(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームが均一な電子密度を有するようにそのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状の絞り孔を有するセルアパーチャと、
前記荷電ビームが前記所望の断面形状を有するように前記荷電ビームを電界により偏向して前記セルアパーチャの所望の絞り孔に入射させるとともに、前記絞り孔を通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影光学系と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第２の偏向手段と、を備え、
前記荷電ビーム出射手段は、前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で前記荷電ビームを出射させ、
前記縮小投影光学系は、前記光軸をＺ方向とする場合に、Ｘ方向とＹ方向とでほぼ同一の縮小率で前記電子ビームが縮小して前記基板上で結像するようにマルチポールレンズ場を形成する４重の第１のマルチポールレンズを含み、
前記第１のマルチポールレンズは、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向の２方向の電界が１重目から４重目までそれぞれ順番に発散電界、発散電界、収束電界、発散電界を形成するように、または１重目から４重目までそれぞれ順番に収束電界、収束電界、発散電界、収束電界を形成するように制御される、
荷電ビーム露光装置。
【請求項２】
前記第２の偏向手段は、複数の静電型偏向器を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項３】
前記第２の偏向手段は、静電偏向場を前記マルチポールレンズ場に重畳させて前記荷電ビームを偏向することを特徴とする請求項１または２に記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項４】
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームが均一な電子密度を有するようにそのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状の絞り孔を有するセルアパーチャと、
前記荷電ビームが前記所望の断面形状を有するように前記荷電ビームを電界により偏向して前記セルアパーチャの所望の絞り孔に入射させるとともに、前記絞り孔を通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、
前記光軸をＺ方向とすると、前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界によりＸ方向とＹ方向とでほぼ同一の縮小率で縮小させ、かつ、Ｘ方向とＹ方向とで異なる軌道を通過して前記基板上に結像させる縮小投影光学系と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第２の偏向手段と、を備え、
前記荷電ビーム出射手段は、前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で前記荷電ビームを出射させ、
前記第２の偏向手段は、前記Ｘ方向の荷電ビームと前記Ｙ方向の荷電ビームとを、部分的に異なる偏向器を用いることにより相互に独立に偏向制御する、
荷電ビーム露光装置。
【請求項５】
前記縮小投影光学系は、マルチポールレンズ場を形成する４重の第１のマルチポールレンズであって、前記Ｘ方向の電界が１重目から４重目までそれぞれ順番に発散電界、発散電界、収束電界、発散電界を形成し、かつ、前記Ｙ方向の電界が１重目から４重目までそれぞれ順番に収束電界、収束電界、発散電界、収束電界を形成するように制御されるマルチポールレンズを含むことを特徴とする請求項４に記載の荷電ビーム装置。
【請求項６】
２重目の前記第１のマルチポールレンズと３重目の前記第１のマルチポールレンズとの間に配設され第１の主偏向器をなす第２のマルチポールレンズをさらに備え、
３重目の前記第１のマルチポールレンズと４重目の前記第１のマルチポールレンズは、前記マルチポールレンズ場に静電偏向場を重畳する第２の主偏向器をなし、
前記第２の偏向手段は、前記第１の主偏向器と前記第２の主偏向器とを含み、
前記Ｘ方向の前記荷電ビームについては、前記第１の主偏向器による第１の主偏向場と前記第２の主偏向器による第２の主偏向場で偏向し、前記Ｙ方向の前記荷電ビームについては、前記第２の主偏向場で偏向することにより、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とで相互に独立に偏向制御することを特徴とする請求項３または５のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項７】
前記第２の偏向手段は、前記４重目の前記マルチポールレンズの下流側に配設された副偏向器をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３，５，６のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項８】
前記第１または第２のマルチポールレンズは、Ｍ個（Ｍ＝４Ｎ：Ｎは２以上の自然数）の電極を有して隣接するＮ個の前記電極が静電型の四極子レンズの一組をなすマルチポールレンズを含むことを特徴とする請求項１乃至３および５乃至７のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項９】
前記１重目のマルチポールレンズと前記２重目のマルチポールレンズは、第１の内径を有し、
