(57)【要約】【課題】大きな偏向距離を維持しつつ、必要な励磁電流の大きさを抑制できる偏向器を提供する。【解決手段】コイル１６ａからなる第１の要素偏向器１６と、コイル１７ａからなる要素偏向器１７とは、その向きが直交しないように配置されている。これにより、この２つの要素偏向器１６、１７により発生する最大偏向場の成分は、要素偏向器１６、１７の使用が同じだとすると、Ｘ軸方向で最大となり、Ｙ軸方向で最小となる。よって、露光時にＸ軸方向に大きな偏向量を必要とし、Ｙ軸方向には大きな偏向量を必要としない場合に、要素偏向器１６、１７に流す電流値の最大値を小さくすることができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の独立した要素偏向器の組み合わせからなる偏向器であって、当該２つ以上の独立した要素偏向器の組み合わせによって発生する第１の方向の最大偏向ベクトルの大きさが、それと直角な第２の方向の最大偏向ベクトルの大きさより大きくなるようにされていることを特徴とする偏向器。
【請求項２】
請求項１に記載の偏向器であって、前記第１の方向が、最大の偏向量を必要とする方向であることを特徴とする偏向器。
【請求項３】
マスクとウエハを同期しながら機械的に駆動方向に駆動しつつ、その駆動に同期させて駆動方向に荷電粒子線を偏向させ、前記駆動方向と直角な走査方向には、荷電粒子線の偏向で複数のサブフィールドの露光を行う方式の荷電粒子線露光装置に用いられる偏向器であって、前記第１の方向が前記走査方向とされていることを特徴とする請求項１に記載の偏向器。
【請求項４】
実質的に２つの独立した要素偏向器の組み合わせからなる偏向器であって、当該２つの独立した要素偏向器が発生する偏向ベクトル同士が、互いに直交しないようにされていることを特徴とする偏向器。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の偏向器であって、前記２つの独立した要素偏向器が発生する偏向ベクトルがなす角度が、４．９°以上４０°未満であることを特徴とする偏向器。
【請求項６】
２つ以上の独立した要素偏向器の組み合わせからなる偏向器であって、前記２つ以上の要素偏向器が発生する偏向ベクトルのうち、最も外側にある２つの偏向ベクトルがなす角度が、４．９°以上４０°未満であることを特徴とする偏向器。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の偏向器を、少なくとも１個有す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、主として荷電粒子線を用いた露光装置に使用される偏向器、及びこの偏向器を使用した荷電粒子線露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造する工程においては、マスク（本明細書においてはレチクルを含む意味で使用する）に形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程が含まれる。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、荷電粒子線や極短紫外線（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と呼ばれる領域に分けて、サブフィールドごとに露光転写を行い、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】
図６に分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置の概要を示す。図６において、１００はマスク、１００ａはマスク１００上のサブフィールド、１００ｂはサブフィールド１００ａ間の境界領域、１１０はレジストを塗布したウエハ等の感応基板、１１０ａは感応基板１１０の１ダイ（１チップ）分の領域、１１０ｂはサブフィールド１００ａそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域、ＡＸは荷電粒子線光学系の光軸（システム軸）、ＥＢは荷電粒子線、ＣＯは荷電粒子光学系のクロスオーバポイントである。
【０００５】
マスク１００上には、感応基板１１０に転写すべきパターンをメンブレン上にそれぞれ備えた多数のサブフィールド１００ａが、パターンが存在しない境界領域１００ｂにより区分されて存在している。そして、境界領域１００ｂに対応する部分には、格子状の支柱（桟）が設けられ、メンブレンを熱的及び強度的に保護している。
【０００６】
各サブフィールド１００ａは、感応基板１１０の１ダイ分の領域１１０ａに転写すべきパターンを分割した部分パターンをそれぞれ備えており、分割した部分パターン毎に感応基板１１０に転写される。
【０００７】
