JP2706192B2 - 電子ビーム露光装置 - Google Patents
電子ビーム露光装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
- H01J37/3174—Particle-beam lithography, e.g. electron beam lithography
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
- H01J37/1472—Deflecting along given lines
- H01J37/1474—Scanning means
- H01J37/1475—Scanning means magnetic
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームを偏向
収束させ、試料上に微細パターンを形成する電子ビーム
露光装置に関し、特に高解像度を実現するための低収差
収束偏向系を有する電子ビーム露光装置に関する。
収束させ、試料上に微細パターンを形成する電子ビーム
露光装置に関し、特に高解像度を実現するための低収差
収束偏向系を有する電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】近年、半導体集積回路装置の高集積化と共
に電子ビーム露光装置にもスループットの向上、高解像
度の実現が要求されている。
に電子ビーム露光装置にもスループットの向上、高解像
度の実現が要求されている。
【０００３】
【従来の技術】電子ビーム露光装置においては、複数段
の電磁偏向コイル（電磁偏向器）を用いて電子ビームを
偏向することにより、電子ビームを試料上でスキャン
し、所望のパターンを描く。
の電磁偏向コイル（電磁偏向器）を用いて電子ビームを
偏向することにより、電子ビームを試料上でスキャン
し、所望のパターンを描く。
【０００４】複数段のコイルは、走査方向によってＸ、
Ｙの２つの系統に分かれており、各系統で偏向コイルは
直列に接続されている。電子ビームは、必要に応じ所望
の形状とされた後、縮小レンズによって縮小され、投影
レンズによって試料上に投影される。
Ｙの２つの系統に分かれており、各系統で偏向コイルは
直列に接続されている。電子ビームは、必要に応じ所望
の形状とされた後、縮小レンズによって縮小され、投影
レンズによって試料上に投影される。
【０００５】レンズ強度の設定は、最初にビーム形状を
画定する第１矩形アパーチャの像が電子ビームの形状を
画定する第２矩形アパーチャの上および試料上に結像す
るようにすること、ラウンドアパーチャ上にクロスオー
バ像が結合すること等の条件を満たす中から選択され
る。縮小レンズと投影レンズの強度には絶対的な条件は
なく、それらの組み合わせによって試料上に電子ビーム
の像が結像すればよかった。
画定する第１矩形アパーチャの像が電子ビームの形状を
画定する第２矩形アパーチャの上および試料上に結像す
るようにすること、ラウンドアパーチャ上にクロスオー
バ像が結合すること等の条件を満たす中から選択され
る。縮小レンズと投影レンズの強度には絶対的な条件は
なく、それらの組み合わせによって試料上に電子ビーム
の像が結像すればよかった。
【０００６】ところで、微細なパターンの解像度に直接
影響する最も基本的な要因に、電子ビーム自体がぼける
ことによるものがある。これは露光装置が持つ特性であ
り、収差と呼ばれる。収差には、ビームの偏向には無関
係に光軸上に存在する軸上収差と、偏向によって生じる
偏向収差がある。
影響する最も基本的な要因に、電子ビーム自体がぼける
ことによるものがある。これは露光装置が持つ特性であ
り、収差と呼ばれる。収差には、ビームの偏向には無関
係に光軸上に存在する軸上収差と、偏向によって生じる
偏向収差がある。
【０００７】軸上収差は、電磁レンズ固有の特性であ
り、偏向器には無関係である。つまり試料に到達するま
での収束軌道のみによって決まる量であり、試料に電子
ビームが入射する際にビームが持つ開き角、すなわち入
射角に比例する量である。一般に、入射角の半分の角
度、すなわち入射半角αによって収差は以下のように表
現される。
り、偏向器には無関係である。つまり試料に到達するま
での収束軌道のみによって決まる量であり、試料に電子
ビームが入射する際にビームが持つ開き角、すなわち入
射角に比例する量である。一般に、入射角の半分の角
度、すなわち入射半角αによって収差は以下のように表
現される。
【０００８】 球面収差 Ｃｓ＝ｋ1 α3 色収差 Ｃｃ＝ｋ2 αΔＥ なお、ここで、ΔＥは電子銃から放出される電子のエネ
ルギの揺らぎを示す。ΔＥが小さければ、色収差が小さ
くなり、軸上収差は球面収差が支配的になる。
ルギの揺らぎを示す。ΔＥが小さければ、色収差が小さ
くなり、軸上収差は球面収差が支配的になる。
【０００９】αが小さくなると、球面収差はその３乗に
比例して減少する。すなわち、αの減少と共に電子ビー
ムの解像度は向上する。入射半角αの値は、ラウンドア
パーチャによって決定されるが、電流密度の下限を決定
するとラウンドアパーチャの下限も決定されるため、α
はある程度までしか小さくできない。
比例して減少する。すなわち、αの減少と共に電子ビー
ムの解像度は向上する。入射半角αの値は、ラウンドア
パーチャによって決定されるが、電流密度の下限を決定
するとラウンドアパーチャの下限も決定されるため、α
はある程度までしか小さくできない。
【００１０】偏向収差は、偏向器によっビームを偏向す
