(57)【要約】【課題】  照明一様性が確保され、かつ、カソード面から放出される電子ビームに不均一性があっても、実用上問題とならないような電子線露光装置を提供する。【解決手段】  カソード１の電子放出面から放出された電子ビーム２は、レンズ３により収束方向に曲げられ、視野絞り４を通り、さらにレンズ５により、クロスオーバを形成する。そして、その後、レンズ７の作用により、カソード１の電子放出面の像を、レチクル８の面よりわずかにカソード１側にずれた点９に形成する。レチクル８面と光学的に共役な位置に視野絞り４が設けられ、クロスオーバが形成される位置に開口絞り６が設けられている。レチクル８上での照明領域に向かわない電子ビームは、視野絞り４で遮蔽される。視野絞り４の厚さは１mmであり、大量の電子ビームを吸収しても熱負荷的に問題となる可能性が少ない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線源から放出される電子線により、照明光学系を介してレチクル面を照明し、前記レチクルに形成されたパターンの像を、投影光学系を介してウエハ等の感応基板上に露光転写する電子線露光装置であって、前記電子線源の電子放出面の像が、前記レチクル面で150〜1000μｍだけぼけるような位置で結像するように、前記照明光学系が調整されていることを特徴とする電子線露光装置。
【請求項２】
前記照明光学系内に、前記レチクル面における照明領域を決定する視野絞りと、照明光の開き角を決定する開口絞りを有し、前記視野絞りが、前記開口絞りよりも、前記電子線源側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子線露光装置。
【請求項３】
前記視野絞りと前記電子線源の間に複数の電子レンズを有すると共に、前記視野絞りと前記開口絞りの間に少なくとも１個の電子レンズ、前記開口絞りと前記レチクルの間に少なくとも１個の電子レンズを有することを特徴とする請求項２に記載の電子線露光装置。
【請求項４】
電子線源から放出される電子線により、照明光学系を介してレチクル面を照明し、前記レチクルに形成されたパターンの像を、投影光学系を介してウエハ等の感応基板上に露光転写する電子線露光装置であって、前記照明光学系内に、前記レチクル面における照明領域を決定する視野絞りと、照明光の開き角を決定する開口絞りを有し、前記レチクル面に前記電子線を照射しないとき、前記電子線を前記視野絞り又は前記開口絞りに当てて遮るために使用されるブランキング偏向器を有することを特徴とする電子線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の可視光や紫外線を使用した露光装置に比べて微細なパターンを露光できる電子線露光装置の開発が盛んに行われている。図６は、このような電子露光装置の光学系の１例の概要図である。図６において、電子線源１１から放出された電子ビームの主光線は、レンズ１２により絞られてクロスオーバを形成する。このクロスオーバ位置に開口絞り１３が設けられ、開き角を制限する。電子ビームはさらにレンズ１４の作用により、電子線源１１の電子放出面の像を、視野絞り（成形開口）１５上に結像する。
【０００３】
視野絞り１４を通過した電子ビームは、レンズ１６、１８の作用を受けて、電子線源１１の電子放出面の像を、レチクル１９上に結像する。すなわち、電子線源１１の電子放出面と、視野絞り１５と、レチクル１９面は光学的に共役になっている。よって、視野絞り１５の大きさで、レチクル１９上の照明領域の大きさが決定される。
【０００４】
レンズ１６とレンズ１８の間には、ブランキングアパーチャ１７が設けられ、レンズ１６と同じ位置に設けられたブランキング偏向器２４によって偏向された電子ビームを受ける。レチクル１９上に形成されたパターンの像は、投影用レンズ２０、２２の作用によりウエハ２３上に結像し、ウエハ２３上のレジストを感光させる。ウエハに入射する電子ビームの開き角を制限し、かつ、レチクル１９で散乱された散乱線をカットするために散乱アパーチャ２１が設けられている。
【０００５】
このような電子線露光装置のうち、特に有望視されている分割転写方式と呼ばれる方式を使用する場合、サブフィールドと呼ばれる約250μm角（レチクル面で約１mm角）の領域を一括露光する。よって、一括露光される面積が、従来の電子線露光装置に比べて非常に大きい。そのため、そのフィールド内を均一に照明できるエミッタンスの高い電子銃が必要となる。
【０００６】
エミッタンスの高い電子銃として、直径の大きなタンタル単結晶を電子のボンバードメントにより加熱する技術が提案されている（High emittance source for PREVAIL projection lithography system, J. Vac. Sci. Technol. B 17(6), 2856 (1999).）。この技術は、カソードとして、タンタル単結晶の(111)面を研磨したものを使用し、その裏面を加熱して熱電子を放出させるものである。
