JP2005011967A - 荷電粒子線露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】像の回転を小さく抑えたまま焦点位置の補正が可能な荷電粒子線露光装置を提供する。
【解決手段】静電型電子レンズ8は、図に示すように3つの電極からなり、両側の電極が接地電位とされ、中央の電極に高電圧を印加することにより静電場を発生させる。この静電型電子レンズ8は、その中央の電極がアパーチャ6の位置にほぼ一致するように設けられている。ちょうどこの位置で、第1投影レンズ4、第2投影レンズ5が作る磁場がゼロとなり、その前後では磁場の大きさが反対称となる。かつ、荷電粒子線が光軸と交わる。よって、静電場を発生させても像の回転は実質的に発生せず、かつ、荷電粒子線が光軸の近くを通るので収差の発生も小さく抑えることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】静電型電子レンズ8は、図に示すように3つの電極からなり、両側の電極が接地電位とされ、中央の電極に高電圧を印加することにより静電場を発生させる。この静電型電子レンズ8は、その中央の電極がアパーチャ6の位置にほぼ一致するように設けられている。ちょうどこの位置で、第1投影レンズ4、第2投影レンズ5が作る磁場がゼロとなり、その前後では磁場の大きさが反対称となる。かつ、荷電粒子線が光軸と交わる。よって、静電場を発生させても像の回転は実質的に発生せず、かつ、荷電粒子線が光軸の近くを通るので収差の発生も小さく抑えることができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する分野】
本発明は、レチクルに形成されたパターンを、ウエハ上に露光転写する分割転写方式の荷電粒子線露光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSIの高密度化に伴い、半導体の微細化技術が要求されている。このような背景の中、従来から使われてきた光による半導体露光技術においては、使用波長の短波長化や対物レンズの高NA化により、分解能の向上が図られてきた。しかしながら、これらのいずれについても限界に達しており、現在要求されているサブミクロンオーダのパターンの形成には用いることができない。一方、このような光による露光技術に対して、回折現象の点で有利な荷電粒子を用いた露光技術の開発が行われている。
【0003】
当初、この目的で従来開発されてきた方式は一括転写方式である。これは1ダイ(1チップ)または複数ダイを一度に露光する方式である。しかしこの方式においては、転写のための原版となるレチクルの製作が困難であるのと、1ダイ以上というような大きな光学フィールド内で収差を必要程度以下にするのが難しい等の問題があるために、最近ではこの方式の装置の開発は下火になっている。
【0004】
そこで最近よく検討されている方式は1ダイまたは複数ダイを一度に露光するのではなく、大きな光学フィールドを持つ露光装置を使用しながらも、小さな領域に分割して転写露光するという方式である。この方式を、分割転写方式と呼ぶこととする。分割転写方式においては、この小領域毎に、被露光面上に結像される小領域の像の焦点やフィールドの歪み等の収差等を補正しながら露光する。これにより、一括転写に比べて光学的に広い領域にわたって解像度、光学系の歪み補正精度の良い露光を行うことができる。
【0005】
図4に分割転写方式の概要を示す。図4において、100はレチクル、100aはレチクル100上のサブフィールド(小領域)、100bはサブフィールド100a間の境界領域、110はレジストを塗布したウエハ等の感応基板、110aは感応基板110の1ダイ(1チップ)分の領域、110bはサブフィールド100aそれぞれに対応した感応基板110の被転写領域、AXは荷電粒子線光学系の光軸、EBは荷電粒子線、COは荷電粒子光学系のクロスオーバポイントである。
【0006】
レチクル100上には、感応基板110に転写すべきパターンをメンブレン上にそれぞれ備えた多数のサブフィールド100aが、パターンが存在しない境界領域100bにより区分されて存在している。そして、境界領域100bに対応する部分には、格子状の支柱が設けられ、メンブレンを熱的及び強度的に保護している。
【0007】
各サブフィールド100aは、感応基板110の1ダイ分の領域110aに転写すべきパターンを分割した部分パターンをそれぞれ備えており、分割した部分パターン毎に感応基板110に転写される。
【0008】
感応基板110の外観形状は図4(b)に示したとおりであり、図4(a)においては、感応基板110の一部(図4(b)のVa部)を拡大して示してある。
【0009】
