JP2009146884A - Electron gun, and electron beam device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To set an electron gun at high brightness in a device in which a pattern formation or a sample evaluation is carried out in high throughput in an electronic optical system having a plurality of optical axes. <P>SOLUTION: In the electron gun used in the device for carrying out the pattern formation or sample evaluation, when a cathode, a first anode, a second anode, and a Wehnelt electrode are equipped, and if the Wehnelt electrode and the first anode electrode are made to have a truncated cone shape, an angle from the optical axis to the Wehnelt is made θw, and the angle from the optical axis to the first anode is made θa, then by setting 40.1°<θa<90° or 48.6°<θw<149°, the brightness exceeding the Langmuir limit is obtained as shown in Fig. 12. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、超高速で基板表面にパターンを形成し、あるいは試料の評価をするための電子線装置に関し、より詳細には、複数の光軸を利用することあるいは、1括転写することにより高スループット化を可能にするための電子線装置又はその様な装置に用いられる電子銃に関する。   The present invention relates to an electron beam apparatus for forming a pattern on a substrate surface or evaluating a sample at an ultra-high speed, and more specifically, using a plurality of optical axes or performing batch transfer. The present invention relates to an electron beam apparatus for enabling throughput and an electron gun used for such an apparatus.

半導体製造プロセスにおいて、デザインルールは45nmの時代を迎えようとしており、また生産形態はDRAMに代表される少品種大量生産からSOC(Silicon on chip)のように多品種少量生産へ移行しつつある。それに伴い、製造工程数が増加し、工程毎の歩留まり向上は必須となり、プロセス起因の欠陥検査が重要になる。
そして、半導体デバイスの高集積化及びパターンの微細化に伴い、高分解能、高スループットの検査装置が要求されている。45nmデザインルールのウエーハの欠陥を調べるためには、25nm以下の分解能が必要であり、デバイスの高集積化による製造工程の増加により、検査量が増大するため、高スループットが要求されている。また、デバイスの多層化が進むにつれて、層間の配線をつなぐビアのコンタクト不良(電気的欠陥)を検出する機能も、検査装置に要求されている。
このような状況において、複数光軸にビームを形成し高スループット化する装置が検討されている。(M. Nakasuji etal, US 7,109,484)この様なマルチ光軸装置では実際の装置はまだ研究・開発段階にあり、システム全体での詳細な検討が要求される。
また、LEEPL(Low Energy Electron Proximity Projection Lithography)は次世代のリソグラフィー装置として華々しく登場したが、発明が解決しようとする課題で述べる様な問題点の為、今や消え去ろうとしている。しかしナノインプリント技術の発展によって上記問題点の大きい項目は解決の見通しがえられる可能性が高い。
In the semiconductor manufacturing process, the design rule is about to reach 45 nm, and the production form is shifting from small-quantity mass production represented by DRAM to high-variety small-quantity production such as SOC (Silicon on chip). Along with this, the number of manufacturing processes increases, and it is essential to improve the yield for each process, and defect inspection due to the process becomes important.
Along with the high integration of semiconductor devices and the miniaturization of patterns, high resolution and high throughput inspection apparatuses are required. In order to investigate a defect of a wafer having a 45 nm design rule, a resolution of 25 nm or less is required, and an inspection amount increases due to an increase in manufacturing process due to high integration of devices, and thus high throughput is required. In addition, as the number of devices increases, the inspection apparatus is also required to have a function of detecting a contact failure (electrical defect) of a via that connects wirings between layers.
Under such circumstances, an apparatus for forming a beam on a plurality of optical axes to increase the throughput has been studied. (M. Nakasuji etal, US 7,109,484) In such a multi-optical axis device, the actual device is still in the research and development stage, and detailed examination of the entire system is required.
In addition, LEEPL (Low Energy Electron Proximity Projection Lithography) has appeared brilliantly as a next-generation lithography apparatus, but it is now disappearing due to the problems described in the problem to be solved by the invention. However, with the development of nanoimprint technology, there is a high possibility that the items with the above problems will be solved.

上記した従来装置における電子銃は、光陰極カソードを用いた装置が開示されている。(S. Tanimoto, etal, M. N. C. 2007, Kyoto, Digest of paper, p 72)。光陰極カソードは信頼性が乏しく、複数の電子銃の内、1軸でも劣化するとシステム全体が機能しなくなる問題点があった。
また、2次電子を電界のみで検出器の方向に偏向しているので1次ビームに与える影響が無視できない問題があった。
更に、上記文献では光軸間隔が250μmで、走査幅より大きいので、ステージを複雑な動きに制御する必要があった。
また、2次電子検出器は、2.4mmx120mmの長方形であり、扱い難い問題があった。
更に他の光学部材もX方向の寸法が大きく、線膨張による光軸のズレが大きい問題もある。
また上記文献の光陰極電子銃では平面カソードで電流密度が低いため、Langmuir限界を超える輝度を確実に得られる電子銃を必要とした。
As the electron gun in the above-described conventional apparatus, an apparatus using a photocathode cathode is disclosed. (S. Tanimoto, etal, MNC 2007, Kyoto, Digest of paper, p 72). The photocathode cathode has poor reliability, and there is a problem that the entire system does not function if one of the plurality of electron guns deteriorates.
Further, since the secondary electrons are deflected in the direction of the detector only by the electric field, there is a problem that the influence on the primary beam cannot be ignored.
Further, in the above document, since the optical axis interval is 250 μm and larger than the scanning width, it is necessary to control the stage in a complicated motion.
Further, the secondary electron detector has a rectangular shape of 2.4 mm × 120 mm, and there is a problem that it is difficult to handle.
Further, other optical members have a large dimension in the X direction, and there is a problem that the optical axis is largely displaced due to linear expansion.
In addition, since the photocathode electron gun disclosed in the above document has a flat cathode and a low current density, an electron gun capable of reliably obtaining luminance exceeding the Langmuir limit is required.

また、上記した従来装置LEEPLでは、マスク面を電子線で走査しているため、1括転写に比べて転写時間が長くなり、パターンボケを決める光源サイズが大きくなり、パターン精度が悪くなる。また、転写倍率の微調整には複雑な制御を必要とした。
マスクが高価である問題があった。また、マスクライフも短く、転写時のコンタミネーションが短時間に起きる問題があった。
更に、本発明は、マスクコストを低下させ、マスク寿命を長くし、スループットを向上させる装置及び方法を提供することを目的とする。
Further, in the above-described conventional apparatus LEEPL, since the mask surface is scanned with an electron beam, the transfer time is longer than that of the batch transfer, the light source size for determining pattern blur is increased, and the pattern accuracy is deteriorated. Further, complicated control is required for fine adjustment of the transfer magnification.
There was a problem that the mask was expensive. In addition, the mask life is short, and there is a problem that contamination during transfer occurs in a short time.
Furthermore, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for reducing the mask cost, extending the mask life, and improving the throughput.

上記課題を解決するため、本発明では、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置に用いられる電子銃に於いて、カソード、第1アノード、第2アノード、ウエーネルト電極を有し、ウエーネルト電極及び第1アノード電極を円錐台形状とし、光軸からウエーネルトの角度をθw、光軸から第1アノードまでの角度をθa とした時、
40.1°<θa<90°あるいは48.6°<θw<149°
とすることによりLangmuir限界を超える輝度を確実に得られる電子銃を得た。
また上記手段で、アノード角θaが41.3度より大きく48.8度より小さくすると輝度がLangmuir限界を100倍以上越えるので更に良い。
更に上記手段で、ウエーネルト角θwを110.6°<θw<149°の範囲にすると電子銃電流が1mA以下の小さい値で輝度がLangmuir限界を1000倍以上越えるので最適である。
In order to solve the above problems, in the present invention, an electron gun used in an apparatus for pattern formation or sample evaluation includes a cathode, a first anode, a second anode, and a Wehnelt electrode. When the anode electrode has a truncated cone shape, the angle of Wehnelt from the optical axis is θw, and the angle from the optical axis to the first anode is θa,
40.1 ° <θa <90 ° or 48.6 ° <θw <149 °
As a result, an electron gun capable of reliably obtaining luminance exceeding the Langmuir limit was obtained.
Further, when the anode angle θa is larger than 41.3 degrees and smaller than 48.8 degrees by the above means, the luminance is more preferable because the luminance exceeds the Langmuir limit by 100 times or more.
Further, when the Wehnelt angle θw is in the range of 110.6 ° <θw <149 ° by the above-mentioned means, the luminance exceeds the Langmuir limit 1000 times or more when the electron gun current is a small value of 1 mA or less, which is optimal.

