JP3673608B2 - Electron beam illumination apparatus and electron beam exposure apparatus equipped with the apparatus - Google Patents
Electron beam illumination apparatus and electron beam exposure apparatus equipped with the apparatus Download PDFInfo
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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、電子ビームを放射する光源を用いて第1物体を照明し、前記第1物体からの電子ビームを縮小電子光学系を介して第2物体に投影露光する電子ビーム露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置には、従来、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単一の電子ビームを用いて描画するため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、基本的には単一の電子ビームを用いて描画するため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。
【0004】
この問題点を解決する装置として、描画するパターンをステンシルマスクにパターン透過孔として形成し、ステンシルマスクを電子ビームで照明することにより、縮小電子光学系を介して描画するパターンを試料面に転写するステンシルマスク型の電子ビーム露光装置がある。また、複数の開口を有する基板を電子ビームで照明し、複数の開口からの複数の電子ビームを試料面に照射し、その複数の電子ビームを偏向させて試料面を走査させるとともに、描画するパターンに応じて複数の電子ビームを個別にon/offしてパターンを描画するマルチ電子ビーム型露光装置がある。双方とも一度に露光する面積すなわち露光面積が従来にくらべ広い為スループットがより改善できるという特徴がある。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、ステンシルマスク型の電子ビーム露光装置においては、ステンシルマスクを照明する電子ビームが不均一であると転写されるパターンが歪み、マルチ電子ビーム型露光装置においては、複数の電子ビームに強度のばらつきがあると描画されるパターンが歪むという問題がある。
【0006】
【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、本発明の電子ビーム照明装置のある形態は、電子ビームを放射する光源を用いて物体を照明する電子ビーム照明装置において、前記光源からの電子ビームを前記物体に照射する為の、複数の電子レンズを有する照明電子光学系と、前記物体に照射される電子ビームの強度分布に関する情報を得る手段と、前記情報に基づいて、前記複数の電子レンズの少なくとも2つの電子レンズの電子光学的パワーを調整することで、前記照明電子光学系の前側焦点位置を略一定にして、電子ビームの前記光源からの出射角と前記物体への入射位置の関係を変更する調整手段とを有することを特徴とする。
【0007】
本発明の電子ビーム照明装置の別の形態は、電子ビームを放射する光源を用いて物体を照明する電子ビーム照明装置において、前記光源からの電子ビームを前記物体に照射する為の、複数の電子レンズを有する照明電子光学系と、前記物体に照射される電子ビームの強度分布に関する情報を得る手段と、前記情報に基づいて、前記複数の電子レンズの少なくとも2つの電子レンズの前記照明電子光学系の光軸方向の位置を調整することで、前記照明電子光学系の前側焦点位置を略一定にして、電子ビームの前記光源からの出射角と前記物体への入射位置の関係を変更する調整手段とを有することを特徴とする。
【0009】
本発明の電子ビーム露光装置のある形態は、電子ビームを放射する光源を用いて第1物体を照明し、前記第1物体からの電子ビームを縮小電子光学系を介して第2物体に投影露光する電子ビーム露光装置において、前記光源からの電子ビームを前記第1物体に照射する為の、複数の電子レンズを有する照明電子光学系と、前記第1物体に照射される電子ビームの強度分布に関する情報を得る手段と、前記情報に基づいて、前記複数の電子レンズの少なくとも2つの電子レンズの電子光学的パワーを調整することで、前記照明電子光学系の前側焦点位置を略一定にして、電子ビームの前記光源からの出射角と前記第1物体への入射位置の関係を変更する調整手段とを有することを特徴とする。
【0010】
本発明の電子ビーム露光装置の別の形態は、電子ビームを放射する光源を用いて第1物体を照明し、前記第1物体からの電子ビームを縮小電子光学系を介して第2物体に投影露光する電子ビーム露光装置において、前記光源からの電子ビームを前記第1物体に照射する為の、複数の電子レンズを有する照明電子光学系と、前記第1物体に照射される電子ビームの強度分布に関する情報を得る手段と、前記情報に基づいて、前記複数の電子レンズの少なくとも2つの電子レンズの前記照明電子光学系の光軸方向の位置を調整することで、前記照明電子光学系の前側焦点位置を略一定にして、電子ビームの前記光源からの出射角と前記第1物体への入射位置の関係を変更する調整手段とを有することを特徴とする。
【0012】
前記第1物体は、電子ビームを透過する部分と透過しない部分とでパターンが形成されているマスクであることを特徴とする。
【0013】
前記第1物体は、複数の開口を有し、前記複数の開口を通過する電子ビームを個別に遮断する手段を有することを特徴とする。
【0014】
前記複数の開口を通過する電子ビームから前記光源の中間像をそれぞれ形成する電子光学系を有し、複数の前記中間像を前記縮小電子光学系を介して前記第2物体に投影することを特徴とする。
【0015】
前記電子光学系は、前記中間像が前記縮小電子光学系を介して前記第2物体に投影される際に発生する収差を補正する手段を有することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
〔電子ビーム露光装置の構成要素説明〕
図1は本発明に係る実施例1の電子ビーム露光装置の要部概略図である。
【0017】
図1において、1は、カソード1a、グリッド1b、アノード1cよりなる電子銃であって、カソード1aから放射された電子はグリッド1b、アノード1cの間でクロスオーバ像を形成する。(以下、これらのクロスオーバ像を光源と記す)
【0018】
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(照明電子レンズ光学系)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、要素電子光学系アレイ3に照明する。コンデンサーレンズ2は、電子レンズ2a、2b、2cで構成されいる。そして、電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの電子光学的パワー(焦点距離)を調整するか、電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズのコンデンサーレンズ2の光軸方向の位置を調整するか、もしくは双方とも調整することにより、要素電子光学系に照明される電子ビームの強度分布を調整することを可能にしている。この点について図2を用いて説明する。
【0019】
