(57)【要約】【課題】空間電荷レンズによって生じた３次幾何歪を補正可能な荷電粒子線露光装置を提供する。【解決手段】分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置であって、空間電荷レンズによって生じた３次幾何歪を１セット以上の８極子１４の歪により補正し、且つ、前記８極子１４から生じる低次の歪を１セットの６極子１５、２個のスティグメータ９，１０、３個のフォーカスレンズ１１〜１３、１個以上の偏向器により補正する機能を有することを特徴とする荷電粒子線露光装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置であって、空間電荷レンズによって生じた３次幾何歪を１セット以上の８極子の歪により補正し、且つ、前記８極子から生じる低次の歪を１セットの６極子、２個のスティグメータ、３個のフォーカスレンズ、１個以上の偏向器により補正する機能を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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、露光の高解像と高スループットの両方を兼ね備えた電子線露光方式として、分割露光転写方式のＥＰＬ（Electron beam projection Lithography）が注目を集めるようになってきた。分割露光転写方式とは、１ダイまたは複数ダイを一度に露光するのではなく、１ダイを約250μm角程度の小さな領域（サブフィールド）に分割し、このサブフィールド単位に一括露光を行い、それをつなぎ合わせて１ダイまたは複数ダイの露光を行う方式である。
【０００３】
一般に荷電粒子線装置においては、荷電粒子同士の反発により焦点が変わることは良く知られている。しかしながら荷電ビームが形成する質の悪い空間電荷静電レンズによって生じる各種の幾何収差(所謂クーロン効果の一部)についてはほとんど問題視されていなかった。ところがこの分割露光転写方式は、従来の可変成型方式やセルプロジェクション方式に比して、数10倍の露光フィールドを持つため、従来では問題視されていなかった空間電荷レンズによる収差、特に歪みが問題となってきた。最近ではこの大フィールド特有のクーロン歪みを補正するため、特開平１１−８７２０８号公報に記載されているように、電流量とフィールド内のパターンの分散状態に応じて、２個以上のスティグメータ、３個以上のフォーカスレンズを使ってクーロン歪みの内、特に１次の歪（倍率、回転、非点歪、非点収差等）を補正することが行われるようになってきた。
【特許文献１】特開平１１−８７２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら露光すべきパターンが微細化し、重ね合わせ精度についても厳しい仕様(数nm)が課せられるようになると、今まで考慮する必要の無かった高次の歪み、特に３次歪が問題となってきた。特開平１１−８７２０８号公報に記載されるような、２個以上のスティグメータ、３個以上のフォーカスレンズを使用する方法では、３次歪みを補正することは不可能であった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、空間電荷レンズによって生じた３次幾何歪を補正可能な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】
【０００６】
前記課題は、分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置であって、空間電荷レンズによって生じた３次幾何歪を１セット以上の８極子の歪により補正し、且つ、前記８極子から生じる低次の歪を１セットの６極子、２個のスティグメータ、３個のフォーカスレンズ、１個以上の偏向器により補正する機能を有することを特徴とする荷電粒子線露光装置により解決される。
【０００７】
問題となっている空間電荷レンズによる３次歪とは図２(a)に示すような形をした歪のことである。歪みとは理想位置（Ｘ，Ｙ）からのズレ（＝ΔＷ）のことであり、下記式で表現される。
【０００８】
ΔＷ  ＝Ｃ３ＷＷｃＷｃ
Ｗ＝Ｘ＋ｉＹ：Ｘ，Ｙは理想位置、ｉは虚数単位
Ｗｃ＝Ｘ−ｉＹ：Ｗの複素共役数
Ｃ３：３次歪みの収差係数（複素数）
残念ながらこの歪を完全に補正できる補正器は存在しない。しかし８極子から生じる歪形状を調べてみると図２(b)のようになり、３次歪に良く似ていることに気がついた。８極子歪みは下記式で表される。
【０００９】
ΔＷ＝Ｃ８ＷｃＷｃＷｃ
Ｃ８：８極子歪の収差係数（複素数）であり、励磁により任意の値をとれる。
【００１０】
８極子から生じる歪と３次歪みの違いは、８極子から生じる歪は、３次歪のように、サブフィールドの中心位置からの距離とともに倍率、回転まで変化しないことである。則ち、図２(b)を見ると分かるように、平均的な倍率は１であり、回転角はどの部分でも一定である。これに対し、３次歪みの方は図２(a)を見ると分かるように、平均的な倍率は１ではなく、かつ、回転角が各部分によって変化している。従って８極子でも完璧に３次歪みを補正することは不可能である。
【００１１】
しかしながら、両者は、矩形の歪み形状がよく似ているため、１セットの８極子の励磁状態を変えることにより複素係数Ｃ８を適切な値に設定し、更に倍率・回転レンズ(３個のフォーカスレンズ)と組み合わせることにより、３次歪みを状況によっては1/2程度くらいまで補正することが可能である。サブフィールドが光軸中心以外に偏向されている場合に８極子を動作させると、より低次の歪み（６極歪み、非点歪み）が生じる。この付加的に生じた歪みを補正するため、８極子に加え６極子及び２個のスティグメータ、及び偏向器が必要となる。
【００１２】
８極子、６極子は歪みだけでなく、nmオーダのボケも発生するが、元々の荷電ビームのボケが10nm〜30nmなので問題とはならない。問題となってきた場合には、問題となる収差の数だけ８極子、６極子のセット数を増やせばボケも補正できる。一般に偏向器(２個の２極子)以上の多極子においては、セット数を１個増やすごとに、自分の発生する収差を１個減らすことができる。勿論、収差の数式が同じなら、他の原因で生じた収差も補正して０にできる。
