JPH0689850A - 電子ビーム露光装置 - Google Patents

電子ビーム露光装置

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JPH0689850A
JPH0689850A JP4240758A JP24075892A JPH0689850A JP H0689850 A JPH0689850 A JP H0689850A JP 4240758 A JP4240758 A JP 4240758A JP 24075892 A JP24075892 A JP 24075892A JP H0689850 A JPH0689850 A JP H0689850A
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JP
Japan
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heat
electron beam
electron
lens
deflection coil
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Withdrawn
Application number
JP4240758A
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English (en)
Inventor
Yoshihisa Daikyo
義久 大饗
Juichi Sakamoto
樹一 坂本
Akio Yamada
章夫 山田
Hiroshi Yasuda
洋 安田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0689850A publication Critical patent/JPH0689850A/ja
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は電子ビーム露光装置に関し、微細パ
ターンの露光を実現することを目的とする。 【構成】 電子レンズ45は、電磁レンズコイル43、
電磁偏向コイル44、及び電子レンズ45を一定温度に
保つ補償用発熱手段46を有する。この電子レンズ45
に、熱吸収手段50を設ける。熱吸収手段50は、電磁
偏向コイル44、補償用発熱手段46、及び電磁レンズ
コイル43が発生する熱を吸収して、電子レンズ45か
ら試料42への輻射熱を抑えるよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子ビーム露光装置に係
り、電子ビームを収束させ、偏向させて、試料上に微細
パターンを形成する電子ビーム露光装置に関する。
【0002】近年、半導体集積回路装置は増々高密度化
の傾向があり、これに対応すべく、ビームを利用して高
密度露光を実現することを目的とする電子ビーム露光装
置が種々提案されている。
【0003】こゝで、説明の便宜上、本出願人が先に提
案したブランキングアパーチャ方式の電子ビーム露光装
置1について、図7を参照して説明する。
【0004】2は電子銃、3〜7は電子ビームを収束す
る磁界形の電子レンズ、8はブランキングアパーチャア
レイである。
【0005】9はステージであり、最終段の電子レンズ
7の真下に位置しており、この上にウェハ10が固定し
てある。ステージ9が配される部分は、真空である。
【0006】電子銃2から電子ビーム11が放射され
る。この電子ビーム11は、ブランキングアパーチャア
レイ8を通過して、ブランキングアパーチャの電極の信
号の印加の有無によって、オン・ビーム12とオフ・ビ
ーム13とに分かれる。
【0007】オフ・ビーム13は、遮蔽板14によって
途中で遮蔽される。
【0008】オン・ビーム12は、ウェハ10まで達す
る。
【0009】オン・ビーム12は電子レンズ7によって
収束され、ウェハ10上に照射される。
【0010】15は電磁偏向コイルであり、主偏向手段
を構成する。
【0011】16は静電偏向電極であり、副偏向手段を
構成する。
【0012】オン・ビーム12が電磁偏向コイル15に
