JP3419913B2

JP3419913B2 - 荷電粒子ビーム露光方法及び装置

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Publication number: JP3419913B2
Application number: JP27947494A
Authority: JP
Inventors: 義久大饗; 総一郎荒井; 高雅佐藤; 秀文矢原; 洋安田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-11-14
Filing date: 1994-11-14
Publication date: 2003-06-23
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JPH08139005A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は荷電粒子ビーム露光方法
及び装置に係り、特に荷電粒子ビームが連続的に走査を
行うことにより被露光物上に微細パターンを露光する荷
電粒子ビーム露光方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム露光装置に代表される荷電粒
子ビーム露光装置は、高解像度及び高精度のパターン描
画が可能であるため、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の微
細なパターンを基板に露光するのに適している。しか
し、例えば電子ビーム露光装置の場合、微細な電子ビー
ムによる一筆書きで基板にパターンを描画する方法では
時間がかかってしまい、スループットを向上することは
難しい。

【０００３】そこで、所謂可変矩形露光を用いる電子ビ
ーム露光装置が提案されている。可変矩形露光では、電
子ビームを偏向してマスク上の所定部分を透過させるこ
とにより電子ビームの断面形状を可変成形し、成形され
た電子ビームを基板上に偏向して可変矩形を露光する。
又、電子ビームの偏向に伴って電子ビームの位置、焦点
及び非点収差の補正を行うことにより、シャープなパタ
ーンを高精度で基板上に露光することができる。

【０００４】これらの補正に要する演算は、電子ビーム
を基板上の所望の位置に偏向して電子ビームの軌道がそ
の偏向位置に整定されると共に、電子ビームの基板上へ
の照射が禁止されているブランキングが解除されて電子
ビームが実際に基板上に照射されるまでの間に行われ
る。つまり、補正に要する演算は、ブランキングが解除
されるまでに終了していれば良い。

【０００５】従って、電子ビーム露光装置のシステムク
ロックや上記補正に関連したクロックが、基板上のレジ
ストの感度の変化や電子ビームの電流密度の変化に伴い
変化しても、露光時間は変化するものの、露光精度や露
光されるパターンのシャープネスは略変化しない。とこ
ろが、この様に電子ビームを一定の位置に停止させて露
光を行い、電子ビームを次の位置に偏向して停止させて
から次の露光を行うといった動作を繰り返すステップ・
アンド・リピート方式では、高いスループットを得るこ
とはできない。

【０００６】そこで、電子ビームを一定の位置に停止さ
せることなく、連続的に走査させる（以下、スウィープ
すると言う）ことにより、スループットを向上させる方
法が考えられる。この考えられる方法では、ブランキン
グ・アパーチャ・アレイ（ＢＡＡ）を用い、ＢＡＡの任
意の領域に電子ビームを照射する。ＢＡＡは、電子ビー
ムに対するシャッタとして機能するブランキング・アパ
ーチャがマスクにアレイ状に配置されたものであり。Ｂ
ＡＡ自体は周知である。電子ビームは、上記任意の領域
内のオンとなったブランキング・アパーチャを透過して
基板上に照射されるが、オフとなったブランキング・ア
パーチャを透過した電子ビームは基板上には達しない。
従って、電子ビームが実質的にＢＡＡの任意の領域をス
ウィープするかの如く、オン／オフが制御されるブラン
キング・アパーチャが連続的に一方向へ移動するように
制御すると同時に、各ブランキング・アパーチャのオン
／オフを露光するべきパターンに基づいて射出クロック
に応答して制御することにより、短時間でパターンを露
光することができると考えられる。

【０００７】しかし、ブランキング・アパーチャのオン
／オフのタイミングを制御する射出クロックがレジスト
の感度の変化や電子ビームの電流密度の変化に伴って変
化すると、偏向器による電子ビームの走査位置を決定し
たり、電子ビームの偏向位置に依存する収差補正量を設
定するための補正クロックも射出クロックの変化に応じ
て変化する。このため、基板上に露光されるパターンの
配置精度やシャープネスが悪化するという、ＢＡＡを用
いて電子ビームによるスウィープを行う場合に特有の問
題が生じてしまう。

【０００８】そこで、電子ビームでスウィープを行う場
合には、射出クロックの変化に関係なく、射出クロック
を分周して常に一定のタイミングで上記補正クロックを
一定に補正する方法が考えられるが、この方法には限界
がある。他方、電子ビームを微小偏向範囲内で偏向して
基板上に照射する副偏向器（又は、静電偏向器）は、デ
ィジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器及びアナログ増幅
器を介して得られる副偏向信号に基づいて電子ビームを
偏向する。しかし、電子ビームでスウィープを行う場合
に、Ｄ／Ａ変換器の出力階段波形をアナログ増幅器で鈍
らせてから副偏向器に供給することにより電子ビームに
基板上を滑らかに、且つ、連続的に走査させるには限界
がある。又、一般のアナログ増幅器の立ち上り波形の直
線性は、この様な場合に要求される高精度のものではな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、アナログ
増幅器の鈍りを利用して電子ビームに基板上を滑らか
に、且つ連続的に走査させるには、射出クロックの変化
に関係なく補正クロックを一定に補正する必要がある。
図６は、射出クロックの周波数が高い場合に副偏向器に
より偏向された電子ビームの位置と電子ビームに対する
補正量のディジタル値及びアナログ値の変化とを説明す
る図である。同図中、（ａ）は射出クロックを示し、
（ｂ）は副偏向器により偏向された電子ビームの位置と
電子ビームに対する補正量のディジタル値及びアナログ
値の変化とを示す。つまり、図６（ｂ）は、Ｄ／Ａ変換
器の出力波形と、アナログ増幅器の出力波形とを示す。

