JP3593635B2

JP3593635B2 - Electron beam exposure equipment

Info

Publication number: JP3593635B2
Application number: JP12210795A
Authority: JP
Inventors: 智彦阿部; 暁生竹本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JPH08316128A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子ビーム露光装置に関するものであり、特に、露光精度が高く、且つ、スループットの高い電子ビーム露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置の集積度と機能がますます向上して計算機、通信、或いは、機械制御等の産業全般に渡る技術進歩の核技術としての役割が期待されており、この役割を担う半導体集積回路装置の集積度は２年乃至３年で４倍の速度で向上しており、ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）の場合には１Ｇビットまで試作されているが、この様な集積度の向上は微細加工技術の進歩によるものである。
【０００３】
微細加工技術として電子ビーム露光を用いた場合には、０．０５μｍ以下の微細加工が０．０２μｍ以下の位置合わせ精度で実現できるが、この様な微細パターンの描画工程のスループットは非常に低くてＶＬＳＩ（超大規模集積回路装置）の量産には使用できないものと考えられていた。
【０００４】
しかし、この様な予測は従来市販されていた電子ビーム露光装置を用いた一筆書きの電子ビームについての議論にすぎないものである。
従来の電子ビーム露光装置は、可変矩形ビームを用いて試料上で電子ビームを走査し矩形パターンを繋ぐことによって任意のパターンを形成していた。
【０００５】
この様な装置はソフトであるパターンデータから実際のパターンを作りだすパターンジェネレータであるが、矩形パターンを繋ぐことにより任意の形状のパターンを発生させるため、パターンルールが微細になればなるほど単位面積当たりの露光ショット数が増加し、スループットが低下するという欠点があった。
【０００６】
そこで、本発明者等はこの様な限界を越えるためにブロック露光方式や、マルチビーム方式ブランキング・アパーチャ・アレイ（ＢＡＡ）露光方式を提案しており、この提案により１ｃｍ□／ｓｅｃ程度のスループットが期待できるようになってきており、微細さ、位置合わせ精度、クイックターンアラウンド、及び、信頼性のどれをとっても他の方法と比較して優れた方法である。
【０００７】
ここで、図４を参照してブロック露光に用いている従来の電子ビーム露光装置を簡単に説明する。
図４参照
電子銃１から放出された電子ビームは、電子ビームを矩形状に成形するスリット３を介して設けられた一対の第 1アライメントコイル（ＡＬ１ａ，ＡＬ１ｂ）２３，２４により電子ビームの光軸合わせを行い、また、スリット３を介して設けられた一対の電磁レンズ（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ）２，４によって成形された電子ビームを収束させる。
なお、点線は電子ビームのクロスオーバ像軌道を表し、符号６及び１８は夫々第１クロスオーバ及び第２クロスオーバを表す。
【０００８】
次いで、スリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７を設けて、電子ビームがマスクステージ（図示せず）に設置したステンシルマスク１２上に照射する位置を偏向し、ステンシルマスク１２を介して２個ずつ設けた第１乃至第４マスク偏向器５，７，１３，１６によってステンシルマスク１２に設けた複数の透過孔の一つを選択して透過させる。
【０００９】
また、ステンシルマスク１２を介して設けた同一の電流が流れる一対の電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４によってステンシルマスク１２上にクロスオーバ光学系を平行光とし、マスクスティグ・フォーカスコイル２８、ブランキング偏向手段２９、電磁レンズ（Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ）１７，１９を介して電子ビームを絞りアパーチャ２０に照射し、絞りアパーチャ２０を通過した電子ビームをリフォーカスコイル３２、２つの電磁レンズ（Ｌ4 ，Ｌ5 ）２１，２２で電子ビームを収束させ、収束した電子ビームを副偏向器３３によって偏向することによって露光を行うものである。
なお、第２乃至第４アライメントコイル（ＡＬ2 乃至ＡＬ4 ）２６，３０，３１も電子ビームの光軸を調整するために設けている。
【００１０】
次に、ブロック露光方式の場合について説明すると、超微細パターンを必要とするＬＳＩは、例えば、６４ＭビットＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）のように微細ではあるが露光するパターンのほとんどの面積はある基本パターンの繰り返しであることが多い。
【００１１】
したがって、繰り返しパターンの単位となる基本パターンをそれ自身の複雑さには関係なく１ショットで露光することができれば、パターンの微細さには依存せず、１ショットの大きさと露光面積の関係でほぼ決定する時間内で露光することが可能になる。
【００１２】
この様な基本パターンを複数個ステンシルマスク１２上に設け、これを電子ビームで選択することにより電子ビームを任意の形状に成形し、それを繋ぐことにより繰り返しパターンを露光する方法がブロック露光方式である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４に示す従来提案されているブロック露光方式に用いる電子ビーム露光装置において、高スループットと高露光精度を達成するためには、第１に高速なマスク偏向器を必要とする。
これは、露光パターンによっては１ショット毎に異なるマスクパターンを選ばなければならない場合があるが、その場合に、マスク偏向器は各ショットの試料上の露光位置を決める副偏向器の速度に近い偏向速度を有する必要があるためである。
【００１４】
しかし、従来の電子ビーム露光装置においては、マスク偏向器５，７，１３，１６を電子ビームの拡がった位置に設けているため、電子ビームを偏向させるためには大きな電圧、例えば、２００Ｖの電圧を印加する必要があり、２００Ｖの電圧を発生するためには応答速度の遅い大出力のアンプを用いる必要があり、それによって偏向速度をあまり速くすることができなかった。
