JPS63105451A

JPS63105451A - 照度と絞りの開口角が可変な電子光学装置およびこの装置を応用した電子ビームリソグラフィーシステム

Info

Publication number: JPS63105451A
Application number: JP62259434A
Authority: JP
Inventors: エマニュエル　ドゥ　シャンボスト; ミシェル　ソンリエ
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1986-10-14
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1988-05-10
Also published as: FR2605143A1; EP0267820A1; US4918318A; FR2605143B1; EP0267820B1

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】産業上の利用分野本発明は電子光学の分野に関するもので、さらに詳細に
は電子ビームを用いた光学的リソグラフィーシステムに
関する。

従来の技術電子光学システムにおいては、「像面」と呼ばれる平面
上に、この電子光学システム内においてこの像面と共役
な別の平面上の物体の像を結ばせる必要のあることが多
い。この像のあらゆる点において、入射粒子線の軌跡は
半開口角が「α」である円錐に内接している。この角度
「α」は、「対物レンズ」と呼ばれる最終段のレンズ全
体のうちの利用されている部分と関係づける必要がある
。この対物レンズには必要とされる精度よりも大きな収
差が現れる危険性があるため、角度「α」を所定値以上
に大きくすることはできない。収差としては特に以下の
ものが挙げられる。

−角度「α」の３乗に比例する球面収差。

−角度「α」に比例する色収差。

特に電子顕微鏡に当てはまることだが、この角度「α」
を制限するためには対物レンズの主平面Ｌ０内に絞りＤ
を配置するのが最も一般的な方法である。その様子が第
１図に示されている。この場合、対物レンズは、物体面
Ｐ０内に位置する物体の像を像面Ｐ１上に結像させる。

この解決法と似た方法として第２図に示す方法がある。

すなわち、物体面と対物レンズの主平面の間、または像
面の最終共役面と対物レンズの主平面の間に絞りＤを配
置する方法である。この解決法は、絞りと最後から２番
目の像とによって対物レンズの主平面上に形成される半
影がこの主平面上の絞りの影と比べて無視できるときに
採用することができる。この解決法を用いる場合には、
絞り面内に必ずしも枢軸点を有する必要はない偏向シス
テムのための場所を絞りと対物レンズの間に設けること
ができるという利点がある。この解決法は電子ビームリ
ソグラフィーにおいてよく用いられる。

別の解決法として、第３図に示したフランス国特許出願
第８１１７．８４６号に記載の方法がある。この方法は
、開口角制限用の絞りＤを粒子源Ｓのできるだけ近く、
例えば第１のレンズＬ＋　の近くに配置するとともに電
子光学システム１を構成し、絞りが対物レンズＬ。の主
平面と共役になるよう、にするというものである。この
方法には、荷電粒子流の通過径路を最初から制限し、こ
のことによって「ボニルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）　Ｊ効
果または空間電荷効果として知られているクーロン力に
起因する付帯効果を最大限に減らすことができるという
利点がある。

上記の特許出願では、この方法が、いわゆる「可変矩形
」ビームまたは「成形ビーム」を用いたリソグラフィー
システムに特に適した解決法であると述べられている。

上記の３つの解決法においては、リソグラフィーシステ
ム内の絞りの直径と角度「α」の間にリニアな１対１の
関係が存在している。従って、必要とされる精度が使用
のたびに異なるために角度「α」が変更可能となってい
ることとが望ましい場合には、絞りを取り換えねばなら
ない。この操作を行うためには、システムを分解する場
合と、何個所かの絞り設置位置を備える機械装置を用い
る場合がある。後者の場合、それぞれの絞り設置位置が
、ビームの通過径路内に配置された互いに異なる絞りに
対応している。

このような機械装置には以下の２つの欠点がある。

−　システムに複雑な機械機構が導入される。

−角度「α」がとることのできる値の数が限られてしま
う。多（の場合角度「α」は３通りの値しかとれない。

以上に加えて、このようなリソグラフィーシステムにお
いては物体に対する粒子源からの照度を決める必要があ
る。

直径ｄＳの粒子源から半開口角βの円錐内に粒子が放射
されると仮定した場合に、電子レンズシステムＬ５を用
いてビームの開口角をβ／Ｇにし、照射する物体上に直
径がＧｘｄ、の像を投影することが従来から行われてい
る。これはクリティカル照明と呼ばれる方法である。こ
の照明法が第４図に示されている。

別の従来法として、やはり電子レンズシステムを利用し
て、照明する物体の面に対して粒子源の像を無限遠に形
成し、このようにして物体上に粒子源の丸い形を投影す
る方法がある。これはケーラー照明と呼ばれる方法であ
る。この照明法が第５図に示されている。

