(57)【要約】【課題】クロスオーバ位置を設計位置に合わせることが可能な荷電粒子線装置の照明条件調整方法を提供する。【解決手段】非点収差補正器８が、設計上クロスオーバが形成される位置、すなわち散乱アパーチャ７の位置に、その発生する磁場の中心が来るように設けられている。（ａ）のようにクロスオーバ６ａが非点収差補正器８の上側にある場合、非点収差補正器の励磁により（ｄ）のように非直交性非点歪みが４５度方向に伸びる形になっている。（ｃ）のようにクロスオーバ６ｃが非点収差補正器８の下側にある場合は、（ｆ）ように非直交性非点歪みは−４５度方向に伸びる形になる。（ｂ）のようにクロスオーバ６ｂが非点収差補正器８の中心に位置する場合は、非点歪みが現れない。よって、非点収差補正器８の励磁により非点歪みが現れないように照明条件を調整すれば、クロスオーバを設計位置に合わせることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明条件を変化させて非点収差補正器の非点歪み発生感度を測定することにより、照明条件を調整する工程を有することを特徴とする荷電粒子線装置の照明条件調整方法。
【請求項２】
荷電粒子線の光学設計上のクロスオーバ像位置に非点収差補正器を設置し、その非点収差補正器の非点歪み発生感度がほぼ０になるように照明条件を調整する工程を有することを特徴とする荷電粒子線装置の照明条件調整方法。
【請求項３】
非点収差補正器を設置し、その非点収差補正器の非点歪み発生感度が所定値になるように照明条件を調整する工程を有することを特徴とする荷電粒子線装置の照明条件調整方法。
【請求項４】
複数の非点収差補正器を設置し、各々の非点収差補正器による非点歪み発生感度がほぼ０になるように照明条件を調整し、これらの照明条件に基づき、照明条件を調整する工程を有することを特徴とする荷電粒子線装置の照明条件調整方法。
【請求項５】
荷電粒子線装置において、レチクルの像をウエハ上に露光転写する方法であって、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の荷電粒子線装置の照明条件調整法によって照明条件を調整し、露光転写を行うことを特徴とする荷電粒子線装置における露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線装置における照明光学系の照明条件を調整する方法、及びそれを使用した露光方法に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高密度化に伴い、その製造工程においてレチクルからウエハに露光転写すべきパターンが微細化している。このような微細なパターンを露光転写するには、光学式露光転写装置ではその解像度が不足しており、光学式露光転写装置に変わるものとして、電子線等の荷電粒子線を使用した露光転写装置の開発が進められている。
【０００３】
荷電粒子線露光装置においては、荷電粒子線源から放出された荷電粒子を、照明光学系を介してレチクル上に照射して照明し、レチクルに形成されたパターンを、投影光学系を介してウエハ上に結像させることにより、露光転写を行っている。
【０００４】
図６に電子線露光装置の例を示す。電子線源２１から放出された電子線２２は第１照射レンズ２３によって成形開口２４を照射する。成形開口２４を通過した電子線２２は第２照射レンズ２５および第３照射レンズ２６により成形開口像をレチクル２７上に結像する。レチクル２７上には転写すべきパターンが形成されており、レチクル２７を通過した電子線２２は第１投影レンズ２８及び第２投影レンズ２９によってウエハ３０上にレチクル２７の像を結像する。電子線露光装置では通常、レチクルを１ｍｍ角程度に分割し、被露光物上には１／４程度に縮小して露光転写している。従って像の大きさは０．２５ｍｍ角程度になっている。このような１度に露光される露光領域をサブフィールドといい、サブフィールドをつなぎあわせて全体の像、例えば半導体デバイスのパターンを形成する。
【０００５】
図７に、従来の電子線露光装置における照明条件調整方法の例を示す。図７において、図６に示された構成要素には、図６と同じ符号を付している。なお、３１はレチクル２７からの散乱線をカットするための散乱アパーチャであるが、ここでは、散乱アパーチャ３１が受ける電子線の量を電流量として検出することで、電子線の広がりを検出するために使用している。又、３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、電子線が一番絞られる位置、すなわち電子線の断面積が一番小さくなる位置であり、クロスオーバと称されている。
【０００６】
