JP4207232B2

JP4207232B2 - 荷電ビーム露光装置

Info

Publication number: JP4207232B2
Application number: JP23736397A
Authority: JP
Inventors: 正平鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: US6087669A; US6096462A; JPH1187208A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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装置に関して、様々な露光方式による装置の検討が進められている。一例として、１ダイまたは複数ダイを一度に露光する一括投影露光方式がある。しかし、この方式では露光のための原版となるマスクの製作が困難であることと、１ダイ以上という大きな光学フィールド内で収差を要求限度以下とすることが困難である等の理由から、最近では一括投影露光方式の装置の検討は減りつつある。
【０００３】
最近では、この一括投影露光方式に代えて、大きな光学フィールドをサブフィールドと呼ばれる一辺が数１００μｍの矩形小領域に分割して投影露光する分割投影露光方式が検討されつつある。この方式では、パターンはサブフィールド毎に被露光面（感応基板）上に結像され、サブフィールドのパターン像の焦点や偏向フィールドの歪みなどの収差等を補正しながら露光が行われる。そのため、一括投影方式に比べ、光学的に広い領域にわたって解像度および精度の良い露光を行うことができる。
【０００４】
このような電子線露光装置などの荷電ビーム露光装置では、クーロン効果と呼ばれる現象によって焦点位置が荷電ビーム源側とは反対方向にずれる、いわゆる焦点ずれが発生することや、この焦点ずれが荷電ビームの電流量に依存していることが知られている。そのため、従来の可変成形方式やセルプロジェクション方式の露光装置においては、リフォーカスレンズ等を用いて荷電ビームの電流量に応じて焦点調整を行うことによりこの焦点ずれを補正している。そして、上述した分割投影露光方式の露光装置においても、従来の露光装置と同様に、電流量に応じてリフォーカスレンズ等により焦点を調整することが検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したクーロン効果は、荷電粒子同士の反発による上述した焦点ずれに加えて、感応基板上に投影される像に歪みを発生させることが知られているが、従来の可変成形方式等のようにフィールドサイズが５μｍ角程度と小さい場合には、歪みが生じてもその大きさが小さいために問題とならなかった。しかしながら、分割投影露光方式の露光装置のように、一括で投影露光される領域の大きさが数１００μｍ角程度と従来に比べて数１０倍のフィールドサイズを持つ場合には、クーロン効果による歪みが問題となる。最も低次の歪みは像の倍率，回転等の変化に対応しており、大きさはそれぞれ１／１００００，１０μｒａｄのオーダーとなる。このとき、歪みの大きさは数１０ｎｍ程度となり無視できない歪み量となる。
【０００６】
本発明の目的は、一括して投影露光される領域であるサブフィールドの大きさが例えば、数１００μｍ角程度と大きな場合であっても精度良く露光できる荷電ビーム露光装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１に対応付けて説明する。
（１）請求項１の発明は、マスク６上の複数の小領域６０にパターンを分割して形成し、各小領域６０毎に荷電ビーム２を照射して各小領域６０のパターンの像を感応基板７上に順に繋げて投影露光する荷電ビーム露光装置に適用され、
クーロン効果によって生じる小領域６０の像の歪みを、小領域６０におけるパターン面積の割合とパターンの分散の程度とに基づいて補正する補正レンズ９〜１１およびスティグメータ１２，１３を備えることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の荷電ビーム露光装置において、３個の補正レンズ９〜１１および２個のスティグメータ１２，１３を用いて小領域の像の歪みを補正するようにしたものである。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の荷電ビーム露光装置において、補正レンズ９〜１１およびスティグメータ１２，１３は、マスク６の小領域６０に照射される荷電ビーム２の電流量および小領域６０内におけるパターンの分散状態に基づいて補正する。
