JPH10270321A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置

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JPH10270321A
JPH10270321A JP9072919A JP7291997A JPH10270321A JP H10270321 A JPH10270321 A JP H10270321A JP 9072919 A JP9072919 A JP 9072919A JP 7291997 A JP7291997 A JP 7291997A JP H10270321 A JPH10270321 A JP H10270321A
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Kenji Yamada
研二 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別大掛かりな設備を用意することなく、温
度変動に対する荷電粒子ビームの位置精度を高めること
ができる荷電粒子ビーム装置を実現する。 【解決手段】 周囲温度の変動により、温度センサー2
0,21の検出温度も変化する。この温度センサー2
0,21の温度変動量に基づいて、ビームシフトの位置
補償量が演算器22によって演算される。演算結果はロ
ーパスフィルタ23に供給されて所定の周波数より高い
成分はカットされる。ローパスフィルタ23からの信号
は制御回路24に供給される。制御回路24は、供給さ
れた位置補償量Cxに基づいて偏向器制御回路19を制
御し、静電偏向器18にビームシフトを補償するための
偏向信号を供給する。この結果、装置の環境温度等が変
動しても、それに基づくビームシフトは完全に補償さ
れ、電子ビームEBは所定の位置に常に照射されること
から、高い精度で電子ビーム描画が実行される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、被描画材料に電子ビー
ムを照射して所望のパターンの描画を行うようにした電
子ビーム描画装置等の荷電粒子ビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子のパターンの微細化の
進展に伴い、光ステッパーに代わり、電子ビーム描画装
置がますます注目されている。電子ビーム描画装置で
は、描画パターンに応じて電子ビームを偏向し、更に被
描画材料を機械的に移動させて所望のパターンの描画を
行うようにしている。
【0003】図1はこのような描画装置を示しており、
1は電子銃である。電子銃1から発生した電子ビームE
Bは、照射レンズ2によってスリット3に照射される。
スリット3を透過した電子ビームは、縮小レンズ4と対
物レンズ5とによって被描画材料6上に集束して照射さ
れる。
【0004】被描画材料6は移動ステージ7上に載せら
れており、移動ステージ7はステージ固定部8上にボー
ルベアリング9を介して配置されている。ステージ7は
高精度のステッピングモータ等のモータ10によって回
転させられる送りネジ11の回転により直進運動させら
れる。
【0005】このような電子ビーム描画装置において、
スリット3の像が被描画材料6上に縮小・投影され、図
示していない偏向器により電子ビームを偏向して所望の
パターンの描画を行う。また、被描画材料上の描画フィ
ールドを変える場合には、モータ10を駆動し送りネジ
11を回転させてステージ7を移動させる。なお、ステ
ージ7は、詳細には図示していないが、XとYの2方向
に移動される。また、ステージ7の移動距離はレーザ測
長器によって監視され、検出された移動距離の誤差は、
モータ10や偏向器にフィードバックされる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した可変面積型電
子ビーム描画装置では、要求される描画精度が極めて高
い。そのため、外乱に対して非常に敏感であり、例え
ば、装置の設置される場所の室温の変化に対しても、装
置を構成する各部分の温度変動による膨脹、収縮等によ
り、相当量のビームシフトが生じる。このビームシフト
は、描画精度の悪化に繋がる。
【0007】このため、従来の装置では、部分的に水冷
パイプを付設し、その中に一定温度に保たれた水を流
し、装置を一定温度に維持するように工夫している。し
かしながら、この対策だけでは不十分であり、水冷パイ
プによる温度維持管理に加えて、室温を0.1°オーダ
ーの安定性に保つように、特別大掛かりな空調設備を整
えなければならない。
【0008】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、特別大掛かりな空調設備を用意す
ることなく、温度変動に対する荷電粒子ビームの位置精
度を高めることができる荷電粒子ビーム装置を実現する
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に基づく
荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源からの荷電粒
子ビームを集束してターゲットに照射するようにした荷
電粒子ビーム装置において、装置の構成部材に複数の温