感応基板１１０の外観形状は図６（ｂ）に示したとおりであり、図６（ａ）においては、感応基板１１０の一部（図６（ｂ）のＶａ部）を拡大して示してある。
【０００８】
図６において、荷電粒子線光学系の光軸ＡＸと平行にｚ軸をとり、サブフィールド１００ａの並び方向と平行にｘ軸、ｙ軸をとる。そして、矢印Ｆｍ、Ｆｗで示すように、マスク１００及び感応基板１１０をｙ軸方向へ互いに逆向きに連続移動させながら、荷電粒子線をｘ軸方向にステップ的に走査して一列のサブフィールド１００ａのパターンを順次転写し、その列のパターン転写が終了した後に、ｙ軸方向に隣接する次のサブフィールド１００ａの列を荷電粒子線で走査し、以降同様にしてサブフィールド１００ａ毎に転写（分割露光転写）を繰り返して１ダイ（１チップ）分のパターンを転写する。この矢印Ｆｍ、Ｆｗで示されるｙ軸方向を、ステージのスキャン方向と呼ぶ。
【０００９】
このときのサブフィールド１００ａの走査順序及び感応基板１１０への転写順序は、それぞれ矢印Ａｍ、Ａｗで示すとおりである。なお、マスク１００と感応基板１１０の連続移動方向が逆なのは、一対の投影レンズによりマスク１００と感応基板１１０とでｘ軸、ｙ軸がそれぞれ反転するためである。
【００１０】
このような手順で転写（分割転写）を行う場合、ｘ軸方向の一列のサブフィールド１００ａのパターンを一対の投影レンズで感応基板１１０にそのまま投影するだけでは、サブフィールド１００ａそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域１１０ｂそれぞれの間に、境界領域１００ｂに対応する隙間が生じる。これに対する対策として、各サブフィールド１００ａを通過した荷電粒子線ＥＢを境界領域１００ｂの幅Ｌｘに相当する分だけｘ軸方向に偏向してパターン転写位置を補正している。
【００１１】
ｙ軸方向に関しても、パターン縮小率比に応じた一定速度で散乱透過マスク１００と感応基板１１０を移動させるだけでなく、一列のサブフィールド１００ａの転写が終わって次の列のサブフィールド１００ａの転写に移る際に、境界領域１００ｂの幅Ｌｙだけ荷電粒子線ＥＢをｙ軸方向に偏向して、被転写領域１１０ｂ同士の間にｘ軸方向の隙間が生じないように、パターン転写位置を補正している。
【００１２】
以上説明したように、分割露光転写方式においては、マスク１００上の１ダイ（１チップ）に対応するパターンが多数のサブフィールド１００ａに分割され、各サブフィールド１００ａ間に形成された境界領域１００ｂに格子状の支柱が設けられているので、荷電粒子線照射によるマスク基板のたわみや熱歪みを抑制することができ、精度のよい露光転写を行うことができる。
【００１３】
また、このような方法で露光が行われるため、従来の荷電粒子線露光装置と比較すると、サブフィールド領域が一括露光され、またマスクには露光すべきパターンが全て形成されているため、非常にスループットを向上させることができる。
【００１４】
ウエハの移動方向と約直角な方向に荷電粒子線を偏向させることによりスループットを向上するスキャン方式は、予めマスクに形成されたパターンをウエハに転写する方式の露光装置に限らず、例えば、２段階のマスクにより任意のサイズの矩形に切り出された荷電粒子線をウエハに露光する方式や、マスクを使用せず物面に配置されたブランキングアパーチャアレイにより任意のパターン形状に整形された荷電粒子線をウエハに転写する方式、物面に配列されたフィールドエミッターから得られる荷電粒子線をウエハに転写する方式の荷電粒子線露光装置においても有効である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
荷電粒子線露光装置一般において、スループットを上げ、単位時間当たりに処理できるウエハの枚数を増加させることが、１つの課題となっている。
分割露光転写方式をはじめとするスキャン方式を用いる荷電粒子線露光装置の場合、高スループットを得るためには、できるだけ電気的に行える偏向領域を広げることにより、マスク、及び感応基板が機械的にスキップする時間、または折り返してスキャンする回数を減らし、感応基板ステージを機械的に駆動したり静止させたりするのにかかるオーバーヘッド時間を減少する必要がある。
【００１６】
通常荷電粒子線を偏向させるためには、偏向静電場を形成する静電偏向器が用いられる場合もあるが、ほとんどの場合、偏向電磁場を形成する電磁偏向器が使用される。偏向距離は電磁偏向器においては励磁電流に比例するため、荷電粒子線を大きく偏向するためには大きな励磁電流を電磁偏向器に与えればよい。
【００１７】
しかし、電磁偏向器に流す電流を増加させて偏向距離を伸ばそうとすると、ノイズが大きくなり、このことから、伸ばせる偏向距離に限度がある。一般に偏向器駆動装置が発生するノイズは、その流しうる最大電流に比例するからである。
【００１８】