【００１０】この場合、副偏向器による電子ビームの位
置変化は、アナログ増幅器の鈍り作用によって時間軸に
対してほぼ比例して立ち上がって行く。他方、図７は、
射出クロックの周波数が低い場合に副偏向器により偏向
された電子ビームの位置と電子ビームに対する補正量の
ディジタル値及びアナログ値の変化とを説明する図であ
る。同図中、（ａ）は図６（ａ）に示す射出クロックの
１／２の周波数の射出クロックを示し、（ｂ）は副偏向
器により偏向された電子ビームの位置と電子ビームに対
する補正量のディジタル値及びアナログ値の変化とを示
す。つまり、図７（ｂ）は、Ｄ／Ａ変換器の出力波形
と、アナログ増幅器の出力波形とを示す。

【００１１】この場合、射出クロックの周波数が低いた
め、電子ビームの偏向位置の補正が射出クロックの周波
数の低下に比例して遅くなると、アナログ増幅器の出力
がアナログ増幅器の整定領域に入ってしまい、時間軸上
の位置が変化しても電子ビームの偏向位置が変化しない
領域が発生してしまうという問題がある。この領域が発
生するということは、電子ビームが本来の所望偏向位置
ではなく、所望偏向位置とはずれた位置に偏向されてし
まうことを意味する。又、電子ビームに対する補正量
は、電子ビームの本来の所望偏向位置に対するものであ
るため、所望偏向位置からずれた位置に対しては適切な
補正量とはならないという問題もある。

【００１２】図８は、Ｄ／Ａ変換器の出力階段波形と、
この出力階段波形をアナログ増幅器で鈍らせた場合のア
ナログ増幅器のアナログ出力波形とを示す図である。こ
の例では、１００μｍの偏向量が１０Ｖに対応してお
り、ディジタル副偏向データがＤ／Ａ変換器にセットさ
れる周波数は５ＭＨｚに設定されているので、３μｓｅ
ｃが１５ステップで走査される。この場合、Ｄ／Ａ変換
器の出力階段波形に対するアナログ出力波形の遅れは、
電子ビームの偏向位置のオフセットとして補正すること
ができる。

【００１３】しかし、Ｄ／Ａ変換器が設定したレベル間
を結ぶアナログ増幅器のアナログ出力波形の非直線特性
は、アナログ増幅器の立ち上がりをいかに調整しても完
全な直線特性に調整できるものではない。このため、電
子ビームの実際の偏向位置の所望偏向位置からのずれは
図９に示すように約０．７μｍとなり、要求される偏向
精度を満足するものではないという問題がある。図９
は、図８の一部を拡大して示す図であり、１０μｍの偏
向量が１Ｖに対応し、約６０〜８０ｍＶの誤差が生じる
ので、電子ビームの実際の偏向位置の所望偏向位置から
のずれが約０．７μｍとなる。

【００１４】電子ビームの偏向精度は、Ｄ／Ａ変換器に
ディジタル副偏向データがセットされる周波数を更に高
い周波数に設定すれば向上する。ところが、補正演算に
要する時間やこれに伴うメモリアクセス時間等を考慮す
ると、現在の技術では、Ｄ／Ａ変換器にディジタル副偏
向データをセットする周波数は１０ＭＨｚが限界であ
り、このため電子ビームの実際の偏向位置の所望偏向位
置からのずれは、約０．３５μｍ以下にしか保証できな
いので、より高い精度の保証が要求されてくる。本発明
は、荷電粒子ビームにより基板上のスウィープ偏向領域
を連続的に走査する際に、レジスト感度の変化や荷電粒
子ビームの電流密度の変化により射出クロックが変化し
ても荷電粒子ビームの偏向位置精度を保証すると共に、
射出クロックの分周をして常に補正クロックを補正する
といった動作を必要することなく露光パターンのシャー
プネスの劣化を防止することのできる荷電粒子ビーム露
光方法及び装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、請求項１
記載の、荷電粒子ビームを、ブランキング・アパーチャ
・アレイと、主偏向器と、該主偏向器より小さい偏向領
域内で荷電粒子ビームを偏向させる副偏向器とを介して
基板上に照射して所望のパターンを該基板上に露光する
荷電粒子ビーム露光方法において、該基板上の１つのス
ウィープ偏向領域を該荷電粒子ビームにより連続的に走
査させるため、該ブランキング・アパーチャ・アレイの
ブランキング・アパーチャのオン／オフを、該所望のパ
ターンに基づいて、且つ、オン／オフの制御をされるブ
ランキング・アパーチャの開口が連続的に一方向に移動
するように制御することにより、実質的にブランキング
・アパーチャ・アレイによって整形されたビームを連続
的に該一方向へ基板上においてスウィープするステップ
と、該所望のパターンに応じたディジタル副偏向データ
をアナログ副偏向信号に変換するディジタル・アナログ
変換器に、該１つのスウィープ偏向領域の少なくとも複
数点で該ディジタル副偏向データをセットするステップ
と、該ディジタル・アナログ変換器の出力するアナログ
副偏向信号を直線的に増大するアナログスウィープ回路
のアナログ出力の傾きを定期的に設定するステップとか
らなり、該副偏向器を該スウィープ回路のアナログ出力
に基づいて制御する荷電粒子ビーム露光方法によって達
成される。

【００１６】請求項２記載の発明では、請求項１の発明
において、前記傾きを設定するステップは、前記荷電粒
子ビームの電流密度及び前記基板上のレジストの感度の
うち少なくとも一方に基づいて傾きを可変設定する。請
求項３記載の発明では、請求項２の発明において、前記
荷電粒子ビームの電流密度を検出するステップを更に有
する。

【００１７】請求項４記載の発明では、請求項２の発明
において、前記レジストの感度を入力するステップを更
に有する。請求項５記載の発明では、請求項１〜４のう
ちいずれか１項の発明において、前記ディジタル・アナ
ログ変換器に前記ディジタル副偏向データをセットする
ステップは、前記ブランキング・アパーチャ・アレイの
各ブランキング・アパーチャをオン／オフさせるタイミ
ングを決定する射出クロックの周波数とは独立してセッ
トのタイミングを一定値に決定する。

