JPH1187208A - 荷電ビーム露光装置 - Google Patents

荷電ビーム露光装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サブフィールドが大きな場合であっても精度
良く露光できる荷電ビーム露光装置の提供。 【解決手段】 マスク６上の複数のサブフィールド６０
にパターンを分割して形成し、各サブフィールド６０毎
に荷電ビーム２を照射して各サブフィールド６０のパタ
ーンの像をウェハ７上に順に繋げて投影露光する荷電ビ
ーム露光装置において、制御装置１４は、マスク６のサ
ブフィールド６０に照射される荷電ビーム２の電流量お
よびサブフィールド６０内におけるパターンの分散状態
に基づいて、クーロン効果によって生じる焦点位置ずれ
およびサブフィールド６０の像の歪みが小さくなるよう
に補正レンズ９〜１１およびスティグメータ１２，１３
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電ビーム露光装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、露光の高解像と高スループットの
両方を兼ね備えた電子線露光装置に関して、様々な露光
方式による装置の検討が進められている。一例として、
１ダイまたは複数ダイを一度に露光する一括投影露光方
式がある。しかし、この方式では露光のための原版とな
るマスクの製作が困難であることと、１ダイ以上という
大きな光学フィールド内で収差を要求限度以下とするこ
とが困難である等の理由から、最近では一括投影露光方
式の装置の検討は減りつつある。
【０００３】最近では、この一括投影露光方式に代え
て、大きな光学フィールドをサブフィールドと呼ばれる
一辺が数１００μｍの矩形小領域に分割して投影露光す
る分割投影露光方式が検討されつつある。この方式で
は、パターンはサブフィールド毎に被露光面（感応基
板）上に結像され、サブフィールドのパターン像の焦点
や偏向フィールドの歪みなどの収差等を補正しながら露
光が行われる。そのため、一括投影方式に比べ、光学的
に広い領域にわたって解像度および精度の良い露光を行
うことができる。
【０００４】このような電子線露光装置などの荷電ビー
ム露光装置では、クーロン効果と呼ばれる現象によって
焦点位置が荷電ビーム源側とは反対方向にずれる、いわ
ゆる焦点ずれが発生することや、この焦点ずれが荷電ビ
ームの電流量に依存していることが知られている。その
ため、従来の可変成形方式やセルプロジェクション方式
の露光装置においては、リフォーカスレンズ等を用いて
荷電ビームの電流量に応じて焦点調整を行うことにより
この焦点ずれを補正している。そして、上述した分割投
影露光方式の露光装置においても、従来の露光装置と同
様に、電流量に応じてリフォーカスレンズ等により焦点
を調整することが検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したク
ーロン効果は、荷電粒子同士の反発による上述した焦点
ずれに加えて、感応基板上に投影される像に歪みを発生
させることが知られているが、従来の可変成形方式等の
ようにフィールドサイズが５μｍ角程度と小さい場合に
は、歪みが生じてもその大きさが小さいために問題とな
らなかった。しかしながら、分割投影露光方式の露光装
置のように、一括で投影露光される領域の大きさが数１
００μｍ角程度と従来に比べて数１０倍のフィールドサ
イズを持つ場合には、クーロン効果による歪みが問題と
なる。最も低次の歪みは像の倍率，回転等の変化に対応
しており、大きさはそれぞれ１／１００００，１０μｒ
ａｄのオーダーとなる。このとき、歪みの大きさは数１
０ｎｍ程度となり無視できない歪み量となる。
【０００６】本発明の目的は、一括して投影露光される
領域であるサブフィールドの大きさが例えば、数１００
μｍ角程度と大きな場合であっても精度良く露光できる
荷電ビーム露光装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１に対応付けて説明する。 （１）請求項１の発明は、マスク６上の複数の小領域６
０にパターンを分割して形成し、各小領域６０毎に荷電
ビーム２を照射して各小領域６０のパターンの像を感応
基板７上に順に繋げて投影露光する荷電ビーム露光装置
に適用され、クーロン効果によって生じる焦点位置ずれ
および／または小領域６０の像の歪みをそれぞれ補正す
る補正手段９〜１３を備えて上述の目的を達成する。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の荷電ビーム
露光装置において、補正手段は３個の補正レンズ９〜１
１および２個のスティグメータ１２，１３から成る。 （３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の荷
