JPH10321519A - 荷電ビーム露光装置の投影光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 収差の小さな投影光学系の提供。 【解決手段】 レチクル１を通過した荷電ビームをウエ
ハ２上に投影露光し、ウエハ２上にレチクルパターンの
像を形成する荷電ビーム露光装置の投影レンズ３，４に
おいて、ウエハ２の光軸外に形成される像の収差を６つ
の偏向器１１〜１６を設けて補正する。特に、投影レン
ズ３，４が対称磁気ダブレット条件を満足している場合
には、各偏向器１１〜１６の位置ｚ1〜ｚ6（レチクル方
向を負方向とする）を、ｚ1＝−Ｌ−ｍ×ｚ6，ｚ2＝−
Ｌ−ｍ×ｚ5，ｚ3＝−Ｌ−ｍ×ｚ4、により設定するよ
うにすれば良い。ただし、鏡筒長をＬ、倍率を１／ｍと
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム投影露
光装置等の荷電ビーム露光装置に用いられる投影光学系
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年，半導体の微細加工技術は年々進歩
を遂げている。現在の露光装置では光による露光が主流
であるが、さらなる微細加工を進める上では光の短波長
化が要求される。しかしながら、その短波長化にも限界
がある。また、Ｘ線を用いた露光装置も考えられている
が、レチクルの製作が容易ではない等の問題点があり、
現時点では実用化されていない。このような背景から、
電子線による投影露光が注目されており、電子線露光に
用いられる光学系についても様々な提案が成されてい
る。例えば、ＭＯＬ（Moving Objective Lens）（E. Go
to, et al. Optik 48, 255 (1977)） ，ＶＡＬ（Variab
le Axis Lens）（H.C.Pfeiffer and G.O.Langner, J.Va
c.Sci.Technol.19,1058 (1981)），ＶＡＩＬ（Variable
Axis Immersion Lens） （M.A.Sturans, et al, J. Va
c. Sci. Technol. B8,1682 (1682)）などが代表的なも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
これらの光学系を用いて電子線による微細パターンの露
光を考えた場合には、電子光学系の幾何収差によるボケ
が非常に大きくなってしまい、実用上問題がある。ま
た、３次収差を完全に消去する多段偏向理論に基づく露
光装置（T. Hosokawa, Optik 56, 21 (1980)）では、消
去すべき収差の数（この論文では長さ方向のコマ収差，
半径方向のコマ収差，偏向非点収差，偏向色収差の４つ
の収差）と同数の偏向器とランディング角を調節するた
めの偏向器１つとを加えた合計５つの偏向器を用い、各
偏向器の励磁電流に関する線形連立方程式をたててそれ
を解くという方法を採用している。しかし、この方法で
は軌道の形が不自然な形状となるため、３次収差は消去
できても高次の収差が急激に大きくなってしまうという
欠点がある。また、解の安定性に関しても問題があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、荷電ビーム露光装置にお
いて、収差の小さな投影光学系を提供することにある。

【０００５】

【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と、（１）請求項１の発明
は、レチクル１を通過した荷電ビームを感応基板２上に
投影露光し、感応基板２上にレチクルパターンの像を形
成する荷電ビーム露光装置の投影光学系３，４に適用さ
れ、感応基板２上の光軸外（図のｚ軸から離れた位置）
に形成される像の収差を補正する６つの偏向器１１〜１
６を設けたことにより上述の目的を達成する。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の投影光学系
において、投影光学系３，４が対称磁気ダブレット条件
を満足し、投影光学系３，４の鏡筒長（図１のレチクル
１から感応基板２までの距離）をＬ，倍率を１／ｍと
し、感応基板２を原点とする各偏向器１１〜１６の光軸
方向位置をレチクル側から順にｚ1，ｚ2，ｚ3，ｚ4，ｚ
5，ｚ6としたときに、各偏向器１１〜１６の位置ｚ1〜
ｚ6（ただし、レチクル方向を負方向とする。）を次式

【数２】ｚ1＝−Ｌ−ｍ×ｚ6 ｚ2＝−Ｌ−ｍ×ｚ5 ｚ3＝−Ｌ−ｍ×ｚ4 により設定する。また、アパーチャー位置はｚap＝−Ｌ
／（ｍ＋１）により設定する。

【０００６】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。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図１は本発明による荷電ビ
ーム露光装置の一実施の形態を示す図であり、電子ビー
ム露光装置の一部（光学系）の概略構成を示す模式図で
ある。図１において、１はレチクル、２はウエハ、３，
４はそれぞれ投影レンズである。５は投影レンズ３およ
び４間に設けられたアパーチャであり、電子線はこのア
パーチャ５の開口部を通過する。１１〜１６は偏向器で
ある。本実施の形態では、投影レンズ３，４により形成
されるレンズ場はアパーチャー５に対して対称磁気ダブ
レット（Symmetric Magnetic Doublet）条件を満たして
おり、６つの偏向器１１〜１６の位置，回転角および励
磁電流を最適化することにより、光軸外から出射され光
軸外に到達する偏向軌道であっても光軸上とほとんど同
等の収差を実現することができるようにした。

