JPH09167732A - 電子ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビーム照射装置全体をあまり大きくする
ことなく、加速電圧を大きくできるようにすることを目
的とする。 【解決手段】 ギャップ４０３の中央を通る平面４１０
が、照射レンズ３０２の主面位置となる。そして、ギャ
ップ４０３の光軸３１８方向の中心である平面４１０と
成形アパーチャ３０３とが一致するように、ポールピー
ス４０１を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ウエハ面上など
に微細な回路パタンなどを描画する電子ビーム露光装置
などにおける電子ビーム照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子ビーム露光装置として、文献
（Nobuo Shimazu,Takashi Watanabe,Tetsuo Morosawa,H
irofumi Morita,Youichi Kuriyama and Tatsuya Kuniok
a"EB-X1:An accurate X-ray mask writer using a vari
able-shaped beam",in Photomask and X-Ray Mask Tech
nology,Hideo Yoshihara,Editor,Proc.SPIE 2254,p142
(1994)）に掲載されている加速電圧３０ｋＶの可変成形
電子ビーム露光装置がある。

【０００３】図５は、その電子ビーム露光装置の構成を
示す構成図であり、５０１は電子を放出する電子銃、５
０２は電子ビームの照射レンズ、５０３は電子ビームの
透過範囲を規定する第１成形アパーチャ、５０４は成形
偏向器、５０５は成形レンズ、５０６は第２成形アパー
チャ、５０７は副偏向器、５０８は縮小レンズ、５０９
は主偏向器、５１０は対物レンズ、５１１は電子ビーム
によりパタンが描画されるウエハである。

【０００４】また、５１２は電子銃５０１先端面の異な
る位置から同じ角度で出た電子が交わる面であり、電子
銃５０１の直下に形成される第１クロスオーバ、５１３
は第１クロスオーバ５１２の１点からでた電子ビーム、
５１４は第２クロスオーバ、５１５は第３クロスオー
バ、５１６は第４クロスオーバ、５１７は第１クロスオ
ーバ５１２の周辺より出て第１成形アパーチャ５０３の
１点を通過する電子ビーム、５１８は光軸である。照射
レンズ５０２，成形レンズ５０５，縮小レンズ５０８，
対物レンズ５１０は磁界レンズで構成されている。ま
た、照射レンズ５０２は第１成形アパーチャ５０３の上
方に配置されている。

【０００５】第１成形アパーチャ５０３からでた点線で
示す電子ビーム５１７は、成形レンズ５０５のレンズ作
用により、第２成形アパーチャ５０６面上に集束する。
これにより、第１成形アパーチャ５０３の像が第２成形
アパーチャ５０６面上に形成される。第２成形アパーチ
ャ５０６からでた電子ビーム５１７は、縮小レンズ５０
８，対物レンズ５１０のレンズ作用によりウエハ５１１
上に集束する。これにより、第１成形アパーチャ５０
３，および，第２成形アパーチャ５０６の像がウエハ５
１１上に形成される。

【０００６】ウエハ５１１での電子ビーム５１７の開き
角度αは、描画パタン解像度を良好に保つため、最適な
値に設定する必要がある。この開き角度αは、点線で示
した電子ビーム５１７とウエハ５１１の法線とのなす角
度である。たとえば、ビーム開き角αが大きすぎると対
物レンズ５１０の球面収差によりビームぼけが増大し、
ビーム開き角αが小さすぎるとクーロン効果によりビー
ムぼけが増大し、描画パタンの解像度が劣化してしま
う。この装置においては、以下に示すように、照射レン
ズ５０２の励磁量を調整し、ビーム開き角αを最適値に
設定している。なお、この装置の場合その最適値は２．
５ｍｒａｄである。

【０００７】第１クロスオーバ５１２を出た電子ビーム
５１３は、第２クロスオーバ５１４，第３クロスオーバ
５１５，第４クロスオーバ５１６を形成しながら、ウエ
ハ５１１に到達する。電子ビーム５１７の開き角αは第
４クロスオーバ５１６の半径に比例するので、開き角α
を最適値２．５ｍｒａｄに設定するためには、第４クロ
スオーバ５１６の半径を適当な値に設定する必要があ
る。ここで、成形レンズ５０５，縮小レンズ５０８，対
物レンズ５１０の励磁量は、前述した成形アパーチャ系
の結像関係を満足するように、一定の値に設定されてい
る。このため、第４クロスオーバ５１６の半径を適当な
値に設定するためには、第２クロスオーバ５１４の半径
Ｒ２を適当な値に設定する必要がある。