前記３重目のマルチポールレンズと前記４重目のマルチポールレンズは、前記第１の内径よりも大きい第２の内径を有することを特徴とする請求項１乃至３および５乃至８のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項１０】
前記第１のマルチポールレンズの前記Ｚ方向における上面と下面に近接して設けられた第１のシールド電極をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３および５乃至９のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項１１】
前記第１のシールド電極のうち１重目の前記マルチポールレンズと２重目の前記マルチポールレンズとの間に設けられた前記第１のシールド電極は、他の前記第１のシールド電極の内径である第３の内径よりも小さい第４の内径を有し、前記荷電ビームの第１のアライメントアパーチャまたは前記荷電ビームの第１の検出器をなすことを特徴とする請求項１０に記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項１２】
前記第１の偏向手段および前記第２の偏向手段の上面と下面にそれぞれ近接して設けられた第２のシールド電極をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１１に記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項１３】
前記第２のシールド電極のうち、前記第１の主偏向器の上面に配設された前記第２のシールド電極は、前記３の内径よりも小さい第５の内径を有し、前記荷電ビームの第２のアライメントアパーチャまたは前記荷電ビームの第２の検出器をなすことを特徴とする請求項１２に記載の荷電ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩ、超ＬＳＩの半導体製造工程で使用されるイオン、電子ビーム等の荷電ビーム露光装置に関し、特に、多重マルチポールレンズを用いた低加速電圧の荷電ビーム露光装置を対象とする。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
荷電ビーム露光装置は、光波長より短い電子（イオン）の波長レベルの分解能での描画が可能であるため、高い解像度のパターンを形成できる機能を有している。この一方、光露光によるマスク描画方式とは異なり、完成パターンを小さな分割パターンビームで直接描画するため、荷電ビーム露光装置には、描画に長時間を要するという問題がある。しかし、高精度の細線パターンを形成できるという特徴に注目され、荷電ビーム露光技術は、光露光方式のリソグラフィー技術の次の技術、またはＡＳＩＣ等の多品種少量生産の半導体製造に有力なツールとして発展している。
【０００３】
電子ビームでパターンを直接描画する方法は、主として２つの方式が用いられている。即ち、小さな丸ビームをＯＮ／ＯＦＦ制御しながらウエーハ全面をスキャンしてパターン描画する方法と、ステンシルアパーチャを通過した電子ビームをパターン描画するＶＳＢ描画方式である。ＶＳＢ描画を発展させた電子線描画技術として、繰り返しパターンが一つのブロックとして形成されたステンシルを準備し、このステンシル内のパターンを選択して描画することにより高速描画を可能にする一括描画方式の技術も開発されている。
【０００４】
まず、従来の荷電ビーム描画装置として、ＶＳＢ描画方式の電子線描画装置の代表例を図１０に示す（Ｈ．Ｓｕｎａｏｓｈｉ ｅｔ ａｌ；Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３４（１９９５），ｐｐ．６６７９−６６８３，Ｐａｒｔ１，Ｎｏ．１２８．Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９９５）。なお、以下の各図において同一の部分には同一の参照番号を付してその説明を適宜省略する。
【０００５】
電子銃１１から放出され加速された電子ビーム７は、照明レンズ１５により均一な電子ビームに整えられ、第一形成アパーチャ８５を通過することで矩形に成形された後、投影レンズ２１により菱形と矩形からなる第二成形アパーチャ８９に投影する。この時、ビームパターンの形状とその面積がＣＡＤデータに従って照射されるように、第二成形アパーチャ８９に対するビーム照射位置を成形偏向器２１で制御する。第二成形アパーチャ８９を通過したビームは、縮小レンズ６４および対物レンズ６６で縮小投影されるが、ウエーハ１４の描画位置に対するビーム位置は主偏向器９５と副偏向器９３で制御される。この場合、ウエーハ１４に対して主偏向器９５は、描画照射領域のストライプ（メインフィールド）内を図示しないＸＹステージの位置を参照しながら制御し、副偏向器９３は、ストライプ内を細かく分割した描画範囲（サブフィールド）に対してその位置制御を行う。対物レンズ６６の下部には、電子ビーム７がウエーハ１４上に照射されたときに発生する二次電子や反射電子等（以下、二次電子等という）を検出する電子検出器３３があり、この電子検出器３３により取得された検出信号を処理することにより、図示しない各種制御部がＳＥＭ像を検出し、これに基づくビーム軌道調整等の制御を実行している。
【０００６】
