JP4721798B2

JP4721798B2 - 電子線装置

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Publication number: JP4721798B2
Application number: JP2005210874A
Authority: JP
Inventors: 幸松谷; 和也後藤
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: JP2007027017A

Description

本発明は電子線装置に関し、更に詳しくは電子ビーム描画装置に用いて好適な電子線装置に関する。

半導体素子に関しては、記憶容量の増大や書き込み、読み出しの高速化等の性能向上だけでなく、小型化と省エネルギー化等のユーテリティーの面からの向上が求められている。このような要求を満たすため、電子ビーム描画装置は、より微細なパターンをより鮮明により高速で描画できる性能が求められている。電子ビーム描画装置の中で、試料に照射する矩形型ビームの大きさを任意に変えて描画できる可変成形ビーム型の装置が知られている（例えば非特許文献１，特許文献１参照）。

図５は従来装置の構成例を示す図であり、電子ビームの集束及び可変成形ビームを試料に照射する光学系について抽出したものを示す。ここで、実線は試料面にフォーカスするビームを示し、破線は軸から出たビームを示す。この装置は、電子ビームを発生させる電子源Ｓと、電子ビームを集束し、前記電子源Ｓの像Ｉ₁を形成するための集束レンズＣＬ１と、電子ビームを成形するための第１のスリットＳＬ１と、第２のスリットＳＬ２と、前記２つのスリットＳＬ１とＳＬ２を共役に結び、前記像Ｉ₁を物体として後方に像Ｉ₂を結ぶための集束レンズＣＬ２と、スリットＳＬ１とＳＬ２を縮小して対物レンズの前方に結像し、前記像Ｉ₂を拡大して対物レンズの節面（又は主面）に像Ｉ_ALを結像する追加レンズＡＬと、スリットＳＬ１とＳＬ２の像を最終的に試料面ＳＳに結像するための対物レンズＯＬとによって構成されている。ここで、共役とは、物点と像点との対応関係をいう。

電子源Ｓから出射された電子ビームは、集束レンズＣＬ１によって像Ｉ₁が形成される。次に、集束レンズＣＬ２によって前記Ｉ₁の像Ｉ₂が追加レンズＡＬの前方に形成される。また、追加レンズＡＬによって前記像Ｉ₂は、拡大された像Ｉ_ALを対物レンズの節面（又は主面）位置に結ぶ。ここで、レンズの節面について補足する。物空間側でレンズに入射したビームが同じ角度で像空間から出射するような一対の共役な点のある位置における光軸に垂直な平面であり、物空間と像空間の電位が等しい時は節面と主面は一致する。

特に、薄肉近似ができるレンズでは、節面や主面はレンズの中心面に一致する。このように構成することにより、対物レンズＯＬの中心に向かって入射した電子ビームは、対物レンズＯＬの焦点距離に僅かな変動が生じた場合でも同じ軌道を保つことができ、かつ電子源Ｓから出射されたビームを均一なビームとして試料面（描画される材料の表面）に照射することが可能になる。

一方、電子源Ｓから出射された電子ビームが試料面ＳＳに照射される時、矩形型の成形ビームの大きさは、この図には示されていない偏向装置によって、スリットＳＬ１を通過したビームをスリットＳＬ２上で移動させ、スリットＳＬ２を通過するビームの形を変えることによって調整される。

図６は成形ビームの説明図である。第１のスリットＳＬ１の開口と第２のスリットＳＬ２の開口とが重なり合う領域がビーム形状となる。上下の図は２つのビーム形状が異なる場合を示している。前記集束レンズＣＬ１はスリットＳＬ１を照明しているので、照明レンズとも呼ばれる。また、集束レンズＣＬ２はスリットＳＬ１とスリットＳＬ２を共役に結びながらビームを成形することから、ビーム成形レンズとも呼ばれる。更に、追加レンズＡＬは、スリットＳＬ２を縮小して対物レンズＯＬの前方に結像することから縮小レンズとも呼ばれる。

成形ビームは対物レンズＯＬの中心付近に配置された偏向装置によって試料面上の所望の位置に照射される。この時、成形ビームを軸外に偏向することによって発生した様々な収差は、この図には示されていない軸外収差補正装置によって補正される。

前記の軸外収差補正装置は、光軸上に集束するビームに対しても発生する色収差や球面収差等の軸上収差を補正することはできない。このような収差の中で、高い加速電圧でも球面収差を補正できる機構として６極子を用いた補正法がある。この補正法は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の球面収差を補正し、高分解能の像観察に応用されている（例えば非特許文献２及び特許文献２）に示されている。

