JP4439038B2

JP4439038B2 - Electron beam exposure method and apparatus

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Publication number: JP4439038B2
Application number: JP17113199A
Authority: JP
Inventors: 和人芦原; 岳士原口; 仁田中; 義久大饗
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: JP2001006992A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光方法及び装置に関し、特にチャージアップによる照射位置のドリフトを低減した電子ビーム露光方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路は微細加工技術の進歩に伴って一層高集積化される傾向にあり、微細加工技術に要求される性能は益々厳しいものになってきている。とりわけ露光技術においては、従来使用されているステッパなどに用いられる光露光技術の限界が予想されている。電子ビーム露光技術は、光露光技術に代わって微細加工の次世代を担う可能性の高い技術である。
【０００３】
電子ビーム露光装置には、可変矩形露光方式、ブロック露光方式、マルチビーム露光方式などの方式がある。本発明はいずれの方式にも適用可能であるが、ここではブロック露光方式を例として説明を行う。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。ブロック露光方式は、繰り返し図形の単位となるパターンを透過マスク上に持ち、これに電子ビームを透過させて単位パターンを一度に発生させ、これをつないで繰り返し図形を露光する方法である。
【０００４】
図１は、ブロック露光方式の電子ビーム露光装置におけるビーム照射系の構成を示す図である。図１において、参照番号１１は電子ビームを発生する電子銃を、１２は電子銃１１からの電子ビームを平行ビームにする第１の収束レンズを、１３は通過する平行ビームを所定の形状に成形するアパーチャーを、１４は成形されたビームを絞る第２の収束レンズを、１５は成形用の偏向器を、１６は第１のマスク偏向器を、１７はマスクによる非点収差を動的に補正する偏向器を、１８は第２のマスク偏向器を、１９はマスク用収束コイルを、２０は第１の成形用レンズを、２１はステージ２１Ａで移動されるブロックマスクを、２２は第２の成形用レンズを、２３は第３のマスク偏向器を、２４はビームをオン・オフ制御するためのブランキング偏向器を、２５は第４のマクス偏向器を、２６は第３のレンズを、２７は円形アパーチャを、２８は縮小レンズを、２９はダイナミックフォーカスコイルを、３０は投影レンズを、３１は電磁的な主偏向器を、３２は静電的な副偏向器を示し、３３は試料１に照射された電子ビームの反射電子を検出して反射電子信号を出力する反射電子検出器を示し、投影レンズ３０により電子ビーム１０がステージ２に載置された試料（ウエハ）１に収束される。ステージはウエハ１を電子ビーム１０に垂直な平面内で２次元的に移動させる。以上の部分が電子光学鏡筒部（コラム）と呼ばれる筐体内に収容され、コラム内は真空にされて露光が行われる。電子ビーム露光装置は、更に所望のパターンを露光するようにコラムの各部を制御する露光制御部を有するが、ここでは説明を省略する。
【０００５】
一般に、主偏向器３１は、副偏向器３２に比べて偏向範囲が大きいが応答速度が遅い。そのため電子ビーム露光装置では露光効率の向上のため、図１に示すように、主偏向器３１と副偏向器３２を組合せる。露光を行う場合には、主偏向器３１の偏向範囲（実際には若干小さい範囲）を複数の副領域に分割し、主偏向器３１の偏向位置を各副領域の中心とし、副偏向器３２の偏向量を変化させながらその副領域内のパターンを露光する。なお、ステージを移動しながら同じ列の副領域を順次露光する場合もある。
【０００６】
図２は、主偏向器３１と副偏向器３２の部分のより詳しい構成を示す図である。図２に示すように、主偏向器３１は４つの電磁偏向器３１ａ〜３１ｄを４段に組み合わせて構成されている。データ管理回路４５から出力された主偏向データは主偏向第１演算回路４２ａ〜主偏向第４演算回路４２ｄで偏向能率Ｃ1 〜Ｃ４が乗ぜられた後、主偏向第１ＤＡ／アンプ４１ａ〜主偏向第４ＤＡ／アンプ４１ｄでアナログ信号に変換された後増幅されて、各電磁偏向器３１ａ〜３１ｄに印加される。各電磁偏向器３１ａ〜３１ｄは、印加された信号に応じて磁界を発生させ、電子ビーム１０を偏向する。例えば、ある電磁偏向器で偏向して位置を変化させた後、他の電磁偏向器で元の方向に振り戻すことにより、電子ビームの出射位置は変化するが出射方向は常に試料１に垂直な方向になるようにする。これであれば、試料１の高さが変化しても露光位置がほとんど変化しないので、露光像の劣化が低減できるという利点がある。
【０００７】
副偏向器３２は、例えば、セラミック製の円筒の内面に軸方向に延びる８枚の薄い金属膜を形成して電極とし、対向する電極に電圧を印加することで電界を形成して入射する電子ビームを静電界で偏向する。データ管理回路４５から出力された副偏向データは、副偏向演算回路４４で偏向能率Ｄが乗ぜられた後、副偏向ＤＡ／アンプ４３でアナログ信号に変換された後、増幅されて各電極に印加される。なお、図示の関係で副偏向演算回路４４と副偏向ＤＡ／アンプ４３はそれぞれ１個のみを示したが、電極は８個あり、実際には各電極に対応して副偏向演算回路４４と副偏向ＤＡ／アンプ４３の組が８組設けられており、偏向能率もＤ１〜Ｄ８が個別に設定される。副偏向器３２に入射した電子ビームは徐々に偏向され、ある出射角度で出射される。
