JP3908294B2 - Electron beam exposure apparatus and electron beam exposure method for reducing current amount of electron beam - Google Patents
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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方法及び装置に関し、詳しくは電子ビームに対する高い加速電圧を必要とする電子ビーム露光方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ICの高集積度化を進歩させる半導体の微細加工技術として、試料の露光に電子ビームを用いる電子ビーム露光方式が実現されている。高いスループットで高精度に加工を行える電子ビーム露光方式として、可変矩形露光方式、ブロック露光方式、ブランキングアパーチャーアレー(BAA)露光方式等がある。
【0003】
図7に従来のブロック露光方式の電子ビーム露光装置の露光コラム部(光学系)110を示す。露光コラム部110は、カソード電極111、ウェーネルト112およびアノード113を有する電子ビーム発生源(電子銃)114を含む。露光コラム部110は更に、電子ビームを例えば矩形状に整形する第1のスリット115と、整形されたビームを収束させる第1電子レンズ116を含む。露光コラム部110は更に、対向して設けられた第2及び第3のレンズ118及び119と、この第2レンズと第3レンズの間に水平方向に移動可能に装着されたブロックマスク120を含む。ブロックマスク120上には、種々のパターンの透過孔が設けられている。そのうちの一つを選択し、第1〜第4の偏向器121、122、123、及び124を用いて電子ビームを偏向し、選択されたパターンの透過孔に電子ビームを照射する。これによって、選択されたパターンの形状を有する電子ビームが形成される。露光コラム部110は更に、ブランキング信号に応じてビームを遮断或いは通過させるブランキング125と、ビームを縮小させる為の第4のレンズ126と、ラウンドアパーチャ127と、第5のレンズ129を含む。露光コラム部110は更に、試料W上のビーム位置決めをする主偏向器133及び副偏向器134と、試料台135に載せられた試料W上にビームを投影する為の第6の対物レンズ132を含む。
【0004】
BAA露光方式に於ては、ブロックマスク120の位置にブロックマスク120の代わりに、試料に照射する微細ビーム群を形成するための多数の開口を有したブランキングアパーチャーアレー(BAA)が配置される。また可変矩形方式においては、ブロックマスク120の代わりに電子ビームを可変な矩形形状に整形する第2のスリットが配置される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子ビーム露光装置に於て、電子銃114から発射された電子ビームの電流値を制限する構成要素としては、1)第1のスリット115、2)ブロックマスク120(或いはBAAまたは第2のスリット、以降これらを露光パターン形成開口と呼ぶ)、及び3)ラウンドアパーチャ127の3つの構成要素が挙げられる。
【0006】
電子銃114から放出された時点では数百μAの電流値である電子ビームは、第1のスリット115でカットされ、通過した電子ビームの電流値は数十μAにまで減少される。この数十μAの電流値の電子ビームが、ブロックマスク120(露光パターン形成開口)に照射される。例えば、印加電圧が50kVであり電流値は20μAであるとすると、ブロックマスク120(露光パターン形成開口)は、1. 0Wで発熱する可能性がある。
【0007】
電子ビームの電流値を制限する上記3つの構成要素のうち、第1のスリット115及びラウンドアパーチャ127はモリブデンやタングステン等の金属で構成されるため、発熱によって溶解する危険性は殆どない。しかしながらブロックマスク120(露光パターン形成開口)は、半導体技術により微細に加工される必要がありシリコンによって構成される。シリコンの融点は1440度であり、電子ビーム照射による発熱で溶解する危険性がある。
【0008】
従って、従来の電子ビーム露光装置の問題点として、電子ビームの大きな電流値によるブロックマスク等の溶解の危険性が挙げられる。
電子ビームはラウンドアパーチャ127でも部分的にカットされる。ここでラウンドアパーチャ127は、電子ビームの試料への入射半角を制限するためにクロスオーバー像をカットするように機能する。なおクロスオーバー像とは電子ビーム発生源114の像であり、クロスオーバー像が結像する位置で電子ビームをカットしても、ブロックマスク120の像に影響を与えることはない。
【0009】
ラウンドアパーチャ127はまた、電子ビームを完全にカット(ブランキング)するためにも用いられる。電子ビームをブランキングするときには、ブランキング125によって電子ビームを偏向させ、ラウンドアパーチャ127の開口部分から電子ビームを外すことによりビームを完全に遮断する。しかしながら電子ビームは空間的に大きなガウス分布をしているために、電子ビームをラウンドアパーチャ127の開口から完全に外すためには、ブランキング125によって電子ビームを大きく偏向する必要がある。従って、ブランキング125に大きな電圧を印加する必要があり、高速なブランキング動作が困難である。
【0010】
ラウンドアパーチャ127で部分的にカットされる分の電子ビームは、試料露光のためには用いられないのであるから、本来は必要ない余分な部分である。しかもこの余分な電子ビームのために、高速なブランキング動作が阻害されていることになる。
【0011】
従って、従来の電子ビーム露光装置の問題点として、余分な電子ビームによる高速なブランキング動作の阻害が挙げられる。
また電子ビームが余分な電流分を含んでいることの弊害として更に、コンタミネーションの問題が挙げられる。電子ビームの電流値が大きいと、コンタミネーション(露光コラム部110中を浮遊している塵埃等)が電子ビームによって弾かれ、露光コラム部110の構成要素に付着する可能性が高くなる。また更には、構成要素に付着したコンタミネーションに電荷が蓄積され易くなる。このようにして蓄積された電荷は、電子ビームの軌道を歪めるために好ましくない。
【0012】
