JPH02281612A

JPH02281612A - 電子ビーム投射システム

Info

Publication number: JPH02281612A
Application number: JP2068520A
Authority: JP
Inventors: Donald E Davis; ドナルド・ユージン・デビス; Cecil T Ho; セシル・ツチヨー・ホ; Jon E Lieberman; ジヨン・エリツク・リバーマン; Hans C Pfeiffer; ハンス・クリスチヤン・ヒイフアー; Maris A Sturans; マリス・アンドリース・スチユランス
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1990-11-19
Also published as: EP0389398A2; DE69023030D1; EP0389398A3; DE69023030T2; US4945246A; EP0389398B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ、産業上の利用分野本発明は電子ビーム投射システムに関し、より具体的に
は、ターゲット、すなわち加工物に大きいパターンと小
さいパターンの両方を書き込むためにターゲットに照射
する電子ビーム・システムに関する。

Ｂ、従来の技術電子ビーム照射システムは、半導体基板上に大規模集積
回路を微細加工するために使用されている。このような
システムは、放射線感光性材料にパターンを書き込むと
き有用である。感光性材料は、通常、フォトレジストか
ら構成され、半導体ウェーハまたはフォトリングラフィ
・マスクの形の基板などのターゲット上にのっている。

電子ビームで放射線感光性材料を照射して、ウェーハ上
またはマスク内にパターンを作成する。

電子ビーム・システムでは、加工物のスルーブツトを最
大にする要求と、ますます小さな超小型パターンを求め
る産業界のますます強くなる要求との間でバランスをと
る必要が生ずる。この種の代表的電子ビーム・システム
は、電子ビーム源、電子ビームを所定のパターンで偏向
させるための偏向システム、及び電子ビームを集束させ
るための磁界投射レンズを含む。

電子ビームは偏向され集束された後、ターゲット、すな
わち加工物に達する。従来は、ターゲットを大きな領域
と小さな領域とに分割し、フィールドと呼ばれるターゲ
ット上の大きな領域と、サブフィールドと呼ばれるター
ゲット上の小さな領域内では、別々の電子ビーム偏向段
で電子ビームを偏向させていた。

このようなフィールドとサブフィールドの配置の初期の
例は、米国特許第４４９４００４号明細書に出ており、
この特許は、サブフィールドの逐次直進走査用の磁界偏
向ヨークと、各サブフィールド内のベクトル走査用の電
界偏向板とを備えた、整形ビーム電子ビーム・システム
を使用する方法を記述している。偏向板内の方形開口が
、整形スポットをもたらす。

このタイプのシステムの別の態様は、電子ビーム投射シ
ステムの収差をなくすのが望ましいことである。米国特
許第４３７６２４９号明細書には、電子光学軸が、いつ
も偏向電子ビームと一致するように移動する可変軸電子
ビーム投射システムが記述されている。電子ビーム光学
軸を移動させると、１）　電子ビームをターゲットに垂直に当てることがで
きる、２）　軸外れの電子ビームによって生ずるレンズ収差を
なくすことができる、という利点がある。具体的には、偏向ヨークによる電子
ビームの事前偏向時に、レンズの電子光学軸が偏向され
たビームと一致するように移動するように、投射レンズ
が配置される。

特許第４３７８２４９号明細書も、電子ビームを偏向さ
せ、回転対称性をもつ磁界投射レンズで偏向されたビー
ムを集束させるシステムを記述している。投射レンズの
ボア内にある一対の補正ヨークが、投射レンズの電子光
学軸をシフトさせるため、軸方向磁界強度分布の第１導
関数に比例する補償磁界を発生させる。その結果、電子
ビームの軸がシフト後の電子光学軸と一致し、電子ビー
ムはターゲットに垂直に当たる。

米国特許第４５４４８４８号は、上記の米国特許第４３
７６２４９号の改良である。この特許でも、第４３７８
２４θ号特許と同様に電子ビームをシフトさせるが、タ
ーゲット区域における高速で変化する電界、渦電流、及
び漂遊磁界をなくしている。この特許のシステムの場合
、可変軸界浸（ＶＡ　Ｉ　Ｌ）レンズは、上側磁極片及
び下側磁極片を含み、そのいずれもが非零ボア・セクシ
ョン、零ホア・セクシヨン、零ボア・セフシロンと下側
磁極片の間の及びターゲットをレンズに挿入するための
開口を含む。補償磁界ヨークは、上側磁極片のボア内に
位置し、軸方向投射磁界の第１導関数に比例する補償磁
界を発生する。

同時係属の米国特許出願第０７／１４２０３５号明細書
は、上記の特許第４５４９８４６号に類似したＶＡＩＬ
系を記述しているが、上側偏向段と下側偏向段があり、
上側の段は電界内でパターンを偏向させるための静電偏
向板を含む。下側偏向段は、電界内でビームを偏向させ
る磁界ヨークから成る。これらの静′Ｉｌ偏向板は、Ｖ
ＡＩＬ系（または、それと同等物）を収納するため、Ｖ
ＡＩＬレンズの後部焦点面よりずっと上にある。