【０００８】
偏向能率Ｃ1 〜Ｃ４及びＤ１は、与えられた主偏向データ及び副偏向データに比例した偏向位置が得られるように設定され、データ管理回路４５に記憶される。ＣＰＵ４６は、装置全体の制御を行う制御回路を構成し、露光データから各偏向器による偏向量を算出した上で、各演算回路３２ａ〜４２ｄ及び４４に出力する。
【０００９】
電子ビーム露光装置のコラムには、適当に断面が成形された電子ビームをウエハ上に照射するための投影レンズが内蔵されているが、上述した電磁偏向器と静電偏向器はこの投影レンズとほぼ一体的に、具体的には電磁偏向器内に静電偏向器が収容される形で配置されている。
従って、静電偏向器（副偏向器）及びその周辺の部品に、加工性や精度は良好であるが導電性の高い金属を使用すると、渦電流の影響により電磁偏向器（主偏向器）の応答速度が遅くなるといった不都合が生じる。これは、高スループットを要求されている電子ビーム露光装置にとって非常に問題となる。
【００１０】
渦電流を小さくするため、筒状の絶縁材料（例えばアルミナ）の内側にめっき（例えば下地はＮｉＰ、表面はＡｕ）を施して静電偏向器を形成することも行われたが、加工精度やメッキなどの問題があるため、現在は比抵抗の値がほぼ理想的なAlTiC(アルミナと炭化チタンの化合物）セラミックを研削加工したものに白金めっきを行って静電偏向電極とし、この電極を絶縁性のアルミナセラミックの中空円筒に固定して静電偏向器を構成している。
【００１１】
図３は、電子ビーム露光装置で使用される静電偏向器の従来例を示す図であり、（ａ）は静電偏向器の外観構成を、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線から見た上面図を、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図をそれぞれ示している。
図示のように、静電偏向器３２は、電極群５１と、電極群５１が内部に固定される中空円筒状の保持部材５２とから構成されている。
【００１２】
電極群５１は、８個のAlTiC セラミックの電極材Ｅ₁〜Ｅ₈によって構成され、各電極材Ｅ_i（ｉ＝１〜８）は、保持部材５２の内部で軸対称に配置固定されている（図３（ｂ）参照）。各電極材Ｅ_iは、研削加工によってそれぞれ同一形状に形成され、表面には金属皮膜が形成されている。この金属皮膜は、例えばルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）及び白金（Ｐｔ）などの白金族の金属であり、電解めっきにより各導電性セラミックの表面に直接形成されている。
【００１３】
電子ビームは電子の流れであり、絶縁材料に衝突すれば絶縁材料の表面に電荷が蓄積される。蓄積された電荷は周囲の電界に影響を与える。静電偏向器は、各電極材Ｅi に電圧を印加して電極群５１の内部に電界を発生させて、入射した電子ビームを電界の力で偏向するものである。そのため、周囲の保持部材１２の表面に電荷が蓄積して電界を乱すと、所望の偏向量が得られなくなるという問題が生じる。そこで、図示の静電偏向器では、各電極材Ｅi の横断面をクランク状にして筒の中心軸から保持部材５２の内側表面が直接見えないような形状にしている。このような形状にすることで、筒の内部を通過する電子ビームが散乱しても、散乱した電子はいずれかの電極材Ｅi に衝突して、保持部材１２の内側表面には到達しないようにしている。
【００１４】
一方、保持部材５２は、各電極材Ｅ_iを相互に絶縁する必要があり、アルミナなどのセラミック絶縁材料で形成されている。この保持部材５２には、図示のように外周面での径が内周面での径より大きいくさび状の固定穴５３が設けられている。これら固定穴は、電極群５１（８個の電極材Ｅ₁〜Ｅ₈）を内部に配置固定する際に用いられるもので、各電極材Ｅi 毎に２個（合計１６個）の固定穴が設けられる。各固定穴５３の内壁部分には、メタライズ法によりＴｉ或いはモリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）を主成分とする接合用金属パッド１６及び１７が形成される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
静電偏向器の表面に電荷が蓄積すると、蓄積された電荷が発生する電界が電子ビームの照射位置をずらすという問題を発生する。このような照射位置に影響する電荷の蓄積は、特に静電偏向器に蓄積される電荷が大きく問題であるが、それだけでなく電子ビームが通過する経路付近にある絶縁表面すべてで問題になる。このような装置表面の電荷の蓄積を、一般にチャージアップと呼んでいる。電子ビーム露光装置は、非常に微細なパターンを描画するものであり、たとえ小さな照射位置のずれ（ドリフト）であっても大きな問題になる。
【００１６】
静電偏向器の構造や材料は、上記のように表面に電荷が蓄積しないような各種の工夫が施され、電極表面は、非常に清浄な状態にした上で組み立てられる。そのため、チャージアップによるドリフト量はかなり小さくなっているが、完全にゼロにすることは非常に難しいのが現状である。その原因は、試料表面のレジストによる汚染などによると考えられる。
【００１７】
