JP2834873B2

JP2834873B2 - 電子ビーム露光装置

Info

Publication number: JP2834873B2
Application number: JP2217848A
Authority: JP
Inventors: 義久大饗; 洋安田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-08-18
Filing date: 1990-08-18
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JPH04100203A

Description

【発明の詳細な説明】［概要］電界によって電子ビームを偏向させる静電偏向器を具
備してなる電子ビーム露光装置に関し、前記静電偏向器を通過することに原因して発生してい
た電子ビーム像のぼけが発生しないようにし、高精度の
露光を行うことができるようにすることを目的とし、静電偏向器を構成する電極に対して、静電偏向器によ
って前記電子ビームが偏向力を受ける光軸方向範囲にお
ける電子ビームの軌道の電位が鏡筒内面の電位と略同一
電位となるような電圧を印加するように構成する。

［産業上の利用分野］本発明は、LSI製造工程などにおいて使用される電子
ビーム露光装置、より詳しくは、電界によって電子ビー
ムを偏向させる静電偏向器を具備してなる電子ビーム露
光装置に関する。

［従来の技術］従来、電子ビーム露光装置として第５図にその要部を
示すようなものが提案されている。

図中、１は電子銃であって、この電子銃１は、カソー
ド電極２、グリッド電極３、アノード電極４を設けて構
成されている。

また、５は電子ビーム、６は電子ビーム５を矩形に成
形する矩形成形アパーチャ、７は光軸、８は矩形成形さ
れた電子ビーム５を収束する電磁レンズ、９は可変矩形
成形用の偏向器、10は電子ビーム５を平行ビーム化する
電磁レンズである。

また、11はブロックマスク（ステンシルマス）であっ
て、このブロックマスク11は、第６図に示すように、基
板12に種々の透過パターン（ブロックパターン）13を形
成して構成されている。なお、第７図は、ブロックマス
ク11の断面図である。

また、第５図において、14はブロックマスク11に形成
されているブロックパターン13中、所望のブロックパタ
ーンの選択を行うマスク偏向部であって、このマスク偏
向部14は、静電偏向器からなる４個の偏向器15〜18を設
けて構成されている。ここに、電子ビーム５は、偏向器
15によって、選択されたブロックパターン13の方向に偏
向された後、偏向器16によって垂直方向に偏向されて、
選択されたブロックパターン13を通過する。このブロッ
クパターン13を通過した電子ビーム５は、偏向器17によ
って光軸７に向かって偏向された後、偏向器18によって
光軸７上に乗せられる。

また、19は平行ビーム化された電子ビーム５を収束す
る電磁レンズ、20は電子ビーム５の遮断、通過を制御す
るブランキング電極、21は縮小レンズ、22は絞りアパー
チャ、23、24は投影レンズ、25は電磁偏向器からなるメ
インデフレクタ（主偏向器）、26は静電偏向器からなる
サブデフレクタ副偏向器）、27は試料であるウエハ、28
はウエハステージである。

［発明が解決しようとする課題］ところで、ブロックマスク11に形成すべきブロックパ
ターン13は、製作方法、試料面までのレンズの縮小率等
の関係から１個あたり数百μｍ角の大きさとなる。した
がって、ブロックマスク11に形成されるブロックパター
ン13の数にもよるが、ブロックパターン13の選択に必要
な電子ビームの偏向量は数mm角となる。ここに、本発明
者は、かつて、この電子ビーム５の偏向を偏向効率の良
い電磁偏向器で行っていた。しかしながら、かかる電磁
偏向器においては、コイルのインダクタンス、渦電流の
影響などで、コイルの応答時間は数百μ秒となってしま
うため、スループットの向上を図ることができないとい
う問題点があった。そこで、本発明者は、ブロックパタ
ーン13の選択につき、電磁偏向器に代わり、静電偏向器
を導入し、ブロックパターン13の選択に要する時間を数
μ秒に高速化した。