従って本発明の目的は、電子ビーム露光装置に於て、余分な電子ビームをカットすることによって、構成要素の発熱による溶解の危険性を排除し、高速なブランキング動作を可能とし、更にはコンタミネーションの付着及び電荷蓄積の可能性を低減することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に於ては、電子ビーム発生源から放出された電子ビームを、露光パターン形成開口に照射して通過させることによって整形し、整形された電子ビームを試料に照射して露光を行う電子ビーム露光装置は、クロスオーバー像を結像させる電磁レンズと、該電磁レンズで結像される該クロスオーバー像の周辺部をカットして該電子ビームを整形する円形開口を有する第1の板と、該電子ビームの流れに関して該第1の板より上流で該電子ビームの電流量を削減する開口を有する第2の板を含み該円形開口によって整形された電子ビームを該露光パターン形成開口に照射する。
【0014】
請求項2の発明に於ては、請求項1記載の装置に於て、前記露光パターン形成開口によって整形された電子ビームをブランキングのために偏向するブランキング電極と、偏向された電子ビームを遮断してブランキングするラウンドアパーチャーとを更に含み、前記円形開口の大きさは、該円形開口によって整形された電子ビームの該ラウンドアパーチャーの位置での大きさが該ラウンドアパーチャーの大きさに略等しくなるような大きさである。
【0015】
請求項3の発明に於ては、請求項1又は2記載の装置に於て、前記第2の板の前記開口の大きさは、前記第1の板の前記円形開口から該第2の板の該開口の大きさに依存した出射角で出射する前記電子ビームが、前記露光パターン形成開口を均一に全面照射する条件を満たすような大きさである。
【0016】
請求項4の発明に於ては、請求項3記載の装置に於て、前記第2の板の前記開口は円形である。
請求項5の発明に於ては、請求項1記載の装置に於て、前記第1の板及び前記第2の板はモリブデン製である。
【0017】
請求項6の発明に於ては、請求項1記載の装置に於て、前記電子ビームを前記第1の板の前記円形開口に通過させるための第1の偏向手段と、該電子ビームを前記第2の板の前記開口に通過させるための第2の偏向手段を更に含む。
請求項7の発明に於ては、請求項1記載の装置に於て、前記第2の板を冷却するための冷却手段を更に含む。
【0018】
請求項8の発明に於ては、請求項1記載の装置に於て、前記電子ビーム発生部を含む第1のチャンバーと、該第1のチャンバーと前記第2の板で隔てられ該第2の板の前記開口によって連結される第2のチャンバーと、該第2のチャンバーと前記第1の板で隔てられ該第1の板の前記円形開口によって連結される第3のチャンバーを更に含み、該電子ビーム発生部を含む該第1のチャンバー内を該第2のチャンバー内及び第3のチャンバー内よりも高い真空度に保つことを特徴とする。
【0019】
請求項9の発明に於ては、請求項8記載の装置に於て、前記第2のチャンバー内の真空度は前記第3のチャンバー内の真空度よりも高い。
請求項10の発明に於ては、請求項9記載の装置に於て、前記第3のチャンバーにはO3 が注入される。
【0020】
請求項11の発明に於ては、電子ビーム発生源から放出された電子ビームを、露光パターン形成開口に照射して通過させ、通過した該電子ビームを試料に照射して露光を行う電子ビーム露光方法は、a)該電子ビームを該電子ビーム発生源直下で部分的にカットしてその電流量を削減し、b)カットされた電子ビームのクロスオーバー像を結像させ、c)該クロスオーバー像の周辺部をカットして該電子ビームを整形する各段階を含み整形された電子ビームを該露光パターン形成開口に照射する。
【0021】
請求項12の発明に於ては、請求項11記載の方法に於て、前記段階c)は、前記電子ビームが偏向されたときに遮断してブランキングするためのラウンドアパーチャーの径と、該ラウンドアパーチャーの位置に於ける該整形された電子ビームの大きさとが略等しくなるような大きさに前記クロスオーバー像の周辺部をカットして該電子ビームを整形する。
【0022】
請求項13の発明に於ては、請求項11又は12記載の方法に於て、前記段階b)は、前記整形された電子ビームが該露光パターン形成開口を均一に全面照射する条件を満たすような大きさに前記電子ビームを部分的にカットしてその電流量を削減する。
【0023】
請求項1の発明に於ては、円形開口がクロスオーバー像の周辺部をカットして電子ビームを整形し、また円形開口を有する第1の板が電子ビームによる発熱で溶解しないように、第1の板より上流で第2の板に設けられた開口により電子ビームの電流量を削減する。電子ビームのクロスオーバー像の周辺部をカットして電子ビーム整形しているので、円形開口から出射された電子ビームを用いて露光パターン形成開口を照射する際に、露光パターン形成開口を有するマスクが溶解する危険性を無くすことが出来る。更にはコンタミネーションの付着及び電荷蓄積の可能性を低減することが出来る。
【0024】
請求項2の発明に於ては、円形開口の大きさは、円形開口によって整形された電子ビームのラウンドアパーチャーの位置での大きさがラウンドアパーチャーの大きさに略等しくなるような大きさに設定される。従って、偏向された電子ビームをラウンドアパーチャーによって遮断してブランキングを行う場合、高速なブランキング動作を実現することが出来る。
【0025】
請求項3の発明に於ては、第2の板の開口の大きさは、第1の板の円形開口から出射する電子ビームが、前記露光パターン形成開口を均一に全面照射する条件を満たすような大きさに設定される。従って、第2の板の開口によって電子ビームを部分的にカットしても、試料に対する露光処理に悪影響を及ぼすことがない。
【0026】
請求項4の発明に於ては、第2の板の開口は円形である。従って等方的なビーム削減を行うことが出来る。
請求項5の発明に於ては、第1の板及び第2の板はモリブデン製である。従って電子ビームの照射による発熱によって、第1の板或いは第2の板が溶解することがない。
【0027】
請求項6の発明に於ては、電子ビームを第1の板の円形開口及び第2の板の開口に通過させるために、第1の偏向手段と第2の偏向手段が設けられている。従って、第1及び第2の偏向手段を調節することによって、第1の板の円形開口及び第2の板の開口に対する電子ビームのアライメントを、容易に行うことが出来る。
【0028】
請求項7の発明に於ては、第2の板を冷却するための冷却手段が設けられている。これによって、第2の板及び周辺部の熱上昇を防ぐことが出来る。従って、電子ビーム露光装置の露光コラム部の熱上昇を低減することができ、熱による動作特性の変化を最小限に抑さえることが可能となる。
【0029】