図１０に示す電子ビーム描画装置１２０が備える電子光学系は、電磁レンズや静電偏向器で構成されるため、これらのレンズ、偏向器の総合的な光学特性、機械的な組み立て精度、コンタミネーション等の影響を十分に考慮した設計が要求される。また、ビーム解像度の向上のため、高加速に加速した電子ビーム７をウエーハ１４上のレジストへ打ち込む方式が広く採用されている。このため、照射された電子ビーム７がウエーハ１４のレジストの下面に成膜された各種多層薄膜で反射して再びレジスト上方に向かう現象である近接効果が発生する。この近接効果は、描画パターンにボケや解像度劣化を引き起こす。従って、電子ビーム描画装置の設計においては、この近接効果を補正するための制御が必須となり、電子光学系の他、制御部においても大掛かりなシステムが必要となり、これにより、システムが複雑化し、また、トラブルを誘発することにより結果的に精度が低下するという問題があった。さらに、高加速の電子を用いているため、ウエーハ表面へのダメージも懸念された。
【０００７】
高加速電圧荷電ビームのＶＳＢ方式において上述の問題点を克服するために、低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子線描画方式が提案されている（特願平１０−３６３０７１、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１４（６），１９９６，３８０２）。特願平１０−３６３０７１にて提案された電子線描画方式を図１１に示す。電子銃１１から放出され加速された電子ビーム６７は、矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ１３に照射される。第１アパーチャ１３を通過した電子ビーム６７は、一括露光セルアパーチャが複数個配列された第２成形アパーチャ１９に向かう。電子ビーム６７のビーム径は、拡大ビーム機能を有する照明レンズ１５ａ，１５ｂにより、任意の一個のセルアパーチャに対して十分大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさに調整される。照明レンズ１５ａ，１５ｂは、２個の静電レンズ（アインツェルレンズ）で構成され、中央の電極へ負の電圧を印加して使用する。第２照明レンズ１５ｂを通過したビームは、第２成形アパーチャ１９に形成された複数のセルアパーチャのうち目標とするセルアパーチャが選択できるように、第１成形偏向器１７により目標位置へ偏向制御される。第２成形アパーチャ１９を通過した電子ビーム６７は、第２成形アパーチャ１９を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、第２成形偏向器２１によって光軸上に振り戻された状態で縮小レンズ６４を通過する。縮小レンズ６４の上部には第３成形アパーチャ６２が設置されており、第２成形アパーチャ１９等で散乱された不要なビームをカットする。縮小レンズ６４で縮小された電子ビーム６７は、プリ副偏向器９３’、プリ主偏向器９５’、副偏向器９３、主偏向器９５および対物レンズ６６を通過して図示しないＸＹステージ上に搭載されたウエーハ１４の上面に縮小投影される。ウェーハ上のパターンを描画すべき位置に対するビームの照射位置は、主偏向器９５と副偏向器９３で制御し、主偏向器９５に対するプリ主偏向器９５’の制御電圧は加算方向に、プリ副偏向器９３’の制御電圧は減算方向に制御することで総合的な収差を最小化している。第２成形アパーチャ１９から下流側のビーム軌道を図１２に示す。
【０００８】
図１１に示す電子ビーム描画装置１１０の電子光学系は、縮小投影光学系にアインツェルレンズを用いるため、図１２に示すように、電子ビーム６７は光軸に対して回転対称な軌道を通る。このため、プリ主偏向器９５’、主偏向器９５、プリ副偏向器９３’、副偏向器９３により、電子ビーム６７の軌道は、全て同じ偏向感度で偏向され、発生する偏向収差も光軸に対し回転対称に発生する。従って、電子ビーム描画装置１１０は、任意の電子ビーム軌道で偏向収差特性を最適化し主偏向器、副偏向器の位置を決定できるという特徴を有する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子ビーム描画装置１１０の縮小投影光学系では、図１２に示すように、第２成形アパーチャ１９以下に電流密度の高いクロスオーバ９８が形成されてしまう。また、この投影光学系では、回転対称型の静電型レンズ（アインツェル）９３，９５を減速型の集束モードで採用しているためレンズ内で電子ビームが減速してしまう。これらの２点が原因となって、図１１に示す電子ビーム描画装置１１０には、色収差および空間電荷効果（特にＢｏｅｒｓｃｈ効果）によるビームボケが発生し、セルアパーチャ像がウエーハ上でボケてしまい、この結果描画特性が劣化するという問題があった。
【００１０】
低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子線描画方式において、上述した問題点を克服するために、縮小投影光学系を多重のマルチポールレンズにより構成した電子線描画方式が提案されている（特願平１１−２７２４２９）。
【００１１】
図１３に特願平１１−２７２４２９にて提案された荷電ビーム描画装置を示す。図１３に示す荷電ビーム描画装置１００は、図１１に示す荷電ビーム描画装置１１０の電子光学系において第２成形アパーチャ１９以下の縮小投影光学系を静電型四極子レンズを用いて構成したものである。プリ主偏向器２５ａは、静電四極子レンズ７３のＱ２とＱ３との間に配設される。
【００１２】
荷電ビーム描画装置１００において、荷電ビームとして電子ビームを用いた時、電子銃１１から放出された電子が加速されて電子ビーム６８となり照明光学系を通過するまでの動作は、図１１に示す荷電ビーム描画装置１１０の電子ビーム６７と実質的に同一である。
【００１３】
第２成形アパーチャ１９を通過した電子ビームは、縮小投影レンズの静電型四極子レンズ７３内へと照射される。四極子レンズ７３は、互いに９０度の角度をおいて配設された４個の円柱電極で構成される。四極子レンズ７３の作用により電子ビームはＸ方向とＹ方向とで異なる軌道を通過してウエーハ１４上へ集光される。そのときの第２成形アパーチャ１９からウエーハ１４間の電子ビームの軌道を図１４に示す。偏向器２５により図示しないＸＹステージ上に搭載したウエーハ１４に対して描画領域の位置をＸＹステージの位置を参照しながら偏向制御し、かつストライプ内を細かく分割した描画範囲に対してその位置を制御する。偏向器２５の偏向電圧比を調整することで、偏向により発生する収差成分が最小になるように制御する。