ここに、静電偏向器は、Ｘ軸方向の偏向を行うための
静電偏向器と、Ｙ軸方向の偏向を行うための静電偏向器
で構成される。第８図はＸ軸方向の偏向を行う静電偏向
器の一例である、いわゆる８極型の静電偏向器の横断面
図である。図中、29〜36は電極であり、これら電極29〜
36は、光軸７から距離Ｒの位置に等角度間隔で配置さ
れ、電極29と電極33、電極30と電極32、電極36と電極34
がそれぞれ対抗する電極とされている。なお、第９図
は、電極29と電極33を代表して示す正面図である。

ここに、電子ビーム５を偏向させない場合には、電極
29〜36は、すべてその電位を接地電位、０［Ｖ］とされ
る。他方、電子ビーム５を偏向させる場合には、各対向
電極に対して、偏向量及び各偏向電極の位置に応じたプ
ラス・マイナスの同一電圧が印加される。例えば、偏向
電界をＸ軸方向に発生する場合には、例えば、第10図に
示すように、電極29に対して＋V_A［Ｖ］が印加され、電
極33には−V_A［Ｖ］が印加され、電極30、36にはが印加され、電極32、34にはが印加される。なお、電極31、35の電位は、常に０
［Ｖ］にされる。第10図の下段は、この例の場合のＸ軸
方向の位置と電位との関係を示している。

ところが、このようにブロックパターン13の選択につ
き静電偏向器を採用すると、ウエハ27上に形成される電
子ビーム像に無視できないぼけが発生してしまうことが
判明した。ここに、マスク偏向部14においては、電子ビ
ーム５は、１段目と４段目の偏向器15、18を通過する場
合は、光軸７付近を通過するが、２段目と３段目の偏向
器16、17を通過する場合は、光軸７から離れた部分、即
ち、電界が不均一になっている部分を通過する。

そこで、本発明者は、偏向器16、17においては、電界
が不均一となっている光軸７から離れた部分を電子ビー
ム５が通過することがぼけの原因であると考え、偏向器
16、17を構成する電極の数を増やし、例えば、16極構
成、32極構成にし、かつ、対向する電極の間隔を大きく
し、電子ビーム５が通過する部分の電界の均一性を保証
した。しかしながら、このような措置を講じたにも拘ら
ず、電子ビーム像のぼけは解消するに至らなかった。

ところで、また、かかる電子ビーム露光装置は、電子
ビーム５をウエハ27上で偏向走査するために、電極偏向
器からなるメインデフレクタ25と静電偏向器からなるサ
ブデフレクタ26とを設けているが、かかる偏向による収
差は、偏向量を３次関数となり、偏向量が大きいほど偏
向収差も大きくなることが判明している。このため、偏
向量が大きい場合には、必ず収差を補正する必要があ
る。ここでに、電極偏向の場合は、応答速度が遅いこと
から、偏向量に応じた補正を行うことが可能であるが、
ナノ（ｎ）秒の応答速度を持つ静電偏向の場合には、偏
向量に応じた補正は、事実上不可能である。したがっ
て、一般には、静電偏向は、偏向領域を小さくし、電子
ビーム５の収差を小さく抑えるようにし、補正は行わな
い方法が採用されている。

ところで、電磁偏向によって大偏向させ、そのうえで
静電偏向によって描いたパターンは、電磁偏向による大
偏向なしで静電偏向のみにより描いたパターンと比較し
て、大偏向による収差補正がなされているにも拘らず、
なお、収差が発生し、これが電子ビーム像のぼけの原因
となっていることが判明した。

そこで、本発明者は、マスク偏向部14の場合と同様
に、サブデフレクタ26を構成する電極の数を増やし、か
つ、対向する電極の間隔を大きくして、電子ビーム５が
通過する部分の電界の均一性を保証した。しかし、この
ような措置を講じたにも拘らず、電子ビーム５の収差、
したがって、電子ビーム像のぼけは解消するに至らなか
った。

本発明による研究、実験の結果、電子ビーム５が静電
偏向器の光軸７から離れた部分を通過する場合に生じる
電子ビーム像のぼけは、偏向電界に付随して発生する加
速電界によって電子ビーム５が加速を受けることに原因
していることが判明した。