よって、偏向器駆動装置に流しうる最大電流を増加させてより大きな偏向距離を得ることができるようになったとしても、偏向器駆動装置が発生するノイズによって起きる像の位置ずれも増加して許容できない大きさとなってしまい、このため、結局、このような大きな偏向距離を実現することができない。
【００１９】
電磁偏向器における偏向距離は励磁電流だけでなく、電磁偏向器を構成するコイルの巻き数にも比例する。よってコイルの巻き数を増やすことも、励磁電流を増加させることなく荷電粒子線を大きく偏向する一つの方法である。しかし、コイルの巻き数を増加させるとインピーダンスが増加し電磁偏向器の応答速度が低下する。その結果、短時間で所望通りの偏向場を生成・消滅させることができなくなり、せっかく偏向距離を伸ばしても電磁偏向器の静定を待つ時間によってスループットは低下してしまう。
【００２０】
また、電磁偏向器においては、転写像に生じる収差を抑制するために、コイルがシステム軸を中心として成す角を精密に規定することが要求される。しかし、ある許容範囲内の角度範囲内で実現することができるコイルの巻き数には、導線の寸法などに起因する上限がある。
【００２１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、大きな偏向距離を維持しつつ、必要な励磁電流の大きさを抑制できる偏向器、及びこのような偏向器を用いた荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、２つ以上の独立した要素偏向器の組み合わせからなる偏向器であって、当該２つ以上の独立した要素偏向器の組み合わせによって発生する第１の方向の最大偏向ベクトルの大きさが、それと直角な第２の方向の最大偏向ベクトルの大きさより大きくなるようにされていることを特徴とする偏向器（請求項１）である。
【００２３】
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、前記第１の方向が、最大の偏向量を必要とする方向であることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００２４】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段であって、マスクとウエハを同期しながら機械的に駆動方向に駆動しつつ、その駆動に同期させて駆動方向に荷電粒子線を偏向させ、前記駆動方向と直角な走査方向には、荷電粒子線の偏向で複数のサブフィールドの露光を行う方式の荷電粒子線露光装置に用いられる偏向器であって、前記第１の方向が前記走査方向とされていることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００２５】
前記課題を解決するための第４の手段は、実質的に２つの独立した要素偏向器の組み合わせからなる偏向器であって、当該２つの独立した要素偏向器が発生する偏向ベクトル同士が、互いに直交しないようにされていることを特徴とする偏向器（請求項４）である。
【００２６】
「実質的に２つの独立した」とは、要素偏向器が２つの場合はもちろん、２つ以上の要素偏向器が設けられている場合であっても、そのうちの任意の組み合わせを一つの要素偏向器とみなすことによって、全要素偏向器を２つの独立した要素偏向器とみなせるような場合をいう。従って、どのような組み合わせをとるかによって、２つの独立した要素偏向器が変わってくる場合もある。このような場合は、２つの独立した要素偏向器とみなされたもののうち、いずれかにおいて、当該２つの独立した要素偏向器が発生する偏向ベクトル同士が、互いに直交しないようにされていればよい。
【００２７】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記２つの独立した要素偏向器が発生する偏向ベクトルがなす角度が、４．９°以上４０°未満であることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２８】
前記課題を解決するための第６の手段は、２つ以上の独立した要素偏向器の組み合わせからなる偏向器であって、前記２つ以上の要素偏向器が発生する偏向ベクトルのうち、最も外側にある２つの偏向ベクトルがなす角度が、４．９°以上４０°未満であることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００２９】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段のいずれかである偏向器を、少なくとも１個有することを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項７）である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
