JPH0542808B2

JPH0542808B2 -

Info

Publication number: JPH0542808B2
Application number: JP58139403A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kurihara
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1983-08-01
Filing date: 1983-08-01
Publication date: 1993-06-29
Also published as: JPS6031225A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、半導体集積回路等の製造で要求され
るサブミクロンパターンを形成するために用いら
れる電子ビームあるいは、イオンビームによる荷
電ビーム露光装置に関するものである。Detailed Description of the Invention [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a charged beam exposure apparatus using an electron beam or an ion beam used to form submicron patterns required in the manufacture of semiconductor integrated circuits, etc. It is.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、荷電ビームを用いた露光装置として(1)ス
ポツトビーム方式、(2)成形ビーム方式、(3)マルチ
ビーム方式、(4)マスク転写方式、の各方式による
装置が開発されている。(1)のスポツトビーム方式
は、微細に絞つたビームで試料面上を走査してパ
ターン描画するために露光時間が長いという問題
点があつた。(2)の成形ビーム方式は、固定または
可変の矩形ビームを形成し、この矩形ごとにパタ
ーンを描画していく方式である。しかし、この方
式でも１本のビームで露光するのでパターンが微
細になつてくると、露光のスループツトは十分と
はいえなかつた。(4)のマスク転写方式は、あらか
じめ転写するパターンを形成したマスクの像を１
対１あるいは、縮小して試料面上に結像させて露
光する方式である。マスクとしては、金属薄板に
ビーム透過孔を開けたものやホトエミツタを利用
したものがある。しかし、このマスク転写方式で
は、あらかじめマスクパターンを用意する必要が
あるので、任意パターンを電気的に発生すること
ができない。また、マスク製作の困難性があり、
高精度の位置合わせが問題となる。すなわち、マ
スクとウエハの位置合わせが難しく、また電子光
学系の歪やチツプの歪等の補正ができないので実
用上問題である。 BACKGROUND ART Conventionally, exposure apparatuses using charged beams have been developed using the following methods: (1) spot beam method, (2) shaped beam method, (3) multibeam method, and (4) mask transfer method. The spot beam method (1) had a problem in that the exposure time was long because the pattern was drawn by scanning the sample surface with a finely focused beam. The shaped beam method (2) is a method in which a fixed or variable rectangular beam is formed and a pattern is drawn for each rectangle. However, even with this method, exposure is performed using a single beam, so as patterns become finer, the exposure throughput is not sufficient. In the mask transfer method (4), the image of the mask on which the pattern to be transferred is formed in advance is
This is a method in which an image is formed on the sample surface and exposed using a one-to-one method or a reduced image. Masks include those made of a thin metal plate with beam transmission holes and those that utilize photoemitters. However, in this mask transfer method, it is necessary to prepare a mask pattern in advance, and therefore it is not possible to electrically generate an arbitrary pattern. In addition, there are difficulties in making masks,
High precision alignment becomes a problem. That is, it is difficult to align the mask and the wafer, and it is not possible to correct distortions in the electron optical system or chips, which is a practical problem.

