JP5576458B2 - 電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光方法に関する。

電子ビームによるパターンの露光方法として、可変整形（Variable Shaped Beam;ＶＳＢ）方式や、部分一括露光（Character Projection；CP）方式がある。

これらの露光方式では、電子銃から放射された電子ビームを、矩形状の開口を備えたビーム整形部で切り出し、切り出した電子ビームの一部を更に別のビーム整形部で切り取ることで、様々な形状の電子ビームに整形する。そして、整形した電子ビームを電子レンズ系により１／２０〜１／５０に縮小して露光対象物の上に照射して露光を行う。

この様な電子ビーム露光において、露光のスループットを向上させるためには、一回のビーム照射で照射可能な範囲を増大させてビーム照射の回数を抑制するとともに、電子ビームの電流密度を増加させることで露光時間の短縮を図ることが有効である。

ところが、電子ビームの照射領域を増大させつつ電流密度を増加させると、電子ビーム中の電子間のクーロン相互作用の影響が大きくなり、電子ビームのボケが生じてしまう。その結果、露光により形成されたレジストパターンのエッジラフネスが大きくなるという問題が生じる。

特開２００４−８８０７１号公報 特開２００１−２７４０７７号公報 特開２００７−１８４３９８号公報

"Evaluation of throughput improvement and character projection in multi-column-cell E-beam exposure system"; Akio Yamada et.al. Proc of SPIE Vol. 7748 774816-4

そこで、電子ビームのボケを抑制しつつ、露光スループットを向上させることができる電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光方法を提供することを目的とする。

一観点によれば、電子ビームを放射する電子銃と、前記電子ビームを整形する第１の開口を有する第１ビーム整形部と、前記第１の開口を通過した電子ビームを偏向させる第１偏向器と、前記第１の開口を通過した電子ビームの一部分を通過させる第２の開口を有する第２ビーム整形部と、前記第２の開口を通過した電子ビームを偏向させる第２偏向器と、前記第２ビーム整形部を通過した電子ビームの一部分を通過させる第３の開口を有する第３ビーム整形部と、前記第１偏向器及び第２偏向器を制御することにより、基準ビームサイズを中心にして前記第１偏向器による偏向量及び第２偏向器による偏向量を互いに逆向きに変化させ、電子ビームのサイズ調整を行うことで、前記第１の開口によって形成された前記電子ビームのエッジを、前記第３の開口を通過した電子ビームから除去し、前記第２の開口及び第３の開口のみによって整形された電子ビームを生成させる制御部と、を備えた電子ビーム露光装置が提供される。

上記観点の電子ビーム露光装置では、微細なビームを整形する場合において、第２の開口を通過した電子ビームの電流値は、元の第１の開口を通過した電子ビームの電流値に比べて小さな値となる。そのため、前記第１の開口によって形成された前記電子ビームのエッジを前記第２のビーム整形部と前記第３のビーム整形部とによって除去することで、クーロン相互作用による電子ビームのボケを抑制でき、微細なパターンを精度よく描画できる。

これにより、電子ビームの電流密度を上げた場合であっても、電子ビームのボケを抑制することができ、従来よりも露光スループットが向上する。

図１は、予備的事項に係る可変整形方式の電子ビーム露光装置のビーム整形部を示す図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の電子ビーム露光装置による電子ビームの整形方法を示す図である。 図３は、図１の電子ビーム露光装置の第２のビーム整形部における電子ビームのボケの大きさを示す図である。 図４は、予備的事項に係る部分一括露光方式の電子ビーム露光装置のビーム整形部を示す図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、図４の電子ビーム露光装置による電子ビームの整形方法を示す図である。 図６は、図４の電子ビーム露光装置を用いて作製した直線パターンの走査型電子顕微鏡像である。 図７は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図８は、図７の電子ビーム露光装置のビーム整形部を示す図である。 図９（ａ）〜（ｄ）は、図８の電子光学系における電子ビームの整形方法を示す図である。 図１０は、第１実施形態に係る電子ビーム露光法を示すフローチャートである。 図１１は、第２実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図１２は、図１１の電子ビーム露光装置のビーム整形部を示す図である。 図１３（ａ）〜（ｃ）は、図１２の電子光学系による電子ビームの整形方法を示す図である。

実施形態の説明に先立って、基礎となる予備的事項について説明する。

図１は、予備的事項に係る可変整形方式の電子ビーム露光装置のビーム整形部を示す図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の電子ビーム露光装置による電子ビームの整形方法を示す図である。

図１に示す可変整形方式の電子ビーム露光装置のビーム成形部では、電子銃１０１から放出された電子ビームＥＢ₀を、第１のビーム整形部１０３で切り取る。

これにより、図２（ａ）において斜線を付して示すように、電子銃１０１から放出された断面が円形の電子ビームＥＢ₀が矩形状の第１アパーチャ１０３ａで切り取られる。そして、断面が矩形状の電子ビームＥＢ₁（図２（ｂ）参照）に整形される。なお、第１アパーチャ１０３ａ以外の部分に照射された電子ビームＥＢ₀は、第１のビーム整形部１０３によって吸収又は散乱されて除去される。