更に、上記電子銃を有し、2次元に配置された複数の光軸を有し、試料台を連続移動し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、試料台を連続移動方向に直角の方向に投影した上記複数の光軸の間隔は等しく、上記1光軸あたりの走査幅を上記間隔とほぼ等しくし、1回の試料台連続移動によって(全光軸数)x(上記走査幅)の範囲の領域のパターン形成あるいは試料の評価を行うようにした。
上記手段において、上記走査幅は512から4096画素の範囲にした。
更に上記の手段に於いて、上記光軸は、ほぼ直行する方向に等間隔で配置され、上記試料台の連続移動方向は、上記光軸の配置方向と所定の角度(tan-1(1/(m+1)), mは試料台連続移動方向の光軸数、傾ける事によって、試料台の連続移動方向に直角の方向に投影した上記複数の光軸の間隔が等しくなるよう様にした。
Furthermore, in the apparatus having the electron gun, having a plurality of optical axes arranged in two dimensions, continuously moving the sample stage, and performing pattern formation or sample evaluation, the sample stage is perpendicular to the continuous movement direction. The intervals of the plurality of optical axes projected in the direction are equal, the scanning width per optical axis is substantially equal to the interval, and (sample number of optical axes) x (scanning width) by one continuous movement of the sample stage The pattern formation of the area of the range or evaluation of the sample was performed.
In the above means, the scanning width is in the range of 512 to 4096 pixels.
Further, in the above means, the optical axes are arranged at equal intervals in a substantially perpendicular direction, and the continuous movement direction of the sample stage is a predetermined angle (tan-1 (1/1 / (m + 1)), m is the number of optical axes in the direction of continuous movement of the sample stage. By tilting, the interval between the multiple optical axes projected in the direction perpendicular to the direction of continuous movement of the sample stage is made equal. .

また、上記課題を解決するため、本発明では、2次元に配置された複数の光軸を有し、試料台を連続移動し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズ、2次電子検出器を有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズを通じ試料に照射し、試料からの2次電子を対物レンズを通過後、ExB偏向器で検出器の方向に偏向し、2次電子検出器に入射し、検出する装置であり、上記ExB偏向器は少なくとも大部分の光軸に共通の単一のExB偏向器とした。
上記手段において、上記ExB偏向器は、6極以上の強磁性体の電極を有するウイーンフィルターとした。
In order to solve the above problems, in the present invention, in an apparatus having a plurality of optical axes arranged two-dimensionally, continuously moving a sample stage, and performing pattern formation or sample evaluation, each optical axis is an electron. It has a gun, objective lens, and secondary electron detector. Each optical axis irradiates the sample with an electron beam from the electron gun through the objective lens, and passes the secondary electron from the sample through the objective lens, and then with an ExB deflector. The ExB deflector is a single ExB deflector common to at least most of the optical axes. The ExB deflector is a device that deflects in the direction of the detector, enters the secondary electron detector, and detects it.
In the above means, the ExB deflector is a Wien filter having ferromagnetic electrodes having 6 or more poles.

更に、上記課題を解決するため、本発明では、2次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズで試料に照射する装置であり、上記電子銃は1枚の透明基板に光電子物質を形成したものであり、上記複数の光軸のいずれかの電子銃特性が劣化した場合、上記基板を光軸と直角の方向に移動し、新しい光電物質が上記劣化した電子銃に露出する様にした。
また上記手段に於いて、線膨張の差等で生じた歪を解除可能にするため、カソード基板とウエーネルト基板間はX,Y方向のズレを許容する構造にした。
上記手段において、上記電子銃は、ウエーネルトとアノードは、光軸と直角方向に相対位置を全軸同時に微調整可能であり、カソードはこれらウエーネルトとアノードの組に、光軸と直角方向に移動可能とした。
Furthermore, in order to solve the above problems, the present invention has a plurality of optical axes arranged two-dimensionally, and in an apparatus for pattern formation or sample evaluation, each optical axis has an electron gun and an objective lens. Each optical axis is a device that irradiates a sample with an electron beam from an electron gun with an objective lens, and the electron gun is formed by forming a photoelectron substance on a single transparent substrate, and any one of the plurality of optical axes. When the characteristics of the electron gun deteriorated, the substrate was moved in a direction perpendicular to the optical axis so that a new photoelectric material was exposed to the deteriorated electron gun.
Further, in the above means, in order to be able to release the distortion caused by the difference in linear expansion, etc., the structure in which the deviation in the X and Y directions is allowed between the cathode substrate and the Wehnelt substrate.
In the above means, the electron gun, the Wehnelt and the anode can be finely adjusted at the same time in the direction perpendicular to the optical axis, and the cathode can be moved to the set of the Wehnelt and the anode in the direction perpendicular to the optical axis. It was.

また、上記課題を解決するため、本発明では、2次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズにより試料に照射する装置であり、上記電子銃は相隣るカソードを隔離する形状のウエーネルト電極を有する様にした。より具体的には、ウエーネルト電極と第1アノード電極間距離の最小値は相隣る光軸間の間隔より小さくした。
上記手段に於いて、上記ウエーネルト電極は光軸とのなす角:θwが67.5度より大きい円錐台形であり、図11に示す様にアノード側に凸型、あるいは凹型とした。
更に上記の手段に於いて、上記ウエーネルト電極はアノード側に凹型の円錐台とそのアノード側に円筒形状の電極が組み合わされた形状とした。
また上記の手段に於いて、カソードとアノード間隔:Dcaは、光軸間距離の2倍以下にした。
更に上記手段に於いて、カソード・アノード間には4kV・Dac以下の電位差とした。ここでDacはカソード・アノード間距離である。
更に、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で1括転写を行う装置で、マスクとウエーハ間に1次ビームに対する加速電界を印加する様にした。
上記手段において、上記マスクを照射時の電子のエネルギーは2keV未満であり、ウエーハを照射時の電子のエネルギーはレジストの感光層を貫通するに充分な値(9keV)以下とした。
更に上記の手段に於いて、マスクとウエーハ間の電位差は10V以上とした。
In order to solve the above problems, the present invention has a plurality of optical axes arranged two-dimensionally, and in an apparatus for pattern formation or sample evaluation, each optical axis has an electron gun and an objective lens. Each optical axis is a device for irradiating a sample with an electron beam from an electron gun by an objective lens, and the electron gun has a Wehnelt electrode having a shape for isolating adjacent cathodes. More specifically, the minimum value of the distance between the Wehnelt electrode and the first anode electrode was made smaller than the distance between adjacent optical axes.
In the above means, the Wehnelt electrode has a truncated cone shape with an angle θw with respect to the optical axis larger than 67.5 degrees, and is convex or concave on the anode side as shown in FIG.
Further, in the above means, the Wehnelt electrode is formed by combining a concave truncated cone on the anode side and a cylindrical electrode on the anode side.
In the above-mentioned means, the cathode-anode distance: Dca is set to not more than twice the distance between the optical axes.
Further, in the above means, a potential difference of 4 kV · Dac or less was set between the cathode and the anode. Here, Dac is the distance between the cathode and the anode.
Furthermore, in order to solve the above problems, in the present invention, an acceleration electric field for the primary beam is applied between the mask and the wafer in an apparatus that performs batch transfer with a low energy electron beam.
In the above means, the energy of electrons when irradiating the mask is less than 2 keV, and the energy of electrons when irradiating the wafer is set to a value (9 keV) or less sufficient to penetrate the photosensitive layer of the resist.
Further, in the above means, the potential difference between the mask and the wafer is set to 10 V or more.

