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JP4545284B2 - High voltage power circuit - Google Patents
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JP4545284B2
JP4545284B2 JP2000171685A JP2000171685A JP4545284B2 JP 4545284 B2 JP4545284 B2 JP 4545284B2 JP 2000171685 A JP2000171685 A JP 2000171685A JP 2000171685 A JP2000171685 A JP 2000171685A JP 4545284 B2 JP4545284 B2 JP 4545284B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光装置等の電子ビーム装置に高圧電流を供給する高圧電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子ビームを照射して微細な加工を行う電子ビーム露光装置等においては、図3に示したような電子ビーム装置が用いられていた。
【0003】
このような電子ビーム装置は、図示しない高圧電源の負極に接続されたカソード1と、図示しないバイアス電源に接続されたウェネルト2と、高圧電源の正極に接続されたアノード3とを有する電子銃を備えている。高圧電源は、コッククロフトウォルトン回路が使用され、正極側がアースされている。
【0004】
ここで、カソード1から飛び出した電子は、アノード3によって引き出され、ウェネルト2とアノード3に設けられた孔を通過した後に加速された電子ビーム4となり、さらに、電磁レンズ7、8によって収束されて、試料9上の一点を照射するようになっている。また、カソード1とウェネルト2間に印加されたバイアス電圧を調整することにより、電子ビームの強さを調節できるようになっている。さらに、電子ビーム4は、通常はアパーチャー6の孔を通過するようになっているが、試料9を照射しない期間は、ブランキングコイル5に電流を流し、電子ビーム4を偏向させてアパチャー6の孔を通過できないようにして、電子ビーム4を遮断できるようになっている。
【0005】
このような電子ビーム露光装置は、電子ビーム4が試料9上の一点に照射されると、この部分に塗布されたレジストを感光させ、それを現像することにより、微細な加工を行うことができるので、たとえばLSIの基板となるウェハの加工等によく用いられている。
【0006】
ウェハ等の加工を行うためには、ウェハ等に描かれている原点位置を正確に知る必要がある。このためには、電子ビーム4が、試料9上の原点を照射したときと、他の部分を照射したときでは、試料9から飛び出してくる二次電子の状態が異なるので、図示しない偏向コイルにより電子ビーム4を走査し、試料9から飛び出してきた二次電子を二次電子検出器24で検出し、この検出信号から観測系により画像を得ることで原点位置を求めていた。
【0007】
この検出信号を増幅するためには、電源電圧や温度等の影響による増幅器の動作状態の変化すなわちドリフトを少なくするためや、ノイズに対して強くするため、ロックインアンプ27が用いられる。ロックインアンプとは、交流の入力信号に対して、入力信号と同じ周波数で同期した信号を乗算することにより、ノイズに埋もれた入力信号から、目的の入力信号のみを取り出し、この周波数付近の狭帯域を増幅するものである。二次電子検出器24からの検出信号は、コンデンサ25によって直流成分が阻止され交流成分のみにされ、プリアンプ26で増幅されて、ロックインアンプ27に入力されるようになっている。
【0008】
そこで、ロックインアンプ27を動作させるために、従来は、発振器22からブランキングコイル5とロックインアンプ27に高周波の矩形波または正弦波を加えていた。すると、ブランキングコイル5に電流が流れないときには、電子ビーム4は、直進してアパチャー6の孔を通過し、試料9を照射して、試料9から二次電子を飛び出させ、ブランキングコイル5に電流が流れたときには、電子ビーム4は、偏向されてアパチャー6の孔を通過できず、試料9を照射しなくなり、試料9から二次電子が飛び出さないようになる。このため、二次電子検出器24は、発振器22から出力される高周波と同じ周波数で同期した高周波の検出信号を発生する。そして、ロックインアンプ27は、二次電子検出器24からの検出信号に対して、この検出信号と同じ周波数で同期した発振器22からの高周波出力を乗算することにより、ノイズに埋もれた検出信号から、目的の検出信号のみを増幅して出力する。ロックインアンプ27の出力から観測系により画像を得て、ウェハ等に描かれている原点位置を正確に求めることができる。
【0009】
しかし、電子ビーム4を揺らすと、この原点位置も揺れることになり、原点位置の精度に限界があった。しかも、電子ビーム4を偏向させてアパーチャー6で遮断すると、電子ビーム4によりアパーチャー6が加熱されて溶融するという問題もあった。このような問題を解決するため、本出願人は、特願平11−347623号において、次に述べるような発明(以下、先願発明という。)を開示している。
【0010】
この先願発明の電子ビーム装置について、図4により説明する。図4において、図3と同じ符号を付された部分は、従来の電子ビーム装置と同じでものであるから、説明を省略する。
【0011】
先願発明では、発振器22からの高周波出力と同じ周波数でかつ同期して電子ビームの強さを変えるようにするため、発振器22から出力された高周波の交番電圧をカソード1とウェネルト2の間に印加する回路を設けたことが、図3に示した従来の電子ビーム装置と異なっている。