上記特許のシステムでは、ＶＡＩＬレンズの後部焦点面
近くの利用可能な空間が極めて限られているので、ＶＡ
ＩＬレンズ内に静電板を置くことは可能ではない。

サイトウらの日立への論文「高速ナノメータ・リソグラ
フィー用の電子光学的カラム（ＥｌｅｃｔｒｏｎＯｐｔ
ｉｃａｌ　Ｃｏ１ｕ＋ａｎ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ　５ｐｅ
ｅｄ　ＮｏｎｏｍｅｔｒｉｃＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）
　Ｊは、第３の静電偏向子を含む３段偏向システムを記
述している。この偏向子は円形ガウス・スポットを採用
し、長方形区域を照射するために小ラスタでこのスポッ
トを走査する。この照射は、整形ビーム・システムで１
回の照射で完了する。

上記論文の第２図は、「可変ガウス第３段」、「可変整
形第２段」、及び「固定ガウス第１段」を含む３つの書
込み法を使用する３つの段を図示している。第２図は、
フィールド及びサブフィールドに分割されたチップをも
つウェーハを示している。

ＡＴ＆Ｔベル研究所のトムソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）、
リウ（Ｌｉｕ）、コリエ（ｃｏｌｌｉｅｒ）　、キャロ
ル（ｃａｒｒｏｌｌ）、ドハーティ（Ｄｏｂｅｒｔｙ）
　、及びマレイ（Ｍｕｒｒａｙ）の論文ｒＥＢＥＳ４電
子ビーム・カラム（Ｔｈｅ　ＥＢＥＳ４　ＥＬｅｃｔｒ
ｏｎ−Ｂｅａｍ　Ｃｏｌｕｍｎ）Ｊは、テレセントリッ
ク磁界偏向による第１段とそれに続いて２つの静電段を
使用する３重偏向システムを記述している。

アレス（Ａｌｌｅｓ）らの論文ｒＥＢＥＳ−新しい電子
ビーム照射システム（ＥＢＳＥ４−　Ａ　ＮｅｗＥｌｅ
ｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ　Ｓｙｓｔｅ
ｍ）　Ｊ　＋　Ｊ、　Ｖａｃ。

Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、、　　Ｂ５　（１）　＋　
　１９８７年１月／り月は、ＥＢＥＳ４システムでは可
変整形ビームは使用せず、小型固定スポットを構成ブロ
ックとして使用すると述べている。

米国特許第４３９０７８９号明細書は、微細偏向段と粗
偏向段の両方をもつ２段偏向システムを記述している。

このシステムは、小レンズをもつ複眼系を使用している
。このシステムは、２本のチャネルを含み、整形ビーム
は含まない。離散レンズのマトリックスを採用し、軸は
シフトされない。

米国特許第４５１４８３８号明細書は、３つの電界偏向
システムＡＥＩ、Ａｇ３、及びＡｇ３をもち、Ａｇ３及
びＡｇ３は、電子ビームをその光学軸に戻す。Ａｇ３及
びＡｇ３のシステムは、ビームをターゲット上で位置決
めすることには関係していない。

米国特許第４４６５９３４号明細書は、その第２図に２
重８極偏向システムの使用を示している。

Ｃ９発明が解決しようとする課題本発明の目的は、電子ビーム・リソグラフィ・システム
のスループット（時間当たり照射されるウェーハ）を改
善すると同時に、システムの分解能またはパターン配置
精度あるいはその両方を維持または改善することである
。パターン配置精度は、必要条件であるが、オーバレイ
（異なるレベル間でのパターン間精度）及びステイツチ
ング（同じレベルでのフィールド、クラスタ、またはサ
ブフィールドのパターンの突合せ）のための十分条件で
はない。

大きなフィールドに書き込むことのできるシステムには
、同じ偏向フィールド内の４つの隅位置合せマークのす
べてをカバーできることで、その結果ステイツチング・
エラーなしで優れたオーバレイを得られるという利点が
ある。偏向フィールドが４つの位置合せマークに達する
ことができない場合には、それらのマークを読み取るた
めに機械的なｘ−ｙ膜移動を行なう必要があり、工程に
エラーが導入される原因になる。また、フィールドが大
きいと、ウェーハに照射するための機械的ｘ−ｙ段移動
の回数を減らすことができ、より高いスループットが得
られる。電子ビーム・リングラフィ・システムにＶＡＩ
Ｌレンズを導入すると、大きな偏向フィールドにわたっ
て、非ＶＡＩＬ系の分解能より高い分解能が得られる。

しかし、大きなフィールドにわたって動作する、整形ス
ポット及び２重偏向構成のみをもつシステムは、好まし
くない低いスループットをもたらし、大きなフィールド
とＶＡＩＬ・レンズによって得られる高い分解能の利点
を十分に生かしきれないことになる。

