(57)【要約】【課題】ＤＣ磁場を精度良く確実に打ち消す磁場キャンセラー、及び荷電粒子線光学系の高次収差を低減させ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】本発明の磁場キャンセラーでは、磁気センサー４１は、ＡＣ磁場のみでなくとＣ磁場をも検出する。ＤＣ磁場及びＡＣ磁場は、磁気センサー４１で検出され、ガウスメーター３３で測定される。磁気センサー４１で検出された信号は、演算・メモリ部３５に入力、制御され、電源３４からＤＣ及びＡＣ磁場を打ち消すための電流がキャンセルコイル３１に給電される。この給電により、キャンセルコイル３１に打ち消し磁場６１が発生する。【選択図】        図１
2004158612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境磁場を低減させたいターゲット空間の周囲に配置された、該ターゲット空間に作用する環境磁場を打ち消す磁場を発生させるキャンセルコイルと、
該キャンセルコイルに流す電流を出力する電源と、
前記ターゲット空間周辺の磁界を検出する磁気センサーと、
該磁気センサーからの信号を入力させて前記電源の出力を制御する制御部と、を備える磁場キャンセラーであって、
前記磁気センサーで検出された磁界の直流成分を打ち消すための電流を前記キャンセルコイルに与えることを特徴とする磁場キャンセラー。
【請求項２】
感応基板上に荷電粒子線を選択的に照射してパターン形成を行う荷電粒子線露光装置であって、
磁場キャンセラーを備え、該磁場キャンセラーが、
該露光装置の荷電粒子線通路（ターゲット空間）に作用する環境磁場を打ち消す磁場を発生させるキャンセルコイルと、
該キャンセルコイルに流す電流を出力する電源と、
前記ターゲット空間周辺の磁界を検出する磁気センサーと、
該磁気センサーからの信号を入力させて前記電源の出力を制御する制御部と、を備え、
前記磁気センサーで検出された磁界の直流成分を打ち消すための電流を前記キャンセルコイルに与えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項３】
前記ターゲット空間の磁場と前記磁気センサーが設置される空間の磁場との偏差を補正する補正手段を設けることを特徴とする請求項１に記載の磁場キャンセラー、又は請求項２に記載の荷電粒子線露光装置。
【請求項４】
前記補正手段が、前記磁気センサーの周囲に配置された補正コイルを含むことを特徴とする請求項３に記載の磁場キャンセラー、又は荷電粒子線露光装置。
【請求項５】
前記磁気センサーを複数備え、これらの磁気センサーが前記ターゲット空間に対して対向するように設置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁場キャンセラー、又は請求項２に記載の荷電粒子線露光装置。
【請求項６】
請求項２に記載の荷電粒子線露光装置が、マスク上のパターンを感応基板上に投影する投影型露光装置であ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路のリソグラフィー等に用いられる荷電粒子線露光装置、及び、それ用に好適な磁場キャンセラーに関する。特には、地磁気を主要因とする直流磁場を含む環境磁場を打ち消す磁場キャンセラー等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線露光装置や走査型電子顕微鏡等は、電子ビーム（荷電粒子ビーム）を収束・偏向するためのレンズ・偏向器や、ウェハや試料等の被照射体が載置されるステージ、さらに、ウェハローダーや真空ポンプ等の周辺機器を有している。これらの機器は作動時に外乱磁場を不規則に発生させる。この外乱磁場の発生により装置の環境磁場が変化すると、その変化の影響を電子ビームが受け、ビーム軌道が曲がって形成パターンに歪みが生じる等の悪影響がおこる。そこで、この悪影響が生じることを防ぐため、従来からアクティブ磁場キャンセラー（ＡＭＣ：  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ    以下、ＡＭＣ、または単に磁場キャンセラーという）が用いられている。
【０００３】