ることによって発生し、偏向量の１乗、２乗、３乗に比
例する項がある。これらの収差の中には補正できるもの
と補正できないものがある。従来、補正できない収差を
最小となるようにし、補正できる収差は偏向器の設計に
よって補正し、収差を小さくするようにして露光してい
た。
ることによって発生し、偏向量の１乗、２乗、３乗に比
例する項がある。これらの収差の中には補正できるもの
と補正できないものがある。従来、補正できない収差を
最小となるようにし、補正できる収差は偏向器の設計に
よって補正し、収差を小さくするようにして露光してい
た。
【００１１】ところで、投影レンズと縮小レンズの強度
比を変えることによって、試料電流の下限を変えずに入
射半角を変えることができる。投影レンズの強度を弱
め、縮小レンズの強度を強めれば、縮小率が比較的大き
な縮小レンズの入射半角は小さくなり、縮小率が１に近
い投影レンズの入射半角はそのまま小さくなる。
比を変えることによって、試料電流の下限を変えずに入
射半角を変えることができる。投影レンズの強度を弱
め、縮小レンズの強度を強めれば、縮小率が比較的大き
な縮小レンズの入射半角は小さくなり、縮小率が１に近
い投影レンズの入射半角はそのまま小さくなる。
【００１２】このようなレンズ強度比の調整により、軸
上収差を低減することができる。しかし、投影レンズの
強度が大きくなっているため、偏向器で偏向されたビー
ムが光軸方向に振り戻され、偏向能率は低下する。
上収差を低減することができる。しかし、投影レンズの
強度が大きくなっているため、偏向器で偏向されたビー
ムが光軸方向に振り戻され、偏向能率は低下する。
【００１３】また、レンズの入射半角αは同じでも球面
収差を小さくすることができる。球面収差はビームがレ
ンズの端を通ることによって発生するため、最も単純に
は現在のレンズをそのままの形状で縮小し、短焦点化す
ればよい。
収差を小さくすることができる。球面収差はビームがレ
ンズの端を通ることによって発生するため、最も単純に
は現在のレンズをそのままの形状で縮小し、短焦点化す
ればよい。
【００１４】レンズの端を通るビームは縮小された軌道
を通過するので、その縮小率で球面収差は減少する。さ
らに、短焦点化による空間電荷効果によるビームのぼけ
も減少する。この場合、偏向領域も減少する。
を通過するので、その縮小率で球面収差は減少する。さ
らに、短焦点化による空間電荷効果によるビームのぼけ
も減少する。この場合、偏向領域も減少する。
【００１５】これら２つの方法は、どちらも偏向領域の
縮小は避けられないが、軸上の収差を減少させることが
できる。ビーム電流値が大きく変化する可変矩形ビーム
では、大きな矩形の時、すなわちビーム電流値が大きい
時、空間電荷によるビームのぼけが球面収差に比べ勝さ
るとも劣らない。
縮小は避けられないが、軸上の収差を減少させることが
できる。ビーム電流値が大きく変化する可変矩形ビーム
では、大きな矩形の時、すなわちビーム電流値が大きい
時、空間電荷によるビームのぼけが球面収差に比べ勝さ
るとも劣らない。
【００１６】このため、短焦点化が特に有効である。偏
向領域の減少を許容すれば、レンズの強度比を変えるよ
りも短焦点化によって最良の収束偏向系を得ることがで
きる。
向領域の減少を許容すれば、レンズの強度比を変えるよ
りも短焦点化によって最良の収束偏向系を得ることがで
きる。
【００１７】希望する偏向領域を確保する範囲内におい
て、短焦点化した収束レンズ内に配置される偏向系は、
レンズのポールピース（磁極）の内径に収まるように小
型化する必要がある。
て、短焦点化した収束レンズ内に配置される偏向系は、
レンズのポールピース（磁極）の内径に収まるように小
型化する必要がある。
【００１８】また、できるだけ偏向効率を良くするため
には、コイルが発生する磁場を強力にする必要がある。
このような要請により、コイルの発熱によるビーム位置
のドリフト、コイルのインダクタンスを考慮した上でコ
イルを小型化する要求がある。
には、コイルが発生する磁場を強力にする必要がある。
このような要請により、コイルの発熱によるビーム位置
のドリフト、コイルのインダクタンスを考慮した上でコ
イルを小型化する要求がある。
【００１９】なお、短焦点化する以前のコイルは、たと
えば２０ｍｍ、２４ｍｍ等の曲率半径を有し、焦点距離
は約２００ｍｍであった。
えば２０ｍｍ、２４ｍｍ等の曲率半径を有し、焦点距離
は約２００ｍｍであった。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、コイルを小
型化していくと、収差が非常に大きくなることが判っ
た。この現象は従来の理論によっては解決できないもの
であった。
型化していくと、収差が非常に大きくなることが判っ
た。この現象は従来の理論によっては解決できないもの
であった。
【００２１】本発明の目的は、小型化が可能で、かつ収
差の少ないサドル型電磁偏向器を有する電子ビーム露光
装置を提供することである。
差の少ないサドル型電磁偏向器を有する電子ビーム露光
装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明の電子ビーム露光
装置は、電子ビームを任意の形状に成形し、その像を試
料上に縮小投影するための電磁レンズと、電子ビームを
偏向させ試料上を走査するための複数段のサドル型電磁
偏向器（Ｄ１〜Ｄ４）を具備する電子ビーム露光装置に
おいて、前記複数段のサドル型電磁偏向器の少なくとも
１段が光軸の回りに２０ｍｍ以下の曲率半径を有し、か
