JP3983772B2 - Charged particle beam application equipment - Google Patents
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Description
本発明は、複数の荷電粒子ビームを用いてウエハ等の被露光基板を直接パターン描画する荷電粒子ビーム露光装置を含む荷電粒子ビーム応用装置に関する。 The present invention relates to a charged particle beam application apparatus including a charged particle beam exposure apparatus that directly patterns a substrate to be exposed such as a wafer using a plurality of charged particle beams.
荷電粒子ビーム応用装置の一例として、電子ビーム露光装置には、従来、スポット状のビームを用いるポイントビーム型やサイズ可変の矩形ビームを使用する可変矩形ビーム型、および特定パターンを一括で露光するセルプロジェクション型の装置がある。電子ビームは波長が短いことから高解像度で露光が行えるが、単位時間当たりの生産量(スループット)の点で問題が多い。 As an example of a charged particle beam application apparatus, conventionally, an electron beam exposure apparatus includes a point beam type using a spot-shaped beam, a variable rectangular beam type using a variable size rectangular beam, and a cell that collectively exposes a specific pattern. There are projection type devices. Since the electron beam has a short wavelength, it can be exposed with high resolution. However, there are many problems in terms of production volume (throughput) per unit time.
この問題を解決する装置として、複数の電子ビームを個別に制御し所望のパターンを露光するマルチ電子ビーム型露光装置が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。 As an apparatus for solving this problem, there has been proposed a multi-electron beam type exposure apparatus that individually controls a plurality of electron beams and exposes a desired pattern (see, for example, Non-Patent Document 1).
この方式は、一度に露光する面積が従来にくらべて広いため、スループットがより改善できるという特徴がある。 This method has a feature that the throughput can be further improved because the area to be exposed at one time is wider than the conventional one.
しかしながら、前記マルチ電子ビーム型露光装置では、マルチ電子ビームを形成するために、複数個の開口を有する絞り板と、前記絞り板を通過した複数の電子ビームそれぞれを収束する静電レンズ群と、前記静電レンズの焦点位置付近に設置され複数の電子ビームそれぞれを偏向する偏向器群を設置する。前記絞り板、前記静電レンズ群、前記偏向器群を各電子ビームが通過するように、電子ビームの角度、像回転を調整する必要がある。 However, in the multi-electron beam type exposure apparatus, in order to form a multi-electron beam, a diaphragm plate having a plurality of openings, and an electrostatic lens group that converges each of the plurality of electron beams that have passed through the diaphragm plate, A deflector group is installed near the focal position of the electrostatic lens to deflect each of the plurality of electron beams. It is necessary to adjust the angle of the electron beam and the image rotation so that each electron beam passes through the diaphragm plate, the electrostatic lens group, and the deflector group.
このように、上流から下流へビームが通過できるように調整することを、「ビームアライメント」と呼ぶ。マルチ電子ビームを形成する前記絞り板、前記静電レンズ群、前記偏向器群をまとめて「マルチビーム形成部」と呼ぶ。前記および以下、「角度調整手段」と「アライナ」はともにビームの角度を調整する機構であり偏向器としても使用可能な機構であるが、マルチビーム形成部内に設置されているものを「角度調整手段」、マルチビーム形成部外に設置されているものを「アライナ」とここでは呼ぶ。 Such adjustment so that the beam can pass from upstream to downstream is called “beam alignment”. The diaphragm plate, the electrostatic lens group, and the deflector group that form a multi-electron beam are collectively referred to as a “multi-beam forming unit”. The “angle adjusting means” and “aligner” are both a mechanism for adjusting the angle of the beam and can be used as a deflector. However, what is installed in the multi-beam forming unit is an “angle adjustment”. Means ", those installed outside the multi-beam forming section are referred to herein as" aligners ".
ビームアライメントの際にはマルチビーム形成部から射出されるビームの角度が変化し、下流の投影光学系が小さな開口を有する場合ビームが途中で遮断されやすくなり、ビームを検出しながらのアライメントが困難となる。そのため通常では、マルチビーム形成部内のビームアライメントと、投影光学系内のアライメントを交互に行う必要があり、アライメントの効率が低いことが問題となる。 During beam alignment, the angle of the beam emitted from the multi-beam forming unit changes, and if the downstream projection optical system has a small aperture, the beam is likely to be interrupted midway, making alignment difficult while detecting the beam. It becomes. Therefore, normally, it is necessary to alternately perform the beam alignment in the multi-beam forming unit and the alignment in the projection optical system, which causes a problem that the alignment efficiency is low.
