JP3313606B2 - 電子線露光装置及び露光方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線を用いて部
分一括マスク上に形成された半導体集積回路等の回路パ
ターンを半導体基板上に露光する電子線露光装置及び電
子線露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、メモリデバイスに代表される半導
体デバイスは、ますます高密度化、高性能化、高機能化
が要求され、それに伴い半導体デバイスの製造プロセ
ス、特に微細パターンを形成するリソグラフィーに対し
ても、高度な技術が要求されている。これらの要求を満
たす技術として、解像性が高い電子線露光法が用いられ
てきている。

【０００３】図７は、従来の電子線露光方法を説明する
ための電子線露光装置と被露光基板を示す構成図であ
る。電子銃１０１から発生した電子線１０２はアパチャ
１０３によって矩形に成形され、セル選択偏向器１０４
により部分一括マスク１０５上の所望の開口部１０６に
照射される。

【０００４】図２は、部分一括マスクを示す構成図であ
る。図２に示されるように、部分一括マスク上には、任
意寸法の矩形を形成するための可変成形開口１０８と、
複数箇所に配置された種々のデバイスパターン開口１０
６とが形成されている。ここで、パターン開口１０６に
は、メモリデバイスのメモリセルパターンの一部やアレ
イパターンの一部などデバイスパターン全体の中で繰り
返し用いられているパターンが形成されている。周辺回
路パターンのような繰り返しのない、あるいは繰り返し
の少ないパターンの露光には、可変成形開口１０８に照
射される電子線の位置を変化することにより、任意寸法
の矩形電子線を形成し一筆書きのようにパターンを一つ
ずつ露光する。

【０００５】上記した露光方法は部分一括描画方式と呼
ばれ、部分一括マスク上のパターン開口が５個、光学系
の縮小率が１／２５とされている。このとき部分一括マ
スク上でのパターン開口の大きさは１２５μｍ□であ
り、部分一括マスクの大きさは４５０μｍ□となる。

【０００６】部分一括マスク上でパターン開口が選択さ
れる際、電子線はセル選択偏向器１０４によって所望の
パターン開口上に偏向される。また、部分一括マスクを
通過し成形された電子線は、部分一括マスクの下に位置
する振り戻し偏向器１０７により可変成形開口１０８を
通過した電子線と同じ光軸に振り戻される。セル選択偏
向器１０４及び振り戻し偏向器１０７は、通常４極の静
電偏向器つまり、Ｘ方向１組とＹ方向１組の２組の静電
偏向板で構成されている。

【０００７】図２に示される部分一括マスク上のＮｏ．
１のパターン開口１０６からＮｏ．５のパターン開口１
０６まで５０ｋＶの電子線を偏向するとき、光学系によ
っても多少異なるが、セル選択偏向器１０４及び振り戻
し偏向器１０７の出力電圧は、最大１５０Ｖ程度変化す
る。このため、パターン開口選択及び振り戻しの際に
は、各々の偏向器の出力が安定するまでの整定待ち時間
を設ける必要がある。セル選択偏向及び振り戻し偏向の
整定待ち時間が不充分である場合は、ショット位置決め
精度の劣化、収差による解像性の劣化等の問題が発生す
る。

【０００８】現在、４５０μｍ□の部分一括マスクを用
いた場合、パターン開口選択及び振り戻しの際の整定待
ち時間は、１００ｎｓｅｃから２５０ｎｓｅｃである。
選択するパターン開口によって偏向距離は大きく変化し
ないため、整定待ち時間は偏向距離によらず一定であ
る。レジスト感度が１０μＣ／ｃｍ²、電流密度が１０
Ａ／ｃｍ²の場合、１ショットのショット時間は１μｓ
ｅｃとなるため、前記整定待ち時間は、パターン開口変
更後のショット時間を１０〜２０％程度増加させる。

【０００９】しかし、パターン開口数が少ないため部分
一括マスク上での電子線の偏向回数が少なく、また、パ
ターン開口を用いることにより、ショット数が数十分の
一に減少するため、スループット向上の効果の方が顕著
に現れる。

【００１０】最近、部分一括マスク上のパターン開口の
数を数十〜百個程度まで増加させ、スループットの向上
を図る手段及び、電子線の縮小率を数十〜百分の一まで
大きくし部分一括マスクの作製を容易にし、部分一括マ
スク上のパターン開口の寸法精度の向上を図る手段につ
いて研究開発が進められている。この結果、部分一括マ
スクは大型化する傾向にある。図３にパターン開口数が
１００個、縮小率が１／１００の部分一括マスクを示
す。この場合、パターン開口の大きさは、部分一括マス
ク上で５００μｍ□となり、部分一括マスクの大きさは
６０００μｍ□となる。