この点につき、詳しく説明すると、鏡筒内面は導体、
例えば、クロムやニッケルで形成され、接地電位とされ
ている。これは鏡筒内面に電荷が蓄積し、これによって
電界（加速電界）が発生し、電子ビーム５が加速されな
いようにするためである。ところが、偏向器９、15〜1
8、26等の静電偏向器においては、第10図に示すように
対向電極にプラス・マイナスの同一電圧を付加し、光軸
７上が接地電位となるようにされているが、光軸７から
離れた部分は、その距離に比例した電位となってしま
い、鏡筒内面との間には加速電界が発生してしまう。こ
のため、偏向器16、17、26において、電子ビーム５が光
軸７から離れた部分を通過する場合には、その部分の電
位に比例した加速電界を影響を受けてしまうことにな
る。例えば、第10図例において、電子ビーム５がＸ軸
上、座標Ｌの位置を通過する場合には、電子ビーム５
は、電位L/R・V_Aによる電界の影響を受け、これが電子
ビーム像にぼけを生じさせる原因であることが判明し
た。

本発明は、かかる点に鑑み、静電偏向器を通過するこ
とに原因して発生していた電子ビーム像のぼけが発生し
ないようにし、高精度の露光を行うことができるように
した電子ビーム露光装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明による電子ビーム露光装置は、電界によって電
子ビームを偏向させる静電偏向器を具備してなる電子ビ
ーム露光装置において、静電偏向器を構成する電極に対
して、静電偏向器によって電子ビームが偏向力を受ける
光軸方向範囲における電子ビームの軌道の電位が鏡筒内
面の電位と略同一電位となるような電圧を印加するよう
に構成するというものである。

［作用］本発明においては、電子ビームは、静電偏向器を通過
する場合、鏡筒内面の電位と略同一電位である部分を通
過することになる。即ち、加速電界が極めて弱い部分な
いし加速電界が存在しない部分を通過していくことにな
る。したがって、静電偏向器を通過することに原因する
電子ビーム像のぼけは発生しない。

［実施例］以下、第１図〜第３図を参照して、本発明の一実施例
につき説明する。

本実施例においては、その一部に、可変軸静電偏向器
と称される静電偏向器が使用される。

第１図は、かから可変軸静電偏向器中、Ｘ軸方向の偏
向を行う可変軸静電偏向器の各電極37〜44の配置（中央
横断面図）及びこの可変軸静電偏向器のＸ軸方向の位置
と電位の関係を示す図であって、この可変軸静電偏向器
の電極37〜44の物理的な構成は第５図従来例で使用され
ている電極29〜36（第８図参照）と何ら変わりはなく、
異なる点は、電極37〜44中、対向する電極37と41、38と
40、44と42に対して、偏向量に応じた電圧と、電子ビー
ム５の軌道の電位が鏡筒の電位、即ち、接地電位、０
［Ｖ］となるような電子ビーム５の光軸７からのずれ量
に比例した電圧との和が印加される点である。即ち、一
般的に、偏向量に対応してＸ軸方向の電界としてV_X/Rな
る電界が必要で、かつ、電子ビーム５がＸ軸上、座標ｘ
に入射される場合（これは偏向位置データから算出する
ことができる）、電極37〜42には、次のような電極が印
加されるように構成される。

例えば、第10図従来例の場合と同様に、Ｘ軸方向の電
界としてV_A/Rなる電界が必要で、かつ、電子ビーム５が
Ｘ軸上、座標Ｌに入射される場合、各電極37〜42には、
第１図にも示すように、次のような電圧が印加される。
なお、第１図において、二点鎖線Ｘは第10図従来例の場
合の電位を示す線である。

なお、対向しない電極39、43には第10図従来例の場合
と同様に０［Ｖ］が印加されることに変わりはない。ま
た、Ｙ軸方向の偏向を行う可変軸静電偏向器も同様に構
成される。

