JPH1040848A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

荷電粒子線装置

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JPH1040848A
JPH1040848A JP8196317A JP19631796A JPH1040848A JP H1040848 A JPH1040848 A JP H1040848A JP 8196317 A JP8196317 A JP 8196317A JP 19631796 A JP19631796 A JP 19631796A JP H1040848 A JPH1040848 A JP H1040848A
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弘泰 清水
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 荷電粒子線が軸外れ入射した場合でも収差の
発生を小さく抑えることができる荷電粒子線装置の提
供。 【解決手段】 対物レンズ７に軸外れで入射する荷電粒
子線４を光軸１に沿った軸上入射と同一条件となるよう
に入射させるＶＡＬ（Variable Axis Lens）やＶＡＩＬ
（Variable Axis Immersion Lens）等のレンズ系を備え
る荷電粒子線装置において、非点収差を補正する非点収
差補正磁場および荷電粒子線４に対する非点収差補正磁
場の軸外れ状態を補正する偏向磁場を形成する非点収差
補正偏向器１２ａ，１２ｂを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線が軸外
れ入射したときに、収差を小さくすることができる荷電
粒子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の転写型露光装置の対物レン
ズを示す図であり、２はレチクル、１０はレチクルのパ
ターンが転写されるウエハ、７は対物レンズである。
３、４は荷電粒子線の軌道であり、３は対物レンズの光
軸１（ｚ軸）に沿って入射する軌道を、４は光軸から離
れた位置に入射する軌道をそれぞれ示している。ところ
で、軌道４のように軸外れで入射した場合にはレンズ７
による収差が生じ、収差は光軸１から離れる程増加す
る。
【０００３】そのため、この種の装置では補助レンズお
よび補助偏向器を用いて荷電粒子線を軸上入射と同じ条
件で入射させるレンズ系、すなわちＶＡＬ（Variable A
xisLens）やＶＡＩＬ（Variable Axis Immersion Len
s）が用いられる。図４では６、８がＶＡＬ補助レン
ズ、５、９がＶＡＬ偏向器であり、荷電粒子線の軸外れ
量に応じて補助レンズ６、８および偏向器５、９を励磁
させて、荷電粒子線が軸上入射した場合と同じ状態を形
成する。すなわち、対物レンズ７の軸上磁場の分布をＢ
[z]、軸外れ量、すなわちレンズの入射面上において光
軸を原点としたときに入射位置を（ｘ0、ｙ0）とする
と、補助レンズ６、８により次式（１）
【数１】ｂ[z]＝（ｘ0 2＋ｙ0 2）Ｂ''[z]／４…（１） で表される場を形成し、偏向器５、９により次式（２）
【数２】 （ｄx[z]，ｄy[z]）＝（−ｙ0Ｂ'[z]／２，ｘ0Ｂ'[z]／２）…（２） で表される偏向磁場を形成することによって、軸外れ入
射した軌道４の荷電粒子線は軸上入射の場合とほぼ同じ
条件で対物レンズ７を通過することができる。その結
果、収差を大幅に減少させることができる。図５（ａ）
〜５（ｃ）は上述したＢ[z]およびＢ[z]の１階微分Ｂ'
[z]，２階微分Ｂ''[z]の概略分布を示すグラフであり、
横軸に図３のｚ軸を取り、縦軸にそれぞれの大きさ示
す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うに荷電粒子線を等価的に軸上入射させても非点収差が
残ってしまうため、通常は偏向器５、９や補助レンズ
６、８とは別に非点収差補正器を設置して非点収差を補
正している。非点収差補正器は一般に８極のコイルから
成り、その内の４極のコイルでｘ方向非点収差補正コイ
ルを形成し、他の４極のコイルでｙ方向非点収差補正コ
イルを形成する。図６は非点収差補正器の一方向（例え
ばｘ方向）の非点収差補正コイルによって形成される磁
場を示す図であり、４極のコイル２１〜２４によって図
に示すような磁場２５が形成される。図からも分かるよ
うに補正器の軸上では磁場は零であり、軸から外れた位
置には偏向磁場が形成される。しかしながら、荷電粒子
線は非点収差補正器に対しても軸外れで入射するため、
それによって新たな収差が発生することになる。
【０００５】本発明の目的は、荷電粒子線が軸外れ入射
した場合でも収差の発生を小さく抑えることができる荷
