JP3647136B2

JP3647136B2 - Electron beam exposure system

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Publication number: JP3647136B2
Application number: JP10123396A
Authority: JP
Inventors: 真人村木; 進後藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: JPH09288991A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子ビーム露光装置及びその露光方法に関し、特にウエハ直接描画またはマスク、レチクル露光の為に、複数の電子ビームを用いてパターン描画を行う電子ビーム露光装置及びその露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置には、ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型、サイズ可変の矩形断面にして使用する可変矩形ビーム型、ステンシルを使用して所望断面形状にするステンシルマスク型等の装置がある。
【０００３】
ポイントビーム型の電子ビーム露光装置ではスループットが低いので、研究開発用にしか使用されていない。可変矩形ビーム型の電子ビーム露光装置では、ポイント型と比べるとスループットが１〜２桁高いが、0.1μm程度の微細なパターンが高集積度で詰まったパターンを露光する場合などではやはりスループットの点で問題が多い。他方、ステンシルマスク型の電子ビーム露光装置は、可変矩形アパーチャに相当する部分に複数の繰り返しパターン透過孔を形成したステンシルマスクを用いる。従って、ステンシルマスク型の電子ビーム露光装置では繰り返しパターンを露光する場合のメリットが大きく、可変矩形ビーム型に比べてスループットが向上される。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
図２に、ステンシルマスクを備えた電子ビーム露光装置の概要を示す。電子銃501からの電子ビームは、ステンシルマスクの電子ビーム照射領域を規定する第１アパーチャ502に照射される。第１アパーチャによって規定される照明用の電子ビームが投影電子レンズ503を介して第２アパーチャ504上のステンシルマスクを照射し、ステンシルマスクに形成された繰り返しパターン透過孔からの電子ビームを縮小電子光学系505によってウエハ506上に縮小投影する。更に偏向器507により繰り返しパターン透過孔の像がウエハ上を移動し、順次露光される。
【０００５】
ステンシルマスク型は、繰り返しパターンを一時に露光でき、露光速度を挙げることができる。しかしステンシルマスク型は、図３に示すように、複数のパターン透過孔を持つものの、そのパターンは露光パターンに合わせて、事前にステンシルマスクとして形成しなければならない問題がある。
【０００６】
また、空間電荷効果及び縮小電子光学系の収差の為、一時に露光できる露光領域には限りがあるので、１枚のステンシルマスクに納まらない多数の転写パターンが必要な半導体回路に対しては、複数枚のステンシルマスクを作成しておいてそれを１枚ずつ取り出して使用する必要があり、マスク交換の時間が必要になるため、著しくスループットが低下するという問題ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステンシルマスクを用いずに、空間電荷効果及び縮小電子光学系の収差の影響を低減して一時に露光できる露光領域を拡大して、スループットの高い電子ビーム露光装置を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成する為の本発明の電子ビーム露光装置のある形態は、電子ビーム源と、縮小電子光学系と、前記電子ビーム源と前記縮小電子光学系の間に設けられ、前記縮小電子光学系の光軸に直交する方向に前記電子ビーム源の中間像を複数形成するとともに、各中間像が前記縮小電子光学系によって被露光面に縮小投影される際に発生する収差を補正する補正電子光学系を有する電子ビーム露光装置であって、前記補正電子光学系は、前記電子ビーム源からの電子ビームを略平行にする電子光学系と、略平行となった前記電子ビームの一部から前記各中間像を形成するための複数の要素電子光学系とを有する。ここで、各要素電子光学系は、複数のユニポテンシャルレンズで構成されている。また、前記縮小電子光学系の像面湾曲に応じて、前記複数の要素電子光学系の焦点距離を略同一にしつつ各ユニポテンシャルレンズの焦点距離を調整することにより前記各中間像の形成位置が調整される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔原理の説明〕
図４は、本発明の原理を説明する図である。PLは縮小電子光学系で、AXは縮小電子光学系PLの光軸である。また、O1,O2,O3は電子を放射する点光源であり、I1,I2,I3は、各点光源に対応する点光源像である。
【００１８】
図４(A)において、縮小電子光学系PLの物体側であって、光軸AXと垂直な面に位置する点光源O1,O2,O3から放射される電子は、縮小電子光学系PLを介して像側に各点光源に対応した点光源像I1,I2,I3を形成する。その際、点光源像I1,I2,I3は縮小電子光学系の収差（像面湾曲）により光軸AXと垂直である同一面内に形成されない。
【００１９】
そこで、図４（B）に示すように、本発明では、点光源像I1,I2,I3を光軸AXと垂直である同一面内に形成される様に、点光源O1,O2,O3の光軸方向の位置を縮小電子光学系の収差（像面湾曲）に応じて、それぞれ予め異ならしめている。更に縮小電子光学系は物体側の光源の位置によって収差（非点、コマ、歪曲）が異なるので、それに応じて光源を予め歪ませれば、より所望の光源像が同一面内に形成される。
【００２０】
よって、本発明では、縮小電子光学系の物体側に光源の中間像を複数形成し、各中間像が前記縮小電子光学系よって被露光面に縮小投影される際に発生する収差を予め補正する補正電子光学系を設けることにより、広い露光領域に所望の形状を有する光源像を同時に多く形成することができる。
【００２１】
当然のことであるが、前述の複数の中間像は一つの光源から形成されることに限定されず、複数の光源から複数の中間像を形成しても構わない。
【００２２】
以下、本発明を実施例を用いて詳しく説明する。
【００２３】
（実施例１）
〔露光系の構成要素説明〕
図１は本発明に係る電子ビーム露光装置の実施例１を示す図である。
【００２４】
図１において、１は、カソード11、グリッド12、アノード13よりなる電子銃であって、カソード11から放射された電子はグリッド12、アノード13の間でクロスオーバ像を形成する。
【００２５】
この電子銃1は、グリッド電圧を変化させる機能を有することによりクロスオーバ像の大きさを変えられる。
【００２６】
また、このクロスオーバ像を拡大又は縮小するもしくは整形する電子光学系（不図示）を設けることにより、拡大また縮小もしくは整形されたクロスオーバ像が得られ、それによりクロスオーバ像の大きさ・形状が変えられる。（以下、これらのクロスオーバ像を光源と記す）
【００２７】
この光源から放射される電子は、その前側焦点位置が前記光源位置にあるコンデンサーレンズ２によって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビームは、複数の要素電子光学系（31、32）（要素電子光学系の数はできるだけ多いことが望ましい。しかしながら、説明を簡略化するためにこの二つ要素電子光学系を図示し、説明の対象とする）が光軸に直交する方向に複数配列された補正電子光学系3に入射する。補正電子光学系3を構成する複数の要素電子光学系（31、32）の詳細については後述する。
【００２８】
補正電子光学系3は、光源の中間像(MI1,MI2)を複数形成し、各中間像は縮小電子光学系4によってウエハ5に光源像(I1,I2)を形成する。
その際、ウエハ5上の光源像の間隔が光源像の大きさの整数倍になるように、補正電子光学系3の各要素は設定されている。更に、補正電子光学系3は、各中間像の光軸方向の位置を縮小電子光学系4の像面湾曲に応じて異ならせるとともに、各中間像が縮小電子光学系4よってウエハ5に縮小投影される際に発生する収差を予め補正している。
【００２９】
また、縮小電子光学系4は、第１投影レンズ41と第２投影レンズ42とからなる対称磁気タブレットである。第１投影レンズ41の焦点距離をf1、第２投影レンズ42の焦点距離をf2とすると、この２つのレンズ間距離はf1+f2になっている。光軸上AXの中間像は第１投影レンズ41の焦点位置にあり、その像は第２投影レンズの焦点に結ぶ。この像は-f2/f1に縮小される。また、２つのレンズ磁界が互いに逆方向に作用する様に決定されているので、理論上は、球面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収差、軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。
