TW511171B

TW511171B - Charged particle beam exposure apparatus

Info

Publication number: TW511171B
Application number: TW090119069A
Authority: TW
Inventors: Osamu Nagano; Yuichiro Yamazaki; Susumu Hashimoto; Motosuke Miyoshi
Original assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2002-11-21
Also published as: KR20020011913A; US20020033458A1; JP2002050567A; JP3859437B2; US6815698B2; KR100434241B1

Description

五、發明説明（1 ) [發明所屬技術領域] 本發明係與在LSI、超LSI之半導體工程所使用的離子、電子射束等之荷電射束裝置有關，特別是以使用在多重多極透鏡之低加速電壓之荷電射束曝光裝置為對象。 [以前之技術與其問題點] 由於荷電射束曝光裝置能使用比光波長還短之電子（離子）之波長水準之分解能予以描繪之故，所以具有可以形成高解像度圖案之功能。另一方面，與藉由光之曝光的屏蔽描繪方式不同，由於可以將完成圖案以較小的分割圖案光線直接描繪之故，因此荷電射束_曝光裝置存有在描繪時需要長時間之問題。可是’著重在能形成高精度之細線圖案之特徵’荷電射束曝光技術則以代替光曝光方式之石版印刷技術、或是以ASIC等之多品種少量生產的半導體製造上有力之工具得以發展。使用電子射束直接描繪圖案的方法，主要有2種方式。亦即一面控制小孔極的ON/OFF，一面掃描晶圓全面之描繪方法；以及將通過空印板孔的電子射束圖案描繪之VSB描繪方式。作為發展VSB描繪的電子線描繪技術，則準備有反覆圖案以形成一個區塊之空印板，且選擇該空印板内之圖案，並開發出藉由描繪使得高速描繪變得可能之一次描繪方式之技術。，〜首先’作為以前的荷電射束描繪裝置，則以圖丨〇顯示VSB 描繪方式之電子線描繪裝置之代表釋例（H. Sunaoshi et al ;

Jpn· J· Appl· Phys. Vol. 34 (1995)，ρρ· 6679-6683 , Part 1， -4- 本紙張尺度適财S S家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 一 511171 A7 B7 五、發明説明（2 )

No· 128，December 1995)。又，在下列各圖中，在同一部份則“上同一參考號碼，並適當地省略其說明。自電子搶11發出並加速的電子射束7，藉由照明透鏡15整合為均一的電子射束，藉由通過第一形成孔85形成矩形後，透過投影透鏡21投影在由菱形與矩形形成之第2成形孔 89之上。此時，射束圖案之形狀與其面積，則順由CArr# 料照射一般，藉由成形偏向器21控制相對於第2成形孔89之射束照射位置。通過第2成形孔89之射束則藉由縮小透鏡64 以及對物透鏡66縮小投影；而二相對於晶圓14之描繪位置的射束位置，則以主偏向器95與-副偏向器93予以控制。於該情況下，相對於晶圓14 ,主偏向器95則一面參考並不將描繪照射領域之條紋（主範圍）顯示·出的χγ平台的位置，一面作控制；I副偏向器93則對於在條紋内細細分割的描繪範圍（副範圍）以進行其位置控制。當電子射束7照射於晶圓" 之上時，在對物透鏡66的下部上，具有可以檢測出發生二次電子或是反射電子等（以下稱為二次電子等）的電子檢出器33;藉由處理由該電子檢出器33所取得之檢出信號，圖中未顯不之各種控制部則檢測出SEM像，以此為美二行射束執道調整等之控制。 *’’’ 土 ’實 _，“十抑、·.日私呈的電子統，由於係以電磁透鏡或是靜電偏向器所構成，+予2 考慮該些透鏡、偏向器的综合光學特性、充刀度、拼合等,影響以利設計。又，為增加射束解：二成精廣泛採用以高加速將加速電子射束7彳日又，則疋私于射釆7打入ag0l4上之光阻的 -5- 511171

方式。為此之故，照射之電子射束7則會發生藉由在晶圓l4 的光阻下面成膜的各種多層薄膜反射，並再次朝向光阻上方現象之接近效果。該接近效果，會使描繪圖案產生模糊或解像度劣化之情況。從而，在電子射束描繪裝置之設計中，便需要控制補正該接近效果；且除電子光學系統外，在控制部中也必須要有大規模之系統，準此，系統則會複雜化，尚且由於誘發問題，結果便產生精度減低的問題。尚且，由於使用高加速之電子之故，也有顧慮會傷到晶圓表面。為克服在高加速電壓荷電射^.VSB方式中的上述問題點，便提出使用低加速電壓的電子射束的孔方式之電子線描繪方式（特願平 10-363071 , J· Vac· Sci，丁echn〇1 B14(6)， 1996 , 3802)。圖11顯示在特願平1〇-363〇71所提出之電子線描、·會方式。自電子搶11發射出的加速電子射束6 7，照射在具有矩形或是圓形開口的第丨孔13之上。通過第丨孔的電子射束67 ,則朝向配置有複數個一次曝光的元件孔的第2成形孔19。電子射束67的射束徑，藉由具有擴大射束功能的照明透鏡15a, 15b，對於任一元件孔，可以大大的，而且是可以不干涉鄰接之元件圖案的調整。照明, 則由2個靜電透鏡（74 二士透鏡）所構成，並對中央電極施加負電壓以使用，。通過第2照明透鏡〜15b的射束，在第2成形孔 19的複數元件孔之中，為了選擇目標元件孔，而以第丨成形偏向器17作為朝向目標位置的偏向控制❶通過第2成形孔^ 9 的電子射束67，以第2成形孔19為起點元件孔射束開始，隨 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 511171 A7