そこで、本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、マルチビーム形成部でのビームアライメントを効率よく行うことを可能にする荷電粒子ビーム応用装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and to provide a charged particle beam application apparatus capable of efficiently performing beam alignment in a multi-beam forming unit. is there.
上記目的を達成するために、本発明では、下記に示す特徴を有する。 In order to achieve the above object, the present invention has the following characteristics.
(1)荷電粒子源から放射される荷電粒子ビームを複数の荷電粒子ビームに形成するマルチビーム形成部と、前記マルチビーム形成部を射出した前記複数のマルチ電子ビームを射出部近傍で同時に走査する偏向手段と、前記複数の荷電粒子ビームを被露光基板に一段もしくは多段レンズで投影する投影光学系と、前記複数の荷電粒子ビームを検出する検出器とを備えた荷電粒子ビーム応用装置において、前記投影光学系は、前記投影光学系の最上段レンズの後側焦点位置に設置した絞りと、前記絞りの光学的位置を前記最上段レンズの後側焦点位置から光軸方向に移動させる移動手段とを有し、前記移動手段によって前記絞りの光学的位置を前記最上段レンズの後側焦点位置からずらすことにより、前記複数の荷電粒子ビームを分離して検出し得るよう構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。 (1) A multi-beam forming unit that forms a charged particle beam emitted from a charged particle source into a plurality of charged particle beams, and the plurality of multi-electron beams emitted from the multi-beam forming unit are simultaneously scanned in the vicinity of the emitting unit. In a charged particle beam application apparatus comprising: a deflecting unit; a projection optical system that projects the plurality of charged particle beams onto a substrate to be exposed with a one-stage or multi-stage lens; and a detector that detects the plurality of charged particle beams. The projection optical system includes a diaphragm installed at a rear focal position of the uppermost lens of the projection optical system, and a moving unit that moves an optical position of the diaphragm from the rear focal position of the uppermost lens in the optical axis direction. The plurality of charged particle beams are separated and detected by shifting the optical position of the diaphragm from the rear focal position of the uppermost lens by the moving means. The charged particle beam application device, characterized in that configured to obtain.
(2)前記構成の荷電粒子ビーム応用装置において、前記マルチビーム形成部は、一個もしくは複数個の開口を有する複数枚の開口群と、前記複数枚の開口群それぞれの間における荷電粒子ビームの角度を調整する角度調整手段と、前記複数枚の開口群それぞれの間における荷電粒子ビームの像回転を調整する回転調整手段とを有し、前記角度調整手段と前記回転調整手段とを調整することにより、前記マルチビーム形成部内のビーム通過を可能とする構成としたことを特徴とする。 (2) In the charged particle beam application apparatus having the above-described configuration, the multi-beam forming unit includes a plurality of aperture groups having one or a plurality of apertures and an angle of the charged particle beam between each of the plurality of aperture groups. And an angle adjusting means for adjusting image rotation of the charged particle beam between each of the plurality of aperture groups, and adjusting the angle adjusting means and the rotation adjusting means. The multi-beam forming unit is configured to allow the beam to pass therethrough.
(3)前記構成の荷電粒子ビーム応用装置において、前記偏向手段を、前記マルチビーム形成部から射出した荷電粒子ビームの角度を調整するアライナで構成し、前記アライナによる偏向において、前記検出器で決められた値以上の電流値を検出できる偏向領域が、偏向領域中心近傍となるように前記アライナを調整することにより、前記検出器へのビーム通過を可能とする構成としたことを特徴とする。 (3) In the charged particle beam application apparatus having the above-described configuration, the deflection unit is configured by an aligner that adjusts an angle of the charged particle beam emitted from the multi-beam forming unit, and is determined by the detector in the deflection by the aligner. By adjusting the aligner so that a deflection region capable of detecting a current value equal to or greater than a predetermined value is in the vicinity of the center of the deflection region, the beam can pass through the detector.
(4)前記構成の荷電粒子ビーム応用装置において、前記検出器は、前記複数の荷電粒子ビームの同時検出を可能にする検出面を有する検出器であることを特徴とする。 (4) In the charged particle beam application apparatus having the above configuration, the detector is a detector having a detection surface that enables simultaneous detection of the plurality of charged particle beams.