【0012】
先願発明では、高圧電源11の負極は、バイアス抵抗13を介してカソ−ド1に接続されており、高圧電源11の正極はアースされている。バイアス抵抗13の両端には、バイアス電源12の正極とバイパスコンデンサ14の一端が結合されており、バイアス電源12の負極とバイパスコンデンサ14の他端は、昇圧トランス15の二次巻線の一端と結合している。昇圧トランス15の二次巻線の他端は、ウェネルト2に接続されている。バイアス抵抗13は、これを流れる電流により自己バイアス電圧を発生して、自己バイアス電圧をバイアス電源12による固定バイアス電圧に加えることにより、電子ビーム4の強さを安定させる働きがある。
昇圧トランス15の一次巻線の両端は、絶縁トランス16の二次巻線である同軸ケーブルの芯線17の両端に接続されている。絶縁トランス16は、リング状コア21に挿通された一本の同軸ケーブルを略U字状に曲げたものであり、シールド19が一次巻線になっており、芯線17が二次巻線となっている。シールド19と芯線17の間には、絶縁体18が介在されており、シールド19の外側は絶縁被覆体20で覆われている。リング状コア21の数を変えることにより、絶縁トランス16の相互インダクタンスを変えることができるようになっている。絶縁トランス16の一次巻線であるシールド19の両端は、発振器22に接続されている。
【0013】
ここで、カソード1とウェネルト2間にかける交番電圧の周波数は1MHz程度の高周波であり、絶縁トランス16に要求される昇圧比は約1程度の小さな値であるから、このような絶縁トランス16でも充分に働く。昇圧トランス15は、昇圧比が数10−100程度のもので、カソード1とウェネルト2に近接して配置する。すると、大振幅の高周波(約50−100V程度)が流れる昇圧トランス15の二次側配線部分は極力短かくなるとともに、比較的配線が長くなる昇圧トランス15の一次側配線部分は小振幅の高周波(約1V程度)が流れることになるので、発振器22からの高周波出力が、電子ビーム4の加速電圧に影響を及ぼしにくく、安定した動作をさせることができる。
【0014】
また、絶縁トランス16の二次巻線である芯線17と接続された昇圧トランス15の一次巻線の一端は、カソード1と接続され、絶縁トランス16の一次巻線であるシールド19の一端はアースされている。このため、絶縁トランス16の芯線17とシールド19間には高電圧がかかる。しかし、絶縁トランス16に用いた同軸ケーブルの絶縁体18は、高圧でも非常に絶縁性がよいため、芯線17とシールド19間のかかる高電圧に充分に耐えることができる。したがって、発振器22を高圧電源11から完全に絶縁でき、かつ、昇圧トランス15の一次巻線と二次巻線の間には高圧電圧がかからないようにでき、特別な昇圧トランス15と発振器22を用いる必要がなく、安価な昇圧トランス15と発振器22を用いることが可能となる。
【0015】
ここで、先願発明の電子ビーム装置の動作について説明する。発振器22から出力された高周波は、絶縁トランス16と昇圧トランス15を介して、ウェネルト2とバイアス電源12の負極に加えられる。すると、カソード1とウェネルト2の間には、バイアス電圧と、昇圧トランス15から出力される高周波の交番電圧を加えた電圧が印加されることになる。すると、カソード1とウェネルト2の間に印加される電圧が、発振器22から出力された高周波と同じ波形で変動するため、電子ビーム4の強さと、電子ビーム4の照射により試料9から飛び出す二次電子の数と、二次電子検出器24からの検出出力は、発振器22から出力された高周波の交番電圧によって変調されることになる。したがって、ロックインアンプ27は、二次電子検出器24からの検出出力と、この検出出力と同じ周波数で同期した発振器22から出力された高周波が入力されるため、ノイズに埋もれた入力信号から目的の検出出力だけを増幅して取り出すことができる。このさい、従来のもののように、電子ビーム4を揺らさないから、二次電子検出により得られる画像が揺れることがなく、試料9等に描かれた原点位置を正確に検出でき、高精度の加工ができる。そして、従来の電子ビーム装置の構造を変えることもなく、しかも、電子ビーム4がアパーチャー6を照射しないため、アパーチャー6が溶融することもない。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図4に示した先願発明の電子ビーム装置において、カソード1とウェネルト2の間に交番電圧を印加することにより、電子ビーム4をON、OFFしている。たとえば、電位が100kVのカソード1から1.6mAのパルス化された電子ビーム4を、60μ秒のブランキング期間を含み、600μ秒の周期で発射しているとすると、540μ秒は電子ビーム4がONとなり、60μ秒は電子ビーム4がOFFとなる。
【0017】
ここで、高圧電源11の内部抵抗を180kΩ、バイアス抵抗を100kΩ、高圧電源11のカソード側配線部31の静電容量は、ケーブル自体で3000pF,その他に1300pFほどの静電容量もち、全体で4300pFの静電容量をもつとすると、高圧電源11と抵抗RとコンデンサCと負荷L(電子ビーム4)からなる図5のような等価回路が得られる。
【0018】
さて、電子ビーム4がONのとき、カソード電流が1.6mA、カソード電位が−100kVであったとすると、抵抗Rでは448Vの電圧降下が生じ、高圧電源11の負極の電位は−100.448kVとなる。この状態から急に電子ビーム4をOFFにすると、高圧電源11の負極とコンデンサCの負極側の電位差E=448Vにより、コンデンサCは高圧電源11により抵抗Rを介して充電されることになり、カソード電位が変化していく。電子ビーム4をOFFとしたときからt秒後のカソード電位の変化ΔEは、