【非特許文献１】High emittance source for PREVAIL projection lithography system, J. Vac. Sci. Technol. B 17(6), 2856 (1999).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、電子線源１１の電子放出面の像をレチクル１９上に結像させる照明方法をクリティカル照明と称している。この照明法は、面状電子線源であるカソードから一様な電子が出ている場合には、電子ビームの利用効率が最も高くなりうるという利点がある。しかしながら、例えばカソードの表面に欠陥が生じ、電子の輝度が局所的に変化した場合には、その欠陥がそのまま照明の不均一性となるという問題を有している。
【０００８】
これに対し、クロスオーバの像をレチクル上に形成する照明方法があり、ケーラー照明と呼ばれている。ケーラー照明の場合は、電子線源の電子放出面での電子放出の不均一がレチクル上の照明の不均一になることはない。しかし一方、電子ビームのクロスオーバの像がレチクル上に投影されるため、照明領域の中心部が明るくなり周辺部が暗くなるという問題を生じる。従って、ケーラー照明は、照明一様性１％以下を達成する必要がある電子線露光装置には適用できない。
【０００９】
一方、このような問題とは別の問題として、分割転写方式の電子線露光装置において、ステップアンドリピート方式、すなわち、一つのサブフィールドを露光してから電子ビームの偏向又はレチクルとウエハの移動を行って、その後異なるサブフィールドを露光するような露光方式をとるような場合には、サブフィールドを露光してから次のサブフィールドを露光するまで、電子ビームを遮断しなければならない。そのため、従来はブランキングアパーチャと称する特別のアパーチャを設け、偏向器により電子ビームを偏向させて、このブランキングアパーチャにより遮蔽することが行われていた。しかしながら、このような特別のアパーチャを設けることは、スペースの制約上好ましくないという問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、照明一様性が確保され、かつ、カソード面から放出される電子ビームに不均一性があっても、実用上問題とならないような電子線露光装置、及びブランキングアパーチャを省略した電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】
【００１１】
前記課題を解決するための第１の手段は、電子線源から放出される電子線により、照明光学系を介してレチクル面を照明し、前記レチクルに形成されたパターンの像を、投影光学系を介してウエハ等の感応基板上に露光転写する電子線露光装置であって、前記電子線源の電子放出面の像が、前記レチクル面で150〜1000μｍだけぼけるような位置で結像するように、前記照明光学系が調整されていることを特徴とする電子線露光装置（請求項１）である。
【００１２】
本手段においては、電子線源の電子放出面の像が、レチクル面で150〜1000μｍだけぼけるような位置で結像するようにしている。電子線源の電子放出面の像をレチクル面からずらす方向は、電子線源側でもウエハ側でも構わない。すなわち、意識的にクリティカル照明の状態から焦点位置をずらし、電子放出面の像が150〜1000μｍぼけた状態でレチクル面に投影されるようにしている。よって、カソードの表面に欠陥が生じ、電子の輝度が局所的に変化したような場合でも、照明一様性が確保できる。又、結像位置のずれがそれほど大きくないので、照明領域の中心部と周辺部での照明一様性も実質上問題とならない。
【００１３】
熱電子放出面の像が、レチクル面で150μｍ以上ぼけていない場合には、カソードの電子放出面によく発生する数μｍから数十μｍ程度の欠陥により、１％以上の照明むらが発生して電子線露光装置の性能上問題となるので、結像位置をレチクル面から離す方向にずらし、熱電子放出面の像が、レチクル面で150μｍ以上ぼけるようにする。又、この熱電子放出面の像が、レチクル面で1000μｍを超えてぼける場合には、照明に寄与しない無駄電流が増えるので、像のぼけをレチクル面で1000μｍ以内に抑える。
【００１４】
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、前記照明光学系内に、前記レチクル面における照明領域を決定する視野絞りと、照明光の開き角を決定する開口絞りを有し、前記視野絞りが、前記開口絞りよりも、前記電子線源側に設けられていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１５】
一般的に開口絞りに有限の厚みがある場合、入射する電子線の角度によって電子線の切られ方の違いが生じ、それによる照明一様性の悪化が問題になる。その影響を押さえるためには、開口絞りの開口部先端の厚みを数十μｍ程度まで薄くしなければならない。しかし、開口絞りを薄くすると耐熱性が低くなり、変形したり溶けたりするという問題点がある。一方で、視野絞りは１mm程度にまで厚くしても照明一様性に影響を与えることはないので、厚くすることができる。
