JP2000058445A - Electron beam transfer equipment and semiconductor device manufacturing method therefor - Google Patents

Electron beam transfer equipment and semiconductor device manufacturing method therefor

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JP2000058445A
JP2000058445A JP11156003A JP15600399A JP2000058445A JP 2000058445 A JP2000058445 A JP 2000058445A JP 11156003 A JP11156003 A JP 11156003A JP 15600399 A JP15600399 A JP 15600399A JP 2000058445 A JP2000058445 A JP 2000058445A
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JP
Japan
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electron beam
mask
adjustment
magnetic pole
pattern
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JP11156003A
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Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Nakasuji
護 中筋
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Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide equipment capable of magnification adjustment, rotation adjustment and focal point adjustment in a short time, in imaging to a mask of an illumination beam molding aperture in an electron beam transfer equipment. SOLUTION: In this electron beam transfer equipment, an illuminating lens 8 has a U-shaped magnetic pole 8a which is opened to the optical axis side. Three kinds of adjusting coils 22, 28, 26 are arranged in the vicinity of a molding aperture side magnetic pole, in the vicinity of a mask side magnetic pole and in a central part, respectively, in the magnetic pole. Focal point adjustment is performed by using the adjusting coil 28, and adjustment for rotation is performed by making a current flow, in such a manner that the magnetic fields in the same direction are generated in the adjusting coils 22 and 26. It is assumed temporarily that a current is so made to flow such that the magnetic fields in the reverse directions are generated in the adjusting coils 22 and 26. Currents to be made to flow in the three kinds of adjusting coils are calculated in accordance with the changes in three parameters of focal point, rotation and magnification with the use of simultaneous equations, and magnification adjustment is performed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、最小線幅0.1μ
m 以下の微細・高密度パターンをも高スループットで形
成することを企図する電子線転写装置に関する。特に
は、マスク照明ビームの結像パラメータを正確に調整で
き、転写精度をより向上させることができるよう改良を
加えた電子線転写装置に関する。さらには、そのような
電子線転写装置を用いて高精度の半導体デバイスを製造
する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to an electron beam transfer apparatus intended to form a fine and high-density pattern of m or less with high throughput. In particular, the present invention relates to an electron beam transfer apparatus improved so that the imaging parameters of a mask illumination beam can be accurately adjusted and transfer accuracy can be further improved. Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a highly accurate semiconductor device using such an electron beam transfer device.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の装置では、パターンの縮小や結
像のために電磁レンズが用いられる。さらに、この電磁
レンズの結像パラメータを補正するために、焦点合わせ
や像の回転を高速で補正するダイナミックフォーカスコ
イルや回転調整コイルが用いられる。また、特開平7−
235469号には、マスクの像をウェハに縮小転写す
る投影光学系中に、主に倍率を調整するレンズと主に回
転を調整するレンズを設けた装置が開示されている。
2. Description of the Related Art In this type of apparatus, an electromagnetic lens is used for pattern reduction and image formation. Further, in order to correct the imaging parameters of the electromagnetic lens, a dynamic focus coil and a rotation adjustment coil for correcting focusing and rotation of an image at high speed are used. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open
235469 discloses an apparatus in which a projection optical system for reducing and transferring a mask image onto a wafer is provided with a lens for mainly adjusting magnification and a lens for mainly adjusting rotation.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術で
は、投影光学系における結像パラメータの調整は考慮さ
れていたが、照明ビーム成形開口のマスクへの結像パラ
メータに関する調整は、全く考慮されていなかった。ま
た、倍率を変えることにより発生する回転及び焦点ズレ
については考慮されておらず、また回転を調整すること
により発生する焦点や倍率の変動についても考慮されて
いなかった。
In the above prior art, the adjustment of the imaging parameters in the projection optical system was considered, but the adjustment of the imaging parameters of the illumination beam shaping aperture on the mask was completely considered. I didn't. In addition, rotation and defocus caused by changing the magnification are not taken into consideration, and fluctuations in focus and magnification caused by adjusting the rotation are not taken into account.

【0004】本発明は、電子線転写装置での照明ビーム
成形開口のマスクへの結像において、倍率調整、回転調
整、焦点調整を短時間で行える装置を提供することを目
的とする。さらには、そのような電子線転写装置を用
い、高精度の半導体デバイスを製造する方法を提供する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to provide an apparatus capable of adjusting magnification, rotation, and focus in a short time when an image of an illumination beam shaping aperture is formed on a mask in an electron beam transfer apparatus. Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a highly accurate semiconductor device using such an electron beam transfer device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の電子線転写装置は、 感応基板に転写する
パターンを有するマスクを一部の小領域毎にステップア
ンドリピート式又は連続走査式に電子線で照明する照明
光学系と、マスクを通過してパターン化された電子線を
感応基板上のしかるべき位置に投影結像させるとともに
パターン小領域の像を感応基板上で繋ぎ合わせる投影光
学系と、を備え、小領域毎に光学系の条件を変化させな
がらパターン全体の転写を行う装置であって; 上記照
明光学系が、 マスクを照明する電子線(照明ビーム)
の外形を成形する成形開口と、 成形開口の像をマスク
の小領域に結像させる照明レンズと、 該レンズの近傍
に配置された、少なくとも3種類の調整コイルと、 各
部を制御する制御部と、を具備し; 該制御部が、該3
種類の調整コイルに流す電流を制御して、 開口像の
倍率、 開口像の回転、 開口像の焦点の3つのパ
ラメータのうちの少なくとも1つを、他に影響を与えな
いで調整可能なことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an electron beam transfer apparatus according to the present invention comprises a step-and-repeat type or a continuous scanning type in which a mask having a pattern to be transferred to a sensitive substrate is provided for each partial area. An illumination optical system that illuminates the substrate with an electron beam, and projection optics that project an image of the patterned electron beam through the mask at an appropriate position on the sensitive substrate and connect the image of the small pattern area on the sensitive substrate. A system for transferring the entire pattern while changing the condition of the optical system for each small area; the illumination optical system irradiating the mask with an electron beam (illumination beam).
A shaping aperture for shaping the outer shape of the lens, an illumination lens for forming an image of the shaping aperture on a small area of the mask, at least three types of adjustment coils arranged near the lens, and a control unit for controlling each unit. The control unit comprises:
By controlling the current flowing through each type of adjustment coil, it is possible to adjust at least one of the three parameters of the aperture image magnification, the rotation of the aperture image, and the focal point of the aperture image without affecting the other parameters. Features.