(3)のマルチビーム方式は、多数のビームを同時
に発生してパターンを描画する方式であり、(1)、
(2)のように１本のビームを用いるよりも描画時間
が短縮され、高いスループツトが期待でき、(1)、
(2)の各方式に比較して有利な方式である。従来(3)
のマルチビーム方式で報告されているものとし
て、第１図に示す多数のアパーチヤレンズが二次
元的に配列されたマトリツクスレンズを用いた露
光装置がある。第１図で、１１は電子銃、１２は
ブランカ、１３は成形絞り、１４は２段偏向器、
１５は制限絞り、１６はアパーチヤレンズ、１７
は試料面である。電子銃１１より放出したビーム
で成形絞り１３を照明し、この成形絞り１３の像
をマトリツクスレンズを構成している各アパーチ
ヤレンズでれぞれ試料面上に結像してマルチビー
ムを得ている。制限絞り１５は、各アパーチヤレ
ンズに対応して円形の開口を有するものでその開
口の中心は、各アパーチヤレンズの光軸に一致し
ている。この制限絞り１５により、ビーム電流が
制限されている。ブランカ１２は、マルチビーム
を同時にオン・オフする機能を持つている。２段
偏向器１４は、マルチビームをそれぞれ同様に試
料面上を走査させ、ブランカの機能と合わせるこ
とによりパターン描画を行う機能を持つている。
この露光装置は、集積回路の１チツプに１本のビ
ームを対応させるので、マトリツクスレンズの配
列はチツプのピツチに一致するようにしている。
例えば、チツプのピツチが10mmであるとするとマ
トリツクスレンズの配列は10mm間隔となり、配列
が11×11では100mm角を占めることになる。マト
リツクスレンズの配列をウエハのチツプ配列の大
きさ程度に大きくとれば、一度に全チツプが露光
できるので高速描画が可能となる。しかし、この
装置では一つの成形絞りの像を多数のレンズで試
料面上に結像させるために、成形絞りから放出す
るビームの方向とレンズの光軸は一般に一致しな
いのでビームがレンズに対して斜めに入射するこ
とになる。特に、マトリツクスレンズの周辺部分
に位置するレンズでは、レンズ光軸に対して大き
な角度でビームが入射する。例えばマトリツクス
レンズ配列の大きさを100mmとし、成形絞りから
制限絞り面までの距離を1000mmとすると、マトリ
ツクスレンズ周辺では50mradから70mrad程度の
角度でビームが入射することになる。通常の電子
光学系では、ほぼ光軸とビーム入射方向は一致し
ている。しかし、ここでは各レンズの光軸とビー
ム入射方向が大きくずれてくるので、この軸ずれ
による収差が問題になる。特にサブミクロンパタ
ーン描画では、軸ずれによる収差の影響が無視で
きなくなる。そのために、マトリツクスレンズの
配列を大きくとることができずマルチビームの本
数が減ることになり、スループツトを向上させる
ことが困難であるという問題が生じていた。 The multi-beam method (3) is a method that draws a pattern by simultaneously generating multiple beams, and (1),
Compared to using a single beam as in (2), writing time is shorter and higher throughput can be expected;
This method is more advantageous than each method in (2). Conventional (3)
As a reported multi-beam system, there is an exposure apparatus using a matrix lens in which a large number of aperture lenses are two-dimensionally arranged, as shown in FIG. In Fig. 1, 11 is an electron gun, 12 is a blanker, 13 is a forming aperture, 14 is a two-stage deflector,
15 is the limiting aperture, 16 is the aperture lens, 17
is the sample surface. The beam emitted from the electron gun 11 illuminates the shaping aperture 13, and the image of the shaping aperture 13 is focused onto the sample surface by each aperture lens making up the matrix lens to obtain a multi-beam. ing. The limiting diaphragm 15 has a circular aperture corresponding to each aperture lens, and the center of the aperture coincides with the optical axis of each aperture lens. This limiting aperture 15 limits the beam current. The blanker 12 has the function of turning on and off multiple beams simultaneously. The two-stage deflector 14 has a function of scanning the sample surface with each of the multi-beams in the same way, and drawing a pattern by combining this with the function of a blanker.
In this exposure apparatus, one beam corresponds to one chip of an integrated circuit, so the array of matrix lenses is made to match the pitch of the chip.