図７（ｂ）は照明光学系が設計どおりになっている状態で、クロスオーバ３３ｂが散乱アパーチャ３１の位置に形成されている。図７（ａ）、（ｃ）は設計から外れた状態で、図７（ａ）では、クロスオーバ３２ａが散乱アパーチャ３１よりレチクル側に形成され、図７（ｃ）では、クロスオーバ３２ｃが散乱アパーチャ３１よりウエハ側に形成されている。図中の実線は照明軌道を表し、破線は結像軌道を表している。結像軌道は投影光学系だけで決まる軌道で、物面のレチクルから出た電子が、像面のウエハ上で結像するように調整されている。照明軌道は不図示の電子線源及び照明光学系にも依存する軌道で、電子線が最も絞られた位置であるクロスオーバ像点を光軸に沿って上下させる。クロスオーバ位置が設計位置にこないと、像倍率、回転、収差は変化しないが、収差、特に歪が大きく変化してしまう。設計上は、収差が最小となるようにクロスオーバ位置を決定する。
【０００７】
クロスオーバ位置を設計位置に合わせるためには、不図示の偏向器により電子線を偏向し、偏向に伴って散乱アパーチャ３１に吸収される電流や、散乱アパーチャ３１を通過する電流を検出し、電子が散乱アパーチャ３１に当たり始めてから大部分が散乱アパーチャ３１に当たってしまうまでの信号を取り、偏向量に対応するその立ち上がり幅、例えば１２−８８％幅を評価する。
【０００８】
図７（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ図７（ａ）〜（ｃ）の状態における、電子線の偏向量と散乱アパーチャ３１に吸収される電流値の関係を示したもので、横軸（ｘ）が偏向量、縦軸（Ｉ）が散乱アパーチャ３１に吸収される電流値を示す。
【０００９】
このようなグラフを作り、散乱アパーチャ３１に吸収される電流値の飽和値の、１２％、８８％の電流値に対応する偏向量を求め、その差をとる。図７（ｄ）の場合３３ａ、図７（ｅ）の場合３３ｂ、図７（ｆ）の場合３３ｃで示す値がこの差に対応し、概念的には、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、それぞれ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃで示す散乱アパーチャ３１の位置での電子線の直径に対応する。
【００１０】
そして、照明光学系を調整して、散乱アパーチャ３１に吸収される電流値の飽和値の、１２％、８８％の電流値に対応する偏向量の差が最も小さくなるようにすれば、散乱アパーチャ３１の位置でクロスオーバが形成されているような状態とすることができ、設計値どおりにクロスオーバを形成できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、現状の電子線露光装置では、投影光学系は倍率が１／４倍、鏡筒長６００ｍｍ、像寸法２５０μｍ角、開き角６ｍｒａｄ程度に設計されている。この場合、設計上のクロスオーバ像の寸法は６ｍｒａｄ×６００ｍｍ×２＝７２０μｍφになってしまう。サブフィールドのレチクル側の寸法が１ｍｍ角、ウエハ側の寸法が２５０μｍ角であることを考えると光路内でほとんどビーム径が変化していないことが分かる。このような状況を図８に示す。図８は、図７と対応するもので、電子線の直径のみが異なるので、図７と同じ符号を付してその説明を省略する。
【００１２】
このような状態では、クロスオーバ位置が３２ａ、３２ｂ、３３ｃと変化しても、図８（ｄ）〜（ｆ）に示すように、電子線を偏向させた場合に散乱アパーチャ３１で吸収される電流の変化は同じようなものとなり、３３ａ、３３ｂ、３３ｃの間に大きな差が現れない。よって、先に示したような方法により、正確にクロスオーバ位置を設計値に合わせることが困難となる。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来の方法とは全く異なる考え方に基づき、光路内でビーム径がほとんど変化しないような場合でも、クロスオーバ位置を設計位置に合わせることが可能な荷電粒子線露光装置の照明条件調整方法、及びこの調整方法を使用した露光方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【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、照明条件を変化させて非点収差補正器の非点歪み発生感度を測定することにより、照明条件を調整する工程を有することを特徴とする荷電粒子線装置の照明条件調整方法（請求項１）である。
【００１５】
前記課題を解決するための第２の手段は、荷電粒子線の光学設計上のクロスオーバ像位置に非点収差補正器を設置し、その非点収差補正器の非点歪み発生感度がほぼ０になるように照明条件を調整する工程を有することを特徴とする荷電粒子線装置の照明条件調整方法（請求項２）である。
【００１６】
前記課題を解決するための第３の手段は、非点収差補正器を設置し、その非点収差補正器の非点歪み発生感度が所定値になるように照明条件を調整する工程を有することを特徴とする荷電粒子線装置の照明条件調整方法（請求項３）である。
【００１７】
