【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明は、例えば、荷電粒子ビームで試料面上に微細な回路パタン等を描画する荷電粒子ビーム露光装置などの荷電粒子ビーム装置に関するもので、特に、ビーム照射位置（露光装置では描画パターン位置）の精度向上が可能な荷電粒子ビーム装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、超ＬＳＩ技術の発展に伴って、高速かつ高精度に微細パタンを描画する荷電粒子ビーム露光装置の開発が進められてきた。 この種の装置では描画パターン位置精度が高いことが要求される。

【０００３】荷電粒子ビーム露光装置では、レジストを塗布したウェハ等の試料に、細く絞られた荷電粒子ビームを照射しながら、所望のパタンを描画していく。 その際、ビームの照射熱によって、レジスト表面から有機物等が蒸発し、この蒸発したレジストが鏡筒内部に付着し汚れとなる。 その汚れに、試料へのビーム照射で生じた反射電子や二次電子が当たって電荷が蓄積される。

【０００４】対物レンズ内のビーム通路の内面のチャージアップ低減を目指した従来技術として図４に示す装置が開示されている（特開平５−３７４９９号公報）。 この従来技術では、ビームが通るための開口１６を中央にもつ電極１５を設置し、この開口１６の内径を小さくする事により、試料４からの反射電子５のレンズ内への侵入を大幅に低減する。 さらに、この電極１５に、試料４
を基準にして負の電圧を印加し鏡筒、試料間に電位障壁を設ける事によって試料４からの二次電子１７のレンズ内への侵入を大幅に低減する。 その結果、レンズ内のビーム通路内面のチャージアップを低減できる。

【０００５】結局上記従来技術においては、開口１６を小さくすることによって反射電子５のレンズ内部への侵入量を小さくし、かつ、反射電子５が対物レンズ２または偏向器３に衝突するのを防いでいる。

【０００６】上記従来技術においてはそれ以前の技術よりはビーム照射位置精度は向上している。 しかし、近時における半導体でばデバイス等のより一層の微細化にともないビーム照射位置精度のより一層の向上が望まれている。 しかるに、上記従来技術では、必ずしも所望するより高いビーム照射位置精度が達成されない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、より一層のビーム照射位置精度の向上を達成した荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の要旨は、
少なくとも対物レンズおよび偏向器を有する荷電粒子ビーム装置において、対物レンズまたは偏向器より上部に二次電子を捕捉するための電位障壁が形成されていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置に存在する。

【０００９】本発明の第２の要旨は、少なくとも対物レンズおよび偏向器を有する荷電粒子ビーム装置において、対物レンズまたは偏向器より上部に２枚の電極を有し、前記２枚の電極は試料からより遠い方の電極を基準として試料に近い電極に負の電圧が印加されていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置に存在する。

【００１０】本発明の第３の要旨は、対物レンズおよび偏向器を有する荷電粒子ビーム装置において、対物レンズまたは偏向器より上部に電極を有し、前記電極は前記電極に隣接する鏡筒部品を基準として正の電圧が印加されていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置に存在する。

【００１１】本発明の第４の要旨は、対物レンズおよび偏向器を有する荷電粒子ビーム装置において、対物レンズまたは偏向器より上部に金属と誘電体からなるコンデンサー形状をなす電極群を有し、前記コンデンサー形状の電極群のうち対物レンズまたは偏向器に面する側の電極を基準に前記コンデンサー形状の電極群のうち対物レンズまたは偏向器に面さない側の電極に正の電圧が印加されていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置に存在する。

【００１２】本発明の第５の要旨は、上記第１乃至第４
の要旨において、荷電粒子ビーム装置は荷電粒子ビーム露光装置であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置に存在する。

【００１３】

【作用】以下に本発明の作用を本発明をなすに際して得た知見などとともに説明する。

【００１４】本発明者は、上記従来技術においてビーム照射位置精度のより一層の向上を阻害している原因を子細に調べた。 原因は数多く考えられるが、対物レンズ２
または偏向器３内への反射電子５の侵入量が完全にはゼロになっていないことにあるのではないかとの着想を得た。 つまり、開口１６を通って侵入した一部の反射電子が、対物レンズ２または偏向器３より上部のビーム通路内面またはその上方にあたり、そこから二次電子が発生する。 その二次電子が対物レンズ内のビーム通路内面の汚れに当たり、その汚れに電荷が蓄積されてしまう。 その結果、チャージアップが生じて、ビーム位置が不安定になり、ビーム照射位置精度精度が劣化するのであろうとの着想を得た。