磁場キャンセラーは、装置の周囲を取り囲む直交した３つのヘルムホルツコイルや、機器本体の鏡筒付近に置かれるガウスメーター等を備える。この磁場キャンセラーは、機器周囲の磁場を測定するガウスメーターからの測定値に基づき、ヘルムホルツコイルへの給電を制御して、外乱磁場を打ち消すような磁場を発生させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような磁場キャンセラーで、打ち消す対象としている磁場は、従来は、磁界の交流成分、すなわち交流外乱磁場（以下、ＡＣ磁場ともいう）のみである。したがって、地磁気等を主な要因として発生する磁界の直流成分、すなわち直流磁場（以下、ＤＣ磁場ともいう）を打ち消すことはしていなかった。なお、通常の場合、ウェハローダーや真空ポンプ等の機器の発生させるＡＣ磁場の大きさは、地磁気の十分の一から数十分の一である。
【０００５】
上記のように、ＡＣ磁場のみを打消しの対象としていたのは、電子線露光装置や走査型電子顕微鏡等の装置においては、荷電粒子ビームの揺れの原因となるのは交流外乱磁場（ＡＣ磁場）のみであることから、このＡＣ磁場のみを対象とすればよいと考えていたためである。つまり、ＤＣ磁場があっても、それが一定であれば、電子ビームの軌道を不規則にくるわせる外乱とはならないため、ＤＣ磁場については問題とされていなかった。さらに付言すれば、ＤＣ磁場の影響については、偏向器を最適化するためのパラメーター設定に影響を与えるため偏向器を調整することが必要であるものの、装置の性能自体に影響を与えるものではないと考えられていた。
【０００６】
ところが、近年、レチクル（マスク、パターン原版）とウェハとをスキャンしながら投影転写する投影型の電子線露光装置の開発が進められると、この投影型の電子線露光装置では、ＤＣ磁場によって電子線光学系に、補正が困難な高次収差が生じ、それが問題となることがわかってきた。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、地磁気等により生じるＤＣ磁場を含む環境磁場を、精度良く確実に打ち消すことができる磁場キャンセラーを提供することにある。
【０００８】
また、荷電粒子線光学系における偏向器光学系の高次収差を低減させることができる荷電粒子線露光装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る磁場キャンセラーは、環境磁場を低減させたいターゲット空間の周囲に配置された、該ターゲット空間に作用する環境磁場を打ち消す磁場を発生させるキャンセルコイルと、該キャンセルコイルに流す電流を出力する電源と、前記ターゲット空間周辺の磁界を検出する磁気センサーと、該磁気センサーからの信号を入力させて前記電源の出力を制御する制御部と、を備える磁場キャンセラーであって、前記磁気センサーで検出された磁界の直流成分を打ち消すための電流を前記キャンセルコイルに与えることを特徴とする。
【００１０】
磁界の直流成分を打ち消すための電流をキャンセルコイルに与えるので、地磁気を主な要因として生じる直流（ＤＣ）磁場を打ち消す。さらには、ターゲット空間の周囲にある磁性体が移動することにより生じるＤＣ磁場に準じたものといえる磁界の変動（以下、準ＤＣ的な磁界変動という）も打ち消す。
【００１１】
これにより、磁界の交流成分（ＡＣ）を主とする外乱磁場（ＡＣ磁場、ＡＣ外乱磁場）のみでなく、地磁気等の磁界の直流成分を主とするＤＣ磁場をも打ち消して、ターゲット空間に作用する環境磁場を低減させることができる。
【００１２】
尚、ターゲット空間とは、外乱磁場や地磁気等を主な要因とするＤＣ磁場、準ＤＣ的な磁界変動等の環境磁場を打ち消したい（キャンセルしたい）空間をいう。
【００１３】
また、本発明にかかる荷電粒子線露光装置は、感応基板上に荷電粒子線を選択的に照射してパターン形成を行う荷電粒子線露光装置であって、磁場キャンセラーを備え、該磁場キャンセラーが、該露光装置の荷電粒子線通路（ターゲット空間）に作用する環境磁場を打ち消す磁場を発生させるキャンセルコイルと、該キャンセルコイルに流す電流を出力する電源と、前記ターゲット空間周辺の磁界を検出する磁気センサーと、該磁気センサーからの信号を入力させて前記電源の出力を制御する制御部と、を備え、前記磁気センサーで検出された磁界の直流成分を打ち消すための電流を前記キャンセルコイルに与えることを特徴とする。
【００１４】
該磁場キャンセラーにより、該荷電粒子露光装置に作用する磁界の直流成分、すなわちＤＣ磁場や準ＤＣ的な磁界変動を打ち消す。したがって、該荷電粒子線露光装置の荷電粒子線軌道が、ＤＣ磁場等による作用を受けず、偏向器を最適化するためのパラメーター設定に影響を与えない。つまり、偏向器による荷電粒子線の軌道修正を行う必要がなくなる。これにより、偏向器の調整を行う必要がなくなり、荷電粒子線光学系における偏向器光学系の高次収差の発生を抑えることができる。
【００１５】