【００１５】
第２に、マスクパターンを選択するために電子ビームをマスク偏向器５，７，１３，１６で偏向する場合、非点収差や像面湾曲などの収差が発生し、この収差をマスク偏向器５，７，１３，１６でマスクパターンを選択する速度に合わせて補正する必要があるが、非点収差補正手段によってクロスオーバー像が絞りアパーチャ２０を通過するように非点収差補正を行った場合、その補正によりスリット像が歪み、露光パターン精度が低下する問題がある。
【００１６】
第３に、電子ビームがマスクパターンを通過して成形される場合、電子ビームがステンシルマスク２に対して斜めに入射すると露光されるパターンの一部がかげり、所定の寸法と異なることによりパターン精度が低下する欠点がある。
例えば、従来の電子ビーム露光装置においては、電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４がステンシルマスク１２近傍に配置されているため、電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４の磁場がステンシルマスク１２上に漏れ出し、この漏れ磁場によって電子ビームが回転するので電子ビームの入射角が７ｍｒａｄと大きく、垂直入射とはかけ離れていた。
【００１７】
第４に、電子ビームをブランキング偏向手段２９により偏向して遮断する場合、絞りアパーチャ２０によって完全に遮断させるまでの間に電子ビームがわずかに漏れることがあり、この間に試料上のスリット像が動くと不要な部分に露光されてしまい、高感度レジストを使用した場合に問題が生ずる。
【００１８】
したがって、本発明は、これらの課題を解決するために、まず、第１にブロック露光方式に用いる電子ビーム露光装置において、露光速度を高速にすると共に、露光精度を高精度に維持することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、電子ビームの断面形状を成形する透過孔パターンが複数個形成されているステンシルマスク（図１の１２）と、このステンシルマスク（図１の１２）上の所望の開口パターンを選択して電子ビームを透過させるために偏向するステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段及びステンシルマスク透過後の電子ビームを再度光軸に振り戻すために偏向するステンシルマスク（図１の１２）の出射側に設けた２段の偏向手段を具備する収束偏向系と、成形された電子ビームを縮小し、光軸上にある絞りアパーチャ（図１の２０）を透過させ試料上に投影するための電磁レンズ光学系と、収束偏向系と電磁レンズ光学系の光軸を合わせるための偏向手段を有する電子ビーム露光装置において、ステンシルマスク（図１の１２）を挟んで設けた一対の電磁レンズ（図１の１１，１４）によりクロスオーバ光学系を平行光にすると共に、一対の電磁レンズ（図１の１１，１４）のポールピース（図２の３５）のステンシルマスク（図１の１２）に近い側の内径を遠い側の内径より小さくし、さらに、電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段をステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム入射側に設けた電磁レンズ（図１の１１）の第１クロスオーバ位置（図１の６）を挟む様に配置した２つのマスク偏向器（図１の５，７）で構成してスリット偏向器としても機能するようにし、また、電子ビーム出射側に設けた２段の偏向手段をステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム出射側に設けた電磁レンズ（図１の１４）の第２クロスオーバ位置（図１の１８）の直前に配置した２つのマスク偏向器（図１の１３，１６）で構成したことを特徴とする。
【００２０】
（２）また、本発明は、上記（１）において、ステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム出射側に設けた電磁レンズ（図１の１４）の第２クロスオーバ位置（図１の１８）におけるクロスオーバ像の非点収差を補正するための非点収差補正手段（図１の１０）をステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム入射側に設けた電磁レンズ（図１の１１）内に設けると共に、クロスオーバ像の非点収差補正に伴って発生するステンシルマスク（図１の１２）上におけるスリット像の像歪を補正する像歪補正手段（図１の８）を電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段（図１の５，７）の直下に設けたことを特徴とする。
【００２１】
（３）また、本発明は、上記（２）において、絞りアパーチャ（図１の２０）において電子ビームを遮断するために、少なくとも２段のブランキング偏向手段（図１の９，１５）をステンシルマスク（図１の１２）を介して配置すると共に、ステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム入射側に設けたブランキング偏向手段（図１の９）を像歪補正手段（図１の８）の直下に配置したことを特徴とする。
【００２２】
【作用】
電子ビームの断面形状を成形する透過孔パターンが複数個形成されているステンシルマスクと、このステンシルマスク上の所望の開口パターンを選択して電子ビームを透過させるために偏向するステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段及びステンシルマスク透過後の電子ビームを再度光軸に振り戻すために偏向するステンシルマスクの出射側に設けた２段の偏向手段を具備する収束偏向系と、成形された電子ビームを縮小し、光軸上にある絞りアパーチャを透過させ試料上に投影するための電磁レンズ光学系と、収束偏向系と電磁レンズ光学系の光軸を合わせるための偏向手段を有する電子ビーム露光装置において、ステンシルマスクを挟んで設けた一対の電磁レンズによりクロスオーバ光学系を平行光にし、また、一対の電磁レンズのポールピースのステンシルマスクに近い側の内径を遠い側の内径より小さくすることによって、電磁レンズの漏れ磁場を低減することができ、それによって磁場による電子ビームの回転（らせん運動）を抑え、回転方向においても半径方向においてもステンシルマスクに垂直に電子ビームを入射することができ、影ができることがないので、露光精度を高精度にすることができる。
【００２３】
