JP3427524B2 - 電子線縮小転写装置 - Google Patents

電子線縮小転写装置

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マスクを通過した電子
線を一対の投影レンズによりターゲットの所定位置に集
束してマスクのパターン像をターゲットに縮小転写する
電子線縮小転写装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来この種の装置では、マスクとターゲ
ットとの間隔をL、マスクからターゲットへのパターン
の縮小率を1/n、マスクからターゲット側へL・n/
(n+1)だけ離れた点を電子線のクロスオーバとした
とき、マスクとクロスオーバとの間を二等分する位置と
マスク側の投影レンズの中心位置とを一致させ、クロス
オーバとターゲットとの間を二等分する位置とターゲッ
ト側の投影レンズの中心位置とを一致させると低収差に
なると言われていた。これに対して特開平5−1600
12号公報には、上記のレンズ位置よりもマスク側投影
レンズをn・ε(但しεは正の定数)だけマスク側に、
ターゲット側投影レンズをεだけターゲット側に変位さ
せる構成が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】電子線縮小転写装置に
おいて、電子銃が放出する電子線にエネルギー拡りがあ
る場合、倍率と回転の色収差(transverse chromatic a
berration)が発生する。この色収差は実数部と虚数部
とが存在し、前者が倍率の色収差、後者が回転の色収差
と呼ばれる。これらの色収差は光学系の視野の大きさの
約3乗に比例する。また、光学系の主視野を多数の副視
野に分割し、一つの副視野を一回の転写範囲としてパタ
ーンを分割転写するいわゆる視野分割を行なっても上記
の色収差は補正できない。従って光学系の主視野を大き
くするとき特に上記の色収差は問題となる。なお、本明
細書では、視野分割を行なうときの分割前の視野を主視
野、分割された一つ一つの小領域を副視野と呼ぶ。
【0004】本発明の目的は、倍率と回転の色収差を小
さくできる電子線縮小転写装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】各請求項の発明を実施例
を示す図1に対応付けて説明する。但し、本発明は実施
例の態様に限定されるものではない。請求項1の発明
は、マスク1を通過した電子線を第1投影レンズ2およ
び第2投影レンズ3に順次導いてマスク1のパターン像
をターゲット4に縮小転写する電子線縮小転写装置に適
用される。そして、マスク1とターゲット4との間隔を
L、マスク1からターゲット4へのパターンの縮小率を
1/n、正の定数をε、マスク1からターゲット4側へ
L・n/(n+1)だけ離れた点を電子線光学系のクロ
スオーバ5としたとき、マスク1とクロスオーバ5との
間を二等分する位置H1に対して第1投影レンズ2の光
軸方向の中心位置M1をクロスオーバ5側へn・εだけ
変位させ、クロスオーバ5とターゲット4との間を二等
分する位置H2に対して第2投影レンズ3の光軸方向の
中心位置M2をクロスオーバ側へεだけ変位させること
により上述した目的を達成する。請求項2の発明は請求
項1の電子線縮小転写装置に適用され、第1投影レンズ
2および第2投影レンズ3のクロスオーバ5側のボーア
径R1c,R2cを、反対側のボーア径R1o,R2oの1/4
以下に設定した。請求項3の発明はマスク1を通過した
電子線を第1投影レンズ2および第2投影レンズ3に順
次導いてマスク1のパターン像をターゲット4に縮小転
写する電子線縮小転写装置に適用される。そして、第1
投影レンズ2および第2投影レンズ3のクロスオーバ5
側のボーア径R1c,R2cを、反対側のボーア径R1o,R
2oの1/4以下に設定して上述した目的を達成する。
【0006】
【作用】図2は、クロスオーバとターゲットとを二等分
する位置と第2投影レンズ(ターゲット側の投影レン
ズ)の中心位置との距離ΔLと回転の色収差Δφとの関
係を発明者らが計算した結果を示す。横軸の距離ΔLは
第2投影レンズがターゲットへ近付く方向が正、ターゲ
ットに近付く方向が負である。図において実線φ2はレ
