JP2002025489A - 荷電粒子線投影系に用いる、最適化された曲線軸を有するダブレット - Google Patents

荷電粒子線投影系に用いる、最適化された曲線軸を有するダブレット

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JP2002025489A
JP2002025489A JP2001155513A JP2001155513A JP2002025489A JP 2002025489 A JP2002025489 A JP 2002025489A JP 2001155513 A JP2001155513 A JP 2001155513A JP 2001155513 A JP2001155513 A JP 2001155513A JP 2002025489 A JP2002025489 A JP 2002025489A
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Abstract

(57)【要約】 【解決課題】大面積のパターンを荷電粒子ビームを用い
て投影する場合、レンズによる収差、偏向器による収
差、更に電流に依存して生じる収差があり、最適化され
た投影光学レンズシステムを得ることは困難であった。 【解決手段】レンズ構成、それに合わせた軸移動偏向器
を配置してそれらの組み合わせによる収差を計算し、動
的補正器により補正する。この時、電流値がとる値が許
容値内か、否かを判断し、更に改善するサイクルを回し
ていく。

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投影系
に関し、特には荷電粒子線投影系(Charged Particle Be
am Projection System; CPBPS)の設計方法及び製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】 半導体素子の製造等におけるリソグ
ラフィ(lithography)のために荷電粒子線投影系が開発
されている。例えばPfeiffer等による米国特許5,466,90
4(電子線リソグラフィ−システム、Electron Beam Lith
ography System)や米国特許5,545,902(電子線リソグラ
フィシステム、Electron Beam Lithography System)で
はビームスキャンによる大面積縮小投影光学系（Large
Area Reduction Projection Optics with beam Scannin
g,(LARPOS))が用いられている。LARPOS の光学系ではレ
ンズ２つの組み合わせ(a doublet of lenses)を用いて
大きな物体(レチクル上の集積回路図)を結像し、偏向器
によってその像をウェハ上の所定の位置に位置づける。
このような結像系と偏向系の組み合わせは多数考えら
れ、それらは動作仕様と像の忠実性(image fidelity)、
結像位置、露光速度といった点から評価される。
【０００３】ここで、像の忠実性(image fidelity)とは
エッジの先鋭度(edge acuity)によって定義される。こ
の先鋭度をもってパターンはウェハ上の露光感材（例え
ば、電子線レジスト）中に描画される。似たような評価
項目に形状忠実性(trueness)があり、図形の形状の再現
性を表している。前者にはしばしば、像のボケというマ
イナス的な評価用語が用いられ、後者の形状忠実再現性
に対しては像歪み(image distortion)が用いられる。こ
れらの性能を決めるのは荷電粒子線の光学系の収差や荷
電粒子間のクーロン相互作用である。(Coulomb interac
tion)。
【０００４】全てのCPBPSシステムの中でLARPOSシステ
ムには大きな収差があったり、軌道は理想的なガウス光
学の個々の軌道からのズレを生じている。ある種の収差
はレンズシステムと関連がある。別の種の収差は偏向シ
ステムに関連している。そして、第３の収差の種はいわ
ゆるハイブリッド項であり、両方に依存している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなLARPOSシス
テムの設計者の目標は、ビーム電流を最大にする条件下
で収差の影響を小さくすることである。このビーム電流
は露光速度を決めるという点では、他の色々なファクタ
の中で最も重要なものである。荷電粒子線投影システム
の工業的な応用を考えた場合、最終的に露光速度に影響
するビーム電流はスループットと実際的な生産力の両方
に影響する。
【０００６】しかしながら、そのようなLARPOSシステム
に係わる問題はビーム電流が増加すると像のボケや歪み
が増加して一層顕著になることである。この原因は荷電
粒子間の静電的な反発力の効果であり、一般的にはクー
ロン相互作用(Coulomb interaction)と呼ばれている。
このようなクーロン相互作用は幾つかの装置構成や動作
条件に強く依存する。特に粒子の軌道長に依存し、軌道
長が長くなると影響がより大きくなる。従って、このよ
うなシステムの設計にとって主たる誘因はシステム中で
の物体と像間の距離を最小にすること、言い換えると、
物体と像の距離を出来るだけ小さくした装置を設計する
ことである。
【０００７】このことはレンズや偏向器の場が完全に重