【００１８】上記の課題は、請求項６記載の、ブランキ
ング・アパーチャ・アレイを介して得られる荷電粒子ビ
ームを露光するべき所望パターンに基づいて主偏向領域
内で偏向する主偏向器と、荷電粒子ビームを該主偏向器
より小さい副偏向領域内で偏向する副偏向器とを備え、
該ブランキング・アパーチャ・アレイと、該主偏向器
と、該副偏向器とを介して得られる荷電粒子ビームを基
板上に照射して該所望のパターンを該基板上に露光する
荷電粒子ビーム露光装置において、該基板上の１つのス
ウィープ偏向領域を連続的に走査させるため、該ブラン
キング・アパーチャ・アレイのブランキング・アパーチ
ャのオン／オフを該所望のパターンに基づいて、且つ、
オン／オフの制御をされるブランキング・アパーチャの
開口が連続的に一方向に移動するように制御することに
より、実質的にブランキング・アパーチャ・アレイによ
って整形されたビームを連続的に該一方向へ基板上にお
いてスウィープする手段と、該所望のパターンに応じた
ディジタル副偏向データをアナログ信号に変換するディ
ジタル・アナログ変換器と、該ディジタル・アナログ変
換器に該ディジタル副偏向データを該１つのスウィープ
偏向領域の少なくとも複数点でセットする手段と、該ア
ナログ・ディジタル変換器の出力アナログ信号を直線的
に増大して該副偏向器へ供給するアナログスウィープ回
路と、該アナログスウィープ回路のアナログ出力信号の
傾きを定期的に設定する手段とを有する荷電粒子ビーム
露光装置によっても達成される。

【００１９】請求項７記載の発明では、請求項６の発明
において、前記傾きを設定する手段は、前記荷電粒子ビ
ームの電流密度及び前記基板上のレジストの感度のうち
少なくとも一方に基づいて傾きを可変設定する。請求項
８記載の発明では、請求項７の発明において、前記荷電
粒子ビームの電流密度を検出する手段を更に有する。

【００２０】請求項９記載の発明では、請求項７又は８
の発明において、前記レジストの感度を入力する手段を
更に有する。請求項１０記載の発明では、請求項６〜９
のうちいずれか１項の発明において、前記ディジタル・
アナログ変換器をセットする手段は、前記ブランキング
・アパーチャ・アレイの各ブランキング・アパーチャを
オン／オフさせるタイミングを決定する射出クロックの
周波数とは独立してセットのタイミングを一定値に決定
する。

【００２１】請求項１１記載の発明では、請求項６〜１
０のうちいずれか１項の発明において、前記スウィープ
回路の出力アナログ信号を鈍らせて増幅してから前記副
偏向器に供給するアナログ増幅器を更に有する。請求項
１２記載の発明では、請求項６〜１１のうちいずれか１
項の発明において、前記スウィープ回路の出力段に設け
られたコンデンサを短絡するスイッチを更に有し、該ス
イッチは１回のスウィープ毎に閉じて該コンデンサを放
電することにより前記荷電粒子ビームによる前記基板上
のスウィープを一方向に行わせる。

【００２２】

【作用】請求項１記載の発明によれば、荷電粒子ビーム
により基板上のスウィープ偏向領域を連続的に走査する
際に、レジスト感度の変化や荷電粒子ビームの電流密度
の変化によりブランキング・アパーチャのオン／オフの
タイミングを制御する射出クロックが変化しても荷電粒
子ビームの偏向位置精度を保証すると共に、射出クロッ
クの分周をして常に補正クロックを補正するといった動
作を必要することなく露光パターンのシャープネスの劣
化を防止することができる。又、傾きを定期的に設定す
ることにより、直線に近いアナログ出力により副偏向器
を制御して、荷電粒子ビームで基板上の１つのスウィー
プ偏向領域を連続的に走査することができる。

【００２３】請求項２記載の発明によれば、傾きを荷電
粒子ビームの電流密度及びレジストの感度のうち少なく
とも一方に基づいて可変設定することにより、荷電粒子
ビームに基板上の１つのスウィープ偏向領域を連続的に
走査させるのに最適な傾きを常に設定することができ
る。請求項３記載の発明によれば、荷電粒子ビームの電
流密度を検出することにより、経時変化等による電流密
度の変化にも対応して常に最適な傾きを設定することが
できる。

【００２４】請求項４記載の発明によれば、ユーザが使
用するレジストの感度を入力することにより、この感度
に対して常に最適な傾きを設定することができる。請求
項５記載の発明によれば、ブランキング・アパーチャの
オン／オフのタイミングを制御する射出クロックの周波
数とは無関係にディジタル・アナログ変換器にディジタ
ル副偏向データをセットするタイミングを決定するの
で、たとえ射出クロックの周波数が低くなっても、荷電
粒子ビームに基板上のスウィープ偏向領域を安定に、且
つ、連続的に走査させることができる。

【００２５】請求項６記載の発明によれば、荷電粒子ビ
ームにより基板上のスウィープ偏向領域を連続的に走査
する際に、レジスト感度の変化や荷電粒子ビームの電流
密度の変化によりブランキング・アパーチャのオン／オ
フのタイミングを制御する射出クロックが変化しても荷
電粒子ビームの偏向位置精度を保証すると共に、射出ク
ロックの分周をして常に補正クロックを補正するといっ
た動作を必要することなく露光パターンのシャープネス
の劣化を防止することができる。又、傾きを定期的に設
定することにより、直線に近いアナログ出力により副偏
向器を制御して、荷電粒子ビームで基板上の１つのスウ
ィープ偏向領域を連続的に走査することができる。

【００２６】請求項７記載の発明によれば、傾きを荷電
粒子ビームの電流密度及びレジストの感度のうち少なく
とも一方に基づいて可変設定することにより、荷電粒子
ビームに基板上の１つのスウィープ偏向領域を連続的に
走査させるのに最適な傾きを常に設定することができ
る。請求項８記載の発明によれば、荷電粒子ビームの電
流密度を検出することにより、経時変化等による電流密
度の変化にも対応して常に最適な傾きを設定することが
できる。

