JPS6031225A

JPS6031225A - 荷電ビ−ム露光装置

Info

Publication number: JPS6031225A
Application number: JP58139403A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kurihara; 健二栗原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1983-08-01
Filing date: 1983-08-01
Publication date: 1985-02-18
Also published as: JPH0542808B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、半導体集積回路等の製造で要求されるサブミ
クロンパターンを形成するために用いられる電子ビーム
あるいは、イオンビームによる荷電ビーム露光装置に関
するものである。

〔発明の背景〕

従来、荷電ビームを用いた露光装置として（１）スポッ
トビーム方式、（２）成形ビーム方式、（６）マルチビ
ーム方式、（４）マスク転写方式、の各方式による装置
が開発されている。（１）のスポットビーム方式は、微
細に絞ったビームで試料面」二を走査してパターン描画
するために露光時間が長いという問題点があった。（２
）の成形ビーム方式は、固定まだは可変の矩形ビームを
形成し、この矩形ごとにパターンを描画していく方式で
ある。しかし、この方式でも１本のビームで露光するの
でパターンが微細になってくると、露光のスループット
は十分とはいえなかった。（４）のマスク転写方式は、
あらかじめ転写するパターンを形成したマスクの像を１
対１あるいは、縮小して試料面」二に結像させて露光す
る方式である。マスクとしては、金属薄板にビーム透過
孔を開けたものやホトエミッタを利用したものがある。

しかし、このマスク転写方式では、あらかじめマスクパ
ターンを用意する必要があるので、任意パターンを電気
的に発生することができない。また、マスク製作の困難
性があり、高精度の位置合わせが問題となる。すなわち
、マスクとウェハの位置合わせが難しく、捷だ電子光学
系の歪やチップの歪等の補正ができないので実用上問題
である。

（３）のマルチビーム方式は、多数のビームを同時に発
生してパターンを描画する方式であり、（１）、（２）
のように１本のビームを用いるよりも描画時間が短縮さ
れ、高いスループットが期待でき、（１）、（２）の各
方式に比較して有利な方式である。従来（６）のマルチ
ビーム方式で報告されているものとして、第１図に示す
多数のアパーチャレンズが二次元的に配列されたマトリ
ックスレンズを用いた露光装置がある。第１図で、１１
は電子銃、１２はブランカ、１６は成形絞り、１４は２
段偏向器、１５は制限絞り、１６はアパーチャレンズ、
１７は試料面である。電子銃１１より放出したビームで
成形絞り１６を照明し、この成形絞り１６の像をマトリ
ックスレンズを構成している各アノく−チャレンズでそ
れぞれ試料面上に結像してマルチビームを得ている。制
限絞り１５は、各ア・く−チャレンズに対応して円形の
開口を有するものでその開口の中心は、各アパーチャレ
ンズの光軸ニ一致シている。この制限絞り１５により、
ビーム電流が制限されている。ブランカ１２Ｉｌ−ｉ、
マルチビームを同時にオン・オフする機能を持っている
。２段偏向器１４は、マルチビームをそれぞれ同様に試
料面上を走査させ、ブランカの機能と合わせることによ
りパターン描画を行う機能を持ってし４る。この露光装
置は、集積回路の１チノゾに１本のビームを対応させる
ので、マトリックスレンズの配列はチップのピッチに一
致するようにしている。例えば、チップのピンチが１０
ｍｍであるとするとマトリックスレンズの配列は１３ｍ
ｍ間隔となり、配列が１１　Ｘ　１１では１００ｍｍ角
を占めることになる。マトリックスレンズの配列をウエ
ノ・のチップ配列の犬きさ程度に大きくとれば、一度に
全チップが露光できるので高速描画が可能となる。しか
し、この装置では一つの成形絞りの像を多数のレンズで
試料面上に結像させるために、成形絞りから放出するビ
ームの方向とレンズの光軸は一般に一致しないのでビー
ムがレンズに対して斜めに入射することになる。特に、
マトリックスレンズの周辺部分に位置するレンズでは、
レンズ光軸に対して大きな角度でビームが入射する。例
えばマトリックスレンズ配列の大きさをｌＱＱ＋ｎ＋ｎ
とし、成形絞りから制限絞シ面寸での距離をｌＱＱＱｒ
ｎｍとすると、マトリックスレンズ周辺では５Ｑｍｒａ
ｄから７［１ｍｒａｄ程度の角度でビームが入射するこ
とになる。通常の電子光学系では、はぼ光軸とビーム入
射方向は一致している。しかし、ここでは各レンズの光
軸とビーム入射方向が太きくずれてくるので、この軸ず
れによる収差が問題になる。特にザブミクロ／パターン
描画では、軸ずれによる収差の影響が無視できなくなる
。そのために、マトリックスレンズの配列を大きくとる
ことができずマルチビームの本数が減ることになり、ス
ループットを向上させることが困難であるという問題が
生じていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来のマトリックスレンズを
用いたマルチビーム方式での諸問題点を解決し、マトリ
ックスレンズを構成する各レンズのうち、特に周辺部の
レンズの収差を低減することにより、多数のチップな同
時にザブミクロンの精度で露光することを可能とし、多
数の微細パターンを有するＶＬＳＩの大量生産に用いて
好適な荷電ビーム露光装置を提供することにある。