For example, if the chip pitch is 10 mm, the array of matrix lenses will be 10 mm apart, and if the array is 11 x 11, it will occupy a 100 mm square. If the array of matrix lenses is made as large as the size of the chip array on the wafer, all the chips can be exposed at once, making high-speed drawing possible. However, in this device, since the image of one shaping aperture is formed on the sample surface using multiple lenses, the direction of the beam emitted from the shaping aperture and the optical axis of the lens generally do not match, so the beam is directed toward the lens. It will be incident at an angle. Particularly, in lenses located in the periphery of the matrix lens, the beam enters at a large angle with respect to the optical axis of the lens. For example, if the size of the matrix lens array is 100 mm and the distance from the shaping aperture to the limiting aperture surface is 1000 mm, the beam will be incident at an angle of about 50 mrad to 70 mrad around the matrix lens. In a normal electron optical system, the optical axis and the direction of beam incidence almost coincide. However, in this case, the optical axis of each lens and the direction of beam incidence are largely misaligned, so aberrations due to this axis misalignment become a problem. Particularly in submicron pattern writing, the influence of aberrations due to axis misalignment cannot be ignored. Therefore, the number of multi-beams is reduced because the array of matrix lenses cannot be arranged in a large size, resulting in a problem that it is difficult to improve throughput.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記した従来のマトリツクス
レンズを用いたマルチビーム方式での諸問題点を
解決し、マトリツクスレンズを構成する各レンズ
のうち、特に周辺部のレンズの収差を低減するこ
とにより、多数のチツプを同時にサブミクロンの
精度で露光することを可能とし、多数の微細パタ
ーンを有するVLSIの大量生産に用いて好適な荷
電ビーム露光装置を提供することにある。 The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems with the conventional multi-beam system using a matrix lens, and to reduce the aberrations of the lenses in the periphery, among the lenses that make up the matrix lens. The object of the present invention is to provide a charged beam exposure apparatus that can simultaneously expose a large number of chips with submicron precision and is suitable for use in the mass production of VLSIs having a large number of fine patterns.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の特徴は、上記目的を達成するために、
マトリツクスレンズを構成する各レンズのうち
の、それぞれのレンズ光軸に対して荷電ビームの
主軌道が斜めに入射するレンズに対応した制限絞
りを、レンズの収差が最小となるレンズ内位置に
見かけ上の制限絞りを置いたときに得られる荷電
ビームの軌道とほぼ同じ軌道が得られる位置に、
つまり、荷電ビームの主軌道がレンズ内のその点
を通過するときにレンズの収差が最小になる点を
荷電ビームの主軌道が通過する制限絞り位置とす
るように、それぞれのレンズ光軸に対して制限絞
りの開口の中心をずらして設置する構成とするに
ある。 In order to achieve the above object, the features of the present invention are as follows:
Of each lens making up the matrix lens, a limiting aperture corresponding to the lens in which the main orbit of the charged beam is incident obliquely with respect to the optical axis of each lens is placed at a position within the lens where the aberration of the lens is minimized. At a position where the orbit of the charged beam is almost the same as that obtained when the above limiting aperture is placed,
In other words, for each lens optical axis, the point where the aberration of the lens is minimized when the main trajectory of the charged beam passes through that point in the lens is the limiting aperture position where the main trajectory of the charged beam passes. In this case, the center of the aperture of the limiting diaphragm is shifted from the center of the aperture.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を実施例を示して詳細に説明す
