(57)【要約】【課題】  入出側テレセントリック性を悪化させることなく、像面湾曲等の収差を低減することができる荷電粒子線露光装置を提供する。【解決手段】  レチクル１に斜め方向から入射してくる主光線３は、第５偏向器１５の作用により偏向され、レチクル１面に垂直に入射すると共に、レチクル１面から、レチクル１に垂直に出射して、第１偏向器１０と第５偏向器１５の相互作用により、第１偏向器１０の位置よりレチクル１側に近い位置で光軸側に偏向され、図２に示す位置よりも光軸よりに進行する。そして、ウエハ８の近傍までは斜めに進むが、第４偏向器１３と第６偏向器１６の相互作用により、第４偏向器１３よりウエハ８に近い位置で、ウエハ８に垂直になるように偏向され、ウエハ８に垂直入射する。その結果、入出側テレセントリック性を悪化させることなく像面湾曲等の収差を低減できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を用いて、レチクルに形成されたパターンを、投影光学系によりウエハ等の感応基板に露光転写する荷電粒子線露光装置であって、前記投影光学系用の偏向器の少なくとも一つが、前記荷電粒子線の進行方向において、結像面より下流側に設けられていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線露光装置であって、前記荷電粒子線の主光線が、前記投影光学系の偏向器の内、前記荷電粒子線の進行方向において、前記結像面より上流側にあり最も前記結像面に近い偏向器の位置より下流側、かつ、前記結像面の上流側で、前記結像面に対してほぼ垂直となって、前記結像面に入射するようにされていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項３】
荷電粒子線を用いて、レチクルに形成されたパターンを、投影光学系によりウエハ等の感応基板に露光転写する荷電粒子線露光装置であって、前記投影光学系用の偏向器の少なくとも一つが、前記荷電粒子線の進行方向において、前記レチクル面より上流側に設けられていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線露光装置であって、前記レチクル面からほぼ垂直に出射した前記荷電粒子線の主光線が、前記投影光学系の偏向器の内、前記荷電粒子線の進行方向において、前記レチクル面より下流側にあり最も前記レチクル面に近い偏向器の位置より上流側、かつ、前記レチクル面の下流側で、光軸方向に偏向されるようにされていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を用いて、レチクルに形成されたパターンを、投影光学系によりウエハ等の感応基板に露光転写する荷電粒子線露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの集積度の向上により微細化されたパターンは従来の紫外光を用いた露光方法では解像が困難になりつつあり、荷電粒子線や極端紫外線（ＥＵＶ）を用いた新しい露光方法が使用されるようになってきている。中でも荷電粒子線を用いた露光装置は、電気的手段による制御性が良い、等の利点を持ち、次世代の露光手段として有望である。
【０００３】
荷電粒子線露光装置においては、荷電粒子線光学系の収差や歪等のために、広い領域を一度に露光転写することができない。このため、例えば１つのチップに相当する領域を、複数のサブフィールド（副視野）と呼ばれる領域に分けて、サブフィールドごとにレチクルのパターンをウエハに露光転写し、露光転写されたパターンをつなぎ合わせて１つのチップのパターンを得る、分割露光転写方式が採用されるようになってきている。
【０００４】
このような、従来の分割露光転写方式による電子線露光装置の投影光学系の概要を図２に示す。図２において、不図示の電子線源から放出された電子線は、不図示の照明光学系により、レチクル１を照明する。
【０００５】
レチクルは通常１ｍｍ角程度に分割されており、分割された個々の領域をレチクル側サブフィールド（副視野）２と呼ぶ。照明電子線は、一つのレチクル側サブフィールド２内を一括して照明するようになっている。
【０００６】
図２において、３は投影光学系における偏向軌道の主光線であり、４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｃは、それぞれレチクル側サブフィールド２の端部から放出される電子線を示している。レチクル１を通過したこれらの電子線は第１投影レンズ６と第２投影レンズ７とにより、被露光物であるウエハ８にレチクルの像を結ぶように調整されている。通常、投影光学系の倍率は１／４程度に設定されている。