【0006】本発明においては照明ビーム成形開口の像
をマスク上の一つのパターン小領域に結像させる時、倍
率・回転・フォーカスを機械的可動部なしにすべて電気
信号のみによって調整可能としたので、安定性、高速応
答性に優れる。本発明の半導体デバイス製造方法は、上
記電子線転写装置を用いてリソグラフィー工程の露光を
行うことを特徴とする。
In the present invention, when an image of the illumination beam shaping aperture is formed on one pattern small area on the mask, magnification, rotation, and focus can all be adjusted only by electric signals without mechanically moving parts. Excellent in stability, high-speed response. A semiconductor device manufacturing method according to the present invention is characterized in that exposure in a lithography step is performed using the above-mentioned electron beam transfer apparatus.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の電子線転写装置において
は、上記照明レンズが、光軸側に開いたコの字形の磁極
を有し、 上記3種類の調整コイルが、該磁極の(a)
成形開口側磁極の近傍、(b)マスク側磁極の近傍、
(c)中央部のいずれか1カ所に配置されていることが
好ましい。各調整コイルを作動させて、いずれかの結像
パラメータを変化させた時に、他のパラメータの変化が
小さく、各パラメータを他のパラメータから分離させて
調整しやすい。
In the electron beam transfer apparatus according to the present invention, the illumination lens has a U-shaped magnetic pole opened on the optical axis side, and the three kinds of adjusting coils are provided with the (a) of the magnetic pole. )
In the vicinity of the magnetic pole on the forming opening side, (b) in the vicinity of the magnetic pole on the mask side,
(C) It is preferable to be arranged at any one of the central portions. When one of the imaging parameters is changed by operating each adjustment coil, the change of the other parameters is small, and it is easy to adjust each parameter separately from the other parameters.

【0008】また、本発明の電子線転写装置において
は、 上記3種類の調整コイルの作る磁束の通路の少な
くとも一部をフェライト等の強磁性体で形成し、 上記
マスクのパターン小領域の選択に同期して高速で上記3
つの結像パラメータを調整することを特徴とすることが
好ましい。また、これら3つのパラメータを変化させる
磁場の磁束の通路はフェライト以外の強磁性体を通らな
いので、光軸から遠いマスク上の小領域を露光する時も
上記結像パラメータをダイナミックに補正することがで
きる。
Further, in the electron beam transfer apparatus of the present invention, at least a part of a magnetic flux path formed by the three types of adjustment coils is formed of a ferromagnetic material such as ferrite, and is used to select a small pattern area of the mask. Synchronous and high speed 3
It is preferable that one of the imaging parameters is adjusted. Also, since the path of the magnetic flux of the magnetic field that changes these three parameters does not pass through a ferromagnetic material other than ferrite, the above-mentioned imaging parameters should be dynamically corrected even when exposing a small area on a mask far from the optical axis. Can be.

【0009】以下、図面を参照しつつ説明する。まず図
2を参照しつつ、分割転写方式の電子転写露光露光方法
で使用するマスク(レチクル)上における半導体デバイ
スパターンの分割形態の一例について説明する。図2の
上下方向(走査帯63の幅方向)をY方向、左右方向
(走査帯63の長手方向)をX方向とする。なお、マス
クは、例えばSiウェハにエッチングにより開口パター
ンを形成したもの(ステンシル型)や、Siメンブレン
上に高散乱体パターン膜を形成したもの(メンブレン
型)が検討されている。この例では、マスク上のチップ
の全体パターン61は長方形をしている。チップパター
ン61は、X方向に帯状に延びる多数の走査帯63に分
割されている。1つの走査帯63のマスク上での代表的
な寸法例は、幅1mm強×長さ20〜40mmである。
Hereinafter, description will be made with reference to the drawings. First, an example of a division mode of a semiconductor device pattern on a mask (reticle) used in an electronic transfer exposure and exposure method of a division transfer system will be described with reference to FIG. The vertical direction (the width direction of the scanning band 63) in FIG. 2 is the Y direction, and the horizontal direction (the longitudinal direction of the scanning band 63) is the X direction. For example, a mask in which an opening pattern is formed on a Si wafer by etching (stencil type) and a mask in which a high-scattering body pattern film is formed on a Si membrane (membrane type) are being studied. In this example, the entire pattern 61 of the chip on the mask has a rectangular shape. The chip pattern 61 is divided into a number of scanning bands 63 extending in a band shape in the X direction. A typical example of the size of one scanning band 63 on the mask is slightly more than 1 mm in width and 20 to 40 mm in length.

