电荷束曝光装置、采用电荷束的曝光方法、电荷束的控制方法和半导体器件的制造方法

专利名称：电荷束曝光装置、采用电荷束的曝光方法、电荷束的控制方法和半导体器件的制造方法
相关申请的交叉参考按照(美国专利法)35USC$119条，本申请要求下述日本专利申请的优选权，该日本专利申请为申请号2002-92570，申请日为2002年3月28日，以及申请号2003-13749，申请日为2003年1月22日的申请，其内容在这里作为参考被引用。
但是，由于具有可形成高精度的细线图案的特征，作为光曝光方式的光刻工艺的下一代技术，或制造ASIC(特定用途集成电路)等面向多品种少量生产的半导体集成电路装置的有力的技术方案正在发展。作为通过电荷束的，例如，电子束，直接形成图案的方法，除了有在对较小的圆点射束进行ON/OFF控制的同时，扫描整个晶片形成图案的方法，还有通过模版孔阑(stencil aperture)的电子束，绘制图案的VSB绘图方式(例如，H.sunaoshi et al；Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34(1995)，pp.6679-6683，Part 1，No.128，December 1995)。另外，作为使VSB绘图进一步发展的绘图方式，人们还开发了下述整体绘图方式的电子线绘制技术，在该技术中，准备模版以便用重复图案构成一个块，通过将其进行选择绘制，进行高速绘图。
由于由H.Sunaoshi等公开的VSB绘图方式的电子线绘图装置具有由电磁透镜，静电偏转器构成的电子光学系统，因此必须充分地考虑这些透镜和偏转器的综合的光学特性，机械的装配精度，以及污染的影响等构成。另外，为了提高射束的分辨率，采用将以加速至高加速度的电子束射入晶片的抗蚀层(resist)的方式。因此，产生接近效果的现象，该现象为通过被照射的电子束，在附着于晶片面的抗蚀层(resist)下面上的各种多层薄膜内，产生后方散射电子，再次转向抗蚀层(resist)上方的现象。该接近效果引起绘制图案模糊，分辨率变差。因此，必须进行用于对该接近效果进行补偿的控制，不仅在电子光学系统方面，而且在控制方面，必须形成大型的系统。因此，系统复杂化，其结果是存在引起故障等精度反而下降的问题。此外，由于采用高加速度的电子束，故还有晶片表面损坏的危险。
为了克服高加速电压电荷束的VSB方式的上述问题，人们提出了采用低加速电压的电子束的孔阑式的电子射线绘图方式(例如，特开2000-173529号公报，J.Vac.Sci.Technol.B14(6)，1996，3802)。由于在特开2000-173529号公报中所公开的电子束绘图装置中的电子光学系统，在缩小投影光学系统中采用单透镜(Einzellinse)，故如

图1所示的那样，电子束67通过相对光轴旋转对称的轨道。因此，通过前置主偏转器95’，主偏转器95，前置副偏转器93’，副偏转器93，以完全相同的偏转灵敏度，使电子束67的轨道偏转，所产生的偏转象差也相对光轴处于旋转对称状态。
但是，在特开2000-173529号公报中所公开的电子束绘图装置的缩小投影光学系统中，如图1所示的那样，在单元孔阑19以下，形成电流密度较高的交叉点98，99。另外，在该投影光学系统中，由于按照减速型的聚焦模式，采用旋转对称型的静电型透镜(单透镜)64，66，故在透镜内部，电子束67减速。由于上述这两个方面的原因，在特开2000-173529号公报中所公开的电子束绘图装置中，产生色象差和空间电荷效应(特别是，Boersch效应)引起的射束模糊，单元孔阑像在晶片14上模糊，其结果是存在绘图特性变差的问题。
在采用低加速电压的电荷束的孔阑式的电荷束绘图方式中，为了克服上述的问题，人们提出了缩小投影光学系统通过多层多极透镜构成的绘图方式(特开2001-93825，特开2002-50567号公报，特开2002-93357号公报，特开2002-216690号公报)。图2表示特开2002-50567号公报中所公开的电子束绘图装置。该图所示的电荷束绘图装置100通过4层多极透镜，构成电子光学系统内的缩小投影光学系统。在作为电荷束采用电子束时，将从电子枪11加速的电子束8照射向具有矩形，或圆形开口的第1孔阑13。通过该第1孔阑13的电子束8射向一起排列有多个曝光单元图案的单元孔阑19。该电子束8按照下述尺寸的射束直径形成，该尺寸指通过照明透镜15，相对任意一个单元图案充分大，并且不对邻接的单元图案造成干涉。照明透镜15由2个静电透镜15a和15b(单透镜)构成，其按照对中间的电极外加负电压的方式使用。通过第2照明透镜15b的电子束8通过第1成形偏转器17，被进行偏转控制，以便在单元孔阑19的内部，可选择成为目标的单元图案，如果通过单元孔阑19，则通过第2成形偏转器21，使单元孔阑像偏转回到光轴上。通过第1成形偏转器17和单元孔阑19的电子束8作为以单元孔阑19作为起点的单元图案射束而开始，以通过第2成形偏转器21，被偏转回光学系统的光轴上的状态，对多极透镜23的内部进行照明。多极透镜23由4层静电型透镜Q1～Q4构成，采用八极子电极，产生四极子场(多极透镜场)。
在这里，将光轴定义为Z轴，将Z轴上相互垂直的二个平面定义为X平面和Y平面，将该X平面的电子束轨道定义为X轨道，将Y平面的电子束轨道定义为Y轨道。在4层的多极透镜Q1～Q4中，按照下述方式外加电压，该方式为X方向和Y方向的2个方向的电场分别沿X方向，从第1层到第4层，依次地形成发散电场、发散电场、收敛电场、发散电场，沿Y方向依次形成收敛电场、收敛电场、发散电场、收敛电场。该多极透镜23，第1成形偏转器17，第2成形偏转器21，以及前置主偏转器25a，25b的光轴方向的两端的附近，设置有作为接地电极的屏蔽电极36，39，第1层和第2层的多极透镜23之间的屏蔽电极36与前置主偏转器25正上方的屏蔽电极39分别同时用作孔阑38，41，通过孔阑38，41，检测射束电流，由此，实现照明透镜15，第1成形偏转器17，第2成形偏转器21，多极透镜23(Q1，Q2)的射束对准。图3表示从此时的单元孔阑19，到晶片14之间的电子束8的轨道。该电子束8因多极透镜23的Q1～Q4所形成的相应电场的作用而分别通过沿X方向和Y方向的不同的轨道8X，8Y，并且该电子束在不形成电子密度较高的区域的情况下，汇聚于晶片14上。通过使偏转电场与前置主偏转器25a和多极透镜23的Q3和Q4重叠，作为偏转器进行控制的主偏转控制，在参考图中未示出的XY载物台的位置的同时，相对于装载于XY载物台上的晶片14，对主场的位置进行偏转控制，通过副偏转器31，对副场的位置进行偏转控制。使偏转电场与多极透镜23的Q2和Q3之间的前置主偏转器25和多极透镜23的Q3和Q4重叠，通过调整将该多极透镜23的Q3和Q4作为偏转器而进行控制的主偏转控制的偏转电压比，进行控制，以便使在晶片14上产生的偏转象差为最小。重叠有偏转电场的多极透镜23的Q3，Q4的内径被设计为大于四极子透镜Q1，Q2(参照图2)。由此，可减小偏转象差。例如，如图4所示的那样，朝向X方向的偏转，采用前置主偏转器25a和主偏转器23(Q3，27)和副偏转器31进行偏转(X方向偏转射束轨道48X)，朝向Y方向的偏转，采用主偏转器23(Q3，27)和副偏转器31进行偏转(Y方向偏转射束轨道48Y)，通过调整偏转电压比，使偏转象差达到最小。
但是，在缩小投影光学系统采用多极透镜23的光学系统中，电子束8通过相对于光轴较大的非对称的轨道，在X方向和Y方向上，象差性能有较大不同。其结果是，单元孔阑像在晶片14上形成较大的非对称的状态，发生模糊混乱。
另一方面，如果为了将多极透镜应用于电子光学透镜，减小空间电荷效应，如果相对光轴形成较大的非对称的电子束轨道，以使电子束不形成电子密度较高的区域99，则存在使绘图特性变差的问题。
