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JP3703774B2 - Charged beam exposure apparatus, exposure method using charged beam, and semiconductor device manufacturing method using this exposure method - Google Patents
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Charged beam exposure apparatus, exposure method using charged beam, and semiconductor device manufacturing method using this exposure method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電ビーム露光装置、荷電ビームを用いた露光方法およびこの露光方法を用いた半導体装置の製造方法に関し、特に低加速の荷電ビームを用いたアパーチャ方式の露光を対象とする。
【0002】
【従来の技術】
荷電ビーム露光装置は、光波長より短い電子(イオン)の波長レベルの分解能での描画が可能であるため、高い解像度のパターンを形成できる機能を有している。この一方、光露光によるマスク描画方式とは異なり、完成パターンを小さな分割パターンビームで直接描画するため、荷電ビームによる露光方式には、描画に長時間を要するという問題がある。しかし、高精度の細線パターンを形成できるという特徴に注目され、荷電ビーム露光技術は、光露光方式のリソグラフィー技術の次の技術、またはASIC等の多品種少量生産の半導体製造に有力なツールとして発展している。
【0003】
荷電ビームでパターンを直接描画する方法は、主として2つの方式が用いられている。即ち、小さな丸ビームをON/OFF制御しながらウエーハ全面をスキャンしてパターン描画する方法と、ステンシルアパーチャを通過した荷電ビームをパターン描画するVSB描画方式である。VSB描画を発展させた荷電ビーム線描画技術として、繰り返しパターンが一つのブロックとして形成されたステンシルを準備し、このステンシル内のパターンを選択して描画することにより高速描画を可能にする一括描画方式の技術も開発されている。
【0004】
まず、従来の荷電ビーム描画装置として、VSB描画方式の電子線描画装置の代表例を図9に示す(H.Sunaoshi et al;Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34(1995),pp.6679−6683,Part1,No.128.December1995)。なお、以下の各図において同一の部分には同一の参照番号を付してその説明を適宜省略する。
【0005】
図9に示す電子線描画装置120において、電子銃11から放出され加速された電子ビーム7は、照明レンズ15により均一な電子ビームに整えられ、第一形成アパーチャ85を通過することで矩形に成形され、投影レンズ87により、菱形と矩形からなる第二成形アパーチャ89に投影される。この時、ビームパターンの形状とその面積がCADデータに従って照射されるように、第二成形アパーチャ89に対するビーム照射位置を成形偏向器21で制御する。第二成形アパーチャ89を通過した電子ビーム7は、縮小レンズ64および対物レンズ66で縮小投影されるが、ウエーハ14の描画位置に対するビーム位置は主偏向器95と副偏向器93で制御される。この場合、ウエーハ14に対して主偏向器95は、描画照射領域のストライプ(以下、メインフィールドという)内を図示しないXYステージの位置を参照しながら制御し、副偏向器93は、ストライプ内を細かく分割した描画範囲(以下、サブフィールドという)に対してその位置制御を行う。対物レンズ66の下部には、電子ビーム7がウエーハ14上に照射されたときに発生する二次電子や反射電子、後方散乱電子など(以下、二次電子等という)を検出する電子検出器33が配設され、この電子検出器33により取得された検出信号を処理することにより、図示しない各種制御部がSEM像を検出し、これに基づくビーム軌道調整等の各種制御を実行している。
【0006】
図9に示す電子ビーム描画装置120が備える電子光学系は、電磁レンズや静電偏向器で構成されるため、これらのレンズ、偏向器の総合的な光学特性、機械的な組み立て精度、コンタミネーション等の影響を十分に考慮した設計が要求される。また、ビーム解像度を向上させるため、高加速に加速した電子ビーム7をウエーハ14上のレジストへ打ち込む方式が採用されている。このため、照射された電子ビーム7がウエーハ14のレジストの下面に成膜された各種多層薄膜で反射して再びレジスト上方に向かう現象である近接効果が発生する。この近接効果は、描画パターンにボケや解像度劣化を引き起こす。従って、電子ビーム描画装置の設計においては、この近接効果を補正するための制御が必須となり、電子光学系の他、制御部においても大掛かりなシステムが必要になる。このため、システム全体が複雑化し、また、これによる他のトラブルを却って誘発することにより結果的に精度が低下するという問題があった。さらに、高加速の電子ビームを用いているため、ウエーハ表面へのダメージも懸念された。
【0007】
高加速電圧荷電ビームのVSB方式において上述した問題点を克服するために、低加速電圧の荷電ビームを用いたアパーチャ方式の荷電ビーム描画方式が提案されている(特開2000−173529、J.Vac.Sci.Technol.B14(6),1996,3802)。特開2000−173529にて提案された電子線描画方式を図10に示す。同図に示す電子ビーム装置110において、電子銃11から放出され加速された電子ビーム67は、矩形または円形の開口を有する第1アパーチャ13に照射される。第1アパーチャ13を通過した電子ビーム67は、一括露光セルパターンが複数個配列されたセルアパーチャ19に向かう。電子ビーム67のビーム径は、拡大ビーム機能を有する照明レンズ15a,15bにより、任意の一個のセルパターンに対して十分大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさに調整される。照明レンズ15a,15bは、2個の静電レンズ(アインツェルレンズ)で構成され、中央の電極へ負の電圧を印加して使用される。第2照明レンズ15bを通過した電子ビーム67は、セルアパーチャ19に形成された複数のセルパターンのうち目標とするセルパターンが選択できるように、第1成形偏向器17により目標位置へ偏向制御される。第1成形偏向器17、セルアパーチャ19を通過した電子ビーム67は、セルアパーチャ19を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、第2成形偏向器21によって光軸上に振り戻された状態で縮小レンズ64を通過する。縮小レンズ64の上部には第2アパーチャ62が設置されており、セルアパーチャ19等で散乱された不要なビームをカットする。縮小レンズ64で縮小された電子ビーム67は、プリ副偏向器93’、プリ主偏向器95’、副偏向器93、主偏向器95および対物レンズ66を通過して図示しないXYステージ上に搭載されたウエーハ14の上面に縮小投影される。ウェーハ上のパターンを描画すべき位置に対するビームの照射位置は、主偏向器95と副偏向器93で制御し、主偏向器95に対するプリ主偏向器95’の制御電圧は加算方向に、プリ副偏向器93’の制御電圧は減算方向に制御することで総合的な収差を最小化している。主偏向器95は、ウェーハ14に対して、図示しないXYステージの位置を参照しながらメインフィールドの位置を偏向制御し、副偏向器93は、サブフィールドに対してその位置制御を行う。セルアパーチャ19から下流側のビーム軌道を図11に示す。
【0008】
電子ビーム描画装置110の電子光学系は縮小投影光学系にアインツェルレンズを用いるため、図11に示すように、電子ビーム67は光軸に対して回転対称な軌道を通過する。このため、プリ主偏向器95’、主偏向器95、プリ副偏向器93’、副偏向器93により、電子ビーム67の軌道は、全て同じ偏向感度で偏向され、発生する偏向収差も光軸に対し回転対称に発生する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子ビーム描画装置110の縮小投影光学系では、図11に示すように、セルアパーチャ19以下に電流密度の高いクロスオーバ98,99が形成されてしまう。また、この投影光学系では、回転対称型の静電型レンズ(アインツェル)93,95を減速型の集束モードで採用しているため、レンズ内で電子ビーム67が減速してしまう。これらの2点が原因となって、図10に示す電子ビーム描画装置110には、色収差および空間電荷効果(特にBoersch効果)によるビームボケが発生し、セルアパーチャ像がウエーハ14上でボケてしまい、この結果描画特性が劣化するという問題があった。
【0010】
低加速電圧の荷電ビームを用いたアパーチャ方式の荷電ビーム描画方式において、上述した問題点を克服するために、縮小投影光学系を多重のマルチポールレンズにより構成した描画方式が提案されている(特開2001−093825、特願2000−237163、特願2000−283396、特願2001−012697)。図12に示す荷電ビーム描画装置100は、電子光学系内の縮小投影光学系を4重のマルチポールレンズにて構成したものである(特願2000−237163)。荷電ビームとして電子ビームを用いた時、電子銃11から加速された電子ビーム8は、矩形または円形の開口を有する第1アパーチャ13に照射される。この第1アパーチャ13を通過した電子ビーム8は、一括露光セルパターンが複数配列されたセルアパーチャ19に向かう。電子ビーム8は、照明レンズ15により、任意の一個のセルパターンに対して十分大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさのビーム径に成形される。照明レンズ15は、2個の静電レンズ15aと15b(アインツェルレンズ)で構成されており、中央の電極へ負の電圧を印加して使用される。第2照明レンズ15bを通過した電子ビーム8は、第1成形偏向器17により、セルアパーチャ19内で目標とするセルパターンが選択できるように偏向制御され、セルアパーチャ19を通過すると、第2成形偏向器21によりセルアパーチャ像が光軸上に振戻される。第1成形偏向器17およびセルアパーチャ19を通過した電子ビーム8は、セルアパーチャ19を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、第2成形偏向器21により光学系の光軸上に振り戻された状態でマルチポールレンズ23内へと照明される。マルチポールレンズ23は4重の静電型レンズQ1〜Q4で構成され、八極子電極を用いて四極子場(マルチポールレンズ場)を発生させている。
【0011】
ここで光軸をZ軸、Z軸で互いに直交する二平面をX平面とY平面とし、このX平面の電子ビーム軌道をX軌道、Y平面の電子ビーム軌道をY軌道とする。4重のマルチポールレンズQ1〜Q4は、X方向とY方向の2方向の電界がそれぞれX方向で1重目から4重目まで順番に発散電界、発散電界、収束電界、発散電界、Y方向で収束電界、収束電界、発散電界、収束電界となるように電圧が印加される。このマルチポールレンズ23、第1成形偏向器17、第2成形偏向器21、およびプリ主偏向器25a、25bの光軸方向における両端の近傍にはグランド電極であるシールド電極36,39が配置され、1重目と2重目のマルチポールレンズ23間のシールド電極36とプリ主偏向器25直上のシールド電極39は、アパーチャ38、41をそれぞれ兼ね、アパーチャ38、41でビーム電流を検出することにより照明レンズ15、第1成形偏向器17、第2形偏向器21、マルチポールレンズ23(Q1,Q2)のビームアライメントを行う。このときのセルアパーチャ19からウエーハ14間の電子ビーム8の軌道を図13に示す。電子ビーム8は、マルチポールレンズ23のQ1〜Q4が形成する各電界の作用によりX方向とY方向とで異なった軌道8X,8Yをそれぞれ通り、かつ電子密度の高い領域を形成することなくウエーハ14上へ集光する。プリ主偏向器25aおよびマルチポールレンズ23のQ3とQ4に偏向電界を重畳させて偏向器として制御する主偏向制御により、図示していないXYステージの位置を参照しながら、XYステージ上に搭載したウエーハ14に対してメインフィールドの位置を偏向制御し、副偏向器31によりサブフィールドの位置を偏向制御する。マルチポールレンズ23のQ2とQ3間のプリ主偏向器25およびマルチポールレンズ23のQ3とQ4に偏向電界を重畳させ、マルチポールレンズ23Q3,Q4を偏向器として制御する主偏向制御の偏向電圧比を調整することにより、ウェーハ14上で発生する偏向収差が最小になるよう制御する。偏向電界を重畳させるマルチポールレンズQ3、Q4の内径は四極子レンズQ1、Q2と比べ大きく設計されている(図12参照)。これにより、偏向収差を低減することができる。例えば図14に示されるように、X方向への偏向にはプリ主偏向器25aと主偏向器23(Q3,27)と副偏向31とを用いて偏向し(X方向偏向ビーム軌道48X)、Y方向への偏向には主偏向器23(Q3,27)と副偏向31のみで偏向を行ない(Y方向偏向ビーム軌道48Y)、偏向電圧比を調整することにより偏向収差を最小にする。
【0012】
しかしながら、縮小投影光学系にマルチポールレンズ23を用いる光学系においては、電子ビーム8が光軸に対して大きく非対称な軌道を通り、発生する収差も光軸に対して大きく非対称になる。この結果、セルアパーチャ像がウエーハ14上で大きく非対称にボケてしまう。
【0013】