つ曲率半径と開き半角の関係において３０ｍｍ以上で６
０°、１４ｍｍで約６２°、９ｍｍで約６４°、７ｍｍ
で約６６°の各点を滑らかに結ぶ曲線の近傍に位置する
開き半角を有することを特徴とする。
装置は、電子ビームを任意の形状に成形し、その像を試
料上に縮小投影するための電磁レンズと、電子ビームを
偏向させ試料上を走査するための複数段のサドル型電磁
偏向器（Ｄ１〜Ｄ４）を具備する電子ビーム露光装置に
おいて、前記複数段のサドル型電磁偏向器の少なくとも
１段が光軸の回りに２０ｍｍ以下の曲率半径を有し、か
つ曲率半径と開き半角の関係において３０ｍｍ以上で６
０°、１４ｍｍで約６２°、９ｍｍで約６４°、７ｍｍ
で約６６°の各点を滑らかに結ぶ曲線の近傍に位置する
開き半角を有することを特徴とする。
【００２３】
【作用】サドル型電磁偏向器の曲率半径を２０ｍｍ以下
に小型化した時、開き半角を理論的に最適とされる６０
°よりも大きな角度とすることにより、収差が減少する
ことが発見された。実験により発見された最適の開き半
角は、曲率半径と開き半角の関係において３０ｍｍ以上
で６０°、１４ｍｍで約６１．５°、９ｍｍで約６４
°、７ｍｍで約６６°の各点を滑らかに結ぶ曲線にした
がう。
に小型化した時、開き半角を理論的に最適とされる６０
°よりも大きな角度とすることにより、収差が減少する
ことが発見された。実験により発見された最適の開き半
角は、曲率半径と開き半角の関係において３０ｍｍ以上
で６０°、１４ｍｍで約６１．５°、９ｍｍで約６４
°、７ｍｍで約６６°の各点を滑らかに結ぶ曲線にした
がう。
【００２４】従来、理論的に最適とされた６０°の開き
半角において発生する収差よりも明らかに小さな収差を
実現する領域内において、本発明の効果が認められる。
この領域を上記曲線の近傍とする。
半角において発生する収差よりも明らかに小さな収差を
実現する領域内において、本発明の効果が認められる。
この領域を上記曲線の近傍とする。
【００２５】
【実施例】本発明の実施例を説明する前に、本発明者ら
がおこなった実験および解析を説明する。
がおこなった実験および解析を説明する。
【００２６】本発明者らは、前焦点−焦点距離９０ｍ
ｍ、曲率半径７ｍｍのＸ側４段サドル型電磁偏向器、曲
率半径９ｍｍのＹ側４段サドル型電磁偏向器を有する収
束偏向系を製作し、光軸上での収差が小さいこと、空間
電荷効果によるぼけが減少することを確認した。
ｍ、曲率半径７ｍｍのＸ側４段サドル型電磁偏向器、曲
率半径９ｍｍのＹ側４段サドル型電磁偏向器を有する収
束偏向系を製作し、光軸上での収差が小さいこと、空間
電荷効果によるぼけが減少することを確認した。
【００２７】しかし、偏向時の収差が非常に大きく、特
にＹ側に比べＸ側の偏向収差が著しく大きいことが判明
した。偏向収差は、各段の偏向器の角度、位置の組み合
わせによって極小となるように設計されているが、部品
毎に存在する精度誤差は計算されておらず、本発明者ら
は当初、個々の偏向器のずれが部品の小型化によって相
対的に大きくなったことが原因であろうと考えた。
にＹ側に比べＸ側の偏向収差が著しく大きいことが判明
した。偏向収差は、各段の偏向器の角度、位置の組み合
わせによって極小となるように設計されているが、部品
毎に存在する精度誤差は計算されておらず、本発明者ら
は当初、個々の偏向器のずれが部品の小型化によって相
対的に大きくなったことが原因であろうと考えた。
【００２８】ところが、各偏向器による１次の軌道の角
度、偏向量を±１°、±１％にまで調整しても偏向収差
は全く減少しなかった。１次の軌道がほとんど完全であ
り、偏向しない場合の軸上収差が小さいため、個々の偏
向器による高次の成分が存在していると予想した。そこ
で、個々のコイルによる偏向時の収差を調査した。
度、偏向量を±１°、±１％にまで調整しても偏向収差
は全く減少しなかった。１次の軌道がほとんど完全であ
り、偏向しない場合の軸上収差が小さいため、個々の偏
向器による高次の成分が存在していると予想した。そこ
で、個々のコイルによる偏向時の収差を調査した。
【００２９】ところで、偏向コイルは光軸に垂直な方向
に均一な偏向磁界を発生するため、サドル型電磁偏向コ
イルを用いている。サドル型コイルの開き半角を６０°
に設定すれば、高次の磁界成分が発生しないことが公知
である。
に均一な偏向磁界を発生するため、サドル型電磁偏向コ
イルを用いている。サドル型コイルの開き半角を６０°
に設定すれば、高次の磁界成分が発生しないことが公知
である。
【００３０】図２は、サドル型偏向コイルの開き半角を
６０°からずらした場合の磁場が電子ビームに及ぼす影
響を説明する図である。図２（Ａ）は、開き半角が６０
°より小さい場合を示し、図２（Ｂ）は開き半角θが６
０°より大きい場合を示す。
６０°からずらした場合の磁場が電子ビームに及ぼす影
響を説明する図である。図２（Ａ）は、開き半角が６０
°より小さい場合を示し、図２（Ｂ）は開き半角θが６
０°より大きい場合を示す。
【００３１】図２（Ａ）に示すように、サドル型偏向コ
イルの開き半角θが６０°よりも小さい場合、発生する
磁場は中央部分で疎となり、磁力線は中央部分が膨らん
だ形状となる。このため、図２（Ａ）下段に示すよう
に、６極の磁場成分が発生してしまう。この時、試料上
に照射される電子ビームは、図に示すように、ビーム偏
向方向と逆の方向に尖った三角形となる。
イルの開き半角θが６０°よりも小さい場合、発生する
磁場は中央部分で疎となり、磁力線は中央部分が膨らん
だ形状となる。このため、図２（Ａ）下段に示すよう
に、６極の磁場成分が発生してしまう。この時、試料上