る。第２図に本発明の基本的な概念を示す。第２
図では、前述のマトリツクスレンズを構成する一
つのレンズのみを示した。ここで、２１，２２は
物点、２３，２４は制限絞り、２５，２６はレン
ズ、２７，２８は像点、２９，２１０はビーム主
軌道である。第２図１は従来の光学系であり、レ
ンズ光軸と制限絞りの中心が一致している。これ
に対して、２は本発明の光学系であり、入射する
ビームの主軌道がレンズの中心近傍を通過するよ
うに制限絞りの位置をずらしてある。ここでレン
ズの中心というのは、必ずしもレンズの物理的中
心ではなくあとで示すように主軌道がそこを通過
したときにレンズの収差が最小になる点を指して
いる。電子レンズの場合、ビームの軌道は一般に
曲線を描くが第２図では、簡単のために直線で表
わしている。ここで、具体的に収差を計算すると
きのパラメータを第３図に示す。第３図でＺは光
軸方向の座標、Z₀は物点の位置、U₀は光軸から
のずれ、Z_iは像点の位置、Z_apは制限絞りの位置
である。Ｌはレンズである。第４図に計算したレ
ンズの例を示す。これは、代表的な静電レンズの
アインツエルレンズである。第４図のレンズの収
差を解析した結果を以下に説明する。収差の計算
はまずレンズの軸上ポテンシヤル分布を求め、更
に近軸軌道方程式の解である二つの基本軌道を求
めて、これらの結果を三次収差の積分公式に代入
することにより行われる。第５図に、計算結果の
一例を示す。計算の条件は、Z₀＝−1400mm、Z_i＝
13mm、U₀＝50mmであり、像面側のビーム開き角α_i
＝5mradである。ここでは、制限絞りの位置Z_ap
をパラメータとして各種の収差を計算している。
なお、アインツエルレンズの中間電極の中心を座
標の原点にしており、物面側を負、像面側を正と
している。第５図では、球面、コマ径、コマ長、
像面湾曲、非点、歪の各収差の計算結果が示され
ている。破線Ａは、各収差の自乗和の平方根であ
る。但し、像面湾曲、非点は補正可能であり、ま
た歪は像の位置がずれるだけで像のぼけは生じな
い。破線Ｂが、像面湾曲、非点、歪を除いた収差
の自乗和の平方根である。これらの収差の計算結
果を見ると制限絞りの位置により、大幅に収差が
変化することがわかる。この例では、絞りの位置
がＺ＝−１mm（球面収差とコマ収差のみを考える
ときは、Ｚ＝−２mm近傍）の近傍において収差が
小さくなつていることがわかる。ここで、各収差
が小さくなるところの制限絞りの位置は必ずしも
厳密には一致していない。しかし、自乗和の平方
根でみると、収差が最小となる制限絞りの位置が
存在している。また補正困難な収差のみを取り上
げ、それが最小となる所を注目してもよい。な
お、ここでは簡単のために色収差は除いている
が、色収差についても上記のように考えることが
できる。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail by showing examples. FIG. 2 shows the basic concept of the present invention. Second
In the figure, only one lens constituting the aforementioned matrix lens is shown. Here, 21 and 22 are object points, 23 and 24 are limiting apertures, 25 and 26 are lenses, 27 and 28 are image points, and 29 and 210 are beam main orbits. FIG. 2 1 shows a conventional optical system, in which the lens optical axis and the center of the limiting diaphragm coincide. On the other hand, reference numeral 2 is an optical system of the present invention, in which the position of the limiting aperture is shifted so that the main orbit of the incident beam passes near the center of the lens. The center of the lens here is not necessarily the physical center of the lens, but rather refers to the point where the aberration of the lens is minimized when the main orbit passes there, as will be shown later. In the case of an electron lens, the trajectory of the beam generally follows a curve, but in FIG. 2 it is shown as a straight line for simplicity. Here, FIG. 3 specifically shows parameters for calculating aberrations. In FIG. 3, Z is the coordinate in the optical axis direction, Z ₀ is the position of the object point, U ₀ is the deviation from the optical axis, Z _i is the position of the image point, and Z _ap is the position of the limiting aperture. L is a lens. Figure 4 shows an example of the lens calculated. This is an Einzel lens, which is a typical electrostatic lens. The results of analyzing the aberrations of the lens shown in FIG. 4 will be explained below. Calculation of aberrations is performed by first finding the axial potential distribution of the lens, then finding two fundamental trajectories that are solutions to the paraxial trajectory equation, and substituting these results into the integral formula for third-order aberrations. FIG. 5 shows an example of the calculation results. The calculation conditions are Z ₀ = -1400mm, Z _i =
13 mm, U ₀ = 50 mm, and the beam aperture angle α _i on the image side
=5 mrad. Here, the position of the limiting aperture Z _ap
Various aberrations are calculated using as parameters.