図4において、荷電粒子線光学系の光軸AXと平行にz軸をとり、サブフィールド100aの並び方向と平行にx軸、y軸をとる。そして、矢印Fm、Fwで示すように、レチクル100及び感応基板110をx軸方向へ互いに逆向きに連続移動させながら、荷電粒子線をy軸方向にステップ的に走査して一列のサブフィールド100aのパターンを順次転写し、その列のパターン転写が終了した後に、x軸方向に隣接する次のサブフィールド100aの列を荷電粒子線で走査し、以降同様にしてサブフィールド100a毎に転写(分割転写)を繰り返して1ダイ(1チップ)分のパターンを転写する。
【0010】
このときのサブフィールド100aの走査順序及び感応基板110への転写順序は、それぞれ矢印Am、Awで示すとおりである。なお、レチクル100と感応基板110の連続移動方向が逆なのは、一対の投影レンズによりレチクル100と感応基板110とでx軸、y軸がそれぞれ反転するためである。
【0011】
このような手順で転写(分割転写)を行う場合、y軸方向の一列のサブフィールド100aのパターンを一対の投影レンズで感応基板110にそのまま投影するだけでは、サブフィールド100aそれぞれに対応した感応基板110の被転写領域110bそれぞれの間に、境界領域100bに対応する隙間が生じる。これに対する対策として、各サブフィールド100aを通過した荷電粒子線EBを境界領域100bの幅Lyに相当する分だけy軸方向に偏向してパターン転写位置を補正している。
【0012】
x軸方向に関しても、パターン縮小率比に応じた一定速度で散乱透過レチクル100と感応基板110を移動させるだけでなく、一列のサブフィールド100aの転写が終わって次の列のサブフィールド100aの転写に移る際に、境界領域100bの幅Lxだけ荷電粒子線EBをx軸方向に偏向して、被転写領域110b同士の間にx軸方向の隙間が生じないように、パターン転写位置を補正している。
【0013】
このように、一度に転写する範囲をサブフィールドに限ることにより、像のボケや収差を、サブフィールド毎に補正しながら転写を行うことができ、よって、1ダイ(1チップ)分のパターンを精度良く転写することが可能になる。
【0014】
このような分割転写方式の投影光学系の概要を図5に示す。図5において、11は光軸、12はレチクル、13はウエハ、14は第1投影レンズ、15は第2投影レンズ、16はアパーチャ、17は偏向器、18はダイナミックフォーカスコイル、19はスティグメータである。この光学系は、レチクル12上のパターンを1/4に縮小してウエハ13上に転写するものである。
【0015】
第1投影レンズ14、第2投影レンズ15からなるレンズ系によって、レチクル12に形成されたパターンの像が、ウエハ3上に転写される。レチクル12の光軸11から離れた位置にあるサブフィールドから放出される荷電粒子線を、ウエハ13の光軸11から離れた位置に結像させるために、図5においては6個の偏向器17が設けられている。アパーチャ16は、レチクル12から放出される散乱線をカットするためのものであり、図4におけるクロスオーバ点COがこの位置に形成されるようにされている。
【0016】
ダイナミックフォーカスコイル18は、各サブフィールドを露光転写するために、偏向器17を動作させたときに発生する焦点位置の変動を補償するために設けられた焦点位置補正用のコイルである。これはレンズの一種と考えられ、焦点補正レンズとも呼ばれている。スティグメータ19は、偏向時の収差を動的に補正する機能を有する。
【0017】
ところで、このような荷電粒子線露光装置においては、空間荷電効果の影響の低減などの理由から高エネルギーの荷電粒子線が用いられる。そして、これに伴い、レンズとしては、高エネルギービームに効果的である磁界型レンズが広く使用されている。また、同様に焦点補正レンズも磁界型レンズが使用されてきた。
【0018】
しかしながら、この焦点補正レンズは、荷電粒子線の偏向に同期して高速でかつ正確に制御可能なものである必要がある。このような状況を考えると磁界型レンズよりも、高速制御が可能な静電型レンズの方が望ましい場合もある。静電型レンズは荷電粒子線のエネルギーが高くなるとパワーが弱くなり、結果として電極に高電圧を印加する必要が生じる。このように焦点補正レンズとして、磁界型、静電型ともに長所短所を持つ。
【0019】
これに対して、高磁界中に補正レンズを配置することで低電圧の印加で効果的に焦点位置を制御する光学系が、例えば特公平4−47944号公報(特許文献1)に開示されている。この技術は、強力なレンズ作用のある磁界型レンズの磁界中に静電型レンズの静電場を重畳するものである。これは、磁界による荷電粒子への力は荷電粒子線の速度に比例することを利用し、磁界型レンズ中の荷電粒子線のエネルギーを静電型レンズでコントロールすることにより、強力な磁界レンズのパワーを制御するというものである。従って、この場合、荷電粒子線は単に、静電レンズからの収束作用だけでなく、磁界型レンズからも収束作用を受けることになり、より低い静電レンズへの印加電圧で焦点位置を制御できる。