光源から放射される電子ビームの強度が単位立体角当たり均一である場合、すなわち光源の配光分布が均一である場合、コンデンサーレンズ2の焦点距離をf,光源から光軸AXに対して角度θで出射した電子ビームがコンデンサーレンズ2を介して要素電子光学系3に入射する位置をxとした時、
x = f×θ
を満足する電子光学特性をコンデンサーレンズ2が有していると、要素電子光学系3に照明される電子ビームの強度分布も均一になる(図2(a)の実線)。逆にコンデンサーレンズ2の電子光学特性を調整することにより(図2(a)の破線)、要素電子光学系に照明される電子ビームの強度分布を変化させることができる。
【0020】
式(1)を満足する時の光源から光軸AXに対して角度θで出射した電子ビームが要素電子光学系3に入射する位置を理想位置x(θ)とし、実際に電子ビームがコンデンサーレンズ2を介して要素電子光学系3に入射する位置をx(θ)とし、その差分の理想位置に対する比率をDIS(θ)=〔x(θ)-x(θ)〕/x(θ)とすると、DIS(θ)は、コンデンサーレンズ2の1つの電子光学特性であり、図2(b)ように表示できる。そして電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの電子光学的パワーを調整するか、電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの前記照明電子光学系の光軸方向の位置を調整するか、もしくは双方とも調整することにより、DIS(θ)を図中の矢印のように変更することができる。具体的には少なくとも2つの電子レンズの励磁電流を調整するか、図2(a)に示す電子レンズを光軸方向に移動させる駆動系により調整する。
【0021】
たとえば、コンデンサーレンズ2の電子光学特性を調整してさらに出射角θが大きいほどマイナス側に傾けさせれば、調整前に比べ、要素電子光学系3に照明される電子ビームの強度分布は光軸AXから離れるにしたがって、より電子ビームの強度が大きくなる。
【0022】
ここで、コンデンサーレンズ2の電子光学特性を調整する際は、コンデンサーレンズ2の全系の電子光学的パワーは略一定になるように、且つコンデンサーレンズ2の前側焦点位置の位置も略一定になるようにして、コンデンサーレンズ2の電子光学特性(DIS(θ))を調整する。
【0023】
図1に戻り、要素電子光学系アレイ3は、ブランキング電極と開口と電子レンズで構成される要素電子光学系が光軸AXに直交する方向に複数配列されて形成されたものである。要素電子光学系アレイ3の詳細については後述する。
【0024】
要素電子光学系アレイ3は、光源の中間像を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系4によって縮小投影され、ウエハ5上に光源像を形成する。
【0025】
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、要素電子光学系アレイ3の各要素は設定されている。更に、要素電子光学系アレイ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。
【0026】
縮小電子光学系4は、第1投影レンズ41(43)と第2投影レンズ42(44)とからなる対称磁気タブレットで構成される。第1投影レンズ41(43)の焦点距離をf1、第2投影レンズ42(44)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の物点は第1投影レンズ41(43)の焦点位置にあり、その像点は第2投影レンズ42(44)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。
【0027】
6は、要素電子光学系アレイ3からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の光源像をウエハ5上でX,Y方向に略同一の変位量だけ変位させる偏向器である。偏向器6は、図示はされていないが、偏向幅が広い場合に用いられる主偏向器と偏向幅が狭い場合に用いられる副偏向器で構成されていて、主偏向器は電磁型偏向器で、副偏向器は静電型偏向器である。
【0028】
7は偏向器6を作動させた際に発生する偏向収差による光源像の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、ダイナミックフォーカスコイル7と同様に、偏向により発生する偏向収差の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。
【0029】
9は、要素電子光学系アレイ3からの電子ビームが、ウエハ5上に形成された位置合わせマークを照射した際に生じる反射電子又は2次電子を検出する反射電子検出器である。
【0030】
10は、X及びY方向にのびる2つのシングルナイフエッジを有するファラデーカップで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検出する。
【0031】
11は、ウエハを載置し、光軸AX(Z軸)方向とZ軸回りの回転方向に移動可能なθ-Zステージであって、前述したファラデーカップ10が固設されている。
【0032】
12は、θ-Zステージを載置し、光軸AX(Z軸)と直交するXY方向に移動可能なXYステージである。
【0033】
次に、図3を用いて要素電子光学系アレイ3について説明する。
【0034】
要素電子光学系アレイ3は、複数の要素電子光学系をグループ(サブアレイ)とし、そのサブアレイが複数形成されている。そして、本実施例では7つのサブアレイA〜Gが形成されている。各サブアレイは、複数の要素電子光学系が2次元的に配列されている。そして、本実施例の各サブアレイではD(1,1)〜D(5,5)のように25個の要素電子光学系が形成されていて、各要素電子光学系は縮小電子光学系4を介してウエハ上にはX方向もY方向もピッチPb(μm)の間隔で配列する光源像を形成する。
【0035】
各要素電子光学系の断面図を図4に示す。
【0036】
図3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)を有する基板で他の要素電子光学系と共通である。その上にブランキング電極301と電極on/of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またはV2に保った収斂機能を有するユニポテンシャルレンズ303a、303bの2つを用いた電子レンズである。
【0037】
ユニポテンシャルレンズ303aの上、中、下の電極及びユニポテンシャルレンズ303bの上、下の電極の形状は図5(A)に示すような形状であり、ユニポテンシャルレンズ303a、303bの上下電極は、後述する焦点・非点制御回路1によって全ての要素電子光学系において共通の電位に設定している。
【0038】
ユニポテンシャルレンズ303aの中間電極は、焦点・非点制御回路1によって要素電子光学系毎に電位が設定出来る為、ユニポテンシャルレンズ303aの焦点距離が要素電子光学系毎に設定できる。
【0039】
また、ユニポテンシャルレンズ303bの中間電極は、図5(B)に示すような4つの電極で構成され、焦点・非点制御回路によって各電極の電位が個別に設定でき、要素電子光学系毎にも個別設定出来るため、ユニポテンシャルレンズ303bは直交する断面において焦点距離が異なるようにでき、かつ要素電子光学系毎にも個別に設定出来る。
【0040】
その結果、要素電子光学系の中間電極の電位をそれぞれ制御することによって、要素電子光学系の電子光学特性(中間像形成位置、非点収差)を制御することができる。
【0041】