前記課題を解決するための第４の手段は、複数の非点収差補正器を設置し、各々の非点収差補正器による非点歪み発生感度がほぼ０になるように照明条件を調整し、これらの照明条件に基づき、照明条件を調整する工程を有することを特徴とする荷電粒子線装置の照明条件調整方法（請求項４）である。
【００１８】
前記課題を解決するための第５の手段は、荷電粒子線装置において、レチクルの像をウエハ上に露光転写する方法であって、前記第１の手段から第４の手段のいずれかの荷電粒子線装置の照明条件調整法によって照明条件を調整し、露光転写を行うことを特徴とする荷電粒子線装置における露光方法（請求項５）である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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は本発明の第１の実施の形態である電子線線装置の照明条件調整方法を説明するための図である。レチクル１を通過した電子線２は、第１投影レンズ系３、第２投影レンズ系４の作用を受けて、レチクル１上のパターンの像をウエハ５上に結像する。この過程で電子線が絞られてその断面積が一番狭くなる点がクロスオーバであり、図１では６ａ、６ｂ、６ｃで示されている。７はレチクル１からの散乱線をカットするための散乱アパーチャであり、設計上クロスオーバが形成される位置に設けられている。この実施の形態においては、非点収差補正器８が、設計上クロスオーバが形成される位置、すなわち散乱アパーチャ７の位置に、その発生する磁場の中心が来るように設けられている。
【００２０】
以下の説明においては、簡単のために光軸上での電子のエネルギーは一定として説明する。光軸方向をｚ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系をとり、非点収差補正器８により発生する非点補正場をＳ［ｚ］、ｘ座標、ｙ座標を複素数で表した照明軌道をｗｂ［ｚ］（＝Ｘａ［ｚ］＋ｉ  Ｘｂ［ｚ］）とし、その複素共役の軌道ｗｂｃ［ｚ］（＝Ｘａ［ｚ］−ｉ  Ｘｂ［ｚ］）とすると、非点歪みは
【００２１】
【数１】
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【００２２】
に比例する。Ｓ［ｚ］は非点収差補正器８付近に局在する場であるから、積分に意味があるのは非点収差補正器８付近のみである。通常Ｓ［ｚ］は非点収差補正器中心について対称に分布し、非点収差補正器８中心に対して偶関数的になる。
【００２３】
一方、図１（ｂ）に示すように、クロスオーバ６ｂが非点収差補正器８の中心に位置すると、ｗｂｃ［ｚ］が非点収差補正器の中心で０になり、その前後で奇関数的になる。したがって、これらの掛けあわせは非点収差補正器８中心に対して奇関数になり、その積分である非点歪みは０になる。すなわち、非点収差補正器８のコイルに流す電流や非点収差補正器８の電極に印加する電圧を変えても、非点歪みは変化しない。
【００２４】
図１（ａ）、（ｃ）に示すように、クロスオーバが非点収差補正器８の中心からずれた位置に位置すると、ｗｂｃ［ｚ］は非点収差補正器８中心に対して、偶関数の成分を持つため、Ｓ［ｚ］とｗｂｃ［ｚ］の掛けあわせの積分である非点歪みは何らかの値を持つ。すなわち、非点収差補正器８のコイルに流す電流や非点収差補正器８の電極に印加する電圧を変えると、非点歪みが変化する。
【００２５】
図１（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、投影光学系に非点歪みがない場合の、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ対応する、正方形のレチクルパターンの像を示す。このとき非点収差補正器８は一定の励磁に設定されているとする。この例では非点歪みは非直交性のみが現れる形に示している。
【００２６】
図１（ａ）のようにクロスオーバ６ａが非点収差補正器８の上側にある場合、非点収差補正器の励磁により図１（ｄ）のように非直交性非点歪みが４５度方向に伸びる形になっている。このとき、図１（ｃ）のようにクロスオーバ６ｃが非点収差補正器８の下側にある場合は、図１（ｆ）ように非直交性非点歪みは−４５度方向に伸びる形になる。この図では非直交性の例を示したが、光学系の座標やパターンの形状を変えれば非等方倍率についても同様に反転する。これに対し、図１（ｂ）のようにクロスオーバ６ｂが非点収差補正器８の中心に位置する場合は、非点歪みが現れない。よって、非点収差補正器８の励磁により非点歪みが現れないように、照明条件を調整すれば、クロスオーバを設計位置に合わせることができる。
【００２７】
以上の例は、投影光学系に非点歪みがない例であるが、投影光学系が非点歪みを持つ場合でも、同様にクロスオーバ位置を求めることができる。非点収差補正器８の励磁電流を変化させると、図１（ａ）、（ｃ）の場合は非点歪みが変化するが、図１（ｂ）の場合は非点歪みが変化しない。よって、これにより、クロスオーバが目標の位置に形成されるように照明光学系の条件を変えることができる。