ΔE=E*(1−exp(−t/(CR))) (1)
であるから、E=448、t=60*10-6、R=280*103、C=4300*10-12を(1)式に代入すると、ΔE=22.4Vとなる。
【0019】
このように、電子ビーム4をON、OFFするたびに、カソード1の電位が22V程度変化することになるが、カソード1の電位が変動すると、電子ビーム4のエネルギー幅が広くなるので、電子ビーム装置によりウェハー等を照射したときにピンボケを生じ、微細なパターンの描画が不可能になるという問題が考えられる。
【0020】
そこで、電子ビーム装置等において、電子ビームをON、OFFすることにより、電流を断続してもカソードの電位が変動しないような高圧電源回路を提供する。
【0021】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項1に係る発明では、高圧電源から電子ビーム装置のカソードに高圧電流を供給するカソード側配線部を有する高圧電源回路において、前記カソード側配線部にコンデンサを介して接続された電流源を備え、該電流源は、電子ビームのOFF時には前記カソード側配線部へ電流を流入させ、電子ビームのON時には前記カソード側配線部から電流を逆流させて、前記カソードの電位を一定に保つようにした。
請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明において、前記電流源は差動増幅器とされ、該差動増幅器は、入力側の一端がコンデンサを介して前記カソード側配線部に接続され、入力側の他端が基準電位発生器に接続されている。
【0022】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の原理を図2に示した回路により説明する。カソード1の電位が変動しないようにするためには、図2において、抵抗Rに常に一定電流が流れて、抵抗Rでの電圧降下が常に一定になるようにすればよい。このため、図2の回路は、カソード側配線部31に電流を供給する電流源52’を設けている。また、カソード側配線部31は、ケーブル自体の静電容量に相当するコンデンサ56と、その他の静電容量に相当するコンデンサ54に分けてあり、電流源52’はコンデンサ54を介してカソード側配線部31に接続されている。コンデンサ54は、高圧直流が電流源52’へ直接流れ込むことを防いでいる。その他は、図5の回路と同じであるから、説明を省略する。
【0023】
コンデンサ54の容量を1300pFとし、電流源52’からコンデンサ54を経てカソード側配線部31に1.6mAの電流iを流入させると、この電流iによりコンデンサ54は充電されていく。容量Cのコンデンサに電流iを流入させ始めてからt秒後のコンデンサの両端の電位差の増加ΔEは、
ΔE=i*t/C (2)
であるから、(2)式に、i=1.6*10-3、t=60*10-6、C=1300*10-12を代入すると、(2)式から、60μ秒後にはコンデンサ54の両端の電位差が73.85V上昇することになる。
【0024】
しかし、ブランキング毎にこれだけの電位差を限りなく上昇させ続けることはできない。そこで、電子ビーム4がONの540μ秒間に、コンデンサ54を放電させ、すなわち、カソード側配線部31から電流源52’へ電流を逆流させ、コンデンサ54の両端の電位差が73.85V下がるようにすればよい。このさい、電流源52’の出力電流は、電子ビーム4のON時とOFF時で夫々、電子ビーム4のONとOFFの時間の逆比になるようにする。すなわち、電子ビーム4のOFF時の電流源52’の出力電流をiとすると、電子ビーム4のON時の電流源52’の出力電流は−i/9となる。さて、高圧電源11の出力電流をI、カソード電流をI’とすると、
電子ビーム4がON時 I=I’−i/9 (3)
電子ビーム4がOFF時 I=i (4)
であるから、
I’=(10/9)*i=(10/9)*I (5)
となる。ここで、高圧電源11の出力電流Iを1.6mAとすると、電子ビーム4のOFF時には、電流源52’の出力電流iは1.6mA、電子ビーム4のON時には、電流源52’の出力電流−i/9は−0.18mAとすればよく、このときのカソード電流I’は1.78mA、となる。
【0025】
このように、電流源52’が電流を供給すると、高圧電源11と抵抗Rには常に一定の出力電流Iが流れ、抵抗Rによる電圧降下は一定にされるから、カソード1の電位も常に一定に保つことができる。このような電流源52としては、定電流特性を有するものであればどのようなものでもよいが、特に増幅器が適している。この理由は、電子ビーム4のON、OFFを適当なセンサにより検出して、このセンサからの信号を増幅器に入力することにより、電子ビーム4のON、OFFに応じて、増幅器の出力電流を高速に切り替えることができるからである。なお、以上述べた各種の数値は、単に例として挙げただけであり、実際の電子ビーム装置では、その仕様によって、これらの数値が変わることは言うまでもない。
【0026】
さて、本発明の高圧電源装置の好ましい実施例を図1に示す。本実施例では、図2の回路における電流源52’として差動増幅器52を用いる。差動増幅器52は、電圧増幅部60と、相補性を有する2つのトランジスタ61、62と負荷抵抗63からなる出力段64を有しており、この出力段64は、コンデンサ54を介してカソード側配線部31に接続されるとともに、+電源V+と−電源V−に接続されている。差動増幅器52の入力側の一方はコンデンサ51を介してカソード側配線部31に接続され、差動増幅器52の入力側の他方は基準電位発生器58に接続されている。このコンデンサ51も、コンデンサ54と同じくカソード側配線部31から高圧直流が差動増幅器52に直接流れ込むことを防ぎ、充分に低下した電圧を差動増幅器52に入力させるためのものである。その他は、図4に示された先願発明と同じであるから説明を省略する。
