JP2000251827A - 照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系の全長を短くできる、あるいは成形開
口やマスクを均一に照射できる等の特長を有する照明光
学系を提供する。 【解決手段】 本発明の照明光学系は、電子線を放出す
るカソードを有する電子銃１、電子線からなる電子線束
の外形を成形する成形開口１３、カソードの像を成形開
口にほぼ結像させるコンデンサレンズ３、１１、成形開
口の縮小像をマスク上に結像させる照明レンズ１９、２
５等備える。レンズ１９は、クロスオーバを作らない補
助的なレンズであり、このレンズで成形開口像の縮小倍
率又は回転を調整する。合計でレンズは３段と補助レン
ズ１段で済む。そのため、カソードからマスクまでの寸
法を、マスクから感応基板間とほぼ同程度の長さとでき
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、電子線縮小転写装
置等におけるマスクを照明する照明光学系に関する。特
には、光学系の全長を短くできる、あるいは成形開口や
マスクを均一に照射できる等の特長を有する照明光学系
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高スループットの微細デバイスパターン
転写に用いることを企図した電子線縮小転写装置の構成
例がSPIE Vol.2522 (P.13-22, W.K. Waskiewiez et a
l.) に開示されている。この電子線縮小転写装置は次の
点で問題があると思われる。

【０００３】（１）電子銃からマスクまでの寸法（光軸
方向長さ）が、マスクからウエハまでの寸法の１．５〜
２倍と長くなっている。そのため、光学系を収める鏡筒
の長さが長くなり、常識的な天井高さのクリーンルーム
に入らなくなるおそれがある。

【０００４】（２）ブランキングの過渡期（ブランキン
グをかけようとしている時又は解除しようとしている
時）に、マスクが不均一な照明を受ける。そのため、サ
ブフィールド内のドーズが不均一になり転写パターンの
線幅精度が低下する恐れがある。（３）成形開口が受け
る電子線照射が、ブランキング時と非ブランキング時で
ＯＮ−ＯＦＦされるので、成形開口の加熱条件が時間変
動を受け、成形開口が時間的に伸縮を起こすおそれがあ
る。

【０００５】（４）マスク上の光軸から離れた位置にあ
るサブフィールドを照明する時に、成形開口像（照明ビ
ーム）に回転や歪が生じる。 （５）照明光学系の長さを短くすると、光軸から離れた
位置にあるサブフィールドを照明する際に電子線の偏向
角度が大きくなって電子線偏向器の収差が問題となる。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、光学系の全長を短くできる、あるいは成形開
口やマスクを均一に照射できる等の特長を有する照明光
学系を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】上
記課題を解決するため、本発明の第１態様の照明光学系
は、電子線を放出するカソードを有する電子銃と、上記
電子線からなる電子線束の外形を成形する成形開口と、
カソードからのビームを成形開口に集束させるコンデン
サレンズと、成形開口の縮小像をマスク上に結像させる
１個のレンズと、クロスオーバを作らない１組の補助レ
ンズを備えることを特徴とする。

【０００８】この態様の光学系においては、上記補助レ
ンズで成形開口像の縮小倍率又は回転を調整することが
好ましい。この場合、電子銃のカソード像を成形開口に
結像するコンデンサレンズを例えば２段とすると、成形
開口の縮小像を１段のレンズと１段の補助レンズでマス
クに結像させるため、合計でレンズは３段と補助レンズ
１段で済む。そのため、カソードからマスクまでの寸法
を、マスクから感応基板間とほぼ同程度の長さ、例えば
７００mmとできる。

【０００９】この場合、成形開口からマスク間の主レン
ズは１個で、残りの１個のレンズはクロスオーバを作ら
ない補助レンズであるので、この補助レンズで成形開口
像の回転調整や倍率調整、ダイナミックフォーカス調整
を行うことができる。したがって、レンズの製造誤差に
起因する回転や倍率の誤差を初期調整したり、回転や倍
率を変更した時の誤差変化をダイナミックに調整したり
できる。

【００１０】本発明の第２態様の照明光学系は、 荷電
粒子線束の外形を成形する成形開口の投影縮小像を、ブ
ランキング開口を経てマスク上に結像する照明光学系で
あって； ブランキング開口の上下に少なくとも各２個
の偏向器を設け、 上段の偏向器で、荷電粒子線束の主
光線がブランキング開口において光軸と交叉する軌道と
し、 下段の偏向器で、マスク上の偏向視野内の任意の
場所に、上記主光線がほぼ垂直入射となる状態で入射さ
せることを特徴とする。