よって大きく偏向され、静電偏向電極16によって小さ
く偏向されて、ウェハ10上の一のチップに相当する領
域内を走査して、所定のパターンが露光される。
【0013】この露光動作が、ウェハ10の他のチップ
領域についても同様に行われる。
【0014】一のウェハ10の全体についての露光に
は、大体、数10分かかる。
【0015】露光精度は、露光の開始から終了まで高く
保たれている必要がある。
【0016】このように、露光が数10分かかるとする
と、高い露光精度を維持するには、電子レンズが発生す
る熱の影響も十分に考慮する必要がある。
【0017】
【従来の技術】図8は、本出願人が先に、特願平4−4
195号、発明の名称「荷電粒子ビーム露光方法及び装
置」で提案した電子ビーム露光装置の要部である最終段
の電子レンズ(図7中、符号7で示す電子レンズに相当
する)7Aの部分を示す。
【0018】同図中、図7に示す構成部分と対応する部
分には同一符号を付す。
【0019】21は電磁レンズコイル、22はヨーク、
23はポールピースである。
【0020】電磁偏向コイル15は、図8に示すよう
に、セラミック製の筒状のコイル支持部26の外面に取
り付けてある。
【0021】電磁偏向コイル15は電流を流されて発熱
する。静電偏向電極16は発熱しない。
【0022】25は補償用発熱体であり、コイル支持部
26の内部であって、電極偏向コイル15に近い位置に
設けてある。
【0023】27は制御回路であり、電磁偏向コイル1
5から単位時間当りに発生する熱量の変化を補償するよ
うに、補償用発熱体25を発熱させる。
【0024】ウェハ露光時、電子ビームを偏向させるた
めに電磁偏向コイル15に電流が流される。
【0025】この電流によって、電磁偏向コイル15
は、発熱する。
【0026】電磁偏向コイル15の単位時間当りの発熱
量Q1 は、例えば図10中、符号Q 1 で示すように変化
する。
【0027】補償用発熱体25は、制御回路27によっ
てこれに流れる電流を制御され、その単位時間当りの発
熱量Q2 は、図10中、符号Q2 で示すように、即ち発
熱量Q1 の変化を補償するように変化せしめられる。
【0028】これにより、電磁偏向コイル15の発熱量
1 と、補償用発熱体25の発熱量Q2 との総和Q
0 は、図10中符号Q0 で示すように、一定となる。
【0029】このため、コイル支持部26の温度、ポー
ルピース23の温度は一定となり、コイル支持部36、
ポールピース23は露光開始後に熱膨張し、その後は熱
膨張した状態に保たれる。
【0030】図11は、ウェハ上の電子ビームの位置の
変動の測定結果を示す。
【0031】オフセット位置ずれ量は、図11(A)に
線Iで示すように、露光開始後約6分経過するまでは、
徐々に増すけれども、その後は0.4μmで一定とな
る。
【0032】ローテーション方向の位置ずれ量は、図1
1(B)に線IIで示すように、露光開始後約6分経過す
るまでは徐々に増すけれども、その後は0.3μmで一
定となる。
【0033】ゲイン方向の位置ずれ量は、図11(C)
に線III で示すように、露光開始後約6分経過するまで
は徐々に増すけれども、その後は0.1μmで一定とな
る。上記より分かるように、露光を開始して約6分経過
した後は、電子ビームの位置ずれは変化しなくなり、電
子ビームによるウェハ10の露光は精度良く行われる。
【0034】
【発明が解決しようとする課題】上記の電子ビーム露光
装置20においては、ずれ量は0.2〜0.4μmとい
うサブミクロン、オーダに抑えられている。
【0035】しかし、半導体装置の高密度化が進むと、
上記程度の僅かなずれも問題となってくる。
【0036】本発明者は、上記のサブミクロンオーダの
ずれの原因が、以下の点にあると考えた。
【0037】 電子レンズ7Aの内部の温度が高いこ
と。
【0038】 上記との関係で、電子レンズ7Aか
らウェハ10への輻射熱が多く、ウェハ10が熱膨張す
ること。
【0039】そこで、本発明は、電子レンズの温度を低
くすると共に、電子レンズからウェハへの熱輻射を抑え
ることにより、電子ビームとウェハとの相対的なずれ量