ンズ磁場の光軸方向の分布とその一次微分とから計算し
た近軸軌道に関する色収差を示す。すなわち、実線φ2
は、近軸軌道でビームエネルギーを僅かに変化させた場
合の像点での軌道のずれから収差係数を求め、その値に
視野の大きさを掛け算して得た値である。この図から判
るように、電子線がすべて近軸軌道と見做せるときは、
ΔL=2mm、すなわち第2投影レンズの中心位置をク
ロスオーバとターゲットとを二等分する位置よりもター
ゲット側へ2mm接近させたときに収差が最小になる。
従って、第1投影レンズに関しては縮小率1/nの逆数
nを乗算して、マスクとクロスオーバとを二等分する位
置よりも第1投影レンズの中心位置をマスク側へ2nだ
け接近させれば良いことになる。
【0007】ところが、電子線縮小転写装置における視
野(特に視野分割を行なう場合の主視野)の周縁部に導
かれる電子線は電子線光学系の光軸から大きく離れてお
り、近軸軌道と見做すことはできない。そこで、実際の
電子線の軌道で色収差を計算したところ図2の実線φ1
の結果が得られた。この結果から明らかなように、電子
線縮小転写装置では、第2投影レンズの中心位置を、ク
ロスオーバとターゲットとの間を二等分する位置よりも
クロスオーバ側に接近させるほど色収差が小さくなる。
従って、第1投影レンズの中心位置もマスクとクロスオ
ーバとの間を二等分する位置よりもクロスオーバ側に接
近させた方が色収差を小さくできる。そして、第2投影
レンズをクロスオーバ側へε(>0)だけ移動させると
き、マスク〜ターゲット間のパターン縮小率1/nに対
して第1投影レンズはクロスオーバ側へn・εだけ移動
させる。以上の要件を具備した請求項1,2の発明によ
れば、第1投影レンズおよび第2投影レンズを光軸方向
に最適な位置に配置して色収差を低減できる。
【0008】次に、投影レンズのクロスオーバ側のボー
ア径Rbcと反対側(物点側)のボーア径Rboとの比、R
bc/Rboと色収差Δφとの関係について発明者らが計算
したところ、図3に実線φ3で示す結果が得られた。こ
の結果から、クロスオーバ側のボーア径Rbcを反対側の
ボーア径Rboの1/4以下に設定すると色収差が最も小
さくなることが判明した。以上の要件を具備した請求項
2,3の発明によれば、第1投影レンズおよび第2投影
レンズのボーア径を最適に設定して色収差を低減でき
る。なお、倍率の色収差は回転の色収差Δφの1/2〜
1/3以下で、図2および図3に示した色収差の変化と
同一傾向で変化するから、回転の色収差に関する上記の
検討結果を倍率の色収差にもそのまま当てはめることが
できる。
【0009】
【実施例】図1は本発明の実施例に係る電子線縮小転写
装置の対称磁気ダブレット光学系を示し、1はマスク、
2は電磁式の第1投影レンズ、3は電磁式の第2投影レ
ンズ、4はターゲット、5はクロスオーバである。マス
ク1の上方には不図示の電子銃、コンデンサレンズ、副
視野選択用の偏向器が配置され、これらの構成によりマ
スク1上に設定された多数の副視野の一つに選択的に電
子線が照射される。マスク1を通過した電子線は第1投
影レンズ2によりクロスオーバ5に集束され、クロスオ
ーバ5から発散した電子線は第2投影レンズ3によりタ
ーゲット4上に集束される。これによりマスク1の副視
野のパターン像がターゲット4に所定の縮小率1/nで
転写される。縮小率1/nは適当に定めてよいが、本実
施例では縮小率1/4を想定している。なおAXは光学
系の光軸である。
【0010】クロスオーバ5は、マスク1とターゲット
4との間を上記の縮小率1/nの比で内分した位置にあ
る。すなわち、マスク1〜ターゲット4の距離をL、マ
スク1〜クロスオーバ5の距離をSとしたとき、
【数1】S=L・n/(n+1) ……(1) が成立する。上述したように本実施例ではn=4である
から、結局、S=4L/5である。
【0011】第1投影レンズ2の中心位置(磁極2a,
2bの間を二等分する位置)M1は、マスク1とクロス
オーバ5との間を二等分する位置H1よりもクロスオー
バ5側へ変位し、第2投影レンズ3の中心位置(磁極3
a,3bの間を二等分する位置)M2は、クロスオーバ
5とターゲット4との間を二等分する位置H2よりもク
ロスオーバ5側へ変位している。第2投影レンズ3の変
位量をε(>0)としたとき、第1投影レンズ2の変位
