JPH11345759A - 静電型荷電粒子露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低加速露光系においてもクーロン効果の影響
が小さく、大電流を流すことができてスループットを向
上させることができる静電型荷電粒子露光装置を提供す
る。 【解決手段】 アパーチャからレチクル２までの距離は
アパーチャからウェハ３までの距離の４倍であり、第１
の投影レンズ５は第２の投影レンズ７の４倍の大きさを
持っていて、お互いは相似な関係にある。そして、第１
の投影レンズ５のある点と第２の投影レンズ６の対応す
る点（相似対応点）を結ぶ線はアパーチャの中心を通
り、前者とアパーチャとの距離は後者とアパーチャとの
距離の４倍とされている。そして、第１の投影レンズ５
のある電極と、それに対応する第２のコイル７の電極
は、同じ電位とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レチクル等の被転
写面に形成されたパターンの像を１／Ｍにしてウェハ等
の転写面に転写する静電型荷電粒子露光装置に関するも
のである。

【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。現在の露光装置は、光によるものが主流
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、その短波長化には限
界がある。そこでＸ線を使用する露光装置も考えられて
はいるが、レチクルの製作が容易ではないなどといった
点から、現時点で実用化はなされていない。

【０００３】このような背景から、電子ビームやイオン
ビームなどの荷電粒子による転写、露光が注目されてい
る。電子線露光における光学系については、MOL(Moving
Objective Lens) (E. Goto, et al. Optik 48, 255 (1
977)) , VAL(Variable AxisLens) (H.C.Pfeiffer and
G.O.Langner, J. Vac. Sci. Technol. 19, 1058 (198
1)), VAIL (Variable Axis Immersion Lens) (M. A. St
urans, et al, J. Vac.Sci. Technol. B8, 1682 (168
2))などに代表される様々な提案がなされている。

【０００４】また、多段偏向理論に基づく解も理論的に
は可能であることが報告されている（T. Hosokawa, Opt
ik 56, 21 (1980).)。このように、収差を少なくする手
段はいくつか提案され、計算上実現されている。

【０００５】ここに示したような光学系は、いずれも高
加速（70keV程度以上）の電子光学系である。低加速電
子光学系（数keV）での露光装置も考えられているが、
クーロン相互作用によるボケが大きく、今のところ、実
現されいない。

【０００６】イオンビーム露光装置に関しては、超高加
速下（300kV程度）でクーロンボケ、収差共に小さい露
光装置（A. Chalupka et al., J. Vac. Sci. Technol.
B12,3513 (1994).）が提案されている。また、光学系
は、高加速電子に関しては電磁系が、低加速電子、およ
びイオンに関しては静電系が用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
それぞれの露光方式には、それぞれ問題点が伴う。高加
速電子光学系は、近接効果の影響が比較的大きいという
欠点を有する。また、低加速露光系では、クーロン効果
（主に空間電荷効果：荷電粒子の空間分布によって生じ
る電場が原因となるボケや歪み）を大きくうけるため、
必然的に電流値を小さくしなければならず、それによっ
てスループットが低減するという問題点が生じる。イオ
ン露光装置では、高スループットを実現するためには、
大面積のレチクルが必要となる。しかし、実際の荷電粒
子露光で用いられるステンシル状のレチクルを大面積に
した場合には、レチクルの歪みが生じるため、それほど
大きなレチクルを使用することはできず、その結果、そ
れほど大きなスループットを得ることはできないという
問題点を有する。

【０００８】また、通常静電系（低加速電子、イオン）
の露光装置においては、前記クーロン効果の影響を避け
るため、軸上近傍のみの露光を行っている。すなわち、
広い面積を一度に露光しようとすると、幾何収差が大き
くなるので、その分許容されるクーロン効果によるボケ
や歪の量が小さくなり、これに対応するために電流密度
を下げなければならず、スループットの低下が避けられ
ない。そこで、１回に露光する面積を小さくし、光軸近
くに限定することにより、幾何収差を小さくし、その
分、クーロン効果によるボケや歪に対する許容度を増
し、それによって電流密度を高くしている。

【０００９】しかしながら、このような方法では、同じ
面積の露光を行うために多数回の露光を行わなければな
らない。すなわち、レチクルとウェハを静止させて露光
し、１回の露光が完了した時点で、レチクルとウェハを
移動させてから静止させ、次の部分の露光を行うという
動作を繰りかえさざるを得ず、スループットの大幅な増
加は期待できないという問題点を有している。