〔発明の概要〕本発明の特徴は、上記目的を達成するために、マトリッ
クスレンズを構成する各レンズのうちの、それぞれのレ
ンズ光軸に対して荷電ビームの主軌道が斜めに入射する
レンズに対応した制限絞りを、レンズの収差が最小とな
るレンズ内位置に見かけ上の制限絞りを置いたときに得
られる荷電ビームの軌道とほぼ同じ軌道が得らり、る位
置に、つ寸り、荷電ビームの主軌道がレンズ内のその点
を通過するときにレンズの収差が最小になる点を荷電ビ
ームの主軌道が通過する制限絞り位置とするように、そ
れぞれのレンズ光軸に対して制限絞りの開口の中心をず
らして設置する構成とするにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例を示して詳細に説明する。

第２図に本発明の基本的な概念を示す。第２図では、前
述のマトリックスレンズを構成スる一つのレンズのみを
示した。ここで、２１．２２は物点、２３．２４は制限
絞り、２５．２６はレンズ、２７．２８は像点、２９．
２１０はビー云主軌道である。第２図（１）は従来の光
学系であり、レンズ光軸と制限絞りの中心が一致してい
る。これに対して、（２）は本発明の光学系であり、入
射するビームの主軌道がレンズの中心近傍を通過するよ
うに制限絞りの位置をずらしである。ここでレンズの中
心というのは、必ずしもレンズの物理的中心ではなくあ
とで示すように主軌道がそこを通過したときにレンズの
収差が最小になる点を指している。電子レンズの場合、
ビームの軌道は一般に曲線を描くが第２図では、簡単の
だめに直線で表わしている。ここで、具体的に収差を計
算するときのパラメータを第６図に示す。第６図でＺは
光軸方向の座標、Ｚｏは物点の位置、Ｕｏは光軸からの
ずれ、Ｚｌは像点の位置、Ｚａｐは制限絞りの位置であ
る。

Ｌはレンズである。第４図に泪尊−シたレンズの例を示
す。これは、代表的な静電レンズのアインツエルレンズ
である。第４図のレンズの収差を解析した結果を以下に
説明する。収差の割算は捷ずレンズの軸上ポテンンヤル
分布をめ、更に近軸軌道方程式の解である二つの基本軌
道をめて、これらの結果を三次収差の積分公式に代入す
ることにより行われる。第５図に、割算結果の一例を示
す。計算の条件は、　Ｚ。−一１４９［ｌ　ｎｌ用、ｚ
ｉ＝１３ｍｍ　、　Ｕｏ＝　５Ｑ　ｍｍであり、像面側
のビーム開き角α１＝　５　ｍｒａｄである。ここでは
、制限絞りの位置Ｚ　をパラメータとして各種の収差を
計算していｐる。なお、アインツエルレンズの中間電極の中心を座標
の原点にしており、物面側を負、像面側を正としている
。第５図では、球面、コマ径、コマ長、像面湾曲、非点
、歪の各収差の計算結果が示されている。破線Ａは、各
収差の自乗和の平方根である。但し、像面湾曲、非点は
補正可能であり、また歪は像の位置がずれるだけで像の
ぼけは生じない。破線Ｂが、像面湾曲、非点、歪を除い
た収差の自乗和の平方根である。これらの収差の割算結
果を見ると制限絞りの位置により、大幅に収差が変化す
ることがわかる。この例では、絞りの位置がＺ−−１１
］〕１ｎ（球面収差とコマ収差のみを考えるときは、Ｚ
　−一２１１１１１１近傍）の近傍において収差が小さ
くなっていることがわかる。ここで、各収差が小さくな
るところの制限絞りの位置は必ずしも厳密には一致して
いない。しかし、自乗和の平方根でみると、収差が最小
となる制限絞りの位置が存在している。また補正困難な
収差のみを取り上げ、それが最小となる所を注目しても
よい。なお、ここでは簡単のために色収差は除いている
が、色収差についても上記のように考えることができる
。

