(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを使用して試料に所定の露光パターンを形成する荷電粒子ビーム露光装置であって、
内部が真空に保持されたコラムと、
該コラム内に設けられた荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生手段と、
前記コラム内の、前記荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームの光路中に配設され、前記荷電粒子ビームを整形する開孔及び該開孔の周囲に設けられた電極の組を２次元的に配列し、各電極に電圧信号を印加するかしないかにより前記荷電粒子ビームを整形するブランキングアパーチャーアレイと、
前記コラムの外部に設けられ、前記露光パターンに従って各開孔の電極に印加する電圧信号を出力するブランキングアパーチャーアレイ制御回路と、
該ブランキングアパーチャーアレイ制御回路から出力される前記電圧信号を各開孔の電極に印加するための複数のチャンネルで構成され、前記コラムの外部から前記コラムの内部まで延びるブランキングアパーチャー信号伝送路とを備える荷電粒子ビーム露光装置において、
前記ブランキングアパーチャーアレイ制御回路の出力インピーダンスと、前記ブランキングアパーチャー信号伝送路の伝送インピーダンスはほぼ一致しており、
各開孔の前記電極から前記コラムの外部にまで延びる複数のチャンネルで構成され、前記伝送インピーダンスとほぼ一致した伝送インピーダンスを有し、前記伝送インピーダンスとほぼ一致したインピーダンスで終端された補助伝送路を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記補助伝送路は、終端に前記伝送インピーダンスとほぼ一致したインピーダンスの抵抗体を備える荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記補助伝送路の終端先は、前記コラムである荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項４】
請求項２に記載の荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記ブランキングアパーチャーアレイ制御回路の出力と相反する信号を出力するダミードライバと、
前記抵抗体の近傍に配置されたダミー抵抗体と、
前記ダミードライバのから出力される電圧信号を前記ダミー抵抗体に印加するための複数のチャンネルで構成されたダミー伝送路とを備える荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記抵抗体と前記ダミー抵抗体は、熱結合されている荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項６】
請求項４に記載の荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記ダミードライバは、前記ブランキングアパーチャーアレイ制御回路とほぼ一致した出力インピーダンスを有し、
前記ダミー伝送路は、前記伝送インピーダンスとほぼ一致した伝送インピーダンスを有する荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項７】
請求項４に記載の荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記ダミー抵抗体は、前記抵抗体のインピーダンスとほぼ一致したインピーダンスを有する荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項８】
請求項４に記載の荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記ブランキングアパーチャーアレイ制御回路は、ドライバと出力抵抗体を有し、
前記ダミードライバの出力に接続されたダミー出力抵抗体を備え、
前記出力抵抗体と前記ダミー出力抵抗体は、熱結合している荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項９】
請求項２に記載の荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記抵抗体は、前記コラムから離れた、前記抵抗体における発熱が前記コラム内に熱的に影響しない位置に配置されている荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の荷電粒子ビーム露光装置であって、
前記抵抗体を冷却する冷却手段を備える荷電粒子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子ビーム露光装置に関し、特に、ブランキングアパーチャーアレイ（ＢＡＡ：Blanking Aperture Array)を利用した荷電粒子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体技術は益々発達し、半導体集積回路（ＩＣ）の集積度と機能が向上してコンピュータ、通信、機械制御など広く産業全般に渡る技術進歩の核技術としての役割が期待されている。ＩＣは、２年から３年で４倍の高集積化を達成しており、例えば、ダイナミック・ランダムアクセス・メモリ（ＤＲＡＭ：Dynamic Random Access Memory）においては、その記憶容量が、４Ｍ，１６Ｍ，６４Ｍ，２５６Ｍ，そして１Ｇと増大している。このようなＬＳＩの高集積化は、半導体製造技術における微細加工技術の進歩に依存するところが大きい。
