JPH11224846A - Reticule lighting optical system - Google Patents
Reticule lighting optical systemInfo
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- JPH11224846A JPH11224846A JP10036605A JP3660598A JPH11224846A JP H11224846 A JPH11224846 A JP H11224846A JP 10036605 A JP10036605 A JP 10036605A JP 3660598 A JP3660598 A JP 3660598A JP H11224846 A JPH11224846 A JP H11224846A
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Landscapes
- Electron Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、感応基板（半導体
ウェハ等）上に縮小投影されるパターンを有するレチク
ルを電子ビーム照明する光学系に関する。特には、レチ
クルに当たる照明ビームが一様で必要最小限の寸法とな
るように改良を加えたレチクル照明光学系に関する。さ
らに、ビーム状態が悪化してもクロスオーバ制限開口で
確実にビームを制限できるよう、あるいはレチクルを照
明するビームの電流密度をレンズ動作で迅速に変化させ
ることができるよう改良を加えたレチクル照明光学系に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system for irradiating a reticle having a pattern which is reduced and projected onto a sensitive substrate (such as a semiconductor wafer) with an electron beam. In particular, the present invention relates to a reticle illumination optical system improved so that an illumination beam impinging on the reticle has a uniform and minimum dimension. Further, the reticle illumination optics has been improved so that even if the beam condition deteriorates, the beam can be reliably limited by the crossover limiting aperture or the current density of the beam illuminating the reticle can be quickly changed by the lens operation. About the system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】可変成形ビーム描画方式の露光装置用の
電子銃では、電子銃のクロスオーバをレンズで拡大結像
し、結像した位置にクロスオーバを制限する開口を設け
る光学系が公知である（K. Saito, J. Kato, N. Shimaz
u and A. Shimizu, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35(199
6) P6435 ）。2. Description of the Related Art In an electron gun for an exposure apparatus using a variable shaped beam drawing method, an optical system is known in which a crossover of an electron gun is magnified and imaged by a lens and an opening for limiting the crossover is formed at the imaged position. (K. Saito, J. Kato, N. Shimaz
u and A. Shimizu, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35 (199
6) P6435).
【０００３】上記の可変成形ビーム描画方式は、回路パ
ターンの一部の形状を有するビームを光学系中の複数の
成形開口を用いて成形し、該ビームをウェハに照射して
当該形状のパターンを形成するものである。同方式は、
一単位露光領域の広さが狭い（一例、最大５μm 角）た
めスループットが低いという問題点を有する。そこで、
スループットを向上できる方式として、キャラクタープ
ロジェクションあるいはブロック露光等と呼ばれる図形
部分一括露光方式が実用化されている。図形部分一括露
光方式では、繰り返し性のある回路の小パターン（ウェ
ハ上で５μm 角程度）を、同様の小パターンが複数種類
形成されたマスクを用いて、１個の小パターンを一単位
として繰り返し転写露光を行う。しかし、この図形部分
一括露光方式では非繰り返し部の描画に長時間を要する
ため、本格的な半導体集積回路装置（ＤＲＡＭ等）の実
生産におけるウェハ露光に応用するにはスループットが
１桁程度低い。また最近生産量が増えてきているマイク
ロプロセッサーではパターンの繰り返し性があまりない
ため上記部分一括露光方式のメリットはほとんどない。In the above-mentioned variable shaping beam writing method, a beam having a partial shape of a circuit pattern is shaped by using a plurality of shaping openings in an optical system, and the beam is irradiated onto a wafer to form a pattern having the shape. To form. The method is
There is a problem that the throughput is low because the width of one unit exposure area is narrow (for example, a maximum of 5 μm square). Therefore,
As a method capable of improving the throughput, a figure partial batch exposure method called character projection or block exposure has been put to practical use. In the pattern part batch exposure method, a small pattern of a repeatable circuit (about 5 μm square on a wafer) is repeated using a mask in which a plurality of types of similar small patterns are formed, with one small pattern as one unit. Perform transfer exposure. However, since the graphic partial batch exposure method requires a long time to draw a non-repeated portion, the throughput is reduced by about one digit when applied to wafer exposure in actual production of a full-scale semiconductor integrated circuit device (DRAM or the like). Further, in a microprocessor whose production is increasing recently, there is almost no merit of the above-mentioned partial batch exposure method since there is not much pattern repetition.
【０００４】一方、図形部分一括露光方式よりも飛躍的
に高スループットをねらいかつマイクロプロセッサーで
も有利な電子ビーム転写露光方式として、一個の半導体
チップ全体の回路パターンを備えたマスクの一部領域に
電子ビームを照射し、その照射領域のパターンの像を二
段の投影レンズにより縮小転写する電子ビーム縮小転写
装置が提案されている（例えば特開平５−１６００１２
号参照）。この種の装置では、マスクの全範囲に一括し
て電子ビームを照射して一度にパターンを転写できるほ
どの視野は得られないので、光学系の視野を多数の小領
域（主視野さらに副視野）に分割し、副視野毎に電子ビ
ーム光学系の条件を変えながらパターンを順次転写し、
ウェハ上では各副視野の像（寸法例２５０μm 角）をつ
なげて配列することにより全回路パターンを転写する、
との提案もなされている（分割転写方式、例えば米国特
許第５２６０１５１号参照）。On the other hand, as an electron beam transfer exposure system aiming at a remarkably higher throughput than the graphic partial batch exposure system and advantageous for a microprocessor, an electron beam is exposed in a partial area of a mask provided with a circuit pattern of an entire semiconductor chip. An electron beam reduction transfer apparatus has been proposed in which a beam is irradiated and an image of a pattern in the irradiation area is reduced and transferred by a two-stage projection lens (for example, JP-A-5-160012).
No.). In this type of apparatus, the field of view of the optical system is not large enough to transfer a pattern at once by irradiating the entire area of the mask with an electron beam at a time. ) And transfer the pattern sequentially while changing the conditions of the electron beam optical system for each sub-field of view.