【0027】
ここで、本実施例の電子ビーム装置の動作について説明する。電子ビーム4がONのとき、バイアス抵抗13及び高圧電源11の内部抵抗による電圧降下のため、カソード1の電位は高圧電源11の負極よりも所定電位高くなっている。そして、基準電位発生器58から差動増幅器52へ入力される基準電位と、カソード側配線部31から差動増幅器52へ入力される電位が等しくなっていて、カソード1の電位は設定値に正確に制御されているとする。
【0028】
ここで、電子ビーム4がOFFとなってカソード電流が遮断されると、バイアス抵抗13及び高圧電源11の内部抵抗による電圧降下が小さくなり、カソード1の電位が高圧電源11の負極の電位に近づき低くなる。すると、差動増幅器52の入力側では、カソード側配線部31からの入力される電位が基準電位よりも低くなり、両者の電位差に応じて、差動増幅器52はカソード側配線部31へ電流を流入させる。そして、カソード側配線部31から差動増幅器52へ入力される電位と基準電位が等しくなると、差動増幅器52は電流を出力しなくなるので、カソード1の電位を設定値に制御することができる。
【0029】
次に、電子ビーム4がONとなってカソード電流が流れると、バイアス抵抗13及び高圧電源11の内部抵抗による電圧降下が大きくなり、カソード1の電位が上昇する。すると、差動増幅器52の入力側では、カソード側配線部31からの入力が基準電位よりも大きくなり、両者の電位差に応じて、差動増幅器52はカソード側配線部31から電流を逆流させる。そして、カソード側配線部31から差動増幅器52へ入力される電位と基準電位が等しくなると、差動増幅器52は電流を出力しなくなるので、カソード1の電位を設定値に制御することができる。
【0030】
このように、本実施例では、差動増幅器52とコンデンサ51、54とからなるフィードバック回路により、カソード1の電位を常に安定に設定値に保つことができるので、カソード1の電位変動による電子ビームのエネルギー幅の広がりをなくすことができる。したがって、本実施例の高圧電源回路を用いることにより、電子ビーム装置によりウェハー等を照射したときにピンボケを生じることがなく、微細なパターンの描画が可能な電子ビーム露光装置が安価に得られる。
【0031】
なお、本発明の高圧電源回路は、先願発明の電子ビーム装置以外にも、従来の電子ビーム装置はもちろん、電子顕微鏡等電子ビームを利用する電子ビーム装置一般に広く採用できる。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1に係る発明によれば、電子ビームのON時とOFF時で、高圧電源からの出力電流が変化しないようにしたから、カソードの電位を常に一定に保つことができて、カソードの電位変動による電子ビームのエネルギー幅の広がりをなくすことができる。したがって、本発明の高圧電源回路を備えた電子ビーム装置により、ウェハー等を照射したときにはピンボケを生じず、微細なパターンの描画が可能になる。
請求項2に係る発明によれば、差動増幅器とコンデンサとからなるフィードバック回路を備えたので、さらに安定にカソードの電位を設定値に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施例を示す図である。
【図2】本発明の原理を示す回路図である。
【図3】従来の電子ビーム発生装置の主要部を示す図である。
【図4】本出願人による先願発明の電子ビーム発生装置の主要部を示す図である。
【図5】図4に示した電子ビーム発生装置の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
1 カソード
2 ウェネルト
4 電子ビーム
11 高圧電源
31 カソード側配線部
51 コンデンサ
52 差動増幅器
52’電流源
54 コンデンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-voltage power supply circuit that supplies a high-voltage current to an electron beam apparatus such as an electron beam exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an electron beam exposure apparatus that performs fine processing by irradiating an electron beam, an electron beam apparatus as shown in FIG. 3 has been used.
[0003]
Such an electron beam apparatus includes an electron gun having a cathode 1 connected to a negative electrode of a high-voltage power supply (not shown), a Wehnelt 2 connected to a bias power supply (not shown), and an anode 3 connected to a positive electrode of a high-voltage power supply. I have. As the high-voltage power source, a Cockcroft Walton circuit is used, and the positive electrode side is grounded.