また、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で1括転写を行う装置で、1段目に長方形の開口、2段目に長方形の開口とアライメントビームを形成する開口を有し、上記2段目の長方形の開口をパターンが形成されたマスクに結像させ、2段目の長方形の開口後に設けた2段のレンズで平行度の良いビームを形成し、上記マスクを通し該ビームでウエーハに1ダイ分のパターンを1括転写する様にした。
また上記の手段に於いて、上記2段の開口間に偏向器を設け、1段目の開口像が2段目の開口あるいはアライメント用のビームを形成する開口の1個を選択照射可能にした。
更に上記の手段に於いて、上記偏向器に励起信号が印加された時、2段目の開口の下流に形成されるクロスオーバの移動は生じない様にした。
また上記の手段に於いて、上記平行度の良いビームは、2段目の開口の下流に形成されるクロスオーバ径を10μm以下にするか、あるいは2段目の開口の下流に形成されるクロスオーバと最終レンズ間距離を250mm以上にする事により得るようにした。
In order to solve the above problems, the present invention is an apparatus that performs batch transfer with a low-energy electron beam, and has a rectangular opening on the first stage, a rectangular opening on the second stage, and an opening for forming an alignment beam. The second-stage rectangular aperture is imaged on a pattern-formed mask, and a two-stage lens provided after the second-stage rectangular aperture is used to form a beam with good parallelism. Through the beam, a pattern for one die was transferred to the wafer in one batch.
In the above-described means, a deflector is provided between the two-stage apertures so that the first-stage aperture image can selectively irradiate one of the second-stage aperture or the aperture that forms the alignment beam. .
Further, in the above means, when an excitation signal is applied to the deflector, the movement of the crossover formed downstream of the second stage opening is prevented.
In the above means, the beam having a good degree of parallelism has a crossover diameter formed downstream of the second stage opening of 10 μm or less, or a cross formed downstream of the second stage opening. The distance between the over and the final lens is 250 mm or more.

更に、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で1括転写を行う装置で、長方形開口の下流に2段レンズをもうけ、1段目のレンズで形成したクロスオーバからの発散ビームが2段目のレンズでほぼ平行なビームを形成し、マスクを照明する装置で、上記クロスオーバの光軸方向位置或いは上記2段目のレンズの励起条件で該レンズから出るビームの発散或いは収束角を調整し、転写倍率を微調整する様にした。
また上記の手段に於いて、光学系に非点発生装置を設け、X方向とY方向の転写倍率を独立に微調整する様にした。
Furthermore, in order to solve the above-described problems, the present invention is an apparatus that performs batch transfer with a low-energy electron beam. From the crossover formed by the first-stage lens, a second-stage lens is provided downstream of the rectangular aperture. A diverging beam forms an almost parallel beam with a second-stage lens and illuminates a mask. The divergence of the beam emitted from the lens at the position of the crossover in the optical axis direction or the excitation condition of the second-stage lens Alternatively, the convergence angle is adjusted, and the transfer magnification is finely adjusted.
In the above means, an astigmatism generator is provided in the optical system so that the transfer magnification in the X direction and the Y direction can be finely adjusted independently.

また、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で1括転写を行う装置で、マスクをX軸あるいはY軸に平行で、光軸を通る軸の回りに回転可能とし、マスクと光軸との直角度を調整し、台形歪を補正する様にした。
更に上記手段に於いて、最終投影レンズの電子銃側に2段の偏向器を設け、これら2段の偏向器の偏向中心をマスク面あるいは上記レンズの主面にした。
In order to solve the above problems, the present invention is a device that performs batch transfer with a low-energy electron beam, and the mask can be rotated around an axis that is parallel to the X axis or Y axis and passes through the optical axis, The squareness between the mask and the optical axis was adjusted to correct the trapezoidal distortion.
Further, in the above means, a two-stage deflector is provided on the electron gun side of the final projection lens, and the deflection center of the two-stage deflector is used as a mask surface or a main surface of the lens.

更に、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で1括転写を行う方法で、次の工程を有する様にした、即ち
A: 電子ビーム描画装置でマスターパターンを形成する、
B: 上記マスターパターンからナノインプリント用のナノ金型を形成する、
C: 上記ナノ金型でナノインプリント技術を用いて複数のパターンをSiウエーハに転写する。
D: 上記パターンを転写されたSiウエーハをエッチングし、ワーキングマスクを製作する
E: 上記Dで作成したワーキングマスクを用いLEEPLでウエーハに転写する。
Furthermore, in order to solve the above-described problems, the present invention is a method for performing batch transfer with a low energy electron beam, and has the following steps:
A: Form a master pattern with an electron beam lithography system.
B: forming a nano mold for nanoimprint from the master pattern,
C: Transfer multiple patterns to Si wafer using nanoimprint technology with the above nano mold.
D: Etching the Si wafer transferred with the above pattern to produce a working mask
E: Transfer to the wafer with LEEPL using the working mask created in D above.

また、上記課題を解決するため、本発明では、低エネルギーの電子線で1括転写を行う方法で、次の工程を有する、即ち
A: ワーキングチャンバとクリーニングチャンバを有し、1枚又は複数のウエーハを転写
B: マスクを上記ワーキングチャンバから取り出し、クリーニングチャンバに入れ、クリーニングを行う、
C: マスクをクリーニングチャンバから取り出し、ワーキングチャンバに戻し、該マスクを用いウエーハに転写する。
また上記の手段に於いて、マスクを複数有し、1枚目のマスクがクリーニングチャンバに入っている間に2枚目のマスクで転写を行う様にした。
また上記の手段に於いて、Cでクリーニング後、マスクが所定の温度になった後、ワーキングチャンバに戻すようにした。
更に上記の手段に於いて、マスクは所定の回数クリーニングし、或いは転写後は廃棄するようにした。
In order to solve the above problem, the present invention is a method for performing batch transfer with a low-energy electron beam, and includes the following steps:
A: It has a working chamber and a cleaning chamber, and transfers one or more wafers.
B: Remove the mask from the working chamber, put it in the cleaning chamber, and clean it.
C: The mask is removed from the cleaning chamber, returned to the working chamber, and transferred to the wafer using the mask.
In the above-described means, a plurality of masks are provided, and transfer is performed with the second mask while the first mask is in the cleaning chamber.
In the above means, after cleaning with C, the mask is returned to the working chamber after the mask reaches a predetermined temperature.
Further, in the above means, the mask is cleaned a predetermined number of times, or discarded after the transfer.

図1は本発明のマルチ光軸電子線装置の複数の光軸の配置を示した図である。1-1、1−2、1−3、----1−25は5行5列に配置された光軸を示す。各光軸はX軸に近い方向に等間隔、またY軸に近い方向にも等間隔に配置されている。この様にほぼ直角方向にm行n列に配置し、m = nにすることにより所定の円内に最大の数の光軸を配置できる利点がある。図に示した様にX,Y軸とtan-1(1/(m+1)),(mは試料台連続移動方向の光軸数) ラジアン傾けることにより、各軸をX軸方向に投影した場合の各光軸の間隔を全て等しくでき、1回のステージ連続移動によって(m x n)x(1軸の走査幅)の領域の試料評価あるいはパターン形成が行える。
1軸の走査幅を上記X軸方向に投影した場合の各光軸の間隔に等しく選べば、ステージの移動は、1回のY方向連続移動の後、(m x n)x(1軸の走査幅)だけX方向へステップ移動するとの単純な動作で試料全面の評価あるいはパターン形成が行える。
ビームの走査はデジタル走査されるので、走査幅はD/Aコンバータのbit 数に合わせるのが、効率的である。高精度、高速のD/A コンバータは、10から12bit である。従って、1−26で示した走査幅は、(1024〜4096)x(画素寸法)が妥当で、25 nm 画素の場合、走査幅は、25.6μm〜101.5μmになる。従って、5行5列の場合は光軸間隔は128〜507.5μmになる。10bit のDACの場合にも光軸間隔を200μm以上にしたい場合は、8行8列等に光軸を配置すれば良い。この様に光軸を2次元に配置することにより、1光軸の走査幅が小さくても光軸間隔を実用的な寸法に大きくできる。
FIG. 1 is a view showing the arrangement of a plurality of optical axes of a multi-optical axis electron beam apparatus of the present invention. Reference numerals 1-1, 1-2, 1-3, and ---- 25 denote optical axes arranged in 5 rows and 5 columns. The optical axes are arranged at equal intervals in the direction close to the X axis, and also at equal intervals in the direction close to the Y axis. In this way, there is an advantage that the maximum number of optical axes can be arranged in a predetermined circle by arranging m rows and n columns in a substantially perpendicular direction and setting m = n. As shown in the figure, X and Y axes and tan-1 (1 / (m + 1)), (m is the number of optical axes in the direction of continuous movement of the sample stage) Projecting each axis in the X axis direction by tilting in radians In this case, the intervals of the respective optical axes can be made equal, and the sample can be evaluated or the pattern can be formed in the area of (mxn) × (one-axis scanning width) by one continuous stage movement.
If the scanning width of one axis is selected to be equal to the interval between the optical axes when projected in the X-axis direction, the movement of the stage is (mxn) x (single-axis scanning after one continuous movement in the Y direction. The entire surface of the specimen can be evaluated or the pattern can be formed with a simple operation of stepping in the X direction by (width).
Since the beam is scanned digitally, it is efficient to adjust the scanning width to the number of bits of the D / A converter. A high-precision, high-speed D / A converter is 10 to 12 bits. Therefore, (1024 to 4096) × (pixel size) is appropriate for the scanning width indicated by 1-26, and in the case of a 25 nm pixel, the scanning width is 25.6 μm to 101.5 μm. Therefore, in the case of 5 rows and 5 columns, the optical axis interval is 128 to 507.5 μm. Even in the case of a 10-bit DAC, if the optical axis interval is to be 200 μm or more, the optical axes may be arranged in 8 rows and 8 columns. By arranging the optical axes in two dimensions in this way, the optical axis interval can be increased to a practical size even if the scanning width of one optical axis is small.