此外，对于开口象差和色象差，在过去，人们采用下述方法，即，通过用单透镜，形成电子显微镜等的光学系统，将多极透镜作为象差补偿器装配于该光学系统的一部分中，由此对这些象差进行补偿(例如，特开5-234550号公报，J.Zach and M.Haider，“Aberrantion correction in alow-voltage scanning microscope”，Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research(Section A)Vol.363，No.1，2，pp316～325，1995，J.Zach，“Design of a high-resolution low-voltage scanning electronmicroscope”，Optik 83，No.1，pp.30～40，1989)。
但是，如果在由上述单透镜构成的光学系统中，对开口象差和色象差进行补偿，则均必须独立于成像光学系统而装配象差补偿器，其结果是，具有下述缺点，即，光学长度变长，空间电荷效应造成的模糊却增加。
上述电荷束发射器以下述加速电压发射上述电荷束，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压。
本发明的第2方面提供一种电荷束曝光装置，该电荷束曝光装置具备电荷束发射器，该电荷束发射器产生电荷束，将其射向基板；照明光学系统，该照明光学系统调整上述电荷束的射束直径；单元孔阑，该单元孔阑具有对应于所需绘制图案形状的单元图案；第1偏转器，该第1偏转器通过电场，使上述电荷束偏转，使其射入上述单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影光学系统，该缩小投影光学系统通过电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转器，该第2偏转器通过电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束偏转，在上述基板上进行扫描；上述电荷束发射器以下述加速电压发射上述电荷束，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；对于上述电荷束，通过上述缩小投影光学系统，相互独立地对上述第1方向的倍率和上述第2方向的倍率进行控制，以便与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的象差性能，以及与第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的上述电荷束的象差性能在上述基板上基本上相同；上述单元孔阑按照下述方式形成，该方式为上述单元图案具有与通过上述缩小投影光学系统的控制，上述电荷束的上述第1方向的倍率和上述电荷束的上述第2方向的倍率相互不同的情况相对应的形状。
本发明的第3方面提供一种电荷束曝光装置，该电荷束曝光装置具备
电荷束发射器，该电荷束发射器产生电荷束，将其射向基板；照明光学系统，该照明光学系统调整上述电荷束的射束直径；单元孔阑，该单元孔阑具有对应于所需绘制图案形状的单元图案；第1偏转器，该第1偏转器通过第1电场，使上述电荷束偏转，使其射入上述单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影光学系统，该缩小投影光学系统通过第2电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转器，该第2偏转器通过第3电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束偏转，调整在上述基板上的照射位置；上述电荷束发射器以下述加速电压发射上述电荷束，该电压指低于对接受上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述缩小投影光学系统包括象差补偿器，该象差补偿器具有N层(N为2或以上的自然数)的M极子透镜(M为4或以上的偶数)，为了减小在上述电荷束的上述基板上成像的位置的空间电荷效应导致的模糊，沿分别与上述光轴相垂直的(M/2)方向相互独立地对通过上述照明光学系统使上述射束直径增加的场合所产生的开口象差和色象差中的至少任何一个象差进行补偿。
本发明的第4方面提供一种采用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；照明位置控制步骤，在该步骤，按照下述方式对上述电荷束的照明位置进行调整，该方式为通过上述单元图案的上述电荷束通过在与光轴相垂直的二个平面中的一个面中的以上述光轴为中心而基本对称的轨道；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场，使上述照明位置进行了调整的上述电荷束偏转，在上述基板上进行扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压。
本发明的第5方面提供一种采用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场使通过上述单元图案的电荷束偏转，在上述基板上进行扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对接受上述电荷束照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述第2偏转步骤包括控制步骤，在该步骤，相互独立地对第1方向的电荷束的偏转幅度和第2方向的电荷束的偏转幅度进行控制，以使与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的偏转象差，以及与上述第1方向和光轴相垂直的第2方向的上述电荷束的偏转象差在上述基板上基本相同。
本发明的第6方面提供一种采用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束偏转，在上述基板上进行扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对接受上述电荷束照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述缩小投影步骤包括控制步骤，在该步骤，相互独立地对第1方向的电荷束的倍率与第2方向的电荷束的倍率进行控制，以使与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的象差性能，以及与上述第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的上述电荷束的象差性能在基板上基本相同。
本发明的第7方面提供一种电荷束控制方法，该电荷束控制方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过第1电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过第2电场，使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过第3电场，使通过上述单元图案的电荷束偏转，调整在上述基板上的照射位置；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对接受上述电荷束照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述第2电场包括分别通过M极子透镜(M表示4或以上的偶数)产生的N层(N表示2或以上的自然数)的M极子场的电场；
