JPH04352414A - 電子ビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームを試料
上に照射して微細パターンを形成するための電子ビーム
露光装置に関する。

【０００２】近年、半導体デバイスの微細化，大規模化
に伴い、集積回路パターンを形成するにあたり、高解像
度が要求される。そのため、低収差，高位置精度の電子
ビームを高安定で照射する必要がある。

【０００３】

【従来の技術】従来、電子ビーム露光装置は、複数段の
電磁偏向コイルを用いて電子ビームを偏向させ、試料上
をスキャンさせることにより、該試料上にパターンをに
描写する。

【０００４】ここで、図５に、従来の電子ビーム露光装
置の電磁偏向コイルを説明するための図を示す。図５（
Ａ）は平断面の概念図であり、図５（Ｂ）は組立てを示
した斜視図であり、図５（Ｃ）は複数段にした場合の側
部概略図である。図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において
、電磁偏向コイル１００は、走査方向によってＹ側コイ
ル１０１ａ１　，１０１ａ２　とＸ側コイル１０１ｂ１
　，１０１ｂ２　の系統に分けられる。Ｙ側コイル１０
１ａ１　，１０１ａ２　は円筒状の外側ボビン１０２の
外周にいわゆるサドル型形状に巻回されて対向して設け
られる。同様にＸ側コイル１０１ｂ１　，１０１ｂ２　
においても円筒状の内側ボビン１０３の外周にサドル型
形状に巻回されて対向して設けられ、外側ボビン１０２
に覆われるように同心円状に内包される。そして、図５
（Ｃ）に示すように、これら電磁偏向コイル１００が複
数段でシリーズに接続され（図６参照）、それぞれ個別
のアンプからの電流により駆動される。この場合、内側
ボビン１０３内を電子ビームが通り、偏向されるもので
ある。

【０００５】このような電磁偏向コイル１００は、主偏
向領域の大きさにもよるが、偏向能率は２．５ｍｍ／１
Ａであるため、たとえば１０ｍｍ□の主偏向領域を偏向
するためには±２Ａ必要である。各Ｘ，Ｙ系統のコイル
はシリーズに接続されており、０．５ｍｍφの銅線でコ
イルを製作すると、それぞれ１Ω程度の抵抗値を持つた
め、コイルでの発熱は各系統で４Ｗ，全体で８Ｗ程度と
なる。この発熱のためコイルの空冷を行いコイル自体の
熱膨張、コイルを保持しているコイル固定用円筒状ボビ
ンの熱膨張を抑制し、ビームの偏向位置の安定性を確保
する必要があることから、外側ボビン１０２に空冷用の
穴１０４を複数形成し、内側ボビン１０３に空冷の効果
が及ぶようにしている。（図５（Ｂ））。

【０００６】ところで、近年において、電子ビーム露光
装置においても微細化が要求されてきているが、特に電
子ビームの欠点であるクーロン相互作用による解像度の
限界が問題であり、クーロン相互作用を減少させ、さら
に解像度を向上させるために光学系を短焦点化すること
が行われている。

【０００７】ここで、図６に、従来の短焦点化した電磁
偏向コイルを説明するための図を示す。図６（Ａ）は、
複数段に形成した電磁偏向コイルの側部概略図であり、
図６（Ｂ）は冷却状態を示したものである。図６（Ａ）
に示すように、短焦点化を図るためには、電磁偏向コイ
ル１００の外側ボビン１０２及び内側ボビン１０３の径
を小さくし、Ｙ側コイル１０１ａ１　，１０１ａ２　と
Ｘ側コイル１０１ｂ１　，１０１ｂ２　を最大限に近接
させている。この場合、短焦点化は、偏向能率を劣化さ
せて主偏向フィールドを縮小させることから、試料のス
テージ移動を連続させてスループットの低下を防止して
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、短焦点化によ
り高解像度を得ることができるが、偏向位置精度を悪化
させる。すなわち、フィールドの繋ぎ位置精度が悪化し
、特にオフセットで大きなずれを生じる。この原因は種
々考えられるが、主にコイルの発熱によるコイル自体、
外側及び内側ボビン、その他の構造物の温度変化による
位置，寸法の変動によるものと考えられる。

【０００９】短焦点化された収束偏向系はレンズ磁界強
度か大きくなり、偏向磁界強度も大きくしなければなら
ないことから、電磁レンズの磁極片が小さくなり、その
内側に配置される電磁偏向コイルにおいても小径にして
狭い空間に隙間なく配置されることになる。すなわち、
図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、複数の磁極片１０６
とレンズギャップ１０７とが積み重ねられた電磁レンズ
１０５が小径となり、これに伴って、内側及び外側ボビ
ン１０２，１０３も小径となる。この場合、図６（Ｂ）
に示す矢印方向に空気が流れ、外側ボビン１０２及び穴
１０４を介して内側ボビン１０３の冷却が行われる。