図2は1次電子を直進させ2次電子を検出器の方向に偏向させるExBウイーンフィルターの断面図である。2-1、---, 2−8はパーマロイの電極であり、磁場もこの磁極で形成される。光軸1−1から1−25は、狭い領域に配置されているので、一様な強度の電場、磁場を形成できる領域の内部に光軸1−1から1−25を配置できる。2−9は絶縁スペーサであり。2−10はパーマロイリングである。2−11は磁極2−1を励磁するコイルである。   FIG. 2 is a cross-sectional view of an ExB Wien filter that linearly moves primary electrons and deflects secondary electrons toward the detector. 2-1, ---, 2-8 are permalloy electrodes, and the magnetic field is also formed by these magnetic poles. Since the optical axes 1-1 to 1-25 are arranged in a narrow region, the optical axes 1-1 to 1-25 can be arranged inside a region where an electric field and a magnetic field with uniform intensity can be formed. 2-9 is an insulating spacer. 2-10 is a permalloy ring. Reference numeral 2-11 denotes a coil for exciting the magnetic pole 2-1.

図3は2次電子検出器の配置を示した図である。3-1、3-2、---, 3-25は1次ビームが通過する穴であり、レンズ作用が生じないよう十分大きい穴を設けた。3−1−1から3−25−1は感光領域で、10eV以上の初期エネルギーの2次電子は穴の近くに入射し、1eV 以下の初期エネルギーの2次電子は穴から遠い位置に入射し、検出される。各光軸からの2次電子を感光領域の方向へ偏向させるのは上記ウイーンフィルターの役割である。3-26、3−27は該検出器を光学系に取り付ける目印である。3−4−4はリード線であり、3−5−2は信号を外部に取り出すためのパッドである。図の様に感光領域を他の光軸と干渉しない方向に光軸間距離より長く形成するので、十分長い検出領域を確保でき、検出器のサイズは、2〜10mm角程度に小型になり、高歩留まりに製造できる。3−0は検出器チップの外形である。   FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of secondary electron detectors. Reference numerals 3-1, 3-2, ---, and 3-25 are holes through which the primary beam passes, and a sufficiently large hole is provided so that no lens action occurs. Reference numerals 3-1 to 3-25-1 are photosensitive regions where secondary electrons with an initial energy of 10 eV or more are incident near the hole, and secondary electrons with an initial energy of 1 eV or less are incident at a position far from the hole. Detected. It is the role of the Wien filter that deflects secondary electrons from each optical axis in the direction of the photosensitive region. Reference numerals 3-26 and 3-27 denote marks for attaching the detector to the optical system. 3-4-4 is a lead wire, and 3-5-2 is a pad for taking out a signal to the outside. As shown in the figure, the photosensitive area is formed longer than the distance between the optical axes in a direction not interfering with other optical axes, so that a sufficiently long detection area can be secured, and the size of the detector is reduced to about 2 to 10 mm square, Can be manufactured with high yield. 3-0 is the outer shape of the detector chip.

図4は電子銃の断面を示した図〔左側〕及びアノードからカソード側を見た図〔右側〕である。4−1−1は光軸、4−1−2は光軸4−1−1に対応するウエーネルト穴、4−1−3は光軸4−1−1に対応するウエーネルトである。4−30はアノードで、各光軸に対応するアノード穴が図に示す様に設けられている。アノード4−30とウエーネルト4−28は各光軸位置が冶具ボーラ等を用いて正確に穴あけされ。互いに位置を正確に位置あわせされ、絶縁スペーサ4−29を介して固定可能な構造にされている。カソードは、透明基板4−26に白金やCs等の光電子材料が4−27に示した片面全体に塗布されている。カソードとウエーネルトは軸あわせの必要はなく、ウエーネルト穴の中心部から電子線は放出される。ただ、カソードの一部が劣化した場合、ウエーネルト穴の直径程度xあるいはy方向へずらした後、固定すれば、新しいカソード面がウエーネルト穴に露出されるので、正常な電子銃特性が得られる。
カソードとウエーネルトは材質も温度も異なるので線膨張の差で歪が生じる惧れがある、両者の固定をゆるくし、両者の接触面を鏡面研磨した。その結果、X, Y方向のズレを可能にした。この結果歪の発生は無くなり、カソードは軸が無いので正常な電子銃特性は保たれる。
ウエーネルト4−1−3は各光軸との成す角が68度より大きい凹型の円錐台形状であるから、隣の光軸の影響からカソードが隔離されている。各ウエーネルトのアノード側に円筒形状のウエーネルト4−1−3が追加されると、この隔離がより確実になる。
4-31、4−32はウエーネルトをアノードに取り付ける穴である。4−28は全ウエーネルトが加工された金属板あるいは表面に金属コートされたセラミックスである。セラミックスは剛性が大きく、撓みが小さいので高精度にできる。また零膨張係数のセラミックスを用いると更によい。
FIG. 4 shows a cross section of the electron gun (left side) and a view of the anode side from the cathode side (right side). 4-1-1 is an optical axis, 4-1-2 is a Wehnelt hole corresponding to the optical axis 4-1-1, and 4-1-3 is a Wehnelt corresponding to the optical axis 4-1-1. 4-30 is an anode, and an anode hole corresponding to each optical axis is provided as shown in the figure. The anode 4-30 and the Wehnelt 4-28 are precisely drilled at each optical axis position using a jig borer or the like. The positions are accurately aligned with each other and can be fixed via insulating spacers 4-29. The cathode has a transparent substrate 4-26 coated with an optoelectronic material such as platinum or Cs on the entire surface shown in 4-27. The cathode and Wehnelt do not need to be aligned, and an electron beam is emitted from the center of the Wehnelt hole. However, when a part of the cathode is deteriorated, if it is fixed after being shifted in the x or y direction by about the diameter of the Wehnelt hole, a new cathode surface is exposed to the Wehnelt hole, and normal electron gun characteristics can be obtained.
Since the cathode and Wehnelt are different in material and temperature, distortion may occur due to the difference in linear expansion. The fixing of the two was loosened and the contact surfaces of both were mirror polished. As a result, it is possible to shift in the X and Y directions. As a result, no distortion occurs and the cathode has no axis, so that normal electron gun characteristics are maintained.
Since the Wehnelt 4-1-3 has a concave truncated cone shape whose angle with each optical axis is larger than 68 degrees, the cathode is isolated from the influence of the adjacent optical axis. If a cylindrical Wehnelt 4-1-3 is added to the anode side of each Wehnelt, this isolation becomes more reliable.
Reference numerals 4-31 and 4-32 denote holes for attaching the Wehnelt to the anode. 4-28 is a metal plate on which all Wehnelts are processed, or a ceramic whose surface is metal-coated. Ceramics have high rigidity and small deflection, so that high accuracy can be achieved. It is even better to use ceramics with a zero expansion coefficient.

電子銃は隣の電子銃の影響を受けないようにするため、ウエーネルト・アノード間距離:Dwaを小さくする必要がある。シミュレーションを行った結果、カソード・アノード間距離:Dcaを光軸間距離の3倍以下にすれば良かった。カソード・アノード間距離:Dcaを小さくした結果、カソード・アノード間で放電を起こす確率が高くなる。これを回避するため、カソードとアノード間に印加する電圧はDca・4kV以下にした。
周辺部の光軸のビームは中央部のビームに比べて周囲からの影響が対象性に欠け、非点収差等が大きくなる。この影響を最小限にするため、ダミーの光軸を周辺光軸の外側に同じピッチで設けると良い。即ち、m行n列で使う場合、(m+2)・行(n+2)列にする。
In order to prevent the electron gun from being affected by the adjacent electron gun, it is necessary to reduce the Wehnelt-anode distance: Dwa. As a result of the simulation, it was preferable to set the cathode-anode distance: Dca to be not more than three times the distance between the optical axes. Cathode-anode distance: As a result of reducing Dca, the probability of discharge between the cathode and anode increases. In order to avoid this, the voltage applied between the cathode and the anode was set to Dca · 4 kV or less.
The peripheral beam of the optical axis is less subject to influence from the surroundings than the central beam, and astigmatism is increased. In order to minimize this influence, it is preferable to provide dummy optical axes at the same pitch outside the peripheral optical axis. That is, when using m rows and n columns, it is set to (m + 2) · row (n + 2) columns.

