JP2702183B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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JP2702183B2
JP2702183B2 JP63279605A JP27960588A JP2702183B2 JP 2702183 B2 JP2702183 B2 JP 2702183B2 JP 63279605 A JP63279605 A JP 63279605A JP 27960588 A JP27960588 A JP 27960588A JP 2702183 B2 JP2702183 B2 JP 2702183B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体製造装置に関し、 被露光物としてのウエハに対して正確に位置合わせを
することができ、パターンを効率よく短時間に露光する
ことができる半導体製造装置を提供することを目的と
し、 電子ビームが通過する位置に、電子ビームを整形また
は露光する層内にいくつかの設計パターンの集まりから
なる複数のパターン群を有する透過孔マスクを備え、前
記電子ビームを前記透過孔マスク上の前記パターン群に
選択的に照射して露光を行う半導体製造装置において、
前記透過孔マスク上に、該マスク上の他のパターン群内
に任意に定められた基準点との位置関係が既知の複数の
位置決め用整合パターンを形成すると共に、該位置決め
用整合パターンの形成位置を、前記パターン群の四隅ま
たは前記パターン群を取り囲む少なくとも四箇所に設定
したことを特徴とする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電子ビーム(荷電粒子ビームともいう)に
よるパターン転写する電子ビーム露光方法を用いる半導
体製造装置に係り、詳しくは特に、電子ビームを用い所
望するパターンを効率よく安定に形成することができる
半導体製造装置に関するものである。
近年、集積回路の高集積化に伴い、長年微細なパター
ンを形成する主流であったフォトリソグラフィー技術に
代わり、特に電子ビームによる電子ビーム露光方法を用
いる半導体製造装置やX線を用いる新しいX線露光方法
を用いる半導体製造装置が検討され、実際に実用化され
るようになってきた。
電子ビーム露光方法を用いる半導体製造装置では、具
体的には電子ビームを用いて非常に微細なパターン形成
を行うことができ、特にミクロン程度またはそれ以下の
微細なパターンを形成することができるという大きな特
徴がある。そして、ガウス形ビーム方式と成形ビーム方
式との2つに大別されており、更には試料を連続的に移
動させながら描画を行うステージ連続移動方式と、1描
画領域毎に所定量だけ移動させ描画を行うステップアン
ドリピート方式とに別けられる。
ところで、最近のパターンの微細化は急速に高まりつ
つある傾向にある。電子ビーム露光方法を用いる半導体
製造装置は解像度においてはその要求を十分に満たすこ
とができるが、露光時間が長くなってしまうという実用
上の問題がある。この露光時間が長くなってしまうとい
う問題は、いわゆる“一筆書き”という露光方法である
ことに起因しているものである。
〔従来の技術〕
以下、従来技術について具体的に図面を用いて説明す
る。
第5図は従来の電子ビーム露光方法を用いる半導体製
造装置を説明する図である。
この図において、51は電子銃、52は第1矩形成形用の
アパーチャ、53は収束レンズ、54はマスクパターン選択
用のデフレクタともいわれる静電偏向器で、電子ビーム
を振り込む機能を有し通常、可変成形矩形露光を行う場
合は少なくとも1つは必要である。55はステンシルマル
クともいわれる透過孔マスク、56は説明パターン、57は
被露光物としてのウエハである。
なお、設計パターン56は予め透過孔マスク55に形成さ
れており、例えば長方形、正方形及び三角形等の可変成
形矩形露光で形成することができるパターンである。透
過孔マスク55には電子ビームが通過する透過孔が形成さ
れており、その層内には設計パターン56の集まりからな
るパターン群が形成されている。静電偏向器54と透過孔
マスク55との間には収束レンズ(図示せず)が設置され
ている。
次に、その動作原理について説明する。
第5図に示すように、電子ビームが通過する位置に、
電子ビームを整形、または露光する層内にいくつかの設
計パターン56の集まりからなるパターン群を有する透過
孔マスク55を備え、電子ビームをパターン群に選択的に
照射して露光を行うというものである。透過孔マスク55
上のパターン群は静電偏向器54を用いて焦点位置に振り
込むことによって選択されるのであり、ウエハ57上にパ
ターンが転写できるのは、透過孔マスク55の透過孔から
抜けてきた電子ビームがウエハ57上に適宜投影されるこ
とによってできるのである。
このような電子ビーム露光方法を用いる半導体製造装