このように、従来の低加速電圧の荷電ビーム描画装置においては、電子光学レンズとして回転対称型の静電型レンズ(アインツェル)64、66を用いて減速型の集束モードを採用すると、静電型レンズ64,66内で電子ビームが減速されてしまい、色収差および空間電荷効果(特にBoersch効果)が発生し、さらに、セルアパーチャ19を通過した電子ビームが電子密度の高い領域99を形成するために、この領域99で空間電荷効果(特にBoersch効果)が発生し、これによりセルアパーチャー像がウエーハ14上でボケてしまい描画特性を劣化させるという問題があった。
【0014】
この一方、電子光学レンズにマルチポールレンズを応用し、空間電荷効果を低減させるために電子ビームが電子密度の高い領域99を形成しないよう、光軸に対して大きく非対称な電子ビーム軌道を形成すると、X方向とY方向とで収差性能が大きく異なり、描画特性を劣化させるという問題があった。
【0015】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低加速の荷電ビームで空間電荷効果の影響を大幅に低減するとともに、収差性能に優れた荷電ビーム露光装置、露光方法およびこの露光方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【0017】
即ち、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
上記荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、
上記荷電ビームを電界により偏向して上記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向手段と、
上記セルアパーチャと上記基板との間に設けられ、上記荷電ビームのうち上記セルアパーチャを通過した上記光軸上の荷電ビームが上記光軸で直交する二平面で上記光軸を中心にそれぞれほぼ対称であり、かつ、上記2平面で互いに異なる軌道を通過して縮小し、上記基板上に結像するように電界を形成する縮小投影光学系と、
上記荷電ビームのうち上記セルアパーチャ内で上記光軸外の任意の点を通過して上記縮小投影光学系内に入射した荷電ビームが、上記光軸で直交する上記二平面のうち一方の面において上記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように、上記光軸外の任意の点からの荷電ビームの主光線が上記縮小投影光学系内で上記光軸と交わる位置である照明位置を調整する照明位置調整手段と、
上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第2の偏向手段と、
を備え、
上記荷電ビーム出射手段は、上記荷電ビームの照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で上記荷電ビームを出射させる、荷電ビーム露光装置が提供される。
【0018】
また、本発明によれば、
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、上記荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、上記荷電ビームを電界により偏向して上記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向手段と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により縮小させて上記基板上に結像させる縮小投影光学系と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第2の偏向手段と、を備え、上記荷電ビーム出射手段は、上記荷電ビームの照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で上記荷電ビームを出射させ、上記荷電ビームは、光軸に直交する第1の方向における上記荷電ビームの収差性能と、上記第1の方向および上記光軸に直交する第2の方向における上記荷電ビームの収差性能とが上記基板上でほぼ同一となるように、上記縮小投影光学手段により上記第1の方向の倍率と上記第2の方向の倍率とが相互に独立に制御され、上記セルアパーチャは、上記縮小投影光学系の制御により上記荷電ビームの上記第1の方向の倍率と上記荷電ビームの上記第2の方向の倍率とが相互に異なることに対応した形状を上記セルパターンが有するように形成される、荷電ビーム露光装置が提供される。
【0019】
また、本発明によれば、
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、
上記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、
上記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向工程と、
上記セルアパーチャと上記基板との間で電界を形成することにより、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームのうち上記光軸上の荷電ビームを、上記光軸で直交する二平面で上記光軸を中心にそれぞれほぼ対称であり、かつ、上記2平面で互いに異なる軌道を通過させて縮小させ、上記基板上に結像させる縮小投影工程と、
上記荷電ビームのうち上記セルアパーチャ内で上記光軸外の任意の点を通過した荷電ビームが、上記光軸で直交する二平面のうち一方の面において上記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように、上記縮小投影工程において上記光軸外の任意の点からの荷電ビームの主光線が上記光軸と交わる位置である照明位置を調整する照明位置調整工程と、
上記照明位置が調整された上記荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第2の偏向工程と、
を備え、
上記荷電ビームは、その照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成される、荷電ビームを用いた露光方法が提供される。
【0020】
また、本発明によれば、
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、上記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、上記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向工程と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により縮小させて上記基板上に結像させる縮小投影工程と、上記セルアパーチャを通過した荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第2の偏向工程と、を備え、上記荷電ビームは、その照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成され、上記第2の偏向工程は、光軸に直交する第1の方向における上記荷電ビームの偏向収差と、上記第1の方向および上記光軸に直交する第2の方向における上記荷電ビームの偏向収差とが上記基板上でほぼ同一となるように、上記第1の方向における上記荷電ビームの偏向幅と上記第2の方向における上記荷電ビームの偏向幅とを相互に独立に制御する工程を含む、荷電ビームを用いた露光方法が提供される。
【0021】
また、本発明によれば、
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、上記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、上記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、上記セルパターンを通過した上記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向工程と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により縮小させて上記基板上に結像させる縮小投影工程と、上記セルアパーチャを通過した上記荷電ビームを電界により偏向して上記基板上で走査させる第2の偏向工程と、を備え、上記荷電ビームは、その照射を受けた上記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成され、上記縮小投影工程は、光軸に直交する第1の方向における上記荷電ビームの収差性能と、上記第1の方向および上記光軸に直交する第2の方向における上記荷電ビームの収差性能とが上記基板上でほぼ同一となるように、上記第1の方向における上記荷電ビームの倍率と上記第2の方向における上記荷電ビームの倍率とを相互に独立に制御する工程を含む、荷電ビームを用いた露光方法が提供される。
【0022】
さらに、本発明によれば、
荷電ビームを用いた上述の露光方法を用いた半導体装置の製造方法が提供される。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、電子ビームを用いてウエーハ上にパターンを描画する電子ビーム露光について説明する。
【0024】
図1は、本発明にかかる荷電ビーム露光装置の実施の一形態の要部を示す概略構成図である。同図に示す電子ビーム露光装置1は、電子光学系と照明位置調整部とを備える。電子光学系は、電子銃11と、第1アパーチャ13と、照明レンズ15(15a,15b)と、第1成形偏向器17(17a,17b)と、セルアパーチャ19と、第2成形偏向器21(21a,21b)と、4重のマルチポールレンズ23(Q1〜Q4)と、プリ主偏向器25(25a,25b)と、副偏向器31と、シールド電極36,38,39,41,42と、二次電子検出器33とを含む。また、照明位置調整部は、制御コンピュータ40と、電流計42と、A/Dコンバータ44と、偏向制御回路46と、照明レンズ制御回路48と、電源PS1,PS2とを含む。
【0025】
電子銃11は、低加速の電子ビーム8を生成し、基板14に向けて照射する。
電子ビーム8は、矩形または円形の開口を有する第1アパーチャ13を通過し、一括露光セルパターンが複数配列されたセルアパーチャ19に向かう。照明レンズ15は、2個の静電レンズ(アインツェルレンズ)で構成され、中央の電極へ負の電圧を印加することにより使用され、電子ビーム8が任意の一個のセルパターンに対して十分大きく、かつ隣接するセルパターンに干渉しない大きさのビーム径を有するように電子ビーム8を成形する。第1成形偏向器17は、第2照明レンズ15bを通過した電子ビーム8によりセルアパーチャ19において目標とするセルパターンが選択されるようにその目標位置を偏向制御する。第2成形偏向器21は、セルアパーチャ19を通過したセルアパーチャ像を光軸上に振戻す。第1成形偏向器17およびセルアパーチャ19を通過した電子ビーム8は、セルアパーチャ19を起点とするセルパターンビームとしてスタートし、第2形偏向器21により光軸上に振り戻された状態でマルチポールレンズ23内へと照明される。マルチポールレンズ23(Q1〜Q4)は、プリ主偏向器25a,25bを挟んで配設された4重の静電型マルチポールレンズで構成される。各マルチポールレンズは、四極子場(マルチポールレンズ場)と呼ばれる電界を発生させて電子ビーム8の軌道をX方向、Y方向で互いに独立に制御する。マルチポールレンズ23の具体的形状のいくつかを図2に示す。
【0026】
図2(a)は、4個の電極で構成される四極子レンズを示す。同図に示す四極子レンズの電極Q11a〜Q11dは、それぞれ円柱形状を有し、互いに90度の角度をおいて配置される。図2(b)は、八極子レンズの一構成例を示し、互いに45度の角度をおいて配置された8個の円柱形状の電極Q12a〜Q12hが示されている。図2(c)は、八極子レンズの他の構成例を示し、扇状の平面形状を有する8個の電極Q13a〜Q13hが互いに45度の角度をおいて配置される。
【0027】
図2(b)および(c)に示す場合は、8極の電極について、隣接する二つの電極を一つの四極子電極として用いることでマルチポールレンズ23の全体を四極子レンズとして機能させる。例えば、電極Q13a,Q13bは、ともに+Vの電圧が印加され、これにより、(a)に示す電極Q11aとして機能するように制御される。
【0028】
ここで光軸をZ軸、Z軸を中心とした時の互いに直交する二平面をX平面とY平面とし、このX平面の電子ビーム軌道をX軌道、Y平面の電子ビーム軌道をY軌道とする。4重のマルチポールレンズ23により生成されるX方向とY方向の2方向の電界は、X方向が1重目から4重目まで順番に発散電界(Q1)、発散電界(Q2)、収束電界(Q3)、発散電界(Q4)となり、Y方向が収束電界(Q1)、収束電界(Q2)、発散電界(Q3)、収束電界(Q4)となるように制御される(図13参照)。本実施形態において、これらのマルチポールレンズ23(Q1〜Q4)は、縮小倍率がX方向とY方向とで異なる倍率となるように制御される。この点は、後に詳述する。
【0029】
図1に戻り、プリ主偏向器25およびマルチポールレンズ23のQ3,Q4は、電子ビーム軌道を制御する上述した発散電界および収束電界に偏向電界を重畳させることにより電子ビーム8に対する主偏向制御を行ない、図示していないXYステージ上に搭載したウエーハ14のメインフィールドの位置をXYステージの位置を参照しながら偏向制御する。副偏向器31は、四重目の四極子レンズ23のQ4とウエーハ14との間に配設され、ウエーハ14のサブフィールドに対して電子ビーム8の位置を制御する。図14に示したように、X方向への偏向にはプリ主偏向器25aと主偏向器23(Q3,27)(Q4,27)、副偏向器31を用いて偏向し、Y方向への偏向には主偏向器23(Q3,27)(Q4,27)と副偏向31のみで偏向を行う。このように、X方向とY方向とで異なる主偏向器を用い、かつ、X方向とY方向とで互いに独立に偏向電圧比を調整することにより、偏向収差を低減させることができる。ここで、図1に示すように、偏向電界を重畳させるマルチポールレンズ23のQ3,Q4の内径は、マルチポールレンズQ1,Q2と比較して大きくなるように設計されている。これにより、偏向収差をさらに低減できる。