【００３０】
6は、複数の中間像からの電子ビームを偏向させて、複数の中間像の像をウエハ5上でX,Y方向に移動させる偏向器である。偏向器6は、収束磁界とMOL 条件を満足する偏向磁界により偏向させるMOL(moving object lens)型の電磁偏向器61と、電界により偏向させる静電偏向器62とで構成されている。光源像の移動距離に応じて電磁偏向器61と静電偏向器62は使い分けられる。7は、偏向器を作動させた際に発生する偏向収差によるフォーカス位置のずれを補正するダイナミックフォーカスコイルであり、8は、同様に偏向により発生する非点収差を補正するダイナミックスティグコイルである。
【００３１】
91、92は、補正電子光学系で形成された複数の中間像からの電子ビームを平行移動（X,Y 方向）もしく偏向（Z軸に対する傾き）させる複数の静電偏向器で構成される偏向器である。
【００３２】
10は、Ｘ方向およびＹ方向にのびる２つシングルナイフエッジを有するファラデーカップである。
【００３３】
11は、ウエハ5を載置して移動するＸＹＺ方向に移動可能なＸＹＺステージで、ステージ駆動制御装置23で制御される。
【００３４】
ウエハステージに固設されたファラデーカップ10は、ＸＹＺステージの位置を検出するレーザ干渉光学系20と共同して、要素電子光学系からの電子ビームが形成する光源像の電荷量をナイフエッジを介して移動しながら検出することにより、光源像の大きさ、その位置（Ｘ、Ｙ，Ｚ）、及び要素電子光学系から照射される電流が検出できる。
【００３５】
次に、図５を用いて補正電子光学系3を構成する要素電子光学系について説明する。
【００３６】
図５(A)において、301は一対の電極で構成され、偏向機能を有するブランキング電極であり、302は、透過する電子ビームの形状を規定する開口(AP)を有する開口絞りで、その上にブランキング電極301とブランキング電極をon/offするための配線(W)が形成されている。303は、３つの開口電極で構成され、上下の電極を加速電位V0と同じにし、中間の電極を別の電位V1に保った収斂機能を有するユニポテンシャルレンズである。304はユニポテンシャルレンズ302の焦点面上に位置するブランキング開口である。
【００３７】
コンデンサーレンズ2で略平行にされた電子ビームは、ブランキング電極301と開口(AP)を介し、ユニポテンシャルレンズ302によって、ブランキング開口304上に光源の中間像(MI)を形成する。この時、ブランキング開口304の電極間に電界をかけていないと電子ビーム束305の様にブランキング開口304の開口を透過する。一方、ブランキング開口304の電極間に電界をかけると電子ビーム束306の様にブランキング開口304によって遮断される。また、電子光束305と電子ビーム束306は、ブランキング開口304上（縮小電子光学系の物体面）で互いに異なる角度分布を有するので、図５(B)ように縮小電子光学系の瞳位置（図１のP面上)では電子ビーム束305と電子ビーム束306は互いに異なる領域に入射される。したがって、ブランキング開口304を設ける代わりに電子ビーム束305だけを透過させるブランキング開口304'を縮小電子光学系の瞳位置（図１のP面上)に設けても構わない。それにより補正電子光学系3を構成する他の要素電子光学系のブランキング開口と共用できる。
【００３８】
本実施例では、収斂作用を有するユニポテンシャルレンズを用いたが、発散作用を有するバイポテンシャルレンズを用いて、虚像の中間像を形成してもかまわない。
【００３９】
図１に戻って説明する。補正電子光学系３は、上述した要素電子光学系のそれぞれが形成する中間像の光軸方向の位置が縮小電子光学系4の像面湾曲に応じて異ならしめている。その具体的手段の１つとして、各要素電子光学系を同一のものにし、各要素電子光学系の光軸方向の位置を変えて設置する。もう一つの方法として、各要素電子光学系を同一平面上に設置し、各要素電子光学系の特にユニポテンシャルレンズの電子光学特性（焦点距離、主面位置）を異ならしめて、各中間像の光軸方向の位置を変えるのである。本実施例で採用している後者について、図６を用いて詳細に説明する。
【００４０】
図６(A)において、２つの同一形状の開口(AP1,AP2)を有する開口しぼり302上に開口毎にブランキング電極が形成されブランキングアレイを構成している。そして、各ブランキング電極は個別に配線され独立に電界をon/offできる。（図７参照）
【００４１】
ユニポテンシャルレンズ303-1、303-2は、電極が形成された３枚のインシュレータ307、308、309を張り合わせられてレンズアレイを構成している。上下の電極（303U,303D)は共通電位に（図８参照）、中間電極(303M)は個別に電位が設定できるように（図９参照）配線されている。ブランキングアレイとレンズアレイは、インシュレータ310を介在させて一体構造となっている。
【００４２】
そして、ユニポテンシャルレンズ303-1、303-2の電極形状は同じであるが、中間電極の電位を異ならせているために焦点距離が異なる。よって、電子ビーム束311、312のように各中間像（MI1,MI2)の光軸方向の位置は異なる。
【００４３】
また、図６（A)で示したレンズアレイを２つ使用した要素電子光学系の他の実施例を図６(B)に示す。すなわち各要素電子光学系は、予め決められた間隔で配置された２つのユニポテンシャルレンズで構成される。このような構成により、各要素電子光学系の焦点距離と主面位置を独立に制御できる。なぜならユニポテンシャルレンズ301-1の焦点距離をf1、ユニポテンシャルレンズ301-1'の焦点距離をf2とし、ユニポテンシャルレンズ間距離をe、合成された焦点距離をf,像面側の位置ｓ（ユニポテンシャルレンズ301-1'から光源側方向への距離）とすると、近軸光学的に次式が成り立つ。
【００４４】
1/f=1/f1+1/f2-e/(f1*f2)
s=e*f/f1
【００４５】
よって、各ユニポテンシャルレンズの焦点距離（各ユニポテンシャルレンズの中間電極の電位）を調整すれば範囲はあるが合成された要素電子光学系の焦点距離と主面位置を独立に設定できる。もちろんのことであるが主面位置の移動分、焦点位置（中間像形成位置）が変わる。すると各要素電子光学系の焦点距離を略同一にし、焦点位置のみを変更できる。言い換えれば、各要素電子光学系が形成する光源の中間像の倍率を一定にし（最終的にはウエハ5上の光源像I1 ,I2が同一の倍率で形成される）、光軸方向の中間像の位置だけを異ならせることが出来るという利点がある。よって、電子ビーム束311、312のように各中間像（MI1,MI2)の光軸方向の位置は異なる。本実施例では、要素電子光学系を２つのユニポテンシャルレンズで構成するが、３つ以上でも構わない。
【００４６】
また、各中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮小投影される際に発生する非点収差を補正するために、各要素電子光学系は逆の非点収差を発生させている。逆の非点収差を発生させるためユニポテンシャルレンズを構成する開口電極の形状を歪ませている。図１０(A)に示すように、ユニポテンシャルレンズ303-1のように開口電極形状が円形であるればM方向に分布する電子もS方向に分布する電子も略同じ位置313に中間像を形成する。しかしながらユニポテンシャルレンズ303-3のように開口電極形状が楕円形であると、M方向（短径方向）に分布する電子は、位置314に中間像を形成し、S方向（長径方向）に分布する電子は、位置315に中間像を形成する。または、図１０(B)にに示すように、ユニポテンシャルレンズ303-1の中間電極303Mを４つに分割し、対向する電極の電位をV1、もう一方の対向する電極の電位をV2とし、V1とV2の電位をフォーカス制御回路により異ならせてもユニポテンシャルレンズ303-3のような機能を有する。
【００４７】
よって、縮小電子光学系4の非点収差に応じて、各要素電子光学系のユニポテンシャルレンズの開口電極形状を変えることにより、各中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮小投影される際に発生する非点収差を補正できる。もちろん、像面湾曲を補正する為のユニポテンシャルレンズ303-1と非点収差を補正する為のユニポテンシャルレンズ303-3で一つの要素電子光学系を構成し、像面湾曲と非点収差を独立に補正もしくは調整しても構わない。
【００４８】
さらに、各中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮小投影される際に発生するコマ収差を補正するために、各要素電子光学系は逆のコマ収差を発生させている。逆のコマ収差を発生させるために、一つ方法として、各要素電子光学系は、開口絞り302上の開口の中心をユニポテンシャルレンズ303の光軸に対して偏心させている。もう一つ方法として、各要素電子光学系形成された複数の中間像からの電子ビームを偏向器（91、92）によって個別に偏向させている。