これらの文献に紹介されている手法を電子ビームを集束して試料面に照射するものに利用した場合について図７に示す。電子源Ｓ又はこれよりも前段の集束レンズによる電子源の像をＳ、この像Ｓから出射されるビームを集束し、開き角を調整するレンズをＡＣＬとし、ＡＣＬを透過したビームは、６極子場を発生することができる少なくとも２個の多極子Ｓ１，Ｓ２と、前記２個の多極子Ｓ１とＳ２が共役になるように、多極子の間に配置した２個のトランスファーレンズＬ１，Ｌ２からなる収差補正装置に入射する。

Ｌ１とＬ２の間には、電子源Ｓの像Ｉ_A,L1が形成される。Ｌ２とトランスファーレンズＴＬによってＩ_AL1の像が対物レンズＯＬの前方にＩ_TLとして形成され、これが対物レンズＯＬによって試料面ＳＳに結像される。

ここで、通常は２次のコマ収差を低減するために、トランスファーレンズＬ１の焦点距離ｆ_L1は６極子Ｓ１の中心面とレンズＬ１の主面間のｄ_1a、及びレンズＬ１の主面とレンズＬ１の像面との距離ｄ_1bに等しく設定され（ｆ_L1＝ｄ_1a＝ｄ_1b）、レンズＬ２の焦点距離ｆ_L2はレンズＬ２の物面とレンズＬ２の主面との距離ｄ_2b、及びレンズＬ２の主面と６極子Ｓ２の中心面との距離ｄ_2aと等しく設定される（ｆ_L2＝ｄ_2a＝ｄ_2b）。

次に、トランスファーレンズＴＬを用いない場合でも、３次ないし４次までの開口収差補正は可能であるが、通常は３次のコマ収差の影響を低減するために、６極子Ｓ２と対物レンズＯＬの間の適当な位置に配置される。特にＴＥＭでは、３次のコマ収差を低減するために、コマの無い点と６極子Ｓ２の中心が共役になるように配置される。このような技術が知られている（例えば特許文献３参照）。

ここで、ビームを試料に照射する場合、対物レンズのコマの無い点は対物レンズＯＬの前方焦点ＦＦＰ付近に形成される。ＳＴＥＭでは、このような配置によって光源或いは光源の像が軸外に外れた場合でも、この影響を最小限に抑えることができる。

以上のような構成によって、電子源Ｓを縮小して試料面ＳＳに結像した時、球面収差の影響を受けることなく、かつ軸外収差の影響を軽減して細いビームを試料面ＳＳに照射することができ、高分解能の像を観察することができる。
T.Komagata，Y.Nakagawa，H.Takemura，N.Goto，"Development of electron beam optional column for mask lithography system" H.Rose，Nuclear Instrument and Methods 187（1981）187. 特開平１０−２３９８５０号公報（段落００２３〜００２９、図４）特開２００３−９２０７８号公報（段落０００７〜００１０、図１）特表２００２−５１０４３１号公報（第８頁、第９頁、図１、図２）

前記図５や図７で説明した装置は、いずれもそれぞれの分野で実績を上げているが、スリットを投影する電子線装置に収差補正装置を組み込む考え方は今まで存在していない。その理由は、これまでの収差補正装置は電子源の像を試料面に縮小して照射する系（図７参照）には適用できても、電子源を拡大する系であって、かつスリットの像を縮小して試料面に結ぶ系への試みはなされていなかった。

特に、電子ビーム描画装置のように、成形したビームを均一かつ安定に試料に照射することが要求される装置では、電子源の像が対物レンズの節点に形成されるように構成すべきであるが、この条件の他に、スリットを試料面に結像する条件と、更に収差補正の最適条件を同時に満たす工夫がなされていなかった。