度センサーを設け、各温度センサーの出力値を演算し、
演算に基づいて荷電粒子ビームの偏向手段により荷電粒
子ビームを偏向するようにしたことを特徴としている。
【0010】請求項1の発明では、温度センサーを複数
配置し、各温度センサーの出力値を演算し、演算に基づ
いて荷電粒子ビームの偏向手段により荷電粒子ビームを
偏向する。
【0011】請求項2の発明では、複数の温度センサー
を荷電粒子ビームの光軸に対称に配置する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明するが、その前に、本発明の原理
を図2を用いて説明する。図2は例えば電子ビーム描画
装置の対物レンズ部分の断面を示しており、15は鏡体
である。鏡体15にはX方向に一対の温度センサーa,
c、Y方向に一対の温度センサーb,dが設けられてい
る。
【0013】この温度センサーa,b,c,dは電子ビ
ームの光軸Oに対して回転対称に配置されているが、こ
れらの出力値をそれぞれTa ,Tb ,Tc ,Td とする
と、Ta ,Tb ,Tc ,Td の各値の変動値と、電子ビ
ームのビームシフトの方向および量の間には、それぞれ
特定の装置において一定の関係が存在する。
【0014】例えば、Ta 値だけが上昇した際には、ビ
ームがc方向にシフトし、Tb 値だけが上昇した際に
は、ビームがd方向にシフトし、Xc 値だけが上昇した
際には、ビームがa方向にシフトし、Td 値だけが上昇
した際には、ビームがb方向にシフトする。更に、ある
範囲内では、温度変動量とビームシフト量が比例に近い
関係を示す。
【0015】これらの関係から、各温度センサーの出力
値からビームシフトの量および方向を予測し、それらの
該当分をビームの偏向器によって補償することにより、
温度変動によるビームシフトを見掛上抑えることができ
る。例えば、上記した4個の温度センサーを用いた場合
では、必要なビーム位置補償量のXおよびY成分を各々
Cx,Cyとすると、このCx,Cyは次のように記述
することができる。
【0016】Cx=k(dTa /dt−dTc /dt)
[t=−t1 ] Cy=k(dTb /dt−dTd /dt) [t=−t
1 ] ただし、上式で、Cx,Cyは数Hz×10のマイナス
数乗というような超低周波成分をとるとする。また、k
は実験または計算等の手段により求められる比例定数、
1 は熱伝導所要時間に相当する一定の遅延時間値であ
る。なお、この一定の遅延時間値は、4つの温度センサ
ーが完全に光軸に対して回転対称に配置された場合は一
定(t1 )となるが、各センサーの位置を光軸から異な
った距離に配置する場合には、それぞれ異なった遅延時
間となる。
【0017】通常、温度センサーの出力値とビームシフ
トの関係は、装置が非常に複雑な形状をしているため、
このように単純ではない場合が多く、センサー出力から
必要な補償量を求めるアルゴリズムもこのように簡単で
ない場合が多い。しかし、必ず一定の関係が存在するの
で、計算、実験等による検討結果から、アルゴリズムを
作り補償を行うことで、必ず見掛上のビームシフトを減
らすことができる。
【0018】図3は本発明を用いた電子ビーム描画装置
の一例の要部を示している。図中15は金属製の電子ビ
ーム鏡筒である。鏡筒15内には対物レンズ16が設け
られており、対物レンズ16によって集束された電子ビ
ームEBは被描画材料17に照射される。対物レンズ1
6に接近して静電偏向器18が設けられているが、静電
偏向器18には、偏向器制御回路19から偏向電圧が印
加される。
【0019】対物レンズ15の外側の鏡筒15内には、
X方向に電子ビーム光軸に対称的に2つの温度センサー
20,21が埋め込まれている。図示していないが、Y
方向にも電子ビーム光軸に対称的に2つの温度センサー
が埋め込まれている。温度センサー20,21からの温
度信号は、演算器22に供給される。
【0020】演算器22によって演算された結果の信号
は、ローパスフィルター23を介してコンピュータのご
とき制御回路24に供給される。制御回路24は、演算
器22の演算結果に基づいて偏向器制御回路19を制御
する。このような構成の動作を次に説明する。
【0021】被描画材料17への所望パターンの描画
は、図示していないスリットの像を対物レンズ16によ
って被描画材料17に結像し、更に、被描画材料17上
の像をパターンに応じて静電偏向器18により偏向する
ことによって行う。もちろん、図示していないが、被描
画材料17が載せられた材料ステージを機械的に移動さ
せながらパターンの描画を行う。
【0022】さて、周囲温度の変動により電子ビームE
Bのビームシフトが発生することは既に述べた。この周
囲温度の変動により、温度センサー20,21の検出温
度も変化する。この温度センサー20,21の温度変動
量をそれぞれTa,Tcとすると、X方向のビームシフ
トの位置補償量Cxは、例えば、次の式によって求めら
れる。
【0023】Cx=k(dTa /dt−dTc /dt)
[t=−t1 ] この位置補償量Cxは、演算器22によって演算され、
演算結果はローパスフィルタ23に供給されて所定の周
波数より高い成分はカットされる。ローパスフィルタ2
3からの信号は制御回路24に供給される。制御回路2
4は、供給された位置補償量Cxに基づいて偏向器制御