【００４９】
さらに、複数の中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮小投影される際に発生する歪曲収差を補正するために、予め縮小電子光学系4の歪曲特性を知り、それに基づいて、縮小電子光学系4の光軸と直交する方向の各要素電子光学系の位置を設定している。
【００５０】
〔動作の説明〕
各要素電子光学系（31、32）によってウエハ5上に形成される光源像(I1,I2)は、図１1(A)に示すように、各要素電子光学系の走査フィールドを各基準位置（A,B)を起点として一定の同一移動量を偏光器6により得て、ウエハを露光し、順に（図中の矢印のように）つぎの露光位置に偏向されウエハを露光する。同図において各升目は、一つの光源像が露光する領域を示し、ハッチングされた升目が露光するべき領域であり、ハッチングされていない升目が露光しない領域であることを示す。
【００５１】
ＣＰＵ12は、図１１(A)ような露光パターンのパターンデータが入力されると、各要素電子光学系毎の走査フィールドに分割し、図１１(Ｂ）に示すように、各走査フィールド毎の起点位置（A,B)を基準とした露光位置の位置データ（dx,dy)と、その露光位置における、各走査フィールド毎に露光するかどうかの露光データ（ハッチングされた升目を１、ハッチングされていない升目を０とする）とを一組の露光制御データとする。そして、露光制御データを露光順に並べた露光制御データファイルを作成する。（各要素電子光学系の走査フィールドは各基準位置（A,B)を起点として一定の同一移動量を偏向器6により得ているので、一つの位置データに対し複数の走査フィールドの露光データが組み合わせられる。）
【００５２】
更に、露光制御データの中で、すべての走査フィールドで露光しないすなわちすべての露光データが０である露光制御データは削除し（図１１(B)のDELで囲まれた露光データ）、図１１（C)に示すような露光制御データファイルに作成し直す。そして、その露光制御データファイルをインターフェース13を介してメモリ19に記憶させる。
【００５３】
また、入力されるパターンがある特定の周期（ピッチ）の繰り返しパターンが多い場合（例えば、セルピッチに対応した周期のパターンが多いＤＲＡＭの回路パターン）は、各走査フィールドの起点位置間隔がその特定の周期（ピッチ）の整数倍になるように各走査フィールドの起点位置（ウエハ上での、各要素電子光学系を介して形成される光源位置の間隔）を設定する。それにより、すべての露光データが０である露光制御データが増加し、よりデータが圧縮できる。その具体的方法としては、縮小電子光学系４の倍率を調整する方法（第１投影レンズ41と第２投影レンズ42のそれぞれの焦点距離を倍率調整回路22によって変化させる）と、各要素電子光学系が形成する中間像位置を偏向器91、92によって調整する方法とがある。
【００５４】
また、ウエハ5上に既にパターンが形成されていて、そのパターンに本装置に入力されたパターンを重ね焼きする場合、ウエハが重ね焼きする以前に通ったプロセスによりウエハが伸縮し、既に形成されているパターンも伸縮していることがある。そこで、本装置では、図示されていないアライメント装置（ウエハマーク位置検出装置）により、ウエハ5上の少なくとも２つウエハアライメントマークの位置を検出し、既に形成されているパターンの伸縮率を検出する。そして検出された伸縮率に基づいて、縮小電子光学系4の倍率を倍率調整回路22により調整し光源像の間隔を伸縮させるとともに、偏光器6のゲインを偏向制御回路21により調整して光源像の移動量を伸縮させる。よって、伸縮を受けたパターンに対しても、良好な重ね焼きが達成できる。
【００５５】
再度、図１にもどり、本実施例の動作について説明する。
【００５６】
ＣＰＵ12により、露光システムのキャリブレーション命令が出されると、シーケンスコントローラ14は、フォーカス制御回路15を介して、補正電子光学系3の各要素電子光学系が形成する中間像の光軸方向の位置を予め決められた位置に設定する様に各要素電子光学系の中間電極の電位を設定する。
【００５７】
そして、システムコントローラ14は、要素電子光学系31からの電子ビームだけがＸＹＺステージ11側に照射するようにブランキング制御回路16を制御して、要素電子光学系31以外のブランキング電極を作動させる（ブランキングon)。同時に駆動制御装置17によってＸＹＺステージ11を駆動させ、要素電子光学系31からの電子ビームにより形成される光源像近傍にファラデーカップ10を移動させ、その時のＸＹＺステージ11の位置をレーザ干渉計20によって検出する。そして、ＸＹＺステージ11の位置の検出およびＸＹＺステージの移動をしながら要素電子光学系31からの電子ビームにより形成される光源像をファラデーカップ10で検出して、その光源像の位置、大きさ、照射される電流を検出する。その光源像が予め決められた大きさになる位置（X1,Y１,Z1)とその時の照射される電流I1を検知する。
【００５８】
つぎに、要素電子光学系32からの電子ビームだけがＸＹＺステージ11側に照射するようにブランキング制御回路16を制御して、要素電子光学系32以外のブランキング電極を作動させる。同時に駆動制御装置17によってＸＹＺステージ11を駆動させ、要素電子光学系31からの電子ビームにより形成される光源像近傍にファラデーカップ10を移動させ、その時のＸＹＺステージ11の位置をレーザ干渉計20によって検出する。そして、ＸＹＺステージ11の位置の検出およびＸＹＺステージの移動をしながら要素電子光学系32からの電子ビームにより形成される光源像をファラデーカップ10で検出して、その光源像の位置、大きさ、その時の照射される電流を検出する。その光源像が予め決められた大きさになる位置（X2,Y2,Z2)とその時の照射電流I2を検知する。
【００５９】
そして、検出結果に基づいて、シーケンスコントローラは、要素電子光学系31、32からの電子ビームにより形成される各光源像のＸＹ方向の位置を予め決められた相対的位置関係に位置させる為に、光軸アライメント制御回路18を介して、偏向器91、92により各中間像をＸＹ方向に平行移動させる。また、要素電子光学系31、32からの電子ビームにより形成される各光源像のＺ方向の位置を予め決められた範囲内に位置させる為にフォーカス制御回路15を介して各要素電子光学系の中間電極の電位を設定しなおす。さらに、検出された各要素電子光学系のウエハ上に照射する電流をメモリ19に記憶させる。
【００６０】
次に、ＣＰＵ12の命令によりパターンの露光が開始されると、シーケンスコントローラ14は、予めメモリ19に入力されたウエハ5に塗布されたレジストの感度と、前述したようにメモリ19に記憶された各要素電子光学系毎のウエハ上への照射電流とに基づいて、各要素電子光学系が形成する光源像の露光位置での露光時間（露光位置での光源像の滞在時間）を、要素電子光学系毎に算出し、ブランキング制御回路16に送信する。また、シーケンスコントローラ14は、前述したようにメモリ19に記憶されている露光制御ファイルをブランキング制御回路16に送信する。ブランキング制御回路16では、要素電子光学系毎のブランキングOFF時間（露光時間）を設定し、また送信されてきた露光制御ファイルの中にある、要素電子光学系毎の露光データと要素電子光学系毎のブランキングOFF時間（露光時間）とに基づいて、図１２に示すようなブランキング信号を各要素電子光学系に偏向制御回路21と同期して送信し、要素電子光学系毎の露光タイミング、露光量が制御される。（フィールド１に比べフィールド２の方が各露光位置での露光時間が長い）
【００６１】
また一方、シーケンスコントローラ14は、前述したようにメモリ19に記憶されている露光制御ファイルを偏向制御回路21に送信する。偏向制御回路2では、送信されてきた露光制御ファイルの中にある、位置データ基づいて、偏向制御信号、フォーカス制御信号、非点補正信号のそれぞれをD/Aを介して偏向器6、ダイナミックフォーカスコイル7、ダイナミックスティグコイル８にブランキング制御回路16と同期して送信、ウエハ上での複数の光源像の位置が制御される。
【００６２】
偏向器を作動させた際に発生する偏向収差によるフォーカス位置のずれをダイナミックフォーカスコイルだけでは補正しきれない場合は、光源像のＺ方向の位置を予め決められた範囲内に位置させる為にフォーカス制御回路15を介して各要素電子光学系の中間電極の電位を調整して中間像の光軸方向の位置を変えても良い。
【００６３】
〔要素電子光学系の他の実施例１〕
図１３(A)を用いて要素電子光学系の他の実施例１について説明する。同図中、第５図と同一構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００６４】
図５の要素電子光学系と大きく異なる点は、開口絞り上の開口形状、ブランキング電極である。この開口(AP)は、ユニポテンシャルレンズ303の光軸近傍に入射する電子ビームを遮蔽し、ホロビーム（中空円筒ビーム）状の電子ビームを形成するもである。ブランキング電極321はこの開口形状に適したブランキング電極で、一対の円筒電極により構成されている。