上述缩小投影步骤包括象差补偿步骤，在该步骤，为了减小在上述电荷束的上述基板上成像的位置的空间电荷效应导致的模糊，沿分别与上述光轴相垂直的(M/2)方向，相互独立地对通过上述射束直径调整步骤使上述射束直径增加的场合产生的开口象差和色象差的至少任何一个进行补偿。
本发明的第8方面提供一种半导体器件的制造方法，该制造方法采用使用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；照明位置控制步骤，在该步骤，按照下述方式对上述电荷束的照明位置进行调整，该方式为通过上述单元图案的上述电荷束通过在与光轴相垂直的二个平面中的一个面中的以上述光轴为中心而基本对称的轨道；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场，使上述照明位置进行了调整的电荷束偏转，在上述基板上扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压。
本发明的第9方面提供一种半导体器件的制造方法，该制造方法采用使用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场使通过上述单元图案的电荷束偏转，在上述基板上扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述第2偏转步骤包括下述控制步骤，在该步骤，相互独立地对第1方向的上述电荷束的偏转幅度和第2方向的上述电荷束的偏转幅度进行控制，以使与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的偏转象差，以及与上述第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的上述电荷束的偏转象差在上述基板上基本相同。
本发明的第10方面提供一种半导体器件的制造方法，该制造方法采用使用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场使通过单元图案的电荷束偏转，在上述基板上扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述缩小投影步骤包括下述控制步骤，在该步骤，相互独立地对第1方向的电荷束的倍率和第2方向的上述电荷束的倍率进行控制，以使与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的偏转象差性能，以及与上述第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的电荷束的上述偏转象差性能在上述基板上基本相同。
本发明的第11方面提供一种半导体器件的制造方法，该制造方法采用电荷束控制方法，该电荷束控制方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过第1电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过第2电场使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过第3电场使通过单元图案的电荷束偏转，调整在上述基板上的照射位置；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述第2电场包括分别通过M极子透镜(M为4或以上的偶数)产生的N层(N为2或以上的自然数)的M极子场的电场；上述缩小投影步骤包括象差补偿步骤，在该步骤，按照下述方式，为了减小在上述电荷束的上述基板上成像的位置的空间电荷效应导致的模糊，沿分别与上述光轴相垂直的(M/2)方向相互独立地对在通过上述射束直径调整步骤使上述射束直径增加的场合产生的开口象差和色象差中的至少任何一个，进行补偿。
(1)第1实施方案图5为表示本发明的电荷束曝光装置的第1实施方案的主要部分的概略构成图。该图所示的电子束曝光装置1具备电子光学系统和照明位置调整部。该电子光学系统包括电子枪11，第1孔阑13，照明透镜15(15a，15b)，第1成形偏转器17(17a，17b)，单元孔阑19，第2成形偏转器21(21a，21b)，4层的多极透镜23(Q1～Q4)，前置主偏转器25(25a，25b)，副偏转器31，屏蔽电极36，38，39，41，42，以及二次电子检测器33。另外，照明位置调整部包括控制计算机40，电流计42，A/D转换器44，偏转控制电路46，照明透镜控制电路48，电源PS1，PS2。
电子枪11形成低加速的电子束8，将其照向基板14。电子束8通过具有矩形或圆形开口的第1孔阑13，朝向一起排列有多个曝光单元图案的单元孔阑19。照明透镜15由2个静电透镜(单透镜)构成，其通过向中间电极外加负电压而使用，电子束8按照下述方式形成，该方式为该电子束8具有相对任意一个单元图案足够大，并且不对邻接的单元图案造成干涉的尺寸的射束直径。第1成形偏转器17对目标位置进行偏转控制，以使通过第2照明透镜15b的电子束8，在单元孔阑19中，选择构成目标的单元图案。第2成形偏转器21将通过单元孔阑19的单元图偏转回光轴上。通过第1成形偏转器17和单元孔阑19的电子束8作为以单元孔阑19为起点的单元图案射束而开始，在通过第2成形偏转器21，被偏转回光轴上的状态，对多极透镜23的内部进行照明。多极透镜23(Q1～Q4)由夹设有前置主偏转器25a，25b的4层的静电型多极透镜构成。各多极透镜产生称为四极子场(多极透镜场)的电场，在沿电子束8的X方向，Y方向相互不同的轨道上进行控制。图6A～6C表示多极透镜23的几种具体的形状。
图6A表示由4个电极构成的四极子透镜。该图所示的四极子透镜中的电极Q11a～Q11d分别具有圆柱形状，相互按照90度的角度设置。图6B表示8极子透镜的一个组成实例，其中示出相互按照45度设置的8个圆柱形状的电极Q12a～Q12h。图6C表示8极子透镜的另一组成实例，具有扇形的平面形状的8个电极Q13a～Q13h相互按照45度的角度设置。
在图6B和图6C所示的场合，在8个电极中，邻接的2个电极用作1个四极子电极，由此，将多极透镜23的整体用作四极子透镜发挥作用。例如，电极Q13a，Q13h按照均外加+V的电压，由此，作为图6A所示的电极Q11a发挥作用的方式进行控制。
在这里，将光轴定义为Z轴，将以Z轴为中心时的相互垂直的二个平面定义为X平面和Y平面，将该X平面的电子束轨道定义为X轨道，将Y平面的电子束轨道定义为Y轨道。由4层的多极透镜23形成的X方向与Y方向的2个方向的电场按照下述方式被控制，该方式为X方向从第1层，到第4层依次形成发散电场(Q1)、发散电场(Q2)、收敛电场(Q3)、发散电场(Q4)，Y方向依次形成收敛电场(Q1)、收敛电场(Q2)，发散电场(Q3)，收敛电场(Q4)(参照图3)。在本实施方案中，这些多极透镜23(Q1～Q4)被控制为在X方向和Y方向缩小倍率形成不同的倍率。该方面将在后面进行具体描述。
返回到图5，前置主偏转器25和多极透镜23的Q3，Q4将偏转电场重叠于控制电子束轨道的上述发散电场和收敛电场，由此，进行相对于电子束8的主偏转控制，在参考XY载物台的位置的同时，对装载于图中未示出的XY载物台上的晶片14的主场的位置进行偏转控制。副偏转器31设置于第4层的四极子透镜23的Q4与晶片14之间，相对晶片14的副场，控制电子束8的位置。如图14所示的那样，朝向X方向的偏转，采用前置主偏转器25a与主偏转器23(Q3，27)(Q4，27)，副偏转器31进行偏转，朝向Y方向的偏转，仅仅通过主偏转器23(Q3，27)(Q4，27)与副偏转器31进行偏转。象这样，在X方向和Y方向采用不同的主偏转器，并且沿X方向和Y方向相互独立地调整偏转电压比，由此，可减小偏转象差。在这里，如图5所示的那样，使偏转电场重叠的多极透镜23的Q3，Q4的内径按照大于多极透镜Q1，Q2的方式设定。由此，可进一步减小偏转象差。