次に、図１に示すように、電子ビームＥＢ₁は、第１偏向器１０４で偏向されるとともに、電磁レンズ１０５及び電磁レンズ１０８により第２のビーム整形部１４０上に結像される。

このとき、図２（ｂ）で斜線を付して示すように、電子ビームＥＢ₁の第１アパーチャ１０３ａの像が第２アパーチャ１４０ａと重なる部分で切り取られる。これにより、図２（ｃ）に示すように、所望の形状の矩形状の電子ビームＥＢ₂が得られる。

この様にして整形された電子ビームＥＢ₂は、その後、不図示の電子光学系により１／２０〜１／５０倍に縮小されて露光対象となる試料表面に照射される。

上記のように、図１の電子ビーム露光装置のビーム整形部で形成された電子ビームＥＢ₂は、第１アパーチャ１０３ａで切り出されたエッジと、第２アパーチャ１４０ａで切り出されたエッジとが混在している。

すなわち、図２（ｃ）に示す電子ビームＥＢ₂のエッジａ１、ａ２は第１アパーチャ１０３ａで切り出されたエッジであり、エッジａ３、ａ４は第１アパーチャ１４０ａで切り出されたエッジである。

なお、ここでのエッジは、結像された電子ビームの断面に現れるアパーチャの像の縁の部分をいうものとする。

電子ビーム露光装置において、スループットを向上させるために１回のビーム照射で電子ビームが照射される面積の拡大を図ること、及び電子ビームの電流密度を上げることが求められるため、電子ビームの電流を増大させる必要がある。

例えば、露光対象となる試料の表面で最大で１μｍ×１μｍの大きさの電子ビームを、電流密度１００Ａ／ｃｍ²で照射するために必要とされる電子ビームを考える。この場合には、第１アパーチャ１０３ａを通過する電子ビームＥＢ₁には、電流量保存の法則により下記の電流が必要となる。

１μｍ×１μｍ×１００Ａ／ｃｍ²＝１μＡ …（１）
このような比較的大きな電流値の下では、電子ビームに含まれる電子同士のクーロン力による相互作用の影響が大きくなり、第１アパーチャ１０３ａで切り出された電子ビームＥＢ₁のエッジａ１、ａ２のボケが大きくなる。

図３は、横軸に電子ビームＥＢ₁の電流値をとり、縦軸にボケ（Ｂｌｕｒ）の大きさをとって、第１アパーチャ１０３ａで切り出された電子ビームのボケの大きさを計算により求めた結果を示している。なお、図３の計算において、第１ビーム整形部１０３と第２ビーム整形部１４０との距離は約２００ｍｍとした。

図３に示すように、第２ビーム整形部１４０上に結像された電子ビームＥＢ₁のボケの大きさは、電子ビームＥＢ₁の電流値Ｉに比例して増加しており、電流値Ｉが１μＡ（１０００ｎＡ）の場合には電子ビームＥＢ₂のエッジに約６５０ｎｍのボケが生じる。

第２ビーム整形部１４０でのボケは、電子光学系により１／２０〜１／５０に縮小されて試料表面に投影される。それでも、露光対象試料の上で１３ｎｍ〜３２ｎｍのボケ量になる。このような第１アパーチャ１０３ａで切り出された電子ビームＥＢ₁に由来するボケが描画されたパターンのエッジラフネスとして現れる。

今後、線幅が例えば１１〜１８ｎｍといった微細なパターンを電子ビーム露光により形成する場合には、露光対象試料を照射するビームエッジのボケは大きくても１０ｎｍ未満とすることが好ましい。

したがって、図１の電子ビーム整形部を有する電子ビーム露光装置では、最大ビームサイズを１μｍ×１μｍとしつつ、電流密度を１００Ａ／ｃｍ²といった条件では、線幅が１１〜１８ｎｍ程度のパターンの描画は困難である。上記の装置で線幅が１１〜１８ｎｍ程度のパターンを描画するためには、電子ビームの電流密度を３０Ａ／ｃｍ²程度に落とす必要があり、露光に要する時間が長くなってしまう。

同様の問題はＣＰ方式の電子ビーム露光装置でも生じる。

図４は、予備的事項に係るＣＰ方式の電子ビーム露光装置のビーム整形部を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）は、ＣＰ方式の電子ビーム露光装置における電子ビームの整形方法を示す図である。

図４に示すＣＰ方式の電子ビーム露光装置のビーム整形部では、電子銃１０１から放出された電子ビームＥＢ₀を第１ビーム整形部１０３で切り出して断面が矩形状の電子ビームＥＢ₁に整形する。

第１ビーム整形部１０３を通過した電子ビームＥＢ₁は、ＣＰマスク偏向器１２４ａ、１２４ｂにより位置決めされ、電磁レンズ１０５、１０８によりＣＰ露光用マスク１１０の所定の開口パターンの上に結像される。