【０００３】
現状で微細加工技術の限界を規定しているのはパターン露光技術である。パターンを露光する技術として、現在はステッパと呼ばれる光学的露光装置が使用されている。光学的露光装置では、回折現象のために形成できるパターンの最小幅が露光用光源の波長で規定される。現在光源としては、紫外線を出力するものが使用されているが、これ以上短波長の光の使用は難しくなってきており、より微細な加工を行うために、光学的露光装置以外の新しい露光方式が検討されている。
【０００４】
荷電粒子ビーム露光は波長が非常に短いため、０．０５μｍ以下の微細加工が、０．０２μｍ以下の位置合わせ精度で実現可能であることが知られている。しかしながら、従来、この荷電粒子ビーム露光は、ステッパに比べてスループットが低くてＬＳＩの量産には使用できないであろうと考えられてきた。
荷電粒子ビーム露光におけるスループットの問題は、例えば、１つの粒子ビーム（電子ビーム）を連続的に走査して露光を行う一筆書きの電子ビーム露光についての議論であり、スループットを上げるための、物理的／技術的なネックに視点を当てて原因を解明し、真剣に検討した結果によるものではない。すなわち、荷電粒子ビーム露光はスループットが低くてＬＳＩの量産には使用できないというのは、単に、現在市販されている装置の生産性に鑑みて判断されているに過ぎない。
【０００５】
これに対して、近年、ブロック露光やブランキングアパーチャーアレイ（ＢＡＡ）を使用したマルチビーム方式露光を適用することにより、例えば、１cm2 ／sec 程度のスループットを可能とする荷電粒子ビーム露光装置が期待できるようになって来ている。特に、ＢＡＡを使用したマルチビーム方式露光は、精度の点ではブロック露光にやや劣るが、パターンの形状・密度に無関係に高スループットで露光できるという利点がある。本発明は、このＢＡＡを使用したマルチビーム方式の荷電粒子ビーム露光装置に関するものである。なお、以下の記載においては、ＢＡＡを使用したマルチビーム方式の荷電粒子ビーム露光装置を単にＢＡＡ露光装置と呼ぶことがある。また、荷電粒子ビームの例として電子ビームを使用したＢＡＡ方式の電子ビーム露光装置について説明する。ＢＡＡ露光装置については、特開平５−１６６７０７号公報などに詳しい構成が開示されているので、ここではＢＡＡの露光原理およびＢＡＡの電極に電圧信号を印加する系についてのみ説明する。
【０００６】
図１は、上述のＢＡＡ露光装置の一例を概略的に示すブロック図であり、電子ビームを使用した電子ビーム露光装置を示している。
図１に示されるように、露光対象物（試料）としての半導体ウエハ１０は、移動ステージ１２上に載置され、該移動ステージ１２は、ステージ制御回路１４により移動制御される。ここで、移動ステージ１２の位置はレーザ干渉測長器１６で検出され、ステージ制御回路１４へフィードバックされてステージ１２の移動制御が行われる。また、半導体ウエハ１０上にはレジスト膜が被着されており、電子銃（図示せず）で発生され、ブランキングアパーチャー（ＢＡＡ）３０で多数のビームで構成されるビーム束にされた後、アパーチャー板１８の円形開孔を通った電子ビームＥＢ２をレジスト膜に対して照射することにより、電子ビーム露光が行われるようになっている。
【０００７】
半導体ウエハ１０上における電子ビームＥＢ２の走査は、移動ステージ１２と、該移動ステージ１２の上方に配置された電磁型主偏向器（メインディフレクタ：Main Deflector) ２０および静電型副偏向器（サブディフレクタ：Sub Deflector)２２とにより行われる。なお、必要な精度で走査可能な範囲の大きい順は、移動ステージ１２、主偏向器２０、および、副偏向器２２であるが、走査速度の速い順はこの逆になる。
【０００８】
主制御回路２４は、ステージ制御回路１４へ目標位置を供給し、増幅回路２６へ周期的な鋸波信号を供給し、レーザ干渉測長器１６からステージ検出位置Ｙを受け取り、増幅回路２８へ副偏向距離に比例した信号を供給する。増幅回路２６および２８によりそれぞれ電流増幅および電圧増幅された駆動信号は、主偏向器２０および副偏向器２２へ供給される。
【０００９】
電子ビームの発生及び露光は真空中で行われるため、電子銃、ＢＡＡ３０、アパーチャー板１８、メインディフレクタ２０、サブディフレクタ２２、及び移動ステージ１２などは、コラムと呼ばれる内部を真空にした光学鏡筒内に設けられている。
図２と図３は、ＢＡＡ露光方式の原理を説明するための図である。この図を参照しながら、ＢＡＡ露光方式について簡単に説明する。
【００１０】
電子銃１から放射された荷電粒子（電子）ビームは、ブランキングアパーチャーアレイ３０の開孔群を通過して電磁型主偏向器２０及び静電型副偏向器（図示せず）により試料１０の上を矢印Ｆの方向に走査されるものとする。Ｑ１〜Ｑ３は、試料１０の上を移動する電子ビーム束を示す。