【０００７】
レチクル側サブフィールド２をウエハ８上に結像したものを、ウエハ側サブフィールド９と呼んでいる。ウエハ８上で分割されたレチクルの像（ウエハ側サブフィールド９）を繋ぎ合せて半導体装置の回路等の全体の像を形成する。
【０００８】
電子線は照明光学系中の不図示の成形開口の像をレチクル１上に結ぶように調整されており、不図示の照明光学系偏向器により所望のレチクル側サブフィールド２に照明電子線を偏向していく。偏向幅はレチクル上で２０ｍｍ程度で、これをメインフィールド（主視野）と呼ぶ。実際の露光は、電子線をメインフィールドの方向に偏向し、メインフィールドと直交する方向にレチクルステージ、ウエハステージを連続的に動かして（レチクルステージとウエハステージの方向は通常逆になる）行う。
【０００９】
一方、レチクル側サブフィールド２間には、ストラット（梁）と呼ばれる補強材やスカートと呼ばれるパターンのない部分があるので、レチクル側サブフィールド２をそのままウエハ８上に投影すると、連続したパターンが得られない。したがって、その部分を調整するために投影光学系にも偏向器が設けられている。さらに、偏向によって発生する収差を偏向器を調整することで低減させることができる。図２において第１偏向器１０、第２偏向器１１、第３偏向器１２、第４偏向器１３はこの目的のために設置されている。なお、図２において、１４はレチクル１で散乱された電子線をカットするためのコントラストアパーチャである。
【００１０】
また、この投影光学系は、入出側両テレセントリックな光学系とされている。その理由は、もし、レチクル１の光軸方向位置、ウエハ８の光軸方向位置が変動した場合に、結像位置が変化して、像の歪が発生するのを抑えるためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、図２に示す従来例のような荷電粒子線投影光学系を継承しつつ、分解能を向上させようとすると、像面湾曲等の収差が問題になる。像面湾曲を改善する効果的な手法は、図３に示すように偏向軌道を極力光軸付近に近づけることである。図３においては、図２に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００１２】
ところが、図３を見て分かるように、偏向軌道を光軸付近に近づけようとすると、偏向軌道はレチクル１面およびウエハ８面で傾きを持ってしまう。偏向軌道の傾きが大きいと、レチクル１やウエハ８の高さ変動によって、像の位置ずれが発生してしまう。典型的には、レチクル１面、ウエハ８面での偏向軌道の傾きは数度になり、例えば、ウエハステージが１μｍ変動すると、１７ｎｍ以上の結像位置変化が発生する。
【００１３】
これを低減させるためにはレチクルステージ、ウエハステージの高さ変動を抑えるか、高さ変動を検知して荷電粒子線投影光学系で補正をかけることが必要になる。しかしながら、各ステージの高精度化は非常に経費がかかる。また、荷電粒子線投影光学系での補正を行うと、補正範囲が増えて応答速度が遅くなり、処理時間が長くかかってしまうという問題点がある。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、入出側テレセントリック性を悪化させることなく、像面湾曲等の収差を低減することができる荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を達成するための第１の手段は、荷電粒子線を用いて、レチクルに形成されたパターンを、投影光学系によりウエハ等の感応基板に露光転写する荷電粒子線露光装置であって、前記投影光学系用の偏向器の少なくとも一つが、前記荷電粒子線の進行方向において、結像面より下流側に設けられていることを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項１）である。
【００１６】
結像面より下流側に設けられた偏向器の磁場は、結像面の上流側にまで広がり、荷電粒子線が結像面に達するまでの軌道の偏向に寄与する。よって、その分、結像面に近い位置で軌道を偏向させることができるようになり、例えば、後記第２の手段を実現することができる。