【0030】
本実施形態の電子ビーム露光装置1においては、これらの主偏向器および副偏向器は、X方向とY方向とで異なる偏向幅で電子ビーム8を偏向するように制御される。この点も後に詳述する。
【0031】
シールド電極36は、第2成形偏向器21a,21bの間、第2成形偏向器21bの光軸方向下面、マルチポールレンズレンズ23Q1の光軸方向上面、マルチポールレンズレンズQ2の光軸方向下面にそれぞれ近接して設置される。シールド電極38は、マルチポールレンズレンズ23のQ1とQ2との間に配設される。シールド電極39は、プリ主偏向器25aと25bとの間、プリ主偏向器25bの光軸方向下面、マルチポールレンズレンズ23のQ3とQ4との間およびQ4の光軸方向下面に近接して配置される。シールド電極41は、プリ主偏向器25aの光軸方向上面に近接して配置され、シールド電極42は、マルチポールレンズレンズ23Q3の光軸方向上面に近接して配置される。これらのシールド電極36,38,39,41,42は、いずれもグランド接続され、各電極により励起される静電場の浸み出しを防止することにより、各レンズまたは各偏向器から形成される静電界が相互に干渉するおそれを大幅に解消している。また、シールド電極38,41,42は、アパーチャを兼ね、これらのアパーチャを用いてビーム電流を検出することにより、照明レンズ15、第1成形偏向器17、第2成形偏向器21、マルチポールレンズ23Q1,Q2およびプリ主偏向器25のそれぞれについて電子ビーム8とのアライメントを調整することができる。
【0032】
本実施形態の電子ビーム露光装置1の照明位置調整部は、シールド電極38を用いてマルチポールレンズ23への電子ビーム8の照明位置を調整する。この調整方法について図3〜図5を参照しながら説明する。
【0033】
図3は、電子ビーム8の照明位置を調整する方法の概略手順を示すフローチャートである。まず、制御コンピュータ40がマルチポールレンズ23のレンズをオフの状態にし、照明レンズ制御回路48に制御信号を供給して電源PS1から負の電圧を照明レンズ15に印加し、これにより、電子ビーム8をアパーチャ38へ照明する(ステップS1)。次に、制御コンピュータ40が偏向制御回路46に制御信号を供給し、電源PS2から第2形偏向器21へ電圧を印加し、これにより例えば図4(a)の矢印に示すように、電子ビーム8をアパーチャ38上で走査させる(ステップS2)。電子ビーム8の照射によりアパーチャ38で吸収される吸収電流Iを電流計42が測定し、測定結果をA/Dコンバータ44がディジタル信号に変換して制御コンピュータ40に供給する。制御コンピュータ40は、アパーチャエッジでの吸収電流Iの立ち上がり(立ち下がり)時間Dを算出する(ステップS3)。
【0034】
ここで、電子ビーム8が適切な照明位置にあり、そのビーム径が充分に小さい場合、吸収電流Iは、電子ビーム8のアパーチャエッジの通過によって急激に減少(増大)する。従って、図4(b)に示すように、吸収電流Iの波形における立ち下がり(立ち上がり)時間Dは短い。この一方、電子ビーム8が適切な照明位置になく、そのビーム径が大きい場合、電子ビーム8がアパーチャエッジを通過しても吸収電流Iは緩やかに減少(増大)する。従って、図4(c)に示すように、吸収電流Iの波形における立ち下がり(立ち上がり)時間Dが長くなる。
【0035】
制御コンピュータ40は、算出した立ち上がり(立ち下がり)時間Dを所定の閾値Wと比較し(ステップS4)、立ち上がり(立ち下がり)時間Dが閾値W以下であれば、電子ビーム8の照明位置が適切であると判断する。この一方、立ち上がり(立ち下がり)時間Dが閾値Wを上回れば、制御コンピュータ40は電子ビーム8の照明位置が不適切であると判断し、照明レンズ制御回路48への供給信号を調整し、これにより、照明レンズ15のレンズ電圧を調整し(ステップS5)、立ち上がり(立ち下がり)時間Dが閾値W以下になるまで上述したステップS2〜S4を繰り返す。
【0036】
上述した照明位置の調整方法では、閾値Wを用いて電子ビーム8のビーム径を調整したが、これに限ることなく、例えば最小錯乱円の断面形状が得られるまでビーム径を調整することとしても良い。また、本実施形態の電子ビーム露光装置1では、照明位置調整部により電子ビーム8の照明位置を自動的に調整することとしたが、このような照明位置調整部を備えていない場合であっても、図示しないディスプレイを用いてアパーチャ38の吸収電流を目視にてモニタすることによっても電子ビーム8の照明位置を検出することができる。アパーチャ38を走査する電子ビーム8のビーム径が充分に小さい場合は、例えば図5(a)の画像Im1に示すように、アパーチャの開口を明瞭に確認することができる。この一方、アパーチャ38を走査する電子ビーム8のビーム径が大きい場合には、例えば図5(b)の画像Im2に示すように、アパーチャのエッジが非常に不鮮明な画像が映し出されることになる。従って、アパーチャ38のエッジの鮮明な画像が得られるまで、操作者が照明レンズ15のレンズ電圧を調整することによっても、電子ビーム8の照明位置を調整することは可能である。
【0037】
適切な照明位置が得られたときのセルアパーチャ19からウエーハ14間の電子ビーム8の軌道を図6および図7に示す。図6(a)は電子ビーム8のX方向の軌道を示し、図7はそのときのY方向の軌道を示す。なお、図6(b)は、図6(a)内において符号Rで示す領域の拡大図である。図6(a)と図7との対比により明らかなように、マルチポールレンズ23(Q1〜Q4)の作用により、電子ビーム8は、X方向とY方向とで異なった軌道を通り、かつ電子密度が高い領域を形成することなくウエーハ14上へ集光する。電子ビーム8の照明位置は、縮小投影光学系内で第1重目のマルチポールレンズ23Q1を含みそれより下流側の領域になる。これにより、電子ビーム8の照明位置においても電子密度の高い領域を形成しない軌道を形成することができ、空間電荷効果をさらに低減することができる。
【0038】
本実施形態の電子ビーム露光装置1が備える照明位置調整部によれば、セルアパーチャ19上の任意の点から、収差性能の悪いX方向の電子ビーム8が図6(b)に示すような開き角αで出射する際に、光軸(Z軸)からの角度がα+αである8X(α+α0)軌道と、光軸からの角度がα−αである8X(α−α0)軌道は、いずれも光軸に対して対称なビーム軌道となる。これにより、電子ビーム8のX方向における収差性能を向上させることができる。
【0039】
本実施形態の電子ビーム露光装置1では、X方向とY方向とで異なる軌道を形成する縮小投影光学系を用いるので、電子ビーム8への偏向制御は、X方向とY方向とで偏向感度、偏向収差特性が大きく異なる。より具体的には、図6(a)に示すように、X方向の電子ビーム8がウェーハ14の直前で発散電界を受けるので、X方向の偏向収差性能が劣化する。そこで、主偏向領域と副偏向領域における各偏向電圧について、偏向収差性能の悪いX方向を小さく、Y方向を大きくすることにより、X方向、Y方向の偏向収差特性をほぼ同一にすることができる。より具体的には、プリ主偏向器25aと主偏向器23(Q3,27)(Q4,27)、副偏向器31に印加するX方向の偏向電圧と、主偏向器23(Q3,27)(Q4,27)と副偏向31に印加するY方向の偏向電圧との比(偏向電圧比)について、X方向の偏向幅がY方向の偏向幅よりも小さくなるように調整する。偏向幅の具体的な調整量は、例えばX方向およびY方向ともに同一幅で偏向した場合に発生するX方向とY方向の収差を各々シミュレーションなどで算出し、その算出結果からX方向の収差がY方向の収差に等しくなるような比率を算出することにより得られる。
【0040】
図8は、本実施形態の電子ビーム露光装置1を用いた偏向制御方法による描画領域を説明する模式図である。同図に示すように、例えば描画領域全体が四角形の描画領域101であるとき、X方向の偏向幅がY方向の偏向幅よりも小さくなるように偏向制御するので、主偏向描画領域102(メインフィールド)および副偏向描画領域103(サブフィールド)のいずれについてもY方向を長手方向とする長方形になる。しかしながら、各方向の偏向幅の調整は、X方向とY方向の相互間で相対的な調整であるので、主偏向描画領域102および副偏向描画領域103の面積自体は従来の偏向領域の面積とそれぞれ同一である。このように、本実施形態によれば、各偏向領域の面積を小さくすることなく総合収差性能を向上させることができる。
【0041】
また、一般に、縮小投影光学系の倍率M(M≦1)が小さくなるに従って収差特性は悪くなる。前述したとおり、本実施形態では、X方向とY方向とで異なる軌道を形成し、X方向の電子ビーム8Xがウェーハ14の直前で発散電界を受けるので、X方向の収差性能が劣化する。そこで、収差性能の悪いX方向の倍率が相対的に大きくなり、Y方向の倍率が相対的に小さくなるように、マルチポールレンズ23(Q1〜Q4)への印加電圧を調整する。これにより、倍率Mを小さく保ったままで収差性能を向上させることができる。X方向とY方向の倍率の具体的比率は、例えば上述した偏向量のシミュレーションと同様の方法により求めることができる。なお、セルアパーチャ19上のセルパターンは、このような倍率調整に対応させて、ウエーハ14に投影される所望の描画パターンとはX方向とY方向とで倍率が異なるように予め製作される。
【0042】
本実施形態によれば、空間電荷効果の影響が大幅に低減され、かつ、収差性能に優れた露光を実現できるので、このような露光装置または露光方法を用いることにより、より一層集積化された半導体装置を高い歩留まりで製造することができる。
【0043】
以上、本発明の実施の一形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限ることなく、その技術的範囲内で種々変形して実施することができる。上述した実施形態では、電子ビームのX方向への偏向にプリ主偏向器25a、主偏向器23および副偏向器31を用いて偏向し、Y方向への偏向に主偏向器23および副偏向器31のみを用いて偏向し、それぞれ偏向電圧比を調整して偏向を行なったが、これに限ることなく、縮小倍率の変更やマルチポールレンズ23の配置変更等によりマルチポールレンズ23内における電子ビーム軌道に変化が生じた場合には、例えばX方向への偏向にプリ主偏向器25b、主偏向器23および副偏向器31を用いて偏向し、Y方向への偏向にはプリ主偏向器25a、主偏向器23および副偏向器31を用いて偏向するなど、X方向とY方向とでそれぞれ偏向に用いる偏向器を変更し、これに応じて偏向連動比を変更しても良い。さらに、上述した実施形態では荷電ビームとして電子ビームを用いる形態について説明したが、本発明は、これに限ることなく、荷電ビームとしてイオンビームを用いる荷電ビーム露光装置一般に適用可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、縮小率のスティグマチックな結像条件において、低加速の荷電ビームで空間電荷効果の影響を大幅に低減するとともに、収差性能をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる荷電ビーム露光装置の実施の一形態の要部を示す概略構成図である。
【図2】図1に示す電子ビーム描画装置が備えるマルチポールレンズの電極形状を説明する平面図である。
【図3】電子ビームの照明位置を調整する一方法の概略手順を示すフローチャートである。
【図4】図3に示す調整方法の説明図である。
【図5】電子ビームの照明位置を調整する他の方法の説明図である。
【図6】適切な照明位置が得られたときの電子ビームのX方向の軌道を示す図である。
【図7】適切な照明位置が得られたときの電子ビームのY方向の軌道を示す図である。
【図8】図1に示す電子ビーム描画装置を用いた偏向制御方法による描画領域を説明する模式図である。
【図9】従来の技術によるVSB描画方式の電子ビーム描画装置の一例を示す概略構成図である。
【図10】従来の技術による、低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子ビーム描画装置の一例を示す概略構成図である。
【図11】図10に示す電子ビーム描画装置の縮小投影光学系内におけるビーム軌道を示す説明図である。
【図12】従来の技術による、低加速電圧の電子ビームを用いたアパーチャ方式の電子ビーム描画装置の他の例を示す概略構成図である。
【図13】図12に示す電子ビーム描画装置の静電型マルチポールレンズ光学系内の電子ビーム軌道を示す説明図である。
【図14】図12に示す電子ビーム描画装置の静電型マルチポールレンズ光学系内における電子ビームの偏向軌道を示す説明図である。
【符号の説明】
1 電子ビーム露光装置
8X,9X X方向の電子ビーム軌道
8Y,9Y Y方向の電子ビーム軌道
10,20 荷電ビーム露光装置
11 荷電粒子銃(電子銃)
13 第1アパーチャ
14 ウエーハ
15a,15b 照明レンズ
17a,17b 第1成形偏向器
19 セルアパーチャ
21a,21b 第2成形偏向器
23(Q1〜Q4) 四極子レンズ
25a,25b プリ主偏向器
27 主偏向器
31 副偏向器
33 電子検出器
36,39 シールド電極
38,41,42 シールド電極を兼ねるビームアライメント用アパーチャ
40 制御コンピュータ
42 電流計
44 A/Dコンバータ
46 偏向制御回路
48 照明レンズ制御回路
48X X方向偏向ビーム軌道
48Y Y方向偏向ビーム軌道
PS1,PS2 電源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged beam exposure apparatus, an exposure method using a charged beam, and a method of manufacturing a semiconductor device using the exposure method, and particularly to aperture type exposure using a low acceleration charged beam.