【００１４】
しかしながら、図１３に示す電子ビーム露光装置１００のように、縮小投影光学系の電子光学レンズにマルチポールレンズを応用した際、偏向器によるウエーハ上の広い範囲にわたるビーム偏向において、Ｘ方向とＹ方向の電子ビームが非対称な電子軌道を通過するため、Ｘ方向，Ｙ方向ともに同一の偏光器で偏向しようとすると偏向感度と偏向収差が大幅に非対称となる。このような光学系でＸ、Ｙ方向ともに偏向収差を小さく抑え、かつ高感度に広範囲への偏向を実現することは設計・製作上の大きな負担となり、収差特性が悪化したり、光学長の増大によって空間電荷効果の影響を強く受けるという事態をもたらす。
【００１５】
さらに、これらの光学系は第２成形アパーチャ１９を通過した電子ビームが電子密度の高いクロスオーバ９８を形成しているために、この領域でのクーロン相互作用が顕著になり空間電荷効果によって、セルアパーチャ像がウエーハ上でボケてしまい、このことが描画特性を劣化させる、などの問題があった。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、空間電荷効果の影響を受けることのない低収差・小型の荷電ビーム露光装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００１８】
即ち、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームが均一な電子密度を有するようにそのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状の絞り孔を有するセルアパーチャと、
前記荷電ビームが前記所望の断面形状を有するように前記荷電ビームを電界により偏向して前記セルアパーチャの所望の絞り孔に入射させるとともに、前記絞り孔を通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影光学系と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第２の偏向手段と、を備え、
前記荷電ビーム出射手段は、前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で前記荷電ビームを出射させ、
前記縮小投影光学系は、前記光軸をＺ方向とする場合に、Ｘ方向とＹ方向とでほぼ同一の縮小率で前記電子ビームが縮小して前記基板上で結像するようにマルチポールレンズ場を形成する４重の第１のマルチポールレンズを含み、
前記第１のマルチポールレンズは、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向の２方向の電界が１重目から４重目までそれぞれ順番に発散電界、発散電界、収束電界、発散電界を形成するように、または１重目から４重目までそれぞれ順番に収束電界、収束電界、発散電界、収束電界を形成するように制御される、
荷電ビーム露光装置が提供される。
【００１９】
上記荷電ビーム露光装置によれば、上記縮小投影光学系により形成される上記マルチポールレンズ場により、上記荷電ビームが上記セルアパーチャと上記基板との間でクロスオーバを結ぶことなく上記基板上で結像するので、低加速でありながら空間電荷効果の影響を大幅に排除することができる。
【００２０】
上記縮小投影光学系は、Ｎ１重（Ｎ１は３以上の自然数）の第１のマルチポールレンズを含むことが望ましい。また、上記Ｎ１は４であると好適である。
【００２１】
これにより、従来の回転対称型の減速型静電レンズを用いた場合に発生するレンズ内減速を回避することができる。
【００２２】
上記第１のマルチポールレンズは、上記Ｘ方向と上記Ｙ方向の２方向の電界が１重目から４重目までそれぞれ順番に発散電界と発散電界と収束電界と発散電界とを形成するように、または１重目から４重目までそれぞれ順番に収束電界と収束電界と発散電界と収束電界とを形成するように制御されること良い。
【００２３】
上記第２の偏向手段は、複数の静電型偏向器を用いて形成され、静電偏向場を上記マルチポールレンズ場に重畳させて上記荷電ビームを偏向することが好ましい。
【００２４】
また、上記第２の偏向手段は、上記Ｘ方向の荷電ビームと上記Ｙ方向の荷電ビームとを相互に独立して偏向制御することが好ましい。
【００２５】
２重目の上記マルチポールレンズと３重目の上記マルチポールレンズとの間に配設され第１の主偏向器をなす第２のマルチポールレンズをさらに備え、上記第１のマルチポールレンズは、上記Ｘ方向の電界が１重目から４重目までそれぞれ順番に発散電界、発散電界、収束電界、発散電界を形成し、かつ、上記Ｙ方向の電界が１重目から４重目までそれぞれ順番に収束電界、収束電界、発散電界、収束電界を形成するように制御され、３重目の上記第１のマルチポールレンズと４重目の上記第１のマルチポールレンズは、上記マルチポールレンズ場に静電偏向場を重畳する第２の主偏向器をなし、上記第２の偏向手段は、上記第１の主偏向器と上記第２の主偏向器とを含み、Ｘ方向の上記荷電ビームについては、上記第１の主偏向器による第１の主偏向場と上記第２の主偏向器による第２の主偏向場で偏向し、上記Ｙ方向の上記荷電ビームについては、上記第２の主偏向場で偏向することにより、上記Ｘ方向と上記Ｙ方向とで相互に独立に偏向制御するとさらに好ましい。これにより、上記荷電ビームの収差成分を極めて小さくすることができる。
【００２６】