On the wafer, the whole circuit pattern is transferred by connecting and arranging the images (250 μm square) of each sub-field of view,
(Divided transfer method, for example, see US Pat. No. 5,260,151).
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述の可変成形ビーム
方式では、成形開口の形状は単純で開口板の厚みは厚く
熱伝導は良いため、開口板が多少余分にビームで照射さ
れても、開口の変形や損傷といった問題は生じなかっ
た。しかし、上記図形部分一括露光方式や分割転写方式
におけるレチクルのように、ウェハ上に縮小転写すべき
デバイスの回路パターンそのものを備える薄いレチクル
の場合、加熱されると寸法変化が生じたり、短時間で損
傷するという問題が生じるため、レチクルを照射するビ
ームの量は必要最小限にする必要がある。In the above-mentioned variable shaping beam system, the shape of the shaping aperture is simple, the thickness of the aperture plate is large, and the heat conduction is good. There was no problem such as deformation or damage. However, in the case of a thin reticle having a circuit pattern itself of a device to be reduced-transferred onto a wafer, such as a reticle in the above-described graphic partial batch exposure method or division transfer method, a dimensional change occurs when heated, or a short time is required. Because of the problem of damage, it is necessary to minimize the amount of beam that irradiates the reticle.
【０００６】また上記の従来技術ではクロスオーバを結
像させるレンズの焦点調整を行おうとすると、電子銃の
電界も変化する可能性があるため電子銃電流も変化して
しまうおそれがあった。さらに従来技術では、成形開口
を照射する電流密度を電子銃の運転条件を変えないで可
変にすることができなかった。また、従来技術ではクロ
スオーバを制限する開口寸法がクロスオーバ寸法と同じ
であったため、クロスオーバ位置が少しでも振動あるい
はドリフトするとビーム電流が変動あるいは減少する問
題があった。さらに、従来の技術ではクロスオーバ開口
の温度上昇が著しくなるおそれがあった。In addition, in the above-described prior art, when the focus of the lens for forming the crossover is adjusted, the electric field of the electron gun may change, so that the electron gun current may change. Further, in the prior art, the current density for irradiating the forming aperture cannot be changed without changing the operation conditions of the electron gun. Further, in the related art, since the opening dimension for limiting the crossover is the same as the crossover dimension, there is a problem that the beam current fluctuates or decreases even if the crossover position vibrates or drifts even a little. Furthermore, in the conventional technique, there is a possibility that the temperature of the crossover opening will increase significantly.
【０００７】また従来の技術では、クロスオーバを拡大
するレンズの下流側には、軸合せ装置があったがクロス
オーバ拡大レンズの軸合せ装置は明示されていなかっ
た。さらに、従来の光学系では、照明光学系が複雑で且
つ長寸法であったために電子線縮小投影用の光学系の鏡
筒長を短くするのは困難で、通常のクリーンルームに入
らないおそれがあった。In the prior art, there was an axis aligning device downstream of the lens for magnifying the crossover, but the axis aligning device for the crossover magnifying lens was not specified. Further, in the conventional optical system, the illumination optical system is complicated and has a long dimension, so that it is difficult to shorten the lens barrel of the optical system for electron beam reduction projection, and there is a possibility that the optical system cannot enter a normal clean room. Was.
【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、感応基板上に縮小投影されるパターンを有
するレチクルを電子ビーム照明する光学系であって、レ
チクルに当たる照明ビームが一様で必要最小限の量にで
きる光学系を提供することを目的とする。さらに、ビー
ム状態が悪化してもクロスオーバ制限開口で確実にビー
ムを制限できるレチクル照明光学系を提供することを目
的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and is an optical system for irradiating a reticle having a pattern reduced and projected on a sensitive substrate with an electron beam, wherein an illumination beam impinging on the reticle is uniform. It is an object of the present invention to provide an optical system that can be reduced to a necessary minimum. It is a further object of the present invention to provide a reticle illumination optical system capable of reliably restricting a beam with a crossover restricting aperture even if the beam condition deteriorates.
【０００９】さらに、以下のような諸特徴を有するレチ
クル照明光学系を提供することを目的とする。 縮小投影に使用可能で、レチクルに照射するビーム
を必要最小限にできる。 電子銃条件を変えても確実にクロスオーバでビーム
を制限することができる。 レチクルを照射する電流密度をレンズ動作で可変に
できる。 クロスオーバの光軸垂直方向（ＸＹ方向）の位置が
少々振動あるいはドリフトしても、クロスオーバ開口を
通過するビーム電流の変化が小さい。 クロスオーバ開口が熔けたり高温で変形することが
ない。 クロスオーバを拡大するレンズを収差の小さい近軸
条件で使用できる。 クリーンルームに容易に入る程度の高さで済む。Another object of the present invention is to provide a reticle illumination optical system having the following features. It can be used for reduction projection, and the beam irradiated on the reticle can be minimized. Even if the electron gun conditions are changed, the beam can be reliably limited by the crossover. The current density for irradiating the reticle can be changed by the lens operation. Even if the position of the crossover in the direction perpendicular to the optical axis (XY direction) slightly vibrates or drifts, the change in the beam current passing through the crossover aperture is small. The crossover openings do not melt or deform at high temperatures. A lens that expands the crossover can be used under paraxial conditions with small aberration. The height is enough to easily enter the clean room.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のレチクル照明光学系は、 感応基板上に縮
小投影されるパターンを有するレチクルを電子ビーム照
明する光学系であって；ビーム加速電圧５０kV以上の電
子銃と、 電子銃が作るクロスオーバを拡大結像するレ
ンズと、 クロスオーバの結像位置に設けられた、クロ
スオーバ周辺部のビームを取り除くクロスオーバ制限開
口と、 クロスオーバ制限開口の下流側に設けられたコ
ンデンサレンズと、 コンデンサレンズの下流側に設け
られた成形開口と、 成形開口で成形されたビームを平
行化してレチクルに垂直に入射させる照射レンズと、
