JP2910936B2

JP2910936B2 - 電子ビーム露光装置

Info

Publication number: JP2910936B2
Application number: JP24460990A
Authority: JP
Inventors: 義久大饗; 樹一坂本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JPH04124810A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕電子ビーム露光装置に関し、露光装置にブロックマスクを装着したままで透過孔形
状の良否判定を行うことを目的とし、電子銃で発生した電子ビームを所定開口形状のメイン
・スリット部材によって成形し、該成形電子ビームを偏
向操作してブロックマスクの１つの透過孔にスポット照
射し、該透過孔を通過した電子ビームによってウエハ上
に透過孔形状を露光形成する電子ビーム露光装置におい
て、前記メイン・スリット部材の開口面積よりも小さな
開口面積を有するサブ・スリット部材を着脱自在に備
え、該サブ・スリット部材を前記メイン・スリット部材
と電子銃との間、または、前記メイン・スリット部材と
ブロックマスクとの間に装着可能にするとともに、該サ
ブ・スリット部材を装着した場合に、両スリット部材の
開口を通過した電子ビームを、前記ブロックマスク上で
走査する走査手段を備えたことを特徴とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビーム露光装置に関し、特に複数の異
形透過孔を形成したいわゆるブロックマスクを使用して
ウエハ露光を行う電子ビーム露光装置に関する。

電子ビームによってウエハを直接露光する露光装置
は、ビーム径に相当して極めて微細なパターンを描画で
き、特に集積密度が高く大規模な半導体集積回路の製造
に適している。

しかし、この種の露光装置では、“ひと筆書き”の方
法でウエハ上にパターンを描画していたため、描画時間
が長くなる欠点があった。

そこで、第４図に示すようなブロックマスク１を使用
する電子ビーム露光装置が知られている。

すなわち、半導体回路はその基本回路の多くが同一の
パターンを繰り返していることから、それぞれの繰り返
しパターン形状に対応する多数の透過孔1a,1b,1c,・・
をマスクに形成したブロックマスク１を製作する。

そして、このブロックマスク１を電子ビームの経路上
に配置し、任意の透過孔を選択して電子ビームを通過さ
せることにより、ウエハの所定露光位置に当該選択透過
孔形状のパターン描画を行うことができる。これによる
と、電子ビームのショット回数を減少することができる
ので、露光時間の短縮化を図ることができる。

ところで、ブロックマスク１の各透過孔のサイズは、
露光装置の縮小率にもよるが通常数百μｍ角程度と極め
て小さく、しかも、透過孔の数が一般に数千〜数万個程
度と極めて多量であることから、ブロックマスク１の制
作過程で不良の透過孔が発生することがある。または、
露光中の電子ビームによるストレスから、透過孔が変形
することがある。あるいは、ゴミ等の付着による透過孔
の形状不良を発生することがある。

このため、新たに制作されたブロックマスクの使用開
始に先立って透過孔形状の良否判定が必要となり、ま
た、使用中のブロックマスクに対しては、所定の時間ご
とに透過孔の良否判定が必要となる。

〔従来の技術〕

従来のこの種の判定は、露光装置からブロックマスク
を取り外し、これを顕微鏡等に装着して透過孔形状の良
否判定を行っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる従来の検査方法にあっては、ブ
ロックマスクをいちいち露光装置から取り外さなければ
ならず、面倒であるばかりか、脱着時にブロックマスク
を損傷させることもあり、また、検査後にゴミが透過孔
に付着した場合はこれを検出できず、その結果、検査精
度を向上できないといった問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもの
で、露光装置にブロックマスクを装着したままで透過孔
形状の良否判定を行う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、上記目的を達成するために、電子銃で発生
した電子ビームを所定開口形状のメイン・スリット部材
によって成形し、該成形電子ビームを偏向操作してブロ
ックマスクの１つの透過孔にスポット照射し、該透過孔
を通過した電子ビームによってウエハ上に透過孔形状を
露光形成する電子ビーム露光装置において、前記メイン
・スリット部材の開口面積よりも小さな開口面積を有す
るサブ・スリット部材を着脱自在に備え、該サブ・スリ
ット部材を前記メイン・スリット部材と電子銃との間、
または、前記メイン・スリット部材とブロックマスクと
の間に装着可能にするとともに、該サブ・スリット部材
を装着した場合に、両スリット部材の開口を通過した電
子ビームを、前記ブロックマスク上で走査する走査手段
を備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、電子銃から発射された電子ビームが、メ
イン・スリット部材の開口形状、および、必要に応じて
装着されるサブ・スリット部材の開口形状で成形され
る。

