JP2007048805A - 電子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 偏向電圧の発振或いはリンギングを低減することを目的とする。
【構成】 本発明は、電子ビーム２００を照射する電子銃２０１と、電子銃２０１から照射された電子ビーム２００を偏向させる第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４と、第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４とに並列に偏向電圧を印加する偏向アンプ３２４と、第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４との間を接続する偏向電圧を印加するための単芯ケーブル２２０に接続されたダンピング抵抗器２３０と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、うねり成分を減衰させることができるので、リンギングや発振を低減させ応答特性を向上させることができる。その結果、偏向精度を向上させることができる。また、リンギングや発振を低減させ応答特性を向上させることができるのでセトリング時間を短縮することができ、その結果、描画時間を短縮することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子ビーム装置に係り、例えば、偏向器とを用いて電子ビームを偏向させて成形する電子ビーム装置に関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。

図１０は、可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線描画装置（ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置）における第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形用開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という（例えば、特許文献１参照）。

ここで、電子ビーム装置に関連する技術として、コイルからなる偏向器に偏向データを供給する増幅器出力のリンギングの少なくとも最初のうねりを打ち消すために、最初のうねりとは逆極性のパルス信号を増幅器の入力に加算するとする技術が文献に開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−５８４２４号公報 特開平８−３３５５４７号公報

電子線描画装置において、偏向器に電圧を印加して電子ビームを偏向させる場合に、電極構造によっては偏向電圧が発振或いはリンギングを起こしてしまうといった問題があった。リンギングが生じてしまうと、リンギング中は、偏向電圧が定まらず偏向精度が劣化してしまうといった問題があった。そのため、偏向電圧が安定するまで、電子線描画を待たなければならず、セトリング時間が長くなってしまい、その結果、描画時間が長くなりスループットが低下してしまうといった問題があった。特に、複数段に分かれて静電型偏向器が配置される構成をとる場合においては、各段の偏向器に電圧を印加する場合に、各段をつなぐ配線によってコイル成分が出現してしまうため偏向電圧が発振或いはリンギングを起こした場合に減衰しにくくなってしまうといった問題があった。その結果、偏向電圧が安定しにくくなってしまう。

そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、偏向電圧の発振或いはリンギングを低減することを目的とする。

本発明の一態様の電子ビーム装置は、
電子ビームを照射する電子銃と、
この電子銃から照射された電子ビームを偏向させる第１と第２の偏向器と、
この第１と第２の偏向器に並列に電圧を印加する電圧印加部と、
上記第１と第２の偏向器間を接続する電圧を印加するための配線に接続された抵抗器と、
を備えたことを特徴とする。

また、本発明における第１と第２の偏向器間を接続する前記電圧を印加するための配線に、抵抗器を接続することで、リンギングのうねり成分を減衰させることができる。

特に、本発明における第１と第２の偏向器として、静電偏向器を用いる場合に好適である。

さらに、第１と第２の偏向器間は、シールド層で覆われていない単芯配線で接続され、抵抗器は、単芯配線に接続されることを特徴とする。

特に、シールド層で覆われていない単芯配線にはコイル成分が存在するため、かかる配線のコイル成分によりリンギングが減衰しにくい。そこでかかる単芯配線により接続される第１と第２の偏向器間に抵抗器を入れるとより好適である。

そして、本発明における電子ビーム装置は、さらに、第１と第２の偏向器により偏向された電子ビームを成形する成形アパーチャを備えたことを特徴とする。

成形アパーチャに電子ビームを偏向させる偏向器は、その電極の必要長さが長いため、製造上、１つの偏向器として形成することが難しい。そこで、複数段に分けて製造し、これを配線でつなぐことにより製造しやすくすることができる。また、離れた場所に分離配置する方が感度、収差などで有利な場合もある。偏向器の電極がかかる複数段に分けて製造される構成のようなコイル成分を含んでしまう場合に特に減衰しにくいリンギングに対して、より効果を発揮することができる。

さらに、本発明における抵抗器は、真空雰囲気中に配置されることが望ましい。

後述するように、偏向器は真空雰囲気に制御された電子鏡筒内に配置される。ここで、前記抵抗器がかかる真空雰囲気中に配置されることにより、前記第１と第２の偏向器間をつなぐ配線を電子鏡筒外に引き出すことがないため、配線の長さを短くすることができる。その結果、コイル成分を小さくすることができる。よって、挿入する抵抗器の抵抗値を低くすることができる。