を具備することを特徴とする。成形開口の上流側にクロ
スオーバ周辺部のビームを取り除くクロスオーバ制限開
口を設けたので、成形開口やレチクルに照射されるビー
ムを一様かつ最小限の断面積とできる。In order to solve the above-mentioned problems, a reticle illumination optical system according to the present invention is an optical system for irradiating a reticle having a pattern which is reduced and projected onto a sensitive substrate with an electron beam; An electron gun with a voltage of 50 kV or more, a lens for enlarging and imaging the crossover created by the electron gun, a crossover restriction aperture provided at the crossover imaging position for removing a beam around the crossover, and a crossover restriction A condenser lens provided on the downstream side of the opening, a forming opening provided on the downstream side of the condenser lens, and an irradiation lens for collimating the beam formed by the forming opening and vertically incident on the reticle;
It is characterized by having. Since the crossover restriction opening for removing the beam at the periphery of the crossover is provided on the upstream side of the forming opening, the beam irradiated on the forming opening and the reticle can have a uniform and minimum cross-sectional area.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明のレチクル照明光学系にお
いては、上記クロスオーバを拡大するレンズが、電子銃
電流を変えることなく焦点距離を可変とできる静電レン
ズであることが好ましい。この静電レンズは、焦点距離
を変える電極のポテンシャルがカソード表面に影響を与
えないので、電子銃電流を変えることなく焦点距離を可
変とでき、その結果、レンズ焦点距離と電子銃電流を独
立に調整できる等の効果が期待できる。さらに、この静
電レンズを電子銃内部に組み込む場合には、クロスオー
バとレンズ間の距離を短くすることができ、大きい拡大
率のクロスオーバ像をクロスオーバ制限開口上に形成で
きる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the reticle illumination optical system according to the present invention, it is preferable that the lens that enlarges the crossover is an electrostatic lens that can change the focal length without changing the electron gun current. This electrostatic lens can change the focal length without changing the electron gun current because the potential of the electrode that changes the focal length does not affect the cathode surface. As a result, the lens focal length and the electron gun current can be independently controlled. An effect such as adjustment can be expected. Further, when this electrostatic lens is incorporated in the electron gun, the distance between the crossover and the lens can be shortened, and a crossover image having a large magnification can be formed on the crossover restriction aperture.
【００１２】本発明においては、上記静電レンズの上流
側に軸合せ装置が設けられていることが好ましい。この
軸合せ装置は、電子銃から射出される電子ビームの軸を
上記静電レンズの軸に合わせるものである。この軸合せ
装置により、クロスオーバを拡大する静電レンズを収差
の小さい近軸条件で用いることができ、クロスオーバ像
にコマ収差や非点収差が混入しない等の効果が期待でき
る。In the present invention, it is preferable that a shaft aligning device is provided upstream of the electrostatic lens. This axis aligning apparatus aligns the axis of the electron beam emitted from the electron gun with the axis of the electrostatic lens. With this axis aligning device, an electrostatic lens that enlarges the crossover can be used under paraxial conditions with small aberration, and an effect such that coma aberration and astigmatism are not mixed into the crossover image can be expected.
【００１３】本発明においては、上記コンデンサレンズ
が少なくとも二段のレンズで構成されており、該二段の
レンズのズームレンズ作用により上記成形開口に照射さ
れるビームの電流密度を可変とすることが好ましい。こ
れにより、レチクルの照明ビームの電流密度を迅速に変
えることができ、異なる面積率のレチクルでもビーム電
流をほぼ同一に保つ等の効果が期待できる。In the present invention, the condenser lens is constituted by at least two-stage lenses, and the current density of the beam applied to the shaping aperture can be made variable by the zoom lens function of the two-stage lenses. preferable. As a result, the current density of the illumination beam of the reticle can be quickly changed, and an effect such as keeping the beam current substantially the same even with reticles having different area ratios can be expected.
【００１４】本発明においては、上記クロスオーバ制限
開口が円形であり、その径が同開口位置におけるクロス
オーバの径（電流密度が半値の部分の径）の半分程度以
下であることが好ましい。また、上記クロスオーバ制限
開口で取り除くビーム電流が、同開口への入射ビーム電
流の６０％以上であることが好ましい。クロスオーバの
電流密度はガウス分布となっているが、中央部の電流密
度が一様な部分を選択的に使用すれば、クロスオーバ像
が光軸直角方向に振動あるいはドリフトしてもクロスオ
ーバ制限開口を通過するビームの電流密度の変動は小さ
くなる。In the present invention, it is preferable that the crossover restricting opening is circular, and the diameter thereof is about half or less of the diameter of the crossover at the position of the opening (the diameter of the half of the current density). Further, it is preferable that the beam current removed by the crossover limiting aperture is 60% or more of the beam current incident on the aperture. The crossover current density has a Gaussian distribution, but if the current density in the center is selectively used, the crossover is limited even if the crossover image oscillates or drifts in the direction perpendicular to the optical axis. Fluctuations in the current density of the beam passing through the aperture are reduced.
【００１５】本発明においては、上記成形開口からレン
ズへの結像系が縮小系であることが好ましい。成形開口
における照明ビームの電流密度を下げることができるの
で、成形開口への熱負荷を下げることができる。In the present invention, it is preferable that the imaging system from the shaping aperture to the lens is a reduction system. Since the current density of the illumination beam in the forming opening can be reduced, the heat load on the forming opening can be reduced.