【００２７】請求項９記載の発明によれば、ユーザが使
用するレジストの感度を入力することにより、この感度
に対して常に最適な傾きを設定することができる。請求
項１０記載の発明によれば、ブランキング・アパーチャ
のオン／オフのタイミングを制御する射出クロックの周
波数とは無関係にディジタル・アナログ変換器にディジ
タル副偏向データをセットするタイミングを決定するの
で、たとえ射出クロックの周波数が低くなっても、荷電
粒子ビームに基板上のスウィープ偏向領域を安定に、且
つ、連続的に走査させることができる。

【００２８】請求項１１記載の発明によれば、アナログ
増幅器によりアナログスウィープ回路のアナログ出力信
号を鈍らせることにより、副偏向器に供給する信号の直
線性を更に向上することができる。請求項１２記載の発
明によれば、簡単な構成を用いてアナログスウィープ回
路を瞬時にリセットすることができる。

【００２９】

【実施例】図１は、本発明になる荷電粒子ビーム露光装
置の一実施例を示すブロック図である。本実施例では、
本発明が電子ビーム露光装置に適用されている。図１に
おいて、荷電粒子ビーム露光装置は、データ管理用の中
央制御装置（ＣＰＵ）１、ディスク装置２、データ展開
回路３、複数のディスク装置からなる記憶装置４、露光
管理用のＣＰＵ５、露光管理部６、タイミングコントロ
ーラ７、複数のメモリからなるメモリ装置８、リフォー
カス制御回路９、ブランキング・アパーチャのオン／オ
フ制御回路１０、主偏向補正回路１１、副偏向補正回路
１２、ステージ制御回路１３、ローダ制御回路１４、電
流計１５、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１
６、スティグメータ補正回路１７、フォーカス補正回路
１８、ローダ１９、ステージ位置検出器３７、Ａ／Ｄ変
換器３８及び露光部２２からなる。

【００３０】露光部２２は、大略電子銃２３、電子レン
ズ２４、ＢＡＡ２５、ブランキング部２６、アパーチャ
２７、電子レンズ２８、リフォーカスコイル２９、ステ
ィグメータコイル３０、フォーカスコイル３１、主偏向
器３２、副偏向器３３及び被露光物である基板又はウエ
ハ４１を載置されたステージ３４からなる。この様な露
光部２２自体は周知であり、例えば特開平２−１８３５
１６号公報にも開示されている。

【００３１】尚、本実施例は、ローダ１９の構成に特徴
があるものであり、電子ビーム露光装置のその他の部分
の構成は図１の構成に限定されず、各種周知の構成を用
いることも可能である。ＣＰＵ１は、露光するべきパタ
ーンに関する露光パターンデータを管理する。ディスク
装置２は、各種露光パターンデータを格納している。露
光パターンデータは、ＣＰＵ１の制御下で読み出され、
データ展開回路３により展開されて記憶装置４に格納さ
れる。ＣＰＵ５は、展開データが記憶装置４に格納され
たことをＣＰＵ１より通知されるので、記憶装置４に格
納された展開データは、ＣＰＵ５の制御下で、露光管理
部６により読み出されてメモリ装置８に格納される。

【００３２】露光管理部６は、ＣＰＵ５の制御下で、メ
モリ装置８に格納された展開データに基づいてタイミン
グコントローラ７、リフォーカス制御回路９及びステー
ジ制御回路１３を制御する。タイミングコントローラ７
は、展開データのメモリ装置８からの読み出しタイミン
グや主偏向補正回路１１及び副偏向補正回路１２の動作
タイミング等を制御する。ブランキング・アパーチャ
のオン／オフ制御回路１０は、メモリ装置８から読み出
された展開データに基づいて、且つ、オン／オフの制御
をされるＢＡＡ２５のブランキング・アパーチャが連続
的に一方向に移動するように、ＢＡＡ２５のどのブラン
キング・アパーチャの電極に電流を印加してオンとして
どのブランキング・アパーチャをオフとするかを決定し
て、タイミングコントローラ７からの射出クロックに応
答して対応するブランキング・アパーチャの電極に電流
を印加する。これにより、電子銃２３から出射された電
子ビームは、電子レンズ２４及びＢＡＡ２５のオンとさ
れたブランキング・アパーチャを介してアパーチャ２７
の方へ進む。他方、ＢＡＡ２５のオフとされたブランキ
ング・アパーチャを通過した電子ビームは、ブランキン
グ部２６によりブロックされてウエハ４１上まで達する
ことはない。オンとされたアパーチャ２７を通った電子
ビームは、電子レンズ２８を介してリフォーカスコイル
２９、スティグメータコイル３０及びフォーカスコイル
３１へ導かれる。

【００３３】リフォーカス制御回路９は、展開データに
基づいてリフォーカスコイル２９を制御する。主偏向補
正回路１１は、展開データに基づいて主偏向テーブルを
参照してディジタル主偏向データを補正し、補正された
ディジタル主偏向データをローダ１９を介して主偏向器
３２に供給する。又、主偏向補正回路１１からの補正さ
れたディジタル主偏向データは、スティグメータ補正回
路１７を介してスティグメータコイル３０に供給される
と共に、フォーカス補正回路１８を介してフォーカスコ
イル３１に供給される。従って、スティグメータコイル
３０、フォーカスコイル３１及び主偏向器３２は、夫々
スティグメータ補正回路１７、フォーカス補正回路１８
及び主偏向補正量計算回路１１により制御される。又、
副偏向補正回路１２は、展開データに基づいて副偏向テ
ーブルを参照してディジタル副偏向データを補正し、補
正されたディジタル副偏向データをローダ１９を介して
副偏向器３３に供給してこれを制御する。