【0010】チップパターン61のY方向には数10〜
数100段の走査帯63が並んでおり、この走査帯の列
をストライプ62と呼ぶ。このストライプ62は、X方
向に3〜7列程度設けられる。走査帯63の周囲には幅
0.1mm程度の非パターン領域65が額縁状に設けられ
ている。この非パターン領域65の中心部は、実際のマ
スク上では、マスクに剛性を持たせるためやや厚くなっ
ており(厚さ例1mm)、補強部の役割も果す。なお、パ
ターンの形成されている領域の厚さは一例で2.0μm
である。転写露光の際、ウェハ上では、非パターン領域
65はキャンセルされ、全ての走査帯のパターンがチッ
プ全体で繋ぎ合わせされる。なお、転写の縮小率は1/
4が検討されている。ウェハ上における1チップのサイ
ズは、4GDRAMで、X方向27mm×Y方向44mmが
想定されている。この場合、マスク上のチップパターン
の非パターン部を含む全体のサイズは、X方向120〜
150mm、Y方向150〜250mm程度となる。
In the Y direction of the chip pattern 61, several tens
Several hundred scanning bands 63 are arranged, and a row of the scanning bands is called a stripe 62. The stripes 62 are provided in about 3 to 7 rows in the X direction. A non-pattern area 65 having a width of about 0.1 mm is provided around the scanning band 63 in a frame shape. The center portion of the non-pattern area 65 is slightly thicker (1 mm in thickness) on the actual mask to give the mask rigidity, and also serves as a reinforcing portion. The thickness of the area where the pattern is formed is 2.0 μm, for example.
It is. At the time of transfer exposure, the non-pattern area 65 is canceled on the wafer, and the patterns of all the scanning bands are joined together over the entire chip. Note that the transfer reduction rate is 1 /
4 are being considered. The size of one chip on the wafer is assumed to be 27 mm in the X direction and 44 mm in the Y direction in a 4GDRAM. In this case, the entire size including the non-pattern portion of the chip pattern on the mask is 120 to 120 in the X direction.
It is about 150 mm and about 150 to 250 mm in the Y direction.

【0011】図2のチップパターン61を転写する際に
は、各走査帯63内で、照明ビーム(照明光学系の成形
開口像)をX方向に偏向させながら移動させてマスクを
照明する。なお、照明ビームの形は走査帯63の幅より
もやや広い矩形である。ある瞬間における照明ビームに
照らされている走査帯の領域が、マスク上の露光単位領
域である。マスクを通過してパターン化されたビーム
は、投影光学系において縮小・偏向されて、そのパター
ンが投影されるべきウェハ上の位置へ導かれ結像され
る。なお、走査帯63中にも非パターン領域を設けて、
照明ビームを走査帯63中でステップアンドリピート式
に移動させる方式もありうる。なお、一本の走査帯の走
査中にも、ダイナミックフォーカス調整等の補正を行
い、低収差の投影結像を実現する。
When the chip pattern 61 shown in FIG. 2 is transferred, the mask is illuminated by moving the illumination beam (formed aperture image of the illumination optical system) in each scanning band 63 while deflecting it in the X direction. The shape of the illumination beam is a rectangle slightly wider than the width of the scanning band 63. The area of the scanning band illuminated by the illumination beam at a certain moment is the exposure unit area on the mask. The beam patterned after passing through the mask is reduced and deflected in the projection optical system, guided to a position on the wafer where the pattern is to be projected, and imaged. Note that a non-pattern area is also provided in the scanning band 63,
A method of moving the illumination beam in the scanning band 63 in a step-and-repeat manner is also possible. Note that correction such as dynamic focus adjustment is performed even during scanning of one scanning band, thereby realizing low aberration projection imaging.

【0012】一方、次の走査帯63に露光を進めるに
は、マスク(マスクステージ)及びウェハ(ウェハステ
ージ)を同期させてY方向に連続的あるいは間欠的に移
動させる。なお、通常は投影光学系で像が反転するので
ステージの移動方向は逆となる。ステージの移動を連続
的に行う場合には、一つの走査帯63を露光している間
にも、マスク上の走査帯63はY方向に移動するととも
に、当該走査帯の投影されるべきウェハ上の位置もY方
向に移動する。このようなY方向の移動に対しても、照
明ビーム及びパターンビームを偏向させて正しい位置に
ビームを当てる。1つのストライプ62の露光を終えて
隣のストライプ62′に移る際は、露光を一時停止して
マスクステージ及びウェハステージをX方向に送り、マ
スク上の隣のストライプ62′、及びその転写領域に当
るウェハの部分を露光装置の光軸付近に位置させる。
On the other hand, in order to advance the exposure to the next scanning band 63, the mask (mask stage) and the wafer (wafer stage) are synchronously and continuously or intermittently moved in the Y direction. Normally, the moving direction of the stage is reversed because the image is reversed by the projection optical system. When the stage is continuously moved, the scanning band 63 on the mask moves in the Y direction even while one scanning band 63 is being exposed, and the scanning band 63 is projected on the wafer to be projected. Also moves in the Y direction. Even in such a movement in the Y direction, the illumination beam and the pattern beam are deflected to strike the beam at a correct position. When moving to the next stripe 62 'after the exposure of one stripe 62 is completed, the exposure is temporarily stopped and the mask stage and the wafer stage are moved in the X direction, and the next stripe 62' on the mask and its transfer area are transferred to the next stripe 62 '. The portion of the wafer to be hit is positioned near the optical axis of the exposure apparatus.

