JPH07183193A - 荷電粒子線転写装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高精度及び高スループットを実現する荷電粒子
線転写装置を提供する。 【構成】マスク８を透過した荷電粒子線を試料１４上に
投影する、光軸方向に配設された一対の投影レンズ１
０，１１と、試料１４とマスク８との間を一対の投影レ
ンズ１０，１１の投影比で案分した位置に配設されたア
パーチャー１２とを有する荷電粒子線転写装置におい
て、一対の投影レンズ１０，１１のうち、マスク８側の
投影レンズの主面をマスク８とアパーチャー１２との中
間位置からマスス側に所定量ずらして配設し、試料１４
側の投影レンズの主面をアパーチャー１２と試料１４と
の中間位置から試料１４側に前記所定量に前記投影比を
積算した量だけずらして配設している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は荷電粒子線転写装置に関
し、特に、高精度及び高スループットを実現する荷電粒
子線転写装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子線転写装置としては、電子線縮
小転写装置やイオンビーム縮小転写装置などが知られて
おり、いづれも本発明の対象になるものであるが、以下
電子線縮小転写装置を例にして説明をする。電子線縮小
転写装置は以下のように構成されていた。即ち、ウエハ
上に転写するパターンを、１回の電子線の照射により転
写を行う複数の領域に分割してマスク上に構成してい
た。この複数の領域への電子線の照射は、マスクを載置
するマスクステージの一方向への連続移動とこの連続移
動に連動した偏向器の光軸を中心とした偏向とにより行
っていた。そして、マスクを透過した電子線は、以下の
ようにして感光部材上の所定の位置に照射されていた。
即ち、電子線は、一対の投影レンズの投影比に応じて縮
小されて、アパーチャーの開口を通過し、感光部材を載
置する試料ステージは、マスクステージとは逆方向に、
マスクステージの移動速度に投影レンズの投影比を乗算
した速度で連続移動する。これにより、マスクを透過し
た電子線は、感光部材上の所定の位置に照射されてい
た。

【０００３】上述のアパーチャーは、感光部材とマスク
との光軸方向を一対の投影レンズの縮小比で案分した位
置に配設されていた。また、一対の投影レンズのうちマ
スク側に配設される投影レンズは、マスクとアパーチャ
ーとの中間の位置に、レンズの主面があるように配設さ
れていた。一対の投影レンズのうち感光部材側に配設さ
れる投影レンズは、アパーチャーとウエハとの中間の位
置に、レンズの主面があるように配設されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、光軸から近
い（偏向器の偏向量が小さい）マスクのパターンを転写
するときは問題ないが、光軸から遠い（偏向器の偏向量
が大きい）マスクのパターンを転写するときは、一対の
投影レンズにより発生する球面収差が大きくなるという
問題があった。また、この球面収差を補正するように一
対の投影レンズを調節すると、歪収差が発生し、転写精
度が劣化するという問題点があった。

【０００５】上述の問題点を解決するために、電子光学
系のマスクから感光部材までの光軸方向の距離を長くし
たり、マスクのパターン領域を小さくして、偏向器の偏
向量を小さくして転写を行っていた。このため、電子光
学系の鏡筒が大型になったり、スループットが落ちると
いう問題点があった。

【０００６】そこで本発明では、光軸から遠いマスクの
パターンを感光部材上に結像させるときでも、収差の影
響を受けず精度よく転写のできる荷電粒子線転写装置を
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】上記の問題点を解決する
ために、一実施例を示す図１に対応付けて説明すると、
請求項１記載の荷電粒子線転写装置では、荷電粒子線源
（１）から射出した荷電粒子線を転写パターンを有した
マスク（８）に順次照射する照射光学系（１〜４，６，
７）と、マスク（８）を透過した荷電粒子線を試料（１
４）上に投影する、光軸方向に配設された一対の投影レ
ンズ（１０，１１）と、試料（１４）とマスク（８）と
の間を一対の投影レンズ（１０，１１）の投影比で案分
した位置に配設されたアパーチャー（１２）と、を具備
する荷電粒子線転写装置において、一対の投影レンズ
（１０，１１）のうち、投影レンズ（１０）の主面をマ
スク（８）とアパーチャー（１２）との中間位置からマ
スク（８）側に所定量ずらして配設し、投影レンズ（１
１）の主面をアパーチャー（１２）と試料（１４）との
中間位置から試料（１４）側に前記所定量に前記投影比
を積算した量だけずらして配設している。