本発明によれば、複数荷電粒子ビームを形成する際、複数の開口を有する絞り板および静電レンズおよび偏向器群の間を荷電粒子ビームが通過するための調整を行ない、ビームの通過を容易に確認することが可能となる。 According to the present invention, when a plurality of charged particle beams are formed, adjustment is performed for the charged particle beam to pass between a diaphragm plate having a plurality of apertures, an electrostatic lens, and a deflector group, thereby facilitating the passage of the beam. It becomes possible to confirm.
以下に述べる実施例では、荷電粒子ビーム応用装置として、電子ビーム露光装置を例にとって説明する。なお、本発明は、電子ビーム露光装置に限らず、電子ビーム、イオンビーム等の荷電粒子ビームを用いた応用装置にも同様に適用できる。 In the embodiments described below, an electron beam exposure apparatus will be described as an example of a charged particle beam application apparatus. The present invention is not limited to the electron beam exposure apparatus, but can be similarly applied to an application apparatus using a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam.
図1は、本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装置の概略図である。 FIG. 1 is a schematic view of an electron beam exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
電子源1から放射される電子ビームは、光源縮小レンズ20、コリメータレンズ21を含む照射光学系2を介して、マルチ電子ビーム形成部3に入射する。非点補正器22は、非点補正制御回路154で制御され、照射光学系で発生する非点を補正する。照射アライナ23は、コリメータレンズ21やマルチビーム形成部3へのビーム角度調整を行う。なお、図中、11は光軸を示す。
The electron beam emitted from the
マルチ電子ビーム形成部3は、アパーチャアレイ31、静電レンズアレイ32、ブランカアレイ33、8極静電偏向器100、110、像回転レンズ120、130で構成される。静電レンズアレイ32は、上電極32a、中電極32b、下電極32cの3枚の電極で構成され、フォーカス制御回路151で制御される。アパーチャアレイ31は複数の開口を有する絞り板で、ここで分割された電子ビームそれぞれが静電レンズアレイ32によりブランカアレイ33位置近傍に収束される。ブランカアレイ33は個々の電子ビームを独立に偏向する偏向器群であり、パターン発生回路152により制御される。
The multi-electron
静電偏向器100では、アパーチャアレイ31を通過した電子ビームを偏向し、静電レンズアレイ32を電子ビームが通過するための角度調整を行う。静電偏向器110では、静電レンズアレイ32を通過した電子ビームを偏向し、ブランカアレイ33を電子ビームが通過するための角度調整を行う。各偏向器は、マルチビームの同時偏向を可能とするために、マルチビームの領域より大きい電極間隔を持つ。像回転レンズ120はアパーチャアレイ31を通過した電子ビームの像回転をし、像回転レンズ130は静電レンズアレイ32を通過した電子ビームの像回転し、それぞれ静電レンズアレイ32、ブランカアレイ33をビームが通過するための調整を行う。なお、これらの偏向器およびアライナは、電磁偏向器および電磁アライナでも良い。
The
マルチ電子ビーム形成部3で複数化された電子ビームは、投影光学系4により、ステージ5上に縮小投影される。投影光学系4では第一縮小レンズ41、第二縮小レンズ42の二段レンズにより、対称磁気ダブレットを構成している。縮小投影光学系アライナ300は、マルチ電子ビーム形成部3を射出したマルチ電子ビームを偏向するアライナで、主に、投影光学系4の光軸調整を行う。投影光学系4内には、ブランキング絞りBAがあり、ブランカアレイ33で偏向された各電子ビームを遮蔽する。
The plurality of electron beams formed by the multi-electron
ビーム検出は、ステージ5上に設置した透過電子検出器6で検出するか、ステージ5上の反射・2次電子検出用マーク8で反射または放出される反射・2次電子を反射・2次電子検出器9で検出し、信号処理回路157と通して可視化する。検出器はマルチビームの同時計測を可能とするために、マルチビームの領域より大きな検出面を有しており、反射・2次電子検出用マーク8はマルチビームの領域より大きく一様な構造のものを用いる。ステージ移動は、ステージ制御回路158により制御される。
Beam detection is performed by a
ブランキング絞りBAで遮蔽されていない電子ビームは、偏向器7によりステージ5上を走査される。この際、偏向器7は偏向制御回路156により制御される。描画データ160に応じてパターン発生回路152でブランカアレイ33の電圧を制御することにより、所望のパターンを露光する。
The electron beam not shielded by the blanking stop BA is scanned on the stage 5 by the deflector 7. At this time, the deflector 7 is controlled by the deflection control circuit 156. By controlling the voltage of the
アライナ制御回路153は、照射アライナ23、静電偏向器100、110、縮小投影光学系アライナ300を制御し、レンズ制御回路155は、光源縮小レンズ20、コリメータレンズ21、像回転レンズ120、130、ダブレット・レンズ41、42を制御する。データ制御回路150は各制御・処理回路151から158を制御し、検出器6もしくは反射・2次電子検出器9から信号処理回路157を経た検出結果を、アライナ制御回路153または偏向制御回路156と同期させて、表示機構159に表示する。
The
つぎに、本発明によるビーム角度調整方法について説明する。 Next, a beam angle adjusting method according to the present invention will be described.