[0004]
Here, the electrons jumping out from the cathode 1 are drawn out by the anode 3 and become an electron beam 4 accelerated after passing through holes provided in the Wehnelt 2 and the anode 3, and further converged by the electromagnetic lenses 7 and 8. A point on the sample 9 is irradiated. Further, by adjusting the bias voltage applied between the cathode 1 and the Wehnelt 2, the intensity of the electron beam can be adjusted. Furthermore, the electron beam 4 normally passes through the aperture 6 aperture. However, during the period when the sample 9 is not irradiated, a current is passed through the blanking coil 5 to deflect the electron beam 4 so that the aperture 6 The electron beam 4 can be blocked by preventing the electron beam 4 from passing through the hole.
[0005]
Such an electron beam exposure apparatus can perform fine processing by exposing the resist applied to this portion to light when the electron beam 4 is irradiated to one point on the sample 9 and developing the resist. Therefore, it is often used for processing of a wafer that becomes an LSI substrate, for example.
[0006]
In order to process a wafer or the like, it is necessary to accurately know the origin position drawn on the wafer or the like. For this purpose, when the electron beam 4 irradiates the origin on the sample 9 and when it irradiates other portions, the state of secondary electrons jumping out from the sample 9 is different. The electron beam 4 was scanned, the secondary electrons jumping out from the sample 9 were detected by the secondary electron detector 24, and the origin position was obtained by obtaining an image from the detection signal by the observation system.
[0007]
In order to amplify the detection signal, the lock-in amplifier 27 is used in order to reduce the change in the operating state of the amplifier due to the influence of the power supply voltage, temperature, or the like, that is, to reduce the drift or to make it strong against noise. A lock-in amplifier takes out only the target input signal from the input signal buried in noise by multiplying the AC input signal by a signal synchronized with the same frequency as the input signal, and narrows the vicinity of this frequency. It amplifies the band. The detection signal from the secondary electron detector 24 is blocked by the capacitor 25 so as to have only a direct current component, is amplified by the preamplifier 26, and is input to the lock-in amplifier 27.
[0008]
Therefore, in order to operate the lock-in amplifier 27, conventionally, a high-frequency rectangular wave or sine wave is applied from the oscillator 22 to the blanking coil 5 and the lock-in amplifier 27. Then, when no current flows through the blanking coil 5, the electron beam 4 goes straight and passes through the hole of the aperture 6, irradiates the sample 9, causes secondary electrons to jump out of the sample 9, and the blanking coil 5. When an electric current flows through the electrode 9, the electron beam 4 is deflected and cannot pass through the hole of the aperture 6, and does not irradiate the sample 9, so that secondary electrons do not jump out of the sample 9. Therefore, the secondary electron detector 24 generates a high frequency detection signal synchronized with the same frequency as the high frequency output from the oscillator 22. The lock-in amplifier 27 multiplies the detection signal from the secondary electron detector 24 by the high-frequency output from the oscillator 22 synchronized with the same frequency as the detection signal, thereby detecting the detection signal buried in noise. Amplify and output only the target detection signal. An image can be obtained from the output of the lock-in amplifier 27 by the observation system, and the origin position drawn on the wafer or the like can be accurately obtained.
[0009]
However, when the electron beam 4 is shaken, the origin position is also shaken, and the accuracy of the origin position is limited. Moreover, if the electron beam 4 is deflected and blocked by the aperture 6, the aperture 6 is heated by the electron beam 4 and melted. In order to solve such a problem, the present applicant has disclosed the following invention (hereinafter referred to as the prior invention) in Japanese Patent Application No. 11-347623.
[0010]
The electron beam apparatus of the prior invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 are the same as those in the conventional electron beam apparatus, and thus the description thereof is omitted.
[0011]
In the invention of the prior application, in order to change the intensity of the electron beam in synchronism with the high frequency output from the oscillator 22, the high frequency alternating voltage output from the oscillator 22 is applied between the cathode 1 and Wehnelt 2. The application circuit is different from the conventional electron beam apparatus shown in FIG.
[0012]
In the prior application invention, the negative electrode of the high-voltage power supply 11 is connected to the cathode 1 via the bias resistor 13, and the positive electrode of the high-voltage power supply 11 is grounded. The positive electrode of the bias power source 12 and one end of the bypass capacitor 14 are coupled to both ends of the bias resistor 13. The negative electrode of the bias power source 12 and the other end of the bypass capacitor 14 are connected to one end of the secondary winding of the step-up transformer 15. Are connected. The other end of the secondary winding of the step-up transformer 15 is connected to the Wehnelt 2. The bias resistor 13 has a function of stabilizing the intensity of the electron beam 4 by generating a self-bias voltage by a current flowing therethrough and applying the self-bias voltage to a fixed bias voltage by the bias power source 12.
Both ends of the primary winding of the step-up transformer 15 are connected to both ends of a core wire 17 of a coaxial cable that is a secondary winding of the insulating transformer 16. The insulation transformer 16 is obtained by bending a single coaxial cable inserted into the ring-shaped core 21 into a substantially U shape, the shield 19 is a primary winding, and the core wire 17 is a secondary winding. ing. An insulator 18 is interposed between the shield 19 and the core wire 17, and the outside of the shield 19 is covered with an insulating cover 20. By changing the number of the ring-shaped cores 21, the mutual inductance of the insulating transformer 16 can be changed. Both ends of the shield 19 that is the primary winding of the insulating transformer 16 are connected to the oscillator 22.
