JP3393983B2

JP3393983B2 - 荷電粒子ビーム露光装置

Info

Publication number: JP3393983B2
Application number: JP32462097A
Authority: JP
Inventors: 聡山崎; 研司大歳
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2003-04-07
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: JPH11162811A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
に使用されるフォトマスクあるいはシリコンウエハなど
の表面に、電子ビームを用いて微細なパターンを描画す
る電子ビーム露光装置、及びこれと同様な荷電粒子ビー
ム光学系を備えた荷電粒子ビーム露光装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム露光装置では、電子銃から発
射された電子ビームを、偏向レンズ系及びアパーチャ板
などを用いて所定の断面形状に成形した後、被処理基板
上で走査する。これによって、被処理基板上に塗布され
ているフォトレジストに目標とするパターンが描画され
る。

【０００３】電子ビーム露光装置には、丸ビームを用い
るものと可変成形ビームを用いるものがある。可変成形
ビーム方式では、被処理基板上に描画すべきパターン
を、予め、矩形や直角二等辺三角形などの基本的な図形
に分割し、電子ビームの断面形状をこれらの基本的な図
形に応じた形状に適宜成形して描画を行う。可変成形ビ
ーム方式は、丸ビーム方式と比べて処理能力が優れてい
るので、近年、電子ビーム露光装置の主流になりつつあ
る。

【０００４】半導体集積回路の高集積化に伴い回路パタ
ーンの微細化が進み、これに対応すべく、電子ビーム露
光装置に対する微細化及び高精度化の要求が益々高まっ
ている。可変成形ビーム方式に基づく電子ビーム露光装
置において、高精度な描画パターンを得るためには、電
子ビームの断面形状の成形を高精度に行わなければなら
ない。

【０００５】図９に、可変成形ビーム方式に基づく電子
ビーム露光装置の概略構成を示す。照明系５から発射さ
れた電子ビームは第一アパーチャ板１に入射する。第一
アパーチャ板１は、図１０（ａ）に示す様に、矩形の開
口部１７を備え、これによって電子ビームは矩形状に成
形される。第一アパーチャ板１を通過した電子ビーム
は、成形偏向器３を通って、第二アパーチャ板２に入射
する。第二アパーチャ板２は、図１０（ｂ）に示す様
に、略矢印型の開口部１９を備え、この開口部１９の上
に電子ビームが到達する位置は、成形偏向器３によって
制御される。この開口部１９に対する電子ビーム像１８
の相対位置によって、図１０（ｃ）に示す様に、先に矩
形状に成形された電子ビームの一部が遮られ、電子ビー
ムの断面形状の成形が更に行われる。これによって、被
処理基板６の上に照射される電子ビームの断面形状及び
寸法が決定される。なお、この例の場合（図１０
（ｃ））、電子ビームの断面形状（電子ビーム像１８）
として、矩形（タイプ１）及び４種類の直角二等辺三角
形（タイプ２〜５）が得られる。

【０００６】上記の様に、電子ビームの断面形状を可変
式に成形する場合、成形偏向器３によって偏向された電
子ビームが、第二アパーチャ板２上への到達する位置の
精度が低下すると、第二アパーチャ板２による成形後の
電子ビームの断面形状が変化して、その結果、被処理基
板上に描画されるパターンの寸法精度の低下を招く。第
二アパーチャ板２上への電子ビームの到達位置の精度を
低下させる要因として、以下の様な現象を挙げることが
できる。

【０００７】（ａ）第一アパーチャ板１から第二アパー
チャ板２までの間の光軸近傍に配置された部品に、絶縁
性のコンタミネーションが付着し、コンタミネーション
のチャージアップによって電子ビームの偏向軌道が除々
に曲げられること（ｂ）成形偏向器３の印加電圧の不安定性あるいは非線
形性（ｃ）アパーチャ板（第一及び第二）に到達した電子ビ
ームよる入熱に基づく温度上昇に伴う、アパーチャ板の
開口部に生ずる寸法及び形状の変化（ｄ）アパーチャ板（第一及び第二）の温度上昇に伴う
アパーチャホルダー（アパーチャを支持する部材）の熱
変形に基づくアパーチャ板の開口部の位置の移動図１１（ａ）に、定常状態における第二アパーチャホル
ダー７１に対する第二アパーチャ板２の取付け状態を示
す。第二アパーチャ板２の側面は、基準ピン７２により
第二アパーチャホルダー７１に対して押し付けられ、第
二アパーチャ板２の上面は、板バネ７３によって第二ア
パーチャホルダー７１に対して垂直に押し付けられてい
る。第二アパーチャホルダー７１に熱膨張が生ずると、
図１１（ｂ）に示す様に、第二アパーチャ板２を押し付
けているピン７２の位置が移動し、それに伴って、第二
アパーチャ板２の位置も移動する。