に照射される電子ビームは、図に示すように、ビーム偏
向方向と逆の方向に尖った三角形となる。
【００３２】図２（Ｂ）は、サドル型偏向コイルの開き
半角θが６０°よりも大きな場合を示す。コイルの開き
半角が６０°よりも大きいと、図２（Ｂ）中段に示すよ
うに発生する磁場は中央部分で密となり、磁力線は中央
部が凹んだ形状となる。
半角θが６０°よりも大きな場合を示す。コイルの開き
半角が６０°よりも大きいと、図２（Ｂ）中段に示すよ
うに発生する磁場は中央部分で密となり、磁力線は中央
部が凹んだ形状となる。
【００３３】このため、図２（Ｂ）下段に示すようにや
はり６極の磁場成分が発生する。この場合は、試料上に
照射される電子ビームの形状は、ビームの偏向方向に突
出した三角形となり、図２（Ａ）の場合と逆の関係とな
る。このように、サドル型偏向コイルの開き半角は６０
°の場合が最も好ましく、この時試料上に照射される電
子ビームの形状は円形になると考えられてきた。
はり６極の磁場成分が発生する。この場合は、試料上に
照射される電子ビームの形状は、ビームの偏向方向に突
出した三角形となり、図２（Ａ）の場合と逆の関係とな
る。このように、サドル型偏向コイルの開き半角は６０
°の場合が最も好ましく、この時試料上に照射される電
子ビームの形状は円形になると考えられてきた。
【００３４】図３はこのように理想的とされた６０°の
開き半角を有するサドル型偏向コイルを示す。図３
（Ａ）は、理想状態のサドル型偏向コイルの平面図を示
す。図３（Ｂ）は斜視図である。コイルが幅を有さない
線で形成できる場合、図３（Ａ）上段に示すように一定
の曲率半径を有し、開き半角が６０°のコイルを作成す
れば、その内部における磁界は均一に一方向のみとな
る。
開き半角を有するサドル型偏向コイルを示す。図３
（Ａ）は、理想状態のサドル型偏向コイルの平面図を示
す。図３（Ｂ）は斜視図である。コイルが幅を有さない
線で形成できる場合、図３（Ａ）上段に示すように一定
の曲率半径を有し、開き半角が６０°のコイルを作成す
れば、その内部における磁界は均一に一方向のみとな
る。
【００３５】図３（Ｂ）は、実際に６０°の開き半角を
有するサドル型偏向コイルを作成する構成例を示す。実
際のコイルは有限の幅を有する導線によって作成する必
要がある。このため、所定の磁界強度を得ようとすれ
ば、アンペアターンを所定値にする必要があり、コイル
に無視できない幅が発生する。
有するサドル型偏向コイルを作成する構成例を示す。実
際のコイルは有限の幅を有する導線によって作成する必
要がある。このため、所定の磁界強度を得ようとすれ
ば、アンペアターンを所定値にする必要があり、コイル
に無視できない幅が発生する。
【００３６】そこで、コイルを光軸を中心とする円周方
向に多重巻きし、その中心位置が６０°の開き半角を満
たすように作成する。このように、円周方向に厚みのあ
るコイルを作成すると、コイルの中心位置が６０°の開
き半角を有する場合にも、６０°以上の開き半角を有す
る部分と、６０°以下の開き半角を有する部分とが発生
する。
向に多重巻きし、その中心位置が６０°の開き半角を満
たすように作成する。このように、円周方向に厚みのあ
るコイルを作成すると、コイルの中心位置が６０°の開
き半角を有する場合にも、６０°以上の開き半角を有す
る部分と、６０°以下の開き半角を有する部分とが発生
する。
【００３７】しかしながら、６０°より小さい位置に存
在するコイルと、６０°より大きな位置に存在するコイ
ルの発生する高次の磁場成分はお互いに打ち消す方向の
成分となるはずである。
在するコイルと、６０°より大きな位置に存在するコイ
ルの発生する高次の磁場成分はお互いに打ち消す方向の
成分となるはずである。
【００３８】本発明者らは、図３（Ｂ）に示すように、
複数のターンを半径方向には一層巻きで光軸方向および
光軸回りの円周方向に積層して作成し、円周方向の厚さ
の中心位置が光軸に対して張る角度の半分の角度を６０
°に設計した。このように作成したサドル型偏向コイル
を、図１（Ａ）に示すような構成に組み立てた。
複数のターンを半径方向には一層巻きで光軸方向および
光軸回りの円周方向に積層して作成し、円周方向の厚さ
の中心位置が光軸に対して張る角度の半分の角度を６０
°に設計した。このように作成したサドル型偏向コイル
を、図１（Ａ）に示すような構成に組み立てた。
【００３９】図１（Ａ）において、光軸１０の周囲に電
子ビームを収束するための投影レンズ３が配置され、投
影レンズ３の内側に光軸１０を囲むように４段構成のサ
ドル型偏向コイルＤ１〜Ｄ４を配置した。
子ビームを収束するための投影レンズ３が配置され、投
影レンズ３の内側に光軸１０を囲むように４段構成のサ
ドル型偏向コイルＤ１〜Ｄ４を配置した。
【００４０】また、半導体ウエハ等の試料２を光軸１０
に垂直に配置した。電子ビーム１は、光軸１０に沿って
入射させ、投影レンズ３によって収束し、サドル型偏向
コイルＤ１〜Ｄ４によって偏向した。
に垂直に配置した。電子ビーム１は、光軸１０に沿って
入射させ、投影レンズ３によって収束し、サドル型偏向
コイルＤ１〜Ｄ４によって偏向した。
【００４１】なお、図示の４段構成のサドル型偏向コイ
ルは一方向に対するものであり、他の方向に対する別の
４段構成のサドル型偏向コイルを同軸に配置した。な
お、図１（Ａ）においては、この他の４段構成のサドル
型偏向コイルは図示を省略している。
ルは一方向に対するものであり、他の方向に対する別の
４段構成のサドル型偏向コイルを同軸に配置した。な