在本实施方案的电子束曝光装置1中，这些主偏转器和副偏转器按照沿X方向和Y方向不同的偏转幅度使电子束8偏转的方式进行控制，这一点也将在后面进行具体描述。
二次电子检测器33设置于副偏转器31的底部，其检测在电子束8照射晶片14时产生的二次电子，反射电子和后方散射电子。通过图中未示出的处理装置，对这些反射电子信号进行处理，由此，可获得SEM图像，用于射束调整等的控制。
屏蔽电极36分别接近设置于第2成形偏转器21a，21b之间，第2成形偏转器21b的光轴方向下面，多极透镜23Q1的光轴方向上面，多极透镜Q2的光轴方向下面。屏蔽电极38设置于多极透镜23Q1和Q2之间。屏蔽电极39接近设置于前置主偏转器25a与25b之间，前置主偏转器25b的光轴方向下面，多极透镜23Q3和Q4之间和Q4的光轴方向下面。屏蔽电极41接近设置于前置主偏转器25a的光轴方向上面，屏蔽电极42接近设置于多极透镜23Q3的光轴方向上面。这些屏蔽电极36，38，39，41，42均接地，防止通过各电极激发的静电场的渗漏，由此，大幅度地消除由各透镜，或各偏转器形成的静电场相互干涉的危险。另外，屏蔽电极38，41，42同时用作孔阑，通过采用这些孔阑检测射束电流，由此，可分别针对照明透镜15，第1成形偏转器17，第2成形偏转器21，多极透镜23Q1，Q2和前置主偏转器25，调整电子束8的对准性。
本实施方案的电子束曝光装置1的照明位置调整部采用屏蔽电极38，调整对多极透镜23的电子束8的照明位置。现在在参照图7～图9B的同时，对该调整方法进行描述。
图7为表示调整电子束8的照明位置的方法的基本步骤的流程图。首先，控制计算机40在将多极透镜23的透镜关闭(off)的状态，将控制信号供给照明透镜控制电路48，从电源PS1，将负的电压外加于照明透镜15上，由此，将电子束8朝向孔阑38照射(步骤S1)。接着，控制计算机40向偏转控制电路46供给控制信号，从电源PS2将电压外加于第2偏转器21上，由此，例如，如图8A中的箭头所示的那样，使电子束8在孔阑38上进行扫描(步骤S2)。用电流计42测定从电子束8照射的通过孔阑38被吸收的吸收电流I，A/D转换器44将测定结果转换为数字信号，将其供给控制计算机40。该控制计算机40计算孔阑边缘处的吸收电流I的上升(下降)时间D(步骤S3)。
在这里，在电子束8处于适合的照明位置，该射束直径充分小的场合，吸收电流I因电子束8通过孔阑而急剧减小(增加)。因此，如图8B所示的那样，吸收电流I的波形的下降(上升)时间D较短。另一方面，在电子束8不位于适合的照明位置，其射束直径较大的场合，即使在电子束8通过孔阑边缘的情况下，吸收电流I缓慢减少(增加)。因此，如图8C所示的那样，吸收电流I的波形的下降(上升)时间D变长。
上述控制计算机40将已计算的上升(下降)时间D与规定的阈值W进行比较(步骤S4)，如果上升(下降)时间D小于等于阈值W，则判定电子束8的照明位置是适合的。另一方面，如果上升(下降)时间D大于阈值W，则控制计算机40判定电子束8的照明位置不适合，调整照明透镜控制电路48的供给信号，由此，调整照明透镜15的透镜电压(步骤S5)，反复进行上述的步骤S2～S4，直至上升(下降)时间D小于等于阈值W为止。
在上述照明位置的调整方法中，虽然采用阈值W调整电子束8的射束直径，但是并不限于此，例如，也可调整射束直径直至获得最小模糊圆的截面形状。另外，在本实施方案的电子束曝光装置1中，虽然通过照明位置调整部，自动地调整电子束8的照明位置，但是，即使在不具有这样的照明位置调整部的情况下，也可通过图中未示出的显示器，通过目视监视孔阑38的吸收电流来检测电子束8的照明位置。在对孔阑38进行扫描的电子束8的射束直径充分小的场合，例如，如图9A的图像Im1所示的那样，可明确地确认孔阑的开口。另一方面，在对孔阑38进行扫描的电子束8的射束直径较大的场合，象例如，图9B的图像Im2所示的那样，显示出孔阑的边缘非常不鲜明的图像。因此，操作者也可通过调整照明透镜15的透镜电压，调整电子束8的照明位置，直至获得孔阑38的边缘的鲜明的图像。
图10A～图11表示从获得适合的照明位置时的单元孔阑19，到晶片14之间的电子束8的轨道。图10A表示电子束8的X方向的轨道，图11表示此时的Y方向的轨道。另外，图10B为图10A内部的，由符号R表示的区域的放大图。如通过图10A与图11的对比而明白的那样，通过多极透镜23(Q1～Q4)的作用，电子束8通过沿X方向和Y方向不同的轨道，并且在不形成电子密度高的区域的情况下，汇聚于晶片14上。电子束8的照明位置在缩小投影光学系统的内部，包括第1层多极透镜23Q，以及其下游侧的区域。由此，可形成也在电子束8的照明位置，不形成电子密度较高的区域的轨道，可进一步减小空间电荷效应。
如果采用本实施方案的电子束曝光装置1所具有的照明位置调整部，则在从单元孔阑19上的任意点，象差性能较差的X方向的电子束8以如图10B所示的那样的扇形角αo射出时，相对光轴(Z轴)的角度为(α+αo)的8X(α+αo)轨道，和相对光轴的角度为(α-αo)的8X(α-αo)轨道，均成为相对光轴对称的射束轨道。由此，可进一步提高电子束8的X方向的象差性能。
在本实施方案的电子束曝光装置1中，由于采用形成沿X方向和Y方向不同的轨道的缩小投影光学系统，故在电子束8的偏转控制中，在X方向与Y方向中，偏转灵敏度，偏转象差特性有较大不同。更具体地说，如图10A所示的那样，X方向的电子束8在晶片14的正前受到发散电场作用，故X方向的偏转象差性能变差。于是，主偏转区域与副偏转区域的各偏转电压沿偏转象差性能差的X方向较小，沿Y方向较大，由此，可使X方向，Y方向的偏转象差特性基本上相同。更具体地说，外加于前置主偏转器25a与主偏转器23(Q3，27)(Q4，27)，副偏转器31上的X方向的偏转电压，与外加于主偏转器23(Q3，27)(Q4，27)与副偏转31上的Y方向的偏转电压的比(偏转电压比)按照X方向的偏转幅度小于Y方向的偏转幅度的方式进行调整。偏转幅度的具体的调整量通过下述方式得出，该方式为分别通过模拟等方式计算在例如，X方向和Y方向均以相同幅度偏转的场合所产生的X方向和Y方向的象差，根据该计算结果，计算出使X方向的象差与Y方向的象差相等的比率。
图12为说明采用本实施方案的电子束曝光装置1的偏转控制方法的绘图区域的示意图。如该图所示的那样，例如，当整个绘图区域为四边形的绘图区域101时，由于按照X方向的偏转幅度小于Y方向的偏转幅度的方式进行偏转控制，因此，对于主偏转绘图区域102(主场)和副偏转绘图区域103(副场)中的任何的区域，均是Y方向为纵向方向的长方形。但是，由于各方向的偏转幅度的调整为在X方向和Y方向之间相对的调整，故主偏转绘图区域102和副偏转绘图区域103的面积本身分别与过去的偏转区域的面积相同。这样，如果采用本实施方案，则可在不减小各偏转区域的面积的情况下，使总象差性能提高。
此外，一般，伴随缩小投影光学系统的倍率M(M≤1)的减小，象差特性变差。如上所述，在本实施方案中，由于在X方向和Y方向形成不同的轨道，X方向的电子束8X在晶片14的正前，受到分散电场作用，故X方向的象差性能变差。于是，按照象差性能较差的X方向的倍率相对地变大，Y方向的倍率相对减小的方式，调整对多极透镜23(Q1～Q4)的外加电压。由此，可在保持较小的倍率M的状态，使象差性能提高。X方向与Y方向的倍率的具体比例可通过例如，与上述的偏转量的模拟的方式相同的方法求出。另外，单元孔阑19上的单元图案按照下述方式预先地制作，该方式为与这样的倍率调整相对应，使投影于晶片14上的所需的绘制图案的倍率在X方向和Y方向不同。
这样，如果采用本实施方案，则可在通过低加速的电荷束大幅度地减小空间电荷效应的影响的同时，进一步使象差性能提高。
(2)第2实施方案下面参照图13～图15，对本发明的第2实施方案进行描述。