【００１６】
本手段においては、視野絞りを、開口絞りよりも、電子線源側に設けるようにしているので、電子ビームは、まず厚さの厚い視野絞りで絞られ、絞られた後の電子ビームが開口絞りに入射する。よって、大量の電子ビームが、厚さが厚いために耐熱性のある視野絞りでカットされ、開口絞りに入る電子ビームの電流量が少なくなる。よって、開口絞りの先端部厚みを薄くすることによる耐熱性の問題が緩和される。これは、特に照明電流が最大数mAに達する分割転写方式の電子線露光装置において有効である。
【００１７】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記視野絞りと前記電子線源の間に複数の電子レンズを有すると共に、前記視野絞りと前記開口絞りの間に少なくとも１個の電子レンズ、前記開口絞りと前記レチクルの間に少なくとも１個の電子レンズを有することを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１８】
このように、少なくとも４個のレンズを用いることにより、照明光学系において、照明光の開き角を、レンズの調整で可変とすることができる。
【００１９】
前記課題を解決するための第４の手段は、電子線源から放出される電子線により、照明光学系を介してレチクル面を照明し、前記レチクルに形成されたパターンの像を、投影光学系を介してウエハ等の感応基板上に露光転写する電子線露光装置であって、前記照明光学系内に、前記レチクル面における照明領域を決定する視野絞りと、照明光の開き角を決定する開口絞りを有し、前記レチクル面に前記電子線を照射しないとき、前記電子線を前記視野絞り又は前記開口絞りに当てて遮るために使用されるブランキング偏向器を有することを特徴とする電子線露光装置（請求項４）である。
【００２０】
本手段においては、視野絞り又は開口絞りを、ブランキングアパーチャと共用することができるので、特別のブランキングアパーチャを必要とせず、その分のスペースを有効に利用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、照明一様性が確保され、かつ、カソード面から放出される電子ビームに不均一性があっても、実用上問題とならないような電子線露光装置、及びブランキングアパーチャを省略した電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】
【００２２】
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（ａ）は、本発明の実施の形態の第１の例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す図である。なお、以下に示す実施の形態において、レチクルよりウエハ側の投影光学系は、図６に示す従来のものと変わるところがないので、その説明を省略する。
【００２３】
図１において、カソード１の電子放出面から放出された電子ビーム２は、レンズ３により収束方向に曲げられ、視野絞り４を通り、さらにレンズ５により、クロスオーバを形成する。そして、その後、レンズ７の作用により、カソード１の電子放出面の像を、レチクル８の面よりわずかにカソード１側にずれた点９に形成する。図では、点９とレチクル８間の距離を拡大して描いているが、この距離を調整することにより、熱電子放出面の像のレチクル面でのぼけを150〜1000μｍの間に調節する。
【００２４】
このぼけの程度は、投影光学系自体のぼけ（例えば0.1μｍ以下）よりも十分大きいので、投影レンズでウエハ面に投影された像のぼけを、実露光において又はピンホールセンサ等の空間像センサを用いることにより、容易に測定することができる。カソード面の欠陥が少ない、又は小さい場合には、測定しにくい場合もあるが、このような場合には、測定用点状電子発生源を置いたり、カソードのエミッション部のエッジのプロファイルを用いる等、何らかの測定点を設けて調整することが好ましい。
【００２５】
レチクル８面と光学的に共役な位置に視野絞り４が設けられ、クロスオーバ像が形成される位置に開口絞り６が設けられている。レチクル８上での照明領域に向かわない電子ビームは、視野絞り４で遮蔽される。視野絞り４の厚さは１mmであり、大量の電子ビームを吸収しても熱負荷的に問題となる可能性が少ない。開口絞り６の開口部先端の厚さは数十μｍであるが、開口絞り６で吸収される電子ビームはわずかであるので、熱負荷が緩和される。
【００２６】
図２に同じ光学系における電子ビームの光路を分かりやすく描いた図を示す。図２において、図１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いる。カソード１の電子放出面の一点から放出された電子ビームは、視野絞り４の位置では広がっており、レチクル８より前側の点９で結像している。又、レチクル８の１点に収束する電子ビームは、視野絞り４の位置では１点に収束しているが、カソード１の電子放出面の異なる点から出た電子ビームである。
【００２７】