【０００８】また、請求項２記載の荷電粒子線転写装置
では、マスク（８）の周辺部近傍の転写パターンを透過
した荷電粒子線が、アパーチャー（１２）のほぼ中心に
クロスオーバーを形成し、かつ、試料（１４）上に結像
するように一対の投影レンズ（１０，１１）をずらして
配設している。また、請求項３記載の荷電粒子線転写装
置では、マスク（８）は、荷電粒子線源（１）から射出
した荷電粒子線を光軸上から偏向する一対の偏向器（７
ａ，７ｂ）により順次照射され、周辺部近傍よりも光軸
側の転写パターンを照射するときは、荷電粒子線源
（１）側の偏向器（７ａ）の偏向角度をマスク（８）側
の偏向器（７ｂ）の偏向角度より大きくしている。

【０００９】

【作用】本発明では一対の投影レンズ（１０，１１）の
うち、マスク（８）側の投影レンズ（１０）を所定量だ
けマスク（８）側にずらして配設し、この所定量に一対
の投影レンズ（１０，１１）の投影比を積算した量だけ
試料（１４）側の投影レンズ（１１）を試料（１４）側
にずらして配設している。これにより、球面収差を補正
するように一対の投影レンズ（１０，１１）を調節した
ときの歪収差の影響を少なくできるので、高精度の転写
ができる。

【００１０】また、マスク（８）の周辺部近傍の転写パ
ターンを透過した荷電粒子線が、アパーチャー（１２）
のほぼ中心にクロスオーバーを形成し、かつ、試料（１
４）上に結像するように一対の投影レンズ（１０，１
１）をずらして配設した場合には、周辺部近傍の転写パ
ターンを高精度に転写できる。また、周辺部近傍より光
軸側の前記転写パターンを照射するときは、荷電粒子線
源（１）側の偏向器（７ａ）の偏向角度をマスク（８）
側の偏向器（７ｂ）の偏向角度より大きくすることによ
り、周辺部近傍より光軸側のマスク上の転写パターンを
高精度に転写できる。

【００１１】

【実施例】以下図１〜図３を参照して本発明の一実施例
を説明する。図１は本発明の電子線縮小転写装置の概要
図である。図１において、第１コンデンサレンズ２は、
電子銃１から射出した電子線のクロスオーバーの大きさ
を調節するとともに、アパーチャー３の開口を通過させ
る。第２コンデンサレンズ４は、アパーチャー３の開口
を通過した電子線のクロスオーバー５の形成する位置を
調節する。第３コンデンサレンズ６は、クロスオーバー
５を形成した電子線を平行光束にし、偏向器７ａと偏向
器７ｂとからなる一対の偏向器７はこの平行光束を光軸
から偏向する。

【００１２】マスク８は転写パターンを有しており、こ
の転写パターンは、電子線の一回の照射により転写され
る領域に複数分割されている。なお、本実施例では、マ
スク８の中心（光軸上）から半径４０ｍｍ以内のところ
に転写パターン領域がある。この偏向器７の偏向とマス
ク８を載置するマスクステージ９の図１のＹ方向への連
続移動とにより、電子線をマスク８上の転写パターン領
域に順次照射することができる。

【００１３】一対の投影レンズ１０，１１は、マスク８
を透過した電子線を１／４に縮小投影し、アパーチャー
１２の開口を通過させて、ウエハステージ１３に載置さ
れているウエハ１４上に結像する。なお、アパーチャー
１２は、ウエハ１４とマスク８との光軸方向を投影レン
ズ１０，１１の縮小比で案分した位置に配設されてい
る。本実施例では、投影レンズ１０，１１の縮小比は１
／４であるから、ウエハ１４とマスク８との光軸方向を
１対４で分割した位置にアパーチャー１２が配設されて
いる。

【００１４】また、投影レンズ１０は、マスク８とアパ
ーチャー１２との中間から光軸方向に１２ｍｍだけマス
ク８側にずれた位置に、レンズの主面があるように配設
されている。投影レンズ１１は、アパーチャー１２とウ
エハ１４との中間から光軸方向に４ｍｍだけウエハ１４
側にずれた位置に、レンズの主面があるように配設され
ている。