ここで、成形前の電子ビームは、断面円形で末広がり
のいわゆるファンビームであり、成形によってその断面
の一部が切り取られる。すなわち、メイン・スリット部
材、または、サブ・スリット部材の開口形状に応じて断
面の一部が切り取られ、成形電子ブームが作られる。

この成形電子ビームによってブロックマスク上に結像
される「メイン・スリット部材」の開口像の大きさは、
１つの透過孔をカバーできる程度の大きさであり、これ
によって１つの透過孔がスポット照射される。

一方、同じく成形電子ビームによってブロックマスク
上に結像される「サブ・スリット部材」の開口像の大き
さは、１つの透過孔の一部分を照射する程度の大きさで
あり、これは、当該サブ・スリット部材の開口面積が、
前記メイン・スリット部材の開口面積よりも小さいから
である。

すなわち、サブ・スリット部材の装着時には、ブロッ
クマスク上に、１つ透過孔サイズよりも小断面積の成形
電子ビームが照射されるとともに、この電子ビームが走
査手段によって走査され、その結果、ブロックマスクの
透過孔形状がウエハ上に走査投影される。

そして、ウエハ上の像を例えば、電子ビーム露光装置
に既存のSEM（スキャニング・エレクトロン・マイクロ
スコープ）のモードによって観測すれば、ブロックマス
クを装着したままで、透過孔形状の良否判定を実行でき
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装置の
一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第１図において、電子ビーム
露光装置は、露光部100および露光制御部200に大別され
る。

露光部100は、カソード電極101、グリッド電極102お
よびアノード電極103を有してファンビーム形状のビー
ムを発生する電子銃104と、電子銃104で発生した電子ビ
ーム（以下、ビームと略すこともある）を例えば断面短
形状に成形する開口105aを有するメイン・スリット部材
105と、成形されたビームを集束する第１レンズ106と、
「偏向（走査）信号」Ｓ_ADJ（後述）に応じてビームを
偏向（走査）するスリッドデフレクタ107と、対向して
配置する第２レンズ108および第３レンズ109と、これら
第２レンズ108と第３レンズ109の間にあって水平方向
（図面の左右方向）に移動可能に装着され、多数の透過
孔を形成したブロックマスク110と、ブロックマスク110
の両面にそれぞれ配置され、マスク偏向信号SM₁〜SM₄に
応じて第２レンズ108、第３レンズ109間のビームを偏向
しブロックマスク110のひとつの透過孔を選択する第１
〜第４偏向器111〜114と、ブランキング信号SBに応じて
ビームを遮断しもしくは通過させるブランキングゲート
115と、第３レンズ116と、アパーチャ117と、リフォー
カスコイル118と、第４レンズ119と、フォーカスコイル
120と、スティングコイル121と、第５レンズ122と、ウ
エハ偏向信号SW₁、SW₂に応じてウエハ123上に照射する
ビームの位置決めをするメインデフコイル124およびサ
ブデフコイル125と、ウエハ123を載置してＸ−Ｙ方向に
移動可能なステージ126と、第１〜第４アライメントコ
イル127〜130と、を備えるとともに、前記電子銃104と
メイン・スリット部材105の間、または、メイン・スリ
ット部材105と第１レンズ106の間に装着可能なサブ・ス
リット部材131を備える。

かかるサブ・スリット部材131には、開口131aが形成
されており、この開口131aは前記メイン・スリット部材
105の開口105aよりも小さい。すなわち、メイン・スリ
ット部材105の開口105aは、所定面積の矩形断面である
が、サブ・スリット部材131の開口131aは、好ましく
は、略円形断面で且つ上記所定面積よりも少ない断面積
に形成する。さらに詳細に言えば、メイン・スリット部
材105の開口105aを通過した電子ビームによってブロッ
クマスク110上に結像される開口105aの像の大きさが、
ほぼ１つの透過孔をカバーできる程度の大きさであるの
に対し、サブ・スリット部材131の開口131aを通過した
電子ビームによってブロックマスク110上に結像される
開口131aの像の大きさは、１つの透過孔の一部に掛かる
程度の微小な大きさである。