【００３４】ステージ３４の位置は、ステージ位置検出
器３７により検出され、Ａ／Ｄ変換器３８を介してＣＰ
Ｕ５に通知される。これにより、ＣＰＵ５は、ステージ
３４の位置及び展開データに基づいて、ステージ制御回
路１３を露光管理部６を介して制御することにより、ス
テージ３４の位置を制御する。電子ビームのウエハ４１
上の電流密度は、電流計１５により検出され、Ａ／Ｄ変
換器１６を介してＣＰＵ５に通知される。これにより、
ＣＰＵ５は、経時変化等による電子ビームの電流密度の
変化を常に把握することができ、検出された電流密度に
応じてタイミングコントローラ７から出力される射出ク
ロックの周波数を露光管理部６を介して制御する。つま
り、例えば電流密度が低下すると、射出クロックの周波
数を減少させて露光時間を増加させる。

【００３５】ローダ制御回路１４は、ＣＰＵ５の制御下
でローダ１９を制御する。ローダ１９の制御情報は、例
えばターミナル３５からもＣＰＵ５に入力される。後述
する如く、ローダ１９はディジタル・アナログ（Ｄ／
Ａ）変換器、アナログ増幅器等を有し、ローダ制御回路
１４によりディジタル副偏向データをＤ／Ａ変換器にセ
ットするタイミングを制御することが可能である。ロー
ダ１９は、主偏向補正回路１１からのディジタル主偏向
データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、この
Ｄ／Ａ変換器の出力アナログ信号を増幅するアナログ増
幅器と、副偏向補正回路１２からのディジタル副偏向デ
ータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、このＤ
／Ａ変換器の出力アナログ信号を増幅するアナログ増幅
器等を有する。

【００３６】図２は、本実施例におけるローダ１９の要
部の構成を示す回路図である。同図では、説明の便宜
上、副偏向補正回路１２からのディジタル副偏向データ
をアナログ信号に変換して副偏向器３３に供給する部分
のみを示す。図２において、ローダ１９は、大略Ｄ／Ａ
変換器５１，５２、接地電圧検出器５３、電圧・電流変
換器５４、ダイオードブリッジ回路５５、定電流源５
６，５７、コンデンサ５８、スイッチ５９及びアナログ
増幅器６１とからなる。Ｄ／Ａ変換器５２には、ローダ
制御回路１４からの、Ｄ／Ａ変換器５１の出力アナログ
信号の傾きを設定する設定情報（制御情報）が供給され
る。この設定情報は、例えばユーザがターミナル３５か
らＣＰＵ５に所望の傾きを入力すると、ＣＰＵ５がロー
ダ制御回路１４を対応する設定情報を出力するように制
御する。又、ＣＰＵ５は、設定情報をＤ／Ａ変換器５２
にセットするタイミングを制御する情報をＤ／Ａ変換器
５２に供給するようにローダ制御回路１４を制御すると
共に、ディジタル副偏向データをＤ／Ａ変換器５２にセ
ットするタイミングを制御する情報をＤ／Ａ変換器５２
に供給するようにローダ制御回路１４を制御する。他
方、接地電圧検出器５３には、副偏向補正量計算回路１
２からのディジタル副偏向データが供給される。接地電
圧検出器５３は、接地電圧を検出すると、スイッチ５９
をオンとする（即ち、閉じる）信号を出力し、その他の
場合はスイッチ５９をオフとする（即ち、開ける）信号
を出力する。

【００３７】Ｄ／Ａ変換器５１の出力アナログ信号（階
段波）は、電流・電圧変換器５４を介してダイオードブ
リッジ回路５５の入力側に供給される。尚、ダイオード
ブリッジ回路５５には定電流源５６，５７が接続されて
おり、これらの定電流源５６，５７は、Ｄ／Ａ変換器５
２の出力アナログ信号により制御されている。つまり、
定電流源５６，５７から出力される電流値は、Ｄ／Ａ変
換器５２の出力アナログ信号により一定の値に制御され
ている。ダイオードブリッジ回路５５の出力側は、コン
デンサ５８を介して接地されている。このコンデンサ５
８は、スイッチ５９がオンの期間は短絡されている。

【００３８】接地電位が０Ｖの場合、接地電圧検出器５
３は０Ｖを検出した時にスイッチ５９をオンとする。
又、接地電位が−Ｖｓの場合は、接地電圧検出器５３は
−Ｖｓを検出した時にスイッチ５９をオンとする。これ
により、ディジタル副偏向データが接地電位であり、偏
向量が０の場合は、次のスウィープ偏向領域の走査を開
始するべくスイッチ５９がオンとされてコンデンサ５８
に蓄積された電荷が瞬時に放電されるので、電子ビーム
を常にウエハ４１上一方向へ走査させることができる。

【００３９】電流・電圧変換器５４、ダイオードブリッ
ジ回路５５、定電流源５６，５７及びコンデンサ５８
は、時間経過に従って所望レベルから次のレベルへステ
ップ状に変化する電子ビームの位置を反映するＤ／Ａ変
換器５１の出力階段波に応じて、所望の出力レベルから
次の所望の出力レベルに向かって時間軸に対して直線的
にアナログ出力を増大するスウィープ回路を構成する。
ノード６０から得られるこのスウィープ回路の出力アナ
ログ信号は、アナログ増幅器６１で増幅されてから副偏
向器３３に供給される。

【００４０】他方、Ｄ／Ａ変換器５２は、スウィープ回
路の出力アナログ信号の傾きを可変するための回路を構
成する。ここで、定電流源５６，５７から供給される電
流をｉ、コンデンサ５８に蓄積される電荷をＱ、コンデ
ンサ５８の容量をＣ、スウィープ回路の出力アナログ電
圧をＶとし、スイッチ５９がオフであるものとすると、
次の関係が成立する。

【００４１】ｉ＝ｄＱ／ｄｔＱ＝ＣＶｄＶ／ｄｔ＝ｉ／Ｃ＝一定ｉ＝Ｃ×ｄＶ／ｄｔ従って、例えば電流ｉが常に１０ｍＡに固定され、容量
Ｃが３０００ｐＦ、通常の寄生容量による容量変動が１
５ｐＦであり、１回のスウィープが３μｓｅｃである
と、電子ビームの位置精度は、偏向量の０．５％の精度
しか保証することができない。つまり、１００μｍの領
域を走査する場合、０．５μｍの精度不安定要素を含む
ことになる。