０１課題を解決するための手段本発明によれば、３重偏向整形スポット・システムは、
スループットの問題を解決し、ＶＡＩＬレンズの利点を
生かしてターゲツト面またはウェーハ上のさまざまな照
射部位にビームを偏向させるのに必要な時間を短縮する
ことができる。（逆に言えば、ＶＡＩＬレンズのような
系、及び大きな磁界にわたるその高い分解能がなければ
、３重偏向整形スポット・システムは無価値になること
を理解されたい。）さらに、本発明によれば、３段偏向を使用したシステム
が得られる。このシステムは、米国特許第４３７８２４
９号、第４５４４８４６１号及び米国特許出願第０７／
１４２０３５号と同様にフィールド及びサブフィールド
を使用し、それらを走査する方式をとっている。さらに
、走査する各フィールドを、各フィールド内のクラスタ
、及び各クラスタ内のサブフィールドに分割する。フィ
ールド内全体を走査す６第１段偏向によって行なわれる
走査は線形であり、フィールドの走査とは不連続であり
、照射を行なう各クラスタの中心で停止する。各クラス
タ内のあるサブフィールドから別のサブフィールドへの
走査も同様である。第２段によるクラスタ内走査は、照
射を行なう各サブフィールドの中心で停止する。第３段
は、高速静電偏向を使用し、走査するサブフィールド内
でベクトル走査モードで走査を行なう。走査されるビー
ムは、整形ビームである。

すべての偏向システムは、速度と範囲と精度に関してい
くつかの制限を宵する。偏向のステッピング速度が増大
すると、ある照射から次の照射に移るのに要する時間が
減るため、スループットが増大する。偏向範囲が増大す
ると、所与の精度を得るためのステッピング速度が、は
ぼその範囲の値の２乗に反比例して低下する。本発明者
等は、第３の偏向段を加えると、スループットを増大さ
せることができることを見出した。こうした３重偏向シ
ステムでは、クラスタの中心へのより低速の（主）偏向
の移動回数が、２重偏向システムの場合の各サブフィー
ルドの中心への移動回数より著しく少なくなる。システ
ムのフィールドとサブフィールドのサイズが固定されて
いるものとすると、この３重偏向システムは、２重偏向
システムに比べて４倍ものスループットの改善をもたら
すことができる。このことは、実現できる代表的なスル
ーブツトの改善を示す第３図を見るとわかる。

第３図は、オーバヘッドすなわちウェーノー当たりの時
間を、最小イメージ・サイズとウェー７１当たりの画素
数の逆数とに対してプロットしたものである。３段偏向
が有利なことは、最小イメージ・サイズ、すなわち第３
図に示したウェーハ当たりの最大画素数から明らかであ
る。最小イメージ・サイズが小さくなるにつれて、発散
が増加し、３段偏向システムが２段偏向システムに比べ
て有利になる。

第４Ａ図は、３つの偏向段を使用し、かつラスタ偏向の
制御下にある第１段でガウス・スポットを利用してパタ
ーンを形成する、４ステツプ・システムを示している。

この場合、パターンは、半導体製造用マスクで通常必要
とされる方形のパターンとして示しである。このガウス
・スポット・システムは、ある時間に照射される加工物
に１画素の情報を書き込む。

一方、本発明を組み込んだシステムについて考えると、
第４Ｂ図の左端に示した整形ビーム・システムは、２５
ないし１００画素に等価なものを平行に書き込む。

第４Ａ図を参照すると、図の４Ｎの動作は次の通りであ
る。

１、より大きな区域内にあるより大きなフィールド内に
あるより大きなサブフィールドにスポットを書き込む。

２、スポットからスポットへとサブフィールドを走査す
る。

３、サブフィールドからサブフィールドへとフィールド
を走査する。

４、ウェーハ上のある区域内でフィールドからフィール
ドへとステップ動作し反復する。

第４Ａ図では、第１の偏向段は、電子ビームのラスタ偏
向を行なって方向スポットを形成する。

第４Ｂ図では、整形ビームで、偏向なしに方形スポット
を形成する。第４Ａ図で、第２段の偏向により、ビーム
をサブフィールド内のスポットからスポットへと偏向さ
せる。第４Ｂ図では、第１段でサブフィールド内のスポ
ットからスポットへとビームのベクトル偏向を行なう。

第４Ａ図では、第３段の偏向は、フィールド内のサブフ
ィールドからサブフィールドへのラスタ偏向である。第
４Ｂ図では、第２段の偏向で、クラスタ内のサブフィー
ルドからサブフィールドへのラスタ偏向を行なう。第４
Ａ図では、最大の走査は、「区域」を横切るフィールド
からフィールドへの機械的ステップ／反復駆動によって
行なわれる。それと対応する第４Ｂ図の第３段電子ビー
ム偏向では、フィールド内のクラスタからクラスタへの
ラスタ偏向を行なう。次いで最高走査段で、基板すなわ
ちウェーハ上のある区域内でフィールドからフィールド
への機械的ステップ動作／反復走査を行なう。

要約すると、第４Ａ図の３重偏向システムは、やはりＶ
ＡＩＬ及び整形スポット投射を含むが、第１段ラスタ偏
向の代わりにサブフィールドからサブフィールドへの第
１段ベクトル偏向を使用する、本発明の３段システムと
は異なる。

本発明の上記その他の目的、特徴及び利点は、下記の本
発明の好ましい実施例に関するより詳細な説明から明ら
かになるはずである。

Ｅ、実施例第１図は、本発明による電子ビーム投射システムの概略
的半断面図である。このシステムは、上記の米国特許第
４５４４８４６号のｖＡＩＬ（可変軸界浸レンズ）系、
及び上記の米国特許出願第１４２０３５号明細書に記述
されているＶＡＩＬレンズをもつ電子ビーム・システム
のテレセントリックな実施例を組み込んでいる（上記の
２つの明細書を引用により本明細書に合体する）。