Note that the center of the intermediate electrode of the Einzel lens is the origin of the coordinates, with the object side being negative and the image side being positive. In Figure 5, the spherical surface, coma diameter, coma length,
Calculation results for each aberration of field curvature, astigmatism, and distortion are shown. The broken line A is the square root of the sum of squares of each aberration. However, curvature of field and astigmatism can be corrected, and distortion only shifts the position of the image and does not cause image blur. The broken line B is the square root of the sum of squares of aberrations excluding field curvature, astigmatism, and distortion. Looking at the calculation results of these aberrations, it can be seen that the aberrations change significantly depending on the position of the limiting aperture. In this example, it can be seen that aberrations become smaller near the aperture position Z=-1 mm (near Z=-2 mm when considering only spherical aberration and coma aberration). Here, the positions of the limiting apertures where each aberration becomes smaller do not necessarily match exactly. However, when viewed in terms of the square root of the sum of squares, there is a position of the limiting aperture where the aberration is minimum. Alternatively, only aberrations that are difficult to correct may be taken up, and attention may be paid to the point where the aberration is at its minimum. Although chromatic aberration is excluded here for the sake of simplicity, chromatic aberration can also be considered in the same way as above.

このように、収差を最小にするためには制限絞
りの位置をレンズ光軸方向に適当な位置に設定す
る必要がある。第５図の破線Ａの例では、Ｚ＝−
１mm（破線Ｂの例では、Ｚ＝−２mm近傍）近傍に
置けばよい。ところが、静電レンズではレンズ界
内に絞りを置くと電界が乱れるので実際には置け
ない。第５図の例では、第４図の形状のアインツ
エルレンズに対するものであるが、最適な制限絞
りの位置は中間電極近傍であり、レンズ界内にあ
る。そこで、第２図２にしたように、斜めに入射
してくる主軌道が第５図の破線Ａの例では、Ｚ＝
−１mm近傍（破線Ｂの例では、Ｚ＝−２mm近傍）
を通過するようにレンズ界の外にある制限絞りの
開口中心軸をレンズ光軸からずらした位置に設定
する。このような位置に制限絞りを設定しておけ
ば、見かけ上の位置に制限絞りを置いたのとほぼ
同じ軌道が得られるので、収差を大幅に低減する
ことができる。第６図に制限絞りの位置の設定方
法を示した。実際の軌道は曲線であるが、ここで
は簡単のために直線で示してある。まず、物点が
ｓの大きさの成形絞りとし、レンズの光軸から
U₀離れているとする。前述の計算に従つて、収
差が最小となる制限絞りの位置Z_apを求める。次
に、レンズ界の外にある、実際に置く制限絞りの
位置Z_apを求める。これにはまず、ｓの大きさの
物点から出たビームの内、見かけ上Z′_apの位置に
置いた制限絞りにより制限されるビームの軌道を
求める。次に、実際に制限絞りを置く位置Z_apで、
絞りの開口中心の位置U_a、開口径を、前記の見
かけ上の制限絞りにより制限されるビームの軌道
が遮られないように位置を決め、しかも絞りの開
口径を出来るだけ小さくしておく。このようにす
ると第６図で斜線を引いた部分のビームは余分で
あるが、これはZ_ap，Z′_apの間隔が制限絞りと物
点との距離に比べて小さければ、見かけ上の制限
絞りの開口を通過するビームに比べて無視でき
る。従つて、Z_apに制限絞りを置いた場合と、見
かけ上Z′_apに制限絞りを置いた場合で、ほぼ同じ
の制限された軌道が得られるので、収差もほぼ同
じ値になると考えてよい。例えば、ｓ＝50μｍ、
見かけ上の制限絞りの開口径を200μｍとし、Z′_ap
＝−１mm、Z_ap＝−10mm、Z₀＝−1400mm、U₀＝50
mmとすると、実際の制限絞りの位置U_aは約360μ
ｍであり、開口径は約199μｍとなる。このとき、
第６図で斜線を引いた部分はZ′_apの位置で0.4μｍ
程度の幅であり無視してよい大きさである。 In this way, in order to minimize aberrations, it is necessary to set the limiting diaphragm at an appropriate position in the direction of the optical axis of the lens. In the example of broken line A in FIG. 5, Z=-