【００１０】一方、電磁偏向コイル１００が小径化する
と、その保持部品も軽薄短小化される。これにより熱容
量が数分の一になると共に、内側コイル１０１ｂ１　，
１０１ｂ２　と外側コイル１０１ａ１　，１０１ａ２　
の径の差が小さくなる。この場合、コイルを形成する線
材の太さは変わらないことから、厚みが大きくなり、外
側コイル１０１ａ１　，１０１ａ２　が内側コイル１０
１ｂ１　，１０１ｂ２　を覆う状態となる。従って、内
側コイル１０１ｂ１　，１０１ｂ２　を直接冷却するこ
とができず、内側ボビン１０３と外側ボビン１０２との
間で温度差を生じる。

【００１１】例えば、空冷の効果を大きくするため細い
線材を用いてコイルを製作すると、コイルの抵抗が大き
くなって発熱が大きくなるため、コイル線材自体の熱膨
張とコイルが接着してある内外のボビンの熱膨張によっ
て、さらにビームの偏向精度が低下する。例えばコイル
線材に銅を使用し、ボビンにセラミックを用いた場合、
それぞれの熱膨張係数は１．７×１０−５，８×１０−
６であるので主偏向領域を２ｍｍ□とすれば、温度上昇
が１０℃あった場合、それぞれ、０．３４μｍ，０．１
６μｍの位置ずれを主偏向領域において発生する虞れが
ある。実際にはコイルとボビンは接着してあるため位置
ずれ量は０．３４μｍと０．１６μｍの間の値をとるも
のと考えられる。例えば位置ずれ量を０．２μｍとして
も主偏向領域のずれは最大０．４μｍとなり、サブミク
ロンのパターンに対して露光を行うことかできず、０．
５ｍｍφのコイルの線材を細くすることはできない。ま
た、このコイルにおいても内側で２〜３度の温度上昇が
測定されている。

【００１２】さらに、コイルの発熱がコイル線材自体の
熱膨張とコイルが接着してある内側及び外側ボビンの熱
膨張を引き起こし、熱伝導により電磁レンズを構成する
フェライトの磁極片の熱膨張も発生する。それらの熱膨
張はコイルの偏向方向、偏向能率、レンズ磁界強度を変
化させるため偏向位置の精度を悪化させ、特に磁極片の
熱膨張は偏向座標の原点ずれや焦点ずれを引き起こす。 ステージ連続移動による露光においては、露光前に試料
面上の位置合わせマークを前もって検出し露光時の補正
係数を決定してから露光するため、露光中におこる偏向
位置の精度を悪化させ、偏向座標の原点ずれや焦点ずれ
を生じるという問題がある。

【００１３】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、コイルを効率的に冷却して偏向位置精度の向上
を図る電子ビーム露光装置を提供することを目的とする

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、電子ビーム
を偏向させて試料上を走査するための電磁偏向コイルを
有する電子ビーム露光装置において、前記電磁偏向コイ
ルは、円筒状の内側ホビンの外周に内側コイルを設ける
と共に、該内側ボビンを内包する円筒状の外側ボビンの
内周に、該内側ボビンの該内側コイルと所定間隔の空間
部を介在させて対向する外側コイルを設けて構成され、
外部より所定の冷媒を少なくとも該電磁偏向コイルの前
記内側コイルと外側コイル間の空間部を流通させること
により解決される。

【００１５】

【作用】上述のように、電磁偏向コイルを、内側コイル
と外側コイルの間に外側ボビンを介在させずに、所定間
隔の空間部を介在させて構成している。そして、外部よ
り冷媒を供給して、少なくとも前述の空間部を流通させ
る。

【００１６】すなわち、冷媒により内側コイルと外側コ
イルが直接冷却される。これにより、コイル自身で発生
する熱により内側ボビンと外側ボビンとの間で温度差を
生じることがない。また、該ボビンを保持する部品や電
磁レンズ等に熱を伝達させないことから、これらの熱膨
張が生じることがなく、電子ビームを試料上に照射する
にあたり偏向位置精度を向上させることが可能となる。

【００１７】

【実施例】図１に本発明の一実施例の構成図を示す。図
１は電子ビーム露光装置における電磁偏向コイル１及び
電磁レンズ２を示したものである。

【００１８】図１において、電磁偏向コイル１がシリー
ズに複数段連結されており、この複数段の電磁偏向コイ
ル１の外側周囲に円筒状の電磁レンズ２が位置される。 なお、電磁偏向レンズ１については後述する。