【００１７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記荷電粒子線の主光線が、前記投影光学系の偏向器の内、前記荷電粒子線の進行方向において、前記結像面より上流側にあり最も前記結像面に近い偏向器の位置より下流側、かつ、前記結像面の上流側で、前記結像面に対してほぼ垂直となって、前記結像面に入射するようにされていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１８】
本手段においては、結像面より下流側に設けられている偏向器の作用により、荷電粒子線の主光線が、結像面より上流側にあり最も前記結像面に近い偏向器の位置より下流側、かつ、結像面の上流側で、結像面に対してほぼ垂直となって、結像面に入射するようにすることができる。すなわち、出側テレセントリック性を確保した場合に、従来よりも結像面に近い位置まで、主光線を斜め入射させることができるので、その分、偏向軌道が光軸近傍を通るようにすることができ、像面湾曲等の収差を低減することができる。
【００１９】
なお、本欄及び特許請求の範囲において、「ほぼ垂直」とは、完全な垂直でなくても、露光転写精度に問題となるような影響がない範囲で完全な垂直でなくてもよいという意味であり、投影光学系の投影要求精度、収差、レチクルやウエハの光軸方向位置変動の大きさ等に応じて、当業者がその範囲を適宜定めることができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第３の手段は、荷電粒子線を用いて、レチクルに形成されたパターンを、投影光学系によりウエハ等の感応基板に露光転写する荷電粒子線露光装置であって、前記投影光学系用の偏向器の少なくとも一つが、前記荷電粒子線の進行方向において、前記レチクル面より上流側に設けられていることを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項３）である。
【００２１】
レチクル面より上流側に設けられた偏向器の電場又は磁場は、レチクル面の下流側にまで広がり、荷電粒子線がレチクル面から放出された後の軌道の偏向に寄与する。よって、その分、レチクル面に近い位置で軌道を偏向させることができるようになり、例えば、後記第４の手段を実現することができる。
【００２２】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、前記レチクル面からほぼ垂直に出射した前記荷電粒子線の主光線が、前記投影光学系の偏向器の内、前記荷電粒子線の進行方向において、前記レチクル面より下流側にあり最も前記レチクル面に近い偏向器の位置より上流側、かつ、前記レチクル面の下流側で、光軸方向に偏向されるようにされていることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２３】
本手段においては、レチクル面より上流側に設けられている偏向器の作用により、レチクル面からほぼ垂直に出射した荷電粒子線の主光線が、投影光学系の偏向器の内、荷電粒子線の進行方向において、レチクル面より下流側にあり最もレチクル面に近い偏向器の位置より上流側、かつ、レチクル面の下流側で、光軸方向に偏向されるようにされている。すなわち、入側テレセントリック性を確保した場合に、主光線を従来よりもレチクル面に近い位置で光軸側に偏向させることができるので、偏向軌道が光軸近傍を通るようにすることができ、像面湾曲等の収差を低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、入出側テレセントリック性を悪化させることなく、像面湾曲等の収差を低減することができる荷電粒子線露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態である電子線露光装置の投影光学系の概要を示す図である。図１において、不図示の電子線源から放出された電子線は、不図示の照明光学系により、レチクル１を照明する。
【００２６】
レチクルは通常１ｍｍ角程度に分割されており、分割された個々の領域をレチクル側サブフィールド（副視野）２と呼ぶ。照明電子線は、一つのレチクル側サブフィールド２内を一括して照明するようになっている。
【００２７】
図１において、３は投影光学系における偏向軌道の主光線であり、４ａ〜４ｃ、５ａ〜５ｃは、それぞれレチクル側サブフィールド２の端部から放出される電子線を示している。レチクル１を通過したこれらの電子線は第１投影レンズ６と第２投影レンズ７とにより、被露光物であるウエハ８にレチクルの像を結ぶように調整されている。通常、投影光学系の倍率は１／４程度に設定されている。