[0013]
Here, the frequency of the alternating voltage applied between the cathode 1 and the Wehnelt 2 is a high frequency of about 1 MHz, and the step-up ratio required for the insulation transformer 16 is a small value of about 1, so that even with such an insulation transformer 16. Work well. The step-up transformer 15 has a step-up ratio of about several tens to 100 and is disposed close to the cathode 1 and the Wehnelt 2. Then, the secondary side wiring portion of the step-up transformer 15 through which a large amplitude high frequency (about 50-100 V) flows becomes as short as possible, and the primary side wiring portion of the step-up transformer 15 having a relatively long wiring has a small amplitude high frequency. Therefore, the high frequency output from the oscillator 22 hardly affects the acceleration voltage of the electron beam 4 and can perform a stable operation.
[0014]
One end of the primary winding of the step-up transformer 15 connected to the core wire 17 that is the secondary winding of the insulating transformer 16 is connected to the cathode 1, and one end of the shield 19 that is the primary winding of the insulating transformer 16 is grounded. Has been. For this reason, a high voltage is applied between the core wire 17 of the insulating transformer 16 and the shield 19. However, since the insulator 18 of the coaxial cable used for the insulating transformer 16 has a very good insulating property even at a high voltage, it can sufficiently withstand such a high voltage between the core wire 17 and the shield 19. Therefore, the oscillator 22 can be completely insulated from the high-voltage power supply 11 and high voltage can be prevented from being applied between the primary winding and the secondary winding of the step-up transformer 15, and the special step-up transformer 15 and the oscillator 22 are used. There is no need to use the inexpensive step-up transformer 15 and the oscillator 22.
[0015]
Here, the operation of the electron beam apparatus according to the invention of the prior application will be described. The high frequency output from the oscillator 22 is applied to the Wehnelt 2 and the negative electrode of the bias power source 12 through the insulating transformer 16 and the step-up transformer 15. Then, a voltage obtained by adding a bias voltage and a high-frequency alternating voltage output from the step-up transformer 15 is applied between the cathode 1 and the Wehnelt 2. Then, since the voltage applied between the cathode 1 and the Wehnelt 2 fluctuates with the same waveform as the high frequency output from the oscillator 22, the intensity of the electron beam 4 and the secondary that jumps out of the sample 9 due to the irradiation of the electron beam 4. The number of electrons and the detection output from the secondary electron detector 24 are modulated by the high-frequency alternating voltage output from the oscillator 22. Accordingly, since the lock-in amplifier 27 receives the detection output from the secondary electron detector 24 and the high frequency output from the oscillator 22 synchronized with the same frequency as the detection output, the lock-in amplifier 27 can input the target signal from the input signal buried in noise. Only the detected output can be amplified and extracted. At this time, since the electron beam 4 is not shaken as in the conventional case, the image obtained by the secondary electron detection is not shaken, the origin position drawn on the sample 9 or the like can be accurately detected, and high-precision processing is performed. Can do. The structure of the conventional electron beam apparatus is not changed, and the aperture 6 is not melted because the electron beam 4 does not irradiate the aperture 6.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the electron beam apparatus according to the invention of the prior application shown in FIG. 4, the electron beam 4 is turned on and off by applying an alternating voltage between the cathode 1 and the Wehnelt 2. For example, if a pulsed electron beam 4 of 1.6 mA from a cathode 1 having a potential of 100 kV is emitted in a period of 600 μs including a blanking period of 60 μs, the electron beam 4 is emitted for 540 μs. The electron beam 4 is turned off for 60 μsec.
[0017]
Here, the internal resistance of the high-voltage power supply 11 is 180 kΩ, the bias resistance is 100 kΩ, and the capacitance of the cathode-side wiring portion 31 of the high-voltage power supply 11 is 3000 pF for the cable itself and 1300 pF in addition, and 4300 pF as a whole. 5, an equivalent circuit such as that shown in FIG. 5 comprising the high-voltage power supply 11, the resistor R, the capacitor C, and the load L (electron beam 4) is obtained.
[0018]
When the electron beam 4 is ON and the cathode current is 1.6 mA and the cathode potential is −100 kV, a voltage drop of 448 V occurs in the resistor R, and the potential of the negative electrode of the high-voltage power supply 11 is −100.448 kV. Become. If the electron beam 4 is suddenly turned off from this state, the capacitor C is charged by the high voltage power supply 11 via the resistor R due to the potential difference E = 448 V between the negative electrode of the high voltage power supply 11 and the negative electrode side of the capacitor C. The cathode potential changes. The change ΔE in cathode potential t seconds after the electron beam 4 is turned off is
ΔE = E * (1−exp (−t / (CR))) (1)
Therefore, if E = 448, t = 60 * 10 −6 , R = 280 * 10 3 , and C = 4300 * 10 −12 are substituted into the equation (1), ΔE = 22.4V is obtained.