図４は、電子ビームをレジストに照射することによる静電偏向器の汚染及びチャージアップを説明する図である。図４の（１）に示すように、試料（ウエハ）１の表面には、感光層であるレジスト層３が形成されている。電子ビーム１０をレジスト層３に照射すると、電子ビーム１０はレジスト層３に吸収されてレジスト層を感光させるが、一部はレジスト層３の表面で反射されて反射電子となる。また、一旦レジスト層３内に入った電子が再び放出されて２次電子となる。反射電子や２次電子は、静電偏向器を構成する絶縁性の保持部材５２の表面などに蓄積されて、チャージアップの原因となる。更に、電子ビームは加速されてレジスト層３に照射されるため、レジスト分子が蒸発し、それが静電偏向器や付近の装置の表面に付着して汚染するものと思われる。レジストは絶縁性であるので、レジスト分子が電極などの導電性の表面に付着すると、その部分に電子などが蓄積されて、チャージアップの原因となる。そのため、静電偏向器の材料や形状などの物理的な対策だけで、チャージアップを完全に除去するのは困難であり、ドリフトによる露光位置精度の低下が問題になっている。
【００１８】
本発明は、電子ビーム露光装置におけるチャージアップによるドリフトを低減して、露光位置精度を向上することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の電子ビームの露光方法及び装置では、チャージアップによるドリフトに関係する要因を分析し、それらの要因から発生されるドリフト量を予測し、偏向量をその分だけ補正することで、露光位置精度を向上させる。
【００２０】
すなわち、本発明の電子ビームの露光方法は、電子ビームを試料上に収束すると共に偏向して所望の位置に照射する電子ビーム露光方法において、チャージアップ演算式に基づいて、装置のチャージアップによる電子ビームの照射位置のドリフト量を演算し、偏向器による偏向量を補正することを特徴とする。
また、本発明の電子ビームの露光は、電子ビームを発生する電子銃と、電子ビームを試料上に収束する収束ユニットと、電子ビームを偏向する偏向器と、試料を載置して移動する移動機構と、偏向器の偏向データを出力する偏向制御回路とを備える電子ビーム露光装置において、偏向制御回路は、チャージアップ演算式に基づいて、装置のチャージアップによる電子ビームの照射位置のドリフト量を演算し、偏向器による偏向量を補正することを特徴とする。
【００２１】
チャージアップ演算式は、例えば、電子ビームの照射であるショット毎の、試料に照射された電子ビームの電流量と、電子ビームの試料への照射位置と、電子ビームのオン・オフ時間とをパラメータとする式である。また、チャージアップ演算式は、電子ビームの電流量の２乗根に比例してドリフト量が変化する項を有することが望ましい。更に、チャージアップ演算式は、電子ビームの電流量が大きくなるように変化する場合と小さくなるように変化する場合で時定数が異なるようにすることが望ましい。更に、電子ビームの照射位置はＸＹ直交座標で表した場合に、チャージアップ演算式は、Ｘ方向とＹ方向の前記ドリフト量を別々に演算する。更に、チャージアップ演算式は、短時間のドリフト量を演算する時定数の小さな項と、長時間のドリフト量を演算する時定数の大きな項とを有することが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
前述のように、物理的な対策だけでチャージアップによるドリフト量をなくすことはできない。そこで、本発明では、チャージアップによるドリフト量を演算してその分を偏向器で補正するが、これにより照射位置精度を向上させるには、正確にドリフト量を演算することが重要である。本願発明者は、各種の実験を行い、チャージアップによるドリフト量に関係する要因を分析して、高い精度でチャージアップによるドリフト量を演算できるチャージアップ演算式を作成した。
【００２３】
まず、図４の（１）に示したように、チャージアップの直接の要因は、反射電子や２次電子と思われるが、反射電子や２次電子の量は電子ビームの電流量に関係するので、照射される電子ビームの電流量がパラメータの１つとして挙げられる。ブロック露光方式などでは、電流の密度は同じで、ビームの大きさ（サイズ）に応じて電流量が変化するので、ここでは電流量の替わりにビームサイズをパラメータとする。
【００２４】
また、電子ビームの照射位置が円筒状の静電偏向器の中心軸上であれば、静電偏向器の円形の下面は一様にチャージアップすると思われる。一様にチャージアップした場合には、電界は形成されないので、それによるドリフトは発生しない。図４の（２）に示すように、主偏向器や副偏向器により電子ビームが偏向され、照射位置が中心から変位した場合には、変位した方の部分がよりチャージアップするものと思われる。そのため、ビームの照射位置もパラメータである。試料上の照射位置はＸＹ座標で表されるので、ドリフト量もＸ座標とＹ座標でそれぞれ演算する必要がある。
【００２５】
図５は、副偏向器で中心軸からａ〜ｌで示す位置に偏向した場合にチャージアップにより生じる偏向位置のずれをベクトルで示した測定結果を示す。図示のように偏向位置によってずれの方向・大きさが異なることが分る。後述する演算式の係数Ｃは、各種の偏向位置についての図５のような測定結果を基づいて定めた。
【００２６】
更に、電子ビームの照射（ショット）に応じて発生された電荷が表面に蓄積されると共に、表面に付いた電荷は、その部分の表面抵抗と体積抵抗などにより徐々に装置のグランドに流れ、減少する。この減少具合は、電荷が付いた部分とグランドとの間の抵抗などにより異なり、抵抗の大きな部分では遅く減少し、抵抗の小さな部分では速く減少する。そのため、一旦付着した電荷の減少によるドリフトの減少は、時定数の大きな分と、時定数の大きな分を考える必要がある。
【００２７】
更に、露光を開始した直後は、チャージアップの量（蓄積された電荷の量）は小さく、ショットに応じてチャージアップの量が増加するが、チャージアップの量がある程度まで増加すると、グランドに漏れる電荷量も増加するため、ショット開始からある程度以上時間が経過するとほぼ平衡状態になる。
以上のような考えに基づいて、ビームの照射位置及びビームサイズを変えながら実際に露光を行い、その露光位置を検出する実験を繰り返して、次のようなチャージアップ演算式を作成した。
【００２８】
【数１】