偏向器が鏡筒において鏡筒中に任意の大きさの偏向場を任意方向に発生させるには、２つ以上の独立した偏向器（通常は２つ）を、それぞれの発生する偏向場の方向が異なるように組み合わせることが必要である。本明細書においては、このように組み合わせられるそれぞれの偏向器を要素偏向器と呼ぶ。
【００３１】
従来はその設定の簡便さから又は因習的に２つの要素偏向器の発生する方向が直角となるよう組み合わせが行われてきた。一般にウエハ上の座標はＸＹ直交座標系（偏向器のシステム軸をＺ軸として、ウエハステージの２次元駆動方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向にとる。今後、特に断らない限り、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸とはこのような座標軸を意味する。）で管理されるため、このように組み合わせて要素偏向器を配置することは、一方の要素偏向器が発生する偏向ベクトルの方向がＸ軸方向となるようにしつつ、他方の要素偏向器の偏向ベクトルの方向がＹ軸方向となるようにするとき、特に実益があると想像される。
【００３２】
本明細書において、偏向ベクトルとはウエハ上において、その偏向器又は要素偏向器の発生する偏向場によって荷電粒子線が到達する位置の、偏向場がゼロであるときに荷電粒子線が到達する位置を原点とした位置ベクトルをいう。通常、偏向場がゼロであるとき、マスクのシステム軸（光軸）上の点から放出された荷電粒子線は、ウエハ面においてもシステム軸上の点に到達する。よって、言い換えれば、偏向ベクトルとは、マスクの光軸上の点から放出された荷電粒子線が、偏向器の発生する偏向場の影響を受けて到達するウエハ上の位置の、ウエハ上におけるシステム軸を原点とした位置ベクトルであると言うことができる。
【００３３】
２つの要素偏向器が発生する偏向ベクトルが成す角が直角となるよう要素偏向器を設定した場合、偏向器が荷電粒子線を偏向させることができる範囲は、２つの要素偏向器が同じ性能を有するとき、システム軸を中心とした正方形の領域となる。
【００３４】
一方、スキャン方式の露光装置においては、例えば図６に示されるウエハの移動方向にシステム軸から離れたパターンは、ウエハの移動に従ってシステム軸の近くにきた段階で露光される。これに対し、図６に示されるウエハの移動方向に直角な方向にシステム軸から離れたパターンは、偏向器による偏向によって、システム軸から離れた状態で露光される。よって、実際の荷電粒子線露光装置においては、偏向器に必要とされる偏向領域は、ウエハの移動方向には短い一方、これと直角な方向には長く、縦横比の偏った形状であって、装置が必要とする偏向範囲と実際の装置が持つ偏向範囲との間には乖離があり、ウエハの移動方向について偏向器が有する能力のうち使用されない部分があるという無駄があった。
【００３５】
そこで、本発明の実施の形態においては、要素偏向器の組み合わせによって発生する第１の方向の最大偏向ベクトルの大きさが、それと直角な第２の方向の最大偏向ベクトルの大きさより大きくなるようにしており、その第１の方向を、最も大きな偏向量を必要とする方向としている。本明細書において最大偏向ベクトルとは要素偏向器の偏向ベクトルを合成したベクトルであり、その大きさがある方向を決めたときに最大となるものを言う。この最大値は各要素偏向器の電流に上限があることに起因する。
【００３６】
換言すれば、ウエハ上で最も大きな偏向が必要とされる方向に対して、発生する最大偏向ベクトルが最大となるように要素偏向器を組み合わせ配置する（設計上、意図的にこのような配置にするのであって、製造誤差により結果としてこうなるようなものを除く）。これにより、励磁電流を増やすことなく、かつコイルの巻き数を増やすこともなく必要な偏向範囲を効率よく網羅することができるようになる。
【００３７】
この実施の形態を実現する最も簡単な方法は、同一の性能を有する要素偏向器を２つ使用し、これらが発生する偏向ベクトルの方向が互いに直角にならないように配置することである（設計上、意図的にこのような配置にするのであって、製造誤差により結果としてこうなるようなものを除く）。すると、これらの要素偏向器が発生する合成偏向ベクトル（最大偏向ベクトル）は、２つの偏向器が発生する偏向ベクトルがなす角の鋭角側内での中線方向で最大になり、それと直角な方向、すなわち、２つの偏向器が発生する偏向ベクトルがなす角の鈍角側内での中線方向で最小になる。
【００３８】
よって、鈍角側内での中線方向をウエハの移動方向に一致させることにより、ウエハの移動方向への偏向量が小さくなる一方、それと直角な方向には大きな偏向量を得ることができ、従来よりも小さな励磁電流による偏向器の駆動で、必要な偏向範囲をカバーすることができる。
【００３９】