【0020】
【特許文献1】特公平4−47944号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁界型レンズにおいては、よく知られるように荷電粒子線が回転しながら結像し、それに伴って像も回転する。そのため、偏向時の焦点ズレを磁界型レンズで補正すると、補正の際に像の回転が発生する。
【0021】
分割転写方式の露光装置では分解能だけでなく、サブフィールド間のつなぎ合わせ精度が重要になる。このため、焦点補正レンズで焦点位置を補正する際、像回転が生じると、サブフィールドのつなぎ合わせ精度が悪くなり、問題となる。従来は、この像回転の対策として、二対の反対称な磁界を発生させる磁界型レンズを補正レンズとして使用するなどの方法が提案されてきた。しかしながらこのような方法では構成上、荷電粒子線光学素子が増えることになり、制御回路も若干ではあるが複雑になる。
【0022】
前述の特許文献1に記載される方法は、静電型レンズの静電場の変化で焦点位置を制御するものであるが、静電型レンズの静電場が磁界型レンズの強磁界中にあるので、像の回転が発生する。
【0023】
さらに焦点補正レンズは、レチクルが歪んでいる際の補正にも使われるので、できるだけ単純な形のほうがいい。
【0024】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、像の回転を小さく抑えたまま焦点位置の補正が可能な荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第1の手段は、レチクルに形成されたパターンを、ウエハ上に露光転写する分割転写方式の荷電粒子線露光装置であって、回転対称磁界型縮小光学系と偏向器とを有し、さらに、前記偏向器による荷電粒子線の偏向に伴って発生する焦点位置の変化を補正する静電型電子レンズが、前記回転対称磁界型縮小光学系の磁界が実質的に無い位置に設けられていることを特徴とするもの(請求項1)である。
【0026】
光軸方向をz軸にとると、光軸と交わる近軸軌道の回転量は以下の積分で表わすことができる。
【0027】
【数1】
【0028】
ここで、θは像の回転量、zは光軸方向の座標、B(z)は:光軸上の磁束密度のz成分、Φ(z)は光軸上の静電ポテンシャル、ziは像面位置、zoは物***置、eは荷電粒子の電荷、mは荷電粒子の質量である。
【0029】
よって、光軸上の磁束密度B(z)が実質的にゼロである位置、すなわち、回転対称磁界型縮小光学系の磁界が実質的に無い位置に、焦点位置の変化を補正する静電型電子レンズを置くことにより、静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルΦ(z)が存在しても、像の回転量θを実質的にゼロとすることができる。
【0030】
前記課題を解決するための第2の手段は、レチクルに形成されたパターンを、ウエハ上に露光転写する分割転写方式の荷電粒子線露光装置であって、回転対称磁界型縮小光学系と偏向器とを有し、さらに、前記偏向器による荷電粒子線の偏向に伴って発生する焦点位置の変化を補正する静電型電子レンズは、当該静電型電子レンズによって発生する静電ポテンシャルの中心位置に対して、前記回転対称磁界型縮小光学系の作る磁界分布が略点対称となる位置に設けられていることを特徴とするもの(請求項2)である。
【0031】
通常、静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルΦ(z)は、その中心位置に対して軸対称に分布する(中心位置に対して偶関数となる)。そこで、この中心位置に対して、回転対称磁界型縮小光学系の作る磁界分布が略点対称となるように、すなわち、この中心位置に対してほぼ奇関数となるようにすれば、前記(1)式の積分値は実質的にゼロになり、像の回転量を実質的にゼロにすることができる。
【0032】
前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段又は第2の手段であって、前記レチクルを通過した荷電粒子線が前記ウエハに至るまでの間に光軸と交わる位置が、前記静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルが実質的に存在する範囲内にあるように調整されていることを特徴とするもの(請求項3)である。
【0033】