【０００８】図１２（ａ）は、定常状態（図１１（ａ）
に示す状態）において第二アパーチャ板の開口部１９に
到達する電子ビームの第一アパーチャ像１８の相対位置
（一例）を示す。図１２（ｂ）は、第二アパーチャホル
ダー７１に熱膨張が生じた状態（図１１（ｂ）に示す状
態）における第一アパーチャ像１８の相対位置の変化を
示す。図１２（ｂ）に示す様に、第二アパーチャ板２の
位置の移動に伴い、その開口部１９の位置も移動するの
で、第二アパーチャ板の開口部１９に対する電子ビーム
の第一アパーチャ像１８の相対位置が変化する。これに
より、第二アパーチャ板２を通過した電子ビームの断面
形状（寸法及び形状）が変化し、その結果、描画パター
ンの寸法精度を低下を招く。

【０００９】また、図１３（ａ）、（ｂ）に、温度上昇
に伴う第二アパーチャ板の開口部１９の変化の様子を示
す。なお、（ａ）は定常状態、（ｂ）は第二アパーチャ
板２の温度が上昇した状態を表す。図１４（ａ）は、定
常状態（図１３（ａ）に示す状態）における第二アパー
チャ板の開口部１９に到達する電子ビームの第一アパー
チャ像１８の相対位置（一例）を示し、図１４（ｂ）
は、第二アパーチャ板２の温度が上昇した場合（図１３
（ｂ）に示す状態）における第一アパーチャ像１８の相
対位置の変化を示す。図１４（ｂ）に示す様に、第二ア
パーチャ板の開口部１９の形状が変化すると、開口部１
９に対する第一アパーチャ像１８の相対位置が変化す
る。これにより、第二アパーチャ板２を通過した電子ビ
ームの寸法及び形状が変化し、その結果、描画パターン
の寸法精度の低下を招く。

【００１０】上記の様な問題を解決すべく、特開平６−
５４９９号公報には、電子ビームの成形に使用される複
数のアパーチャ板を同一固定治具に固定する構造が記載
されている。この構造を採用すれば、電子ビーム照射に
伴い流入する熱量がアパーチャ板から逃がれ易くなるの
で、アパーチャ板の温度上昇を抑えることができる。

【００１１】しかしながら、固定方法あるいは接着方法
を改善しても、電子ビーム照射に伴いアパーチャ板に流
入する熱量を完全に取り除くことは困難であり、より高
精度な電子ビームの断面形状の成形が要求される場合に
は、十分な解決方法とは言えない。

【００１２】また、上記の様な問題を解決すべく、特開
昭６２−２７２５２９号公報には、アパーチャ板内にニ
クロム線からなるヒータを埋め込むことにより、アパー
チャ板の温度を一定に保つ方法が提案されている。この
方法によれば、アパーチャ板の温度を測定しながらヒー
タの出力を制御することによって、アパーチャ板の温度
が一定に保たれる。

【００１３】更に、特開平６−１２４８８４号公報に
は、アパーチャ板にレーザービームを照射して、前記方
法と同様に、アパーチャ板の温度を一定に保つ方法が提
案されている。

【００１４】上記の２つの方法では、温度測定を行って
ヒータあるいはレーザビームからアパーチャ板に供給さ
れる熱量を制御しているので、短時間のアパーチャ板へ
の電子ビーム照射に対しては制御上の遅れが発生する。
特に、被処理基板上での電子ビーム像の形状を適宜変化
させる可変成形ビーム方式の描画方式では、電子ビーム
像の形状及び寸法を短時間で変化させるので、電子ビー
ムの入射に伴いアパーチャ板に流入する熱量も短時間で
変化し、上記の制御方法では速やかに追従することがで
きず、従って、高精度な電子ビームの断面形状の成形に
は限界があった。