本発明によれば、うねり成分を減衰させることができるので、リンギングや発振を低減させ応答特性を向上させることができる。その結果、偏向精度を向上させることができる。また、リンギングや発振を低減させ応答特性を向上させることができるのでセトリング時間を短縮することができ、その結果、描画時間を短縮することができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
図１において、電子ビーム装置の一例である描画装置１００は、描画部１５０の一例となる電子鏡筒１０２、ＸＹステージ１０５、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、第１の成形偏向器２１２、第２の成形偏向器２１４、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、単芯ケーブル２２０、ダンピング抵抗器２３０、電圧印加部の一例となるアンプボックス（ＢＯＸ）３２２、偏向制御回路３２０を備えている。そして、電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、第１の成形偏向器２１２、第２の成形偏向器２１４、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、単芯ケーブル２２０、ダンピング抵抗器２３０が配置されている。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。

電子銃２０１から出た電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２のアパーチャ２０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、静電型の第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４とによって制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向器２０８により偏向されて、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。また、電子鏡筒１０２内およびＸＹステージ１０５が配置された描画室内は、図示していない真空ポンプにより真空引きされ、大気圧よりも低い圧力となる真空雰囲気となっている。

図２は、ステージ移動の様子を説明するための図である。
試料１０１に描画する場合には、ＸＹステージ１０５を図示していない駆動部によりＸ方向に連続移動させながら、描画（露光）面を電子ビーム２００が偏向可能な短冊状の複数のストライプ領域に仮想分割された試料１０１の１つのストライプ領域上を電子ビーム２００が照射する。ＸＹステージ１０５のＸ方向の移動は、連続移動とし、同時に電子ビーム２００のショット位置もステージ移動に追従させる。連続移動させることで描画時間を短縮させることができる。そして、１つのストライプ領域を描画し終わったら、ＸＹステージ１０５を図示していない駆動部によりＹ方向にステップ送りしてＸ方向（今度は逆向き）に次のストライプ領域の描画動作を行なう。各ストライプ領域の描画動作を蛇行させるように進めることでＸＹステージ１０５の移動時間を短縮することができる。

図３は、成形偏向器の構成を示す概念図である。
第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４は、共に、例えば８極の電極で構成される静電偏向器として構成する。そして、第１の成形偏向器２１２の各電極上部がそれぞれの制御系のアンプＢＯＸ３２２と接続されている。そして、第１の成形偏向器２１２の各電極下部がそれぞれ第２の成形偏向器２１４の各電極上部に単芯ケーブル２２０で接続されている。上方に位置する第１の成形偏向器２１２の各電極下部と下方に位置する第２の成形偏向器２１４の各電極上部とを接続することで、単芯ケーブル２２０の配線長さを短くすることができる。その結果、コイル成分を小さくすることができる。
第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４の８つの各電極は、対向する２つの電極のうち、一方側の電極同士をつなぐ単芯ケーブル２２０にダンピング抵抗器２３０が挿入されている。成形偏向器は、円柱の電極をワイヤーで８極に分割すると共に複雑な形状に内部加工する。ここで、長い円柱を加工するには長いワイヤーが必要となるが、長いワイヤーを用いると撓んでしまい複雑な形状に内部を加工することが難しいため、第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４の２段に分けることにより製造し易くすることができる。また、円柱形とすることで、芯を出しやすくし、電子鏡筒１０２内の狭いスペースに設置する際に光軸に合わせ易くすることができる。

図４は、成形偏向器の配置部分についての構成を示す概念図である。
図４では、成形偏向器の８極の電極のうち、１対の電極についてその配置部分についての構成を示している。図４において、静電型の第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４は、電子鏡筒１０２内に配置される。第１の成形偏向器２１２の一方の電極は、シールド層を持たない単芯ケーブル２２１、シールド層で保護された補償ケーブルとなる同軸ケーブル２２２、抵抗器３２６を介してアンプＢＯＸ３２２内に配置された電圧印加部の一例となる偏向アンプ３２４に接続される。同軸ケーブル２２２は、電子鏡筒１０２の内外をコネクタ２２４で接続される。同軸ケーブル２２２を第１の成形偏向器２１２の電極上部近くまで引くことで、シールド層を持たない単芯ケーブル２２１の配線長さを短くすることができる。その結果、コイル成分を小さくすることができる。そして、静電型の第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４のそれぞれの電極の他方は地絡されている。