著第2成形偏向器21在光軸上被推回來之狀態，通過縮小透鏡64。在縮小透鏡64的上部中，設置第3成形孔62，以第2 成形孔19等切除散亂不要的射束。以縮小透鏡64所縮小的電子射束67，通過前副偏向器93,、前主偏向器95,、副偏向器93、主偏向器95以及對物透鏡66，縮小投影在圖中未顯示的XY平台上所搭載之晶圓14的上面。相對於應在描繪晶圓上的圖案位置上’射束之照射位置，係以主偏向器9 $與副偏向器93控制，藉由相對於主偏向器95的前主偏向器95, 之控制電壓朝向加項方向，而f副偏向器93,的控制電壓朝向減項方向控制，使綜合的像差最小化。圖12顯示自第2成形孔19下游側的射束軌道。. 圖11所示的電子射束描繪裝置i丨〇的電子光學系統，因為在縮小投影光學系統上使用愛因茲魯鏡片，如圖12所示一般，電子射束67的執道對光軸迴轉對稱。為此之故，藉由前主偏向器95,、主偏向器95、前副偏向器93,、副偏向器 93，電子射束67執道全以相同的偏向感度偏向，所發生之偏向像差也是相對於光軸發生迴轉對稱。從而，電子射束描繪裝置1 10具有以任意的電子射束執道使偏向像差特性最適化，並且可以決定主偏向器、副偏向器之位覃的特徵。 [發明所欲解決之課題] 可是，在電子射束描繪狀110的、缩小投影光學系統中，如圖12所示一般，在第2成形孔以下形成電流密度高的交疊 98。又在該投影光學系統中，因為係以減速型的集束形式採用迴轉對稱型的靜電透鏡（愛因茲魯）93，95 ,因此在透本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 發明説明（5 ) 鏡内電子射束將會減速。由於該2點係為原因，在圖η所示的電子射束描繪裝置1 1 0中，由於顏色像差以及空間電荷效果（特別是Boersch效果）而發生射束模糊，因此元件孔像在曰曰圓上元全核糊’結果便成為描繪特性劣化之問題。、於使用低加速電壓的電子射束之孔方式的電子線描繪方式中，為克服上述問題點，由多重的多極透鏡構成縮小投影光學系統的電子線描繪方式被提出（特願平u_272429)。圖13則顯示在特願平1 1-272429中所提出的荷電射束描繪裝置。圖13中所顯示之荷電射^描繪裝置1〇〇，在圖n所顯示的荷電射束描繪裝置11 〇的電手光學系統中，使用靜電型四極子透鏡，構成第2成形孔19以下的縮小光學系統。前主偏向器25a則配置在靜電四極子透鏡73之(^2與（^3之間。於荷電射束描繪裝置1 〇〇中，作為荷電射束當使用電子射束時，自電子搶11發射出來之電子成為加速電子射束68，至通過照明光學系統為止的動作，則與圖i丨所示之荷電射束描繪裝置110的電子射束67實質上是相同的。通過第2成形孔19的電子射束則照射在縮小投影透鏡的靜電型四極子透鏡73内。四極子透鏡73則相互置放在9〇度的角度，由設置4個圓柱電極所構成。藉由四極子透鏡”的作用，電子射束在X方向與γ方向上通過不同執道，並集光在晶圓14之上。從其時的第2成形孔49到晶圓14之間的電子射束執道則顯示於圖14中。藉由偏向器25，對搭載於圖上未顯不之ΧΥ平台的晶圓14，將描繪領域的位置，一面參考平台的位置，一面作偏向控制，而且將條紋内細分的描妗 r---— 67_____ 五、發明説明（6 ) 範圍，加以控制其位置。藉由調整偏向器25的偏向電壓比’隨著偏向可以控制將所發生之像差成分變得最小。可是’如圖13所示的電子射束曝光裝置100 一般，當將多極透鏡應用於縮小投影光學系統的電子光學透鏡上時，藉由偏向器通過晶圓上之廣泛範圍的射束偏向，X方向與Y方向的電子射束將通過非對稱的電子執道X方向與γ方向，因此若以同一偏光器偏向時，偏向感度與偏向像差則大幅地不對稱。在此樣的光學系統中，對X、γ方向一起將偏向像差抑制的更小，而且對於實現二高感度廣範圍的偏向會對設计、製作上造成很大之負擔，像差特性也會惡化，隨著光學長度之增加，會發生受到空間電荷效果的強烈影響。尚且’該些光學系統為使通過第2成形孔19的電子射束形成電子密度高的交疊98，在該領域中使庫侖相互作用變得顯著，並隨著空間電荷效果，會產生元件孔像在晶圓上模糊，並描繪特性惡化等問題。 ‘、 ^發明即基於上述事件為主，其目的則在提供不受空間電荷效果影響的低像差、小型的荷電射束曝光裝置。 [解決課題之方法] 本發明即基於以下方法企圖解決上述課題。亦即，根據本發明時，可以提供-種荷電射束曝光裝置；產生荷電射東並照射於基板上的荷電射束射出裝置，;以及為了擁有均勻的電子密度，上述荷電射束具有可調整其射束徑的照明光學系統；以及與所期望的描繪圖案相對應形狀的孔隙之開I角 -9 - A7