一方、ブランキングアパーチャーアレイ３０においては、複数個の開孔３３が２次元的に配列されており、電子ビームはブランキングアパーチャーアレイ３０を通過することにより複数のビームに分割される。各開孔３３の両側に設けられた電極間に電圧を印加するかしないかにより、各開孔を通過する電子ビームをオン／オフ制御できるようになっている。具体的には、電極間に電圧を印加した場合には開孔を通過した電子ビームは偏向されて電子ビームの軌道が変化するが、電極間に電圧を印加しない場合には開孔を通過した電子ビームはそのままの進む。ここで、偏向されて軌道が変化した電子ビームを絞りで遮蔽するようにすれば、電極間に電圧を印加しなかった開孔を通過した電子ビーム束が得られることになる。このようにして、各開孔毎に通過する電子ビームをオン／オフ制御できる。
【００１１】
いま、図２の（２）に示すようなパターンを、図３に示すような縦が３列（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）、横が３行（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の９個のブランキングアパーチャーアレイ３０を用いて露光する場合を考える。図３の（１）に示すように、まずブランキングアパーチャーアレイ３０の左端の行Ｌ１の真ん中の列Ｒ２の開孔のみをオン状態とし、他の開孔はすべてオフ状態に設定する。一方、偏向手段２０と２２は、この状態では、電子ビームを試料１０上のＱ１の位置に偏向照射する。従って、電子ビームは試料１０の位置Ｐ１にのみ照射されることになる。
【００１２】
次に、図３の（２）に示すように、露光パターンが１行分右方向に移動し、ブランキングアパーチャーアレイ３０における真ん中の行Ｌ２の真ん中の列Ｒ２の開孔がオン状態になり、行Ｌ１の列Ｒ１とＲ３の開孔がオン状態になり、他の開孔はオフ状態になる。一方、偏向手段２０と２２は、この状態では、電子ビームを試料１０上のＱ２の位置に偏向照射する。そのため、開孔（Ｌ２、Ｒ２）を通過した電子ビームは図３の（１）の状態で露光された試料１０の位置Ｐ１に再び照射される。更に、開孔（Ｌ１、Ｒ１）と（Ｌ１、Ｒ３）を通過した２本の電子ビームは、新たに試料１０上の位置Ｐ２とＰ３に照射されることになる。
【００１３】
更に、次には図３の（３）に示すように、露光パターンが更に１行分右方向に移動し、ブランキングアパーチャーアレイ３０における右端の行Ｌ３の真ん中の列Ｒ２にある開孔がオン状態になり、真ん中の行Ｌ２の列Ｒ１とＲ３の開孔がオン状態になり、左端の行Ｌ３の列Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の開孔がオン状態になり、他の開孔はオフ状態になる。一方、偏向手段２０と２２は、この状態では、電子ビームを試料１０上のＱ３の位置に偏向照射する。そのため、開孔（Ｌ３、Ｒ２）を通過した電子ビームは図３の（１）と（２）の状態で露光された試料１０の位置Ｐ１に再び照射される。更に、開孔（Ｌ２、Ｒ１）と（Ｌ２、Ｒ３）を通過した２本の電子ビームは、再び試料１０上の位置Ｐ２とＰ３に照射され、開孔（Ｌ１、Ｒ１）、（Ｌ１、Ｒ２）、（Ｌ１、Ｒ３）を通過した３本の電子ビームは、新たに試料１０上の位置Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６に照射されることになる。
【００１４】
このように、ＢＡＡ露光方式では、ブランキングアパーチャーアレイ３０における露光パターンと偏向位置を同期させて移動させることにより、試料上の１つの点について異なる開孔により複数回露光を行う。ＢＡＡ露光方式では、一筆書きの場合に比べて列数分描画速度を速くすることができる。１列のブランキングアパーチャーアレイでも同様に、列数分描画速度を速くすることができるが、一筆書きを行う１本や１列のブランキングアパーチャーアレイの場合、全開孔がオフ状態からオン状態に変化するといったことが起きるが、そのような変化が起きると電子ビームのフォーカス位置がずれるディフォーカス現象が生じる。このような現象が生じると露光パターンの品質が低下するので、フォーカス位置を補正する必要があり、図１には図示していないが、リフォーカスコイルを設けて焦点位置を調整できるようにしているが、変化が急激であるため補正の遅れが避けられず、それが走査速度を制限して描画速度の向上を妨げていた。
【００１５】
これに対してＢＡＡ露光方式では、オフ状態からオン状態に変化する開孔の全開孔数に占める割合がおおよそ行数分の１に低減されるため、フォーカス位置の補正量の変化が小さくなり、走査速度を向上させることができる。
ＢＡＡ露光方式で１開孔によって露光される領域は０．１２８μｍ□である。例えば、３μｍ□の可変矩形方式と比較した場合、全面塗り潰しのパターンでは、約５５０本以上のビームで構成されるＢＡＡ露光方式でないとスループットが低くなってしまう。そのため、実用的な高速の描画速度を実現するには、開孔の個数は最低でも５５０個以上、望ましくは１０００個以上であることが必要である。
【００１６】