置においては露光描画時間を短縮するための方法が種々
提案されておりその1つに部分的にパターンを転写する
という露光方法があり、この露光方法はあるパターン形
状を有する透過孔マスクを使用し、その透過孔マスクの
範囲で1回の電子ビームの照射によってパターンを形成
することで電子の有する微細化成形能力を活用し、さら
に速いスピードでパターンを形成しようというものであ
る。また、透過孔マスクに形成されるパターンを露光領
域全体に予め形成しておき一括で露光するという方法や
長方形、正方形、三角形等の可変矩形で形成するような
パターンを予め形成しておき必要なとき電子ビームを選
択して露光するという方法が提案されてきている。
例えば、異なるパターンを異なるブロック位置に形成
した透過孔マスクに選択的に電子ビームを照射しその異
なるブロックについては1度のショットで露光を行うと
いう方法が特開昭52−119185号公報に提案されている。
また、所望する全パターンを形成した透過孔マスクを用
いて露光を行うという方法がJ.Vac.Sci.Technol.B3
(1),Jan/Feb 1985(140)に報告されており、これら
の露光で用いることができるグリッドでサポートされた
透過孔マスクの形成方法が上記同刊(58)に報告されて
おり、イオンビーム露光での、パターンをステッパーの
ように1:10に縮小させるという方法が上記同刊(194)
に報告されている。更にメモリセル等の形成に必要な繰
り返しパターンと汎用矩形パターン用の四辺形開口を成
形絞り板上に備え露光を行うという電子ビーム描画装置
が特開昭62−260322号公報に報告されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このような従来の電子ビーム露光方法
を用いる半導体製造装置にあっては、高速に描画を行う
ことができないという問題点があった。具体的には、例
えば露光では、使用されるに必要なだけのパターン形成
に必要な矩形や三角形等は実際には使用できない。この
点では、全てのICの品種露光に必要とされる矩形、三角
形、平行四辺形等を集めたものを単にマスクと呼んでい
たに過ぎない。また、このようなマスク上にパターンを
有し一括転写を行うという露光方法を用いる半導体製造
装置では超微細な1:1抜き転写マスクを形成するのは非
常に困難であり、今後微細化が進んだ場合更に難しくな
ってしまう。可変矩形形成用の四辺形開口とパターン最
小単位に整数倍の繰り返しパターンを有する露光方法を
用いる半導体製造装置の提案は上記一括転写を行う露光
方法を用いる半導体製造装置と比較すると現実的である
といえるが、繰り返しパターンの周辺部分は通常規則性
がなく、その周辺部分を可変矩形ビームで露光を行うの
で高速にならないのである。この高速描画を行うことが
できない問題を解決する手段としては、透過孔マスクを
広い範囲で偏向できるようにしておき、透過孔マスクに
は複数個のパターンを有し、繰り返し使用させるかさせ
ないかに関係なくセル部分のパターンを透過孔マスク上
に備えると有効である。しかし、この場合、必要に応じ
て電子ビームを選択して照射しなければならず、しかも
透過孔マスク上のパターン群と露光試料との位置関係を
把握しなければならないという問題点があった。
そこで本発明は、被露光物としてのウエハに対して正
確に位置合わせをすることができ、パターンを効率よく
短時間に露光することができる半導体製造装置を提供す
ることを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、電子ビームが通過する位置に、電子ビーム
を整形または露光する層内にいくつかの設計パターンの
集まりからなる複数のパターン群を有する透過孔マスク
を備え、前記電子ビームを前記透過孔マスク上の前記パ
ターン群に選択的に照射して露光を行う半導体製造装置
において、前記透過孔マスク上に、該マスク上の他のパ
ターン群内に任意に定められた基準点との位置関係が既
知の複数の位置決め用整合パターンを形成すると共に、
該位置決め用整合パターンの形成位置を、前記パターン
群の四隅または前記パターン群を取り囲む少なくとも四
箇所に設定したことを特徴とする。
〔作用〕
本発明では、パターン群内に任意に定められた基準点
と位置決め用整合パターンとの位置関係が既知であるた
め、また、パターン群内の各パターンと上記基準点との
位置関係も当然既知であるため、位置決め用整合パター
ンの位置情報からパターン群内の各パターンの位置情報
を正確に特定できる。しかも、パターン群の四隅または
パターン群を取り囲む少なくとも四箇所に位置決め用整
合パターンを形成したため、パターン群内の各パターン
と位置決め用整合パターンとの距離を、位置決め用整合
パターンの位置からパターン群の中心位置(各位置決め
用整合パターンを結ぶ直線の交差位置)までの距離以内
に抑えることができ、位置決め用整合パターンから特別
に離れたパターン(便宜的に離隔パターンと称する)を