なり合うことを意味し、曲線可変軸(Curvi-Linear Vari
able Axis(CVA))の最適化が必要になってくる。問題はC
VAの最適化をボケと歪みと言う観点から決めることであ
る。本発明はこのような問題点を解決するためになされ
たものであり、最適化された荷電粒子ビーム投影光学シ
ステムを製作する方法を提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する、本
発明に基づく第１の手段は、最適荷電粒子ビーム投影シ
ステムの作製する際に、その工程として、レンズ構成及
び１次光学を特定してレンズの励起を計算する工程、レ
ンズシステムを構成してレンズ場の分布、ビームの到達
角度及び軸外結像基本ビームの軸上クロスオーバを求め
る工程、偏向器の軸上位置を含む偏向器構成を入力して
連立方程式を解き、曲線化軸とそれに付属する偏向場の
分布を求める工程、３次の収差係数を求め、複数の収差
係数のリストを作る工程、動的補正器を用意し、偏向に
よる２次の収差を消去するように励起する計算を行い、
３次と５次の収差を計算し、偏向、最良焦点面、焦点深
度に対する像のボケ及び歪みを計算する工程、電流値が
以前の結果よりも良好か否かを決めるテストを行い、も
し YES なら偏向器の軸上位置を変えて再び連立方程式
を解く。もし NO なら電流値が許容範囲内かどうかをテ
ストして、もし NO なら新たな偏向器配置を入力して連
立方程式を解いて以後の工程を続け、もし YES なら偏
向電流が大きくなっているかどうかテストする。もし Y
ES なら偏向器の軸上位置を変化させて連立線形方程式
を解き、もし NO なら作業を終える工程、を有するよう
にした。
【０００９】このように仮定されたレンズ場の分布に対
して曲線化軸を与えるように偏向器場の分布を求め、そ
の結果の収差及びその動的補正器の励起条件を順次繰り
返すことにより、より性能の良い荷電粒子ビーム投影光
学システムが得られる。上記目的を達成するための本発
明に基づく第２の手段は、第１の手段を実施する際に、
レンズシステムが非対称ダブレットを有することとし
た。このように、非対称ダブレットを用いることによっ
て、収差が容易に補正されることになる。
【００１０】上記目的を達成するための本発明に基づく
第３の手段は、第１の手段を実施する際に、レンズシス
テムがテレセントリックな非対称ダブレットを有するこ
ととした。このようなレンズシステムを用いることによ
って、投影系の物体が多少位置ズレを起こしても像倍率
の変化が少なく、収差もよく補正された投影光学システ
ムが得られる。
【００１１】上記目的を達成するための本発明に基づく
第４の手段は、第１乃至３のいずれかの手段を実施する
際に、５４個の収差係数を有することとした。このよう
に基本的な収差を管理することによって、より最適化さ
れた投影光学システムが得られる。
【００１２】上記目的を達成するための本発明に基づく
第５の手段は、第１の手段を実施する際に、偏向器構成
の入力にはビームの軌道を含み、レチクルからクロスオ
−バに置かれた開口までは動径成分は減少し、開口から
ターゲットまでは動径成分が増加することとした。この
ような軌道を取ることによって、容易に収差が低減され
る。
【００１３】上記目的を達成するための本発明に基づく
第６の手段は、第５の手段を実施する際に、レンズシス
テムが非対称ダブレットを有することとした。上記目的
を達成するための本発明に基づく第７の手段は、第５の
手段を実施する際に、レンズシステムがテレセントリッ
クな非対称ダブレットを有することとした。
【００１４】上記目的を達成するための本発明に基づく
第８の手段は、第５乃至７のいずれかの手段を実施する
際に、５４個の収差係数を有することとした。上記目的
を達成するための本発明に基づく第９の手段は、第５乃
至８のいずれかの方法を実施する際に、レチクルからク
ロスオ−バに置かれた開口までは動径成分は単調に減少
することとした。このように、単調減少する軌道を取る
ことにより、更に収差が低減され、最適な投影光学シス
テムが得られる。
【００１５】上記目的を達成するための本発明に基づく
第１０の手段は、テレセントリックな非対称ダブレット
を有するレンズシステムを有する最適荷電粒子ビーム投
影システムの作製方法であって、レンズ構成及び１次光
学を特定してレンズの励起を計算する工程、レンズシス
テムを構成してレンズ場の分布、ビームの到達角度及び
結像ビームの軸上クロスオーバを求める工程、偏向器の
軸上位置を含む偏向器構成を入力して連立方程式を解
き、曲線化軸とそれに付属する偏向場を求める工程、３
次の収差係数を求め、５４個の収差係数のリストを作る
工程、動的補正器を用意し、偏向による２次の収差を消
去するように励起する計算を行い、３次と５次の収差を
計算し、偏向、最良焦点面、焦点深度に対する像のボケ
及び歪みを計算する工程、電流値が以前の結果よりも良
好か否かを決めるテストを行い、もし YES なら偏向器
の軸上位置を変えて再び連立方程式を解く。もし NO な
ら電流値が許容範囲内かどうかをテストして、もし NO
なら新たな偏向器配置を入力して連立方程式を解いて以
後の工程を続け、もし YES なら偏向電流が大きくなっ
ているかどうかテストする。もし YES なら偏向器の軸
上位置を変化させて連立線形方程式を解き、もし NO な
ら作業を終える工程、を有する、最適荷電粒子ビーム投