このように、収差を最小にするためには制限絞りの位置
をレンズ光軸方向に適当な位置に設定する必要がある。

第５図の破線Ａの例では、ｚ−−１＋ｎｍ（破線Ｂの例
では、Ｚ　＝　−２ｔｎ　ｍ近傍）近傍装置ケバよい。

ところが、静電レンズではレンズ界内に絞りを置くと電
界が乱れるので実際には置けない。第５図の例では、第
４図の形状のアインツエルレンズに対するものであるが
、最適な制限絞りの位置は中間電極近傍であり、レンズ
界内にある。そこで、第２図（２）に示しだように、斜
めに入射してくる主軌道が第５図の破線への例では、Ｚ
　＝　−１ｎｕｎ近傍（破線Ｂの例では、Ｚ　＝　−２
ｎｕｎ近傍）を通過するようにレンズ界の外にある制限
絞りの開口中心軸をレンズ光軸からずらした位置に設定
する。このような位置に制限絞りを設定しておけば、見
かけ上の位置に制限絞りを置いたのとほぼ同じ軌道が得
られるので、収差を大幅に低減することができる。第６
図に制限絞りの位置の設定方法を示した。実際の軌道は
曲線であるが、ここでは簡単のために直線で示しである
。寸ず、物点がＳの大きさの成形絞りと１７、レンズの
光軸からＵ。離れているとする。前述の計算に従って、
収差が最小となる制限絞りの位置Ｚ　ａｐをめる。

次に、レンズ界の外にある、実際に置く制限絞りの位置
Ｚ　ａ　＋）をめる。これにはまず、Ｓの大きさの物点
から出たビームの内、見かけ上Ｚ’ａｐの位置に置いた
制限絞りにより制限されるビームの軌道の見かけ上の制
限絞りにより制限されるビームの軌道が遮られないよう
に位置を決め、しかも絞りの開口径を出来るだけ小さく
しておく。このようにすると、第６図で斜線を引いた部
分のビームは余分であるが、これはＺａｐ、ＺＬｐの間
隔が制限絞りと物点との距離に比べて小さければ、見か
け上の制限絞りの開口を通過するビームに比べて無視で
きる。従って、Ｚａｐに制限絞りを置いた場合と、見か
け上Ｚ’ａ　ｐに制限絞りを置いた場合で、はぼ同じの
制限された軌道が得られるので、収差もほぼ同じ値にな
ると考えてよい。例えば、５−５０μｍ、見かけ上の制
限絞９の開１０径を２００μｍ月とし、Ｚ’ａｐ＝　−
１＋ｎｍ　、　Ｚａｐ：＝　−１Ｑ　ｕｎｔｏ、”ｏ”
　１４［ＩＱ　＋ｎ’ｍ。

ＵＯ＝　５０　ｍ１１１とすると、実際の制限絞りの位
置Ｕ４は約６６０μｍであり、開口径は約１９９μ＋１
１となる。このとき、第６図で斜線を引いた部分はＺ’
ａｐの位置で０．４μｍ程度の幅であり無視してよい大
きさである。

以上は、一つのレンズに対して制限絞りの位置を設定す
る方法であるが、マトリックスレンズを用いる場合も全
く同様にして、各レンズに対する制限絞りの位置を決め
ることができる。第７図にアインツエルレンズより構成
された７トリノクスレンズを用いた光学系について本発
明を適用した例を示す。７１は成形絞り、７２はビーム
、７６は制限絞り、７４はアインツエルレンズ、７５は
試料面である。制限絞り７６は、マ）・リノクスレンズ
を構成している各アインツエルレンズに対応した絞り開
口を有するものである。絞り開口の位置は、前述の方法
に従って各アインツエルレンズに対シてめればよい。マ
トリックスレンズのピッチが同じで例えば１３ｍｍとす
ると、各レンズに対する制限絞りの位置は第８図に示す
ようになる。これは、ビーム主軌道がレンズに対して垂
直に入射するマトリックスレンズ中心・のレンズからＵ
。のＶ巨離にあるレンズについて、制御釈絞りのレンズ
光＋１＠１からのずれＵａを計算したものである。この
９１１では、ＵａはＵ。に対してほぼ直線関係となって
いる。