【００１５】更に、上記の特開平６−１２４８８４号公
報には、アパーチャ板を通過する電子ビームの電流値、
あるいは、ビーム成形偏向器の動作データに基づいて、
アパーチャ板に与えらえる熱量を制御することについて
も記載されている。しかしながら、アパーチャ板に温度
変化をもたらすのは電子ビームの断面形状だけではな
く、電子ビームのＯＮ／ＯＦＦも影響しており、むしろ
電子ビームのＯＮ／ＯＦＦの方がアパーチャ板の温度変
化に与える影響が大きい。従って、上記の方法では、ア
パーチャ板の温度変化を完全に抑えることは困難であっ
た。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決するために成されたもので、本発明の目的は、可
変成形ビーム方式に基づく荷電粒子ビーム露光装置にお
いて、アパーチャ板及びこれを支持するアパーチャホル
ダーの温度変化に起因するアパーチャ板の開口部の形状
及び位置の変動を抑えることにより、荷電粒子ビームの
断面形状の成形精度を向上させ、これによって、荷電粒
子ビーム描画装置の寸法精度の向上を図ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の荷電粒子ビーム
露光装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源か
ら発射された荷電粒子ビームの行路を遮断することによ
り荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦを行うブランキング機
構と、ブランキング機構を通過した荷電粒子ビームを所
定の断面形状に成形するアパーチャ板と、アパーチャ板
の温度を一定に保つべく、アパーチャ板に熱量を供給す
る加熱手段と、を備えた荷電粒子ビーム露光装置におい
て、前記加熱手段は、荷電粒子ビームがＯＮ及びＯＦＦ
のそれぞれの場合について、荷電粒子ビームの入射に伴
い前記アパーチャ板に流入する熱量との和が常に一定の
値になる様に算出された熱量を、前記ブランキング手段
による荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦに同期させて、前
記アパーチャ板に供給することを特徴とする。

【００１８】本発明の荷電粒子ビーム露光装置によれ
ば、上記の条件に基づいて算出された熱量を、予め前記
加熱手段の制御装置に入力しておいて、その熱量を荷電
粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦに同期させて前記アパーチャ
板に供給するので、制御の時間遅れを伴わず、前記アパ
ーチャ板を一定の温度に保ことができる。

【００１９】なお、前記加熱手段から前記アパーチャ板
への熱量の供給は、前記アパーチャ板を支持するアパー
チャホルダーを介して行うこともできる。また、本発明
の荷電粒子ビーム露光装置は、荷電粒子ビーム源と、荷
電粒子ビーム源から発射された荷電粒子ビームの行路を
遮断することにより荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦを行
うブランキング機構と、ブランキング機構を通過した荷
電粒子ビームを所定の断面形状に成形する第一アパーチ
ャ板と、第一アパーチャ板を通過した荷電粒子ビーム
を、指示データに従い、複数のパターンの内のいずれか
の断面形状に更に成形する第二アパーチャ板と、第二ア
パーチャ板の温度を一定に保つべく、第二アパーチャ板
に熱量を供給する加熱手段と、を備えた可変成形ビーム
方式に基づく荷電粒子ビーム露光装置において、前記加
熱手段は、荷電粒子ビームがＯＦＦの場合及び荷電粒子
ビームが前記第二アパーチャ板により前記複数のパター
ンの内のいずれかの断面形状に成形された場合のそれぞ
れの場合について、荷電粒子ビームの入射に伴い前記第
二アパーチャ板に流入する熱量との和が常に一定の値に
なる様に算出された熱量を、前記指示データに基づいて
且つ前記ブランキング手段による荷電粒子ビームのＯＮ
／ＯＦＦに同期して、前記第二アパーチャ板に供給する
ことを特徴とする。

【００２０】本発明の荷電粒子ビーム露光装置によれ
ば、上記の条件に基づいて算出された熱量あるいはその
算出式を、予め前記加熱手段の制御装置に入力しておい
て、その熱量を前記指示データに対応し且つ荷電粒子ビ
ームのＯＮ／ＯＦＦに同期させて前記第二アパーチャ板
に供給するので、制御の時間遅れを伴わず、前記第二ア
パーチャ板を一定の温度に保ことができる。なお、前記
加熱手段から前記第二アパーチャ板への熱量の供給は、
前記第二アパーチャ板を支持する第二アパーチャホルダ
ーを介して行うこともできる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１に、本発明に基づく電子ビー
ム露光装置の概略構成を示す。図中、２０は鏡筒、４０
は試料室、４１は被処理基板、４２はステージ、２１は
電子銃（荷電粒子ビーム源）、２２ａ〜２２ｅは各種レ
ンズ系、２３はブランキング偏向器、２４は成形偏向
器、２５及び２６は対物偏向器、１１はブランキングア
パーチャ、１は第一アパーチャ板、２は第二アパーチャ
板、５０は熱量補償回路部（加熱手段）を表す。