請求項8の発明に於ては、試料に電子ビームを露光する第3のチャンバーと電子ビーム発生部を含む第1のチャンバーとは、第1の板及び第2の板で形成される第2のチャンバーによって隔てられ、第1の板の円形開口と第2の板の開口によって連結される。このような構成によって、電子ビーム発生部を含む第1のチャンバー内を、第3のチャンバー内よりも高い真空度に保つことが出来る。
【0030】
請求項9の発明に於ては、第2のチャンバー内の真空度は第3のチャンバー内の真空度よりも高い。このように差動排気を行うことによって、第1のチャンバー内に高い真空度を実現することが出来る。
請求項10の発明に於ては、第3のチャンバーにはO3 が注入される。上述の差動排気によって、第3のチャンバー内にO3 を注入しても、第1のチャンバー内の電子ビーム発生部に悪影響を与えない。
【0031】
請求項11の発明に於ては、クロスオーバー像の周辺部をカットして電子ビームを整形し、整形された電子ビームを用いて露光パターン形成開口を照射する。従って、照射された露光パターン形成開口を有するマスクが溶解する危険性を無くすことが出来る。更にはコンタミネーションの付着及び電荷蓄積の可能性を低減することが出来る。
【0032】
請求項12の発明に於ては、電子ビームが偏向されたときに遮断してブランキングするためのラウンドアパーチャーの径と、ラウンドアパーチャーの位置に於ける整形された電子ビームの大きさとが略等しくなるような大きさにクロスオーバー像の周辺部をカットする。従って、偏向された電子ビームをラウンドアパーチャーによって遮断してブランキングを行う場合、高速なブランキング動作を実現することが出来る。
【0033】
請求項13の発明に於ては、整形された電子ビームが露光パターン形成開口を均一に全面照射する条件を満たすような大きさに電子ビームを部分的にカットしてその電流量を削減する。従って、電子ビームを部分的にカットしても、試料に対する露光処理に悪影響を及ぼすことがない。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。
図1は本発明の第1の実施例による電子ビーム露光装置の光学系10を示す。図1に於て、図7と同一の構成要素は同一の記号によって参照され、その説明は省略される。
【0035】
本発明の光学系10は、従来の光学系に於て電子ビーム流の最上流に位置される第1のスリット115より更に上流に位置される。この位置で、光学系10は、クロスオーバー像を結像させて整形(部分的にカット)することによって、無駄な電子ビームをカットする。図1に示されるように、本発明の第1の実施例による光学系10は、モリブデン等の金属製のビーム削減アパーチャー11、クロスオーバー結像レンズ12、モリブデン等の金属製の整形ラウンドアパーチャー13、第1のアライメントコイル14、及び第2のアライメントコイル15を含む。
【0036】
電子銃114から放射された電子ビームは、ビーム削減アパーチャー11によって電流量が削減され、クロスオーバー結像レンズ12によってクロスオーバー像が結像される。クロスオーバー像結像位置には整形ラウンドアパーチャー13が配置されており、クロスオーバー像を整形(部分的にカット)する。
【0037】
図2に、本発明の第1の実施例による光学系10の拡大図を示す。図2に示された各構成要素のサイズを示す数値は、実際の電子ビーム露光装置に対応する一例である。図2に於て、電子銃直下に50μmの直径の第1のクロスオーバー像C1が形成される。クロスオーバー結像レンズ12によって50μmの第2のクロスオーバー像C2が形成され、この位置で、30μmの直径の円形開口である整形ラウンドアパーチャー13がクロスオーバー像C2の周辺部分をカットして整形する。整形されて電流値が削減された電子ビームは、従来の光学系の第1のスリット115に照射される。
【0038】
ここで整形ラウンドアパーチャー13は、クロスオーバー像C2の結像位置即ち電子ビームが最も収束される焦点位置に配置されている。この焦点位置においては、モリブデンやタングステン等の金属でさえ、電子ビームのエネルギーによる発熱で溶解する危険がある。特に、整形ラウンドアパーチャー13は、約30μmの小さな開口を加工するために厚さが100μm程度の薄膜である必要があり、電子ビーム照射による発熱で溶解して損壊する可能性がある。従って、焦点位置以外に配置されたビーム削減アパーチャー11(直径200μm)によって、電子銃114から放出された電子ビームを予め部分的にカットして、その電流値を削減しておく必要がある。
【0039】
ビーム削減アパーチャー11及び整形ラウンドアパーチャー13を通過する電子ビームは、500μA程度の電流値から30μA程度の電流値にまで低減される。
従って、ブロックマスク120(露光パターン形成開口)の発熱による溶解を避けることができ、またコンタミネーションの付着と電荷の蓄積を軽減することが出来る。
【0040】
整形ラウンドアパーチャー13の大きさは、電子ビーム下流にあるラウンドアパーチャー127の大きさに対応して決定される。つまり整形ラウンドアパーチャー13によってビーム形状・太さが決定された電子ビームがラウンドアパーチャー127に到達したとき、電子ビームの径がラウンドアパーチャー127の径と略等しくなるように整形ラウンドアパーチャー13を形成する。
【0041】
従って、ブランキング時に、電子ビームをラウンドアパーチャー127によって完全に遮断するために必要な電子ビームの偏向量は、最小限に抑さえられる。これによりブランキング125に印加すべき電圧が軽減されるので、高速なブランキング動作を達成することが出来る。
【0042】
図2に於て、ビーム削減アパーチャー11は円形の開口であり、その直径は200μmである。上述のように、ビーム削減アパーチャー11は、焦点に位置される整形ラウンドアパーチャー13が溶解しないように、電子銃114から放出された電子ビームを予め部分的にカットしてその電流値を削減する機能を有する。更に、ビーム削減アパーチャー11は、整形ラウンドアパーチャー13に対する電子ビームの入射角度、及び整形ラウンドアパーチャー13からの電子ビームの出射角度を規定するものでもある。
【0043】