電ビーム露光装置において、マスク６の小領域６０に照
射される荷電ビーム２の電流量および小領域６０内にお
けるパターンの分散状態に基づいて補正手段９〜１３を
制御する制御装置１４を備える。
【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図１，２を参照して本発明
の実施の形態を説明する。図１は荷電ビーム露光装置の
概念図であり、荷電ビーム源１から出射された荷電ビー
ム（照射ビームと呼ぶ）２は照明レンズ４ａ，４ｂによ
り集束され、不図示の視野選択用偏向器によりマスク６
のサブフィールド６０の一つに照射される。マスク６と
しては孔パターンから成るステンシルマスクや、非常に
薄いメンブレン上に散乱体等を形成することにより散乱
パターンおよび非散乱パターンを形成するメンブレンマ
スク等が用いられる。なお、パターンが形成された各サ
ブフィールド６０同士は非パターン領域６１によって分
離されている。サブフィールド６０を通過した荷電ビー
ム（投影ビームと呼ぶ）３は、投影レンズ５ａ，５ｂに
よりレンズ作用を受けて感応基板であるウェハ７上に投
影される。この際、散乱アパーチャ８の開口を通過する
ビームのみがウェハ７上に投影される。
【００１０】投影レンズ５ａ，５ｂの励磁は、投影ビー
ム３の電流量が少ないときに像面とウェハ７の上面（ウ
ェハ面）とが一致するように調整されている。そのた
め、投影ビーム３の電流量が増加すると、像点はクーロ
ン効果によってウェハ面より図示下側に移動する。９〜
１１はクーロン効果による焦点ずれ等を補正するための
補正レンズであり、これら３個の補正レンズ９〜１１を
用いることによって焦点位置，像の倍率および回転をそ
れぞれ独立に補正する。このとき、補正レンズ９〜１１
の励磁電流をＩ9，Ｉ10，Ｉ11とすれば、焦点位置，像
の倍率および回転の補正量Δｚ，Δｍ，Δθは次式
（１）のような１次式で近似できる。
【数１】 Δｚ＝ａ(1,9)・Ｉ9＋ａ(1,10)・Ｉ10＋ａ(1,11)・Ｉ11 Δｍ＝ａ(2,9)・Ｉ9＋ａ(2,10)・Ｉ10＋ａ(2,11)・Ｉ11 Δθ＝ａ(3,9)・Ｉ9＋ａ(3,10)・Ｉ10＋ａ(3,11)・Ｉ11 …（１） ここで、ａ(1,j)，ａ(2,j)，ａ(3,j)は各補正レンズ９
〜１１（ただし、j＝9,10,11）のレンズ構成で決まる量
であり、既知である。
【００１１】また、１２，１３は像の非点收差および次
式（２）
【数２】 で表される歪み收差を独立に補正するスティグメータで
ある。式（２）において、ｘ，ｙはサブフィールド内の
位置座標を表し、Δｘ，Δｙはそれぞれｘ，ｙ方向の歪
み量または位置ずれ量を表している。α，βは歪みから
決まる定数である。スティグメータ１２，１３はそれぞ
れ２個の独立に励磁できる４極子から構成され、例えば
スティグメータ１２の２つの４極子の電流をＩa(12)，
Ｉb(12)としたとき、スティグメータ１２の励磁電流は
複素表示Ｉs(12)＝Ｉa(12)＋ｉ・Ｉb(12)で表すことが
できる。このとき、非点收差および歪み收差に対するス
ティグメータ１２，１３の補正量ΔＭast，ΔＭdisは、
スティグメータ１２，１３の励磁電流をＩs(12)，Ｉs(1
3)とすると次式（３）のように表される。
【数３】 ΔＭast＝ｂ(1,12)・Ｉs(12)＋ｂ(1,13)・Ｉs(13) ΔＭdis＝ｂ(2,12)・Ｉs(12)＋ｂ(2,13)・Ｉs(13) …（３） ここで、ｂ(1,j)，ｂ(2,j)は各スティグメータ１２，１
３（ただし、j＝12,13）のレンズ構成で決まる量であ
り、既知である。この光学系でのクーロン効果による非
点収差および歪みをそれぞれΔＣast，ΔＣdis（＝Δｘ
＋ｉΔｙ）と表すと、式（３）のＩs(12)、Ｉs(13)は次
式（４）
【数４】 が成り立つように決定される。
【００１２】マスクパターンに関するパターン情報は記
憶装置１５に予め記憶されている。ここで、パターン情
報とは、ステンシルマスクの場合には、一つのサブフィ
ールド６０の面積に対するパターンの面積の割合とその
分散の程度であり、散乱メンブレンマスクの場合には、
一つのサブフィールド６０の面積に対する非散乱パター
ンの面積の割合とその分散の程度である。また、マスク
６に照射される照明ビーム２の電流量も、予め各サブフ
ィールド６０毎に記憶装置１５に記憶されている。制御
装置１４は記憶装置１５に記憶されている電流量とパタ
ーン情報とに基づいてクーロン効果による焦点位置の変
化、像の倍率および回転の変化、像の非点收差および歪
み收差を算出し、それらの変化や收差を抑制するように
式（１），（３）に基づいて補正レンズ９〜１１および
スティグメータ１２，１３の各励磁電流を制御する。な
お、上記の倍率の変化、回転の変化、非点收差、
歪み收差が前述したクーロン効果による低次の歪みに
対応している。一方、本明細書でいう歪みとはこの低次