:極將=:使上述荷電射束具有上述所期望之斷面形 "何電射束藉由電場偏向，隨著射入上述 •之所期望之孔隙，且將通過上述孔隙的上述荷電射束，返=於該偏軸的第1偏向裝置；以及將上述通過開口角孔極之何電光束藉由電場縮小’並於上述基板上結像之縮 J杈=光學系統；以及使通過上·述開口角孔極之上述荷電射f糟由電場偏向，並於上述基板掃描之第2偏向裝置；上述何電射束射出裝置，係、自接受上述荷電射束照射的上述基板所發生的二次荷電粒子、戎是反射荷電粒子、或是上述二次荷電粒子以及與上述反一射荷電粒子接近之描繪型態的曝光量給予影響之接近效果的影響，以低於其發生量之加速電壓，使上述荷電射束射出；上述縮小投影光學系統，當上述光軸係為Z方向時，則以與又方向與丫方向上幾乎相同的縮小率，將上述電子光束縮小，而且，不會在上述開口角孔極與上述基板間造成交疊，並在上述基板上結像以形成多極透鏡場。依據上述荷電射束曝光裝置，藉由上述縮小投影光學系統所形成之上述多極透鏡場，上述荷電射束在上述開口角孔極與上述基板之間不會交疊連接，而可以在上述基板上結像’因此即使是低加速亦可以大幅地排除空間電荷效果。〜上述縮小投影光學系統最好包含有Νι層（N!為3以上的自然數）之第1多極透鏡。又，上述的N丨為4最適合。據此，在使用以前的迴轉對稱型之減速型靜電透鏡之情 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 511171 A7

況下’可以避免發生在透鏡内減速之情形。上述第1多極透鏡則控制如下較佳：上述χ方向與γ方向之 ^方向電場自第丨層開始至第4層為止，分別依序形成發散電場、發散電場、收斂電場、發散電場，或是自第(層開始至 =4層為止，分別依序形成收斂電場、收斂電場、發散電場、收斂電場。 ^上述第2偏向裝置，係使用複數的靜電型偏向器而形成，最好將靜電偏向場重疊於上述多極透鏡場，並向上述荷電射束偏向較佳。又，上述第2偏向裝置，最好一是上述乂方向的荷電射束與上述Υ方向的荷電射束相互獨.立以偏向控制。尚且最好具備有作為第1主偏向器的第2多極透鏡，該透鏡係配置在第2層的上述多極透鏡與第3層之上述多極透鏡之間，上述第1多極透鏡之上述χ方向的電場自第1層至第4 層為止依序形成發散電場、發散電場、收斂電場、發散電 %，而且上述γ方向的電場則自第丨層至第4層止依序形成收斂電場、收斂電場、發散電場 '收斂電場一般予以控制；第3層之上述第i多極透鏡與第4層之上述第1多極透鏡，則在上述多極透鏡場上，作為重疊靜電偏向場孓第2主偏向器，上述第2偏向裝置包含上述第丨主偏向器與上述第2主偏向器，有關於上述X方向之上述荷電射東，則是因上述第i 主偏向之第1主偏向場與因上述-第2主偏向器之第2主偏向場而偏向；對於上述γ方向之上述荷電射束，則藉由在上述第 2主偏向場偏向，以在上述χ方向與γ方向上相互獨立般地

裝訂

線 -11 -

B7 五、發明説明（9 ) 控制。據此，上述荷電射數的像差成分可以變得非常小。上述第2偏向裝置，由於在上述多極透鏡場使偏向電場重登’並使上述第3層與上述第4層的多極透鏡作為主偏向器使其運作，因此又可以縮短該部分的縮小投影光學系光學長度。 μ # Μ 上述第2偏向裝置，尚且包含配置於上述第％層的上述多極透鏡下游側的副偏向器則最佳。上述第1或是第2的多極透鏡，若為靜電型透鏡最好，更好的應為四極子透鏡。二上述第1或是第2多極透鏡具有μ個（M=4N2 ·· %為2以上之自然數）電極，所鄰接之N2個的上述電極最好包含有成為一組四極子透鏡的多極透鏡。據此，可以大幅地減低高次的像差。上述第1層之多極透鏡與上述第2層之多極透鏡具有第！之内徑；上述第3層之多極透鏡與上述第4層之多極透鏡則最好具有比上述第1内徑大之第2内徑。藉由設置該樣的内徑差，在形成多極透鏡電極之近旁以外的領域上，可以形成電子射束執道。據此，更可以控制偏向像差。又最好具備上述第1屏蔽電極，該電極係設置於上述第i 多極透鏡之上述Z方向，且接近上〜面與下面之處。上述第1屏蔽電極中的第1層上述多極透鏡，與第2層之上述多極透鏡之間，所設置的上述第丨屏蔽電極，若具有比其他上述第1屏蔽電極内徑之第3内徑還小的第4内徑更好。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱)

