JP2000173889A - 電子線露光装置、電子レンズ、ならびにデバイス製造方法 - Google Patents

電子線露光装置、電子レンズ、ならびにデバイス製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高解像性能と高スループット性能の両立を実
現した電子線露光装置や電子レンズを提供すること。 【解決手段】 電子線を転写用のパターンが形成された
マスクに照射し、電子投影レンズを用いて前記パターン
を基板に投影して転写する電子線露光装置において、前
記電子投影レンズは磁気ダブレットレンズを有し、前
段、後段の各段の磁界レンズを無回転レンズで構成す
る。各段の磁界レンズはそれぞれ、一対の対称形状な磁
界電子レンズによって無回転レンズを構成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路等
の露光工程に用いられる電子線露光装置やこれに用いる
電子投影レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイス等の微小デバイス
の精度や生産性の向上を目的として電子線露光装置の開
発が進められている。１つの手法として、試料上に転写
するパターンを複数に分割してマスク上に構成し、電子
線をマスク上に照射しながらマスクを搭載したマスクス
テージの一方向へ連続移動し、マスクを透過した電子線
を感光部材上の所定の位置に照射する方法がある。この
方法によれば、従来の部分一括型の電子線露光に比べ電
子線の照射領域が広くできるため、解像性能と量産性の
両性能の向上が期待できる。
【０００３】通常は、投影系に磁気ダブレットレンズを
有する電子投影レンズを用い、マスクと感光部材との距
離を電子投影レンズの倍率比で配分した位置に、転写マ
スクのパターン部での散乱電子とマスクメンブレン部で
の非散乱電子を分離するための絞りを配置している。し
かし、この種の装置の最大露光領域は数百μm程度であ
り、得られるスループット性能は従来一般的な光露光方
法に比べて充分とは言えない。露光領域の決定要因は、
磁気ダブレットレンズで構成されている電子投影レンズ
の軸外収差による解像性能の劣化であり、電子投影レン
ズの軸外収差の中でも主要な収差は、像面湾曲収差と非
点収差である。
【０００４】これに対して、電子投影レンズの像面湾曲
収差を除去するために、電子光学系の光軸上の電子線を
使わずに、軸から一定の距離離れた電子線を円周の一部
分、いわゆる電子投影レンズ系の像面湾曲が一定となる
ような円弧状の荷電粒子線を用いた提案がある（特開平
１０−１３５１０２号公報）。
【０００５】図７に従来の円弧状電子線による縮小転写
装置線を示す。電子銃１から出射された電子線２は電子
縮小レンズ５で電子銃１でのクロスオーバー像を円弧状
のビームに成形するアパーチャ４に結像し、後段の電子
縮小レンズ６とコリメーターレンズ７で、円弧状に成形
されたビーム３をマスクステージに搭載された転写マス
ク８上に一様照明する。転写マスク８は電子線が透過す
るマスク薄膜基板上に電子線を散乱させる散乱体パター
ンが存在する散乱型、もしくは電子線を遮断または減衰
させる吸収体パターンが存在するステンシル型のどちら
を用いることも可能であるが、露光パターンの制約や後
述する縮小率等から考慮すると、散乱型が実用的と思わ
れる。散乱電子制限アパーチャ１１にて散乱体を透過し
てきた電子線を遮断し、散乱体の無いところを透過して
きた電子線を通過させ、ウエハ１６上にパターン情報と
して照射する。
【０００６】電子投影レンズを構成している磁界レンズ
１２、１４の主要収差である非点収差の補正は非点補正
電極１０で行う。この補正電極は円弧状のスリット開口
部を有し、転写マスク裏面に設けられた導電性薄膜とこ
の補正電極間の電圧を印加することで、電子線に対して
動径方向に凹レンズ作用を持たせた静電レンズを形成し
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】電子投影レンズの光軸
と電子線の主光線とがずれている場合の非点収差の補正
器として、上述の転写用マスクと円弧状スリットの開口
を持つ電極で構成した凹レンズ作用を持つ静電型レンズ
が考えられる。この補正器は、電子投影レンズの動径方
向の電子線に対して凹レンズ作用を持っているため、電
子投影レンズの非点収差の非点軸（非点収差と像面湾曲
収差による電子線のボケが楕円形状の長軸）が、非点補
正器の凹レンズ作用を持つ方向と一致している場合にお
いては、非点収差を補正することができる。
【０００８】しかしながら、電子線縮小転写装置に用い
られる磁気ダブレット（前段、後段の二段からなる磁界
レンズ）の電子投影レンズの場合は、非点収差は図４に
示すように静電型非点補正器の凹レンズ作用の方向と非
点軸の方向が一致しない場合がある。この原因は、縮小
系の磁気ダブレットレンズの非点収差の非等方性成分
（非点収差係数の虚数部）が存在するためである。従っ
て、電子投影レンズの光軸と電子線の主光線がずれてい
る円弧状電子線の場合には、静電型非点補正器によって
電子投影レンズの非点収差を補正することが容易ではな
い。
【０００９】本発明は上記従来例の課題に鑑みて為され
たもので、従来以上に高解像性能と高スループット性能
の両面を兼ね備えた電子線露光装置や電子レンズを提供
することである。より具体的な目的のひとつは、電子投
影レンズ系の光軸と電子線の主光線軸がずれている場合
に用いる静電型非点補正器を用いて非点収差を除去でき