このような理由により、可変成形ビーム用のスリットを試料面に結像する系では、球面収差の影響を除くことができず、特に開き角を大きくして電流密度を高めた高スループットの描画では、可変成形ビームの縁の鮮明さなどが制限されていた。図８は球面収差等によるビーム形状のボケを示す図である。破線は理想的な電流密度分布を、実線は収差の影響を受けた電流密度分布を示す。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、電子線装置における上記の問題点を解決し、安定かつ最適な収差補正を実現し、電流密度を高めた場合でも、ビームの縁の鮮明さを向上させることができる電子線装置を提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、電子ビームを成形して試料に照射する装置であって、電子ビームを発生させるための電子源と、電子ビームを集束し、前記電子源の第１の像を形成するための第１の集束レンズと、電子ビームを成形するための第１及び第２のスリットと、前記２つのスリットを共役に結び、前記第１の像を物体として後方に第２の像を結ぶための第２の集束レンズと、前記第１及び第２スリットの縮小像を対物レンズの前方に結像し、前記第２の像を拡大して対物レンズの節面位置に第３の像を結像するための追加レンズと、前記スリットの像を最終的に試料面に結像するための対物レンズとを備えた電子線装置において、６極子場を発生させる多極子を備えた収差補正装置を、前記第２の像を６極子の中心面付近に形成させるように配置したことを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、前記６極子場を発生することができる少なくとも２個の多極子と、前記２個の多極子の中心が共役になるように、多極子の間に配置した２個のトランスファーレンズを備えたことを特徴とする。

（３）請求項３記載の発明は、前記球面収差補正装置と対物レンズの間に少なくとも１個以上の追加レンズを配置し、球面収差補正装置の多極子の中心付近が対物レンズの節点付近と共役になり、かつビーム成形用スリットの像が試料面に結像されるように、前記追加レンズを制御することを特徴とする。

（４）請求項４記載の発明は、前記多極子の中心面とこの多極子に隣接するトランスファーレンズの主面との距離、及びこのトランスファーレンズの主面と主面に近い方の多極子の中心面付近に形成されているビーム成形用スリットの像面位置との距離が、このトランスファーレンズの焦点距離と異なるようにすると共に、少なくとも一方のトランスファーレンズの焦点距離を変更して、２次のコマ収差が最小になるようにしたことを特徴とする。

（５）請求項５記載の発明は、前記追加レンズは、ビーム成形用のスリットの縮小像が試料面に結像するように配置され、制御されることを特徴とする。
（６）請求項６記載の発明は、前記追加レンズは、電子源の像を拡大して対物レンズの節面位置に形成されるように配置され、制御されることを特徴とする。

（７）請求項７記載の発明は、前記球面収差補正装置と対物レンズの間に配置する追加レンズを２個以上とし、収差補正装置内の２つの多極子は異なる大きさと異なる強さを持ち、この多極子の中心を共役に結ぶ２つのレンズの後段の焦点距離を前段の焦点距離よりも長くし、試料面に投影するスリットの像が収差補正装置内のレンズと前記追加レンズにより縮小されるように構成したことを特徴とする。

（８）請求項８記載の発明は、ビーム成形用スリットが収差補正装置よりも前方にあることを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、電子源の像を球面収差補正装置の２つの６極子の中心面付近に形成するように球面収差補正装置を含む光学系を構成したので、電子源の像を所定の位置に厳密に集束させる条件と、２つの６極子とこの間に配置された２つのトランスファーレンズによる２次のコマ収差を低減させるための制御条件を同時に満たすことができるため、第２スリットを出射するビームに対して効率よく高性能の収差補正ができるようになり、鮮明な成形ビームが試料面で得られるようになる。また、スリットを通過したビームの開口角が大きくなっても、収差補正装置による球面収差が補正できるため、ビーム電流を大きくしても、鮮明で電流密度の高い成形ビームが試料面に照射できるようになる。これにより、描画のスループットが向上する。

（２）請求項２記載の発明によれば、２個の６極子の中心が共役になるように配置することにより、球面収差を効果的に補正することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、球面収差補正装置と対物レンズとの間に少なくとも１個以上の追加レンズを配置し、球面収差補正装置２つの６極子の中心面付近が対物レンズの節点（又は主点）付近と共役になり、かつビーム成形用の２つのスリットが試料面に結像するように、前記追加レンズを制御するようにしたため、スリットの開口に対して発生する３次のコマ収差を実用上十分小さな値に低減することができ、かつ対物レンズの電源の僅かな変動に対しても、ビーム照射位置の変動が軽減され、安定な描画ができるようになる。また、５次の開口収差を低減でき、より鮮明な成形ビームを試料に照射することができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、２つの６極子とこの６極子の中心面付近を共役に結ぶ２つのトランスファーレンズを有する球面収差補正装置において、６極子の中心面とこの６極子に隣接するトランスファーレンズの主面との距離、及びこのトランスファーレンズの主面とこの主面に近い方の６極子の中心面付近に形成されているビーム成形用スリットの像面位置との距離が、このトランスファーレンズの焦点距離と異なる球面収差補正装置において、少なくとも一方のトランスファーレンズの焦点距離を変更し、２次のコマ収差が最小になるようにしたので、レンズの数を低減し、かつ電子光学系の長さを短かくした状態でも、スリットの開口部を出射したビームは、実質的に２次コマ収差の影響を受けずに球面収差補正が可能になり、鮮明な成形ビームが試料面で得られるようになる。また、収差補正装置の中心に対して非対称的にトランスファーレンズと６極子を配置しても、４次の開口収差を低減することができ、より鮮明な成形ビームを試料に照射することができる。