図3に示されるように、ビーム削減アパーチャー11が大きい開口である場合、整形ラウンドアパーチャー13への入射角φin及び整形ラウンドアパーチャー13からの出射角φout は小さなものとなる。この場合、第1のスリット115の位置に於て十分広い範囲が照射され、第1のスリット115に対する電子ビームの照射が欠落することがない。従って、電子ビーム下流にあるブロックマスク120(露光パターン形成開口)が十分均一に全面照射される。逆に図4に示されるように、ビーム削減アパーチャー11が小さすぎる場合、整形ラウンドアパーチャー13への入射角φin及び整形ラウンドアパーチャー13からの出射角φout は大きなものとなり、第1のスリット115に対する電子ビームの照射が欠落することになる。この場合、電子ビーム下流にあるブロックマスク120(露光パターン形成開口)が十分均一に全面照射されず、また第1のスリット115による像とビーム削減アパーチャー11の像とが誤認される可能性がある。
【0044】
従って、ビーム削減アパーチャー11は、第1のスリットに対する電子ビームの照射に欠落がなく、電子ビーム下流にあるブロックマスク120(露光パターン形成開口)が十分均一に全面照射される条件を満たす必要がある。
図1を再び参照して、第1のアライメントコイル14及び第2のアライメントコイル15は、電子ビームをアライメントして、ビーム削減アパーチャー11及び整形ラウンドアパーチャー13に通すために設けられる。即ち、第1のアライメントコイル14を用いて、電子ビームの光軸位置を調整してビーム削減アパーチャー11に通す。次に、第2のアライメントコイルを用いた調節によって、電子ビームを更に整形ラウンドアパーチャー13に通す。このようにアライメントコイル(偏向器)をビーム削減アパーチャー11の上下に配置することによって、ビーム削減アパーチャー11及び整形ラウンドアパーチャー13に対する電子ビームの軸合わせを行うことが出来る。
【0045】
以上のように、本発明の第1の実施例に於ては、電子銃114から放射された電子ビームはビーム削減アパーチャー11によって電流量が削減され、クロスオーバー像結像位置に配置された整形ラウンドアパーチャー13によってクロスオーバー像が整形される。これによって電子ビーム下流に於て余分な電流分がカットされ、ブロックマスク120(露光パターン形成開口)が発熱により溶解することを避けることができ、またコンタミネーションの付着と電荷の蓄積を軽減することが出来る。更に、整形ラウンドアパーチャー13を電子ビーム下流にあるラウンドアパーチャー127に対応した大きさとすることによって、ブランキング時に必要な電子ビームの偏向量を最小限に抑さえることが出来る。これによって高速なブランキング動作を達成することが出来る。
【0046】
また本発明の第1の実施例に於ては、電子ビームの電流量が削減されるので、電子の反発力により焦点において電子ビームがぼやけるクーロン相互作用を低減する効果も期待できる。クーロン相互作用は、負の電荷を有する電子同士が互いに反発することにより、電子ビームが集中する焦点において電子ビームが広がってしまう現象である。このクーロン相互作用の大きさは、電子ビームの電流密度と電子ビームの面積との積、即ち電子ビームの総電流量に略比例する。従って、本発明の第1の実施例によって電子ビームの電流量を削減することにより、クーロン相互作用を軽減することが出来る。
【0047】
図5に本発明の第2の実施例による電子ビーム露光装置を示す。
一般に電子ビーム露光装置の露光コラム部110の内部にはオゾンO3 が注入されている。純粋なオゾンだけを生成することは困難であるため、実際にはオゾン以外のほかのガスが混入されることになる。この時、これらのガスがイオン化して正の電荷を帯びると、電子銃114にイオンが高速に衝突し、電子銃114の電子放出面の形状がイオン衝突の衝撃で歪められてしまう。これによって電子ビームの形状が歪められると試料の露光に支障をきたすため、電子銃114周辺を高度の真空状態に保つことが望ましい。本発明の第2の実施例による電子ビーム露光装置に於ては、図1のビーム削減アパーチャー11及び整形ラウンドアパーチャー13を利用することによって、電子銃114周囲の空間の真空度を上げることが出来る。
【0048】
図5に於て、電子ビーム露光装置は大略、電子銃114及び第1のアライメントコイル14を含む第1のチャンバー21、クロスオーバー結像レンズ12及び第2のアライメントコイル15を含む第2のチャンバー22、及び従来の電子ビーム光学系と同様に試料台135上の試料Wに対する電子ビーム露光を行う第3のチャンバー25を含む。図5の電子ビーム露光装置は更に、第1のチャンバー21からイオンを排出するためのイオンポンプ23、第2のチャンバー22から排気するためのターボポンプ24を含む。また第3のチャンバー25にはターボポンプ26が設けられており、第3のチャンバー25内部から空気を排出して真空状態に近付けると共に、オゾン注入口27からオゾンが注入される。
【0049】
第1のチャンバー21の空間及び第2のチャンバー22の空間はビーム削減アパーチャー11によって結合される。また第2のチャンバー22の空間及び第3のチャンバー25の空間は整形ラウンドアパーチャー13によってつながっている。
【0050】
第2のチャンバー22及び第3のチャンバー25間の整形ラウンドアパーチャー13は30μm程度の小さな開口であるので、ターボポンプ24の排気によって、第2のチャンバー22内の真空度を第3のチャンバー25内の真空度よりも大きくすることが出来る。また、イオンポンプ23は、電子銃114に有害なイオンを排出すると共に、第1のチャンバー21内を第2のチャンバー22よりも高い真空度に保つ。
【0051】
以上のように、本発明の第2の実施例に於ては、ビーム削減アパーチャー11及び整形ラウンドアパーチャー13を利用して、イオンポンプ23及びターボポンプ24によってチャンバー内を差動排気することにより、電子銃114の周囲の空間を高真空度に保つことが出来る。従って、電子銃114がイオンの衝突によって損傷を受けて電子ビームが歪むことを防ぐことが出来る。
【0052】
図6に本発明の第3の実施例による電子ビーム露光装置を示す。図6に於て、図5と同一の構成要素は同一の記号によって参照され、その説明は省略される。図6の電子ビーム露光装置に於て、ビーム削減アパーチャー11に設けられた冷却機構30のみが、図5の本発明の第2の実施例による電子ビーム露光装置とは異なる。
【0053】
冷却機構30は好ましくは水冷方式によるものであり、これによって、ビーム削減アパーチャー11及び周辺部の熱上昇を防ぐことが出来る。これによって電子ビーム露光装置の露光コラム部の熱上昇を低減することができ、熱による動作特性の変化を最小限に抑さえることが可能となる。
【0054】
【発明の効果】