しかしながら、要素偏向器として同じ性能のもの２つを用いた場合、各要素偏向器を単独で励磁した際のウエハ上における荷電粒子線の偏向方向がＸＹ軸と一致せず、又相互間の要素偏向器の発生する偏向方向が直交しないことになるため、一見、制御が複雑になる不利益があるかのように見える。しかし、従来の装置においても、実際は製造の精度上、意図的にずらしたものではないが、各要素偏向器の偏向ベクトルの方向が完全にＸＹ軸と一致することはありえず、また、各要素偏向器の感度の差や配置の不完全さによって偏向ベクトルも直交しないので、これらの干渉を補正するための２次元行列からなる補正装置（ソフトウエアのこともある）が制御系には不可欠であった。よって、この実施の形態においても、このような、従来の補正装置がそのまま使用できるので、従来の装置と比べて、要素偏向器の各コイルが発生する磁場の干渉を補正するために、特別な装置を付加する必要はない。
【００４０】
なお、一般に露光においてウエハは露光装置のシステム軸をＺ軸とする３次元直交座標系においてＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動されるが、本明細書においてウエハの駆動方向というのは、図６に示されるように、偏向のみによって複数の領域の露光を行った後、又は行いながら、次に再び偏向のみによって複数の領域の露光を行う目的のために、ウエハを機械的に移動する方向（スキャン方向）を指し（例えば図６におけるｙ軸方向）、例えば、図６において、１ダイの領域１１０ａの露光を終了したあとで、別のダイの領域を露光するためにウエハを移動させる方向（ステップ方向）を意味するものではない。
【００４１】
偏向器によっては、３つ以上の要素偏向器からなるものも考えられるが、この場合は、それらを適当に組み合わせて、２つの要素偏向器とみなせるようにし、このみなされた２つの要素偏向器同士の間で上記のような関係が成り立つようにすればよい。このことは、以下の例においても同じである。
【００４２】
以下、２つの同一の性能を持つ要素偏向器を組み合わせた偏向器について、その角度関係の例を考察する。
【００４３】
特に分割露光転写方式で具体的に考えられているサブフィールドの大きさと配置から、要素偏向器の成す角が満たすべき条件を考えた場合、最も偏向ベクトルとＸ軸の成す角が大きくなる場合として１．２５ｍｍ角の正方形サブフィールドを一列あたり４個並べた場合が挙げられる。このとき、最も端のサブフィールドの中心の座標は（１．２５×１．５，１．２５×０．５）ｍｍとなるので、偏向ベクトルとＸ軸の成す角はａｒｃｔａｎ（１／３）／π×１８０＝１８．４３５°となる。
【００４４】
偏向器としては、この条件でＹ軸の＋側とＹ軸のマイナス側に偏向を行わなければならないので、発生する偏向ベクトルがなす角は、Ｘ軸に対して＋１８．４３５°と−１８．４３５°の範囲に入っていればよい。このようにすれば、第１の要素偏向器のみを励磁したときは、偏向ベクトルは、Ｘ軸に対して＋１８．４３５°の方向を向き、第２の要素偏向器を励磁したときは、偏向ベクトルはＸ軸に対して−１８．４３５°の方向を向く、そして、第１の要素偏向器と第２の要素偏向器を最大に励磁したときのＸ軸方向の最大偏向ベクトルが他の方向の最大偏向ベクトルに比べて最大となり、Ｙ軸方向が最小となる。
【００４５】
この関係を図７（ａ）に示す。第１の要素偏向器による偏向ベクトル７１と第２の要素偏向器による偏向ベクトル７２が示されており、いずれも要素偏向器に励磁する電流値を最大としたときのベクトルを示す。図７（ａ）では各々２つの偏向ベクトルが示されているが、電流の方向により、ベクトルの方向が決まる。２つの要素偏向器による合成偏向ベクトルの最大値（最大偏向ベクトルの大きさ）を考えると、Ｘ軸方向には最大偏向ベクトル７３、Ｙ軸方向には最大偏向ベクトル７４がとれる。各方向の最大偏向ベクトルを考えると、図７のＤで示す菱形Ｄの線上と原点６とを結んだ線の大きさが各方向の最大偏向ベクトルの大きさとなる。
【００４６】
図２，６（ａ）のような偏向を考えた場合、実際のサブフィールドが偏向される最大値の方向は、図７（ａ）の７１，７２で示す方向になる。これはＸ軸方向、Ｙ軸方向の正負いずれのサブフィールドに対しても偏向をさせる必要があるからである。このように２つの方向に対して最大偏向量が必要な場合は“最大の偏向量が必要となる方向”は２つの方向の中線であるＸ軸方向となる。尚、偏向ベクトル７１，７２の方向とサブフィールドの最大偏向量を要する方向が必ずしも一致する必要はない。
【００４７】
従来は、２つの要素偏向器が発生する偏向ベクトルに９０°の角度を持たせるように要素偏向器に９０°の角度を持たせて配置していたが、以上の点を考察すると、２つの偏向器が発生する偏向ベクトルは（２×１８．４３５°）の角度を持てばよく、誤差を見込んでも、４０°以上に要素偏向器の発生する偏向ベクトルの方向のなす角が開いている必要はないと結論できる。よって、２つの要素偏向器を４０°以内の角度をもたせて配置すればよい。
【００４８】