影システムの作製方法である。
【００１６】
【実施の実施の形態】発明の概要を先に記す。本発明は
最適なCVA設計を有する装置を作るための方法を提供す
るものである。そして、そのために装置の基準を決めた
り、多数ある可能な中からボケと歪みを最適化されたCV
Aを選択する方法を与えるものである。
【００１７】さらには、本発明は最適な荷電粒子線投影
システムを作る方法を与える。そして、その工程には以
下のような工程がある。レンズ構成(lens configuratio
n)を特定する工程、レンズの励磁条件を計算する工程、
レンズ場の分布、ビームの到達角、軸外結像主電子線
（主光線）のクロスオーバ(cross-over)を与えるレンズ
システムを構成する工程、偏向器の軸上位置を含む偏向
器配置をする工程、一連の線形方程式の解を得る工程、
曲線化軸と関連偏向器の場の分布を与える工程、多数
（例えば５４）の収差係数のリストをもたらす３次の収
差係数を計算する工程、動的補正器へ入力する工程、偏
向器の２次収差取り去る工程、３次や４次の収差を計算
する工程〜これにより偏向とボケ・歪みが得られる〜、
最良の焦点位置及び焦点深度を計算する工程、全ての偏
向器に対しての全電流消費量を計算算する工程、求めら
れた解が以前のものよりも優れているかどうかをテスト
する工程、もし「YES」ならば偏向器の軸上位置に関す
る入力を変更して再度線形方程式を解く工程、もし「N
O」ならば求められた解が許容可能か否かをテストし、
もし「NO」ならば新たな偏向器配置を入力して線形方程
式を再度解いてそれ以後の工程を同様に進める工程、も
し「YES」なら全ての偏向器での電流消費量が以前のも
のより大きいかどうかをチェックし、もし「YES」なら
再度入力を変更し、もし「NO」なら処理を終える工程で
ある。
【００１８】好ましくは、偏向器配置の入力を行う際
に、ビーム軌道を与える工程を更に備えることである。
この時ビームの軌道の動径方向成分はレチクルから軸上
のクロスオーバに置かれた開口までは単調に減少し、開
口からウェハまでは単調に増加する。
【００１９】更に好ましくは、レンズシステムは非対称
なダブレット(doublet)を有し、完全なテレセントリッ
クであることである。定義 “ダブレット(Doublet)” 本発明では‘ダブレット(doublet)’とは特定の対象条
件下で動作するレンズの対を表し、次のように作られ
る。
【００２０】粒子源（光源）はレンズ対の前に置かれた
物体を照明する。物体は第１のレンズの物焦点に正確に
置かれている。第１のレンズは光源の像をレンズ対の間
に、また物体の像を無限遠に形成する。これによって、
物体から出る粒子線を効率よく平行ビームに出来る。こ
の故に第一のレンズはコリメーター(collimator)と呼ば
れる。第２のレンズはその物焦点が第１のレンズの像焦
点と正確に一致するように置かれている。第２のレンズ
は平行ビームをその像焦点に集束させ、その焦点面が物
体の像面となる。物体が像面に投影されるので第２のレ
ンズはプロジェクタ−(projector)と呼ばれている。こ
のような条件下では、レンズ対の倍率はコリメ−タ−の
焦点距離とプロジェクタ−の焦点距離の比、f2/f1にな
る。同時に物体と像間の距離はL=2(f1+f2)で与えられ
る。もし同じ型のレンズが用いられているとすると、そ
れらのサイズによってそれぞれの焦点距離が決まる。た
とえば、もしf1=4f2ならコリメ−タ−はプロジェクタ−
の４倍の大きさになる。結果的に、二つのレンズの焦点
距離が合致する面は物体からz軸方向にZ1=2f1、像面か
らはZ2=2f2に位置して対称面を構成する。ダブレットは
この合致面に関して対称である。f1=f2であって倍率が
１である、特殊な場合にはダブレットはミラ−対称(mir
ror-symmetric)となる。
【００２１】もし粒子源がダブレットの上流の無限遠に
置かれると、その像は焦点合致面である対称面に形成さ
れる。その結果、粒子源または対称面に形成された中間
像のどの点から出るビームもプロジェクタ−によって平
行にされる。その場合、ダブレットはテレセントリック
な対称ダブレット(telecentric symmetric doublet)と
言われる。もしレンズが磁気型のものであれば、その極
性は一般的には互いに反対であるものが用いられ、ここ
のレンズで生じる像の回転をうち消すようにしている。
この場合、非対称ダブレット(antisymmetric doublet)
と呼ばれることもある。
【００２２】レンズをダブレットとして動作させること
には理由があって、いくつかの収差が消去される（とい
うのは、１つのレンズがもう一方のレンズの収差を打ち
消し）、その結果、像のボケが低減される。他の定義 H.C. ChuとE.Munroの命名に従って(Optik 61(2) (1982)
121, page 124 and 129)、レンズシステムの１次光学
(the first order optics of a lens system)とは、ふ
たつの基本的なビ−ム(fundamental beam)または軌道に
よって決まるものである。システムの／対称の／中心の
軸上にある物体から傾きが１で出る１つのビ−ムをWaと
し、軸から１だけ離れた点から傾きが零で出るビーム、
即ち軸に平行であるが、をもう１つのビームとしてWbと
記す。磁気レンズの場合、軌道は動径方向成分と方位角