る電子線露光装置や電子レンズを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の好ましい形態のひとつは、電子線を転写用のパター
ンが形成されたマスクに照射し、電子投影レンズを用い
て前記パターンを基板に投影して転写する電子線露光装
置において、前記電子投影レンズは磁気ダブレットレン
ズを有し、各段の磁界レンズを無回転レンズで構成した
ことを特徴とするものである。
【００１１】ここで例えば、前記各段の磁界レンズはそ
れぞれ、一対の対称形状な磁界電子レンズによって無回
転レンズを構成している。より好ましくは、一対の磁界
型電子レンズによって発生する軸上磁場分布の極性が互
いに逆極性である。より好ましくは、一対の磁界型電子
レンズの各磁界レンズの励磁電流の大きさがほぼ同一
で、且つ電流の流れる方向が互いに逆方向となってい
る。より好ましくは、一対の磁界型電子レンズの各励磁
コイルの巻方向が互いに逆向きであり、且つ各磁界レン
ズの励磁コイルを直列に接続している。
【００１２】また好ましくは、前記電子投影レンズの光
軸から外れた部分の電子線を用いて露光を行う。ここで
例えば、前記電子投影レンズの光軸から外れた電子線
が、円弧形状である。
【００１３】本発明の別の好ましい形態は、上記記載の
電子線露光装置を用意する工程と、該用意した電子線露
光装置を用いてウエハに露光を行う工程とを含む製造工
程によってデバイスを製造することを特徴とするデバイ
ス製造方法である。
【００１４】本発明の電子レンズの好ましい形態は、２
段の磁界レンズを備えた磁気ダブレットレンズを有し、
各段の磁界レンズを無回転レンズで構成したことを特徴
とするものである。
【００１５】ここで例えば、前記磁気ダブレットレンズ
の各段のレンズはそれぞれ一対の磁界電子レンズで構成
され、前記一対の磁界型電子レンズを構成している各磁
界レンズが互いに対称形状である。より好ましくは、一
対の磁界型電子レンズによって発生する軸上磁場分布の
極性が互いに逆極性であるこ。より好ましくは、一対の
磁界型電子レンズの各磁界レンズの励磁電流の大きさが
同一で、且つ電流の流れる方向を互いに逆方向とする。
より好ましくは、且つ一対の磁界型電子レンズの各励磁
コイルの巻方向が互いに逆向きであり、各磁界レンズの
励磁コイルを直列に接続する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。基本的な構成は、電子線転写露光装置に用
いる電子レンズであって、２段の磁界レンズより構成さ
れた磁気ダブレットレンズの各段の磁界レンズを対称な
磁極、ヨークおよび励磁コイルを持った２つの磁界レン
ズで構成し、２つの対称な磁界レンズの同一方向に巻か
れた励磁コイルに流す電流を互いに逆方向にすること
で、無回転レンズとして動作する。２段の無回転レンズ
で構成された磁気ダブレットレンズにおける非収差は非
等方成分が消え、等方成分だけとなり、図３に示したよ
うに非点収差の長軸方向と静電型非点補正器の凹レンズ
作用を持つ方向を一致させることができ、非点収差が補
正できる。
【００１７】以下、図面に基づいてより具体的な実施例
を説明する。図１に円弧状電子線を用いた電子線露光装
置の構成を示し、図２は電子投影レンズ系の構成図と電
子投影レンズの軸上磁場分布を示す。
【００１８】図１において、電子銃１は電子線２を出射
し、電子縮小レンズ５、６とアパーチャ４で所望の半径
と幅を持った円弧状の電子線３に成形する。そして、コ
リメーターレンズ７によってマスクステージ９に搭載し
た転写マスク８を一様に照明する。転写マスク８は電子
線が透過するマスク薄膜基板上に電子線を散乱させる散
乱体パターンを配置した構造を有している。散乱電子制
限アパーチャ１１にて散乱体を透過してきた電子線を遮
断し、散乱体の無いところを透過してきた電子線を通過
させ、ウエハ１６上にパターン情報として照射する。ウ
エハへの転写パターンの露光は、マスクステージ９及び
ウエハステージ（ＸＹステージ）１７を走査することで
露光を行う。そして、Ｘ方向に走査露光するスキャン動
作と、マスク及びウエハをＹ方向にステップするステッ
プ動作を組み合わせたステップアンドスキャン動作によ
ってウエハ上に複数のパターンを並べて転写する。
【００１９】ここで、転写マスクのパターンは電子投影
レンズによって所望の倍率でウエハ１６に投影して露光
する。該電子投影レンズの構成は、、互いに対称形状で
且つ対称的に配置した磁界レンズ１２、１３の対から成
る前段レンズ（瞳面よりも物面側）と、磁界レンズ１
４、１５の対から成る後段レンズ（瞳面より像面側）を
有する磁気ダブレットレンズを含む電子レンズ系であ
る。この電子投影レンズの各磁界レンズの励磁コイルに
は、レンズ電流駆動制御回路１８、１９、２０、２１よ
り電流を供給する。その際、互いに対称な磁界レンズ１
２、１３、さらに磁界レンズ１４、１５に供給する励磁
電流は互いに逆極性である。
【００２０】電子投影レンズで発生する非点収差は、非
点補正器１０によって補正する。この非点補正器１０は
電子線の形状に対応した円弧形状のスリット開口を持っ
た電極であり、この電極と転写マスク８の裏面に設けた
導電性薄膜間に、非点補正器制御電源回路２２より印加
する電圧によって、転写マスクを透過した電子線に対し
て凹レンズ作用として動作させて、非点収差を補正す
る。
【００２１】図２に示すように、前述したように電子投
影レンズは前段２つ、後段２つの計４つの磁界レンズを