【００２９】
ｑ（ｔ）は、ビームのドリフト量である。ｑ’（ｔ）は小さな時定数の成分であり、Ｑ（ｔ）は大きな時定数の成分である。これらの異なる時定数の項ｑ’（ｔ）とＱ（ｔ）を合わせることにより、ビームのドリフト量ｑ（ｔ）が得られる。
ｑ’（ｔ）は次の式で表される。
【００３０】
【数２】

【００３１】
また、Ｑ（ｔ）は次の式で表される。
【００３２】
【数３】

【００３３】
式（２）と（３）は、共に基本式である。ビームのオン・オフあるいはビームサイズが変わる瞬間に時定数を切り替えて、ｔ＝０から計算を始める。計算は、ｘ方向とｙ方向について行われるので、実質的には次の４組の式で計算が行われる。
【００３４】
【数４】

【００３５】
このように、このチャージアップ演算式のｑ’（ｔ）とＱ（ｔ）の項では、それぞれ前回のショットによるドリフト量と、前回のショット時のドリフト補正量の和でドリフト量を求めている。前回以前のショットの累積によるドリフト量は前回のショット時のドリフト補正量で表される。
本発明の実施例の電子ビーム露光装置は、図１から図３で説明したような従来と同じ構成を有する装置であり、副偏向器で電子ビームの照射位置を、上記のチャージアップ演算式に従って演算したドリフト量と逆の量だけ偏向して補正する点が異なる。この補正演算と補正は、例えば、図２の制御回路を構成するＣＰＵ４６が行う。ＣＰＵ４６に上記のチャージアップ演算式を記憶しておき、各ショットのビームサイズと照射位置及び記憶してある前回演算したドリフト量に応じてドリフト量を算出して記憶する。そして算出したドリフト量の分だけ副偏向器による偏向量を補正した補正偏向量を副偏向器演算回路４４に出力する。この演算は、各ショット毎に実時間で行う必要がある。
【００３６】
図６の（１）は、実際に図示のような順に、１×１、２×２、４×４の３種類のショットを行った場合のドリフト量の測定値を示す図であり、（２）は上記の式に基づいて補正を行った場合のドリフト量の測定値を示す図である。補正を行うことにより、ドリフト量は減少している。これにより、照射位置のずれが低減できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チャージアップによる電子ビームの照射位置のドリフトを補正するので、照射位置精度が大幅に向上し、露光パターンの精度が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビーム露光装置の電子光学コラムの構成を示す図である。
【図２】現状の電子ビーム露光装置の偏向手段の構成を示す図である。
【図３】静電偏向器の構成例を示す図である。
【図４】チャージアップの原因を説明する図である。
【図５】偏向位置によるチャージアップドリフト量の差を示す図である。
【図６】補正を行わない場合と行った場合のドリフト量の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１…試料（ウエハ）
１１…電子銃
１６、１８、２３、２５…マスクデフレクタ
２１…ブロックマスク
２８…縮小レンズ
２９…ダイナミックフォーカスレンズ
３０…投影レンズ
３１…主偏向器
３１ａ〜３１ｄ…電磁偏向器
３２…副偏向器
４１ａ〜４１ｄ…主偏向ＤＡ／アンプ
４２ａ〜４２ｄ…主偏向演算回路
４３…副偏向ＤＡ／アンプ
４４…副偏向演算回路
４６…ＣＰＵ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam exposure method and apparatus, and more particularly, to an electron beam exposure method and apparatus that reduce irradiation position drift due to charge-up.
[0002]
[Prior art]
With the progress of microfabrication technology, semiconductor integrated circuits tend to be more highly integrated, and the performance required for microfabrication technology has become increasingly severe. In particular, in the exposure technique, the limit of the light exposure technique used for a conventionally used stepper or the like is expected. Electron beam exposure technology is a technology that is likely to take the next generation of microfabrication instead of optical exposure technology.
[0003]
Electron beam exposure apparatuses include a variable rectangular exposure method, a block exposure method, a multi-beam exposure method, and the like. The present invention can be applied to any method, but here, a block exposure method will be described as an example. However, the present invention is not limited to this. The block exposure method is a method in which a pattern serving as a unit of a repetitive figure is held on a transmission mask, an electron beam is transmitted through the pattern, a unit pattern is generated at once, and this is connected to repeatedly expose the figure.
[0004]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a beam irradiation system in a block exposure type electron beam exposure apparatus. In FIG. 1, reference numeral 11 is an electron gun that generates an electron beam, 12 is a first converging lens that converts the electron beam from the electron gun 11 into a parallel beam, and 13 is a parallel beam that passes through it into a predetermined shape. 14 is a second converging lens for focusing the shaped beam, 15 is a shaping deflector, 16 is a first mask deflector, and 17 is a mask that dynamically corrects astigmatism. 18 is a second mask deflector, 19 is a mask focusing coil, 20 is a first molding lens, 21 is a block mask moved by the