上記第２の偏向手段は、上記マルチポールレンズ場に偏向電界を重畳して上記３重目と上記４重目のマルチポールレンズを主偏向器としても動作させるので、その分だけ縮小投影光学系の光学長を短縮できる。
【００２７】
上記第２の偏向手段は、上記Ｎ１重目の上記マルチポールレンズの下流側に配設された副偏向器をさらに含むこと好適である。
【００２８】
上記第１または第２のマルチポールレンズは、静電型レンズであると良く、より好ましくは、四極子レンズである。
【００２９】
上記第１または第２のマルチポールレンズは、Ｍ個（Ｍ＝４Ｎ２：Ｎ２は２以上の自然数）の電極を有して隣接するＮ２個の上記電極が四極子レンズの一組をなすマルチポールレンズを含むとよい。これにより、高次の収差を大幅に低減することができる。
【００３０】
また、上記１重目のマルチポールレンズと上記２重目のマルチポールレンズは、第１の内径を有し、上記３重目のマルチポールレンズと上記４重目のマルチポールレンズは、上記第１の内径よりも大きい第２の内径を有することが好ましい。
【００３１】
このような内径差を設けることにより、マルチポールレンズを形成する電極の近傍を除く領域に電子ビームの軌道を形成できる。これにより、偏向収差をさらに抑制できる。
【００３２】
また、上記第１のマルチポールレンズの上記Ｚ方向における上面と下面に近接して設けられた第１のシールド電極をさらに備えると好適である。
【００３３】
上記第１のシールド電極のうち１重目の上記マルチポールレンズと２重目の上記マルチポールレンズとの間に設けられた上記第１のシールド電極は、他の上記第１のシールド電極の内径である第３の内径よりも小さい第４の内径を有するとさらによい。
【００３４】
このように、第４の内径を小さく取ることにより、上記第４の内径を有する上記第１のシールド電極は、上記照明光学系と上記１重目のマルチポールレンズのレンズアライメント（第１のアライメントアパーチャ）として用いることができるとともに、上記荷電ビームの第１の検出器として用いることもできる。
【００３５】
また、上記第１の偏向手段および上記第２の偏向手段の上面と下面にそれぞれ近接して設けられた第２のシールド電極をさらに備えるとより好ましい。
【００３６】
上記第２のシールド電極のうち、上記第１の主偏向器の上面に配設された上記第２のシールド電極は、上記３の内径よりも小さい第５の内径を有すると良い。
【００３７】
このように、第５の内径を小さく取ることにより、上記第５の内径を有する上記第２のシールド電極は、上記照明光学系、上記１重目のマルチポールレンズまたは上記２重目のマルチポールレンズのレンズアライメント（第２のアライメントアパーチャ）として用いることができ、また、上記荷電ビームの第２の検出器として用いることもできる。
【００３８】
また、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームが均一な電子密度を有するようにそのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状の絞り孔を有するセルアパーチャと、
前記荷電ビームが前記所望の断面形状を有するように前記荷電ビームを電界により偏向して前記セルアパーチャの所望の絞り孔に入射させるとともに、前記絞り孔を通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第１の偏向手段と、
前記光軸をＺ方向とすると、前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界によりＸ方向とＹ方向とでほぼ同一の縮小率で縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影光学系と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第２の偏向手段と、を備え、
前記荷電ビーム出射手段は、前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で前記荷電ビームを出射させ、
前記第２の偏向手段は、前記Ｘ方向の荷電ビームと前記Ｙ方向の荷電ビームとを、部分的に異なる偏向器を用いることにより相互に独立に偏向制御する、
荷電ビーム露光装置が提供される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、いずれも電子ビームを用いてウエーハ上にパターンを描画する電子ビーム描画装置について説明する。
【００４０】
（１）第１の実施形態
図１は、本発明にかかる荷電ビーム描画装置の第１の実施の形態が備える電子光学系を示す概略構成図である。同図に示すように、本実施形態の特徴は、電子レンズの構成と縮小投影光学系の構成にある。即ち、図１に示す電子ビーム描画装置１０においては、まず、照明レンズ１５ａ，１５ｂおよび副偏向器３１を除く全ての電子レンズ、即ち、第１成形偏向器１７，第２成形偏向器２１，電子ビームの軌道をＸ方向、Ｙ方向で独立に制御する電子レンズ２３Ｑ１〜Ｑ４，プリ主偏向器２５は、静電型マルチポールレンズで構成されている。これらのマルチポールレンズは、互いに４５度の角度をおいて配置された８個の電極で構成される。本実施形態の電子ビーム描画装置１０が備えるマルチポールレンズの具体的形状について図２を参照しながら説明する。
【００４１】
図２（ａ）は、４個の電極で構成される四極子レンズを示す。同図に示す四極子レンズの電極Ｑ１１ａ〜Ｑ１１ｄは、それぞれ円柱形状を有し、互いに９０度の角度をおいて配置される。図２（ｂ）は、八極子レンズの一構成例を示し、互いに４５度の角度をおいて配置された８個の円柱形状の電極Ｑ１２ａ〜Ｑ１２ｈが示されている。図２（ｃ）は、本実施形態の荷電ビーム描画装置１０が備えるマルチポールレンズ２３Ｑ１の構成を示す平面図であり、電子レンズ１７，２１，２３，２５の構成を代表的に示すものである。マルチポールレンズ２３は、互いに４５度の角度をおいて配置された８個の電極Ｑ１３ａ〜Ｑ１３ｈで構成され、各電極は、扇状の平面形状を有する。