静電型電子レンズによって焦点位置の調整を行う場合、その静電ポテンシャルの存在する位置を荷電粒子線が通過することになるが、その際、なるべく光軸に近い位置を通過する方が、発生する収差を少なくすることができる。本手段においては、レチクルを通過した荷電粒子線がウエハに至るまでの間に光軸と交わる位置が、静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルが実質的に存在する範囲内にあるように調整されているので、このようなことを実現できる。特に、静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルの中心位置が、荷電粒子線が光軸と交わる位置とすることが好ましい。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の1例である荷電粒子線露光装置の投影光学系の概要を示す図であり、従来技術の図5に対応するものである。
【0035】
図1において、1は光軸、2はレチクル、3はウエハ、4は第1投影レンズ、5は第2投影レンズ、6はアパーチャ、7は偏向器、8は静電型電子レンズ、9はスティグメータである。この光学系は、レチクル2上のパターンを1/4に縮小してウエハ3上に転写するものである。
【0036】
第1投影レンズ4、第2投影レンズ5からなるレンズ系によって、レチクル2に形成されたパターンの像が、ウエハ3上に転写される。レチクル2の光軸1から離れた位置にあるサブフィールドから放出される荷電粒子線を、ウエハ3の光軸1から離れた位置に結像させるために、図1においては6個の偏向器7が設けられている。アパーチャ6は、レチクル2から放出される散乱線をカットするためのものであり、図4におけるクロスオーバ点COがこの位置に形成されるようにされている。
【0037】
静電型電子レンズ8は、図に示すように3つの電極からなり、両側の電極が接地電位とされ、中央の電極に高電圧を印加することにより静電場を発生させる。この静電型電子レンズ8は、その中央の電極がアパーチャ6の位置にほぼ一致するように設けられている。ちょうどこの位置で、第1投影レンズ4、第2投影レンズ5が作る磁場がゼロとなり、その前後では磁場の大きさが反対称となり、かつ、荷電粒子線が光軸と交わる。
【0038】
よって、前述したような理由により、磁界中に静電場を発生させても、新たな像の回転は実質的に発生せず、かつ、荷電粒子線が光軸の近くを通るので収差の発生も小さく抑えることができる。
【0039】
図2に、このような投影光学系における磁場と静電場の分布を示す。図2において、横軸は光軸方向位置、縦軸は磁場と静電場の強さを示す。実線が静電型電子レンズの作る静電場であり、破線が第1投影レンズ4、第2投影レンズ5が作る磁場である。図に示すように、磁場はアパーチャ6位置においてほぼ0となり、この位置の前後で、ほぼ反対称(点対称)に分布する。静電場は、この位置の前後で軸対称に分布する。よって、静電場の存在する位置で前記(1)式の値はほぼゼロとなり、像の回転がほとんど発生しなくなる。
【0040】
このような投影光学系において、静電型電子レンズ8を設置する位置と、像の回転量との関係をシミュレーションによって求めた結果を、図3に示す。図3において、横軸は軸上磁場がゼロとなる点を原点とした光軸方向位置(単位mm、+方向がレチクル側)であり、縦軸は、この静電型電子レンズ8により100μm焦点位置を変化させたときの像の回転量(単位rad)である。これによると、像の回転量がゼロとなる位置は、軸上磁場がゼロとなる点からわずか(2.5mm程度)レチクル側にずれている。これは、図2にも示されるように、磁場の分布が、軸上磁場がゼロとなる点を中心として、完全には反対称となっていないためである。しかし、静電型電子レンズ8を軸上磁場がゼロとなる点の近傍(アパーチャ6の位置の近傍)に設ければ、静電型電子レンズ8の発生する静電場による像の回転量を非常に小さくできることが分かる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、像の回転を小さく抑えたまま焦点位置の補正が可能な荷電粒子線露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例である荷電粒子線露光装置の投影光学系の概要を示す図である。
【図2】図1に示す投影光学系における磁場と静電場の分布を示す図である。
【図3】静電型電子レンズを設置する位置と、像の回転量との関係をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。
【図4】分割転写方式の概要を示す図である。
【図5】分割転写方式の投影光学系の概要を示す図である。
【符号の説明】
1…光軸、2…レチクル、3…ウエ…、4…第1投影レンズ、5…第2投影レンズ、6…アパーチャ、7…偏向器、8…静電型電子レンズ、9…スティグメータ
【発明の属する分野】