生じることはない。このことは、パターン群内のすべて
のパターンに対して良好な位置合わせ精度を維持できる
ことを意味する。離隔パターンは、他のパターンに比べ
て位置決め用整合パターンとの距離が離れるため、それ
だけ位置合わせの精度が損なわれるからである。
〔実施例〕 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1図〜第3図は本発明に係る電子ビーム露光方法を
用いる半導体製造装置の一実施例を説明する図であり、
第1図は一実施例の露光装置の概略を示す図、第2図は
一実施例の透過孔マスクの詳細を示す図、第3図は一実
施例の露光する半導体装置のパターンの一例を示す図で
ある。
なお、第3図(a)はセルパターン部と周辺パターン
部を示す図、第3図(b)はマスクの外形を示す図、第
3図(c)はマスクの断面図である。
これらの図において、1はCPU、2は磁気ドラム、3
は磁気テープ、4はインターフェイス、5はデータメモ
リ、6はパターン制御コントロール、7a、7b、7c、7dは
DAC/AMP、8はマスク位置制御回路、9はブランキング
制御回路、10はシーケンスコントローラ、11は偏向制御
回路、12はレーザ干渉計、13はステージ制御部、14は電
子銃で、電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段と
して機能するものである。15はアパーチャで、電子ビー
ムを整形する手段として機能するものである。16は第1
のレンズ、17は静電偏向器、18は波形回折回路、19は第
2のレンズで、電磁レンズとして機能し電子ビームを振
り戻す手段として機能するものである。20は透過孔マス
ク、21はブランキング、22は電磁レンズとして機能する
縮小レンズ、23はアパーチャ、24は電磁レンズとして機
能する縮小レンズ、25はメインデフレクタ、26はサブデ
フレクタ、27は対物レンズ、28は被露光物としてのウエ
ハ、29はステージで、ウエハ28を保持し、ウエハ28を適
宜移動させる機能を有するものである。30は反射電子検
出器、31は透過孔、32は可変矩形形成用の四辺形状の開
孔部、33は透過孔31からなるパターン群、34は位置決め
用整合パターン、35はパターン群33内に形成された基準
点、36はセルパターン部、37は電子ビーム偏向可能領
域、38はパターン形成可能領域、39は非繰り返しパター
ン用開孔部、40はパターン、41は電子ビーム、42は例え
ばSiからなる基板、43は周辺パターン部、44a、44bは焦
点である。
なお、縮小レンズ22及び縮小レンズ24は透過してきた
電子ビームを縮小させる手段として機能するものであ
る。メインデフレクタ25及びサブデフレクタ26がウエハ
28上に電子ビームを偏向する手段として機能するもので
ある。
次にその動作原理について説明する。
露光装置は第1図及び第2図に示すように、電子ビー
ムを発生する手段としての電子銃14、発生した電子ビー
ムを整形する手段としてのアパーチャ15、可変矩形形成
用の四辺形状の開孔部32及び透過孔31からなるパターン
群33が形成されている透過孔マスク20、透過孔マスク20
上を走査または透過孔マスク20上に形成されたパターン
を適宜選択するパターン選択偏向手段としての静電偏向
器17、振り戻し手段としての第2のレンズ19、透過して
きた電子ビームを縮小させる手段としての縮小レンズ2
2、24、電子ビームの焦点を調整するレンズ系、電子ビ
ームをウエハ28上に偏向する手段としてのメインデフレ
クタ25及びサブデフレクタ26、ウエハ28を保持しウエハ
28を適宜移動させるステージ29、及びこれらを制御する
CPUを含む制御系等から構成されている。
具体的には、CPU1には可変成形矩形等のデータが入力
されており、インターフェイス4、データメモリ5を介
してパターン制御コントローラ6に各パターンデータが
入力される。次いで、パターン制御コントローラ6に基
づいて静電偏向器17が制御され、可変成形矩形の電子ビ
ームのサイズ等が制御される。次いで、パターン制御コ
ントローラ6に基づいて透過孔マスク20の選択場所も制
御される。次いで、パターン制御コントローラ6、及び
シーケンスコントローラ10に基づいてブランキング制御
回路9によりパターンを投影するかしないかが決定さ
れ、メインデフレクタ25により露光する大きな範囲が決
定され、サブデフレクタ26によりショットする位置が決
定される。ショットする位置はステージ29の位置を測定
するレーザ干渉計12で測定され、この測定データが偏向
制御回路11に入力され、再度メインデフレクタ25及びサ
ブデフレクタ26で調整される。また、ビームがウエハ28
に回転して入射されてしまった場合、ショットする位置
はウエハ28からの反射電子を検出する反射電子検出器30
で測定され、この測定データが波形回折回路18に入力さ
れ、再度電磁レンズとしての第2のレンズ19、縮小レン
ズ22、24で調整される。ところで、露光しようとしてい