【００４２】
本実施形態においては、マルチポールレンズ２３の８極の電極について、隣接する二つの電極を一つの四極子電極として用いることでマルチポールレンズ２３の全体を四極子レンズとして機能させる。例えば、電極Ｑ１３ａ，Ｑ１３ｂは、ともに＋Ｖの電圧が印加され、これにより、（ａ）に示す電極Ｑ１１ａとして機能するように制御される。従って、以下では、適宜、マルチポールレンズ２３を四極子レンズ２３として説明する。
【００４３】
次に、図１に戻り、荷電ビーム描画装置１０の縮小投影光学系は、プリ主偏向器２５ａ，２５ｂを挟んで配設された四重の静電型四極子レンズ２３（Ｑ１〜Ｑ４）と、四重目の四極子レンズ２３のＱ４とウエーハ１４との間に配設された副偏向器３１と、第１成形偏向器１７、第２成形偏向器２１、プリ主偏向器２５ａ，２５ｂおよび四極子レンズ２３Ｑ１〜Ｑ４の光軸方向における上面および下面に近接して設置されたシールド電極３６，３９と、を備える。
【００４４】
シールド電極３６は、５ｍｍの内径Φ１を有するように形成され、また、シールド電極３９は、１０ｍｍの内径Φ２を有するように形成される。これらシールド電極３６，３９は、いずれもグランド接続されて各レンズまたは各偏向器から形成される静電界が相互に干渉するおそれを大幅に解消している。この結果、図９との対比において明らかなように、本実施形態では、第１成形偏向器１７、第２成形偏向器２１のいずれもシールド電極３６の内径と同一の内径Φ１（５ｍｍ）を有するように構成される。
【００４５】
４重の四極子レンズ２３のうち、３重目の四極子レンズＱ３と４重目の四極子レンズＱ４は、１重目および２重目の四極子レンズＱ１、Ｑ２と比べて大きな内径を有するように設計される。具体的には、Ｑ１、Ｑ２の内径は、図３（ａ）に示すように、Φ１＝５ｍｍであり、また、同図（ｂ）に示すように、Ｑ３、Ｑ４の内径Φ２は１０ｍｍとなっている。また、四極子レンズＱ３、Ｑ４は、後に詳述するように電子ビーム８のＸ軌道とＹ軌道とを相互に独立に制御するマルチポールレンズ場を形成するとともに、このマルチポールレンズ場に偏向電界を重畳する主偏向器２７を兼ねる。また、シールド電極３６，３９はグランド接続されて各電極により励起される静電場の浸み出しを防止する。電子ビーム描画装置１０のその他の構成は、図１３に示す荷電ビーム描画装置１００と実質的に同一である。
【００４６】
図１に示す荷電ビーム露光装置の動作は以下の通りである。
【００４７】
電子銃１１から放出され加速された電子ビーム８は、矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ１３に照射される。この第１アパーチャ１３を通過したビーム８は一括露光セルアパーチャが複数個配列された第２成形アパーチャ１９に向かう。電子ビーム８のビーム径は、照明レンズ１５ａ，１５ｂにより、任意の一個のセルアパーチャに対して十分に大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさに調整される。また、電子ビーム８は、第２成形アパーチャ１９に形成されたセルアパーチャのうち、目標とするセルアパーチャに照射されるように、第１成形偏向器１７によりその軌道が偏向制御される。
【００４８】
第２成形アパーチャ１９を通過した電子ビーム８は、第２成形アパーチャ１９を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、第２成形偏向器２１によって光軸上に振り戻された状態で四極子レンズ２３内へと照明される。
【００４９】
電子ビーム８の光軸をＺ方向とすると、４重の四極子レンズ２３は、Ｘ方向とＹ方向の２方向の電界が、例えばＸ方向が１重目から４重目まで順番に発散電界（Ｑ１）、発散電界（Ｑ２）、収束電界（Ｑ３）、発散電界（Ｑ４）としたとき、Ｙ方向は、Ｘ方向とは逆に、収束電界（Ｑ１）、収束電界（Ｑ２）、発散電界（Ｑ３）、収束電界（Ｑ４）となるように電圧が印加される。このように四極子レンズ２３を制御した場合における第２成形アパーチャ１９からウエーハ１４までの電子ビーム８の軌道を図４に示す。図１４との対比において明らかなように、四極子レンズ２３のＱ１〜Ｑ４により、電子ビーム８は、Ｘ方向とＹ方向とで異なる軌道を通る。この点は、図１３に示す荷電ビーム露光装置１００と同一であるが、本実施形態においては、四極子レンズ２３のＱ１およびＱ２により、Ｘ方向の電子ビーム軌道８Ｘ，９Ｘが発散を繰り返し、この一方、Ｙ方向の電子ビーム軌道８Ｙが収束を繰り返すので、電子ビーム８は、電子密度の高いクロスオーバを一切形成することなくウエーハ１４上へ集光する。この結果、低加速の電子ビーム露光において、空間電荷効果の影響を大幅に低減できる。なお、本実施形態においては、プリ主偏向器２５ａ，２５ｂのうち、プリ主偏向器２５ａのみを用いてビーム軌道を制御している。
【００５０】
図１に戻り、ウェーハ１４上における電子ビーム８の描画領域（メインフィールド）の位置は、プリ主偏向器２５ａおよび主偏向器２７により、ウェーハ１４を搭載するＸＹステージ（図示せず）の位置を参照しながら偏向制御される。また、ストライプ内を細かく分割した描画範囲（サブフィールド）については、副偏向器３１によりその位置が制御される。本実施形態において、四極子レンズＱ３，Ｑ４は、主偏向器２７をも兼ねる。これは、四極子レンズ２３のＱ３とＱ４によるＸ方向軌道およびＹ方向軌道の制御のための電界に、偏向電界を重畳させることにより実現する。図５〜図７は、電界を重畳させる方法の一具体例を示す。図５は、電子ビーム８のＸ方向軌道およびＹ方向軌道を制御するためにのみ四極子レンズ２３のＱ３およびＱ４の各電極に印加される電圧値を示す。この場合は、プリ主偏向器２５ａに印加される電圧値は、０となっている。図６は、電子ビーム８をＸ方向に偏向する場合にのみプリ主偏向器２５ａ、四極子レンズ２３のＱ３およびＱ４の各電極に印加される電圧の値を示す。さらに、図７は、図５に示す電圧値により得られる電界と図６に示す電圧値による電界とを重畳させる場合に各電極に印加する電圧値を示す。その電圧値は、図５に示す電圧値に図６に示す電圧値を加算した電圧値となっている。このような電圧制御をすることにより、電子ビームの偏向制御を最小の構成によって実現できる。なお、図５〜図７においてはＸ方向に電子ビームを偏向するための制御方法が示されているが、Ｙ方向への偏向制御については、図６の偏向電圧を９０°シフトし、プリ主偏向器２５ａの偏向電圧Ｖ１を全てゼロにすれば良い。また、Ｘ方向の制御電圧とＹ方向の制御電圧を加算した電圧を印加すれば、４５°方向（対角方向）への偏向が可能である。
