JPH1131470A - 電子光学系 - Google Patents

電子光学系

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JPH1131470A
JPH1131470A JP9196408A JP19640897A JPH1131470A JP H1131470 A JPH1131470 A JP H1131470A JP 9196408 A JP9196408 A JP 9196408A JP 19640897 A JP19640897 A JP 19640897A JP H1131470 A JPH1131470 A JP H1131470A
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electron
lens
axis
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Mamoru Nakasuji
護 中筋
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Nikon Corp
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    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/153Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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    • H01J37/317Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3174Particle-beam lithography, e.g. electron beam lithography
    • H01J37/3175Projection methods, i.e. transfer substantially complete pattern to substrate

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間の計算で光学系の条件を最適化した電
子光学系を提供する。 【解決手段】 電子線投影光学系の二段のレンズ2、3
に、軸外での収差を低減する複数の偏向器6、7、8、
9、10、11を設ける。そして、電子線偏向により副
視野選択を行う主視野寸法を10mm以下とし、副視野の
被転写試料4面上における寸法を500〜750μm
角、マスク1−試料4間距離を600mm以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線を用いてマ
スクのパターンを試料(ウェハ等)に転写する転写装置
の電子光学系に関する。特には、4GDRAM以降の、
線幅0.1μm 以下の高密度・微細パターンをも高スル
ープットで形成できる転写装置の電子光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】電子線露光は高精度ではあるがスループ
ットが低いのが欠点とされており、その欠点を解消すべ
く様々な技術開発がなされてきた。現在では、セルプロ
ジェクション、キャラクタープロジェクションあるいは
ブロック露光と呼ばれる図形一括露光方式が実用化され
ている。図形一括露光方式では、繰り返し性のある回路
小パターン(ウェハ上で5μm 角程度)を、同様の小パ
ターンが複数種類形成されたマスクを用いて、1個の小
パターンを一単位として繰り返し転写露光を行う。しか
し、この図形一括露光方式でも、本格的な半導体集積回
路装置(DRAM等)の実生産におけるウェハ露光に応
用するにはスループットが1桁程度低い。
【0003】一方、図形一括露光方式よりも飛躍的に高
スループットをねらう電子線転写露光方式として、一個
の半導体チップ全体の回路パターンを備えたマスクに電
子線を照射し、その照射範囲のパターンの像を二段の投
影レンズにより縮小転写する電子線縮小転写装置が提案
されている(例えば特開平5−160012号参照)。
この種の装置では、マスクの全範囲に一括して電子線を
照射して一度にパターンを転写しようとすると、精度良
くパターンを転写することができないので、光学系の視
野を多数の小領域(主視野さらに副視野)に分割し、副
視野毎に電子光学系の条件を変えながらパターンを順次
転写し、ウェハ上では各副視野の像をつなげて配列する
ことにより全回路パターンを転写する(分割転写方式、
例えば米国特許第5260151号参照)。さらに、分
割転写方式の電子線露光装置において、MOLやVAL
等の軸移動型の電磁レンズを用いることにより軸外収差
を小さくできることも公知である(MOL(Moving Obj
ective Lens, H. Ohiwa ら、Electron Commun. Jpn, 54
-B,44(1971))、VAL(Variable Axis Lens, H. C. P
feifferら、Appl. Phys. Lett. Vol. 39, No.9.1 Nov.
1981))。さらに、投影光学系中に複数の偏向器を設け
て3次の幾何光学収差を除去する技術も公知である(T.