[0002]
[Prior art]
The charged beam exposure apparatus has a function of forming a high-resolution pattern because it can draw with a resolution of the wavelength level of electrons (ions) shorter than the light wavelength. On the other hand, unlike the mask drawing method by light exposure, the completed pattern is directly drawn by a small divided pattern beam, so that the exposure method by the charged beam has a problem that it takes a long time for drawing. However, attention has been paid to the feature of being able to form high-precision fine line patterns, and the charged beam exposure technology has developed as a powerful tool for the manufacture of semiconductors for high-mix low-volume production such as ASIC, or the next technology of lithography technology for optical exposure. are doing.
[0003]
There are mainly two methods for directly drawing a pattern with a charged beam. That is, there are a method of drawing a pattern by scanning the entire wafer surface while controlling ON / OFF of a small round beam, and a VSB drawing method of drawing a pattern of a charged beam that has passed through a stencil aperture. As a charged beam line drawing technology developed from VSB drawing, a stencil in which a repetitive pattern is formed as one block is prepared, and a batch drawing method that enables high-speed drawing by selecting and drawing a pattern in the stencil. Technology has also been developed.
[0004]
First, as a conventional charged beam drawing apparatus, a representative example of an electron beam drawing apparatus of a VSB drawing type is shown in FIG. 9 (H. Sunaoshi et al; Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34 (1995), pp. 199). 6679-6633, Part 1, No. 128. December 1995). In the following drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
[0005]
In the electron beam drawing apparatus 120 shown in FIG. 9, the accelerated electron beam 7 emitted from the electron gun 11 is adjusted to a uniform electron beam by the illumination lens 15, and is shaped into a rectangle by passing through the first forming aperture 85. Then, it is projected by the projection lens 87 onto the second shaping aperture 89 made of a rhombus and a rectangle. At this time, the beam deflecting position on the second shaping aperture 89 is controlled by the shaping deflector 21 so that the shape and area of the beam pattern are emitted according to the CAD data. The electron beam 7 that has passed through the second shaping aperture 89 is reduced and projected by the reduction lens 64 and the objective lens 66, but the beam position relative to the drawing position of the wafer 14 is controlled by the main deflector 95 and the sub deflector 93. In this case, the main deflector 95 controls the wafer 14 with reference to the position of an XY stage (not shown) in the stripe of the drawing irradiation area (hereinafter referred to as main field), and the sub deflector 93 controls the inside of the stripe. Position control is performed on a finely divided drawing range (hereinafter referred to as a subfield). Below the objective lens 66, an electron detector 33 that detects secondary electrons, reflected electrons, backscattered electrons, etc. (hereinafter referred to as secondary electrons) generated when the electron beam 7 is irradiated onto the wafer 14. And a control signal (not shown) detects an SEM image and executes various controls such as beam trajectory adjustment based on the detected SEM image by processing the detection signal acquired by the electron detector 33.
[0006]
Since the electron optical system included in the electron beam drawing apparatus 120 shown in FIG. 9 is composed of electromagnetic lenses and electrostatic deflectors, the overall optical characteristics, mechanical assembly accuracy, and contamination of these lenses and deflectors. A design that fully considers the influence of the above is required. Further, in order to improve the beam resolution, a method is employed in which the electron beam 7 accelerated to high acceleration is driven into the resist on the wafer 14. Therefore, a proximity effect is generated, which is a phenomenon in which the irradiated electron beam 7 is reflected by various multilayer thin films formed on the lower surface of the resist of the wafer 14 and is directed upward again. This proximity effect causes blur and resolution degradation in the drawing pattern. Therefore, in the design of the electron beam drawing apparatus, control for correcting the proximity effect is essential, and a large-scale system is required for the control unit in addition to the electron optical system. For this reason, there is a problem that the entire system becomes complicated, and the accuracy is lowered as a result of inducing other troubles due to this. Furthermore, since a highly accelerated electron beam was used, there was a concern about damage to the wafer surface.
[0007]
In order to overcome the above-described problems in the high acceleration voltage charged beam VSB method, an aperture type charged beam drawing method using a low acceleration voltage charged beam has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-173529, J. Vac). Sci.Technol.B14 (6), 1996, 3802). An electron beam drawing method proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-173529 is shown in FIG. In the electron beam apparatus 110 shown in the figure, the accelerated electron beam 67 emitted from the electron gun 11 is irradiated to the first aperture 13 having a rectangular or circular opening. The electron beam 67 that has passed through the first aperture 13 is directed to the cell aperture 19 in which a plurality of batch exposure cell patterns are arranged. The beam diameter of the electron beam 67 is adjusted to a size that is sufficiently large with respect to any one cell pattern and does not interfere with an adjacent cell pattern by the illumination lenses 15a and 15b having the expanding beam function. The illumination lenses 15a and 15b are composed of two electrostatic lenses (Einzel lenses), and are used by applying a negative voltage to the central electrode. The electron beam 67 that has passed through the second illumination lens 15b is controlled to be deflected to a target position by the first shaping deflector 17 so that a target cell pattern can be selected from among a plurality of cell patterns formed in the cell aperture 19. The The electron beam 67 that has passed through the first shaping deflector 17 and the cell aperture 19 starts as a cell pattern beam starting from the cell aperture 19, and is reduced in a state of being swung back on the optical axis by the second shaping deflector 21. It passes through the lens 64. A second aperture 62 is provided above the reduction lens 64, and cuts unnecessary beams scattered by the cell aperture 19 and the like. The electron beam 67 reduced by the reduction lens 64 passes through the pre-sub deflector 93 ′, pre-main deflector 95 ′, sub-deflector 93, main deflector 95, and objective lens 66 and is mounted on an XY stage (not shown). The projected image is reduced and projected onto the upper surface of the wafer 14. The irradiation position of the beam with respect to the position where the pattern on the wafer is to be drawn is controlled by the main deflector 95 and the sub deflector 93, and the control voltage of the pre-main deflector 95 'with respect to the main deflector 95 is increased in the addition direction. The total aberration is minimized by controlling the control voltage of the deflector 93 'in the subtraction direction. The main deflector 95 controls the deflection of the position of the main field with reference to the position of an XY stage (not shown) with respect to the wafer 14, and the sub deflector 93 controls the position of the subfield. A beam trajectory downstream from the cell aperture 19 is shown in FIG.
[0008]
Since the electron optical system of the electron beam drawing apparatus 110 uses an Einzel lens for the reduction projection optical system, as shown in FIG. 11, the electron beam 67 passes through an orbit rotationally symmetric with respect to the optical axis. Therefore, the orbits of the electron beam 67 are all deflected with the same deflection sensitivity by the pre-main deflector 95 ′, the main deflector 95, the pre-sub-deflector 93 ′, and the sub-deflector 93. Occurs rotationally symmetrically.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the reduction projection optical system of the electron beam drawing apparatus 110, as shown in FIG. 11, crossovers 98 and 99 having a high current density are formed below the cell aperture 19. Further, in this projection optical system, the rotationally symmetrical electrostatic lenses (Einzel) 93 and 95 are employed in the decelerating focusing mode, so that the electron beam 67 is decelerated in the lens. Due to these two points, beam blur due to chromatic aberration and space charge effect (particularly the Boersch effect) occurs in the electron beam drawing apparatus 110 shown in FIG. 10, and the cell aperture image is blurred on the wafer 14. As a result, there is a problem that the drawing characteristics deteriorate.
[0010]
In order to overcome the above-described problems in the aperture-type charged beam drawing method using a charged beam with a low acceleration voltage, a drawing method in which the reduction projection optical system is composed of multiple multipole lenses has been proposed (special feature). No. 2001-093825, Japanese Patent Application 2000-237163, Japanese Patent Application 2000-283396, Japanese Patent Application 2001-012697). A charged beam drawing apparatus 100 shown in FIG. 12 has a reduction projection optical system in an electron optical system configured by a quadruple multipole lens (Japanese Patent Application No. 2000-237163). When an electron beam is used as the charged beam, the electron beam 8 accelerated from the electron gun 11 is applied to the first aperture 13 having a rectangular or circular opening. The electron beam 8 having passed through the first aperture 13 is directed to a cell aperture 19 in which a plurality of batch exposure cell patterns are arranged. The electron beam 8 is shaped by the illumination lens 15 into a beam diameter that is sufficiently large for any one cell pattern and does not interfere with the adjacent cell pattern. The illumination lens 15 includes two electrostatic lenses 15a and 15b (Einzel lenses), and is used by applying a negative voltage to the central electrode. The electron beam 8 that has passed through the second illumination lens 15b is deflected and controlled by the first shaping deflector 17 so that a target cell pattern can be selected within the cell aperture 19. The cell aperture image is returned on the optical axis by the deflector 21. The electron beam 8 that has passed through the first shaping deflector 17 and the cell aperture 19 started as a cell pattern beam starting from the cell aperture 19 and was turned back onto the optical axis of the optical system by the second shaping deflector 21. Illuminated into the multipole lens 23 in the state. The multipole lens 23 includes quadruple electrostatic lenses Q1 to Q4, and generates a quadrupole field (multipole lens field) using an octupole electrode.
[0011]
Here, the optical axis is the Z axis, two planes orthogonal to each other with the Z axis are the X plane and the Y plane, the electron beam trajectory on the X plane is the X trajectory, and the electron beam trajectory on the Y plane is the Y trajectory. In the quadruple multipole lenses Q1 to Q4, electric fields in two directions of the X direction and the Y direction are divergent electric field, divergent electric field, convergent electric field, divergent electric field, Y direction in order from the first to the fourth in the X direction. A voltage is applied so that a convergence electric field, a convergence electric field, a diverging electric field, and a convergence electric field are obtained. Shield electrodes 36 and 39, which are ground electrodes, are arranged in the vicinity of both ends in the optical axis direction of the multipole lens 23, the first shaping deflector 17, the second shaping deflector 21, and the pre-main deflectors 25a and 25b. The shield electrode 36 between the first and second multipole lenses 23 and the shield electrode 39 immediately above the pre-main deflector 25 serve as the apertures 38 and 41, respectively, and the apertures 38 and 41 detect the beam current. The beam alignment of the illumination lens 15, the first shaping deflector 17, the second shape deflector 21, and the multipole lens 23 (Q1, Q2) is performed. FIG. 13 shows the trajectory of the electron beam 8 between the cell aperture 19 and the wafer 14 at this time. The electron beam 8 passes through different trajectories 8X and 8Y in the X direction and the Y direction by the action of each electric field formed by the Q1 to Q4 of the multipole lens 23, and without forming a region having a high electron density. 14 is condensed. The pre-main deflector 25a and the multipole lens 23 are mounted on the XY stage while referring to the position of the XY stage (not shown) by main deflection control in which a deflection electric field is superposed on the Q3 and Q4 of the multi-pole lens 23 and controlled as a deflector. The deflection of the position of the main field with respect to the wafer 14 is controlled by the sub deflector 31. A deflection voltage ratio for main deflection control in which a deflection electric field is superimposed on the pre-main deflector 25 between Q2 and Q3 of the multipole lens 23 and Q3 and Q4 of the multipole lens 23, and the multipole lenses 23Q3 and Q4 are controlled as deflectors. Is adjusted so that the deflection aberration generated on the wafer 14 is minimized. The inner diameters of the multipole lenses Q3 and Q4 on which the deflection electric field is superimposed are designed to be larger than those of the quadrupole lenses Q1 and Q2 (see FIG. 12). Thereby, deflection aberration can be reduced. For example, as shown in FIG. 14, the deflection in the X direction is performed using the pre-main deflector 25a, the main deflector 23 (Q3, 27), and the sub-deflect 31 (X-direction deflected beam trajectory 48X). For deflection in the Y direction, deflection is performed only by the main deflector 23 (Q3, 27) and the sub deflection 31 (Y direction deflection beam trajectory 48Y), and the deflection aberration is minimized by adjusting the deflection voltage ratio.