【００１１】パターン開口数が増加すると、部分一括マ
スク上で電子線を偏向する回数が増加し、整定待ち時間
の影響が顕著に現れる。また、部分一括マスクの大型化
により偏向距離が大きくなるため、セル選択偏向器及び
振り戻し偏向器の出力電圧の変化量は、数百Ｖにもな
る。このため、部分一括マスク上で大きく偏向された後
のショットでは、整定待ち時間の不足により、位置決め
精度の劣化や収差による解像度の劣化等の問題が発生す
る。また、充分な整定待ち時間（μｓｅｃオーダー）を
設けた場合、スループットが低下する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例では、部分
一括マスクが６０００μｍ□程度まで大型化した場合、
パターン開口を選択する回数が増加し、さらにパターン
開口選択時に電子線を大きく偏向しなければならないた
め、パターンの位置決め精度の低下及び解像性の低下等
の問題が生じる。また、この問題を解決するために、パ
ターン開口選択後の整定待ち時間を大きくすると、スル
ープットが低下する。

【００１３】本発明の目的は上記の問題点を解決し、ス
ループットの低下を防ぎ、パターン位置精度及び解像性
を向上させる電子線露光装置及び電子線露光方法を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係わる電子線露光装置は、時間設定部を有
する部分一括描画方式を用いた電子線露光装置であっ
て、時間設定部は、アドレス情報が格納されたメモリ
と、前記メモリのアドレス情報に基いて振り戻し偏向器
の偏向電圧を変化させ、偏向距離が大きい部分一括マス
クのパターン開口を通過した電子線を可変成形開口を通
過した電子線と同じ光軸に偏向する第１の制御部と、前
記第１の制御部からの変更電圧により適切な整定待ち時
間を設定し電子線ブランキング電極に信号を送る第２の
制御部と、を有し、前記振り戻し偏向器の偏向電圧のＸ
方向とＹ方向との変化量のうち変化量の大きい方の値に
基いて整定待ち時間を設定するものであることを特徴と
する。

【００１５】また本発明に係る電子線露光方法は、部分
一括描画方式を用いて描画を行う電子線露光方法であっ
て、 部分一括マスクを通過し成形された電子線を可変成
形開口を通過した電子線と同じ光軸に振り戻す際の偏向
電圧のＸ方向とＹ方向との変化量のうち変化量の大きい
方の値に基いて整定待ち時間を設定するものである。

【００１６】また、本発明に係わる電子線露光装置は、
時間設定部を有する部分一括描画方式を用いた電子線露
光装置であって、 時間設定部は、アドレス情報と整定
待ち時間を決定するテーブルが格納されたメモリと、前
記メモリのアドレス情報に基いてセル選択偏向器の偏向
電圧を変化させ、偏向距離が大きい部分一括マスクの所
望のパターン開口上に電子線を照射させる第１の制御器
と、前記メモリのアドレス情報に基いて振り戻し偏向器
の偏向電圧を変化させ、前記部分一括マスクのパターン
開口を通過した電子線を可変成形開口を通過した電子線
と同じ光軸に偏向する第２の制御部と、前記第１又は第
２の制御部からの変更電圧により適切な整定待ち時間を
設定し電子線ブランキング電極に信号を送る第３の制御
部と、を有し、前記部分一括マスク上で複数のパターン
開口の中から所望のパターン開口を選択する際の電子線
のＸ方向とＹ方向との偏向距離のうち電子線偏向距離の
大きい方を参照して前記メモリのテーブルから設定させ
る第１の整定待ち時間と、前記部分一括マスクを通過し
成形された電子線を可変成形開口を通過した電子線と同
じ光軸に振り戻す際の偏向電圧のＸ方向とＹ方向との変
化量のうち偏向電圧変化量の大きい方を参照して前記メ
モリのテーブルから設定される第２の整定待ち時間のう
ち長い方により、前記部分一括マスク上のパターン開口
を選択したときの整定待ち時間を決定するものであるこ
とを特徴とする。