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、電子レンズ303によって、光源の中間像を形成する。この時、ブランキング電極301の電極間に電界をかけていないと電子ビーム束305の様に偏向されない。一方、ブランキング電極301の電極間に電界をかけると電子ビーム束306の様にに偏向される。すると、電子光束305と電子ビーム束306は、縮小電子光学系4の物体面で互いに異なる角度分布を有するので、縮小電子光学系4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、電子ビーム束305だけを透過させるブランキング開口BAを縮小電子光学系の瞳位置(図1のP面上)に設けてある。
【0042】
また、各要素電子光学系は、それぞれが形成する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像面湾曲・非点収差を補正するために、各要素電子光学系の2つの中間電極の電位を個別に設定して、各要素電子光学系の電子光学特性(中間像形成位置、非点収差)を異ならしめている。ただし、本実施例では、中間電極と焦点・非点制御回路1との配線を減らす為に同一サブアレイ内の要素電子光学系は同一の電子光学特性にしてあり、要素電子光学系の電子光学特性(中間像形成位置、非点収差)をサブアレイ毎に制御している。
【0043】
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の歪曲特性を予め知り、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。
【0044】
次に本実施例のシステム構成図を図6に示す。
【0045】
強度分布制御系13は、コンデンサーレンズ2を構成する電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの励磁電流を変更して電子光学的パワー(焦点距離)を調整するか、電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの前記照明電子光学系の光軸方向の位置を駆動系によって調整するか、もしくは双方とも調整するための制御回路である。
【0046】
ブランキング制御回路14は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系のブランキング電極のon/offを個別に制御する制御回路、焦点・非点制御回路1(15)は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系の電子光学特性(中間像形成位置、非点収差)を個別に制御する制御回路である。
【0047】
焦点・非点制御回路2(16)は、ダイナミックスティグコイル8及びダイナミックフォーカスコイル7を制御して縮小電子光学系4の焦点位置、非点収差を制御する制御回路で、偏向制御回路17は偏向器6を制御する制御回路、倍率調整回路18は、縮小電子光学系4の倍率を調整する制御回路、光学特性回路19は、縮小電子光学系4を構成する電磁レンズの励磁電流を変化させ回転収差や光軸を調整する制御回路である。
【0048】
ステージ駆動制御回路20は、θ-Zステージを駆動制御し、かつXYステージ12の位置を検出するレーザ干渉計21と共同してXYステージ12を駆動制御する制御回路である。
【0049】
制御系22は、描画パターンに関する情報が記憶されたメモリ23からのデータに基づく露光及び位置合わせの為に上記複数の制御回路および反射電子検出器9・ファラデーカップ10を同期して制御する。制御系22は、インターフェース24を介して電子ビーム露光装置全体をコントロールするCPU25によって制御されている。
【0050】
〔動作の説明〕
図6を用いて本実施例の電子ビーム露光装置の動作について説明する。
【0051】
露光装置のウエハ露光に先立ち、CPU25は、インターフェース24を介して制御系22に「キャリブレーション」を命令すると、制御系22は下記のステップを実行する。
【0052】
(ステップ1)
制御系22は、焦点・非点制御回路1(15)を介して、要素電子光学系アレイ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。
【0053】
そして、制御系22は、要素電子光学系の一つを選択し、その要素電子光学系からの電子ビームだけがウエハ側に照射するようにブランキング制御回路14を制御して、選択された要素電子光学系以外のブランキング電極を作動させる(ブランキングon)。同時にステージ駆動制御回路20によってXYステージ12を駆動させ、選択された要素電子光学系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、選択された要素電子光学系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、照射される電流を検出する。
【0054】
(ステップ2)
制御系22は、要素電子光学系アレイ3の他の要素電子光学系から照射される電流をステップ1と同様に順次測定し、各要素電子光学系毎の照射電流を記憶する。
【0055】
(ステップ3)
制御系22は、記憶された各要素電子光学系から照射される電流の検出結果に基づいて、実際に要素電子光学系アレイ3に照明される電子ビームの強度分布を求める。そして、求められた強度分布に基づいて、各要素電子光学系の照射電流が均一になるように、強度分布制御系13に命じ、コンデンサーレンズ2を構成する電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの光学的パワーを調整するか、電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの前記照明電子光学系の光軸方向の位置を調整するか、もしくは双方とも調整する。
【0056】
本実施例ではすべての要素電子光学系からの照射電流をそれぞれ測定したが、測定時間を短縮するために、要素電子光学アレイ3上の照明領域を複数の小領域に分割し、例えば小領域の代表として図3に示した要素電子光学系アレイ3の要素電子光学系B(3,3)、C(3,3)、E(3,3)、F(3,3)、G(3,3)からの電子ビームだけを検出して要素電子光学系アレイ3に照明される電子ビームの強度分布を求めても構わない。
【0057】
次に、CPU25は、インターフェース24を介して制御系22に「露光の実行」を命令すると、制御系22は下記のステップを実行する。
【0058】
(ステップ11)
制御系22は、偏向制御回路17に命じ、偏向器6の副偏向器によって、要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム偏向させるとともに、ブランキング制御回路14に命じ各要素電子光学系のブランキング電極をウエハ5に露光すべきパターンに応じてon/offさせる。この時XYステージ12はX方向に連続移動しており、偏向制御回路17は、XYステージ12の移動量も含めて電子ビームの偏向位置を制御している。
【0059】
その結果、一つの要素電子光学系からの電子ビームは、図7に示すようにウエハ5上の露光フィールド(EF)を黒四角を起点として走査し露光する。また、図8に示すように、サブアレイ内の複数の要素電子光学系の露光フィールド(EF)は、隣接するように設定されていて、その結果、ウエハ5上において、複数の露光領域(EF)で構成されるサブアレイ露光フィールド(SEF)を露光される。同時に、ウエハ5上において、図9に示すようなサブアレイAからGのそれぞれが形成するサブアレイ露光フィールド(SEF)で構成されるサブフィールドが露光される。
【0060】
(ステップ12)
