JP2007208035A

JP2007208035A - 荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法

Info

Publication number: JP2007208035A
Application number: JP2006025595A
Authority: JP
Inventors: Shohei Suzuki; 正平鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】サブフィールド内での照明荷電粒子線の強度分布を目標値内に押さえることを可能とする荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法を提供する。
【解決手段】エミッタ１から放出された主軌道６に付随したビームは第１のレンズ２で曲げられ、トリムアパーチャ３より僅かに下に集光される。トリムアパーチャ３が無い場合には、クロスオーバは７の位置にできる。トリムアパーチャ３を透過したビームは内径の小さいレンズ４により、光軸から離れたビームほど距離に比例するよりも大きな角度で曲げられる。この時、エミッタ上の非一様な温度分布と、クロスオーバ位置７とトリムアパーチャ３の位置がずれている効果はシャーピングアパーチャ５の電流分布を凸にするように働き、レンズ４の強い幾何収差は照明分布を凹にするように働く。これらの凹凸にする効果はお互いにキャンセルしあい、電流分布は最終的には図１(b)に示すように平坦な分布となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法に関するものである。

近年、露光の高解像と高スループットの両方を兼ね備えた電子線露光方式として、分割転写方式のＥＰＬ（Electron beam projection Lithography）が注目を集めるようになってきた。分割転写方式とは、１ダイまたは複数ダイを一度に露光するのではなく、１ダイを小さな領域（サブフィールド）に分割し、このサブフィールド単位に一括露光を行い、それをつなぎ合わせて１ダイまたは複数ダイの露光を行う方式である（以下、単にＥＰＬという）。

ＥＰＬのサブフィールドの大きさは、ウエハ面上で250μm角程度であり、従来使用されていた可変整形露光方式、セルプロジェクション露光方式の場合の数十倍以上の大きさがある。このような大面積を露光するための電子線源である電子銃としては、温度制限領域で動作する低輝度（10^３Ａ／cm^２・sr以下、at100kV）の電子銃が開発されている。

ＥＰＬの代表的な照明光学系の一部の概要を図２に示す。図２(a)は縦置きのコンデンサレンズ系を水平方向からみた図である。図２(a)の１は電子を放出するエミッタであり、電子を放出する面は鏡面状に磨かれている。エミッタ１の形状は、ビームの位置調整を容易にするため、及びエミッタ面の温度一様性を良くするために円形のものが採用されている。

エミッタ１から放出された電子ビーム６は、第１のレンズ２によりトリムアパーチャ３上に集光される。この集光された部分７はクロスオーバと呼ばれる。通常はトリムアパーチャ３により、クロスオーバ７における電子ビーム６の半分程度が遮蔽される。トリムアパーチャ３を透過した電子ビーム６は、第２のレンズ４により矩形穴のシェーピングアパーチャ５にほぼ垂直になるよう集光される。

このときエミッタ１の結像面８は、シェーピングアパーチャ５から数十mm以上、上方向又は下方向に離れるように設定される。エミッタ１の結像面８がシェーピングアパーチャ５上に来ないよう設定されるのは、エミッタ１面上の微小なキズや結晶欠陥がシェーピングアパーチャ５上に転写されるのを防ぐためである。通常のＥＰＬではこのような光学系（コンデンサレンズ系）の下に偏向照明系が設置され、シェーピングアパーチャ５の像がレチクル上に偏向・転写される。

なお、エミッタ磁場調整レンズ９はUSP 2003/0085364 A1 公報に記載されているもので、エミッタ１の電流放出面上の磁場をキャンセルするためのレンズである。第１のレンズ２の作る磁場やエミッタ１より上に位置するフィラメントからの漏れ磁場の合計がエミッタ１の電流放出面上で0.数Gauss以上に達している場合には、このエミッタ磁場調整レンズ９も必須の光学要素となる。