また、本発明にかかる磁場キャンセラー、及びそれを備える荷電粒子線露光装置では、前記ターゲット空間の磁場と前記磁気センサーが設置される空間の磁場との偏差を補正する補正手段を設けることが好ましい。
【００１６】
該補正手段により、該露光装置の荷電粒子線通路（ターゲット空間）に作用する環境磁場を低減させるように補正する。したがって、該ターゲット空間と磁気センサーが設置される空間とが異なる場合であっても、該ターゲット空間に作用する環境磁場を確実に打ち消すことができる。
【００１７】
該補正手段により、荷電粒子線露光装置の本体に作用する環境磁場を低減させるように補正する。したがって、磁気センサーが設置される空間と荷電粒子線露光装置の本体が位置する空間とが異なる場合であっても、荷電粒子線露光装置の本体に作用する環境磁場を確実に打ち消すことができる。
【００１８】
また、本発明の磁場キャンセラー、及びそれを備える荷電粒子線露光装置では、前記補正手段は、前記磁気センサーの周囲に配置される補正コイルを含むことが好ましい。
この場合、補正手段をシンプルに構成することができる。
【００１９】
また、本発明の磁場キャンセラー、及びそれを備える荷電粒子線露光装置では、前記磁気センサーを複数備え、これらの磁気センサーを前記ターゲット空間に対して対向するように設置することが好ましい。
【００２０】
この場合、例えばターゲット空間に対向して設置された複数の磁気センサーで検出される値の平均値を、センサー信号として入力させる。これにより、ターゲット空間内の磁気環境を精度良く予想する。よって、ターゲット空間における環境磁場を高精度で低減させることができる。
【００２１】
また、本発明の荷電粒子線露光装置は、マスク上のパターンを感応基板上に投影する投影型露光装置であることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、図２を参照しつつ、投影型の荷電粒子線露光装置の一例である電子線露光装置の全体構成と結像関係の概要について説明する。
図２は、分割転写方式の電子線露光装置の構成例を模式的に示す図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には、コンデンサレンズ２及び照明レンズ３が備えられており、電子線は、これらのレンズ２、３を通って、レチクル１０を照明する。
【００２３】
これらのレンズ２、３を主な構成要素とする照明光学系中には、図示されていないが、照明ビーム成形開口やブランキング偏向器、ブランキング開口、照明ビーム偏向器等が配置されている。照明光学系において成形された照明ビームＩＢは、レチクル１０上で順次走査され、照明光学系の視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を行う。
【００２４】
レチクル１０は多数のサブフィールドを有し、移動可能なレチクルステージ１１に載置されている。レチクルステージ１１を光軸垂直面内で移動させることにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル上の各サブフィールドを照明する。
【００２５】
レチクル１０の下方には第１投影レンズ１５、第２投影レンズ１９、及び、収差補正や像位置調整に用いられる偏向器１６（１６−１〜１６−６）が設けられている。レチクル１０の一つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、偏向器１６によってウェハ（感応基板）２３上の所定の位置に結像される。ウェハ２３上には適当なレジストが塗布されており、レジスト上に電子線のドーズが与えられ、レチクル１０上のパターンが縮小（一例で１／４）されてウェハ２３上に転写される。
【００２６】
レチクル１０とウェハ２３との間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。同開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に達しないように遮断する。
【００２７】
ウェハ２３は、静電チャックを介してＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。レチクルステージ１１とウェハステージ２４とを互いに逆方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるデバイスパターンの各部を順次露光することができる。
【００２８】