【００１９】電磁レンズ２は、１個又は複数のポールピ
ースと呼ばれる磁極片３と、レンズギャップのためのス
ペーサ４が所定配列で積重ねられる。この電磁レンズ２
は試料上にパターン像を描画させるための投影レンズで
あり、スペーサ４により適宜電子ビーム５の振動を制御
して短い焦点位置で結像させるものである。この場合、
各磁極片３間及びスペーサ４とは後述する冷媒が漏れな
いシール状態で密着して積重ねられる。

【００２０】この複数段の電磁偏向コイル１と電磁レン
ズ２は、ドーナツ筒状のシール筒６に密閉状態で内装さ
れる。シール筒６は、ドーナツ板形状の受板７と筒状の
ビーム通過路８とが一体成形され、ドーナツ板形状の天
板９とＯリング１０でシールして形成される。この受板
７と天板９により上下から電磁レンズ２を固着している
。

【００２１】また、シール筒６の外部であって、電磁レ
ンズ２の下方の磁極片３内に形成された孔１１に供給管
１２が設けられる。この供給管１２からは、純水，ヘリ
ウムガス，空気等の冷媒１３が複数段の電磁偏向コイル
１周囲の空間領域１４に強制供給される。一方、天板９
に孔１５が形成されており、この孔１５に該冷媒１３を
排出する排出管１６が設けられる。また、空間領域１４
で冷媒１３が還流するために、複数段の電磁偏向コイル
１と電磁レンズ２とをＯリング１７により仕切られてい
る。

【００２２】ここで、図２に、本発明の電磁偏向コイル
１の組立斜視図を示す。図２において、電磁偏向コイル
１は、ガラスで等で形成された円筒状の内側ボビン２０
の外周にコイルをサドル型形状に巻回した内側コイル２
１ａ，２１ｂが対向して設けられる。内側コイル２１ａ
，２１ｂは内側ボビン２０の外周の円弧方向にコイルが
うず巻状に一層巻回されたもので、電子ビーム５を試料
上Ｘ軸方向に偏向させる役割をなす。

【００２３】一方、内側ボビン２０をガラス等で形成さ
れた円筒状の外側ボビン２２が内包し、該外側ボビン２
２の内周にサドル型形状に巻回した外側コイル２３ａ，
２３ｂが対向して設けられる。外側コイル２３ａ，２３
ｂは外側ボビン２２の内周の円弧方向にコイルがうず巻
状に一層巻回されたもので、電子ビーム５を試料上Ｙ軸
方向に偏向させる役割をなす。また、外側コイル２３ａ
，２３ｂは内側ボビン２０の内側コイル２１ａ，２１ｂ
と空間部を介在させて配置される。なお、各内側コイル
２１ａ，２１ｂ及び外側コイル２３ａ，２３ｂの光軸方
向の線部は、図２（Ｂ）に示すように、１２０°の角度
位置でサドル型形状に形成される。

【００２４】このような電磁偏向コイル１が、図１に示
すように、複数段シリーズに連結される。なお、電磁偏
向コイル１を複数段連結する場合、内側ボビン２０を段
数の長さで一体成形し、また、外側ボビン２０を当該段
数の長さで一体形成してそれぞれ所定数の内側コイル２
１ａ，２１ｂ及び外側コイル２３ａ，２３ｂを設けても
よい。これにより、コイルの温度上昇があった場合にお
いてもビームのドリフトを最小限に抑えることができる
。

【００２５】次に、図３に、本発明の冷却を説明するた
めの図を示す。いま、図１に示す供給管１２より冷媒１
３が空間領域１４内に強制供給されると、該冷媒１３は
内側コイル２１ａ（２１ｂ）と外側コイル２３ａ（２３
ｂ）との間に介在される空間部２４内を流通し、図１に
示す排出管１６により排出される。すなわち、冷媒１３
が内側コイル２１ａ（２１ｂ）及び外側コイル２３ａ（
２３ｂ）を直接冷却するもので、これにより各ボビン２
０，２２に温度差を生じることもなく、またボビン自体
が熱膨張を生じるのを防止することができる。従って、
各ボビン２０，２２を保持する部品にも熱の伝達を防止
することができる。すなわち、矩形又は任意の形状に成
形された電子ビーム５の像を偏向位置精度を向上させて
試料上に縮小投影することができる。

【００２６】また、前述と同様に内側及び外側ボビンに
セラミックを用いた場合、それぞれの熱膨張係数は１．
７×１０−５，８×１０−６であるので主偏向領域を２
ｍｍ□とすれば、温度上昇が１０℃あった場合、それぞ
れ、０．３４μｍ，０．１６μｍの位置ずれを主偏向領
域において発生するが、石英ガラスの場合には位置ずれ
を１桁小さく抑えることができる。

【００２７】なお、電磁レンズ２と複数段の電磁偏向コ
イル１との間を空間にすることにより、電磁レンズ２を
構成する磁極片３をも冷却することができる。これによ
り、長時間にわたり温度を一定に保つことができ、磁極
片３，スペーサ４の熱膨張によるビームの原点ずれを抑
制することができる。