図５（ａ）に示すように、ＣＰ露光用マスク１１０の上には、複数の開口パターン１１０ａ〜１１０ｄが形成されている。なお、図示の例はＣＰ露光用マスク１１０の一部を示しており、ＣＰ露光用マスク１１０には全体として数十〜数百の開口パターンが設けられている。

ＣＰ露光法において、図５（ｂ）のように、開口パターン１１０ｃの一部と重なるように電子ビームＥＢ₁を照射することで、電子ビームＥＢ₂のサイズを可変とする場合がある。

この様な場合には、電子ビームＥＢ₂のエッジａ１、ａ２は、第１ビーム整形部１０３で切り取られたエッジであり、それらのエッジａ１、ａ２でボケが大きくなる。

図６は、第１アパーチャ１０３ａとＣＰ露光用マスク１１０の開口パターン１１０ｃを使用して整形した直線状のレジストパターンのＳＥＭ写真を模写した図である。

ここでは、線幅が６０ｎｍのラインパターンを図５（ａ）の方法で描画した結果を示している。また、図中のラインパターンの左側のエッジａ４はＣＰパターン１１０ｃによって切り取られた電子ビームのエッジに対応し、ラインパターンの右側のエッジａ５は第１アパーチャ１０３ａによって切り取られた電子ビームのエッジに対応する。

図示のように、ラインパターンの右側のエッジａ５の方がラインパターンの左側のエッジａ４よりも太くなっており、エッジａ５の線幅方向の凹凸（エッジラフネス）がエッジａ４のエッジラフネスよりも大きくなっていることがわかる。

以下、実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図７は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図であり、図８は図７の電子ビーム露光装置のビーム整形部を示す図である。また、図９（ａ）〜（ｄ）は図８のビーム整形部による電子ビームの整形方法を示す図である。

図７に示すように、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００は、統合制御系２１と、露光データメモリ２３と、制御部３１と、電子光学系コラム８０と、試料室７１とに大別される。このうち、電子光学系コラム８０は、ビーム整形部８０ａと、基板偏向部８０ｂとを備え、その内部は減圧されている。

図８に示すように、ビーム整形部８０ａは、電子ビームＥＢ₀を放出する電子銃１０１を備え、その電子銃１０１の下方（電子ビームの下流側）には、電子ビームＥＢ₀を切り取る第１ビーム整形部１０３が設けられている。第１ビーム整形部１０３は、図９（ａ）に示すように矩形状の開口によって形成されてなる第１アパーチャ１０３ａを有している。

図８に示すように、第１ビーム整形部１０３の下方には、第１ビーム整形部１０３で整形された矩形状の電子ビームＥＢ₁を切り取る第２ビーム整形部１４０が設けられている。

第１ビーム整形部１０３と第２ビーム整形部１４０との間には、電子ビームＥＢ₁を第２ビーム整形部１４０上に結像させる第１電磁レンズ１０５及び第２電磁レンズ１０７が設けられている。また、第１電磁レンズ１０５と第２電磁レンズ１０７との間には、電子ビームＥＢ₁の結像位置を調整する第１偏向器１０４及び第１アライメント部５０８が設けられている。

図９（ｂ）に示すように、第２ビーム整形部１４０には、開口によって形成されてなる第２アパーチャ１４０ａが設けられており、第２アパーチャ１４０ａと電子ビームＥＢ₁とが重なる部分が第２ビーム整形部１４０を通過して電子ビームＥＢ₂となる。

さらに、図８に示すように、第２ビーム整形部１４０の下方には第３ビーム整形部１５０が設けられており、その第２ビーム整形部１４０と第３ビーム整形部１５０との間には、第２偏向器１１１、第２アライメント部５０９、及び第３電磁レンズ１１２が設けられている。

電子ビームＥＢ₂は、第２偏向器１１１及び第２アライメント部５０９により第３ビーム整形部１５０上の所定位置に偏向され、第３電磁レンズ１１２により第３ビーム整形部１５０の上に結像される。

図９（ｃ）に示すように、第３ビーム整形部１５０には開口によって形成されてなる第３アパーチャ１５０ａが設けられており、この第３アパーチャ１５０ａによって電子ビームＥＢ₂のエッジのうち、第１ビーム整形部１０３によって切り取られたエッジが除去される。ここで、第１ビーム整形部１０３で成形した電子ビームのエッジを除去するとは、第１ビーム整形部１０３を通過した電子ビームのエッジ付近の部分を下流側のビーム整形部１４０、１５０で反射、吸収又は散乱することで試料側に行かないようにすることをいう。

これにより、図９（ｄ）に示す断面が矩形状の電子ビームＥＢ₃が得られる。

その後、図７に示すように、電子ビームＥＢ₃は、基板偏向部８０ｂにより断面サイズが１／２０〜１／５０に縮小され、露光対象物である試料７３の上に照射される。なお、基板偏向部８０ｂの第４電磁レンズ１１８及び対物レンズ１２０はり電子ビームＥＢ₃を試料７３の上に結像させ、露光位置偏向器１１９は試料７３上の所望の照射位置に電子ビームＥＢ₃を偏向させる。