【００１６】本発明においては、上記クロスオーバ制限
開口が、電子ビームの上流側よりも下流側がわずかに狭
いテーパー穴であることが好ましい。クロスオーバ周辺
部のビームを取り除く開口テーパー部の面積が広くな
り、単位面積当りの吸収・散乱電子の量が減るため、熱
負荷を下げることができ開口の溶損を防止できる。ここ
で上記テーパー角は５５〜８９．５°が妥当である。In the present invention, the crossover restriction opening is preferably a tapered hole that is slightly narrower on the downstream side than on the upstream side of the electron beam. The area of the tapered opening for removing the beam at the periphery of the crossover is increased, and the amount of absorbed / scattered electrons per unit area is reduced, so that the heat load can be reduced and the opening can be prevented from being melted. Here, the taper angle is suitably 55 to 89.5 °.
【００１７】本発明においては、上記クロスオーバ制限
開口の開口周辺を構成する開口板が、銀、銅又は表面導
電処理されたダイヤモンド等の高熱伝導材からなること
が好ましい。また、上記クロスオーバ制限開口の開口周
辺を構成する開口板が水冷されていることが好ましい。
放熱性に優れるので開口の溶損を防止できる。ここで表
面導電処理されたダイヤモンドの形成例としては、金属
製の基板の中央部に開口６を形成したダイヤモンドを埋
込み、このダイヤモンドの表面にイオン注入法により水
素やボロン等のイオンを打ち込む方法（電子イオンビー
ムハンドブック第２版又は第３版参照）を挙げることが
できる。In the present invention, it is preferable that the aperture plate forming the periphery of the crossover limiting aperture is made of a high heat conductive material such as silver, copper, or diamond with surface conductive treatment. Further, it is preferable that an opening plate constituting the periphery of the opening of the crossover restriction opening is water-cooled.
Since it has excellent heat dissipation, it is possible to prevent the opening from being melted. Here, as an example of forming the surface-conductive diamond, a diamond having an opening 6 formed in the center of a metal substrate is implanted, and ions such as hydrogen and boron are implanted into the surface of the diamond by ion implantation ( Electron ion beam handbook 2nd edition or 3rd edition).
【００１８】以下、図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明の１実施例に係るレチクル照明光学系を有す
る電子ビーム転写露光装置の結像関係を示す図である。
この図は、横方向を縦方向の４００倍に拡大して描いた
図である。電子銃１は光学系の最上流側にあって、下方
に向けて電子ビーム（一点鎖線）を射出する。電子銃１
の下流側には、２個の軸合せコイル１４、１５が配置さ
れている。さらにその下流側には、クロスオーバ拡大用
のコンデンサレンズ２が配置されている。軸合せコイル
１４、１５は、光軸直角方向（Ｘ、Ｙ方向）に電子ビー
ムを偏向させて、コンデンサレンズ２の軸芯に電子ビー
ムを合わせる。これにより、クロスオーバを拡大する静
電レンズが収差の小さい近軸条件で用いられるので、静
電レンズがコマ収差や非点収差を発生させることがな
く、円形断面のクロスオーバ像を形成することができ
る。コンデンサレンズ２は、詳しくは図２を参照しつつ
後述するが、電子銃電流を変えることなく焦点距離を可
変とできる静電レンズである。Hereinafter, description will be made with reference to the drawings. FIG.
FIG. 1 is a diagram showing an image forming relationship of an electron beam transfer exposure apparatus having a reticle illumination optical system according to one embodiment of the present invention.
This drawing is a drawing in which the horizontal direction is enlarged to 400 times the vertical direction. The electron gun 1 is located at the most upstream side of the optical system and emits an electron beam (dashed line) downward. Electron gun 1
On the downstream side of the axis, two alignment coils 14 and 15 are arranged. Further downstream, a condenser lens 2 for expanding the crossover is arranged. The axis alignment coils 14 and 15 deflect the electron beam in a direction perpendicular to the optical axis (X and Y directions) to align the electron beam with the axis of the condenser lens 2. Accordingly, since the electrostatic lens that expands the crossover is used under paraxial conditions with small aberration, the electrostatic lens does not generate coma or astigmatism, and forms a crossover image with a circular cross section. Can be. The condenser lens 2 is an electrostatic lens that can change the focal length without changing the electron gun current, which will be described later in detail with reference to FIG.
【００１９】コンデンサレンズ２の下流側には、クロス
オーバ制限開口３が配置されている。この開口３には、
コンデンサレンズ２によって、電子銃から放出された電
子線のクロスオーバ拡大像が結像する。なお、コンデン
サレンズ２によるクロスオーバの拡大率は、例えば２〜
２０が適当な範囲である。このクロスオーバ制限開口３
の径は、拡大されたクロスオーバ像よりも大きく、５０
〜６０％以上のビーム電流は散乱又は吸収により取り除
かれる。このクロスオーバ制限開口３の詳細については
図３を参照しつつ後述する。なお、クロスオーバ制限開
口３で散乱された電子線は、コンデンサレンズ５と照射
レンズ７の間に配置されたクロスオーバ開口１３で取り
除かれる。Downstream of the condenser lens 2, a crossover limiting opening 3 is arranged. In this opening 3,
The condenser lens 2 forms a crossover enlarged image of the electron beam emitted from the electron gun. The magnification of the crossover by the condenser lens 2 is, for example, 2 to 2.
20 is a suitable range. This crossover restriction opening 3
Is larger than the magnified crossover image and 50
Beam currents of ６０60% or more are removed by scattering or absorption. The details of the crossover restriction opening 3 will be described later with reference to FIG. The electron beam scattered by the crossover restricting aperture 3 is removed by the crossover aperture 13 disposed between the condenser lens 5 and the irradiation lens 7.
【００２０】クロスオーバ制限開口３の下流側には、二
段のコンデンサレンズ４、５が配置されている。クロス
オーバ制限開口３を出た電子ビームは、コンデンサレン
ズ４、５により、クロスオーバ開口１３に結像される。
この二段のコンデンサレンズ４、５のズームレンズ作用
により、焦点位置（クロスオーバ像位置）を変えること
なくクロスオーバ開口１３におけるクロスオーバ像の径
を変化させることができる。Downstream of the crossover restriction opening 3, two-stage condenser lenses 4, 5 are arranged. The electron beam that has passed through the crossover restriction aperture 3 is imaged on the crossover aperture 13 by the condenser lenses 4 and 5.