【0013】図3は、本発明の1実施例に係る電子線転
写装置に用いる電子ビーム縮小転写装置の光学系全体に
おける結像関係を示す図である。電子銃1は、下方に向
けて電子ビームを放射する。電子銃1の下方には2段の
コンデンサレンズ2、3が備えられており、電子ビーム
は、これらのコンデンサレンズ2、3を通ってブランキ
ング開口7にクロスオーバーC.O.を結像する。レンズ3
の直上にはブランキング偏向器4が配置されており、マ
スク9に電子ビーム照明を当てない時は、同偏向器4が
クロスオーバC.O.をブランキング開口7で遮られる位置
に移動させる。上述の2つのコンデンサレンズ2、3を
ズームレンズとして作用させ、マスク9を照射する照明
ビームの電流密度を可変にできる。
FIG. 3 is a diagram showing an image forming relationship in the entire optical system of the electron beam reduction transfer device used in the electron beam transfer device according to one embodiment of the present invention. The electron gun 1 emits an electron beam downward. Two stages of condenser lenses 2 and 3 are provided below the electron gun 1, and the electron beam passes through these condenser lenses 2 and 3 and forms an image of a crossover CO on a blanking aperture 7. Lens 3
A blanking deflector 4 is disposed directly above the mask 9. When electron beam illumination is not applied to the mask 9, the deflector 4 moves the crossover CO to a position blocked by the blanking opening 7. By using the two condenser lenses 2 and 3 as a zoom lens, the current density of the illumination beam illuminating the mask 9 can be varied.

【0014】コンデンサレンズ3の下には、成形開口5
が備えられている。この成形開口5は、マスク照明ビー
ムの外形を整形するためのものである。この開口5の像
は、照明レンズ8によってマスク9に結像される。
Below the condenser lens 3, a molding opening 5 is provided.
Is provided. This shaping opening 5 is for shaping the outer shape of the mask illumination beam. The image of the opening 5 is formed on the mask 9 by the illumination lens 8.

【0015】ブランキング開口7とほぼ同じ高さ位置に
は、図1を参照しつつ後述する走査用偏向器が配置され
ている。同走査用偏向器は、照明ビームを図3のX方向
(左右方向)に順次走査して、マスク上の1つの走査帯
(図2の符号63)の全ての領域の露光を行う。ブラン
キング開口7の下方には、照明レンズ8が配置されてい
る。照明レンズ8は、電子ビームを平行ビーム化し、マ
スク9に当て、マスク9上に成形開口5を結像させる。
なお、この電子線転写装置の光学系では、成形開口5の
像が、マスク9に縮小されて結像される。このように縮
小系としたのは、成形開口5にかかる電子線の熱負荷を
下げるためである。
A scanning deflector, which will be described later with reference to FIG. 1, is disposed at substantially the same height as the blanking opening 7. The scanning deflector sequentially scans the illumination beam in the X direction (left-right direction) in FIG. 3 to perform exposure of all regions in one scanning band (reference numeral 63 in FIG. 2) on the mask. An illumination lens 8 is arranged below the blanking opening 7. The illumination lens 8 converts the electron beam into a parallel beam, impinges on the mask 9, and forms an image of the shaped aperture 5 on the mask 9.
In the optical system of the electron beam transfer device, the image of the molding opening 5 is reduced and formed on the mask 9. The reduction system is used in order to reduce the thermal load of the electron beam applied to the forming opening 5.

【0016】マスク9は、図3では、光軸上の1小領域
のみが示されているが、実際には光軸垂直方向(X−Y
方向)に広がっており、図2で説明したとおり多くの走
査帯やストライプを有する。一つの走査帯内を順次照明
する際は、上述のとおり、走査用偏向器で電子ビームを
偏向させる。
Although only one small area on the optical axis of the mask 9 is shown in FIG.
Direction), and has many scanning bands and stripes as described with reference to FIG. When sequentially illuminating one scanning band, the electron beam is deflected by the scanning deflector as described above.

【0017】また、マスク9は、XY方向に移動可能な
マスクステージ15上に載置されている。そして、感応
基板であるウェハ13もXY方向に移動可能なウェハス
テージ17上に載置されている。これらのマスクステー
ジ15とウェハステージ17とを、互いに逆のY方向に
走査することにより、図2のチップパターンのストライ
プ62内の各走査帯を順次露光する。さらに、両ステー
ジ15と17をX方向に間欠的に走査することにより、
各ストライプ62の露光を行う。なお、両ステージ1
5、17には、レーザ干渉計を用いた正確な位置測定シ
ステムが装備されており、また別途のアライメント手段
及び偏向器の調整により、ウェハ13上で各走査帯は正
確に繋ぎ合わされる。
The mask 9 is placed on a mask stage 15 that can move in the X and Y directions. The wafer 13 as a sensitive substrate is also placed on the wafer stage 17 that can move in the X and Y directions. By scanning the mask stage 15 and the wafer stage 17 in opposite Y directions, each scanning band in the stripe 62 of the chip pattern in FIG. 2 is sequentially exposed. Furthermore, by scanning both stages 15 and 17 intermittently in the X direction,
Each stripe 62 is exposed. In addition, both stages 1
5 and 17 are equipped with an accurate position measuring system using a laser interferometer, and the respective scanning bands are accurately joined on the wafer 13 by adjusting a separate alignment means and a deflector.