【００４２】そこで、本実施例では、ＣＰＵ５は、ディ
ジタル副偏向データがＤ／Ａ変換器５１に１回のスウィ
ープ中複数回セットされるようにローダ制御回路１４を
制御する。１回のスウィープ中にセットされる回数は、
ＣＰＵ５により固定的に設定されていても、ターミナル
３５から可変設定可能な構成としても良い。１回のスウ
ィープにより、電子ビームはウエハ４１上の１つのスウ
ィープ偏向領域を連続的に走査する。このスウィープ領
域は、副偏向器３３により電子ビームをウエハ４１上で
偏向可能な副偏向領域内に存在する。

【００４３】又、定電流源５６，５７が供給する電流
を、Ｄ／Ａ変換器５２の出力により可変設定可能として
いる。つまり、経時変化と共に電子ビームの電流密度が
変化すると、ＣＰＵ５は電流計１５からの通知をＡ／Ｄ
変換器１６を介して受取り、通知された電流密度に応じ
てスウィープ回路の出力アナログ信号の傾きを最適なも
のに設定するようローダ制御回路１４を制御する。ロー
ダ制御回路１４は、例えば電流密度、レジスト感度やデ
ィジタル副偏向データをＤ／Ａ変換器５１にセットする
周波数等に応じて予め求められた最適な傾きをテーブル
として持っており、ＣＰＵ５から得られる電流密度やレ
ジストの感度等に基づいて最適な傾きをテーブルから読
み出す。これにより、Ｄ／Ａ変換器５２には、スウィー
プ回路の出力アナログ信号の傾きを、検出された電子ビ
ームの電流密度に対して最適な値に設定する設定情報が
ローダ制御回路１４より供給される。

【００４４】尚、ＣＰＵ５によるスウィープ回路の出力
アナログ信号の傾き設定動作は、電子ビームの１回のス
ウィープ中少なくとも１度行う。この傾き設定動作は、
電子ビームの１回のスウィープ中、任意の時点で行って
も、定期的に行っても良い。この傾き設定動作のタイミ
ングは、ＣＰＵ５により固定的に設定されていても、タ
ーミナル３５から可変設定可能な構成としても良い。
又、ウエハ４１上のレジストの感度に応じて、ユーザが
ターミナル３５から傾きをＣＰＵ５に入力しても良く、
ＣＰＵ５は電子ビームの電流密度及びレジストの感度の
うち少なくとも一方に応じた傾き設定動作を行うように
スウィープ回路をローダ制御回路１４を介して制御す
る。

【００４５】図３は、射出クロックの周波数が低い場合
に副偏向器３３により偏向された電子ビームの位置と電
子ビームに対する補正量のディジタル値及びアナログ値
の変化とを説明する図である。同図中、（ａ）は射出ク
ロックを示し、（ｂ）は副偏向器３３により偏向された
電子ビームの位置と電子ビームに対する補正量のディジ
タル値及びアナログ値の変化とを示す。つまり、同図
（ｂ）中、階段波状のディジタル値がＤ／Ａ変換器５１
の出力を示し、アナログ値がアナログ増幅器６１から得
られる出力を示す。

【００４６】この場合、副偏向器３３による電子ビーム
の位置変化は、アナログ増幅器６１の鈍り作用によって
時間軸に対してほぼ比例して立ち上がって行く。図４
は、３μｓｅｃで１回のスウィープを行い、ディジタル
副偏向データをＤ／Ａ変換器５１にセットする周波数を
１０ＭＨｚに設定した場合の、副偏向器３３により偏向
された電子ビームの位置と電子ビームに対する補正量の
ディジタル値及びアナログ値の変化とを示す図である。
つまり、同図中、階段波状のディジタル値がＤ／Ａ変換
器５１の出力を示し、アナログ値がノード６０から得ら
れる出力を示す。この場合、Ｄ／Ａ変換器５１の１ステ
ップは、３．３μｍ／１００ｎｓｅｃとなる。従って、
３．３μｍに１度電子ビームの位置が再セットされるこ
とになり、コンデンサ５８の寄生容量変動は上記の場合
と同様であるため、本実施例では図５に示すように０．
０１６５μｍの精度を保証することができる。図５中、
（ａ）は図４中丸印で囲んだ部分を拡大して示す図であ
り、（ｂ）は（ａ）において丸印で囲んだ部分を拡大し
て示す図である。

【００４７】上記副偏向器３３の１回のスウィープで
は、ウエハ４１上の１００μｍ□のスウィープ偏向領域
が３０μｓｅｃで露光される。このため、主偏向器３２
により４００個のスウィープ偏向領域で構成された２ｍ
ｍ□の主偏向領域を露光するのには、単純計算では１２
ｍｓｅｃで済むことになる。従って、直径が８インチの
ウエハ４１で１２０ｓｅｃ、３０枚／時間のスループッ
トを満足するものである。つまり、３．３μｍ／ステッ
プ以上は殆どあり得ない値であるため、露光精度は充分
に上記要求を満たすものである。更に、スウィープ時間
に比例して補正クロックの周波数が増減しても、本実施
例によれば露光精度の劣化は起こらない。尚、ディジタ
ル副偏向データをＤ／Ａ変換器５１にセットする周波数
は１０ＭＨｚに限定されるものではなく、１０ＭＨｚよ
り高速なセットが可能であれば１０ＭＨｚより高い周波
数を使用しても良い。

【００４８】又、上記実施例では、露光管理部６、タイ
ミングコントローラ７、リフォーカス回路９、ステージ
制御回路１３及びローダ制御回路１４は、ＣＰＵ５とは
別の回路として説明したが、これらの部分の一部又は全
部はＣＰＵ５の機能を含めて実行する単一のマイクロプ
ロセッサユニット（ＭＰＵ）により実現しても良いこと
は言うまでもない。