[0012]
However, in the optical system using the multipole lens 23 in the reduction projection optical system, the electron beam 8 passes through a largely asymmetric path with respect to the optical axis, and the generated aberration is also largely asymmetric with respect to the optical axis. As a result, the cell aperture image is greatly asymmetrically blurred on the wafer 14.
[0013]
As described above, in a conventional charged beam drawing apparatus with a low acceleration voltage, when a decelerating focusing mode is employed using rotationally symmetric electrostatic lenses (Einzel) 64 and 66 as an electro-optic lens, an electrostatic type is shown. Since the electron beam is decelerated in the lenses 64 and 66, chromatic aberration and space charge effect (particularly the Boersch effect) occur, and the electron beam that has passed through the cell aperture 19 forms a region 99 having a high electron density. A space charge effect (especially the Boersch effect) occurs in this region 99, which causes a problem that the cell aperture image is blurred on the wafer 14 and deteriorates the drawing characteristics.
[0014]
On the other hand, when a multipole lens is applied to the electro-optic lens and an electron beam trajectory that is largely asymmetric with respect to the optical axis is formed so that the electron beam does not form a region 99 having a high electron density in order to reduce the space charge effect. The aberration performance differs greatly between the X direction and the Y direction, and there is a problem that the drawing characteristics are deteriorated.
[0015]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to significantly reduce the influence of the space charge effect with a low-acceleration charged beam and to provide a charged beam exposure apparatus, an exposure method, and an excellent aberration performance. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using this exposure method.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention aims to solve the above problems by the following means.
[0017]
That is, according to the present invention,
A charged beam emitting means for generating a charged beam and irradiating the substrate;
An illumination optical system for adjusting the beam diameter of the charged beam;
A cell aperture having a cell pattern of a shape corresponding to a desired drawing pattern;
A first deflecting means for deflecting the charged beam by an electric field so as to be incident on a desired cell pattern of the cell aperture, and for returning the charged beam that has passed through the cell pattern onto its optical axis;
The charged beam on the optical axis, which is provided between the cell aperture and the substrate and passes through the cell aperture among the charged beams, is substantially symmetrical about the optical axis in two planes orthogonal to the optical axis. And a reduction projection optical system that forms an electric field so as to reduce an image by passing through different trajectories in the two planes and forming an image on the substrate;
Among the charged beams, a charged beam that has passed through any point outside the optical axis in the cell aperture and entered the reduced projection optical system is on one of the two planes orthogonal to the optical axis. An illumination position that is a position where a principal ray of a charged beam from an arbitrary point outside the optical axis intersects the optical axis in the reduced projection optical system so as to pass a substantially symmetrical trajectory about the optical axis. Lighting position adjusting means to adjust;
Second deflecting means for deflecting the charged beam having passed through the cell aperture by an electric field and scanning the substrate,
With
The charged beam emitting means is configured to adjust the exposure amount of a drawing pattern in which the secondary charged particles or the reflected charged particles generated from the surface of the substrate that has been irradiated with the charged beam or the secondary charged particles and the reflected charged particles are close to each other. There is provided a charged beam exposure apparatus that emits the charged beam at an acceleration voltage that is less than an amount in which the influence of the influencing proximity effect occurs.
[0018]
Moreover, according to the present invention,
Charged beam emitting means for generating a charged beam and irradiating the substrate, an illumination optical system for adjusting the beam diameter of the charged beam, a cell aperture having a cell pattern having a shape corresponding to a desired drawing pattern, and the charged beam Is deflected by an electric field and incident on a desired cell pattern of the cell aperture, and the charged beam that has passed through the cell aperture and the charged beam that has passed through the cell aperture are returned to the optical axis. A reduction projection optical system that reduces the beam by an electric field and forms an image on the substrate; and a second deflection unit that deflects the charged beam that has passed through the cell aperture by the electric field and scans the substrate. The charged beam emitting means includes secondary charged particles or reflected charged particles generated from the surface of the substrate that has been irradiated with the charged beam. Alternatively, the charged beam is emitted at an accelerating voltage that is lower than an amount that causes an influence of a proximity effect that affects an exposure amount of a drawing pattern in which the secondary charged particle and the reflected charged particle are close to each other. The aberration performance of the charged beam in the first direction orthogonal to the first beam and the aberration performance of the charged beam in the second direction orthogonal to the first direction and the optical axis are substantially the same on the substrate. Further, the magnification in the first direction and the magnification in the second direction are controlled independently of each other by the reduction projection optical means, and the cell aperture is controlled by the reduction projection optical system. A charged beam dew formed so that the cell pattern has a shape corresponding to a difference between the magnification in the first direction and the magnification in the second direction of the charged beam. Apparatus is provided.
[0019]
Moreover, according to the present invention,
A charged beam irradiation step of generating a charged beam and irradiating the substrate;
A beam diameter adjusting step for adjusting the beam diameter of the charged beam;
The charged beam is deflected by an electric field, is incident on a desired cell pattern of a cell aperture having a cell pattern having a shape corresponding to a desired drawing pattern, and the charged beam that has passed through the cell pattern is turned back on its optical axis. A first deflection step;
By forming an electric field between the cell aperture and the substrate, the charged beam on the optical axis out of the charged beam that has passed through the cell pattern is moved in two planes orthogonal to the optical axis. A reduction projection step that is substantially symmetric with respect to the center and is reduced by passing through different trajectories in the two planes, and imaged on the substrate;
The charged beam that has passed through any point outside the optical axis within the cell aperture of the charged beam has a substantially symmetrical trajectory around the optical axis on one of two planes orthogonal to the optical axis. An illumination position adjusting step for adjusting an illumination position that is a position where a principal ray of a charged beam from an arbitrary point outside the optical axis intersects the optical axis in the reduction projection step so as to pass;
A second deflection step of deflecting the charged beam, the illumination position of which is adjusted, by an electric field and scanning on the substrate;
With
The charged beam has a proximity effect that affects the exposure amount of a secondary charged particle or a reflected charged particle generated from the surface of the substrate that has been irradiated, or a drawing pattern in which the secondary charged particle and the reflected charged particle are close to each other. There is provided an exposure method using a charged beam that is generated at an acceleration voltage lower than the amount of the influence of the above.
[0020]
Moreover, according to the present invention,
A charged beam irradiation process for generating a charged beam and irradiating the substrate, a beam diameter adjusting process for adjusting the beam diameter of the charged beam, and a cell having a shape corresponding to a desired drawing pattern by deflecting the charged beam by an electric field A first deflection step in which the charged beam that has passed through the cell pattern is caused to enter the desired cell pattern of the cell aperture having a pattern, and the charged beam that has passed through the cell aperture is applied by an electric field. A reduced projection step of reducing the image to form an image on the substrate, and a second deflection step of deflecting the charged beam that has passed through the cell aperture by an electric field and scanning the substrate, wherein the charged beam comprises: Secondary charged particles or reflected charged particles generated from the surface of the substrate subjected to the irradiation, or the secondary charged particles and the reflected charged particles Is generated at an accelerating voltage that is lower than the amount of influence of the proximity effect that affects the exposure amount of the adjacent drawing pattern, and the second deflection step is performed by the charged beam in the first direction orthogonal to the optical axis. The charged beam in the first direction is deflected so that the deflection aberration of the charged beam in the first direction and the second direction orthogonal to the optical axis is substantially the same on the substrate. An exposure method using a charged beam is provided, which includes a step of independently controlling a deflection width and a deflection width of the charged beam in the second direction.
[0021]
Moreover, according to the present invention,
A charged beam irradiation process for generating a charged beam and irradiating the substrate, a beam diameter adjusting process for adjusting the beam diameter of the charged beam, and a cell having a shape corresponding to a desired drawing pattern by deflecting the charged beam by an electric field A first deflection step in which the charged beam that has passed through the cell pattern is caused to enter the desired cell pattern of the cell aperture having a pattern, and the charged beam that has passed through the cell aperture is applied by an electric field. A reduction projection step of reducing the image to form an image on the substrate, and a second deflection step of deflecting the charged beam that has passed through the cell aperture by an electric field and scanning the substrate, wherein the charged beam comprises: , Secondary charged particles or reflected charged particles generated from the surface of the substrate subjected to the irradiation, or the secondary charged particles and the reflected load The reduced projection step is generated with an acceleration voltage lower than the amount of the influence of the proximity effect that affects the exposure amount of the drawing pattern in which the particles are close, and the reduction projection step includes the aberration of the charged beam in the first direction orthogonal to the optical axis. The magnification of the charged beam in the first direction so that the performance and the aberration performance of the charged beam in the second direction orthogonal to the optical axis are substantially the same on the substrate. And an exposure method using a charged beam, including the steps of independently controlling the magnification of the charged beam in the second direction.
[0022]
Furthermore, according to the present invention,
A semiconductor device manufacturing method using the above-described exposure method using a charged beam is provided.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, electron beam exposure for drawing a pattern on a wafer using an electron beam will be described.
[0024]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a main part of an embodiment of a charged beam exposure apparatus according to the present invention. The electron beam exposure apparatus 1 shown in the figure includes an electron optical system and an illumination position adjustment unit. The electron optical system includes an electron gun 11, a first aperture 13, an illumination lens 15 (15a, 15b), a first shaping deflector 17 (17a, 17b), a cell aperture 19, and a second shaping deflector 21. (21a, 21b), quadruple multipole lens 23 (Q1-Q4), pre-main deflector 25 (25a, 25b), sub-deflector 31, and shield electrodes 36, 38, 39, 41, 42. And a secondary electron detector 33. The illumination position adjustment unit includes a control computer 40, an ammeter 42, an A / D converter 44, a deflection control circuit 46, an illumination lens control circuit 48, and power supplies PS1 and PS2.
[0025]
The electron gun 11 generates a low acceleration electron beam 8 and irradiates it toward the substrate 14.
The electron beam 8 passes through a first aperture 13 having a rectangular or circular opening and travels toward a cell aperture 19 in which a plurality of batch exposure cell patterns are arranged. The illumination lens 15 is composed of two electrostatic lenses (Einzel lenses), and is used by applying a negative voltage to the central electrode, and the electron beam 8 is sufficiently large for any one cell pattern. The electron beam 8 is shaped so as to have a beam diameter that does not interfere with adjacent cell patterns. The first shaping deflector 17 controls the deflection of the target position so that the target cell pattern is selected in the cell aperture 19 by the electron beam 8 that has passed through the second illumination lens 15b. The second shaping deflector 21 swings the cell aperture image that has passed through the cell aperture 19 back on the optical axis. The electron beam 8 that has passed through the first shaping deflector 17 and the cell aperture 19 starts as a cell pattern beam starting from the cell aperture 19, and is reflected back on the optical axis by the second shape deflector 21. Illuminated into the pole lens 23. The multipole lens 23 (Q1 to Q4) is composed of a quadruple electrostatic multipole lens disposed with the pre-main deflectors 25a and 25b interposed therebetween. Each multipole lens generates an electric field called a quadrupole field (multipole lens field) and controls the trajectory of the electron beam 8 independently in the X direction and the Y direction. Some specific shapes of the multipole lens 23 are shown in FIG.