次に、図１を参照して、本発明の一実施の形態である磁場キャンセラー及びそれを備える荷電粒子線露光装置について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る磁場キャンセラー及びそれを備える荷電粒子線露光装置を模式的に示す図である。
図１の中央部には、荷電粒子線露光装置の鏡筒５０を模式的に示す。この鏡筒５０内には、図２を用いて前述した照明光学系や投影光学系等が内蔵されている。鏡筒５０は、基台５１上に置かれている。基台５１には、図示せぬモーターが搭載され、例えばウェハ交換用ローダを駆動する。鏡筒５０及び基台５１内には、環境磁場を減衰させたいターゲット空間Ｓ（レチクルステージから投影光学系を経てウェハステージに至る軌道の周囲の空間）が存在する。
【００２９】
鏡筒５０の周囲には、本発明にかかる磁場キャンセラーが配置されている。  該磁場キャンセラーは、キャンセルコイル３１と、電源３４と、磁気センサー４１を含むセンサーユニット４０と、制御部である演算・メモリ部３５とを備える。キャンセルコイル３１は、ＸＹＺ３軸方向に直交しており、このキャンセルコイル３１で
鏡筒５０及び基台５１はその周囲を取り囲まれている。このキャンセルコイル３１には電源部３４が接続され、キャンセルコイル３１に流す電流を出力する。
【００３０】
キャンセルコイル３１で取り囲まれた空間内において、鏡筒５０の外側には、磁気センサー４１及び補正コイル４２を有するセンサーユニット４０が配置されている。センサーユニット４０は、図１に示されるように、鏡筒５０内に内蔵される荷電粒子線露光装置の荷電粒子線通路、すなわちターゲット空間Ｓに対して対向するように設置される。センサーユニット４０の補正コイル４２は、磁気センサー４１の周囲に配置されているため、センサーユニット４０の構成がシンプルになっている。
【００３１】
磁気センサー４１は、ターゲット空間Ｓ内に生じる環境磁場を検出する。環境磁場には、ＡＣ磁場とＤＣ磁場とがある。ＡＣ磁場は、磁界の交流成分をもち、鏡筒５０近傍にある周囲の装置（ポンプ等）により生じる外乱磁場である。ＤＣ磁場は、磁界の直流成分をもち、地磁気を主要因とするもの、または周囲の磁性体の移動（例えばウェハローダー等）に伴う準ＤＣ的な磁界変動によるものである。一般に地磁気等のＤＣ磁場の絶対値はＡＣ外乱磁場に比べて大きな値である。図１には、紙面の水平方向に発生しているＤＣ磁場６０が示されている。
【００３２】
磁気センサー４１は、ＡＣ磁場とＤＣ磁場との両方を検出する。つまり、磁気センサー４１は、ＤＣ／ＡＣ両対応型である。キャンセルコイル３１及びセンサーユニット４０は、ＡＭＣ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ    Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）本体部（コントローラー）３０に接続されている。ＡＭＣ本体部３０は、ガウスメーター３３や演算・メモリ部３５、電源部３４等で構成されている。ガウスメーター３３は、コイルの３軸信号を同時に出力することができ、分解能は一例で０．１ｍＧである。演算・メモリ部３５は、後述する各周辺機器の動作パターンを演算・記憶したり、ガウスメーター３３の測定した環境磁場に基づき、キャンセルコイル３１及びセンサーユニット４０の補正コイル４２への給電値をコントロールする。キャンセルコイル３１に流される電流を制御するためＤＣ磁場とＡＣ磁場との両方（ＤＣ／ＡＣ両方）のデータが用いられる。
【００３３】
そこで、ターゲット空間Ｓ内のＡＣ磁場のみを低減させる磁場キャンセラーに比べて、本発明の磁場キャンセラーでは、その電源容量が例えば数十倍程度大きい。磁気センサー４１は、例えば、直交フラックスゲートの磁界検出方式センサーであって、検出可能磁界は０〜±０．１μＴのものを用いることができる。
【００３４】
次に、本実施の形態における環境磁場の低減動作について説明する。
ＤＣ磁場や準ＤＣ的な磁界変動は、センサーユニット４０の磁気センサー４１で検出され、ガウスメーター３３で測定される。磁気センサー４１で検出された信号は、演算・メモリ部３５に入力、制御され、電源３４からＤＣ磁場（磁界の直流成分）を打ち消すための電流がキャンセルコイル３１に給電される。この給電により、キャンセルコイル３１にＤＣ磁場を打ち消すような磁場（打ち消し磁場）６１が発生する。
【００３５】
この際、２つのセンサーユニット４０により検出される値の平均値を磁気センサー４１からの信号（センサー信号）として演算・メモリ部３５に入力することが好ましい。これにより、ターゲット空間Ｓにおける磁気環境を精度良く予想することができ、環境磁場のキャンセルをより高精度に行うことができる。
【００３６】
