３３nでは、〔最大ショットサイズ以下の任意ショットサイズ露光時のぼけ量δ〕が〔最大ショットサイズ露光時のぼけ量δmax〕と一致するように、その任意ショットサイズ露光時のリフォーカス出力値Ｉｒｅｆ1、Ｉｒｅｆ2、………、Ｉｒｅｆnを決定するから、ショットサイズの相違にかかわらず常に一定のぼけ量（δ＝δmax）とすることができ、従来のリフォーカシングの補正効果（空間電荷によるぼけの補正）に加えて散乱ぼけ量のばらつきを補正することができる。
【００１９】
したがって、本実施例によれば、図５に示すように、コントラスト−ビーム電流特性をほぼフラットにして、コントラストのビーム電流に対する依存性をなくすことができ、ショットサイズの相違に伴うパターンサイズのばらつき（図１０参照）を抑制できる。
なお、実施例では、可変矩形などのショットサイズを例にしたがこれに限らない。例えば、ブロックショットであってもよく、この場合、サイズを開口率と読み替えればよい。
【００２０】
また、実施例では、〔最大ショットサイズ以下の任意ショットサイズ露光時のぼけ量δ〕が〔最大ショットサイズ露光時のぼけ量δmax 〕と一致するように、その任意ショットサイズ露光時のリフォーカス出力値Ｉｒｅｆ1 、Ｉｒｅｆ2 、………、Ｉｒｅｆn を決定しているが、例えば、最大ショットサイズ露光時のぼけ量δmax と、最小ショットサイズ露光時のぼけ量δmin とを求めて記憶しておき、最大ショットサイズ以下且つ最小ショットサイズ以上の任意ショットサイズ露光時のぼけ量δを、δmax とδmin の線形補間で求めてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、ショットサイズの相違にかかわらずぼけ量を一定にすることができ、電子ビームによる超微細パターンの露光精度を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の鏡筒部の構造図である。
【図２】一実施例のフォーカス制御部の概略構成図である。
【図３】一実施例の第１リフォーカス値決定ユニットの機能ブロック図である。
【図４】一実施例の第２リフォーカス値決定ユニットの機能ブロック図である。
【図５】一実施例のコントラスト−ビーム電流特性図である。
【図６】クーロン相互作用の説明図である。
【図７】電子ビームのプロファイル図である。
【図８】リフォーカスの説明図である。
【図９】従来例のコントラスト−ビーム電流特性図である。
【図１０】従来例の不都合説明図である。
【符号の説明】
３２：第１リフォーカス値決定ユニット（測定手段、第１制御手段）
３３i ：第２リフォーカス値決定ユニット（測定手段、第２制御手段）
３４：テーブル（保持手段）
【図１】
0003753841.tif 000003
【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】
0003753841.tif 000011
【図１０】
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