【００１０】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、低加速露光系においても電流密度を大
きくすることができ、スループットを向上させることが
できる静電型荷電粒子露光装置を提供することを課題と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、被転写面のパターンを転写面に転写す
る静電型荷電粒子露光装置であって、大きな露光領域
（メインフィールド）をいくつかの小さな露光領域（サ
ブフィールド）に分割し、少なくとも１方向（１列）に
配列されたサブフィールドに対しては、荷電粒子線を偏
向させることにより、サブフィールド毎に露光を行うこ
とを特徴とする静電型荷電粒子露光装置（請求項１）で
ある。

【００１２】前述したように、静電型荷電粒子露光装置
においては、幾何収差を小さくするために、１度に露光
できる面積を狭くせざるを得ず、スループットの向上を
期待できなかった。これに対して、本手段においては、
少なくともサブフィールドの１方向（１列）について
は、レチクル（被転写面）とウェハ（転写面）を移動さ
せるのでなく、荷電粒子線を偏向させることにより、光
軸から遠い部分にある部分の露光を行うことによりこの
問題を解決している。

【００１３】偏向により荷電粒子線が照射するサブフィ
ールドを変更する時間は、荷電粒子線の照射位置を固定
し、レチクルを移動して荷電粒子線が照射するサブフィ
ールドを変更する時間に比してはるかに短いので、本手
段により、スループットを大幅に増加することができ
る。なお、荷電粒子線の偏向方向は、少なくとも配列さ
れたサブフィールドの１方向（１列）とする。縦横両方
向について偏向により荷電粒子線を偏向させてもよい
が、たとえば横方向のみ偏向により荷電粒子線が照射す
るサブフィールドの位置を変更し、縦方向の位置の変更
は、レチクルを移動させることによって行ってもよい。

【００１４】偏向によって、光軸から離れた場所の露光
を行うことにより新たに出現する収差もあるが、この収
差は、偏向器を最適化し、かつダイナミックな補正をか
けることで問題ない程度まで低減することができる。

【００１５】以上説明した本手段の特徴をまとめると以
下のようになる。すなわち、一度に露光できる面積を小
さなサブフィールド領域に対応するものとすることによ
りレンズ系の幾何収差を小さくし、その分クーロン効果
に対する許容度を大きくすることにより電流密度を上げ
て、１回の露光に要する時間を短くする。そして、多数
回の露光が必要になるという不利な点を、荷電粒子線を
偏向させて露光すべきサブフィールドを変更するという
手段で補い、全体としてスループットの優れた静電型荷
電粒子露光装置を得ることができる。

【００１６】加えて、本手段によれば、一括露光面積が
小さくなるので、レチクルの作製が容易になり、かつ、
ステンシルレチクルの歪みの影響が無視できうるほど小
さくなる。

【００１７】前記課題を解決するための第２の手段は、
被転写面のパターンを１／Ｍにして転写面に転写する静
電型荷電粒子露光装置であって、転写露光光学系に２段
アインツェルレンズを用い、被転写面と転写面間をＭ：
１に内分する点にアパーチャを設け、前記２段アインツ
ェルレンズの形状と配置を、前記アパーチャを対称中心
とするＭ：１（被転写面側がＭ）の対称にしたことを特
徴とする静電型荷電粒子露光装置（請求項２）である。

【００１８】すなわち、２段の各アインツェルレンズの
形状は相似であり、転写面側のレンズの大きさは被転写
面側のレンズの大きさのＭ倍である。また、アパーチャ
から転写側のレンズの各点までの距離は、その各点に対
応する被転写側のレンズの各点（相似対応点）までのア
パーチャからの距離のＭ倍となっており、これら相似対
応点を結ぶ線はアパーチャの中心を通る。また、対応す
るレンズの電極の電位は互いに等しくなっている。

【００１９】このような構成とすることにより、レンズ
のもたらす３次収差のうち、歪と回転倍率色収差を同時
に除去することができ、全体として幾何収差の少ないレ
ンズ系が得られる。よって、本手段は、前記第１の手段
として用いるのに適当な手段である。