これにより、同じ要素偏向器を使用した場合、Ｘ軸方向の偏向ベクトルの最大値は、２×ｃｏｓ（４０°）以上となり、１．５３倍以上となる。逆に言えば、励磁電流を１／１．５３倍とすることができる。この関係を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）は図７（ａ）に示した要素偏向器の配置に異方性を持たせた場合と、従来のように２つの要素偏向器を直交配置した場合の比較を行うための図である。
【００４９】
第１、第２の要素偏向器の偏向ベクトルの大きさを図７（ａ）の場合と同じにして、方向のみ各々Ｘ軸、Ｙ軸に沿って直交配置させる。第１の要素偏向器による偏向ベクトル７１’はＸ軸に沿っており、第２の要素偏向器による偏向ベクトル７２’はＹ軸に沿っている。すると、正方形Ｓで囲まれた領域が偏向可能な領域となる。正方形Ｓと、偏向ベクトル７１，７２を比べると分かるように、本発明による方法で偏向可能なサブフィールドが、従来の方法では偏向不可能となる。つまり、本発明では各要素偏向器の偏向ベクトルの大きさを変えずに従来偏向不可能であったサブフィールドが偏向可能となる。
【００５０】
また、偏向ベクトルのなす角の下限は、以下の考えの下に決定できる。まず、２５０μｍ角のサブフィールドをＸ軸方向に±１０個ずつ並べることを考える。そして、Ｘ軸方向に最もシステム軸から離れたサブフィールドの外側に、位置測定等の目的のマーク等に使用するためのサブフィールドを１個置くことにする。さらに、実際の鏡筒における偏向器の取り付け位置の誤差を考慮して、サブフィールド１個分だけの余裕を見ることにすると、最も外側のサブフィールド中心の座標は、
Ｘ＝２５０×（９．５＋１＋１）＝２８７５
Ｙ＝２５０×０．５＝１２５
であるので、最も外側のサブフィールド中心の位置ベクトルがＸ軸となす角は、ａｒｃｔａｎ（１２５／２８７５）／π×１８０＝２．４９°となり、上述の考え方により、要素偏向器の発生する偏向ベクトルの方向のなす角の範囲は、この２倍である４．９８°となる。これ以下にすることは将来もあり得ないと考えられるので、余裕を見て、下限を４．９°としている。従って、２つの要素偏向器のなす角度の下限も４．９°となる。
【００５１】
偏向器が３つ以上の要素偏向器からなる場合は、それを２つの仮想的な要素偏向器に変換して、その２つの要素偏向器が発生する偏向ベクトルの間で、上述のような関係が成り立つようにすればよいが、各要素偏向器の発生する偏向ベクトルのうち最も外側にある２つの偏向ベクトルの間の角度が、４．９°以上４０°未満となるようにしてもよい。
【００５２】
以下、本発明の実施の形態の、より具体的な例を、図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の１例である電子線露光装置の転写光学系を示す概要図である。図１において１、２はレンズ、３はマスク、４は感応基板面であるウエハ、５は散乱アパーチャー、６は光軸、７、８は偏向器、９は電子線の軌道である。
【００５３】
図示されない照明光学系によりマスク３が照射され、その上のパターンを通過した電子線が、２つのレンズ１、２により、ウエハ上に結像され、マスク３上のパターンをウエハ４上に縮小転写する。レンズ１とレンズ２の間には、散乱線をカットするための散乱アパーチャー５が設けられている。偏向器は、散乱アパーチャー５よりマスク側に偏向器７、散乱アパーチャー５よりウエハ側に偏向器８の合計２個が設けられている。これらの偏向器は、マスク３の所定の位置から出発した電子線が、所定の電子線の軌道９上に乗って、ウエハ４の所定の位置に結像するように電子線を偏向させるほか、像の歪みや収差を取り除く作用を持たせることもある。
【００５４】
この実施の形態においてマスク３とウエハ４間の距離を６００ｍｍとし、マスク３における１ｍｍ角のサブフィールドがウエハ４上で０．２５ｍｍ角になるようにレンズ１、２の励磁電流を設定し、１／４の縮小露光転写を行う。１列あたりのサブフィールド個数は２０個とする。
【００５５】
図２は図１の転写光学系で用いるマスク３における、システム軸６近傍のサブフィールドを表した図である。図２において１１はマスクにおけるサブフィールド、１２は、ウエハ面におけるサブフィールドであり、システム軸をＺ軸にとり、ウエハ面においてＸ軸、Ｙ軸をとっている。
【００５６】
各サブフィールド１１の間には強度を保つために０．３ｍｍの桟が設けられていて、マスク３において各サブフィールド１１は隙間無く隣接していない。しかし、ウエハ４上におけるサブフィールド１２の転写像は隣接していなくてはならないため、偏向器によって所定の位置に到達するよう電子線を偏向する必要がある。
【００５７】
例えば、列の端に位置するウエハ４上におけるＸ座標、Ｙ座標が
Ｘ＝０．２５×１９．５＝２．３７５ｍｍ、Ｙ＝０．２５×０．５＝０．１２５ｍｍ
であるサブフィールドａにおいて必要な偏向ベクトルを考える。
【００５８】