The diameter of the crossover image at the crossover opening 13 can be changed without changing the focal position (crossover image position) by the zoom lens action of the two-stage condenser lenses 4 and 5.
【００２１】下のコンデンサレンズ５の直下には照明ビ
ームの成形開口６が配置されている。この成形開口６
は、この例では２mm角の正方形であり、レチクル８に当
てる照明ビームを正方形に成形する。成形開口６の下流
側には、上述のクロスオーバ開口１３が配置されてい
る。クロスオーバ開口１３の下流側には、照射レンズ７
が配置されている。照射レンズ７は、電子ビームを平行
化し、同ビームはレチクル８に垂直に入射する。レチク
ル８に当たる照明ビームはこの例では１mm角である。す
なわち、成形開口６からレチクル８に至る結像系は縮小
系であるため成形開口６を大きい寸法にできる。そのた
め成形開口６での電流密度が小さいので、開口が電子線
照射で熔けることはなく、開口の製作精度もそれほど厳
しくなくてもすむ。Immediately below the lower condenser lens 5, an illumination beam shaping aperture 6 is arranged. This forming opening 6
Is a square of 2 mm square in this example, and the illumination beam applied to the reticle 8 is shaped into a square. The crossover opening 13 described above is arranged downstream of the forming opening 6. On the downstream side of the crossover opening 13, the irradiation lens 7
Is arranged. The irradiation lens 7 collimates the electron beam, and the beam is perpendicularly incident on the reticle 8. The illumination beam impinging on the reticle 8 is 1 mm square in this example. That is, since the imaging system from the forming opening 6 to the reticle 8 is a reduction system, the size of the forming opening 6 can be increased. Therefore, since the current density in the forming opening 6 is small, the opening does not melt by electron beam irradiation, and the manufacturing accuracy of the opening does not need to be very strict.
【００２２】レチクル８は、薄いＳｉ膜に回路パターン
が孔として形成されたもの（ステンシルマスク）が代表
的である。レチクル８の下流側には、一段目の投影レン
ズ９、クロスオーバ開口１０、二段目の投影レンズ１
１、ウェハ（感応基板）１２が、この順に配置されてい
る。このレチクル８を通ってパターン化された電子ビー
ムは、二段の投影レンズ９、１１により縮小され、ウェ
ハ１２上に投影結像される。両投影レンズ９、１１の間
にはクロスオーバC.O.が形成され、その位置にクロスオ
ーバ開口１０が配置されている。しかし、同開口１０は
クロスオーバ径よりも十分大きいため、レチクル８のパ
ターン孔を通過した電子ビームは、ほとんど遮蔽される
ことなウェハ１２上に結像される。なお、レチクル８の
パターン孔以外の部分で散乱された電子ビームは、ほと
んどがクロスオーバ開口１０で遮蔽される。図中の二点
鎖線１６は、成形開口６の寸法とＺ方向位置を容易に設
計するための補助線である。The reticle 8 typically has a circuit pattern formed as a hole in a thin Si film (stencil mask). Downstream of the reticle 8, a first-stage projection lens 9, a crossover aperture 10, and a second-stage projection lens 1
1. A wafer (sensitive substrate) 12 is arranged in this order. The electron beam patterned through the reticle 8 is reduced by the two-stage projection lenses 9 and 11 and is projected and imaged on the wafer 12. A crossover CO is formed between the two projection lenses 9 and 11, and a crossover opening 10 is arranged at that position. However, since the aperture 10 is sufficiently larger than the crossover diameter, the electron beam that has passed through the pattern hole of the reticle 8 is imaged on the wafer 12 which is almost not shielded. Most of the electron beam scattered at portions other than the pattern holes of the reticle 8 is blocked by the crossover opening 10. A two-dot chain line 16 in the figure is an auxiliary line for easily designing the size and the position in the Z direction of the forming opening 6.
【００２３】本実施例の電子ビーム露光装置では、ビー
ム光路長は２ｍとなり、鏡筒長は２．３ｍ程度となる。
試料台を１ｍとしても、露光装置全体で長さ３．３ｍと
なり通常のクリーンルームに十分収まる。本実施例のレ
チクル照明光学系がこのように短くできた理由は、成形
開口をレチクル面に結像させるのにわずか１段のレンズ
で可能にしたこと、及び第１コンデンサレンズを静電レ
ンズにしたことである。In the electron beam exposure apparatus of this embodiment, the beam optical path length is 2 m, and the lens barrel length is about 2.3 m.
Even if the sample stage is 1 m, the length of the entire exposure apparatus is 3.3 m, which is enough to fit in a normal clean room. The reason that the reticle illumination optical system of the present embodiment can be shortened in this way is that it is possible to form an image of the forming aperture on the reticle surface with only one stage lens, and the first condenser lens is replaced with an electrostatic lens. It was done.
【００２４】図２は、図１の電子ビーム露光装置の電子
銃及びクロスオーバ拡大レンズの詳細を示す断面図であ
る。この実施例の電子銃１は、光軸方向に順に配置され
たカソード２１、ウェーネルト２２、アノード２３の３
つの電極を有する。各電極は、真空壁２９内に配置され
ている。カソード２１は、単結晶ＬａＢ6 やＷからな
り、−１００kVの負電圧が印加されている。カソード２
１の下端面からは、電子ビームがアノード２３方向に引
き出される。ウェーネルト２２は、ＭｏやＷ、ステンレ
ス等の材料からなり、本例では光軸部に円形孔２２ａを
有するリング状になっている。ウェーネルト２２には、
カソード２１よりやや低い負電圧（一例−１００．０２
kV）が印加されている。このウェーネルト２２は、カソ
ード２１から引き出される電子ビームを広がらせない作
用をなす。アノード２３はウェーネルト２２と同じく、
光軸部に円形孔を有するリング状になっており、ウェー
ネルト２２と同様の材料からなる。アノード２３の電圧
レベルは０Ｖ（グラウンドレベル）である。アノード２
３とカソード２１間の差電圧１００kVにより、カソード
２１の下端から出た電子ビームは加速される。加速され
た電子ビームはアノード２３中央の孔２３ａから図の下
方向に射出され、アノード２３の下流側直下にクロスオ
ーバC.O.を形成する。FIG. 2 is a sectional view showing details of the electron gun and the crossover magnifying lens of the electron beam exposure apparatus of FIG. The electron gun 1 of this embodiment includes a cathode 21, a Wehnelt 22, and an anode 23 which are sequentially arranged in the optical axis direction.