【００２８】
なお、散乱アパーチャ７は、本発明とは特に関係がない。又、電子線のエネルギーは全軌道に亘って一定である必要はなく、非点収差補正器付近の非点場が存在する領域で一定とみなせればよい。
【００２９】
図２は本発明の第２の実施の形態である電子線線装置の照明条件調整方法を説明するための図である。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、同じ符号を付してその説明を省略する。図２においては、非点収差補正器８の中心が、設計上クロスオーバが形成される位置（散乱アパーチャ７の位置）に設けられておらず、少しレチクル１側にずれた位置に設けられているところが、図１に示す第１の実施の形態と異なっている。
【００３０】
この場合も、非点収差補正器８に励磁電流を流しても非点歪みが発生しないとき（投影光学系で非点歪みが発生している場合は、その非点歪みが変化しないとき）は、非点収差補正器８の中心位置にクロスオーバが形成されているときであり、図２（ｂ）に示すような場合である。設計通りにクロスオーバが形成されているときは、図２（ｃ）に示すような状態となり、図２（ｆ）に示すように非点歪みが発生している状態となる。
【００３１】
しかし、このような場合でも、シミュレーションの結果を用いることにより、クロスオーバが正しい位置に形成されるような照明条件を求めることができる。
この例を図３に示す。図３において、横軸（Ｉ）は照明光学系のレンズの励磁電流、縦軸（Ｄｉｓ）は非点収差補正器の非点歪み発生感度（単位励磁電流変化に対する非点歪みの変化量）を示す。９はシミュレーションにより計算された、照明光学系のレンズの励磁電流と非点収差補正器の非点歪み発生感度との関係を示す曲線であり、それが横軸と交わる点がＩｓｔで示されている。すなわち、照明光学系のレンズの励磁電流がＩｓｔのとき、図２（ｂ）に示したような状態となる。
【００３２】
そして、シミュレーション上、図２（ｃ）のような状態となるのは、非点収差補正器の非点歪み発生感度が  Ｄｉｓ  ｏｐ  であるとすると、そのときの照明光学系のレンズの励磁電流は、９のグラフからＩｏｐであることが読み取れる。
【００３３】
そして、実際に非点収差補正器の非点歪み発生感度が０となる点を求める。これは、非点収差補正器の励磁電流を変化させて非点歪みが変化しないことを検出すればよく、簡単に行うことができる。そして、実際に非点収差補正器の非点歪み発生感度が０となる場合の照明光学系のレンズの励磁電流がｉｓｔであったとすると、９で表される曲線のＩの値をｉｓｔ／Ｉｓｔ倍して、新しい照明光学系のレンズの励磁電流と非点収差補正器の非点歪み発生感度との関係を示す曲線１０を作る。
【００３４】
そして、曲線１０上で  Ｄｉｓ  ｏｐ  に対応する線１０の交点である照明光学系のレンズの励磁電流ｉｏｐが、クロスオーバを設計位置に形成する照明光学系のレンズの励磁電流であると判定する。すなわち、シミュレーションによりＩｓｔとＩｏｐを求めておき、実測によりｉｓｔを求め、照明光学系のレンズの励磁電流をＩｏｐ・ｉｓｔ／Ｉｓｔに設定すれば、図２（ｃ）に示すような状態となり、設計位置にクロスオーバを形成することができる。
【００３５】
又、所定の非点収差補正器の非点歪み発生感度が得られるような状態を図２（ｃ）のように、設計位置にクロスオーバが形成された状態であると判断するようにしてもよい。この場合は、実測により、非点収差補正器の非点歪み発生感度がＤｉｓ  ｏｐ  となる照明光学系のレンズの励磁電流ｉｏｐを求める。そして、この励磁電流ｉｏｐで照明光学系を励磁することにより、図２（ｃ）のような状態を作り出すことができる。
【００３６】
図４は本発明の第３の実施の形態である電子線線装置の照明条件調整方法を説明するための図である。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。この実施の形態においては、２つの非点収差補正器８ａ、８ｂが設けられているところが、図１に示す実施の形態と異なる。これらの非点収差補正器８ａ、８ｂは、それらの中心が、設計上クロスオーバが形成される位置（すなわち、散乱アパーチャ７の位置）になるように設けられている。非点収差補正器８ａは、非直交性を補正したり発生したりするように調整されており、非点収差補正器８ｂは非等方倍率を補正したり発生したりするように調整されている。
【００３７】
図４（ａ）は、クロスオーバ位置が非点収差補正器８ａの中心に位置する場合を示す図であり、そのときの非点収差補正器８ａによる非点歪みを図４（ｄ）に、非点収差補正器８ｂによる非点歪みを図４（ｇ）に示す。非点収差補正器８ａによる非点歪みは発生していないが、非点収差補正器８ｂにより非等方倍率歪みが発生していることが分かる。
【００３８】
