JP3299647B2 - 電子線描画装置および電子線描画方法 - Google Patents

電子線描画装置および電子線描画方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、電子線描画装置に関
し、特に電子線描画を高速でかつ高精度で行なうことが
できる電子線描画装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】電子線描画技術はリソグラフィ手段の一
つとして広く用いられている。しかし、スループットが
低く量産には不向きであった。現在する電子線描画技術
の中で、最も高速で描画できる方法として可変矩形ビー
ム法である。この方法は、電子線を矩形開口を有する第
１マスクに照射することにより、第１マスクの像を形成
し、第１マスクの像を偏向し、矩形開口を有する第２マ
スクに照射することにより第２マスク上で、第１マスク
の像と第２マスク上の矩形開口を重ね、両方の重なった
部分を試料上に照射して描画を行なうものである。
【０００３】可変矩形ビーム法は、直線的なパターンを
描画するときには非常に有効であるが、例えば、上述し
た直線的なパターンに対して傾けたパターンを描画する
場合には適切な方法ではなかった。可変矩形ビーム法を
用いて傾けたパターンを描画する場合、斜線部分を小さ
な矩形に分解することにより三角形を形成して描画して
いたので、図形数が多くなり描画時間が長くなり、かつ
斜線部分の精度が良くないという問題があった。
【０００４】この問題を解決するために、プロシーデン
グオブ１９８９インターナショナルシンポジウムオンマ
イクロプロセスコンファレンス５９頁から６３頁では、
鍵型の開口部を用いることによって三角形電子ビームを
形成し、斜線部分を描画していることが記載されてい
る。
【０００５】また、特開平３−２７０２１５号公報には
４隅に三角形開口部が形成されたマスクを用いた描画方
法および装置について記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、鍵型の開口部
を用いた描画方法では、三角形のサイズや原点を精度良
く調整するために、電流関数のフィッティングや特殊な
金粒子を用いるなど高度な調整法が必要であったので、
三角形ビームの形成が困難であるという問題があった。
【０００７】また、三角形の開口部を用いた描画方法で
は、透過電流量がゼロとなる点を検出し、この点を原点
としているが、検出系のノイズ等のために透過電流量が
ゼロとなる点を正確に検出することは困難となる。さら
に、三角形開口部が矩形開口部から離れて形成されてい
るため、電子線の移動量が大きくなる。偏向量が大きく
なると電子がレンズや偏向器の軸外を透過するために、
第１マスク像に非点像面収差が発生し、この非点像面収
差により像解像度の低下や像歪みが生じるという問題が
あった。特に三角形ビームの形成では、第１マスクの一
辺がウエハ状に投影されるために第１マスク像に発生す
る収差の影響が直接描画精度に現われる。従って、電子
線の偏向量を小さくするためには三角形開口部は軸上、
すなわち可変成形用矩形開口部の最近傍に形成する必要
がある。
【０００８】本発明の課題は、三角形ビームの調整を容
易に行なうことができ、かつ精度の良い描画を行なう三
角形ビームを形成することができる電子線描画装置を提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本願発明は、電子線パターンを形成する開口部を有す
る第１マスクと、該第１マスクを透過した電子線パター
ンを偏向する一つあるいは複数の検出器からなる偏向手
段と、上記第１マスクの開口部より小さな複数の三角形
開口部と矩形開口部を有する第２マスクとを具備し、上
記第２マスクは、上記三角形開口部が少なくとも異なる
４方向の斜辺を有し、かつ上記第１マスクの開口部とは
重ならない位置に配置され、かつ上記第２マスクの矩形
開口部の周辺に配置され、その対角部分に第１マスクの
矩形開口部の大きさ以上の開口部のない領域を持ち、か