【００１１】ブランキング過渡時にも、成形開口から全
ての方向へ出射したビームは、レンズによってマスク上
における非ブランキング時の入射点に戻されるので、ブ
ランキング過渡時にマスクが照射ムラを生じることがな
い。

【００１２】本発明においては、成形開口からマスクの
間に少なくとも４個の偏向器を備え、上記荷電粒子線の
偏向収差を打ち消すことが好ましい。

【００１３】成形開口からマスク間を短くする場合に
は、マスク上の光軸から離れた距離にある領域を照明す
る時にビームの偏向角度が大きくなるため、偏向収差を
低減する処置を行うことが好ましい。そこで、成形開口
とブランキング開口間に２段の偏向器を設け、成形開口
を出る照明ビームの主光線の入射角を変え、光軸から離
れたマスク領域を照明する場合も、該主光線の入射点は
ブランキング開口の中心を通るようにする。そして、ブ
ランキング開口から出た照明ビームのマスクに対する位
置を、照明レンズの作用と下段の少なくとも２段の編向
器で変えることにより、成形開口像を任意のマスク上の
位置に垂直入射させる。このとき、ブランキング開口後
の少なくとも２段の偏向器は収差補正器として使う。す
なわち、合計少なくとも４個の偏向器を用いて少なくと
も歪、像面湾曲、視野非点及びコマ収差を消すことがで
きる。

【００１４】本発明の第３態様の照明光学系は、 荷電
粒子線束（ビーム）の外形を成形する成形開口の投影縮
小像を、ブランキング開口を経てマスク上に結像する照
明光学系であって； 成形開口の上段に２段のブランキ
ング偏向器が設けられており、 これらの偏向器を用い
てビームの入射角度を変化させて成形開口から出るビー
ムの方向を変えることにより、成形開口へのビーム入射
位置を実質的に変えずにブランキング開口でのビーム位
置を変えることを特徴とする。

【００１５】この態様では成形開口の上に２段のブラン
キング偏向器があるので、初段のブランキング偏向器で
照明ビームを偏向し、２段目の偏向器で振り戻し、照明
ビームの主光線が成形開口の中心を通るようにしてい
る。したがって、ブランキング中でも成形開口は常に非
ブランキング時と同様に照射されており、成形開口が熱
サイクルを受けることがなく熱的に安定する。

【００１６】以下、図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明の１実施例に係る電子線照明光学系の構成及
び結像関係を説明するための図である。なお、図の左側
に記されている数字は光学系の光軸方向長さ（単位mm）
を示す。まず光学系の各機器の配置及び個別の作用を説
明する。図の最上部に線１で示すのが電子銃のカソード
の電子放出面（カソードと略称）である。このカソード
１は図の下方に向けて電子線を放出する。なお、本明細
書においては、電子線（荷電粒子線）の上流側を上、下
流側を下という。

【００１７】電子銃の下には、電磁レンズである第１コ
ンデンサレンズ３が配置されている。この第１コンデン
サレンズ３は、カソード１から放出された電子線を収束
させ、後述する第２コンデンサレンズ１１と協働して成
形開口１３にカソード像を結像させる。第１コンデンサ
レンズ３の下にはトリム開口５が配置されている。この
トリム開口５と同じ位置には、カソード１から放出され
第１コンデンサレンズ３によって収束された電子線のク
ロスオーバC.O.が形成される。トリム開口５では、ガウ
ス分布をなすクロスオーバの８０％強度のところでビー
ムは除去される（ビーム周辺部がカットされる）。な
お、このトリム開口５でのビーム強度分布は、カソード
１から放射される電子線の強度分布に対応している。

【００１８】トリム開口５の下（第２コンデンサレンズ
１１の上）には２段のブランキング偏向器７、９が配置
されている。これらの偏向器は静電偏向器であり、マス
ク３１に電子線（照明ビーム）を当てたくない時に、電
子線の向きを大きく変えて電子線（符号４７）をブラン
キング開口２１の開口板に当てる。

【００１９】第２コンデンサレンズ１１も電磁レンズで
あり、上述のように第１コンデンサレンズ３と協働して
成形開口１３にカソード像を結像させてもよい。（破線
４３参照）。

【００２０】第２コンデンサレンズ１１の下には成形開
口１３が配置されている。成形開口１３は、マスク３１
に当てる電子線束（照明ビーム）の外形を成形するもの
である。例えば、照明ビームの外形をマスク３１上で１
mm強の正方形に成形する。成形開口１３の位置には、上
述のように、カソード像が結像するようにしてもよい。