図４は、５１２個の開孔を有するブランキングアパーチャーアレイの例を示す図であり、走査に垂直な６４列、走査方向に８行配列した例である。図において、３０Ａ１、３０Ａ２、…、３０Ｄ２がそれぞれ１行分の開孔群を示す。開孔の１辺の長さだけずれて千鳥格子状に配置されている開孔は、Ｘ方向にずれているとみなし、ここではずれた２行分を１行とみなす。開孔３３は、薄い基板３１に形成され、各開孔３３に対して、それぞれ基板３１上に一対の共通電極３４とブランキング電極３５とが形成され、各開孔３３を通過した電子ビームを偏向制御するようになっている。開孔３３のＸ方向のピッチｐは、電極および配線の領域を確保するため、例えば開孔３３の一辺の長さａの３倍となっている。また、２行を１群とする開孔の群３０Ａと３０Ｃは３０Ｂと３０Ｄに対してＹ方向に開孔の１辺の半分だけずれており、更に群３０Ｂと３０Ｃの間のＸ方向のピッチは開孔３３の一辺の長さａの３．５倍となっている。これにより４群のビームは互いに半分ずつ重なって露光されることになるので、ドットサイズより小さい値でパターンエッジの部分の寸法調整や高精度な近接効果補正が行えることになる。これに関する詳しい説明は省略する。
【００１７】
前述のように、必要な精度で走査可能な範囲の大きい順は、移動ステージ１２、主偏向器２０、および、副偏向器２２であるが、走査速度の速い順はこの逆になる。このような性質を利用して効率よく走査を行うため、図５に示すような走査が行われる。
図５は図１の荷電粒子ビーム露光装置におけるビーム走査を説明するための図である。
【００１８】
すなわち、図１及び図５に示されるように、主偏向器２０により電子ビームＥＢ２が主走査方向Ｄ１へ連続的に偏向され、これと並行して、移動ステージ１２が主走査方向Ｄ１と直角な副走査方向Ｄ２へ連続的に移動される。さらに、露光領域Ａ０を１主走査させた領域であるバンドＡ２が半導体ウエハ１０上で方向Ｄ１になるように、電子ビームＥＢ２が副偏向器２２により、移動ステージ１２の移動に追従して方向Ｄ２へ連続的に偏向される。例えば、１バンドのサイズは、長さ２mm、幅１０μｍであり、１バンド走査時間は１００μｓである。この場合、移動ステージ１２のＹ方向移動速度は１０μｍ／１００μｓ＝１００mm／ｓである。
【００１９】
図５において、半導体ウエハ１０上のチップ領域Ｃ１〜Ｃ１１には、互いに同一パターンが露光される。斜線で示す、１チップ内のフレームＡ４が矢印方向へ順に露光されるように、移動ステージ１２が移動制御されて、フレームＡ４の露光ドットデータが繰り返し利用される。図１の主制御回路２４は、露光パターンの移動に応じて各ブランキングアパーチャーの電極に電圧を印加するかしないかのオン／オフ信号を発生し、ＢＡＡ制御回路４０のドライバを介して各電極に電圧信号を印加する。
【００２０】
前述のように、各開孔３３に対して一対の共通電極３４とブランキング電極３５とが形成され、例えば共通電極３４はすべてグランドなどのＤＣレベルの電源線に接続され、各ブランキング電極３５に開孔を通過する電子ビームをオン／オフする信号が印加される。
図６は、ＢＡＡにおける配線の例を示す図であり、ＢＡＡの表面から見た図である。図示のように、各ブランキング電極３５への配線を裏面に、共通電極３４への配線を表面に設けている。図４のＢＡＡの配列において、３０Ｂと３０Ｃの群の間の中央部分にＤＣレベルの電源線５１を設け、電源線５１から各共通電極３４への配線５２を設けている。また、各ブランキング電極３５への配線は、３０Ａと３０Ｂの群に対しては一方の周辺側から、３０Ｃと３０Ｄの群に対しては他方の周辺側から、中心部に向かうように設けている。
【００２１】
ＢＡＡは半導体プロセスにより薄い基板（メンブレン）に形成されたチップである。図７に示すように、基板には電極パッド５４が設けられ、各ブランキング電極３５及びＤＣレベルの電源線５１への配線が各電極パッドに接続される。裏面の配線はスルーホールなどにより表面の電極パッドに接続される。前述のように、開孔３３は５００個以上もあり、電極パッドもその個数分にＤＣレベルの電源線５１に接続される電極パッドの個数を加えた個数必要である。
【００２２】
図８は、ＢＡＡ基板の電極パッド５４に電源及び各開孔の駆動信号を供給する伝送路の例を示す斜視図である。ＢＡＡ基板は電子ビーム露光装置のコラム３に固定されて保持され、電子銃１からの電子ビームが整形レンズ２で整形されてＢＡＡ基板のブランキングアパーチャーアレイ（ＢＡＡ）の部分に入射するように配置されている。参照番号６１で示した基板は、ＢＡＡ基板の電極パッドに接触するプローブ６４が設けられたプローブカードであり、中央に電子ビームの径より十分大きな穴が設けられており、穴の周囲にプローブ６４が設けられている。プローブカード６１の周辺部には４個のコネクタ６７Ａ〜６７Ｄが設けられており、コネクタのピンとプローブ６４を結ぶ配線が設けられている。前述のように、コラム３の内部は真空にされるので、プローブカード６１がコラム３の壁で区切られる部分には、内部を真空に保持するためのパッキンなどの手段６６が設けられている。
【００２３】
４枚の基板６２Ａ〜６２ＤにはＢＡＡ制御回路４０が分割して設けられており、基板６３に設けられた主制御回路２４から供給される信号に従って、ＢＡＡ３０のブランキング電極にそれぞれ印加される電圧信号を生成する。コネクタ６７Ａ〜６７Ｄと基板６２Ａ〜６２Ｄはケーブル６５で接続されており、ＢＡＡ制御回路４０で発生された電圧信号は、ケーブル６５、コネクタ６７Ａ〜６７Ｄ、プローブカード６１の配線、プローブ６４、及びＢＡＡ３０の配線で構成される信号伝送路を介して、ＢＡＡ３０の各ブランキング電極３５に印加される。