図２(b)、(c)、(d)は、図２(a)の各位置での電子線のビームの分布形状を現している。(b)は、６で示された位置でのビーム強度分布で、太線で示された主光線を中心軸としたGauss分布に似た形状をしている。(c)は、クロスオーバ７位置でのビーム強度分布で、斜線で示された部分のみがトリムアパーチャ３の円形の穴を透過する。(d)は、シェーピングアパーチャ５上の理想的なビーム強度分布（照明強度分布）で、斜線で示された部分のみがシェーピングアパーチャ５の矩形穴を透過し、レチクル上のサブフィールドを照明する電子ビームとなる。すなわち、(d)の斜線部分のビーム強度分布は、レチクルのサブフィールドにおける照明強度分布に等しい。

電子線露光においては、図２(d)の斜線で示されたシェーピングアパーチャ５上のビーム強度分布、又はレチクル上の照明強度分布について１％P-P以下の一様性が要求されている。この一様性を達成するためには電子源となるエミッタ１表面(より正確には、図２(d)の斜線部の電子を放出するエミッタ表面部分)の温度分布にもかなり厳しい一様性が要求されることになる。

どの程度の温度一様性が要求されるかを、図３を使って説明する。図３は、仕事関数4.05eVのエミッタ１の表面の温度と放出電流密度の関係を一例として示したものである。放出電流密度は放出部の温度に敏感に反応し、放出電流分布を１％P-P以下の変動分布に抑えようとすると、エミッタ１の表面温度も１℃P-P以下の変動に抑えねばならないことがわかる。しかしながら実際のエミッタ１の表面の温度は一様性が悪く、図２(d)の斜線部の電流分布を１％P-Pに抑えることは非常に困難である。すなわち、現実のシェーピングアパーチャ５上の電流分布は、図２(d)のような平坦な分布ではなく、図２(e)のように僅かに凸型の分布になってしまい、図２(d)の斜線部に相当する部分の電流分布は、１％P-Pを超えてしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、シェーピングアパーチャを透過する荷電粒子線の強度分布、則ち、サブフィールド内での照明荷電粒子線の強度分布を目標値内に押さえることを可能とする荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、トリムアパーチャとシェーピングアパーチャの間に位置する電磁レンズの幾何収差を利用してシェーピングアパーチャ上に凹型の電流分布を作り、一方、前記シェーピングアパーチャ上の電流分布を凸型にする手段により、前記シェーピングアパーチャ上の前記凹型の電流分布を平坦に調整することを特徴とする荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法である。

本手段においては、トリムアパーチャとシェーピングアパーチャの間に位置する電磁レンズの幾何収差を利用してシェーピングアパーチャ上に凹型の電流分布を作りだしている。則ち、本来平坦であるべきシェーピングアパーチャ上の電流分布をわざと凹型（光軸付近で電流値が小さく、光軸から離れた点で電流値が大きい状態）としている。その上で、シェーピングアパーチャ上の電流分布を凸型にする手段により、シェーピングアパーチャ上の凹型の電流分布照明分布を平坦に調整するようにしている。このようにすれば、サブフィールド内での照明荷電粒子線の強度分布を目標値内に押さえることが可能となる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記シェーピングアパーチャ上の電流分布を凸型にする手段は、エミッタ表面のレンズ磁場強度調整手段であることを特徴とするものである。

エミッタ表面のレンズ磁場強度調整手段を調整することにより、シェーピングアパーチャ上の電流分布を凸型にすることができるので、本手段はこれを利用している。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段であって、前記シェーピングアパーチャ上の電流分布を凸型にする手段は、クロスオーバと前記トリムアパーチャとの間の距離調整手段であることを特徴とするものである。

クロスオーバとトリムアパーチャとの間の距離を調整することにより、シェーピングアパーチャ上の電流分布を凸型にすることができるので、本手段はこれを利用している。

本発明によれば、シェーピングアパーチャを透過する荷電粒子線の強度分布、則ち、サブフィールド内での照明荷電粒子線の強度分布を目標値内に押さえることを可能とする荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図４は、シェーピングアパーチャ５上での電流分布を凹型にする方法を説明するための図である。以下の図において、前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。この実施の形態においては、まずトリムアパーチャ３とシェーピングアパーチャ５の間に位置する第２のレンズ４の幾何収差を利用してシェーピングアパーチャ５上に凹型の電流分布を作る。