【0018】マスク9の下方には2段の投影レンズ10
及び12及び偏向器(図示されず)が設けられている。
そして、マスク9でパターン化された電子ビームは、2
段の投影レンズ10、12によって縮小されるとともに
偏向され、ウェハ13上の所定の位置に結像される。ウ
ェハ13上には適当なレジストが塗布されており、レジ
ストに電子ビームのドーズが与えられてマスク像の縮小
パターンがウェハ13上に転写される。ウェハ13は、
前述のように、光軸直角方向に移動可能なウェハステー
ジ17上に載置されている。なお、マスク19とウェハ
13の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバC.O.が
形成される。同クロスオーバ位置には、コントラスト開
口11が設けられている。同開口11は、マスクで散乱
された非パターンビームがウェハ13に到達しないよう
遮断する。
Below the mask 9, a two-stage projection lens 10 is provided.
And 12 and a deflector (not shown).
The electron beam patterned by the mask 9 is 2
The image is reduced and deflected by the projection lenses 10 and 12 of the stage, and is imaged at a predetermined position on the wafer 13. An appropriate resist is applied on the wafer 13, and the resist is given a dose of an electron beam to transfer a reduced pattern of a mask image onto the wafer 13. Wafer 13
As described above, it is mounted on the wafer stage 17 movable in the direction perpendicular to the optical axis. A crossover CO is formed at a point where the space between the mask 19 and the wafer 13 is internally divided at a reduction ratio. At the crossover position, a contrast opening 11 is provided. The opening 11 blocks the non-pattern beam scattered by the mask from reaching the wafer 13.

【0019】次に、図1を参照しつつ、本実施例の電子
線転写装置の照明光学系の主要部についてより詳細に説
明する。図1は、本実施例の電子線転写装置の照明光学
系の主要部をより詳細に示す断面図である。照明レンズ
8は、成形開口5の下方に配置されており、ブランキン
グ開口7を内部に収容している。照明レンズ8は、全体
として、光軸を中心として回転対称の筒状のものであ
り、光軸側に開いた断面コの字状の磁極8aを有する。
この磁極8aはパーマロイ等からなる。磁極8aの内部
には、全体として円筒形の励磁コイル8bが収められて
いる。磁極8aの上辺の内周には、フェライトからなる
リング状の上極8cが組み込まれている。磁極8aの下
辺の内周にも、フェライトからなるリング状の下極8d
が組み込まれている。
Next, the main part of the illumination optical system of the electron beam transfer apparatus of the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main part of the illumination optical system of the electron beam transfer device of the present embodiment in more detail. The illumination lens 8 is arranged below the molding opening 5 and houses the blanking opening 7 therein. The illumination lens 8 has a cylindrical shape that is rotationally symmetric about the optical axis as a whole and has a U-shaped magnetic pole 8a that is open to the optical axis side.
The magnetic pole 8a is made of permalloy or the like. Inside the magnetic pole 8a, a generally cylindrical excitation coil 8b is housed. A ring-shaped upper pole 8c made of ferrite is incorporated in the inner periphery of the upper side of the magnetic pole 8a. A ring-shaped lower pole 8d made of ferrite is also provided on the inner periphery of the lower side of the magnetic pole 8a.
Is incorporated.

【0020】励磁コイル8bの内周部には、絶縁物から
なるリング20aとフェライトリング20bとを多数積
み重ねたフェライトスタック20が嵌め込まれている。
このフェライトスタック20は、後述する各種調整コイ
ル22、26、28や偏向器群24の作る磁場が照明レ
ンズの磁気回路に漏れ出さないようにする磁気シールド
の役割を果す。フェライトスタック20の内周部には、
照明レンズ8内で上下方向に均一に巻かれた、光軸方向
にフェライトスタック20や励磁コイル8bとほぼ同じ
長さで延びる中調整コイル26が巻かれている。
A ferrite stack 20 in which a large number of insulating rings 20a and ferrite rings 20b are stacked is fitted in the inner peripheral portion of the exciting coil 8b.
The ferrite stack 20 functions as a magnetic shield that prevents a magnetic field generated by various adjustment coils 22, 26, and 28 and a deflector group 24 from leaking into a magnetic circuit of the illumination lens. On the inner periphery of the ferrite stack 20,
A middle adjustment coil 26 is wound around the ferrite stack 20 and the exciting coil 8b in the direction of the optical axis, and is wound uniformly in the illumination lens 8 in the vertical direction.

【0021】中調整コイル26の内周部には、上極8c
の真下に比較的幅(高さ)の狭い上調整コイル22が配
置されており、下極8dの直下には同様の下調整コイル
28が配置されている。上調整コイル22と下調整コイ
ル28の間の中調整コイル26の内周部には、この例で
4個の偏向器群24が上下に積み重なるように配置され
ている。
The inner peripheral portion of the middle adjustment coil 26 has an upper pole 8c
The upper adjustment coil 22 having a relatively small width (height) is disposed directly below the lower electrode 8, and a similar lower adjustment coil 28 is disposed immediately below the lower pole 8 d. In this example, four deflector groups 24 in this example are arranged on the inner peripheral portion of the middle adjusting coil 26 between the upper adjusting coil 22 and the lower adjusting coil 28 so as to be vertically stacked.