With two electrodes. Each electrode is arranged in the vacuum wall 29. The cathode 21 is made of a single crystal LaB 6 and W, a negative voltage of -100kV is applied. Cathode 2
An electron beam is extracted from the lower end surface of the first electrode 1 toward the anode 23. The Wehnelt 22 is made of a material such as Mo, W, or stainless steel, and has a ring shape having a circular hole 22a in the optical axis in this example. In Wehnelt 22,
A negative voltage slightly lower than that of the cathode 21 (example: 100.02)
kV) is applied. The Wehnelt 22 functions to prevent the electron beam extracted from the cathode 21 from spreading. The anode 23 is the same as the Wehnelt 22,
It has a ring shape having a circular hole in the optical axis portion, and is made of the same material as the Wehnelt 22. The voltage level of the anode 23 is 0 V (ground level). Anode 2
The electron beam emitted from the lower end of the cathode 21 is accelerated by the difference voltage of 100 kV between 3 and the cathode 21. The accelerated electron beam is emitted downward from the hole 23a at the center of the anode 23 to form a crossover CO immediately below the anode 23 on the downstream side.
【００２５】クロスオーバC.O.と同レベル（Ｚ方向位
置）で、真空壁２９の外側には、１段目の偏向器１４が
巻回されている。同偏向器１４の下流側には２段目の偏
向器１５が、真空壁２９の外側に巻回されている。真空
壁２９内のアノード２３の下流側であって、上記２段目
の偏向器１５の下流側にはクロスオーバ拡大用のコンデ
ンサレンズ２が配置されている。同レンズ２は、光軸方
向に並べて配置された３枚のリング状電極２４、２５、
２６からなるアインツェル型の静電レンズである。各電
極２４、２５、２６は、光軸部に円形孔を有するリング
状をしている。上下の電極２４、２６の電圧レベルは０
Ｖであり、真中の電極２５の電圧レベルは＋Ｖボルト
（一例５０００Ｖ）である。このレンズ２の中心孔に
は、収束レンズの作用をする電界が形成される。The first-stage deflector 14 is wound outside the vacuum wall 29 at the same level as the crossover CO (position in the Z direction). A second-stage deflector 15 is wound outside the vacuum wall 29 downstream of the deflector 14. The condenser lens 2 for crossover enlargement is disposed downstream of the anode 23 in the vacuum wall 29 and downstream of the second-stage deflector 15. The lens 2 includes three ring-shaped electrodes 24 and 25 arranged side by side in the optical axis direction.
26 is an Einzel-type electrostatic lens. Each of the electrodes 24, 25, and 26 has a ring shape having a circular hole in the optical axis portion. The voltage level of the upper and lower electrodes 24 and 26 is 0
V, and the voltage level of the middle electrode 25 is + V volt (for example, 5000 V). An electric field acting as a converging lens is formed in the center hole of the lens 2.
【００２６】偏向器１４と１５のペアは、図２に一点鎖
線で示したようにビーム軸をシフトするモードと、破線
で示したようにレンズ２の中心を支点にして角度を変化
させるモードの２つのモードで動作できるよう、偏向器
１４、１５の電流比を調整する。そしてレンズ２の中央
の電極２５の印加電圧の値をＶ1 、Ｖ1 ＋αという２つ
の値に変化させた時に、レンズ２の下流側でビーム軸が
変化しないよう軸合せを行った。レンズ２への軸合せコ
イル１４、１５は電子銃室外の真空でない領域に２段設
けることによって静電レンズ２の電圧センターを取るこ
とができた。なお、電圧センターを取るとは、静電レン
ズの電圧を変化させた時、レンズを出る主光線の軌道が
変化しないということであって、主光線がレンズ中心を
通っているので静電レンズの収差が小さいという効果が
ある。The pair of deflectors 14 and 15 has a mode in which the beam axis is shifted as shown by a dashed line in FIG. 2 and a mode in which the angle is changed with the center of the lens 2 as a fulcrum as shown by a broken line. The current ratio of the deflectors 14 and 15 is adjusted so as to operate in two modes. When the value of the voltage applied to the center electrode 25 of the lens 2 was changed to two values, V 1 and V 1 + α, the axes were aligned so that the beam axis did not change downstream of the lens 2. The voltage center of the electrostatic lens 2 could be taken by providing two stages of the axis alignment coils 14 and 15 to the lens 2 in a non-vacuum area outside the electron gun chamber. Note that taking the voltage center means that the trajectory of the principal ray exiting the lens does not change when the voltage of the electrostatic lens is changed, and the principal ray passes through the center of the lens. There is an effect that aberration is small.
【００２７】図３は、図１の電子ビーム露光装置のクロ
スオーバ制限開口の詳細を示す図である。（Ａ）はクロ
スオーバ制限開口におけるクロスオーバ像の電流密度分
布を、（Ｂ）はクロスオーバ制限開口の断面図を示す。
開口板３は、銀や銅等の熱伝導のよい材料の板からな
り、光軸部に開口（テーパー孔部３ｂ、ストレート孔部
３ｃ）が開けられている。開口板３の上面３ａ及び下面
３ｄには水冷ジャケット３３、３５が付設されており、
開口板を冷却している。FIG. 3 is a diagram showing details of the crossover limiting aperture of the electron beam exposure apparatus of FIG. (A) shows a current density distribution of a crossover image in the crossover restriction opening, and (B) shows a cross-sectional view of the crossover restriction opening.