如此-般’具有上述第4内徑的上述第1#蔽電極，藉由小小地擷取第4内徑，可以作為上述照明光學系統與上述第 1層多極透鏡的透鏡對準（第⑽對準孔）；除此更可作為上述荷電射束的第1檢出器之用。又’尚且具備第2屏蔽電極則更佳，該電極係設置在個別接近上述第1偏向裝置以及上述第2偏向裝置之上面與下面之處。在上述第2屏蔽電極中，設置在上述第丨主偏向器上面之上述第2屏蔽電極，最好具有比二上述3之内徑小的第5内徑。如此一來，藉由小小地擷取締5内徑，具有上述第5内徑的上述第2屏蔽電極，可以作為上述照明光學系統、上述第 1層多極透鏡或是上述第2層多極透鏡的透鏡對準（第2對準孔）加以使用，而且，也可以作為上述荷電射束的第2檢出器使用。於本發明中最佳最適的型態中，上述第1以及第2的多極透鏡具有大約為6 mm的透鏡長，上述第1的内徑大約為5 mm，上述第2的内徑大約為1〇 mm，而上述開口角孔極與上述基板之間的光學長度係在11〇 mm以下。 [發明之實施型態] 以下係對於本發明之幾個實施型態有關，請一面參照圖面一面說明·。在以下的實施型態中，不論哪一種皆係針對使用電子射束，在晶圓上描繪圖案的電子射束裝置加以說明。 (1)第1的實施型態 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 511171

圖1係為顯示具備有與本發明相關之荷電射束描繪裝置的第1貫施型態之電子光學系統的概略構成圖。如同圖所示一般’本實施型態的特徵係在於電子透鏡的構成與縮小投影光學系統之構成。亦即，圖丨所示之電子射束描繪裝置10之中’首先，除照明透鏡15a，15b以及副偏向器3 1之外的所有電子透鏡，亦即第1成形偏向器17、第2成形偏向器21、在X方向、γ方向上獨立控制零子射束執道之電子透鏡 23Q1〜Q4、前主偏向器25，係由靜電型多極透鏡所構成。該些多極透鏡相互間係以45度，配置著，以所配置之8個電極所構成。有關於具備本實施型態之電子射束描繪裝置ι〇之多極透鏡之具體形狀，請參照圖2一面說明之。圖2( a)則顯示由4個電極所構成的四極子透鏡。同圖所示的四極子透鏡之電極Qlla〜Qlld，各自具有圓柱形狀，且相互間以90度角配置著。圖2(b)則顯示八極子透鏡的一個構成釋例，且顯示出相互間以45度角置放配置著的8個圓柱形狀的電極Ql2a〜Q!2l^圖2( c)則為.顯示具備有本實施型態之荷電射束描繪裝置10的多極透鏡23(51的構成平面圖；且顯示電子透鏡Π , 21，23，25之構成的代表。多極透鏡23係以相互間以45度角配置的8個電極QLrQUh所構成的；而且各電極具有扇狀的平面形狀。在本實施型態中，有關於多極透鏡23的8極的電極，將鄰接的2個電極作為一個四極子電，極使用，使多極透鏡23之全體作為四極子透鏡的功能。例如，電極QL，I共同施加 + V的電壓’據此’則作為在⑷所顯示的電極ΜΗ的功能般 -14 -

A7 B7 五、發明説明（12 ) 的予以控制。從而，在以下，將多極透鏡23作為四極子透鏡23適當地加以說明。其次，回到圖1，荷電射束描繪裝置1〇的縮小投影光學系統具備下列各項裝置：夾著前主偏向器25a，25b而配置的四重的靜電型四極子透鏡、與配置於第四層之四極子透鏡23之Q4與晶圓14間的副偏向器31、以及在接近第1成形偏向器17、第2成形偏向器21、前主偏向器25a， 25b以及四極子透鏡23Q1〜q4的光軸方向之上面與下面所設置的屏蔽電極3 6，3 9 ^ 屏蔽電極36具有5 mm的内徑Φ、般地形成；而屏蔽電極39 則具有10 mm的内徑φ 1般地形成。該些屏蔽電極36，39 , 不論哪一個皆接地，可以大幅地降低由各透鏡或是各偏向器形成的靜電場相互干涉之疑慮。結果，與圖9對比，很明顯地，在本實施型態中，第1成形偏向器17、第2成形偏向器21之任一個接具備有與屏蔽電極36之内徑同一内經 Φ ! (5 mm)所構成的。 4層的四極子透鏡23之中，第3層的四極子透鏡q3與第四層之四極子透鏡Q4被設計成具有比第1層以及第2層之四極子透鏡Ql、Q2大的内徑。具體言之，Ql、Q2的内經如圖 3( a)所示一般，φ丨=5 mm ;又，如同圖（b)所示一般，、 Q4之内徑Φ 2則為10 mm。另，四極子透鏡Q3、Q4則如以後所述一般，隨著形成電子射束$的X執道與γ轨道相互獨立控制的多極透鏡場，會在該多透鏡場兼有使偏向電量重& 的主偏向器27。又，屏蔽電極36、39接地，以防止因各電 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) A7

