JPS5823155A - 荷電粒子ビ−ムの整列制御装置 - 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】 本発明は変動しうる形を有する荷電粒子のビームの整列
を制御するための装置に係る、。

ＵＳＰ４２４３８６６においては寸法が変動しうる電子
ビームを形成するための技術が示されている。ターゲラ
）において異なった形を形成するために、電子ビームが
印加でれるターゲットを種々の寸法の領域にすることが
できる技術が開示でれている。例えば、ターゲットは、
レジストを用いることによってバクーン領域が形成され
るようなＩＣを形成することが目的とされるところの半
導体ウェハでるってもよい。

上記のＵＳＰＫ示でれる装置においては、電子ビームの
電流密度分布を制限するために円形の開口が用いられて
いる。この開口の直径は投影レンズにおける収差を制限
するためにガウス電流密度分布が適当に面取りテれるこ
とを保証するために電子ビームの源の像のガウス電流密
度の一幅に従って寸法が決められねばならない。

電子ビーム源の像は上記のＵＳＰの円形の開口に関して
適当に中心付けられねばならず、又それは露光フロセス
の間静止していなければならない、上記のＵＳＰにおい
ては、ターゲットにおいて電子ビームの可変形状のスポ
ットを生せしめるための整形偏向プレートによる電子ビ
ームの偏向によって影響されないようにその整形偏向プ
レートに関連しためる位置に電子ビーム源の像を配置す
る装置が用いられている。

」二記のＵＳＰにおける装置は満足すべき動作を示すが
、ビームの偏向を生ぜしめるための全ての整形信号につ
いて例えば１日数回の頻繁な、微妙□ な調整が適当な像特性を維持するために必要であること
が見出てれた。もしも全ての整形信号の頻繁且つ微妙な
調整が行なわれないならば、種々の素子によって生じた
ドリフトによってビーム源像の望ましくない、許容しえ
ない劣化が生じる。これＫは、電子ビームの偏向によっ
て影響てれない位置にビーム源の像が生じないことが含
まれる。

ビーム源の像の劣化の他の原因は電子銃のフィラメント
の位置及び寸法変化がａる。ヘアピンの形をしたこのフ
ィラメントハ通常の燃焼サイクルの間にその形態を変え
、その位置及び寸法の両方が変わる。従ってこのことは
整形信号に加えてビーム源の像の位置に対して影響を与
える。

前記のＵＳＰの装置は、可変形状のスポットが得られな
い電子ビーム装置に比較してスループット乞増大させた
が、１日に数回も整形信号を調整しなければならないこ
とによって、上記ＵＳＰの装置の効率が減少した。

もしも毎日数回に亘って整形信号の微妙な調整が行なわ
れなかったならば、ターゲットにおける形が変動する電
子ビームの電流密度の変動が円形の開口におけるビーム
源の像の移動の結果として生じるでろろう。これによっ
て、整形されたビームの特性が重大な影響を受け、ター
ゲットでろるところの半導体ウェハにおけるレジストが
不均一に現像されることＫなる。

整形信号の調節の頻度を減じるための１つの方法は電流
密度を減じることである。しかしながら、この電流密度
の減少によってスループットが大きく減じられる。例え
ばターゲットが電子ビームによって露光されるレジスト
を有する半導体ウェハである場合、電流密度が５０係減
少することによって、半導体ウェハにおけるパターン領
域を形成するために用いられるレジストを露光するため
に２倍の時間が必要である。。

１日に数回も整形信号を調節することが必要でないとい
う点において本発明は上記のＵＳＰの発明を改良するも
のでるる。即ち不発明においては、毎日の動作の開始点
において行なわれ得るスポットのチェックの与が必要と
され、所望のビーム源の像を得るために数日もしくは数
週間毎に調節を行なうだけですむ。

更に本発明においては電流密度における減少は必要とさ
れない。即ち例えば５０　ａｍｐ　ｓ　／　ｃｍ２のよ
うな比較的高い電流密度を用いることができる。

本発明においては、電子ビーム源からターゲットへビー
ムが与えられる軸から離れた参照位置における電流密度
が感知される。選択でれた回数ビームが移動されるこの
参照位置において、ビームは、最大の電流がその参照位
置において生じるまで、電流感知装置からの信号を受は
取る整列ヨーク（ビーム源からターゲッ゛トまでのビー
ムの軸に沿って配置される）淀、よって直交方向に歩進
的に及び交互にシフトチれる。これらの補正信号は、ビ
ームがビーム源からターゲットへの軸上に配置てれる場
合、そのビームが投影レンズにおける収差を最小にすべ
く適当に中心付けられるようにビームを配置すべく整列
ヨークと共に用いられる。ビーム源の像の寸法は、収差
が許容される範囲内に含まれるように選択でれる。