お、図１（Ａ）においては、この他の４段構成のサドル
型偏向コイルは図示を省略している。
【００４２】サドル型偏向コイルＤ１〜Ｄ４として曲率
半径の小さいものを配置すると、電子ビームを偏向した
時、非常に大きい収差が発生した。その原因を究明する
ため、個々のサドル型偏向コイルによる偏向時の収差を
調べた。
半径の小さいものを配置すると、電子ビームを偏向した
時、非常に大きい収差が発生した。その原因を究明する
ため、個々のサドル型偏向コイルによる偏向時の収差を
調べた。
【００４３】図４は、６０°の開き半角を有する小型の
サドル型偏向コイルによる結像例を模式的に示す。第１
段目のサドル型偏向コイルによって電子ビームを偏向し
た時の像をＭ１に示す。この像Ｍ１はほぼ円形であっ
た。
サドル型偏向コイルによる結像例を模式的に示す。第１
段目のサドル型偏向コイルによって電子ビームを偏向し
た時の像をＭ１に示す。この像Ｍ１はほぼ円形であっ
た。
【００４４】同様、第２段目のサドル型偏向コイルのみ
によって電子ビームを偏向した時の像をＭ２に示し、３
段目、４段目のサドル型偏向コイルのみによって電子ビ
ームを偏向した時の像をＭ３、Ｍ４に示す。
によって電子ビームを偏向した時の像をＭ２に示し、３
段目、４段目のサドル型偏向コイルのみによって電子ビ
ームを偏向した時の像をＭ３、Ｍ４に示す。
【００４５】２段目、３段目の偏向による像Ｍ２、Ｍ３
は明らかに変形し、ビーム偏向方向と逆の方向に尖った
凹んだ三角形状となった。すなわち、コイルの開き半角
が６０°よりも小さい場合と同様の変形が生じた。
は明らかに変形し、ビーム偏向方向と逆の方向に尖った
凹んだ三角形状となった。すなわち、コイルの開き半角
が６０°よりも小さい場合と同様の変形が生じた。
【００４６】また、４段のサドル型偏向コイル全てを動
作させ、電子ビームを偏向した時の像をＭ０に示す。こ
の像Ｍ０は各像Ｍ１〜Ｍ４の重ね合わせ的性質を示す。
偏向コイルを全く動作させない場合、電子ビームは中央
のＭに示すように、円形の形状をもって試料上を照射す
る。
作させ、電子ビームを偏向した時の像をＭ０に示す。こ
の像Ｍ０は各像Ｍ１〜Ｍ４の重ね合わせ的性質を示す。
偏向コイルを全く動作させない場合、電子ビームは中央
のＭに示すように、円形の形状をもって試料上を照射す
る。
【００４７】ところが、図４から明らかなように、２段
目、３段目のサドル型偏向コイルの偏向収差が非常に大
きく、特に非点収差が大きい。非点収差を補正した後に
残るぼけも大きいことが判明した。
目、３段目のサドル型偏向コイルの偏向収差が非常に大
きく、特に非点収差が大きい。非点収差を補正した後に
残るぼけも大きいことが判明した。
【００４８】さらに、フォーカスを少しずらすと、ビー
ム形状が丸くぼけるのではなく、Ｍ２、Ｍ３に示すよう
に三角形状にぼけ、かつ三角形の頂点方向とビームの偏
向方向が一致することが判明した。
ム形状が丸くぼけるのではなく、Ｍ２、Ｍ３に示すよう
に三角形状にぼけ、かつ三角形の頂点方向とビームの偏
向方向が一致することが判明した。
【００４９】この原因としては、非点収差補正コイルの
影響も考えられるが、同じ偏向量におけるＸ系偏向とＹ
系偏向に生じる収差の違いが説明できない。フォーカス
を少しずらすと、ビーム形状が丸くぼけるのではなく、
三角形状にぼける形状は、偏向器によって２極の偏向磁
場のみならず、４極（非点収差）、６極の磁場が発生し
ていると考えざるを得ない。非点収差は偏向器ばかりで
なく、レンズの端をビームが通過することによっても発
生するが、レンズによって６極の成分が発生するとは考
えにくい。
影響も考えられるが、同じ偏向量におけるＸ系偏向とＹ
系偏向に生じる収差の違いが説明できない。フォーカス
を少しずらすと、ビーム形状が丸くぼけるのではなく、
三角形状にぼける形状は、偏向器によって２極の偏向磁
場のみならず、４極（非点収差）、６極の磁場が発生し
ていると考えざるを得ない。非点収差は偏向器ばかりで
なく、レンズの端をビームが通過することによっても発
生するが、レンズによって６極の成分が発生するとは考
えにくい。
【００５０】そこで、理論的に正しいと考えられてきた
６０°の開き半角を変化させてサドル型偏向コイルによ
る偏向によって電子ビームがどのように形状を変化させ
るかを調べた。
６０°の開き半角を変化させてサドル型偏向コイルによ
る偏向によって電子ビームがどのように形状を変化させ
るかを調べた。
【００５１】図５は、実験において用いた可変開き半角
のサドル型偏向コイルを示す。サドル型偏向コイル１３
は、連続した線輪で形成されるが、その両端に接続され
た端子Ｔ１とＴ３の他、最外周より１周内側に中間端子
Ｔ２を形成してある。
のサドル型偏向コイルを示す。サドル型偏向コイル１３
は、連続した線輪で形成されるが、その両端に接続され
た端子Ｔ１とＴ３の他、最外周より１周内側に中間端子
Ｔ２を形成してある。
【００５２】端子Ｔ１とＴ２に電源を接続すれば、最外
周のコイルは実質的に動作しないことになり、実際の寸
法よりも１周分小さいコイルが形成される。これに伴っ
て開き半角も小さな値となる。
周のコイルは実質的に動作しないことになり、実際の寸
法よりも１周分小さいコイルが形成される。これに伴っ
て開き半角も小さな値となる。
【００５３】両端の端子Ｔ１とＴ３を電源に接続すれ
ば、サドル型偏向コイル１３の全ての部分に電流が流
れ、図示の寸法のサドル型偏向コイルが動作する。この
場合、開き半角もコイルの大きさに合わせ大きな値をと
る。
ば、サドル型偏向コイル１３の全ての部分に電流が流
れ、図示の寸法のサドル型偏向コイルが動作する。この
