JPH04192513A - 電子ビーム露光装置およびその調整方法 - Google Patents

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】 〔発明の概要〕 電子ビームを偏向、収束し、試料上に投射して微細パタ
ーンを形成する電子ビーム露光装置およびその調整方法
に関し、 計算には取込めない実際の因子も事実上取込んで正確に
、かつ比較的容易迅速に偏向領域の周辺部の解像度も向
上させ得るようにすることを目的とし、 電子ビームを矩形または任意形状に成形し、その像を試
料面上に縮小し、偏向して、投影する電子ビーム露光装
置において、該偏向を行なう複数段の電磁偏向コイルの
一部を投影レンズの磁界から外して配置し、かつこれら
のコイルに各々独立に偏向電流を流す手段を設け、また
、個々の前記コイルによる電子ビームの試料面上での偏
向量を測定する手段と、露光領域の周辺での偏向収差を
小にする、前記各コイルの偏向量相対値を満足する投影
レンズ強度に設定する手段及び、電子ビームが試料面上
で結像するように前記縮小を行なう縮小レンズの強度を
該投影レンズの強度に対して設定する手段を設けた構成
とし、また前記電子ビーム露光装置の複数段の電磁偏向
コイルに各々独立に偏向電流を流し、かつ投影レンズ強
度を変えて、投影レンズ強度対偏向量相対値の特性曲線
を求め、シミュレーション計算により得られた、露光領
域周辺での偏向収差を最小にする偏向量相対値が実現さ
れるように投影レンズ強度を決定する構成とする。

〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子ビームを偏向、収束し、試料上に投射し
て微細パターンを形成する電子ビーム露光装置およびそ
の調整方法に関する。

近年、更に微細化か要求されている集積回路パターンに
対応するため、高解像度を実現するための低収差収束偏
向系を有する電子ビーム露光装置の提供が望まれている
。

〔従来の技術〕

電子ビーム露光装置においては、複数段の電磁偏向コイ
ルを用いて電子ビームを偏向し、該ビームて試料をスキ
ャンしてパターンを描く、或いはビーム断面形状を整形
し、か＼るビームの複数個を組合せてパターンを画くな
との方法をとる。

第３図に電子ビーム露光装置の一例の概要を示す。電子
銃１１から出た電子ビームは第１アパーチヤ１２で断面
矩形に整形され、電子レンズ１３で収束され、偏向器１
４で偏向されて第２アパーチヤ（ステンシル板）１５の
パターン（開口）の１つへ導かれる。第２アパーチヤ１
５には中央に矩形開口１５ａかあり、これに断面矩形の
電子ビームを一部だけ重なるように投射することて断面
か可変矩形の電子ビームが得られ、またＬＳＩの繰り返
しパターンの１つであるパターン１５ｂに　゛投射する
ことで断面か該パターン１５’ｂである電子ビームか得
られる。このように断面が整形された電子ビームは縮小
レンズ１６で縮小され、偏向器（図示せず）を含む投影
レンズ１７でウェハ２０上の予定位置へ投射される。断
面か可変矩形または繰返しパターンの電子ビームを継ぎ
合わせるようにしたりして投射するとウェハ２０上に所
望パターンが画かれる。

電磁偏向は偏向コイルに電流を流すことて行なうが、こ
の偏向コイルは複数段あり、これらはＸ。

Ｙの２系統に分れており、各系統で各コイルは直列に接
続されている。装置立上げ時はコイルに電流を独立に供
給して、偏向コイルの取付は角度、位置、偏向能率の調
整を行なうか、調整終了で固定状態とし、再調整するこ
とはない。

レンズ１３，１６．１７の強度は、第１アパーチヤ１２
の像か第２アパーチヤ１５上に結像し、第２アパーチヤ
の像が試料上に結像し、ラウンドアパーチャ１８（第４
図）上にクロスオーバ像か結像するように設定する。縮
小レンズ１６と投影レンズ１７の各強度に絶対的な条件
はなく、要はこれらにより試料上に第２アパーチヤ像が
結像すればよい。レンズ強度と偏向器の設定には相互関
係はなく、各々の独立に調整か行なわれる。

ところで電子ビーム露光装置の解像度に直接影響する因
子に、電子ビームのほけかある。これは露光装置が持つ
特性であり、収差と呼ばれる。収差には、ビームの偏向
には無関係に光軸上で存在する軸上収差と、偏向で生じ
る偏向収差かある。