請求項1の発明に於ては、円形開口がクロスオーバー像の周辺部をカットして電子ビームを整形し、また円形開口を有する第1の板が電子ビームによる発熱で溶解しないように、第1の板より上流で第2の板に設けられた開口により電子ビームの電流量を削減する。電子ビームのクロスオーバー像の周辺部をカットして電子ビーム整形しているので、円形開口から出射された電子ビームを用いて露光パターン形成開口を照射する際に、露光パターン形成開口を有するマスクが溶解する危険性を無くすことが出来る。更にはコンタミネーションの付着及び電荷蓄積の可能性を低減することが出来る。
【0055】
請求項2の発明に於ては、円形開口の大きさは、円形開口によって整形された電子ビームのラウンドアパーチャーの位置での大きさがラウンドアパーチャーの大きさに略等しくなるような大きさに設定される。従って、偏向された電子ビームをラウンドアパーチャーによって遮断してブランキングを行う場合、高速なブランキング動作を実現することが出来る。
【0056】
請求項3の発明に於ては、第2の板の開口の大きさは、第1の板の円形開口から出射する電子ビームが、前記露光パターン形成開口を均一に全面照射する条件を満たすような大きさに設定される。従って、第2の板の開口によって電子ビームを部分的にカットしても、試料に対する露光処理に悪影響を及ぼすことがない。
【0057】
請求項4の発明に於ては、第2の板の開口は円形である。従って等方的なビーム削減を行うことが出来る。
請求項5の発明に於ては、第1の板及び第2の板はモリブデン製である。従って電子ビームの照射による発熱によって、第1の板或いは第2の板が溶解することがない。
【0058】
請求項6の発明に於ては、電子ビームを第1の板の円形開口及び第2の板の開口に通過させるために、第1の偏向手段と第2の偏向手段が設けられている。従って、第1及び第2の偏向手段を調節することによって、第1の板の円形開口及び第2の板の開口に対する電子ビームのアライメントを、容易に行うことが出来る。
【0059】
請求項7の発明に於ては、第2の板を冷却するための冷却手段が設けられている。これによって、第2の板及び周辺部の熱上昇を防ぐことが出来る。従って、電子ビーム露光装置の露光コラム部の熱上昇を低減することができ、熱による動作特性の変化を最小限に抑さえることが可能となる。
【0060】
請求項8の発明に於ては、試料に電子ビームを露光する第3のチャンバーと電子ビーム発生部を含む第1のチャンバーとは、第1の板及び第2の板で形成される第2のチャンバーによって隔てられ、第1の板の円形開口と第2の板の開口によって連結される。このような構成によって、電子ビーム発生部を含む第1のチャンバー内を、第3のチャンバー内よりも高い真空度に保つことが出来る。
【0061】
請求項9の発明に於ては、第2のチャンバー内の真空度は第3のチャンバー内の真空度よりも高い。このように差動排気を行うことによって、第1のチャンバー内に高い真空度を実現することが出来る。
請求項10の発明に於ては、第3のチャンバーにはO3 が注入される。上述の差動排気によって、第3のチャンバー内にO3 を注入しても、第1のチャンバー内の電子ビーム発生部に悪影響を与えない。
【0062】
請求項11の発明に於ては、クロスオーバー像の周辺部をカットして電子ビームを整形し、整形された電子ビームを用いて露光パターン形成開口を照射する。従って、照射された露光パターン形成開口を有するマスクが溶解する危険性を無くすことが出来る。更にはコンタミネーションの付着及び電荷蓄積の可能性を低減することが出来る。
【0063】
請求項12の発明に於ては、電子ビームが偏向されたときに遮断してブランキングするためのラウンドアパーチャーの径と、ラウンドアパーチャーの位置に於ける整形された電子ビームの大きさとが略等しくなるような大きさにクロスオーバー像の周辺部をカットする。従って、偏向された電子ビームをラウンドアパーチャーによって遮断してブランキングを行う場合、高速なブランキング動作を実現することが出来る。
【0064】
請求項13の発明に於ては、整形された電子ビームが露光パターン形成開口を均一に全面照射する条件を満たすような大きさに電子ビームを部分的にカットしてその電流量を削減する。従って、電子ビームを部分的にカットしても、試料に対する露光処理に悪影響を及ぼすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による光学系を示す電子ビーム露光装置の露光コラム部の構成図である
【図2】本発明の第1の実施例による光学系の拡大図である。
【図3】本発明の第1の実施例による光学系に於て、ビーム削減アパーチャーの開口が十分大きい場合のビーム形状を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施例による光学系に於て、ビーム削減アパーチャーの開口が小さい場合のビーム形状を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施例による電子ビーム露光装置の構成図である。
【図6】本発明の第3の実施例による電子ビーム露光装置の構成図である。
【図7】従来の電子ビーム露光装置の光学系を示す露光コラム部の構成図である。
【符号の説明】
10 光学系
11 ビーム削減アパーチャー
12 クロスオーバー結像レンズ
13 整形ラウンドアパーチャー
14 第1のアライメントコイル
15 第2のアライメントコイル
21 第1のチャンバー
22 第2のチャンバー
23 イオンポンプ
24 ターボポンプ
25 第3のチャンバー
26 ターボポンプ
27 オゾン注入口
30 冷却機構
110 露光コラム部
111 カソード電極
112 ウェーネルト
113 アノード
114 電子ビーム発生源
115 第1のスリット
116 第1電子レンズ
118 第2のレンズ
119 第3のレンズ
120 ブロックマスク
121 第1の偏向器
122 第2の偏向器
123 第3の偏向器
124 第4の偏向器
125 ブランキング
126 第4のレンズ
127 ラウンドアパーチャ
128 リフォーカスコイル
129 第5のレンズ
132 第6の対物レンズ
133 主偏向器
134 復偏向器
135 試料台[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam exposure method and apparatus, and more particularly to an electron beam exposure method and apparatus that require a high acceleration voltage for the electron beam.