【０００８】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１，２を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は荷電ビーム露光装置の概念図であり、荷電ビーム源１から出射された荷電ビーム（照射ビームと呼ぶ）２は照明レンズ４ａ，４ｂにより集束され、不図示の視野選択用偏向器によりマスク６のサブフィールド６０の一つに照射される。マスク６としては孔パターンから成るステンシルマスクや、非常に薄いメンブレン上に散乱体等を形成することにより散乱パターンおよび非散乱パターンを形成するメンブレンマスク等が用いられる。なお、パターンが形成された各サブフィールド６０同士は非パターン領域６１によって分離されている。サブフィールド６０を通過した荷電ビーム（投影ビームと呼ぶ）３は、投影レンズ５ａ，５ｂによりレンズ作用を受けて感応基板であるウェハ７上に投影される。この際、散乱アパーチャ８の開口を通過するビームのみがウェハ７上に投影される。
【００１０】
投影レンズ５ａ，５ｂの励磁は、投影ビーム３の電流量が少ないときに像面とウェハ７の上面（ウェハ面）とが一致するように調整されている。そのため、投影ビーム３の電流量が増加すると、像点はクーロン効果によってウェハ面より図示下側に移動する。９〜１１はクーロン効果による焦点ずれ等を補正するための補正レンズであり、これら３個の補正レンズ９〜１１を用いることによって焦点位置，像の倍率および回転をそれぞれ独立に補正する。このとき、補正レンズ９〜１１の励磁電流をＩ9，Ｉ10，Ｉ11とすれば、焦点位置，像の倍率および回転の補正量Δｚ，Δｍ，Δθは次式（１）のような１次式で近似できる。
【数１】
Δｚ＝ａ(1,9)・Ｉ9＋ａ(1,10)・Ｉ10＋ａ(1,11)・Ｉ11
Δｍ＝ａ(2,9)・Ｉ9＋ａ(2,10)・Ｉ10＋ａ(2,11)・Ｉ11
Δθ＝ａ(3,9)・Ｉ9＋ａ(3,10)・Ｉ10＋ａ(3,11)・Ｉ11 …（１）
ここで、ａ(1,j)，ａ(2,j)，ａ(3,j)は各補正レンズ９〜１１（ただし、j＝9,10,11）のレンズ構成で決まる量であり、既知である。
【００１１】
また、１２，１３は像の非点収差および次式（２）
【数２】
Δｘ＝αｘ＋βｙ
Δｙ＝βｘ−αｙ …（２）
で表される歪み収差を独立に補正するスティグメータである。式（２）において、ｘ，ｙはサブフィールド内の位置座標を表し、Δｘ，Δｙはそれぞれｘ，ｙ方向の歪み量または位置ずれ量を表している。α，βは歪みから決まる定数である。スティグメータ１２，１３はそれぞれ２個の独立に励磁できる４極子から構成され、例えばスティグメータ１２の２つの４極子の電流をＩa(12)，Ｉb(12)としたとき、スティグメータ１２の励磁電流は複素表示Ｉs(12)＝Ｉa(12)＋ｉ・Ｉb(12)で表すことができる。このとき、非点収差および歪み収差に対するスティグメータ１２，１３の補正量ΔＭast，ΔＭdisは、スティグメータ１２，１３の励磁電流をＩs(12)，Ｉs(13)とすると次式（３）のように表される。
【数３】
ΔＭast＝ｂ(1,12)・Ｉs(12)＋ｂ(1,13)・Ｉs(13)
ΔＭdis＝ｂ(2,12)・Ｉs(12)＋ｂ(2,13)・Ｉs(13) …（３）
ここで、ｂ(1,j)，ｂ(2,j)は各スティグメータ１２，１３（ただし、j＝12,13）のレンズ構成で決まる量であり、既知である。この光学系でのクーロン効果による非点収差および歪みをそれぞれΔＣast，ΔＣdis（＝Δｘ＋ｉΔｙ）と表すと、式（３）のＩs(12)、Ｉs(13)は次式（４）
【数４】
ΔＭast＝−ΔＣast
ΔＭdis＝−ΔＣdis …（４）
が成り立つように決定される。
【００１２】
マスクパターンに関するパターン情報は記憶装置１５に予め記憶されている。ここで、パターン情報とは、ステンシルマスクの場合には、一つのサブフィールド６０の面積に対するパターンの面積の割合とその分散の程度であり、散乱メンブレンマスクの場合には、一つのサブフィールド６０の面積に対する非散乱パターンの面積の割合とその分散の程度である。また、マスク６に照射される照明ビーム２の電流量も、予め各サブフィールド６０毎に記憶装置１５に記憶されている。制御装置１４は記憶装置１５に記憶されている電流量とパターン情報とに基づいてクーロン効果による焦点位置の変化、像の倍率および回転の変化、像の非点収差および歪み収差を算出し、それらの変化や収差を抑制するように式（１），（３）に基づいて補正レンズ９〜１１およびスティグメータ１２，１３の各励磁電流を制御する。なお、上記の(a)倍率の変化、(b)回転の変化、(c)非点収差、(d)歪み収差が前述したクーロン効果による低次の歪みに対応している。一方、本明細書でいう歪みとはこの低次の歪みのことを言う。