この２つの典型的な照明法の中間的な方法を用いてもも
ちろんかまわない。

本発明は、絞りの交換等の機械的操作なしに照度と開口
角を変・えることのできる電子光学装置を提供すること
を目的とする。

本発明はまた、特に、ビームの開口角が角度「α」に限
られている場合に、粒子源からのビームにより物体を照
射し、この物体の像を「像面」上に投影するだめの電子
光学装置を提供することを目的とする。３枚組のレンズ
が物体の照度調整と開口角「α」を連続的に変化させる
ことに使用されるが、これらレンズによってこの光学シ
ステムの他の機能が乱されることはない。

問題点を解決するための手段本発明によれば、粒子源と物体面上に位置する物体との
間に焦点距離を電子的に制御して変えることのできる３
枚組のレンズセットを備え、上記物体の像は像面上に投
影し、第１のレンズは上記粒子源のできるだけ近くに配
置するとともに、このレンズの主平面の近傍に位置する
開口角制限用絞りに接続し、上記３枚のレンズの焦点距
離を調節して上記物体面内での入射粒子ビームの断面積
を所望の照度が得られる値にし、かつ、上記絞りの像の
直径と位置を上記入射粒子ビームの上記物体上での開口
角が所望の値になるように決めることを特徴とする電子
光学装置が提供される。

本発明によればさらに、この装置を応用した電子ビーム
リソグラフィーシステムが提供される。

本発明は、添付の図面を参照した以下の説明によりさら
によく理解できよう。また、以下の説明には本発明の他
の特徴も現れるであろう。

実施例本発明の装置は電子「光学」装置、すなわち、荷電粒子
ビームを収束させる静電「レンズ」または磁気「レンズ
」の他、磁気偏向板と絞りを備える装置である。

第６図に図示した本発明の電子光学装置は、３枚組のレ
ンズＬ７、Ｆ２、Ｆ３と絞りＤを備えている。この絞り
Ｄは第１のレンズＬ１の主平面に近接した位置に設置さ
れている。本電子光学装置は、粒子源Ｓと照明する「物
体」０との間に挿入される。第１のレンズＬ１は粒子源
にできるだけ近い位置に配置されており、第３のレンズ
Ｌ、の主平面は物体Ｏの平面Ｐ０の近くに位置している
。

絞りＤがほぼレンズＬ＋の主平面内に配置され、かつ、
照明される物体０がほぼレンズＬ、の主平面内に配置さ
れる理想的な場合には、レンズＬ３を考慮しなくともレ
ンズＬ１とＦ２により形成される粒子源と絞りの像それ
ぞれ決めるだけでこの２枚のレンズＬ＋とＦ２の作用を
完全に理解することができる。従って、この実施例で採
用することが可能な薄いレンズに関する仮定を利用し、
さらに、ｂが２枚のレンズＬ１とＦ２の間の距離であり
、Ｃが２枚のレンズＬ２とＦ３の間の距離であるとする
と以下のことが導き出される。

物体面に対する絞りＤの像ＩＤの位置２１０は以下の式
で与えられる。

１／ｂ＝１／　（ｃ−Ｚｏｏ）＝　１／Ｆ２　　”（１
）ただし、Ｆ２はレンズＬ２の焦点距離を表す。

絞りの像の直径ｄ、Ｉ］は以下の式で与えられる。

ｄ＋ｎ＝ｄｏ　　・　（Ｃ−Ｚｔｎ）　／ｂ　　−・（
２）ただし、ｄｎは絞りの直径を表す。

上記の２つの量から、照明する物体面でのビームの開口
角θを以下のように導出することができる。

θ＝　ｄ　ｔｎ／　Ｚ　ｔｎ　　・・（３）この式の値
は式（１）と〔２）をもとにして求めることができる。

上記の３つの関係式（１）、（２）、（３）により、１
対１対応の関数θ＝ｆ（Ｆ２）が決まる。

レンズＬ３の焦点距離Ｆ３を調節することにより、仮想
絞りの位置２１１゜を以下の式に従って変化させること
ができる。

Ｚｒｒｏ　＝　　１／　（１／Ｆ３　　１／Ｚｔｎ）　
　・・（４）同様に、薄いレンズに関する上記の古典的
な公式を適用することにより、平面Ｐ。内にレンズＬ。

により決まる粒子源の像の位置ｚｌｓと直径（ｉｔｓを
求め、次いでレンズＬ２により決まる粒子源の像の直径
ａｔｔｓを求めることができる。

レンズＬ２に対する粒子源Ｓの第１の像■、の位置２１
５は以下の式で与えられる。

レンズＬ２に対する粒子源の第２の像ｉｔｓの位置Ｃは
レンズＬ２の焦点距離Ｆ２と関係しており、以下の式で
与えられる。

上記の２つの式（５）と（６）から、粒子源の第２の像
の直径ｄ１１．が以下のように決まる。

式（５）、（６）、（７）から、Ｆｌを変数とする１対
１対応の関数が以下のように決まる。

ｄｏｔｓ　＝ｆ　　（Ｆ＋　）第６図かられかるように、レンズＬ１とＦ２により決ま
る粒子源と絞りの実像または虚像の位置ならびに直径を
考慮すると、物体がどのように照明されるかがわかる。