【００２２】電子銃２１から発射された電子ビームは、
ブランキング偏向器２３によりＯＮ／ＯＦＦ制御され
る。次いで、ブランキングアパーチャ１１を通過した電
子ビームは、第一アパーチャ板１によって矩形形状に成
形される。矩形形状に成形された電子ビームは、成形偏
向器２４により偏向され、第二アパーチャ板２上に入射
する。この時、先に説明した様に（図１０）、第二アパ
ーチャ板２の開口部１９に対する電子ビームの第一アパ
ーチャ像１８の相対位置を適宜、制御することによっ
て、電子ビームの断面形状が指示された形状に成形され
る。この様に成形された電子ビームは、対物縮小レンズ
系２２ｄ、２２ｅにより縮小され、被処理基板４１上に
結像される。被処理基板４１上での電子ビームの位置
は、対物偏向器２５、２６により制御される。この様に
して、指示された形状及び寸法の電子ビームが指示され
た位置に照射される。

【００２３】この時、パターンデータ発生部３６で生成
されたパターン情報及びビームＯＮ／ＯＦＦ情報は、偏
向制御回路部３３、ブランキング制御回路部３４、可変
成形ビーム寸法及び形状制御回路部３５へ送られる。こ
れと同時に、上記の情報は、熱量補償回路部５０にも送
られる。熱量補償回路部（加熱手段）５０は、上記の情
報に基づいて、電子ビームの断面形状の切替えに対応し
且つ電子ビームのＯＮ／ＯＦＦに同期して制御された熱
量を、第一アパーチャ板１及び第二アパーチャ板２に供
給する。

【００２４】なお、この例において、電子ビームの加速
電圧は５０ｋＶ、標準電流密度は４０Ａ／ｃｍ² 、最大
ビーム寸法は２．５μｍである。また、第二アパーチャ
板２で成形された成形ビームの縮小率は１／３０であ
り、被処理基板４１上で２μｍのビーム寸法を得たい場
合は、第二アパーチャ板２上でのビーム寸法は６０μｍ
である。

【００２５】（第一アパーチャ板の温度制御）次に、こ
の電子ビーム露光装置における、第一アパーチャ板の温
度制御方法について説明する。

【００２６】図２（ａ）に、ビームＯＮ時の電子ビーム
軌道の模式図を示す。図２（ｂ）に、この場合の第一ア
パーチャ上での電子ビームの電流分布を示す。図３
（ａ）に、ビームＯＦＦ時の電子ビーム軌道の模式図を
示す。図３（ｂ）に、この場合の第一アパーチャ上での
電子ビームの電流分布を示す。図中、１は第一アパーチ
ャ板、２は第二アパーチャ板、３は成形偏向器、１５及
び１６は電子ビームのＯＮ／ＯＦＦを行うブランキング
電極、１１はブランキングアパーチャ、１３は制御アパ
ーチャを表す。

【００２７】ビームＯＮ時には、図２（ａ）に示す様
に、ブランキング電極１５を通過した電子ビームは、ブ
ランキングアパーチャ１１の開口部を通り、ブランキン
グ電極１６を経て、第一アパーチャ板１、成形偏向器３
及び第二アパーチャ板２によって所定の断面形状に成形
された後、制限アパーチャ１３の開口部を通って、被処
理基板（図示せず）上に入射する。一方、ビームＯＦＦ
時には、図３（ａ）に示す様に、電子ビームはブランキ
ング電極１５で偏向され、ブランキングアパーチャ１１
で電子ビームの大部分がカットされ、更に、ブランキン
グ電極１６を経て、第一アパーチャ板１、成形偏向器３
及び第二アパーチャ板２によって成形された後、制限ア
パーチャ１３によって残りの電子ビームがカットされ
る。

【００２８】このため、ビームＯＮ時とビームＯＦＦ時
とを比較すると、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示す様
に、第一アパーチャ板１の上に入射するビーム電流値が
大きく変化する。この様に、ビーム電流値の変化に伴
い、ビームＯＮ時とビームＯＦＦ時で第一アパーチャ板
１に流入する熱量も変化する。

【００２９】図４に、第一アパーチャ板の温度制御方法
の概要を示す。図４（ａ）は、ビームＯＮ／ＯＦＦに伴
い、ビーム電流の入射に伴い第一アパーチャ板１に流入
する熱量の変化の様子を表し、図４（ｂ）に、ビームＯ
Ｎ／ＯＦＦに対応して、熱量補償回路部５０から第一ア
パーチャ板１に供給される熱量の様子を表す。図中、Ｑ
ｘはビームＯＦＦ時にビーム電流に伴い流入する熱量、
ＰｘはビームＯＦＦ時に熱量補償回路部５０から供給す
る熱量、ＱｙはビームＯＮ時にビーム電流に伴い流入す
る熱量、ＰｙはビームＯＮ時に熱量補償回路部５０から
供給する熱量を表す。本発明に基づく電子ビーム露光装
置においては、下記の条件が満たされる様に、ビームの
ＯＮ／ＯＦＦに同期させて、熱量補償回路部５０から第
一アパーチャ板１に供給される熱量を制御する。