【0022】次に、この照明レンズ8の中の調整コイル
や偏向器の作用について説明する。走査帯内の一つのパ
ターン小領域(副視野)を選択する(走査する)のは偏
向器群24によって行う。偏向による収差は、T.Hosoka
wa, Optik, 56, No.1(1980)21-30 に開示されている手
法に基づき、偏向器を多くすることによって補正する。
一方、像面湾曲は、フェライトスタック20の内側にレ
ンズ全体に巻かれた中調整コイル26と、レンズの上
(成形開口)側磁極8cの近傍に巻かれた上調整コイル
22と、レンズ8のマスク側(下側)磁極8dの近傍に
巻かれた下調整コイル28とによって補正される。この
詳細は、主に中調整コイル26で焦点合わせが行われ、
それによって生じた回転あるいは倍率変化は上下の調整
コイル22、28で補正される。
Next, the operation of the adjusting coil and the deflector in the illumination lens 8 will be described. Selection (scanning) of one pattern small area (sub-field) in the scanning band is performed by the deflector group 24. Aberration due to deflection is T.Hosoka
Wa, Optik, 56, No. 1 (1980) 21-30, the correction is made by increasing the number of deflectors.
On the other hand, the field curvature is determined by adjusting the middle adjustment coil 26 wound around the entire lens inside the ferrite stack 20, the upper adjustment coil 22 wound near the upper (formed aperture) side magnetic pole 8c of the lens, and the The correction is made by the lower adjustment coil 28 wound near the mask side (lower) magnetic pole 8d. The details are mainly focused by the middle adjustment coil 26,
The resulting rotation or change in magnification is corrected by the upper and lower adjustment coils 22 and 28.

【0023】倍率調整は、例えば、次のように行う。す
なわち、上調整コイル22にレンズ磁場を強くする方向
に電流を流し、下調整コイル28に逆の電流を流すこと
によってレンズ8の主面を等価的に上へ移動させること
によって倍率は大きくなる。その逆にすれば倍率は小さ
くなる。この時、中調整コイル26と下調整コイル28
に流す電流の絶対値を等しくすれば回転や焦点変化はほ
とんど生じない。
The magnification adjustment is performed, for example, as follows. That is, a current is applied to the upper adjustment coil 22 in a direction to increase the lens magnetic field, and a reverse current is applied to the lower adjustment coil 28 to move the main surface of the lens 8 upward equivalently, thereby increasing the magnification. Conversely, the magnification decreases. At this time, the middle adjustment coil 26 and the lower adjustment coil 28
If the absolute values of the currents flowing through are made equal, rotation and focus change hardly occur.

【0024】回転調整は、例えば、次のように行う。す
なわち、上調整コイル22と下調整コイル28に同一方
向に磁場が生じるような方向に電流を流し、本来の磁場
の方向と同一方向か逆方向のいずれかで回転量を増すか
減らすことできる。この回転によって倍率変化はほとん
どないが、焦点に変化が生じるので、その分は中調整コ
イル26で調整すればよい。
The rotation adjustment is performed, for example, as follows. That is, a current is caused to flow through the upper adjustment coil 22 and the lower adjustment coil 28 in a direction that generates a magnetic field in the same direction, and the rotation amount can be increased or decreased in either the same direction or the opposite direction to the original direction of the magnetic field. Although there is almost no change in magnification due to this rotation, a change occurs in the focal point, and the amount may be adjusted by the middle adjustment coil 26.

【0025】実際には、回転量、倍率変化量、焦点変化
量を与えれば、3つのコイル(中調整コイル26、上調
整コイル22、下調整コイル28)に流す電流が決定さ
れるよう連立方程式を組んで計算機によって計算し、そ
の電流値を調整コイルに与えるようにすればよい。
In practice, given the amount of rotation, the amount of change in magnification, and the amount of change in focus, simultaneous equations are set so that the currents flowing through the three coils (the middle adjustment coil 26, the upper adjustment coil 22, and the lower adjustment coil 28) are determined. May be calculated by a computer, and the current value may be given to the adjustment coil.

【0026】次に本発明の露光装置の使用形態の一例を
説明する。図4は、本発明の半導体デバイス製造方法の
一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は
以下の各主工程を含む。 ウエハを製造するウエハ製造工程(又はウエハを準備
するウエハ準備工程) 露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程(又
はマスクを準備するマスク準備工程) ウエハに必要な加工処理を行うウエハプロセッシング
工程 ウエハ上に形成されたチップを1個づつ切り出し、動
作可能にならしめるチップ組立工程 できたチップを検査するチップ検査工程 なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程から
なっている。
Next, an example of the mode of use of the exposure apparatus of the present invention will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an example of the semiconductor device manufacturing method of the present invention. The manufacturing process of this example includes the following main processes. Wafer manufacturing process for manufacturing a wafer (or wafer preparing process for preparing a wafer) Mask manufacturing process for manufacturing a mask to be used for exposure (or mask preparing process for preparing a mask) Wafer processing process for performing necessary processing on a wafer Wafer Chip assembling step of cutting out the chips formed on the chip one by one to make it operable Chip inspecting step of inspecting the resulting chips Each of the steps further includes several sub-steps.