第２の成形偏向器２１４の他方の電極は、シールド層を持たない単芯ケーブル２２０で第１の成形偏向器２１２の前記一方の電極に接続される。かかる場合に、第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４の電極間をつなぐ単芯ケーブル２２０にはダンピング抵抗器２３０が直列に接続されている。

アンプＢＯＸ３２２内に配置された偏向アンプ３２４は、偏向制御回路３２０により制御され、抵抗器３２６、同軸ケーブル２２２、単芯ケーブル２２０を介して静電型の第１の成形偏向器２１２に必要な偏向電圧を印加する。そして、第２の成形偏向器２１４にも第１の成形偏向器２１２と並列に同じ偏向電圧を印加する。かかる場合に、単芯ケーブル２２０には、等価的なコイル成分が存在するため、印加した偏向電圧が発振或いはリンギングを起こしてしまうとコイルの性質から電流を流し続けてしまい、うねり成分を減衰しにくくなるが、単芯ケーブル２２０に接続されているダンピング抵抗器２３０によりかかるうねり成分を減衰することができる。そして、ダンピング抵抗器２３０を電子鏡筒１０２内の真空雰囲気中に配置することで、単芯ケーブル２２０の配線長さを短くすることができる。その結果、コイル成分を小さくすることができる。よって、その分、ダンピング抵抗器２３０の抵抗値を低く抑えることができる。その結果、リンギングや発振によるうねり成分を減衰させる代わりに生じるダンピング抵抗器２３０の発熱量を低減することができる。

図５は、成形偏向器の等価回路を示す図である。
図５では、成形偏向器の８極の電極のうち、１対の電極についてその等価回路を示している。図５に示すように、偏向アンプ３２４の出力はアンプインピーダンス調整用の抵抗器３２６を介して、同軸ケーブル２２２を通って電子鏡筒１０２内に入り、コンデンサ成分となる第１の成形偏向器２１２の一方の電極と同様にコンデンサ成分となる第２の成形偏向器２１４の一方の電極とに並列に電圧を印加する。そして、第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４とをつなぐコイル成分をもつ単芯ケーブル２２０と直列にダンピング抵抗器２３０を接続する。第１の成形偏向器２１２の他方の電極と第２の成形偏向器２１４の他方の電極と同軸ケーブル２２２のシールド層の配線は地絡させている。

電子鏡筒内の成形偏向器のインピーダンスの計算式を数１として示す。

数１に示すように、コンデンサ成分となる第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４とコイル成分をもつ単芯ケーブル２２０とダンピング抵抗器２３０とにより構成される電子鏡筒１０２内の回路のインピーダンスＺは、コンデンサ成分の静電容量をＣ、コイル成分のインダクタンスをＬ、抵抗値をＲ、複素数をｉとして、式（１）で示すことができる。すなわち、Ｚ＝Ｒ−ｉ√（Ｌ／Ｃ）＋ｉ√（Ｌ／Ｃ）で示すことができる。ここで、リンギングや発振のうねり成分を減衰させるためには、複素共役の関係にすることが望ましく、理想的にはダンピング抵抗器２３０の抵抗値Ｒを式（２）から求めることができる。すなわち、Ｒ＝−ｉ√（Ｌ／Ｃ）＝ｉ√（Ｌ／Ｃ）を満たす抵抗値Ｒに設定することが望ましい。例えば、一周期で減衰させることができる。
ここで、例えば、コンデンサ成分となる第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４との静電容量Ｃを２７ｐＦ、単芯ケーブル２２０のコイル成分のインダクタンスを２０ｎＨとした場合に、理想的にはダンピング抵抗器２３０の抵抗値Ｒを１５Ωに設定すると良い。但し、かかる値に限るものではなく、実機により微調整することがより望ましい。

以上のように、ダンピング抵抗器２３０を電子鏡筒１０２内で第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４と単芯ケーブル２２０との近くに配置することで、アンプＢＯＸ３２２側ではできなかったインピーダンスマッチングの微調整を行なうことができる。