【００３０】Ｑｘ＋Ｐｘ＝Ｑｙ＋Ｐｙ＝（一定）・・・（１）熱量補償回路部５０から供給される熱量をこの様に制御
することによって、第一アパーチャ板１に入る熱量が常
に一定に維持され、その結果、第一アパーチャ板１の温
度が一定に維持される。従って、第一アパーチャ板１の
開口部の位置及び形状が変化することはない。

【００３１】なお、上記の説明では、熱量補償回路部５
０から第一アパーチャ板１に対して熱量を供給している
が、第一アパーチャ板を支持するアパーチャホルダーに
熱量を供給してもよい。

【００３２】（第二アパーチャ板の温度制御）次に、こ
の電子ビーム露光装置における、第二アパーチャ板の温
度制御方法について説明する。

【００３３】図５に、電子ビームの第一アパーチャ像１
８ａ〜１８ｄを第二アパーチャ板の開口部１９の各位置
に投影した時の状態を示す。図５から分かる様に、第二
アパーチャ板２を用いて電子ビームの断面形状を成形す
る場合、成形後の形状及び寸法の変化に対応して、第二
アパーチャ板２に流入するビーム電流の値が変化する。
従って、電子ビームの断面形状の切替えに伴い、第二ア
パーチャ板２に流入する熱量が変化する。

【００３４】図６に、第二アパーチャ板の温度制御方法
の概要を示す。図６（ａ）は、電子ビームのＯＮ／ＯＦ
Ｆに同期させて、電子ビームの断面形状を図５の１８
ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの順に切替えた場合の、電
子ビームの入射により第二アパーチャ板２に流入する熱
量の変化を表し、図６（ｂ）は、上記の様な電子ビーム
の断面形状の切替えに対応して、熱量補償回路部５０か
ら第二アパーチャ板２に供給される熱量の変化を表す。
図中、Ｑ０はビームＯＦＦの場合、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及
びＱ４は、ビームＯＮで、それぞれ１８ａ、１８ｂ、１
８ｃ及び１８ｄの様に電子ビームを成形した場合の、電
子ビームの入射に伴い流入する熱量を表す。同様に、Ｐ
０はビームＯＦＦの場合、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４
は、ビームＯＮで、それぞれ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及
び１８ｄの様に電子ビームを成形した場合の、熱量補償
回路部５０から供給される熱量を表す。

【００３５】本発明に基づく電子ビーム露光装置におい
ては、下記の条件が満たされる様に、ビームＯＮ／ＯＦ
Ｆ及び電子ビームの断面形状の切替えに対応して、熱量
補償回路部５０から第二アパーチャ板２に供給される熱
量を制御する。

【００３６】Ｑ０＋Ｐ０＝Ｑ１＋Ｐ１＝Ｑ２＋Ｐ２＝Ｑ３＋Ｐ３＝Ｑ４＋Ｐ４＝（一定）・・・（２）この様に、熱量補償回路部５０から第二アパーチャ板２
に供給される熱量を制御することによって、第二アパー
チャ板２に入る熱量が常に一定に維持され、その結果、
第二アパーチャ板２の温度が一定に維持される。従っ
て、第二アパーチャ板の開口部１９の位置及び形状が変
化することがない。

【００３７】なお、上記の説明では、熱量補償回路部５
０から第二アパーチャ板２に対して熱量を供給している
が、第二アパーチャ板２を支持するアパーチャホルダー
に熱量を供給してもよい。

【００３８】（熱量補償回路部の構成）次に、この電子
ビーム露光装置における、熱量補償回路部５０の構成に
ついて説明する。

【００３９】図７に、図１中の熱量補償回路部５０の構
成の一例を示す。この例では、第一アパーチャ板１及び
第二アパーチャ板２に熱量を供給する手段として、第一
アパーチャホルダー６１及び第二アパーチャホルダー７
１に電流を流す方法を採用している。熱量補償回路部５
０は、熱量算出回路５１、第一アパーチャホルダー６１
に電圧を供給するＤＡＣ／ＡＭＰ５２、及び第二アパー
チャホルダー７１に電流を供給するＤＡＣ／ＡＭＰ５３
により構成される。

【００４０】パターンデータ発生部３６で算出された成
形ビーム寸法（Ｘ、Ｙ）及びビームＯＮ／ＯＦＦ情報
は、熱量算出回路５１に送られる。熱量算出回路５１で
は、成形ビーム寸法及びビームＯＮ／ＯＦＦ情報に基づ
いて、第一アパーチャホルダー６１及び第二アパーチャ
ホルダー７１に供給すべき熱量を、それぞれ決定する。
その結果は、ＤＡＣ／ＡＭＰ５２及び５３でデジタル−
アナログ変換され、供給すべき熱量に応じた電圧が第一
アパーチャホルダー６１及び第二アパーチャホルダー７
１に、それぞれ供給される。