場合、開き半角もコイルの大きさに合わせ大きな値をと
る。
【００５４】さらに、端子Ｔ１とＴ２を電源に接続して
電流Ｉを流し、端子Ｔ２とＴ３を別の電源に接続して、
異なる電流値の電流Ｉａを流すと、さらに開き半角を変
化させることができる。なお、内側に中間端子を設けて
もよいことは当業者に自明であろう。中間端子の位置を
変えてもよい。
電流Ｉを流し、端子Ｔ２とＴ３を別の電源に接続して、
異なる電流値の電流Ｉａを流すと、さらに開き半角を変
化させることができる。なお、内側に中間端子を設けて
もよいことは当業者に自明であろう。中間端子の位置を
変えてもよい。
【００５５】図６は、サドル型偏向コイルの曲率半径を
２０ｍｍよりも小さな値に設定し、種々の開き半角によ
って電子ビームを偏向した時のビーム形状を示すグラフ
である。図中のプロットは測定点であり、測定点に付し
た数字は図中右側に示したように電子ビームの形状が三
角形に変形した時、その短径ｄに対する長径ｌの比ｌ／
ｄを示す。
２０ｍｍよりも小さな値に設定し、種々の開き半角によ
って電子ビームを偏向した時のビーム形状を示すグラフ
である。図中のプロットは測定点であり、測定点に付し
た数字は図中右側に示したように電子ビームの形状が三
角形に変形した時、その短径ｄに対する長径ｌの比ｌ／
ｄを示す。
【００５６】たとえば、コイルの曲率半径が１４ｍｍの
場合、コイルの開き半角が約６２°前後においてビーム
形状はほぼ円形であり、最適の結果が得られている。こ
れに対し、従来の理想値である６０°の開き半角におい
ては、ビーム形状が三角形に変形し、その短径に対する
長径の比は約１．５となる。
場合、コイルの開き半角が約６２°前後においてビーム
形状はほぼ円形であり、最適の結果が得られている。こ
れに対し、従来の理想値である６０°の開き半角におい
ては、ビーム形状が三角形に変形し、その短径に対する
長径の比は約１．５となる。
【００５７】コイルの開き半角を６６°と大きく設定す
ると、ビーム形状は逆方向に突出した三角形となり、短
径に対する長径の比は逆に２と増加してしまう。コイル
の曲率半径が約９ｍｍの場合、開き半角が約６４°の
時、ビーム形状は最良であり、短径に対する長径の比が
約１となる。従来の理想値であった６０°の開き半角に
おいては、短径に対する長径の比が約３となり、大きな
収差が存在する。
ると、ビーム形状は逆方向に突出した三角形となり、短
径に対する長径の比は逆に２と増加してしまう。コイル
の曲率半径が約９ｍｍの場合、開き半角が約６４°の
時、ビーム形状は最良であり、短径に対する長径の比が
約１となる。従来の理想値であった６０°の開き半角に
おいては、短径に対する長径の比が約３となり、大きな
収差が存在する。
【００５８】開き半角が約６２．５°および約６６°の
場合、ある程度の収差が認められ、ビーム形状は三角形
となるが、短径に対する長径の比は約２であり、開き半
角が６０°の場合と比べ明確な差が認められる。
場合、ある程度の収差が認められ、ビーム形状は三角形
となるが、短径に対する長径の比は約２であり、開き半
角が６０°の場合と比べ明確な差が認められる。
【００５９】コイルの曲率半径が７ｍｍの場合、コイル
の開き半角を従来の理想値であった６０°に設定する
と、短径に対する長径の比は約５と非常に大きな収差が
発生する。コイルの開き半角を約６６°とすると、ビー
ム形状はほぼ円形となり、短径に対する長径の比は約１
である。
の開き半角を従来の理想値であった６０°に設定する
と、短径に対する長径の比は約５と非常に大きな収差が
発生する。コイルの開き半角を約６６°とすると、ビー
ム形状はほぼ円形となり、短径に対する長径の比は約１
である。
【００６０】また、コイルの開き半角が約６２．５°お
よび約６８°の場合、短径に対する長径の比は約３とな
り、開き半角が６０°の場合と比べ明確な改善が認めら
れる。
よび約６８°の場合、短径に対する長径の比は約３とな
り、開き半角が６０°の場合と比べ明確な改善が認めら
れる。
【００６１】このように、コイルの曲率半径が約２０ｍ
ｍよりも小さくなると、従来理想と考えられていた６０
°のコイルの開き半角は実際上は大きな収差を生じさせ
てしまい、６０°よりも大きなコイルの開き半角が好ま
しいことが明白に判明した。曲率半径と開き半角を選択
することにより、従来の理想値に従った時の短径に対す
る長径の比１／ｄ＝約１．５以下の比を実現することが
できる。
ｍよりも小さくなると、従来理想と考えられていた６０
°のコイルの開き半角は実際上は大きな収差を生じさせ
てしまい、６０°よりも大きなコイルの開き半角が好ま
しいことが明白に判明した。曲率半径と開き半角を選択
することにより、従来の理想値に従った時の短径に対す
る長径の比１／ｄ＝約１．５以下の比を実現することが
できる。
【００６２】図１（Ｂ）は、このようにして得られたコ
イルの曲率半径に対する開き半角の最適値を曲線ｇで示
すグラフである。なお、曲線ｇは最適値であり、従来の
６０°の開き半角を有するサドル型偏向コイルに比べ、
明瞭な改善が認められる開き半角の範囲はその両側に分
布する。
イルの曲率半径に対する開き半角の最適値を曲線ｇで示
すグラフである。なお、曲線ｇは最適値であり、従来の
６０°の開き半角を有するサドル型偏向コイルに比べ、
明瞭な改善が認められる開き半角の範囲はその両側に分
布する。
【００６３】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、電子ビーム露光装
置において、サドル型電磁偏向器の曲率半径を２０ｍｍ