また、電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段をステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けた電磁レンズの第１クロスオーバ位置を挟む様に配置した２つのマスク偏向器で構成し、電子ビーム出射側に設けた２段の偏向手段をステンシルマスクの電子ビーム出射側に設けた電磁レンズの第２クロスオーバ位置の直前に配置した２つのマスク偏向器で構成することによって、偏向効率を最大にすることができる。
【００２４】
また、電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段がスリット偏向器としても機能するようにすることにより、スリット偏向器を省略して構成を簡素化することができる。
【００２５】
また、ステンシルマスクの電子ビーム出射側に設けた電磁レンズの第２クロスオーバ位置におけるクロスオーバ像の非点収差を補正するための非点収差補正手段をステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けた電磁レンズ内に設けると共に、クロスオーバ像の非点収差補正に伴って発生するステンシルマスク上におけるスリット像の像歪を補正する像歪補正手段を電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段の直下に設けることにより、非点収差補正及び像歪補正を効果的に行うことができる。
【００２６】
また、絞りアパーチャにおいて電子ビームを遮断するために、少なくとも２段のブランキング偏向手段をステンシルマスクを介して配置すると共に、ステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けたブランキング偏向手段を像歪補正手段の直下に配置することによって、スリット像が試料上を動くことがないのでブランキングを高精度で行うことができ、スリット像のボケを防止することができる。
【００２７】
【実施例】
図１及び図２を参照して、本発明の実施例であるブロック露光方式に用いる電子ビーム露光装置を説明する。
なお、本発明と従来例との差異をより明瞭に、且つ、より簡単に説明するために、図４に示した従来の電子ビーム露光装置と共通の部分の説明は省略するものであり、また、収束偏向系と電磁レンズ光学系の光軸を合わせるためのアライメントコイルの図示も省略する。
【００２８】
図１及び図２参照
まず、本発明の電子ビーム露光装置においては、電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４をステンシルマスク１２から実用上可能な限り離すと共に、図２に示すように電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４のポールピース（磁極）３５（３４はコイル）についても、ステンシルマスク１２に近い側の内径ｄ１を、遠い側の内径ｄ２に比べて小さくする。
【００２９】
このポールピース３５の形状によってステンシルマスク１２上に磁場が漏れにくくなり、また、レンズ強度が同じであれば電磁レンズ（Ｌ２ａ）１１のポールピース３５のギャップ３６の間隔が大きい方が、電子ビームは緩やかに回転し、回転方向の入射角が垂直により近くなるので、電磁レンズ（Ｌ２ａ）１１のポールピース３５のギャップ３６を従来の電磁レンズのポールピースのギャップの１．５〜２倍にしている。
【００３０】
この様な構成を採用することによって、ステンシルマスク１２に対する入射角は３ｍｒａｄとなり、従来の電子ビーム露光装置における７ｍｒａｄに対して大幅に垂直入射性が向上し、ステンシルマスク１２の厚さを２０μｍとした場合に、２μｍ□の電子ビームは最大でも０．０６μｍ（２０μｍ×３×１０^-3）、即ち３％かげるに過ぎない。
【００３１】
また、本発明の電子ビーム露光装置においては、電子ビームの入射側のマスク偏向器５，７及び電子ビームの出射側のマスク偏向器１３，１６の位置をステンシルマスク１２からできるかぎり離して設置しているので、偏向電圧を低くしても十分偏向することができる。
【００３２】
本発明においては、マスク偏向器の偏向電圧は±４０Ｖで十分であるので、従来の電子ビーム露光装置における±２００Ｖの偏向電圧より大幅に低電圧化され、偏向電圧を供給する増幅器の特性に依存する偏向速度を大きくすることができる。
【００３３】
なお、電磁レンズ光学系全体の距離を伸ばしたのでは、電子間相互の反発により露光パターンが劣化するので、電磁レンズ光学系全体の距離をそのままにしてマスク偏向器５，７，１３，１６とステンシルマスク１２の距離を離すために、電子ビーム入射側に設けた２つのマスク偏向器５，７をステンシルマスク１２の電子ビーム入射側に設けた電磁レンズ（Ｌ２ａ）１１の第１クロスオーバ６を挟む様に配置すると共に、電子ビーム出射側に設けた２つのマスク偏向器１３，１６をステンシルマスク１２の電子ビーム出射側に設けた電磁レンズ（Ｌ２ｂ）１４の第２クロスオーバ１８の直前に配置する。
【００３４】
この場合、図４に示した従来の電子ビーム露光装置において設けていたスリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７の配置スペースがなくなるのでスリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７を除去し、スリット偏向量のデータをマスク偏向器５，７の偏向量データにデジタル的に加算することによってスリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７の役割を兼ねさせる。
【００３５】
また、第２クロスオーバ１８において発生する非点収差は、クロスオーバ軌道が最も拡がっている部分で補正を行うのが効率的であるので、電磁レンズ（Ｌ２ａ）１１の内部に非点収差補正手段１０を配置する。
【００３６】
また、このクロスオーバの非点収差補正に伴ってステンシルマスク１２上にスリット像の像歪が発生するが、この像歪補正はスリット像軌道が最も拡がった部分で行うのが効率的であるので、スリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７の削除とマスク偏向器５，７の移動により生じた空間のスリット像がより拡がっている位置に像歪補正手段８を設ける。
これにより、像歪を抑えた高精度の露光が可能となる。
【００３７】
また、スリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７の削除とマスク偏向器５，７の移動により生じた空間の残りの部分に第１ブランキング偏向手段９を追加して配置して、第３マスク偏向器１３の下部に配置した第２ブランキング偏向手段１５と共にブランキング偏向を行うようにすることによって、あたかもステンシルマスク１２部分でブランキング偏向を行ったようにすることができる。