【００２０】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第２の手段であって、前記転写露光光学系に６個の
静電偏向器を設け、前記６つの静電偏向器のうち３個を
前記アパーチャの被転写面側、他の３個を前記アパーチ
ャの転写面側に配置したことを特徴とするもの（請求項
３）である。

【００２１】レンズ場自体がアパーチャを中心として対
称であるため、偏向場もなるべく対称であったほうが収
差が小さくなる。従って、アパーチャを挟んで転写面側
と被転写面側に同数の偏向器が必要となり、偏向器の数
は偶数となる。偏向器が４個の場合には偏向による収差
をとりきれず、偏向器を８個用いた場合には、６個を用
いた場合に比べほとんど収差の面で性能が向上しない。
したがって、コストと性能の両面を考えると、偏向器６
個が最適であるといえる。

【００２２】上記６つの偏向器のうち３個をアパーチャ
を挟んで被転写面側、あとの３つをアパーチャを挟んで
転写面側に配置することにより、偏向による収差を効率
よく低減できる。片側に１個、他側に５個、又は片側に
２個、他側に４個等の組み合わせでは、収差が大きくな
るため、露光装置の光学系としては適切ではない。

【００２３】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第３の手段であって、前記アパーチャの被転写面側
に配置された３つの偏向器と前記アパーチャの転写面側
に配置された３つの偏向器について、前記アパーチャに
近い側からそれぞれペアを作り、そのペアを形成する偏
向器の形状をＭ：１（被転写面側がＭ）の相似形とした
ことを特徴とするもの（請求項４）である。

【００２４】これにより偏向場の形状がアパーチャを中
心として対称に近くなるので、収差の小さい静電型荷電
粒子露光装置とすることができる。

【００２５】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第３の手段又は第４の手段であって、前記アパーチ
ャの被転写面側に配置された３つの偏向器と前記アパー
チャの転写面側に配置された３つの偏向器について、前
記アパーチャに近い側からそれぞれペアを作り、そのペ
アを形成する偏向器を、前記アパーチャを中心として
Ｍ：１（被転写面側がＭ）の対称な位置に配置したこと
を特徴とするもの（請求項５）である。

【００２６】これによっても、偏向場の形状がアパーチ
ャを中心として対称に近くなるので、収差の小さい静電
型荷電粒子露光装置とすることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下本発明による実施の形態につ
いて図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態
の一例に係る転写露光光学系を表す概略図である。図１
において、１は光軸、２はレチクル、３はウェハ、４は
アパーチャ体、５は第１の投影レンズ、６は第１の投影
レンズの電極、７は第２の投影レンズ、８は第２の投影
レンズの電極、Ａ１〜Ａ３は第１の投影レンズの電極６
のうち偏向器としても使用されるもの、Ｂ１〜Ｂ３は第
２の投影レンズの電極８のうち偏向器としても使用され
るものを示す。

【００２８】図１は光軸を通る断面図である。第１の投
影レンズ５、第２の投影レンズ７は円筒型であり、それ
ぞれの投影レンズには、各々５個のドーナツ状の電極
６、８が設けられている。アパーチャ体４の中心には開
き角を制限するためのアパーチャが設けられており、図
１に示される転写露光光学系は、このアパーチャを中心
として４：１の点対称となるような幾何学的構成を有し
ている。

【００２９】すなわち、アパーチャからレチクル２まで
の距離はアパーチャからウェハ３までの距離の４倍であ
り、第１の投影レンズ５は第２の投影レンズ７の４倍の
大きさを持っていて、お互いは相似な関係にある。そし
て、第１の投影レンズ５のある点と第２の投影レンズ６
の対応する点（相似対応点）を結ぶ線はアパーチャの中
心を通り、前者とアパーチャとの距離は後者とアパーチ
ャとの距離の４倍とされている。そして、第１の投影レ
ンズ５のある電極と、それに対応する第２のコイル７の
電極（図１において第１の投影レンズ５の上からｎ番目
の電極が、第２の投影レンズ７の下からｎ番目の電極に
対応する）は、同じ電位とされている。