第２図は、偏向子とヨーク、クラスタ及び主偏向軸、及
び偏向板とヨークによって生ずる電子ビーム経路を備え
た第１図の電子ビーム・システムの概略図を、このシス
テムの幾何軸ＧＡに関して図示したものである。

第１図を参照すると、図の装置は、コイル４１及び５３
を収容する磁性体の磁気回路を含んでいる。電子ビーム
装置の基部にあるシリンダ８８は、下側環状磁気ディス
ク９８を支持している。この磁気ディスクの上方に上側
磁気シリンダ８８がある。磁気シリンダ８９の上に上側
環状磁気ディスク９７がある。磁気シリンダ８８と８９
及びディスク９７と９８の内部には、環状磁気リング９
２のスタックがあり、これらのリングは、シリンダ８８
と８９及びディスク９７と９８と同軸である。

その構造は、下側磁気シリンダ８８の内側、ディスク９
８の下側で、磁気リング・スタック９２の外側に、投射
レンズの励起コイル４１を格納するための空間を残して
いる。さらに、シリンダ８９の内側、ディスク９８の上
、ディスク９７の下にコリメータ・レンズの励起コイル
５３を格納するための空間があり、磁気リング・スタッ
ク９２がその内壁を形成している。

第１図の投射システムの上端には、非零ボア環状磁極片
４９及び５１をもつ磁気コリメータ・レンズ４７、及び
コリメータ・レンズ４７用の励起コイル５３が含まれて
いる。レンズ４７は、コイル５３で励起されると、電子
ビームＢをコリメートしてテレセントリック能力をもた
らす。

−り且５Ｉ更反環状磁極片４９中の開口の内側には、当業者なら理解で
きるように、１組のＸ、Ｙ多極静電偏向板７２、好まし
くは１２極（１組当たり１２枚）の多極偏向板を含む上
側ビーム偏向段（サブフィールド偏向）がある。環状磁
極片５１中の中央開口の内側下には、第２の１組のＸ、
Ｙ多極静電偏向板７３、好ましくは１２極（１組当たり
１２枚）の多極偏向板がある。偏向板７２及び７３は、
別の場所にあってもよいが、下側偏向段すなわち主偏向
ヨーク４３及び４５より前になければならない。これら
のヨークは、ビームＢの偏向を制御するための主磁界を
もたらす。

クラスタ・フィールド（２枚の偏向板）照射される区域
をフィールドとサブフィールドにのみ分割する従来のシ
ステムと違って、本発明によれば、フィールドをさらに
クラスタに分割する。クラスタを、次にサブフィールド
に分割する。

磁界偏向ヨークとして示されている偏向板１４３及び１
４５は、静電サブフィールド偏向板７２及び７３と同じ
平面内またはそれより下にある。偏向板１４３及び１４
６は、主磁界をもたらす主フイールド偏向ヨーク４３及
び４５より上になければならない。

偏向板１４３及び１４５は、静電偏向素子でも磁界ヨー
クでもよい。静電素子の場合、偏向板１４３及び１４５
を、多極（すなわち２０極）構成のサブフィールド偏向
板の上に載せることができる。

”Ｆ　（［１！　＋１反下側偏向段は、１例として第１図に図示したように、投
射された電子ビームＢを左へ事前偏向させる１対の主偏
向ヨーク４３及び４５を含む。上側偏向ヨーク４３及び
下側偏向ヨーク４５はともにトロイダル磁石であること
が好ましい。コリメータ・レンズ４７の下にある無収差
レンズ７１は電子ビームＢの非点収差補正を行ない、動
的集束コイル６９はコリメータ・レンズ４７の磁極片４
９と５１との内側にある。

韮」Ｄ−乙工投射レンズ３２は、非零ボア上側磁極片工３を含む上側
磁界経路、及び復路セクション１８と下側磁極片、すな
わち零ボア・セクション１４とから形成される下側磁界
経路を含む。投射レンズ３２の１平面は、主平面（ＰＰ
）　、すなわちレンズ３２の対物側の主平面であり、そ
の上に上側磁極片１３、その下に下側磁極片１４がある
。投射レンズ３２は、厚いレンズなので、投射レンズ３
２のイメージ側にも主平面を有する。ただし、これは本
特許に関して特に重要ではないので、第２図には図示し
ていない。

励起コイル４１は、投射レンズ３２を作動させ、上側磁
極片素子１３から下側磁極片素子１４へと復路１９を経
由して走る磁力線を生ずる。ＶＡＩＬ系は、投射レンズ
３２と磁界補償ヨーク１１との組合せからなるＶＡＩＬ
アセンブリ１２を含む。

上記の米国特許出願第０７／１４２０３５号の実施例を
本発明のシステムに使用し、静電偏向板と上記出願の下
段との間に偏向手段を追加する。遮蔽力１８は、磁界セ
クションと非磁界セクションとを交互に含み、したがっ
てヨーク１１からの磁力線が、コイル４１を貫通しない
ように絶縁される。遮蔽力１８はまた、レンズ３２の中
心に達しない磁界の量を減らす。