【００２４】
図９は、ＢＡＡ制御回路４０を搭載した基板６２（６２ａ〜６２ｄをまとめたものとして示してある。）からＢＡＡ基板３０に至る信号伝送路の概要を分かりやすく示した図である。図９の（１）に示すように、ＢＡＡ基板３０とプローブカード６１の間はプローブ６４で接続され、プローブカード６１と基板６２の間は、プローブカード６１のコネクタ６７と基板６２のコネクタをケーブル６５で接続している。従って、信号伝送路のうち、基板６２からプローブカード６１の途中までがコラム３の外部に位置し、そこからＢＡＡ３０までがコラム３の内部に位置することになる。各伝送路は、簡略化すると、図９の（２）に示すように、基板６２に設けたドライバ素子７０から、出力用の抵抗７１、信号路７２を経てＢＡＡ３０のブランキング電極３５に至る。信号路７２を構成するケーブル６５は、同軸ケーブルなどが使用され、更に、プローブカード６１と基板６２における信号配線は所定のインピーダンスになるように作られており、信号伝送路は、ドライバ素子７０の出力インピーダンス、具体的には抵抗７１の抵抗値（例えば５０Ω）と一致したインピーダンスを有するように作られている。
【００２５】
主制御回路２４からＢＡＡ制御回路４０に送られる信号はシリアル信号であり、ＢＡＡ制御回路４０に設けられたシフトレジスタなどでパラレル信号に変換されるため、基板６３と６２Ａ〜６２Ｄの間の信号線の本数は比較的少なくてよいが、ＢＡＡ制御回路４０からはＢＡＡ３０の各ブランキング電極３５に印加される信号が並行に出力されるため、基板６２Ａ〜６２ＤからＢＡＡに至る信号伝送路は少なくとも開孔の個数分必要であり、５００以上といった非常に多数の信号伝送路を設ける必要がある。
【００２６】
ＢＡＡ制御回路４０からＢＡＡに至る信号伝送路を上記のように長くして、コラム３から離れた位置に配置する理由は、ＢＡＡ制御回路４０がドライバ回路であり、かなりの電力を消費するため、冷却手段などを設ける必要がある上、大きな電力を消費するため電磁波を発生するので、電子ビーム露光装置のコラム３の近傍に配置すると露光装置に雑音による悪影響を及ぼすためである。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ＢＡＡ露光装置において、描画速度を高速化するためには、ＢＡＡ３０において各ビームをオン・オフ制御するＢＡＡ駆動速度を高速化する必要があるが、そのためにはＢＡＡ制御回路４０からＢＡＡ３０の各ブランキング電極に至る信号伝送路の伝送速度を高速化する必要がある。ＢＡＡ制御回路４０からＢＡＡ３０の各ブランキング電極に至る信号伝送路では、終端はオープンになっており、ほとんど電流は流れない。そのため、ＢＡＡ制御回路４０の出力する電圧信号をブランキング電極へ印加する信号伝送路ではインピーダンスを考慮せずに電圧信号の伝送を行っている。更に、上記のように、ＢＡＡ制御回路４０からブランキング電極に至る信号伝送路はかなり長いため、従来の伝送路では信号を高速に伝送するのが難しく、ＢＡＡ駆動速度が信号伝送路の伝送速度により制限されており、ＢＡＡ駆動速度を高速化するにはＢＡＡ制御回路４０からブランキング電極に至る信号伝送路の伝送速度の向上が必要であった。
【００２８】
本発明は、ＢＡＡ制御回路４０からブランキング電極に至る信号伝送路の伝送速度を向上させ、ＢＡＡ駆動速度を高速化することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の荷電粒子ビーム露光装置は、ブランキングアパーチャーアレイ（ＢＡＡ）制御回路のドライバからＢＡＡの電極に至る信号伝送路のインピーダンスを整合させることにより、信号伝送路の伝送速度を向上させる。信号伝送路のインピーダンスを整合させるには、信号伝送路の伝送インピーダンスをＢＡＡ制御回路のドライバの出力インピーダンスに一致させた上で、更に信号伝送路を伝送インピーダンスに一致したインピーダンスで終端する。このような終端を行うために、コラム内部の信号伝送路をコラム外部に導く補助伝送路を設け、更に伝送インピーダンスと同じインピーダンスを有する抵抗で終端する。
【００３０】
すなわち、本発明の荷電粒子ビーム露光装置は、荷電粒子ビームを使用して試料に所定の露光パターンを形成する荷電粒子ビーム露光装置であって、内部が真空に保持されたコラムと、コラム内に設けられた荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生手段と、コラム内の、荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームの光路中に配設され、荷電粒子ビームを整形する開孔及び開孔の周囲に設けられた電極の組を２次元的に配列し、各電極に電圧信号を印加するかしないかにより荷電粒子ビームを整形するブランキングアパーチャーアレイと、コラムの外部に設けられ、露光パターンに従って各開孔の電極に印加する電圧信号を出力するブランキングアパーチャーアレイ制御回路と、ブランキングアパーチャーアレイ制御回路から出力される電圧信号を各開孔の電極に印加するための複数のチャンネルで構成され、前記コラムの外部から前記コラムの内部まで延びるブランキングアパーチャー信号伝送路とを備える荷電粒子ビーム露光装置において、ブランキングアパーチャーアレイ制御回路の出力インピーダンスと、ブランキングアパーチャー信号伝送路の伝送インピーダンスはほぼ一致しており、各開孔の前記電極からコラムの外部にまで延びる複数のチャンネルで構成され、伝送インピーダンスとほぼ一致した伝送インピーダンスを有し、伝送インピーダンスとほぼ一致したインピーダンスで終端された補助伝送路を備えることを特徴とする。