要するに、レンズＬ２とＦ３は絞りの像の性質を決める
のに利用される。さらに、レンズＬ２とＦ３を固定して
考えると、レンズＬ１は粒子源の像、従って物体の位置
でのビームの断面積の性質を決定するのに使用される。

一般的な場合、すなわち絞りがレンズＬ１の正確に主平
面上にではなくこの主平面の近傍に存在しており、レン
ズＬ３の主平面が物体面と完全には一致していない場合
には、物体面内のビームの断面積、仮想絞りＩＤの直径
と位置、それに、ビームの開口角を決定する実在の絞り
の像を電子的に調整するのに必要とされる３枚のレンズ
Ｌ　ｌ　％Ｌ２、Ｆ３の自由度は３である。

特にマイクロリソグラフィーにおいては、単一の物体の
像ではなく２つの物体０１と０２の複合像が像面に投影
されるような電子光学システムを利用する必要のあるこ
とがある。これは、第２の物体０２の平面上に第１の物
体０１の像をまず形成し、次いで電子光学システムを用
いてこの２つの物体の複合像を像面Ｐ１に投影すること
により実現される。最も簡単なのは、２つの物体が正方
形の開口部を有する絞りとなっている場合である。

この場合には複合像は一般に長方形である。この長方形
は、２つの物体面の間に偏向手段が配置されていると大
きさが変化する。このようなシステムに関しては例えば
以下の文献を参照されたい。

−ジー、トロチル（Ｊ、　Ｔｒｏｔｅｌ　）の「ダイナ
ミックビーム成形（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｂｅａｍ　Ｓｈａ
ｐｉｎｇ）　Ｊという題名の論文、Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓ
ｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、、１９７８年５月／り月、第
１５巻、第３号、８７２〜８７３ページ。

−　ジー、トロチルの「電子ビーム直接描画リソグラフ
ィーシステム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｄｉｒｅ
ｃｔＷｒｉｔｉｎｇ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｓｙ
ｓｔｅｍ　）　Ｊ　、９月３０日〜１０月２日まで開か
れたマイクロリソグラフィーに関する会議のプロシーデ
ィングに掲載。

−　エマニニエル　ドウ　シャンボス）　（Ｅｍｍａｎ
ｕｅｌｄｅ　Ｃｈａｍｂｏｓｔ）他の「高速電子パター
ン発生装置−高分解能（Ｆａｓｔ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　
ｐａｔｔｅｒｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　−Ｈｉｇｈ　ｒ
ｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　）　」という題名の論文、Ｊ、　
Ｖａｃ。

Ｔｅｃｈｎｏｌ、　、１９８６年１月／り月、第８４巻
、第１号、７８〜８２ページ。

第７図は本発明の電子光学装置の図である。この装置は
、特に２つの物体０１と０２の複合像を像面Ｐ１に投影
するのに適している。

この第７図におけるレンズＬｌ、Ｌ２、Ｌ３は先に説明
した３枚のレンズと同じものであり、図示のように配置
されている。また、エツチングされた２枚のステンシル
マスクが物体０１と０２に対応する。これらステンシル
マスクは開口部が正方形の形状の絞りである。レンズＬ
４とＬ５は互いに同等なレンズであり、二重レンズを構
成している。

この二重レンズの機能は、ステンシルマスク０１の像を
ステンシルマスク０２の平面上に形成することである。

この二重レンズを構成する２枚のレンズの真中の位置に
、軸線Ｘｘに対して対称に磁気的偏向装置Ｍ１が設けら
れている。この磁気的偏向装置を用いることにより、ス
テンシルマスク０１の平面上に大きさが変化する長方形
の複合像を投影することができる。２枚のレンズＬ７と
Ｌ８は、この長方形可変複合像を小さくするシステムを
構成している。補助レンズＬ６を用いて、磁気的偏向装
置Ｍ１の偏向主平面ωと最後のレンズＬ８の主平面を互
いに共役にする。すると、長方形可変複合像の大きさを
変えるために磁気的偏向装置Ｍ１を作動させているとき
でもビームが対物レンズ上３内で動かないようにするこ
とができる。二重偏向装置Ｍ２を用いると、像面Ｐ１に
投影されるパターンの位置を変えることができる。