一方、露光制御200は、半導体集積回路の設計データ
を記憶する第１記憶媒体201と、この設計データに対応
したウエハ123上での露光パターンデータを記憶する第
２記憶媒体202と、ブロックマスク110の作成データ（透
過孔の形状やそのブロックマスク上の位置）を記憶する
第３記憶媒体203と、露光装置全体の動作を制御する中
央処理装置204と、中央処理装置204によって取り込まれ
た上記記憶媒体内のデータを転送するインターフェース
205と、インターフェース205から転送されたデータを保
持するデータメモリ206と、データメモリ206内のデータ
に基づいてブロックマスク110のひとつの透過孔を指定
し、指定透過孔のブロックマスク110上での位置を示す
マスク偏向信号SM₁〜SM₄を発生するとともに、通常は露
光すべきパターン形成と指定透過孔形状との形状差に対
応した「形状誤差修正信号」Ｈ_ADJを発生する一方、ブ
ロックマスク検査時には、該誤差修正信号Ｈ_ADJを例え
ば所定振幅に設定して「ブロックマスク検査用走査信
号」として発生する第１コントローラ207と、Ｈ_ADJに従
って「偏向（走査）信号」Ｓ_ADJを生成する第１アンプ
部208と、必要に応じてブロックマスク110を水平移動す
るマスク移動機構209と、ブランキング信号SBを生成す
るブランキング制御回路210および第２アンプ部211と、
インターフェース205から転送されたパターン露光デー
タに基づいて露光シーケンスを制御する第２コントロー
ラ212と、必要に応じてステージ126をｘ−ｙ方向に移動
するステージ移動機構213と、ステージ126の位置を検出
するレーザ干渉計214と、ウエハ123上のビーム照射位置
すなわちウエハ123上の露光位置を演算するウエハ偏向
制御回路215と、ウエハ偏向制御回路215の演算結果に従
ってウエハ偏向信号SW₁、SW₂を生成する第３、第４アン
プ部216、217と、を備える。

なお、300はSEM（スキャニング・エレクトロン・マイ
クロスコープ）であり、SEM300は、ウエハ123からの反
射電子量に応じた大きさの電気信号を発生する検出器30
1と、該電気信号を画像データに変換する画像処理部302
と、画像データを表示する表示部303とを備える。

第２図は第１図の要部簡略図である。この図のポイン
トは、電子銃104とメイン・スリット部材105の間、ま
たは（破線で示すように）メイン・スリット部材105と
第１レンズ106の間に着脱自在なサブ・スリット部材131
を装着したこと、サブ・スリット部材131の装着時
に、当該サブ・スリット部材131を通過した電子ビーム
をブロックマスク110上で走査可能にしたこと、の２点
である。

ここで、を簡単に実現するには、既存の偏向機能を
流用するのが望ましい。ここでは、スリットデフレクタ
107を走査手段として流用するものとする。

すなわち、サブ・スリット部材131の装着時に、当該
スリットデフレクタ107に与える信号（Ｓ_ADJ）を「走
査」のための信号とし、これにより、サブ・スリット部
材131の開口131aを通過し、微小に絞りこまれた電子ビ
ームをブロックマスク110の１つの透過孔上で走査する
ことができるようになる。なお、ブロックマスク110上
の透過孔指定は、通常の露光操作と同じように第１偏向
器111および第２偏向器112によって行う。

次に、作用を説明する。

露光操作第１記憶媒体201に格納されている回路データや、第
２記憶媒体202に格納されているマスクデータをデータ
メモリ206に取り込み、これらのデータに基づいて、ブ
ロックマスク110上の透過孔を選択するためのマスク偏
向信号SM₁〜SM₄および形状誤差修正信号Ｈ_ADJを第１コ
ントローラ207から発生する。なお、このときのＨ_ADJは
その信号名のとおり、露光すべきパターン形状と指定透
過孔形状との形状差を示す信号である。

第１アンプ部208は、形状誤差修正信号Ｈ_ADJに応じた
大きさの「偏向信号」Ｓ_ADJを発生し、スリットデフレ
クタ107はこのＳ_ADJに従って電子ビームを修正偏向す
る。電子ビームは、第１偏向器111〜第４偏向器114によ
って偏向操作され、偏向信号SM₁〜SM₄で示された１つの
透過孔にスポット照射される。１つの透過孔の形状に成
形された電子ビームは、ブランキングゲート115、第３
レンズ116、アパーチャ117、第４レンズ119および第５
レンズ122を通過し、ウエハ偏向信号SW₁、SW₂に従って
位置決めされた後、ウエハ123上の当該位置に照射され
る。その結果、ウエーハ123上には、ブロックマスク110
の１つの透過孔の形状が露光形成される。

このような露光操作を長期にわたって繰り返すと、電
子ビームによるストレスの影響でブロックマスク110が
徐々に劣化して露光精度が低下する。このため、適当な
周期でブロックマスク110を検査する必要がある。ある
いは、新規に制作したブロックマスクの場合にも同様な
検査を必要とする。