【００３０】このような電極構成を有する転写露光光学
系において、レチクル２上のパターンは1/4に縮小され
てウェハ３上に転写される。

【００３１】図１に示すようなレンズ系によって形成さ
れるレンズ場（軸上静電ポテンシャル）の例を図２に示
す。図２は、レチクル２とウェハ３間の距離を2000mmと
したもので、横軸では、レチクル位置を０、ウェハ位置
を2000とし、縦軸に軸上静電ポテンシャル（Ｖ）を示し
ている。２つのポテンシャルのピークのうち、左側にあ
るものが第１の投影レンズ５、右側にあるものが第２の
投影レンズ７によるレンズ場である。両者の最大強さは
同じであり、前者の幅は後者の４倍となっている。

【００３２】図３に、レチクル２とウェハ３間の距離を
2000mmとした場合の、第２の投影レンズの構成の詳細例
を示す。図２は光軸を通る断面を示す図であり、その右
半分のみを示したものである。この投影レンズには５つ
の電極があり、第１の電極と第５の電極の幅が60mm、そ
の他の電極の幅が40mmであって、各電極の間隔は40mmと
されている。各電極はドーナツ状であり、その内半径12
0mm、外半径は280mmとされている。第２の電極、第３の
電極、第４の電極は偏向器として、レンズ用電極と兼用
できるようになっている。電極１〜電極５に適当な電圧
を与え、例えば図２に示したようなレンズ場を作り出す
ことができる。なお、第１の投影レンズは、これを４倍
にした形状を有している。

【００３３】図４に各電極の平断面図の概略図の例を示
す。図に示されるように、電極は８つの電極片に分割さ
れており、各電極片には別々に電圧がかけられている。
この電圧を調整することにより、所定のレンズ場及び偏
向用電場を作り出すことができる。

【００３４】図４に示されている電圧をかけた場合に
は、ｘ軸方向への偏向が発生する。実際には、ｘ軸方向
への偏向器と共に、ｙ軸方向への偏向器も必要である
が、これは、同じ偏向器に図４を９０°回転させた電圧
を加えることにより実現できるのでｙ軸方向偏向用の偏
向器を別に必要としない。又、重ねあわせの原理が成り
立つので、ｘ軸方向、ｙ軸方向への偏向を同時に行いた
いときは、ｘ軸方向への偏向に必要な電圧と、ｙ軸方向
への偏向に必要な電圧とを加えたものを、８つの電極片
に加えればよい。

【００３５】図５に、レチクルのメインフィールドを８
mm×４mmの長方形とし、サブフィールドを１mm□の正方
形としたときのメインフィールドの一部を示す。本発明
の実施の形態の一例においては、ｘ軸方向、ｙ軸方向に
それぞれ偏向をかけ、メインフィールド中の３２個のサ
ブフィールドを順次露光転写する。このとき、図に示す
ように、最大主偏向位置は（3.5mm, 1.5mm)となる。こ
のような条件において、荷電粒子としてＨ⁺イオン（プ
ロトン）を用い、開き角を0.227 mrad、beam energy sp
readを5.0 eVとしたときの収差を求めた。なおこのと
き、偏向器の角度と1mm偏向する際の偏向器の電位を表
１に示す。表１における偏向器Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３
は、図１において対応する符号によって示される偏向器
に対応する。偏向器Ａ１は偏向器Ｂ１と対称、偏向器Ａ
２は偏向器Ｂ２と、偏向器Ａ３は偏向器Ｂ３と対称であ
る。

【００３６】このような条件で完全に、ダイナミック補
正できたとすると、ボケは３次収差と５次収差をあわせ
て49.35nm、サブフィールド歪みは1nm以下となり、実用
上問題とならない範囲に収まる。

【００３７】なお本発明は、水素イオンに限らず、全て
の荷電粒子に適応できる。また以上の実施の形態では、
アインツェルレンズは、中央の電極の電位を高くしたも
のを用いたが、これに限らず、両端の電位を高くしたも
のを用いてもよい。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係るものにおいては、被転写面のパターンを転写
面に転写する静電型荷電粒子露光装置であって、大きな
露光領域（メインフィールド）をいくつかの小さな露光
領域（サブフィールド）に分割し、少なくとも１方向
（１列）に配列されたサブフィールドに対しては、荷電
粒子線を偏向させることにより、サブフィールド毎に露
光を行っているので、全体としてスループットを向上さ
せることができる。また、レチクルの作製が容易になる
と共に、ステンシルレチクルの歪みの影響が無視できう
るほど小さくなる。