【００４９】更に、本発明の適用は、電子ビーム露光方
法及び装置に限定されず、荷電粒子ビーム露光方法及び
装置であれば良い。以上、本発明を実施例により説明し
たが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であること
は言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、荷電粒子
ビームにより基板上のスウィープ偏向領域を連続的に走
査する際に、レジスト感度の変化や荷電粒子ビームの電
流密度の変化によりブランキング・アパーチャのオン／
オフのタイミングを制御する射出クロックが変化しても
荷電粒子ビームの偏向位置精度を保証すると共に、射出
クロックの分周をして常に補正クロックを補正するとい
った動作を必要することなく露光パターンのシャープネ
スの劣化を防止することができる。又、傾きを定期的に
設定することにより、直線に近いアナログ出力により副
偏向器を制御して、荷電粒子ビームで基板上の１つのス
ウィープ偏向領域を連続的に走査することができる。

【００５１】請求項２記載の発明によれば、傾きを荷電
粒子ビームの電流密度及びレジストの感度のうち少なく
とも一方に基づいて可変設定することにより、荷電粒子
ビームに基板上の１つのスウィープ偏向領域を連続的に
走査させるのに最適な傾きを常に設定することができ
る。請求項３記載の発明によれば、荷電粒子ビームの電
流密度を検出することにより、経時変化等による電流密
度の変化にも対応して常に最適な傾きを設定することが
できる。

【００５２】請求項４記載の発明によれば、ユーザが使
用するレジストの感度を入力することにより、この感度
に対して常に最適な傾きを設定することができる。請求
項５記載の発明によれば、ブランキング・アパーチャの
オン／オフのタイミングを制御する射出クロックの周波
数とは無関係にディジタル・アナログ変換器にディジタ
ル副偏向データをセットするタイミングを決定するの
で、たとえ射出クロックの周波数が低くなっても、荷電
粒子ビームに基板上のスウィープ偏向領域を安定に、且
つ、連続的に走査させることができる。

【００５３】請求項６記載の発明によれば、荷電粒子ビ
ームにより基板上のスウィープ偏向領域を連続的に走査
する際に、レジスト感度の変化や荷電粒子ビームの電流
密度の変化によりブランキング・アパーチャのオン／オ
フのタイミングを制御する射出クロックが変化しても荷
電粒子ビームの偏向位置精度を保証すると共に、射出ク
ロックの分周をして常に補正クロックを補正するといっ
た動作を必要することなく露光パターンのシャープネス
の劣化を防止することができる。又、傾きを定期的に設
定することにより、直線に近いアナログ出力により副偏
向器を制御して、荷電粒子ビームで基板上の１つのスウ
ィープ偏向領域を連続的に走査することができる。

【００５４】請求項７記載の発明によれば、傾きを荷電
粒子ビームの電流密度及びレジストの感度のうち少なく
とも一方に基づいて可変設定することにより、荷電粒子
ビームに基板上の１つのスウィープ偏向領域を連続的に
走査させるのに最適な傾きを常に設定することができ
る。請求項８記載の発明によれば、荷電粒子ビームの電
流密度を検出することにより、経時変化等による電流密
度の変化にも対応して常に最適な傾きを設定することが
できる。

【００５５】請求項９記載の発明によれば、ユーザが使
用するレジストの感度を入力することにより、この感度
に対して常に最適な傾きを設定することができる。請求
項１０記載の発明によれば、ブランキング・アパーチャ
のオン／オフのタイミングを制御する射出クロックの周
波数とは無関係にディジタル・アナログ変換器にディジ
タル副偏向データをセットするタイミングを決定するの
で、たとえ射出クロックの周波数が低くなっても、荷電
粒子ビームに基板上のスウィープ偏向領域を安定に、且
つ、連続的に走査させることができる。

【００５６】請求項１１記載の発明によれば、アナログ
増幅器によりアナログスウィープ回路のアナログ出力信
号を鈍らせることにより、副偏向器に供給する信号の直
線性を更に向上することができる。請求項１２記載の発
明によれば、簡単な構成を用いてアナログスウィープ回
路を瞬時にリセットすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる荷電粒子ビーム露光装置の一実施
例を示すブロック図である。

【図２】実施例におけるローダの要部の構成を示す回路
図である。

【図３】射出クロックの周波数が低い場合に副偏向器に
より偏向された電子ビームの位置と電子ビームに対する
補正量のディジタル値及びアナログ値の変化とを説明す
る図である。

【図４】３μｓｅｃで１回のスウィープを行い、Ｄ／Ａ
変換器のサンプリング周波数を１０ＭＨｚに設定した場
合に副偏向器により偏向された電子ビームの位置と電子
ビームに対する補正量のディジタル値及びアナログ値の
変化とを示す図である。

【図５】図４の一部を拡大して示す図である。

【図６】射出クロックの周波数が高い場合に副偏向器に
より偏向された電子ビームの位置と電子ビームに対する
補正量のディジタル値及びアナログ値の変化とを説明す
る図である。

【図７】射出クロックの周波数が低い場合に副偏向器に
より偏向された電子ビームの位置と電子ビームに対する
補正量のディジタル値及びアナログ値の変化とを説明す
る図である。

