JPH1125896A - 電子光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏向收差による像のボケを低減することがで
きる電子光学系の提供。 【解決手段】 ウエハ１を通過した荷電粒子線ＥＢの軌
道を、マスク１および感応基板５間に形成されるクロス
オーバ像点ＣＯ2の近傍に設けられた開口６ａ方向に偏
向する偏向器２１と、感応基板５面への荷電粒子線ＥＢ
の軌道の入射角が所定角度となるように荷電粒子線ＥＢ
の軌道を偏向する偏向器２２と、偏向器２１から偏向器
２２までの荷電粒子線ＥＢの偏向軌道がほぼ一直線とな
るような偏向場を形成する偏向器１１〜１６とを設け
た。それにより、光軸ＡＸから大きくはなれたマスク１
上のパターンを感応基板５上に結像した場合であって
も、偏向收差を小さく抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線露光装置等
の荷電粒子線装置に用いられる電子光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、分割転写方式の電子線露光装置
の概略構成を示す模式図である。１はパターンが形成さ
れたレチクルやマスク（以下ではマスクと総称する）で
あり、不図示の電子銃から出射された電子線ＥＢが照射
レンズ５０で集束された後に偏向器５１で偏向され、パ
ターンが形成されたマスク１の副視野の一つ（符号１ａ
で示す）に照射される。なお、ＣＯ1は電子銃のクロス
オーバ像が形成される位置を示しており、ＥＢ1，ＥＢ2
およびＥＢ3はそれぞれ副視野１ａに照射される矩形断
面形状の電子線ＥＢの軸上および軸外のビームを示して
いる。すなわち、ＥＢ1は副視野１ａの中心部に照射さ
れる軸上ビームを、ＥＢ2は副視野１ａの図示右端部に
照射される軸外ビームを、ＥＢ3は副視野１ａの左端部
に照射される軸外ビームをそれぞれ示している。

【０００３】なお、ＥＢ1で示す線は電子線ＥＢの軌道
と呼ばれ、偏向場によって軌道が変化している場合には
偏向軌道とも呼ばれる。以下では軌道ＥＢ1を指して電
子ビームＥＢの偏向軌道と呼ぶこととする。マスク１の
副視野１ａを通過した電子線ＥＢは第１投影レンズ３お
よび第２投影レンズ４によりウエハ等の感応基板５上に
結像され、副視野１ａのパターンの像が感応基板５上に
形成される。

【０００４】投影レンズ３，４はそれぞれＶＡＬ（Vari
able Axis Lens）を構成しており、３１〜３４がＶＡＬ
偏向器、３５〜３８がＶＡＬ焦点補正レンズを示してい
る。投影レンズ３，４により形成される軸上磁場分布を
Ｂ(Z)、偏向器５１による電子線ＥＢの偏向量、すなわ
ち光軸ＡＸと副視野１ａの中心との距離をａとしたと
き、ＶＡＬ偏向器３１〜３４には

【数１】 に比例した磁場を励磁し、ＶＡＬ焦点補正レンズ３５〜
３８には

【数２】 に比例した磁場を励磁する。このような磁場を励磁させ
ることにより、投影レンズ３，４の軸上磁場を平行移動
した磁場が光軸ＡＸから離れた電子線ＥＢの軌道上に形
成される。その結果、電子線ＥＢは等価的に投影レンズ
３，４のほぼ軸上を通過することになり、ＶＡＬ偏向器
３１〜３４およびＶＡＬ焦点補正レンズ３５〜３８を設
けなかった場合に比べてレンズ収差が低減される。

【０００５】図２に示した露光装置では、偏向器４１に
より電子線ＥＢを光軸ＡＸ方向へ偏向してマスク１と感
応基板５との間のクロスオーバ像点位置ＣＯ2に設けら
れたアパーチャプレート６の開口を通過させるととも
に、感応基板５に照射される電子線ＥＢが光軸ＡＸと平
行になるように偏向器４２により偏向している。

【０００６】例えば、上述したような分割転写方式の露
光装置では、マスク１を載置したマスクステージ（不図
示）と感応基板５を載置したステージ（不図示）を互い
逆方向（例えば、図２の紙面に直交する方向）に連続移
動させつつ、偏向器５１で電子線ＥＢを連続移動方向と
直交する方向に偏向して露光を行う。そして、このよう
な連続移動を複数回行って、すなわち各ステージを複数
回折り返すことによってマスク１全体のパターンを感応
基板５上の所定の領域に露光する。このとき、一回の連
続移動でマスク１上のより広い領域（図２の左右方向の
領域）のパターンを露光することができれば各ステージ
の折り返し回数が少なくなり、露光処理時間を短縮する
ことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、偏向器
５１によって電子線ＥＢを大きく偏向すると、偏向器４
１，４２による偏向量も大きくなり偏向収差が発生す
る。この収差は偏向器４１，４２による偏向量に依存す
るため、スループット向上のために偏向器５１で電子線
ＥＢを大きく偏向すると、偏向収差による像のボケが大
きくなり必要な分解能が得られないという問題があっ
た。