制御系22は、図10に示すサブフィールド▲1▼を露光後、サブフィールド▲2▼を露光する為に、偏向制御回路17に命じ、偏向器6の主偏向器によって、要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム偏向させる。そして、ステップ11の動作を行い、サブフィールド▲2▼を露光する。
【0061】
以上のステップ11、12を繰り返して、図10示すようにサブフィールド▲3▼▲4▼というようにサブフィールドを順次露光してウエハ全面を露光する。
【0062】
(実施例2)
図11は本発明に係る実施例2の電子ビーム露光装置を示す図である。同図中、図1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。
【0063】
本実施例の電子ビーム露光装置は、ステンシルマスク型の露光装置である。
【0064】
すなわち、電子銃1からの電子ビームは、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、電子ビームを透過する部分と透過しない部分とでパターンが形成されているすなわちパターン透過孔を有するステンシルマスクSMを照明する。コンデンサーレンズ2は、電子レンズ2a、2b、2cで構成されいる。そして、電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの電子光学的パワー(焦点距離)を調整するか、電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの光軸方向の位置を調整するか、もしくは双方とも調整することにより、ステンシルマスクSMに照明される電子ビームの強度分布を調整することを可能にしている。そして、ステンシルマスクSMの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4によってウエハ5上に縮小投影する。更に偏向器6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。
【0065】
本実施例では、ステンシルマスクSMに照明される電子ビームの強度分布を求めるために、ピンホールを介して電子ビームを検出するファラデーカップ10を用いている。具体的には、ステンシルマスクSMを装置に装着する前に、電子銃1からの電子ビームをステージ駆動制御回路20によってXYステージ12を駆動させながら、ファラデーカップ10で検出して、照射される電流を検出する。ファラデーカップ10の位置毎の照射電流を記憶する。制御系22は、記憶されたファラデーカップ10の位置毎の検出結果に基づいて、実際にステンシルマスクSMに照明される電子ビームの強度分布を求める。そして、求められた強度分布に基づいて、ステンシルマスクSMに照明される照射電流が均一になるように、強度分布制御回路13に命じ、コンデンサーレンズ2を構成する電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの光学的パワーを調整するか、電子レンズ2a、2b、2cの少なくとも2つの電子レンズの前記照明電子光学系の光軸方向の位置を調整するか、もしくは双方とも調整する。
【0066】
次に上記説明した電子ビーム露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【0067】
図12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101(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102(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103(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104(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105(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106(検査)ではステップ105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107)される。
【0068】
図13は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ111(酸化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ112(CVD)ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ113(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114(イオン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ115(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ116(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117(現像)では露光したウエハを現像する。ステップ118(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119(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。
【0069】
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。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、広い照明領域に均一な照明を行える電子ビーム照明装置及び該装置を備えた電子ビーム露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例1電子ビーム露光装置の要部概略を示す図。
【図2】コンデンサーレンズの強度分布調整機能について説明する図。
【図3】要素電子光学系アレイ3について説明する図。
【図4】要素電子光学系を説明する図。
【図5】要素電子光学系の電極を説明する図。
【図6】本発明に係るシステム構成を説明する図。
【図7】露光フィールド(EF)を説明する図。
【図8】サブアレイ露光フィールド(SEF)を説明する図。
【図9】サブフィールドを説明する図。
【図10】ウエハ走査露光を説明する図。
【図11】本発明に係る実施例1電子ビーム露光装置の要部概略を示す図。
【図12】微小デバイスの製造フローを説明する図。
【図13】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 要素電子光学系アレイ
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
9 反射電子検出器
10 ファラデーカップ
11 θ−Zステージ
12 XYステージ
13 強度分布制御系
14 ブランキング制御回路
15 焦点・非点制御回路1
16 焦点・非点制御回路2
17 偏向制御回路
18 倍率調整回路
19 光学特性回路
20 ステージ駆動制御回路
21 レーザ干渉計
22 制御系
23 メモリ
24 インターフェース