【００１７】また本発明に係る電子線露光方法は、部分
一括描画方式を用いて描画を行う電子線露光方法であっ
て、 部分一括マスク上で複数のパターン開口の中から所
望のパターン開口を選択する際の電子線のＸ方向とＹ方
向との偏向距離のうち電子線偏向距離の大きい方を参照
して設定される第１の整定待ち時間と、部分一括マスク
を通過し成形された電子線を可変成形開口を通過した電
子線と同じ光軸に振り戻す際の偏向電圧のＸ方向とＹ方
向との変化量のうち偏向電圧変化量の大きい方を参照し
て設定される第２の整定待ち時間のうち長い方により、
部分一括マスク上のパターン開口を選択したときの整定
待ち時間を決定する。

【００１８】また前記第１及び第２の整定待ち時間は、
部分一括マスク上で複数のパターン開口の中から新たに
選択されたパターン開口と前回選択されていたパターン
開口とのアドレスを比較して部分一括マスク上での電子
線のＸ方向とＹ方向との偏向距離のうち大きい方を参照
してメモリが記憶しているテーブルより決定されるもの
である。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【作用】本発明によれば、部分一括マスク上のパターン
開口選択及び部分一括マスク通過後の振り戻し偏向の際
に、部分一括マスク上での電子線の偏向距離及び振り戻
し偏向器の偏向電圧の変化量によって最適な整定待ち時
間を設定する。このため、大型の部分一括マスクを用い
た部分一括描画方式の電子線描画を行っても、整定待ち
時間によるスループットの低下を防ぎ、精度のよいショ
ットの位置決めを行うことができ、また解像性の良い描
画を行うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施形態について説明する。

【００２３】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係る部分一括描画方式を用いた電子線露光装置を示
す構成図である。

【００２４】図１において、電子銃１０１から出た電子
線１０２は第１アパチャ１０３によって矩形に成形され
た後、セル選択偏向器１０４によって部分一括マスク１
０５上の各パターン開口１０６に偏向される。各パター
ン開口１０６を通過し成形された電子線は、振り戻し偏
向器１０７により可変成形開口１０８を通過した電子線
と同じ光軸に偏向され、位置決め偏向器１０９により被
露光基板１１０上の所望位置に露光される。１０３ａは
対物アパチャである。

【００２５】近年、高スループット化のために部分一括
マスク１０５上のパターン開口１０６の数を増加させ、
かつ部分一括マスク１０５の作製精度を上げるために電
子線露光装置の縮小率を大きくする傾向にある。

【００２６】図２に、パターン開口１０６の数が５個、
縮小率が１／２５の部分一括マスクを、図３に、パター
ン開口１０６の数が１００個、縮小率が１／１００の部
分一括マスクをそれぞれ示す。

【００２７】部分一括マスクが大型化すると、部分一括
マスク上での電子線の偏向距離が大きくなり、また、パ
ターン開口数が増加するため、パターン開口を選択する
回数が増加する。このため、整定待ち時間が不十分であ
ると、位置決め精度の劣化や収差による解像性の劣化と
いった問題が生じる。また、整定待ち時間を長くする
と、パターン開口選択回数が多いため、スループットが
低下する。

【００２８】そこで、本発明の実施形態１では、部分一
括マスク上の電子線の偏向距離に応じて、整定待ち時間
を適切な値に変更し、スループットを低下させることな
く、高精度なショットの位置決めを行い、また、解像性
の良いレジストパターンを得ることを特徴としたもので
ある。

【００２９】図１に示すように本発明の実施形態１は、
部分一括マスク上の電子線の偏向距離に応じて、整定待
ち時間を適切な値に変更する時間設定部を有している。
図１に示す本発明の実施形態１に係る時間設定部は、メ
モリ１１２と、セル選択偏向器１０４の制御部１１３ａ
と、電子線用ブランキング電極１１１の制御部１１３ｂ
とから構成されている。

【００３０】本発明の実施形態１に係る動作を示す図４
に基いて具体的な動作について説明する。まず、メモリ
ー１１２に保存されているパターン開口のデータから次
のショットに用いる部分一括マスク１０５上のパターン
開口１０６のアドレス情報を、セル選択偏向器１０４の
制御部１１３ａと電子線用ブランキング電極１１１の制
御部１１３ｂとに送る。