图13为表示本实施方案的电子束曝光装置的主要部分的概略构成图。该图所示的电子束曝光装置2的特征在于，在分别在沿光轴方向的第3层和第4层的静电型多极透镜23(Q3，Q4)基本相同的位置，设置有设置于静电型多极透镜23(Q3，Q4)的外侧的磁场型4极子透镜43a，43b。该磁场型4极子透镜43a，43b分别激发磁场型的四极子场，使其与通过第3层和第4层的多极透镜23(Q3，Q4)激发的电场型的四极子场重叠。由此，磁场型4极子透镜43a，43b在因电子束8的轨道与光轴离开最远，色象差显著发生的位置，对色象差进行补偿。本实施方案的电子束曝光装置2的电子光学系统的其它的组成与图5所示的电子束曝光装置1的电子光学系统实质上相同。
图14的平面图表示磁场型4极子透镜43a，43b的一个实例。在该图所示的实例中，按照8个线圈QM3a～QM3h分别与4极子透镜23的各电极QE3a～QE3h相对应的方式，在各电极的外侧，以光轴为中心，呈放射状设置。通过向这些线圈QM3a～QM3h提供电流，对磁场型的四极子场被励磁，该磁场型四极子场与通过多极透镜23的各电极QE3a～QE3h被激发的电场型四极子场重叠。
此外，图15为表示磁场型4极子透镜的另一实例的平面图。该图所示的磁场型4极子透镜43’由4个线圈Qa’～Qd’构成，按照在X方向和Y方向之间分别形成基本为45°的角度的方式，与4极子透镜23的电极Qa与Qb，Qc与Qd，Qe与Qf，Qg与Qh的各组合相对应的方式，设置于它们的外侧。
返回到图13，在X方向中，在电子束8最宽的第3层的静电型4极子透镜23(Q3)的位置(参照图3)，磁场型4极子透镜43a对磁场型四极子场进行励磁，将其重叠于电场型四极子场上，由此进行色象差补偿。另外，在Y方向中，在电子束最宽的第4层的静电型4极子透镜23(Q4)的位置(参照图3)，磁场型4极子透镜43a对磁场型四极子场进行励磁，使其重叠于电场型四极子场上，由此进行色象差补偿。
这样，如果采用本实施方案，由于对电子束8在缩小投影光学系统的内部变宽而造成的色象差进行补偿，故可使电子束8的照明位置LP更加靠近晶片14侧，另外，可增加通过扇形角增大的射束直径。由此，可增加各个电子之间的距离，可大幅度地减小空间电荷效应造成的模糊。
(3)第3实施方案下面参照图16和图17，对本发明的第3实施方案进行描述。
图16为表示本实施方案的电子束曝光装置的主要部分的概略构成图。如在与图13所示的电子束曝光装置2的对比中所明白的那样，本实施方案的电子束曝光装置3的特征在于，代替图13的多极透镜23(Q3，Q4)和磁场型8极子透镜43a，43b，而设置同时用作电场型和磁场型的4极子透镜45(45a，45b)，通过这些电场磁场兼用型的4极子透镜45，同时对电场型四极子场和磁场型四极子场进行激发，使它们重叠。电子束曝光装置3的其它的组成和基本的动作与图13的电子束曝光装置2实质上相同。
图17的平面图表示4极子透镜45的一个实例。该图所示的4极子透镜45按照下述方式设置，该方式为8个线圈La～Lh分别埋入内部的金属电极QEMa～QEMh以相互45°的角度，呈圆环状。线圈La～Lh与各电极QEMa～QEMh按照实现电绝缘的方式形成。作为电极QEMa～QEMh的材料，例如，可采用铁，但是，也可采用对陶瓷的表面电镀处理的电极。
这样，如果采用本实施方案，由于具备同时用作电场型和磁场型的4极子透镜45a，45b，故在不使电子光学系统的相对光轴的直径朝向外侧进一步扩大的情况下，可与上述第2实施方案相同，最有效地对色象差进行补偿。
(4)第4实施方案下面参照图18～图20，对本发明的第4实施方案进行描述。
图18为表示本实施方案的电荷束曝光装置的主要部分的概略构成图。该图所示的电子束曝光装置4的特征在于，具备设置于第3层多极透镜23(Q3)的Z方向上面附近的，与电源PS3连接的8极子透镜51a，和设置于第3层的多极透镜23(Q3)和第4层的多极透镜23(Q4)之间的，同样与电源PS3连接的8极子透镜51b。电子束曝光装置4的其它的构成除了磁场型8极子透镜43a，43b以外，实质上与图13所示的电子束曝光装置2相同。同样对于电子束曝光装置4的基本的动作，除了通过磁场型8极子透镜43的色象差补偿功能以外，实质上与图13所示的电子束曝光装置2相同。因此，在下面，以8极子透镜51a，51b的组成和功能为中心而进行描述。
8极子透镜51a，51b从电源PS3接收可变电压的外加，对在使射入缩小投影光学系统时的电子束8的扇形角增加的场合所产生的开口象差进行补偿。
图19为表示8极子透镜51的一个实例的平面图。该图所示的8极子透镜51通过下述方式构成，该方式为具有扇形的平面形状的8个电极Qa～Qh相互以22.5°的角度，呈圆环状地设置。电极Qa～Qh从电极PS3，接收通过在相邻的电极之间不同的极性的电压的外加，使八极子场激发。下面在参照图20的局部放大图的同时，对此方面进行更具体的描述。
如图20所示的那样，对8极子透镜51a，外加±Va1的电压，对8极子透镜51b，外加±Va2的电压。通过8极子透镜51a激发的八极子场，对X方向的开口象差进行补偿，通过借助8极子透镜51b激发的八极子场，对Y方向的开口象差进行补偿。
也可通过下述方式，获得同样的效果，该方式为为了产生八极子场，不必设置8极子透镜，代替上述的8极子透镜，设置开口孔阑39，在其上外加电压，由此，在开口孔阑39与4极子透镜23的边缘部FR2～FR4中，产生八极子场。
这样，如果采用本实施方案，由于可通过简单的构成，对开口象差进行补偿，故可增加从单元孔阑，使电子束8射入缩小投影光学系统时的扇形角。由此，可同时减小光学象差和晶片14上成像部的空间电荷效应引起的模糊。
(5)第5实施方案下面参照图21，对本发明的第5实施方案进行描述。本实施方案的特征在于，将上述第3实施方案的色象差补偿与上述的第4实施方案的开口象差补偿组合，通过单一的装置，实现两种的象差补偿。
图21为表示本实施方案的电子束曝光装置5的主要部分的概略构成图。该图所示的电子束曝光装置5具备电场磁场兼用型4极子透镜45a，45b，以及开口孔阑39，该开口孔阑39分别设置于电场磁场兼用型4极子透镜45a的Z方向上面附近和电场磁场兼用型4极子透镜45a，45b之间，与电源PS3连接。设置于电场磁场兼用型4极子透镜45a的Z方向上面附近和电场磁场兼用型4极子透镜45a，45b之间的开口孔阑39，从电源PS3接收可变电压的外加，按照与图20所示的8极子透镜51a，51b相同的方式动作，发挥同样的功能。由于电子束曝光装置5的基本的动作和电场磁场兼用型4极子透镜45a，45b的动作和功能实质上与第2和第4实施方案相同，因此这些的说明省略。
这样，如果采用本实施方案，由于具有电场磁场兼用型4极子透镜45a，45b，与对开口象差进行补偿的开口孔阑39这两者，该电场磁场兼用型4极子透镜45a，45b对电子束8在缩小投影光学系统内部扩大造成的色象差进行补偿，故可使电子束8的缩小投影光学系统内部的照明位置LP进一步靠近晶片14侧，同时可使电子束8的扇形角增加。由此，由于可使电子束的射束直径增加，故在不牺牲光学象差的情况下，可大幅度地减小晶片14上的成像部中空间电荷效应引起的模糊。
(6)半导体器件的制造方法如果采用上述本发明的第1实施方案，由于可使空间电荷效应的影响大幅度地减小，并且可实现象差性能优异的曝光，故通过采用这样的曝光装置或曝光方法，可以较高的合格率制造集成度更高的半导体器件。
此外，通过采用上述的电子束的控制方法在基板上绘制细微的图案，可容易在基板上，形成没有模糊或变形的正确的图案。由此，由于通过简单的构成可将高精度的图案绘制于基板上，故可以更高的生产量和合格率制造半导体器件。