【０００８】本発明の目的は、偏向收差による像のボケ
を低減することができる電子光学系を提供することにあ
る。

【０００９】

【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、荷電粒子線装置に用いられる電子光学系に適用さ
れ、物点からの荷電粒子線であるウエハ１を通過した荷
電粒子線ＥＢの軌道を、物点および像点間（すなわちマ
スク１および感応基板５間）に形成されるクロスオーバ
像点ＣＯ2の近傍に設けられたアパーチャ６ａ方向に偏
向する第１偏向装置２１と、像点面である感応基板５面
への荷電粒子線ＥＢの軌道の入射角が所定角度となるよ
うに、クロスオーバ像点ＣＯ2より像点側で荷電粒子線
ＥＢの軌道を偏向する第２偏向装置２２と、第１偏向装
置２１から第２偏向装置２２までの荷電粒子線ＥＢの偏
向軌道がほぼ一直線となるような偏向場を形成する第３
偏向装置１１〜１６とを備えて上述の目的を達成する。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の電子光学系
において、第１偏向装置２１の偏向主面が、電子光学系
を構成するレンズ３，４内で最も物点に近いレンズ３の
主面と物点との中点より物点側となるように第１偏向装
置２１を設けた。 （３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の電
子光学系において、第２偏向装置２２の偏向主面が、電
子光学系を構成するレンズ３，４内で最も像点に近いレ
ンズ４の主面と像点との中点より像点側となるように第
２偏向装置２２を設けた。

【００１０】（１）請求項１の発明では、第３偏向装置
１１〜１６により偏向器２１および偏向器２２間の荷電
粒子線ＥＢの偏向軌道はほぼ直線となり、かつ、像点面
に入射する軌道の入射角度が所定角度となるように荷電
粒子線ＥＢが第２偏向装置２２により偏向される。 （２）請求項２および３の発明では、物点から像点まで
の偏向軌道に占める軌道の直線部分の割合が大きくな
る。

【００１１】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。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明による電子光学系の
一実施の形態を示す図であり、電子線露光装置の概略構
成を示す模式図である。なお、図２と同様の部分には同
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において、２１はマスク１を通過した電子線Ｅ
Ｂの軌道ＥＢ1をアパーチャプレート６の開口６ａ方向
に偏向する偏向器である。偏向器２１で偏向された電子
線ＥＢは、直線偏向器１１〜１６により投影レンズ３，
４内の電子線ＥＢの偏向軌道ＥＢ1が直線軌道となるよ
うに偏向される。投影レンズ４を通過した電子線ＥＢ
は、感応基板５への入射角が適当な値となるように偏向
器２２により偏向される。このとき、偏向器２１，２２
とペアで偏向器を設けてそれぞれ逆方向に偏向すること
により、偏向器２１，２２で生じる偏向收差が打消し合
うようにしている。

【００１３】また、偏向器２１の光軸方向位置はできる
だけマスク１に近づけ、偏向器２２はできるだけ感応基
板５に近づけて配置するのが好ましい。例えば、偏向器
２１による偏向位置がマスク１と投影レンズ３の主面と
の中点よりマスク側に位置し、偏向器２２による偏向位
置が感応基板５と投影レンズ４の主面との中点より感応
基板側に位置するようにする。このようにすると、偏向
軌道ＥＢ1を開口６ａの中心を通るように偏向する際の
偏向收差や、偏向器１１〜１６による偏向收差をを小さ
くすることができる。

【００１４】光軸ＡＸをＺ軸に選び、ただしマスク１か
ら感応基板５方向を正とする、アパーチャプレート６の
Ｚ座標をＺa、マスク１のＺ座標をＺm、偏向軌道の直線
部分（偏向器２１から偏向器２２までの偏向軌道）のマ
スク側延長線とマスク１との交点の光軸ＡＸからの距離
をａ、投影レンズ３，４による軸上磁場分布をＢ(Z)と
したときに、直線偏向器１１〜１６による光軸ＡＸ上の
偏向場が次式（３）

