JPH0750665B2 - 荷電ビ−ム描画装置 - Google Patents

荷電ビ−ム描画装置

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JPH0750665B2
JPH0750665B2 JP61191251A JP19125186A JPH0750665B2 JP H0750665 B2 JPH0750665 B2 JP H0750665B2 JP 61191251 A JP61191251 A JP 61191251A JP 19125186 A JP19125186 A JP 19125186A JP H0750665 B2 JPH0750665 B2 JP H0750665B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、可変寸法ビーム方式の荷電ビーム描画装置に
係わり、特にレンズ焦点合わせの改良をはかった荷電ビ
ーム描画装置に関する。
(従来の技術) 近年、半導体ウェハやマスク等の試料上に微細パターン
を形成するものとして、各種の電子ビーム描画装置が用
いられている。これらの装置のうち、描画すべきパター
ンに応じてビームの寸法を可変する、所謂可変寸法ビー
ム方式の電子ビーム描画装置は、描画精度及びスループ
ットの双方を満足するものとして注目されている。
第6図は従来の可変寸法ビーム方式の電子ビーム描画装
置を示す概略構成図である。図中10は電子銃、11,〜,15
は電子レンズ、16は試料面、17はブランキング電極、2
1,22はビーム成形用アパーチャマスク、23はビーム成形
用偏向器、24はビーム走査用偏向器、25は反射電子検出
器である。この装置では、コンデンサレンズ11,12によ
り第1のアパーチャマスク21を照明し、投影レンズ13に
より該マスク21のアパーチャ像を第2のアパーチャマス
ク22上に投影する。さらに、ビーム成形用偏向器23によ
りビームを偏向することにより、第1のアパーチャマス
ク21のアパーチャ像と第2のアパーチャマスク22のアパ
ーチャとで合成される成形アパーチャ像の寸法及び形状
を可変する。そして、この成形アパーチャ像を縮小レン
ズ14及び対物レンズ15により試料面16上に投影する。そ
して、光源である電子銃クロスオーバの像P〜P4を成形
アパーチャ像と分離して結像する、所謂ケーラ照明の構
成をとっている。
ところで、この種の装置でLSIパターンを描画するため
には、試料面上の電子ビームの電流密度分布が一様で、
且つ成形偏向を行ってビーム寸法を変化した時にもビー
ムの電流密度が変化しないことが必要である。従って、
描画に先立って、上記2つの条件を満たすように、コン
デンサレンズ及び投影レンズの焦点合わせを行う必要が
ある。
従来、この焦点合わせは、次のような方法で行ってい
た。即ち、投影レンズの励磁電流を微小に(正焦点の電
流の10-3程度)ステップ変化し、各ステップにおいて先
ずビームの強度分布が最も一様となるように1個のコン
デンサレンズの励磁電流を調整し、次いで一定の成形偏
向(例えばX寸法を4→2μmになる様)を行い、その
前後で平均的な電流密度の変化量を測定し、次のステッ
プに移る。このプロセスを繰返すことにより、上記2条
件を満たすようにレンズの励磁電流を合わせ込む。
しかしながら、この種の方法では次のような問題があっ
た。即ち、上述の説明からも明らかな如く、測定を繰返
して最適励磁電流に追い込む方法であるため、その調整
に多大な時間がかかる。さらに、コンデンサレンズと投
影レンズとの両方を変化しているので、各レンズの励磁
変化によるビームの軸ずれを補正する調整を行わなけれ
ばならない。このように、複雑な調整を繰返して行う測
定は、当然の如く誤差の発生を避けることはできず、そ
のためレンズの焦点合わせ精度は5×10-3程度しか得ら
れなかった。
(発明が解決しようとする問題点) このように従来装置では、レンズ(特に投影レンズ)の
焦点合わせに多大な時間が掛かり、また十分な精度は得
られなかった。このため、レンズの焦点ずれに起因して
描画精度が低下する等の問題があった。
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、レンズの焦点合わせを高精度に、且つ
短時間に行うことができ、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。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明の骨子は、投影レンズの焦点合わせを行うため、