本発明のこの特に興味ある応用例においては、磁気的偏
向装置Ｍ＋の偏向主平面ωが開口角制限用絞りＤと共役
になるようにレンズＬ３の焦点距離を調節する。この偏
向主平面はレンズＬ８の主平面とも共役になっているた
め、開口角制限用絞りの像がこのレンズＬ８の主平面上
に形成される。

さらに、レンズＬ２の焦点距離を少しでも変化させると
レンズＬ８の主平面内のビームの直径が変化する。これ
こそがまさしく望んでいたことである。しかしながら、
絞りの像の直径変化に伴ってこの絞りの像がぼやけない
ようにするためには、レンズＬ３の焦点距離を調整して
絞り面が磁気的偏向装置Ｍ１の平面と共役になる、従っ
てレンズＬ６の主平面と共役になるようにする必要があ
る。

この特別なシステムにおいては、上記の３枚組のレンズ
と絞りを備える本発明による他のあらゆるシステムにお
けると同様に、第２のレンズＬ２の焦点距離、絞りＤの
像ＩＤの倍率、それに、レンズＬ３の焦点距離に対する
必要な補正の３者の相互の間の関係を表の形にしてコン
ピュータのメモリに記憶させておくことが可能である。

同様に、レンズＬ２を動かすごとに第１のレンズＬ１の
焦点距離を再調整することもできる。本実施例において
コンピュータのメモリに記憶させておくべき数値の表の
主要部分を以下に示す。

■ もちろん当業者であれば、粒子ビームに作用を及ぼすこ
とになるレンズに対して適用する関係、すなわち、磁気
レンズの場合にはし°ンズの焦点距離と該レンズの励起
電流の間の関係、また、静電レンズの場合にはレンズの
焦点距離と印加電圧の関係がわかっている。

レンズが磁気レンズである場合には、本発明の装置は第
８図に示されたようになるであろう。すなわち、まず、
コンピュータ１０のメモリから出力されるディジタルデ
ータがそれぞれＤ／Ａ変換器１１．１２．１３に入力さ
れる。Ｄ／Ａ変換器１１．１２．１３は、レンズＬ、、
　Ｌ２、Ｌ３に印加する励起電流をそれぞれ対応する増
幅器２１．２２．２３を介して制御する。なお、レンズ
が静電レンズである場合には、電流の代わりに電圧を印
加する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、電子ビームの拡がりを制限するため
の公知の方法を示す図である。第４図と第５図は、それぞれ公知の照射法の例を示す図
である。第６図は、本発明の電子光学装置の概略図である。第７図は、投影像が２つの物体の複合像である場合に本
発明の装置を応用した例を示す図である。第８図は、本発明の装置のレンズの焦点距離の調整手段
を示す図である。（主な参照番号）Ｄ・・・絞り　　Ｌｌ、Ｌ２、Ｌ３　・・・レンズＰｔ
　　・・・像面　　　　Ｐｏ　・・・物体面Ｓ・・・粒
子源

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粒子源と物体面上に位置する物体との間に焦点距
離を電子的に制御して変えることのできる３枚組のレン
ズセットを備え、上記物体の像は像面上に投影し、第１
のレンズは上記粒子源のできるだけ近くに配置するとと
もに、このレンズの主平面の近傍に位置する開口角制限
用絞りに接続し、上記３枚のレンズの焦点距離を調節し
て上記物体面内での入射粒子ビームの断面積を所望の照
度が得られる値にし、かつ、上記絞りの像の直径と位置
を上記入射粒子ビームの上記物体上での開口角が所望の
値になるように決めることを特徴とする電子光学装置。
（２）上記３枚組のレンズが磁気レンズであり、該磁気
レンズの励起電流に対して上記電子的制御を行うことを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
（３）上記３枚組のレンズが静電レンズであり、該静電
レンズの制御電圧に対して上記電子的制御を行うことを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
（４）第３のレンズの主平面が上記物体面と一致してい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれ
か１項に記載の装置。
（５）粒子源と物体面上に位置する物体との間に焦点距
離を電子的に制御して変えることのできる３枚組のレン
ズセットを備え、上記物体の像は像面上に投影し、第１
のレンズは上記粒子源のできるだけ近くに配置するとと
もに、このレンズの主平面の近傍に位置する開口角制限
用絞りに接続し、上記３枚のレンズの焦点距離を調節し
て上記物体面内での入射粒子ビームの断面積を所望の照
度が得られる値にし、かつ、上記絞りの像の直径と位置
を上記入射粒子ビームの上記物体上での開口角が所望の
値になるように決めた電子光学装置を応用した電子ビー
ム式リソグラフィーシステム。