従って、ビーム源の像の寸法及び投影レンズにおける収
差を制御するために前記のＵＳＰにおいて必要とてれた
寸法の制限円状開口を用いることが必要とでれない。即
ち不発明の装置は、上記ＵＳ、Ｐの装置において用いら
れた寸法の軸上制限開口を必要としない。

本発明の装置はビームが通過するところの軸上制限円状
開口を有するが、その直径は、ビームが軸に沿ってター
ゲットへ与えられる場合に、ビームの軸に関するビーム
源の像のシフトによって、開口を有する手段の面におけ
るビーム源の像の電流密度分布に実質的に影響を与えな
い程度に十分太きい。前記のＵＳＰの装置に示されたよ
′）な毎日数回もの整形信号の調節の必要性を回避すべ
くビームが中心に維持されるように選択された回数その
軸からはずれた状態にビームを整列することによって、
上記Ｕ−８Ｐにおけるような開口を有する手段の面にお
いてビーム源の像の電流密度分布に実質的に影響を与え
るに十分小さな直径の軸上の開口を用いることは不必要
でるる。

従って本発明の目的は可変形状の電子ビームを整列する
ための装置を与えることにるる。

本発明の他の目的はビーム源の像の微小移動に敏感でな
い電子ビーム装置を与えることにある。

第１図において、荷電粒子（例えば電子）のフィラメン
トでろって、ターゲット１２へ電子ビームの柱状体の軸
１１に沿って電子のビームを指向きせるところのビーム
源１０が示てれている。ターゲット１２は電子ビーム源
１０から発生された電子ビームによってパターンが形成
されるべきレジストを有する例えば半導体ウェハである
。

前記のＵＳＰＫ示されるように、電子ビーム源１０から
のビームは、プレート１５における開口１４（方形状が
好ましい）を通してビームをまず通過させることによっ
てターゲット１．２へ与えるための可変の固形スポット
となるように整形される。軸１１の左側におけるビーム
源１０の１点からの電子ビーム源１０の結像の状態が第
２図に示でれている。第１の開口１４の右端部における
点からの、第１開口１４の像並びに第１の開口１４及び
プレート１７における第２の開口１６（方形状）によっ
て形成される合成像の形成される状態が第３図に示され
ている。第２図及び第３図から、ビーム源１０の結像路
は第１図のめる部分における開口像が形成される結像路
が重なることが理解される。

ビームは、方形状に形成でれるべきプレート１５におけ
る第１の開口１４（第１図）を通過した後、電子ビーム
技術において公知の設計の磁気レンズでるるコンデンサ
・レンズ１８を通過する。

コンデンサ・レンズ１８はアパーチャ１４の像１９を７
パーチヤ１６の面に無給する。

コンデンサ・レンズ１ｓＩｉ更に軸１１Ｋａ５１点でろ
って、４つの静電プレート（そのうちの２つが２１及び
２２で示されている）よシなる偏向手段の中心部に電子
ビーム源１０の像を結像するように作用する。静電プレ
ート２１及び２２は第１の方形開口１４の無給嘔れた像
１９を、第２の方形開口１６に関して、前記のＵＳＰに
よシ詳しく説明てれるようなビーム整形動作の間に２つ
の直交（Ｘ及びＹ）方向の一方に偏向する。偏向手段は
ビーム整形動作の間に直交（Ｘ及びＹ）方向の他方に横
方向にビームを偏向するための第２の対のプレートを含
む。

前記のＵＳＰにも示でれるように、静電偏向プレート（
そのうちの２つが２１及び２２において示でれる）によ
って生じる偏向の実質的な中心が、コンデンサ・レンズ
１８によってビーム源の像２０が配置てれる面Ｘと一致
して維持てれる。ビームを整形するための第１の開口１
４の像１９の偏向は無給でれたビーム源の像２０に対し
ては何ら影響を与えない。

コンデンサ・−レンズ１８の焦点距離は開口１６の面内
に開口の像１９を主として無給するｒｆ）に定められる
。このことが、ビーム源の像２０の無給が必ずしも偏向
手段の偏向の実質上の中心において行なわれない理由で
ある。

ビームに関して最も有効且つ均一な照射即ち一定の電流
密度を与えるために、第２の開口ブレート１７が配置さ
れる任意の標準的な磁気コンデンサ・レンズを用いる第
２のコンデンサ・レンズ２６がビーム源の像２０を第１
のレンズ（ｄｅｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ　１ｅｎｓ
　）　２４の入力瞳孔部へ結像する。ビーム源の像２０
が第１のレンズ（ｄｅｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ　　
１ｅｎｓ　）　２４の入力瞳孔部へ適当に結像されるた
めには、結像きれた開口の像ＸもしくはＹ方向の任意の
偏向の間はビーム源の像２０が静止状態に保たれること
が必要でるる。