上面对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明不限于上述实施方案，可在其技术范围内进行各种变形而实施。在上述的第1实施方案中，朝向电子束的X方向的偏转，采用前置主偏转器25a，主偏转器23和副偏转器31进行偏转，朝向Y方向的偏转，仅仅采用主偏转器23和副偏转器31进行偏转，分别对偏转电压比进行调整来进行偏转，但是并不限于此，也可在通过缩小倍率的变更或多极透镜23的设置变更等，在多极透镜23内的电子束轨道产生变化的场合，例如，朝向X方向的偏转，采用前置主偏转器25b，主偏转器23和副偏转器31进行偏转，朝向Y方向的偏转，采用前置主偏转器25，主偏转器23和副偏转器31进行偏转等，改变分别在X方向和Y方向偏转所采用的偏转器，对应该情况，改变偏转联动比。
另外，例如，在上述的第5实施方案中，虽然对将第3实施方案和第4实施方案组合的电子束曝光装置和电子束控制方法进行了描述，但是，显然既可选择将例如，第2实施方案和第4实施方案组合，也可将第2实施方案和第4实施方案的开口孔阑组合。此外，在上述的实施方案中，虽然对采用4极子透镜在X方向和Y方向相互独立地对开口象差和色象差中的至少任何一个进行补偿的形式进行了描述，但是，并不限于此，例如，当采用8极子透镜(M＝8)时，也可沿各自与电子束的光轴相垂直的4个(M/2＝4)方向，相互独立地对开口象差和色象差中的至少任何一个进行补偿。还有，在上述实施方案中，虽然对电荷束采用电子束的场合进行了描述，但是，显然，本发明也可适合用于例如，采用离子束的曝光装置。
权利要求
1.一种电荷束曝光装置，该电荷束曝光装置具备电荷束发射器，该电荷束发射器产生电荷束，将其射向基板；照明光学系统，该照明光学系统调整上述电荷束的射束直径；单元孔阑，该单元孔阑具有对应于所需绘制图案形状的单元图案；第1偏转器，该第1偏转器通过电场，使上述电荷束偏转，使其射入上述单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影光学系统，该缩小投影光学系统通过电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；照明位置调整部，该照明位置调整部调整上述电荷束的照明位置，以使射入上述缩小投影光学系统内部的上述电荷束，通过在与光轴相垂直的二个平面中的一个面中的以上述光轴为中心基本对称的轨道；第2偏转器，该第2偏转器通过电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束偏转，在上述基板上进行扫描；上述电荷束发射器以下述加速电压发射上述电荷束，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压。
2.根据权利要求1所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述缩小投影光学系统沿第1方向和第2方向，分别形成发散电场和收敛电场，该第1方向在光学系统内部，最接近上述基板的区域，与光轴相垂直，该第2方向与该第1方向和光轴相垂直；上述二个平面中的一个面为由沿上述第1方向的直线与上述光轴构成的面。
3.根据权利要求1所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述缩小投影光学系统包括二层的多极透镜，该多极透镜设置于上述第1偏转器与上述第2偏转器之间；上述电荷束曝光装置还具备设置于第1层和第2层多极透镜之间的孔阑；上述照明位置调整部通过下述方式调整上述电荷束的照明位置，该方式为在上述孔阑上扫描上述电荷束，通过该电荷束的扫描，检测流过上述孔阑的电流的变化。
4.根据权利要求2所述的电荷束曝光装置，其特征在于，对于上述电荷束，通过上述缩小投影光学系统，相互独立地对上述第1方向的倍率和上述第2方向的倍率进行控制，以便上述第1方向的上述电荷束的象差性能和上述第2方向的上述电荷束的象差性能在上述基板上基本上相同；上述单元孔阑按照下述方式形成，该方式为上述单元图案具有与通过上述缩小投影光学系统的控制，上述电荷束的上述第1方向的倍率和上述电荷束的上述第2方向的倍率相互不同的情况相对应的形状。
5.一种电荷束曝光装置，该电荷束曝光装置具备电荷束发射器，该电荷束发射器产生电荷束，将其射向基板；照明光学系统，该照明光学系统调整上述电荷束的射束直径；单元孔阑，该单元孔阑具有对应于所需绘制图案形状的单元图案；第1偏转器，该第1偏转器通过电场，使上述电荷束偏转，使其射入上述单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影光学系统，该缩小投影光学系统通过电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转器，该第2偏转器通过电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束偏转，在上述基板上进行扫描；上述电荷束发射器以下述加速电压发射上述电荷束，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；对于上述电荷束，通过上述缩小投影光学系统，相互独立地对上述第1方向的倍率和上述第2方向的倍率进行控制，以便与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的象差性能，以及与上述第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的上述电荷束的象差性能在上述基板上基本上相同；上述单元孔阑按照下述方式形成，该方式为上述单元图案具有与通过上述缩小投影光学系统的控制，上述电荷束的上述第1方向的倍率和上述电荷束的上述第2方向的倍率相互不同的情况相对应的形状。
6.一种电荷束曝光装置，该电荷束曝光装置具备电荷束发射器，该电荷束发射器产生电荷束，将其射向基板；照明光学系统，该照明光学系统调整上述电荷束的射束直径；单元孔阑，该单元孔阑具有对应于所需绘制图案形状的单元图案；第1偏转器，该第1偏转器通过第1电场，使上述电荷束偏转，使其射入上述单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影光学系统，该缩小投影光学系统通过第2电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转器，该第2偏转器通过第3电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束偏转，调整在上述基板上的照射位置；上述电荷束发射器以下述加速电压发射上述电荷束，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述缩小投影光学系统包括象差补偿器，该象差补偿器具有N层(N为2或以上的自然数)的M极子透镜(M为4或以上的偶数)，为了减小在上述电荷束的上述基板上成像的位置的空间电荷效应导致的模糊，分别在与上述光轴相垂直的(M/2)方向相互独立地对通过上述照明光学系统，使上述射束直径增加的场合所产生的开口象差和色象差中的至少任何一个象差进行补偿。
7.根据权利要求6所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述M极子透镜为4极子透镜；上述(M/2)方向为相互垂直的第1方向和第2方向。
8.根据权利要求7所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述象差补偿器包括第1象差补偿器，该第1象差补偿器对4极子场的磁场进行励磁，使其从上述单元孔阑侧算起，与第(N-1)层的4极子透镜的电场重叠，由此，对上述第1方向的色象差进行补偿。