軸上収差は電磁レンズ固有の特性で、試料に到着するま
ての収束軌道によって決まり、入射角に比例する。即ち
入射半角をα、定数をｋ　、、　ｋ　２．電子銃から放
出される電子のエネルギのゆらぎをδＥとすると、 球面収差Ｃ，＝に、α３ 色収差　Ｃｅ＝に２αδＥ／Ｅ て表わされる。従ってδＥか少なければ、軸上収差はＣ
５に律則され、αか小さいはどＣ８はＣ３に比例して減
少し、解像度が向上する。αはラウンドアパーチャ１８
により決定されるから、αを小にするにはラウンドアパ
ーチャを小にすればよいが、ビーム電流密度の下限を決
定するとラウンドアパーチャの大きさの下限が決定する
から、αを任意に小さくすることはてきない。

しかし入射半角αは、縮小レンズ１６と投影レンズ１７
の強度比を変えても変更することができる。即ち第４図
（ａ）の状態で縮小レンズ１６の強度を弱め、投影レン
ズ１７０強度を強めて、同じ試料面上に結像するように
すると、結像という点ては変わりがないか、図示のよう
に縮小率か大きいレンズ１６の入射角は小さくなり、縮
小率が１に近いレンズ１７の入射半角も小さくなる。

軸上収差については、このようなレンズ強度比の調整で
低収差を実現できる。しかし投影レンズ１７の強度が大
になるから、偏向器で偏向された電子ビームが光軸方向
に振り戻されてしまい、偏向能率か低下するという問題
がある。従ってレンズ強度比の調整は、希望する偏向領
域を確保てきる範囲で、ということになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

希望する偏向領域を確保できる範囲でレンズ強度比の調
整を行ない、入射半角αを小さくすると、軸上収差は減
少するが、電子ビームを偏向して露光を行なうと、焦点
補正及び非点収差補正を行なっているにも拘わらず、偏
向領域の周辺部の解像度か極端に悪化する。これはコマ
収差、偏向色収差等の偏向収差は、レンズ強度と無関係
でないことによる。

レンズ強度比を変えた場合の偏向収差の増大は、収差計
算シミュレーションによっても計算できる。

しかし収差計算シミュレーションによって得られる収束
レンズの強度は、実際よりも僅かに小さな数値になる。

シミュレーションでは実際の電磁レンズの工作精度まで
は取り込めないため、部品毎に存在するあそび（はめあ
い精度）は計算されておらず、あそびにおける磁束の漏
洩は考慮されていないし、考慮することは計算上不可能
である。また工作精度の影響が投影レンズと縮小レンズ
あ強度に同じように反映されるとは限らないため、実際
のレンズの強度比をシミュレーションの値に合わせるこ
とも意味がない。つまりレンズ強度に関して、シミュレ
ーションによって得られる値は、絶対値も相対値も目安
に過ぎず、理想のレンズ強度比に合っている保証は得ら
れないのである。実際には、投影レンズと縮小レンズの
強度比を変えることにより、試料上にフォーカスを合わ
せることは可能であり、レンズ強度の絶対値を偏向系に
対して最適な強度、つまり偏向収差が少ないように調整
すればよいが、その手順は非常に複雑である。以下にそ
の方法を説明する。

■軸上で投影レンズと縮小レンズの強度比を変えること
により、試料上にフォーカスを合わせ、解像度を測定す
る。

■ビームを所定の距離偏向し、焦点、非点補正を行った
後、解像度を測定する。

■軸上と偏向時の解像度の変化を記憶し、■〜■を繰り
返す。

■軸上と偏向時の解像度の変化が最も少ないレンズの強
度比を探す。

以上の方法は偏向光での解像度をレンズ強度を変えるた
びに測定する必要かあり、従って焦点、非点収差補正も
そのたびに必要となる。したがってこの調整にはかなり
の時間が必要である。

さらに偏向器にはＸ、　Ｙの２系統があるため、それぞ
れについて上記測定を行った場合、求められるレンズ強
度比は偏向器の特性に依存するため同しになるとは限ら
ない。つまり理想の偏向器の配置にＸ、Ｙ両方の偏向器
が設定されているとは限らないのである。

またＸ側、Ｙ側のそれぞれの偏向器に流す電流値に対す
る偏向量を測定してその偏向効率がシミュレーションで
得られる偏向量に合うようなレンズ強度比を求める方法
もあるが、シミュレーションで得られたビーム偏向量の
絶対値には実際の偏内器の工作精度までは取り込めない
ため、偏向量の絶対値には意味がなく、実際に得られた
レンズ強度比における偏向収差は最適な解ではなかった
。

そこて［＠役の偏向器−二）曳立−電流を印視し各々の
段の偏向器による偏向量の相対値のレンズ強度依存性を
調べ、相対偏向量かシミュレーションに一致するような
レンズ強度を求めようと試みたか、レンズ強度による偏
向量の相対値の変化はほとんど無く、最適なレンズ強度
を決定するには到らなかった。