The aperture plate 3 is made of a plate made of a material having good heat conductivity, such as silver or copper, and has openings (tapered holes 3b and straight holes 3c) in the optical axis. Water cooling jackets 33 and 35 are attached to the upper surface 3a and the lower surface 3d of the opening plate 3, respectively.
The aperture plate is being cooled.
【００２８】開口３の断面形状は、電子銃側の孔径Ｄ2
が反対側の孔径Ｄ3 よりわずかに大きいテーパー孔にな
っている。したがって、開口に入射する電子線は、図３
（Ｂ）中に模式的に示すように、孔の斜面に斜入射する
ため散乱される量が大きく、また斜面での電流密度はｓ
ｉｎθ倍に小さくなり、開口の溶損が避けられる。さら
に、開口の周辺部が水冷ジャケット３３、３５によって
水冷されているので、確実に冷却できる。散乱されたビ
ームは光軸に平行近く進む成分はなく、下流側のクロス
オーバ開口（図１の符号１３）で取り除かれる。The cross-section of the opening 3 has a hole diameter D 2 on the electron gun side.
There has been a slightly larger taper hole than hole diameter D 3 opposite. Therefore, the electron beam incident on the aperture is in FIG.
As schematically shown in (B), since the light is obliquely incident on the slope of the hole, the amount of scattering is large, and the current density on the slope is s.
It becomes smaller by inθ times, and the melting of the opening can be avoided. Furthermore, since the periphery of the opening is water-cooled by the water-cooling jackets 33 and 35, it can be cooled reliably. The scattered beam has no component traveling nearly parallel to the optical axis and is removed at the downstream crossover aperture (reference numeral 13 in FIG. 1).
【００２９】本実施例では、クロスオーバの拡大像の直
径Ｄ1 （電流密度の半値部）が２mmφで、開口３の絞ら
れたストレート孔３ｃの直径Ｄ3 を１mmとした。したが
ってガウス分布となるクロスオーバの電流密度分布３１
の傾斜の小さい中央部で、電子ビームが開口を通過する
か散乱されるかが決まる。したがって少々クロスオーバ
像がＸＹ方向に振動あるいはドリフトしても開口を通る
ビーム量は、ほとんど振動あるいはドリフトしない。In this embodiment, the diameter D 1 (half value of the current density) of the enlarged image of the crossover is 2 mmφ, and the diameter D 3 of the narrowed straight hole 3 c of the opening 3 is 1 mm. Therefore, the crossover current density distribution 31 having a Gaussian distribution
The center of the small slope determines whether the electron beam passes through the aperture or is scattered. Therefore, even if the crossover image slightly vibrates or drifts in the XY directions, the beam amount passing through the aperture hardly vibrates or drifts.
【００３０】さらに円形開口３の断面はθ（一例１°）
程度のテーパーを設けてある。したがって光軸に平行に
入射したビームは１／ｓｉｎθ倍広い領域に入射するの
で、電流密度はｓｉｎθ倍すなわち０．０１７４倍に小
さくなり、開口の溶損を防げる。またテーパー面で散乱
された電子線は光軸と１度以上の角度で散乱されるの
で、後方の開口で取り除かれレチクルには達しない。Further, the cross section of the circular opening 3 is θ (1 ° in one example).
It is provided with a degree of taper. Therefore, the beam incident parallel to the optical axis is incident on an area that is 1 / sin θ times wider, so that the current density is reduced to sin θ times, that is, 0.0174 times, so that the opening can be prevented from being melted. Since the electron beam scattered on the tapered surface is scattered at an angle of 1 degree or more with respect to the optical axis, it is removed at the rear opening and does not reach the reticle.
【００３１】図１の右側に、本実施例の電子ビーム露光
装置の光軸方向の寸法をcmで示した。この図から読み取
れるように電子銃カソードから試料面までの距離は２０
０cmであり、十分クリーンルームに収めることができ
る。On the right side of FIG. 1, the dimension in the optical axis direction of the electron beam exposure apparatus of this embodiment is shown in cm. As can be seen from this figure, the distance from the electron gun cathode to the sample surface is 20
It is 0 cm and can be stored in a clean room.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、成形開口の上流側にクロスオーバ周辺部のビ
ームを取り除くクロスオーバ制限開口を設けたので、成
形開口やレチクルに照射されるビームを一様かつ最小限
の量とできる。そのため、レチクルに当たる照明ビーム
が一様で必要最小限の量にできるレチクル照明光学系を
提供できる。さらに、ビーム状態が悪化してもクロスオ
ーバ制限開口で確実にビームを制限できるレチクル照明
光学系を提供できる。As is apparent from the above description, according to the present invention, a crossover restricting opening for removing a beam in the peripheral portion of the crossover is provided upstream of the forming opening, so that the forming opening and the reticle are irradiated. Beam can be uniform and minimal. Therefore, it is possible to provide a reticle illumination optical system in which an illumination beam impinging on the reticle is uniform and can be reduced to a necessary minimum amount. Further, it is possible to provide a reticle illumination optical system capable of surely restricting a beam with the crossover restriction aperture even if the beam condition deteriorates.
【図１】本発明の１実施例に係るレチクル照明光学系を
有する電子ビーム転写露光装置の結像関係を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing an imaging relationship of an electron beam transfer exposure apparatus having a reticle illumination optical system according to one embodiment of the present invention.
【図２】図１の電子ビーム露光装置の電子銃及びクロス
オーバ拡大レンズの詳細を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing details of an electron gun and a crossover magnifying lens of the electron beam exposure apparatus of FIG.