stage

21A, and 22 is a second mask. A molding lens, 23 a third mask deflector, 24 a blanking deflector for on / off control of the beam, 25 a fourth Max deflector, 26 a third lens, 27 is a circular aperture, 8 indicates a reduction lens, 29 indicates a dynamic focus coil, 30 indicates a projection lens, 31 indicates an electromagnetic main deflector, 32 indicates an electrostatic sub-deflector, and 33 indicates electrons irradiated on the sample 1. 1 shows a backscattered electron detector that detects backscattered electrons of a beam and outputs a backscattered electron signal. The projection lens 30 causes the electron beam 10 to converge on a sample (wafer) 1 placed on the stage 2. The stage moves the wafer 1 two-dimensionally in a plane perpendicular to the electron beam 10. The above portions are accommodated in a housing called an electron optical barrel (column), and the column is evacuated for exposure. The electron beam exposure apparatus further includes an exposure control unit that controls each part of the column so as to expose a desired pattern, but the description thereof is omitted here.
[0005]
In general, the main deflector 31 has a larger deflection range than the sub-deflector 32 but has a slow response speed. Therefore, in the electron beam exposure apparatus, the main deflector 31 and the sub deflector 32 are combined to improve the exposure efficiency, as shown in FIG. When performing exposure, the deflection range of the main deflector 31 (actually a slightly smaller range) is divided into a plurality of sub-regions, the deflection position of the main deflector 31 is set as the center of each sub-region, and the sub-deflector 32 is used. The pattern in the sub-region is exposed while changing the deflection amount. In some cases, the sub-regions in the same row are sequentially exposed while moving the stage.
[0006]
FIG. 2 is a diagram showing a more detailed configuration of the main deflector 31 and the sub deflector 32. As shown in FIG. 2, the main deflector 31 is configured by combining four electromagnetic deflectors 31a to 31d in four stages. The main deflection data output from the data management circuit 45 is multiplied by the deflection efficiencies C1 to C4 by the main deflection first arithmetic circuit 42a to the main deflection fourth arithmetic circuit 42d, and then the main deflection first DA / amplifier 41a to main deflection first. After being converted into an analog signal by the 4DA / amplifier 41d, it is amplified and applied to each of the electromagnetic deflectors 31a to 31d. Each of the electromagnetic deflectors 31a to 31d generates a magnetic field according to the applied signal and deflects the electron beam 10. For example, after changing the position by deflecting with a certain electromagnetic deflector, by returning to the original direction with another electromagnetic deflector, the emission position of the electron beam changes, but the emission direction is always perpendicular to the sample 1 Try to be in the direction. In this case, since the exposure position hardly changes even if the height of the sample 1 changes, there is an advantage that deterioration of the exposure image can be reduced.
[0007]
The sub-deflector 32 forms, for example, eight thin metal films extending in the axial direction on the inner surface of a ceramic cylinder to form an electrode, and forms an electric field by applying a voltage to the opposing electrode to make incident electrons. The beam is deflected by an electrostatic field. The sub deflection data output from the data management circuit 45 is multiplied by the deflection efficiency D in the sub deflection arithmetic circuit 44, converted into an analog signal by the sub deflection DA / amplifier 43, and then amplified and applied to each electrode. Is done. Although only one sub-deflection operation circuit 44 and one sub-deflection DA / amplifier 43 are shown in the illustrated relationship, there are eight electrodes. Actually, the sub-deflection operation circuit 44 and the sub-deflection operation circuit 44 correspond to each electrode. Eight deflection DA / amplifier 43 pairs are provided, and the deflection efficiency D1 to D8 is individually set. The electron beam incident on the sub deflector 32 is gradually deflected and emitted at a certain emission angle.
[0008]
The deflection efficiencies C1 to C4 and D1 are set so as to obtain a deflection position proportional to the supplied main deflection data and sub deflection data, and are stored in the data management circuit 45. The CPU 46 constitutes a control circuit for controlling the entire apparatus, calculates the deflection amount by each deflector from the exposure data, and outputs it to the respective arithmetic circuits 32a to 42d and 44.
[0009]
The column of the electron beam exposure apparatus incorporates a projection lens for irradiating the wafer with an electron beam having an appropriately shaped cross section. The electromagnetic deflector and the electrostatic deflector described above are connected to the projection lens. Almost integrally, more specifically, the electrostatic deflector is disposed in the electromagnetic deflector.
Therefore, if a highly conductive metal is used for the electrostatic deflector (sub-deflector) and its peripheral parts, although it has good workability and accuracy, the electromagnetic deflector (main deflector) is affected by eddy currents. Inconveniences such as a slow response speed occur. This is a serious problem for an electron beam exposure apparatus that requires high throughput.
[0010]
In order to reduce the eddy current, an electrostatic deflector was formed by plating the inside of a cylindrical insulating material (for example, alumina) (for example, NiP for the base and Au for the surface). Due to problems such as plating, platinum is plated on AlTiC (alumina-titanium carbide compound) ceramic that has an ideal resistivity value and is used as an electrostatic deflection electrode. An electrostatic deflector is configured by being fixed to a hollow cylinder made of porous alumina ceramic.
[0011]
3A and 3B are diagrams showing a conventional example of an electrostatic deflector used in an electron beam exposure apparatus, in which FIG. 3A is an external configuration of the electrostatic deflector, and FIG. 3B is AA ′ in FIG. The top view seen from the line, (c) has each shown sectional drawing along the BB 'line in (b).
As illustrated, the electrostatic deflector 32 includes an electrode group 51 and a hollow cylindrical holding member 52 in which the electrode group 51 is fixed.
[0012]
The electrode group 51 is composed of eight AlTiC ceramic electrode materials E _{1 to} E ₈ , and each electrode material E _i (i = 1 to 8) is arranged and fixed in an axially symmetrical manner inside the holding member 52. (See FIG. 3B). Each electrode material E _i is formed in the same shape by grinding, and a metal film is formed on the surface. This metal film is a platinum group metal such as ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir) and platinum (Pt). It is formed directly on the surface of the ceramic.
[0013]
An electron beam is a flow of electrons, and if it collides with an insulating material, charges are accumulated on the surface of the insulating material. The accumulated charge affects the surrounding electric field. The electrostatic deflector applies a voltage to each electrode material Ei to generate an electric field inside the electrode group 51, and deflects an incident electron beam with the force of the electric field. For this reason, if electric charges accumulate on the surface of the surrounding holding member 12 to disturb the electric field, there arises a problem that a desired deflection amount cannot be obtained. Therefore, in the illustrated electrostatic deflector, the cross section of each electrode material Ei is crank-shaped so that the inner surface of the holding member 52 cannot be directly seen from the central axis of the cylinder. With such a shape, even if an electron beam passing through the inside of the cylinder is scattered, the scattered electrons do not collide with any electrode material Ei and reach the inner surface of the holding member 12. ing.
[0014]
On the other hand, the holding member 52 needs to insulate the electrode materials _Ei from each other, and is formed of a ceramic insulating material such as alumina. As shown in the figure, the holding member 52 is provided with a wedge-shaped fixing hole 53 whose diameter on the outer peripheral surface is larger than that on the inner peripheral surface. These fixing holes are used when the electrode group 51 (eight electrode materials E _{1 to} E ₈ ) is arranged and fixed inside, and two fixing holes (16 in total) are provided for each electrode material Ei. Provided. On the inner wall portion of each fixing hole 53,