方向成分を有し、それぞれRa, Rbと記される。動径方向
成分は、定義によって、子午面内にある。（言い換える
と、中心Ｚ軸を通る面内にある）。
【００２３】偏向器をこのようなレンズシステムに組み
込むことがあるが、間単に言うと、その目的は主として
レンズの軸をシフトさせて先に記した軸外の基本ビ−ム
Rbに合わせることである。この場合、このビ−ムは元々
の経路を通らずにレンズの１つをまっすぐに通り抜け、
次のレンズではその軸を外れて通る。この軸はずれの量
と方向はそれぞれのレンズで違っている。全てのレンズ
の軸と基本ビ−ムを合わせるためには更に偏向器が必要
である。それによって各々のレンズの軸、いろんな風に
シフトされたレンズの光学軸、が再結合される。
【００２４】もし、軸シフト動作が動的、即ち時間的に
変動する、であるならシステムは可変軸レンズ(Variabl
e Axis lens or VAL)システムと呼ばれる。各々のレン
ズに対して偏向器によってシフトされ、再結合された光
軸全体は一般的には曲がっているので曲線化可変軸(CV
A:Curvilinear Variable Axis)と呼ばれ、そのシステム
はCVAレンズシステム(CVAL)と呼ばれている。
【００２５】本発明に基づく設計と解法の鍵は必要かつ
十分な数の偏向器を選択し、システムの中心軸に沿って
それらを適切に配置し、適切な形状のＣＶＡを生み出す
ためにそれらを励起すること、即ち、物体から像に至る
ビームの実際の経路に合うようなＣＶＡを生み出すよう
にそれらの偏向器を励起することである。一般的なＣＶ
Ａの形の自然な参照例としてはいわゆる"Rb-CVA"があ
り、その定義としては、システムの軸を通る子午面内に
あって（子午線に沿っている）、偏向器が励起されない
ときに物体からシステム軸に平行に出たビームが辿る経
路である。ここで用いられた"子午線"(meridian)という
用語の定義は、中心軸を通る面内にある線である。
【００２６】図１は、先に定義した非対象レンズダブレ
ットの構成の模式的な断面図であり、幾つかの偏向器を
含んでいる。また、基本的結像ビーム(fundamental ima
gingray)（又は軌道）Wbの実数部又は動径成分Rbをも示
している。このWbは先にも記したように、H.C. Chu and
E.Munroによって定義されている。(Optik 61(2) (198
2) PP. 121, page 124,129)。
【００２７】図１ではその左側に物体Ｒがあり、実際の
場合にはレチクル又はマスクである、次いで投影ダブレ
ットの第１レンズ、コリメターレンズＣがあり、焦点距
離はf1である。物体の点で、中心軸より+Rc1, -Rc1だけ
離れた点から開き半角(semi-angle)α1内に出たビーム
はレンズＣによって平行になり、コリメータレンズから
軸上f1だけ離れたところを通る。この点はクロスオーバ
と呼ばれ、システムの入射瞳になっている。開き半角α
1は図示されていない、無限遠にある粒子源の大きさに
よって決められる。従って、クロスオーバは粒子源と共
役であってその半径はRc2であり、開口Aを通ってレンズ
Ｐに向かっている。投影レンズＰはクロスオーバの右側
より軸上f2に配置されている。このf2はその焦点距離で
ある。物体の像WはレンズＰのさらに右側の焦点距離f2
に投影される。実際の場合にはそこにはウェハ又は感応
基板がある。像点Rc3と-Rc3はそれぞれ物体上の点+Rc1,
-Rc1と共役である。Rc3/Rc1という比はダブレットレン
ズの光学的な倍率Mであり、比f2/f1と等しい。最終的な
ビームの開き半角α3は通常は開口数(Numerical Apertu
re(NA))と呼ばれ、顕微鏡のような光学系と同様であ
る。この開口数は照明系の開き半角α1とは倍率Mを介し
てα1=NA*Mという関係にある。同様に、クロスオ−バの
半径はRc2=α1*f1=f2*NAとなる。最終的には、集束開き
半角α2はRc1/f 1により与えられる。
【００２８】大抵の場合、開口Aと呼ばれる透過穴を有
する絞り板がクロスオ−バ点に置かれ、その開口の大き
さは2Rc2程度である。通常はこれがビームのアライメン
ト指標になっている。たとえば、７つの偏向器Ｄがコリ
メ−タレンズＣ及び投影レンズＰと同軸に配置されてい
る。
【００２９】倍率 M = f2/f1 NA ...... 開口数 Rc1 ...... 軸外物点の動径ベクトル Rc2 ...... クロスオーバの半径 Rc3 ...... 軸外像点の動径ベクトル f1 ...... コリメ−タレンズの焦点距離 f2 ...... 投影レンズの焦点距離 図２−５は４つのCVAの例を示し、Rb-CVAにもっとも近
いものを表している。しかしながら、中心軸と交差する
前に中心軸に対する傾き角が小さい方がより良い特性を
明瞭に示している。文献(Hosokawa et at. Optik 58,
p.241 (1981))より知られているように、９つの偏向器
が必要かつ十分であって、偏向に伴って線形的に生じる
６つの収差及び正確な像倍率、ウェハへの垂直到達角、
ダブレットの対称点を中心軸が通るという幾何条件を補
正することが出来る。しかし、この前提には、他の収差
は、例えば偏向に伴う２次の収差は、動的補正器と言わ
れている他の部材により偏向に同期して励起条件が変化
して補正されることがある。Petricによる米国特許 NO.