投射レンズ３２の磁気回路は、セクション１９及び下側
磁極片１４に形成され、最小量の磁気抵抗及びフリンジ
で磁束が零ボア・セクシヨン１４に通過するようになっ
ている。１個の磁界補償ヨークエ１が、投射レンズ３２
によって発生する軸方向磁界の第１導関数に比例する磁
界をもたらす。

第１図はまた、ターゲット保持手段、搬送手段、及びス
テッピング手段を図示している。ターゲット５９は、電
子ビーム投射システム内でのターゲットの正確な位置合
せが行なえるように、ターゲット・ホルダ１６上に載せ
る。ターゲット搬送アーム２０は、ターゲット５９を、
開口２１を介してＶＡＩＬアセンブリ１２に挿入する。

ターゲット・ステッパ・テーブル１７は、ターゲット５
９のＸ−Ｙ移動のために使用される。

第１図のシステムでは、非点収差及び像面湾曲は、動的
補正を使用して補正される。ブロック６１は、励起コイ
ル５３用の電源であり、ブロック６３は、励起コイル４
１用の電源である。ドライバ８５は、偏向ヨーク４３及
び４５の励起用のコンピュータ制御ドライバである。偏
向ヨーク４３及び４５は、２組の磁界偏向コイルをもち
、これらのコイルは、協働して通常の慣行に従って、Ｘ
方向とＹ方向に電子ビームＢを偏向させる。偏向ヨーク
４３及び４５は、典型的には複数のトロイダル・コイル
を含む。

ドライバ８５はまた、一対のＸ−Ｙ磁界偏向ヨークから
なる磁界補償ヨーク１１を作動させる。磁界補償ヨーク
１１は、単純な鞍形コイルを含んでもよい。同じ偏向感
度のトロイダル・ヨークに比べて、内径が同じなら、よ
り小さい外径ですむからである。磁界補償ヨーク１１に
送られるＸ−Ｙ電流は、偏向ヨーク４３及び４５に送ら
れるＸ−Ｙ電流に比例し、同じドライバ６５によって供
給される。

ドライバ１６５は、偏向ヨーク１４３及び１４５の励起
のためのコンピュータ制御ドライバである。偏向ヨーク
１４３及び１４５は、２組の磁界偏向コイルをもち、こ
れらのコイルは協働して、通常の慣行に従って、Ｘ方向
とＹ方向に電子ビームＢを偏向させる。偏向ヨーク１４
３及び１４５は、典型的には複数のトロイダル・コイル
を含む。

ドライバ１６５はまた、一対のＸ−Ｙ磁界偏向ヨークか
らなる磁界補償ヨーク１１を作動させる働きをする。磁
界補償ヨーク１１に送られるＸ−Ｙ電流は、偏向ヨーク
１４３及び１４５に送られるＸ−Ｙ電流に比例し、同じ
ドライバ１６５によって供給することができる。

やはり第２図を参照すると、第１近似として、補償ヨー
ク１１の磁界は、投射レンズ３２によって発生する磁界
のレンズ３２の幾何（対称）軸ＧＡに平行であるが、幾
何軸ＧＡから横方向にずれた磁軸線に沿った半径方向成
分を補償する。磁軸線はシフトされた電子光学軸を定義
する。その理由は、補償ヨーク１１の磁界と投射レンズ
３２の磁界の重なりから生ずる半径方向の磁界成分がゼ
ロになるからである。シフトされた電子光学軸の位置は
、補償ヨーク１１及び主偏向ヨーク４３と４５内の電流
と同期して走査される。レンズ１２の対称軸ＧＡからの
光学軸のずれは、補償ヨーク１１及び偏向ヨーク４３と
４５内の電流に比例する。

サブフィールド偏向信号もクラスタ・フィールド偏向信
号も印加しない場合には、界浸レンズ１２内の電子ビー
ムＢの位置は、シフトされた電子光学軸と正確に一致す
る。さらに、電子ビームＢは、無限遠の物体を表す、平
行なコリメートされた電子ビーム束として界浸レンズ・
アセンブリ１２に入る。電子ビーム中の異なるエネルギ
ーの電子が異なる量だけ偏向されることによるぼけ効果
を完全に除去する電子ビームの２つの条件は、次の通り
である。

１）ビーム軸が、シフトされた電子光学軸と一致する（
ビーム軸は、電子ビームＢの上端から下端までの電子ビ
ームＢの中心電子線である）、２）物体が無限遠にある
。

このぼけは、文献においては、横方向色収差と呼ばれる
。横方向色収差は、通常の偏向板の性能に対する主要な
制限要因なので、この収差の除去は基本的に重要と考え
られる。

サブフィールド偏向またはクラスタ・フィールド偏向を
印加する場合には、界浸レンズ・アセンブリ１２内の電
子ビームＢの位置は、上述した理想条件かられずかにず
れる。サブフィールド偏向は、主フイールド偏向に対す
る小さな摂動と考えることができるので、理想条件から
のこのずれの効果は無視でき、収差及びぼけも無視でき
る程度の寄与である。

ＶＡＩＬシステムに関する上記の米国特許第４５４４８
４８号の第７欄５４−８８行目に記載されているように
、動的非点収差補正コイル・アセンブリ７１及び動的集
束コイル６９は、それぞれ非点収差及び像面湾曲を補償
する磁界を生ずる。