ＡＣ磁場も、磁気センサー４１により、同様に常に検出される。この検出信号に基づいて、ＡＭＣ本体部３０がキャンセルコイル３１にＡＣ磁場を打ち消すための電流を供給する。これにより、常にターゲット空間Ｓ周辺の磁界が０に保たれるように微調整される。
【００３７】
よって、磁界の交流成分（ＡＣ）を主とする外乱磁場（ＡＣ磁場、ＡＣ外乱磁場）のみでなく、地磁気等の磁界の直流成分を主とするＤＣ磁場や準ＤＣ的な磁界変動をも打ち消して、ターゲット空間Ｓに作用する環境磁場を低減させることができる。
【００３８】
したがって、荷電粒子線露光装置の荷電粒子線軌道が、ＤＣ磁場等による作用を受けず、該荷電粒子線露光装置の偏向器を最適化するためのパラメーターに影響を与えない。つまり、偏向器による荷電粒子線の軌道修正を行う必要がなくなる。これにより、偏向器の調整を行う必要がなくなるだけでなく、補正が困難な荷電粒子線光学系の高次収差の発生を減らすことができる。なお、ＡＭＣと磁気シールド部材とを併用してもよい。
【００３９】
つづいて、補正コイル４２を用いて、磁気センサー４１の設置空間とターゲット空間Ｓとが異なる場合、両空間における磁場の偏差を補正する動作について説明する。
装置立ち上げ時に、ビームナイフエッジスキャン等の操作によりビームの振動を確認しつつ、ステージ（前述の図２のレチクルステージ１１やウェハステージ２４）や、図示せぬローダーを動作する図示せぬモーター等を各々駆動させる。そして、各々の駆動状態において、ターゲット空間Ｓにあるビームの位置が最適となるような修正のパラメーター（各周辺機器の動作パターンに対応した定数）を算出する。修正のパラメーターは、センサーユニット４０の補正コイル４２に供給する電流を変化させながら、ビームの振動が最小となるように合わせ込んで求める。算出された修正のパラメーターは、ＡＭＣ本体部３０の演算・メモリ部３５で記憶される。
【００４０】
この後、実際に露光を行う際には、ＡＭＣ本体部３０の演算・メモリ部３５は、記憶されている修正のパラメーターにしたがってセンサーユニット４２の補正コイル４２へ給電し、ビーム位置を正規のビーム位置に合わせ込む。
【００４１】
これにより、磁気センサー４１が設置される空間の磁場とターゲット空間Ｓの磁場との偏差が補正される。したがって、磁気センサー４１が設置される空間と荷電粒子線露光装置の本体が位置する空間とが異なる場合でも、荷電粒子線露光装置に作用する環境磁場を確実に打ち消すことができる。これは、ターゲット空間Ｓ内に磁気センサー４１を設置することが困難な場合に、特に有効である。
【００４２】
本実施の形態では、該偏差を補正する補正手段として、補正パラメーターを算出する際、補正コイル４２を用いたが、演算・メモリ部３５の処理に対して外部から補正をかけることにしてもよい。外部から補正をかける方法としては、例えば、ターゲット空間磁場とセンサー位置での磁場の関係をルックアップテーブルとして有するようにしてキャンセルコイルの通電を制御してもよい。
【００４３】
尚、本実施の形態においては、センサーユニット４０は２つ図示されているが、鏡筒５０内や基台５１上の各周辺機器に対応して１つでもよく、または３つ以上の複数個をターゲット空間Ｓを取り囲むように対向させて設置することにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＡＣ外乱磁場だけでなく、地磁気等によるＤＣ磁場や準ＤＣ的な磁界変動を含む環境磁場を精度良く確実に打ち消すことができる。
また、本発明によれば、荷電粒子線光学系の高次収差を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁場キャンセラー及びそれを備える荷電粒子線露光装置を模式的に示す図である。
【図２】分割転写方式の電子線露光装置の構成例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１  電子銃
２  コンデンサレンズ
３  照明レンズ
１０  レチクル
１１  レチクルステージ
１５  第１投影レンズ
１６  偏向器
１８  コントラスト開口
１９  第２投影レンズ
２３  ウェハ（感応基板）
２４  ウェハステージ
３０  ＡＭＣ本体部
３１  キャンセルコイル
３３  ガウスメーター
３４  電源部
３５  演算・メモリ部
４０  センサーユニット
４１  磁気センサー
４２  補正コイル
５０  鏡筒
５１  基台
６０  ＤＣ磁場
６１打ち消し磁場
ＩＢ  照明ビーム
【図１】
2004158612.tif 000003
【図２】
2004158612.tif 000004