【００６５】
コンデンサーレンズ2で略平行にされた電子ビームは、ブランキング電極321と開口絞り322を介し、ユニポテンシャルレンズ302によって、ブランキング開口304上にに光源の中間像を形成する。この時、ブランキング開口304の電極間に電界をかけていないと電子ビーム束323の様にブランキング開口304の開口を透過する。一方、ブランキング開口304の電極間に電界をかけると電子ビームは偏向され、電子ビーム束324の様にブランキング開口304によって遮断される。また、電子ビーム束323と電子光束324は、ブランキング開口304上（縮小電子光学系の物体面）で互いに異なる角度分布を有するので、図１３(B)ように縮小電子光学系の瞳位置（図１のP)では電子ビーム束323と電子ビーム束324は互いに異なる領域に入射される。したがって、ブランキング開口304を設ける代わりに電子ビーム束323だけを透過させるブランキング開口304'を縮小電子光学系の瞳位置に設けても構わない。それにより補正電子光学系3を構成する他の要素電子光学系のブランキング開口と共用できる。
【００６６】
また、ホロビーム（中空円筒ビーム）状の電子ビームは、中空でない電子ビーム（例えばガウスビーム）に比べ空間電荷効果が小さいので、電子ビームをウエハ上に集束してぼけの小さい光源像がウエハ上に形成できる。すなわち、各要素電子光学系からの電子ビームが縮小電子光学系4の瞳面Pを通過する際、瞳面上での電子ビームの電子密度分布を周辺部の電子密度が中央部の電子密度より大とせしめることにより、上記効果が得られる。そしてそのような瞳面P上での電子密度分布は、本実施例のように縮小電子光学系4の瞳面Pとほぼ共役位置に設けられた開口絞り320上の開口（中心部が遮光された開口）によって達成できる。
【００６７】
次に上記説明した電子ビーム露光装置及び露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【００６８】
図１４は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００６９】
図１５は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７０】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、
（１）ステンシルマスクを必要としない。
（２）広い露光領域に所望の形状を有する光源像を同時に多く形成することができる。
（３）各光源像は離散的に配置されているので空間電荷効果の影響を互いに受けない。
よって、所望の露光パターンをよりスループット高く形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子ビーム露光装置の実施例１を示す図。
【図２】ステンシルマスクを備えた電子ビーム露光装置の概要を示す図。
【図３】ステンシルマスク型露光の概念を説明する図。
【図４】本発明の原理を説明する図。
【図５】要素電子光学系について説明する図。
【図６】補正電子光学系を説明する図。
【図７】ブランキング電極の配線図。
【図８】上下の開口電極を説明する図。
【図９】中間電極を説明する図。
【図１０】非点収差を有するユニポテンシャルレンズを説明する図。
【図１１】露光パターンと露光制御データを説明する図。
【図１２】各要素電子光学系に送信されるブランキング信号を説明する図。
【図１３】要素電子光学系の他の実施例１を説明する図。
【図１４】微小デバイスの製造フローを説明する図。
【図１５】ウエハプロセスを説明する図。
【符号の説明】
１電子銃
２コンデンサーレンズ
３補正電子光学系
３１、３２要素電子光学系
４縮小電子光学系
５ウエハ
６偏向器
７ダイナミックフォーカスコイル
８ダイナミックスティグコイル
９１、９２偏向器
１０ファラデーカップ
１１ＸＹＺステージ
１２ＣＰＵ
１３インターフェース
１４シーケンスコントローラ
１５フォーカス制御回路
１６ブランキング制御回路
１７駆動制御装置
１８光軸アライメント制御回路
１９メモリ
２１レーザ干渉系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam exposure apparatus and an exposure method therefor, and more particularly to an electron beam exposure apparatus and pattern exposure method that perform pattern drawing using a plurality of electron beams for wafer direct drawing or mask / reticle exposure.
[0002]
[Prior art]
The electron beam exposure apparatus includes a point beam type that uses a beam in the form of a spot, a variable rectangular beam type that uses a variable-size rectangular cross section, and a stencil mask type apparatus that uses a stencil to obtain a desired cross-sectional shape. is there.
[0003]
The point beam type electron beam exposure apparatus has low throughput and is used only for research and development. In the variable rectangular beam type electron beam exposure apparatus, the throughput is one to two orders of magnitude higher than that of the point type. There are many problems. On the other hand, a stencil mask type electron beam exposure apparatus uses a stencil mask in which a plurality of repetitive pattern transmission holes are formed in a portion corresponding to a variable rectangular aperture. Therefore, the stencil mask type electron beam exposure apparatus has a great merit in exposing a repeated pattern, and the throughput is improved as compared with the variable rectangular beam type.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 2 shows an outline of an electron beam exposure apparatus provided with a stencil mask. The electron beam from the electron gun 501 is irradiated to the first aperture 502 that defines the electron beam irradiation region of the stencil mask. The illumination electron beam defined by the first aperture irradiates the stencil mask on the second aperture 504 via the projection electron lens 503, and the electron beam from the repetitive pattern transmission hole formed in the stencil mask is reduced by electron optics. A system 505 projects the reduced image onto the wafer 506. Further, the image of the pattern transmission holes is repeatedly moved on the wafer by the deflector 507 and sequentially exposed.