動的補正コイル・アセンブリは、ドライバ６７によって
駆動される２重４極素子であることが好ましい。ドライ
バ６７は、Ｘ及びＹ主偏向ヨーク４３と４５、及びクラ
スタ偏向ヨーク１４３と１４５に送られる電流に比例し
た入力信号を受は取り、当業者には周知の技術的手段に
よって信号を発生する。

サブフィールド及びクラスタ・フィールドの静電偏向の
ための垂直照射（テレセントリシティ）を維持するため
に、このシステムは、電子ビームＢが所与の時間にロッ
キング点を含む平面を横切るようにしなければならない
。ロッキング点は、第１図に図示したＶＡＩＬレンズ・
アセンブリ１２の後部焦面（Ｂ　Ｆ　Ｐ）内にくるよう
に位置決めしなければならない。後部焦面は、投射レン
ズ３２の対物側の各後部焦点から構成される。すなわち
、すべての後部焦点は、同一平面内、すなわち後部焦面
内にある。後部焦面上のロッキング点は、ＶＡＩＬシス
テムまたは本発明に従って採用された他の同等なオフ軸
偏向システムの光学軸から横方向にシフトしているので
、７２．７３及び１４３．１４５などのサブフィールド
またはクラスタ・フィールド偏向素子に直接アクセスで
きない。その理由は、電子ビームＢが幾何的中心からあ
まりにも離れて走査され、大きな偏向収差を生ずるため
、７２．７３及び１４３．１４５などの素子は、トロイ
ダル・ヨーク４３及び４５内の主偏向ヨーク開口内に置
くことができないからである。しかし、２重偏向段７２
と７３、及び１４３と１４５にれらは、第１図に示した
ように本発明に従って可変軸偏向レンズ系の磁界ヨーク
の前に置かれている）は、後部焦面で電子ビームＢを揺
らして電子ビームＢのテレセントリシティを維持するこ
とができるので、加工物すなわちターゲットＴ（５９）
に垂直に当たる。第２の静電偏向板７３は、第１図に図
示したコリメータ・レンズ７０の屈折を補償しなければ
ならないことに注意されたい。

後部焦点から出る電子ビームの点源は、投射レンズ３２
から平行な束として出る。これが後部焦面ＢＦＰの定義
である。同様に、後部焦点でレンズすなわち光学軸と交
差する電子ビームは、光学軸と平行であるが、一般に軸
からずれて投射レンズ３２から出る。後部焦点の周りで
電子ビームＢを「揺らせる」ことにより、このシステム
は、この点から出る円錐状電子ビームを発生する。これ
らの電子ビームはすべて、光学軸と平行であるが軸から
ずれて投射レンズから出る。

「投射レンズ３２から出る」という句は、ターゲット書
込み表面５９に当たることと同義である。

電子ビームが垂直入射で、すなわち光学軸と平行に書込
み表面５９に当たることが、本発明の好ましい実施例の
重要な態様である。この条件のときのみ、ターゲット５
９上へのビームの照射は、ターゲット５９の高さの影響
を受けず、Δｈで示す高さの偏差にエラーを生じない。

ターゲットの局所的高さは制御困難なので、これは大き
な利点である。ウェーハは通常、傾斜したり、平面でな
かったりする。

「後部焦面Ｊ　ＢＦＰは、ビームＢのすべての経路に対
する後部焦点を含む平面であり、光学軸及び軸ＧＡに垂
直である。ロッキング点を含む平面と後部焦面ば、テレ
セントリシティの条件を達成できるように、位置が一致
（すなわち重なる）しなければならない。ロッキング点
が後部焦点と一致するには、上側及び下側のサブフィー
ルド偏向板とクラスタ・フィールド偏向板の電界の強さ
の比を、それぞれ、一方では上側偏向板７２及び７３に
より、他方では、それらの下にあるサブフィールド偏向
板１４３及び１４５によって調節する。

そうすると、ロッキング点は光学軸に沿って上下に移動
する。ビームが垂直入射でターゲットに当たるとき、２
つの点は一致することがわかっている。実際には、この
ことは、異なる高さにある２つの別々のテスト・ターゲ
ット上でビームを走査して確認する。このセットアツプ
のとき、このシステムは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と
して稼働する。ビームは、８８Ｍ倍率が２つのターゲッ
トに対して同じとき、垂直入射でターゲットに当たる。

これは、ビーム入射位置が、ターゲットの高さによって
全く影響されないと言うのと同じことである。

２重偏向サブフィールド段及びクラスタ・フィールド段
はまた、投射レンズ３２内の（幾何軸ＧＡに対する）軸
外れを最小にし、それにより、球面収差から生ずる偏向
の非線形性を最小にする。第２図に、ターゲット５９上
の特定の点についての、磁界偏向を実線７６で示した。

ｒクラスタ・フィールドのみ」と記したビームＢの経路
は、偏向素子１４３及び１４５の制御を受けて横方向に
ずれる。

破線７５で示したこの経路は、第２図の上端から出発し
、上側素子１４３に応答して点８２で左に折れ曲り、下
側素子１４５に応答して点８３で右に折れ曲り、投射レ
ンズ３２に応答して、点８６でターゲット５９と垂直に
なるように折れ曲がる。