【０００８】本実施の形態の露光装置では、鏡筒長（レ
チクル面からウエハ面までの距離）を５７０ｍｍ，ビー
ム開き角を２．６ｍｒａｄ，成型ビームサイズを０．２
５ｍｍ角，ウエハ面での最大主偏向位置を２．３７５ｍ
ｍ×０．３７５ｍｍとした。なお、ここでは光軸をｚ
軸，ウエハ面をその原点とし、レチクル１方向を負にと
る。また、加速電圧を１１０ｋＶ、電子ビームのエネル
ギーの広がりを６ｅＶ、アパーチャー５の位置をｚ＝−
１１４ｍｍとした。

【０００９】図２は投影レンズ３の寸法を示す図であっ
て、磁極間隔４００ｍｍ，磁極内径８０ｍｍである。一
方、投影レンズ４は磁極間隔１００ｍｍ，磁極内径２０
ｍｍである。投影レンズ３，４は上述したように対称磁
気ダブレッット条件を満たし、倍率１／４の縮小系とな
るよう励磁電流が設定される。ここで、アパーチャー５
を原点とした光軸方向の座標をｚ’とし、レチクル１を
負の方向に、ウエハ２を正の方向にとると、レンズ場の
光軸上の磁束密度Ｂ（ｚ’）は次式（１）が成り立つ。

【数３】 ４×Ｂ（−ｚ'）≒−Ｂ（ｚ'／４） …（１） ただし、ｚ'＞０とする。図３はレンズ場Ｂ（ｚ'）およ
びそのｚ’による一階微分Ｂ'（ｚ'）の図である。

【００１０】このようなレンズ場において、成型ビーム
の軸上収差の計算結果は、軸上球面収差＝１．３７ｎ
ｍ，成型ビームのコマ収差＝２．３３ｎｍ，成型ビーム
の像面湾曲収差＝５．７８ｎｍ，成型ビームの非点収差
＝２．５９ｎｍ，軸上色収差＝９．３６ｎｍ，成型ビー
ム色収差＝０．０４ｎｍ，成型ビーム歪み収差＝０．０
１ｎｍであった。したがって、これら各収差（ただし、
成型ビーム歪み収差は除く）の２乗和の平方根で定義さ
れる「ボケ」は１１．６２ｎｍとなる。これがレンズ
３，４の基本性能であり、この値よりもボケを小さくす
ることはできず、いわばボケの限界値である。実際の光
学系では、これに偏向による収差が加わるが、偏向によ
る収差は適当な偏向軌道をとることにより除去すること
が可能である。ただし、従来の方法では、この偏向軌道
からくる収差をそれほど小さくできていないのが現状で
ある。

【００１１】例えば、従来、図５のように４つの収差補
正用偏向器２１〜２４を設けて各偏向器の位置，回転
角，励磁電流を最適化した光学系があるが、全３次収差
からくるボケは３４．１４ｎｍとなる。なお、図５にお
いて、偏向器２１〜２４以外の構成は図１に示した光学
系と同様である。

【００１２】本実施の形態では、図１に示すように６つ
の偏向器１１〜１６により収差を小さくするようにして
いる。各偏向器１１〜１６の位置ｚ1〜ｚ6，回転角，励
磁電流は次の表のように設定する。本発明では、各偏向
器１１〜１６のパラメータ（回転角と励磁電流）を決定
する際に、パラメータを少しずつ変化させて最適値を選
ぶという方法を用いて収差を小さくするようにした。