図5は本発明のLEEPL電子線転写装置の電子光学図である。電子銃は平面カソード1、凹がた円錐台形状のウエーネルト2、アノード3から構成される。電子銃から放出された電子線はコンデンサレンズ4でクロスオーバ像をブランキング開口6に作る。ブランキング偏向器5は電磁レンズ4の内部に設けた。第2コンデンサレンズ7でこのレンズの下流に作るクロスオーバのサイズを調整し、転写時の電流密度と、パターンエッジボケを調整できる。即ちクロスオーバ径を小さくすれば上記ボケは小さくなり、大きくすれば電流密度を大きくできる。この調整により生じる第1と第2開口間の合焦条件のズレは、照射の半影が僅かに増加するのみで問題が無く、無視した。
8は長方形の第1開口で、投影レンズ9により第2開口板の長方形開口全体を照射できるサイズに設計されている。偏向器10は投影レンズ9が作るクロスオーバ位置に設けられ、照射領域をマスクや4個のアライメント用ビームのいずれかに切り替えたとき第3コンデンサレンズ14が作るクロスオーバ15の位置が移動しない様にした。
FIG. 5 is an electro-optical diagram of the LEEPL electron beam transfer apparatus of the present invention. The electron gun includes a flat cathode 1, a concave frustoconical Wehnelt 2, and an anode 3. The electron beam emitted from the electron gun forms a crossover image in the blanking aperture 6 by the condenser lens 4. The blanking deflector 5 was provided inside the electromagnetic lens 4. The size of the crossover created downstream of this lens can be adjusted by the second condenser lens 7 to adjust the current density during transfer and the pattern edge blur. That is, if the crossover diameter is reduced, the blur is reduced, and if the crossover diameter is increased, the current density can be increased. The deviation of the focusing condition between the first and second apertures caused by this adjustment was ignored because there was only a slight increase in the penumbra of irradiation.
Reference numeral 8 denotes a rectangular first opening which is designed to have a size capable of irradiating the entire rectangular opening of the second aperture plate by the projection lens 9. The deflector 10 is provided at the crossover position created by the projection lens 9 so that the position of the crossover 15 created by the third condenser lens 14 does not move when the irradiation area is switched to either a mask or four alignment beams. I made it.

この光学系で、クロスオーバはブランキング開口6の位置、ビーム切り替え偏向器10の偏向中心、及び転写ボケと電流密度を制御する15の位置に合焦する必要があり、また第1開口8と第2開口14とマスク21は光学的共役の必要がある。クロスオーバと開口の両方を設計時合焦条件を満たし、レンズ条件を変化させた場合、どちらかの合焦条件を犠牲にする必要がある。開口間の合焦条件のズレは半影が僅かに増加するのみで問題が無く、無視し、クロスオーバの合焦条件を優先させた。
図8はコンデンサレンズ9が作るクロスオーバを偏向器10の偏向中心に正確に合わせる方法を示した図である。
In this optical system, the crossover needs to be focused on the position of the blanking aperture 6, the deflection center of the beam switching deflector 10, and the position of 15 for controlling transfer blur and current density. The second opening 14 and the mask 21 need to be optically conjugate. When both the crossover and the aperture satisfy the focusing condition at the time of design and the lens condition is changed, it is necessary to sacrifice one of the focusing conditions. Misalignment of the focusing condition between the apertures caused only a slight increase in the penumbra and was not a problem. It was ignored and priority was given to the focusing condition of the crossover.
FIG. 8 is a diagram showing a method of accurately aligning the crossover created by the condenser lens 9 with the deflection center of the deflector 10.

2段の偏向器16,17は、アライメント用であり19又は28で示した偏向軌道の様に偏向中心がマスク位置或いは最終レンズの主面とした。従ってアライメントを行った時照射領域が移動しない、或いは最終レンズの収差が最小になる様に16と17の偏向感度比を調整した。投影レンズ18は所定位置にクロスオーバ15があるときマスクを照射するビームが平行ビームになる様設計した。従って、クロスオーバ15の位置が電子銃側に移動させればレンズ18を出たビームは僅かに収束ビームになり、マスクからウエーハへの転写像は僅かに縮小される。逆にクロスオーバ15の位置がウエーハ側に移動させれば、レンズ18を出たビームは僅かに発散ビームになり、マスクからウエーハへの転写像は僅かに拡大される。この調整で転写像の転写倍率が調整される。
クロスオーバ15は固定し、投影レンズ18の励磁を変化させ発散ビーム或いは収束ビームにして転写倍率を微調整しても良い。
The two-stage deflectors 16 and 17 are for alignment, and the deflection center is the mask position or the main surface of the final lens as in the deflection trajectory indicated by 19 or 28. Therefore, the deflection sensitivity ratio of 16 and 17 was adjusted so that the irradiation area did not move when the alignment was performed, or the aberration of the final lens was minimized. The projection lens 18 is designed so that the beam irradiating the mask becomes a parallel beam when the crossover 15 is in a predetermined position. Accordingly, if the position of the crossover 15 is moved to the electron gun side, the beam exiting the lens 18 becomes a slightly convergent beam, and the transfer image from the mask to the wafer is slightly reduced. Conversely, if the position of the crossover 15 is moved to the wafer side, the beam exiting the lens 18 becomes a slightly divergent beam, and the transfer image from the mask to the wafer is slightly enlarged. With this adjustment, the transfer magnification of the transfer image is adjusted.
The crossover 15 may be fixed, and the transfer magnification may be finely adjusted by changing the excitation of the projection lens 18 to be a divergent beam or a convergent beam.

ウエーハがx軸方向とy軸方向とで拡大倍率が異なる場合に備え非点補正コイル29をコンデンサレンズ14の上に設け、クロスオーバ15に非点を発生させた。その結果を図7に示す。X方向のクロスオーバは71の実線で示した様に72で示したY方向のクロスオーバよりも電子銃側に形成され、X方向のパターンは実線で示した様に収束ビーム中にマスクがあり、縮小転写され、Y方向のパターンは点線で軌道を示した様に、発散ビーム中にマスクがあるので拡大転写される。この結果、xとy方向での転写倍率を独立に調整できる。非点補正器はクロスオーバ位置以外であれば電子銃からマスク間のどこに置いても良い。 An astigmatism correction coil 29 is provided on the condenser lens 14 to cause astigmatism in the crossover 15 in case the wafer has different magnifications in the x-axis direction and the y-axis direction. The result is shown in FIG. The crossover in the X direction is formed closer to the electron gun than the crossover in the Y direction indicated by 72 as indicated by the solid line 71, and the pattern in the X direction has a mask in the convergent beam as indicated by the solid line. The pattern in the Y direction is enlarged and transferred because there is a mask in the diverging beam, as indicated by the dotted line. As a result, the transfer magnification in the x and y directions can be adjusted independently. The astigmatism corrector may be placed anywhere between the electron gun and the mask except at the crossover position.