を実質上零として、微細パターンの露光を実現した電子
ビーム露光装置を提供することを目的とする。
【0040】
【課題を解決するための手段】請求項1の電子ビーム露
光装置40は、図1に示すように、電子ビーム41を試
料42上に縮小投影すべく該電子ビーム41を収束させ
る電磁レンズコイル43、及び上記電子ビーム41を上
記試料42上所望の位置を照射すべく偏向させる電磁偏
向コイル44とを有する電子レンズ7Bの内部に、上記
電磁偏向コイル44の発熱量の変化を補償するように発
熱する補償用発熱手段46を有する構成の電子ビーム露
光装置であって、上記電磁偏向コイル44、上記補償用
発熱手段46及び上記電磁レンズコイル43が発生する
熱47を吸収する熱吸収手段50を有する構成としたも
のである。
【0041】請求項2の電子ビーム露光装置40Aは、
図2に示すように、電子ビーム41を試料42上に縮小
投影すべく該電子ビーム41を収束させる電磁レンズコ
イル43、及び上記電子ビーム41を上記試料42上所
望の位置を照射すべく偏向させる電磁偏向コイル44と
を有する電子レンズ7Bの内部に、上記電磁偏向コイル
44の発熱量の変化を補償するように発熱する補償用発
熱手段46を有する構成の電子ビーム露光装置であっ
て、上記電子レンズ45から上記試料42に向う輻射熱
51を遮蔽する輻射熱遮蔽手段52を有する構成とした
ものである。
【0042】請求項3記載の電子ビーム露光装置40B
は、図3に示すように、電子ビーム41を試料42上に
縮小投影すべく該電子ビーム41を収束させる電磁レン
ズコイル43、及び上記電子ビーム41を上記試料42
上所望の位置を照射すべく偏向させる電磁偏向コイル4
4とを有する電子レンズ7Bの内部に、上記電磁偏向コ
イル44の発熱量の変化を補償するように発熱する補償
用発熱手段46を有する構成の電子ビーム露光装置であ
って、上記電子レンズコイル43、上記電磁偏向コイル
44及び上記補償用発熱手段46が発生する熱47,4
8,49を吸収する熱吸収手段50と、上記電子レンズ
45から上記試料42に向う輻射熱51を遮蔽する輻射
熱遮蔽手段52とを有する構成としたものである。
【0043】
【作用】請求項1の熱吸収手段50を設けた構成は、電
子レンズ7Bの温度を下げて、電子レンズ7Bからの輻
射熱の発生を抑制するように作用する。
【0044】請求項2の輻射熱遮蔽手段56を設けた構
成は、電子レンズ7Bから発生した輻射熱51が試料4
2にまで到達することを防止するように作用する。
【0045】請求項3の熱吸収手段50を設けた構成
は、電子レンズ7Bの温度を下げて、電子レンズ45か
らの輻射熱の発生を抑制するように作用する。輻射熱遮
蔽手段56を設けた構成は、電子レンズ7Bから発生し
た輻射熱51が試料42にまで到達することを防止する
ように作用する。
【0046】
【実施例】図4は、図3に示す原理構成に対応する実施
例である。同図中、図3及び図7に示す部分と実質上対
応する部分には同一符号を付す。図4は、電子ビーム露
光装置40Bの要部である図7中、最下の電子レンズ7
Bの部分を示す。
【0047】同図中、左側半分は主に作用を示す。
【0048】また、符号59で示す部分が真空空間であ
る。
【0049】I.熱吸収手段50の構成 60は略環状のフレームであり、非磁性で且つ良熱伝導
体である銅製であり、筒状の外周壁部60aと、同じく
筒状の内周壁部60bと、外周壁部60aと内周壁部6
0bとの間の環状底板部60cとよりなる。
【0050】このフレーム60は、熱の伝導路として機
能する。
【0051】特に、環状底板部60cは、後述する輻射
熱の発生を抑制するように機能する。
【0052】また、この環状底板部60cは、比較的多
くの熱が流れるため、十分な厚さtとしてある。
【0053】外周壁部60aの外周の幅広の浅い凹部6
0a-1には、冷媒流路を形成する銅パイプ61が複数タ
ーン巻き付けてあり、符号62で示すように、フレーム
60とろう付けしてある。
【0054】このフレーム60は、鉄製のヨーク22A
内に組込まれて、ねじ63により、ヨーク22Aの下部
リターンヨーク部22Aaに固定してある。