[0019]
Thus, every time the electron beam 4 is turned on and off, the potential of the cathode 1 changes by about 22 V. However, if the potential of the cathode 1 fluctuates, the energy width of the electron beam 4 becomes wider. There is a problem that when a wafer or the like is irradiated by the apparatus, defocusing occurs and it becomes impossible to draw a fine pattern.
[0020]
In view of this, a high voltage power supply circuit is provided in which an electron beam device is turned on and off so that the cathode potential does not fluctuate even when current is interrupted.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the invention according to claim 1, in a high-voltage power supply circuit having a cathode-side wiring section for supplying a high-voltage current from a high-voltage power supply to the cathode of the electron beam apparatus, a capacitor is provided in the cathode-side wiring section. The current source is connected to the cathode side wiring portion when the electron beam is turned off, and the current source is caused to flow backward from the cathode side wiring portion when the electron beam is turned on. The electric potential of was kept constant.
In the invention according to claim 2, in the invention according to claim 1, the current source is a differential amplifier, and one end of the input side of the differential amplifier is connected to the cathode side wiring section via a capacitor. The other end of the input side is connected to the reference potential generator.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the principle of the present invention will be described with reference to the circuit shown in FIG. In order to prevent the potential of the cathode 1 from fluctuating, a constant current always flows through the resistor R in FIG. 2 so that the voltage drop at the resistor R is always constant. For this reason, the circuit of FIG. 2 is provided with a current source 52 ′ for supplying current to the cathode side wiring portion 31. The cathode side wiring section 31 is divided into a capacitor 56 corresponding to the electrostatic capacity of the cable itself and a capacitor 54 corresponding to other electrostatic capacity, and the current source 52 ′ is connected to the cathode side wiring via the capacitor 54. Connected to the unit 31. The capacitor 54 prevents high-voltage direct current from flowing directly into the current source 52 '. The rest is the same as the circuit of FIG.
[0023]
When the capacitance of the capacitor 54 is set to 1300 pF and a current i of 1.6 mA is caused to flow from the current source 52 ′ to the cathode side wiring portion 31 through the capacitor 54, the capacitor 54 is charged by the current i. The increase ΔE in the potential difference across the capacitor t seconds after the current i starts to flow into the capacitor of the capacitance C
ΔE = i * t / C (2)
Therefore, substituting i = 1.6 * 10 −3 , t = 60 * 10 −6 , and C = 1300 * 10 −12 into the expression (2), the capacitor after 60 μsec from the expression (2) Therefore, the potential difference between both ends of 54 increases by 73.85V.
[0024]
However, such a potential difference cannot be continuously increased every blanking. Therefore, the capacitor 54 is discharged during 540 μsec when the electron beam 4 is turned on, that is, the current flows backward from the cathode side wiring section 31 to the current source 52 ′ so that the potential difference between both ends of the capacitor 54 is reduced by 73.85 V. That's fine. At this time, the output current of the current source 52 ′ is set to have an inverse ratio of the ON and OFF times of the electron beam 4 when the electron beam 4 is ON and OFF, respectively. That is, when the output current of the current source 52 ′ when the electron beam 4 is OFF is i, the output current of the current source 52 ′ when the electron beam 4 is ON is −i / 9. Now, assuming that the output current of the high-voltage power supply 11 is I and the cathode current is I ′,
When the electron beam 4 is ON I = I′−i / 9 (3)
When the electron beam 4 is OFF I = i (4)
Because
I ′ = (10/9) * i = (10/9) * I (5)
It becomes. Here, if the output current I of the high voltage power supply 11 is 1.6 mA, the output current i of the current source 52 ′ is 1.6 mA when the electron beam 4 is OFF, and the output of the current source 52 ′ is when the electron beam 4 is ON. The current −i / 9 may be −0.18 mA, and the cathode current I ′ at this time is 1.78 mA.
[0025]
Thus, when the current source 52 'supplies current, a constant output current I always flows through the high-voltage power supply 11 and the resistor R, and the voltage drop due to the resistor R is constant, so that the potential of the cathode 1 is also always constant. Can be kept in. As such a current source 52, any current source having constant current characteristics may be used, but an amplifier is particularly suitable. The reason is that the ON / OFF of the electron beam 4 is detected by an appropriate sensor, and a signal from this sensor is input to the amplifier, so that the output current of the amplifier is increased at a high speed according to the ON / OFF of the electron beam 4. It is because it can switch to. The various numerical values described above are merely given as examples, and it goes without saying that in an actual electron beam apparatus, these numerical values change depending on the specifications.
[0026]
A preferred embodiment of the high-voltage power supply device of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, a differential amplifier 52 is used as the current source 52 ′ in the circuit of FIG. The differential amplifier 52 has a voltage amplification unit 60 and an output stage 64 including two transistors 61 and 62 having complementarity and a load resistor 63, and the output stage 64 is connected to the cathode side via a capacitor 54. In addition to being connected to the wiring section 31, it is connected to a + power supply V + and a -power supply V-. One of the input sides of the differential amplifier 52 is connected to the cathode-side wiring section 31 via the capacitor 51, and the other input side of the differential amplifier 52 is connected to the reference potential generator 58. Similarly to the capacitor 54, the capacitor 51 is also for preventing a high-voltage direct current from flowing directly from the cathode side wiring portion 31 to the differential amplifier 52, and allowing a sufficiently lowered voltage to be input to the differential amplifier 52. The rest of the configuration is the same as that of the prior application invention shown in FIG.