【００１５】図２はマスク８を透過した電子線を一対の
投影レンズ１０，１１が、アパーチャー１２の中心にク
ロスオーバーを形成する励磁条件（点線）と、ウエハ１
４上に結像する励磁条件（実線）とを示した図である。
同図において、縦軸は投影レンズ１０，１１に与える励
磁電流を表し、横軸は、光軸とマスク８上との距離を表
しており、横軸が０のときが光軸上にあるパターンであ
る。

【００１６】図２において、α＝０のときが従来の一対
の投影レンズ１０，１１の配置であり、投影レンズ１０
のレンズ主面をマスク８とアパーチャー１２との中間に
配設し、投影レンズ１１のレンズ主面をアパーチャー１
２とウエハ１４との中間に配設している。α＝１２のと
きが本実施例であり、投影レンズ１０のレンズ主面をマ
スク８とアパーチャー１２との中間から１２ｍｍだけマ
スク８側にずらして配設している。投影レンズ１１のレ
ンズ主面は、アパーチャー１２とウエハ１４との中間か
ら投影レンズ１０のレンズ主面をずらした量に投影比を
積算した量だけウエハ１４側にずらして配設している。
即ち、投影比が１／４であるから３ｍｍだけウエハ１４
側にずらして配設されている。

【００１７】α＝１３のときが後述する変形例であり、
投影レンズ１０のレンズ主面をマスク８とアパーチャー
１２との中間から１３ｍｍだけマスク８側にずらし、投
影レンズ１１のレンズ主面をアパーチャー１２とウエハ
１４との中間から３．２５ｍｍだけウエハ１４側にずら
して配設されている。本実施例の一対の投影レンズ１
０，１１の配置では、光軸から３０ｍｍ離れた転写パタ
ーン領域で、クロスオーバーを形成する励磁条件とウエ
ハ１４上で結像する条件とが一致している。

【００１８】ウエハステージ１３は、マスク８を透過し
た光束が投影レンズ１０，１１により反転するので、マ
スクステージ９と逆方向に連続移動する。位置補正偏向
器１５は、マスク８を透過した電子線を偏向することに
より、ウエハ１４に結像される電子線の位置を補正して
いる。ＣＰＵ１６は、マスク８上の転写パターンをウエ
ハ１４に転写するための種々の演算を行うとともに、電
子光学系（電子銃１、レンズ２，４，６，１０，１１、
偏向器７，１５）とステージ駆動装置１７とを制御す
る。

【００１９】ステージ駆動装置１７は、不図示のモータ
を介して、マスクステージ９とウエハステージ１３とが
同期するように制御している。以上のように構成された
電子線縮小転写装置の作用を以下に記す。図３はＣＰＵ
１６のフローチャートであり、以下このフローチャート
を用いて本実施例の転写動作を説明する。

【００２０】ＣＰＵ１６は、マスク８上の照射位置を認
識する。（ステップ１０１） ここで、光軸から４０ｍｍ離れたマスク８上のパターン
領域が次の照射位置として認識されている。ＣＰＵ１６
は、光軸から４０ｍｍ離れたマスク８上のパターン領域
を転写するように電子光学系を調節する。（ステップ１
０２） ついで、ＣＰＵ１６は転写を行う。（ステップ１０３） 即ち、一対の偏向器７は、電子線を光軸から４０ｍｍ離
れたマスク８上のパターン領域を照射するように偏向す
る。即ち、偏向器７ａは偏向角が大きくなるように偏向
し、偏向器７ｂは偏向器７ａの偏向角が相殺されるよう
に逆方向に同じ偏向角で偏向する。これにより、マスク
８上を照射する電子線はほぼ平行光束となる。

【００２１】光軸から４０ｍｍ離れたマスク８上のパタ
ーン領域を透過した電子線を、投影レンズ１０，１１が
１／４に縮小し、マスクステージ９の前述の連続移動に
よりマスク上に転写される。なお、投影レンズ１０，１
１は、球面収差を補正するために、ウエハ１４上で結像
するように励磁電流が設定されている。即ち、図２に示
してあるように、（α＝１２）光軸から４０ｍｍ離れた
位置に対応している励磁電流が投影レンズ１０，１１に
与えられている。このため、クロスオーバーをアパーチ
ャー１２の中心に形成するための励磁電流よりも小さい
励磁電流が一対の投影レンズに流れているので、クロス
オーバーは、アパーチャー１２の中心よりウエハ１４側
の光軸上に形成される。このため歪収差が発生するが、
従来に比べて、クロスオーバーの形成される位置のずれ
が小さいので歪収差の量も少なく転写ができる。これに
より、光軸から遠い転写パターン領域を精度よく転写す
ることができる。