極所激起的靜電場溢出。電子射束描繪裝置1〇之其他構成，則與圖13所示的荷電射束描繪裝置1〇〇實質上是同一的。、圖1所示的荷電射束曝光裝置之運作則如下述。自電子搶11所發射出來的加速電子射束8 ,則照射在具有矩形或是圓形開口的第丨孔13上。通過該第1孔13的射束8，則朝向配置有數個一次曝光元件孔的第2成形孔19。電子射束8之射束徑，藉由照明透鏡15a，nb針對任意一個元件孔，可以調整到很大，而且γ以不干涉到鄰近的元件圖案。又，電子射束8在形成第2成形孔19的元件孔之中，為使照射至作為目標的元件孔，藉由第1成形偏向器丨7偏向控制該執道。通過第2成形孔19的電子射束8，以第2成形孔19惟起點，以作為元件圖案射束開始，藉由第2成形偏向器2 1以在光軸上被推回來的狀態，對四極子透鏡23内照明。將電子射束8的光軸作為Z方向時，四層的四極子透鏡 23，在X方向與γ方向的2方向電場，例如X方向自第1層開始至第4層止，依序為發散電場（Q1)、發散電場（Q2)、收斂電場（Q3)、發散電場（Q4)的時候；而Y方向則與X方向相反，則如收斂電場（Q1)、收斂電場（Q2)、發散電場（Q3)、收斂電場（Q4) ·—般的，施加電壓〜。因此在控制四極子透鏡 23的情況中，自第2成形孔19至晶圓14止的電子射束8的執道，則如圖4所示一般。與圖14對比可以明白，藉由四極子透鏡23的Q1〜Q4，電子射束8在X方向與Y方向上，係通過不 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 511171 A7 _____ B7 五、發明説明（14 ) 同執道。該點則與圖13所示之荷電射束曝光裝置1〇〇為同一；而在本實施型態中，藉由四極子透鏡23的Q1以及Q2 , X方向的電子射束軌道8χ，9X則重複發散，另一方面，由於Y方向的電子射束軌道8¥重複收斂，所以電子射束8不會完全形成電子密度高的交疊，而是朝向晶圓14集光。結果’在低加速的電子射束曝光中，可以大幅地減低空間電荷效果的影響。尚且，在本實施型態中，前主偏向器25a , 25b之中，僅使用前主偏向器25a以控制射束執道。回到圖1 ’晶圓14上的電子射束8之描繪領域（主範圍）的位置，則藉由前主偏向器25a以及主偏向器27，一面參考搭載晶圓14之XY平台（圖中未顯示）之位置，一面偏向控制。又，關於細細切割條紋之描繪範圍（副範圍），則是藉由副偏向器31控制其位置。於本實施型態中，四極子透鏡、 Q4 ,亦兼任主偏向器27。此為為在四極子透鏡23之Q3與Q4 的X方向執道以及Y方向軌道的控制之電場，使偏向電場重豐得以貫現。圖5〜圖7則顯示使電場重疊方法的一個具體釋例。圖5係顯示，僅為控制電子射束8的又方向以及γ方向，而對四極子透鏡23的Q3以及Q4之個電極施加的電壓值。於該情況下’對前主偏向器25 a施加的電壓值，變成為圖$ 係為顯示，僅在電子射束8偏向X方向的情況下，前主偏向器25a、四極子.透鏡23之Q3以及Q4·，對各電極所施加電壓之值。尚且，圖7係為顯示圖5所示由電壓值所得之電場，與圖6所示電壓值電場重疊時，對各電極施加的電壓值。其電壓值便成為在圖5所示之電壓值加上圖6所示之電壓值而得 -17 -