【００２８】また、複数段の電磁偏向コイル１と電磁レ
ンズ２はシール筒６により密閉状態であることから、電
子ビーム露光装置を構成する場合に、容易にユニットご
と着脱することが可能となる。これにより、装置に冷却
部を組み込む以前に冷媒の漏れ等を予め検査，調整が可
能となるため、整備性、立ち上げ時の時間短縮が可能で
あり、特に冷媒に純水を用いる場合においては信頼性を
保証することができる。

【００２９】次に、図４に、本発明の具体例を説明する
ための図を示す。図４は、電子ビーム露光装置の全体的
構成を示したものである。図４において、電子ビーム露
光装置３０は、電子銃３１から照射される電子ビーム５
がアパーチ３２を通り、レンズ３３，成形偏向器３４，
レンズ３５及び第１の偏向手段３６を介してマスク板３
７のパターンＰ１　を投写する。パターンＰ１　の像は
、第２の偏向手段３８，レンズ３９，ブラッキング電極
４０，縮小レンズ４２を介して焦点補正手段４２に入射
し、補正されたパターンＰ１　の像が本発明の電磁偏向
コイル１及び電磁レンズ２で構成される投影レンズ４３
を通り、支持台４４上の試料４５に投影され露光される
。 また、４６は試料４５上を流れる電流を測定する電流値
測定手段である。なお、本電子ビーム露光装置３０は、
本発明に係る投影レンズ４３以外は一般的な構成であり
、説明を省略する。

【００３０】このような電子ビーム露光装置３０は、所
望のパターンＰ１　を選択しようとする時にはＣＰＵ４
９からの指令によりデータメモリ５０を介してパターン
制御コントローラー５１によりパターンＰ１　にビーム
を偏向させるための偏向手段３６，３８を作動させ、同
時にマスク位置制御回路５２によりパターンＰ１　の位
置を制御する。同時にパターンＰ１を選択するという指
令が演算制御回路５３に伝達され、ここでパターンＰ１
　のアドレス＃Ｐ１　が確認され、そのアドレスにもと
づいてデータ記憶領域ＴＢから＃Ｐ１　に記憶されてい
る焦点補正量データＤ１　を呼び出しデジタル−アナロ
グ変換部（ＤＡＣ／ＡＭＰ）５４を介して焦点補正手段
４２に供給され、電子ビーム５の像を補正し、投影レン
ズ４３を介して試料（例えばウエハ）４５上に露光を行
う。

【００３１】この場合、インターフェース５５とシーケ
ンスコントローラ５６とを介してＣＰＵ４９と接続され
た偏角制御回路５７を介して、デジタル−アナログ変換
部（ＤＡＣ／ＡＭＰ）５８が投影レンズ４３の電磁偏向
コイル１を制御し、ＤＡＣ／ＡＭＰ５９が電磁レンズを
制御するものである。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高解像度
を実現するための短焦点化した低収差集束偏向系を有し
、高い位置精度を保証し、時間経過に対する安定性が良
く、且つ高いスループットを有する電子ビーム露光装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】本発明の電磁偏向コイルの組立斜視図である。

【図３】本発明の冷却を説明するための図である。

【図４】本発明の具体例を説明するための図である。

【図５】従来の電子ビーム露光装置の電磁偏向コイルを
説明するための図である。

【図６】従来の短焦点化した電磁偏向コイルを説明する
ための図である。

【符号の説明】

１　　電磁偏向コイル ２　　電磁レンズ ３　　磁極片 ５　　電子ビーム ６　　シール筒 １３　　冷媒 ２０　　内側ボビン ２１ａ，２１ｂ　　内側コイル ２２　　外側ボビン ２３ａ，２３ｂ　　外側ボコイル ２４　　空間部 ３０　　電子ビーム露光装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電子ビーム（５）を偏向させて試料（
   ４５）上を走査するための電磁偏向コイル（１）を有す
   る電子ビーム露光装置において、前記電磁偏向コイル（
   １）は、円筒状の内側ホビン（２０）の外周に内側コイ
   ル（２１ａ，２１ｂ）を設けると共に、該内側ボビン（
   ２０）を内包する円筒状の外側ボビン（２２）の内周に
   、該内側ボビン（２０）の該内側コイル（２１ａ，２１
   ｂ）と所定間隔の空間部（２４）を介在させて対向する
   外側コイル（２３ａ，２３ｂ）を設けて構成され、外部
   より所定の冷媒（１３）を少なくとも該電磁偏向コイル
   （１）の前記内側コイル（２１ａ，２１ｂ）と外側コイ
   ル（２３ａ，２３ｂ）間の空間部（２４）を流通させる
   ことを特徴とする電子ビーム露光装置。