【0055】上部リターンヨーク部22Abは、独立し
た部材であり、ねじ64により、フレーム60の外周壁
部60aに固定してあり、フレーム60の上側を塞いで
いる。
【0056】ポールピース23Aは、下部リターンヨー
ク部22Aa及び上部リターンヨーク部22Abの端に
密着していると共に、フレーム60の内周壁部60bに
密着して固定してある。
【0057】21Aは電磁レンズコイルであり、フレー
ム60内に設けてある。
【0058】この電磁レンズコイル21Aは、巻枠治具
に巻き付けて固め、その後巻枠より取り外したものを、
フレーム60内に嵌合させて組立てたものである。この
組立方法は、電線を直接フレーム60内に巻き付ける場
合に比べて、組立てし易い。
【0059】65は冷媒タンクである。冷媒66は、例
えば、純水又はヘリウムガスである。
【0060】67はポンプであり、冷媒66を常に一定
量送り出す。送り出す量を変動させると、これが原因で
フレーム60が振動し、ビームがウェハ上位置ずれを起
こしてしまう。そこで、冷媒66の給送量は一定として
ある。
【0061】ポンプ67により給送された冷媒は、フレ
ーム60に巻き付いている銅パイプ61内を通ってフレ
ーム60の周囲を複数回流れ、このときフレーム60の
熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は、タンク65に戻さ
れる。
【0062】68は温度制御装置であり、冷媒66の温
度を所定の温度に制御する。
【0063】II. 輻射熱遮蔽手段52の構成 70は円板状の輻射熱遮蔽板であり、外周部に環状のリ
ブ70aを有する。
【0064】この輻射熱遮蔽板70は、環状リブ70a
をねじ71により、ヨーク22Aの下部リターンヨーク
部22Aaにねじ止めしてあり、真空空間59内に取り
付けてある。
【0065】この輻射熱遮蔽板70は、真空シール筒7
2の下端の鍔状の真空壁72aを、これに対して寸法a
離れて、覆っている。
【0066】また耐真空壁26Aaの下面には、シート
状の反射電子検出器73が固定してある。
【0067】上記遮蔽板70は、この検出器73に対し
ても寸法b離間している。
【0068】遮蔽板70には、オン・ビーム12が通過
するための孔70b及びウェハ10からの反射電子を通
すための孔70bが形成してある。
【0069】また、真空シール筒72とポールピース2
3Aとの間の筒状の空間内に、電磁偏向コイル44及び
補償用発熱体25Aが設けてある。
【0070】補償用発熱体25Aには、制御回路27A
が接続してある。
【0071】制御回路27Aは、パターン発生部90、
DAC91,92、アナログ演算回路93、補償用発熱
体駆動回路96により構成される。
【0072】次に、動作について説明する。
【0073】パターン発生部90は、パターンデータを
発生し、そのX方向成分をデジタル・アナログ変換器9
1、そのY方向成分をデジタル・アナログ変換器92に
供給すると共に、偏向データをアナログ演算回路93に
も供給する。
【0074】デジタル・アナログ変換器91,92は、
アナログ量に変換した偏向データを電磁偏向コイル駆動
回路94,95に供給し、電磁偏向コイル44を駆動す
る駆動電流回路を発生させる。
【0075】デジタル・アナログ変換器91,92の出
力信号は、アナログ演算回路93にも供給され、アナロ
グ演算回路93はa(1−bX2 −cY2 1/2 に相当
する制御信号を補償用ヒータ駆動回路96に供給する。
補償用発熱体駆動回路96は一定値から電磁偏向コイル
44で発生する熱量を差し引いた熱量に相当する電流を
発生し、補償用発熱体25Aに供給する。
【0076】ポールピース23Aには、電磁偏向コイル
44の発熱量Q1 と補償用発熱体25Aの発熱量Q2
の飽和の熱量、即ち図5中、符号Q0 で示すように、一
定とはなるものの高い熱量が作用して、ポールピース2
3Aは高い温度T1 となってしまう。
【0077】しかし、熱吸収手段50が設けてあること
により、熱が冷媒66に吸収され、ポールピース23A
の温度は低く抑えられる。
【0078】即ち、電磁偏向コイル44からの輻射熱8
0及び発熱補償体25Aからの輻射熱81は、ポールピ