【００３８】
この様子を図３を参照して説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）参照
図３（ａ）の状態にある電子ビームに、図３（ｂ）に示すようにステンシルマスク部分以外に設けた１段のブランキング偏向手段のみでブランキング偏向を行った場合には、ブランキングをかけた瞬間に試料上のスリット像が移動し、ブランキングが完全にかかるまでにスリット像のズレが露光され、高感度レジストを使用した場合、このスリット像のズレが露光パターンとなり露光精度が悪化する。
【００３９】
図３（ｃ）参照
本発明のようにブランキング偏向手段を２段とすることによって、あたかもステンシルマスク部分で偏向がかかるようになり、ステンシルマスク上でスリット像は収斂しているので、どの様に偏向しても電磁レンズの振り戻し作用によって試料上の同じ位置に収斂することになり、ブランキングをかけた瞬間にも試料上のスリット像が移動することがなく、スリット像のズレによる露光精度の悪化を防止することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、高速のマスク偏向器を用いることができるのでスループットを向上させることができ、また、非点収差補正手段、像歪補正手段、及び、２段のブランキング偏向手段を設けているので露光精度を高精度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるブロック露光方式に用いる電子ビーム露光装置の概念的構成図である。
【図２】本発明の実施例の電子ビーム露光装置に用いるポールピースの概略的構成図である。
【図３】本発明の実施例におけるブランキング偏向の際のスリット像の移動の説明図である。
【図４】従来のブロック露光方式に用いている電子ビーム露光装置の概念的構成図である。
【符号の説明】
１電子銃
２電磁レンズ（Ｌ１ａ）
３スリット
４電磁レンズ（Ｌ１ｂ）
５第１マスク偏向器
６第１クロスオーバ
７第２マスク偏向器
８像歪補正手段
９第１ブランキング偏向手段
１０非点収差補正手段
１１電磁レンズ（Ｌ２ａ）
１２ステンシルマスク
１３第３マスク偏向器
１４電磁レンズ（Ｌ２ｂ）
１５第２ブランキング偏向手段
１６第４マスク偏向器
１７電磁レンズ（Ｌ３ａ）
１８第２クロスオーバ
１９電磁レンズ（Ｌ３ｂ）
２０絞りアパーチャ
２１電磁レンズ（Ｌ４）
２２電磁レンズ（Ｌ５）
２３第１アライメントコイル（ＡＬ１ａ）
２４第１アライメントコイル（ＡＬ１ｂ）
２５スリット偏向器
２６第２アライメントコイル（ＡＬ２）
２７スリット偏向振り戻し偏向器
２８マスクスティグ・フォーカスコイル
２９ブランキング偏向手段
３０第３アライメントコイル（ＡＬ３）
３１第４アライメントコイル（ＡＬ４）
３２リフォーカスコイル
３３副偏向器
３４コイル
３５ポールピース
３６ギャップ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an electron beam exposure equipment, in particular, the exposure accuracy is high, and is relates to high throughput electron beam exposure equipment.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, the degree of integration and functions of semiconductor integrated circuit devices have been more and more improved, and the role as a core technology of technological progress over the entire industry such as computer, communication, or machine control is expected, and semiconductors that play this role are expected. The degree of integration of integrated circuit devices has increased four times over two to three years, and in the case of DRAM (dynamic random access memory), up to 1 Gbit has been prototyped. The improvement in degree is due to the progress of microfabrication technology.
[0003]
When electron beam exposure is used as a fine processing technology, fine processing of 0.05 μm or less can be realized with an alignment accuracy of 0.02 μm or less, but the throughput of such a fine pattern drawing process is extremely low. It was thought that it could not be used for mass production of VLSI (ultra large scale integrated circuit device).
[0004]
However, such a prediction is merely a discussion of a one-stroke electron beam using an electron beam exposure apparatus that has been conventionally marketed.
A conventional electron beam exposure apparatus forms an arbitrary pattern by scanning an electron beam on a sample using a variable rectangular beam and connecting rectangular patterns.