五、發明説明（15 ) 出的電壓值。藉由該種電壓控制，可以實現將電子射束之偏向控制在最小構成之情況。尚且，圖5〜圖7中，為顯示使在X方向使電子射束偏向的控制方法；關於對γ方向的偏向控制，則將圖6的偏向電壓移向9〇。，且將前主偏向器25a的偏向電壓部變為〇即可。又，若施加χ方向的控制電壓與γ方向的控制電壓相加的電壓時，可能可以朝向45。方向 (對角方向）偏向。如此一來，依據本實施型態的電子射束曝光裝置1〇時，其功能係作為前主偏向器25與二主偏向器27功能的四極子透鏡23之Q3與Q4 ’藉由調整其間的偏向電壓比，可以使電子射束8的像差成分為最小。又，偏向也可以在X方向與γ方向上相互獨立地進行。例士如11 8所示一般，使用前主偏肖器25a與主偏向器(四極子透鏡23之Q3、Q4)以及副偏向31，使χ方向的電子射束 48Χ偏向；另-方面，僅藉由主偏向器27(四極子透鏡_ Q3、Q4)以及副偏向器31偏向，使丫方向的電子射束“γ可 :再減低偏向像差。於該情況下，藉由調整作為前主偏向。器25與主偏向器27的四極子透鏡23之如以及Q4，與副偏向器31之三個偏向器間的偏向電壓比，可以使電子射束8的像差成分最小。田電子射束8照射在晶圓14上時〜，晶圓14的表面上，會發 ^二次電子等。設置於四極子遠鏡23下部之二次電子檢出 :33，檢測出該些二次電子等，而荷電射束曝光裝置⑺，藉由處理一一人電子檢出器33的檢出信冑，可以進行$腹像 511171 A7 --— _ B7 五、發明説明（16 ) 的檢出、或是射束調整等的控制、。依據本實施型態的電子射束曝光裝置10時，首先，由於使用四層的四極子透鏡Qi〜Q4，形成多極透鏡場之故，因此可以避免使用以前之迴轉對稱型的減速型靜電透鏡情況時，所發生的透鏡内減速。又，藉由該多極透鏡場，由於通過第2成形偏向器19，低加速之電子射束8的射束執道，在X、Y方向上相互獨立控制，因此不會全部結合在電流密度高的截面，而是可以集光於晶圓14之上。據此，儘管為低加速，也可以大幅地排除空二間電荷效果的影響。又，因為將八極的多極透鏡作為四極子透鏡運作，因此可以大幅地減低高次的像差。又，因為在四極子透鏡Q3、Q4的多極透鏡場上，使偏向電場重疊，並以四極子透鏡Q3、作為主偏向器運作，可以縮短該部分的縮小投影光學系統之光學長度。又，由於四極子透鏡q3、…之内徑設計為比qi、 Q2的内徑大，因此可以在電極近旁以外的領域上，形成電子射束執道。據此，可更進一步控制偏向像差。尚且，在四極子透鏡23的Z方向上的兩端，由於配置有接地電極的屏蔽電極26，因此得以防止自各電極的電場漏出。據此，因為可以消除各電場間的干涉之疑慮，因此隨著可以將電子光學系統的光學長更一步地縮短，尚可使偏向感度更進一步提昇。上述構成的光學系統與偏向控制方法，例如在X方向、γ方向上以，小率1/1〇的其他規格條件下，持續具備有四極子透鏡長(γ方向的長度）為6嶋， L5 mm□之主偏向、50 μηι□的副偏向機能，可以實現自第 -19 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公着) 511171 A7 __B7 :_ 五、發明説明（) 2成形孔19至s曰圓14為止之間的光學長為iqi mm (參照圖1) 的電子射束曝光裝置。 (2)第2之實施型態圖9係為顯示具備與本發明相關之荷電射束曝光裝置的第 2實施型態的電子光學系統之概略構成圖。與圖1對呜可以明瞭’本實施型態的荷電射束曝光裝置2〇的特徵在於，具備有下列各點：設置於前主偏向器25a的上流側之屏蔽電極 41、尚且具備有為替代四極子透鏡23之卩丨與的之間的屏蔽電極36所設置之屏蔽電極38。、荷電射束曝光裝置2〇的其他構成’則與圖1所示的荷電射束曝光裝置1〇實質上是同一的。屏蔽電極38的内徑則被設計為比設置在鄰接2個屏蔽電極，亦即，各自設置在四極子透鏡23Q1的上流側以及四極子23Q2下游側的屏蔽電極36之内徑還小。例如，當屏蔽電極36的内徑Φ !為5 mm之情況下，屏蔽電極38的内徑①^則設計為200 μην。據此，屏蔽電極38亦可以被作為照明透鏡 15a，15b、第1成形偏向器17、第2形成偏向器21、以及四極子透鏡23之Q1的射束對準用孔，或是作為電子射束8的檢出器之用。又，屏蔽電極41與屏蔽電極38同樣地，具有fch甘仏& p 、力比具他的屏蔽電極36，39的各内徑小的内徑一，例如内徑φ〜二⑷ 4= 200 μηι 〇由於具有如此小的内徑，屏蔽電極4 1可以祚达 Α 1下為照明透鏡 15a，15b、第1成形偏向器17、第2成形偏向写孬21、以及四極子透鏡23之Q1、Q2的射束對準用的孔，或县 4 K作為電子射 -20-

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束8的檢出益之用。則與圖1所示之電子射束曝的’因此省略其詳細之說電子射束曝光裴置2〇的運作，光裝置10之運作實質上是同一明0 以上係說明有關於本發明實施型態；惟本發明並不词限於該些實施型‘態’在不脫離其主旨的範圍内，可以實施各式各樣的㈣。例b ’在上述的實施型態中，所有的四極子透鏡23係以八極的電極所構成，而產生四極子場；四極子透鏡23之中’ Q1以及Q2係以:4個電極構成，僅有使偏向場重疊的四極子透鏡23之如師，係以如圖⑽或是⑷所示-般的人極的電極所構成亦可。又，四極子透鏡23 與Q4,並不揭限於八極的電極，即使由級數比為2以上的自然數)之多極構成亦可。如這般的藉由極數加大的多#，可以減低偏向場的高次成分並可控制向像差變得最小。X，在上述之.實施型態中，都使荷電射束的電子射束型態，’加以說明；本發明並非揭限於此，使用作為荷電射束的離子射束之荷電射束描繪裝置，一般可以適用。 [發明效果] 依據本發明之荷電射束描繪裝置時，由於使用以電場縮小·偏向荷電射束之縮小投影裝f，以及僅有偏向裝置構成的電子光學系統，或形成與充軸非對稱的電場之縮小投影裝置，因此在X方向與γ方向上經由不同的執道，而且= 會形成交疊的電子射束，在基板上可以結像。尚且，者 -21 -