【００５１】
このように、本実施形態の電子ビーム露光装置１０によれば、プリ主偏向器２５と、主偏向器２７として機能する四極子レンズ２３のＱ３およびＱ４との偏向電圧比を調整することにより、電子ビーム８の収差成分を最小にすることができる。
【００５２】
また、偏向はＸ方向とＹ方向とで相互に独立に行なうことも可能である。例えば図８に示すように、Ｘ方向の電子ビーム４８Ｘをプリ主偏向器２５ａと主偏向器２７（四極子レンズ２３のＱ３，Ｑ４）と副偏向３１とを用いて偏向し、この一方、Ｙ方向の電子ビーム４８Ｙを主偏向器２７（四極子レンズ２３のＱ３，Ｑ４）および副偏向３１のみで偏向することにより偏向収差をさらに低減させることが可能になる。この場合は、プリ主偏向器２５と、主偏向器２７としての四極子レンズ２３のＱ３およびＱ４と、副偏向器３１との３つの偏向器間の偏向電圧比を調整することにより、電子ビーム８の収差成分を最小にすることができる。
【００５３】
電子ビーム８がウエーハ１４上に照射されるとウエーハ１４の表面には二次電子等が発生する。四極子レンズ２３の下部に設けられた二次電子検出器３３がこれらの二次電子等を検出し、荷電ビーム露光装置１０は、二次電子検出器３３の検出信号を処理することによりＳＥＭ像の検出やビーム調整等の制御を行う。
【００５４】
本実施形態の電子ビーム露光装置１０によれば、まず、四重の四極子レンズＱ１〜Ｑ４を用いてマルチポールレンズ場を形成するので、従来の回転対称型の減速型静電レンズを用いた場合に発生するレンズ内減速を回避することができる。また、このマルチポールレンズ場により、第２成形偏向器１９を通過した低加速の電子ビーム８のビーム軌道をＸ，Ｙ方向で相互に独立して制御するので、電流密度の高いクロスオーバを一切結ぶことなく電子ビーム８をウェーハ１４上に集光させることができる。これにより、低加速でありながら空間電荷効果の影響を大幅に排除することができる。また、八極のマルチポールレンズを四極子レンズとして動作させるので、高次の収差を大幅に低減することができる。また、四極子レンズＱ３、Ｑ４のマルチポールレンズ場に偏向電界を重畳して四極子レンズＱ３、Ｑ４を主偏向器としても動作させるので、その分だけ縮小投影光学系の光学長を短縮できる。また、四極子レンズＱ３、Ｑ４の内径はＱ１，Ｑ２の内径と比較して大きくなるように設計されているので、電極近傍を除く領域に電子ビームの軌道を形成できる。これにより、偏向収差をさらに抑制できる。
【００５５】
さらに、四極子レンズ２３のＺ方向における両端にはグランド電極であるシールド電極２６が配置されているので、各電極からの電場の浸み出しが防止される。これにより、各電場間の干渉のおそれが解消されるので、電子光学系の光学長をより一層短縮することが可能になるとともに、偏向感度を一層向上させることができる。上述した構成の光学系と偏向制御方法を用いることにより、例えばＸ方向、Ｙ方向ともに縮小率１／１０のスティグマチック条件下で四極子レンズ長（Ｙ方向の長さ）を６ｍｍ、１．５ｍｍ□の主偏向、５０μｍ□の副偏向機能を備えつつ、第２成形アパーチャ１９からウェーハ１４までの間の光学長が１０１ｍｍ（図１参照）となる電子ビーム露光装置を実現することができた。
【００５６】
（２）第２の実施形態
図９は、本発明にかかる荷電ビーム露光装置の第２の実施の形態が備える電子光学系を示す概略構成図である。図１との対比において明らかなように、本実施形態の荷電ビーム露光装置２０の特徴は、プリ主偏向器２５ａの上流側に設けられたシールド電極４１と、四極子レンズ２３のＱ１とＱ２の間にシールド電極３６に替えて設けられたシールド電極３８とをさらに備える点にある。荷電ビーム露光装置２０のその他の構成は図１に示す荷電ビーム露光装置１０と実質的に同一である。
【００５７】
シールド電極３８の内径は、隣接する２つのシールド電極、即ち、四極子レンズ２３Ｑ１の上流側および四極子レンズ２３Ｑ２の下流側にそれぞれ設けられたシールド電極３６の内径よりも小さくなるように設計される。例えば、シールド電極３６の内径Φ１が５ｍｍである場合に、シールド電極３８の内径Φ３は２００μｍと設計される。これにより、シールド電極３８は、照明レンズ１５ａ，１５ｂ、第１成形偏向器１７、第２形偏向器２１、および四極子レンズ２３のＱ１のビームアライメント用アパーチャとして、または電子ビーム８の検出器として用いることもできる。
【００５８】
また、シールド電極４１は、シールド電極３８と同様に、他のシールド電極３６，３９の各内径よりも小さな内径を有し、例えば内径Φ４＝２００μｍである。このような小さな内径を有することにより、シールド電極４１は、照明レンズ１５ａ，１５ｂ、第１成形偏向器１７、第２形偏向器２１、および四極子レンズ２３のＱ１，Ｑ２のビームアライメント用アパーチャとして、または電子ビーム８の検出器として用いることができる。
【００５９】