マルチ電子ビーム形成部3を射出したマルチ電子ビームを偏向するために、ブランカアレイ33下流に偏向器を設置するか、もしくは縮小投影光学系アライナ300を偏向手段として使用することで調整を行う。本実施例では、縮小投影光学系アライナ300を偏向手段として使用したことを想定する。なお、以下の図では、図1と同様に、静電レンズアレイ32を駆動させた例を示しているが、静電レンズアレイ32に電圧を印加していない状態でも同様の方法で調整できる。
In order to deflect the multi-electron beam emitted from the multi-electron
縮小投影光学系アライナ300でブランキング絞りBA上を走査したビーム像は、ブランキング絞りBAの開口形状とブランキング絞りBA位置でのビーム形状を反映したパターンとなる。以下、ブランキング絞りBAの開口形状は円形とすると、図2(a)のようにブランキング絞りBAが第一縮小レンズ41の後側焦点位置BFにある場合、後側焦点位置BFにおいてマルチ電子ビーム(本例では、ビーム数は9本)は略一致しているため、ビーム形状は略円形で、縮小投影光学系アライナ300でブランキング絞りBA上を走査したビーム像は、図2(b)に示すように略円形となる。
The beam image scanned on the blanking stop BA by the reduction projection
図2(c)のように、ブランキング絞りBAを第一縮小レンズ41の後側焦点位置BFから光軸方向に光学的にずらした場合、ブランキング絞りBA位置ではマルチ電子ビームが分離するため、投影光学系アライナ300でブランキング絞りBA上を走査したビーム像は、図2(d)に示すようにマルチ電子ビーム(9本)が分離したパターンとなる。なお、ブランキング絞りBAを後側焦点位置BFから光学的にずらす量が小さい場合、マルチ電子ビームは完全に分離しないが、完全に分離しない状態でも調整は可能である。しかし、より分離させた方が調整は容易になる場合もある。
As shown in FIG. 2C, when the blanking stop BA is optically shifted from the rear focal position BF of the
ブランキング絞りBAを第一縮小レンズ41の後側焦点位置BFから光軸方向に光学的にずらす方法は、機械的にブランキング絞りBAを上下させてもよいし、第一縮小レンズ41の励磁を変化させてもよい。
As a method of optically shifting the blanking diaphragm BA from the rear focal position BF of the
マルチビーム形成部3は、複数枚の微小開口群(アパーチャアレイ31、静電レンズアレイ32、ブランキングアレイ33)で構成されているため、組み立て誤差の影響などから通常調整なしでマルチビームを形成することは困難である。そこで、角度調整手段としての8極静電偏向器100、110、回転調整手段としての像回転レンズ120、130を用い、ビームアライメントを行う。
Since the
ビームアライメントのために、角度調整手段(8極静電偏向器100、110)や回転調整手段(像回転レンズ120、130)を変化させると、ブランカアレイ33を射出するビームの角度や像回転も変化する。ステージ5上の検出器6で検出をしながらビームアライメントを行うと、ブランカアレイ33からの射出ビームの変化に伴い、縮小光学系4内のレンズ内壁やブランキング絞りBAなどでビームが遮断される。
If the angle adjustment means (octupole
そこで、図2(a)、(b)で示したように、縮小投影光学系アライナ300でのブランキング絞りBAの走査像を観察することで、縮小光学系4内のレンズ内壁やブランキング絞りBAなどでビームが遮断されることが回避でき、効率よくビームアライメントを行うことが可能となる。この場合、図2(a)、(c)のどちらの条件でもかまわない。また、この走査像での位置情報は、ブランキングアレイ33近傍での角度情報であるため、ブランキングアレイ33の射出角度分布等を観察するのにも、この走査像は有効である。
Therefore, as shown in FIGS. 2A and 2B, by observing the scanning image of the blanking stop BA in the reduction projection
図3は、アパーチャアレイ31、静電レンズアレイ32の配置に対して、ブランキングアレイ33が顕著に設置誤差を有する例である。8極静電偏向器110を用いてビームアライメントを行っているが、図3(a)は、本来通過させるべき開口とは異なるブランキングアレイ33開口にビームアライメントを行った場合(図中左側のビームは、開口を通過できていない)で、図3(b)は本来の開口にビームアライメントできた場合を示している。このような図3(a)、(b)の光学条件の違いは、図2(c)のように、ブランキング絞りBAを第一縮小レンズ41の後側焦点位置BFからずらした像で判断することができる。ブランキング絞りBAを第一縮小レンズ41の後側焦点位置BFからずらした場合には、図3(a)、(b)の走査像は、それぞれ、図3(c)、(d)のようになり、観察されるビームが所望の数であるか否かで判別することができる。
FIG. 3 is an example in which the blanking