[0027]
Here, the operation of the electron beam apparatus of the present embodiment will be described. When the electron beam 4 is ON, the potential of the cathode 1 is higher than the negative electrode of the high voltage power source 11 by a voltage drop due to the bias resistor 13 and the internal resistance of the high voltage power source 11. The reference potential input from the reference potential generator 58 to the differential amplifier 52 is equal to the potential input from the cathode side wiring unit 31 to the differential amplifier 52, and the potential of the cathode 1 is accurately set to the set value. It is assumed that
[0028]
Here, when the electron beam 4 is turned off and the cathode current is interrupted, the voltage drop due to the internal resistance of the bias resistor 13 and the high-voltage power supply 11 is reduced, and the potential of the cathode 1 approaches the potential of the negative electrode of the high-voltage power supply 11. Lower. Then, on the input side of the differential amplifier 52, the potential input from the cathode side wiring portion 31 becomes lower than the reference potential, and the differential amplifier 52 sends a current to the cathode side wiring portion 31 in accordance with the potential difference therebetween. Let it flow. When the potential input from the cathode side wiring section 31 to the differential amplifier 52 becomes equal to the reference potential, the differential amplifier 52 does not output current, so that the potential of the cathode 1 can be controlled to the set value.
[0029]
Next, when the electron beam 4 is turned on and a cathode current flows, a voltage drop due to the internal resistance of the bias resistor 13 and the high-voltage power supply 11 increases, and the potential of the cathode 1 rises. Then, on the input side of the differential amplifier 52, the input from the cathode side wiring portion 31 becomes larger than the reference potential, and the differential amplifier 52 causes the current to flow backward from the cathode side wiring portion 31 according to the potential difference between the two. When the potential input from the cathode side wiring section 31 to the differential amplifier 52 becomes equal to the reference potential, the differential amplifier 52 does not output current, so that the potential of the cathode 1 can be controlled to the set value.
[0030]
As described above, in this embodiment, the feedback circuit composed of the differential amplifier 52 and the capacitors 51 and 54 can always keep the potential of the cathode 1 stably at the set value. The spread of energy width can be eliminated. Therefore, by using the high-voltage power supply circuit of this embodiment, an electron beam exposure apparatus capable of drawing a fine pattern without causing blurring when a wafer or the like is irradiated by the electron beam apparatus can be obtained at low cost.
[0031]
The high-voltage power supply circuit of the present invention can be widely used not only for the electron beam device of the prior invention but also for electron beam devices using electron beams such as electron microscopes as well as conventional electron beam devices.
[0032]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the invention, since the output current from the high-voltage power supply does not change between when the electron beam is turned on and off, the cathode potential is always kept constant. And the spread of the energy width of the electron beam due to the fluctuation of the cathode potential can be eliminated. Therefore, the electron beam apparatus equipped with the high-voltage power supply circuit of the present invention does not generate blur when a wafer or the like is irradiated, and a fine pattern can be drawn.
According to the second aspect of the present invention, since the feedback circuit including the differential amplifier and the capacitor is provided, the cathode potential can be more stably maintained at the set value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a main part of a conventional electron beam generator.
FIG. 4 is a diagram showing a main part of an electron beam generator of the prior invention of the present applicant.
FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of the electron beam generator shown in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cathode 2 Wehnelt 4 Electron beam 11 High voltage power supply 31 Cathode side wiring part 51 Capacitor 52 Differential amplifier 52 'Current source 54 Capacitor

Claims (2)

高圧電源から電子ビーム装置のカソードに高圧電流を供給するカソード側配線部を有する高圧電源回路において、
前記カソード側配線部にコンデンサを介して接続された電流源を備え、該電流源は、電子ビームのOFF時には前記カソード側配線部へ電流を流入させ、電子ビームのON時には前記カソード側配線部から電流を逆流させて、前記カソードの電位を一定に保つようにすることを特徴とする高圧電源回路。
In a high voltage power supply circuit having a cathode side wiring section for supplying a high voltage current from the high voltage power supply to the cathode of the electron beam device,
A current source connected to the cathode-side wiring part via a capacitor; the current source flows current into the cathode-side wiring part when the electron beam is off; and from the cathode-side wiring part when the electron beam is on A high-voltage power supply circuit characterized in that a current flows backward to keep the cathode potential constant.
前記電流源は差動増幅器であり、該差動増幅器は、入力側の一端がコンデンサを介して前記カソード側配線部に接続され、入力側の他端が基準電位発生器に接続されたことを特徴とする請求項1に記載の高圧電源回路。The current source is a differential amplifier, and the differential amplifier has one end on the input side connected to the cathode side wiring section via a capacitor and the other end on the input side connected to a reference potential generator. The high-voltage power supply circuit according to claim 1, wherein
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