る半導体装置の露光するパターンは例えば第3図に示す
ようなものであり、これは高密度に集積されたダイナミ
ック−ランダムアクセスメモリ(DRAM)の例を示したも
のである。このような第3図に示す半導体装置は大きく
分けて、実際に情報を記憶するセルパターン部36とセル
パターン部36の管理、または半導体装置と外部との間の
信号を管理する周辺パターン部43とから形成されてい
る。セルパターン部36分は集積度を向上させるため、第
3図(a)に示すように、通常微細なパターンルールで
形成され、数個のセルを含む最小の基本パターンの繰り
返しからなっている。透過孔マスク20上に有するパター
ン群33はこの部分の繰り返しパターン40aの部分、繰り
返しはないが微細なパターン40b、40c、40d、40e等を有
している。このようなパターンを効率よく露光するため
には、透過孔マスク20には複数個のパターン群33を有す
る必要があり、パターン群33の数が多い程効率が良いと
いえる。露光の原理は第5図に示す従来のものと同様、
電子ビームが通過する位置に、電子ビームを整形、また
は露光する層内にいくつかの設計パターンの集まりから
なるパターン群を有する透過孔マスク20を備え、電子ビ
ームをパターン群に選択的に照射して露光を行うという
ものである。そして、透過孔マスク20上のパターン群は
静電偏向器17を用いて焦点位置に振り込むことによって
選択されるのであり、被露光物としてのウエハ28上に転
写できるのは透過孔マスク20の透過孔31から抜けてきた
電子ビームがウエハ28上に適宜投影されることによって
できるのである。
すなわち、上記実施例では、第2図に示すように、透
過孔マスク20上にはパターン群33の他にパターン群33と
予め位置関係が判っている複数個の位置決め用整合パタ
ーン34を形成して構成している。そして、パターン群33
を露光する際は位置決め用整合パターン34を基準として
透過孔マスク20上の電子ビーム照射位置を決めて露光を
行う。したがって、透過孔マスク20上に複数個の露光用
のパターン群33を形成することができ、被露光物として
のウエハ28に対して正確に位置合わせをすることがで
き、パターンを効率よく短時間に露光することができ
る。ここで、透過孔マスク20上の何処にビームを照射し
てウエハ28上のどの位置に照射されるかの位置関係を判
別すると好ましく安定に露光を行うことができるのであ
るが、具体的には位置決め用整合パターン34を使用して
ウエハ28上の位置を観測し、パターン群33を露光する際
は位置決め用整合パターン34を基準として透過孔マスク
20上の電子ビーム照射位置を定めればよいのである。
ところで、透過孔マスク20上にはパターン群33を形成
するための領域が決まっているが、実際には透過孔31の
パターンが形成されているのはその一部分であって被露
光物としてのウエハ28からは透過孔31のパターンのみし
か判らない。したがって、好ましく安定に露光を行うた
めには、第2図に示すように透過孔マスク20上のパター
ン群33内に任意に定める基準点35を形成し、位置決め用
整合パターン34をマトリクス状に配置して形成し、パタ
ーン群33内に形成された基準点35と複数個の位置決め用
整合パターン34とは位置関係が判るようにパターン群33
を形成するように構成すればよい。ここでの露光データ
は基準点35の位置とマスクパターンをコード化したもの
を有することになる。
透過孔マスク20上に多くのパターンを配置し偏向して
選択する場合、パターン化したビームが歪み易くなって
しまうのであるが、好ましくはビームが歪みなく均一で
ある場合であるので、ビームが均一であるか歪んでいる
かを確認して補正すればよく、具体的には第4図に示す
ように、位置決め用整合パターン34を四辺形の透過孔で
形成し、露光を行う際には複数個の位置決め用整合パタ
ーン34から透過してきた電子ビームをウエハ28上で観測
することにより、これに基づいて透過孔マスク20上に照
射される電子ビームの調整を行い、その後各々のパター
ン群33を照射して露光すればよい。ここでは、パターン
群33が形成されている領域の四隅に位置決め用整合パタ
ーン34が形成されており、パターン群33内に形成された
基準点35と位置決め用整合パターン34との位置関係は予
め判るようになっている。そして、露光の際は4つの位
置決め用整合パターン34でビームの調整を行う。具体的
には各々の位置でビームの偏向歪等が最小になるように
電子ビームが通過する透過孔マスク20以下にある光学系
を調整し、次いで、各々の位置での補正値を記憶し、各
々のパターン群33の位置ではその補正値に基づいて露光
すればよいのである。したがって、ビームが歪む等に起
因する不良の発生を少なくすることができ信頼性を向上
させることができるのである。
また、第4図のように四辺形の透過孔である位置決め
用整合パターン34がパターン群33が形成されている領域
の4隅に形成した構成において、該四辺形の位置決め用
整合パターンを可変矩形電子ビーム露光の開口部として