[0002]
[Prior art]
An electron beam exposure method using an electron beam for exposure of a sample has been realized as a semiconductor microfabrication technique for improving the degree of integration of ICs. As an electron beam exposure method capable of processing with high throughput and high accuracy, there are a variable rectangular exposure method, a block exposure method, a blanking aperture array (BAA) exposure method, and the like.
[0003]
FIG. 7 shows an exposure column portion (optical system) 110 of a conventional block exposure type electron beam exposure apparatus. The
[0004]
In the BAA exposure method, a blanking aperture array (BAA) having a large number of apertures for forming a group of fine beams to be irradiated on the sample is arranged at the position of the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional electron beam exposure apparatus, components that limit the current value of the electron beam emitted from the
[0006]
When the electron beam is emitted from the
[0007]
Of the three components that limit the current value of the electron beam, the
[0008]
Therefore, as a problem of the conventional electron beam exposure apparatus, there is a risk of melting a block mask or the like due to a large current value of the electron beam.
The electron beam is also partially cut by the
[0009]
The
[0010]
Since the electron beam partially cut by the
[0011]
Therefore, as a problem of the conventional electron beam exposure apparatus, there is an inhibition of a high-speed blanking operation due to an extra electron beam.
Further, the problem of contamination is further cited as an adverse effect of the electron beam containing an excess current. When the current value of the electron beam is large, there is a high possibility that contamination (such as dust floating in the exposure column part 110) is repelled by the electron beam and adheres to the components of the
[0012]
Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the risk of melting due to heat generation of components by cutting an extra electron beam in an electron beam exposure apparatus, enabling high-speed blanking operation, and further contamination. It is to reduce the possibility of Nation adhesion and charge accumulation.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the electron beam emitted from the electron beam generation source is shaped by irradiating and passing through the exposure pattern forming aperture, and the sample is irradiated with the shaped electron beam for exposure. An electron beam exposure apparatus that performs the first has an electromagnetic lens that forms a crossover image, and a circular opening that shapes the electron beam by cutting a peripheral portion of the crossover image formed by the electromagnetic lens. An exposure pattern forming aperture that includes a plate and a second plate having an aperture that reduces the amount of current of the electron beam upstream from the first plate with respect to the flow of the electron beam. Irradiate.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus according to the first aspect, wherein a blanking electrode for deflecting the electron beam shaped by the exposure pattern forming opening for blanking and a deflected electron beam are provided. A round aperture for blocking and blanking, wherein the size of the circular aperture is such that the size of the electron beam shaped by the circular aperture at the position of the round aperture is approximately equal to the size of the round aperture. It is such a size.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the apparatus according to the first or second aspect, the size of the opening of the second plate is larger than the circular opening of the first plate. The size of the electron beam emitted at an emission angle depending on the size of the opening satisfies the condition for uniformly irradiating the entire surface of the exposure pattern forming opening.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the apparatus according to the third aspect, the opening of the second plate is circular.
According to a fifth aspect of the present invention, in the apparatus of the first aspect, the first plate and the second plate are made of molybdenum.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in the apparatus of the first aspect, a first deflecting means for passing the electron beam through the circular opening of the first plate, and the electron beam Further included is a second deflecting means for passing through the opening of the second plate.
According to a seventh aspect of the present invention, the apparatus according to the first aspect further includes a cooling means for cooling the second plate.
[0018]
According to an eighth aspect of the present invention, in the apparatus according to the first aspect, the first chamber including the electron beam generator, the first chamber and the second plate are separated by the second plate. A second chamber connected by the opening of the first plate, and a third chamber separated by the first plate and separated by the second chamber and connected by the circular opening of the first plate, The first chamber including the electron beam generator is maintained at a higher degree of vacuum than the second chamber and the third chamber.
[0019]
In a ninth aspect of the present invention, in the apparatus of the eighth aspect, the degree of vacuum in the second chamber is higher than the degree of vacuum in the third chamber.
According to a tenth aspect of the present invention, in the apparatus according to the ninth aspect, the third chamber is O Three Is injected.
[0020]
According to the eleventh aspect of the present invention, the electron beam emitted from the electron beam generating source is irradiated and passed through the exposure pattern forming opening, and the sample is irradiated with the passed electron beam to perform exposure. The method includes a) partially cutting the electron beam directly under the electron beam generation source to reduce the amount of current, b) forming a crossover image of the cut electron beam, and c) forming the crossover. The exposure pattern forming aperture is irradiated with the shaped electron beam including steps for cutting the peripheral portion of the image and shaping the electron beam.
[0021]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method of the eleventh aspect, the step c) includes a diameter of a round aperture for blocking and blanking when the electron beam is deflected; The electron beam is shaped by cutting the periphery of the crossover image so that the size of the shaped electron beam at the position of the round aperture is substantially equal.
[0022]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method according to the eleventh or twelfth aspect, the step b) satisfies the condition that the shaped electron beam uniformly irradiates the entire exposure pattern forming opening. The electron beam is partially cut to a large size to reduce the amount of current.
[0023]
In the first aspect of the invention, the circular aperture cuts the periphery of the crossover image to shape the electron beam, and the first plate having the circular aperture is not melted by the heat generated by the electron beam. The amount of electron beam current is reduced by the opening provided in the second plate upstream of the first plate. Since the electron beam crossover image is cut around the periphery of the electron beam and shaped, the mask having the exposure pattern formation opening is used when the exposure pattern formation opening is irradiated using the electron beam emitted from the circular opening. The risk of dissolution can be eliminated. Furthermore, the possibility of contamination and charge accumulation can be reduced.