マスク３において、このサブフィールドａに対応するサブフィールドｂの中心の座標は、
Ｘ＝２．３７５×（−４）×（１＋０．３）＝−１２．３５ｍｍ、Ｙ＝０．１２５×（−４）×（１＋０．３）＝−０．６５ｍｍ
となる。
全く偏向を行わない場合、倍率４分の１の縮小転写光学系により、サブフィールドｂはウエハ４上においてその中心位置の座標がＸ＝−１２．３５×（−１／４）＝３．０８７５ｍｍ、Ｙ＝−０．６５×（−１／４）＝０．１６２５である点ｃとなるように転写される。
【００５９】
よって、マスク３上のサブフィールドｂをウエハ４上のサブフィールドａに転写するときには、偏向器は、偏向ベクトルｄのＸ、Ｙ成分が
、ΔＸ＝２．３７５−３．０８７５＝−０．７１２５、ΔＹ＝０．１２５−０．１６２５＝−０．０３７５
となるように励磁される必要がある。
【００６０】
まず、簡単のため、偏向器７が設けられていないものとし、転写光学系における偏向器が偏向器８の１個のみである場合の例を示す。
偏向器８の位置に図３に示すような、システム軸６上においてＸ軸方向のみに磁場が発生するように要素偏向器１３を配置し、１Ａの電流を流すと、システム軸を上から下へ移動してきた電子は電磁レンズの作用を受けて、（２．７０，−４．３２）μｍの位置に到達する。つまり、単位電流あたりの偏向ベクトルが（２．７０，−４．３２）μｍとなる。図３において１３ａは、要素偏向器１３の４つのコイルであり、矢印は電流の方向を示す。（ｂ）は斜視図であり、（ａ）はこのコイル１３ａを上方から見たものである。αは、要素偏向器を構成するコイルの見込み半角である。各象限に１枚コイルを置き、互いにｘ軸対称、ｙ軸対称となるように配置した合計４枚のコイルからなる偏向器では、３次の４重収差を消去するため、αを６０°とすることが普通である。
【００６１】
ｔａｎ（−５８．００°）＝−１．６００＝−４．３２／２．７０であるから、比較例として、偏向器８を、従来の方法の偏向器であって、２つの同じ仕様を有する要素偏向器が用いられ、特に要素偏向器の偏向ベクトルが、それぞれＸ軸又はＹ軸と同じ方向であるよう配置がされたものとする場合、偏向ベクトルの方向がＸ軸方向となる要素偏向器１４は、図３（ｂ）のＲ方向に５８°回転させて得られ（図４（ａ））、もう一つの要素偏向器１５はこれをさらに９０°回転させたものとなる（図４（ｂ））。
【００６２】
ただし、図４は、要素偏向器１４、１５を上方から見たものであり、１４ａ、１５ａはそれぞれのコイル、矢印は電流の方向を示す。要素偏向器に必要な励磁電流の最大値はＸ方向の最大偏向距離が０．７１２５μｍであるから、
【００６３】
【数１】
2005050888.tif 000003
【００６４】
本発明の実施の形態として図３の偏向器をＲ方向に５８°回転させた方向を中心としてプラスマイナス同じ角度だけ角度を分散させた要素偏向器２つを考える。両者の生成する偏向ベクトルの方向が４０°の角度を成すようにする場合、一方の要素偏向器は図３の偏向器をＲ方向に３８°回転させたものであり（図５（ａ））、もう一方は、７８°回転させたものである（図５（ｂ））。ただし、図５は、要素偏向器１６、１７を上方から見たものであり、１６ａ、１７ａはそれぞれのコイル、矢印は電流の方向を示す。各々の要素偏向器の単位電流あたりの偏向ベクトルは、（４．７８８，  １．７４３）μｍ、（４．７８８，  −１．７４３）μｍである。
【００６５】
このように、要素偏向器が２組の場合は、図４に示す比較例（従来例）においては、要素偏向器同士を直交させるように配置しているのに対し、本発明の場合は、意図的に直交しないように配置することになる。
【００６６】
必要な励磁電流の最大値は、方程式
４．７８８  ａ＋４．７８８  ｂ＝−０．７１２５
１．７４３  ａ−１．７４３  ｂ＝  ０．０３７５を解いて、ａ  ＝  −０．０６３６４７４、ｂ  ＝  −０．０８５１６２１となり、必要な励磁電流の最大値は、ｂである０．０８５［Ａ］と、比較例の約６割に低減される。
【００６７】
次に偏向器７及び偏向器８が転写光学系にあるものとし、鏡筒中の偏向器が複数である場合の例を示す。偏向器が複数ある場合には、ウエハ上における荷電粒子線の到達位置を所望通りとするだけでなく、他の制約条件を加えることが普通である。ここでは、ウエハに対する荷電粒子線の入射角度が垂直となるよう条件を課することとする。
【００６８】
偏向器７の位置に図３に示すような、システム軸上においてにＸ軸方向に磁場が発生するように要素偏向器を置いたとき、単位電流あたりの偏向ベクトル及び荷電粒子線のウエハへの入射角度は、それぞれ、（２．５２，  −４．００）μｍ、（−０．１４３，  ０．１３１）ｍｒａｄとなった。
【００６９】
また、偏向器８の位置に図３に示すような、システム軸上においてにＸ軸方向に磁場が発生するように要素偏向器を置いたとき、単位電流あたりの偏向ベクトル及び荷電粒子線のウエハへの入射角度は、それぞれ、（２．７０，  −４．３２）μｍ、（−０．０２１０，  ０．０３２８）ｍｒａｄとなった。