【００２２】次に、光軸から１０ｍｍ離れた光軸近傍の
転写パターン領域を転写する場合について説明する。電
子光学系が調節されたのち転写が開始される。即ち、偏
向器７ａは偏向角度が小さくなるように偏向し、偏向器
７ｂは偏向器７ａの偏向角度が相殺されるように逆方向
に同じ偏向角度で偏向する。これにより、マスク８上を
照射する電子線はほぼ平行光束となる。

【００２３】前述のように、光軸から近いマスク８上の
パターン領域を透過した電子線を投影レンズ１０，１１
が１／４に縮小し、マスクステージ９の前述の連続移動
によりマスク上に転写される。なお、投影レンズ１０，
１１は、球面収差を補正するために、ウエハ１４上で結
像するように励磁電流が設定されている。このため、図
２に示してあるように、（α＝１２）クロスオーバーを
アパーチャー１２の中心に形成するための励磁電流より
も大きい励磁電流が一対の投影レンズに流れているの
で、クロスオーバーは、アパーチャー１２の中心よりマ
スク８側の光軸上に形成される。また、従来の場合に比
べクロスオーバーの形成される位置のずれが大きくなる
ので歪収差の量も大きくなるが、歪収差は光軸からの距
離の３乗に比例して発生するため、光軸近傍での歪収差
の影響は少ない。このため、マスク８上の光軸近傍の転
写パターン領域も問題なく転写することができる。この
ため、転写パターン領域全体を従来より精度よく転写す
ることができる。

【００２４】つぎに、本実施例の変形例について以下説
明する。本変形例では、投影レンズ１０、１１を配設す
る位置のみを変えて、他の構成は図１の電子線転写装置
と同じである。本変形例では、投影レンズ１０のレンズ
の主面は、マスク８とアパーチャー１３との中間の位置
から１３ｍｍだけマスク８側にずらして配設している。
これに伴い、投影レンズ１１のレンズの主面は、アパー
チャー１３とウエハ１６との中間の位置から３．２５ｍ
ｍだけウエハ１６側にずらして配設している。

【００２５】図２に示すように（α＝１３）本変形例で
は、光軸から４０ｍｍ離れた位置で、クロスオーバーを
形成する励磁条件とウエハ１４上で結像する条件とが一
致しているので、マスク８上の周辺部近傍を精度よく転
写することができる。また、上述したように、マスク８
上の光軸近傍では歪収差の影響は少ないので、マスク８
上の転写パターン領域全体を精度よく転写することがで
きる。

【００２６】つぎに、本実施例の第２変形例について以
下説明する。第２変形例では、本実施例と同じ装置構成
になっている。図４は、図１の一対の偏向器７以下を表
した図面であり、同じ部番が付してある。電子線の軌跡
ＥＢ１は、マスク８上の光軸から４０ｍｍ離れた位置を
照射する電子線の軌跡であり、上述の実施例と同じ軌跡
である。電子線の軌跡ＥＢ２は、電子線の軌跡ＥＢ１と
逆方向にマスク８上の光軸から４０ｍｍ離れた位置を照
射する電子線の軌跡である。なお、投影レンズ１０，１
１には、どちらの電子線の軌跡ＥＢ１，ＥＢ２が通過す
るときにもマスク８に結像する電流が与えられている。

【００２７】電子線の軌跡ＥＢ１は、図２にあるように
（α＝１２）、クロスオーバーをアパーチャー１２の中
心形成するための電流値がウエハ１４に結像するための
電流値より大きい。このため、クロスオーバーはアパー
チャーの中心よりウエハ１４側の光軸上に形成される。
本変形例の電子線の軌跡ＥＢ２では、一対の偏向器７の
偏向器７ａと偏向器７ｂとの偏向角度を以下のように調
節している。即ち、偏向器７ａは、その偏向角度を偏向
器７ｂの偏向角度より小さくして光軸から４０ｍｍ離れ
たマスク８上を照射する。このため、光軸に近づく角度
をもった電子線がマスク８を照射する。マスク８を透過
した電子線が形成するクロスオーバーの位置は、電子線
の軌跡ＥＢ１に比べて、アパーチャーの中心の光軸に近
づいている。これにより、歪収差の影響を更に減少する
ことができる。