第1投影レンズ9が作るクロスオーバを正確に、照射領域変更用偏向器10の偏向中心に合わせる方法を図8で説明する。21はマスク領域、20、23、81及び82はアライメント用のビーム形成用穴であり、これらの穴を照射する場合の照射領域は順に80、83、86、87である。90はマスク領域を照射時の照射領域であり、太い辺は半影を示している。まず穴81を86の照射領域で照射し、レジストレーションマークをマーク検出する。次に同じ穴81を偏向器10のY電極の電圧を変え、88の照射領域で照射し、同じくレジストレーションマークをマーク検出する。両者のマークが同じ位置に検出されるまでレンズ9の励磁を微調整を繰り返し、その励磁条件を記録する。つぎに穴23に同じ操作を行い、X方向の電極に与える電圧を変えた場合のレジストレーションマークの検出位置が同じになるレンズ9の励磁条件を調べる。この値が同じであれば調整は終了する。同じでなければ、偏向器10より電子銃側に設けた非点補正器で非点補正を行う。この非点補正は、レンズ9の励磁を上記81の穴で行った最適値と23の穴で行った最適値の中間値に設定し、非点補正の値を微調整しながら23或いは81の穴で同じマーク座標が得られるまで行えばよい。簡単に述べると、1つのビーム形成用穴あなを異なる照射領域で照射した場合のマーク座標値が同じになる様、レンズと非点補正器の励磁条件を決めればよい。   A method of accurately matching the crossover created by the first projection lens 9 with the deflection center of the irradiation region changing deflector 10 will be described with reference to FIG. Reference numeral 21 denotes a mask region, and 20, 23, 81, and 82 are beam forming holes for alignment. The irradiation regions in the case of irradiating these holes are 80, 83, 86, and 87 in this order. Reference numeral 90 denotes an irradiation area when the mask area is irradiated, and a thick side indicates a penumbra. First, the hole 81 is irradiated in the irradiation area 86, and the registration mark is detected. Next, the voltage of the Y electrode of the deflector 10 is changed to irradiate the same hole 81 with 88 irradiation areas, and the registration mark is also detected. The fine adjustment of the excitation of the lens 9 is repeated until both marks are detected at the same position, and the excitation conditions are recorded. Next, the same operation is performed on the hole 23, and the excitation condition of the lens 9 at which the detection position of the registration mark is the same when the voltage applied to the electrode in the X direction is changed is examined. If this value is the same, the adjustment ends. If they are not the same, astigmatism correction is performed by an astigmatism corrector provided closer to the electron gun than the deflector 10. In this astigmatism correction, the excitation of the lens 9 is set to an intermediate value between the optimum value obtained at the hole 81 and the optimum value obtained at the hole 23, and 23 or 81 while finely adjusting the astigmatism correction value. This can be done until the same mark coordinates are obtained in the hole. Briefly, the excitation conditions for the lens and the astigmatism corrector may be determined so that the mark coordinate values are the same when one beam forming hole is irradiated in different irradiation areas.

台形歪を調整する方法を図9に示す。マスク21はマスク中心を通り、x軸或いはy軸に平行な軸の周りに回転可能にした。図9の90はX軸方向に右上に傾けた場合であり、投影レンズは僅かに収束ビームを形成している場合の図である。この結果、マスクからウエーハ間の距離がX 軸の右と左で異なり、91に示した様に長方形のパターンは91のように歪む。この歪みを利用し、X軸の右側でサイズが大きくなる歪みを有するウエーハに補正転写がおこなえる。
マスク21とウエーハ27には制御電源25により1次ビームに加速電位が与えられるようにした。2次電子のエネルギー分布は2eV でピークになり10eV以上は非常にちいさいので、電位差を10V程度以上にすると2次電子はほとんどこの電位差でウエーハ側に戻されるので、ビーム照射によるマスクのコンタミネーションは大幅に少なくなる。
A method for adjusting the trapezoidal distortion is shown in FIG. The mask 21 passes through the center of the mask and is rotatable around an axis parallel to the x axis or the y axis. 90 in FIG. 9 shows a case where the projection lens is tilted to the upper right in the X-axis direction, and the projection lens forms a slightly convergent beam. As a result, the distance from the mask to the wafer is different between the right and left of the X axis, and the rectangular pattern is distorted as 91, as indicated by 91. Using this distortion, correction transfer can be performed on a wafer having a distortion that increases in size on the right side of the X axis.
An acceleration potential is applied to the primary beam by the control power supply 25 on the mask 21 and the wafer 27. The energy distribution of secondary electrons peaks at 2 eV and is very small at 10 eV or more. Therefore, when the potential difference is increased to about 10 V or more, the secondary electrons are almost returned to the wafer side by this potential difference. Significantly less.

電子線照射によるマスクの損傷を最小にするにはマスクを照射する電子線のエネルギーは、2keVより小さい方がよい。また、500 eV 以下の照射電圧では鏡筒内部の帯電や侵入磁場の影響を受けやすい。結局、マスクを照射する電子のエネルギー:Emは
500eV < Em < 2 k eV
にすると良い。
またレジストの厚さ方向全体を十分感光させるには2keVより大きいエネルギーの方がよい。またレジストを照射するエネルギーが9keV より大きいと電子線はウエーハまで到達し、そこからの後方散乱電子による近接効果が増加するので好ましくない。従ってレジストを照射するエネルギー:Erは
2keV < Er < 9 keV
但し、Erはレジストの厚みに依存する。電源25を動作時、偏向軌道19は22に示した様に曲がるが、マスク全体で同じ量曲がるので、アライメント誤差は発生しない。アライメント信号はマスクとウエーハ間に設けた4個の反射電子検出器24、26で検出できる。
In order to minimize damage to the mask due to electron beam irradiation, the energy of the electron beam that irradiates the mask should be less than 2 keV. Further, at an irradiation voltage of 500 eV or less, it is easily affected by charging inside the lens barrel and an intruding magnetic field. After all, the energy of the electrons that irradiate the mask: Em
500 eV <Em <2 k eV
It is good to make it.
Further, in order to sufficiently expose the entire resist in the thickness direction, an energy larger than 2 keV is better. On the other hand, if the energy for irradiating the resist is larger than 9 keV, the electron beam reaches the wafer, and the proximity effect due to backscattered electrons from there increases, which is not preferable. Therefore, energy to irradiate resist: Er
2 keV <Er <9 keV
However, Er depends on the resist thickness. When the power supply 25 is operated, the deflection trajectory 19 bends as shown at 22, but the entire mask is bent by the same amount, so that no alignment error occurs. The alignment signal can be detected by four backscattered electron detectors 24 and 26 provided between the mask and the wafer.

LEEPL転写時の近接効果を小さくするには、パターンボケ(Blur)を小さくすると有効である。図5のクロスオーバ15の直径を固定した場合のblurの大きさを比較する図を図6に示す。18、618及び65はそれぞれマスクの上、マスクと同じ位置及びマスクの下に投影レンズがある場合を1枚の図にまとめて表示したものである。レンズが18の位置にある場合は、クロスオーバ端を通りマスクで交差する軌道65はレンズ18で収束され、ウエーハ27でのblurの大きさは61になる。
投影レンズ618がマスクと同じZ位置にある場合はクロスオーバ端を通りマスクで交差する軌道64はレンズ618で収束されず、ウエーハ27でのblurの大きさは62になる。またレンズがマスクの下65の位置にある場合は、クロスオーバ端を通りマスクで交差する軌道65はレンズ65で収束され、ウエーハ27でのblurの大きさは63になる。上記3条件での電流密度は、レンズ18からウエーハ迄平行ビームであるから同じ値になる。従って投影レンズの下にマスクがある場合より、レンズと同じ位置あるいはレンズの電子銃側にマスクがある場合の方が同じ電流密度ではblurは小さく、近接効果は小さくなる。
インレンズマスクの場合で、転写ボケの大きさはクロスオーバ15からマスク間をL, マスクからウエーハ間をl, クロスオーバを250nm, とするとボケ:Δは
Δ = 250nm x l/L になる。
l(える) を5mm、Δを5nm 以下にするには、Lを250mm以上にすればよい。lは5mm以下がよい。
To reduce the proximity effect during LEEPL transfer, it is effective to reduce the pattern blur. FIG. 6 is a diagram for comparing the size of blur when the diameter of the crossover 15 in FIG. 5 is fixed. Reference numerals 18, 618, and 65 collectively show a case where the projection lens is on the mask, at the same position as the mask, and below the mask, in one figure. When the lens is at position 18, the trajectory 65 passing through the crossover end and intersecting with the mask is converged by the lens 18, and the blur size at the wafer 27 becomes 61.
When the projection lens 618 is at the same Z position as the mask, the trajectory 64 passing through the crossover end and intersecting with the mask is not converged by the lens 618, and the size of blur on the wafer 27 becomes 62. When the lens is at the position 65 below the mask, the trajectory 65 passing through the crossover end and intersecting with the mask is converged by the lens 65, and the size of blur on the wafer 27 becomes 63. The current density under the above three conditions is the same value because of the parallel beam from the lens 18 to the wafer. Therefore, the blur is smaller and the proximity effect is smaller at the same current density when the mask is at the same position as the lens or at the electron gun side of the lens than when the mask is under the projection lens.
In the case of an in-lens mask, the size of the transfer blur is L from crossover 15 to l, l from mask to wafer, and 250 nm from crossover.
Δ = 250 nm xl / L.
In order to make l (e) 5 mm and Δ 5 nm or less, L should be 250 mm or more. l is preferably 5 mm or less.