【００３１】
具体的には、補助伝送路の終端に伝送インピーダンスとほぼ一致したインピーダンスの抵抗体を設ける。
信号を伝送する場合、インピーダンスを不整合であると、不整合である部分で信号の反射が発生して信号を劣化させるため、伝送速度を高くできないことが知られている。従って、伝送速度を高くするには、信号伝送路のインピーダンスを整合させることが必要である。図９の（２）に示すように、従来の装置においては、信号伝送路はＢＡＡ制御回路４０のドライバの出力インピーダンスと一致した伝送インピーダンスを有するが、ＢＡＡ３０のブランキング電極はオープンであり、同じインピーダンスで終端されていない。この理由は、同じインピーダンスで終端するには同じインピーダンスの抵抗体などを設ける必要があるが、ＢＡＡ３０のブランキング電極の近傍にこのような抵抗体を設けるスペースを確保するのが難しかったのと、そのような抵抗体を設けると、抵抗の発熱及びその発熱量の変化により荷電粒子ビーム露光装置の光学系や偏向手段に悪影響を及ぼして露光精度を低下させるためである。そのため、従来の装置においては、信号伝送路のインピーダンスが整合しておらず、ブランキング電極の部分で信号の反射を生じるために伝送速度が制限されていた。
【００３２】
これに対して、本発明の装置では、コラム内部の信号伝送路をコラム外部に導く補助伝送路を設けた上で、伝送インピーダンスと同じインピーダンスを有する抵抗で終端しており、終端抵抗による発熱がコラム内部に影響しないようにしてインピーダンスを整合させている。従って、信号伝送路の伝送速度を高くすることが可能であり、ＢＡＡ駆動速度を向上させて描画速度を高速化できる。
【００３３】
コラムがグランドなどのＤＣ電位の電源線に接続されていれば、補助伝送路の終端先をコラムとしてもよい。
抵抗体における発熱量はかなり大きく、抵抗体の個数は信号伝送路の本数分必要であるから全体としては大きな発熱量になり、しかも発熱量がＢＡＡのビームをオンにするパターンによって変化する。局部的な小さな温度変化でも荷電粒子ビーム露光装置の描画精度に影響するため、たとえ終端用の抵抗体をコラムの外部に配置しても抵抗体の発熱量が変化して温度が変化すると装置に悪影響を及ぼす。影響するのは発熱量の変化による温度変化であり、発熱量が一定で平衡状態にあればその状態で最適な描画が行えるように調整するため、コラムの外部に設けた抵抗体であれば発熱量自体はあまり問題ではない。そこで、ブランキングアパーチャーアレイ制御回路の出力と相反する信号を出力するダミードライバと、抵抗体の近傍に配置されたダミー抵抗体と、ダミードライバのから出力される電圧信号をダミー抵抗体に印加するための複数のチャンネルで構成されたダミー伝送路とを設け、抵抗体とダミー抵抗体を熱結合すれば、抵抗体とダミー抵抗体の発熱量の変化が相殺されるため発熱量は一定になるので、装置の描画精度を良好に維持できる。このような観点から、ダミードライバはブランキングアパーチャーアレイ制御回路とほぼ一致した出力インピーダンスを有し、ダミー伝送路は伝送インピーダンスととほぼ一致した伝送インピーダンスを有し、ダミー抵抗体は抵抗体のインピーダンスとほぼ一致したインピーダンスを有することが望ましい。
【００３４】
抵抗体は、コラムから離れた、抵抗体における発熱がコラム内に熱的に影響しない位置に配置されていることが望ましい。
また、上記のように抵抗体の発熱量はかなり大きいので、抵抗体を冷却する冷却手段を設けることが望ましい。また、ＢＡＡ制御回路もドライバおよび出力抵抗を有しており、冷却手段でＢＡＡ制御回路も同様に冷却することが望ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
前述のように、従来のＢＡＡ露光装置については、特開平５−１６６７０７号公報などに詳しい構成が開示されており、本発明のＢＡＡ露光装置は、従来のＢＡＡ露光装置に対してＢＡＡの電極に電圧信号を印加する信号伝送路の部分が異なる。従って、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
【００３６】
図１０は、本発明の第１実施例のＢＡＡ露光装置における、ＢＡＡ３０のブランキング電極３５へ電圧信号を印加するための信号伝送路の概略図であり、図９の（２）に対応する図である。図１０と図９の（２）を比較して明らかなように、本実施例では、従来例と同様に、基板６２に設けられたＢＡＡ制御回路４０のドライバ７０の出力する電圧信号は、出力抵抗７１と所定のインピーダンスを有する信号伝送路７２を介して、ＢＡＡ３０のブランキング電極３５に印加される。出力抵抗７１は５０Ωの抵抗であり、プローブカード６１と基板６２の間を接続するケーブルは５０Ωのインピーダンスを有し、基板６２及びプローブカード６１に設けられた信号伝送路も５０Ωのインピーダンスを有する。本実施例では、更に、信号伝送路を、プローブカード６１のプローブ６４の近傍で分岐させ、コラム３の外部に延びる５０Ωのインピーダンスを有する補助伝送路８２を介して、基板８１に設けた５０Ωの補助抵抗８３に接続する。補助抵抗８３の他端はグランドに接続されている。コラム３は、他の部分の駆動回路などのグランドとして利用されており、補助抵抗８３の他端はコラム３に接続してもよい。すなわち、ドライバ７０から、出力抵抗７１、信号伝送路７２、８２、及び補助抵抗８３を経て、グランドに接続される信号経路は、５０Ωのインピーダンスに整合されており、途中で信号の反射などは発生しないため、信号を高速で伝送できる。