[0005]
The stencil mask type can expose a repeated pattern at a time, and can increase the exposure speed. However, although the stencil mask type has a plurality of pattern transmission holes as shown in FIG. 3, there is a problem that the pattern must be formed as a stencil mask in advance according to the exposure pattern.
[0006]
In addition, because of the space charge effect and the aberration of the reduced electron optical system, the exposure area that can be exposed at one time is limited, so for semiconductor circuits that require a large number of transfer patterns that do not fit in one stencil mask, Since it is necessary to prepare a plurality of stencil masks and to use them one by one, it takes time to replace the masks, which causes a problem that the throughput is significantly reduced.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to perform exposure that can be exposed at one time without using a stencil mask and reducing the effects of space charge effects and aberrations of a reduced electron optical system. An object of the present invention is to provide an electron beam exposure apparatus with a high throughput by expanding the area.
[0008]
To achieve the above object, an electron beam exposure apparatus according to the present invention includes an electron beam source, a reduction electron optical system, and the electron beam source provided between the electron beam source and the reduction electron optical system. A correction electron that forms a plurality of intermediate images of the electron beam source in a direction perpendicular to the optical axis of the system and corrects aberrations that occur when each intermediate image is reduced and projected onto the exposure surface by the reduction electron optical system. An electron beam exposure apparatus having an optical system, wherein the correction electron optical system includes: an electron optical system that makes an electron beam from the electron beam source substantially parallel; and a part of the electron beam that is substantially parallel A plurality of element electron optical systems for forming each intermediate image. Here, each element electron optical system is composed of a plurality of unipotential lenses. Further, by adjusting the focal length of each unipotential lens while making the focal lengths of the plurality of element electron optical systems substantially the same in accordance with the curvature of field of the reduced electron optical system, the formation position of each intermediate image is adjusted. Adjusted .
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Description of Principle]
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of the present invention. PL is a reduction electron optical system, and AX is an optical axis of the reduction electron optical system PL. O1, O2, and O3 are point light sources that emit electrons, and I1, I2, and I3 are point light source images corresponding to the respective point light sources.
[0018]
In FIG. 4A, electrons emitted from point light sources O1, O2, and O3 located on the object side of the reduced electron optical system PL and perpendicular to the optical axis AX pass through the reduced electron optical system PL. Thus, point light source images I1, I2, and I3 corresponding to the respective point light sources are formed on the image side. At that time, the point light source images I1, I2, and I3 are not formed in the same plane perpendicular to the optical axis AX due to aberration (field curvature) of the reduction electron optical system.
[0019]
Therefore, as shown in FIG. 4B, in the present invention, the point light sources O1, O2, and O3 are formed so that the point light source images I1, I2, and I3 are formed in the same plane perpendicular to the optical axis AX. The position in the optical axis direction is previously differentiated according to the aberration (field curvature) of the reduction electron optical system. Furthermore, since the reduction electron optical system has different aberrations (astigmatism, coma, distortion) depending on the position of the light source on the object side, if the light source is pre-distorted accordingly, a more desired light source image is formed in the same plane. .
[0020]
Therefore, in the present invention, a plurality of intermediate images of the light source are formed on the object side of the reduction electron optical system, and aberrations that occur when each intermediate image is reduced and projected onto the exposure surface by the reduction electron optical system are corrected in advance. By providing the correction electron optical system, a large number of light source images having a desired shape can be simultaneously formed in a wide exposure region.
[0021]
As a matter of course, the plurality of intermediate images described above is not limited to being formed from a single light source, and a plurality of intermediate images may be formed from a plurality of light sources.
[0022]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0023]
(Example 1)
[Explanation of exposure system components]
FIG. 1 shows a first embodiment of an electron beam exposure apparatus according to the present invention.
[0024]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an electron gun including a cathode 11, a grid 12, and an anode 13, and electrons emitted from the cathode 11 form a crossover image between the grid 12 and the anode 13.
[0025]
The electron gun 1 has a function of changing the grid voltage, so that the size of the crossover image can be changed.
[0026]
Further, by providing an electron optical system (not shown) for enlarging, reducing, or shaping the crossover image, an enlarged, reduced, or shaped crossover image can be obtained, whereby the size and shape of the crossover image are obtained. Can be changed. (Hereinafter, these crossover images are referred to as light sources.)
[0027]
The electrons emitted from the light source become a substantially parallel electron beam by the condenser lens 2 whose front focal position is at the light source position. A plurality of element electron optical systems (31, 32) (the number of element electron optical systems is preferably as large as possible. However, in order to simplify the explanation, this two element electron optical system is shown in FIG. Are incident on a correction electron optical system 3 arranged in a direction orthogonal to the optical axis. Details of the plurality of element electron optical systems (31, 32) constituting the correction electron optical system 3 will be described later.
[0028]
The correction electron optical system 3 forms a plurality of intermediate images (MI1, MI2) of the light source, and each intermediate image forms a light source image (I1, I2) on the wafer 5 by the reduced electron optical system 4.
At this time, each element of the correction electron optical system 3 is set so that the interval between the light source images on the wafer 5 is an integral multiple of the size of the light source image. Further, the correction electron optical system 3 varies the position of each intermediate image in the optical axis direction according to the field curvature of the reduction electron optical system 4, and each intermediate image is reduced and projected onto the wafer 5 by the reduction electron optical system 4. Aberrations that occur during the correction are corrected in advance.
[0029]
The reduction electron optical system 4 is a symmetric magnetic tablet including a first projection lens 41 and a second projection lens 42. When the focal length of the first projection lens 41 is f1, and the focal length of the second projection lens 42 is f2, the distance between the two lenses is f1 + f2. The intermediate image on the optical axis AX is at the focal position of the first projection lens 41, and the image is focused on the focus of the second projection lens. This image is reduced to -f2 / f1. In addition, since the two lens magnetic fields are determined so as to act in opposite directions, theoretically, the five aberrations of spherical aberration, isotropic astigmatism, isotropic coma aberration, field curvature aberration, and axial chromatic aberration are determined. Except for aberrations, other Seidel aberrations and chromatic aberrations related to rotation and magnification are canceled out.
[0030]
A deflector 6 deflects electron beams from a plurality of intermediate images and moves the images of the plurality of intermediate images on the wafer 5 in the X and Y directions. The deflector 6 includes an MOL (moving object lens) type electromagnetic deflector 61 that deflects with a converging magnetic field and a deflecting magnetic field that satisfies the MOL condition, and an electrostatic deflector 62 that deflects with an electric field. The electromagnetic deflector 61 and the electrostatic deflector 62 are selectively used according to the moving distance of the light source image. Reference numeral 7 denotes a dynamic focus coil that corrects a shift in focus position due to deflection aberration generated when the deflector is operated, and reference numeral 8 denotes a dynamic stig coil that similarly corrects astigmatism generated by deflection.
[0031]
91 and 92 are constituted by a plurality of electrostatic deflectors that translate (X and Y directions) or deflect (tilt with respect to the Z axis) electron beams from a plurality of intermediate images formed by the correction electron optical system. It is a deflector.