511171 五、發明説明（19 ) 使用減速型之迴轉對稱透鏡之情況下所產生的透鏡内射束能量減速’也不會發生。據此，在高縮小率的不名譽的 (stigmatic)結像條件下，可以以低加速的荷電射束，大幅地減少空間電荷效果的影響。結果，在晶圓面上不會損壞，亚且由於不需要複雜的接近效果補正之控制’因此提供一種以簡單樸素的構成’且像差特性優良的荷電射束描繪裝尚且，在X方向與γ方向上通過不同軌道的荷電射束，各自以不同的偏向器偏向，又、由.於偏向場係在與縮小投影方法之光軸非對稱的電場上重疊，因此即使在不同的射束軌道上’也可以將偏向像差控制在最小限度，而可以在偏向感度最高最適的條件下偏向。結果，可以提供―種偏向電壓之低電壓化，與小型化，或是機械設計•製造上的負擔較少的荷電射束描繪裝置。 [圖示的簡單說明] [圖1]顯不具輪與本發明相關的荷電射束描繪裝置的第工實 %圖案學系統的概略構成圖。

[圖2_^卜備有圖m示之荷電射束描繪裝置之多極透鏡人平面圖。 I .· — 勒具備有圖1所示之荷電射束描緣裝置之多極透鏡，其内徑差異的平面圖。〜 [圖4 ]顯所示之荷電射東描繪裝置的縮小投影光學系統上，軌道之說明圖° [圖5]說nf由圖1所示之四極子透鏡Q3, Q4,透鏡電場擊. -22-

形成方法

_ ^圖1所示之四極子透鏡Q3，Q4，偏向電場 •藉由圖1所示之四極子透鏡Q3 Q4，偏向電場形成方法的圖示。 [圖8]說明圖丨所示之荷電射束描繪裝置的縮小投影光統中，Y 士 A A ,___ ^ 統中，X方向與γ方向相互獨立，射束軌道圖。偏向控制電子射束方法的 [圖9]顯示具備與本發明相關^荷電射束描繪裝置的第2 施圖案之電子光學系統的概略^成圖。 [圖10]顯示依據以前技術之VSB描繪方式的電子線描繪裝置的代表釋例的概略構成圖。· 、 [圖11]顯示依據以前技術，使用低加速電壓之電子射束之孔方式的電子射束為繪裝置的一個釋例的概略構成圖。 / [圖12]顯示圖n所示之電子射束描繪裝置的縮小投影光學系統内上，其射束執道之說明圖。 [圖13]依據以前技術，使用低加速電壓之電子射束之孔方式的電子射束描繪裝置的其他釋例的概略構成圖。 [圖14]顯示圖13所示之電子射束描繪裝置的靜電型四極子透鏡光學系統内上，其電子射束執道之說明圖。本紙張尺度適财S g家標準(CNS) A4规格(2l〇x 297公董） ------------- 511171 A7 B7 五、發明説明（21 ) [符號說明] 8X，9X X方向的電子射束軌道 8Y，9Y Y方向的電子射束執道 10，20 荷電射束曝光裝置 11 荷電粒子槍（電子槍） 13 第1成形孔 14 晶圓 15a， 15b 照明透鏡 19 第2成形孔、 17 第1成形偏向器 21 第2成形偏向器 23 四極子透鏡 25a ， 25b 前主偏向器 27 主偏向器 31 副偏向器 33 電子檢出器 36，39 屏蔽電極 38，41 兼作為屏蔽電極之，射束對準用之孔以及射束檢出器 48X X方向偏向電子射束 48Y Y方向偏向電子射束 ~ -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210x297公釐)

Claims

Αδ Β8 C8

1· 一種荷電射束曝光裝置，其具備：裝產生荷電射束並予照射於基板置； • 土傲上的何電射束射出射以擁有均一的電子密度之方戎乃式凋整上述荷電射東i 束徑的照明光學系統；八具有與所期望的描緣圖牵相劈+ Λ 口茶相對應形狀的隙孔之開角孔以使上述荷電射束具有上述所期望之斷面形狀的方式’將上述何電射束藉由電，偏向，射入上述開角孔極之所期望之隙孔’且將通過i述隙孔的上述荷電射束，返回於該偏轴的第1偏向裝置；將上述通過開角孔極之荷電光束藉由電場縮小，並於上述基板上結像之縮小投影光學系統；使通過上述開角孔極之上述荷電射束藉由電場偏向，並於上述基板上掃描之第2偏向·裝置；上述荷電射束射出裝置，係以較對接受上述荷電射束照射的上述基板所發生的二次荷電粒子、或是反射荷電粒子、或疋上述二次荷電粒子以及上述反射荷電粒子接近之描繪型態的曝光量給予影響之接近效果的影響，發生量為低之加速電壓，使上述荷電射束射出；上述縮小投影光學系統中形成有多極透鏡場，使得當上述光軸為Z方向時，以在X方向與γ方向上大致相同的縮小率，上述電子光束縮小，而且，以不會在上述開角孔極與上述基板間形成交疊方式，在上述基板上結像。 -25· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 511171