【００４１】第一アパーチャ板１及び第一アパーチャホ
ルダー６１の温度制御は次の様に行われる。熱量算出回
路５１において、パターンデータ発生部３６から送られ
るデータに基づいて、ＯＦＦ時にはＰｘ（図４
（ｂ））、ＯＮ時にはＰｙ（図４（ｂ））の熱量を設定
し、ブランキング制御回路部３４によるビームＯＮ／Ｏ
ＦＦに同期させて、ＤＡＣ／ＡＭＰ５３にＰｙあるいは
Ｐｘのデータを送る。これによって、ＰｙあるいはＰｘ
に対応する電圧が第一アパーチャホルダー６１に印加さ
れる。なお、上記のＰｘ及びＰｙの値は、予め、熱量算
出回路５１のメモリ部にセットしておく。

【００４２】一方、第二アパーチャ板２及び第二アパー
チャホルダー７１の温度制御は次の様に行われる。熱量
算出回路５１において、パターンデータ発生部３６から
送られるデータに基づいて、ビームＯＦＦ時にはＰ０
（図６（ｂ））、ビームＯＮ時には、第二アパーチャ板
２による成形後のビーム寸法データ（Ｘ、Ｙ）から、次
式に基づいて、熱量補償回路部５０から第二アパーチャ
板２に供給すべき熱量Ｐを算出する。

【００４３】Ｐ＝ｋ・Ｘ・Ｙ・・・（３）この算出結果をＤＡＣ／ＡＭＰ５３に送り、対応する電
圧が第二アパーチャホルダー７１に印加される。ここ
で、ｋは熱量を算出するための係数であり、予め、熱量
算出回路５１のメモリ部にセットしておく。ここで、電
子ビームの第一アパーチャ像１８の第二アパーチャ板２
の上面における寸法を（Ｘ０、Ｙ０）とすると、電子ビ
ーム照射により第二アパーチャ板２に流入する熱量Ｑ
は、次式で表される。

【００４４】Ｑ＝ｋ（Ｘ０・Ｙ０−Ｘ・Ｙ）・・・（４）従って、次式の関係が成り立つ。Ｑ＋Ｐ＝一定・・・（５）なお、ビームＯＦＦ時には、次式の条件を満たすよう
に、熱量Ｐ０を第二アパーチャ板２に与える。

【００４５】Ｐ０＝Ｑ＋Ｐ−Ｑ０・・・・（６）以上の様に決定された熱量Ｐを、熱量補償回路部５０か
ら第二アパーチャ板２に供給すれば、ビームのＯＮ／Ｏ
ＦＦ及び成形ビームの寸法形状に関わらず、第二アパー
チャ板２に供給される熱量を一定に保つことができる。

【００４６】なお、第一アパーチャホルダー６１への熱
量の供給は、図８に示す様に、ブランキング制御回路部
３４からの出力に基づいて行ってもよい。ブランキング
制御回路部３４の出力は、ビームＯＮ／ＯＦＦの２値し
かないので、この出力に基づいて、供給すべき熱量に応
じた電圧をＤＡＣ／ＡＭＰ５２から第一アパーチャホル
ダー６１に供給すればよい。

【００４７】なお、上記の例では、アパーチャホルダー
（第一及び第二）に、ビームＯＮ／ＯＦＦに同期させて
電流を流すことによって、アパーチャホルダー及びアパ
ーチャ板（第一及び第二）に熱量を供給しているが、こ
れに限定されるものではなく、アパーチャ板に直接、電
流を流したり、あるいは、アパーチャ板にヒータを埋め
込んで、このヒータを介して熱量を供給してもよい。ま
た、アパーチャ板に、他の部品を介して熱量を供給して
もよい。

【００４８】なお、本発明は、可変成形ビーム方式の電
子ビーム露光装置の他に、キャラクタプロジェクション
方式の電子ビーム露光装置及び電子ビーム転写装置、イ
オンビーム描画装置、などの、荷電粒子ビームを収束し
て走査することによって、微細な平面パターンの描画を
行う装置に適用することができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明の荷電粒子ビーム露光装置によれ
ば、荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦの際、及び荷電粒子
ビームの成形パターンの切替えの際に、加熱手段からア
パーチャ板に供給する熱量が速やかに調整されるので、
アパーチャ板及びアパーチャホルダーの温度を一定に保
つことができる。従って、アパーチャ板の開口部の位置
及び形状が変化しない。その結果、荷電粒子ビームの断
面形状の成形を高精度に行うことが可能となり、高い寸
法精度を備えた描画パターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく電子ビーム露光装置の概略構成
を示す図。