[0032]
10 is a Faraday cup having two single knife edges extending in the X and Y directions.
[0033]
Reference numeral 11 denotes an XYZ stage movable in the XYZ directions on which the wafer 5 is placed and moved, and is controlled by the stage drive controller 23.
[0034]
The Faraday cup 10 fixed to the wafer stage cooperates with the laser interference optical system 20 for detecting the position of the XYZ stage to transfer the charge amount of the light source image formed by the electron beam from the element electron optical system via the knife edge. By detecting while moving, the size of the light source image, its position (X, Y, Z), and the current irradiated from the element electron optical system can be detected.
[0035]
Next, the element electron optical system constituting the correction electron optical system 3 will be described with reference to FIG.
[0036]
In FIG. 5 (A), 301 is a blanking electrode composed of a pair of electrodes and having a deflection function, and 302 is an aperture stop having an aperture (AP) that defines the shape of the transmitted electron beam. In addition, a blanking electrode 301 and a wiring (W) for turning on / off the blanking electrode are formed. Reference numeral 303 denotes a unipotential lens having a converging function, which is composed of three aperture electrodes, in which the upper and lower electrodes are the same as the acceleration potential V0 and the intermediate electrode is maintained at another potential V1. 304 is a blanking aperture located on the focal plane of the unipotential lens 302.
[0037]
The electron beam made substantially parallel by the condenser lens 2 forms an intermediate image (MI) of the light source on the blanking aperture 304 by the unipotential lens 302 via the blanking electrode 301 and the aperture (AP). At this time, if no electric field is applied between the electrodes of the blanking opening 304, the opening of the blanking opening 304 is transmitted like the electron beam bundle 305. On the other hand, when an electric field is applied between the electrodes of the blanking opening 304, it is blocked by the blanking opening 304 like the electron beam bundle 306. Further, since the electron beam 305 and the electron beam bundle 306 have different angular distributions on the blanking aperture 304 (object surface of the reduced electron optical system), as shown in FIG. 5B, the pupil position ( On the P plane in FIG. 1, the electron beam bundle 305 and the electron beam bundle 306 are incident on different regions. Therefore, instead of providing the blanking aperture 304, a blanking aperture 304 ′ for transmitting only the electron beam bundle 305 may be provided at the pupil position (on the P plane in FIG. 1) of the reduced electron optical system. Accordingly, the correction electron optical system 3 can be shared with the blanking apertures of other element electron optical systems.
[0038]
In this embodiment, a unipotential lens having a converging action is used. However, a virtual intermediate image may be formed using a dipotential lens having a diverging action.
[0039]
Returning to FIG. In the correction electron optical system 3, the position of the intermediate image formed by each of the above-described element electron optical systems in the optical axis direction is made different according to the curvature of field of the reduction electron optical system 4. As one specific means, the element electron optical systems are made the same, and the position of each element electron optical system is changed in the optical axis direction. As another method, each element electron optical system is installed on the same plane, and the electron optical characteristics (focal length, principal surface position) of each element electron optical system, particularly the unipotential lens, are made different so that the light of each intermediate image can be obtained. The position in the axial direction is changed. The latter employed in the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
[0040]
In FIG. 6A, a blanking electrode is formed for each opening on an opening aperture 302 having two openings (AP1, AP2) having the same shape, thereby forming a blanking array. Each blanking electrode is individually wired so that the electric field can be turned on / off independently. (See Figure 7)
[0041]
The unipotential lenses 303-1 and 303-2 constitute a lens array by bonding together three insulators 307, 308, and 309 on which electrodes are formed. The upper and lower electrodes (303U, 303D) are wired at a common potential (see FIG. 8), and the intermediate electrode (303M) is wired so that the potential can be individually set (see FIG. 9). The blanking array and the lens array have an integral structure with an insulator 310 interposed therebetween.
[0042]
The electrode shapes of the unipotential lenses 303-1 and 303-2 are the same, but the focal lengths are different because the potentials of the intermediate electrodes are different. Therefore, the positions of the intermediate images (MI1, MI2) in the optical axis direction are different like the electron beam bundles 311 and 312.
[0043]
FIG. 6B shows another embodiment of the element electron optical system using two lens arrays shown in FIG. That is, each element electron optical system is composed of two unipotential lenses arranged at a predetermined interval. With such a configuration, the focal length and the principal surface position of each element electron optical system can be controlled independently. This is because the focal length of the unipotential lens 301-1 is f1, the focal length of the unipotential lens 301-1 'is f2, the distance between the unipotential lenses is e, the combined focal length is f, and the position s ( (Distance from the unipotential lens 301-1 ′ to the light source side direction), the following equation holds in terms of paraxial optics.
[0044]
1 / f = 1 / f1 + 1 / f2-e / (f1 * f2)
s = e * f / f1
[0045]
Therefore, if the focal length of each unipotential lens (the potential of the intermediate electrode of each unipotential lens) is adjusted, the focal length and the principal surface position of the combined element electron optical system can be set independently although there is a range. Of course, the focal position (intermediate image forming position) is changed by the movement of the main surface position. Then, the focal lengths of the element electron optical systems can be made substantially the same, and only the focal position can be changed. In other words, the magnification of the intermediate image of the light source formed by each element electron optical system is made constant (finally, the light source images I1 and I2 on the wafer 5 are formed at the same magnification), and the intermediate image in the optical axis direction. There is an advantage that only the position of can be changed. Therefore, the positions of the intermediate images (MI1, MI2) in the optical axis direction are different like the electron beam bundles 311 and 312. In this embodiment, the element electron optical system is composed of two unipotential lenses, but it may be three or more.
[0046]
In addition, in order to correct astigmatism that occurs when each intermediate image is reduced and projected onto the exposure surface by the reduction electron optical system 4, each element electron optical system generates reverse astigmatism. In order to generate reverse astigmatism, the shape of the aperture electrode constituting the unipotential lens is distorted. As shown in FIG. 10A, if the shape of the aperture electrode is circular as in the unipotential lens 303-1, the electrons distributed in the M direction and the electrons distributed in the S direction have an intermediate image at substantially the same position 313. Form. However, when the aperture electrode shape is elliptical like the unipotential lens 303-3, electrons distributed in the M direction (minor axis direction) form an intermediate image at the position 314 and are distributed in the S direction (major axis direction). The electrons that form form an intermediate image at position 315. Alternatively, as shown in FIG. 10B, the intermediate electrode 303M of the unipotential lens 303-1 is divided into four, and the potential of the opposing electrode is V1, and the potential of the other opposing electrode is V2. Even if the potentials of V1 and V2 are made different depending on the focus control circuit, it has a function like the unipotential lens 303-3.
[0047]
Therefore, by changing the aperture electrode shape of the unipotential lens of each element electron optical system according to the astigmatism of the reduced electron optical system 4, each intermediate image is reduced and projected onto the exposure surface by the reduced electron optical system 4. Astigmatism that occurs in the process can be corrected. Of course, the unipotential lens 303-1 for correcting the field curvature and the unipotential lens 303-3 for correcting the astigmatism constitute one element electron optical system, and the field curvature and astigmatism are reduced. It may be corrected or adjusted independently.
[0048]
Further, in order to correct coma aberration that occurs when each intermediate image is reduced and projected onto the exposure surface by the reduction electron optical system 4, each element electron optical system generates reverse coma aberration. In order to generate the reverse coma aberration, as one method, each element electron optical system decenters the center of the aperture on the aperture stop 302 with respect to the optical axis of the unipotential lens 303. As another method, electron beams from a plurality of intermediate images formed by the respective element electron optical systems are individually deflected by deflectors (91, 92).