備えている。磁界レンズ１２、１３は互いに、レンズ磁
極のギャップ長、ボアー径、レンズヨークの形状および
励磁コイルの形状と巻く方向は同一の条件で作られてい
る。磁界レンズ１４、１５も同様に互いに対称形状であ
る。
【００２２】磁界レンズの動作時には、一対の対称な磁
界レンズ１２、１３の合成焦点距離がマスク８と散乱電
子制限アパーチャ１１との距離の１／２の値にレンズ電
流制御回路１８、１９より磁界レンズ１２、１３の励磁
コイルに励磁電流を供給する。電流の向きは互いに逆方
向である。その時に発生する電子投影レンズ軸上の磁場
分布２３は、分布形状は同一で極性が反転した分布とな
る。このような条件の２つの磁界レンズは倍率が１であ
る無回転レンズとして動作する。一対の磁界レンズ１
４、１５も互いに対称に作られており、同様に無回転レ
ンズとして動作する。これにより電子投影レンズ系全体
としても無回転レンズとして動作するために、電子投影
レンズの軸外の収差係数の虚数部が零となり、レンズの
軸外収差の非等方成分が消えることになる。図３に示す
ように、非点収差と像面湾曲収差よる電子線のボケの形
状を示すスポットダイヤグラムは、電子線の長軸方向は
動径方向と一致し、また非点補正器の凹レンズ作用を持
つ方向も動径方向と一致させることができ、非点収差を
補正することができる。
【００２３】なお、対称な磁界レンズの励磁コイルの巻
線を互いに逆方向し励磁コイルを直列に接続するように
構成すれば、レンズ制御回路を数が低減してより簡略化
および高信頼化することができる。
【００２４】以上のように、各段が無回転レンズで構成
された磁気ダブレット型電子投影レンズにより、レンズ
制御回路より発生する電流リップルによる回転色収差を
キャンセルすることができる。また電子光学系の軸から
外れた部分にて電子線を転写用のパターンが形成された
マスクに照射し、パターンを転写対象の基板上に転写す
る電子線露光装置等に用いられる電子投影レンズ系とし
て、互いの対称系な２つの磁界レンズより構成され、発
生する磁場が互いに逆極性を持った複合磁界レンズより
なる磁気ダブレットレンズを用いることで、電子投影レ
ンズとして無回転レンズとして動作し、静電型非点補正
器による非点補正方向と電子投影レンズの非点収差の長
軸方向が一致させることができ、非点収差の補正が可能
となる。その結果、電子線の照射面積の大きい円弧状の
電子線を用いて、スループット性能と転写パターンの解
像性能とも向上させることができる。
【００２５】次に上記説明した電子線露光装置を利用し
たデバイス製造方法の実施形態を説明する。図５は微小
デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネ
ル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製
造のフローを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイ
スのパターン設計を行なう。ステップ２（マスク製作）
では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等
の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハ
プロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウ
エハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実
際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後
工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを
用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工
程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程
（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）で
はステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テ
スト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を
経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ
７）される。
【００２６】図６は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した電子線露光装置に
よってマスクの回路パターンをウエハの複数のショット
領域に並べて焼付露光する。ステップ１７（現像）では
露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチン
グ）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ス
テップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不
要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰
り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。本実施例の生産方法を用いれば、従