第２のコンデンサ・レンズ２３によってビーム源の像２
５はレンズ２４の前焦点面に近接して形成てれる。これ
によって、ブランキング・プレート２８における円形開
口２７の面内にビーム源１０の拡大された像２６が形成
でれる。ビーム源１０の像２６の位置はビーム源の像２
０の位置に依存する。プレート２８における開口２７の
直径はビーム源１０からの像２６（ビームの交差点）の
ガウス電流密度分布の半値幅の少なくとも２倍でるる。

これによって像２６の何らかの小はい移動がターゲット
２０の面における電流密度の変化を生じることが防止さ
れる。

第５図に示されるように半値幅は最大電流密度の５０チ
におけるビーム源１０からのビームの交差点のガウス電
流密度分布の寸法でろって、Ｗで示される。半値幅Ｗ（
第５図）とほぼ同じ直径Ａ（第６図）を用いる場合、第
６図に示されるように開口ＡＫ関するビームの移動によ
って開口Ａを通過する電流が実質的に変化される。しか
しながらもしも開口Ｂが第７図に示されるように半値幅
よシも実質的に大きいならば、ビームの僅かなシフトは
開口Ｂを通過する電流には何ら影響を与えない。

ビーム源の像２６のガウス電流密度の少なくとも２倍の
幅を有する開口２７（第１図）の直径に関するこの関係
はビニム源１０の交差点の直径が開口２７の直径ではな
くてビームの直径を決定するように電子ビーム源１０の
寸法を適当に定めることによって制御される。即ち開口
２７は投彰レンズ２９におけるビーム直径を制限しない
。

本発明の装置ＦｉＵｓＰ３８９４２７１に示されたよう
な一対の直交コイルを有する整列ヨーク５０を含む。整
列ヨーク３０は上記のＵＳＰＫ示１れたような整列サー
ボ３６（第４図）からの補正信号を受取る。

ビームが第２のコンデンサ・レンズ２３を離れた後、そ
れは整列ヨーク３０及び一対のブランキング・プレート
６４を通過する。プレート６４はビームがターゲット１
０Ｋ（第１図）与えられるべき場合及びビームがブラン
キングてれるべき場合を決定する。ビームはブランキン
グ・プレート２８へ偏向でれることによってブランキン
グされる。ビームは、ビーム源の像２５が拡大でれるよ
うにレンズ２４を通過する。

ブランキング・プレート５４はビームの直径の４倍乃至
５倍だけビーム源の像２５を移動きせることができる。

ブランキング・プレート２８における円形の開口２７の
直径が相対的に大きいことによって、ＵＳＰ５６４４７
００に更に詳しく示でれるようにビームのブランキング
が阻止でれない。一対の静電偏向プレートでるるブラン
キング・プレート５４が開口２７から離れるようにビー
ムを移動式せてブランキング・プレート２８に接す、る
ようになると、ビームはターゲット１２に当り得ない。

ＵＳＰ３８９４２７１に示されるよ゛うに、ビームはＡ
サイクル、Ｂサイクル及びＣサイクル（この順序は各々
Ｃサイクルの後再びＡサイクルで始まる）に従って移動
する。ビームは、行なわれる特定の動作に従ってＡ、Ｂ
及びＣサイクルのめるサイクルもしくは全てのサイクル
に亘ってブランキングされる。Ａ、Ｂ及びＣサイクルの
うちの何れもがブランキングされないかりるいＦｉｌ、
２もしくは全てのサイクルがブランキングされるような
種々の順序は図示されないコンピュータ及び図示されな
いインターフェース（ＵＳＰ３８９４２７１において更
に詳しく示でれている）の間の協同動作によって制御さ
れる。

半導体ウェハ（ターゲット１２）上のレジストのパター
ンの露光の１間、レジストの露光ｆｌＢサイクルの間に
生じる。Ｃサイクルにおいては、テーブルの上にのせら
れたターゲット１２はテーブルの移動によって、ターゲ
ット１２の他の領域をビームが印加される位置へ位置付
けるように移動される。

整列サーボ６３（第４図）が動作しうる′のは、テーブ
ル上に取付けられたターゲット１２がテ−プルの移動に
よって移動されつつるるこのめとのＣサイクルにおいて
でるる。この間に、ビームは整列ヨーク６０によって第
２の円形開口６５内へ指向でれる。開口３５はブランキ
ング・プレート２８におけるビームのビーム源の像２６
の電流密度分布の半値幅に等しい直径を有する。