【００１３】
例えば８極子を２セット連動して用いれば、８極子から生じるボケに関する収差のうちの１個をキャンセルできる。同様な考えで、８極子を２セット連動して用いれば６極子歪みを生じることなく８極歪みだけ補正することもできる。
【００１４】
上記の説明で多極子の単位としてセット数を使ったのは下記理由による。一般にｍ極子（ｍは２以上の整数）は１個のｍ極子と更にもう１個のｍ極子をπ／ｍだけメカ的に回転して配置し、且つ互いに独立に励磁して用いるものである。このような配置と励磁法により、任意方向と任意強さを持ったｍ極場（又はｍ／２ θ場とも言う）を発生することができる。従って８極子は１セット（＝２個）で初めて、８極子としての用をなす。６極子も同様である。４極子１セット（＝２個）からなる補正器は特にスティグメータと呼ばれる。従ってスティグメータの場合だけ、個数が１個という表現を使うが、実態は４極子が２個のことを指す。
【００１５】
上記考察により、本発明ではマスクと被露光面との間に８極子１セット、６極子１セット、スティグメータ２個、フォーカスレンズ３個を配置し、被露光面上の電流量、及び前記マスク上のサブフィールドにおけるパターンの分散の程度から、シミュレーション、又は実測等により予め求められているデータに基づいてクーロン効果による３次歪及び低次の歪み等を予測し補正するようにしている。又、一般には荷電ビームは補正光学系の中心を通らないため、補正光学系を働かせるとビームの位置移動も同時に起こる。従って本発明の補正光学系はビーム位置合わせ用の偏向器と併用して用いなければならない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、空間電荷レンズによって生じた３次幾何歪を補正可能な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】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態を使用して３次歪みを補正する例を模式的に示した図である。図３(a)は、クーロン効果による３次歪（クーロン効果によって生じる歪の一部）を示す図である。図３(b)は、この歪みを補正するために８極子1セットで作り出した歪みを示す図である。図３(c)は、図３(a)と図３(b)の合成歪みを示す図である。図３(c)においても、まだ倍率と回転の歪が残っている。図３(d)は、３個の軸対象レンズにより、回転と倍率を適度に補正した結果を示す図である。この説明図では純粋な３次歪みだけの場合なので、図３(a)に示す３次歪に比べて位置ズレがかなり補正されている。実際のクーロン歪みは偏向時の幾何歪みや、３次以上のクーロン歪みが混在しているので、これほど端的な効き方はしない。
【００１８】
表１は、サブフィールドを最大偏向した際のクーロン歪みを、被露光面上の電流、及びあるマスクパターン分布を仮定してシミュレーションにより求め、その後色々な補正を加えた場合にサブフィールド歪みがどのように変化するかを計算した結果である。従来の１次補正では歪みは9.8nm程度までしか小さくならなかったが、本発明による８極子補正を施すことにより、5.7nmまで歪みを減らすことができた。
【表１】
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【００１９】
図１に、本発明の実施の形態の１例である荷電粒子線露光装置の概要を示す。荷電粒子線源１から放出された照明ビーム２は、２個の照明レンズ４を介して、マスク６上のサブフィールドを照明する。サブフィールドのパターンを透過した投影ビーム３は、２個の投影レンズ５を介して、サブフィールドのパターンの像を、ウエハ７上に結像する。
【００２０】
８はマスク６から散乱されてくるビームをカットするコントラストアパーチャ、９〜１３が従来の補正光学系であり、９，１０がスティグメータ、１１，１２，１３がフォーカスレンズである。１４，１５が本発明によって追加された補正光学系であり、1４が１セットの８極子、１５が１セットの６極子である。制御用計算機１６は９〜１５の補正光学系に補正用信号を送り、サブフィールド内のボケの最大値が最小となる面をウエハ７上面に移動させるとともに、像の歪みが最小になるように調整する。クーロン効果補正信号用のデータは、マスク６がステンシルマスクの場合はパターン穴を通過した電流量とパターン穴のマスク上での分散の程度から、マスクがスカルぺルマスクの場合は、非散乱電流量と非散乱パターンのマスク上での分散の程度から、予め求められている。
【００２１】
なお、実際の露光装置はサブフィールドを移動するための偏向器や、補正光学系を動作させたことにより発生するビーム中心位置ズレを補正するための偏向器も具備しているが、説明を簡単にするために、図１においては図示を省略している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の１例である荷電粒子線露光装置の概要を示す図である。
【図２】３次歪と８極子から生じる歪を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態を使用して３次歪みを補正する例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…荷電粒子線源、２…照明ビーム、３…投影ビーム、４…照明レンズ、５…投影レンズ、６…マスク、７…ウエハ、８…コントラストアパーチャ、９，１０…スティグメータ、１１〜１３…フォーカスレンズ、１４…８極子、１５…６極子、１６…制御用計算機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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