【０００８】一方、第１クロスオーバ５１２の半径Ｒ１
は、電子銃５０１の特性より一定の値になっている。こ
のため、この装置では、照射レンズ５０２の倍率ＭがＲ
２／Ｒ１となるように、照射レンズ５０２の励磁量を調
整し、電子ビーム５１７の開き角αを最適値２．５ｍｒ
ａｄに設定している。

【０００９】ところで、成形偏向器５０４は、第２成形
アパーチャ５０６上での第１成形アパーチャ５０３像の
位置を変えて、ウエハ５１１上に投影される成形アパー
チャ像の大きさを変える役割を持つ。この装置では、成
形偏向器５０４を動作させたときに、第４クロスオーバ
５１６の位置が変動しないように、成形偏向器５０４の
光軸５１８方向の中心と、第２クロスオーバ５１４とを
一致させる構造になっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、以下に示すような問題があった。以
上に示した従来の電子ビーム露光装置において、加速電
圧を大きくしようとすると、成形偏向器５０４の偏向感
度が小さくなる。増大前の加速電圧をＶ１、増大後の加
速電圧をＶ２とすると、偏向感度がＶ１／Ｖ２に低下す
る。これを補償し、増大前の加速電圧と同じビーム偏向
量を第２成形アパーチャ５０６上で得るためには、第２
クロスオーバ５１４と第２成形アパーチャ５０６との距
離ｄをＶ２／Ｖ１倍大きくする必要がある。

【００１１】これに伴い、第１成形アパーチャ５０３と
第２成形アパーチャ５０６との距離Ｌａ、および、第１
クロスオーバ５１２と第２クロスオーバー５１４との距
離ｋも、約Ｖ２／Ｖ１倍大きくする必要がある。例え
ば、Ｖ１＝３０ｋＶ，Ｖ２＝１００ｋＶのときは、ｄ，
Ｌａ，ｋをそれぞれ３倍程度大きくする必要がある。こ
のため、従来の電子ビーム露光装置において、加速電圧
を大きくしようとすると、第１クロスオーバ５１２と第
２成形アパーチャ５０６の距離ｈが大きくなり、電子ビ
ーム露光装置の高さが著しく高くなるという問題があっ
た。例えば、１００ｋＶ以上の高加速電圧電子ビーム露
光装置においては、建築物内への設置に支障をきたす場
合があった。

【００１２】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、装置全体をあまり大きく
することなく、加速電圧を大きくできるようにすること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の電子ビーム照
射装置は、照射レンズの電子に対するレンズ効果を発揮
する領域の主面の位置と第１成形アパーチャの位置と
が、一致しているもしくはほぼ一致しているようにし
た。それらの位置関係が近づくほど、成形偏向器の中央
部分に形成される電子ビームのクロスオーバと第２成形
アパーチャとの距離は大きくなり、一致するとその距離
は最大となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。一般的な電子ビーム露光装置の照射
・成形レンズ系の構成を図１に示す。同図において、１
０１は電子銃、１０２は第１成形アパーチャ、１０３は
照射レンズ、１０４は成形偏向器、１０５は成形レン
ズ、１０６は第２成形アパーチャ、１０７は第１クロス
オーバ、１０８は第２クロスオーバ、１０９は第３クロ
スオーバ、１１０は第１クロスオーバ１０７の１点から
出た電子ビーム、１１１は第１クロスオーバ１０７の周
辺より出て第２成形アパーチャ１０２の１点を通過する
電子ビーム、１１２は光軸である。

【００１５】電子ビーム露光装置の高さの制限から、第
１クロスオーバ１０７と第２成形アパーチャ１０６との
距離ｈには上限がある。通常、この上限値は７００ｍｍ
程度である。この発明では、その距離ｈを一定とした条
件の下で、第２クロスオーバ１０８と第２成形アパーチ
ャ１０６との距離ｄを最大にするように、照射・成形レ
ンズ系の構造を最適化すれば、成形偏向器１０４の偏向
感度を最大にできると考えた。最適化の際に、第３クロ
スオーバ１０９の半径および位置を一定に保てば、電子
ビーム１１１のウエハ面（図示せず）における開き角α
が一定に保てるので、パタン描画解像度に悪影響を与え
ない。