ブロックマスクの検査まず、サブ・スリット部材131を所定位置に装着する
とともに、第１コントローラ207から発生する信号（Ｈ
_ADJ）を、「ブロックマスク検査用走査信号」に切り換
える。

これにより、電子銃104からの電子ビームが、メイン
・スリット部材105の開口105aと、サブ・スリット部材1
31の開口131aの双方を通過し、開口131aは開口105aより
も小さいから、通過後の電子ビームの断面が微小に絞り
込まれる。

絞り込まれた電子ビームは、スリットデフレクタ107
と第１偏向器111、第２偏向器112によって「走査」およ
び「偏向」操作される。すなわち１つの透過孔に向けて
「偏向」されるとともに、当該１つの透過孔をスキャニ
ングするように「走査」される。

第３図は、かかる「走査」および「偏向」の概念図で
あり、サブ・スリット部材131によって絞り込まれた電
子ビームが、１つの透過孔上でスキャニングされている
様子を示している。

すなわち、１つの透過孔の形状よりも小さな断面の電
子ビームによって、当該透過孔をスキャンすることによ
り、ブロックマスク110の下方に位置するウエーハ123上
には、走査順に１つの透過孔の形状が投影される。

このとき、SEM300の検出器301では、ウエーハ123から
の反射電子（一次電子または二次電子）が捕捉されてお
り、反射電子は、透過孔の「走査」に同期しているか
ら、例えば、上記「ブロックマスク検査用走査信号」Ｈ
_ADJを参照して画像を再生することにより、１つの透過
孔形状をSEM300で目視確認することができる。

したがって、本実施例によれば、ブロックマスク110
を装着したままで、当該ブロックマスク110の透過孔形
状の良否判定を行うことができ、判定に要する手間を軽
減できるとともに、ブロックマスク110を脱着しないの
で、ブロックマスク110の損傷を回避することができ、
検査精度を向上することができる。

ここで、１つの透過孔上を走査する電子ビームは「そ
のビーム断面が微小である」ことが条件である。かかる
条件を満足させる簡単な方法として、例えば、電子銃10
4の発射直後の電子ビーム断面（いわゆるクロスオーバ
ー像と呼ばれるもので最小の断面積である）を、ブロッ
クマスクに結像させることが考えられる。これは、電子
銃104とブロックマスク110との間の第１レンズ106や第
２レンズ108の強度を変えることで容易に実現できる。
しかし、クロスオーバー像には電子ビームの全てのエネ
ルギーが含まれており、電流密度が極めて高いことか
ら、一般にシリコン材料で作られるブロックマスクを溶
融させたり、亀裂を生じさせたりするので、かかる方法
は不適であり、採用できない。

なお、実施例では、目視によって良否判定を行ってい
るが、自動化することも可能である。例えば、透過孔の
再生画像データと当該透過孔の基本画像データとをパタ
ーンマッチングし、そのマッチング誤差が設定値よりも
大きいときに、不良と判定すればよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ブロックマスクの検査時に、メイン
・スリット部材の開口よりも小さい開口を有するサブ・
スリット部材を装着し、このサブ・スリット部材の開口
によって電子ビームを絞り込むとともに、１つの透過孔
上でスキャニングさせたので、露光装置にブロックマス
クを装着したままで透過孔形状の良否判定を行うことが
でき、判定に要する手間を軽減できるとともに、ブロッ
クマスクを脱着しないので、ブロックマスクの損傷を回
避することができ、検査精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明に係る電子ビーム露光装置の一
実施例を示す図であり、第１図はその全体構成図、第２図はその要部の概略構成図、第３図はその検査時における「走査」および「偏向」を
示す図、第４図は従来例の説明で使用するブロックマスクの断面
図である。 104……電子銃、105……メイン・スリット部材、107…
…スリットデフレクタ（走査手段）、110……ブロック
マスク、123……ウエハ、131……サブ・スリット部材。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子銃で発生した電子ビームを所定開口形
状のメイン・スリット部材によって成形し、該成形電子ビームを偏向操作してブロックマスクの１つ
の透過孔にスポット照射し、該透過孔を通過した電子ビームによってウエハ上に透過
孔形状を露光形成する電子ビーム露光装置において、前記メイン・スリット部材の開口面積よりも小さな開口
面積を有するサブ・スリット部材を着脱自在に備え、該サブ・スリット部材を前記メイン・スリット部材と電
子銃との間、または、前記メイン・スリット部材とブロ
ックマスクとの間に装着可能にするとともに、該サブ・スリット部材を装着した場合に、両スリット部
材の開口を通過した電子ビームを、前記ブロックマスク
上で走査する走査手段を備えたことを特徴とする電子ビ
ーム露光装置。