本発明は、レチクルに形成されたパターンを、ウエハ上に露光転写する分割転写方式の荷電粒子線露光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSIの高密度化に伴い、半導体の微細化技術が要求されている。このような背景の中、従来から使われてきた光による半導体露光技術においては、使用波長の短波長化や対物レンズの高NA化により、分解能の向上が図られてきた。しかしながら、これらのいずれについても限界に達しており、現在要求されているサブミクロンオーダのパターンの形成には用いることができない。一方、このような光による露光技術に対して、回折現象の点で有利な荷電粒子を用いた露光技術の開発が行われている。
【0003】
当初、この目的で従来開発されてきた方式は一括転写方式である。これは1ダイ(1チップ)または複数ダイを一度に露光する方式である。しかしこの方式においては、転写のための原版となるレチクルの製作が困難であるのと、1ダイ以上というような大きな光学フィールド内で収差を必要程度以下にするのが難しい等の問題があるために、最近ではこの方式の装置の開発は下火になっている。
【0004】
そこで最近よく検討されている方式は1ダイまたは複数ダイを一度に露光するのではなく、大きな光学フィールドを持つ露光装置を使用しながらも、小さな領域に分割して転写露光するという方式である。この方式を、分割転写方式と呼ぶこととする。分割転写方式においては、この小領域毎に、被露光面上に結像される小領域の像の焦点やフィールドの歪み等の収差等を補正しながら露光する。これにより、一括転写に比べて光学的に広い領域にわたって解像度、光学系の歪み補正精度の良い露光を行うことができる。
【0005】
図4に分割転写方式の概要を示す。図4において、100はレチクル、100aはレチクル100上のサブフィールド(小領域)、100bはサブフィールド100a間の境界領域、110はレジストを塗布したウエハ等の感応基板、110aは感応基板110の1ダイ(1チップ)分の領域、110bはサブフィールド100aそれぞれに対応した感応基板110の被転写領域、AXは荷電粒子線光学系の光軸、EBは荷電粒子線、COは荷電粒子光学系のクロスオーバポイントである。
【0006】
レチクル100上には、感応基板110に転写すべきパターンをメンブレン上にそれぞれ備えた多数のサブフィールド100aが、パターンが存在しない境界領域100bにより区分されて存在している。そして、境界領域100bに対応する部分には、格子状の支柱が設けられ、メンブレンを熱的及び強度的に保護している。
【0007】
各サブフィールド100aは、感応基板110の1ダイ分の領域110aに転写すべきパターンを分割した部分パターンをそれぞれ備えており、分割した部分パターン毎に感応基板110に転写される。
【0008】
感応基板110の外観形状は図4(b)に示したとおりであり、図4(a)においては、感応基板110の一部(図4(b)のVa部)を拡大して示してある。
【0009】
図4において、荷電粒子線光学系の光軸AXと平行にz軸をとり、サブフィールド100aの並び方向と平行にx軸、y軸をとる。そして、矢印Fm、Fwで示すように、レチクル100及び感応基板110をx軸方向へ互いに逆向きに連続移動させながら、荷電粒子線をy軸方向にステップ的に走査して一列のサブフィールド100aのパターンを順次転写し、その列のパターン転写が終了した後に、x軸方向に隣接する次のサブフィールド100aの列を荷電粒子線で走査し、以降同様にしてサブフィールド100a毎に転写(分割転写)を繰り返して1ダイ(1チップ)分のパターンを転写する。
【0010】
このときのサブフィールド100aの走査順序及び感応基板110への転写順序は、それぞれ矢印Am、Awで示すとおりである。なお、レチクル100と感応基板110の連続移動方向が逆なのは、一対の投影レンズによりレチクル100と感応基板110とでx軸、y軸がそれぞれ反転するためである。
【0011】
このような手順で転写(分割転写)を行う場合、y軸方向の一列のサブフィールド100aのパターンを一対の投影レンズで感応基板110にそのまま投影するだけでは、サブフィールド100aそれぞれに対応した感応基板110の被転写領域110bそれぞれの間に、境界領域100bに対応する隙間が生じる。これに対する対策として、各サブフィールド100aを通過した荷電粒子線EBを境界領域100bの幅Lyに相当する分だけy軸方向に偏向してパターン転写位置を補正している。
【0012】
x軸方向に関しても、パターン縮小率比に応じた一定速度で散乱透過レチクル100と感応基板110を移動させるだけでなく、一列のサブフィールド100aの転写が終わって次の列のサブフィールド100aの転写に移る際に、境界領域100bの幅Lxだけ荷電粒子線EBをx軸方向に偏向して、被転写領域110b同士の間にx軸方向の隙間が生じないように、パターン転写位置を補正している。