説明を簡単にするために、エミッタ１の温度分布は十分一様であると仮定しておく。又、第２のレンズ４は、収差を強めるためレンズ内径が図２に示されるものよりも小さくされている。第２のレンズ４の内径が大きい場合には、主光線は光軸からの距離に比例した大きさの角度で曲げられ、シェーピングアパーチャ５上に図４(b)のような平坦な電流分布を作る。ところが図４のようにレンズ内径を小さくし、レンズ幾何収差を強めに設計しておくと、主光線は光軸からの距離に比例した角度よりも更に強く光軸側に曲げられるようになる。この作用は光軸から離れるほど（レンズ内面に近づくほど）強く働くため、シェーピングアパーチャ５上の電流分布は図４(c)のように周囲の盛り上がった（中央の凹んだ）分布となる。エミッタの温度分布が悪い場合でも、第２のレンズ４の収差を十分強く設計しておけば、シェーピングアパーチャ５上の分布は凹型分布になる。

次にこの凹型分布を平坦にする手段について説明する。図５は、エミッタ磁場調整レンズにより凸型分布を生じさせる方法を説明する図で、図５(a)はエミッタの電流放出面上の磁場を強めた場合の光軸上主軌道６’と光軸外主軌道６”の様子を描いたものである。実際にはこれらの主軌道の周囲にはガウス分布をしたビームが付随するが、説明を簡単にするために図示を省略している。エミッタ面上の磁場が０ならば、主軌道はクロスオーバ７において一点で交わる。この場合のシェーピングアパーチャ５上での電流分布は図５（b）の破線で表したような平坦な分布となる。

磁場が０でない場合は、クロスオーバ７（光軸外主軌道６”が最も光軸に近くなった部分）の位置において主軌道は一点で交わらず、光軸外主軌道６”はエミッタ表面の磁場の強さに比例した距離だけ光軸から離れることになる。又、主軌道が光軸から離れる距離はエミッタ上での光軸からの距離R0にも比例する。従ってクロスオーバ７の位置とトリムアパーチャ３の位置が一致している場合には、R0の大きな主軌道ほどトリムアパーチャ３でのケラレが大きくなり、付随するビーム電流が減少することになる。従ってこの場合のシェーピングアパーチャ５上での電流分布は図５（b）の実線で表した凸型の分布となる。

図６は、クロスオーバ７の位置とトリムアパーチャ３の位置関係を調整して凸型の照明分布を作る方法を説明するための図である。この場合はエミッタ１の下面の磁場は0.数ガウス以下になるようエミッタ磁場調整レンズ９により調整されているものとする。図６(a)ではクロスオーバ７の位置とトリムアパーチャ３の位置が一致しないように第１のレンズ２の励磁を僅かに弱めている。

この場合でも光軸上主軌道６’に付随したビームのトリムアパーチャ３透過量は、第１のレンズ２の励磁を弱める前とほとんど変わらないが、光軸外主軌道６”に付随したビームは主軌道（太線部）に近い位置のものが多くけられ、主軌道から離れた位置のものがより多く透過するようになる。主軌道に付随するビームの分布が凸型のガウス分布に近い形をしているため、最終的には光軸外主軌道に付随するトリムアパーチャ３透過電流は減少することになる。又この減少の程度は光軸外主軌道の光軸からの距離に比例する。従ってシェーピングアパーチャ５上での電流分布は、図５(b)の破線から実線の凸型へと変化する。

図６では、第１のレンズ２の励磁を弱めた場合について説明したが、励磁を強めにしても同様の効果が得られる。又、トリムアパーチャ３を上下にずらしても同様の効果が得られることは言うまでもない。