bonding metal pads

16 and 17 mainly composed of Ti or molybdenum-manganese (Mo-Mn) are formed by a metallization method.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
When charges are accumulated on the surface of the electrostatic deflector, there is a problem that the electric field generated by the accumulated charges shifts the irradiation position of the electron beam. Charge accumulation that affects the irradiation position is particularly problematic because the charge accumulated in the electrostatic deflector is large, but not only on the insulating surface near the path through which the electron beam passes. Such charge accumulation on the device surface is generally called charge-up. The electron beam exposure apparatus draws a very fine pattern, and even a small displacement (drift) of the irradiation position becomes a big problem.
[0016]
The structure and material of the electrostatic deflector are variously devised so that charges are not accumulated on the surface as described above, and the electrode surface is assembled in a very clean state. Therefore, although the amount of drift due to charge-up is considerably small, it is very difficult to make it completely zero. The cause is considered to be due to contamination of the sample surface by resist.
[0017]
FIG. 4 is a diagram for explaining contamination and charge-up of an electrostatic deflector by irradiating a resist with an electron beam. As shown in FIG. 4 (1), a resist layer 3 that is a photosensitive layer is formed on the surface of the sample (wafer) 1. When the resist layer 3 is irradiated with the electron beam 10, the electron beam 10 is absorbed by the resist layer 3 to expose the resist layer, but a part of the electron beam 10 is reflected by the surface of the resist layer 3 and becomes reflected electrons. Also, the electrons once entering the resist layer 3 are emitted again to become secondary electrons. Reflected electrons and secondary electrons are accumulated on the surface of the insulating holding member 52 constituting the electrostatic deflector and cause charge-up. Further, since the electron beam is accelerated and applied to the resist layer 3, it is considered that the resist molecules evaporate and adhere to the surface of the electrostatic deflector or a nearby device to be contaminated. Since the resist is insulative, when resist molecules adhere to a conductive surface such as an electrode, electrons and the like are accumulated in the portion, causing charge-up. For this reason, it is difficult to completely remove the charge-up only by physical measures such as the material and shape of the electrostatic deflector, and the deterioration of the exposure position accuracy due to drift is a problem.
[0018]
An object of the present invention is to reduce drift due to charge-up in an electron beam exposure apparatus and improve exposure position accuracy.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the electron beam exposure method and apparatus of the present invention analyzes factors related to drift due to charge-up, predicts the amount of drift generated from those factors, and reduces the amount of deflection accordingly. By correcting, the exposure position accuracy is improved.
[0020]
That is, the electron beam exposure method of the present invention is an electron beam exposure method in which an electron beam is focused on a sample and deflected and irradiated to a desired position. The drift amount of the irradiation position of the beam is calculated, and the deflection amount by the deflector is corrected.
The exposure of the electron beam according to the present invention involves an electron gun that generates an electron beam, a converging unit that focuses the electron beam on the sample, a deflector that deflects the electron beam, and a movement that places the sample and moves it. In an electron beam exposure apparatus including a mechanism and a deflection control circuit that outputs deflection data of a deflector, the deflection control circuit calculates a drift amount of an irradiation position of an electron beam due to charge-up of the apparatus based on a charge-up arithmetic expression. It calculates and correct | amends the deflection amount by a deflector, It is characterized by the above-mentioned.
[0021]