【００１５】かかる着想のもとに、本発明者はさらに、
二次電子のエネルギー分布は数ｅＶから２０ｅＶ程度までに集中していることに着目した。 、ので、上記のように対物レンズ上方に設置した電極に電圧を印加して電位障壁を設けることによって、反射電子が対物レンズ上方に衝突するときに生じる二次電子のレンズ内ヘの再侵入を大幅に低減できる。 一方、試料からの反射電子は入射電子ビームと同程度の高いエネルギー（通常、数１０ｋ
ｅＶ）をもつので、電位障壁によって対物レンズ内に戻されるおそれはない。

【００１６】従って、レンズ内のビーム通路内面に蓄積される電荷量は低減され、チャージアップによるビーム位置精度低下が抑えられる。 試料からの反射電子がレンズ内のビーム通路内面またはレンズの上方に当たった時に発生する二次電子を低減することにより、対物レンズ内のビーム通路内面の汚れに当たる二次電子の量を低減して、汚れに蓄積される電荷量を減らし、チャージアップによるビーム位置精度の向上を図ることができる。

【００１７】

【実施の態様】二次電子を捕捉するための電位障壁を形成する手段としては、対物レンズまたは偏向器より上部に２枚の電極を有し、前記２枚の電極は試料からより遠い方の電極を基準として試料に近い電極に負の電圧を印加すればよい。 その作用の詳細は実施例において述べる。

【００１８】また、対物レンズまたは偏向器より上部に電極を有し、前記電極は前記電極に隣接する鏡筒部品を基準として正の電圧を印加すればよい。 その作用の詳細は実施例において述べる。

【００１９】さらに、対物レンズまたは偏向器より上部に金属と誘電体からなるコンデンサー形状をなす電極群を有し、前記コンデンサー形状の電極群のうち対物レンズまたは偏向器に面する側の電極を基準に前記コンデンサー形状の電極群のうち対物レンズまたは偏向器に面さない側の電極に正の電圧を印加すればよい。 その作用の詳細は実施例において述べる。

【００２０】なお、荷電粒子ビーム装置は荷電粒子ビーム露光装置がその典型としてあげられるが、露光装置に限ることなく荷電粒子ビームを照射装置一般に適用できる。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の第１の実施例の構成図である。 上部電極６は対物レンズ２および偏向器３より上部に設置する。 上部電極６は上部電極開口７を有する。 下部電極８は対物レンズ２または偏向器３と上部電極７の間に設置する。 下部電極８は下部電極開口９を有する。
下部電極８には上部電極６を基準にして負の電圧を印加する。 負の電圧であれば何ボルトでもよいが、本実施例では上部電極６を接地し、下部電極８に５０Ｖの負電圧を印加している。 対物レンズ２は試料４の上に入射電子ビーム１を集束させる。 偏向器３は四極や八極等の静電偏向器であり、印加電圧に応じて、入射電子ビーム１を試料４の上の所望の位置に照射する。 なお、本実施例では対物レンズ２は磁界型レンズ、偏向器３は静電偏向器としているが、対物レンズ２は静電型レンズでもかまわないし、偏向器３は磁界偏向器でもよい。 ここで、試料４とは、パタン描画時はレジストを塗布したウェハを指すが、偏向ひずみ測定時は移動ステージ上に固定されたビム測定用試料を指す。

【００２２】下部電極８へ５０Ｖの負電圧を印加した場合に生じる電位分布は、等電位線１１で示したように、
電位０Ｖの上部電極６から電位−５０Ｖの下部電極８に向って低下するように分布している。 従って、上部電極６と下部電極８の間に存在する電子には、下部電極８から上部電極６の方向に力が働く。 一方、二次電子のエネルギー分布は図５（大阪大学工学部電子ビーム研究施設編、電子ビームテスティングハンドブック（電子ビーム研究第７巻）、日本学術振興会 荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会第９８回研究資料、昭和６２年５月、図４．８、１１７ページ）のようになる。 ここでＥ _SE ^mは分布関数が最大値をとるエネルギーで、金属ではＥ _SE ^m ＝１〜５ｅＶとなる。 ＨＷは分布関数の半値幅で、金属ではＨＷ＝３〜１５ｅＶである。 したがって、
二次電子のエネルギー分布は数ｅＶから２０ｅＶ程度までに集中している。 試料４からの反射電子５が上部電極６に当たると上部電極６表面から二次電子１０が発生するが、この二次電子１０は、上記のように下部電極８に上部電極６を基準にして例えば５０Ｖの負電圧を加えたとき生じる電位障壁をほとんどが通過できず、上部電極６の方に引き戻される。 このため、レンズ内部に入る二次電子の数が低減される。 一方、試料４からの反射電子５は入射電子ビーム１と同程度の高いエネルギー（通常、数１０ｋｅＶ）をもつので、上部電極６と下部電極８の間の電位障壁によってレンズ内に戻されるおそれはない。