【図８】Ｄ／Ａ変換器の出力階段波形と、この出力階段
波形をアナログ増幅器で鈍らせた場合のアナログ増幅器
のアナログ出力波形とを示す図である。

【図９】図８の一部を拡大して示す図である。

【符号の説明】

１，５ＣＰＵ２ディスク装置３データ展開回路４記憶装置６露光管理部７タイミングコントローラ８メモリ装置９リフォーカス制御回路１０オン／オフ制御回路１１主偏向補正回路１２副偏向補正回路１３ステージ制御回路１４ローダ制御回路１５電流計１６，３８Ａ／Ｄ変換器１７スティグメータ補正回路１８フォーカス補正回路１９ローダ２２露光部２３電子銃２４電子レンズ２５ＢＡＡ２６ブランキング部２７アパーチャ２８電子レンズ２９リフォーカスコイル３０スティグメータコイル３１フォーカスコイル３２主偏向器３３副偏向器３４ステージ３７ステージ位置検出器４１ウエハ５１，５２Ｄ／Ａ変換器５３接地電圧検出器５４電圧・電流変換器５５ダイオードブリッジ回路５６，５７定電流源５８コンデンサ５９スイッチ６０ノード６１アナログ増幅器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢原秀文神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者安田洋神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (56)参考文献特開平４−302413（ＪＰ，Ａ) 特開平７−263306（ＪＰ，Ａ) 特開平７−220993（ＪＰ，Ａ) 特開平７−254549（ＪＰ，Ａ) 米国特許5546319（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビームを、ブランキング・アパ
ーチャ・アレイと、主偏向器と、該主偏向器より小さい
偏向領域内で荷電粒子ビームを偏向させる副偏向器とを
介して基板上に照射して所望のパターンを該基板上に露
光する荷電粒子ビーム露光方法において、該基板上の１つのスウィープ偏向領域を該荷電粒子ビー
ムにより連続的に走査させるため、該ブランキング・ア
パーチャ・アレイのブランキング・アパーチャのオン／
オフを、該所望のパターンに基づいて、且つ、オン／オ
フの制御をされるブランキング・アパーチャの開口が連
続的に一方向に移動するように制御することにより、実
質的にブランキング・アパーチャ・アレイによって整形
されたビームを連続的に該一方向へ基板上においてスウ
ィープするステップと、該所望のパターンに応じたディジタル副偏向データをア
ナログ副偏向信号に変換するディジタル・アナログ変換
器に、該１つのスウィープ偏向領域の少なくとも複数点
で該ディジタル副偏向データをセットするステップと、該ディジタル・アナログ変換器の出力するアナログ副偏
向信号を直線的に増大するアナログスウィープ回路のア
ナログ出力の傾きを定期的に設定するステップとからな
り、該副偏向器を該スウィープ回路のアナログ出力に基づい
て制御する、荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項２】前記傾きを設定するステップは、前記荷
電粒子ビームの電流密度及び前記基板上のレジストの感
度のうち少なくとも一方に基づいて傾きを可変設定す
る、請求項１記載の荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項３】前記荷電粒子ビームの電流密度を検出す
るステップを更に有する、請求項２記載の荷電粒子ビー
ム露光方法。
【請求項４】前記レジストの感度を入力するステップ
を更に有する、請求項２記載の荷電粒子ビーム露光方
法。
【請求項５】前記ディジタル・アナログ変換器に前記
ディジタル副偏向データをセットするステップは、前記
ブランキング・アパーチャ・アレイの各ブランキング・
アパーチャをオン／オフさせるタイミングを決定する射
出クロックの周波数とは独立してセットのタイミングを
一定値に決定する、請求項１〜４のうちいずれか１項記
載の荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項６】ブランキング・アパーチャ・アレイを介
して得られる荷電粒子ビームを露光するべき所望パター
ンに基づいて主偏向領域内で偏向する主偏向器と、荷電粒子ビームを該主偏向器より小さい副偏向領域内で
偏向する副偏向器とを備え、該ブランキング・アパーチャ・アレイと、該主偏向器
と、該副偏向器とを介して得られる荷電粒子ビームを基
板上に照射して該所望のパターンを該基板上に露光する
荷電粒子ビーム露光装置において、該基板上の１つのスウィープ偏向領域を連続的に走査さ
せるため、該ブランキング・アパーチャ・アレイのブラ
ンキング・アパーチャのオン／オフを該所望のパターン
に基づいて、且つ、オン／オフの制御をされるブランキ
ング・アパーチャの開口が連続的に一方向に移動するよ
うに制御することにより、実質的にブランキング・アパ
ーチャ・アレイによって整形されたビームを連続的に該
一方向へ基板上においてスウィープする手段と、該所望のパターンに応じたディジタル副偏向データをア
ナログ信号に変換するディジタル・アナログ変換器と、該ディジタル・アナログ変換器に該ディジタル副偏向デ
ータを該１つのスウィープ偏向領域の少なくとも複数点
でセットする手段と、該アナログ・ディジタル変換器の出力アナログ信号を直
線的に増大して該副偏向器へ供給するアナログスウィー
プ回路と、該アナログスウィープ回路のアナログ出力信号の傾きを
定期的に設定する手段とを有する、荷電粒子ビーム露光
装置。
【請求項７】前記傾きを設定する手段は、前記荷電粒
子ビームの電流密度及び前記基板上のレジストの感度の
うち少なくとも一方に基づいて傾きを可変設定する、請
求項６記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項８】前記荷電粒子ビームの電流密度を検出す
る手段を更に有する、請求項７記載の荷電粒子ビーム露
光装置。
【請求項９】前記レジストの感度を入力する手段を更
に有する、請求項７又は８記載の荷電粒子ビーム露光装
置。
【請求項１０】前記ディジタル・アナログ変換器をセ
ットする手段は、前記ブランキング・アパーチャ・アレ
イの各ブランキング・アパーチャをオン／オフさせるタ
イミングを決定する射出クロックの周波数とは独立して
セットのタイミングを一定値に決定する、請求項６〜９
のうちいずれか１項記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１１】前記スウィープ回路の出力アナログ信
号を鈍らせて増幅してから前記副偏向器に供給するアナ
ログ増幅器を更に有する、請求項６〜１０のうちいずれ
か１項記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１２】前記スウィープ回路の出力段に設けら
れたコンデンサを短絡するスイッチを更に有し、該スイ
ッチは１回のスウィープ毎に閉じて該コンデンサを放電
することにより前記荷電粒子ビームによる前記基板上の
スウィープを一方向に行わせる、請求項６〜１１のうち
いずれか１項記載の荷電粒子ビーム露光装置。