For example, the charge-up calculation formula includes parameters for the amount of electron beam current applied to the sample, the position of the electron beam applied to the sample, and the on / off time of the electron beam for each shot, which is electron beam irradiation. It is an expression. Further, the charge-up arithmetic expression desirably has a term in which the drift amount changes in proportion to the square root of the electron beam current amount. Furthermore, it is desirable that the charge-up calculation formula has different time constants when the current amount of the electron beam changes so as to increase and when it changes so as to decrease. Further, when the irradiation position of the electron beam is expressed by XY orthogonal coordinates, the charge-up calculation formula calculates the drift amounts in the X direction and the Y direction separately. Furthermore, it is desirable that the charge-up arithmetic expression has a term having a small time constant for calculating the short-time drift amount and a term having a large time constant for calculating the long-time drift amount.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the drift amount due to charge-up cannot be eliminated only by physical measures. Therefore, in the present invention, the drift amount due to charge-up is calculated and the amount is corrected by a deflector. To improve the irradiation position accuracy by this, it is important to accurately calculate the drift amount. The inventor of the present application conducted various experiments, analyzed factors related to the amount of drift due to charge-up, and created a charge-up arithmetic expression that can calculate the amount of drift due to charge-up with high accuracy.
[0023]
First, as shown in FIG. 4A, the direct charge-up factor seems to be reflected electrons and secondary electrons, but the amount of reflected electrons and secondary electrons is related to the current amount of the electron beam. Therefore, the amount of current of the irradiated electron beam is one of the parameters. In the block exposure method or the like, the current density is the same, and the amount of current changes according to the size (size) of the beam, so here the beam size is used as a parameter instead of the amount of current.
[0024]
If the electron beam irradiation position is on the central axis of the cylindrical electrostatic deflector, the circular lower surface of the electrostatic deflector seems to be charged up uniformly. In the case of uniform charge-up, no electric field is formed, so that no drift occurs. As shown in (2) of FIG. 4, when the electron beam is deflected by the main deflector or the sub deflector and the irradiation position is displaced from the center, it is considered that the displaced part is more charged up. . For this reason, the beam irradiation position is also a parameter. Since the irradiation position on the sample is represented by XY coordinates, it is necessary to calculate the drift amount using the X and Y coordinates, respectively.
[0025]
FIG. 5 shows a measurement result in which the deviation of the deflection position caused by the charge-up is represented by a vector when the sub deflector is deflected from the central axis to the positions indicated by a to l. As shown in the figure, it can be seen that the direction and magnitude of the deviation differ depending on the deflection position. A coefficient C of an arithmetic expression to be described later is determined based on measurement results as shown in FIG. 5 for various deflection positions.
[0026]
In addition, the charge generated by electron beam irradiation (shot) is accumulated on the surface, and the charge on the surface gradually flows to the ground of the device due to the surface resistance and volume resistance of the part, and decreases. To do. This degree of decrease varies depending on the resistance between the charged portion and the ground, etc., and decreases slowly when the resistance is large, and decreases rapidly when the resistance is small. Therefore, it is necessary to consider the large time constant and the large time constant for the decrease in drift due to the decrease in the charge once attached.
[0027]
Further, immediately after the start of exposure, the amount of charge-up (accumulated amount of charge) is small and the amount of charge-up increases according to the shot, but when the amount of charge-up increases to a certain extent, it leaks to the ground. Since the amount of charge also increases, it becomes almost in an equilibrium state after a certain time has elapsed since the start of the shot.
Based on the above-described idea, the following charge-up arithmetic expression was created by repeating the experiment of actually performing exposure while changing the beam irradiation position and beam size and detecting the exposure position.
[0028]
[Expression 1]

[0029]
q (t) is a beam drift amount. q ′ (t) is a component with a small time constant, and Q (t) is a component with a large time constant. By combining these different time constant terms q ′ (t) and Q (t), a beam drift amount q (t) is obtained.
q ′ (t) is represented by the following equation.
[0030]
[Expression 2]

[0031]
Q (t) is expressed by the following equation.
[0032]
[Equation 3]

[0033]
Expressions (2) and (3) are both basic expressions. The calculation is started from t = 0 by switching the time constant at the moment when the beam is turned on / off or the beam size changes. Since the calculation is performed in the x direction and the y direction, the calculation is substantially performed by the following four sets of expressions.
[0034]
[Expression 4]