【００２１】第２コンデンサレンズ１１の下で成形開口
１３よりも外側には、２段の偏向器１５、１７が配置さ
れている。これらの偏向器１５、１７は、偏向可能視野
内でマスク３１上において成形開口像（照明ビーム）の
位置を変え、マスク３１上に多数形成されているサブフ
ィールド（単位露光領域、図示されず）を選択的に照明
する。

【００２２】２段の偏向器１５、１７の下には、同じ光
軸方向位置に補助的なレンズ１９及びブランキング開口
２１が配置されている。補助的なレンズ１９は、クロス
オーバを形成しないレンズであり、成形開口像の縮小倍
率のずれや成形開口の回転量が設計値からずれるのを補
正する。

【００２３】図２は、補助的なレンズ１９の詳細構造例
を示す側面断面図である。この補助的なレンズ１９は、
いずれもフェライト製の円筒１９ａと３枚の板１９ｂ、
１９ｃ、１９ｄを組み合わせて断面Ｅ字形の磁極を構成
し、磁極の間に、互いに逆方向に巻いた上下２段の励磁
コイル１９ｅ、１９ｆを配置したものである。

【００２４】この補助的なレンズ１９では、コイル１９
ｅ、１９ｆには逆方向の軸上磁場を発生するよう電流が
流されていて、ビームの回転調整をする際に一方のコイ
ルに流す電流を増し、他方のコイルに流す電流を減少さ
せる方向に電流を調整する。この時、両コイルに流す電
流の合計を変えないため、ビームの回転のみが変りレン
ズの焦点距離が変化しない。また、この補助的なレンズ
１９は弱励磁のため焦点距離は非常に長く、同レンズ１
９における光軸周辺部の軌道をほとんど曲げることはな
い。

【００２５】ブランキング開口２１は、上述のように照
明不要時にビームを遮蔽するためのものである。ブラン
キング開口２１の中央部には、カソード１のクロスオー
バ像が結像する。ブランキング開口２１の下の照明レン
ズ２５の上には偏向器２３が配置されている。この偏向
器２３は、偏向器２７、２９と共同で、成形開口像をマ
スク上で大きく偏向した時の収差補正をする。

【００２６】照明レンズ２５は、成形開口１３の像をマ
スク３１上に縮小投影する。この例では縮小率は１／２
である。図３は、照明レンズ２５の詳細構造例を示す側
面断面図である。この照明レンズ２５は、断面コの字型
の磁極２５ａを有し、その内部には励磁コイル２５ｂが
巻かれている。さらに、コイル２５ｂの内周部には、フ
ェライトスタック２５ｃ（磁気シールド）を隔てて上下
２段の倍率調整コイル２５ｄ、２５ｅが配置されてい
る。

【００２７】照明レンズ２５の下には、２段の偏向器２
７、２９が配置されている。これらの偏向器２７、２９
は、マスク３１上の光軸から離れたサブフィールドを照
明する際の偏向収差を除去するためのものである。

【００２８】図１の照明光学系における全体的な結像作
用について説明する。破線４３は成形開口１３の共役面
を示す。破線４３の上端は、カソード１の虚像位置４１
（中心位置）である。破線４３はカソード虚像の光軸部
から出て、第１コンデンサレンズ３で光軸方向に曲げら
れ、トリム開口５の内周縁を通り、成形開口１３の位置
で光軸と交わる。その後、ブランキング開口２１の内周
縁を通り、照明レンズ２５で曲げられマスク３１面上で
光軸と交わり結像する。結局、カソード虚像面４１、成
形開口１３、マスク面３１が互いに共役である。

【００２９】二点鎖線４７は、トリム開口５から出た主
光線のブランキング時の軌道を示す。軌道４７は、１段
目のブランキング偏向器７で光軸から離れる方向に振ら
れ、２段目のブランキング偏向器９で光軸方向に振り戻
され、成形開口１３の位置では光軸を通る。その後光軸
から離れる方向に進みブランキング開口２１に遮られ
る。なお、図上における線は仮想的にブランキング開口
２１を越えて進むように描かれており、その場合照明レ
ンズ２５の作用によって、振り戻されてマスク３１面上
では再び光軸と交わるように想定されている。

