JPH11224635A

JPH11224635A - 荷電粒子線光学系

Info

Publication number: JPH11224635A
Application number: JP10023430A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Shimizu; 弘泰清水
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】鏡筒の大型化を避けつつ色収差やクーロンボ
ケを低減することができる荷電粒子線光学系の提供。【解決手段】静電レンズ６の最終段の電極６３の電圧
をウェハ３の電圧とほぼ同一とすることによって、色収
差やクーロンボケを低減しつつ鏡筒の大型化を抑えるこ
とができる。さらに、電極６３とウェハ３との間に静電
非点補正器や静電焦点補正器などの補正器を少なくとも
１つ設けることによって、さらに低収差とすることがで
きる。また、電極６３とウェハ３との間に静電偏向系を
設けることにより、偏向電圧の低電圧化を図ることがで
き、より高速な偏向動作を行うことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線を用い
た半導体露光装置や観察装置などに用いられる荷電粒子
線光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の荷電粒子線光学系を説明す
る図であり、電子線半導体露光装置の投影レンズの概略
構成を模式的に示したものである。図３に示す投影レン
ズは静電レンズで構成されており、パターンが形成され
たマスク（またはマスクの像）１を通過した電子線５
ａ，５ｂが静電レンズ２によりウェハ３上に照射される
ことにより、ウェハ３上にマスク１の像４が結像され
る。なお、電子線５ａはマスク１の図示右端を通過する
電子線であって像４の左端４ａに照射され、一方、電子
線５ｂはマスク１の左端を通過する電子線であって像４
の右端に照射される。静電レンズ２は三つの電極２１，
２２，２３を備えており、電極２１，２３の電圧は電子
線５ａ，５ｂの加速電圧に設定され、中間に配置される
電極２２の電圧を調整することによりウェハ３上に像４
を結像させる。

【０００３】一般に、静電レンズ系ではレンズの色収差
はΔＶ／Ｖ（ただし、Ｖは加速電圧でΔＶは加速電圧の
偏差である）に比例するので、電子線の加速電圧を大き
くすると（例えば、１００ｋＶ程度）色収差の点で有利
となる。しかし、電極電圧が大きくなると、放電対策の
ために鏡筒の寸法を大きくしなければならず、鏡筒長が
長くなってしまう。そのため、加速電圧を上げて色収差
を小さくしても、鏡筒長を長くすることによる像ボケが
生じて、結局、ボケ減少にはあまり役立たないことがわ
かっている。

【０００４】また、高加速電圧となると近接効果が大き
くなり、パターン寸法や露光量の補正、さらに補正露光
等が必要になる。さらに、ウェハ３に塗布される感光性
物質であるレジストは、レジストに入射する電子線が高
加速電圧のときよりも低加速電圧の場合により高感度と
なるので、ウェハ３上での電子線の電圧は１ｋＶ程度の
低加速電圧に設定される。

【０００５】しかし、このように低加速電圧に設定する
と上述したような色収差や、電子間のクーロン相互作用
に起因するクーロンボケが大きくなるので、静電レンズ
電極２１，２２，２３の電圧を嵩上げしてこれらのボケ
を小さくしている。例えば、図３に示す静電レンズ２に
おいて、ウェハ３に入射する電子線５ａ，５ｂの加速電
圧を１ｋＶにしたい場合、すなわち電子のエネルギーを
１ｋeＶにしたい場合には電極２１，２３の電圧を１０
ｋＶ程度に上げ、電極２２の電圧を調整して結像させ
る。

【０００６】図４は電子銃Ｇからウェハ３までの電子線
の電位を概念的に示した図であり、曲線Ａは電極２１，
２２，２３の電圧を嵩上げする前の電位を示し、曲線Ｂ
は嵩上げした後の電位を示している。なお、調整用の電
極２２の電圧は電極２１，２３と同じとして示した。ま
た、通常、ウェハ３はアースされるので、縦軸はウェハ
３の電位を０Ｖとして表したが、以下の説明では電子銃
Ｇの電位を基準として説明する。