[0005]
Such an apparatus is a pattern generator that creates an actual pattern from soft pattern data.However, since a pattern of an arbitrary shape is generated by connecting rectangular patterns, the finer the pattern rule, the more the unit area per unit area There is a disadvantage that the number of exposure shots increases and the throughput decreases.
[0006]
In order to overcome such limitations, the present inventors have proposed a block exposure method or a multi-beam blanking aperture array (BAA) exposure method. With this proposal, a throughput of about 1 cm □ / sec is proposed. This is a method that is superior to other methods in terms of fineness, alignment accuracy, quick turnaround, and reliability.
[0007]
Here, briefly explaining a conventional electron beam exposure apparatus is used in reference to block exposure to FIG.
Referring to FIG. 4, the electron beam emitted from the electron gun 1 is applied to the optical axis of the electron beam by a pair of first alignment coils (AL1a, AL1b) 23 and 24 provided through a slit 3 for forming the electron beam into a rectangular shape. The alignment is performed, and the electron beams formed by the pair of electromagnetic lenses (L1a, L1b) 2, 4 provided through the slit 3 are converged.
The dotted lines represent the crossover image trajectory of the electron beam, and reference numerals 6 and 18 represent the first crossover and the second crossover, respectively.
[0008]
Next, a slit deflector 25 and a slit deflection return deflector 27 are provided to deflect the position where the electron beam is irradiated on the stencil mask 12 installed on a mask stage (not shown). One of the plurality of transmission holes provided in the stencil mask 12 is selected and transmitted by the first to fourth mask deflectors 5, 7, 13, 16 provided one by one.
[0009]
Further, a pair of electromagnetic lenses (L2a, L2b) 11, 14 provided through the stencil mask 12 and through which the same current flows make the crossover optical system parallel light on the stencil mask 12, and the mask stig / focus coil 28, An electron beam is applied to the aperture 20 via the ranking deflection means 29 and the electromagnetic lenses (L3a, L3b) 17 and 19, and the electron beam passing through the aperture 20 is refocused by the refocus coil 32 and the two electromagnetic lenses (L4, L5). (2) Exposure is performed by converging an electron beam at 21 and 22 and deflecting the converged electron beam by a sub deflector 33.
The second to fourth alignment coils (AL2 to AL4) 26, 30, and 31 are also provided for adjusting the optical axis of the electron beam.
[0010]
Next, the case of the block exposure method will be described. For an LSI requiring an ultra-fine pattern, for example, the area of the pattern to be exposed is small but large, such as a 64-Mbit DRAM (dynamic random access memory). Is often a repetition of a certain basic pattern.
[0011]
Therefore, if a basic pattern, which is a unit of a repetitive pattern, can be exposed in one shot regardless of its own complexity, it is almost independent of the fineness of the pattern and substantially in terms of the relationship between the size of one shot and the exposure area. Exposure can be performed within a determined time.
[0012]
A method of providing a plurality of such basic patterns on the stencil mask 12, selecting an electron beam to form an electron beam into an arbitrary shape, and connecting the two to repeatedly expose the pattern is a block exposure method. is there.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the electron beam exposure apparatus used in the conventionally proposed block exposure method shown in FIG. 4 , first, a high-speed mask deflector is required to achieve high throughput and high exposure accuracy.
In this case, a different mask pattern must be selected for each shot depending on the exposure pattern. In this case, the mask deflector deflects at a speed close to the speed of the sub deflector that determines the exposure position on the sample for each shot. This is because it is necessary to have a speed.
[0014]
However, in the conventional electron beam exposure apparatus, since the mask deflectors 5, 7, 13, and 16 are provided at positions where the electron beam spreads, a large voltage, for example, a voltage of 200 V is required to deflect the electron beam. To generate a voltage of 200 V, it was necessary to use a high-output amplifier having a slow response speed, and as a result, the deflection speed could not be increased much.
[0015]
Second, when the electron beam is deflected by the mask deflectors 5, 7, 13, and 16 in order to select a mask pattern, aberrations such as astigmatism and field curvature occur. , 7, 13 and 16, it is necessary to make correction in accordance with the speed at which the mask pattern is selected. However, when astigmatism correction is performed by the astigmatism correction means so that the crossover image passes through the aperture aperture 20, There is a problem that the slit image is distorted by the correction and the accuracy of the exposure pattern is reduced.
[0016]
Third, when the electron beam passes through the mask pattern and is formed, when the electron beam is obliquely incident on the stencil mask 2, a part of the pattern to be exposed is shaded and differs from a predetermined size, so that the pattern accuracy is reduced. However, there is a disadvantage in that
For example, in a conventional electron beam exposure apparatus, since the electromagnetic lenses (L2a, L2b) 11, 14 are arranged near the stencil mask 12, the magnetic field of the electromagnetic lenses (L2a, L2b) 11, 14 is applied to the stencil mask 12. Since the electron beam is rotated by the leaked magnetic field, the incident angle of the electron beam is as large as 7 mrad, which is far from normal incidence.