本実施例においては、かかる可変軸静電偏向器を、例
えば、第２図に示すように、マスク偏向部の２段目、３
段目の偏向器16、17と、第３図に示すように、サブデフ
レクタ26に適用し、その他の部分については、第５図従
来例と同様に構成される。なお、第３図において、45、
46、47はメインサブデフレクタ25を構成する電磁コイル
である。ここに、可変矩形成形用の偏向器９、マスク偏
向部14の１段目、４段目の偏向器15、18については、電
子ビーム５は光軸７付近を通過するので、従来と同様の
通常の静電偏向器を使用すれば足りる。

かかる本実施例によれば、電子ビーム５が偏向器16、
17及びサブデフレクタ26を通過する場合において、光軸
７から離れた部分を通過する場合においても、電子ビー
ム５の軌道は略接地電位、０［Ｖ］に維持されるので、
電子ビーム５は加速電界の影響を受けず、ウエハ27上に
形成される電子ビーム像にぼけは生じない。したがっ
て、高精度の露光を行うことができる。

なお、第４図に示すように、メインデフレクタ25及び
サブデフレクタ26が静電偏向器で構成され、メインデフ
レクタ25の下方にサブデフレクタ26が配置されている場
合においても、サブデフレクタ26につき本発明を適用す
ることができる。即ち、サブデフレクタ26につき可変軸
静電偏向器を適用することができる。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、静電偏向器の各電極
には、静電偏向器によって電子ビームが偏向力を受ける
光軸方向範囲における電子ビームの軌道の電位が鏡筒内
面の電位と略同一電位となるような電圧を印加するとい
う構成を採用したことにより、電子ビームは、静電偏向
器を通過する場合、鏡筒内面の電位と略同一電位である
部分、即ち、加速電界が極めて弱い部分ないし加速電界
がない部分を通過していくことになるので、静電偏向器
を通過することに原因する電子ビーム像のぼけが発生し
ないようにし、高精度の露光を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で使用する可変軸静電偏向器
中、Ｘ軸方向の偏向を行う可変軸静電偏向器の各電極の
配置及びこの可変軸静電偏向器内のＸ軸方向の位置と電
位との関係を示す図、第２図は本発明の一実施例のマスク偏向部を示す概念
図、第３図は本発明の一実施例のメインデフレクタ及びサブ
デフレクタの部分を示す概念図、第４図は本発明の他の実施例のメインデフレクタ及びサ
ブデフレクタの部分を示す概念図、第５図は従来の電子ビーム露光装置の要部を示す概念
図、第６図は第５図従来例の電子ビーム露光装置で使用され
ているブロックマスクの平面図、第７図は第５図従来例の電子ビーム露光装置で使用され
ているブロックマスクの断面図、第８図は第５図従来例
の電子ビーム露光装置で使用されている静電偏向器中、
Ｘ軸方向の静電偏向器をの中央横断面図、第９図は第８図例の静電偏向器における対向電極の一組
を代表して示す正面図、第10図は第８図例の静電偏向器におけるＸ軸方向の位置
と電位との関係を示す図である。 37〜44……可変軸静電偏向器の電極

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−273720（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−121926（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−71545（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−134369（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電界によって電子ビームを偏向させる静電
偏向器を具備してなる電子ビーム露光装置において、前記静電偏向器を構成する電極に対して、前記静電偏向
器によって前記電子ビームが偏向力を受ける光軸方向範
囲における前記電子ビームの軌道の電位が鏡筒内面の電
位と略同一電位となるような電圧を印加するように構成
されていることを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項２】前記静電偏向器の各電極に印加する電圧
は、電子ビームの偏向に必要な強度の電界を発生して光
軸上の電位が鏡筒内面の電位と略同一電位となるような
前記各電極に個別の電圧と、前記電子ビームの軌道の電
位が前記鏡筒内面の電位と略同一電位となるような電子
ビームの光軸からのずれ量に比例した前記各電極に共通
の電圧との和であることを特徴とする請求項１記載の電
子ビーム露光装置。
【請求項３】前記各電極に共通の電圧は、前記電子ビー
ムの偏向位置データから算出されることを特徴とする請
求項２記載の電子ビーム露光装置。