電粒子線装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１に対応付けて説明する。 （１）請求項１の発明は、レンズ７に軸外れで入射する
荷電粒子線４を光軸１に沿った軸上入射と同一条件とな
るように入射させるＶＡＬ（Variable Axis Lens）やＶ
ＡＩＬ（Variable Axis Immersion Lens）等のレンズ系
を備える荷電粒子線装置に適用され、非点収差を補正す
る非点収差補正場および荷電粒子線４に対する非点収差
補正場の軸外れ状態を補正する偏向磁場を形成する非点
収差補正偏向器１２ａ，１２ｂを設けたことにより上述
の目的を達成する。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の荷電粒子線
装置において、光軸をＺ軸とし、それと直交するＸ，Ｙ
軸に対して、非点収差補正場の２倍角座標におけるｘ，
ｙ分布を（Sx，Sy）とし、偏向磁場のＸ，Ｙ直交座標に
おけるＸ，Ｙ分布を（ｄSx，ｄSy）としたときに、Sx，
Sy，ｄSx，ｄSyのそれぞれをレンズ７の軸上磁場分布の
３階微分に比例させた。ここで、Ｘ，Ｙ直交座標系に対
する２倍角ｘ，ｙ座標は次式により定義される。
【数３】ｘ＝（Ｘ2＋Ｙ2）1/2・ｃｏｓ２θ ｙ＝（Ｘ2＋Ｙ2）1/2・ｓｉｎ２θ ｃｏｓθ＝Ｘ／（Ｘ2＋Ｙ2）1/2 ｓｉｎθ＝Ｙ／（Ｘ2＋Ｙ2）1/2 （３）請求項３の発明では、請求項２に記載の荷電粒子
線装置において、レンズ７に対して軸外れで入射する荷
電粒子線４の入射位置をＸ，Ｙ直交座標において(ｘ0,
ｙ0)としたときに、（ａ）非点収差補正場分布(Sx，Sy)
のSxを（ｘ0ｙ0）に比例させ、Syを（−ｘ0 2＋ｙ0 2）に
比例させるとともに、（ｂ）偏向磁場分布（ｄSx，ｄS
y）のｄSxを（−ｙ0・（ｘ0 2＋ｙ0 2））に比例させ、ｄ
Syを（ｘ0・（ｘ0 2＋ｙ0 2））に比例させた。 （４）請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記
載の荷電粒子線装置において、非点収差補正偏向器１２
ａ，１２ｂは、非点収差補正場および偏向磁場を形成す
る同一のコイルを備える。
【０００７】請求項１〜３の発明では、偏向磁場は荷電
粒子線４に対する非点収差補正場の軸外れ状態を補正す
る。
【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図１〜３を参照して本発明
の実施の形態を説明する。図１は本発明による荷電粒子
線装置の一実施の形態を示す図であり、転写型露光装置
の対物レンズの概略構成図である。なお、図１において
図４と同一部分には同一の符号を付した。１２ａおよび
１２ｂはＶＡＳ（Variable Axis Stigmator）非点収差
補正偏向器であり、例えば、それぞれ８極３段のコイル
で構成されている。これら８極のコイルの内の４極のコ
イルには、後述する偏向磁場を形成するコイルを追加し
て設ける。
【００１０】従来の非点収差補正器では、非点収差を２
次元のベクトルで表したとき、非点収差を打ち消す非点
収差補正ベクトル（Sx、Sy）を生ずるような磁場が励磁
される。以下では、（Sx、Sy）の場を非点収差補正場と
称する。一方、本実施の形態のＶＡＳ非点収差補正偏向
器１２ａ，１２ｂは非点収差補正器およびその軸外れを
補正する偏向器のそれぞれの機能を合わせ持っており、
非点収差補正器の機能は非点収差補正場で、偏向器の機
能は偏向磁場で表される。すなわち、軸外れ量をＸ，Ｙ
直交座標において（ｘ0，ｙ0）としたとき、上述した８
極６段のコイルを用いて非点収差補正場分布が次式
（３）
【数４】 （Sx[z]、Sy[z]）＝（x0y0Ｂ'''[Z]/16，(−x0 2+y0 2)Ｂ'''[Z]/32）…（３） で示すような場となるように励磁するとともに、上述し
た４極のコイルを用いて偏向磁場分布が次式（４）
【数５】 （ｄSx[z]，ｄSy[Z]） ＝（−y0(x0 2+y0 2)Ｂ'''[z]/16，x0(x0 2+y0 2)Ｂ'''[z]/16）…（４） となるように励磁する。図２（ａ）〜２（ｄ）はそれぞ
れＢ[z]およびＢ[z]の一階微分Ｂ'[z]，２階微分Ｂ''
[z]，３階部分Ｂ'''[z]の概略を示すグラフであり、図
５と同様に横軸にｚ軸を取り、縦軸にそれぞれの大きさ
示した。
【００１１】図３は軸外れの非点収差補正磁場を概念的
に示す図である。図３（ａ）は従来の非点収差補正器の
形成する磁場を示す図であり、図６と同様の図であって
４極のコイルによって形成される磁場を示した。この場
合、非点収差補正磁場２５の軸と光軸１とが一致してお
り、Ｘ，Ｙ直交座標における（ｘ0，ｙ0）が軸外れで入
射する荷電粒子線４の軌道位置である。一方、図３
（ｂ）はＶＡＳ非点収差補正偏向器１２ａ，１２ｂの形
成する磁場を示す図であり、座標（ｘ0，ｙ0）を通る軸
と非点収差補正磁場３０の軸とが一致している。これ