[0017]
Fourth, when the electron beam is deflected by the blanking deflecting means 29 and cut off, the electron beam may leak slightly before being completely cut off by the aperture aperture 20, and during this time, the slit image on the sample is If it moves, unnecessary portions are exposed, and a problem arises when a high-sensitivity resist is used.
[0018]
Accordingly, the present invention is to solve these problems, first, in the electron beam exposure apparatus used to block exposure method in the first, the exposure speed while fast, that you keep the exposure accuracy at high accuracy Aim.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
(1) The present invention provides a stencil mask (12 in FIG. 1) having a plurality of transmission hole patterns for shaping the cross-sectional shape of an electron beam, and a desired opening pattern on the stencil mask (12 in FIG. 1). And a two-stage deflecting means provided on the electron beam incident side of the stencil mask (12 in FIG. 1) for deflecting to transmit the electron beam and for returning the electron beam after passing through the stencil mask to the optical axis again. A converging / deflecting system having a two-stage deflecting means provided on the exit side of a stencil mask (12 in FIG. 1) that deflects the formed electron beam, and reduces the formed electron beam to a stop aperture (FIG. 1) 20) an electron beam exposure apparatus having an electromagnetic lens optical system for transmitting the light through the sample and projecting the sample on a sample, and a deflecting means for aligning the optical axes of the converging / deflecting system and the electromagnetic lens optical system. The crossover optical system is made parallel by a pair of electromagnetic lenses (11, 14 in FIG. 1) provided with a pair of magnetic lenses (12, FIG. 1) in between, and the poles of the pair of electromagnetic lenses (11, 14 in FIG. 1). The inner diameter of the piece (35 in FIG. 2) near the stencil mask (12 in FIG. 1) is made smaller than the inner diameter on the far side, and two-stage deflecting means provided on the electron beam incident side is provided with a stencil mask (FIG. 1). (12) Two mask deflectors (5, 7 in FIG. 1) arranged so as to sandwich the first crossover position (6 in FIG. 1) of the electromagnetic lens (11 in FIG. 1) provided on the electron beam incident side. And an electromagnetic lens (FIG. 1) in which a stencil mask (12 in FIG. 1) is provided with a two-stage deflecting means on the electron beam emission side. 14) Second crossover Characterized by being configured in location two mask deflectors arranged immediately before the (18 in FIG. 1) (13 and 16 in FIG. 1).
[0020]
(2) Further, according to the present invention, in the above (1), the second crossover position (18 in FIG. 1) of the electromagnetic lens (14 in FIG. 1) provided on the electron beam emission side of the stencil mask (12 in FIG. 1). (1) Electromagnetic lens (11 in FIG. 1) provided on the electron beam incident side of the stencil mask (12 in FIG. 1) with astigmatism correction means (10 in FIG. 1) for correcting the astigmatism of the crossover image. And an image distortion correcting means (8 in FIG. 1) for correcting the image distortion of the slit image on the stencil mask (12 in FIG. 1) generated with the astigmatism correction of the crossover image. It is provided immediately below two-stage deflecting means (5, 7 in FIG. 1) provided on the side.
[0021]
(3) According to the present invention, in the above (2), at least two stages of blanking deflection means (9, 15 in FIG. 1) are stenciled to cut off the electron beam at the aperture aperture (20 in FIG. 1). A blanking deflecting means (9 in FIG. 1) provided on the electron beam incident side of the stencil mask (12 in FIG. 1) is arranged via a mask (12 in FIG. 1) and an image distortion correcting means (8 in FIG. 1). ).
[0022]
[Action]
An electron beam incident on a stencil mask having a plurality of transmission hole patterns for shaping the cross-sectional shape of an electron beam, and a stencil mask for selecting a desired opening pattern on the stencil mask and deflecting the electron beam for transmission. A converging / deflecting system comprising a two-stage deflecting means provided on the side of the stencil mask and a two-stage deflecting means provided on the exit side of the stencil mask for deflecting the electron beam after passing through the stencil mask back to the optical axis; An electromagnetic lens optical system for reducing the electron beam that has passed through the aperture aperture on the optical axis and projecting it on the sample, and a deflecting unit for aligning the optical axes of the converging / deflecting system and the electromagnetic lens optical system. In an electron beam exposure apparatus, a crossover optical system is made parallel by a pair of electromagnetic lenses provided with a stencil mask in between. By making the inner diameter of the pole piece of the electromagnetic lens closer to the stencil mask smaller than the inner diameter of the farther side, the leakage magnetic field of the electromagnetic lens can be reduced, thereby reducing the rotation (helical motion) of the electron beam due to the magnetic field. Thus, the electron beam can be incident on the stencil mask vertically in both the rotation direction and the radial direction, and no shadow is formed, so that the exposure accuracy can be made high.
[0023]
The two-stage deflecting means provided on the electron beam incident side is constituted by two mask deflectors arranged so as to sandwich the first crossover position of the electromagnetic lens provided on the electron beam incident side of the stencil mask. Maximizing the deflection efficiency by configuring the two-stage deflection means provided on the emission side with two mask deflectors arranged immediately before the second crossover position of the electromagnetic lens provided on the electron beam emission side of the stencil mask. can do.
[0024]
In addition, by making the two-stage deflecting means provided on the electron beam incident side also function as a slit deflector, the configuration can be simplified by omitting the slit deflector.