つそのどちらかの領域の隣二つには第１マスクの矩形開
口部の大きさ以上の開口部のない領域を持つ構造からな
り、上記偏向手段は、上記三角形開口部あるいは矩形開
口部と上記三角形開口部の少なくとも一つを選択し、重
ね合わせるように電子線を偏向する構造からなることを
特徴とする。
【００１０】また、上記偏向手段は単数あるいは複数の
偏向器からなり、上記偏向器は第１マスクを透過した電
子線の移動及び第２マスクの開口部の選択を行ない、か
つ第１マスクを透過した電子線と第２マスクの開口部と
の重なり合いを調整することを特徴とする。
【００１１】さらに本願発明は、開口部を有する第１マ
スクに電子線を照射し、第１の電子線パターンを形成す
る工程と、上記第１の電子線パターンを所定位置に偏向
し、第２マスク上に上記第１マスクの開口部と重ならな
い位置に配置された複数の三角形開口部を含む開口部の
少なくとも一つを選択し、上記第１の電子線パターンと
上記選択した開口部を重ね合わせて第２の電子線パター
ンを形成する工程と、第２の電子線パターンを転写レン
ズを介して試料に描画することを特徴とする。以上によ
り上記課題は解決される。
【００１２】
【作用】本願発明の作用を、図１及び図２を用いて説明
する。図１は、電子銃７と、矩形開口部を有する第１マ
スク８と、第１転写レンズ９、第１図形選択偏向器１
０、可変成形偏向器１１、第２図形選択偏向器１２、第
２転写レンズ１３、第２マスク１５、第２マスク１５上
に形成された三角形開口部２と、縮小レンズ系、対物レ
ンズ系から構成され、第２マスク１５は、図２（ａ）に
示すような開口部を有する電子線描画装置である。
【００１３】電子銃７より放出された電子線は第１マス
ク８に照射され、第１マスク像３が形成される。図３に
示すように、第１マスク像３と第２マスクの重ね合わせ
を、斜辺の方向が異なる４方向となる位置に配置された
第２マスク１５の三角形開口部２の少なくとも一つを選
択するように第１図形選択偏向器１０を調整し、選択し
た三角形開口部１４の一つの鋭角を常に使用するように
可変成型偏向器１１で第１マスク像３を移動させること
により、重ね合わせの調整を容易に行なうことができ、
かつウエハ２２上に照射する電子線を任意の大きさの三
角形パターンが形成できる。
【００１４】また、本願発明の斜辺の方向とは図２
（ｂ）に示すように、斜辺上の任意の点から三角形の開
いた側に引いた垂線の矢印２０１が示す方向のことであ
る。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）本願発明の実施例を、図４を用いて説明す
る。第２マスクの中央に可変成形用の矩形開口部１を設
け、周囲に４５度の鋭角を持つ三角形開口部２を配置す
る。三角形開口部２は、４つの方角を向いており種々の
４５度斜線の描画を可能とする。三角形開口部２の外周
は、メモリセル描画用の一括図形開口部２６を配置して
いる。各開口部の最大長さは１２５μｍである。光学系
の縮小率は１／２５でありウエハ上では５μｍとなる。
三角形開口部２及び一括図形開口部２６は、第１マスク
像３より小さく、各々の開口部は一度に第１マスク像３
で照射される。
【００１６】図５に電子光学系を示す。第１転写レンズ
９と第２転写レンズ１３により、第１マスク像３が第２
マスク１５上に形成され、２つのレンズの間にある複数
の偏向器により第１マスク像３の移動がなされる。三角
形の選択は、可変成形ビーム形成用の２段の可変成型偏
向器２４、２５により行なわれる。
【００１７】外周の一括図形開口部２６は、繰り返しパ
ターンの多い箇所で用いられるために図形選択に多少時
間を要してもスループットにはほとんど影響しない。し
かし、三角形開口部２の場合、矩形や向きの異なる三角
形と頻繁に開口部を変える可能性が高いために、高速の
選択が必要となる。そこで本実施例では三角形開口部２
の選択を２段の可変成形偏向器２４、２５で兼用して行
なうこととした。なお、２段の可変成形偏向器２４、２
５は、最大出力２０Ｖ、整定時間１００ｎｓｅｃであ
る。
【００１８】三角形の大きさは、図４の様に第１マスク
像３をＸあるいはＹの１方向に偏向して行なう。なお、