ース23Aによってとらえられ、最初に、符号82で示
すようにポールピース23A内を伝導し、次いで符号8
3で示すように、フレーム60内を伝導して、銅パイプ
61に到り、循環している冷媒66に吸収される。
【0079】また、レンズコイル21Aが発生する熱8
4も、符号83で示すように、フレーム60内を伝導し
て、冷媒66に吸収される。
【0080】これにより、電子レンズ7B自体の温度
が、T1 より低い温度T2 となる。
【0081】この結果、電子レンズ7Bの下面からウェ
ハ10に向かって放射される輻射熱85の量が少なくな
る。
【0082】また、この輻射熱85についてみると、こ
の輻射熱85は輻射熱遮蔽板70によって捕捉され、ウ
ェハ10には到らない。
【0083】輻射熱85を捕捉した遮蔽板70の熱は、
熱伝導によって、遮蔽板70自体を符号86で示すよう
に伝わり、次いで、ヨーク22Aの下部リターンヨーク
22Aa内を符号87で示すように伝わってフレーム6
0に到り、符号83で示すようにフレーム60内を伝わ
って冷媒66により吸収される。
【0084】このように、遮蔽板70の熱はすみやかに
吸収されるため、遮蔽板70の温度は低く保たれ、遮蔽
板70からウェハ10に向って発せられる輻射熱は問題
とはならない。
【0085】以上により、電子レンズ7Bはウェハ10
へ輻射熱を殆ど及ぼさない状態となる。
【0086】これにより、ウェハ10は、露光中、電子
レンズ7Bから輻射熱を殆ど受けず、熱変形を起こさな
い。
【0087】露光開始時から、ウェハ上の電子ビームの
位置変動を測定したところ、図6(A),(B),
(C)に示す結果を得た。
【0088】オフセット位置ずれ量は、同図(A)に線
Iaで示すように、露光開始時から略零であり、一定で
あった。
【0089】ローテーション方向の位置ずれ量は、同図
(B)に線IIaで示すように、露光開始時から略零であ
り、一定であった。
【0090】ゲイン方向の位置ずれを量も、同図(C)
に線IIIa で示すように、露光開始時から略であり、一
定であった。
【0091】上記の測定結果から、ウェハ10の全部の
チップ領域に対する電子ビーム露光が、精度良く行われ
ることが分かる。
【0092】
【発明の効果】以上説明した様に、請求項1の発明によ
れば、電子レンズが従来に比べて低い温度とされるた
め、電子レンズからウェハへの輻射熱の量を小さく抑え
ることが出来、これによって、ウェハが熱変形すること
を効果的に抑えることが出来、従って、電子ビームとウ
ェハとの相対的な位置ずれを実質上無くすることが出
来、微細パターンを高精度に露光することが出来る。
【0093】請求項2の発明によれば、電子レンズから
発生した輻射熱がウェハにまで到しないようにすること
が出来、従って、電子ビームとウェハとの相対的な位置
ずれを実質上無くすることが出来、微細パターンを高精
度に露光することが出来る。請求項3の発明によれば、
電子レンズが従来に比べて低い温度とされ、電子レンズ
からウェハに向う輻射熱の量を小さく抑えることが出来
ると共に、この輻射熱がウェハにまで到しないようにす
ることが出来る。これによって、請求項1又は2の発明
に比べて、ウェハが熱変形をより生じないようにするこ
とが出来、従って、電子ビームとウェハとの相対的な位
置ずれを無くすることが出来、微細パターンをより高精
度に露光することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の電子ビーム露光装置の原理図で
ある。
【図2】本発明の第2の電子露光装置の原理図である。
【図3】本発明の第3の電子露光装置の原理図である。
【図4】本発明の一実施例の電子ビーム露光装置の要部
を示す図である。
【図5】電磁偏向コイルの部分の発熱量の変化及び電子
レンズの温度を示す図である。
【図6】ウェハ露光時のビーム位置変動の測定結果示す
図である。
【図7】本出願人が先に提案したブランキングアパーチ
ャ方式の電子ビーム露光装置の全体構成図である。
【図8】本出願人が先に提案した電子ビーム露光装置の
要部を示す図である。
【図9】図8中、電磁偏向コイル及び補償用発熱体の部