（５）請求項５記載の発明によれば、前項（３）に記載の追加レンズは、ビーム成形用の２つのスリットが縮小されて試料面に結像するように配置され、制御されるようにしたため、スリットの開口を通過したビームの電流密度を高くして試料面に成形ビームを照射できるため、微細な描画が短時間で可能になる。

（６）請求項６記載の発明によれば、前項（３）に記載の追加レンズは、電子源の像を拡大して対物レンズの節面（又は主面）位置に形成するように配置され、制御されるため、成形ビーム内で均一な電流密度分布を維持して描画できるようになる。

（７）請求項７記載の発明によれば、球面収差補正装置と対物レンズの間に配置する追加レンズを２つ以上とし、収差補正装置内の２つの６極子は異なる大きさと異なる強さを持ち、これら６極子の中心面付近を共役に結ぶ２つのトランスファーレンズの後段の焦点距離を前段の焦点距離よりも長くし、試料面に投影するスリットが収差補正装置内のレンズと前記追加レンズにより縮小されるように構成したので、各レンズでスリットの開口を十分に縮小できるので、電流密度の高い成形ビームが得られるようになる。

（８）請求項８記載の発明によれば、ビーム成形用スリットを収差補正装置よりも前方に配置したため、各レンズでスリットの開口を十分に縮小できるため、電流密度の高い成形ビームが得られる。また、収差補正装置により収差を補正してもビーム電流等への影響がなくなる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。図７と同一のものは、同一の符号を付して示す。本発明の基本的な構成は、電子ビームを試料面ＳＳ（或いは描画される材料の表面）に照射する電子線装置において、
ａ．電子ビームを発生させるための電子源Ｓと、
ｂ．電子ビームを集束し、前記電子源Ｓの像Ｉ_F,1を結ぶための集束レンズＣＬ１と、
ｃ．電子ビームを成形するための第１のスリットＳＬ１と、第２のスリットＳＬ２と、
ｄ．前記２つのスリットを共役に結び、前記像Ｉ_F,1を物体として後方に像Ｉ_F,S1を結ぶための集束レンズＣＬ２と、
ｅ．球面収差を補正するための２つの共役な第１の６極子Ｓ１と、第２の６極子Ｓ２と、
ｆ．第１及び第２の６極子Ｓ１，Ｓ２の中心面を共役に結ぶ第１のトランスファーレンズＬ１と第２のトランスファーレンズＬ２と、
ｇ．電子源Ｓの像Ｉ_F,S1を第１の６極子Ｓ１の中心面付近に結び、スリットＳＬ２の中心から出たビームを平行に極子Ｓ１に入射させる制御レンズＡＣＬと、
ｈ．Ｓ１に平行に入射したビームを集束し、スリットＳＬ１及びＳＬ１の像を縮小し、かつ第２の６極子Ｓ２の中心面付近に形成された電子源Ｓの像を拡大して対物レンズＯＬの節面（或いは主面）位置付近に像Ｉ_F,OLとして形成するための、第１の追加レンズＡＬ１及び第２の追加レンズＡＬ２と、
ｉ．試料面ＳＳに前記スリットＳＬ１とＳＬ２の像を結ぶ対物レンズＯＬと、
を備えたことを特徴としている。

なお、収差補正装置Ｃとは、前記の２つの６極子Ｓ１とＳ２、及びこの間に配置された２つのトランスファーレンズＬ１とＬ２を指す。そして、収差補正装置Ｃの前後に配置された制御レンズＡＣＬと追加レンズＡＬ１は、収差補正装置Ｃの制御を単純にするために配置された補助的な役割をしており、後述する第２の実施の形態例では、省くことが可能である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