感知プレート５６はブランキング・プレート２８のちょ
うど真下に配置され、雲母もしくは他の適当な絶縁材か
らなる薄いディスク３７の分だけプレート２７から離隔
はれている。ディスク６７は帯電による問題を回避する
ために非常に薄いものである。感知プレー）３６Ｆｉ中
心円形開ロ６８を有する。これはブランキング・プレー
ト２８における円形開口と整列しており、感知プレート
６６がビームの正常な動作と干渉しないように開口２７
よりも大径である。

ビームをブランキング・プレート２８における開口５５
上に位置付けることが望ましい場合、２つの直交方向に
おける固定されたオフゼット信号が整列ヨーク６０への
信号として供給される。これらの一定のオフセット信号
は整列の際にスイッテ・インてれ、整列サーボ３乙のＤ
Ｃオフセット信号発生装置３９からヨーク・ドライバ４
０（整列ヨーク３０の直交コイルを配置する）へ供給て
れる。

ビームがブランキング・プレート２８における開口６５
へ偏向される場合、（これ１ｌｌＵｓＰ３８９４２７１
に示されるようＫＣサイクルにおいてのみ生じる）、電
流が感知プレート３６によって収集される。最大の電流
はビームが軸１１と整列する場合でるる。これを、ブラ
ンキング・プレート２８の開口２７における軸１１に対
するビームの不整列によってブランキング・プレート２
８内の感知開口３５における等価の不整列状態を生じる
からでるる。

円形開口３５はビームの源の像２６のガウス電流密度分
布の半値幅に等しい直径を有するので、軸１１上のその
整列状態からのビームの何らかの移動によって、感知プ
レート６６によって収集でれた電流における変化を生じ
る。即ち軸１１上にビームが整列された時のみ感知プレ
ート３６によって最大の電流を収集することができる。

なぜならば、その時が、ビーム源の像２６のガウス電流
密度分布が開口３５を通して最大の電流を通過させる唯
一の状態でるるからである。

コノコとは、ガウス電流密度分布の何らかのシフトによ
ってアパーチャＡを通過する電流の減少が生じることを
示す第６図から明らかでめる。開口ｈｎブランキング・
プレート２８における感知開口３５（第４図）Ｋ対応す
る。感知プレート６６によってモニタされる電流は整列
サーボ６３のエラー検出器４１に対する信号として与え
られる。

エラー検出器４１はタイミング・ロジック４２によって
制御される。このタイミング・ロジック４２ＨＵＳＰ３
８９４２７１に示でれるような図示されないインターフ
ェースを通して図示されないコンピュータによって制御
きれる。

エラー検出器４１からのエラー信号は補正回路４３へ与
えられる。補正回路４３Ｖｉエラー検出器４１からの出
力に応じてヨーク・ドライバ４ｏへの補正信号を発生す
る。前述のように、ヨーク・ドライバ４０はオフセット
信号発生装置３９からのオフセット信号を受取る。この
オフセット発生装置３９は固定されたＤＣオフセット電
圧を与えるためにタイミング・ロジック４２によって制
御される。この電圧によってビームは感知プレート２８
における開口３５上にブランキング・プレート３４によ
って配置される。

更にヨーク・ドライバ４０は整列サーボ３３の手動整列
ポテンショメータ４４からの入力を受取る。手動整列ポ
テンショメータ４４は感知開口６５（第４図）を通るビ
ームの最大電流が、ブランキング・プレート２８におけ
る開口２７を通してビームが通過する場合の投影レンズ
２９（第１図）における中心付けられたビーム源の像に
対応するようにビーム源１０（第１図）から電子ビーム
を発生てせるために、装置の始動時において手動的に調
節でれる。

従って、エラー検出器４１から補正回路２５への入力に
従って補正回路４３（第４図）の出力を用いることによ
って、ビームが軸１１へ戻される場合にその軸１１とビ
ームが整列されるように、ビームが軸１１からずれた状
態に整列でれる。この整列はターゲット１２（第１図）
がビームで照射される、Ａサイクル、Ｂサイクル及びＣ
サイクルのシーケンスにおけるＣサイクル毎に行なわれ
る。

補正回路４６からのヨーク・ドライバ４０（第４図）へ
の補正信号は２つの直交方向（Ｘ及びＹ）に交互に不遊
い歩進分だけビームを移動させることによって発生でれ
る。これは感知プレート６９が最大の電流を生じるまで
連続される。ビームがターゲット１２（第１図）をたた
く位置まで戻でれる場合、ＤＣオフセット信号発生装置
（第４図）はヨーク・ドライバ４・０へは何らの信号も
与えない。これは図示でれないインターフェース及び図
示されないコンピュータによって制御でれるタイミング
・ロジック４２によって達成される。