【００１３】
次に、図２を用いて補正レンズ９〜１１およびスティグメータ１２，１３による補正手順について説明する。なお、以下ではステンシルマスクを用いた場合を例に説明する。図２は制御装置１４で行われる制御の手順を示す図であり、工程１では、記憶装置１５に予め記憶されている照明ビーム２の電流量およびマスク６のサブフィールド６０内の上記パターン情報とから、被露光面であるウェハ面上における投影ビーム３の電流量を算出する。工程２では、工程１で算出された電流量とサブフィールド６０内における孔パターン（散乱メンブレンマスクの場合には非散乱パターン）の分散の程度からクーロン効果による焦点位置変化、像の倍率および回転の変化、像の非点収差および歪み収差を計算する。
【００１４】
次いで、工程３では、工程２で算出された収差等を補正するように、すなわち、式（１）および（３）で示される各補正量Δｚ，Δｍ，Δθ，ΔＭast，ΔＭdisが０となるように、補正レンズ９〜１１およびスティグメータ１２，１３の各励磁電流Ｉ9，Ｉ10，Ｉ11，Ｉs(12)，Ｉs(13)を調整する。そして、工程４においてサブフィールド６０の露光を行う。このような手順は各サブフィールド６０毎に行われる。
【００１５】
なお、上述した補正手順では、予め記憶装置１５に記憶された照明ビーム２の電流量およびマスク６のパターン情報に基づいて焦点位置変化や像の歪みを計算により求めたが、実測によって求めても良い。例えば、予め全てのサブフィールド６０に関して露光を行って焦点位置変化や像の歪み測定し、その測定データを記憶装置１５に記憶しておき、各サブフィールド６０の露光時に入力された測定データに基づいて補正する。
【００１６】
このように、補正レンズ９〜１１およびスティグメータ１２，１３を用いて、クーロン効果による焦点ずれの補正および像の歪みの補正を行うことにより、ウェハ７上に投影露光されるサブフィールド６０の像の歪みを数ｎｍ以下に抑えることができた。なお、上述した実施の形態では、クーロン効果による低次の歪み（(a)倍率の変化、(b)回転の変化、(c)非点収差、(d)歪み収差）の全てを補正するようにしたが、必ずしも全て補正する必要は無く、要求精度に合わせて選択して補正するようにしても良い。
【００１７】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ウェハ７は感応基板を、サブフィールド６０は小領域をそれぞれ構成する。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、補正レンズおよびスティグメータによってクーロン効果に起因する像の歪みを補正することにより、感応基板上に投影される像の歪みを小さく抑えることができる。
特に、請求項３の発明では、マスクの小領域に照射される荷電ビームの電流量および小領域内におけるパターンの分散状態に応じて、クーロン効果に起因する像の歪みを補正するため、精度良く補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による荷電ビーム露光装置の概念図。
【図２】補正手順を示す図。
【符号の説明】
１荷電ビーム源
２，３荷電ビーム
４ａ，４ｂ照明レンズ
５ａ，５ｂ投影レンズ
６マスク
７ウェハ
８散乱アパーチャ
９〜１１補正レンズ
１２，１３スティグメータ
１４制御装置
１５記憶装置
６０サブフィールド

Claims

マスク上の複数の小領域にパターンを分割して形成し、前記各小領域毎に荷電ビームを照射して前記各小領域のパターンの像を感応基板上に順に繋げて投影露光する荷電ビーム露光装置において、
クーロン効果によって生じる前記小領域の像の歪みを、前記小領域におけるパターン面積の割合と前記パターンの分散の程度とに基づいて補正する補正レンズおよびスティグメータを備えることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
請求項１に記載の荷電ビーム露光装置において、
３個の前記補正レンズおよび２個の前記スティグメータを用いて前記小領域の像の歪みを補正することを特徴とする荷電ビーム露光装置。
請求項１または２に記載の荷電ビーム露光装置において、
前記補正レンズおよびスティグメータは、前記マスクの小領域に照射される荷電ビームの電流量および前記小領域内におけるパターンの分散状態に基づいて補正することを特徴とする荷電ビーム露光装置。