[0035]
Thus, in the terms of q ′ (t) and Q (t) in this charge-up arithmetic expression, the drift amount is obtained by the sum of the drift amount from the previous shot and the drift correction amount at the previous shot, respectively. . The drift amount due to the accumulation of previous shots is represented by the drift correction amount at the previous shot.
The electron beam exposure apparatus according to the embodiment of the present invention is an apparatus having the same structure as the conventional one described with reference to FIGS. 1 to 3, and the irradiation position of the electron beam is determined by the sub-deflector according to the above charge-up arithmetic expression. The difference is that deflection is corrected by an amount opposite to the calculated drift amount. This correction calculation and correction are performed, for example, by the CPU 46 constituting the control circuit of FIG. The CPU 46 stores the above charge-up arithmetic expression, and calculates and stores the drift amount according to the beam size and irradiation position of each shot and the previously calculated drift amount stored. Then, the corrected deflection amount obtained by correcting the deflection amount by the sub deflector by the calculated drift amount is output to the sub deflector arithmetic circuit 44. This calculation needs to be performed in real time for each shot.
[0036]
(1) in FIG. 6 is a diagram showing measured values of the drift amount when three types of shots of 1 × 1, 2 × 2, and 4 × 4 are actually performed in the order shown in the drawing. ) Is a diagram showing a measured value of the drift amount when correction is performed based on the above formula. By performing the correction, the drift amount is reduced. Thereby, the shift | offset | difference of an irradiation position can be reduced.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the drift of the irradiation position of the electron beam due to charge-up is corrected, the irradiation position accuracy is greatly improved, and the exposure pattern accuracy is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electron optical column of an electron beam exposure apparatus.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of deflection means of an existing electron beam exposure apparatus.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an electrostatic deflector.
FIG. 4 is a diagram for explaining the cause of charge-up.
FIG. 5 is a diagram illustrating a difference in charge-up drift amount depending on a deflection position.
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing measurement results of the drift amount when correction is not performed and when correction is not performed. FIGS.
[Explanation of symbols]
1 ... Sample (wafer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ...

Electron gun

16, 18, 23, 25 ... Mask deflector 21 ... Block mask 28 ... Reduction lens 29 ... Dynamic focus lens 30 ... Projection lens 31 ... Main deflector 31a-31d ... Electromagnetic deflector 32 ... Sub deflector 41a- 41d ... Main deflection DA / amplifiers 42a to 42d ... Main deflection arithmetic circuit 43 ... Sub deflection DA / amplifier 44 ... Sub deflection arithmetic circuit 46 ... CPU

Claims

In an electron beam exposure method of converging and deflecting an electron beam on a sample and irradiating a desired position,
For each shot, which is irradiation of the electron beam, the amount of current of the electron beam irradiated on the sample, the irradiation position of the electron beam on the sample, and the on / off time of the electron beam are used as parameters. An electron beam exposure method comprising: calculating a drift amount of the irradiation position of the electron beam due to charge-up of the apparatus based on a charge-up arithmetic expression, and correcting the deflection amount by the deflector.

2. The electron beam exposure method according to claim 1 , wherein the charge-up arithmetic expression has a term in which the drift amount changes in proportion to a square root of the current amount of the electron beam.

3. The electron beam exposure method according to claim 1 , wherein the charge-up calculation formula has different time constants depending on whether the current amount of the electron beam changes so as to increase or decreases. Electron beam exposure method.

4. The electron beam exposure method according to claim 1 , wherein an irradiation position of the electron beam is expressed by XY orthogonal coordinates, and the charge-up arithmetic expression is the drift in the X direction and the Y direction. An electron beam exposure method that calculates the amount separately.

5. The electron beam exposure method according to claim 1 , wherein the charge-up calculation formula calculates a term having a small time constant for calculating a short-time drift amount and a long-time drift amount. An electron beam exposure method comprising: a term having a large time constant.

An electron gun for generating an electron beam, a converging unit for converging the electron beam on a sample, a deflector for deflecting the electron beam, a moving mechanism for placing and moving the sample, and deflection of the deflector In an electron beam exposure apparatus comprising a deflection control circuit for outputting data,
The deflection control circuit includes:
For each shot, which is irradiation of the electron beam, the amount of current of the electron beam irradiated on the sample, the irradiation position of the electron beam on the sample, and the on / off time of the electron beam are used as parameters. An electron beam exposure apparatus that calculates a drift amount of the irradiation position of the electron beam due to charge-up of the apparatus based on a charge-up arithmetic expression, and corrects the deflection amount by the deflector.

7. The electron beam exposure apparatus according to claim 6 , wherein the charge-up arithmetic expression has a term in which the drift amount changes in proportion to a square root of the current amount of the electron beam.

8. The electron beam exposure apparatus according to claim 6 , wherein the charge-up arithmetic expression has a different time constant depending on whether the current amount of the electron beam changes so as to increase or decreases. Electron beam exposure device.

9. The electron beam exposure apparatus according to claim 6 , wherein an irradiation position of the electron beam is represented by XY orthogonal coordinates, and the charge-up arithmetic expression is the drift in the X direction and the Y direction. An electron beam exposure device that calculates the amount separately.

10. The electron beam exposure apparatus according to claim 6 , wherein the charge-up calculation formula calculates a term having a small time constant for calculating a short-time drift amount and a long-time drift amount. An electron beam exposure apparatus comprising a term having a large time constant.