[0026]
FIG. 2 (a) shows a quadrupole lens composed of four electrodes. Electrode Q1 of the quadrupole lens shown in the figure 1a ~ Q1 1d Each have a cylindrical shape and are arranged at an angle of 90 degrees with respect to each other. FIG. 2B shows a configuration example of an octupole lens, and eight cylindrical electrodes Q1 arranged at an angle of 45 degrees with respect to each other. 2a ~ Q1 2h It is shown. FIG. 2C shows another configuration example of an octupole lens, and eight electrodes Q1 having a fan-like planar shape. 3a ~ Q1 3h Are arranged at an angle of 45 degrees to each other.
[0027]
In the cases shown in FIGS. 2B and 2C, the multipole lens 23 as a whole is made to function as a quadrupole lens by using two adjacent electrodes as one quadrupole electrode for the eight-pole electrodes. For example, electrode Q1 3a , Q1 3b Are both applied with a voltage of + V, whereby the electrode Q1 shown in FIG. 1a Is controlled to function as
[0028]
Here, the optical axis is the Z axis, and two planes orthogonal to each other when the Z axis is the center are the X plane and the Y plane, the electron beam trajectory on the X plane is the X trajectory, and the electron beam trajectory on the Y plane is the Y trajectory. To do. The electric field in the X direction and the Y direction generated by the quadruple multipole lens 23 is a diverging electric field (Q1), a diverging electric field (Q2), and a converging electric field in order from the first to the fourth in the X direction. (Q3), a diverging electric field (Q4), and the Y direction is controlled to be a converging electric field (Q1), a converging electric field (Q2), a diverging electric field (Q3), and a converging electric field (Q4) (see FIG. 13). In the present embodiment, these multipole lenses 23 (Q1 to Q4) are controlled such that the reduction magnification is different between the X direction and the Y direction. This point will be described in detail later.
[0029]
Returning to FIG. 1, Q3 and Q4 of the pre-main deflector 25 and the multipole lens 23 perform main deflection control on the electron beam 8 by superimposing the deflection electric field on the diverging electric field and the converging electric field that control the electron beam trajectory. Then, the deflection control of the position of the main field of the wafer 14 mounted on the XY stage (not shown) is performed with reference to the position of the XY stage. The sub deflector 31 is disposed between the Q4 of the quadrupole quadrupole lens 23 and the wafer 14, and controls the position of the electron beam 8 with respect to the subfield of the wafer 14. As shown in FIG. 14, the deflection in the X direction is performed using the pre-main deflector 25a, the main deflectors 23 (Q3, 27) (Q4, 27) and the sub-deflector 31, and the deflection in the Y direction. Deflection is performed only by the main deflector 23 (Q 3, 27) (Q 4, 27) and the sub deflection 31. In this way, deflection aberration can be reduced by using different main deflectors in the X direction and the Y direction and adjusting the deflection voltage ratio independently in the X direction and the Y direction. Here, as shown in FIG. 1, the inner diameters of Q3 and Q4 of the multipole lens 23 on which the deflection electric field is superimposed are designed to be larger than those of the multipole lenses Q1 and Q2. Thereby, the deflection aberration can be further reduced.
[0030]
In the electron beam exposure apparatus 1 of the present embodiment, these main deflector and sub deflector are controlled so as to deflect the electron beam 8 with different deflection widths in the X direction and the Y direction. This point will also be described in detail later.
[0031]
The shield electrode 36 is disposed between the second shaping deflectors 21a and 21b, on the lower surface in the optical axis direction of the second shaping deflector 21b, on the upper surface in the optical axis direction of the multipole lens lens 23Q1, and on the lower surface in the optical axis direction of the multipole lens lens Q2. They are installed close to each other. The shield electrode 38 is disposed between Q1 and Q2 of the multipole lens 23. The shield electrode 39 is disposed between the pre-main deflectors 25a and 25b, the lower surface in the optical axis direction of the pre-main deflector 25b, between Q3 and Q4 of the multipole lens lens 23, and close to the lower surface in the optical axis direction of Q4. Be placed. The shield electrode 41 is disposed close to the upper surface in the optical axis direction of the pre-main deflector 25a, and the shield electrode 42 is disposed close to the upper surface in the optical axis direction of the multipole lens lens 23Q3. These shield electrodes 36, 38, 39, 41, 42 are all connected to the ground, and prevent the seepage of the electrostatic field excited by each electrode, thereby preventing static electricity formed from each lens or each deflector. The possibility that the electric fields interfere with each other is greatly eliminated. The shield electrodes 38, 41, and 42 also serve as apertures. By detecting the beam current using these apertures, the illumination lens 15, the first shaping deflector 17, the second shaping deflector 21, and the multipole lens are used. The alignment with the electron beam 8 can be adjusted for each of the 23Q1 and Q2 and the pre-main deflector 25.
[0032]
The illumination position adjustment unit of the electron beam exposure apparatus 1 of the present embodiment adjusts the illumination position of the electron beam 8 on the multipole lens 23 using the shield electrode 38. This adjustment method will be described with reference to FIGS.
[0033]
FIG. 3 is a flowchart showing a schematic procedure of a method for adjusting the illumination position of the electron beam 8. First, the control computer 40 turns off the lens of the multipole lens 23, supplies a control signal to the illumination lens control circuit 48, and applies a negative voltage to the illumination lens 15 from the power source PS1, thereby the electron beam 8 Is illuminated onto the aperture 38 (step S1). Next, the control computer 40 supplies a control signal to the deflection control circuit 46 and applies a voltage from the power source PS2 to the second deflector 21. As a result, as shown by an arrow in FIG. 8 is scanned on the aperture 38 (step S2). The ammeter 42 measures the absorption current I absorbed by the aperture 38 by irradiation of the electron beam 8, and the measurement result is converted into a digital signal by the A / D converter 44 and supplied to the control computer 40. The control computer 40 calculates the rising (falling) time D of the absorption current I at the aperture edge (step S3).
[0034]
Here, when the electron beam 8 is at an appropriate illumination position and the beam diameter is sufficiently small, the absorption current I decreases (increases) abruptly as the electron beam 8 passes through the aperture edge. Therefore, as shown in FIG. 4B, the fall (rise) time D in the waveform of the absorption current I is short. On the other hand, when the electron beam 8 is not at an appropriate illumination position and the beam diameter is large, the absorption current I gradually decreases (increases) even if the electron beam 8 passes through the aperture edge. Therefore, as shown in FIG. 4C, the fall (rise) time D in the waveform of the absorption current I becomes longer.
[0035]
The control computer 40 compares the calculated rise (fall) time D with a predetermined threshold W (step S4), and if the rise (fall) time D is equal to or less than the threshold W, the illumination position of the electron beam 8 is appropriate. It is judged that. On the other hand, if the rise (fall) time D exceeds the threshold value W, the control computer 40 determines that the illumination position of the electron beam 8 is inappropriate, adjusts the supply signal to the illumination lens control circuit 48, and Thus, the lens voltage of the illumination lens 15 is adjusted (step S5), and the above-described steps S2 to S4 are repeated until the rising (falling) time D becomes the threshold value W or less.
[0036]
In the above-described method for adjusting the illumination position, the beam diameter of the electron beam 8 is adjusted using the threshold value W. However, the present invention is not limited to this. For example, the beam diameter may be adjusted until the cross-sectional shape of the minimum circle of confusion is obtained. good. Further, in the electron beam exposure apparatus 1 of the present embodiment, the illumination position of the electron beam 8 is automatically adjusted by the illumination position adjustment unit, but this is a case where such an illumination position adjustment unit is not provided. In addition, the illumination position of the electron beam 8 can also be detected by visually monitoring the absorption current of the aperture 38 using a display (not shown). When the beam diameter of the electron beam 8 that scans the aperture 38 is sufficiently small, the aperture opening can be clearly confirmed, for example, as shown in an image Im1 in FIG. On the other hand, when the beam diameter of the electron beam 8 that scans the aperture 38 is large, for example, as shown in an image Im <b> 2 in FIG. 5B, an image with a very unclear aperture edge is displayed. Therefore, the illumination position of the electron beam 8 can also be adjusted by the operator adjusting the lens voltage of the illumination lens 15 until a clear image of the edge of the aperture 38 is obtained.
[0037]
FIGS. 6 and 7 show the trajectory of the electron beam 8 between the cell aperture 19 and the wafer 14 when an appropriate illumination position is obtained. FIG. 6A shows the trajectory of the electron beam 8 in the X direction, and FIG. 7 shows the trajectory in the Y direction at that time. FIG. 6B is an enlarged view of a region indicated by a symbol R in FIG. As apparent from the comparison between FIG. 6A and FIG. 7, the electron beam 8 passes through different trajectories in the X direction and the Y direction by the action of the multipole lens 23 (Q1 to Q4), and the electrons. The light is condensed on the wafer 14 without forming a high density region. The illumination position of the electron beam 8 is a region on the downstream side including the first multipole lens 23Q1 in the reduction projection optical system. As a result, a trajectory that does not form a region with a high electron density can be formed even at the illumination position of the electron beam 8, and the space charge effect can be further reduced.
[0038]
According to the illumination position adjustment unit provided in the electron beam exposure apparatus 1 of the present embodiment, the electron beam 8 in the X direction with poor aberration performance opens from any point on the cell aperture 19 as shown in FIG. Angle α 0 The angle from the optical axis (Z axis) is α + α 0 8X (Α + α0) The angle from the orbit and the optical axis is α-α 0 8X (Α-α0) The trajectories are all beam trajectories that are symmetric with respect to the optical axis. Thereby, the aberration performance in the X direction of the electron beam 8 can be improved.
[0039]
In the electron beam exposure apparatus 1 of the present embodiment, a reduction projection optical system that forms different trajectories in the X direction and the Y direction is used. Therefore, the deflection control to the electron beam 8 is performed with the deflection sensitivity in the X direction and the Y direction, The deflection aberration characteristics are greatly different. More specifically, as shown in FIG. 6A, since the electron beam 8 in the X direction receives a divergent electric field immediately before the wafer 14, the deflection aberration performance in the X direction is deteriorated. Therefore, for each deflection voltage in the main deflection region and the sub deflection region, the deflection aberration characteristics in the X direction and the Y direction can be made substantially the same by reducing the X direction with poor deflection aberration performance and increasing the Y direction. . More specifically, the pre-main deflector 25a, the main deflector 23 (Q3, 27) (Q4, 27), the deflection voltage in the X direction applied to the sub-deflector 31, and the main deflector 23 (Q3, 27). The ratio (deflection voltage ratio) between (Q4, 27) and the deflection voltage in the Y direction applied to the sub deflection 31 is adjusted so that the deflection width in the X direction is smaller than the deflection width in the Y direction. The specific adjustment amount of the deflection width is calculated by, for example, simulating the X-direction and Y-direction aberrations generated when the deflection is performed with the same width in both the X-direction and the Y-direction. It is obtained by calculating a ratio that is equal to the aberration in the Y direction.
[0040]
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a drawing area by a deflection control method using the electron beam exposure apparatus 1 of the present embodiment. As shown in the figure, for example, when the entire drawing area is a rectangular drawing area 101, deflection control is performed so that the deflection width in the X direction is smaller than the deflection width in the Y direction. Both the field) and the sub-deflection drawing area 103 (sub-field) are rectangular with the Y direction as the longitudinal direction. However, since the adjustment of the deflection width in each direction is a relative adjustment between the X direction and the Y direction, the areas of the main deflection drawing region 102 and the sub deflection drawing region 103 themselves are the same as the area of the conventional deflection region. Each is the same. Thus, according to the present embodiment, the overall aberration performance can be improved without reducing the area of each deflection region.