【００７０】
従来の方法の偏向器であって特に要素偏向器の偏向ベクトルがＸ軸又はＹ軸と同じ方向であるよう配置がされたものとする場合、偏向器８の位置における要素偏向器の配置は、偏向器８のみが転写光学系にある場合と変わりない。また、ｔａｎ（−５７．７４°）＝−１．５８４４＝−４．００／２．５２であるから、偏向器７の位置における２つの要素偏向器の配置は各々、発生する偏向場がＸ軸方向である偏向器を図３のＲ方向に５７．７４°回転させたものと、それをさらに９０°回転させたものとなる。
【００７１】
偏向器７及び８を駆動してウエハへの入射角を０としつつ、全体として偏向ベクトル（−０．７１２５，−０．０３７５）を得る条件で方程式を解くと、
偏向器７のＸ要素偏向器の励磁電流…  −０．０２３５  ［Ａ］
偏向器７のＹ要素偏向器の励磁電流…    ０．００３９  ［Ａ］
偏向器８のＸ要素偏向器の励磁電流…  −０．１１８１  ［Ａ］
偏向器８のＹ要素偏向器の励磁電流…  −０．０１０９  ［Ａ］
となり、必要な励磁電流の最大値は、偏向器８のＸ要素偏向器の０．１１８１［Ａ］となる。
【００７２】
他方、本発明の実施例として図３の偏向器をＲ方向に５７．７４°回転させた方向を中心としてプラスマイナス同じ角度だけ角度を分散させた要素偏向器２つを考える。両者の生成する偏向ベクトルの方向が４０°の角度を成すようにする場合、一方の要素偏向器は図３の偏向器をＲ方向に３７．７４°回転させたものであり、もう一方は、７７．７４°回転させたものである。
【００７３】
全体として偏向ベクトル（−０．７１２５，−０．０３７５）を得る条件で方程式を解くと、
偏向器７の要素偏向器１の励磁電流…  −０．００６９  ［Ａ］
偏向器７の要素偏向器２の励磁電流…  −０．０１８１  ［Ａ］
偏向器８の要素偏向器１の励磁電流…  −０．０７８８  ［Ａ］
偏向器８の要素偏向器２の励磁電流…  −０．０４６８  ［Ａ］
となり、必要な励磁電流の最大値は、０．０７８８［Ａ］となって、従来例の最大値の６７％に低減される。
【００７４】
本発明の実施の形態である電子線露光装置は、基本的に図１に示したようなものであり、偏向器７、８に示されるような偏向器の少なくとも一つが、以上説明した実施の形態である偏向器で構成されている。よって、励磁電流が少なくて済み、その分、偏向ノイズが小さな電子線露光装置とすることができる。
【００７５】
以上の説明においては、２つの要素偏向器は、仕様が同じものとして考えたが、異なる仕様のものを用いても、本発明の技術的思想を用いる限りにおいて、同様の効果が得られる。又、以上の説明においては、要素偏向器が２つの場合について説明したが、要素偏向器が３つ以上の場合についても、本発明の技術的思想を用いる限りにおいて、同様の効果が得られる。
【００７６】
尚、本発明は上述の実施の形態で説明した電子線露光装置のみではなく、他のスキャン方式の電子線露光装置にも適用可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大きな偏向距離を維持しつつ、必要な励磁電流の大きさを抑制できる偏向器、及びこのような偏向器を用いた荷電粒子線露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例である電子線露光装置の転写光学系を示す概略図である。
【図２】分割露光転写方式におけるサブフィールドの転写を示す図である。
【図３】Ｘ軸方向に偏向場を生成するよう配置された要素偏向器を示す図である。
【図４】比較例の要素偏向器のコイル配置を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の１例である要素偏向器のコイル配置を示す図である。
【図６】分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置の概要を示す図である。
【図７】要素偏向器による偏向ベクトルと最大偏向ベクトルを説明する図である。
【符号の説明】
１、２  …レンズ
３…マスク
４…ウエハ
５…散乱アパーチャー
６…  光軸
７、８…偏向器
９…電子線の偏向軌道
１１…マスクにおけるサブフィールド
１２…ウエハにおけるサブフィールド
１３、１４、１５…要素偏向器
１３ａ、１４ａ、１５ａ…要素偏向器のコイル
【図１】
2005050888.tif 000004
【図２】
2005050888.tif 000005
【図３】
2005050888.tif 000006
【図４】
2005050888.tif 000007
【図５】
2005050888.tif 000008
【図６】
2005050888.tif 000009
【図７】
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