【０００７】曲線Ａの場合、電子銃Ｇから出射された電
子線は加速電圧１ｋＶでマスク１に照射され、マスク１
を通過した電子線は加速電圧１ｋＶでウェハ３に入射す
る。一方、電極２１〜２３の電圧を嵩上げした曲線Ｂの
場合には、電圧１０ｋＶで電極２３を通過した後に加速
電圧１ｋＶまで減速されてウェハ３に入射する。この場
合には、静電レンズ２における加速電圧は１０ｋＶと大
きくなるので色収差やクーロンボケを低減することがで
きる。このような荷電粒子光学系は減速電界レンズと呼
ばれている。なお、個々の位置における電圧は電子のエ
ネルギーに対応している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した減
速電界レンズでは、電極２２に正の電圧を与えるものを
加速型のレンズと呼び、逆に負の電圧を与えるものを減
速型のレンズと呼ぶ。そして、加速型レンズの場合には
電極２２の印加電圧を５０ｋＶ〜１００ｋＶという高電
圧にする必要があるため、放電対策のために静電レンズ
２の寸法を大きくしなければならず、鏡筒が大きくなる
ことによって上述した不都合が生じることになる。ま
た、安定した高電圧電源が必要なため、装置のコストア
ップ要因となる。

【０００９】一方、電極２２に負の電圧を与える減速型
のレンズの場合には、軸上の電位が２ｋＶ程度まで下が
って放電対策や電源コストの面で有利になるが、電位が
下がった分だけクーロン効果によるボケが非常に大きく
なってしまう。

【００１０】さらに、以上述べた課題とは別に次のよう
な問題点がある。電子線５ａ，５ｂにより結像される像
を偏向する際には静電偏向器が用いられるが、その静電
偏向器は静電レンズ２の電極２１，２３に設置される。
ところで、露光装置ではスループットを向上させるため
に大きな偏向角を有することが望まれるが、その場合、
例えば１ｍｍの偏向を行う場合には電子線の加速電圧と
同程度の偏向電圧（１０ｋＶ程度）が必要となる。しか
し、このような高電圧の電源は高速に動作することが難
しく、像４が所定の位置に整定するまでに長時間を要す
ることになってスループットの低下を招く。

【００１１】本発明の第１の目的は、鏡筒の大型化を避
けつつ色収差やクーロンボケを低減することができ、電
源の低コスト化をはかることができる荷電粒子線光学系
を提供することである。また、本発明の第２の目的は、
偏向電圧を下げることができ、高スループットを達成す
ることができる荷電粒子線光学系を提供することにあ
る。

【００１２】

【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、静電レンズ６からなり、荷電
粒子線を高速に加速した後にその荷電粒子線５ａ、５ｂ
が照射される被照射部３において荷電粒子線５ａ、５ｂ
を減速する荷電粒子線光学系であって、静電レンズ６の
最終段の電極６３の電圧を、被照射部３の電圧とほぼ同
一とし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に記載の荷電粒子線
光学系において、最終段の電極６３と被照射部３との間
に、少なくとも１つの偏向器から成る静電偏向系を設け
た。（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の荷
電粒子線光学系において、最終段の電極６３と被照射部
３との間に、静電非点補正器や静電焦点補正器などの補
正器を少なくとも１つ設けた。

【００１３】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。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１および図２を参照して
本発明の一実施の形態を説明する。図１，２は上述した
図３，４に対応する図であり、図３，４と同一部分には
同一の符号を付し、以下では異なる部分を中心に説明す
る。図１，２において６は静電レンズであり、電極６３
の電圧はウェハ３と同じ１ｋＶに設定される。また、電
極２１の電圧は１０ｋＶに設定され、電極２２は調整用
の電極である。図２は図４と同様に電子線の電位を説明
する図である。曲線Ｃは本実施の形態における電子線の
電位を示しており、電子線５ａ、５ｂは電極２２を通過
した後、電極６３によって急激に減速されエネルギーが
１ｋＶまで減少するため、図２に示すように電極６３の
位置での電子線のエネルギーが従来より小さくなる。