先ず、試料面ＳＳに照射する電子ビームの成形と、この成形ビームに対する収差補正及び試料面ＳＳでの結像について一連の流れを説明する。電子源Ｓから平行に出た電子ビームは、スリットＳＬ１の開口中心に集束するように第１集束レンズＣＬ１の焦点距離が制御される。第２集束レンズＣＬ２は、スリットＳＬ１の開口面とスリットＳＬ２の開口面とを共役に結び、図示されていない偏向装置によって両スリットの重なりが調整され、ビーム形状が例えば矩形状に成形される（図６参照）。

このスリット面ＳＬ２で成形されたビーム形状は最終的に後段のレンズ系で縮小されて試料面ＳＳに結像される。つまり、スリットの重なりの影が試料面ＳＳに結像される。このスリット面位置の光軸から出射したビームは、制御レンズＡＬによって収差補正装置Ｃの第１の６極子Ｓ１へ平行に入射する。

６極子Ｓ１を通過したビームは、第１のトランスファーレンズＬ１によってスリットの像Ｉ_A,L1を結ぶ。像Ｉ_A,L1で光軸から出射したビームは、第２のトランスファーレンズＬ２で平行になり、第２の６極子Ｓ２に入射する。第１の６極子Ｓ１とトランスファーレンズＬ１とで２次の開口収差と３次の負の球面収差を発生させ、トランスファーレンズＬ２と第２の６極子Ｓ２とで２次の開口収差を打ち消す収差と３次の負の球面収差を発生させるため、３次の負の球面収差のみが残り、対物レンズＯＬの球面収差を補正することが可能となる。

ここで、通常は２次のコマ収差を低減するために、トランスファーレンズＬ１の焦点距離ｆ_L1は第１の６極子Ｓ１の中心面と、トランスファーレンズＬ１の主面間の距離ｄ_1a、及び第１のレンズＬ１の主面とレンズＬ１の像面との距離ｄ_1bに等しく設定され（ｆ_L1＝ｄ_1a＝ｄ_1b）、第２のトランスファーレンズＬ２の焦点距離ｆ_L2はトランスファーレンズＬ２の物面とレンズＬ２の物面とレンズＬ２の主面との距離ｄ_2a及びレンズＬ２の主面と６極子Ｓ２の中心面との距離ｄ_2b及びレンズＬ２の主面と６極子Ｓ２の中心面との距離ｄ_2aと等しく設定される（ｆ_L2＝ｄ_2a＝ｄ_2b）。

次に、レンズＬ２と追加レンズＡＬ１によって、スリットの像Ｉ_A,N1が追加レンズＡＬ２の前方に結ばれ、更に追加レンズＡＬ２によって縮小されたスリットの像Ｉ_A,N2が結ばれる。この像は、対物レンズＯＬによって最終的に試料面ＳＳに結像される。ここで、前記収差補正装置Ｃによって発生された負の収差によってレンズ系の球面収差が補正されるため、ビーム電流を大きくするために試料に入射するビームの開き角を大きく選んでも、球面収差の影響を無くすことができる。

ところで、スリットの開口を小さくするには限界があるため、スリットＳＬ１及びＳL２よりも後段のレンズ系の倍率を小さくする必要がある。一方、電子ビーム描画装置では、試料面における偏向を大きく且つ正確に行なえるようにするため、対物レンズＯＬと試料面ＳＳとの距離は大きく選ばれる。

このため、対物レンズＯＬの像距離が長くなり、対物レンズＯＬだけでレンズ倍率を小さくしようとすると、物体距離を極端に大きくする必要があり、現実的ではない。このような場合には、前記したように、追加レンズＡＬ１とＡＬ２によるスリットの像の縮小が効果的である。

次に、電子源Ｓの像を対物レンズＯＬの節面（又は主面）位置に形成する流れを示す。集束レンズＣＬ１は、電子源Ｓの像Ｉ_F,1をスリットＳＬ１の後方に結ぶ。次に、集束レンズＣＬ２と制御レンズＡＣＬによってＩ_F,1の像Ｉ_F,S1を第１の６極子Ｓ１面の中心面に結ぶ。次に、第１，第２のトランスファーレンズＬ１，Ｌ２によってＩ_F,S1と共役な像Ｉ_F,S2を第２の６極子Ｓ２の中心面に結ぶ。

次に、追加レンズＡＬ１はＩ_F,S2の像Ｉ_F,2を追加レンズＡＬ２の前方に結ぶ。追加レンズＡＬ２はこのＩ_F,2の像Ｉ_F,OLを対物レンズＯＬの節面（又は主面）位置に結ぶ。ここで、電子源Ｓの像は、試料に結像されるスリットＳＬ１，ＳＬ２の像が均一になるように、十分に拡大される。