【００２８】
レチクル側サブフィールド２をウエハ８上に結像したものを、ウエハ側サブフィールド９と呼んでいる。ウエハ８上で分割されたレチクルの像（ウエハ側サブフィールド９）を繋ぎ合せて半導体装置の回路等の全体の像を形成する。
【００２９】
電子線は照明光学系中の不図示の成形開口の像をレチクル１上に結ぶように調整されており、不図示の照明光学系偏向器により所望のレチクル側サブフィールド２に照明電子線を偏向していく。偏向幅はレチクル上で２０ｍｍ程度で、これをメインフィールド（主視野）と呼ぶ。実際の露光は、電子線をメインフィールドの方向に偏向し、メインフィールドと直交する方向にレチクルステージ、ウエハステージを連続的に動かして（レチクルステージとウエハステージの方向は通常逆になる）行う。
【００３０】
一方、レチクル側サブフィールド２間には、ストラット（梁）と呼ばれる補強材やスカートと呼ばれるパターンのない部分があるので、レチクル側サブフィールド２をそのままウエハ８上に投影すると、連続したパターンが得られない。したがって、その部分を調整するために投影光学系にも偏向器が設けられている。さらに、偏向によって発生する収差を偏向器を調整することで低減させることができる。図１において第１偏向器１０、第２偏向器１１、第３偏向器１２、第４偏向器１３はこの目的のために設置されている。なお、図１において、１４はレチクル１で散乱された電子線をカットするためのコントラストアパーチャである。
【００３１】
以上の構成は、図２に示された従来の投影光学系と同じであるが、図１に示す投影光学系においては、レチクル１の上流側（電子線の流れの上流側）に第５偏向器１５が設けられ、かつ、ウエハ８の下流側に第６偏向器１６が設けられている点が異なっている。
【００３２】
電子線の主光線３について説明すると、レチクル１に斜め方向から入射してくる主光線３は、第５偏向器１５の作用により偏向され、レチクル１面に垂直に入射すると共に、レチクル１面から、レチクル１に垂直に出射して、第１偏向器１０と第５偏向器１５の相互作用により、第１偏向器１０の位置よりレチクル１側に近い位置で光軸側に偏向され、図２に示す位置よりも光軸よりに進行する。
【００３３】
そして、ウエハ８の近傍までは斜めに進むが、第４偏向器１３と第６偏向器１６の相互作用により、第４偏向器１３よりウエハ８に近い位置で、ウエハ８に垂直になるように偏向され、ウエハ８に垂直入射する。
【００３４】
このように、偏向軌道を通る電子線の主光線３は、レチクル１面からレチクルに垂直に出射し、ウエハ８面に垂直に入射するので、この投影光学系は入出側テレセントリックな光学系となっている。さらに、主光線３がレチクル１を出た後、光軸方向に偏向される点が、第１偏向器１０よりレチクル１側にあり、光軸方向からウエハ８に向かう主光線３が、ウエハ８に垂直な方向に偏向される点が、第４偏向器１３よりウエハ８側にあるので、偏向軌道を光軸よりとすることが可能になって、その結果像面湾曲等の収差を低減できる。
【００３５】
図１から明らかなように、第１偏向器１０と第５偏向器１５の偏向方向は同じとされており、第４偏向器１３と第６偏向器１６の偏向方向は同じとされている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態である電子線露光装置の投影光学系の概要を示す図である。
【図２】従来の分割露光転写方式による電子線露光装置の投影光学系の概要を示す図である。
【図３】図２に示す投影光学系において、偏向軌道を光軸に近づけた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…レチクル、２…レチクル側サブフィールド、３…主光線、４ａ，４ｂ，４ｃ…レチクル側サブフィールドの端部から放出される電子線、５ａ，５ｂ，５ｃ…レチクル側サブフィールドの端部から放出される電子線、６…第１投影レンズ、７…第２投影レンズ、８…ウエハ、９…ウエハ側サブフィールド、１０…第１偏向器、１１…第２偏向器、１２…第３偏向器、１３…第４偏向器、１４…コントラストアパーチャ、１５…第５偏向器、１６…第６偏向器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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