9.根据权利要求8所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述第1色象差补偿器包括磁场型4极子透镜，该磁场型4极子透镜在沿上述光轴的方向，在分别与上述第(N-1)层的4极子透镜基本相同的位置，设置于上述第(N-1)层的4极子透镜的外侧。
10.根据权利要求7所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述象差补偿器包括第2色象差补偿器，该第2色象差补偿器对4极子场的磁场进行励磁，从上述单元孔阑侧算起，使其与第N层的上述4极子透镜的电场重叠，由此，对第2方向的色象差进行补偿。
11.根据权利要求10所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述第2色象差补偿器包括磁场型4极子透镜，该磁场型4极子透镜在沿上述光轴方向，与上述第N层的4极子透镜基本相同的位置，设置于上述第N层的4极子透镜的外侧。
12.根据权利要求7所述的电荷束曝光装置，其特征在于，从上述单元孔阑侧算起，第N层和第(N-1)层的上述4极子透镜的至少一个透镜为电场磁场兼用型的4极子透镜，其包括线圈和电极，该电极按照分别覆盖线圈的方式，与由磁性材料形成的各线圈实现电绝缘，在形成上述第(N-1)层的上述4极子透镜的电场和上述第N层的4极子透镜的电场的至少任何一个的同时，对磁场进行励磁，使其与上述第(N-1)层的4极子透镜的电场和第N层的4极子透镜的电场的至少任何一个重叠，由此，构成对上述第1方向的色象差进行补偿的第1色象差补偿器和对上述第2方向的色象差进行补偿的第2色象差补偿器的至少一部分。
13.根据权利要求6所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述象差补偿器包括第1开口象差补偿器，该第1开口象差补偿器通过下述方式对上述(M/2)中的至少1个方向的开口象差进行补偿，该方式为从上述单元孔阑侧算起，在上述第(N-1)层的上述M极子透镜的上述单元孔阑侧形成第4电场。
14.根据权利要求13所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述第1开口象差补偿器包括M极子透镜，该M极子透镜在沿上述光轴的方向，设置于上述第(N-1)层的上述M极子透镜的上面侧和下面侧的至少任何一方上。
15.根据权利要求6所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述象差补偿器包括第2开口象差补偿器，该第2开口象差补偿器从上述单元孔阑侧算起，在上述第(N-1)层的上述M极子透镜的上述基板侧形成第5电场，由此，对上述(M/2)中的至少一个方向的开口象差进行补偿。
16.根据权利要求15所述的电荷束曝光装置，其特征在于，上述第2开口象差补偿器包括开口孔阑，该开口孔阑在沿上述光轴的方向，设置于上述第(N-1)层的上述M极子透镜的上面侧和下面侧的至少任何一方上，接受电压的施加，在其与上述M极子透镜之间，形成上述第4电场，上述第5电场。
17.一种采用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；照明位置控制步骤，在该步骤，调整上述电荷束的照明位置，以使通过上述单元图案的上述电荷束，通过在与光轴相垂直的二个平面中的一个面中的以上述光轴为中心而基本对称的轨道；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场，使上述照明位置进行了调整的电荷束偏转，在上述基板上进行扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压。
18.根据权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，上述缩小投影步骤包括最终的缩小投影步骤，在该步骤中，在接近上述基板的区域中，沿与光轴相垂直的第1方向，和与该第1方向和上述光轴相垂直的第2方向，分别形成发散电场与收敛电场；上述电荷束的照明位置被控制为使通过上述单元图案的电荷束，通过在由沿上述第1方向的直线和上述光轴构成的面中，以上述光轴为中心而基本对称的轨道。
19.根据权利要求18所述的曝光方法，其特征在于，上述缩小投影步骤包括下述控制步骤，在该步骤中，相互独立地对上述第1方向的电荷束的倍率和上述第2方向的电荷束的倍率进行控制，以便上述第1方向的上述电荷束的象差性能与上述第2方向的上述电荷束的象差性能在上述基板上基本相同。
20.根据权利要求19所述的曝光方法，其特征在于，上述缩小投影步骤包括最终的缩小投影步骤，在该步骤，在接近上述基板的区域中，沿上述第1方向和上述第2方向，分别形成发散电场和收敛电场。上述第1方向的上述电荷束的倍率大于上述第2方向的上述电荷束的倍率。
21.根据权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，上述第2偏转步骤包括控制步骤，在该控制步骤，沿上述第1方向和上述第2方向相互独立地对上述电荷束的偏转幅度进行控制，以使在接近上述基板的区域中，与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的偏转象差，和与第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的上述电荷束的偏转象差在上述基板上基本相同。
22.根据权利要求21所述的曝光方法，其特征在于，上述缩小投影步骤包括最终的缩小投影步骤，在该步骤，在接近上述基板的区域中，沿上述第1方向和第2方向，分别形成发散电场和收敛电场；上述第1方向的上述电荷束的偏转幅度小于上述第2方向的上述电荷束的偏转幅度。
23.一种采用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场使通过上述单元图案的电荷束偏转，在上述基板上进行扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述第2偏转步骤包括控制步骤，在该步骤，相互独立地对第1方向的上述电荷束的偏转幅度和第2方向的上述电荷束的偏转幅度进行控制，以使与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的偏转象差，和与上述第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的上述电荷束的偏转象差在上述基板上基本相同。
24.根据权利要求23所述的曝光方法，其特征在于上述缩小投影步骤包括最终的缩小投影步骤，在该步骤，在接近上述基板的区域中，沿上述第1方向和上述第2方向，分别形成发散电场和收敛电场；上述第1方向的上述电荷束的偏转幅度小于第2方向的上述电荷束的偏转幅度。
25.根据权利要求23所述的曝光方法，其特征在于，上述缩小投影步骤包括控制步骤，在该控制步骤，相互独立地对第1方向的上述电荷束的倍率与第2方向的上述电荷束的倍率进行控制，以使上述第1方向的上述电荷束的象差性能和上述第2方向的上述电荷束的象差性能在上述基板上基本相同。
26.根据权利要求25所述的曝光方法，其特征在于上述缩小投影步骤包括最终的缩小投影步骤，在该步骤，在接近上述基板的区域中，沿上述第1方向和上述第2方向，分别形成发散电场和收敛电场；上述第1方向的上述电荷束的倍率大于上述第2方向的上述电荷束的倍率。