ビームが軸１１に沿って及び開口２７゛を通してターゲ
ット１２へ与えられるべき場合、開口２７がビーム源の
像２６の電流密度分布の半値幅の２倍の直径となるよう
にビームが軸１１上に適当に整列でれる。これによって
ビームを投影レンズ２９に中心付けるためにブランキン
グ・プレート２８における開口２７の直径に依存する必
要がなくなる。

投影レンズ２９に関して中心付けられるように軸１１上
にビームが整列でれることによって、レンズ２４　（ｄ
ｅｍａｇｒｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　　１ｅｎｓ　　）は
ブランキング・プレート２８における開口２７の面内に
ビーム源１０の拡大でれた像２６を生じる。ビーム源１
０の拡大された像２６は、整列ヨーク３０に対する補正
信号のゆえに軸１１上に整列でれる。

第２のレンズ４５　（ｄｅｍａｇＩｌｌｉｆｉｃａｔｉ
ｏｎｌｅｎｓ　）は、投影レンズ２９の中心部４６に結
像されるようにビーム源の像２６を拡大する。更にこれ
は集束の半角（軸１１に関してビームの外側の線とター
ゲット１２のなす角度）を画定する。

ＵＳＰ４２４３８６６に示でれるように、偏向ヨーク４
７ｒｒｉ投影レンズ２９の内部に配置されている。ヨー
ク４７はターゲット１２の領域上においてビームを偏向
でせるように働く。

更に投影レンズ２９は上記のＵＳＰ　Ｋ示されるように
ダイナミックの無非点収差系（ｓｔｉｇｍａｔｏｒ）４
８及びダイナミック無給コイル４９を含む。ダイナミッ
ク無非点収差系４８及びダイナミック無給コイル４？は
協働して像面のまがシ及び軸の及び偏向の収差を補正す
るための標準ダイナミック信号を発生する。

本発明の動作を考えると、ビームはまず最初に整列サー
ボ３３の手動整列ポテンショメータ４４（第４図）の調
節によって投影レンズ２９に手動的に中心付けられつる
。この手動整列は装置の始動の時に行なわれる。

ビームがビーム源１ｏからターゲット１２へ与えられる
場合、整列サーボ′５３（第６図）ｔＩ′ｉ必要な補正
を与えるために選択でれた時間において感知開口６５に
おいてビームの整列状態をモニタする。この補正を伴な
うモニタは、毎日の操作の開始時においてスポットの整
列状態をチェックし、数日毎もしくは数週間毎において
のみ手動的補正を行なうだけでよいものである。

本発明の利点はビームの像特性を改良する点にるる。本
発明の更に他の利点はビーム源像の僅かな移動に対する
敏感性が減じられる点にるる。本発明の更に他の利点は
動作の効率が高められる点に６る。本発明の更に他の利
点は軸上ビーム制限開口を用いることなくビームを整列
させうる点にある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は電子ビーム装置の概略図である。 第４図は軸から離れた状態のビームを整列させるための
装置を示す図でるる。 第５図乃至第７図はガウス電流密度分布を説明する図で
ある。 第４図に於て、 ２４・・・・レンズ、２７・・・・円形開口、２８・・
・・ブランキング・プレート、６３・・・・整列サーボ
、３５・・・・感知開口、３６・・・・感知プレート、
３７・・・・ディスク、６８・・・・中心円形開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ターゲットに対する、荷電粒子のビームの整列を制御す
   るための装置でろって、 ターゲットへ印加するための軸に沿う荷電粒子のビーム
   を生じる荷電粒子源と、 ターゲットへ印加するためのビームの可変形状を形成す
   るビーム形成手段と、 ビームが、ターゲットに衝突する前に通過するところの
   円形開口を有する、ビーム源の像を呈する面においてビ
   ームの軸に沿って配置でれた開口手段と、 選択された時機においてビームを整列きせるために、上
   記開口手段の面においてビームの軸からずれた参照位置
   に配置でれた位置付は手段と、上記位置付は手段のみに
   従ってビームを整列でせるために、ビームの軸に沿って
   配置された整列手段とを含み、 上記円形開口が、ビームの軸に関するビーム源の像のシ
   フトによって上記開口手段の面におけるビーム源の像の
   電流密度分布に実質的に影響を与えない十分に大きな直
   径を有する様構成でれた荷電粒子ビームの整列制御装置
   。