[0024]
In the invention of claim 2, the size of the circular aperture is set such that the size of the electron beam shaped by the circular aperture at the position of the round aperture is substantially equal to the size of the round aperture. Is done. Therefore, when blanking is performed by blocking the deflected electron beam with a round aperture, a high-speed blanking operation can be realized.
[0025]
In the invention of claim 3, the size of the opening of the second plate is such that the electron beam emitted from the circular opening of the first plate satisfies the condition for uniformly irradiating the entire surface of the exposure pattern forming opening. Is set to a large size. Therefore, even if the electron beam is partially cut by the opening of the second plate, the exposure process for the sample is not adversely affected.
[0026]
In the invention of claim 4, the opening of the second plate is circular. Therefore, isotropic beam reduction can be performed.
In the invention of claim 5, the first plate and the second plate are made of molybdenum. Therefore, the first plate or the second plate is not melted by the heat generated by the electron beam irradiation.
[0027]
According to the sixth aspect of the present invention, the first deflecting means and the second deflecting means are provided for passing the electron beam through the circular opening of the first plate and the opening of the second plate. Therefore, by adjusting the first and second deflecting means, the electron beam can be easily aligned with the circular opening of the first plate and the opening of the second plate.
[0028]
In the invention of claim 7, a cooling means for cooling the second plate is provided. Thereby, the heat rise of a 2nd board and a peripheral part can be prevented. Therefore, it is possible to reduce the heat rise in the exposure column portion of the electron beam exposure apparatus, and it is possible to suppress the change in the operating characteristics due to the heat to the minimum.
[0029]
In the invention of claim 8, the third chamber for exposing the specimen to the electron beam and the first chamber including the electron beam generator are the second plate formed by the first plate and the second plate. Are connected by a circular opening in the first plate and an opening in the second plate. With such a configuration, the inside of the first chamber including the electron beam generator can be kept at a higher degree of vacuum than the inside of the third chamber.
[0030]
In the invention of claim 9, the degree of vacuum in the second chamber is higher than the degree of vacuum in the third chamber. By performing differential evacuation in this way, a high degree of vacuum can be realized in the first chamber.
In the invention of
[0031]
According to the eleventh aspect of the invention, the periphery of the crossover image is cut to shape the electron beam, and the exposure pattern forming opening is irradiated using the shaped electron beam. Accordingly, it is possible to eliminate the risk that the mask having the exposed exposure pattern forming opening is dissolved. Furthermore, the possibility of contamination and charge accumulation can be reduced.
[0032]
In the invention of
[0033]
According to the thirteenth aspect of the present invention, the electron beam is partially cut to a size that satisfies the condition that the shaped electron beam uniformly irradiates the entire exposure pattern forming opening, thereby reducing the amount of current. Therefore, even if the electron beam is partially cut, the exposure process for the sample is not adversely affected.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an
[0035]
The
[0036]
The electron beam emitted from the
[0037]
FIG. 2 shows an enlarged view of the
[0038]
Here, the
[0039]
The electron beam passing through the
Therefore, dissolution of the block mask 120 (exposure pattern formation opening) due to heat generation can be avoided, and contamination adhesion and charge accumulation can be reduced.
[0040]
The size of the
[0041]
Therefore, the amount of deflection of the electron beam necessary for completely blocking the electron beam by the
[0042]
In FIG. 2, the
[0043]
As shown in FIG. 3, when the
[0044]
Therefore, the
Referring back to FIG. 1, the
[0045]
As described above, in the first embodiment of the present invention, the electron beam emitted from the
[0046]
In the first embodiment of the present invention, since the current amount of the electron beam is reduced, an effect of reducing the Coulomb interaction in which the electron beam is blurred at the focal point due to the repulsive force of the electrons can be expected. Coulomb interaction is a phenomenon in which an electron beam spreads at a focal point where the electron beam concentrates due to repulsion of electrons having negative charges. The magnitude of this Coulomb interaction is approximately proportional to the product of the current density of the electron beam and the area of the electron beam, that is, the total current amount of the electron beam. Accordingly, the Coulomb interaction can be reduced by reducing the current amount of the electron beam according to the first embodiment of the present invention.
[0047]
FIG. 5 shows an electron beam exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
Generally, ozone O in the
[0048]
5, the electron beam exposure apparatus generally includes a
[0049]
The space of the
[0050]
Since the
[0051]
As described above, in the second embodiment of the present invention, by using the
[0052]
FIG. 6 shows an electron beam exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 5 are referred to by the same symbols, and a description thereof will be omitted. In the electron beam exposure apparatus of FIG. 6, only the
[0053]
The
[0054]
【The invention's effect】
In the first aspect of the invention, the circular aperture cuts the periphery of the crossover image to shape the electron beam, and the first plate having the circular aperture is not melted by the heat generated by the electron beam. The amount of electron beam current is reduced by the opening provided in the second plate upstream of the first plate. Since the electron beam crossover image is cut around the periphery of the electron beam and shaped, the mask having the exposure pattern formation opening is used when the exposure pattern formation opening is irradiated using the electron beam emitted from the circular opening. The risk of dissolution can be eliminated. Furthermore, the possibility of contamination and charge accumulation can be reduced.
[0055]
In the invention of claim 2, the size of the circular aperture is set such that the size of the electron beam shaped by the circular aperture at the position of the round aperture is substantially equal to the size of the round aperture. Is done. Therefore, when blanking is performed by blocking the deflected electron beam with a round aperture, a high-speed blanking operation can be realized.
[0056]
In the invention of claim 3, the size of the opening of the second plate is such that the electron beam emitted from the circular opening of the first plate satisfies the condition for uniformly irradiating the entire surface of the exposure pattern forming opening. Is set to a large size. Therefore, even if the electron beam is partially cut by the opening of the second plate, the exposure process for the sample is not adversely affected.
[0057]
In the invention of claim 4, the opening of the second plate is circular. Therefore, isotropic beam reduction can be performed.