It may be placed near 1 mm (in the example of broken line B, Z=-2 mm). However, with an electrostatic lens, placing an aperture within the lens field would disrupt the electric field, so it is not practical. In the example shown in FIG. 5, which is for an Einzel lens having the shape shown in FIG. 4, the optimal position of the limiting aperture is near the intermediate electrode and within the lens field. Therefore, as shown in FIG. 2, in the example where the obliquely incident main orbit is indicated by the broken line A in FIG. 5, Z=
Near -1mm (in the example of broken line B, near Z=-2mm)
The aperture center axis of the limiting diaphragm, which is outside the lens field, is set at a position offset from the lens optical axis so that the light passes through the lens. If the limiting diaphragm is set at such a position, a trajectory that is almost the same as when the limiting diaphragm is placed at an apparent position can be obtained, so aberrations can be significantly reduced. FIG. 6 shows how to set the position of the limiting aperture. Although the actual trajectory is a curve, it is shown here as a straight line for simplicity. First, the object point is a forming aperture with a size of s, and from the optical axis of the lens
Suppose that U is ₀ away. According to the above calculation, find the position Z _ap of the limiting aperture where the aberration is minimum. Next, find the position Z _ap of the limiting aperture that is actually placed outside the lens field. To do this, we first find the trajectory of the beam that is emitted from the object point of size s and is restricted by the limiting aperture placed at the apparent position Z' _ap . Next, at the position Z _ap where the limiting aperture is actually placed,
The position U _a of the aperture center and the aperture diameter of the aperture are determined so that the trajectory of the beam limited by the above-mentioned apparent limiting aperture is not obstructed, and the aperture diameter of the aperture is made as small as possible. In this case, the beam in the shaded area in Figure 6 is redundant, but this is due to the apparent limit if the distance between Z _ap and Z' _ap is small compared to the distance between the limiting aperture and the object point. It is negligible compared to the beam passing through the aperture of the diaphragm. Therefore, since almost the same restricted trajectory is obtained when a limiting aperture is placed at Z _ap and when a limiting aperture is apparently placed at Z' _ap , it can be assumed that the aberrations will also have approximately the same value. . For example, s=50μm,
Assuming that the apparent aperture diameter of the limiting diaphragm is 200 μm, Z′ _ap
= -1mm, Z _ap = -10mm, Z ₀ = -1400mm, U ₀ = 50
mm, the actual position of the limiting aperture U _a is approximately 360μ
m, and the opening diameter is approximately 199 μm. At this time,
The shaded area in Figure 6 is 0.4 μm at the Z′ _ap position.
It is of a size that can be ignored.