【００３１】制御部１１３ａは、メモリ１１２からのア
ドレス情報に基いてセル選択偏向器１０４の偏向電圧を
変化させ、所望のパターン開口１０６上に電子線を照射
させるようにする。また、ブランキング電極の制御部１
１３ｂは、前回のショットと今回のショットに用いるパ
ターン開口１０６の部分一括マスク１０５上のアドレス
情報を比較し、その距離に応じて適切な整定待ち時間を
設定し、ブランキング電極１１１に信号を送る。ブラン
キング電極１１１は、設定された整定待ち時間だけ電子
線１０２をブランキングし、被露光基板１１０上に電子
線が照射されないようにする。

【００３２】整定待ち時間は、パターン開口１０６のＸ
方向とＹ方向の偏向距離の大きな方で決定される。この
結果、各々のパターン開口１０６をどのような順番で用
いても、位置精度の良いショットを描画でき、高い解像
性を保つことができる。また、整定待ち時間も各々のシ
ョットで最適な値が用いられるため、スループットの低
下も防止することができる。

【００３３】（実施形態２）次に本発明の実施形態２に
ついて図面を参照して説明する。部分一括マスクが大型
化すると、振り戻し偏向の距離も大きくなり、また振り
戻し偏向器の出力電圧を変化させる回数も増加する。こ
のため、パターン開口選択の場合と同様に整定待ち時間
が不十分であると、位置決め精度の劣化や収差による解
像性の劣化といった問題が起こる。また、整定待ち時間
を長くすると、振り戻し偏向器の出力電圧を変化させる
回数が多いため、スループットが低下する。

【００３４】そこで、本発明の実施形態２では、振り戻
し偏向器１０７の電子線の偏向距離に応じて、整定待ち
時間を適切な値に変更し、スループットを低下させるこ
となく、高精度なショットの位置決めを行い、また、解
像性の良いレジストパターンを得ることを特徴としたも
のである。

【００３５】図１に示す本発明の実施形態２は、部分一
括マスクを通過し成形された電子線を可変成形開口を通
過した電子線と同じ光軸に振り戻す際の偏向電圧の変化
量によって、整定待ち時間を設定する時間設定部を有し
ており、時間設定部は、メモリ１１２と、振り戻し偏向
器１０７の制御部１１３ｃと、ブランキング電極１１１
の制御部１１３ｂとから構成されている。

【００３６】図５は、本発明の実施形態２に係る動作を
示すフローチャートである。図５において、まず、メモ
リー１１２に保存されているパターン開口１０６のデー
タから次のショットに用いる部分一括マスク１０５上の
パターン開口１０６のアドレス情報を、振り戻し偏向器
１０７の制御部１１３ｃに送る。制御部１１３ｃは、メ
モリ１１２からのアドレス情報に基いて振り戻し偏向器
１０７の偏向電圧を変化させ、パターン開口１０６を通
過した電子線を可変成形開口１０８を通過した電子線と
同じ光軸に偏向する。

【００３７】また、制御部１１３ｃは、振り戻し偏向器
１０７の偏向電圧の変化量をブランキング電極１１１の
制御部１１３ｂに送る。ブランキング電極１１１の制御
部１１３ｂは、振り戻し偏向器１０７の偏向電圧の変化
量に応じて、適切な整定待ち時間を設定し、ブランキン
グ電極１１１に信号を送る。ブランキング電極１１１
は、設定された整定待ち時間だけ電子線をブランキング
し、被露光基板１１０上に電子線が照射されないように
する。

【００３８】整定待ち時間は、振り戻し偏向器１０７の
Ｘ方向とＹ方向の偏向電圧の変化量の大きな方で決定さ
れる。この結果、各々のパターン開口１０６をどのよう
な順番で用いても、位置精度の良いショットを描画で
き、高い解像性を保つことができる。また、整定待ち時
間も各々のショットで最適な値が用いられるため、スル
ープットの低下も防止することができる。

【００３９】（実施形態３）次に本発明の実施形態３に
ついて図面を参照して説明する。実施形態１及び２にお
いて説明したように、部分一括マスク１０５上のパター
ン開口１０６が選択される際には、最適な整定待ち時間
が設定される必要がある。図６に、整定待ち時間を設定
するアルゴリズムをフローチャートで示す。

【００４０】まず、パターン開口１０６が選択される
と、前回選択されていたパターン開口１０６の部分一括
マスク１０５上のアドレスと新しく選択されたパターン
開口１０６のアドレスが比較される。この結果、部分一
括マスク１０５上での電子線のＸ方向の偏向距離Ｄｘ
（偏向されるブロック数）とＹ方向の偏向距離Ｄｙ（ブ
ロック数）が算出される。

