JP2005011967A

JP2005011967A - 荷電粒子線露光装置

Info

Publication number: JP2005011967A
Application number: JP2003173900A
Authority: JP
Inventors: Kiwa Sugiyama; 喜和杉山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13

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

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、ｚ_ｉは像面位置、ｚ_ｏ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

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。