[0041]
In general, the aberration characteristic becomes worse as the magnification M (M ≦ 1) of the reduction projection optical system becomes smaller. As described above, in this embodiment, different trajectories are formed in the X direction and the Y direction, and the electron beam 8X in the X direction receives a divergent electric field immediately before the wafer 14, so that the aberration performance in the X direction is deteriorated. Therefore, the voltage applied to the multipole lens 23 (Q1 to Q4) is adjusted so that the magnification in the X direction with poor aberration performance is relatively large and the magnification in the Y direction is relatively small. Thereby, the aberration performance can be improved while the magnification M is kept small. The specific ratio of the magnifications in the X direction and the Y direction can be obtained, for example, by a method similar to the above-described deflection amount simulation. The cell pattern on the cell aperture 19 is manufactured in advance so that the magnification differs from the desired drawing pattern projected onto the wafer 14 in the X direction and the Y direction in correspondence with the magnification adjustment.
[0042]
According to the present embodiment, the influence of the space charge effect is significantly reduced, and exposure with excellent aberration performance can be realized. Therefore, by using such an exposure apparatus or exposure method, the integration is further integrated. Semiconductor devices can be manufactured with high yield.
[0043]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the technical scope thereof. In the above-described embodiment, the pre-main deflector 25a, the main deflector 23, and the sub deflector 31 are used for deflecting the electron beam in the X direction, and the main deflector 23 and the sub deflector are used for deflecting in the Y direction. However, the present invention is not limited to this, and the electron beam in the multipole lens 23 is changed by changing the reduction magnification, changing the arrangement of the multipole lens 23, or the like. When the trajectory changes, for example, the pre-main deflector 25b, the main deflector 23, and the sub-deflector 31 are used for deflection in the X direction, and the pre-main deflector 25a is used for deflection in the Y direction. The deflector used for the deflection may be changed in the X direction and the Y direction, for example, by deflecting using the main deflector 23 and the sub deflector 31, and the deflection interlocking ratio may be changed accordingly. Further, in the above-described embodiment, the form using the electron beam as the charged beam has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a charged beam exposure apparatus using an ion beam as the charged beam.
[0044]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the influence of the space charge effect can be greatly reduced and the aberration performance can be further improved with a low acceleration charge beam under a stigmatic imaging condition with a reduction ratio. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a main part of an embodiment of a charged beam exposure apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view for explaining electrode shapes of a multipole lens provided in the electron beam drawing apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a schematic procedure of one method for adjusting an illumination position of an electron beam.
4 is an explanatory diagram of the adjustment method shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of another method for adjusting the illumination position of an electron beam.
FIG. 6 is a diagram showing a trajectory in the X direction of an electron beam when an appropriate illumination position is obtained.
FIG. 7 is a diagram showing a trajectory in the Y direction of an electron beam when an appropriate illumination position is obtained.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a drawing region by a deflection control method using the electron beam drawing apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a VSB drawing type electron beam drawing apparatus according to a conventional technique.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an example of an aperture type electron beam writing apparatus using a low acceleration voltage electron beam according to a conventional technique.
11 is an explanatory diagram showing a beam trajectory in the reduced projection optical system of the electron beam drawing apparatus shown in FIG. 10;
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing another example of an aperture type electron beam drawing apparatus using an electron beam with a low acceleration voltage according to a conventional technique.
13 is an explanatory view showing an electron beam trajectory in the electrostatic multipole lens optical system of the electron beam drawing apparatus shown in FIG. 12;
14 is an explanatory diagram showing an electron beam deflection trajectory in an electrostatic multipole lens optical system of the electron beam drawing apparatus shown in FIG. 12;
[Explanation of symbols]
1 Electron beam exposure system
8X, 9X X-direction electron beam trajectory
8Y, 9Y Y-direction electron beam trajectory
10, 20 Charged beam exposure system
11 Charged particle gun (electron gun)
13 First aperture
14 Wafer
15a, 15b Lighting lens
17a, 17b First shaping deflector
19 Cell aperture
21a, 21b Second shaping deflector
23 (Q1-Q4) Quadrupole lens
25a, 25b Pre-main deflector
27 Main deflector
31 Sub deflector
33 Electronic detector
36,39 Shield electrode
38, 41, 42 Aperture for beam alignment that doubles as shield electrode
40 Control computer
42 Ammeter
44 A / D converter
46 Deflection control circuit
48 Illumination lens control circuit
48X X-direction deflected beam trajectory
48Y Y-direction deflected beam trajectory
PS1, PS2 power supply

Claims (18)

荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、
前記荷電ビームを電界により偏向して前記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向手段と、
前記セルアパーチャと前記基板との間に設けられ、前記荷電ビームのうち前記セルアパーチャを通過した前記光軸上の荷電ビームが前記光軸で直交する二平面で前記光軸を中心にそれぞれほぼ対称であり、かつ、前記2平面で互いに異なる軌道を通過して縮小し、前記基板上に結像するように電界を形成する縮小投影光学系と、
前記荷電ビームのうち前記セルアパーチャ内で前記光軸外の任意の点を通過して前記縮小投影光学系内に入射した荷電ビームが、前記光軸で直交する前記二平面のうち一方の面において前記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように、前記光軸外の任意の点からの荷電ビームの主光線が前記縮小投影光学系内で前記光軸と交わる位置である照明位置を調整する照明位置調整手段と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第2の偏向手段と、
を備え、
前記荷電ビーム出射手段は、前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で前記荷電ビームを出射させる、荷電ビーム露光装置。
A charged beam emitting means for generating a charged beam and irradiating the substrate;
An illumination optical system for adjusting the beam diameter of the charged beam;
A cell aperture having a cell pattern of a shape corresponding to a desired drawing pattern;
A first deflecting means for deflecting the charged beam by an electric field so as to be incident on a desired cell pattern of the cell aperture, and returning the charged beam that has passed through the cell pattern back to its optical axis;
Provided between the cell aperture and the substrate, of the charged beams, the charged beams on the optical axis that have passed through the cell aperture are substantially symmetrical about the optical axis in two planes orthogonal to the optical axis. And a reduction projection optical system which reduces an electric field by passing through different trajectories in the two planes and forms an electric field so as to form an image on the substrate;
The charged beam that passes through any point outside the optical axis in the cell aperture and enters the reduced projection optical system is on one surface of the two planes orthogonal to the optical axis. An illumination position that is a position where a principal ray of a charged beam from an arbitrary point outside the optical axis intersects the optical axis in the reduced projection optical system so as to pass a substantially symmetric trajectory about the optical axis. Lighting position adjusting means to adjust;
Second deflecting means for deflecting the charged beam that has passed through the cell aperture by an electric field and scanning the substrate.
With
The charged beam emitting means adjusts the exposure amount of a drawing pattern in which secondary charged particles or reflected charged particles generated from the surface of the substrate irradiated with the charged beam or the secondary charged particles and the reflected charged particles are close to each other. A charged beam exposure apparatus that emits the charged beam at an acceleration voltage that is less than an amount in which an influence of an influencing proximity effect occurs.
前記縮小投影光学系は、その光学系内で前記基板に最も近い領域において光軸に直交する第1の方向と、この第1の方向および前記光軸に直交する第2の方向において発散電界と収束電界とをそれぞれ形成し、
前記二平面のうちの一方の面は、前記第1の方向に沿った直線と前記光軸とで規定される面であることを特徴とする請求項1に記載の荷電ビーム露光装置。
The reduction projection optical system includes a first direction orthogonal to the optical axis in a region closest to the substrate in the optical system, and a diverging electric field in the first direction and a second direction orthogonal to the optical axis. Forming a convergent electric field,
The charged beam exposure apparatus according to claim 1, wherein one of the two planes is a plane defined by a straight line along the first direction and the optical axis.
前記縮小投影光学系は、前記第1の偏向手段と前記第2の偏向手段との間に配置された二重のマルチポールレンズを含み、
一重目と二重のマルチポールレンズの間に配置されたアパーチャをさらに備え、
前記照明位置調整手段は、前記アパーチャ上で前記荷電ビームを走査し、この荷電ビームの走査により前記アパーチャに流れる電流の変化を検出することにより、前記荷電ビームの照明位置を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の荷電ビーム露光装置。
The reduction projection optical system includes a double multipole lens disposed between the first deflecting unit and the second deflecting unit,
It further comprises an aperture arranged between the first and double multipole lenses,
The illumination position adjusting means adjusts the illumination position of the charged beam by scanning the charged beam on the aperture and detecting a change in current flowing through the aperture by scanning the charged beam. The charged beam exposure apparatus according to claim 1 or 2.
前記荷電ビームは、前記第1の方向における前記荷電ビームの収差性能と前記第2の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記縮小投影手段により前記第1の方向の倍率と前記第2の方向の倍率とが相互に独立に制御され、
前記セルアパーチャは、前記縮小投影光学系の制御により前記荷電ビームの前記第1の方向の倍率と前記荷電ビームの前記第2の方向の倍率とが相互に異なることに対応した形状を前記セルパターンが有するように形成される、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の荷電ビーム露光装置。
The charged beam has the aberration performance of the charged beam in the first direction and the aberration performance of the charged beam in the second direction substantially equal on the substrate by the reduction projection means. The magnification in one direction and the magnification in the second direction are controlled independently of each other;
The cell aperture has a shape corresponding to that the magnification of the charged beam in the first direction and the magnification of the charged beam in the second direction are different from each other by the control of the reduction projection optical system. 4. The charged beam exposure apparatus according to claim 1, wherein the charged beam exposure apparatus is formed so as to have.
荷電ビームを発生させて基板に照射する荷電ビーム出射手段と、
前記荷電ビームのビーム径を調整する照明光学系と、
所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャと、
前記荷電ビームを電界により偏向して前記セルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向手段と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影光学系と、
前記セルアパーチャを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第2の偏向手段と、
を備え、
前記荷電ビーム出射手段は、前記荷電ビームの照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で前記荷電ビームを出射させ、
前記荷電ビームは、光軸に直交する第1の方向における前記荷電ビームの収差性能と、前記第1の方向および前記光軸に直交する第2の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記縮小投影光学手段により前記第1の方向の倍率と前記第2の方向の倍率とが相互に独立に制御され、
前記セルアパーチャは、前記縮小投影光学系の制御により前記荷電ビームの前記第1の方向の倍率と前記荷電ビームの前記第2の方向の倍率とが相互に異なることに対応した形状を前記セルパターンが有するように形成される、荷電ビーム露光装置。
A charged beam emitting means for generating a charged beam and irradiating the substrate;
An illumination optical system for adjusting the beam diameter of the charged beam;
A cell aperture having a cell pattern of a shape corresponding to a desired drawing pattern;
A first deflecting means for deflecting the charged beam by an electric field so as to be incident on a desired cell pattern of the cell aperture, and returning the charged beam that has passed through the cell pattern back to its optical axis;
A reduced projection optical system that reduces the charged beam that has passed through the cell aperture by an electric field to form an image on the substrate;
Second deflecting means for deflecting the charged beam that has passed through the cell aperture by an electric field and scanning the substrate.
With
The charged beam emitting means adjusts the exposure amount of a drawing pattern in which secondary charged particles or reflected charged particles generated from the surface of the substrate irradiated with the charged beam or the secondary charged particles and the reflected charged particles are close to each other. The charged beam is emitted at an accelerating voltage that is less than the amount of influence of the influencing proximity effect,
The charged beam has an aberration performance of the charged beam in a first direction orthogonal to the optical axis and an aberration performance of the charged beam in the first direction and a second direction orthogonal to the optical axis. The magnification in the first direction and the magnification in the second direction are controlled independently of each other by the reduction projection optical means so as to be substantially the same as above.