【0027】この主工程の中で、半導体のデバイスの性
能に決定的な影響を及ぼす主工程がウエハプロセッシン
グ工程である。この工程では、設計された回路パターン
をウエハ上に順次積層し、メモリやMPUとして動作す
るチップを多数形成する。このウエハプロセッシング工
程は以下の各工程を含む。 絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を
形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程(CVDや
スパッタリング等を用いる) この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程 薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためにマス
ク(レチクル)を用いてレジストのパターンを形成する
リソグラフィー工程 レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエ
ッチング工程(例えばドライエッチング技術を用いる) イオン・不純物注入拡散工程 レジスト剥離工程 さらに加工されたウエハを検査する検査工程 なお、ウエハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り
返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造す
る。
Among these main processes, the main process that has a decisive effect on the performance of a semiconductor device is a wafer processing process. In this step, designed circuit patterns are sequentially stacked on a wafer, and a number of chips that operate as memories and MPUs are formed. This wafer processing step includes the following steps. A thin film forming step (using CVD, sputtering, etc.) for forming a dielectric thin film serving as an insulating layer, a wiring portion, or a metal thin film forming an electrode portion (using CVD or sputtering, etc.) A lithography process of forming a resist pattern using a mask (reticle) in order to selectively process etc. An etching process of processing a thin film layer or a substrate according to a resist pattern (for example, using a dry etching technique) An ion / impurity implantation diffusion process Resist stripping step Inspection step for inspecting the processed wafer Further, the wafer processing step is repeated by a necessary number of layers to manufacture a semiconductor device that operates as designed.

【0028】図5は、図4のウエハプロセッシング工程
の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャート
である。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含
む。 前段の工程で回路パターンが形成されたウエハ上にレ
ジストをコートするレジスト塗布工程 レジストを露光する露光工程 露光されたレジストを現像してレジストのパターンを
得る現像工程 現像されたレジストパターンを安定化させるためのア
ニール工程 上記露光工程に本発明の露光装置を用いると、リソグラ
フィー工程のパターン形成の精度が大幅に改善される。
特に、必要な最小線幅、及びそれに見合った重ね合わせ
精度を実現することに係わる工程はリソグラフィー工
程、その中でも位置合わせ制御を含めた露光工程であ
り、本発明の適用により、今まで困難であった半導体デ
バイスの製造が可能になる。
FIG. 5 is a flowchart showing a lithography step which is the core of the wafer processing step shown in FIG. This lithography step includes the following steps. A resist coating step of coating a resist on a wafer on which a circuit pattern has been formed in the preceding step An exposing step of exposing the resist A developing step of developing the exposed resist to obtain a resist pattern Stabilizing the developed resist pattern Annealing Step for Using the exposure apparatus of the present invention in the above-mentioned exposure step, the accuracy of pattern formation in the lithography step is greatly improved.
In particular, the process related to realizing the required minimum line width and the overlay accuracy corresponding thereto is a lithography process, in particular, an exposure process including alignment control, and it has been difficult until now by applying the present invention. Semiconductor devices can be manufactured.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、最小線幅0.1μm 以下の微細・高密度パタ
ーンをも高スループットで形成することを企図する電子
線転写装置において、マスク照明ビームの結像パラメー
タを正確に調整でき、転写精度をより向上させることが
できるよう改良を加えた電子線転写装置を提供できる。
さらには、そのような電子線転写装置を用い、高精度の
半導体デバイス製造を行う方法を提供できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in an electron beam transfer apparatus intended to form a high-throughput fine and high-density pattern having a minimum line width of 0.1 μm or less, It is possible to provide an electron beam transfer apparatus improved so that the imaging parameters of the mask illumination beam can be accurately adjusted and the transfer accuracy can be further improved.
Further, a method for manufacturing a semiconductor device with high accuracy using such an electron beam transfer apparatus can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施例の電子線転写装置の照明光学系の主要
部をより詳細に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of an illumination optical system of an electron beam transfer apparatus according to the present embodiment in more detail.

【図2】分割転写方式の電子線転写露光に用いるマスク
上における半導体デバイスパターンの分割形態の一例に
ついて説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a division form of a semiconductor device pattern on a mask used for electron beam transfer exposure in a division transfer system.

【図3】本発明の1実施例に係る電子線転写装置の光学
系全体における結像関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an image forming relationship in the entire optical system of the electron beam transfer device according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示す
フローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention.