25 CPU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam exposure apparatus, and more particularly to irradiating a first object using a light source that emits an electron beam for direct wafer drawing or mask / reticle exposure, and reducing the electron beam from the first object by reducing electron optics. The present invention relates to an electron beam exposure apparatus that projects and exposes a second object through a system.
[0002]
[Prior art]
Conventional electron beam exposure apparatuses include a point beam type that uses a beam in the form of a spot, and a variable rectangular beam type that uses a variable size rectangular cross section.
[0003]
Since the point beam type electron beam exposure apparatus performs drawing using a single electron beam and has a low throughput, it is used only for research and development. The variable rectangular beam type electron beam exposure system has a throughput that is one to two orders of magnitude higher than that of the point type, but basically, a single electron beam is used for drawing, so fine patterns of about 0.1 μm are highly integrated. In the case of exposing a pattern clogged with a degree, there are still many problems in terms of throughput.
[0004]
As an apparatus for solving this problem, a pattern to be drawn is formed as a pattern transmission hole in a stencil mask, and the stencil mask is illuminated with an electron beam, whereby the pattern to be drawn is transferred to the sample surface via the reduced electron optical system. There is a stencil mask type electron beam exposure apparatus. Also, a substrate having a plurality of openings is illuminated with an electron beam, a plurality of electron beams from the plurality of openings are irradiated onto the sample surface, the plurality of electron beams are deflected, the sample surface is scanned, and a pattern to be drawn There is a multi-electron beam type exposure apparatus that draws a pattern by individually turning on / off a plurality of electron beams according to the above. Both of them have a feature that the throughput can be further improved because the area exposed at one time, that is, the exposure area is wider than the conventional one.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the stencil mask type electron beam exposure apparatus, the transferred pattern is distorted if the electron beam illuminating the stencil mask is non-uniform, and in the multi electron beam type exposure apparatus, the intensity varies among multiple electron beams. If there is, there is a problem that the drawn pattern is distorted.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an embodiment of the electron beam illumination apparatus according to the present invention is an electron beam illumination apparatus that illuminates an object using a light source that emits an electron beam. Based on the information, an illumination electron optical system having a plurality of electron lenses for irradiating the object with an electron beam from a light source, means for obtaining information on the intensity distribution of the electron beam irradiated on the object, By adjusting the electron optical power of at least two electron lenses of the plurality of electron lenses, the front focal position of the illumination electron optical system is made substantially constant, and the emission angle of the electron beam from the light source and the object And adjusting means for changing the relationship between the incident positions of the light source.