ここで述べる１方向とは第１マスク像３の１辺のみがビ
ームの形状決定に寄与する範囲の誤差を含んでいる。す
なわち、三角形開口部２の１つの鋭角を常に使用しなが
ら大きさを変える。このことにより各三角形の原点４
（大きな点で表現してある）は不動となり、重ね合わせ
の調整が容易となるので、三角形の大きさを任意に変化
させることができる。また、この原点４はマスクの加工
座標と光学系の回転量、縮小率により決まるために余分
な調整が不要となる。本実施例ではこの三角形の大きさ
を制御するための偏向も２段の可変成形偏向器２４、２
５で行なう。
【００１９】一般に可変成形偏向器は、偏向距離は小さ
いが、高速偏向が可能であるため、高速で矩形と三角形
の切り換えが可能となり、決められた角度の斜線が多い
パターンの描画に適している。可変成形偏向器を２段と
し、２つの偏向器の連動比を最適化することにより、電
子線が大きく偏向したときに生じる離軸を最小とするこ
とができる。また偏向器を８極とすることにより、高精
度な描画が可能となる。
【００２０】２段の可変成形偏向器を用いた第１マスク
像３の偏向は、図形選択用のデータと三角形の大きさ調
整用のデータをそれぞれ分離して入力し、それぞれの偏
向器を制御することにより、第１マスク像３の偏向を行
なう。大きさの調整は、三角形ビームの偏向感度で行な
うには、複雑な処理が必要となるために、本実施例は矩
形開口部１の偏向の感度を用いて行なった。矩形開口上
で偏向電圧を変えそれぞれのビームプロファイルの中点
の距離により重なり合いの絶対値を求めることにより、
偏向感度を知ることができる。三角形開口部２を矩形開
口部１の近傍に配置することにより三角形開口部２上で
の偏向の２次以上の歪みは無視することが可能である。
【００２１】従って、矩形開口部１を用いた偏向感度校
正を三角形ビームの校正に適用することができる。これ
により偏向電圧の変化と大きさの変化の関係を求めるこ
とができる。
【００２２】次に第１マスク像３と三角形開口部２の重
ね合わせの原点（偏向電圧と三角形の大きさの始点）を
求める。２つの重ね合わせの原点は上記の偏向感度及び
第１マスク像３と矩形像の重ね合わせの原点から外挿で
求めることができるが、外挿では偏向感度校正の誤差を
増加させるために別の校正方法が望まれる。図６に校正
方法を示す。２段の可変成形偏向器２４、２５により、
三角形の大きさを変えながら透過電流を測定した。図の
電流の最大値（電流の増加の留まるところ）となるとこ
ろが第１マスク像３と三角形開口部２の一辺が完全に一
致したところになる。電流のゼロのところを基準とする
ことも可能であるが最大値の方が変化が急峻であり精度
の良い調整が可能である。電流の増加部分を２次関数、
最大値後を０次関数で図７に示すようなフィッティング
を行なうことにより最大値が求まる。この時の三角形の
大きさは開口部の寸法と電子光学系の縮小率から一意的
に求まるので、後は先に求めた偏向感度に従って三角形
ビームの大きさを調整することができる。
【００２３】以上の調整の結果６インチウエハ上に６４
ＭＤＲＡＭの配線パターンを描画した結果、可変成形の
みで１０ショット、一括図形照射法を併用して１０ショ
ット、更に三角形ビームを用いることで３×１０ショッ
トと大幅にショット数の低減を図れた。また、斜線の荒
さも従来の０．１μｍより０．０３μｍと１／３に改善
することが出来た。これにより半導体生産の生産性や歩
留まり向上に寄与できる。
【００２４】（実施例２）本実施例は、実施例１と同様
の電子光学系を用いたが、第２マスク１５の三角形開口
部２の配置が異なる。図８に本実施例の第２マスク１５
の配置を示す。本実施例では角度の異なる三角形開口部
２を２番目の外周にも設けた。内周は４５度の三角形開
口部、上寄りに３０度、下寄りに６０度の三角形をそれ
ぞれ４つずつ配した。全ての三角形は一方向に第１マス
ク像より大きな遮蔽部を有しており、三角形の大きさを
変える際の漏れビームを防止している。三角形の選択は
図形選択偏向器により行ない、大角偏向を可能とした。
偏向器の最大出力は２００Ｖ、整定時間は１０μｓｅｃ