【００２８】なお、クロスオーバーを形成する励磁条件
とウエハ１４上で結像する条件とが一致しているマスク
８上から光軸に離れている転写パターン領域を照射する
ときは、上述のように、偏向器７ａの偏向角度を偏向器
７ｂの偏向角度より小さくして偏向すればいい。また、
クロスオーバーを形成する励磁条件とウエハ１４上で結
像する条件とが一致しているマスク８上から光軸に近い
転写パターンを照射領域するときは、偏向器７ａの偏向
角度を偏向器７ｂの偏向角度より大きくして偏向すれば
いい。

【００２９】即ち、光軸から離れていく角度をもった電
子線がマスク８を照射するので、マスク８を透過した電
子線が形成するクロスオーバーの位置は、アパーチャー
の中心の光軸に近づいている。これにより、歪収差の影
響を更に減少することができる。クロスオーバーを形成
する励磁条件とウエハ１４上で結像する条件とが一致し
ていないマスク８上の転写パターンを照射する場合で
も、上述のように偏向器７ａと偏向器７ｂの偏向角度を
調節することにより、歪収差の影響を更に減少できるの
で、精度の高い転写が可能となる。また、上述のよう
に、球面収差と歪収差の影響を減少させたことにより、
マスク８上の転写パターン領域を広げることができるた
め、従来よりも高いスループットのが実現できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、本発明では一対の投影レンズのうち、マスク側の投
影レンズを所定量だけマスク側にずらして配設し、この
所定量に一対の投影レンズの投影比を積算した量だけ試
料側の投影レンズをウエハ側にずらして配設している。
これにより、一対の投影レンズを調節したときに発生す
る歪収差を影響が減少するので、転写パターン領域を精
度よく転写できる。

【００３１】また、マスクの周辺部近傍の転写パターン
を透過した荷電粒子線が、アパーチャーのほぼ中心にク
ロスオーバーを形成し、かつ、試料上に結像するように
一対の投影レンズをずらして配設した場合には、周辺部
近傍の転写パターンを高精度に転写できる。更に、周辺
部近傍より光軸側の転写パターン領域を照射するとき
は、荷電粒子線源側の偏向器の偏向角度をマスク側の偏
向器の偏向角度より大きくすることにより、周辺部近傍
より光軸側の転写パターン領域も高精度で転写ができ
る。

【００３２】また、歪収差の影響が減少したことによ
り、マスク上の転写パターン領域を広げることができる
ので、スループットも向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である電子線縮小転写装置で
ある。

【図２】クロスオーバーを形成する励磁電流とウエハに
結像する励磁電流とを示した図である。

【図３】ＣＰＵ１６のフローチャートである。

【図４】本発明の第２変形例を示した図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 第１コンデンサレンズ ３，１２ アパーチャー ４ 第２コンデンサレンズ ６ 第３コンデンサレンズ ７ 偏向器 ８ マスク １０，１１ 投影レンズ １４ ウエハ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子線源から射出した荷電粒子線を転
   写パターンを有したマスクに順次照射する照射光学系
   と、 前記マスクを透過した荷電粒子線を試料上に投影する、
   光軸方向に配設された一対の投影レンズと、 前記試料と前記マスクとの間を前記一対の投影レンズの
   投影比で案分した位置に配設されたアパーチャーと、を
   具備する荷電粒子線転写装置において、 前記一対の投影レンズのうち、前記マスク側の投影レン
   ズの主面を前記マスクと前記アパーチャーとの中間位置
   から前記マスク側に所定量ずらして配設し、 前記試料側の投影レンズの主面を前記アパーチャーと前
   記試料との中間位置から前記試料側に前記所定量に前記
   投影比を積算した量だけずらして配設したことを特徴と
   する荷電粒子線転写装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の荷電粒子線転写装置におい
   て、 前記マスクの周辺部近傍の転写パターンを透過した荷電
   粒子線が、前記アパーチャーのほぼ中心にクロスオーバ
   ーを形成し、かつ、前記試料上に結像するように前記一
   対の投影レンズをずらして配設したことを特徴とする荷
   電粒子線転写装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の荷電粒子線転写装置におい
   て、 前記マスクは、荷電粒子線源から射出した荷電粒子線を
   光軸上から偏向する一対の偏向器により順次照射され、 前記周辺部近傍より前記光軸側の転写パターンを照射す
   るときは、前記荷電粒子線源側の偏向器の偏向角度を前
   記マスク側の偏向器の偏向角度より大きくすることを特
   徴とする荷電粒子線転写装置。