【0013】
このように、一度に転写する範囲をサブフィールドに限ることにより、像のボケや収差を、サブフィールド毎に補正しながら転写を行うことができ、よって、1ダイ(1チップ)分のパターンを精度良く転写することが可能になる。
【0014】
このような分割転写方式の投影光学系の概要を図5に示す。図5において、11は光軸、12はレチクル、13はウエハ、14は第1投影レンズ、15は第2投影レンズ、16はアパーチャ、17は偏向器、18はダイナミックフォーカスコイル、19はスティグメータである。この光学系は、レチクル12上のパターンを1/4に縮小してウエハ13上に転写するものである。
【0015】
第1投影レンズ14、第2投影レンズ15からなるレンズ系によって、レチクル12に形成されたパターンの像が、ウエハ3上に転写される。レチクル12の光軸11から離れた位置にあるサブフィールドから放出される荷電粒子線を、ウエハ13の光軸11から離れた位置に結像させるために、図5においては6個の偏向器17が設けられている。アパーチャ16は、レチクル12から放出される散乱線をカットするためのものであり、図4におけるクロスオーバ点COがこの位置に形成されるようにされている。
【0016】
ダイナミックフォーカスコイル18は、各サブフィールドを露光転写するために、偏向器17を動作させたときに発生する焦点位置の変動を補償するために設けられた焦点位置補正用のコイルである。これはレンズの一種と考えられ、焦点補正レンズとも呼ばれている。スティグメータ19は、偏向時の収差を動的に補正する機能を有する。
【0017】
ところで、このような荷電粒子線露光装置においては、空間荷電効果の影響の低減などの理由から高エネルギーの荷電粒子線が用いられる。そして、これに伴い、レンズとしては、高エネルギービームに効果的である磁界型レンズが広く使用されている。また、同様に焦点補正レンズも磁界型レンズが使用されてきた。
【0018】
しかしながら、この焦点補正レンズは、荷電粒子線の偏向に同期して高速でかつ正確に制御可能なものである必要がある。このような状況を考えると磁界型レンズよりも、高速制御が可能な静電型レンズの方が望ましい場合もある。静電型レンズは荷電粒子線のエネルギーが高くなるとパワーが弱くなり、結果として電極に高電圧を印加する必要が生じる。このように焦点補正レンズとして、磁界型、静電型ともに長所短所を持つ。
【0019】
これに対して、高磁界中に補正レンズを配置することで低電圧の印加で効果的に焦点位置を制御する光学系が、例えば特公平4−47944号公報(特許文献1)に開示されている。この技術は、強力なレンズ作用のある磁界型レンズの磁界中に静電型レンズの静電場を重畳するものである。これは、磁界による荷電粒子への力は荷電粒子線の速度に比例することを利用し、磁界型レンズ中の荷電粒子線のエネルギーを静電型レンズでコントロールすることにより、強力な磁界レンズのパワーを制御するというものである。従って、この場合、荷電粒子線は単に、静電レンズからの収束作用だけでなく、磁界型レンズからも収束作用を受けることになり、より低い静電レンズへの印加電圧で焦点位置を制御できる。
【0020】
【特許文献1】特公平4−47944号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁界型レンズにおいては、よく知られるように荷電粒子線が回転しながら結像し、それに伴って像も回転する。そのため、偏向時の焦点ズレを磁界型レンズで補正すると、補正の際に像の回転が発生する。
【0021】
分割転写方式の露光装置では分解能だけでなく、サブフィールド間のつなぎ合わせ精度が重要になる。このため、焦点補正レンズで焦点位置を補正する際、像回転が生じると、サブフィールドのつなぎ合わせ精度が悪くなり、問題となる。従来は、この像回転の対策として、二対の反対称な磁界を発生させる磁界型レンズを補正レンズとして使用するなどの方法が提案されてきた。しかしながらこのような方法では構成上、荷電粒子線光学素子が増えることになり、制御回路も若干ではあるが複雑になる。
【0022】
前述の特許文献1に記載される方法は、静電型レンズの静電場の変化で焦点位置を制御するものであるが、静電型レンズの静電場が磁界型レンズの強磁界中にあるので、像の回転が発生する。
【0023】
さらに焦点補正レンズは、レチクルが歪んでいる際の補正にも使われるので、できるだけ単純な形のほうがいい。