量は縮小比1/4の逆数倍、すなわち4εに設定されて
いる。第1投影レンズ2のクロスオーバ5側の磁極2b
のボーア径R1cは、反対側の磁極2aのボーア径R1o
1/4に、第2投影レンズ3のクロスオーバ5側の磁極
3aのボーア径R2cは、反対側の磁極3bのボーア径R
2oの1/4にそれぞれ設定されている。
【0012】以上の構成において、ε=8mm、R1c
20mm、R1o=80mm、R2c=5mm、R2o=20
mmにそれぞれ設定し、ターゲット4上での主視野寸法
を20mm角として色収差を計算したところ、回転の色
収差を2nm/eV以下に低減できることが確認され
た。また、電子銃の放出するエネルギーの拡りが5eV
あっても、回転の色収差によるビーム分解能の劣化が1
0nm以下に抑えられることも確認された。従って、本
実施例によれば短辺寸法が20mmまでの半導体素子の
パターンを主視野のつなぎなしで高精度に転写できる。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1投影レンズおよび第2投影レンズを実際の電子線の
軌道を考慮した光軸方向の最適位置に配置し、また各投
影レンズのボーア径を最適に設定して倍率および回転の
色収差を十分に小さくできる。従って、電子銃から放出
される電子線のエネルギーに拡りがあってもビーム分解
能の劣化が抑えられ、転写精度を維持しつつ光学系の視
野を拡大して高スループットで転写を行なえる。また、
比較的大きいエネルギー幅を持った電子銃でも色収差を
問題とせずに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る電子線縮小転写装置の対
称磁気ダブレット光学系を示す図。
【図2】クロスオーバとターゲットとを二等分する位置
とターゲット側の第2投影レンズの中心位置との距離Δ
Lと回転の色収差Δφとの関係を示す図。
【図3】投影レンズのクロスオーバ側のボーア径Rbc
反対側のボーア径Rboとの比(Rbc/Rbo)と色収差Δ
φとの関係を示す図。
【符号の説明】
1 マスク 2 第1投影レンズ 3 第2投影レンズ 4 ターゲット 5 クロスオーバ H1 マスク〜クロスオーバ間を二等分する位置 H2 クロスオーバ〜ターゲット間を二等分する位置 M1 第1投影レンズの中心位置 M2 第2投影レンズの中心位置

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスクを通過した電子線を第1投影レン
    ズおよび第2投影レンズに順次導いて前記マスクのパタ
    ーン像をターゲットに縮小転写する電子線縮小転写装置
    において、 前記マスクと前記ターゲットとの間隔をL、前記マスク
    から前記ターゲットへのパターンの縮小率を1/n、正
    の定数をε、前記マスクから前記ターゲット側へL・n
    /(n+1)だけ離れた点を電子線光学系のクロスオー
    バとしたとき、 前記マスクと前記クロスオーバとの間を二等分する位置
    に対して前記第1投影レンズの光軸方向の中心位置が前
    記クロスオーバ側へn・εだけ変位し、 前記クロスオーバと前記ターゲットとの間を二等分する
    位置に対して前記第2投影レンズの光軸方向の中心位置
    が前記クロスオーバ側へεだけ変位していることを特徴
    とする電子線縮小転写装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電子線縮小転写装置にお
    いて、 前記第1投影レンズおよび前記第2投影レンズの前記ク
    ロスオーバ側のボーア径が、反対側のボーア径の1/4
    以下に設定されていることを特徴とする電子線縮小転写
    装置。
  3. 【請求項3】 マスクを通過した電子線を第1投影レン
    ズおよび第2投影レンズに順次導いて前記マスクのパタ
    ーン像をターゲットに縮小転写する電子線縮小転写装置
    において、 前記第1投影レンズおよび前記第2投影レンズのクロス
    オーバ側のボーア径が、反対側のボーア径の1/4以下
    に設定されていることを特徴とする電子線縮小転写装
    置。
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