の歪みのことを言う。
【００１３】次に、図２を用いて補正レンズ９〜１１お
よびスティグメータ１２，１３による補正手順について
説明する。なお、以下ではステンシルマスクを用いた場
合を例に説明する。図２は制御装置１４で行われる制御
の手順を示す図であり、工程１では、記憶装置１５に予
め記憶されている照明ビーム２の電流量およびマスク６
のサブフィールド６０内の上記パターン情報とから、被
露光面であるウェハ面上における投影ビーム３の電流量
を算出する。工程２では、工程１で算出された電流量と
サブフィールド６０内における孔パターン（散乱メンブ
レンマスクの場合には非散乱パターン）の分散の程度か
らクーロン効果による焦点位置変化、像の倍率および回
転の変化、像の非点收差および歪み收差を計算する。
【００１４】次いで、工程３では、工程２で算出された
收差等を補正するように、すなわち、式（１）および
（３）で示される各補正量Δｚ，Δｍ，Δθ，ΔＭas
t，ΔＭdisが０となるように、補正レンズ９〜１１およ
びスティグメータ１２，１３の各励磁電流Ｉ9，Ｉ10，
Ｉ11，Ｉs(12)，Ｉs(13)を調整する。そして、工程４に
おいてサブフィールド６０の露光を行う。このような手
順は各サブフィールド６０毎に行われる。
【００１５】なお、上述した補正手順では、予め記憶装
置１５に記憶された照明ビーム２の電流量およびマスク
６のパターン情報に基づいて焦点位置変化や像の歪みを
計算により求めたが、実測によって求めても良い。例え
ば、予め全てのサブフィールド６０に関して露光を行っ
て焦点位置変化や像の歪み測定し、その測定データを記
憶装置１５に記憶しておき、各サブフィールド６０の露
光時に入力された測定データに基づいて補正する。
【００１６】このように、補正レンズ９〜１１およびス
ティグメータ１２，１３を用いて、クーロン効果による
焦点ずれの補正および像の歪みの補正を行うことによ
り、ウェハ７上に投影露光されるサブフィールド６０の
像の歪みを数ｎｍ以下に抑えることができた。なお、上
述した実施の形態では、クーロン効果による低次の歪み
（倍率の変化、回転の変化、非点收差、歪み收
差）の全てを補正するようにしたが、必ずしも全て補正
する必要は無く、要求精度に合わせて選択して補正する
ようにしても良い。
【００１７】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、ウェハ７は感応基板を、サブ
フィールド６０は小領域を、補正レンズ９〜１１および
スティグメータ１２，１３は補正手段をそれぞれ構成す
る。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
補正手段によってクーロン効果に起因する焦点ずれおよ
び像の歪みを補正することにより、感応基板上に投影さ
れる像の歪みを小さく抑えることができる。特に、請求
項３の発明では、マスクの小領域に照射される荷電ビー
ムの電流量および小領域内におけるパターンの分散状態
に応じて、クーロン効果に起因する焦点ずれおよび像の
歪みを補正するため、精度良く補正を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による荷電ビーム露光装置の概念図。
【図２】補正手順を示す図。
【符号の説明】
１ 荷電ビーム源 ２，３ 荷電ビーム ４ａ，４ｂ 照明レンズ ５ａ，５ｂ 投影レンズ ６ マスク ７ ウェハ ８ 散乱アパーチャ ９〜１１ 補正レンズ １２，１３ スティグメータ １４ 制御装置 １５ 記憶装置 ６０ サブフィールド

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マスク上の複数の小領域にパターンを分
    割して形成し、前記各小領域毎に荷電ビームを照射して
    前記各小領域のパターンの像を感応基板上に順に繋げて
    投影露光する荷電ビーム露光装置において、 クーロン効果によって生じる焦点位置ずれおよび／また
    は前記小領域の像の歪みをそれぞれ補正する補正手段を
    備えることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の荷電ビーム露光装置に
    おいて、 前記補正手段は３個の補正レンズおよび２個のスティグ
    メータから成ることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の荷電ビーム露
    光装置において、 前記マスクの小領域に照射される荷電ビームの電流量お
    よび前記小領域内におけるパターンの分散状態に基づい
    て前記補正手段を制御する制御装置を備えることを特徴
    とする荷電ビーム露光装置。
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