図7に本発明によるULSIの作成方法を示す。1.全層の必要なマスクのパターンを電子線描画装置によりパターン形成を行う。ここで、電子線描画時の近接効果を補正したパターンにすると同時にEB転写時に発生する僅かな近接効果も補正したパターンとする。
2.各層のパターンのナノ金型(ナノスタンパ)を作成する。3.この金型をマスター金型とし、ナノインプリント技術によって多数のレプリカパターンを作成する。
4.レプリカで作成した多数のパターンを用いLEEPLマスクを多数作成する。5.このLEEPLマスクでウエーハに転写する。ここで、6.LEEPLマスクがレジストからの放出物等で汚染されるので、1枚或いは所定の枚数転写を行ったらそのLEEPLマスクはワーキングチャンバから取り出し、クリーニングチャンバに入れクリーニングを行う。LEEPLマスクのクリーニングを行い、温度上昇が生じた場合所定の温度に戻す間は同じ層の別のLEEPLマスクをワーキングチャンバに入れ、次のウエーハに転写を行う。また、クリーニングしても修復できない歪等が発生する場合に備え所定の回数クリーニングし、或いは転写したLEEPLマスクは検査を行わず廃棄する。
FIG. 7 shows a ULSI creation method according to the present invention. 1. A pattern of necessary masks of all layers is formed by an electron beam drawing apparatus. Here, a pattern in which the proximity effect at the time of electron beam writing is corrected and a slight proximity effect generated at the time of EB transfer is also corrected.
2. Create nano molds (nano stampers) with patterns for each layer. 3. Using this mold as a master mold, a large number of replica patterns are created by nanoimprint technology.
4). Create many LEEPL masks using many patterns created with replicas. 5). Transfer to the wafer with this LEEPL mask. Here, 6. Since the LEEPL mask is contaminated with the release material from the resist, the LEEPL mask is removed from the working chamber and transferred to the cleaning chamber for cleaning when one or a predetermined number of copies are transferred. The LEEPL mask is cleaned, and when the temperature rises, another LEEPL mask of the same layer is placed in the working chamber and transferred to the next wafer while returning to a predetermined temperature. In addition, the LEEPL mask that has been cleaned a predetermined number of times or transferred is discarded without being inspected in case distortion or the like that cannot be repaired even after cleaning occurs.

次に、本発明の電子線装置に用いられる電子銃に於いて、平面カソードで電流密度が低くても、Langmuir限界を超える輝度を確実に得られる電子銃について記す。
図11は光軸の間隔が小さい場合の電子銃モデルのカソード付近を拡大表示したものである。110はカソード、111はウエーネルト、112は第1アノード、113は第2アノード、114は光軸である。θwは光軸からウエーネルトまでの角度で、以下ウエーネルト角と呼ぶ。θaは光軸から第1アノードまでの角度で、以下アノード角と呼ぶ。
θw<90°では凸型ウエーネルト、θw=90°はフラットウエーネルト、θw>90°では凹型ウエーネルトである。θa >90°では凸型アノード、θw=90°はフラットアノード、θw<90°では凹型アノードである。
Next, an electron gun used in the electron beam apparatus of the present invention will be described with respect to an electron gun that can reliably obtain a luminance exceeding the Langmuir limit even when the current density is low at a flat cathode.
FIG. 11 is an enlarged view of the vicinity of the cathode of the electron gun model when the distance between the optical axes is small. 110 is a cathode, 111 is a Wehnelt, 112 is a first anode, 113 is a second anode, and 114 is an optical axis. θw is an angle from the optical axis to the Wehnelt, and is hereinafter referred to as a Wehnelt angle. θa is an angle from the optical axis to the first anode, and is hereinafter referred to as an anode angle.
When θw <90 °, a convex Wehnelt is formed, when θw = 90 ° is a flat Wehnelt, and when θw> 90 °, a concave Wehnelt is obtained. When [theta] a> 90 [deg.], a convex anode, [theta] w = 90 [deg.] is a flat anode, and [theta] w <90 [deg.] is a concave anode.

Figure 2009146884
表1は、図11の電子銃モデル例である。このようなモデルでMEBS社シュミレーションソフト“Source”を用いて、計算を行った。シミュレーション手順は、
ウエーネルト電圧をある値に設定し、”SourceV を実行するとカソード電流あるいは電子銃電流:Ie が算出される。
“SourceA“を実行するとカソード電流密度 Jcが算出される。
“SourceB”を実行すると輝度の放出角度依存性が出力される。軸上輝度Bを読み取り、その電子銃電流依存性を算出し、グラフ表示する。
図11のモデルでの電子銃で、ウエーネルト角:θwを90度に固定し、アノード角θaを変化した場合の代表的なシミュレーション結果を図12に示した。第1アノード電圧:300V, 第2アノード電圧:2000V、第3アノード電圧:4500V、カソード:0Vを固定しウエーネルト電圧を変えてビーム電流を変化させた。ビーム電流を変えて輝度を算出した。図12で横軸は電子銃電流(μA),縦軸は輝度(105 A/cm2sr)。図12で、カソードは100μΦの平面、カソードと第1アノード電極間距離:0.33 mmである。
輝度データ:120、121,122、123、124、125、126と127はそれぞれアノード角θaが90、86.4、76、48.8、45、43.3、41.4、40.1度である。128はカソード電流密度 Jcから算出したLangmuir限界である。
アノード角θaが90°の場合では輝度120(点線)は輝度118(実線)とほぼ等しくLangmuir限界を越えていない。そして、Langmuir限界を越えない場合は輝度のシミュレーション値がLangmuir限界に近い事から、輝度のシミュレーション値が正しいと推定出来る。図12で明らかな様に、アノード角θaが90より小さい場合は輝度がLangmuir限界を10倍以上越えているのが見られる。更にアノード角θaが41.4度より大きく48.8度より小さい場合は輝度がLangmuir限界を100倍以上越えているのが見られる。
Figure 2009146884
Table 1 shows an example of the electron gun model of FIG. Calculations were performed using MEBS simulation software “Source” with such a model. The simulation procedure is
When the Wehnelt voltage is set to a certain value and “SourceV” is executed, the cathode current or electron gun current: Ie is calculated.
When “SourceA” is executed, the cathode current density Jc is calculated.
When “SourceB” is executed, the emission angle dependency of luminance is output. The on-axis luminance B is read, the electron gun current dependency is calculated, and displayed in a graph.
FIG. 12 shows a typical simulation result when the Wehnelt angle θw is fixed at 90 degrees and the anode angle θa is changed with the electron gun of the model of FIG. The beam current was changed by fixing the first anode voltage: 300 V, the second anode voltage: 2000 V, the third anode voltage: 4500 V, and the cathode: 0 V and changing the Wehnelt voltage. The brightness was calculated by changing the beam current. In FIG. 12, the horizontal axis represents electron gun current (μA), and the vertical axis represents luminance (105 A / cm 2 sr). In FIG. 12, the cathode has a plane of 100 μΦ, and the distance between the cathode and the first anode electrode is 0.33 mm.
Luminance data: 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126 and 127 have anode angles θa of 90, 86.4, 76, 48.8, 45, 43.3, 41.4, 40.1 degrees, respectively. It is. 128 is the Langmuir limit calculated from the cathode current density Jc.
When the anode angle θa is 90 °, the luminance 120 (dotted line) is almost equal to the luminance 118 (solid line) and does not exceed the Langmuir limit. If the Langmuir limit is not exceeded, the luminance simulation value is close to the Langmuir limit, so it can be estimated that the luminance simulation value is correct. As apparent from FIG. 12, when the anode angle θa is smaller than 90, it can be seen that the luminance exceeds the Langmuir limit by 10 times or more. Further, when the anode angle θa is larger than 41.4 degrees and smaller than 48.8 degrees, it can be seen that the luminance exceeds the Langmuir limit by 100 times or more.