【0024】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、像の回転を小さく抑えたまま焦点位置の補正が可能な荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第1の手段は、レチクルに形成されたパターンを、ウエハ上に露光転写する分割転写方式の荷電粒子線露光装置であって、回転対称磁界型縮小光学系と偏向器とを有し、さらに、前記偏向器による荷電粒子線の偏向に伴って発生する焦点位置の変化を補正する静電型電子レンズが、前記回転対称磁界型縮小光学系の磁界が実質的に無い位置に設けられていることを特徴とするもの(請求項1)である。
【0026】
光軸方向をz軸にとると、光軸と交わる近軸軌道の回転量は以下の積分で表わすことができる。
【0027】
【数1】
【0028】
ここで、θは像の回転量、zは光軸方向の座標、B(z)は:光軸上の磁束密度のz成分、Φ(z)は光軸上の静電ポテンシャル、ziは像面位置、zoは物***置、eは荷電粒子の電荷、mは荷電粒子の質量である。
【0029】
よって、光軸上の磁束密度B(z)が実質的にゼロである位置、すなわち、回転対称磁界型縮小光学系の磁界が実質的に無い位置に、焦点位置の変化を補正する静電型電子レンズを置くことにより、静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルΦ(z)が存在しても、像の回転量θを実質的にゼロとすることができる。
【0030】
前記課題を解決するための第2の手段は、レチクルに形成されたパターンを、ウエハ上に露光転写する分割転写方式の荷電粒子線露光装置であって、回転対称磁界型縮小光学系と偏向器とを有し、さらに、前記偏向器による荷電粒子線の偏向に伴って発生する焦点位置の変化を補正する静電型電子レンズは、当該静電型電子レンズによって発生する静電ポテンシャルの中心位置に対して、前記回転対称磁界型縮小光学系の作る磁界分布が略点対称となる位置に設けられていることを特徴とするもの(請求項2)である。
【0031】
通常、静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルΦ(z)は、その中心位置に対して軸対称に分布する(中心位置に対して偶関数となる)。そこで、この中心位置に対して、回転対称磁界型縮小光学系の作る磁界分布が略点対称となるように、すなわち、この中心位置に対してほぼ奇関数となるようにすれば、前記(1)式の積分値は実質的にゼロになり、像の回転量を実質的にゼロにすることができる。
【0032】
前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段又は第2の手段であって、前記レチクルを通過した荷電粒子線が前記ウエハに至るまでの間に光軸と交わる位置が、前記静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルが実質的に存在する範囲内にあるように調整されていることを特徴とするもの(請求項3)である。
【0033】
静電型電子レンズによって焦点位置の調整を行う場合、その静電ポテンシャルの存在する位置を荷電粒子線が通過することになるが、その際、なるべく光軸に近い位置を通過する方が、発生する収差を少なくすることができる。本手段においては、レチクルを通過した荷電粒子線がウエハに至るまでの間に光軸と交わる位置が、静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルが実質的に存在する範囲内にあるように調整されているので、このようなことを実現できる。特に、静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルの中心位置が、荷電粒子線が光軸と交わる位置とすることが好ましい。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の1例である荷電粒子線露光装置の投影光学系の概要を示す図であり、従来技術の図5に対応するものである。
【0035】
図1において、1は光軸、2はレチクル、3はウエハ、4は第1投影レンズ、5は第2投影レンズ、6はアパーチャ、7は偏向器、8は静電型電子レンズ、9はスティグメータである。この光学系は、レチクル2上のパターンを1/4に縮小してウエハ3上に転写するものである。
【0036】
第1投影レンズ4、第2投影レンズ5からなるレンズ系によって、レチクル2に形成されたパターンの像が、ウエハ3上に転写される。レチクル2の光軸1から離れた位置にあるサブフィールドから放出される荷電粒子線を、ウエハ3の光軸1から離れた位置に結像させるために、図1においては6個の偏向器7が設けられている。アパーチャ6は、レチクル2から放出される散乱線をカットするためのものであり、図4におけるクロスオーバ点COがこの位置に形成されるようにされている。
【0037】