【数３】 に比例した磁場となるように、直線偏向器１１〜１６の
配置および励磁を設定する。

【００１５】このような偏向磁場を与えて偏向軌道が直
線となるようにすると、偏向軌道から見た磁場はほぼ軸
上磁場と一致するようになり、偏向收差、特に偏向軌道
の２階微分に依存する偏向コマ收差およびハイブリッド
非点收差を大幅に小さくすることができる。さらに、化
学機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing）が施
されたウエハのように、電子ビームＥＢが感応基板に入
射する際の垂直入射性の許容範囲が大きい場合には、垂
直入射性に起因する收差が小さくなるので收差全体を小
さくする上でマスク−感応基板間の偏向軌道を直線とす
ることは効果的である。

【００１６】一方、ハイブリッド像面湾曲收差に関して
は、電子ビームＥＢの入射角度が所定の角度となったと
きに最小となり、特に、電子ビームＥＢを大きく偏向し
て露光を行う場合には、收差全体に対してハイブリッド
像面湾曲收差が支配的となる。そのため、收差を小さく
する上で入射角度を所定の角度に保つことが重要とな
る。

【００１７】本発明では、式（３）で表されるような偏
向磁場を与える直線偏向器１１〜１６を導入することに
より、偏向器２１および偏向器２２間の偏向軌道すなわ
ちマスクから感応基板まで偏向軌道の大部分をほぼ直線
とするとともに、偏向器２１および偏向器２２を用いる
ことによって感応基板に対する電子ビームＥＢの入射角
を所定の角度に近づけるようにしている。すなわち、偏
向軌道を直線にするとともに、偏向コマ收差およびハイ
ブリッド非点收差があまり大きくならない範囲で感応基
板上の電子ビームＥＢの入射角を変化させてハイブリッ
ド像面湾曲收差を小さくし、收差全体が最小となるよう
にしている。その結果、收差を小さく抑えることがで
き、特に大偏向を伴う場合に効果的である。

【００１８】以上説明した発明の実施の形態と特許請求
の範囲の要素との対応において、偏向器２１は第１偏向
装置を、偏向器２２は第２偏向装置を、偏向器１１〜１
６は第３偏向装置をそれぞれ構成する。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１偏向装置から第２偏向装置までの偏向軌道をほぼ直
線として偏向收差、特に、偏向コマ收差およびハイブリ
ッド非点收差を小さくするとともに、第２偏向器を用い
て物面に入射する荷電粒子線の入射角が最適値になるよ
うにしてハイブリッド像面湾曲收差を小さくしているた
め、光軸から離れた位置物点を結像した場合であって
も、收差全体を小さく抑えることができる。請求項２の
発明では第１偏向器を物点近くに設け、請求項３の発明
では第２偏向装置を像点近くに設けるようにしているた
め、マスクから感応基板までの偏向軌道おいてほぼ直線
となる部分の割合が増加して收差がより小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子光学系の一実施の形態を示す
図であり、電子線露光装置の概略構成を示す模式図。

【図２】従来の電子光学系を説明する図であって、電子
線露光装置の概略構成を示す模式図。

【符号の説明】

１ マスク １ａ 副視野 ３ 第１投影レンズ ４ 第２投影レンズ ５ 感応基板 ６ アパーチャプレート ６ａ 開口 １１〜１６ 直線偏向器 ２１，２２ 偏向器 ＥＢ 電子ビーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子線装置に用いられる電子光学系
   において物点からの荷電粒子線の軌道を、物点および像
   点間に形成されるクロスオーバ像点の近傍に設けられた
   アパーチャ方向に偏向する第１偏向装置と、 像点面への荷電粒子線の軌道の入射角が所定角度となる
   ように、前記クロスオーバ像点より像点側で荷電粒子線
   の軌道を偏向する第２偏向装置と、 前記第１偏向装置から前記第２偏向装置までの荷電粒子
   線の偏向軌道がほぼ一直線となるような偏向場を形成す
   る第３偏向装置とを備えることを特徴とする電子光学
   系。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子光学系において、 前記第１偏向装置の偏向主面が、電子光学系を構成する
   レンズ内で最も物点に近いレンズの主面と物点との中点
   より物点側となるように前記第１偏向装置を設けたこと
   を特徴とする電子光学系。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の電子光学系に
   おいて、 前記第２偏向装置の偏向主面が、電子光学系を構成する
   レンズ内で最も像点に近いレンズの主面と像点との中点
   より像点側となるように前記第２偏向装置を設けたこと
   を特徴とする電子光学系。