5,635,719 "粒子線光学レンズ用の可変曲線軸偏向手段
（Variable Curvilinear Axis Deflector Means for Pa
rticle Optical Lenses"にはｎ個の軸補正ヨ−クを持つ
CAV コリメ−タともう一組のｎ個の軸移動コイルを持つ
CVAレンズが示されている。
【００３０】図２−５と図６、７は、縦のＺ軸に沿った
位置でのエッジ幅(EW)とサブフィ−ルド歪み(SFD)(ここ
では図示しない）それぞれと偏向器の数という観点から
評価した性能を示している。レンズは簡単化の為に軸上
磁場分Ｂ（ｚ）＝ｔａｎｈ（ｚ）という数学的表現で示
されている。ダブレットシステムの長さＬ任意に選んだ
ものであり、約６００ｍｍであり、光学的倍率はＭ＝１
／４、ｃｐビームが物体Rから出る軸外位置はｘ＝１０
ｍｍである。ここで、ｃｐビームとは、横ズレしたサブ
フィ−ルドの全ての点から出るビームである。
【００３１】性能は、ナノメ−タという単位で計測され
たエッジ幅で表現された像のボケで表されている。これ
は、理想的には仮想的なシャ−プなエッジの像がボケに
よりそのエッジが広がっている状態である。いずれにし
ても、像面湾曲や非点収差は別の補正部材によって（こ
こでは示されていないが）補正される。（通常は、これ
らは動的補正器と言われている。その由来は、ビ−ムは
軸外の１点に簡単には偏向されないが、ビ−ムはある範
囲内を動的に走査され得るからである。エッジ幅の結果
は収差理論に基づく３次、５次まで計算されている。
【００３２】米国特許出願番号 NO. 09/131,113はStick
el, Gordon, Pfeiffer, Golladayによって出願された"
電子ビームリソグラフィのための、複数の部材からなる
偏向収差補正装置(Multi-Element Deflection Aberrrat
ion Correction for Electron Beam Lithography"と題
する特許であるが、これには"動的補正器(Dynamic corr
ector)"が示されている。
【００３３】しかしながら、図６、７は例えば７個の偏
向器を適切に選択して適切に配置した場合の結果を示
し、９個の偏向器を使った場合よりもスム−ズなＣＶＡ
であり、より良い性能であることが判る。（見かけ上は
必ずしもそうではないが、十分満足のいく性能であ
る。）何故なら、偏向器が大きくなる可能性はないし、
配置するにしても与えられた空間で効率的に配置され
る。
【００３４】図２、５、３は更に、もっとも良い結果を
得ようとすれば、実際のCVAが子午面近くに在ることで
ある、ということを示している。図８−９は、さらに、
平面から離れれば離れるほど大きな偏向励起が必要とな
り、それは明らかに色々な理由から好ましくないことで
ある。例えば、電力消費は熱の問題を引き起こし、その
結果、機械的なストレスが生じ、機構的な不安定要因と
なる。他の例としては、高い電子ノイズの為にビームが
不安定になる。
【００３５】９個の数の偏向器（５個や６個の動的補正
器を補助として）が理論的に必要で、それにより最高の
性能を発揮出来るとしても、相互作用によるボケを減少
させるために出来るだけシステムを小さくしなければな
らないから、その際に偏向器の数を減らす事によって増
加する設計の自由度と性能を引き替えて最適化出来る可
能性がある。また、理想的なダブレットの対称性からず
れたレンズ場の形状と位置を、本発明で使用されている
ように、修正出来ることは利点がある。
【００３６】図２−５、図６、７、図８ー１１に示され
た結果は、レンズシステム中に置かれた（磁気）偏向器
の動作電流に関する一次方程式を解いて得られる。方程
式の数は偏向器Ｄの数と等しい。ここで理解しておくべ
き点は、偏向器Ｄは典型的な場合、同じヨーク上にコイ
ルの２つのセットがあり、一方のコイルのセットは荷電
粒子ビームをｘ方向に偏向させ、もう一方のコイルのセ
ットは荷電粒子ビームをｙ方向に偏向させる。ここに、
ｚ方向が図１にあるように、システム軸の方向である。
【００３７】線形方程式のセット １つの収差を１つの偏向ヨーク（レンズ構成と与えられ
た強度）で補正する場合の線形方程式のシステムはいか
の通りである。 Ａ11×Ix + Ａ12×Ｉy ＝ ０ （１） Ａ21×Iy + Ａ22×Ｉy ＝ ０ （２） ここで、例えば、 Ａ11＝＋Ｒｅ（ｆ）＋Ｉｍ（ｆ） Ａ12＝＋Ｒｅ（ｆ）−Ｉｍ（ｆ） Ａ21＝−Ｒｅ（ｆ）＋Ｉｍ（ｆ） Ａ22＝−Ｒｅ（ｆ）−Ｉｍ（ｆ） Ｒｅ（ｆ）＝関数ｆの実数部 Ｉｍ（ｆ）＝関数ｆの虚数部 ここで、ｆ＝ｆ（補正されるべく選ばれた収差；それと
ヨ−クの大きさと軸上位置）；Ｉx、Ｉy＝ヨークに巻か
れたｘ、ｙのコイルのセットに流れる電流；上記の方程
式のセットは複数の収差とヨ−クに対しても以下の様に
一般化される。
【００３８】補正されるべきｊ番目の収差がｌ番目のヨ
−クにより補正される場合、Ａ1kがＡ1kjlに置き換えら
れ、Ｉx、ＩyがＩxl、Ｉylに置き換えられる。 -Re[So]=Re[S1]*Ix1-Im[S1]*Iy1 +・・・・+Re[Sn]*Ixn-Im[Sn]*Iyn (3) -Im[So]=Im[S1]*Ix1-Re[S1]*Iy1 +・・・・+Im[Sn]*Ixn-Re[Sn]*Iyn (4) ここで、 Snは n=0,1,2 .... nに対する和であり、nは