用いることができる。該可変矩形電子ビーム露光用の開
口部をパターン群33の中に形成した場合、該開口部の周
辺部には電子銃から発射された電子ビーム整形のために
設けられた矩形パターンの像が当たるため、この開口部
の周辺部にはパターン群を形成することができず、パタ
ーン群を構成する設計パターンの数が少なくなってしま
うが、第4図に示す構成にすれば、このような問題は生
じない。
尚、透過孔マスクを透過した電子ビームの調整方法に
ついて前述したが、これとは別に透過孔マスクに照射さ
れる前の電子ビームの偏向量を調整するとより好ましく
実現することができる。すなわちパターン群33の各々の
パターンに対しての電子ビームの偏向は、各パターンが
完全な透過孔でない為にその位置での回転や縮率・平行
位置ずれは管理することができない。そこでその値の補
正は位置合わせ用整合マーク34でのビーム調整時のそれ
を用いて行なうことができる。具体的にはパターン群33
の各々のパターンへの偏向量は4隅の位置決め用整合パ
ターンに対して偏向した時の偏向量・補正量を各々のパ
ターンまでの距離で内分した偏向量で定めればよいので
ある。前記のような補正を行なうためには位置合わせ用
整合マークは第4図のようにパターン形成領域の一番外
側に設置することが最も好ましく、具体的には4隅に設
置すればよいのである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、パターン群内に任意に定められた基
準点と位置決め用整合パターンとの位置関係が既知であ
るため、また、パターン群内の各パターンと上記基準点
との位置関係も当然既知であるため、位置決め用整合パ
ターンの位置情報からパターン群内の各パターンの位置
情報を正確に特定できる。しかも、パターン群の四隅ま
たはパターン群と取り囲む少なくとも四箇所に位置決め
用整合パターンを形成したため、パターン群内の各パタ
ーンと位置決め用整合パターンとの距離を、位置決め用
整合パターンの位置からパターン群の中心位置(各位置
決め用整合パターンを結ぶ直線の交差位置)までの距離
以内に抑えることができ、位置決め用整合パターンから
特別に離れたパターン(便宜的に離隔パターンと称す
る)を生じることはない。このことは、パターン群内の
すべてのパターンに対して良好な位置合わせ精度を維持
できるこを意味する。離隔パターンは、他のパターンに
比べて位置決め用整合パターンとの距離が離れるため、
それだけ位置合わせの精度が損なわれるからである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明に係る半導体製造装置の一実施
例を説明する図であり、 第1図は一実施例の露光装置の概略を示す図、 第2図は一実施例の透過孔マスクの詳細を示す図、 第3図は一実施例の露光する半導体装置のパターンの一
例を示す図、 第4図は他の実施例の透過孔マスクの詳細を示す図、 第5図は従来例の構成を示す装置の概略を示す図であ
る。 20……透過孔マスク、 28……ウエハ、 31……透過孔、 33……パターン群、 34……位置決め用整合パターン、 35……基準点。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子ビームが通過する位置に、電子ビーム
    を整形または露光する層内にいくつかの設計パターンの
    集まりからなる複数のパターン群を有する透過孔マスク
    を備え、前記電子ビームを前記透過孔マスク上の前記パ
    ターン群に選択的に照射して露光を行う半導体製造装置
    において、前記透過孔マスク上に、該マスク上の他のパ
    ターン群内に任意に定められた基準点との位置関係が既
    知の複数の位置決め用整合パターンを形成すると共に、
    該位置決め用整合パターンの形成位置を、前記パターン
    群の四隅または前記パターン群を取り囲む少なくとも四
    箇所に設定したことを特徴とする半導体製造装置。
JP63279605A 1988-11-04 1988-11-04 半導体製造装置 Expired - Lifetime JP2702183B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63279605A JP2702183B2 (ja) 1988-11-04 1988-11-04 半導体製造装置
EP89119949A EP0367126B1 (en) 1988-11-04 1989-10-27 Charged particle beam exposure method using a mask
DE68925266T DE68925266T2 (de) 1988-11-04 1989-10-27 Korpuskularbestrahlungsverfahren mit einer Maske
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