は、従来の非点収差補正器を荷電粒子線４の方向に移動
して、荷電粒子線４が非点収差補正器の軸を通るように
したことと等価的に等しい。その結果、軸外れで入射し
た荷電粒子線４に対しても軸上入射した場合とほぼ同じ
条件となり、従来のように非点収差補正をした際に新た
な収差が発生するようなことがなく、収差歪等を小さく
することができる。
【００１２】なお、上述した実施の形態では、ＶＡＳ非
点収差補正偏向器１２ａ、１２ｂを構成する８極のコイ
ルで非点収差補正磁場を形成し、８極コイルの内の４極
のコイルに偏向磁場用のコイルを追加したが、非点収差
補正磁場の分布と偏向磁場の分布とがほぼ一致している
とみなせるような場合には、偏向磁場用のコイルを追加
することなく同一の８極コイルにより磁場を形成するこ
とができる。この場合には、コイルや配線の占める空間
が小さくて済むため、設計し易くなるという利点がある
とともに、非点収差補正場を形成する磁場と偏向磁場と
が相殺するようなことが無く消費電力が少なくて済むと
いう利点を有する。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非点収差補正場の軸外れ状態が偏向磁場によって補正さ
れるため、軸外れで入射した荷電粒子線に対しても軸上
入射した場合とほぼ同じ条件となり、従来のように非点
収差補正の際に新たな収差が発生することがなく、収差
歪等を小さくすることができる。特に、請求項４の発明
によれば、同一のコイルで非点収差補正場および偏向磁
場を形成するため、コイルや配線の占める空間が小さく
て済み設計し易くなるとともに、非点収差補正場を形成
する磁場と偏向磁場とが相殺するようなことが無く消費
電力が少なくて済むという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による荷電粒子線装置を示す図であり、
転写型露光装置の対物レンズの概略構成図。
【図２】軸上の磁場分布の概略を示す図であり、（ａ）
はＢ[z]，（ｂ）はＢ'[z]，（ｃ）はＢ''[z]，（ｄ）は
Ｂ'''[z]を示す。
【図３】非点収差補正磁場と偏向磁場とを説明する図。
【図４】従来の転写型露光装置の対物レンズの概略構成
図。
【図５】軸上の磁場分布の概略を示す図であり、（ａ）
はＢ[z]，（ｂ）はＢ'[z]，（ｃ）はＢ''[z]を示す。
【図６】非点収差補正器を説明する図。
【符号の説明】
１ 光軸 ２ レチクル ５，９ ＶＡＬ偏向器 ６，８ ＶＡＬ補助レンズ ７ 対物レンズ １１，１２ ＶＡＳ非点収差補正偏向器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１０月１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レンズに軸外れで入射する荷電粒子線を
    光軸に沿った軸上入射と同一条件となるように入射させ
    るＶＡＬ（Variable Axis Lens）やＶＡＩＬ（Variable
    Axis Immersion Lens）等のレンズ系を備える荷電粒子
    線装置において、 非点収差を補正する非点収差補正場および前記荷電粒子
    線に対する前記非点収差補正場の軸外れ状態を補正する
    偏向磁場を形成する非点収差補正偏向器を設けたことを
    特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の荷電粒子線装置におい
    て、 光軸をＺ軸とし、それと直交するＸ，Ｙ軸に対して、前
    記非点収差補正場の２倍角座標におけるｘ，ｙ分布を
    （Sx，Sy）とし、前記偏向磁場のＸ，Ｙ直交座標におけ
    るＸ，Ｙ分布を（ｄSx，ｄSy）としたときに、Sx，Sy，
    ｄSx，ｄSyのそれぞれを前記レンズの軸上磁場分布の３
    階微分に比例させたことを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の荷電粒子線装置におい
    て、 前記レンズに対して軸外れで入射する荷電粒子線の入射
    位置をＸ，Ｙ直交座標において（ｘ0，ｙ0）としたとき
    に、 （ａ）前記非点収差補正場分布のSxを（ｘ0ｙ0）に比例
    させ、Syを（−ｘ0 2＋ｙ0 2）に比例させるとともに、 （ｂ）前記偏向磁場分布のｄSxを（−ｙ0・（ｘ0 2＋ｙ0
    2））に比例させ、ｄSyを（ｘ0・（ｘ0 2＋ｙ0 2））に比
    例させたことを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の荷電粒
    子線装置において、 前記非点収差補正偏向器は、前記非点収差補正場および
    前記偏向磁場を形成する同一のコイルを備えることを特
    徴とする荷電粒子線装置。
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