【図２】電子ビーム露光装置においてビームＯＮの場合
の状態を説明する図、（ａ）はビームＯＮの場合の電子
ビームの軌道を示し、（ｂ）はこの場合における第一ア
パーチャ板上での電子ビームの入射に伴う電流分布を示
す。

【図３】電子ビーム露光装置においてビームＯＦＦの場
合の状態を説明する図、（ａ）はビームＯＦＦの場合の
電子ビームの軌道を示し、（ｂ）はこの場合における第
一アパーチャ板上での電子ビームの入射に伴う電流分布
を示す。

【図４】本発明に基づく電子ビーム露光装置における、
第一アパーチャ板の温度制御の方法について説明する
図、（ａ）は電子ビームの入射に伴い第一アパーチャ板
に流入する熱量の変化を示し、（ｂ）はこれに対応して
熱量補償回路から第一アパーチャ板に供給すべき熱量の
変化を示す。

【図５】第二アパーチャ板を用いて、電子ビームの断面
形状を各種のパターンに成形する方法を説明する図。

【図６】本発明に基づく電子ビーム露光装置において、
第二アパーチャ板の温度制御の方法について説明する
図、（ａ）は電子ビームの入射に伴い第二アパーチャ板
に流入する熱量の変化を示し、（ｂ）はこれに対応して
熱量補償回路から第二アパーチャ板に供給すべき熱量の
変化を示す。

【図７】本発明に基づく電子ビーム露光装置において使
用される熱量補償回路の構成の一例を説明する図。

【図８】本発明に基づく電子ビーム露光装置において使
用される熱量補償回路の構成の他の例を説明する図。

【図９】可変成形ビーム方式に基づく電子ビーム露光装
置の概略構成を示す図。

【図１０】可変成形ビームの発生方法を説明する図、
（ａ）は第一アパーチャ板の開口部の形状、（ｂ）は第
二アパーチャ板の開口部の形状、（ｃ）は第二アパーチ
ャ板上における第一アパーチャ像を示す。

【図１１】アパーチャホルダーの熱膨張に基づくアパー
チャ板の開口部の位置の変化を説明する図、（ａ）は定
常状態における開口部の位置、（ｂ）はアパーチャホル
ダーの温度が上昇した場合における開口部の位置を示
す。

【図１２】アパーチャ板の開口部の位置の変化に伴う成
形ビームの形状の変化を説明する図、（ａ）は定常状態
における第二アパーチャ板の開口部に対する第一アパー
チャ像の相対位置、（ｂ）はアパーチャホルダーの温度
が上昇した場合における第一アパーチャ像の相対位置を
示す。

【図１３】アパーチャ板の熱膨張に基づくアパーチャ板
の開口部の形状の変化を説明する図、（ａ）は定常状態
における開口部の形状、（ｂ）はアパーチャ板の温度が
上昇した場合における開口部の形状を示す。

【図１４】アパーチャ板の開口部の形状の変化に伴う成
形ビームの形状の変化を説明する図、（ａ）は定常状態
における第二アパーチャ板の開口部に対する第一アパー
チャ像の相対位置、（ｂ）はアパーチャ板の温度が上昇
した場合における第一アパーチャ像の相対位置を表す。

【符号の説明】

１・・・第一アパーチャ板、２・・・第二アパーチャ
板、３・・・成形偏向器、４・・・投影レンズ、５・・
・照明系、６・・・試料面、７・・・縮小・対物レンズ
系、８・・・対物偏向器、１１・・・ブランキングアパ
ーチャ、１３・・・制限アパーチャ、１５・・・ブラン
キング電極、１６・・・ブランキング電極、１７・・・
第一アパーチャ板の開口部、１８・・・第一アパーチャ
像、１９・・・第二アパーチャ板の開口部、２０・・・
鏡筒、２１・・・電子銃、２２ａ〜２２ｅ・・・各種レ
ンズ系、２３〜２６・・・各種偏向器、２３・・・ブラ
ンキング電極、３１・・・ステージ駆動回路部、３２・
・・レーザー測長系、３３・・・偏向制御回路部、３４
・・・ブランキング制御回路部、３５・・・可変成形ビ
ーム寸法及び形状制御回路部、３６・・・パターンデー
タ発生部、３７・・・制御計算機、３８・・・データ交
換用計算機、３９・・・ＣＡＤシステム、４０・・・試
料室、４１・・・被処理基板、４２・・・ステージ、５
０・・・熱量補償回路部、５１・・・熱量算出回路、５
２、５３・・・ＤＡＣ／ＡＭＰ、６１・・・第一アパー
チャホルダー、６２・・・基準ピン、６３・・・板バ
ネ、７１・・・第二アパーチャホルダー、７２・・・基
準ピン、７３・・・板バネ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−272529（ＪＰ，Ａ) 特開平６−124884（ＪＰ，Ａ) 特開平８−97130（ＪＰ，Ａ) 特開平５−190428（ＪＰ，Ａ) 特開平９−134869（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 H01J 37/09 H01J 37/305