本発明はか−る点に鑑みてなされたもので、計算には取
込めない実際の因子も事実上取込んで正確に、かつ比較
的容易迅速に偏向領域の周辺部の解像度も向上させ得る
ようにすることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に示すように本発明では偏向器１９の一部を投影
レンズ１７の磁界の及ばない（弱（なった）所に配置す
る。曲線Ｃは光軸Ｚ上でのレンズ１６．１７の磁界強度
（磁束密度）Ｂを示す。偏向器１９は本例では４段あり
、その上段のものか投影レンズの磁界から外れている。

また本発明では偏向器（電磁偏向器）の各々１９ａ〜１
９ｄの電流をそれぞれ独立に変えられるようにする。

レンズ強度をある値にし、４段の偏向器（コイル）の各
々１９ａ−１９ｄに同じ電流を、時間的には異ならせて
流すと、電子ビームは第１図（ｂ）の１９ａ−１９ｄの
如く偏向される。これらの矢印の方向は偏向方向を、長
さは試料面上での偏向量を示す。同時に流すとこれらの
合成になり、太線矢印で示すようにＸ方向に偏向される
。

同様な偏向器はＸ方向にもあり、これらでビームを２次
元駆動できる。第１図（ｂ）に示す偏向は、電子ビーム
に投射点での収差か最も小さくなる軌跡を画かせるもの
であり、各偏向量、その相対値はシミュレーションて計
算できる。

レンズ強度を変化させ、各偏向器の偏向量の、偏向器１
９ｂて規格化した値を示すと第１図（Ｃ）の如くなる。

この図の横軸は投影レンズ強度、縦軸は偏向量相対値で
ある。図示のようにレンズ強度を上げて行（と偏向量相
対値か減少するが、この傾向は偏向器１９ａか最大で、
１９ｄ。

１９ｃの順で小さくなる。

偏向領域の周辺での解像度を落とさないようにする偏向
量相対値はシミュレーションで計算でき、この値は本例
の４段偏向器では図示の如（，１゜０．８　、０．６　
、０．２である。偏向量相対値がこのようになるレンズ
強度は第１図（Ｃ）のＰ点であり、本発明では投影レン
ズをこの最適レンズ強度Ｐに設定する。投影レンズ強度
が定まれば縮小レンズ強度は、アパーチャ像が試料面上
で結像するように定める。

〔作用〕

このように本発明では各段の偏向器による偏向量の相対
値を、レンズ強度を変化させることにより変えることが
でき、これにより偏向収差が小さなレンズ強度を設定で
きる。シミュレーションでは取込めない実際の電磁レン
ズの工作精度による磁束の漏洩なとに無関係にレンズ強
度を設定でき、偏向器の光軸からの偏向量の相対値ばか
りでなく、複数の偏向器の角度方向の配置の位置ずれも
検出てきる。

〔実施例〕

本発明ては投影レンズ１７に設けられる複数段型偏向器
の一部の段を投影レンズの磁界から外して配置するか、
従来は第５図（ａ）に示すように偏向器１９は投影レン
ズ１７の磁界内に入っており、各段の偏向器１９ａ−１
９ｃ（本例では３段型）は同じ強さの投影レンズ磁界を
受ける。この場合は、投影レンズ強度対偏向量相対値は
第５図（Ｃ）の如くなり、偏向量相対値はレンズ強度で
変らない。これでは、露光領域の周辺部での偏向収差を
最小にする露光量相対値がシミュレーション計算の結果
例えば１，０．９．０．５となると、図から明らかなよ
うに投影レンズ強度では調整しようかない。

本例では偏向器１９ａの偏向量か不足するか、偏向量は
コイルに流す電流で調整できるから、そのようにするこ
とも考えられる。しかし、これは容易でない。その理由
の１つは、偏向器１９ａ。

１９ｂ、・・・・・・は直列にして同じ電流を流すのが
通常の使用法である、ということである。また他の理由
は偏向器１９ａに流すべき電流の正確な値か分らない、
ということである。即ち、シミュレーション計算でレン
ズ強度および偏向量は算出てきるが、前述のように取込
めない因子があるので誤差を含むものである。従ってシ
ミュレーション計算の結果に従って偏向コイル１９ａに
電流を流しても予定の偏向量が得られるとは限らない。