上述のような調整を行った結果、マルチビーム形成部3からの射出角度は、調整前と比べて変化し、下流のレンズ等をビームが通過できない場合が起こりえる。このような場合、縮小投影光学系アライナ300によるブランキング絞りBA走査像では、図4(a)に示すように、アライナの偏向領域中心(視野中心)から像ずれが観察される。これを図4(b)のように、視野略中心にアライナ300のオフセット値を調整することで、ビームの遮蔽を回避できる。もしくは、上述した調整の前後で像ずれが小さくなるように、アライナ300のオフセット値を調整することで、ビームの遮蔽を回避できる。
As a result of the adjustment as described above, the emission angle from the
本実施例のように、偏向器とアライナとが併用されていると、装置構成を簡略化することができる。図4において偏向器とアライナを併用していない場合、前記アライナ300のオフセット値調整のかわりに、偏向器視野略中心、または上述した調整の前後で像ずれが小さくなるようアライナ値を調整する。
If the deflector and aligner are used together as in the present embodiment, the apparatus configuration can be simplified. In FIG. 4, when the deflector and aligner are not used together, the aligner value is adjusted so as to reduce the image shift at the approximate center of the deflector field of view or before and after the adjustment described above, instead of adjusting the offset value of the
以上説明したように、本発明の荷電粒子ビーム応用装置によれば、複数荷電粒子ビームを形成する際、複数の開口を有する絞り板および静電レンズおよび偏向器群の間を荷電粒子ビームが通過するための調整を行ない、ビームの通過を容易に確認することが可能となる。また、この装置を用いた荷電粒子ビーム露光装置では、所望のパターンを露光することが可能となり、デバイス製造において、従来以上に歩留まりが高くスループットが高い製造が可能となる。 As described above, according to the charged particle beam application apparatus of the present invention, when forming a plurality of charged particle beams, the charged particle beam passes between the diaphragm plate having a plurality of openings, the electrostatic lens, and the deflector group. It is possible to easily confirm the passage of the beam by making adjustments for this purpose. In addition, a charged particle beam exposure apparatus using this apparatus can expose a desired pattern, and in device manufacturing, it is possible to manufacture with higher yield and higher throughput than before.
1…電子源、2…照射光学系、11……光軸、20…光源縮小レンズ、21…コリメータレンズ、22…非点補正器、23…照射アライナ、3…マルチ電子ビーム形成部、31…アパーチャアレイ、32…静電レンズアレイ、32a…上電極、32b…中電極、32c…下電極、33…ブランカアレイ、4…縮小電子光学系、41…第一縮小レンズ、42…第二縮小レンズ、5…ステージ、6…透過電子検出器、7…偏向器、8…反射・2次電子検出用マーク、9…反射・2次電子検出器、100…8極静電偏向器1、110…8極静電偏向器2、120…像回転レンズ1、130…像回転レンズ2、150…データ制御回路、151…フォーカス制御回路、152…パターン発生回路、153…アライナ制御回路、154…非点補正制御回路、155…レンズ制御回路、156…偏向制御回路、157…信号制御回路、158…ステージ制御回路、159…表示機構、160…描画データ、300…縮小投影光学系アライナ、BA…ブランキング絞り、BF…第一縮小レンズ41の後側焦点位置。
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The charged particle beam application apparatus according to claim 1, wherein the charged particle beam is an electron beam or an ion beam.
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