【表１】 表において、各偏向器の位置ｚ1〜ｚ6は前述したように
ウエハ２を原点とする値であり、鏡筒長をＬ，倍率を１
／ｍとしたときに次式（２）を満たしている。

【数４】ｚ1＝−Ｌ−ｍ×ｚ6 z2＝−Ｌ−ｍ×ｚ5 ｚ3＝−Ｌ−ｍ×ｚ4 …（２）

【００１３】図４は各偏向器のコイルａの寸法を示す図
であり、（ａ）はコイルａの側面図，（ｂ）は偏向器を
ウエハ２方向から見た図である。なお、いずれの偏向器
も同一寸法である。ところで、上記表の励磁電流はビー
ムをｘ方向に１ｍｍだけ偏向する場合の値であり、Ａｍ
ｍ偏向する場合には全ての偏向器の励磁電流を表の値の
Ａ倍に設定すれば良い。また、図４ではビームをｘ方向
に偏向する偏向器に関する４つのコイルａのみを表示し
てｙ方向に関するものについては省略して示したが、実
際にはビームはｘｙ平面内で任意に偏向されるので、ｘ
ｙ平面内でｘ方向の偏向器と直交するように（図４に示
したものと同一形状のコイルを、同一のｚ位置に配置す
る）ｙ方向の偏向器が配置される。図６はｘ方向および
ｙ方向の両方の偏向器のコイルを示した図であり、４つ
のコイルａによりｘ方向の偏向器が構成され、４つのコ
イルｂによりｙ方向の偏向器が構成される。すなわち、
図１に示した各偏向器１１〜１６はそれぞれｘおよびｙ
方向の偏向器からなり、各々図６に示すような８つのコ
イルａ，ｂで構成されている。上記表の値は偏向器１１
〜１６のｘ方向偏向器のコイルａについて記したもので
あり、偏向器１１〜１６のｙ方向偏向器のコイルｂに関
しては上記表の回転角のみを９０度ずらしたものとな
る。

【００１４】このように偏向器１１〜１６を設定する
と、ダイナミック補正により補正できない偏向収差は、
偏向コマ収差＝４．４４ｎｍ，ハイブリッド像面湾曲収
差＝１．３６ｎｍ，ハイブリッド非点収差＝２．９１ｎ
ｍ，偏向色収差＝３．３３ｎｍ，ハイブリッド歪み収差
＝９．８２ｎｍであった。よって、前述した投影レンズ
の収差によるボケ１１．６２ｎｍと偏向収差によるボケ
とを合わせると、全３次収差からくるボケは１３．２７
ｎｍとなる。これは、上述した図５に示す従来の光学系
に比べ非常に小さく、軸上の場合（１１．６２ｎｍ）と
ほぼ同等のボケとなっている。また、上述したように、
各偏向器１１〜１６のパラメータを少しずつ変化させて
最適値を選ぶという方法を用いているため、従来の多段
偏向理論から導かれるように解が不安定となることがな
い。

【００１５】なお、本発明は、イマージョンレンズを用
いた投影光学系にも同様に適用することができ、この場
合も、６つの偏向器を同様に配置し、回転角，励磁電流
を最適化することにより、ボケを従来より小さくするこ
とが可能となる。

【００１６】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
を構成する要素との対応において、ウエハ２は感応基板
を構成する。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
６つの偏向器を用い、かつ、各偏向器のパラメータを最
適化するようにして感応基板上の光軸外に形成されるパ
ターン像の収差を補正しているので、ほぼ軸上の場合と
同程度まで収差を小さくすることができ、パターン像の
ボケを非常に小さくすることが可能となる。特に、対称
磁気ダブレットの場合には、各偏向器の位置ｚ1〜ｚ6を

【数５】ｚ1＝−Ｌ−ｍ×ｚ6 ｚ2＝−Ｌ−ｍ×ｚ5 ｚ3＝−Ｌ−ｍ×ｚ4 とすることにより収差が小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影光学系の一実施の形態を示す
図。

【図２】図１の投影レンズ３の寸法を示す図。

【図３】投影レンズ３，４によって形成されるレンズ場
を説明する図。

【図４】偏向器を構成するコイルの寸法を示すであり、
（ａ）はコイルを側面から見た図であり、（ｂ）はコイ
ルをウエハ側から見た図。

【図５】従来の投影光学系を示す図。

【図６】ｘおよびｙ方向偏向器のコイルａ，ｂを示す
図。

【符号の説明】

１ レチクル ２ ウエハ ３，４ 投影レンズ ５ アパーチャー １１〜１６ 偏向器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レチクルを通過した荷電ビームを感応基
   板上に投影露光し、前記感応基板上にレチクルパターン
   の像を形成する荷電ビーム露光装置の投影光学系におい
   て、 前記感応基板上の光軸外に形成される前記像の収差を補
   正する６つの偏向器を設けたことを特徴とする荷電ビー
   ム露光装置の投影光学系。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の投影光学系において、 前記投影光学系が対称磁気ダブレット条件を満足し、前
   記投影光学系の鏡筒長をＬ，倍率を１／ｍとし、前記感
   応基板を原点とする各偏向器の光軸方向位置をレチクル
   側から順にｚ1，ｚ2，ｚ3，ｚ4，ｚ5，ｚ6としたとき
   に、前記各偏向器の位置ｚ1〜ｚ6（ただし、レチクル方
   向を負方向とする。）を次式 【数１】ｚ1＝−Ｌ−ｍ×ｚ6 ｚ2＝−Ｌ−ｍ×ｚ5 ｚ3＝−Ｌ−ｍ×ｚ4 により設定することを特徴とする投影光学系。