試料室７１には、モータ等で水平方向に移動可能な試料ステージ７２が設けられており、その試料ステージ７２の上に露光対象物である試料７３が固定される。試料ステージ７２を移動させることにより、試料７３の全面に露光を行うことができる。

制御部３１は、電子銃制御部２０２と、電子光学系制御部２０３と、偏向制御部２０４と、ブランキング制御部２０６と、ステージ制御部２０７とを備えている。これらのうち、電子銃制御部２０２は、電子銃１０１を制御して、電子ビームＥＢ₀の加速電圧や電流密度等を制御する。

また、電子光学系制御部２０３は、電磁レンズ１０５、１０７、１１２及び対物レンズ１２０を制御する。

ブランキング制御部２０６は、電子ビームＥＢ₃を照射するか否かを決めるブランキング電極（不図示）への電圧を制御して、露光前に試料７３上に電子ビームＥＢ₃が照射されるのを防ぐ。

ステージ制御部２０７は、試料ステージ７２を移動させて試料７３の所望の位置に電子ビームＥＢ₃が照射されるようにする。

偏向制御部２０４は、露光データメモリ２３から露光データを読み込み、各ショット毎の電子ビームのサイズを表すビームサイズデータと電子ビームの試料上の照射位置を表す露光位置データとを生成する。

さらに偏向制御部２０４には、ビームサイズデータに基づいて動作する第１偏向補正部２１１及び第２偏向補正部２１２と、露光位置データに基づいて動作する露光位置制御部２１３とが設けられている。第１偏向補正部２１１は第１偏向器１０４及び第１アライメント部５０８への制御信号をドライバ２１１ａを介して出力する。また、第２偏向補正部２１２は第２偏向器１１１及び第２アライメント部５０９への制御信号をドライバ２１２ａを介して出力する。

露光位置制御部２１３は、露光位置データに基づいて、ドライバ２１３ａを介して露光位置偏向器１１９に所定の偏向出力を設定する。

上記の制御部３１の各部に動作指示を与える露光データは、統合制御系２１によって作成される。その統合制御部２１は、例えばワークステーションなどの計算機であり、露光対象となるパターンを表した設計データに基づいて各ショット毎の露光データを作成する。そして統合制御系２１は、作成した露光データをバス２２を介して露光データメモリ２３に転送する。

以下、第１偏向補正部２１１及び第２偏向補正部２１２の動作について更に説明する。

第１偏向補正部２１１及び第２偏向補正部２１２は、ある特定の大きさの矩形状の基準ビームサイズ（Ｓ_0x，Ｓ_0y）のビームサイズデータに対応する第１アライメント部５０８及び第２アライメント部５０９への基準出力を設定する。この基準出力が第１アライメント部５０８及び第２アライメント部５０９に入力されると、基準ビームサイズ（Ｓ_0x、Ｓ_0y）の電子ビームが整形されるように動作する。

例えば、図９（ｂ）の破線部に示すように、第１アライメント部５０８は、第２ビーム成形部１４０上の電子ビームＥＢ₁の結像位置の左下の隅が第２アパーチャ１４０ａの右上の隅と重なるように電子ビームＥＢ₁を偏向する。

また、図９（ｃ）の破線部に示すように、第２アライメント部５０９は、第３ビーム整形部１５０上の電子ビームＥＢ₂の結像位置の右上の隅が第３アパーチャ１５０ａの左下の隅と重なるように電子ビームＥＢ₂を偏向する。

その結果、第１、第２偏向器１０４、１１１への出力が設定される前の時点で、ビームサイズがＳ_x＝Ｓ_y＝０となる。

なお、基準ビームサイズ（Ｓ_0x、Ｓ_0y）の大きさ０でなくてもよく、例えば第１アパーチャ１４０ａ及び第２アパーチャ１５０ａのサイズと同じとしてもよい。この場合には、第１偏向補正部２１１は、第２ビーム整形部１０４上の電子ビームＥＢ₁の結像位置の左下の隅が第２アパーチャ１４０ａの左下の隅と重なるように第１アライメント部５０８の出力を設定する。また、第２偏向補正部２１２は、第３ビーム整形部１５０上の電子ビームＥＢ₂の結像位置の右上の隅が第３アパーチャ１５０ａの右上の隅と重なるように第２アライメント部５０９の出力を設定する。

次に、基準ビームサイズ（Ｓ_0x、Ｓ_0y）が０である場合に、ビームサイズを（Ｓ_x、Ｓ_y）に増加させる場合について説明する。

この場合には、第１偏向補正部２１１は、第１偏向器１０４に対して所定の出力を設定し、第２ビーム整形部１４０上の電子ビームＥＢ₁の結像位置が第２アパーチャ１４０ａに対して左下に移動するように偏向させる。これにより、図９（ｂ）の斜線部に示すように、所定の大きさの電子ビームＥＢ₂が第２ビーム整形部１４０を通過する。