[0007]
Another embodiment of the electron beam illuminating device of the present invention is an electron beam illuminating device that illuminates an object using a light source that emits an electron beam. An illumination electron optical system having a lens; means for obtaining information on an intensity distribution of an electron beam applied to the object; and the illumination electron optical system of at least two electron lenses of the plurality of electron lenses based on the information By adjusting the position in the optical axis direction, the front focal position of the illumination electron optical system is made substantially constant, and the adjusting means changes the relationship between the exit angle of the electron beam from the light source and the incident position on the object It is characterized by having.
[0009]
An embodiment of the electron beam exposure apparatus of the present invention illuminates a first object using a light source that emits an electron beam, and projects and exposes the electron beam from the first object onto a second object via a reduced electron optical system. In an electron beam exposure apparatus, an illumination electron optical system having a plurality of electron lenses for irradiating the first object with an electron beam from the light source, and an intensity distribution of the electron beam irradiated on the first object A means for obtaining information, and by adjusting the electro-optical power of at least two electron lenses of the plurality of electron lenses based on the information, the front focal position of the illumination electron optical system is made substantially constant, And adjusting means for changing a relationship between an exit angle of the beam from the light source and an incident position on the first object .
[0010]
Another embodiment of the electron beam exposure apparatus of the present invention illuminates a first object using a light source that emits an electron beam, and projects the electron beam from the first object onto a second object via a reduction electron optical system. In an exposure electron beam exposure apparatus, an illumination electron optical system having a plurality of electron lenses for irradiating the first object with an electron beam from the light source, and an intensity distribution of the electron beam irradiated on the first object And a front focal point of the illumination electron optical system by adjusting a position in an optical axis direction of the illumination electron optical system of at least two electron lenses of the plurality of electron lenses based on the information. And adjusting means for changing a relationship between an emission angle of the electron beam from the light source and an incident position on the first object while maintaining a substantially constant position .
[0012]
The first object is a mask in which a pattern is formed by a portion that transmits an electron beam and a portion that does not transmit an electron beam.
[0013]
The first object has a plurality of openings, and has means for individually blocking an electron beam passing through the plurality of openings.
[0014]
Having said plurality of electron beams or et electron optical system an intermediate image is formed on each of the light source passing through the opening, projecting the intermediate image in multiple to the second object through said reduction electron optical system It is characterized by that.
[0015]
The electron optical system includes means for correcting aberration generated when the intermediate image is projected onto the second object via the reduction electron optical system.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Example 1)
[Description of components of electron beam exposure apparatus]
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of an electron beam exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
[0017]
In FIG. 1,
[0018]
The electrons emitted from this light source become a substantially parallel electron beam by the condenser lens 2 (illumination electron lens optical system) whose front focal position is at the light source position. The substantially parallel electron beam illuminates the element electron optical system array 3. The
[0019]
When the intensity of the electron beam emitted from the light source is uniform per unit solid angle, that is, when the light distribution of the light source is uniform, the focal length of the
x = f × θ
If the
[0020]
The position at which the electron beam emitted from the light source when satisfying Equation (1) at an angle θ with respect to the optical axis AX enters the element electron optical system 3 is an ideal position x (θ), and the electron beam is actually a condenser lens. X (θ) is the position incident on the element electron optical system 3 via 2, and the ratio of the difference to the ideal position is DIS (θ) = (x (θ) -x (θ)) / x (θ) Then, DIS (θ) is one electro-optical characteristic of the
[0021]
For example, if the electron optical characteristics of the
[0022]
Here, when the electro-optical characteristics of the
[0023]
Returning to FIG. 1, the element electron optical system array 3 is formed by arranging a plurality of element electron optical systems composed of blanking electrodes, openings, and electron lenses in a direction perpendicular to the optical axis AX. Details of the element electron optical system array 3 will be described later.
[0024]
The element electron optical system array 3 forms a plurality of intermediate images of the light source, and each intermediate image is reduced and projected by a reduction electron optical system 4 described later to form a light source image on the
[0025]
At that time, each element of the element electron optical system array 3 is set so that the interval between the light source images on the
[0026]
The reduction electron optical system 4 is composed of a symmetric magnetic tablet including a first projection lens 41 (43) and a second projection lens 42 (44). When the focal length of the first projection lens 41 (43) is f1, and the focal length of the second projection lens 42 (44) is f2, the distance between the two lenses is f1 + f2. The object point on the optical axis AX is at the focal position of the first projection lens 41 (43), and the image point is connected to the focal point of the second projection lens 42 (44). 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.
[0027]
A
[0028]
7 is a dynamic focus coil that corrects the deviation of the focus position of the light source image due to the deflection aberration that occurs when the
[0029]
A reflected
[0030]
10 detects the charge amount of the light source image formed by the electron beam from the element electron optical system in a Faraday cup having two single knife edges extending in the X and Y directions.
[0031]
[0032]
[0033]
Next, the element electron optical system array 3 will be described with reference to FIG.