【００３７】
図１１は、プローブカード６１における信号伝送路の様子を示す図であり、ＢＡＡ制御回路４０を搭載した基板６２に接続されるケーブル６５は、コネクタ６７でプローブカード６１上の信号伝送路６９に接続され、更にプローブ６４に接続される。プローブ６４は、ＢＡＡ３０のチップの電極パッド５４に接触し、電極パッド５４は各開孔のブランキング電極３５に接続されている。信号伝送路６９は、プローブ６４の近傍で、プローブカード６１に設けた別の信号伝送路８４に分岐される。信号伝送路８４はコネクタ６８でケーブル８５に接続され、ケーブル８５は補助抵抗８３が設けられた基板８１に接続される。
【００３８】
図１２は、本実施例におけるＢＡＡ基板の電極パッド５４に各開孔の駆動信号を供給する伝送路の例を示す斜視図であり、図８に示した従来例に対応する図である。但し、主制御回路２４が設けられた基板６３は省略してある。図８と図１０を比較して明らかなように、本実施例のＢＡＡ露光装置においては、プローブカード６１の周辺部に、従来から設けられているコネクタ６７Ａ〜６７Ｄに加えて、補助伝送路のためのコネクタ６８Ａ〜６８Ｄが設けられており、補助抵抗８３を４つのブロックに分割して搭載する基板８１Ａ〜８１Ｄが設けられており、コネクタ６８Ａ〜６８Ｄと基板８１Ａ〜８１Ｄのコネクタが同軸ケーブル８５で接続されている。
【００３９】
また、図示のように、ヒートポンプ８６により冷却板８５の熱が放熱板８７に移送されるようになっている。冷却板８５は、基板６２Ｂと８１Ｂの抵抗やドライバ素子などの発熱素子の部分に接触するように設けられており、これらの素子の温度を一定に保持するように働く。図１２では省略してあるが、冷却板、ヒートポンプ、放熱板の組が、他の基板６２Ａと８１Ａ、６２Ｃと８１Ｃ、６２Ｄと８１Ｄの組にも設けられている。
例えば、ドライバ７０の出力電圧が９Ｖであり、途中の信号伝送路の抵抗が無視できるとすると、５０Ωの抵抗が２個接続されているので、９０ｍＡの電流が流れることになる。従って、ドライバ７０が連続して９Ｖを出力すると、出力抵抗７１と補助抵抗８３における発熱はそれぞれ０．４Ｗである。信号伝送路が５００本あるとする、全体では４００Ｗの発熱があり、基板８１Ａ〜８１Ｄではそれぞれ５０Ｗの発熱がある。基板６２Ａ〜６２Ｄにおける発熱は、ドライバ７０などの分が加算されるので更に大きい。このような大きな発熱源をＢＡＡ露光装置の近傍に配置すると、コラム３の内部に設けられた電磁レンズや偏向器（メインディフレクタ、サブディフレクタ）に温度変化を生じ、特性が微妙に変化して描画精度を低下させる。そのため、基板６２Ａ〜６２Ｄ及び８１Ａ〜８１Ｄを冷却して、一定の温度に保持することが望ましい。
【００４０】
以上説明したように、本実施例のＢＡＡ露光装置では、ＢＡＡ制御回路４０のドライバ７０からＢＡＡ３０のブランキング電極３５に至る信号伝送路のインピーダンスが整合されているため、信号の反射を発生せず、ＢＡＡのブランキング電極への信号においても反射波を消滅させることが可能である。従って、ドライバ７０をより高速で動作させてもＢＡＡ３０のブランキング電極３５へは正確に電圧信号が印加されるため、ＢＡＡ３０の偏向による各電子ビームのオン・オフ制御が高速に行え、より高速の描画が可能になる。なお、第１実施例では、信号伝送路の途中のプローブ６４の近傍で分岐しているが、理想的には第２実施例で説明するように分岐はブランキング電極で行うことが望ましい。しかし、第１実施例のように、分岐部分がブランキング電極までの伝送路の近傍であれば、実質上分岐部分からＢＡＡのブランキング電極への信号経路においても反射波が消滅するように設定できる。
【００４１】
上記のように、抵抗体における発熱量はかなり大きく、抵抗体の個数は信号伝送路の本数分必要であるから、基板６２（実際には６２Ａ〜６２Ｄ）及び８１（実際には８１Ａ〜８１Ｄ）における発熱量は大きい。抵抗体における発熱は、対応する開孔を通過する電子ビームをオフするためにドライバ７０が高い電圧を出力する時に行われる。従って、発熱量はオフにする電子ビームの個数に応じて変化する。前述のように、ＢＡＡ露光装置は温度変化の影響を受け易く、コラム３の周囲の温度変化がたとえ０．５°Ｃ程度であっても描画精度に影響する。そのため、基板８１Ａ〜８１Ｄは、コラム３から離れた位置に配置するが、あまり離すと伝送速度が低下するので、あまり遠くに配置することはできない。そのため、抵抗体などの発熱による影響が問題となる。そこで、第１実施例では、図１２に示した冷却板、ヒートポンプ、放熱板などで構成される冷却手段を利用して基板の温度を一定に保持した。
【００４２】
基板における発熱量が一定であれば、冷却手段をフィードバック制御することにより、温度を一定に維持することが比較的容易に行えるが、発熱量が変動すると温度制御に時間遅れがあるため、長い時間で平均すれば比較的一定に温度が保持できるが、短い時間内では温度が変動する。ＢＡＡ露光装置ではこの短時間の温度変化が問題となる。第２実施例では、更にこの問題を解決する。