以上は、一つのレンズに対して制限絞りの位置
を設定する方法であるが、マトリツクスレンズを
用いる場合も全く同様にして、各レンズに対する
制限絞りの位置を決めることができる。第７図に
アインツエルレンズより構成されたマトリツクス
レンズを用いた光学系について本発明を適用した
例を示す。７１は成形絞り、７２はビーム、７３
は制限絞り、７４はアインツエルレンズ、７５は
試料面である。制限絞り７３は、マトリツクスレ
ンズを構成している各アインツエルレンズに対応
した絞り開口を有するものである。絞り開口の位
置は、前述の方法に従つて各アインツエルレンズ
に対して求めればよい。マトリツクスレンズのピ
ツチが同じで例えば10mmとすると、各レンズに対
する制限絞りの位置は第８図に示すようになる。
これは、ビーム主軌道がレンズに対して垂直に入
射するマトリツクスレンズ中心のレンズからU₀
の距離にあるレンズについて、制限絞りのレンズ
光軸からのずれU_aを計算したものである。この
例では、U_aはU₀に対してほぼ直線関係となつて
いる。この光学系を第１図に示した露光装置の光
学系に置き換れば、マトリツクスレンズ周辺部の
ビームの収差を低減することができる。例えば、
アインツエルレンズとして第４図に示したレンズ
を用いた場合、第５図の結果からわかるように、
α_i＝5mard、U₀＝50mmでは従来例としてZ_ap＝−
10mmに制限絞りの置いたとき、歪は除き、非点、
像面湾曲を補正した場合約0.22μｍの収差がある
が、本発明では収差が0.023μｍと大幅に低減され
る。なお、アインツエルレンズのかわりにアパー
チヤレンズ等他のレンズを用いても同様である。 The above is a method for setting the position of the limiting diaphragm for one lens, but when using a matrix lens, the position of the limiting diaphragm for each lens can be determined in exactly the same manner. FIG. 7 shows an example in which the present invention is applied to an optical system using a matrix lens composed of an Einzel lens. 71 is a forming aperture, 72 is a beam, 73
74 is an Einzel lens, and 75 is a sample surface. The limiting diaphragm 73 has an aperture that corresponds to each Einzel lens making up the matrix lens. The position of the diaphragm aperture may be determined for each Einzel lens according to the method described above. If the pitch of the matrix lenses is the same, for example 10 mm, the position of the limiting aperture for each lens will be as shown in FIG.
This is because U ₀
The displacement U _a of the limiting aperture from the lens optical axis is calculated for a lens located at a distance of . In this example, U _a has a nearly linear relationship with U ₀ . If this optical system is replaced with the optical system of the exposure apparatus shown in FIG. 1, the aberration of the beam around the matrix lens can be reduced. for example,
When the lens shown in Figure 4 is used as the Einzel lens, as can be seen from the results in Figure 5,
When α _i = 5mard and U ₀ = 50mm, Z _ap = - as a conventional example.
When the aperture limit is set to 10mm, distortion is excluded, astigmatism,
When field curvature is corrected, there is an aberration of about 0.22 μm, but in the present invention, the aberration is significantly reduced to 0.023 μm. Note that the same effect can be obtained by using other lenses such as an aperture lens instead of the Einzel lens.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の荷電ビーム露光
装置は、従来のマトリツクスレンズを用いた露光
装置で問題となつていたマトリツクスレンズ周辺
部での収差増大を、制限絞りの位置をレンズ光軸
から移動させることにより防いでいる。すなわ
ち、特に静電レンズにおいて、絞りを入れること
のできないレンズ界内にある、収差が小さくなる
ところの見かけ上の制限絞りにより制限されたビ
ーム軌道とほぼ同じビーム軌道が得られるよう
に、実際の制限絞りの位置を決めているので、ビ
ームがレンズ光軸に対して大きくずれて入射する
場合でも収差を小さくできる大きな効果がある。
本発明によれば、収差を小さく保ちながらマトリ
ツクスレンズの配列を大きくとれるので、露光装
置のスループツトを向上することが可能となる。
また、露光装置に限らず、レンズ光軸に対して斜
めに荷電ビームが入射するような電子光学系であ
れば、収差低減効果があり有用であることは言う
までもない。 As explained above, the charged beam exposure apparatus of the present invention solves the problem of aberration increase in the periphery of the matrix lens, which has been a problem with exposure apparatuses using conventional matrix lenses, by changing the position of the limiting aperture to the lens optical axis. This is prevented by moving from In other words, especially in electrostatic lenses, the actual beam trajectory is almost the same as the beam trajectory limited by the apparent limiting aperture, which is located in the lens field where the aperture cannot be inserted, and where aberrations are reduced. Since the position of the limiting aperture is determined, there is a great effect of reducing aberrations even when the beam is incident with a large deviation from the optical axis of the lens.