なおシミュレーション計算では、レンズ強度や偏向量の
全体値は誤差を含むか、相対値は誤差のキャンセルが期
待できるから信用してよい。

本発明では偏向器の一部をレンズ磁界から外して第１図
（ｃ）の特性を得るか、このような特性か得られる理由
を次に説明する。偏向器１９は２段とし、各々による偏
向量を求めると本発明では第２図、従来は第６図になる
。これらの図で（ａ）は偏向器１９ａ、１９ｂの位置と
投影レンズ磁界Ｂとの関係を示し、（ｂ）は上段の偏向
器１９ａによる電子ビームの偏向、（Ｃ）は下段の偏向
器１９ｂによる電子ビームの偏向を示す。偏向されると
電子ビームはその偏向方向へ飛ぼうとするか、投影レン
ズ磁界があると光軸方向へ振り戻される。この結果図示
曲線を画く。実線は投影レンズ磁界がＢ、のとき、点線
は同Ｂ２のとき（Ｂｌ　＞８２　’）である。図示のよ
うにレンズ強度か大になると、振り戻しも大になる。ま
た上段の偏向器の方が下段偏向器よりレンズ磁界の影響
が大であるから、偏向量は上段偏向器の方が大きい。

しかし偏向量の比で比べると、第６図ではγ、１／γ、
Ｉζγ、２／γ、２であるのに対し、第２図ではγｂｌ
／γ、！＜γｂ２／γ、２である。つまりレンズ磁界か
ら外れた偏向器１９ａの偏向量は、レンズ強度で大きく
変る。この結果、第６図の配置なら第５図（Ｃ）の特性
、第２図の配置なら第１図（ｃ）の特性になる。

複数段の偏向器の配置方法は第１図（ａ）に限るもので
はなく、要は第１図（Ｃ）の如き偏向量相対値対投影レ
ンズ強度特性か得られ＼ばよい。

複数段の偏向コイルの１段以上を、電子ビーム入射側の
軸上磁界分布のすそより手前かつ投影レンズの前焦点以
下の位置に配置し、その他の偏向コイルは電子ビーム出
射側のすそ又は軸上磁界分布内に配置する、またはその
他の偏向コイルはレンズ主面から光軸方向の上方と下方
の両方に配置する、は上記要件を満足する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、レンズ強度を変化させ
ることで複数段の偏向器の偏向量比か変化するようにす
る。この複数段の偏向器に独立に電流を流し、レンズ強
度を変えて、偏向量相対値のレンズ強度依存性を調べ、
相対偏向量かシミュレーション結果に一致するレンズ強
度を求め、投影レンズ強度をこの値にする。これで、偏
向収差を最小にすることができる。縮小レンズ強度は、
上記投影レンズ強度てビームが試料面上で結像するよう
に決定する。

本発明で、シミュレーションでは取り込めない実際の電
磁レンズの工作精度による磁束の漏洩等には無関係にレ
ンズ強度を設定でき、しかも偏向器の光軸からの偏向量
の相対値ばかりでなく、同時に複数の偏向器の角度方向
の配置の位置ずれも検出でき、偏向器のＸ、Ｙ系統によ
る偏向収差の違いも検出できるといった利点が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の偏向器配置の効果を説明する図、 第３図は電子ビーム露光装置の説明図、第４図は収差低
減の一例を示す説明図、第５図は第１図に対応する従来
例の説明図、第６図は第２図に対応する従来例の説明図
である。 第１図で１６は縮小レンズ、１７は投影レンズ、ｌ９は
電磁偏向器、２０は試料である。 出　願人　富士通株式会社 代理人弁理士　　青　　　柳　　　　　　穂木発明の原
！Ｉ！図 ３１１図 本発明の偏向器配置の効果を説明する図電子ビーム露光
装置の説明図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子ビームを矩形または任意形状に成形し、その像
   を試料面上に縮小し、偏向して、投影する電子ビーム露
   光装置において、 該偏向を行なう複数段の電磁偏向コイル（１９ａ〜１９
   ｄ）の一部を投影レンズ（１７）の磁界から受ける収束
   力が異なるように、又レンズに対する高さが異なるよう
   に配置し、かつこれらのコイルに各々独立に偏向電流を
   流す手段を設け、また、個々の前記コイルによる電子ビ
   ームの試料（２０）面上での偏向量を測定する手段と、 露光領域の周辺での偏向収差を小にする、前記各コイル
   の偏向量相対値を満足する投影レンズ強度に設定する手
   段及び、電子ビームが試料面上で結像するように前記縮
   小を行なう縮小レンズ（１６）の強度を該投影レンズの
   強度に対して設定する手段を設けたことを特徴とする電
   子ビーム露光装置。 ２、前記電子ビーム露光装置の複数段の電磁偏向コイル
   に各々独立に偏向電流を流し、かつ投影レンズ強度を変
   えて、投影レンズ強度対偏向量相対値の特性曲線を求め
   、 シミュレーション計算により得られた、露光領域周辺で
   の偏向収差を最小にする偏向量相対値が実現されるよう
   に投影レンズ強度を決定することを特徴とする電子ビー
   ム露光装置の調整方法。