図１（ｂ）において、（イ）はカソード１の電子放出面における電流分布、（ロ）は、視野絞り４の位置における電流分布、（ハ）はレチクル８面における電流分布を模式的に表した図である。カソード１の電子放出面における電流分布が（イ）に示すように一様である場合でも、視野絞り４とカソード１の電子放出面が光学的に共役の関係にないため、（ロ）に示すように、視野絞り４の位置においては、周辺での電流分布が小さくなる。しかし、視野絞り４を通過する中央部分では、電流分布の一様性は保たれている。視野絞り４とレチクル８面は光学的に共役の関係にあるので、レチクル８面における電流分布は、（ハ）に示すように一様になる。一方、カソード１の電子放出面とレチクル８面は光学的に共役の関係にないため、１例では、カソード１の電子放出面の１点から出た電子ビームは、レチクル面で半値幅が約400μｍ程度にぼける。よって、カソード１の電子放出面に細かな電流分布の乱れがあっても、レチクル８面での電流分布の乱れは、実質的に問題にならない程度に緩和される。
【００２８】
図１に示されたような光学系では、電流利用効率は、設計上約５％以上を見込める。例えば、カソード１のサイズが2.5mmφ、視野絞り４のサイズが1.7mm角、開口絞り６での絞りが50％ truncationである場合、即ち、電子ビームの半値幅で電子ビームをカットしている場合、7.3％の電流利用効率が得られる。
【００２９】
カソードの電子放出面に欠陥がある場合にレチクル面で得られる照明一様性を、図１に示すような、本発明の実施の形態の照明光学系と、図６に示すような従来のクリティカル照明光学系とについて比較して調査した。その結果を図３に示す。図３において、（ａ）は従来の照明光学系の場合、（ｂ）は本発明の実施の形態の場合である。（ａ）においては、照明一様性に大きなむらがあるのに対し、（ｂ）においては、照明一様性が実用上問題ない程度に緩和されているのが分かる。
【００３０】
図４に、本発明の実施の形態の第２の例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す。図４において、図１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。
【００３１】
図４に示す実施の形態が図１に示す実施の形態と異なるところは、視野絞り４の前面に、レンズ１０が追加されていることである。照明光学系においては、カソード１の電子放出面の結像位置、結像倍率、クロスオーバ位置を固定しなければならないので、３個のレンズでは自由度がなくなってしまう。これに対し、図４に示す照明光学系においては、４個のレンズを使用しているので、自由度が一つ増え、これにより、開口絞り６の寸法を変えずに、照明ビームの開き角を可変とすることができる。
【００３２】
図５に、本発明の実施の形態の第３の例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す。図５において、図４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。
【００３３】
図５に示す実施の形態が図１に示す実施の形態と異なるところは、図５に示す実施の形態では、視野絞り４とほぼ同じ位置にブランキング用偏向器Ｄが設けられていることである。各サブフィールドを露光するタイミングの間で電子ビームの偏向量を変えるために偏向器の励磁を変えているときや、レチクル、ウエハの移動を行っているとき等には、電子ビームを遮蔽する必要があるが、この場合には、ブランキング用偏向器Ｄを励磁することにより、電子ビームを偏向させ、開口絞り６に当てて遮蔽を行う。
【００３４】
このようにすることで、従来必要とされていたブランキングアパーチャを省略することができる。なお、ブランキング用偏向器Ｄを、もう少しカソード１側に設け、視野絞り４によってブランキングを行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す図である。
【図２】図１に示す光学系における電子ビームの光路を分かりやすく描いた図である。
【図３】図１に示す本発明の実施の形態と、従来の照明光学系の照明一様性を比較して示した図である。
【図４】本発明の実施の形態の第２の例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の第３の例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す図である。
【図６】従来の電子露光装置の光学系の１例の概要図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…カソード
２…電子ビーム
３…レンズ
４…視野絞り
５…レンズ
６…開口絞り
７…レンズ
８…レチクル
９…結像点
１０…レンズ
Ｄ…ブランキング用偏向器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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