クロスオーバ像に第2のビーム成形用アパーチャマスク
の半影が生じないような成形偏向領域を設けることにあ
る。
即ち本発明は、第1のビーム成形用アパーチャマスクの
アパーチャ像を、投影レンズにより第2のビーム成形用
アパーチャマスク上に投影すると共に、ビーム成形用偏
向器により第2のビーム成形用アパーチャマスク上でそ
の投影位置を可変し、第1のビーム成形用アパーチャマ
スクのアパーチャ像と第2のビーム成形用アパーチャマ
スクのアパーチャとで合成された成形アパーチャ像を試
料面上で走査して、該試料面上に所望のパターンを描画
する荷電ビーム描画装置において、前記ビーム成形用偏
向器の偏向中心が投影されるべき位置にビーム検出用ア
パーチャマスクを設けると共に、このビーム検出用アパ
ーチャマスクの配置位置におけるビームの中心位置を検
出する手段を設け、且つ前記第2のビーム成形用アパー
チャマスクのアパーチャ寸法を前記第1のビーム成形用
アパーチャマスクのアパーチャ像の寸法よりも少なくと
も一方向において大となるようにしたものである。
(作用) 前記第6図に示す光学系において、各レンズが正焦点に
あれば、クロスオーバ像P3,P4の位置には、ビーム成形
用偏向器の偏向中心の像が投影されるので、成形偏向を
行った際にもクロスオーバ像P3,P4は移動しない。従っ
て、投影レンズの焦点合わせは、偏向中心が正焦点の時
に投影される位置において、成形偏向に対してビームが
移動しないように投影レンズの励磁電流を調整すればよ
いはずである。
しかしながら、成形偏向を行うと当然のことながら第2
のアパーチャマスクのアパーチャ(第2アパーチャ)と
第1のアパーチャマスクのアパーチャ像(第1アパーチ
ャ像)とが重なり、偏向量及び方向に依存してその重な
り方が変化する。一方、焦点合わせを必要とするとき、
つまりコンデンサレンズが正焦点からずれた状態におい
ては、クロスオーバ像P2はビーム成形用偏向器の偏向中
心からずれており、同様にクロスオーバ像P3,P4もま
た、該偏向器の偏向中心の像位置からずれている。つま
り、クロスオーバ像と成形アパーチャ像とを完全に分離
して結像するケーラ照明条件が成立していない。この状
態で成形偏向を行うと、クロスオーバ像に第2アパーチ
ャの半影が生じるため、たとえ投影レンズが正焦点に合
わされていも、ビームが移動してしまうので、ビームが
移動しないように励磁電流を調整することが不可能であ
った。このことが、従来の複雑な焦点合わせを用いざる
を得なかった理由である。
そこで本発明では、投影レンズの焦点合わせを行うた
め、クロスオーバ像に第2アパーチャの半影が生じない
ように成形偏向領域を設けて、従来の問題点を解決して
いる。そして、第2アパーチャに接しない偏向領域内で
は、クロスオーバ像に第2アパーチャの半影が生じない
ので、この領域内で偏向量を変化することにより、高精
度で投影レンズの焦点合わせが可能となる。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の一実施例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10は電子銃であり、この
電子銃10から放射された電子ビームはコンデンサレンズ
11,12、投影レンズ13、縮小レンズ14及び対物レンズ15
を介して試料面16上に照射される。コンデンサレンズ1
1,12は、電子銃10から放射された電子ビームを集束して
第1のビーム成形用アパーチャマスク21を照明する。
第1のアパーチャマスク21のアパーチャ像(第1アパー
チャ像)21aは、投影レンズ13により第2のビーム成形
用アパーチャマスク22上に投影される。第1のアパーチ
ャマスク21と投影レンズ13との間には、ビーム成形用偏
向器23が配置されている。この偏向器23によってビーム
を偏向することにより、第2のアパーチャマスク22上に
おける第1アパーチャ像21aの位置が変化し、第1アパ
ーチャ像21aと第2のアパーチャマスク22のアパーチャ
(第2アパーチャ)22aとの合成による成形アパーチャ
像の寸法が変化する。そして、この成形アパーチャ像
は、縮小レンズ14及び対物レンズ15により、試料面16上
に結像されるものとなっている。
なお、電子銃10とコンデンサレンズ11との間には、ビー
ムをON-OFFするためのブランキング電極17が配置されて
いる。さらに、縮小レンズ14と対物レンズ15との間に
は、ビーム走査用偏向器24が配置されている。この偏向
器24は、上記成形アパーチャ像を試料面16上で走査する
ものである。また、対物レンズ15と試料面16との間に
は、試料面16からの反射電子を検出するための電子検出