また、６極子Ｓ１，Ｓ２によって球面収差補正を行なった時、コマ収差の低減のためには６極子のコマ収差の無い面と対物レンズＯＬのコマの無い面を共役にするのが理想的とされているが、６極子の中心面と対物レンズＯＬの節面（又は主面）位置を共役に結んでおくことにより、スリットの開口程度の軸外へのずれが発生しても、実用上は問題の無い程度に３次のコマ収差を低減することができる。

このように、本発明によれば、スリットによって成形されたビームの試料面上への結像に対して球面収差が補正されるため、縁にボケの無いビームが得られ、鮮明かつ微細な電子ビーム描画が可能になる。同時に、対物レンズＯＬの節面（又は主面）位置付近に電子源Ｓの像が形成されるため、対物レンズの強度が僅かに変化しても電子ビームは直進するため、照射位置が安定する。

また、６極子Ｓ１，Ｓ２の中心面付近が対物レンズの節面（又は主面）位置付近と共役になるため、６極子による球面収差補正を行なった場合でも、スリットの開口に対するコマ収差の影響を実用上十分に小さな値にすることができる。少なくとも、１個以上の追加レンズＡＬ１又はＡＬ２の配置により、球面収差補正を行なった時に発生する５次の開口収差を低減することができる。

図２は本発明の他の実施の形態例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図１に示す実施の形態例では、６極子による収差補正を行なった時に、２次のコマ収差を低減するために、第１のトランスファーレンズＬ１の焦点距離ｆ_L1は６極子Ｓ１の中心面と第１のトランスファーレンズＬ１の主面間の距離ｄ_1a、及びトランスファーレンズＬ１の主面と像面との距離ｄ_1bに等しく設定し（ｆ_L1＝ｄ_1a＝ｄ_1b）、第２のトランスファーレンズＬ２の焦点距離ｆ_L2はレンズＬ２の物面とレンズＬ２の主面との距離ｄ_2b、及びレンズＬ２の主面と６極子Ｓ２の中心面との距離ｄ_2aと等しく設定した（ｆ_L2＝ｄ_2a＝ｄ_2b）。

しかしながら、実用上問題の無い範囲であれば、この厳密な関係をくずしてもよいことが数値計算の結果から確認することができる。この性質は、レンズの数を削減したり、ビーム通路の長さを短かくしたりする場合に応用することができる。図２に示す構成は、図１に示す基本構成から制御レンズＡＣＬと第２の追加レンズＡＬ２を外した場合について示している。このように構成すれば、スリットＳＬ２を出射するビームに対して収差補正を行なった時、電子源の像が６極子Ｓ１とＳ２の中心面付近に形成され、６極子Ｓ２の中心面と対物レンズの節面（又は主面）位置を共役にできるので、３次のコマ収差の増大を防ぐことができ、対物レンズの電源の僅かな変動に対しても安定性を維持することができる。従って、前記の実施の形態例１と同等の効果を得ることができる。

なお、図２に示す例では、追加レンズＡＬ２が無いので、スリットＳＬ２に対するレンズ系の倍率が小さくなるようにＬ１，Ｌ２，ＡＬ１が配置される。即ち、各レンズの物体距離が長く像距離が短くなるように工夫される。なお、必要に応じて追加レンズＡＬ２を配置しても、図１に示す実施の形態例と同等の効果が得られることは明らかである。

次に、より具体的な実施の形態例について説明する。第２のトランスファーレンズＬ２の焦点距離ｆ_L2についてはｆ_L2＝ｄ_2a＝ｄ_2bを満たすように配置するが、第１のトランスファーレンズＬ１についてはｄ_1a＜ｄ_1bとなるように配置し、Ｌ１の焦点距離をｆ_L2＝ｄ_1aを中心として前後にΔ＝ｆ_L1−ｄ_1aだけ変更した時のスリット投影系の交線図（実線）と、６極子の共役関係又は電子源の結像系の交線図（破線）を図３に、この時の試料面における代表的な収差係数を図４に示す。