いま考えている収差係数の数に等しい正の整数である。
【００３９】n個の収差係数をゼロにするために、(3),
(4)で定義された二つの式をそれぞれの収差係数に対し
て作らなければならない。図１２ー１５は、システム長
を短くしたときにレンズ場の分布やＣＶＡにどういうこ
とが起こるか、ということを示している。両方とも歪み
を生じ、レンズ場の分布はもはやダブレットの条件を満
たしていない。縦軸はＣＶＡのｒ方向軸であり、B(z)は
システム軸に沿って変化する場の分布である。システム
長(systemlength)の定義は、物体Ｒと像Ｗ間の距離であ
る。
【００４０】図１２を図１３、１４、１５と比較する
と、元々分離し、対称形を為していた分布が重なり合う
ようになり、歪んで、もはや物体面と像面でゼロでは無
くなり、垂直到達性が無くなって他の問題が生じる。図
１６はフロ−チャ−トであり、本発明に従って荷電粒子
ビーム投影システムを、各要素の相互作用を考慮して設
計する方法を示している。フロ−チャ−トは図１７に示
されたコンピュ−タ−システム６０を操作しながらオペ
レ−タ−により実行されるべき機能の概要を示してい
る。
【００４１】図１７を参照にすると、コンピュ−タ−シ
ステム６０には中央処理装置(CPU)６１があり、これが
視覚的に表示すべきものをモニタ−６２に供給する。モ
ニタ−６２は端末６７の一部であり、他にはキ−ボ−ド
６３があってオペレタ−からＣＰＵ６１に入力デ−タを
与えることが出来る。ＣＰＵ６１はランダム・アクセス
・メモリ−６５(RAM)とダイレクト・スト−レッジ・ア
クセス・デバイス(DASD)に接続されている。
【００４２】図１６のステップ１０でプログラムが始ま
る。ステップ１２Ａで、設計者はコンピュ−タ−システ
ムに以下のように要素に関する仕様を送る。 1) レンズ構成：設計者はパラメ−タ−を入力してレン
ズ構成を明らかにする。この時のパラメ−タ−として
は、レンズの数、レンズの位置、磁極または電極の形状
・サイズ・位置・(ボア径(bore)、ギャップ(gap)）・材
料；コイルの巻き数、最高励起電流または電圧。
【００４３】さらに、レンズの構成の明らかにする前
に、システムの仕様が明らかにされる。これには、シス
テム長、光学的倍率、サブフィ−ルドサイズ(subfield
size)、偏向場サイズ、レンズ場強度、物体面と像面で
の場の傾き等が含まれる。 2) １次光学 １次光学を決めるパラメ−タ−は、システム長、倍率、
クロスオ−バ−位置(source position)、開口数または
クロスオ−バ−サイズ、物体面と像面でのビームの傾
き、物体面から像面へは丁度１８０度の回転になってい
ることである。ステップ１２Ｂでは、システム６０はレ
ンズ構成とブロック１２Ａからの入力に基づいてレンズ
の励起を計算する。
【００４４】レンズの励起を計算するための式は以下の
通りである。 焦点距離（ｆ）= K * (1/B2(z)) ここに、ＢはＩに比例し、Ｋは定数である。ステップ１
２Ｂの後、システム６０はステップ１４Ａを実行するた
めに進む。ステップ１４Ａでは、レンズシステム６０は
値を決定し、それがステップ１４Ａの出力となるが、以
下のようなものである。
【００４５】1) レンズ場の分布 2) ビームの到達角度 3) 結像ビームと軸；クロスオ−バ−(入射瞳） 先の値は次のように決められる。
【００４６】i) 解析 又は 有限要素法 (Finite Elem
ent Analysis(FEA)) ii) 電子光学、例えば粒子線追跡 iii) ソフトウェア ステップ１６Ａでは、仕様がコンピュ−タ−システムに
供給されて新しい偏向器構成が入力される。この構成に
は、形状が修正された偏向器Ｄとその軸上位置、または
最低３個の偏向器だが異なる個数の偏向器数の新しい偏
向器が含まれている。多分、偏向器の最低限の数は４個
になるだろう。偏向器構成に含まれるパラメーターとし
ては以下のものがある。
【００４７】 II．数 III．軸上位置 偏向器構成を決めたり、選択したりするのはコンピュー
タであるが、操作者の経験とか洞察力にもまた依存して
いる。
【００４８】更に偏向器構成入力に関連して、このプロ
セスには電源仕様と予期される電力消費を決めることも
含まれている。ステップ１６Ｂではシステム６０はブロ
ック１６Ａより入力された偏向器構成に基づく線形連立
方程式を解く。コンピュータシステムの出力は曲線軸と
偏向器場の分布を明らかにするデータであり、ブロック
１６Ｃに示されている。
【００４９】注意すべき点は、ステップ１６Ｂのブロッ
クには他からの入力があって、より下流の決定ブロック
２６から軸上位置１６Ｄを変更する要求である。新しい
軸上位置は手作業で行ったり、また市販の最適化プログ
ラムによってなされる。
【００５０】ブロック１６Ｂの次のステップは３次の収
差係数をすることであり、ブロック１８Ａに示されてい
る。３次の収差係数を計算する式は教科書に書かれてい
る収差理論であり、例えば、P.Grivetによる"Electron
Optics", Pergamon Press, (1972)に見られる。
【００５１】ブロック１８Ａの出力は５４個の収差係数
であり、ブロック１８Ｂに示されている。ステップ１８
Ａ、１８Ｂの次のステップはステップ２０Ａ、２０Ｂ、
２０Ｃ、２０Ｄであり、この順序で進む。
【００５２】ブロック２０Ｂに示されているように、２
０Ａよりの動的補正器とパラメータは動的補正器を明ら