来は製造が難しかった高精度デバイスを低コストに製造
することができる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、磁気ダブレットレ
ンズの各段の磁界レンズを無回転レンズで構成したの
で、静電型非点補正器による非点補正方向と電子投影レ
ンズの非点収差の長軸方向が一致させることができ、非
点収差の補正が可能となる。その結果、電子線の照射面
積の大きい円弧状の電子線を用いて、スループット性能
と転写パターンの解像性能ともに向上させることができ
る。これにより、従来以上に高解像性能と高スループッ
ト性能の両面を兼ね備えた電子線露光装置や電子レンズ
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の電子投影レンズ系を用いた電子線転写
露光装置を示す図
【図２】図１の装置の部分拡大図
【図３】本発明による非点収差と像面湾曲収差によるビ
ームスポットダイヤグラムを示す図
【図４】従来例による非点収差と像面湾曲収差によるビ
ームスポットダイヤグラムを示す図
【図５】デバイス製造のフローを示す図
【図６】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図
【図７】従来例の電子線転写露光装置を示す図
【符号の説明】
１ 電子銃 ２ 電子線 ３ 円弧状に成形された電子線 ４ 成形アパーチャ ５、６ 電子縮小レンズ ７ コリメータレンズ ８ 転写マスク ９ マスクステージ １０ 静電型非点補正器 １１ 散乱電子制限アパーチャ １２，１３，１４，１５ 電子投影レンズ １６ ウエハ １７ ウエハステージ １８、１９、２０、２１ レンズ電流制御回路 ２２ 非点補正器電源制御回路 ２３ 電子投影レンズでの軸上磁場分布

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子線を転写用のパターンが形成された
    マスクに照射し、電子投影レンズを用いて前記パターン
    を基板に投影して転写する電子線露光装置において、前
    記電子投影レンズは磁気ダブレットレンズを有し、各段
    の磁界レンズを無回転レンズで構成したことを特徴とす
    る電子線露光装置。
  2. 【請求項２】 前記各段の磁界レンズはそれぞれ、一対
    の対称な磁界電子レンズによって無回転レンズを構成し
    ていることを特徴とする請求項１記載の電子線露光装
    置。
  3. 【請求項３】 一対の磁界型電子レンズによって発生す
    る軸上磁場分布の極性が互いに逆極性であることを特徴
    とした請求項２記載の電子線露光装置。
  4. 【請求項４】 一対の磁界型電子レンズの各磁界レンズ
    の励磁電流の大きさがほぼ同一で、且つ電流の流れる方
    向が互いに逆方向となっていることを特徴とする請求項
    ３記載の電子線露光装置。
  5. 【請求項５】 一対の磁界型電子レンズの各励磁コイル
    の巻方向が互いに逆向きであり、且つ各磁界レンズの励
    磁コイルを直列に接続していることを特徴とする請求項
    ３記載の電子線露光装置。
  6. 【請求項６】 前記電子投影レンズの光軸から外れた部
    分の電子線を用いて露光を行うことを特徴とする請求項
    １乃至５のいずれか記載の電子線露光装置。
  7. 【請求項７】 前記電子投影レンズの光軸から外れた電
    子線が、円弧形状であることを特徴とする請求項６記載
    の電子線露光装置。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか記載の電子線
    露光装置を用意する工程と、該用意した電子線露光装置
    を用いてウエハに露光を行う工程とを含む製造工程によ
    ってデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造
    方法。
  9. 【請求項９】 ２段の磁界レンズを備えた磁気ダブレッ
    トレンズを有し、各段の磁界レンズを無回転レンズで構
    成したことを特徴とする電子レンズ。
  10. 【請求項１０】 前記磁気ダブレットレンズの各段のレ
    ンズはそれぞれ一対の磁界電子レンズで構成され、前記
    一対の磁界型電子レンズを構成している各磁界レンズが
    互いに対称形状であることを特徴とする請求項９記載の
    電子レンズ。
  11. 【請求項１１】 一対の磁界型電子レンズによって発生
    する軸上磁場分布の極性が互いに逆極性であることを特
    徴とした請求項１０記載の電子レンズ。
  12. 【請求項１２】 一対の磁界型電子レンズの各磁界レン
    ズの励磁電流の大きさが同一で、且つ電流の流れる方向
    を互いに逆方向であることを特徴とする請求項１１記載
    の電子レンズ。
  13. 【請求項１３】 一対の磁界型電子レンズの各励磁コイ
    ルの巻方向が互いに逆向きであり、且つ各磁界レンズの
    励磁コイルを直列に接続することを特徴とする請求項１
    １記載の電子レンズ。
JP10342964A 1998-12-02 1998-12-02 電子線露光装置、電子レンズ、ならびにデバイス製造方法 Withdrawn JP2000173889A (ja)

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