静電型電子レンズ8は、図に示すように3つの電極からなり、両側の電極が接地電位とされ、中央の電極に高電圧を印加することにより静電場を発生させる。この静電型電子レンズ8は、その中央の電極がアパーチャ6の位置にほぼ一致するように設けられている。ちょうどこの位置で、第1投影レンズ4、第2投影レンズ5が作る磁場がゼロとなり、その前後では磁場の大きさが反対称となり、かつ、荷電粒子線が光軸と交わる。
【0038】
よって、前述したような理由により、磁界中に静電場を発生させても、新たな像の回転は実質的に発生せず、かつ、荷電粒子線が光軸の近くを通るので収差の発生も小さく抑えることができる。
【0039】
図2に、このような投影光学系における磁場と静電場の分布を示す。図2において、横軸は光軸方向位置、縦軸は磁場と静電場の強さを示す。実線が静電型電子レンズの作る静電場であり、破線が第1投影レンズ4、第2投影レンズ5が作る磁場である。図に示すように、磁場はアパーチャ6位置においてほぼ0となり、この位置の前後で、ほぼ反対称(点対称)に分布する。静電場は、この位置の前後で軸対称に分布する。よって、静電場の存在する位置で前記(1)式の値はほぼゼロとなり、像の回転がほとんど発生しなくなる。
【0040】
このような投影光学系において、静電型電子レンズ8を設置する位置と、像の回転量との関係をシミュレーションによって求めた結果を、図3に示す。図3において、横軸は軸上磁場がゼロとなる点を原点とした光軸方向位置(単位mm、+方向がレチクル側)であり、縦軸は、この静電型電子レンズ8により100μm焦点位置を変化させたときの像の回転量(単位rad)である。これによると、像の回転量がゼロとなる位置は、軸上磁場がゼロとなる点からわずか(2.5mm程度)レチクル側にずれている。これは、図2にも示されるように、磁場の分布が、軸上磁場がゼロとなる点を中心として、完全には反対称となっていないためである。しかし、静電型電子レンズ8を軸上磁場がゼロとなる点の近傍(アパーチャ6の位置の近傍)に設ければ、静電型電子レンズ8の発生する静電場による像の回転量を非常に小さくできることが分かる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、像の回転を小さく抑えたまま焦点位置の補正が可能な荷電粒子線露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例である荷電粒子線露光装置の投影光学系の概要を示す図である。
【図2】図1に示す投影光学系における磁場と静電場の分布を示す図である。
【図3】静電型電子レンズを設置する位置と、像の回転量との関係をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。
【図4】分割転写方式の概要を示す図である。
【図5】分割転写方式の投影光学系の概要を示す図である。
【符号の説明】
1…光軸、2…レチクル、3…ウエ…、4…第1投影レンズ、5…第2投影レンズ、6…アパーチャ、7…偏向器、8…静電型電子レンズ、9…スティグメータ
Claims (3)
- レチクルに形成されたパターンを、ウエハ上に露光転写する分割転写方式の荷電粒子線露光装置であって、回転対称磁界型縮小光学系と偏向器とを有し、さらに、前記偏向器による荷電粒子線の偏向に伴って発生する焦点位置の変化を補正する静電型電子レンズが、前記回転対称磁界型縮小光学系の磁界が実質的に無い位置に設けられていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
- レチクルに形成されたパターンを、ウエハ上に露光転写する分割転写方式の荷電粒子線露光装置であって、回転対称磁界型縮小光学系と偏向器とを有し、さらに、前記偏向器による荷電粒子線の偏向に伴って発生する焦点位置の変化を補正する静電型電子レンズは、当該静電型電子レンズによって発生する静電ポテンシャルの中心位置に対して、前記回転対称磁界型縮小光学系の作る磁界分布が略点対称となる位置に設けられていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
- 請求項1又は請求項2に記載の荷電粒子線露光装置であって、前記レチクルを通過した荷電粒子線が前記ウエハに至るまでの間に光軸と交わる位置が、前記静電型電子レンズの発生する静電ポテンシャルが実質的に存在する範囲内にあるように調整されていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
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2003
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