[0034]
In the element electron optical system array 3, a plurality of element electron optical systems are grouped (subarrays), and a plurality of subarrays are formed. In this embodiment, seven subarrays A to G are formed. In each subarray, a plurality of element electron optical systems are two-dimensionally arranged. In each subarray of this embodiment, 25 element electron optical systems are formed as D (1,1) to D (5,5), and each element electron optical system includes a reduction electron optical system 4. Thus, a light source image is formed on the wafer so as to be arranged at intervals of the pitch Pb (μm) in both the X direction and the Y direction.
[0035]
A sectional view of each element electron optical system is shown in FIG.
[0036]
In FIG. 3, 301 is a blanking electrode composed of a pair of electrodes and having a deflection function, and 302 is a substrate having an aperture (AP) that defines the shape of a transmitted electron beam and other element electron optical systems. It is common. On top of that, a blanking
[0037]
The shapes of the upper, middle and lower electrodes of the
[0038]
Since the potential of the intermediate electrode of the
[0039]
Further, the intermediate electrode of the
[0040]
As a result, by controlling the potential of the intermediate electrode of the element electron optical system, the electron optical characteristics (intermediate image forming position, astigmatism) of the element electron optical system can be controlled.
[0041]
The electron beam made substantially parallel by the
[0042]
In addition, each element electron optical system is configured to correct each element electron in order to correct field curvature and astigmatism generated when the intermediate image formed by the reduction electron optical system 4 is reduced and projected onto the exposed surface by the reduction electron optical system 4. The electric potentials of the two intermediate electrodes of the optical system are individually set to make the electron optical characteristics (intermediate image forming position, astigmatism) of each element electron optical system different. However, in this embodiment, in order to reduce the wiring between the intermediate electrode and the focus /
[0043]
Furthermore, in order to correct distortion aberration that occurs when a plurality of intermediate images are reduced and projected on the exposure surface by the reduced electron optical system 4, in advance know the distortion characteristics of the reduced electron optical system 4, based on it, The position of each element electron optical system in the direction orthogonal to the optical axis of the reduced electron optical system 4 is set.
[0044]
Next, a system configuration diagram of this embodiment is shown in FIG.
[0045]
The intensity
[0046]
The blanking
[0047]
The focus / astigmatism control circuit 2 (16) is a control circuit for controlling the focus position and astigmatism of the reduction electron optical system 4 by controlling the
[0048]
The stage
[0049]
The
[0050]
[Description of operation]
The operation of the electron beam exposure apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0051]
Prior to wafer exposure by the exposure apparatus, when the CPU 25 instructs the
[0052]
(Step 1)
The
[0053]
Then, the
[0054]
(Step 2)
The
[0055]
(Step 3)
The
[0056]
In this embodiment, the irradiation currents from all the element electron optical systems were measured, but in order to shorten the measurement time, the illumination area on the element electron optical array 3 was divided into a plurality of small areas. As a representative, the element electron optical systems B (3,3), C (3,3), E (3,3), F (3,3), G (3,3) of the element electron optical system array 3 shown in FIG. Only the electron beam from 3) may be detected, and the intensity distribution of the electron beam illuminated on the element electron optical system array 3 may be obtained.
[0057]
Next, when the CPU 25 instructs the
[0058]
(Step 11)
The
[0059]
As a result, the electron beam from one element electron optical system scans and exposes the exposure field (EF) on the
[0060]
(Step 12)
The
[0061]
The
[0062]
(Example 2)
FIG. 11 is a view showing an electron beam exposure apparatus according to
[0063]
The electron beam exposure apparatus of this embodiment is a stencil mask type exposure apparatus.
[0064]
That is, the electron beam from the
[0065]
In the present embodiment, the
[0066]
Next, an embodiment of a device production method using the electron beam exposure apparatus described above will be described.
[0067]
FIG. 12 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 101 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 102 (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 103 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 104 (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 105 (assembly) is called a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, and is a process such as an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation), or the like. including. In step 106 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 105 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 107).
[0068]
FIG. 13 shows a detailed flow of the wafer process. In step 111 (oxidation), the wafer surface is oxidized. In step 112 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 113 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step 114 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 115 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 116 (exposure), the circuit pattern is printed onto the wafer by exposure using the exposure apparatus described above. In step 117 (development), the exposed wafer is developed. In step 118 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 119 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0069]
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.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electron beam illumination apparatus capable of performing uniform illumination over a wide illumination area, and an electron beam exposure apparatus including the apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing the main part of an electron beam exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an intensity distribution adjustment function of a condenser lens.
FIG. 3 is a diagram for explaining an element electron optical system array 3;
FIG. 4 is a diagram illustrating an element electron optical system.
FIG. 5 is a diagram illustrating an electrode of an element electron optical system.
FIG. 6 is a diagram illustrating a system configuration according to the present invention.
FIG. 7 is a view for explaining an exposure field (EF).
FIG. 8 is a view for explaining a subarray exposure field (SEF).