【００３０】ブランキング偏向器７、９による偏向軌道
が成形開口１３で光軸に戻っているため、ブランキング
過渡時はもちろん、ブランキング時も成形開口は露光時
と同様に照射されているので成形開口が時間的に熱変動
を受けない。また、図のように、成形開口１３とブラン
キング開口２１間は距離がある（一例で１５０mm）の
で、少しのブランキング角でビームは大きくブランキン
グ開口２１上で移動するため、偏向器７、９の偏向感度
は比較的小さくて済む。また、軌道４７は、ブランキン
グ時においてもマスク３１の面上で光軸に戻っているの
で、ブランキング過渡時にマスクが非一様に照射される
ことはない。

【００３１】図１中の実線４５は、視野選択偏向器１
５、１７において照明ビームの偏向がなされなかった場
合の成形開口１３のエッジを通る軌道である。点線４９
は、成形開口１３の主光線が視野選択偏向器１５、１７
で偏向を受けた場合の軌道を示す。軌道４９は、１段目
の視野選択偏向器１５で光軸から離れる方向に偏向さ
れ、２段目の視野選択偏向器１７で光軸方向に振り戻さ
れる。そして、ブランキング開口２１の位置で光軸と交
わる。その後光軸から離れる方向に進み、照明レンズ２
５及び３段の偏向器２３、２７、２９で光軸と平行に振
り戻され、そのままマスク３１に垂直に入射する。

【００３２】このように成形開口像をマスク３１上で大
きく移動させる時、偏向器１５、１７、２３、２７、２
９を連動させる。その時の軌道は４９で示したようにマ
スク３１への垂直入射条件を満たしている。このよう
に、偏向器５段とレンズ２５、補助レンズ１９を協調動
作させ、照明ビームの歪及びボケ収差をほとんど補正す
ることができる。

【００３３】この実施例では、電子銃からマスク間を、
図の左の数字で示したように７００mm以下にできた。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、電子線縮小転写装置等におけるマスクの照明光学系
において、光学系の全長を短くできる、あるいは成形開
口やマスクを均一に照射できる等の効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る電子線照明光学系の構
成及び結像関係を説明する図である。

【図２】図１の照明光学系の補助的なレンズの詳細構造
例を示す側面断面図である。

【図３】図１の照明光学系の照明レンズの詳細構造例を
示す側面断面図である。

【符号の説明】

１ カソード ３ 第１コンデン
サレンズ ５ トリム開口 ７、９ ブランキ
ング偏向器 １１ 第２コンデンサレンズ １３ 成形開口 １５、１７ 偏向器 １９ 補助的なレ
ンズ ２１ ブランキング開口 ２３、２７、２９
偏向器 ２５ 照明レンズ ３１ マスク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子線を放出するカソードを有する電子
   銃と、 上記電子線からなる電子線束の外形を成形する成形開口
   と、 カソードから放出された電子線を成形開口に集束させる
   コンデンサレンズと、 成形開口の縮小像をマスク上に結像させる１個のレンズ
   と、クロスオーバを作らない弱励磁の一組の補助レンズ
   とを備えることを特徴とする照明光学系。
2. 【請求項２】 上記補助レンズで成形開口像の縮小倍率
   又は回転を調整することを特徴とする請求項１記載の照
   明光学系。
3. 【請求項３】 荷電粒子線束の外形を成形する成形開口
   の投影縮小像を、ブランキング開口を経てマスク上に結
   像する照明光学系であって；ブランキング開口の上下に
   少なくとも各２個の偏向器を設け、 上段の偏向器で、荷電粒子線束の主光線がブランキング
   開口において光軸と交叉する軌道とし、 下段の偏向器で、マスク上の偏向視野内の任意の場所
   に、上記主光線がほぼ垂直入射となる状態で入射させる
   ことを特徴とする照明光学系。
4. 【請求項４】 成形開口からマスクの間に少なくとも４
   個の偏向器を備え、上記荷電粒子線の偏向収差を打ち消
   すことを特徴とする請求項１、２又は３記載の照明光学
   系。
5. 【請求項５】 荷電粒子線束（ビーム）の外形を成形す
   る成形開口の投影縮小像を、ブランキング開口を経てマ
   スク上に結像する照明光学系であって；成形開口の上段
   に２段のブランキング偏向器が設けられており、 これらの偏向器を用いてビームの入射角度を変化させて
   成形開口から出るビームの方向を変えることにより、成
   形開口へのビーム入射位置を実質的に変えずにブランキ
   ング開口でのビーム位置を変えることを特徴とする照明
   光学系。
6. 【請求項６】 成形開口からマスクの間に少なくとも４
   個の偏向器を備え、上記荷電粒子線の偏向収差を打ち消
   すことを特徴とする請求項５記載の照明光学系。