【図5】図4のウエハプロセッシング工程の中核をなす
リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a lithography step which is the core of the wafer processing step shown in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子銃 2,3 コンデン
サレンズ 5 成形開口 7 ブランキング開口 8 照明レンズ 8a 磁極 8b 励磁コイル 8c フェライト上極 8d フェライト
下極 9 マスク 10 投影レンズ 11 コントラスト開口 12 投影レンズ 13 ウェハ 17 ウェハステ
ージ 20 フェライトスタック 20a 絶縁物リ
ング 20b フェライトリング 22 上調整コイ
ル 24 偏向器群 26 中調整コイ
ル 28 下調整コイル 61 チップパターン 62 ストライプ 63 走査帯 65 非パターン
領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2, 3 Condenser lens 5 Molding opening 7 Blanking opening 8 Illumination lens 8a Magnetic pole 8b Exciting coil 8c Ferrite upper pole 8d Ferrite lower pole 9 Mask 10 Projection lens 11 Contrast aperture 12 Projection lens 13 Wafer 17 Wafer stage 20 Ferrite stack Reference Signs List 20a Insulator ring 20b Ferrite ring 22 Upper adjustment coil 24 Deflector group 26 Medium adjustment coil 28 Lower adjustment coil 61 Chip pattern 62 Stripe 63 Scan band 65 Non-pattern area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/30 541F ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/30 541F

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 感応基板に転写するパターンを有するマ
スクを一部の小領域毎にステップアンドリピート式又は
連続走査式に電子線で照明する照明光学系と、マスクを
通過してパターン化された電子線を感応基板上のしかる
べき位置に投影結像させるとともに各パターン小領域の
像を感応基板上で繋ぎ合わせる投影光学系と、を備え、
小領域毎に光学系の条件を変化させながらパターン全体
の転写を行う装置であって;上記照明光学系が、 マスクを照明する電子線(照明ビーム)の外形を成形す
る成形開口と、 成形開口の像をマスクの小領域に結像させる照明レンズ
と、 該レンズの近傍に配置された、少なくとも3種類の調整
コイルと、 各部を制御する制御部と、を具備し;該制御部が、該3
種類の調整コイルに流す電流を制御して、 開口像の
倍率、 開口像の回転、 開口像の焦点の3つのパ
ラメータのうちの少なくとも1つを、他に影響を与えな
いで調整可能なことを特徴とする電子線転写装置。
An illumination optical system for irradiating a mask having a pattern to be transferred to a sensitive substrate with an electron beam in a step-and-repeat manner or a continuous scanning manner for each small area, and patterned through the mask A projection optical system for projecting and forming an electron beam at an appropriate position on the sensitive substrate, and connecting an image of each pattern small area on the sensitive substrate,
An apparatus for transferring an entire pattern while changing the condition of an optical system for each small area; said illumination optical system comprising: a forming opening for forming an outer shape of an electron beam (illumination beam) for illuminating a mask; An illumination lens that forms an image of the image on a small area of the mask, at least three types of adjustment coils disposed near the lens, and a control unit that controls each unit; 3
By controlling the current flowing through each type of adjustment coil, it is possible to adjust at least one of the three parameters of the aperture image magnification, the rotation of the aperture image, and the focal point of the aperture image without affecting the other parameters. Characteristic electron beam transfer device.
【請求項2】 上記照明レンズが、光軸側に開いたコの
字形の磁極を有し、 上記3種類の調整コイルが、該磁極の(a)成形開口側
磁極の近傍、(b)マスク側磁極の近傍、(c)中央部
のいずれか1カ所に配置されていることを特徴とする請
求項1記載の電子線転写装置。
2. The illumination lens has a U-shaped magnetic pole opened to the optical axis side, and the three kinds of adjusting coils are (a) near the formed opening-side magnetic pole of the magnetic pole, and (b) a mask. 2. The electron beam transfer device according to claim 1, wherein the electron beam transfer device is disposed at any one of a position near the side magnetic pole and at a central portion of the electron beam.
【請求項3】 上記(b)に配置した調整コイルで焦点
調整を行い、 上記(a)に配置した調整コイル及び(c)に配置した
調整コイルに同方向の磁場が発生するように電流を流し
て回転調整を行い、 上記(a)に配置した調整コイル及び(c)に配置した
調整コイルに逆方向の磁場が発生するように電流を流す
と仮に決め、焦点・回転・倍率の3つのパラメータの変
化に応じて上記3種類の調整コイルに流す電流を連立方
程式で算出して決めて倍率調整を行うことを特徴とする
請求項2記載の電子線転写装置。
3. The focus is adjusted by the adjustment coil arranged in (b), and a current is supplied so that a magnetic field in the same direction is generated in the adjustment coil arranged in (a) and the adjustment coil arranged in (c). The rotation is adjusted by flowing the current, and it is temporarily determined that a current is caused to flow in the adjustment coil arranged in (a) and the adjustment coil arranged in (c) so that a magnetic field in the opposite direction is generated. 3. The electron beam transfer apparatus according to claim 2, wherein a magnification adjustment is performed by calculating and determining currents flowing through the three types of adjustment coils by simultaneous equations according to a change in a parameter.
【請求項4】 上記3種類の調整コイルの作る磁束の通
路の少なくとも一部をフェライトで形成し、 上記マスクのパターン小領域の選択に同期して高速で上
記3つの結像パラメータを調整することを特徴とする請
求項1、2又は3記載の電子線転写装置。
4. A method according to claim 1, wherein at least a part of a magnetic flux path formed by said three types of adjusting coils is formed of ferrite, and said three imaging parameters are adjusted at high speed in synchronization with selection of a small pattern area of said mask. 4. The electron beam transfer apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の電子線
転写装置を用いてリソグラフィー工程の露光を行うこと
を特徴とする半導体デバイス製造方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising performing exposure in a lithography step using the electron beam transfer apparatus according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021100463A1 (en) * 2019-11-21 2021-05-27 株式会社ニューフレアテクノロジー Multi-charged particle beam adjustment method, multi-charged particle beam emission method, and multi-charged particle beam emission device
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