また、第２偏向補正部２１２は、第２偏向器１１１に対して所定の出力を設定し、第３ビーム整形部１５０上の電子ビームＥＢ₂の結像位置が第３アパーチャ１５０ａに対して右上に移動するように変更させる。これにより、図９（ｃ）の斜線部に示すように、ビームサイズ（Ｓ_x、Ｓ_y）の電子ビームＥＢ₃が整形される。

一方、基準ビームサイズ（Ｓ_0x、Ｓ_0y）の大きさが、第１アパーチャ１４０ａ及び第２アパーチャ１５０ａと同じ大きさの場合に、ビームサイズを（Ｓ_x、Ｓ_y）に減少させる場合については以下のようになる。

この場合には、第１偏向補正部２１１は、第２ビーム整形部１４０上の電子ビームＥＢ₁の結像位置の左下の隅が右上に所定距離だけ移動するように第１偏向器１０４への出力を設定する。また、第２偏向補正部２１２は、第３ビーム整形部１５０上の電子ビームＥＢ₂の結像位置の右上の隅が左下に所定距離だけ移動するように第２偏向器１１１への出力を設定する。

このように、本実施形態ではビームサイズを変更する場合において、第１偏向器１０４と第２偏向器１１１とによる電子ビームの偏向方向を逆方向とすることで、常に、第１ビーム整形部１０３で切り出されたエッジを、電子ビームＥＢ₃から取り除くことができる。

図９（ｄ）に示すように、電子ビームＥＢ₃のエッジ５３ａ、５３ｂは、第２アパーチャ１４０ａのエッジに対応し、電子ビームＥＢ₃のエッジ５３ｃ、５３ｄは、第３アパーチャ１５０ａのエッジに対応する。すなわち、電子ビームＥＢ₃は、第２アパーチャ１４０ａ及び第３アパーチャ１５０ａにより切り出されたエッジを含むが、第１アパーチャ１０３ａで切り出されたエッジを含まない。

第２アパーチャ１４０ａを通過する電子ビームＥＢ₂の電流値及び、第３アパーチャ１５０ａを通過する電子ビームＥＢ₃の電流値は、電子ビームＥＢ₁の電流値に比べて小さい値となる。これにより、第２ビーム整形部１４０から第３ビーム整形部１５０までの間、及び第３整形部１５０から露光対象とする試料７３までの間のクーロン相互作用の影響は小さくなる。

そのため、本実施形態の電子ビーム露光装置１００によれば、電子ビームＥＢ₃のエッジ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄのクーロン効果によるボケを小さくすることができ、大電流密度を実現しつつもシャープな電子ビームを試料７３の表面に照射することができる。

以上の本実施形態の電子ビーム露光装置１００によれば、電子ビームのボケを抑制しつつ、露光スループットを向上させることができる。

以下、電子ビーム露光装置１００を用いた電子ビーム露光方法について説明する。

図１０は、本実施形態に係る電子ビーム露光方法を示すフローチャートである。

図１０に示すように、電子ビーム露光装置１００の制御部３１（図７参照）は、まずステップＳ１０において初期設定を行ない、電子ビームＥＢ₀の加速電圧及び電流を所定値に設定する。また、電子光学系制御部２０３が電磁レンズ１０５、１０７、１１２、１１８及び対物レンズ１２０へ所定の電力を供給する。

次に、図１０のステップＳ１１に移行し、制御部３１が露光データメモリ２３から最初の露光データを読み込み、ステージ制御部２０７（図７参照）を用いて、試料７３を最初の露光位置に移動させる。

次いで、ステップＳ１２に移行して、制御部３１（図７参照）の偏向制御部２０４が露光データに基づいて、照射する電子ビームＥＢ₃のサイズを表すビームサイズデータと、電子ビームＥＢ₃の照射位置座標を表す露光位置データを生成する。

その後、ステップＳ１３に移行して、制御部３１の第１偏向補正部２１１及び第２偏向補正部２１２が、ビームサイズデータで指定されたサイズの電子ビームを出力するのに必要な出力を設定する。

第１アライメント部５０８及び第２アライメント部５０９への出力については、先に図９（ｂ）及び図９（ｃ）を参照しつつ説明した方法により出力を設定する。

また、第１偏向補正部２１１及び第２成形偏向補正器２１２は、入力されたビームサイズデータ（Ｓ_x，Ｓ_y）に対して、座標変換に相当する下記の演算処理を実施することで、第１偏向器１０４及び第２偏向器１１１への出力を設定する。

すなわち、第１偏向補正部２１１は、第１偏向器１０４のｘ方向の補正値Ｓ_1x及びｙ方向の補正値Ｓ_1yを下記の式に基づいて求める。

Ｓ_1x＝Ｇ_1x・（Ｓ_x−Ｓ_0x）＋Ｒ_1x・（Ｓ_y−Ｓ_0y）＋Ｈ_1x・（Ｓ_x−Ｓ_0x）・（Ｓ_y−Ｓ_0y）＋Ｏ_1x … （１）
Ｓ_1y＝Ｇ_1y・（Ｓ_y−Ｓ_0y）＋Ｒ_1y・（Ｓ_x−Ｓ_0x）＋Ｈ_1y・（Ｓ_y−Ｓ_0y）・（Ｓ_x−Ｓ_0x）＋Ｏ_1y … （２）
また、第２偏向補正部２１２は、第２偏向器１１１のｘ方向の補正値Ｓ_2x及びｙ方向の補正値Ｓ_2yを下記の式に基づいて求める。