The cell aperture has a shape corresponding to that the magnification of the charged beam in the first direction and the magnification of the charged beam in the second direction are different from each other by the control of the reduction projection optical system. A charged beam exposure apparatus formed to have
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、
前記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、
前記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向工程と、
前記セルアパーチャと前記基板との間で電界を形成することにより、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームのうち前記光軸上の荷電ビームを、前記光軸で直交する二平面で前記光軸を中心にそれぞれほぼ対称であり、かつ、前記2平面で互いに異なる軌道を通過させて縮小させ、前記基板上に結像させる縮小投影工程と、
前記荷電ビームのうち前記セルアパーチャ内で前記光軸外の任意の点を通過した荷電ビームが、前記光軸で直交する二平面のうち一方の面において前記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように、前記縮小投影工程において前記光軸外の任意の点からの荷電ビームの主光線が前記光軸と交わる位置である照明位置を調整する照明位置調整工程と、
前記照明位置が調整された前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第2の偏向工程と、
を備え、
前記荷電ビームは、その照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成される、荷電ビームを用いた露光方法。
A charged beam irradiation step of generating a charged beam and irradiating the substrate;
A beam diameter adjusting step for adjusting the beam diameter of the charged beam;
The charged beam is deflected by an electric field, is incident on a desired cell pattern of a cell aperture having a cell pattern having a shape corresponding to a desired drawing pattern, and the charged beam that has passed through the cell pattern is turned back on its optical axis. A first deflection step;
By forming an electric field between the cell aperture and the substrate, the charged beam on the optical axis out of the charged beam that has passed through the cell pattern is moved along two planes orthogonal to the optical axis. A reduction projection step that is substantially symmetric with respect to the center and that is reduced by passing through different trajectories in the two planes and forming an image on the substrate;
The charged beam that has passed through any point outside the optical axis within the cell aperture of the charged beam has a substantially symmetrical trajectory around the optical axis in one of two planes orthogonal to the optical axis. An illumination position adjusting step for adjusting an illumination position that is a position where a principal ray of a charged beam from an arbitrary point outside the optical axis intersects the optical axis in the reduction projection step so as to pass;
A second deflection step of deflecting the charged beam, the illumination position of which is adjusted, by an electric field and scanning on the substrate;
With
The charged beam has a proximity effect that affects an exposure amount of a secondary charged particle or a reflected charged particle generated from the surface of the substrate that has been irradiated, or a drawing pattern in which the secondary charged particle and the reflected charged particle are close to each other. An exposure method using a charged beam that is generated at an accelerating voltage that is lower than the amount of the influence of.
前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において光軸に直交する第1の方向と、この第1の方向および前記光軸に直交する第2の方向において発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記荷電ビームの照明位置は、前記光軸外の任意の点からの荷電ビームが、前記第1の方向に沿った直線と前記光軸とで規定される面において前記光軸を中心にほぼ対称な軌道を通過するように制御されることを特徴とする請求項6に記載の露光方法。
The reduction projection step forms a diverging electric field and a converging electric field in a first direction orthogonal to the optical axis in a region close to the substrate and in a first direction orthogonal to the first direction and the optical axis, respectively. Including the final reduction projection process,
The illumination position of the charged beam is substantially symmetrical about the optical axis in a plane where the charged beam from an arbitrary point outside the optical axis is defined by a straight line along the first direction and the optical axis. The exposure method according to claim 6, wherein the exposure method is controlled so as to pass through a proper trajectory.
前記第2の偏向工程は、前記第1の方向における前記荷電ビームの偏向収差と、前記第2の方向における前記荷電ビームの偏向収差とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記荷電ビームの偏向幅を前記第1の方向と前記第2の方向とで相互に独立に制御する工程を含むことを特徴とする請求項6または7に記載の露光方法。  In the second deflection step, the charged beam is deflected so that the deflection aberration of the charged beam in the first direction and the deflection aberration of the charged beam in the second direction are substantially the same on the substrate. The exposure method according to claim 6, further comprising a step of independently controlling the deflection width of the first and second directions in the first direction and the second direction. 前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第1の方向と前記第2の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第1の方向における前記荷電ビームの偏向幅は、前記第2の方向における前記荷電ビームの偏向幅よりも小さい、ことを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
The reduction projection step includes a final reduction projection step of forming a diverging electric field and a converging electric field in the first direction and the second direction, respectively, in a region close to the substrate,
9. The exposure method according to claim 8, wherein a deflection width of the charged beam in the first direction is smaller than a deflection width of the charged beam in the second direction.
前記縮小投影工程は、前記第1の方向における前記荷電ビームの収差性能と前記第2の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記第1の方向における前記荷電ビームの倍率と前記第2の方向 における前記荷電ビームの倍率とを相互に独立に制御する工程を含むことを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の露光方法。  The reduction projection step is performed in the first direction so that the aberration performance of the charged beam in the first direction and the aberration performance of the charged beam in the second direction are substantially the same on the substrate. 10. The exposure method according to claim 6, further comprising a step of independently controlling a magnification of the charged beam and a magnification of the charged beam in the second direction. 前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第1の方向と前記第2の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第1の方向における前記荷電ビームの倍率は、前記第2の方向における前記荷電ビームの倍率よりも大きい、ことを特徴とする請求項10に記載の露光方法。
The reduction projection step includes a final reduction projection step of forming a diverging electric field and a converging electric field in the first direction and the second direction, respectively, in a region close to the substrate,
The exposure method according to claim 10, wherein a magnification of the charged beam in the first direction is larger than a magnification of the charged beam in the second direction.
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、
前記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、
前記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向工程と、
前記セルパターンを通過した前記荷電ビームを電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影工程と、
前記セルパターンを通過した荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第2の偏向工程と、
を備え、
前記荷電ビームは、その照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成され、
前記第2の偏向工程は、光軸に直交する第1の方向における前記荷電ビームの偏向収差と、前記第1の方向および前記光軸に直交する第2の方向における前記荷電ビームの偏向収差とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記第1の方向における前記荷電ビームの偏向幅と前記第2の方向における前記荷電ビームの偏向幅とを相互に独立に制御する工程を含む、荷電ビームを用いた露光方法。
A charged beam irradiation step of generating a charged beam and irradiating the substrate;
A beam diameter adjusting step for adjusting the beam diameter of the charged beam;
The charged beam is deflected by an electric field, is incident on a desired cell pattern of a cell aperture having a cell pattern having a shape corresponding to a desired drawing pattern, and the charged beam that has passed through the cell pattern is turned back on its optical axis. A first deflection step;
A reduction projection step of forming an image on the substrate by reducing the charged beam that has passed through the cell pattern by an electric field;
A second deflection step in which the charged beam that has passed through the cell pattern is deflected by an electric field and scanned on the substrate;
With
The charged beam has a proximity effect that affects an exposure amount of a secondary charged particle or a reflected charged particle generated from the surface of the substrate that has been irradiated, or a drawing pattern in which the secondary charged particle and the reflected charged particle are close to each other. Generated at an accelerating voltage lower than the amount of
The second deflection step includes deflection aberration of the charged beam in a first direction orthogonal to the optical axis, and deflection aberration of the charged beam in the first direction and a second direction orthogonal to the optical axis. Including a step of independently controlling a deflection width of the charged beam in the first direction and a deflection width of the charged beam in the second direction so that the two are substantially the same on the substrate. An exposure method using a beam.
前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第1の方向と前記第2の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第1の方向における前記荷電ビームの偏向幅は、前記第2の方向における前記荷電ビームの偏向幅よりも小さい、ことを特徴とする請求項12に記載の露光方法。
The reduction projection step includes a final reduction projection step of forming a diverging electric field and a converging electric field in the first direction and the second direction, respectively, in a region close to the substrate,
The exposure method according to claim 12, wherein a deflection width of the charged beam in the first direction is smaller than a deflection width of the charged beam in the second direction.
前記縮小投影工程は、前記第1の方向における前記荷電ビームの収差性能と前記第2の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記第1の方向における前記荷電ビームの倍率と前記第2の方向における前記荷電ビームの倍率とを相互に独立に制御する工程を含むことを特徴とする請求項12または13に記載の露光方法。  The reduction projection step is performed in the first direction so that the aberration performance of the charged beam in the first direction and the aberration performance of the charged beam in the second direction are substantially the same on the substrate. 14. The exposure method according to claim 12, further comprising a step of independently controlling a magnification of the charged beam and a magnification of the charged beam in the second direction. 前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第1の方向と前記第2の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第1の方向における前記荷電ビームの倍率は、前記第2の方向における前記荷電ビームの倍率よりも大きい、ことを特徴とする請求項14に記載の露光方法。
The reduction projection step includes a final reduction projection step of forming a diverging electric field and a converging electric field in the first direction and the second direction, respectively, in a region close to the substrate,
The exposure method according to claim 14, wherein a magnification of the charged beam in the first direction is larger than a magnification of the charged beam in the second direction.
荷電ビームを生成して基板に照射する荷電ビーム照射工程と、
前記荷電ビームのビーム径を調整するビーム径調整工程と、
前記荷電ビームを電界により偏向し、所望の描画パターンに対応した形状のセルパターンを有するセルアパーチャの所望のセルパターンに入射させ、前記セルパターンを通過した前記荷電ビームをその光軸上に振り戻す第1の偏向工程と、
前記セルパターンを通過した前記荷電ビームを電界により縮小させて前記基板上に結像させる縮小投影工程と、
前記セルパターンを通過した前記荷電ビームを電界により偏向して前記基板上で走査させる第2の偏向工程と、
を備え、
前記荷電ビームは、その照射を受けた前記基板の表面から発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が近接する描画パターンの露光量に影響を及ぼす近接効果の影響が発生する量を下回る加速電圧で生成され、
前記縮小投影工程は、光軸に直交する第1の方向における前記荷電ビームの収差性能と、前記第1の方向および前記光軸に直交する第2の方向における前記荷電ビームの収差性能とが前記基板上でほぼ同一となるように、前記第1の方向における前記荷電ビームの倍率と前記第2の方向における前記荷電ビームの倍率とを相互に独立に制御する工程を含む、荷電ビームを用いた露光方法。
A charged beam irradiation step of generating a charged beam and irradiating the substrate;
A beam diameter adjusting step for adjusting the beam diameter of the charged beam;
The charged beam is deflected by an electric field, is incident on a desired cell pattern of a cell aperture having a cell pattern having a shape corresponding to a desired drawing pattern, and the charged beam that has passed through the cell pattern is turned back on its optical axis. A first deflection step;
A reduction projection step of forming an image on the substrate by reducing the charged beam that has passed through the cell pattern by an electric field;
A second deflection step in which the charged beam that has passed through the cell pattern is deflected by an electric field and scanned on the substrate;
With
The charged beam has a proximity effect that affects an exposure amount of a secondary charged particle or a reflected charged particle generated from the surface of the substrate that has been irradiated, or a drawing pattern in which the secondary charged particle and the reflected charged particle are close to each other. Generated at an accelerating voltage lower than the amount of
In the reduction projection step, the aberration performance of the charged beam in a first direction orthogonal to the optical axis and the aberration performance of the charged beam in the second direction orthogonal to the first direction and the optical axis are A charged beam is used, which includes a step of independently controlling a magnification of the charged beam in the first direction and a magnification of the charged beam in the second direction so as to be substantially the same on the substrate. Exposure method.
前記縮小投影工程は、前記基板に近い領域において、前記第1の方向と前記第2の方向とで発散電界と収束電界とをそれぞれ形成する最終の縮小投影工程を含み、
前記第1の方向における前記荷電ビームの倍率は、前記第2の方向における前記荷電ビームの倍率よりも大きい、ことを特徴とする請求項16に記載の露光方法。
The reduction projection step includes a final reduction projection step of forming a diverging electric field and a converging electric field in the first direction and the second direction, respectively, in a region close to the substrate,
The exposure method according to claim 16, wherein a magnification of the charged beam in the first direction is larger than a magnification of the charged beam in the second direction.
請求項6乃至17のいずれかに記載の荷電ビームを用いた露光方法を用いた半導体装置の製造方法。  A method for manufacturing a semiconductor device using the exposure method using a charged beam according to claim 6.
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