In the invention of claim 5, the first plate and the second plate are made of molybdenum. Therefore, the first plate or the second plate is not melted by the heat generated by the electron beam irradiation.
[0058]
According to the sixth aspect of the present invention, the first deflecting means and the second deflecting means are provided for passing the electron beam through the circular opening of the first plate and the opening of the second plate. Therefore, by adjusting the first and second deflecting means, the electron beam can be easily aligned with the circular opening of the first plate and the opening of the second plate.
[0059]
In the invention of claim 7, a cooling means for cooling the second plate is provided. Thereby, the heat rise of a 2nd board and a peripheral part can be prevented. Therefore, it is possible to reduce the heat rise in the exposure column portion of the electron beam exposure apparatus, and it is possible to suppress the change in the operating characteristics due to the heat to the minimum.
[0060]
In the invention of claim 8, the third chamber for exposing the specimen to the electron beam and the first chamber including the electron beam generator are the second plate formed by the first plate and the second plate. Are connected by a circular opening in the first plate and an opening in the second plate. With such a configuration, the inside of the first chamber including the electron beam generator can be kept at a higher degree of vacuum than the inside of the third chamber.
[0061]
In the invention of claim 9, the degree of vacuum in the second chamber is higher than the degree of vacuum in the third chamber. By performing differential evacuation in this way, a high degree of vacuum can be realized in the first chamber.
In the invention of
[0062]
According to the eleventh aspect of the invention, the periphery of the crossover image is cut to shape the electron beam, and the exposure pattern forming opening is irradiated using the shaped electron beam. Accordingly, it is possible to eliminate the risk that the mask having the exposed exposure pattern forming opening is dissolved. Furthermore, the possibility of contamination and charge accumulation can be reduced.
[0063]
In the invention of
[0064]
According to the thirteenth aspect of the present invention, the electron beam is partially cut to a size that satisfies the condition that the shaped electron beam uniformly irradiates the entire exposure pattern forming opening, thereby reducing the amount of current. Therefore, even if the electron beam is partially cut, the exposure process for the sample is not adversely affected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an exposure column portion of an electron beam exposure apparatus showing an optical system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the optical system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a beam shape when the aperture of the beam reduction aperture is sufficiently large in the optical system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a beam shape when the aperture of the beam reduction aperture is small in the optical system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of an electron beam exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of an electron beam exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of an exposure column portion showing an optical system of a conventional electron beam exposure apparatus.
[Explanation of symbols]
10 Optical system
11 Beam reduction aperture
12 Crossover imaging lens
13 Shaping round aperture
14 First alignment coil
15 Second alignment coil
21 First chamber
22 Second chamber
23 Ion pump
24 turbo pump
25 Third chamber
26 Turbo pump
27 Ozone inlet
30 Cooling mechanism
110 Exposure column
111 Cathode electrode
112 Wehnelt
113 anode
114 Electron Beam Source
115 first slit
116 1st electron lens
118 second lens
119 Third lens
120 block mask
121 First deflector
122 Second deflector
123 Third deflector
124 fourth deflector
125 Blanking
126 Fourth lens
127 round aperture
128 Refocus coil
129 Fifth lens
132 Sixth objective lens
133 Main deflector
134 Deflector
135 Sample stage
Claims (13)
クロスオーバー像を結像させる電磁レンズと、
該クロスオーバー像の結像位置に設けられ、該電磁レンズで結像される該クロスオーバー像の周辺部をカットして該電子ビームを整形する円形開口を有する第1の板と、
該電子ビームの流れに関して該第1の板より上流で該電子ビームの電流量を削減する開口を有する第2の板
を含み該円形開口によって整形された電子ビームを該露光パターン形成開口に照射することを特徴とする電子ビーム露光装置。An electron beam exposure apparatus for performing exposure by irradiating an electron beam emitted from an electron beam generation source by irradiating an exposure pattern forming opening and passing the sample, and irradiating the sample with the shaped electron beam,
An electromagnetic lens that forms a crossover image;
A first plate having a circular aperture which is provided at an imaging position of the crossover image and which cuts a peripheral portion of the crossover image formed by the electromagnetic lens to shape the electron beam;
The exposure pattern forming opening is irradiated with an electron beam shaped by the circular opening including a second plate having an opening for reducing the amount of current of the electron beam upstream from the first plate with respect to the flow of the electron beam. An electron beam exposure apparatus.
該第1のチャンバーと前記第2の板で隔てられ該第2の板の前記開口によって連結される第2のチャンバーと、
該第2のチャンバーと前記第1の板で隔てられ該第1の板の前記円形開口によって連結される第3のチャンバー
を更に含み、該電子ビーム発生部を含む該第1のチャンバー内を該第2のチャンバー内及び第3のチャンバー内よりも高い真空度に保つことを特徴とする請求項1記載の装置。A first chamber including the electron beam generator;
A second chamber separated by the second plate and connected by the opening of the second plate;
And further comprising a third chamber separated from the second chamber by the first plate and connected by the circular opening of the first plate, and the interior of the first chamber including the electron beam generator is included in the first chamber. 2. The apparatus according to claim 1, wherein a higher degree of vacuum is maintained than in the second chamber and the third chamber.
a)該電子ビームを該電子ビーム発生源直下で部分的にカットしてその電流量を削減し、
b)カットされた電子ビームのクロスオーバー像を結像させ、
c)該クロスオーバーの結像位置で、該クロスオーバー像の周辺部をカットして該電子ビームを整形する
各段階を含み整形された電子ビームを該露光パターン形成開口に照射することを特徴とする電子ビーム露光方法。An electron beam exposure method in which an electron beam emitted from an electron beam generation source is irradiated and passed through an exposure pattern forming opening, and the sample is irradiated with the passed electron beam to perform exposure.
a) The electron beam is partially cut directly under the electron beam generation source to reduce the amount of current;
b) forming a crossover image of the cut electron beam;
and c) irradiating the exposure pattern forming aperture with the shaped electron beam including the steps of shaping the electron beam by cutting a peripheral portion of the crossover image at the imaging position of the crossover. An electron beam exposure method.
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