図６は、ダンピング抵抗を接続していない成形偏向器の配置部分についての構成を示す概念図である。
図６では、成形偏向器の８極の電極のうち、１対の電極についてその配置部分についての構成を示している。図６において、静電型の第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４は、電子鏡筒１０２内に配置される。第１の成形偏向器２１２の一方の電極は、シールド層を持たない単芯ケーブル２２１、シールド層で保護された補償ケーブルとなる同軸ケーブル２２２、抵抗器３２６を介してアンプＢＯＸ３２２内に配置された偏向アンプ３２４に接続される。同軸ケーブル２２２は、電子鏡筒１０２の内外をコネクタ２２４で接続される。そして、静電型の第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４のそれぞれの電極の他方は地絡されている。図６において、第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４の電極間をつなぐ単芯ケーブル２２０にダンピング抵抗器２３０が直列に接続されていない点を除き、図４の構成と同様である。

図７は、図６の成形偏向器の等価回路を示す図である。
図７では、成形偏向器の８極の電極のうち、１対の電極についてその等価回路を示している。図７に示すように、偏向アンプ３２４の出力はアンプインピーダンス調整用の抵抗器３２６を介して、同軸ケーブル２２２を通って電子鏡筒１０２内に入り、コンデンサ成分となる第１の成形偏向器２１２の一方の電極と同様にコンデンサ成分となる第２の成形偏向器２１４の一方の電極とに並列に電圧を印加する。第１の成形偏向器２１２の他方の電極と第２の成形偏向器２１４の他方の電極と同軸ケーブル２２２のシールド層の配線は地絡させている。図７において、第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４とをつなぐコイル成分をもつ単芯ケーブル２２０と直列にダンピング抵抗器２３０を接続していない点を除き、図５の構成と同様である。

図８は、ダンピング抵抗器がない場合の偏向電圧と時間との関係を示す図である。
図９は、ダンピング抵抗器を挿入した本実施の形態１における構成の場合の偏向電圧と時間との関係を示す図である。
図８では、ダンピング抵抗器２３０がない場合には、偏向電圧を印加した当初にリンギングが起きてしまう様子を示している。これに対し、図９では、偏向電圧を印加した当初に発生するはずのリンギングが低減されている様子を示している。すなわち、第１の成形偏向器２１２と第２の成形偏向器２１４とをつなぐコイル成分をもつ単芯ケーブル２２０と直列にダンピング抵抗器２３０を接続することにより、リンギングのうねり成分を減衰させることができる。

以上のように、単芯ケーブル２２０と直列にダンピング抵抗器２３０を接続することにより、リンギングのうねり成分を減衰させることができるので、リンギングや発振を低減させ応答特性を向上させることができる。その結果、偏向精度を向上させることができる。さらには、リンギングや発振を低減させ応答特性を向上させることができるのでセトリング時間を短縮することができ、その結果、描画時間を短縮することができる。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての電子ビーム装置は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 ステージ移動の様子を説明するための図である。 成形偏向器の構成を示す概念図である。 成形偏向器の配置部分についての構成を示す概念図である。 成形偏向器の等価回路を示す図である。 ダンピング抵抗を接続していない成形偏向器の配置部分についての構成を示す概念図である。 図６の成形偏向器の等価回路を示す図である。 ダンピング抵抗器がない場合の偏向電圧と時間との関係を示す図である。 ダンピング抵抗器を挿入した本実施の形態１における構成の場合の偏向電圧と時間との関係を示す図である。 可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。

符号の説明

１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
２０８ 偏向器
２１２，２１４ 成形偏向器
２２０，２２１ 単芯ケーブル
２２２ 同軸ケーブル
２２４ コネクタ
２３０ ダンピング抵抗器
３２０ 偏向制御回路
３２２ アンプＢＯＸ
３２４ 偏向アンプ
３２６ 抵抗器
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (5)

1. 電子ビームを照射する電子銃と、
   前記電子銃から照射された電子ビームを偏向させる第１と第２の偏向器と、
   前記第１と第２の偏向器に並列に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記第１と第２の偏向器間を接続する前記電圧を印加するための配線に接続された抵抗器と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム装置。
2. 前記第１と第２の偏向器として、静電偏向器を用いることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。
3. 前記第１と第２の偏向器間は、シールド層で覆われていない単芯配線で接続され、前記抵抗器は、前記単芯配線に接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビーム装置。
4. 前記電子ビーム装置は、さらに、前記第１と第２の偏向器により偏向された前記電子ビームを成形する成形アパーチャを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の電子ビーム装置。
5. 前記抵抗器は、真空雰囲気中に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の電子ビーム装置。

Images