である。但し三角形の大きさの調整には可変成形偏向器
１１を用いた。
【００２５】図９を用いて可変成形偏向器１１による偏
向の例を示す。制御計算機３４より三角形サイズ校正デ
ータ３２、三角形選択偏向データ３３をそれぞれ分離し
て入力し、加算することにより偏向信号を形成し、アナ
ログアンプ３５により可変成形偏向器１１に偏向信号が
入力され、第１マスク像３が偏向される。三角形の大き
さ調整は、偏向器の電圧と透過電流の関係を用いた。図
１０に透過電流の１次微分波形を示す。０次波形と１次
微分波形は図１１に示すように、それぞれ２次関数及び
１次関数でフィッティングすることにより偏向の感度と
原点を求めることができる。１次微分波形の方が波形が
急峻でありフィッティングに適しているがノイズが多い
場合は逆に精度を低下させる。描画結果より調整精度を
求めた結果。０次波形で０．０３μｍ、１次波形で０．
０２μｍの寸法精度が得られた。
【００２６】本実施例では３０度、４５度、６０度の角
を有する三角形開口部を用いたが、これに限定されるも
のではなく、任意の角度を有する三角形開口部を用いて
もよい。
【００２７】（実施例３）本実施例は、実施例１と同様
の光学系を用いたが、三角形開口部１の大きさの調整方
法を変えた。三角形ビームの形状を直接測定することが
できれば調整が容易になる。図１２に示すようにシリコ
ン３０上にタングステン２９で形成された幅を持つ直線
状のマークを形成する。この上を三角形ビーム２７で走
査し１次微分することによりいわゆるビームプロファイ
ルを得ることができる。図１３にビームプロファイルを
示す。この３角状のビームプロファイルを三角形の幅と
高さでフィッティングすることにより三角形の大きさを
求めることができる。また、ビームプロファイルを更に
微分することによりビームの両端に対応して急峻なプロ
ファイルが現われる。それぞれの中心を図のように決め
られたレベルの交点から求めることにより大きさを知る
ことができる。この方法は図１４に示したフィッティン
グと比較して高速に大きさを求めることができる。本実
施例による調整精度はそれぞれ、０．０２μｍであっ
た。
【００２８】
【発明の効果】以上の様に本発明によれば電子線描画装
置において三角形ビームの形成、調整が容易になり、装
置の高速化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の電子光学系を示す図。
【図２】本願発明の開口部の配置と三角形の斜辺方向を
示す図。
【図３】第１マスク像の偏向を示す図。
【図４】実施例１の開口部の配置を示す図。
【図５】実施例の電子光学系を示す図。
【図６】透過電流の波形を示す図。
【図７】透過電流により最大サイズを調整する方法を示
す図。
【図８】実施例２の開口部の配置を示す図。
【図９】データの加算を示す図。
【図１０】実施例２の三角形ビームプロファイルの観測
状態を示す図。
【図１１】実施例２の微分波形のフィッティングを示す
図。
【図１２】実施例３を示す図。
【図１３】実施例３の三角形ビームプロファイルの観測
状態を示す図。
【図１４】実施例３の微分波形のフィッティングを示す
図。
【符号の説明】 １…矩形開口部、２…三角形開口部、３…第１マスク
像、４…三角形の原点、６…第１マスク像の移動領域、
７…電子銃、８…第１マスク、９…第１転写レンズ、１
０…第１図形選択偏向器、１１…可変成形偏向器、１２
…第２図形選択偏向器、１３…第２転写レンズ、１５…
第２マスク、１６…第１縮小レンズ、１７…第２縮小レ
ンズ、１８…第１対物レンズ、１９…第２対物レンズ、
２０…対物偏向器、２２…ウエハ、２３…矩形の原点、
２４…第１可変成形偏向器、２５…第２可変成形偏向
器、２６…一括図形開口、２７…三角形ビーム、２９…
タングステン、３０…シリコン、３２…三角形サイズ校
正データ、３３…三角形選択偏向データ、３４…制御計
算機、３５…アナログアンプ、４０…偏向方向、４１…
偏向方向、４２…幅を持つ直線状のマーク、２０１…斜