[0025]
Also, an astigmatism correction means for correcting astigmatism of a crossover image at a second crossover position of an electromagnetic lens provided on the electron beam emission side of the stencil mask is provided on an electron beam incidence side of the stencil mask. Immediately below the two-stage deflecting means provided in the lens and provided on the electron beam incident side with an image distortion correcting means for correcting the image distortion of the slit image on the stencil mask caused by the astigmatism correction of the crossover image. , It is possible to effectively perform astigmatism correction and image distortion correction.
[0026]
In order to block the electron beam at the aperture aperture, at least two stages of blanking deflecting means are arranged via a stencil mask, and the blanking deflecting means provided on the electron beam incident side of the stencil mask is provided with an image distortion correcting means. Since the slit image does not move on the sample, blanking can be performed with high accuracy, and blurring of the slit image can be prevented.
[0027]
【Example】
Referring to FIGS. 1 and 2, illustrating the electron beam exposure apparatus used to block exposure method is a real施例of the present invention.
In order to more clearly and simply explain the difference between the present invention and the conventional example, the description of the common parts with the conventional electron beam exposure apparatus shown in FIG. 4 will be omitted. The illustration of an alignment coil for aligning the optical axes of the converging / deflecting system and the electromagnetic lens optical system is also omitted.
[0028]
Referring to FIGS. 1 and 2, first, in the electron beam exposure apparatus of the present invention, the electromagnetic lenses (L2a, L2b) 11, 14 are separated from the stencil mask 12 as far as practically possible, and as shown in FIG. Also for the pole pieces (magnetic poles) 35 (34 are coils) of the L2a, L2b) 11, 14, the inner diameter d1 near the stencil mask 12 is smaller than the inner diameter d2 farther away.
[0029]
Due to the shape of the pole piece 35, the magnetic field hardly leaks onto the stencil mask 12, and if the lens strength is the same, the larger the gap 36 of the pole piece 35 of the electromagnetic lens (L2a) 11, the larger the electron beam. Since the rotation is gradual and the angle of incidence in the rotation direction becomes closer to the vertical, the gap 36 of the pole piece 35 of the electromagnetic lens (L2a) 11 is 1.5 to 2 times the gap of the pole piece of the conventional electromagnetic lens. .
[0030]
By adopting such a configuration, the incident angle with respect to the stencil mask 12 becomes 3 mrad, and the perpendicular incidence is greatly improved with respect to 7 mrad in the conventional electron beam exposure apparatus, and the thickness of the stencil mask 12 is set to 20 μm. In this case, the electron beam of 2 μm square is at most 0.06 μm (20 μm × 3 × 10 ⁻³ ), that is, only 3%.
[0031]
Further, in the electron beam exposure apparatus of the present invention, the positions of the mask deflectors 5 and 7 on the electron beam incident side and the mask deflectors 13 and 16 on the electron beam output side are set as far as possible from the stencil mask 12. Therefore, it is possible to sufficiently deflect even if the deflection voltage is lowered.
[0032]
In the present invention, since the deflection voltage of the mask deflector is sufficient at ± 40 V, the deflection voltage is significantly lower than the deflection voltage of ± 200 V in the conventional electron beam exposure apparatus, and depends on the characteristics of the amplifier that supplies the deflection voltage. Deflection speed can be increased.
[0033]
If the distance of the entire electromagnetic lens optical system is increased, the exposure pattern deteriorates due to mutual repulsion between electrons. Therefore, the distance between the mask deflectors 5, 7, 13, and 16 is maintained without changing the distance of the entire electromagnetic lens optical system. In order to increase the distance of the stencil mask 12, two mask deflectors 5 and 7 provided on the electron beam incident side of the stencil mask 12 are connected to the first crossover 6 of the electromagnetic lens (L2a) 11 provided on the electron beam incident side of the stencil mask 12. The two mask deflectors 13 and 16 provided on the electron beam emission side are disposed just before the second crossover 18 of the electromagnetic lens (L2b) 14 provided on the electron beam emission side of the stencil mask 12. I do.
[0034]
In this case, since the space for disposing the slit deflector 25 and the slit deflection return deflector 27 provided in the conventional electron beam exposure apparatus shown in FIG. 4 is eliminated, the slit deflector 25 and the slit deflection return deflector 27 are removed. Then, the data of the slit deflection amount is digitally added to the deflection amount data of the mask deflectors 5 and 7 so that the slit deflector 25 and the slit deflection return deflector 27 also function.
[0035]
Since it is efficient to correct the astigmatism generated in the second crossover 18 in the portion where the crossover trajectory is the widest, the astigmatism correction means is provided inside the electromagnetic lens (L2a) 11. 10 is arranged.
[0036]
In addition, the image distortion of the slit image is generated on the stencil mask 12 with the astigmatism correction of the crossover. However, it is efficient to perform the image distortion correction at the portion where the slit image trajectory is most widened. The image distortion correcting means 8 is provided at a position where the slit image in the space generated by the deletion of the slit deflector 25 and the slit deflector deflector 27 and the movement of the mask deflectors 5 and 7 is further expanded.