【００２３】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例の構成図である。 電極１２は対物レンズ２または偏向器３より上部に設置する。 電極１２はビームが通るための開口１３を有する。 電極１２に隣接する対物レンズ２、
鏡筒内壁等を基準として電極１２に正の電圧を印加する。 正の電圧であれば何ボルトでもよいが、本実施例では電極１２に５０Ｖの正電圧を印加している。 すると、
電極１２に隣接する対物レンズ２、鏡筒内壁等が、図１
に示す第１の実施例の下部電極８と等価的に作用し、試料４からの反射電子が電極１２に当たるときに電極１２
表面から発生する二次電子がレンズ内に入るのを抑制する。 一方、試料４からの反射電子５は入射電子ビーム１
と同程度の高いエネルギー（通常、数１０ｋｅＶ）をもつので、電極１２と電極１２に隣接する対物レンズ２、
鏡筒内壁等の間の電位障壁によってレンズ内に戻される恐れはない。

【００２４】本実施例は、第１の実施例に比べ電極の構造がよりコンパクトになっているが、電極１２がつくる電場と、対物レンズ２や偏向器３がつくる電磁場が互いに影響を受けないような構造にすることが必要である。

【００２５】または、電極１２を接地電位とし、鏡筒全体を電気的に絶縁して全体に負の電圧をかけてもよい。
この場合も電極１２に隣接する対物レンズ２、鏡筒内壁等が負の電圧を印加された電極と等価に作用する。

【００２６】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例の構成図である。 コンデンサー１４は対物レンズ２または偏向器３より上部に設置する。 コンデンサー１４は開口を有するドーナツ型の平行平板コンデンサーで、薄い上部電極１４（ａ）と下部電極１４（ｃ）の間は誘電体１４（ｂ）とする。 そして、コンデンサー１４の上側電極１４（ａ）に、下側電極１４（ｃ）を基準にして正電圧が印加する。 正の電圧であれば何ボルトでもよいが、
本実施例では５０Ｖの正電圧を印加している。 すると、
コンデンサー内は図３において下から上に向かう電場が発生する。 このため、試料４からの反射電子がコンデンサー１４に当たって誘電体１４（ｂ）内で二次電子が発生してもその大部分はコンデンサー１４の外部に出られず、レンズ内部に侵入する二次電子を低減できる。

【００２７】ただし、この構造では、下部電極１４
（ｃ）内で発生した二次電子がコンデンサー１６外に出ることは防げないので、大部分の二次電子が誘電体１４
（ｂ）内で発生するように下部電極１４（ｃ）の厚さをできるだけ薄くした方が効果的である。

【００２８】以上、電予ビーム露光装置を例に本発明を説明してきたが、電子ビーム検査装置等、他の電子ビーム装置にも本発明が適用できるのは自明である。 また、
入射粒子が電子の場合を例に本発明を説明してきたが、
イオン等の電子以外の荷電粒子の場合にも本発明が適用できるのは自明である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、二次電子のレンズ内部ヘの侵入を減らすことができる。 その結果、レンズ内のビーム通路内面でのチャージアップによるビーム位置不安定という問題を改善することでき、ビーム位置精度がより一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による荷電粒子ビーム露光装置の試料付近の摸式的断面図（正面図）である。

【図２】本発明の第２の実施例による荷電粒子ビーム露光装置の試料付近の摸式的断面図（正面図）である。

【図３】本発明の第３の実施例による荷電粒子ビーム露光装置の試料付近の摸式的断面図（正面図）である。

【図４】従来技術、開口を有する電極を組込んだ電子ビーム露光装置の摸式的断面図（正面図）である。

【図５】二次電子のエネルギー分布図である。

【符号の説明】

１ 入射電子ビーム、 ２ 対物レンズ、 ３ 偏向器、 ４ 試料、 ５ 反射電子、 ６，１４（ａ） 上部電極、 ７ 上部電極開口、 ８、１４（ｃ） 下部電極、 ９ 下部電極開口、 １０，１７ 二次電子、 １１，１８ 等電位線、 １２，１５ 電極、 １３，１６ 開口、 １４ コンデンサー、 １４（ｂ） 誘電体。