辺方向を示す垂線の矢印。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河崎 勝浩 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式 会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 斉藤 徳郎 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−169131（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−128844（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−304083（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子線パターンを形成する開口部を有する
    第１マスクと、矩形開口部と、少なくとも４方向を有し
    てなり、かつ前記矩形開口の近傍にあって、前記第１マ
    スクによって形成された第１マスク像の偏向歪が無視で
    きる移動領域を越えないように設けられた複数の３角形
    開口部と、前記矩形開口の対角部分に開口部のない領域
    を持ち、かつ前記開口部の対角部分の１方の隣の２つに
    は前記第１マスク像より大きな開口部のない領域を具備
    した第２マスクと、を持ち、前記第１マスク像を前記複
    数の３角形開口部のうちの１つを選択して重ね合わせて
    露光することを特徴とする電子線描画装置。
  2. 【請求項２】 電子線パターンを形成する開口部を有する
    第１マスクと、矩形開口部と、少なくとも４方向を有し
    てなり、かつ前記矩形開口の近傍にあって、前記第１マ
    スクによって形成された第１マスク像の収差を小さくす
    べく偏向した偏向領域を越えないように設けられた複数
    の３角形開口部と、前記矩形開口の対角部分に開口部の
    ない領域を持ち、かつ前記開口部の対角部分の１方の隣
    の２つには前記第１マスク像より大きな開口部のない領
    域を具備した第２マスクと、を持ち、前記第１マスク像
    を前記複数の３角形開口部のうちの１つを選択して重ね
    合わせて露光することを特徴とする電子線描画装置。
  3. 【請求項３】 電子線パターンを形成する開口部を有する
    第１マスクと、矩形開口部と、少なくとも４方向を有し
    てなり、かつ前記矩形開口の近傍にあって、前記第１マ
    スクによって形成された第１マスク像の偏向歪が無視で
    きる移動領域を越えないように設けられた複数の３角形
    開口部と、前記３角形開口部の外周部に配置された一括
    図形開口部と、前記矩形開口の対角部分に開口部のない
    領域を持ち、かつ前記開口部の対角部分の１方の隣の２
    つには前記第１マスク像より大きな開口部のない領域を
    具備した第２マスクと、を持ち、前記第１マスク像を前
    記複数の３角形開口部のうちの１つを選択して重ね合わ
    せて露光することを特徴とする電子線描画装置。
  4. 【請求項４】 電子線パターンを形成する開口部を有する
    第１マスクと、矩形開口部と、少なくとも４方向を有し
    てなり、かつ前記矩形開口の近傍にあって、前記第１マ
    スクによって形成された第１マスク像の偏向歪が無視で
    きる移動領域を越えないように設けられた複数の３角形
    開口部と、前記矩形開口の対角部分に開口部のない領域
    を持ち、かつ前記開口部の対角部分の１方の隣の２つに
    は前記第１マスク像より大きな開口部のない領域を具備
    した第２マスクと、前記第１マスクと前記第２マスクの
    間の２段の可変成形偏向器と、を持ち、前記第１マスク
    像を前記複数の３角形開口部のうちの１つを選択して重
    ね合わせて露光することを特徴とする電子線描画装置。
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