磁界偏向のみに応答した電子ビームＢの経路を第２図に
実線７６で示す。この経路は、上側磁界偏向ヨーク４３
に応答して点８０で右下に折れ曲り、下側偏向ヨーク４
５に応答して点８１で垂直下向きに折れ曲がる。

クラスタ・フィールド偏向線７５と磁力線７８が重なる
と、第２図の結果は、合成された破線７７になり、この
破線は、上述した点８０．８１．８６と類似して、それ
ぞれ点８４．８５．８７で折れ曲がる。電子ビームＢと
光学軸はともに平行にかつ一致してシフトされるので、
この２重偏向クラスタ・フィールド設計は影響を受けな
い。静電サブフィールド偏向でも、電子線ビームは類似
の軌跡をたどる。

第５図を参照すると、本発明の方法は、電子ビーム・リ
ングラフィ・システムで整形スポット及びＶＡＩＬレン
ズと一緒に使用される３段偏向システムを使用している
。第５図は、第１図及び第２図に示した本発明の実施例
で使用される偏向段階層ならびに整形ビームの使用を図
で表したものである。フィールドは、しばしば半導体チ
ップの全体であり、クラスタ及びサブフィールドに分割
されている。半導体ウェーハの形のターゲット５９が、
ウェーハ上の少数のフィールド２３とともに示されてお
り、各フィールドの四隅には位置合せマークがついてい
る。

ターゲットを横切る第１フイールド２３から隣りのフィ
ールド２３への走査は、機械的ステップ動作／反復装置
によって実行される。第１偏向段の走査は、フィールド
２３を走査するために行なう。このような走査は、直進
的であり、フィールド２３内の各クラスタ２Ｓの中心で
停止する各フィールド２３の走査とは非連続的である。

第２偏向段によるクラスタ２５内の走査は、より高速で
実行されるが、これも直進的であり、各サブフィールド
２７の中心で停止する走査とは非連続的である。第３の
最高速偏向段は、ビームをサブフィールド２７内の方形
２９内に置くためにベクトル走査を使用する。方形２９
内では、一連の整形スポット３０が照射され、スポット
３０が組み合わさってパターン、この場合は長方形２９
を形成する。