器25が配置されている。
また、クロスオーバ像の位置は第1図に示す如き関係と
なっている。即ち、ビーム成形用偏向器23の偏向中心に
クロスオーバ像P2が形成され、さらに対物レンズ15の中
心にクロスオーバ像P4が形成されるものとなっている。
ここまでの構成は従来装置と同様であり、本実施例がこ
れと異なる点は、ビーム検出用アパーチャマスク31,ビ
ーム検出用偏向器32及び反射電子検出器33を新たに設け
たことにある。即ち、ビーム成形用偏向器23の偏向中心
が投影される位置にビーム検出用アパーチャマスク31が
配置されている。第2のアパーチャマスク22の下方に
は、ビーム検出用アパーチャマスク31上でビームを走査
するためのビーム検出用偏向器32が配置されている。さ
らに、ビーム検出用アパーチャマスク31の上方には、該
アパーチャマスク31からの反射電子を検出するための反
射電子検出器33が配置されている。
また、第2アパーチャと第1アパーチャ像との関係は第
2図に示す如くなっている。即ち、第2アパーチャ22a
は40μm×70μmの矩形であり、第1アパーチャ像21a
は60μm×30μmの矩形である。従って、第2アパーチ
ャ22aに接することなく、 a=70−30=40μm の偏向をビーム成形用偏向器23で行うことが可能とな
る。
次に、上記構成された本装置におけるレンズ焦点合わせ
方法について、第3図を参照して説明する。
まず、投影レンズ13の焦点がずれている時、ビーム成形
用偏向器23でb■cの如くビームを偏向すると、ビーム
検出用アパーチャマスク31においてビームの中心はB■
Cの如く移動する。この移動量をΔとする。移動量Δ
は、ビーム検出用偏向器32によりビームをビーム検出用
アパーチャマスク31上で走査し、この時の反射電子を電
子検出器33で検出することにより、ビーム検出用偏向器
32の偏向座標上でのアパーチャマスク31の開口中心位置
座標を検出し、その変化量より求める。つまり、ビーム
検出用アパーチャマスク31上におけるビームの中心位置
を検出し、さらにこのビーム中心位置の移動量を求め
る。
ビーム成形用偏向器23による偏向を上述のように、第2
アパーチャ22aにビームが接しない範囲に取れば、第2
アパーチャ22aの半影がアパーチャマスク31の位置での
ビーム強度分布に現われないので、高い検出精度が得ら
れる。
このとき、移動量Δと投影レンズ13の励磁電流Iとの関
係は、近似的に次式のように表わされる。
Δ=k・θ・(I−I0) 但し、θは偏向角、kは定数、I0は正焦点での電流値で
ある。Iに対するΔを測定し、最小2乗法でΔ=0とな
るI0を求めることにより、従来例の約20倍の精度で焦点
合わせが可能である。
このように本実施例によれば、ビーム検出用アパーチャ
マスク31,ビーム検出用偏向器32及び反射電子検出器33
を設けると共に、第2アパーチャ22aの寸法を第1アパ
ーチャ像21aの寸法により一方向において大きく設定し
ておくことにより、第2アパーチャ22aに接しない偏向
領域内でビーム検出用アパーチャマスク31上におけるビ
ームの中心位置及びその移動量を検出することが可能で
ある。従って、クロスオーバ像に第2アパーチャ22aの
半影を生じることなく、投影レンズ13の焦点合わせを高
精度に行うことができる。さらに、コンデンサレンズ1
1,12の焦点合わせとは独立して上記調整を行い得るの
で、投影レンズ13の焦点合わせを容易且つ短時間で済ま
せることができる。このため、描画精度の向上をはかり
得ると共に、描画スループットの向上をはかることがで
きる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記第2のビーム成形用アパーチャマスク
のアパーチャ形状は矩形に限るものではなく、第4図に
示す如く、多角形(5角以上)であってもよい。また、
第2アパーチャ22aは2個の開口部により形成されてい
てもよい。即ち、ビームをbへ偏向した場合に第2アパ
ーチャ22aにビームが接しないように第1の開口部が設
けられ、ビームをcへ偏向した場合も同様に第2アパー
チャ22aにビームが接しないように第2の開口部が設け
られてあればよく、第1の開口部と第2の開口部に挟ま
れた領域は開口していなくてもかまわない。要は、第2
アパーチャ22aの寸法が第1アパーチャ像21aに対し少な
くとも一方向において大であればよい。
また、ビーム検出用アパーチャマスクの配置位置におけ
るビーム位置を検出する手段としては、第5図(a)に
示す如く、アパーチャマスク31を4分割し各アパーチャ
マスク31a,〜,31dに流入する電流を検出することによ