図３は６極子Ｓ１とトランスファーレンズＬ１との関係を示している。６極子Ｓ１を通過したビームは、トランスファーレンズＬ１を通過して集束される。トランスファーレンズＬ１の適当な配置において、レンズＬ１の焦点距離を調整することにより、２次のコマ収差が実質的に無視できるようにする。かつ４次の開口収差の大きさも低減できることが分かる。即ち、従来から言われていた６極子とトランスファーレンズの厳密な配置以外でも実用的に問題の無い組み合わせが選択可能である。図４において、２次のコマ収差係数と４次の開口収差係数の大きさが示されている。縦軸は収差係数、横軸は図３に示す物点の６極子Ｓ１の中心面からの距離Δ＝ｆ_L1−ｄ_1aである。

本発明は、上述した実施の形態例１と実施の形態例２に限定されるものではなく、実施の形態例をさまざまな形で組み合わせるか、或いは、電子源の像を６極子の中心面付近に結像させないような場合と組み合わせる、６極子の代わりに、２極子場、４極子場、８極子場、１０極子場を系統的に発生させることができる１２極子を用いる、トランスファーレンズＬ１とＬ２による電子ビームの回転を補正するために、６極子を機械的に回転させて配置する代わりに、６極子を電子光学的に回転する目的で配置する６極子を超える多極子（例えば１２極子）等を配置する、等の構成の変形が可能である。

本発明の効果は、以下の通りである。
（１）電子源Ｓの像を球面収差補正装置Ｃの２つの６極子の中心面付近に形成するように球面収差補正装置Ｃを含む光学系を構成したので、電子源の像を所定の位置に厳密に集束させる条件と、２つの６極子Ｓ１，Ｓ２とこの間に配置された２つのトランスファーレンズによる２次のコマ収差を低減させるための制御条件を同時に満たすことができるため、第２スリットＳＬ２を出射するビームに対して効率よく高性能の収差補正ができるようになり、鮮明な成形ビームが試料面で得られるようになる。また、スリットを通過したビームの開口角が大きくなっても、収差補正装置Ｃによる球面収差が補正できるため、ビーム電流を大きくしても、鮮明で電流密度の高い成形ビームが試料面に照射できるようになる。これにより、描画のスループットが向上する。

（２）２個の６極子の中心が共役になるように配置することにより、球面収差を効果的に補正することができる。
（３）球面収差補正装置Ｃと対物レンズとの間に少なくとも１個以上の追加レンズＡＬを配置し、球面収差補正装置Ｃの２つの６極子Ｓ１，Ｓ２の中心面付近が対物レンズの節点（又は主点）付近と共役になり、かつビーム成形用の２つのスリットＳＬ１，ＳＬ２が試料面に結像するように、前記追加レンズＡＬを制御するようにしたため、スリットの開口に対して発生する３次のコマ収差を実用上十分小さな値に低減することができ、かつ対物レンズＯＬの電源の僅かな変動に対しても、ビーム照射位置の変動が軽減され、安定な描画ができるようになる。また、５次の開口収差を低減でき、より鮮明な成形ビームを試料に照射することができる。

（４）２つの６極子Ｓ１，Ｓ２とこの６極子の中心面付近を共役に結ぶ２つのトランスファーレンズＬ１，Ｌ２を有する球面収差補正装置Ｃにおいて、６極子の中心面とこの６極子に隣接するトランスファーレンズの主面との距離、及びこのトランスファーレンズの主面とこの主面に近い方の６極子の中心面付近に形成されているビーム成形用スリットＳＬ１，ＳＬ２の像面位置との距離が、このトランスファーレンズの焦点距離と異なる球面収差補正装置Ｃにおいて、少なくとも一方のトランスファーレンズの焦点距離を変更し、２次のコマ収差が最小になるようにしたので、レンズの数を低減し、かつ電子光学系の長さを短かくした状態でも、スリットの開口部を出射したビームは、実質的に２次コマ収差の影響を受けずに球面収差補正が可能になり、鮮明な成形ビームが試料面ＳＳで得られるようになる。また、収差補正装置Ｃの中心に対して非対称的にトランスファーレンズと６極子を配置しても、４次の開口収差を低減することができ、より鮮明な成形ビームを試料に照射することができる。

（５）前項（３）に記載の追加レンズＡＬは、ビーム成形用の２つのスリットが縮小されて試料面ＳＳに結像するように配置され、制御されるようにしたため、スリットの開口を通過したビームの電流密度を高くして試料面ＳＳに成形ビームを照射できるため、微細な描画が短時間で可能になる。

（６）前項（３）に記載の追加レンズＡＬは、電子源Ｓの像を拡大して対物レンズの節面（又は主面）位置に形成するように配置され、制御されるため、成形ビーム内で均一な電流密度分布を維持して描画できるようになる。