27.一种采用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束偏转，在上述基板上进行扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述照射的基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述缩小投影步骤包括控制步骤，在该步骤，相互独立地对第1方向的上述电荷束的倍率与第2方向的上述电荷束的倍率进行控制，以便与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的象差性能，和与上述第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的上述电荷束的象差性能在上述基板上基本相同。
28.根据权利要求27所述的曝光方法，其特征在于上述缩小投影步骤包括最终的缩小投影步骤，在该步骤，在接近上述基板的区域中，沿上述第1方向和上述第2方向，分别形成发散电场和收敛电场；上述第1方向的电荷束的倍率大于上述第2方向的电荷束的倍率。
29.一种电荷束控制方法，该电荷束控制方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过第1电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过第2电场，使通过上述单元孔阑的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过第3电场，使通过上述单元图案的电荷束偏转，调整在上述基板上的照射位置；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束照射的基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述第2电场包括分别通过M极子透镜(M表示4或以上的偶数)产生的N层(N表示2或以上的自然数)的M极子场的电场；上述缩小投影步骤包括象差补偿步骤，在该步骤，为了减小在上述电荷束的上述基板上成像的位置的空间电荷效应引起的模糊，沿分别与上述光轴相垂直的(M/2)方向，相互独立地对通过上述射束直径调整步骤，使上述射束直径增加的场合产生的开口象差和色象差的至少任何一个进行补偿。
30.根据权利要求29所述的电荷束控制方法，其特征在于上述M极子透镜为形成4极子场的电场的4极子透镜，上述(M/2)方向为相互垂直的第1方向和第2方向。
31.根据权利要求30所述的电荷束控制方法，其特征在于，上述象差补偿步骤包括下述步骤，在该步骤，通过将从上述单元孔阑侧算起，与第(N-1)层的4极子透镜的电场重叠的4极子场的第1磁场进行励磁，对上述第1方向的色象差进行补偿。
32.根据权利要求30所述的电荷束控制方法，其特征在于，上述象差补偿步骤包括下述步骤，在该步骤，通过将从上述单元孔阑侧算起，与第N层的4极子透镜的电场重叠的4极子场的第2磁场进行励磁，对上述第2方向的色象差进行补偿。
33.根据权利要求30所述的电荷束控制方法，其特征在于上述象差补偿步骤包括下述步骤，在该步骤，通过在从上述单元孔阑侧算起，第(N-1)层的上述4极子透镜的上述单元孔阑侧的区域，形成第4电场，对上述第1方向的开口象差进行补偿。
34.根据权利要求30所述的电荷束控制方法，其特征在于上述象差补偿步骤包括下述步骤，在该步骤，通过在从上述单元孔阑侧算起，第(N-1)层的上述4极子透镜的上述基板侧的区域，形成第5电场，对上述第2方向的开口象差进行补偿。
35.一种半导体器件的制造方法，该制造采用使用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；照明位置控制步骤，在该步骤，调整上述电荷束的照明位置，以使上述单元图案的上述电荷束，通过在与光轴相垂直的二个平面中的一个面中，以上述光轴为中心而基本对称的轨道；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场，使上述照明位置进行了调整的上述电荷束偏转，在上述基板上扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压。
36.一种半导体器件的制造方法，该制造方法采用使用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场使通过上述单元图案的电荷束偏转，在上述基板上扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述第2偏转步骤包括下述控制步骤，在该步骤，相互独立地对第1方向的上述电荷束的偏转幅度和第2方向的上述电荷束的偏转幅度进行控制，以使与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的偏转象差，和与上述第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的上述电荷束的偏转象差在上述基板上基本相同。
37.一种半导体器件的制造方法，该制造方法采用使用电荷束的曝光方法，该曝光方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过电场，使通过上述单元图案的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过电场使通过单元图案的上述电荷束偏转，在上述基板上扫描；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述缩小投影步骤包括下述控制步骤，在该步骤，相互独立地对第1方向的上述电荷束的倍率和第2方向的上述电荷束的倍率进行控制，以便与光轴相垂直的第1方向的上述电荷束的偏转象差性能，和与上述第1方向和上述光轴相垂直的第2方向的电荷束的偏转象差性能在上述基板上基本相同。
38.一种半导体器件的制造方法，该制造方法采用电荷束控制方法，该电荷束控制方法包括电荷束照射步骤，在该步骤，产生电荷束，将其射向基板；射束直径调整步骤，在该步骤，调整上述电荷束的射束直径；第1偏转步骤，在该步骤，通过第1电场使上述电荷束偏转，使其射入具有与所需的绘制图案相对应的形状的单元图案的单元孔阑的所需的单元图案，将通过上述单元图案的上述电荷束偏转回到其光轴上；缩小投影步骤，在该步骤，通过第2电场使通过上述单元孔阑的上述电荷束缩小，使其在上述基板上成像；第2偏转步骤，在该步骤，通过第3电场使通过单元图案的上述电荷束偏转，调整在上述基板上的照射位置；上述电荷束由下述加速电压生成，该电压指低于对在接受了上述电荷束的照射的上述基板内部产生的后方散射电子接近上述电荷束的照射位置的绘制图案的曝光量造成影响的接近效果所产生的电压的加速电压；上述第2电场包括分别通过M极子透镜(M为4或以上的偶数)产生的N层(N为2或以上的自然数)的M极子场的电场；上述缩小投影步骤包括象差补偿步骤，在该步骤，为了减小在上述电荷束的上述基板上成像的位置的空间电荷效应导致的模糊，沿分别与上述光轴相垂直(M/2)方向相互独立地对在通过上述射束直径调整步骤使上述射束直径增加的场合产生的开口象差和色象差中的至少任何一个，进行补偿。
全文摘要
一种电荷束曝光装置，该电荷束曝光装置具备电荷束发射器、照明光学系统、单元孔阑、第1偏转器、缩小投影光学系统、第2偏转器；上述电荷束发射器以下述加速电压发射上述电荷束，该电压指低于接近效果所产生的电压的加速电压；上述缩小投影光学系统包括象差补偿器，该象差补偿器具有N层(N为2或以上的自然数)的M极子透镜(M为4或以上的偶数)，为了减小在上述电荷束的基板上成像的位置的空间电荷效应导致的模糊，沿分别与上述光轴相垂直的(M/2)方向相互独立地对通过上述照明光学系统，使上述射束直径增加的场合所产生的开口象差和色象差中的至少任何一个象差进行补偿。
文档编号H01J37/317GK1452014SQ0312147
公开日2003年10月29日 申请日期2003年3月28日 优先权日2002年3月28日
发明者长野修, 桥本进, 山崎裕一郎, 安藤厚司 申请人:株式会社东芝