り、ビーム位置を求めることも可能である。この場合、
前記ビーム検出用偏向器や反射電子検出器等は不要とな
る。さらに、第5図(b)に示す如く、4分割した各ア
パーチャマスク31a,〜,31dを中心部以外で一部重なるよ
うにして、各マスク間の隙間をなくすようにしてもよ
い。また、試料面上にファラデーカップを設け、前記反
射電子を検出する代りに、ビーム検出用アパーチャマス
クを通過した電子ビームを検出するようにしてもよい。
また、電子ビームの代りにイオンビームを用いた可変寸
法ビーム方式の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。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、投影レンズの焦点
合わせを高精度で且つ短時間で行うことができる。この
ため、レンズの焦点ずれ等に起因する描画精度の低下を
未然に防止することができ、描画精度の向上をはかり得
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる電子ビーム描画装置
を示す概略構成図、第2図は上記装置に用いた第2アパ
ーチャと第1アパーチャ像との関係を示す模式図、第3
図は上記装置の作用を説明するための模式図、第4図及
び第5図はそれぞれ変形例を説明するためのもので第4
図は第2アパーチャと第1アパーチャ像との関係を示す
模式図、第5図はビーム検出用アパーチャマスクを示す
平面図、第6図は従来装置を示す概略構成図である。 10……電子銃、11,12……コンデンサレンズ、13……投
影レンズ、14……縮小レンズ、15……対物レンズ、16…
…試料面、17……ブランキング電極、21……第1のビー
ム成形用アパーチャマスク、22……第2のビーム成形用
アパーチャマスク、23……ビーム成形用偏向器、24……
ビーム走査用偏向器、31,31a,〜,31d……ビーム検出用
アパーチャマスク、32……ビーム検出用偏向器、33……
反射電子検出器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のビーム成形用アパーチャマスクのア
    パーチャ像を、投影レンズにより第2のビーム成形用ア
    パーチャマスク上に投影すると共に、ビーム成形用偏向
    器により第2のビーム成形用アパーチャマスク上でその
    投影位置を可変し、第1のビーム成形用アパーチャマス
    クのアパーチャ像と第2のビーム成形用アパーチャマス
    クのアパーチャとで合成された成形アパーチャ像を試料
    面上で走査して、該試料面上に所望のパターンを描画す
    る荷電ビーム描画装置において、前記ビーム成形用偏向
    器の偏向中心が投影されるべき位置に設けられたビーム
    検出用アパーチャマスクと、このビーム検出用アパーチ
    ャマスクの配置位置におけるビームの中心位置を検出す
    る手段とを具備してなり、且つ前記第2のビーム成形用
    アパーチャマスクのアパーチャ寸法が前記第1のビーム
    成形用アパーチャマスクのアパーチャ像の寸法よりも少
    なくとも一方向において大であることを特徴とする荷電
    ビーム描画装置。
  2. 【請求項2】前記ビームの中心位置を検出する手段とし
    て、前記ビーム検出用アパーチャマスク上でビームを走
    査するためのビーム検出用偏向器と、上記アパーチャマ
    スクからの反射電子を検出するための電子検出器とを設
    けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の荷電
    ビーム描画装置。
  3. 【請求項3】前記ビームの中心位置を検出する手段とし
    て、前記ビーム検出用アパーチャマスク上でビームを走
    査するためのビーム検出用偏向器と、上記アパーチャマ
    スクを通過した電子ビームを検出するためのファラデー
    カップとを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の荷電ビーム描画装置。
  4. 【請求項4】前記ビームの中心位置を検出する手段とし
    て、前記ビーム検出用アパーチャマスクを複数に分割
    し、分割した各アパーチャマスク毎にその流入電流を検
    出することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の荷
    電ビーム描画装置。
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