Ｓ_2x＝Ｇ_2x・（Ｓ_x−Ｓ_0x）＋Ｒ_2x・（Ｓ_y−Ｓ_0y）＋Ｈ_2x・（Ｓ_x−Ｓ_0x）・（Ｓ_y−Ｓ_0y）＋Ｏ_2x … （３）
Ｓ_2y＝Ｇ_2y・（Ｓ_y−Ｓ_0y）＋Ｒ_2y・（Ｓ_x−Ｓ_0x）＋Ｈ_2y・（Ｓ_y−Ｓ_0y）・（Ｓ_x−Ｓ_0x）＋Ｏ_2y … （４）
ここで、Ｇは倍率の補正係数であり、Ｒは回転成分の補正係数であり、Ｈは歪み成分の補正係数であり、Ｏはオフセット成分の補正係数である。

また、（Ｓ_0x、Ｓ_0y）は基準ビームサイズであり、ビームサイズデータ（Ｓ_x、Ｓ_y）が基準ビームサイズ（Ｓ_0x、Ｓ_0y）のときに、補正演算後の第１偏向器１０４及び第２偏向器１１１への出力はほぼゼロとなる。このとき、露光対象試料７３上で基準ビームサイズ（Ｓ_0x、Ｓ_0y）を所定の倍率で縮小した電子ビームＥＢ₃が得られ、且つ、第２、第３アパーチャ１４０ａ、１５０ａの異なる隅に電子ビームが当たるように、アライメント５０８、６０９への出力を設定する。

さらに、係数Ｇ_1x，Ｒ_1x、Ｈ_1x、Ｇ_1y、Ｒ_1y、Ｈ_1y，及び係数Ｇ_2x、Ｒ_2x、Ｈ_2x、Ｇ_2y、Ｒ_2y、Ｈ_2yを適切に設定する。これにより、常に試料７３上の電子ビームＥＢ₃のエッジが第２、第３アパーチャ１４０ａ、１５０ａによって切り取られたエッジのみとすることができる。

また、ステップＳ１３において、露光位置補正部２１３は露光位置データ（Ｘ、Ｙ）に基づいて下記の式により露光位置偏向器１１９への偏向出力を求める。ここで、（Ｘ_out、Ｙ_out）は、露光位置偏向器１１９のＸ方向及びＹ方向の偏向出力を表す。

Ｘ_out＝ｇ_x・Ｘ＋ｒ_x・Ｙ＋ｈ_x・Ｘ・Ｙ＋ｏ_x …（５）
Ｙ_out＝ｇ_y・Ｙ＋ｒ_y・Ｘ＋ｈ_y・Ｘ・Ｙ＋ｏ_y …（６）
次に、ステップＳ１４に移行して、制御部３１のドライバ２１１ａ、２１２ａ、２１３ａが、補正部２１１、２１２、２１３で算出した補正値に対応する偏向出力を、それぞれ第１、第２アライメント部５０８、５０９、第１偏向器１０４、第２偏向器１１１及び露光位置偏向器１１９に与える。

以上により、電子ビームＥＢ₃のサイズ及び照射位置が定まり露光の準備が完了する。

その後、ステップＳ１５に移行して、制御部３１のブランキング制御部２０６がブランカ（不図示）を所定の時間だけ作動させて、電子ビームＥＢ₃を試料７３に照射する。

これにより、１回のビーム照射（ショット）が完了する。

その後、ステップＳ１６に移行して、制御部３１は、露光データメモリ２３から次の露光データを読み出し、現在のステージ位置での露光が完了したか否かを判断する。ステップＳ１６において、制御部３１がそのステージ位置での露光が完了していないと判断した場合（ＮＯ）には、ステップＳ１２に移行して次の露光データに基づいた露光を行う。

また、ステップＳ１６において、制御部３１がそのステージ位置での露光が完了したと判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１７に移行する。

次のステップＳ１７では、制御部３１が露光データに基づいて試料全体の露光が完了したか否かを判断する。試料全体の露光が完了していないと判断した場合（ＮＯ）には、ステップＳ１１に移行して、制御部３１のステージ制御部２０７が試料ステージ７２を移動させて試料７３を次のステージ位置に移動させる。

一方、ステップＳ１７において、制御部３１が試料全体の露光が完了したと判断した場合（ＹＥＳ）には、露光処理を終了する。

以上により、本実施形態に係る電子ビームの露光が完了する。

本実施形態によれば、試料７３に照射される電子ビームＥＢ₃のエッジには、ボケ量の大きな第１アパーチャ１０３ａのエッジが含まれない。そのため、電子ビームの電流密度を増加させても、電子ビームのボケ量を抑制することができ、高い精度を維持しつつ、ステップＳ１５における電子ビームの照射時間が短縮される。これにより、スループットが向上する。