【００１６】図２は、ｈ＝６５０ｍｍ，α＝２．５ｍｒ
ａｄの条件下で照射レンズ１０３の位置Ｌを変化させた
ときの、第２クロスオーバー１０８と第２成形アパーチ
ャ１０６との距離ｄの計算結果を示す説明図である。照
射レンズ１０３の位置Ｌは、第１成形アパーチャ１０２
の位置を基準にした照射レンズ１０３の主面位置であ
り、照射レンズ１０３が第１成形アパーチャ１０２より
下にあるとき、Ｌを正としている。図２より、照射レン
ズ１０３の主面位置と第１成形アパーチャ１０２の位置
が一致するＬ＝０のとき、ｄが最大になることがわか
る。すなわち、成形偏向器１０４の偏向感度が最大にな
ることがわかる。

【００１７】そして、ｈ，αを他の値にしたときも同様
の計算結果が得られた。この発明では、この点に着目
し、照射レンズ１０３の主面位置と第１成形アパーチャ
１０２位置とが一致するように、照射レンズ１０３およ
び第１成形アパーチャ１０２を形成するものである。こ
れにより、第２クロスオーバ１０７と第２成形アパーチ
ャ１０６との距離ｈが一定の条件で、成形偏向器１０４
の偏向感度を最大にできる。

【００１８】以下詳細に説明する。図３は、この発明の
実施の形態における電子ビーム照射装置の構成を示す構
成図である。同図において、３０１は電子銃、３０２は
照射レンズ、３０３は照射レンズ３０２と位置が一致す
るように形成された第１成形アパーチャ、３０４は成形
偏向器、３０５は成形レンズ、３０６は第２成形アパー
チャ、３０７は副偏向器、３０８は縮小レンズ、３０９
は主偏向器、３１０は対物レンズ、３１１はウエハ、３
１２は第１クロスオーバ、３１３は第２クロスオーバ３
１２の１点から出た電子ビーム、３１４は第２クロスオ
ーバ、３１５は第３クロスオーバ、３１６は第４クロス
オーバ、３１７は第１クロスオーバ３１２周辺から出て
第１成形アパーチャ３０３の１点を通過する電子ビー
ム、３１８は光軸である。

【００１９】なお、照射レンズ３０２，成形レンズ３０
５，縮小レンズ３０８，対物レンズ３１０は、磁界レン
ズで構成されている。また、第１成形アパーチャ３０３
から出る電子ビーム３１７、および、第３クロスオーバ
３１５以降の電子ビーム３１３の軌道は、図５に示した
従来の場合と同様である。これら電子ビームのウエハ３
１１面における開き角αは、前述したように、照射レン
ズ３０２の励磁量を調整することで設定する。

【００２０】図４は、ドーナッツ形状をしている照射レ
ンズ３０２と第１成形アパーチャ３０３の詳細な構造を
示す断面図である。同図において、４０１は鉄などの磁
性体からなるポールピース、４０２は磁界を発生するコ
イル、４０３はポールピース４０１のギャップであり、
ここより磁界が漏れ出すことで、電子ビームに対するレ
ンズ効果を発揮するものであり、これらによって照射レ
ンズ３０２（図３）を形成している。また、４０４，４
０５は成形アパーチャ３０３の保持部品である。ここで
ギャップ４０３の中央を通る平面４１０が、照射レンズ
３０２の主面位置となる。そして、ギャップ４０３の光
軸３１８方向の中心である平面４１０と成形アパーチャ
３０３とが一致するように、ポールピース４０１を配置
している。この構造により、照射レンズ３０２の主面位
置と、第１成形アパーチャ３０３の位置を一致させてい
る。

【００２１】以上述べてきたように、この実施の形態で
は、照射レンズ３０２の主面位置と第１成形アパーチャ
３０３の位置を一致させているので、第１クロスオーバ
３１２と第２成形アパーチャ３０６との距離ｈが一定の
条件下で、第２クロスオーバ３１４と第２成形アパーチ
ャ３０６での偏向感度を１μｍ／Ｖと大きくできる。