かにするために入力される。この動的補正器は焦点コイ
ル（レンズ場強度を加減する）、非点補正器（２重
極）、より高次の多重極（例えば、６極）である。ステ
ップ２０Ｂでは、ステップ２０Ａから出されたデータを
使って偏向器の２次収差を消し去るための励起を計算す
る。
【００５３】２次の収差を消去するための励起の計算は
比例性に基礎をおいている： Ｉ- ｄ2（ｄはｘ又はｙへの偏向） ステップ２０Ｃでは、３次の収差と５次の収差の計算が
なされる。この３次や５次の収差を計算する計算式は教
科書中に収差理論として示されているものであり、例え
ば、ビーム走査による大面積投影光学という特殊な場合
に使用できるものである（LAPROS）。
【００５４】ブロック２０Ｄの出力は以下の通りであ
る。 １．像のボケ及び歪みと偏向、 ２．最良の焦点位置 ３．焦点深度 ステップ２０Ｃの後ライン２０’に従って、ステップ２
２ではコンピュターシステムは電流の結果が以前の結果
より改善されているか否かを決めるテストを行う。第１
の場合、勿論、答えはYESである。その場合には、ライ
ン２３に示されているように、コンピューターシステム
６０はブロック１６Ｄにて偏向器Ｄの軸上位置を変化さ
せ、偏向器の軸上位置の変化による新しい連立方程式を
解くことになる。
【００５５】ステップ１６Ｄにて、偏向器の軸上位置を
変化させるステップで用いられる式やアルゴリズムは設
計者が手動的に入力するか、設計者の経験と洞察力を基
にした最適化ソフトウェアを用いて行うかである。も
し、テストの結果が NO であったなら、その時にはライ
ン２４が示すようにコンピュター６０は「電流値の結果
は許容か否か」を決めるテスト２５を行う。もし、答え
が NO であったなら、その時はライン２６に示されてい
るようにコンピュータシステムはステップ１６Ｂに分岐
し、偏向器Ｄの新たな軸上位置を含む新たな偏向器の構
成を与える。このようにステップ１６Ｂでは、偏向器Ｄ
の新たな軸上位置を含む偏向器の配置の変化に基づく連
立方程式を解く。この偏向器の配置を決めたり、選択す
るのは操作するものの経験と洞察に基づいて手動で行わ
れる。
【００５６】もし、答えが YES であったなら、プログ
ラムはライン２７に進み、「偏向電流が更に高くなった
か否か」を決める。もし、YES なら、システムはライン
２３に従ってステップ１６Ｄに分岐する。もし NO であ
ったなら、システムはライン２９により分岐して END
３０に入る。
【００５７】本発明は上記のように特殊な実施例を用い
ながら説明されたが、当業者には本発明が請求項の思想
的権利内で変形して利用できることは容易に理解され
る。即ち、本発明の思想的権利内で変形は容易になされ
る。従って、全てのそのような変形は本発明の範囲内で
ある。
【００５８】
【発明の効果】荷電粒子ビームを用いた大面積投影光学
システムの最適化は、レンズ自体、電流量や偏向量に依
存する収差が多く、設計上困難であった。しかし、本発
明の様にレンズの設計、そのレンズの軸移動を担う偏向
器、それらの組み合わせ収差を補正する動的補正器を収
差低減、電流値の確保という評価点から繰り返し改善す
ることにより最適な粒子ビーム投影レンズシステムが得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 非対称レンズダブレットの構成図の断面図で
あり、構成にはいくつかの偏向器が含まれている。
【図２】ＣＶＡの例である。
【図３】ＣＶＡの例である。
【図４】ＣＶＡの例である。
【図５】ＣＶＡの例である。
【図６】９つの偏向器によるＣＶＡよりも７個の偏向器
を適切に配置した方がより滑らかで、高性能なＣＶＡが
得られる例である。
【図７】９つの偏向器によるＣＶＡよりも７個の偏向器
を適切に配置した方がより滑らかで、高性能なＣＶＡが
得られる例である。
【図８】平面性から大きくはずれると、大きな偏向励起
が必要であることを示す図である。
【図９】平面性から大きくはずれると、大きな偏向励起
が必要であることを示す図である。
【図１０】平面性から大きくはずれると、大きな偏向励
起が必要であることを示す図である。
【図１１】平面性から大きくはずれると、大きな偏向励
起が必要であることを示す図である。
【図１２】システム長を順次短くした場合のダブレット
レンズの場の変化を示す図である。また、それらは、基
本的結像軌道の動径成分Rbとも対応するものである。
【図１３】システム長を順次短くした場合のダブレット
レンズの場の変化を示す図である。また、それらは、基
本的結像軌道の動径成分Rbとも対応するものである。
【図１４】システム長を順次短くした場合のダブレット
レンズの場の変化を示す図である。また、それらは、基
本的結像軌道の動径成分Rbとも対応するものである。
【図１５】システム長を順次短くした場合のダブレット
レンズの場の変化を示す図である。また、それらは、基
本的結像軌道の動径成分Rbとも対応するものである。
【図１６】本発明を実施する際のフローチャートであ
る。
【図１７】本発明に使用されるコンピューターシステム
である。
【符号の説明】
Ｃ ・・・ コリメーターレンズ Ｐ ・・・ プロジェクターレンズ Ａ ・・・ クロスオーバー開口 Ｄ ・・・ 偏向器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｎ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 最適荷電粒子ビーム投影システムの作製