【００４３】
図１３は、本発明の第２実施例のＢＡＡ露光装置におけるＢＡＡ３０のブランキング電極３５へ電圧信号を印加するための信号伝送路の概略図であり、図９の（２）及び図１０に対応する図である。図１０比較して明らかなように、本実施例では、第１実施例の構成に加えて、基板７０にドライバ７０の出力と相反する信号を出力するダミードライバ９２とダミー出力抵抗体９３を設け、基板８１にダミー抵抗体９５を設け、ダミー出力抵抗体９３を介して出力されるダミードライバ９２の出力信号をダミー抵抗体９５に印加するダミー伝送路９４を設ける。ダミー抵抗体９５は、抵抗体８３と同じもので、同じ５０Ωのインピーダンスを有し、他方がグランドに接続されており、熱伝導体で作られた１個のケース内に抵抗体８３と一緒に収容されている。従って、ダミー抵抗体９５は抵抗体８３と熱結合している。ダミードライバ９２は、反転した信号を出力する以外はドライバ７０と同じ特性を有し、ダミー出力抵抗体９３も出力抵抗体７１と同じものであり、５０Ωのインピーダンスを有する。更に、ダミー伝送路９４は信号伝送路７２と同じように、５０Ωの伝送インピーダンスを有する。
【００４４】
更に、出力抵抗７１とダミー出力抵抗９３も熱結合されている。
また、補助伝送路８２は、ＢＡＡ３０のブランキング電極３５から始まり、ＢＡＡ３０に新たに設けられた配線と電極パッド及びプローブカードに設けられた信号伝送路を介してコラム３の外部に導かれ、更に同軸ケーブル８５を介して基板８１に接続される。
【００４５】
第２実施例の装置では、出力抵抗７１とダミー出力抵抗９３が熱結合されており、ダミー抵抗体９５と抵抗体８３も熱結合している。上記のように、ドライバ７０とダミードライバ９２は、相反する信号を出力するので、出力抵抗７１とダミー出力抵抗９３の一方及びダミー抵抗体９５と抵抗体８３の一方が発熱している時には、他方は発熱しない。従って、出力抵抗７１とダミー出力抵抗９３を合わせた発熱量は一定であり、ダミー抵抗体９５と抵抗体８３を合わせた発熱量は一定であり、全体としては発熱量は一定である。従って、冷却板、ヒートポンプ、放熱板などで構成される冷却手段をフィードバック制御することにより、温度を正確に一定に維持することが可能になり、描画精度の低下を生じない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ブランキングアパーチャーアレイ（ＢＡＡ）を有する荷電粒子（電子）ビーム露光装置において、ＢＡＡのブランキング電極に電圧信号を印加する信号伝送路の伝送速度が向上するため、ＢＡＡの駆動速度を高めて描画速度を向上させることが可能になり、装置のスループットが向上する。
【００４７】
また、ＢＡＡのブランキング電極に電圧信号を印加するための系における熱的安定性が向上するので、安定した高精度の描画が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る荷電粒子ビーム露光装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】ブランキングアパーチャーアレイ（ＢＡＡ）方式荷電粒子ビーム露光装置の露光原理を説明する図である。（その１）
【図３】ブランキングアパーチャーアレイ（ＢＡＡ）方式荷電粒子ビーム露光装置の露光原理を説明する図である。（その２）
【図４】ブランキングアパーチャーアレイの例を示す図である。
【図５】図１の荷電粒子ビーム露光装置におけるビーム走査を説明する図である。
【図６】ブランキングアパーチャーアレイ基板における配線の例を示す図である。
【図７】ブランキングアパーチャーアレイ基板における配線の例を示す図である。
【図８】ＢＡＡ制御回路からＢＡＡのブランキング電極に至る信号伝送路を示す斜視図である。
【図９】ＢＡＡ制御回路からＢＡＡのブランキング電極に至る信号伝送路の概略構成を示す図である。
【図１０】第１実施例におけるＢＡＡ制御回路からＢＡＡのブランキング電極に至る信号伝送路の概略構成を示す図である。
【図１１】第１実施例のプローブカードにおける信号伝送路の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例の電子ビーム露光装置の全体構成を示す図である。
【図１３】第２実施例におけるＢＡＡ制御回路からＢＡＡのブランキング電極に至る信号伝送路の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…半導体ウエハ
１２…移動ステージ
３０…ブランキングアパーチャーアレイ（ＢＡＡ）
３３…開孔
３４…共通電極
３５…ブランキング電極
４０…ＢＡＡ制御回路
６１…プローブカード
６２Ａ〜６２Ｄ…基板（ＢＡＡ制御回路）
６４…プローブ
６５…同軸ケーブル
７０…ドライバ
７１…出力抵抗
７２…信号伝送路
８１…基板（補助抵抗）
８２…補助伝送路
８３…補助抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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