[0049]
Furthermore, in order to correct distortion aberration that occurs when a plurality of intermediate images are reduced and projected onto the exposure surface by the reduced electron optical system 4, the distortion characteristics of the reduced electron optical system 4 are known in advance, and reduction is performed based on the distortion characteristics. The position of each element electron optical system in the direction orthogonal to the optical axis of the electron optical system 4 is set.
[0050]
[Description of operation]
As shown in FIG. 11A, the light source image (I1, I2) formed on the wafer 5 by each element electron optical system (31, 32) indicates the scanning field of each element electron optical system at each reference position ( A fixed amount of movement is obtained by the polarizer 6 starting from A, B), the wafer is exposed, and sequentially deflected to the next exposure position (as indicated by the arrows in the figure) to expose the wafer. In the figure, each cell represents an area exposed by one light source image, and a hatched cell is an area to be exposed, and an unhatched cell is an unexposed area.
[0051]
When the pattern data of the exposure pattern as shown in FIG. 11 (A) is input, the CPU 12 divides it into scanning fields for each element electron optical system, and as shown in FIG. 11 (B), the starting point for each scanning field. Position data (dx, dy) of the exposure position with reference to the position (A, B) and exposure data (whether the hatched cell is 1, hatched at each exposure field) A set of exposure control data. Then, an exposure control data file in which the exposure control data is arranged in the order of exposure is created. (Since the scanning field of each element electron optical system is obtained from the reference position (A, B) as the starting point, the same amount of movement is obtained by the deflector 6, the exposure data of a plurality of scanning fields is obtained for one position data. Can be combined.)
[0052]
Further, in the exposure control data, the exposure control data that is not exposed in all the scanning fields, that is, all the exposure data is 0 is deleted (exposure data surrounded by DEL in FIG. 11B), and FIG. Recreate the exposure control data file as shown in C). Then, the exposure control data file is stored in the memory 19 via the interface 13.
[0053]
In addition, when the input pattern has a large number of repetitive patterns with a specific period (pitch) (for example, a circuit pattern of a DRAM with a large number of patterns corresponding to the cell pitch), the start position interval of each scanning field is set to the specific pattern. The starting position of each scanning field (interval between light source positions formed via each element electron optical system on the wafer) is set so as to be an integral multiple of the period (pitch). Thereby, the exposure control data in which all exposure data is 0 increases, and the data can be further compressed. Specifically, the magnification of the reduction electron optical system 4 is adjusted (the focal length of each of the first projection lens 41 and the second projection lens 42 is changed by the magnification adjustment circuit 22), and each element electron optics. There is a method of adjusting the position of an intermediate image formed by the system by deflectors 91 and 92.
[0054]
In addition, when a pattern has already been formed on the wafer 5 and the pattern input to this apparatus is overprinted on the pattern, the wafer has already been formed by expansion and contraction by the process that was performed before the wafer was overprinted. The pattern that is also stretched. Therefore, in this apparatus, the position of at least two wafer alignment marks on the wafer 5 is detected by an alignment apparatus (wafer mark position detection apparatus) (not shown), and the expansion / contraction rate of the already formed pattern is detected. Based on the detected expansion / contraction ratio, the magnification of the reduction electron optical system 4 is adjusted by the magnification adjustment circuit 22 to expand / contract the interval between the light source images, and the gain of the polarizer 6 is adjusted by the deflection control circuit 21 to adjust the light source image. Stretch the amount of movement. Therefore, good overprinting can be achieved even for a pattern subjected to expansion and contraction.
[0055]
Returning again to FIG. 1, the operation of this embodiment will be described.
[0056]
When a calibration command for the exposure system is issued by the CPU 12, the sequence controller 14 determines the position in the optical axis direction of the intermediate image formed by each element electron optical system of the correction electron optical system 3 via the focus control circuit 15. The potential of the intermediate electrode of each element electron optical system is set so as to be set at a predetermined position.
[0057]
Then, the system controller 14 controls the blanking control circuit 16 so that only the electron beam from the element electron optical system 31 is irradiated to the XYZ stage 11 side, and operates the blanking electrodes other than the element electron optical system 31. (Blanking on). At the same time, the drive controller 17 drives the XYZ stage 11 to move the Faraday cup 10 in the vicinity of the light source image formed by the electron beam from the element electron optical system 31, and the position of the XYZ stage 11 at that time is moved by the laser interferometer 20. To detect. Then, while detecting the position of the XYZ stage 11 and moving the XYZ stage, the Faraday cup 10 detects the light source image formed by the electron beam from the element electron optical system 31, and the position, size, Detect the current applied. The position (X1, Y1, Z1) at which the light source image has a predetermined size and the current I1 irradiated at that time are detected.
[0058]
Next, the blanking control circuit 16 is controlled so that only the electron beam from the element electron optical system 32 is irradiated to the XYZ stage 11 side, and the blanking electrodes other than the element electron optical system 32 are operated. At the same time, the drive controller 17 drives the XYZ stage 11 to move the Faraday cup 10 in the vicinity of the light source image formed by the electron beam from the element electron optical system 31, and the position of the XYZ stage 11 at that time is moved by the laser interferometer 20. To detect. Then, while detecting the position of the XYZ stage 11 and moving the XYZ stage, the light source image formed by the electron beam from the element electron optical system 32 is detected by the Faraday cup 10, and the position, size, The current irradiated at that time is detected. The position (X2, Y2, Z2) where the light source image becomes a predetermined size and the irradiation current I2 at that time are detected.
[0059]
Based on the detection result, the sequence controller places the position in the XY direction of each light source image formed by the electron beams from the element electron optical systems 31 and 32 in a predetermined relative positional relationship. Each intermediate image is translated in the XY directions by deflectors 91 and 92 via the optical axis alignment control circuit 18. Further, in order to position the position in the Z direction of each light source image formed by the electron beams from the element electron optical systems 31 and 32 within a predetermined range, each element electron optical system is connected via a focus control circuit 15. Reset the potential of the intermediate electrode. Further, the detected current to be irradiated onto the wafer of each element electron optical system is stored in the memory 19.
[0060]
Next, when the exposure of the pattern is started by a command of the CPU 12, the sequence controller 14 reads the sensitivity of the resist applied to the wafer 5 previously input to the memory 19 and each of the memories stored in the memory 19 as described above. Based on the irradiation current on the wafer for each element electron optical system, the exposure time at the exposure position of the light source image formed by each element electron optical system (the residence time of the light source image at the exposure position) is It is calculated for each system and transmitted to the blanking control circuit 16. In addition, the sequence controller 14 transmits the exposure control file stored in the memory 19 to the blanking control circuit 16 as described above. The blanking control circuit 16 sets the blanking OFF time (exposure time) for each element electron optical system, and the exposure data and element electron optics for each element electron optical system in the transmitted exposure control file. Based on the blanking OFF time (exposure time) for each system, a blanking signal as shown in FIG. 12 is transmitted to each element electron optical system in synchronization with the deflection control circuit 21, and exposure for each element electron optical system is performed. Timing and exposure amount are controlled. (The exposure time at each exposure position is longer in field 2 than in field 1)
[0061]
On the other hand, the sequence controller 14 transmits the exposure control file stored in the memory 19 to the deflection control circuit 21 as described above. In the deflection control circuit 2, based on the position data in the transmitted exposure control file, the deflection control signal, the focus control signal, and the astigmatism correction signal are respectively transmitted via the D / A to the deflector 6, the dynamic focus. Transmission is performed in synchronization with the blanking control circuit 16 to the coil 7 and the dynamic stig coil 8, and the positions of a plurality of light source images on the wafer are controlled.