分を示す図である。
【図10】電子偏向コイルの部分の発熱量の変化を示す
図である。
【図11】ウェハ露光時のビーム位置変動の測定結果を
示す図である。
【符号の説明】
2 電子銃 7B 電子レンズ 21A 電磁レンズコイル 22A ヨーク 22Aa 下部リターンヨーク 22Ab 上部リターンヨーク 23A ポールピース 25A 補償用発熱体 27A 制御回路 40,40A,40B 電子ビーム露光装置 41 電子ビーム 42 試料 43 電磁レンズコイル 44 電磁偏向コイル 46 補償用発熱手段 47,48,49 熱 50 熱吸収手段 51 輻射熱 56 輻射熱遮蔽手段 59 真空空間 60a 外周壁部 60a-1 凹部 60b 内周壁部 60c 環状底板部 61 銅パイプ 62 ろう付け部 63,64 ねじ 65 冷媒タンク 66 冷媒 67 ポンプ 68 温度制御装置 70 輻射熱遮蔽板 70a 環状リブ 71 ねじ 72 真空シール筒 72a 耐真空壁 73 反射電子検出器 80 電磁偏向コイルからの輻射熱 81 発熱補償体からの輻射熱 82,83 フレーム内を伝導する熱 85 電子レンズ下面からの輻射熱 86 遮蔽板内を伝導する熱 87 下部リターンヨーク内を伝導する熱。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 37/141 B 37/305 9172−5E (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

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子ビーム(41)を試料(42)上に
    縮小投影すべく該電子ビーム(41)を収束させる電磁
    レンズコイル(43)、及び上記電子ビーム(41)を
    上記試料(42)上所望の位置を照射すべく偏向させる
    電磁偏向コイル(44)とを有する電子レンズ(7B)
    の内部に、上記電磁偏向コイル(44)の発熱量の変化
    を補償するように発熱する補償用発熱手段(46)を有
    する構成の電子ビーム露光装置であって、 上記電磁偏向コイル(44)、上記補償用発熱手段(4
    6)及び上記電磁レンズコイル(43)が発生する熱を
    吸収する熱吸収手段(50)を有する構成としたことを
    特徴とする電子ビーム露光装置。
  2. 【請求項2】 電子ビーム(41)を試料(42)上に
    縮小投影すべく該電子ビーム(41)を収束させる電磁
    レンズコイル(43)、及び上記電子ビーム(41)を
    上記試料(42)上所望の位置を照射すべく偏向させる
    電磁偏向コイル(44)とを有する電子レンズ(7B)
    の内部に、上記電磁偏向コイル(44)の発熱量の変化
    を補償するように発熱する補償用発熱手段(46)を有
    する構成の電子ビーム露光装置であって、 上記電子レンズ(7B)から上記試料に向う輻射熱(5
    1)を遮蔽する輻射熱遮蔽手段(52)を有する構成と
    したことを特徴とする電子ビーム露光装置。
  3. 【請求項3】 電子ビーム(41)を試料(42)上に
    縮小投影すべく該電子ビームを収束させる電磁レンズコ
    イル(43)、及び上記電子ビーム(41)を上記試料
    (42)上所望の位置を照射すべく偏向させる電磁偏向
    コイル(44)とを有する電子レンズ(7B)の内部
    に、上記電磁偏向コイル(44)の発熱量の変化を補償
    するように発熱する補償用発熱手段(46)を有する構
    成の電子ビーム露光装置であって、 上記電子偏向コイル(44)、上記補償用発熱手段(4
    6)及び上記電子レンズコイル(43)が発生する熱を
    吸収する熱吸収手段(50)と、 上記電子レンズ(7B)から上記試料に向う輻射熱(5
    1)を遮蔽する輻射熱遮蔽手段(52)とを有する構成
    としたことを特徴とする電子ビーム露光装置。
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