【００１５】さらに、このように電極６３の電圧を設定
すると、減速電界によるレンズが上がるため像点までの
距離が従来より遠くなることになる。その結果、調整用
の電極２２に印加する電圧が従来より小さくて済むこと
になり、例えば、１０ｋＶより小さくすることが可能と
なり電源電圧を低く抑えることができる。加えて、電極
２２，６３の電圧を低くすることにより、鏡筒の長さを
より短くすることができ、クーロンボケの低減も図るこ
とができる。

【００１６】また、電極６３からウェハの間では、電子
線５ａ、５ｂのエネルギーは１ｋＶに低下しているので
偏向感度が上がり、この位置に静電偏向器を配置すれば
従来より弱い偏向電圧で電子線を大きく偏向することが
できるようになる。なお、この部分に設ける静電偏向器
の数を複数とし、偏向による収差を相殺するように構成
するようにしても良い。また、この部分において電子線
のエネルギーが小さくなることから、ここに静電非点補
正器や静電焦点補正器を設けることによって低収差化を
容易に行うことができるようになる。そして、静電偏向
器、静電非点補正器、静電焦点補正器などの電源電圧を
低く抑えることができるため、偏向や補正の際の動作を
より高速化することも可能となる。

【００１７】なお、上述した実施の形態では、電子線を
用いる露光装置の投影レンズを例に説明したが、露光装
置に限らず一般的なイオンビーム装置等に用いられる荷
電粒子線光学系にも本発明を適用することができる。

【００１８】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３は被照射部を構成す
る。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
静電レンズの最終段の電極の電圧を被照射部とほぼ同一
の低電圧に設定しているために放電対策が緩和され、色
収差やクーロンボケを増大させることなく鏡筒長を短く
することができる。また、低電圧とすることにより、電
源の低コスト化を図ることができる。請求項２の発明に
係る荷電粒子線光学系によれば、静電偏向器の偏向電圧
を下げることができるとともに、静電偏向器を高速に動
作させることが可能となり、露光装置に適用した場合に
はスループットの向上を図ることができる。請求項３の
発明に係る荷電粒子線光学系によれば、最終段の電極と
被照射部との間の電子線エネルギーの低い場所に静電非
点補正器や静電焦点補正器を設けることにより補正が容
易になり、低収差を実現することができるとともに、そ
れらの電源の電圧を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】荷電粒子線光学系の一実施の形態を示す図であ
り、露光装置の投影レンズの概略構成を模式的に示した
図。

【図２】図１に示す光学系における電子線の電位を概念
的に示す図。

【図３】従来の荷電粒子線光学系の概略構成を示す模式
図。

【図４】図３に示す光学系における電子線の電位を概念
的に示す図。

【符号の説明】

１マスク２，６静電レンズ３ウェハ４像５ａ，５ｂ電子線２１，２２，２３，６３電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの静電レンズからなり、荷
電粒子線を高速に加速した後にその荷電粒子線が照射さ
れる被照射部において荷電粒子線を減速する荷電粒子線
光学系であって、前記被照射部に最も近い静電レンズの最終段の電極の電
圧を、前記被照射部の電圧とほぼ同一としたことを特徴
とする荷電粒子線光学系。
【請求項２】請求項１に記載の荷電粒子線光学系にお
いて、前記最終段の電極と前記被照射部との間に、少なくとも
１つの静電偏向器から成る静電偏向系を設けたことを特
徴とする荷電粒子線光学系。
【請求項３】請求項１または２に記載の荷電粒子線光
学系において、前記最終段の電極と前記被照射部との間に、静電非点補
正器や静電焦点補正器などの補正器を少なくとも１つ設
けたことを特徴とする荷電粒子線光学系。