この光学系を第１図に示した露光装置の光学系に置き換
えれば、マドＩＪノクスレンズ周辺部のビームの収差を
低減することができる。例えば、アインツエルレンズと
して第４図に示したレンｉヲに−）いた場合、第５図の
結果かられかるように、α１＝　５　ｍｒａｄ　、　Ｉ
Ｊ、）　＝　５３　ｍ１１１では従来例としてＺａｌ）
ニー１３ｍｍに制限絞りを置いたとき、歪は除き、４に
点、像面湾曲を補正した場合約０．２２μｍの収差７５
：あるが、本発明では収差が０．０２３μＩ１１と大幅
にイ氏減される。なお、アインツエルレンズのかわりに
アパーチャレンズ等信のレンズを用いても１司４子であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の荷電ビーム露光装置は、
従来のマトリックスレンズを用いた露光装置で問題とな
っていた７トリノクスレンズ周辺部での収差増大を、制
限絞りの位置をレンズ光１＋ｌｂから移動させることに
より防いでいる。すなＪフも、特に静電レンズにおいて
、絞りを入れることのできないレンズ弁内にある、収差
か小さくなるところの見かけ上の制限絞りにより制限さ
れたビーム軌道とほぼ同じビーム軌道が得られるように
、実際の制限絞りの位置を決めているので、ビーム力；
し／ズ光軸に対して太きくずれて入射する場合でも収差
を小さくできる大きな効果がある。Ａ【発ツ」によれば
、収差を小さく保ちなからマトリックスレンズの配列を
大きくとれるので、露光装置のスループノ１−を向上す
ることが可能となる。マノ辷、露光装置に限らず、レン
ズ光軸に対して斜めに眉ｉ電ビームが入射するような電
子光学系であれば、収差低減効果があり有用であること
は言う寸−Ｃもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のマルチビーム露光装置の例、第２図は
、従来の光学系と本発明の光学系を簡単に示した図、第
６図は、収差を計算するだめの結像ハラメータを示す図
、第４図は、アインツエルレンズの寸法、形状を示す図
、第５図は、収差計算の例、第６図は、制限絞りの位置
を決める方法を説明する図、第７図は、本発明をマトリ
ックスレンズを用いた露光装置に適用した例であり、第
８図はマトリックスレンズの各位置にあるレンズに対す
る制限絞りのずれを割算した結果である。符号の説明１１・・・電子銃　１２・・・ブランカ１３・・・成形
絞り　１４・・・２段偏向器１５・・・制限絞り　１６
・・・アパーチャレンズ１７・・・試料面　２１．２２
・・物点２６．２４・・・制限絞り　２５．２６・・・
レンズ２７．２８・・・像点２９．２１０・・・ビーム主軌道７１・・成形絞り　７２・・ビーム７６・・・制限絞り７４・・・アインツエルレンズ７５・・・試料面特許出願人　日本電信電話公社代理人弁理士　中利純之助１−１　図矛２図（１）　（ｚ）？３図ｚａｐ　’２；卆４図第５図々し１丁１支り４立置　Ｚ４２　（γ句）矛６哄Ｉ

Claims

【特許請求の範囲】

複数個のレンズを２次元状に配列したマトリックスレン
ズとこれらのレンズの各々に一つずつの開口が対応した
制限絞りとを有し、成形絞りの像捷たは光源の像を物点
としてこの物点を前記各々のレンズにより試料面に結像
する光学系を備えたマルチビーム方式の荷電ビーム露光
装置において前記複数個のレンズのうちの荷電ビームの
主軌道がレンズ光軸に対して斜めに入射するレンズに対
応する制限絞りを、入射する荷電ビームの主軌道がレン
ズ内のある点を通過したときにレンズの収差が最小にな
るその点を通過するように制限絞りの開口中心をそれぞ
れのレンズ光軸に対してスラした位置に設置したことを
特徴とする荷電ビーム露光装置。