図４（ｂ）は、クロスオーバ位置が設計位置である散乱アパーチャ７の位置に位置する場合を示す図であり、そのときの非点収差補正器８ａによる非点歪みを図４（ｅ）に、非点収差補正器８ｂによる非点歪みを図４（ｈ）に示す。非点収差補正器８ａにより非直交性歪みが、非点収差補正器８ｂにより非等方倍率歪みが発生していることが分かる。
【００３９】
図４（ｃ）は、クロスオーバ位置が非点収差補正器８ｂの中心に位置する場合を示す図であり、そのときの非点収差補正器８ａによる非点歪みを図４（ｆ）に、非点収差補正器８ｂによる非点歪みを図４（ｉ）に示す。非点収差補正器８ｂによる非点歪みは発生していないが、非点収差補正器８ａにより非直交性歪みが発生していることが分かる。
【００４０】
このような照明条件が見つかればそれぞれの照明条件とシミュレーションでそのような照明条件になる照明光学系のレンズの励磁値と最適照明条件の照明光学系のレンズの励磁値とを比較して、最適照明条件になる照明光学系のレンズの励磁値を設定することができる。
【００４１】
図５にこの関係を示す。図５において横軸（Ｉ）は照明光学系のレンズの励磁電流、縦軸Ｚｃｏはクロスオーバ像点位置、１１は照明光学系のレンズ励磁に対するクロスオーバ像点位置の関係を示す曲線である。測定された非点収差補正器８ａの非点発生感度が０になる照明光学系のレンズ励磁値ｉｓｔ１で、クロスオーバ像点は非点収差補正器８ａの中心位置Ｚｓｔ１に、測定された収差補正器８ｂの非点発生感度が０になる照明光学系のレンズ励磁値ｉｓｔ２で、クロスオーバ像点は非点収差補正器８ｂの中心位置Ｚｓｔ２になるように曲線１１が設定される。すなわち、曲線１１はシミュレーションによって求められる関数形を有するが、実測値により補正を加えたものとし、シミュレーションの誤差を補正してある。
【００４２】
上述のようにシミュレーションと実測値に基づいて曲線１１の形を決定した後、曲線１１上で設計上のクロスオーバ位置Ｚｏｐに対応する照明光学系のレンズ励磁値ｉｏｐを求め、これを照明光学系の励磁電流として設定してやればよい。
【００４３】
第２の実施の形態、第３の実施の形態において、シミュレーションの値をそのまま使わないのは、シミュレーションによる電子銃のクロスオーバ位置計算の精度が良くない場合があることや、シミュレーションで使用した電子銃設定と異なる電子銃設定で使用することがあり、更にレンズによる軌道の計算も実機と正確に合うわけではないので何らかの因子をかけて適正化することが好ましいからである。
【００４４】
以上のような調整を行って、クロスオーバ位置を設計位置に合わせた上で、従来の方法と同じように露光を行えば、正確な結像を得ることができ、露光転写の精度を向上させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光路内でビーム径がほとんど変化しないような場合でも、クロスオーバ位置を設計位置に合わせることが可能な荷電粒子線装置の照明条件調整方法、及びこの調整方法を使用した露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である電子線線装置の照明条件調整方法を説明するための図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である電子線線装置の照明条件調整方法を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態において、クロスオーバが正しい位置に形成されるような照明条件を求める方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態である電子線線装置の照明条件調整方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態において、最適照明条件になる照明光学系のレンズの励磁値を設定する方法を説明するための図である。
【図６】電子線露光装置の例を示す図である。
【図７】従来の電子線露光装置における照明条件調整方法の例を示す図である。
【図８】従来の電子線露光装置における照明条件調整方法の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１…レチクル、２…電子線、３…第１投影レンズ系、４…第２投影レンズ系、５…ウエハ、６ａ、６ｂ、６ｃ…クロスオーバ、７…散乱アパーチャ、８…非点収差補正器
【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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【図７】
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【図８】
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