Hosokawa, Optik, 56, No.1 (1980) 21-30 )。しか
し、このような本格的な電子線縮小転写装置は現在開発
途上にある。
【0004】従来のこの種の電子光学系の設計方法は、
マスク−試料間距離、主視野寸法、副視野寸法を種々の
値に仮定し、それらの値のそれぞれについて、主視野全
体にわたる収差と空間電荷効果をシミュレーションで計
算し、仕様を満たすか否かを判定する方法がとられてい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、多くの条件のレンズや、マスク−試料間距
離に対して、偏向器による軸外収差を取り除く(あるい
は低減する)計算を行う必要があり、非常に多くの設計
時間を必要としていた。しかし、実際にはあまり多くの
設計条件で計算が行えないため、最適条件から相当はず
れた条件で装置が製作されていた。
【0006】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、短時間の計算で光学系の条件を最適化でき
る電子光学系を提供することを目的とする。また、光学
系の諸条件が最適化された電子光学系を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第1態様の電子光学系は、 転写領域を複
数の視野に分割し、各視野で電子光学系の条件を変化さ
せて転写を行う装置用の電子光学系において; 光軸上
の一つの視野における幾何光学収差、色収差及び空間電
荷効果の関係に基づいてマスク−試料間距離あるいは視
野寸法を最適化するとともに、光学系内のレンズに、軸
外での収差を低減あるいは消去する複数の偏向器を付設
したことを特徴とする。
【0008】本発明の第2態様の電子光学系は、 転写
領域を複数の視野に分割し、各視野で電子光学系の条件
を変化させて転写を行う装置用の電子光学系において;
上記各視野の被転写試料面上における寸法を500〜
750μm 角、マスク−試料間距離を600mm以下とす
るとともに、 光学系内のレンズに、軸外での収差を低
減あるいは消去する複数の偏向器を付設したことを特徴
とする。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明においては、 転写領域を
複数の主視野に分割し、各主視野をさらに複数の副視野
に分割し、各視野で電子光学系の条件を変化させて転写
を行う装置用の電子光学系において; 電子線偏向によ
り副視野選択を行う主視野寸法を10mm以下とし、 上
記副視野の被転写試料面上における寸法を500〜75
0μm角、マスク−試料間距離を600mm以下とすると
ともに、 光学系内のレンズに、軸外での収差を低減あ
るいは消去する複数の偏向器を付設している。ここで主
視野寸法を10mm以下としたのは、偏向角が増大して電
子光学系の5次の収差が問題となるのを避けるためであ
る。
【0010】本発明の1態様に係る電子光学系において
は、上記幾何光学収差は球面、像面湾曲、非点、コマ
r、コマLを含み、色収差は軸上色及び倍率回転色を含
み、空間電荷効果は、電子−電子衝突モデルシミュレー
ションによるビームボケである。
【0011】本発明の電子光学系においては、上記軸外
収差を低減あるいは消去する偏向器を、MOL、VA
L、MTP(Moving Trajectory Projection)あるいは
複数偏向器による収差除去方法に係る偏向器としてよ
い。MTPとは、本発明者が特願平9−124723号
において提案したSMDとVALの特性を兼ね備えた投
影光学系である。
【0012】以下、図面を参照しつつ説明する。図1
は、本発明の1実施例に係る電子光学系(投影光学系)
の模式的側面図である。図の最上部に示されているマス
ク1は、上部から、図示せぬ照明光学系により電子線照
明を受けている。マスク1の下には、順に、レンズ2、
レンズ3、試料4が、光軸(中央の一点鎖線)に沿って
配置されている。
【0013】レンズ2は、断面内向きコの字状の回転対
称形の磁極2bの内周に、コイル2cを巻回したもので
ある。上部の磁極2a及び下部の磁極2dは、光軸寄り
に突出しており、両者の間に光軸方向の磁力線が形成さ
れている。レンズ2内には、上の磁極2a部で立ち上が
り、その後一定で下の磁極2dで立ち下がる磁場が形成
される。
【0014】レンズ2の上の磁極2aの内側には、軸移
動用の偏向器6が配置されている。また、その下方のレ
ンズ2の内側には、軸移動用の偏向器7及び8が配置さ
れている。偏向器7は、ちょうどレンズ2の上下方向中
央部に位置する。偏向器8はレンズ2の下の磁極2dの
直上に位置する。なお、偏向器6、7と同じ位置には、
電子線偏向用の偏向器6′、7′も直交して重なるよう
に設置されている。軸移動用偏向器6、7及び8は、レ
ンズ2の形成する磁場Bに対して、dB(z)/dzに
対応する磁場Y(z)を形成する。
【0015】クロスオーバ5は、マスクと試料間を縮小
率で内分する点であり、照明系の電子銃のクロスオーバ
の像が形成される点でもあって、レンズ3の上側磁極の
直上に形成されている。
【0016】レンズ3は、レンズ2を相似形で小形化し
倒立させた形をしている。レンズ3の極性はレンズ2の
逆である。レンズ3の内側には、レンズ2の場合と同様
に軸移動用偏向器9、10及び11が配置されている。
なお、偏向器10、11と同じ位置には、電子線偏向用