本発明の実施の形態の例を図１を用いて説明する。図１の１はエミッタであり、この表面の温度分布は数℃p-p以内の温度に保たれている。レンズ９はエミッタ磁場調整レンズで、第１のレンズ２やエミッタ１より上に存在するフィラメントからの漏れ磁場をキャンセルし、エミッタ１面上の磁場が0.数ガウス以下になるように励磁されている。エミッタ１から放出された主軌道６に付随したビームは第１のレンズ２で曲げられ、トリムアパーチャ３より僅かに下に集光される。トリムアパーチャ３が無い場合にはビームの最も細い部分（より正確には主軌道の最も細い部分）、つまりクロスオーバは７の位置にできる。トリムアパーチャ３を透過したビームは内径の小さいレンズ４により、光軸から離れたビームほど距離に比例するよりも大きな角度で曲げられる。この時、エミッタ上の非一様な温度分布と、クロスオーバ位置７とトリムアパーチャ３の位置がずれている効果はシャーピングアパーチャ５の電流分布を凸にするように働き、レンズ４の強い幾何収差は照明分布を凹にするように働く。これらの凹凸にする効果はお互いにキャンセルしあい、電流分布は最終的には図１(b)に示すように平坦な分布となる。

実際の調整手順は次のようになる。まず、あらかじめ、エミッタの温度分布による電流分布凸効果よりもレンズ４の幾何収差を強く設計し、シェーピングアパーチャ５上での電流分布を凹型に歪ませておく。次にレンズ２の励磁を調整し、トリムアパーチャ３に対するクロスオーバ７の上下位置を変化させ、シェーピングアパーチャ５上の電流分布が最も平坦になるように調整する。

この実施の形態では、第１のレンズ２によりクロスオーバ７の位置とトリムアパーチャ３の上下位置を調整しているが、逆にトリムアパーチャ３を上下に動かす機構を組み込み、クロスオーバ７の位置とトリムアパーチャ３の位置関係を調整してもよい。

更に、この実施の形態では、シェーピングアパーチャ５上の電流分布を凸に調整する手段として、クロスオーバ７の位置とトリムアパーチャ３の上下位置を変える手段を採用しているが、それ以外の手段として、クロスオーバ７の位置とトリムアパーチャ３の上下位置が常に一致するように調整し、エミッタ磁場調整レンズ９の励磁を調整する手段も採用できる。勿論、クロスオーバ７の位置とトリムアパーチャ３との位置関係調整手段と、エミッタ磁場調整レンズ９の励磁の調整を併用してもよい。

本発明の実施の形態の例を説明するための図である。ＥＰＬの代表的な照明光学系の一部の概要を示す図である。エミッタ温度と放出電流密度との関係を示す図である。シェーピングアパーチャ５上での電流分布を凹型にする方法を説明するための図である。エミッタ磁場調整レンズにより凸型分布を生じさせる方法を説明する図である。クロスオーバ７の位置とトリムアパーチャ３の位置関係を調整して凸型の照明分布を作る方法を説明するための図である。

符号の説明

１…エミッタ、２…第１レンズ、３…トリムアパーチャ、４…第２レンズ、５…シェーピングアパーチャ、６…電子ビーム（主軌道）、６’…光軸上主軌道、６”…光軸外主軌道、７…クロスオーバ、８…結像面、９…エミッタ磁場調整レンズ

Claims

トリムアパーチャとシェーピングアパーチャの間に位置する電磁レンズの幾何収差を利用してシェーピングアパーチャ上に凹型の電流分布を作り、一方、前記シェーピングアパーチャ上の電流分布を凸型にする手段により、前記シェーピングアパーチャ上の前記凹型の電流分布を平坦に調整することを特徴とする荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法。
請求項１に記載の荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法であって、前記シェーピングアパーチャ上の電流分布を凸型にする手段は、エミッタ表面のレンズ磁場強度調整手段であることを特徴とする荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法。
請求項１に記載の荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法であって、前記シェーピングアパーチャ上の電流分布を凸型にする手段は、クロスオーバと前記トリムアパーチャとの間の距離調整手段であることを特徴とする荷電粒子線露光装置の照明光学系の調整方法。