【００４１】次に両者のうち大きい方の偏向距離を参照
して、メモリ１１２に記憶されているテーブルより整定
待ち時間Ｔｓが決定される。メモリ１１２のテーブルに
は選択されたパターン開口１０６とその前に選択されて
いたパターン開口１０６の距離（偏向されるブロック
数）に依存した整定待ち時間が設定されている。

【００４２】振り戻し偏向の時も同様の処理を行い、整
定待ち時間Ｔｒが決定される。その後、セル選択偏向器
の整定待ち時間Ｔｓと、振り戻し偏向器の整定待ち時間
Ｔｒで長い方が整定待ち時間として決定され、ブランキ
ング電極に信号が送られる。これにより、高いショット
の位置決め精度が得られる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、部
分一括マスクが大型化しても、部分一括マスク上でのセ
ル選択偏向器による電子線の偏向距離、もしくは部分一
括マスクを通過し成形された電子線を、振り戻し偏向器
によって可変成形開口に振り戻す際の振り戻し偏向器の
出力電圧の変化量によって最適な整定待ち時間を設定す
るため、整定待ち時間の増加によるスループットの低下
を防止することができ、ショットの位置決め精度も従来
の部分一括マスクを用いた場合と同様の精度を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る電子線露光装置を示す
構成図である。

【図２】従来の部分一括マスクの概略図である。

【図３】大型化した部分一括マスクの概略図である。

【図４】第１の実施例の露光方法の説明図である。

【図５】第２の実施例の露光方法の説明図である。

【図６】第３の実施例の露光方法の説明図である。

【図７】従来の電子線露光装置の概略図である。

【符号の説明】

１０１ 電子銃 １０２ 電子線 １０３ 第１アパチャ １０４ セル選択偏向器 １０５ 部分一括マスク １０６ パターン開口 １０７ 振り戻し偏向器 １０８ 可変成形開口 １０９ 位置決め偏向器 １１０ 被露光基板 １１１ ブランキング電極

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間設定部を有する部分一括描画方式を
   用いた電子線露光装置であって、 時間設定部は、アドレス情報が格納されたメモリと、前
   記メモリのアドレス情報に基いて振り戻し偏向器の偏向
   電圧を変化させ、偏向距離が大きい部分一括マスクのパ
   ターン開口を通過した電子線を可変成形開口を通過した
   電子線と同じ光軸に偏向する第１の制御部と、前記第１
   の制御部からの変更電圧により適切な整定待ち時間を設
   定し電子線ブランキング電極に信号を送る第２の制御部
   と、を有し、前記振り戻し偏向器の偏向電圧のＸ方向と
   Ｙ方向との変化量のうち変化量の大きい方の値に基いて
   整定待ち時間を設定するものであることを特徴とする電
   子線露光装置。
2. 【請求項２】 時間設定部を有する部分一括描画方式を
   用いた電子線露光装置であって、 時間設定部は、アド
   レス情報と整定待ち時間を決定するテーブルが格納され
   たメモリと、前記メモリのアドレス情報に基いてセル選
   択偏向器の偏向電圧を変化させ、偏向距離が大きい部分
   一括マスクの所望のパターン開口上に電子線を照射させ
   る第１の制御器と、前記メモリのアドレス情報に基いて
   振り戻し偏向器の偏向電圧を変化させ、前記部分一括マ
   スクのパターン開口を通過した電子線を可変成形開口を
   通過した電子線と同じ光軸に偏向する第２の制御部と、
   前記第１又は第２の制御部からの変更電圧により適切な
   整定待ち時間を設定し電子線ブランキング電極に信号を
   送る第３の制御部と、を有し、前記部分一括マスク上で
   複数のパターン開口の中から所望のパターン開口を選択
   する際の電子線のＸ方向とＹ方向との偏向距離のうち電
   子線偏向距離の大きい方を参照して前記メモリのテーブ
   ルから設定させる第１の整定待ち時間と、前記部分一括
   マスクを通過し成形された電子線を可変成形開口を通過
   した電子線と同じ光軸に振り戻す際の偏向電圧のＸ方向
   とＹ方向との変化量のうち偏向電圧変化量の大きい方を
   参照して前記メモリのテーブルから設定される第２の整
   定待ち時間のうち長い方により、前記部分一括マスク上
   のパターン開口を選択したときの整定待ち時間を決定す
   るものであることを特徴とする電子線露光装置。