    方法であって、レンズ構成及び１次光学を特定してレン
    ズの励起を計算する工程、レンズシステムを構成してレ
    ンズ場の分布、ビームの到達角度及び軸外結像基本ビー
    ムの軸上クロスオーバを求める工程、偏向器の軸上位置
    を含む偏向器構成を入力して連立方程式を解き、曲線化
    軸とそれに付属する偏向場の分布を求める工程、３次の
    収差係数を求め、複数の収差係数のリストを作る工程、
    動的補正器を用意し、偏向による２次の収差を消去する
    ように励起する計算を行い、３次と５次の収差を計算
    し、偏向、最良焦点面、焦点深度に対する像のボケ及び
    歪みを計算する工程、電流値が以前の結果よりも良好か
    否かを決めるテストを行い、もし YES なら偏向器の軸
    上位置を変えて再び連立方程式を解く。もし NO なら電
    流値が許容範囲内かどうかをテストして、もし NO なら
    新たな偏向器配置を入力して連立方程式を解いて以後の
    工程を続け、もし YES なら偏向電流が大きくなってい
    るかどうかテストする。もし YES なら偏向器の軸上位
    置を変化させて連立線形方程式を解き、もし NO なら作
    業を終える工程、を有することを特徴とする最適荷電粒
    子ビーム投影システムの作製方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法であって、レンズ
    システムが非対称ダブレットを有することを特徴とする
    最適荷電粒子ビーム投影システムの作製方法
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法であって、レンズ
    システムがテレセントリックな非対称ダブレットを有す
    ることを特徴とする最適荷電粒子ビーム投影システムの
    作製方法。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の方法
    であって、５４個の収差係数を有することを特徴とする
    最適荷電粒子ビーム投影システムの作製方法。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の方法であって、偏向器
    構成の入力にはビームの軌道を含み、レチクルからクロ
    スオ−バに置かれた開口までは動径成分は減少し、開口
    からターゲットまでは動径成分が増加することを特徴と
    する最適荷電粒子ビーム投影システムの作製方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の方法であって、レンズ
    システムが非対称ダブレットを有することを特徴とする
    最適荷電粒子ビーム投影システムの作製方法。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の方法であって、レンズ
    システムがテレセントリックな非対称ダブレットを有す
    ることを特徴とする最適荷電粒子ビーム投影システムの
    作製方法。
  8. 【請求項８】 請求項５乃至７のいずれかに記載の方法
    であって、５４個の収差係数を有することを特徴とする
    最適荷電粒子ビーム投影システムの作製方法。
  9. 【請求項９】 請求項５乃至８のいずれかに記載の方法
    であって、レチクルからクロスオ−バに置かれた開口ま
    では動径成分は単調に減少することを特徴とする最適荷
    電粒子ビーム投影システムの作製方法。
  10. 【請求項１０】 テレセントリックな非対称ダブレット
    を有するレンズシステムを有する最適荷電粒子ビーム投
    影システムの作製方法であって、レンズ構成及び１次光
    学を特定してレンズの励起を計算する工程、レンズシス
    テムを構成してレンズ場の分布、ビームの到達角度及び
    結像ビームの軸上クロスオーバを求める工程、偏向器の
    軸上位置を含む偏向器構成を入力して連立方程式を解
    き、曲線化軸とそれに付属する偏向場を求める工程、３
    次の収差係数を求め、５４個の収差係数のリストを作る
    工程、動的補正器を用意し、偏向による２次の収差を消
    去するように励起する計算を行い、３次と５次の収差を
    計算し、偏向、最良焦点面、焦点深度に対する像のボケ
    及び歪みを計算する工程、電流値が以前の結果よりも良
    好か否かを決めるテストを行い、もし YES なら偏向器
    の軸上位置を変えて再び連立方程式を解く。もし NO な
    ら電流値が許容範囲内かどうかをテストして、もし NO
    なら新たな偏向器配置を入力して連立方程式を解いて以
    後の工程を続け、もし YES なら偏向電流が大きくなっ
    ているかどうかテストする。もし YES なら偏向器の軸
    上位置を変化させて連立線形方程式を解き、もし NO な
    ら作業を終える工程、を有する、最適荷電粒子ビーム投
    影システムの作製方法。
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