（第２実施形態）
図１１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。

本実施形態に係る電子ビーム露光装置２００はＣＰ方式の電子ビーム露光が可能となっている点で図７に示す可変整形方式の電子ビーム露光装置１００と異なる。なお、本実施形態の電子ビーム露光装置２００において、図７、図８に示す電子ビーム露光装置１００と同様の構成については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１１に示すように、本実施形態に係る電子ビーム露光装置２００は、コラムセル８１のビーム整形部８１ａにおいて、第１ビーム整形部１０３と、第１偏向器１０４と、第２ビーム整形部１４０と、電磁レンズ１０５、１０７を備えている。

また、ビーム整形部８１ａには、複数の開口パターンを有するＣＰマスク１１０が設けられている。このＣＰマスク１１０上の開口パターンは、ＣＰマスク偏向器１２４ａ、１２４ｂによって選択され、開口パターンを通過した電子ビームＥＢ₃は、振戻偏向器１２５ａ、１２５ｂによって光軸に振り戻される。

電磁レンズ１１８、露光位置偏向器１１９、対物レンズ１２０、及び試料室７１は、図７の電子ビーム露光装置１００と同様である。

一方、制御部３２は、偏向制御部２０４及びマスク基板制御部２０５において図７の制御部３１と相違する。このうち、マスク基板制御部２０５は、ＣＰマスク偏向器１２４ａ、１２４ｂの偏向範囲を超える部分にある開口パターンを使用する場合に、ＣＰマスク１１０を移動させるための制御信号をＣＰマスク１１０を保持するマスクステージに与える。

一方、偏向制御部２０４は、露光データメモリ２３から露光データを読み出し、各ショットのビームサイズを規定するビームサイズデータ、電子ビームの照射位置を規定する露光位置データ及び使用する開口パターンを規定するＣＰ選択偏向データを発生する。

ビームサイズ偏向データ補正部２２１、２２２は、ビームサイズデータに対してそれぞれ第２ビーム整形部１４０及びＣＰ露光用マスク１１０上の電子ビームの照射位置への座標変換に相当する補正演算を施す。また、ＣＰ選択偏向データ補正部２２３は、ＣＰ選択偏向データに基づいてＣＰ露光用マスク１１０上の照射位置への座標変換に相当する補正演算を施してＣＰマスク偏向器１２４ａ、１２４ｂへの出力を設定する。さらに、ＣＰ選択偏向データ補正部２２４は振戻偏向器１２５ａ、１２５ｂへの出力値を演算する。

露光位置データ補正部２２５は、露光位置データに座標変換に相当する補正演算を行う。

上記の補正部２２１、２２２、２２３、２２４、２２５の演算結果はそれぞれドライバ２２１ａ、２２３ａ、２２４ａ、２２５ａを介して偏向器１０４、１２５、１１９の駆動電力として出力される。なお、ビームサイズ偏向データ補正部２２２の演算結果とＣＰ選択偏向データ補正部２２３の演算結果とは予め加算されてドライバ２２３ａに入力される。

以下、電子ビーム露光装置２００による電子ビームの整形方法について説明する。

図１２は図１１に示す電子ビーム露光装置のビーム整形部を示す図であり、図１３（ａ）〜（ｃ）は図１２のビーム整形部における電子ビームの整形方法を示す図である。

図１２に示すように、電子銃１０１から放出された電子ビームＥＢ₀は、第１ビーム整形部１０３の第１アパーチャ１０３ａによって切り取られ、断面が矩形状の電子ビームＥＢ₁に整形される。

次いで、電子ビームＥＢ₁は、第１偏向器１０４及び第１アライメント部５０８により、第２ビーム整形部１４０の第２アパーチャ１４０ａ上に導かれる。そして、電磁レンズ１０５、１０７によって第１アパーチャ１０３ａの像が第２ビーム整形部１４０上に結像される。これにより、図１３（ａ）に示すように電子ビームＥＢ₁の一部が第２アパーチャ１４０ａで切り取られて断面が矩形状の電子ビームＥＢ₂に整形される。

図１２に示すように、電子ビームＥＢ₂はＣＰマスク偏向器１２４ａ、１２４ｂにより、ＣＰ露光用マスク１１０の所定の開口パターン上に導かれる。そして、電子ビームＥＢ₂の像が電磁レンズ１０８によってＣＰ露光用マスク１１０の上に結像される。これにより、図１３（ｂ）に示すように電子ビームＥＢ₂の一部が開口パターン１１０ｄで切り取られる。

本実施形態では、電子ビームのサイズを予め設定された基準ビームサイズ（Ｓ_0x、Ｓ_0y）を中心に変化させる。ビームサイズ（Ｓ_x、Ｓ_y）を変えるときは、第１偏向器１０４による第２ビーム整形部１４０上への電子ビームＥＢ₁の照射位置と、ＣＰマスク偏向器１２４ａ、１２４ｂによるＣＰ露光用マスク１１０上への電子ビームＥＢ₂の照射位置とを逆方向に移動させる。