According to the present invention, it is possible to increase the arrangement of matrix lenses while keeping aberrations small, thereby making it possible to improve the throughput of the exposure apparatus.
Furthermore, it goes without saying that not only exposure apparatuses but also any electron optical system in which a charged beam is incident obliquely with respect to the optical axis of a lens are useful because they have the effect of reducing aberrations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は、従来のマルチビーム露光装置の例、
第２図は、従来の光学系と本発明の光学系を簡単
に示した図、第３図は、収差を計算するための結
像パラメータを示す図、第４図は、アインツエル
レンズの寸法、形状を示す図、第５図は、収差計
算の例、第６図は、制限絞りの位置を決める方法
を説明する図、第７図は、本発明をマトリツクス
レンズを用いた露光装置に適用した例であり、第
８図はマトリツクスレンズの各位置にあるレンズ
に対する制限絞りのずれを計算した結果である。符号の説明、１１……電子銃、１２……ブラン
カ、１３……成形絞り、１４……２段偏向器、１
５……制限絞り、１６……アパーチヤレンズ、１
７……試料面、２１，２２……物点、２３，２４
……制限絞り、２５，２６……レンズ、２７，２
８……像点、２９，２１０……ビーム主軌道、７
１……成形絞り、７２……ビーム、７３……制限
絞り、７４……アインツエルレンズ、７５……試
料面。 Figure 1 shows an example of a conventional multi-beam exposure apparatus.
Figure 2 is a diagram that simply shows the conventional optical system and the optical system of the present invention, Figure 3 is a diagram showing the imaging parameters for calculating aberrations, and Figure 4 is the dimensions of the Einzel lens. , a diagram showing the shape, FIG. 5 is an example of aberration calculation, FIG. 6 is a diagram explaining the method of determining the position of the limiting aperture, and FIG. 7 is an example of the present invention applied to an exposure apparatus using a matrix lens. This is an example of application, and FIG. 8 shows the results of calculating the deviation of the limiting aperture for lenses at each position of the matrix lens. Explanation of symbols, 11... Electron gun, 12... Blanker, 13... Forming aperture, 14... Two-stage deflector, 1
5...Limited aperture, 16...Aperture lens, 1
7... Sample surface, 21, 22... Object point, 23, 24
...Limited aperture, 25, 26... Lens, 27, 2
8... Image point, 29,210... Beam main orbit, 7
1... Forming aperture, 72... Beam, 73... Limiting aperture, 74... Einzel lens, 75... Sample surface.

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

１複数個のレンズを２次元状に配列したマトリ
ツクスレンズとこれらのレンズの各々に一つずつ
の開口が対応した制限絞りとを有し、成形絞りの
像または光源の像を物点としてこの物点を前記
各々のレンズにより試料面に結像する光学系を備
えたマルチビーム方式の荷電ビーム露光装置にお
いて前記複数個のレンズのうちの荷電ビームの主
軌道がレンズ光軸に対して斜めに入射するレンズ
に対応する制限絞りを、入射する荷電ビームの主
軌道がレンズ内のある点を通過したときにレンズ
の収差が最小になるその点を通過するように制限
絞りの開口中心をそれぞれのレンズ光軸に対して
ずらした位置に設置したことを特徴とする荷電ビ
ーム露光装置。1 It has a matrix lens in which a plurality of lenses are arranged in a two-dimensional manner, and a limiting diaphragm with one aperture corresponding to each of these lenses. In a multi-beam charged beam exposure apparatus equipped with an optical system that images an object point on a sample surface using each of the lenses, the main trajectory of the charged beam of the plurality of lenses is oblique to the optical axis of the lens. The aperture center of each limiting diaphragm is set so that when the main trajectory of the incident charged beam passes through a certain point in the lens, it passes through that point where the aberration of the lens is minimized. A charged beam exposure device characterized in that it is installed at a position offset from a lens optical axis.