2·:申明專利範圍第1項之荷電射束曝光裝置，其中上述縮小彳又衫光學系統包含有％層（Νι為3以上之自然數）之弟1多極透鏡。 3.如申請專利範圍第2項之荷電射束曝光裝置，其中上述乂為4。 4·=申明專利範圍第3項之荷電射束曝光裝置，其中上述第\之多極透鏡之控制如下：上述又方向與Y方向之2方向 7場自第1層開始至第4層為止，分別依序形成發散電 %、=散電場、收斂電場、i發散電場，或是自第^層開始至第4層為止，分別依序形成收斂電場、收斂電場、發散電場、收斂電場。 5·如申凊專利範圍第丨至4項中任一項之荷電射束曝光裝置，其中上述第2偏向裝置係使用複數的靜電型偏向器所形成。 6·如申凊專利範圍第1至4項中任一項之荷電射束曝光裝置其中上述第2偏向裝置係將靜電偏向場重疊於上述多極透鏡場之上，使上述荷電射束偏向。 7·如申请專利範圍第1至4項中任一項之荷電射束曝光裝置、其中上述第2偏向裝置係使上述X方向之荷電射束與上述Y方向之荷電射束相互獨立，並控制偏向。 8·如申请專利範圍第3或4項之荷電射束曝光裝置，其中尚且具備有作為第1主偏向器的嘴2多極透鏡，該透鏡係配置在第2層的上述多極透鏡與第3層之上述多極透鏡之間； -26- ΐ紙張尺度適用_家科_) M規格(2腦撕公爱)

裝

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上述第1多極透鏡係控制成上述又方向的電場自第1層至第4層為止依序形成發散電場、發散電場、收斂電 %、發散電場，而且上述γ方向的電場則自第丨層至第4 層止依序形成收斂電場、收斂電場、發散電場、收斂電場一般予以控制；第3層之上述第1多極透鏡與第4層之上述第1多極透鏡，係在上述多極透鏡場中，作為重疊靜電偏向場之第 2主偏向器；上述第2偏向裝置包含上域第1主偏向器與上述第2主偏向器，就上述X方向之上述荷電射束，是因上述第1主偏向器之第1主偏向場與因上述第2主偏向器之第2主偏向場而偏向；就上述γ方向之上述荷電射束，則藉由上述第2主偏向場偏向，藉而在上述χ方向與γ方向上相互獨立般地偏向控制。 9·如申請專利範圍第2至4項中任一項之荷電射束曝光裝置’其中上述第2偏向裝置，尚且包含配置於上述第％層之上述多極透鏡之下游側上的副偏向器。 10·如申請專利範圍第2至4項中任一項之荷電射束曝光裝置，其中上述第1或是第2之多極透鏡係為靜電型透鏡。 11. 如申請專利範圍第1〇項之荷電射束曝光裝置，其中上述靜電型透鏡係為四極子透鏡。〜 12. 如申请專利範圍第丨丨項之荷電射束曝光裝置，其中上述第1或疋第2多極透鏡包含具有％個（m=4N2 : %為2以上之自然數）電極，且鄰接之n2個的上述電極則形成為一 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 511171 A8 B8 C8

組四極子透鏡的多。 13·如申請專利範圍第#項之荷電射束曝光裝置，其中上述第1層之多極透g上述第2層之多極透鏡具有第】之内徑； W" 上述第3層之多極透鏡與上述第4層之多極透鏡則具有比上述第1内徑大之第2内徑。从如申請專利範圍第2至4項之任一項之荷電射束曝光裝置其中尚且具備第1屏蔽電極，該電極係設置於上述第ί多極透鏡之上述Z方向的辞近上面與下面之處。 15·如申請專利範圍第14項之荷毫射束曝光裝置，其中上述第1屏蔽電極中的第丨層上述多極透鏡與第2層之上述多極透鏡之間所設置的上述第1屏蔽電極，具有比其他上述第1屏蔽電極内徑之第3内徑還小的第4内徑。 16·如申請專利範圍第15項之荷電射束曝光裝置，其中具有上述第4内徑之上述第丨屏蔽電極，係成為上述荷電射束之第1對準孔、或是上述荷電射束之第1檢出器。 17·如申請專利範圍第2至4項之任一項之荷電射束曝光裝置’其中尚且具備第2屏蔽電極，該電極係設置在分別接近上述第1偏向裝置以及上述第2偏向裝置之上面與下面之處。 I8·如申請專利範圍第17項之荷電封束曝光裝置，其中上述第2屏蔽電極中，設置在上述篇1主偏向器上面之上述第 2屏蔽電極’具有比上述第3之内徑小的第5内徑。 19·如申請專利範圍第18項之荷電射束曝光裝置，其中具有 -28 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐) 511171 A8 B8 .C8 - _____ D8 H申請專利範圍 ^ ^~ 上述第5内徑的上述第2屏蔽電極，係成為上述荷電射束之第2對準孔、或是上述荷電射束之第2檢出器。 20.如申請專利範圍第19項之荷電射束曝光裝置，其中上述第1以及第2多極透鏡具有大約6 mm之透鏡長；且上述第1内控約為5 mm ; 而上述第2内徑約為1〇 mm ; 且在上述開角孔極與上述基板之間的光學長為 .、… 10 mm -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)