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から発射された荷電粒子ビームの行路
を遮断することにより荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦを
行うブランキング機構と、ブランキング機構を通過した荷電粒子ビームを所定の断
面形状に成形するアパーチャ板と、アパーチャ板の温度を一定に保つべく、アパーチャ板に
熱量を供給する加熱手段と、を備えた荷電粒子ビーム露光装置において、前記加熱手段は、荷電粒子ビームがＯＮ及びＯＦＦのそ
れぞれの場合について、荷電粒子ビームの入射に伴い前
記アパーチャ板に流入する熱量との和が常に一定の値に
なる様に算出された熱量を、前記ブランキング機構によ
る荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦに同期させて、前記ア
パーチャ板に供給することを特徴とする荷電粒子ビーム
露光装置。
【請求項２】荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から発射された荷電粒子ビームの行路
を遮断することにより荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦを
行うブランキング機構と、ブランキング機構を通過した荷電粒子ビームを所定の断
面形状に成形するアパーチャ板と、アパーチャ板を支持するアパーチャホルダーと、アパーチャ板の温度を一定に保つべく、アパーチャホル
ダーを介してアパーチャ板に熱量を供給する加熱手段
と、を備えた荷電粒子ビーム露光装置において、前記加熱手段は、荷電粒子ビームがＯＮ及びＯＦＦのそ
れぞれの場合について、荷電粒子ビームの入射に伴い前
記アパーチャ板に流入する熱量との和が常に一定の値に
なる様に算出された熱量を、前記ブランキング機構によ
る荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦに同期させて、前記ア
パーチャホルダーに供給することを特徴とする荷電粒子
ビーム露光装置。
【請求項３】荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から発射された荷電粒子ビームの行路
を遮断することにより荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦを
行うブランキング機構と、ブランキング機構を通過した荷電粒子ビームを所定の断
面形状に成形する第一アパーチャ板と、第一アパーチャ板を通過した荷電粒子ビームを、指示デ
ータに従い、複数のパターンの内のいずれかの断面形状
に更に成形する第二アパーチャ板と、第二アパーチャ板の温度を一定に保つべく、第二アパー
チャ板に熱量を供給する加熱手段と、を備えた可変成形ビーム方式に基づく荷電粒子ビーム露
光装置において、前記加熱手段は、荷電粒子ビームがＯＦＦの場合及び荷
電粒子ビームが前記第二アパーチャ板により前記複数の
パターンの内のいずれかの断面形状に成形された場合の
それぞれの場合について、荷電粒子ビームの入射に伴い
前記第二アパーチャ板に流入する熱量との和が常に一定
の値になる様に算出された熱量を、前記指示データに基
づいて且つ前記ブランキング手段による荷電粒子ビーム
のＯＮ／ＯＦＦに同期して、前記第二アパーチャ板に供
給することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項４】荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から発射された荷電粒子ビームの行路
を遮断することにより荷電粒子ビームのＯＮ／ＯＦＦを
行うブランキング機構と、ブランキング機構を通過した荷電粒子ビームを所定の断
面形状に成形する第一アパーチャ板と、第一アパーチャ板を通過した荷電粒子ビームを、指示デ
ータに従い、複数のパターンの内のいずれかの断面形状
に更に成形する第二アパーチャ板と、第二アパーチャ板を支持する第二アパーチャホルダーと
第二アパーチャ板の温度を一定に保つべく、第二アパー
チャホルダーを介して第二アパーチャ板に熱量を供給す
る加熱手段と、を備えた可変成形ビーム方式に基づく荷電粒子ビーム露
光装置において、前記加熱手段は、荷電粒子ビームがＯＦＦの場合及び荷
電粒子ビームが前記第二アパーチャ板により前記複数の
パターンの内のいずれかの断面形状に成形された場合の
それぞれの場合について、荷電粒子ビームの入射に伴い
前記第二アパーチャ板に流入する熱量との和が常に一定
の値になる様に算出された熱量を、前記指示データに基
づいて且つ前記ブランキング手段による荷電粒子ビーム
のＯＮ／ＯＦＦに同期して、前記第二アパーチャホルダ
ーに供給することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装
置。