【００２２】以上、照射レンズの主面位置と第１成形ア
パーチャ位置が完全に一致した場合を例に取り、この発
明を説明したが、実際には、制作誤差などによりそれら
両者は若干ずれてしまう。しかし、この場合でも、図２
に示したように、第２クロスオーバと第２成形アパーチ
ャとの距離ｄは、最大値に近い値を取るので、この発明
は有効である。あるいは、図４に示した成形アパーチャ
３０３を保持する保持部品４０４，４０５に、成形アパ
ーチャ３０３の位置を上下に微動させる機構を設けて、
成形アパーチャ３０３の位置を調整することにより、照
射レンズ３０２の主面位置と成形アパーチャ３０３との
位置ずれをほぼゼロにすることが可能となる。

【００２３】また、上述では、照射レンズ，成形レン
ズ，縮小レンズ，対物レンズが、磁界レンズで構成され
た場合を例にこの発明を説明したが、これらを静電レン
ズで構成した場合でも同様である。また、照射レンズ，
成形レンズ，縮小レンズ，対物レンズが、それぞれ１個
のレンズで構成された場合について説明したが、これに
限るものではなく、それらが２個以上のレンズを複合し
て構成されたものであっても同様である。

【００２４】また、上述では、成形偏向器，主偏向器，
副偏向器が、それぞれ１個の偏向器で構成された場合を
例に説明したが、これに限るものではなく、それぞれ２
個以上の偏向器で構成されていてもよい。また、第１ク
ロスオーバが電子銃直下にある場合について示したが、
これらの間にレンズが存在していてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、照
射レンズの電子に対するレンズ効果を発揮する領域の主
面の位置と、第１成形アパーチャの位置とが、一致して
いるもしくはほぼ一致しているようにした。すなわち、
それらの位置関係が近づくほど、成形偏向器の中央部分
に形成される電子ビームのクロスオーバと第２成形アパ
ーチャとの距離は大きくなり、一致するとその距離は最
大となる。この結果、この発明によれば、成形偏向器の
偏向感度を下げることなく、また、第１成形アパーチャ
と第２成形アパーチャとの距離を離すなど装置全体を大
きくすることなく、電子ビームの加速電圧を大きくする
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一般的な電子ビーム露光装置の照射・成形レ
ンズ系の構成を示す構成図である。

【図２】 図１の構成で、ｈ＝６５０ｍｍ，α＝２．５
ｍｒａｄの条件下で照射レンズ１０３の位置Ｌを変化さ
せたときの、第２クロスオーバー１０８と第２成形アパ
ーチャ１０６との距離ｄの計算結果を示す説明図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態における電子ビーム照
射装置の構成を示す構成図である。

【図４】 図３の照射レンズ３０２と第１成形アパーチ
ャ３０３の詳細な構造を示す断面図である。

【図５】 文献に記載された電子ビーム露光装置の一部
構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１０１…電子銃、１０２…第１成形アパーチャ、１０３
…照射レンズ、１０４…成形偏向器、１０５…成形レン
ズ、１０６…第２成形アパーチャ、１０７…第１クロス
オーバ、１０８…第２クロスオーバ、１０９…第３クロ
スオーバ、１１０，１１１…電子ビーム、１１２…光
軸。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放出された電子ビームの領域を成形する
   第１成形アパーチャと、 前記第１成形アパーチャを通過した電子ビームを集束す
   る成形レンズと、 前記成形レンズにより前記第１成形アパーチャの電子に
   よる像が投影され、前記成形レンズを通過した電子ビー
   ムの領域を成形する第２成形アパーチャと、 前記第２成形アパーチャに投影される前記第１成形アパ
   ーチャの像の位置を制御する成形偏向器と、 前記成形偏向器の中央部分に形成される電子ビームのク
   ロスオーバの大きさを制御する照射レンズとを備え、 前記照射レンズの電子に対するレンズ効果を発揮する領
   域の主面の位置と、前記第１成形アパーチャの位置とが
   ほぼ一致していることを特徴とする電子ビーム照射装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電子ビーム照射装置にお
   いて、 前記照射レンズの電子に対するレンズ効果を発揮する領
   域の主面の位置と、前記第１成形アパーチャの位置とが
   一致していることを特徴とする電子ビーム照射装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の電子ビーム照射
   装置において、 前記第１成形アパーチャを前記電子ビーム進行方向の軸
   上で上下に移動制御する位置制御手段を有することを特
   徴とする電子ビーム照射装置。