図13は、アノード角θaを41.6°に固定し、ウエーネルト角θwを48.6°から149°まで変化しシミュレーションした結果である。130はカソード電流密度 Jcから算出したLangmuir限界である。131、132、133、134、135、136、137、138、139はそれぞれ、ウエーネルト角θwが149°、146、138,126.9、110.6、90、69.4、及び48.6°である。図から明らかな様にウエーネルト角θwの48.6°から149°の範囲で輝度がLangmuir限界を10倍以上越えているのが見られる。従って、48.6°<θw<149°の範囲にすると良い。更に、ウエーネルト角θwの110.6°から149°の範囲では電子銃電流が1mA以下の小さい値で輝度がLangmuir限界を1000倍以上越えているのが見られる。従って、ウエーネルト角θwを110.6°<θw<149°の範囲にすると最適である。 FIG. 13 shows the simulation result with the anode angle θa fixed at 41.6 ° and the Wehnelt angle θw changed from 48.6 ° to 149 °. 130 is the Langmuir limit calculated from the cathode current density Jc. 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, and 139 have a Wehnelt angle θw of 149 °, 146, 138, 126.9, 110.6, 90, 69.4, and 48.6 °, respectively. It is. As is clear from the figure, it can be seen that the luminance exceeds the Langmuir limit by a factor of 10 or more in the range of 48.6 ° to 149 ° of the Wehnelt angle θw. Therefore, the range of 48.6 ° <θw <149 ° is preferable. Further, in the range from 110.6 ° to 149 ° of the Wehnelt angle θw, it can be seen that the luminance exceeds the Langmuir limit by 1000 times or more when the electron gun current is a small value of 1 mA or less. Therefore, it is optimal to set the Wehnelt angle θw in the range of 110.6 ° <θw <149 °.

本発明では、複数の光軸を2次元的に配置するので、一定の領域に多くの光軸を配置できるので高速でパターン形成あるいは試料評価ができる。更に平面カソードで電流密度が低くてもLangmuir限界を超える輝度を確実に得られる電子銃を使用可能とした。
また、本発明のLEEPL転写方法では、転写倍率が調整可能であるので、ナノインプリント方式より有利である。また、EUV方式に比べて光学系が遙かに簡単であるから実用性がある。また、従来のLEEPL装置、方法の持つ問題点はほぼ解決できた。
In the present invention, since a plurality of optical axes are two-dimensionally arranged, a large number of optical axes can be arranged in a certain region, so that pattern formation or sample evaluation can be performed at high speed. Furthermore, an electron gun that can reliably obtain brightness exceeding the Langmuir limit even when the current density is low at a flat cathode can be used.
Further, the LEEPL transfer method of the present invention is more advantageous than the nanoimprint method because the transfer magnification can be adjusted. In addition, it is practical because the optical system is much simpler than the EUV method. In addition, the problems of conventional LEEPL devices and methods have been almost solved.

本発明のマルチ光軸の配置とX,Y座標との関係のモデル図である。It is a model figure of the relationship between arrangement | positioning of the multi optical axis of this invention, and an X, Y coordinate. 本発明のマルチ光軸に使用されるExB偏向器。ExB deflector used for the multi-optical axis of the present invention. 本発明のマルチ光軸に使用される2次電子検出器。The secondary electron detector used for the multi-optical axis of this invention. 本発明のマルチ光軸に使用される電子銃。The electron gun used for the multi-optical axis of the present invention. 本発明のLEEPL光学系。LEEPL optical system of the present invention. 本発明のLEEPL光学系でのパターンボケを比較する図。The figure which compares the pattern blurring in the LEEPL optical system of this invention. X方向とY方向の転写倍率を独立に微調整する方法。A method of finely adjusting the transfer magnification in the X and Y directions independently. コンデンサレンズ9が作るクロスオーバを偏向器10の偏向中心に正確に合わせる方法を示した図。The figure which showed the method of aligning the crossover which the condenser lens 9 makes to the deflection center of the deflector 10 correctly. 台形歪補正方法Keystone correction method 本発明のLEEPLによる転写方法。The transfer method by LEEPL of this invention. 本発明の電子銃モデルThe electron gun model of the present invention 本発明の電子銃のシミュレーション結果1Simulation result 1 of the electron gun of the present invention 本発明の電子銃のシミュレーション結果2Simulation result 2 of the electron gun of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

7:第2コンデンサレンズ、5:ブランキング偏向器、6:ブランキング開口、18,618,65:最終投影レンズ、25:加速電界印加電源、26:反射電子検出器、22:電子軌道、21:マスク。29:非点発生コイル、30:マスク領域照射時のビーム端の電子線軌道、31:レジストレーション用ビーム形成穴23を照射時のビーム端の電子線軌道
32:レジストレーション用ビーム形成穴20を照射時のビーム端の電子線軌道
110:カソード、111:ウエーネルト、112:第1アノード、113:第2アノード、114:光軸
7: second condenser lens, 5: blanking deflector, 6: blanking aperture, 18, 618, 65: final projection lens, 25: accelerating electric field application power source, 26: reflected electron detector, 22: electron orbit, 21 :mask. 29: Astigmatism generating coil, 30: Electron beam trajectory at the beam end when irradiating the mask area, 31: Electron beam trajectory at the beam end when irradiating the beam forming hole 23 for registration 32: Beam forming hole 20 for registration Electron beam trajectory 110: cathode, 111: Wehnelt, 112: first anode, 113: second anode, 114: optical axis at the beam end during irradiation

Claims (5)

パターン形成あるいは試料の評価を行う装置に用いられる電子銃であって、カソード、第1アノード、第2アノード、ウエーネルト電極を有し、上記ウエーネルト電極及び第1アノード電極を円錐台形状とし、光軸からウエーネルトの角度をθw、光軸から第1アノードまでの角度をθa とした時、
40.1°<θa<90°あるいは48.6°<θw<149°である事を特徴とする電子銃。
An electron gun for use in an apparatus for pattern formation or sample evaluation, comprising a cathode, a first anode, a second anode, and a Wehnelt electrode, wherein the Wehnelt electrode and the first anode electrode have a truncated cone shape, and an optical axis To Wehnelt angle θw, and the angle from the optical axis to the first anode θa,
An electron gun characterized by satisfying 40.1 ° <θa <90 ° or 48.6 ° <θw <149 °.
請求項1に於いて、更に41.4°<θa<48.8°あるいは110.6°<θw<149°である事を特徴とする電子銃。   2. The electron gun according to claim 1, wherein 41.4 ° <θa <48.8 ° or 110.6 ° <θw <149 °. 2次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズ、2次電子検出器を有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズにより試料に照射し、試料からの2次電子を対物レンズ通過後、ExB偏向器で検出器の方向に偏向し、2次電子検出器に入射し、検出する装置であり、上記電子銃は、請求項1に示した特徴を有する電子線装置。   In an apparatus that has a plurality of optical axes arranged two-dimensionally and performs pattern formation or sample evaluation, each optical axis has an electron gun, an objective lens, and a secondary electron detector, and each optical axis is an electron gun. A device that irradiates the sample with an electron beam from the objective lens, and secondary electrons from the sample pass through the objective lens, then deflects in the direction of the detector with the ExB deflector, and enters the secondary electron detector for detection. Further, the electron gun is an electron beam apparatus having the characteristics described in claim 1. 2次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズにより試料に照射する装置であり、上記電子銃は請求項1に示した特徴を有し、更に上記電子銃のカソードは1枚の透明基板に光電子物質を形成したものであり、上記複数の光軸のいずれかの電子銃特性が劣化した場合、上記基板を光軸と直角の方向に移動し、新しい光電物質が上記劣化した電子銃に露出する様にする事を特徴とする電子線装置。   In an apparatus that has a plurality of optical axes arranged two-dimensionally and performs pattern formation or sample evaluation, each optical axis has an electron gun and an objective lens, and each optical axis objectives an electron beam from the electron gun. An apparatus for irradiating a sample with a lens, wherein the electron gun has the characteristics described in claim 1, and the cathode of the electron gun is formed by forming a photoelectron substance on a single transparent substrate, When the electron gun characteristics of any of the optical axes deteriorates, the substrate is moved in a direction perpendicular to the optical axis so that a new photoelectric material is exposed to the deteriorated electron gun. . 2次元に配置された複数の光軸を有し、パターン形成あるいは試料の評価を行う装置において、各光軸は電子銃、対物レンズを有し、各光軸は電子銃からの電子線を対物レンズにより試料に照射する装置であり、上記電子銃は請求項1に示した特徴を有し、更にウエーネルト電極と第1アノード電極間距離の最小値は相隣る光軸間の間隔の2倍より小さい事を特徴とする電子線装置。   In an apparatus that has a plurality of optical axes arranged two-dimensionally and performs pattern formation or sample evaluation, each optical axis has an electron gun and an objective lens, and each optical axis objectives an electron beam from the electron gun. An apparatus for irradiating a sample with a lens, wherein the electron gun has the features described in claim 1, and the minimum distance between the Wehnelt electrode and the first anode electrode is twice the distance between adjacent optical axes. An electron beam device characterized by being smaller.
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