これにより、図１３（ｃ）に示すように、第２アパーチャ１４０ａ及びＣＰ露光用マスク１１０の開口パターンに切り取られたエッジのみを有する電子ビームＥＢ₃が得られる。すなわち、電子ビームＥＢ₃から第１アパーチャ１０３ａで切り取られたエッジを除去できる。

したがって、本実施形態によれれば、電子ビームＥＢ₁におけるボケの影響を防ぐことができ、大電流密度を維持しつつ高精度な露光を行うことができる。

２１…統合制御系、２２…バス、２３…露光データメモリ、３１…制御部、７１…試料室、７２…試料ステージ、７３…試料、８０、８１…電子光学系コラム、８０ａ、８１ａ…ビーム整形部、８０ｂ、８１ｂ…基板偏向部、１００、２００…電子ビーム露光装置、１０１…電子銃、１０３…第１ビーム整形部、１０３ａ…第１アパーチャ、１０４…第１偏向器、１０５、１０７、１０８、１１２、１１８、１２０…電磁レンズ、１１０…ＣＰ露光用マスク、１１０ａ〜１１０ｄ…開口パターン、１１１…第２偏向器、１１９…露光位置偏向器、１４０…第２ビーム整形部、１４０ａ…第２アパーチャ、１５０…第３ビーム整形部、１５０ａ…第３アパーチャ、１２４ａ、１２４ｂ…ＣＰマスク偏向器、１２５ａ、１２５ｂ…振戻偏向器、２０２…電子銃制御部、２０３…電子光学系制御部、２０４…偏向制御部、２０５…マスク基板制御部、２０６…ブランキング制御部、２０７…ステージ制御部、２１１、２１２、２１３、２２１、２２２、２２３、２２４、２２５…補正部、２１１ａ。２１２ａ、２１３ａ、２２１ａ、２２３ａ、２２４ａ、２２５ａ…ドライバ、５０８…第１アライメント部、５０９…第２アライメント部。

Claims (5)

1. 電子ビームを放射する電子銃と、
   前記電子ビームを整形する第１の開口を有する第１ビーム整形部と、
   前記第１の開口を通過した電子ビームを偏向させる第１偏向器と、
   前記第１の開口を通過した電子ビームの一部分を通過させる第２の開口を有する第２ビーム整形部と、
   前記第２の開口を通過した電子ビームを偏向させる第２偏向器と、
   前記第２ビーム整形部を通過した電子ビームの一部分を通過させる第３の開口を有する第３ビーム整形部と、
   前記第１偏向器及び第２偏向器を制御することにより、基準ビームサイズを中心にして前記第１偏向器による偏向量及び第２偏向器による偏向量を互いに逆向きに変化させ、電子ビームのサイズ調整を行うことで、前記第１の開口によって形成された前記電子ビームのエッジを、前記第３の開口を通過した電子ビームから除去し、前記第２の開口及び第３の開口のみによって整形された電子ビームを生成させる制御部と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム露光装置。
2. 前記第１の開口、第２の開口、及び第３の開口は矩形に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
3. 前記第１の開口、第２の開口は矩形パターンであり、前記第３の開口は複数の開口パターンが形成されたＣＰ露光用マスクの中の開口パターンの何れかから選択された開口パターンであることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
4. 前記第１ビーム整形部と第２ビーム整形部との間に配置され、前記第１の開口を通過した電子ビームを前記第２の開口の上に結像させる第１電磁レンズと、
   前記第２ビーム整形部と第３ビーム整形部との間に配置され、前記第２の開口を通過した電子ビームを前記第３の開口の上に結像させる第２の電磁レンズと、
   を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電子ビーム露光装置。
5. 電子ビームを放射する電子銃と、前記電子ビームを整形する第１の開口を有する第１ビーム整形部と、前記第１の開口を通過した電子ビームを偏向させる第１偏向器と、前記第１の開口を通過した電子ビームの一部分を通過させる第２の開口を有する第２ビーム整形部と、前記第２の開口を通過した電子ビームを偏向させる第２偏向器と、前記第２ビーム整形部を通過した電子ビームの一部分を通過させる第３の開口を有する第３ビーム整形部と、前記第１偏向器及び第２偏向器を制御して基準ビームサイズを中心にして前記第１偏向器による偏向量及び第２偏向器による偏向量を互いに逆向きに変化させ、電子ビームのサイズ調整を行う制御部とを備えた電子ビーム露光装置を用いた電子ビーム露光方法であって、
   前記第１偏向器を用いて前記第１の開口を通過した電子ビームの一部を前記第２の開口で切り取るステップと、
   前記第２偏向器を用いて前記第２の開口を通過したビームのうち前記第１の開口によって形成されたエッジを前記第３の開口で除去するステップと、
   により電子ビームを整形することを特徴とする電子ビーム露光方法。

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