回路19を制御し、静電偏向器18にビームシフトを補
償するための偏向信号を供給する。
【0024】この結果、装置の環境温度等が変動して
も、それに基づくビームシフトはほぼ完全に補償され、
電子ビームEBは所定の位置に常に照射されることか
ら、高い精度で電子ビーム描画が実行される。なお、X
方向についてのみビームシフトの補償動作を説明した
が、Y方向も同様に実行される。
【0025】上記した各説明では、温度センサーを4個
設けたが、図4に示すように、8個の温度センサー
1 ,a2 ,b1 ,b2 ,c1 ,c2 ,d1 ,d2 を光
軸Oに対して回転対称に配置しても良い。なお、4個の
温度センサーa1 ,b1 ,c1 ,d1 ,はそれぞれ回転
対称に配置され、更に、4個の温度センサーa2
2 ,c2 ,d2 はそれぞれ回転対称に配置される。こ
の場合の演算は、X方向の温度センサーa1 ,a2 ,c
1 ,c2 に関して、それぞれの温度出力値をTa1 ,T
2 ,Tc1 ,Tc2 とすると、次の演算が行われる。
【0026】Ex1=kx1{Ta1 ´(t=−t1 )−T
1 ´(t=−t1 )} Ex2=kx2{Ta2 ´(t=−t2 )−Tc2 ´(t=
−t2 )} 上式で、Ex1,Ex2はビーム位置補償量のX成分、
x1,kx2は実験または計算等の手段により求められる
比例定数、t1 ,t2 は熱伝導所要時間に相当する一定
の遅延時間値である。この比例定数、熱伝導所要時間
は、温度センサーの光軸からの距離や、センサー周辺部
の物質の機械的構成および熱伝導率等に依存する。
【0027】このX方向の2種のビーム位置補償量
x1,Ex2は加算され、加算された値がX方向のビーム
位置補償量Cxとして、ローパスフィルタを介して、図
3の制御回路24に供給される。
【0028】以上本発明の一実施形態を説明したが、本
発明はこの実施の形態に限定されない。例えば、上記ビ
ーム位置補償量を求める式は単純化したモデルに基づく
もので、実際に偏向器により補償すべき最適な量および
方向は、温度センサーの位置や機械的な構成により全く
異なるため、具体的には各装置に応じて詳細なシミュレ
ーション計算または実験により正確に求める必要があ
る。
【0029】また、スリットの像を材料上に投影する面
積型電子ビーム描画装置を例に説明したが、本発明は被
描画材料に細く絞った電子ビームを照射するようにした
電子ビーム描画装置やイオンビーム装置にも適用するこ
とができる。更に、温度センサーの数は、4個や8個に
限らず、2個以上であれば良く、また、温度センサーを
荷電粒子ビームの光軸に回転対称に配置する必要もな
い。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、温度
センサーを複数配置し、各温度センサーの出力値を演算
し、演算に基づいて荷電粒子ビームの偏向手段により荷
電粒子ビームを偏向するように構成したので、非常に小
規模な手段だけで、温度変動に対する荷電粒子ビームの
シフト量を軽減することかできる。その結果、描画装置
等の設置場所の温度変動幅を大きく取ることができ、装
置設置のための巨大な空調設備等を節約でき、また、描
画装置であれば、高精度なパターン描画が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電子ビーム描画装置を示す図である。
【図2】本発明の原理を説明するための図である。
【図3】本発明に基づく電子ビーム描画装置の一例を示
す図である。
【図4】温度センサーを8個設けた例を示す図である。
【符号の説明】
15 鏡筒 16 対物レンズ 17 被描画材料 18 静電偏向器 19 偏向器制御回路 20,21 温度センサー 22 演算器 23 ローパスフィルタ 24 制御回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビーム
    を集束してターゲットに照射するようにした荷電粒子ビ
    ーム装置において、装置の構成部材に複数の温度センサ
    ーを設け、各温度センサーの出力値を演算し、演算に基
    づいて荷電粒子ビームの偏向手段により荷電粒子ビーム
    を偏向するようにした荷電粒子ビーム装置。
  2. 【請求項2】 複数の温度センサーは荷電粒子ビームの
    光軸に対称に配置されている請求項1記載の荷電粒子ビ
    ーム装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006114599A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Toshiba Corp 補正装置、補正方法、補正プログラム及び半導体装置の製造方法
CN115732294A (zh) * 2021-08-31 2023-03-03 纽富来科技股份有限公司 放电检测装置以及带电粒子束照射装置

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CN115732294A (zh) * 2021-08-31 2023-03-03 纽富来科技股份有限公司 放电检测装置以及带电粒子束照射装置

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