の偏向器10′、11′も直交して重なるように設置さ
れている。レンズ3のすぐ下には試料(ウエハ)4が置
かれている。
【0017】図1の電子光学系におけるレンズ軸移動を
作動させた場合の電子線の作用について説明する。ま
ず、MTP軌道について説明する。上面からの電子線に
よって照明されているマスク1を通過した電子線は、2
段の投影レンズ2、3で縮小されて試料4上に投影結像
される。図中には、マスク2上の光軸から離れた距離に
ある副視野の代表点からマスク面に垂直に射出した主光
線18が示されている。同主光線18は、第1の偏向器
6′によって光軸方向に偏向され、第2の偏向器7′の
偏向中心において光軸と交わる。主光線18は、第2の
偏向器7′によって偏向されて、光軸に沿って下方に進
む。ここで主光線の軌道19とレンズ2の軸が一致する
よう、偏向器6、7、8に電流を流し、上述のレンズ軸
を移動させる磁場Y(r,z)を与える。
【0018】偏向器7′で光軸に一致させられた主光線
軌道18は、クロスオーバ5を通過し、偏向器7′と相
似位置にある第3の偏向器10′で光軸からはずれる方
向に偏向され、第4の偏向器11′の中心で、試料4へ
の転写位置から光軸と平行に立ち上がる垂線と交わる。
さらに偏向器6′と相似位置にある第4の偏向器11′
で光軸に平行に偏向され、試料4に垂直に入射する。第
2の投影レンズ3においても、第1の投影レンズ2と同
様に、レンズの電子光学軸は主光線18の軌道に一致す
るよう偏向器9、10、11で調整されている。
【0019】次に、特に高精度が要求される層や、パタ
ーンの充填率の小さいコンタクトホール層等を転写する
場合の電子線軌道19について説明する。このような場
合には、軸移動用偏向器7、8、9、10は、動作させ
ないようにする。そして、主視野又は副視野を大きくし
て、転写を行う。すなわち、マスク1から射出した主光
線19は、軸移動用偏向器6、11と電子線偏向用偏向
器6′、11′のみを動作させ、破線19で示した軌道
を取る。
【0020】次に、電子光学系の収差と空間電荷効果を
勘案して光学系の諸条件を最適化する方法について説明
する。マスク−試料間距離を仮定し、レンズを仮定した
時、軸上にある副視野に対する3次の収差係数を求める
計算プログラムは市販されている(例えばMunro's Elec
tron Beam Software Ltd. 社製OPTICS)。このプ
ログラムを用いれば、容易に必要な精度で3次の収差係
数を計算でき、この収差係数を用いて、副視野寸法、エ
ネルギー幅/加速電圧比を仮定すれば、幾何光学収差と
色収差の開口半角依存性は容易に計算できる。
【0021】図2は、マスク−試料間距離600mmで試
料上における副視野寸法を(A)250μm 角、(B)
500μm 角、(C)750μm 角、(D)1000μ
m 角とした時のビームボケの開口半角α依存性を示すグ
ラフである。横軸は開口半角(mrad)、縦軸は転写像の
ボケ(nm)である。図中で、31は球面収差でガウス面
ではなく最小さく乱円での値を使った。32はコマL、
33はコマr、34は像面湾曲、35はフィールド非
点、36は軸上色収差である。これらのボケを2乗した
和の平方根を取った値Tが線37で示される。ここで、
ビームボケの仕様値を100nmとした時の電子−電子相
互作用に配分できるボケ量Bを次式から求めた。 B2 =1002 −T2 Bのα依存性を図2中に38の曲線で示した。
【0022】一方、電子−電子相互作用(空間電荷効
果)によるボケをモンテカルロ法によって計算するプロ
グラムも市販されている(例えば上記MEBS社製BO
ERSCH)。このプログラムによるボケの計算結果を
図2の線39で示す。この計算は、ビーム電流30μA
、マスク−試料間距離600mmで4種類の副視野寸法
((A)250〜(D)1000μm )について行っ
た。空間電荷効果に配分できるボケ量Bを表す曲線38
が、図中においてモンテカルロ法で計算した計算値39
より大きくなる部分の条件では、30μA のビーム電流
が100nmのボケ以下で転写可能であることを示してい
る。
【0023】図2において、副視野寸法(B)500μ
m 角及び(C)750μm 角では、特定のαの値で39
の曲線より38の曲線が上になっている(太線部)た
め、100nmのボケの範囲内でビーム電流を30μA 取
れることを示している。しかし、副視野寸法(A)25
0μm 角と(D)1000μm 角では、常に曲線38が
曲線39より下にあり、この条件は満たせないことがわ
かる。なお、図中の曲線9の下の曲線39′は、ビーム
電流20μA としたときの空間電荷効果によるボケを示
す。この場合、ビーム電流が下がった分空間電荷効果が
小さくなってボケが小さくなっている。この線39′が
線38よりも上にある部分は、ビーム電流を20μA ま
で下げれば、ボケ100nm以下の転写像が得られる範囲
である。
【0024】次に、マスク−試料間距離の最適化につい
て説明する。図3は、副視野寸法を750μm 角とし、
マスク−試料間距離Lを最適化した際の検討結果を示
す。横軸は開口半角(mrad)、縦軸は転写像のボケであ
る。各線の基本的意味合いは図2の場合と同じである。
図3において、ビームボケの仕様値を50nmとし、ビー
ム電流10μA の電子−電子相互作用を計算した結果を
線40で示した。電子−電子相互作用に配分できるボケ