（７）球面収差補正装置Ｃと対物レンズＯＬの間に配置する追加レンズ（ＡＬ１，ＡＬ２）を２つ以上とし、収差補正装置Ｃ内の２つの６極子Ｓ１，Ｓ２は異なる大きさと異なる強さを持ち、この６極子の中心面付近を共役に結ぶ２つのトランスファーレンズＬ１，Ｌ２の後段の焦点距離を前段の焦点距離よりも長くし、試料面ＳＳに投影するスリットが収差補正装置Ｃ内のレンズと前記追加レンズにより縮小されるように構成したので、各レンズでスリットの開口を十分に縮小でき、電流密度の高い成形ビームが得られるようになる。

（８）ビーム成形用スリットを収差補正装置Ｃよりも前方に配置したため、各レンズでスリットの開口を十分に縮小できるため、電流密度の高い成形ビームが得られる。また、収差補正装置Ｃにより収差を補正してもビーム電流等への影響がなくなる。

本発明の一実施の形態例を示す構成図である。本発明の他の実施の形態例を示す構成図である。共役な位置の移動を示す図である。２次のコマ収差の低減の説明図である。従来装置の構成例を示す図である。成形ビームの説明図である。鏡面収差補正装置を組み込んだ電子ビーム装置の構成例を示す図である。球面収差等によるビーム形状のボケを示す図である。

符号の説明

Ｓ電子源
ＣＬ１第１の集束レンズ
ＳＬ１第１のスリット
ＣＬ２第２の集束レンズ
ＳＬ２第２のスリット
ＡＣＬ制御レンズ
Ｓ１第１の６極子
Ｓ２第２の６極子
Ｌ１第１のトランスファーレンズ
Ｌ２第２のトランスファーレンズ
ＡＬ１第１の追加レンズ
ＡＬ２第２の追加レンズ
ＯＬ対物レンズ
ＳＳ試料面

Claims

電子ビームを成形して試料に照射する装置であって、
電子ビームを発生させるための電子源と、
電子ビームを集束し、前記電子源の第１の像を形成するための第１の集束レンズと、
電子ビームを成形するための第１及び第２のスリットと、
前記２つのスリットを共役に結び、前記第１の像を物体として後方に第２の像を結ぶための第２の集束レンズと、
前記第１及び第２スリットの縮小像を対物レンズの前方に結像し、前記第２の像を拡大して対物レンズの節面位置に第３の像を結像するための追加レンズと、
前記スリットの像を最終的に試料面に結像するための対物レンズと、
を備えた電子線装置において、
６極子場を発生させる多極子を備えた収差補正装置を、前記第２の像を６極子の中心面付近に形成させるように配置したことを特徴とする電子線装置。
前記６極子場を発生することができる少なくとも２個の多極子と、前記２個の多極子の中心が共役になるように、多極子の間に配置した２個のトランスファーレンズを備えたことを特徴とする請求項１記載の電子線装置。
前記球面収差補正装置と対物レンズの間に少なくとも１個以上の追加レンズを配置し、球面収差補正装置の多極子の中心付近が対物レンズの節点付近と共役になり、かつビーム成形用スリットの像が試料面に結像されるように、前記追加レンズを制御することを特徴とする請求項１記載の電子線装置。
前記多極子の中心面とこの多極子に隣接するトランスファーレンズの主面との距離、及びこのトランスファーレンズの主面と主面に近い方の多極子の中心面付近に形成されているビーム成形用スリットの像面位置との距離が、このトランスファーレンズの焦点距離と異なるようにすると共に、少なくとも一方のトランスファーレンズの焦点距離を変更して、２次のコマ収差が最小になるようにしたことを特徴とする請求項２記載の電子線装置。
前記追加レンズは、ビーム成形用のスリットの縮小像が試料面に結像するように配置され、制御されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電子線装置。
前記追加レンズは、電子源の像を拡大して対物レンズの節面位置に形成されるように配置され、制御されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電子線装置。
前記球面収差補正装置と対物レンズの間に配置する追加レンズを２個以上とし、収差補正装置内の２つの多極子は異なる大きさと異なる強さを持ち、この多極子の中心を共役に結ぶ２つのレンズの後段の焦点距離を前段の焦点距離よりも長くし、試料面に投影するスリットの像が収差補正装置内のレンズと前記追加レンズにより縮小されるように構成したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の電子線装置。
ビーム成形用スリットが収差補正装置よりも前方にあることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の電子線装置。