Ｆ９発明の効果本発明は、パーソナル・コンピュータ、ミニコンピュー
タ、大型コンピュータ、及びその他のデータ処理装置用
チップなどのチップ用のマスクの製造におけるリングラ
フィ・レジスト層の照射、またはそのようなチップの製
造用半導体素材の直接照射のための電子ビーム・システ
ムの作成に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＶＡＩＬレンズを組み込んだ本発明による３
段偏向電子ビーム・システムを示す概略半断面図である
。第２図は、３段の偏向によって生じた電子ビーム経路シ
ステムの幾何軸に対する偏向を示す、第１図の偏向板及
びヨークの概略説明図である。第３図は、ウェーハ照射に要するオーバヘッド時間（ウ
ェーハ当たりの秒数）を、最小イメージ・サイズとウェ
ーハ当たりの画素数の逆数とに対してプロットしたグラ
フである。第４Ａ図は、従来技術のシステムでスポットをつくるの
に必要な４つの走査レベルを示す説明図である。第４Ｂ図は、本発明の新しい３つの偏向段、及び可変整
形スポットを代わりに使った、第４Ａ図と類似の説明図
である。第５図は、第１図及び第２図に示した本発明の実施例で
採用されている、３段のビーム偏向階層と、整形ビーム
の使用の概略説明図である。出願人　　インターナシロナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーシ靜ン代理人　　弁理士　　頓　　宮　　孝　　−（外１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子ビームをターゲット区域上で走査するための
装置で、前記区域がフィールドに再分割され、前記フィ
ールドがクラスタに再分割され、前記クラスタがサブフ
ィールドに再分割され、前記サブフィールドがスポット
に再分割されるというものであって、（ａ）前記電子ビームが１つのフィールドを走査し、前
記ビームが前記フィールドのその１つ及び後続のフィー
ルドで休止するように、前記区域内で前記電子ビームを
走査するための手段と、（ｂ）前記電子ビームが１つのクラスタを走査し、前記
クラスタのこの１つ及び後続のクラスタで休止するよう
に、前記フィールド内で前記電子ビームを走査するため
の手段と、（ｃ）前記電子ビームが１つのサブフィールドを走査し
、前記サブフィールドのこの１つ及び後続のサブフィー
ルドで休止するように、前記の１つのクラスタ内で前記
電子ビームを走査するための手段とを含み、区域内でフィールドからフィールドへ、フィールド内で
クラスタからクラスタへ、クラスタ内でサブフィールド
からサブフィールドへと階層的に走査が実行されるとい
う装置。
（２）３段整形電子ビーム投射システムであって、（ａ
）前記投射システムは、可変軸電子ビーム投射システム
を含み、１）前記電子ビーム投射システムは、方形構成をもつ整
形スポット電子ビームを投射するための手段を提供し、２）前記投射システムは、照射されるフィールドを走査
するための手段を含み、３）前記フィールドは、前記フィールド内でクラスタに
分割され、４）前記クラスタは、前記各クラスタ内でサブフィール
ドに分割され、５）前記サブフィールドは、前記サブフィールド内でス
ポットに分割され、（ｂ）前記投射システムはまた、前記フィールドの行ご
との不連続な走査の際に前記フィールド上で前記ビーム
の偏向を行なうための第１段手段を含み、１）前記第１段手段は、フィールド上をカバーする第１
修正ラスタ走査の際に前記ビームを走査するための第１
偏向システムを含み、２）前記第１修正ラスタ走査は、１つのクラスタ位置の
中心から次のクラスタ位置へと１つずつ前進し、前記ビ
ームは、各現クラスタの中心に達したとき、前記現クラ
スタ内における後続段の動作が完了できるようにその走
査を一時的に停止し、（ｃ）前記クラスタの第２の不連続な行ごとの走査の際
に前記クラスタ内で、前記ビームをサブフィールドの中
心へと偏向させるための第２段手段を含み、１）前記第２段手段は、前記クラスタの少なくとも１部
分をカバーする第２修正ラスタ走査の際に前記ビームを
走査するための第２偏向システムを含み、２）前記第２修正ラスタ走査は、１つのサブフィールド
位置の中心から次のサブフィールド位置へと１つずつ前
進し、前記ビームは、各現サブフィールドの中心に達し
たとき、その走査を一時的に停止し、３）前記走査は、前記現サブフィールド内の走査の際に
後続段の動作が完了できるように停止し、（ｄ）前記投射システムは、前記第２段手段によって投
射されるサブフィールド内で前記ビームの偏向を行なう
ための第３段手段を含み、前記第３段手段は、サブフィ
ールド内のターゲット上の一連の特定の位置への前記ビ
ームのベクトル偏向を行なうための第３偏向システムを
含み、前記投射システムが、前記第１段、第２段、及び第３段
によって順次偏向されて、ターゲット上の前記可変整形
スポットを投射するという、電子ビーム投射システム。
（３）３段整形電子ビーム投射システムであって、（ａ
）整形スポットをもつ電子ビームを供給するための可変
軸ＶＡＩＬ電子ビーム投射システムを含み、１）前記電子ビーム投射システムは、照射されるフィー
ルドを走査するための手段を含み、２）前記フィールド
は、前記フィールド内でクラスタに分割され、３）前記クラスタは、前記各クラスタ内でサブフィール
ドに分割され、４）前記サブフィールドは、前記サブフィールド内でス
ポットに分割され、前記電子ビーム投射システムは、サ
ブフィールド内で方形構成をもつ可変整形スポットに投
射するビームを供給し、（ｂ）前記投射システムはまた
、前記ビームの偏向を行なうための第１段、第２段、及
び第３段手段を含み、１）前記第１段手段は、残りの段による前記クラスタの
走査の間に、前記フィールド内のクラスタの中心で停止
するように前記ビームを偏向させるように適合され、２）前記第１段偏向は、１つのフィールド位置の中心か
ら次のフィールド位置へと１つずつ前進し、前記ビーム
は、前記ビームが達した前記フィールド内の各現クラス
タの中心に達したとき、前記現クラスタ内における後続
段の動作が完了できるようにその走査を一時的に停止し
、（ｃ）前記投射システムは、前記クラスタ内で前記ビー
ムをサブフィールド中心へと偏向させるための第２段手
段を含み、１）前記第２段手段は、１つのサブフィールド位置の中
心から次のサブフィールド位置へと１つずつ前記ビーム
の走査を行ない、前記段は、前記ビームが達した前記ク
ラスタ内の各現サブフィールドの中心に達したとき前記
ビームの走査を一時的に停止し、２）前記第２段走査は、前記現在サブフィールド内の走
査の際に後続段の動作が完了できるように停止し、（ｄ）前記投射システムは、前記第２段手段によって投
射されるサブフィールド内で前記ビームの偏向を行なう
ための第３段手段を含み、前記第３段手段は、サブフィ
ールド内のターゲット上の一連の特定の位置への前記ビ
ームの偏向を行なうための偏向システムを含み、前記投射システムが、前記投射システムから、前記第１
、第２、及び第３段によって順次偏向されるターゲット
上の前記可変整形スポットを投射するという、電子ビー
ム投射システム。
（４）電子ビームをターゲット区域上で走査するための
方法で、前記区域がフィールドに再分割され、前記フィ
ールドがクラスタに再分割され、前記クラスタがサブフ
ィールドに再分割され、前記サブフィールドがスポット
に再分割されるというものであって、（ａ）前記電子ビームが１つのフィールドを走査し、前
記ビームが前記フィールドのその１つ及び後続のフィー
ルドで休止するように、前記区域内で前記電子ビームを
走査するステップと、（ｂ）前記電子ビームが１つのクラスタを走査し、前記
クラスタのこの１つ及び後続のクラスタで休止するよう
に、前記フィールド内で前記電子ビームを走査するステ
ップと、（ｃ）前記電子ビームが１つのサブフィールドを走査し
、前記サブフィールドのこの１つ及び後続のサブフィー
ルドで休止するように、前記１つのクラスタ内で前記電
子ビームを走査するステップを含み、区域内でフィールドからフィールドへ、フィールド内で
クラスタからクラスタへ、クラスタ内でサブフィールド
からサブフィールドへと階層的に走査が実行されるとい
う走査方法。