[0062]
If the focus position shift due to deflection aberration that occurs when the deflector is actuated cannot be corrected with just the dynamic focus coil, the focus is set so that the position of the light source image in the Z direction is within a predetermined range. The position of the intermediate image in the optical axis direction may be changed by adjusting the potential of the intermediate electrode of each element electron optical system via the control circuit 15.
[0063]
[Other Example 1 of Element Electron Optical System]
Another example 1 of the element electron optical system will be described with reference to FIG. In the figure, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0064]
The main difference from the element electron optical system of FIG. 5 is the aperture shape on the aperture stop and the blanking electrode. This aperture (AP) shields the electron beam incident in the vicinity of the optical axis of the unipotential lens 303 and forms a holo-beam (hollow cylindrical beam) -shaped electron beam. The blanking electrode 321 is a blanking electrode suitable for this opening shape, and is composed of a pair of cylindrical electrodes.
[0065]
The electron beam made substantially parallel by the condenser lens 2 forms an intermediate image of the light source on the blanking aperture 304 by the unipotential lens 302 via the blanking electrode 321 and the aperture stop 322. At this time, if no electric field is applied between the electrodes of the blanking opening 304, the opening of the blanking opening 304 is transmitted like the electron beam bundle 323. On the other hand, when an electric field is applied between the electrodes of the blanking opening 304, the electron beam is deflected and blocked by the blanking opening 304 like the electron beam bundle 324. Further, since the electron beam bundle 323 and the electron beam 324 have different angular distributions on the blanking aperture 304 (the object surface of the reduced electron optical system), the pupil position of the reduced electron optical system (see FIG. 13B). In FIG. 1P), the electron beam bundle 323 and the electron beam bundle 324 are incident on different regions. Therefore, instead of providing the blanking aperture 304, a blanking aperture 304 ′ that transmits only the electron beam bundle 323 may be provided at the pupil position of the reduced electron optical system. Accordingly, the correction electron optical system 3 can be shared with the blanking apertures of other element electron optical systems.
[0066]
In addition, since the electron beam in the form of a hollow beam (hollow cylindrical beam) has a smaller space charge effect than a non-hollow electron beam (for example, a Gaussian beam), the electron beam is focused on the wafer, and a light source image with a small blur is formed on the wafer. Can be formed. That is, when the electron beam from each element electron optical system passes through the pupil plane P of the reduction electron optical system 4, the electron density distribution of the electron beam on the pupil plane is such that the electron density in the peripheral part is higher than the electron density in the central part. By increasing the size, the above effect can be obtained. The electron density distribution on the pupil plane P is such that the aperture (center portion is shielded from light) on the aperture stop 320 provided at a position substantially conjugate with the pupil plane P of the reduction electron optical system 4 as in this embodiment. Open).
[0067]
Next, an embodiment of a device production method using the above-described electron beam exposure apparatus and exposure method will be described.
[0068]
FIG. 14 shows a flow of manufacturing a microdevice (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.). In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (exposure control data creation), exposure control data for the exposure apparatus is created based on the designed circuit pattern. On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the wafer and the exposure apparatus to which the prepared exposure control data is input. The next step 5 (assembly) is referred to as a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, such as an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation), and the like. including. In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device manufactured in step 5 are performed. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).
[0069]
FIG. 15 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the wafer surface is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern is printed onto the wafer by exposure using the exposure apparatus described above. In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), unnecessary resist after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0070]
By using the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a highly integrated semiconductor device that has been difficult to manufacture at low cost.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention,
(1) A stencil mask is not required.
(2) Many light source images having a desired shape can be simultaneously formed in a wide exposure area.
(3) Since the light source images are discretely arranged, they are not affected by the space charge effect.
Therefore, a desired exposure pattern can be formed with higher throughput.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first embodiment of an electron beam exposure apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing an outline of an electron beam exposure apparatus provided with a stencil mask.
FIG. 3 is a view for explaining the concept of stencil mask type exposure.
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an element electron optical system.
FIG. 6 is a diagram illustrating a correction electron optical system.
FIG. 7 is a wiring diagram of blanking electrodes.
FIG. 8 is a diagram illustrating upper and lower opening electrodes.
FIG. 9 illustrates an intermediate electrode.
FIG. 10 is a diagram illustrating a unipotential lens having astigmatism.
FIG. 11 is a view for explaining an exposure pattern and exposure control data.
FIG. 12 is a diagram for explaining a blanking signal transmitted to each element electron optical system.
FIG. 13 is a diagram for explaining another example 1 of the element electron optical system.
FIG. 14 illustrates a manufacturing flow of a microdevice.
FIG. 15 is a diagram illustrating a wafer process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2 Condenser lens 3 Correction electron optical system 31, 32 Element electron optical system 4 Reduction electron optical system 5 Wafer 6 Deflector 7 Dynamic focus coil 8 Dynamic stig coils 91, 92 Deflector 10 Faraday cup 11 XYZ stage 12 CPU
13 Interface 14 Sequence controller 15 Focus control circuit 16 Blanking control circuit 17 Drive controller 18 Optical axis alignment control circuit 19 Memory 21 Laser interference system

Claims

An electron beam source, a reduction electron optical system, the electron beam source and provided between said reduction electron optical system, forms a plurality of intermediate images of the electron beam source in a direction perpendicular to the optical axis of said reduction electron optical system as well as, an electron beam exposure apparatus having a correcting electron optical system which compensates for any aberration generated when each intermediate image is reduced and projected Thus the surface to be exposed to said reduction electron optical system,
The correction electron optical system includes: an electron optical system that makes an electron beam from the electron beam source substantially parallel; and a plurality of element electrons for forming the intermediate images from a part of the electron beam that is substantially parallel An optical system,
Each element electron optical system is composed of a plurality of unipotential lenses,
According to the curvature of field of the reduced electron optical system, the formation positions of the intermediate images are adjusted by adjusting the focal lengths of the unipotential lenses while making the focal lengths of the plurality of element electron optical systems substantially the same. An electron beam exposure apparatus.

2. The electron beam exposure apparatus according to claim 1 , wherein the position of each element electron optical system in a direction orthogonal to the optical axis of the reduced electron optical system is set according to distortion of the reduced electron optical system.

3. The electron beam exposure apparatus according to claim 1, wherein the astigmatism of each element electron optical system is set according to the astigmatism of the reduced electron optical system.

Each element electron optical system, any one of claims 1 to 3, characterized in that an aperture stop that shields the electron beam incident the near the optical axis of each element electron optical system in the electron beam source side Electron beam exposure equipment.

Means for deflecting the electron beam substantially parallel to the incident to the each element electron optical system wherein the prior SL electron beam source side of each element electron optical system, the electron beam incident to the each element electron optical system is deflected and when any of the electron beam exposure apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that it has a shielding diaphragm for shielding the electron beam the on the exposure surface side of each element electron optical system.

6. The electron beam exposure apparatus according to claim 5 , wherein the shielding diaphragm is located at a pupil of the reduction electron optical system.

One of the electron beam exposure apparatus according to claim 1 to 6, characterized in that the formation of the plurality of element electron optical systems on the same substrate.

Device manufacturing method, comprising the steps of exposing a substrate to be exposed using any of the electron beam exposure apparatus according to claim 1 to 7, and a step of developing the substrate to be exposed.