FIG. 9 is a diagram for explaining a subfield.
FIG. 10 is a view for explaining wafer scanning exposure.
FIG. 11 is a diagram showing an outline of a main part of an electron beam exposure apparatus according to
FIG. 12 illustrates a manufacturing flow of a microdevice.
FIG. 13 is a diagram illustrating a wafer process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
16 Focus /
17
Claims (9)
前記光源からの電子ビームを前記物体に照射する為の、複数の電子レンズを有する照明電子光学系と、
前記物体に照射される電子ビームの強度分布に関する情報を得る手段と、
前記情報に基づいて、前記複数の電子レンズの少なくとも2つの電子レンズの電子光学的パワーを調整することで、前記照明電子光学系の前側焦点位置を略一定にして、電子ビームの前記光源からの出射角と前記物体への入射位置の関係を変更する調整手段とを有することを特徴とする電子ビーム照明装置。In an electron beam illumination device that illuminates an object using a light source that emits an electron beam,
An illumination electron optical system having a plurality of electron lenses for irradiating the object with an electron beam from the light source;
Means for obtaining information on the intensity distribution of the electron beam irradiated on the object;
Based on the information, by adjusting the electro-optic power of at least two electron lenses of the plurality of electron lenses, the front focal position of the illumination electron optical system is made substantially constant, and the electron beam from the light source An electron beam illuminating apparatus comprising: an adjusting unit that changes a relationship between an emission angle and an incident position on the object .
前記光源からの電子ビームを前記物体に照射する為の、複数の電子レンズを有する照明電子光学系と、
前記物体に照射される電子ビームの強度分布に関する情報を得る手段と、
前記情報に基づいて、前記複数の電子レンズの少なくとも2つの電子レンズの前記照明電子光学系の光軸方向の位置を調整することで、前記照明電子光学系の前側焦点位置を略一定にして、電子ビームの前記光源からの出射角と前記物体への入射位置の関係を変更する調整手段とを有することを特徴とする電子ビーム照明装置。In an electron beam illumination device that illuminates an object using a light source that emits an electron beam,
An illumination electron optical system having a plurality of electron lenses for irradiating the object with an electron beam from the light source;
Means for obtaining information on the intensity distribution of the electron beam irradiated on the object;
Based on the information, by adjusting the position in the optical axis direction of the illumination electron optical system of at least two electron lenses of the plurality of electron lenses, the front focal position of the illumination electron optical system is made substantially constant, An electron beam illuminating apparatus comprising adjusting means for changing a relationship between an emission angle of the electron beam from the light source and an incident position on the object .
前記光源からの電子ビームを前記第1物体に照射する為の、複数の電子レンズを有する照明電子光学系と、
前記第1物体に照射される電子ビームの強度分布に関する情報を得る手段と、
前記情報に基づいて、前記複数の電子レンズの少なくとも2つの電子レンズの電子光学的パワーを調整することで、前記照明電子光学系の前側焦点位置を略一定にして、電子ビームの前記光源からの出射角と前記第1物体への入射位置の関係を変更する調整手段とを有することを特徴とする電子ビーム露光装置。In an electron beam exposure apparatus that illuminates a first object using a light source that emits an electron beam, and projects and exposes the electron beam from the first object onto a second object via a reduced electron optical system,
An illumination electron optical system having a plurality of electron lenses for irradiating the first object with an electron beam from the light source;
Means for obtaining information on an intensity distribution of an electron beam applied to the first object;
Based on the information, by adjusting the electro-optic power of at least two electron lenses of the plurality of electron lenses, the front focal position of the illumination electron optical system is made substantially constant, and the electron beam from the light source An electron beam exposure apparatus comprising: adjusting means for changing a relationship between an emission angle and an incident position on the first object .
前記光源からの電子ビームを前記第1物体に照射する為の、複数の電子レンズを有する照明電子光学系と、
前記第1物体に照射される電子ビームの強度分布に関する情報を得る手段と、
前記情報に基づいて、前記複数の電子レンズの少なくとも2つの電子レンズの前記照明電子光学系の光軸方向の位置を調整することで、前記照明電子光学系の前側焦点位置を略一定にして、電子ビームの前記光源からの出射角と前記第1物体への入射位置の関係を変更する調整手段とを有することを特徴とする電子ビーム露光装置。In an electron beam exposure apparatus that illuminates a first object using a light source that emits an electron beam, and projects and exposes the electron beam from the first object onto a second object via a reduced electron optical system,
An illumination electron optical system having a plurality of electron lenses for irradiating the first object with an electron beam from the light source;
Means for obtaining information on an intensity distribution of an electron beam applied to the first object;
Based on the information, by adjusting the position in the optical axis direction of the illumination electron optical system of at least two electron lenses of the plurality of electron lenses, the front focal position of the illumination electron optical system is made substantially constant, An electron beam exposure apparatus comprising: adjusting means for changing a relationship between an emission angle of the electron beam from the light source and an incident position on the first object .
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