量38が電子−電子相互作用より大きくなるのは、L=
400mmの場合のみである(太線部)。Lが大きくなる
にしたがって配分できるボケ量よりも発生するボケ量の
方がより大きくなるので、ボケを抑制するため、許され
るビーム電流の値を小さくしなければならない。
【0025】しかしながら、L=400mmでは50nmの
ボケでビーム電流10μA が得られるが、主視野を試料
上で10mm×1mmとすると、偏向角が増大して、電子光
学系の5次の収差が問題となることがわかった。5次の
収差を消すには非常に多くの偏向器を必要とするので実
用的ではない。この後シミュレーションを再度行った結
果、5次収差が問題とならないLの値は450mmより大
きい値となった。L=600mmでは9μA のビーム電流
が得られるので最適のLの範囲は450〜600mmとし
た。
【0026】図1の光学配置の実施例でLの値を500
mmとして、偏向器を6個設け、市販の収差を低減させる
プログラムを用いて計算を行った。その結果、主視野1
0mm×1mm、ビームボケ50nmで10μA のビーム電流
が得られた。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、短時間の計算で光学系の条件を最適化できる
電子光学系を提供でき、諸条件の最適化された電子光学
系を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例に係る電子光学系の投影光学
系の模式的側面図である。
【図2】マスク−試料間距離を600mmとし、試料上に
おける副視野寸法を(A)250μm 角、(B)500
μm 角、(C)750μm 角、(D)1000μm 角と
した時のビームボケの開口半角α依存性を示すグラフで
ある。
【図3】副視野寸法を750μm 角とし、マスク−試料
間距離Lを最適化した際の検討結果を示す。
【符号の説明】
1 マスク 2 第1の投影レ
ンズ 3 第2の投影レンズ 4 試料 5 クロスオーバ 6、6′ 偏向器 7、7′ 偏向器 8 偏向器 9 偏向器 10、10′ 偏向
器 11、11′ 偏向器 31 球面収差 32 Coma lengt
h 収差 33 Coma radius 収差 34 像面湾曲収
差 35 フィールド非点収差 36 軸上色収差 37 ボケ合計 38 ボケの仕様値が決まった時の電子−電子相互作用
のボケに許される値 39 モンテカルロ法から計算した電子−電子相互作用
のボケ 40 同上でビーム電流が10μA での値

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転写領域を複数の視野に分割し、各視野
    で電子光学系の条件を変化させて転写を行う装置の電子
    光学系において;光軸上の一つの視野における幾何光学
    収差、色収差及び空間電荷効果の関係に基づいてマスク
    −試料間距離あるいは視野寸法を最適化するとともに、 光学系内のレンズに、軸外での収差を低減あるいは消去
    する複数の偏向器を付設したことを特徴とする電子光学
    系。
  2. 【請求項2】 転写領域を複数の視野に分割し、各視野
    で電子光学系の条件を変化させて転写を行う装置用の電
    子光学系において;上記各視野の被転写試料面上におけ
    る寸法を500〜750μm 角、マスク−試料間距離を
    600mm以下とするとともに、 光学系内のレンズに、軸外での収差を低減あるいは消去
    する複数の偏向器を付設したことを特徴とする電子光学
    系。
  3. 【請求項3】 転写領域を複数の主視野に分割し、各主
    視野をさらに複数の副視野に分割し、各視野で電子光学
    系の条件を変化させて転写を行う装置用の電子光学系に
    おいて;電子線偏向により副視野選択を行う主視野寸法
    を10mm以下とし、 上記副視野の被転写試料面上における寸法を500〜7
    50μm 角、マスク−試料間距離を600mm以下とする
    とともに、 光学系内のレンズに、軸外での収差を低減あるいは消去
    する複数の偏向器を付設したことを特徴とする電子光学
    系。
  4. 【請求項4】 上記幾何光学収差は球面、像面湾曲、非
    点、コマr、コマLであり、 色収差は軸上色及び倍率回転色であり、 空間電荷効果は、電子−電子衝突モデルシミュレーショ
    ンによるビームボケであることを特徴とする請求項1、
    2又は3記載の電子光学系。
  5. 【請求項5】 上記軸外収差を低減あるいは消去する偏
    向器が、MOL、VAL、MTP(Moving Trajectory
    Projection)、あるいは複数偏向器による収差除去方法
    に係る偏向器であることを特徴とする上記請求項1、2
    又は3記載の電子光学系。
JP9196408A 1997-07-08 1997-07-08 電子光学系 Pending JPH1131470A (ja)

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JP9196408A JPH1131470A (ja) 1997-07-08 1997-07-08 電子光学系
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