This enables high-precision exposure with reduced image distortion.
[0037]
Further, the first blanking deflector 9 is additionally disposed in the remaining portion of the space generated by the removal of the slit deflector 25 and the slit deflector deflector 27 and the movement of the mask deflectors 5 and 7, By performing blanking deflection together with the second blanking deflection means 15 disposed below the three-mask deflector 13, it is possible to perform blanking deflection in the stencil mask 12 portion.
[0038]
This situation will be described with reference to FIG.
3 (a) and 3 (b) The electron beam in the state of FIG. 3 (a) is blanked by only one stage of blanking deflection means provided other than the stencil mask portion as shown in FIG. 3 (b). When deflection is performed, the slit image on the sample moves at the moment of blanking, and the deviation of the slit image is exposed until blanking is completely applied. The displacement of the image becomes an exposure pattern, and the exposure accuracy deteriorates.
[0039]
Referring to FIG. 3C, by using two stages of blanking deflecting means as in the present invention, deflection is applied at the stencil mask portion, and the slit image converges on the stencil mask. Even if it is deflected to the opposite direction, it will converge to the same position on the sample due to the reversing action of the electromagnetic lens, so the slit image on the sample does not move even at the moment of blanking, and exposure due to the deviation of the slit image Accuracy can be prevented from deteriorating.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, a high-speed mask deflector can be used, so that throughput can be improved. In addition, astigmatism correction means, image distortion correction means, and two-stage blanking deflection means are provided. Exposure accuracy can be increased.
[Brief description of the drawings]
1 is a conceptual block diagram of an electron beam exposure apparatus using the block exposure method is a real施例of the present invention.
2 is a schematic diagram of a pole piece for use in an electron beam exposure device of the actual施例of the present invention.
3 is an explanatory view of the movement of the slit image at the time of the blanking deflection in a real施例of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual configuration diagram of an electron beam exposure apparatus used for a conventional block exposure method.
[Explanation of symbols]
1 electron gun 2 electromagnetic lens (L1a)
3 Slit 4 Electromagnetic lens (L1b)
5 First mask deflector 6 First crossover 7 Second mask deflector 8 Image distortion correction means 9 First blanking deflection means 10 Astigmatism correction means 11 Electromagnetic lens (L2a)
12 Stencil mask 13 Third mask deflector 14 Electromagnetic lens (L2b)
15 Second blanking deflector 16 Fourth mask deflector 17 Electromagnetic lens (L3a)
18 Second crossover 19 Electromagnetic lens (L3b)
20 Aperture aperture 21 Electromagnetic lens (L4)
22 Electromagnetic lens (L5)
23 1st alignment coil (AL1a)
24 1st alignment coil (AL1b)
25 Slit deflector 26 Second alignment coil (AL2)
27 slit deflection swingback deflector 28 mask stig focus coil 29 blanking deflection unit 30 third alignment coil (AL3)
31 4th alignment coil (AL4)
32 Refocus coil 33 Secondary deflector 34 Coil 35 Pole piece 36 Gap

Claims

A stencil mask in which a plurality of transmission hole patterns for shaping the cross-sectional shape of the electron beam are formed; and a desired aperture pattern on the stencil mask is selected to deflect the electron beam to transmit the electron beam. A convergent deflection device comprising two-stage deflection means provided on the beam incident side and two-stage deflection means provided on the emission side of the stencil mask for deflecting the electron beam after passing through the stencil mask to return to the optical axis again. System, an electromagnetic lens optical system for reducing the shaped electron beam, transmitting an aperture aperture on the optical axis and projecting the image on a sample, and the converging / deflecting system and the electromagnetic lens optical system. In an electron beam exposure apparatus having a deflecting means for aligning an optical axis, a pair of electromagnetic lenses provided with the stencil mask interposed therebetween is used. The crossover optical system is made parallel light, the inner diameter of the pole pieces of the pair of electromagnetic lenses nearer to the stencil mask is made smaller than the inner diameter of the farther side, and furthermore, two steps provided on the electron beam incident side. The deflecting means is constituted by two mask deflectors arranged so as to sandwich the first crossover position of the electromagnetic lens provided on the electron beam incident side of the stencil mask so as to function also as a slit deflector. The two-stage deflecting means provided on the electron beam emission side is constituted by two mask deflectors disposed immediately before the second crossover position of the electromagnetic lens provided on the electron beam emission side of the stencil mask. Electron beam exposure equipment.

Astigmatism correction means for correcting astigmatism of a crossover image at a second crossover position of the electromagnetic lens provided on the electron beam emission side of the stencil mask is provided on the electron beam incidence side of the stencil mask. A two-stage image distortion correcting means provided in the electromagnetic lens, and an image distortion correcting means for correcting image distortion of a slit image on the stencil mask, which is generated in association with astigmatism correction of the crossover image, is provided on the electron beam incident side. 2. An electron beam exposure apparatus according to claim 1, wherein said electron beam exposure apparatus is provided immediately below said deflection means.

3. An electron beam exposure apparatus according to claim 2, wherein one of at least two stages of blanking deflecting means disposed via said stencil mask is disposed immediately below said image distortion correcting means.