【図３】図１の電子ビーム露光装置のクロスオーバ制限
開口の詳細を示す図である。（Ａ）はクロスオーバ制限
開口におけるクロスオーバ像の電流密度分布を、（Ｂ）
はクロスオーバ制限開口の断面図を示す。FIG. 3 is a diagram showing details of a crossover limiting aperture of the electron beam exposure apparatus of FIG. 1; (A) shows the current density distribution of the crossover image at the crossover limiting aperture, and (B)
Shows a cross-sectional view of the crossover restriction opening.
１ 電子銃 ２ コンデンサレ
ンズ ３ クロスオーバ制限開口 ４、５ コンデン
サレンズ ６ ビーム成形開口 ７ 照射レンズ ８ レチクル ９ 一段目の投影
レンズ １０ クロスオーバ開口 １１ 二段目の投
影レンズ １２ ウェハ １３ クロスオー
バ開口 １４、１５ 軸合せコイル ２１ カソード ２２ ウェーネルト ２３ アノード ２４、２５ ２６ リング状電極 ２９ 真空壁 ３３、３５ 水冷ジャケットDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2 Condenser lens 3 Crossover limiting aperture 4, 5 Condenser lens 6 Beam shaping aperture 7 Irradiation lens 8 Reticle 9 First stage projection lens 10 Crossover aperture 11 Second stage projection lens 12 Wafer 13 Crossover aperture 14, 15 Alignment coil 21 Cathode 22 Wehnelt 23 Anode 24, 25 26 Ring electrode 29 Vacuum wall 33, 35 Water cooling jacket
Claims (11)
有するレチクルを電子ビーム照明する光学系であって；
ビーム加速電圧５０kV以上の電子銃と、 電子銃が作るクロスオーバを拡大結像するレンズと、 クロスオーバの結像位置に設けられた、クロスオーバ周
辺部のビームを取り除くクロスオーバ制限開口と、 クロスオーバ制限開口の下流側に設けられたコンデンサ
レンズと、 コンデンサレンズの下流側に設けられた成形開口と、 成形開口で成形されたビームを平行化してレチクルに垂
直に入射させる照射レンズと、 を具備することを特徴とするレチクル照明光学系。1. An optical system for irradiating a reticle having a pattern to be reduced-projected on a sensitive substrate with an electron beam;
An electron gun with a beam acceleration voltage of 50 kV or more, a lens for enlarging and imaging the crossover created by the electron gun, a crossover restriction aperture for removing a beam around the crossover provided at the image position of the crossover, A condenser lens provided on the downstream side of the over-restriction aperture, a forming opening provided on the downstream side of the condenser lens, and an irradiation lens for collimating a beam formed by the forming opening and vertically entering the reticle. A reticle illumination optical system.
電子銃電流を変えることなく焦点距離を変えることので
きる静電レンズであることを特徴とする請求項１記載の
レチクル照明光学系。2. A lens for enlarging the crossover,
2. A reticle illumination optical system according to claim 1, wherein said reticle illumination optical system is an electrostatic lens capable of changing a focal length without changing an electron gun current.
設けられていることを特徴とする請求項２記載のレチク
ル照明光学系。3. The reticle illumination optical system according to claim 2, wherein an axis aligning device is provided upstream of said electrostatic lens.
のレンズで構成されており、該二段のレンズのズームレ
ンズ作用により上記成形開口に照射されるビームの電流
密度を可変としたことを特徴とする請求項１記載のレチ
クル照明光学系。4. The condenser lens according to claim 1, wherein the condenser lens is constituted by at least two-stage lenses, and the current density of a beam applied to the shaping aperture is made variable by a zoom lens function of the two-stage lenses. The reticle illumination optical system according to claim 1.
り、その径が同開口位置におけるクロスオーバの径（電
流密度が半値の部分の径）の半分程度以下であることを
特徴とする請求項１記載のレチクル照明光学系。5. The crossover restricting opening is circular, and has a diameter that is about half or less of a crossover diameter at the same opening position (a diameter of a portion where a current density is a half value). The reticle illumination optical system described in the above.
ーム電流が、同開口への入射ビーム電流の６０％以上で
あることを特徴とする請求項１記載のレチクル照明光学
系。6. The reticle illumination optical system according to claim 1, wherein a beam current removed by the crossover limiting aperture is 60% or more of a beam current incident on the aperture.
小系であることを特徴とする請求項１記載のレチクル照
明光学系。7. The reticle illumination optical system according to claim 1, wherein the image forming system from the shaping aperture to the lens is a reduction system.
ムの上流側よりも下流側がわずかに狭いテーパー穴であ
ることを特徴とする請求項１記載のレチクル照明光学
系。8. The reticle illumination optical system according to claim 1, wherein the crossover limiting aperture is a tapered hole that is slightly narrower on the downstream side than on the upstream side of the electron beam.
構成する開口板が、銀、銅又は表面導電処理されたダイ
ヤモンド等の高熱伝導材からなることを特徴とする請求
項１記載のレチクル照明光学系。9. The reticle illumination optical system according to claim 1, wherein the aperture plate surrounding the opening of the crossover restriction aperture is made of a high thermal conductive material such as silver, copper, or diamond with a surface conductive treatment. system.
を構成する開口板が水冷されていることを特徴とする請
求項１記載のレチクル照明光学系。10. The reticle illumination optical system according to claim 1, wherein an aperture plate surrounding the crossover restriction aperture is water-cooled.
での長さが２．４ｍ以下であることを特徴とする請求項
１記載のレチクル照明光学系。11. The reticle illumination optical system according to claim 1, wherein the length from the cathode of the electron gun to the sensitive substrate is 2.4 m or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10036605A JPH11224846A (en) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Reticule lighting optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10036605A JPH11224846A (en) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Reticule lighting optical system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224846A true JPH11224846A (en) | 1999-08-17 |
Family
ID=12474440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10036605A Pending JPH11224846A (en) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | Reticule lighting optical system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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