電子ビーム露光装置２０の動作は、図１に示す電子ビーム露光装置１０の動作と実質的に同一であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限ることなく、そ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。例えば、上述した実施形態では、全ての四極子レンズ２３を八極の電極で構成して四極子場を発生させることとしたが、四極子レンズ２３のうち、Ｑ１およびＱ２を４つの電極で構成し、偏向場を重畳する四極子レンズ２３のＱ３とＱ４のみを図２（ｂ）または（ｃ）に示されるような八極の電極で構成することとしても良い。また、四極子レンズ２３のＱ３とＱ４は、八極の電極に限らず、極数がＭ（Ｍ＝４Ｎ２、Ｎ２は２以上の自然数）のマルチポールで構成しても良い。このように極数を大きくしたマルチポールとすることにより偏向場の高次成分を低減し偏向収差を最小とする制御が可能となる。また、上述した実施形態ではいずれも荷電ビームとして電子ビームを用いる形態について説明したが、本発明は、これに限ることなく、荷電ビームとしてイオンビームを用いる荷電ビーム描画装置一般に適用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の荷電ビーム描画装置によれば、電界で荷電ビームを縮小・偏向する縮小投影手段および偏向手段のみで電子光学系を構成し、また光軸に非対称な電界を形成する縮小投影手段を用いるので、Ｘ方向とＹ方向とで異なる軌道を経由して、かつ、クロスオーバを形成することなく電子ビームを基板上に結像させることができる。さらに、減速型の回転対称レンズを用いた場合に生ずるレンズ内でのビームエネルギの減速もない。これにより、高縮小率のスティグマチックな結像条件において、低加速の荷電ビームで空間電荷効果の影響を大幅に低減できる。この結果、ウエーハ面でのダメージがない上、複雑な近接効果補正の制御が必要ないので、簡素な構成で小型でかつ収差特性に優れた荷電ビーム描画装置が提供される。
【００６２】
また、Ｘ方向とＹ方向で異なる軌道を通過する荷電ビームをそれぞれ異なる偏向器で偏向し、また、偏向場を縮小投影手段である光軸に非対称な電界上に重畳させるので、異なるビーム軌道においても偏向収差を最小限に抑制し、偏向感度の高い最適な条件での偏向が可能となる。この結果、偏向電圧の低電圧化と小型化、また機械設計・製造上の負担の少ない荷電ビーム描画装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる荷電ビーム描画装置の第１の実施の形態が備える電子光学系を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す荷電ビーム描画装置が備えるマルチポールレンズの電極形状を説明する平面図である。
【図３】図１に示す荷電ビーム描画装置が備えるマルチポールレンズにおける内径の差異を説明する平面図である。
【図４】図１に示す荷電ビーム描画装置の縮小投影光学系における電子ビームの軌道を示す説明図である。
【図５】図１に示す四極子レンズＱ３，Ｑ４によるレンズ電場の形成方法を説明する図である。
【図６】図１に示す四極子レンズＱ３，Ｑ４による偏向電場の形成方法を説明する図である。
【図７】図１に示す四極子レンズＱ３，Ｑ４による偏向電場の形成方法を説明する図である。
【図８】図１に示す荷電ビーム描画装置の縮小投影光学系においてＸ方向とＹ方向とで相互に独立に電子ビームを偏向制御する方法を説明するビーム軌道図である。
【図９】本発明にかかる荷電ビーム装置の第２の実施の形態が備える電子光学系を示す概略構成図である。
【図１０】従来の技術によるＶＳＢ描画方式の電子線描画装置の代表例を示す概略構成図である。
【図１１】従来の技術による、低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子ビーム描画装置の一例を示す概略構成図である。
【図１２】図１１に示す電子ビーム描画装置の縮小投影光学系内におけるビーム軌道を示す説明図である。
【図１３】従来の技術による、低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子ビーム描画装置の他の例を示す概略構成図である。
【図１４】図１３に示す電子ビーム描画装置の静電型四極子レンズ光学系内の電子ビーム軌道を示す説明図である。
【符号の説明】
８Ｘ，９Ｘ  Ｘ方向の電子ビーム軌道
８Ｙ，９Ｙ  Ｙ方向の電子ビーム軌道
１０，２０  荷電ビーム露光装置
１１  荷電粒子銃（電子銃）
１３  第１成形アパーチャ
１４  ウエーハ
１５ａ，１５ｂ  照明レンズ
１９  第２成形アパーチャ
１７  第１成形偏向器
２１  第２成形偏向器
２３  四極子レンズ
２５ａ，２５ｂ  プリ主偏向器
２７  主偏向器
３１  副偏向器
３３  電子検出器
３６，３９  シールド電極
３８，４１  シールド電極も兼ねる、ビームアライメント用アパーチャおよびビーム検出器
４８Ｘ  Ｘ方向偏向電子ビーム
４８Ｙ  Ｙ方向偏向電子ビーム
【図１】
0003859437.tif 000002
【図２】
0003859437.tif 000003
【図３】
0003859437.tif 000004
【図４】
0003859437.tif 000005
【図５】
0003859437.tif 000006
【図６】
0003859437.tif 000007
【図７】
0003859437.tif 000008
【図８】
0003859437.tif 000009
【図９】
0003859437.tif 000010
【図１０】
0003859437.tif 000011
【図１１】
0003859437.tif 000012
【図１２】
0003859437.tif 000013
【図１３】
0003859437.tif 000014
【図１４】
0003859437.tif 000015