【００４０】請求項２に係る発明においては、被転写面
のパターンを１／Ｍにして転写面に転写する静電型荷電
粒子露光装置において、転写露光光学系に２段アインツ
ェルレンズを用い、被転写面と転写面間をＭ：１に内分
する点にアパーチャを設け、前記２段アインツェルレン
ズの形状と配置を、前記アパーチャを中心としてＭ：１
の対称にしているので、レンズのもたらす３次収差のう
ち、歪と回転倍率色収差を同時に除去することができ、
その結果、幾何収差の少ない転写露光系を得ることがで
きる。

【００４１】請求項３に係る発明においては、転写露光
光学系に６個の静電偏向器を設け、前記６つの静電偏向
器のうち３個を前記アパーチャの被転写面側、他の３個
を前記アパーチャの転写面側に配置しているので、偏向
による収差を効率よく低減できる。

【００４２】請求項４に係る発明においては、アパーチ
ャの被転写面側に配置された３つの偏向器と前記アパー
チャの転写面側に配置された３つの偏向器について、前
記アパーチャに近い側からそれぞれペアを作り、そのペ
アを形成する偏向器の形状をＭ：１の相似形としている
ので、偏向場の形状がアパーチャを中心として対称に近
くすることができ、収差の小さい静電型荷電粒子露光装
置とすることができる。

【００４３】請求項５に係る発明においては、アパーチ
ャに近い側からそれぞれペアを作り、そのペアを形成す
る偏向器を、前記アパーチャを中心としてＭ：１の対称
な位置に配置しているので、偏向場の形状がアパーチャ
を中心として対称に近くすることができ、収差の小さい
静電型荷電粒子露光装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例に係る転写露光光学
系を表す概略図である。

【図２】図１に示すようなレンズ系によって形成される
レンズ場の例を示す図である。

【図３】レチクル２とウェハ３間の距離を2000mmとした
場合の、第２の投影レンズの構成の詳細例を示す図であ
る。

【図４】各電極の平断面図の概略図の例を示す図であ
る。

【図５】レチクルのメインフィールドと最大主偏向位置
の例を示す図である。

【符号の説明】

１…光軸 ２…レチクル ３…ウェハ ４…アパーチャ体 ５…第１の投影レンズ ６…第１の投影レンズの電極 ７…第２の投影レンズ ８…第２の投影レンズの電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被転写面のパターンを転写面に転写する
   静電型荷電粒子露光装置であって、大きな露光領域（メ
   インフィールド）をいくつかの小さな露光領域（サブフ
   ィールド）に分割し、少なくとも１方向（１列）に配列
   されたサブフィールドに対しては、荷電粒子線を偏向さ
   せることにより、サブフィールド毎に露光を行うことを
   特徴とする静電型荷電粒子露光装置。
2. 【請求項２】 被転写面のパターンを１／Ｍにして転写
   面に転写する静電型荷電粒子露光装置であって、転写露
   光光学系に２段アインツェルレンズを用い、被転写面と
   転写面間をＭ：１に内分する点にアパーチャを設け、前
   記２段アインツェルレンズの形状と配置を、前記アパー
   チャを対称中心とするＭ：１（被転写面側がＭ）の対称
   にしたことを特徴とする静電型荷電粒子露光装置。
3. 【請求項３】 前記転写露光光学系に６個の静電偏向器
   を設け、前記６つの静電偏向器のうち３個を前記アパー
   チャの被転写面側、他の３個を前記アパーチャの転写面
   側に配置したことを特徴とする請求項２に記載の静電型
   荷電粒子露光装置。
4. 【請求項４】 前記アパーチャの被転写面側に配置され
   た３つの偏向器と前記アパーチャの転写面側に配置され
   た３つの偏向器について、前記アパーチャに近い側から
   それぞれペアを作り、そのペアを形成する偏向器の形状
   をＭ：１（被転写面側がＭ）の相似形としたことを特徴
   とする請求項３に記載の静電型荷電粒子露光装置。
5. 【請求項５】 前記アパーチャの被転写面側に配置され
   た３つの偏向器と前記アパーチャの転写面側に配置され
   た３つの偏向器について、前記アパーチャに近い側から
   それぞれペアを作り、そのペアを形成する偏向器を、前
   記アパーチャを中心としてＭ：１（被転写面側がＭ）の
   対称な位置に配置したことを特徴とする請求項３又は請
   求項４に記載の静電型荷電粒子露光装置。