よりも小さくする場合、コイルの開き半角を６０°より
も大きな所定の値とすることにより、収差の発生を低減
することができる。
置において、サドル型電磁偏向器の曲率半径を２０ｍｍ
よりも小さくする場合、コイルの開き半角を６０°より
も大きな所定の値とすることにより、収差の発生を低減
することができる。
【図１】本発明の実施例を示す。図１（Ａ）は構成を示
す概略図、図１（Ｂ）はコイルの曲率半径に対する好ま
しいコイルの開き半角を示すグラフである。
す概略図、図１（Ｂ）はコイルの曲率半径に対する好ま
しいコイルの開き半角を示すグラフである。
【図２】従来の技術によるサドル型偏向コイルを説明す
るための図である。図２（Ａ）はコイルの開き半角が６
０°より小さい場合を説明するための概略図、図２
（Ｂ）はコイルの開き半角が６０°より大きい場合を説
明するための概略図である。
るための図である。図２（Ａ）はコイルの開き半角が６
０°より小さい場合を説明するための概略図、図２
（Ｂ）はコイルの開き半角が６０°より大きい場合を説
明するための概略図である。
【図３】従来理想とされてきたサドル型偏向コイルを示
す図である。図３（Ａ）は理想状態のサドル型偏向コイ
ルを示す概略図、図３（Ｂ）は実際のサドル型偏向コイ
ルを示す概略図である。
す図である。図３（Ａ）は理想状態のサドル型偏向コイ
ルを示す概略図、図３（Ｂ）は実際のサドル型偏向コイ
ルを示す概略図である。
【図４】６０°の開き半角を有する小型サドル型偏向コ
イルによる結像例を示す。
イルによる結像例を示す。
【図５】実験に用いた可変開き半角のサドル型偏向コイ
ルを示す概略図である。
ルを示す概略図である。
【図６】実験によって得たコイルの開き半角と曲率半径
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
１ 電子ビーム ２ 試料 ３ 投影レンズ １０ 光軸 Ｄ サドル型電磁偏向器 Ｍ 結像
Claims (4)
- 【請求項１】 電子ビーム（１）を任意の形状に成形
し、その像を試料（２）上に縮小投影するための電磁レ
ンズ（３）と、電子ビームを偏向させ試料上を走査する
ための複数段のサドル型電磁偏向器（Ｄ１〜Ｄ４）を具
備する電子ビーム露光装置において、 前記複数段のサドル型電磁偏向器の少なくとも１段が光
軸の回りに２０ｍｍ以下の曲率半径を有し、かつ曲率半
径と開き半角の関係において３０ｍｍ以上で６０°、１
４ｍｍで約６２°、９ｍｍで約６４°、７ｍｍで約６６
°の各点を滑らかに結ぶ曲線の近傍に位置する開き半角
を有することを特徴とする電子ビーム露光装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の電子ビーム露光装置にお
いて、前記サドル型電磁偏向器の少なくとも１段の開き
半角が６１°〜６６°の間の値に選択されている電子ビ
ーム露光装置。 - 【請求項３】 請求項１ないし２記載の電子ビーム露光
装置において、前記サドル型電磁偏向器の少なくとも１
段が両端の他、少なくとも１つの中間タップを有し、実
効開き半角が可変である電子ビーム露光装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の電子ビ
ーム露光装置において、本来円形の電子ビームの試料上
の像の短径に対する長径の比が約１．５以下になるよう
に前記曲率半径と開き半角が選択されている電子ビーム
露光装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290231A JP2706192B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 電子ビーム露光装置 |
| US07/968,892 US5276331A (en) | 1991-11-06 | 1992-10-30 | Electron beam exposure system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290231A JP2706192B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 電子ビーム露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129192A JPH05129192A (ja) | 1993-05-25 |
| JP2706192B2 true JP2706192B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=17753455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3290231A Expired - Fee Related JP2706192B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 電子ビーム露光装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5276331A (ja) |
| JP (1) | JP2706192B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5530251A (en) * | 1994-12-21 | 1996-06-25 | International Business Machines Corporation | Inductively coupled dual-stage magnetic deflection yoke |
| JPH09223475A (ja) * | 1996-02-19 | 1997-08-26 | Nikon Corp | 電磁偏向器、及び該偏向器を用いた荷電粒子線転写装置 |
| US6225637B1 (en) | 1996-10-25 | 2001-05-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron beam exposure apparatus |
| DE10001277A1 (de) * | 2000-01-14 | 2001-07-19 | Harald Rose | Elektronenoptischer Korrektor zur Beseitigung der Bildfehler dritter Ordnung |
| DE60045439D1 (de) * | 2000-01-24 | 2011-02-10 | Integrated Circuit Testing | Saüle für eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung |
| US6998611B2 (en) * | 2001-09-06 | 2006-02-14 | Ebara Corporation | Electron beam apparatus and device manufacturing method using same |
| EP1489641B1 (en) * | 2003-06-18 | 2019-08-14 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Charged particle deflecting system |
| EP1526563B1 (en) * | 2003-10-20 | 2018-12-05 | ICT, Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Charged particle beam device with aperture |
| JP4445893B2 (ja) * | 2005-04-06 | 2010-04-07 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 走査形電子顕微鏡 |
| WO2018042505A1 (ja) * | 2016-08-30 | 2018-03-08 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | 電磁偏向器、及び荷電粒子線装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3911321A (en) * | 1971-11-26 | 1975-10-07 | Ibm | Error compensating deflection coils in a conducting magnetic tube |
| JPS5788659A (en) * | 1980-11-21 | 1982-06-02 | Jeol Ltd | Electron ray device |
| US4395691A (en) * | 1982-03-04 | 1983-07-26 | Hughes Aircraft Company | Beam deflection system |
| US4766372A (en) * | 1987-02-10 | 1988-08-23 | Intel Corporation | Electron beam tester |
| US4859856A (en) * | 1988-01-11 | 1989-08-22 | International Business Machines Corporation | Telecentric sub-field deflection with vail |
| US4929838A (en) * | 1988-02-16 | 1990-05-29 | Fujitsu Limited | Magnetic object lens for an electron beam exposure apparatus which processes a wafer carried on a continuously moving stage |
| EP0367496B1 (en) * | 1988-10-31 | 1994-12-28 | Fujitsu Limited | Charged particle beam lithography system and a method thereof |
-
1991
- 1991-11-06 JP JP3290231A patent/JP2706192B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-10-30 US US07/968,892 patent/US5276331A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05129192A (ja) | 1993-05-25 |
| US5276331A (en) | 1994-01-04 |
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