JPH01248617A - 荷電粒子ビーム露光装置 - Google Patents

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】 〔概　要〕 電子ビーム露光装置等の荷電粒子ビーム露光装置に関し
、 ０．２〜０．３趨ル一ル程度以下の超微細化パターンの
描写に対して安定、高速且つ高精度の荷電粒子ビーム露
光装置を提供するを目的とし、ステージ上の物体に荷電
粒子を露光するための荷電粒子ビーム露光装置において
、荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生手段と
、ブランキング電極がそれぞれ設けられた複数のアパー
チャがライン状に配列され、荷電粒子ビームを通過させ
るブランキングアパーチャアレイ′と、各アパーチャの
ブランキング電極を独立にオン、オフ駆動させるブラン
キング電極駆動手段とを具備するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電子ビーム露光装置等の荷電粒子ビーム露光装
置に関する。

（従来の技術） 近年、電子ビーム露光によるＬＳＩの直接露光すなわち
マスクを用いずに露光が広く行われるようになってきた
が、可変矩形ｅ−ムが多く、他にポイントビームあるい
は固定矩形ビームがある。

後者の２つは一般に研究用である。′ 第９図に示すように、可変矩形ビーム露光装置は、電子
銃１、矩形のアパーチャを有する２つのマスク２．３、
矩形ビームの断面積を電子ビームを偏向させて変化させ
るビームサイズ偏向電極４、主偏向レンズ（コイル）５
、副偏向レンズ（電極）６により構成され、任意の大き
さの矩形ビームが試料台７に載せられたターゲートたと
えばウェハに照射される。これらを制御する制御部は、
ＣＰＵ　１０、データを格納する磁気ディスク１１　、
＋１１気テープ１２、インターフェイス１３、データメ
モリ１４、パターンを矩形パターンに分解して各矩形パ
ターンの大きさ情報および位置情報を発生するパターン
発生回路（ショット分解）１５、必要な補正を行うパタ
ーン補正回路１６により構成され、さらに、ビームサイ
ズ偏向電極４、主偏向コイル５、副偏向電極６を駆動す
るドライバ（ＤＡＣ／Ａｌ’ＩＰ）１７　、１Ｂ　、　
１９、および試料台７を移動させるモータ２０を制御す
るステージ制御部２１を備えている。

すなわち、矩形ビーム露光は、第１Ｏ図に示すように、
磁気ディスク１１もしくは磁気テープ１２からデータメ
モリ１４へ転送されるデータはメインフィールド全体に
対応する。このメインフィールドは複数のサブフィール
ドに分割され、さらに、各サブフィールドのパターンは
複数のショット（矩形パターン）に分割される。このと
き、メインフィールド内の各サブフィールド間の電子ビ
ーム移動が主偏向コイル５によって行われ、サブフィー
ルド内の各矩形パターン間の電子ビーム移動は副偏向電
極６によって行われ、矩形パターンの大きさの調整はビ
ームサイズ偏向電極４によって行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ＬＳＩの微細化が進むにつれて特に０．
２〜０．３趨ルールのＬＳＩとなると、矩形ビーム露光
は次の問題点がある。

１）使用できる矩形ビームの電流密度の上限がある。

２）膨大なショツト数のＬＳＩのパターンの描画には主
偏向、副偏向、ビームサイズ偏向のための各ドライバ（
ＤＡＣ／ＡＭＰ）の調整の回数が増大し、従って、その
ための待ち時間が増大して時間がかかり過ぎる。

従って、可変矩形ビームはもはや０．２〜０．３１！ｍ
の微細パターンの量産には適さない。

さらに、 ３）０．２〜０．３　ｔｎ＋矩形ビームはポイントビー
ムと何ら差がなく、可変矩形ビームのメリットがない。

４）０．１−０．２−ビームの場合、２つのマスク２゜
３のアパーチャの重なりで形成しているために、相対的
に小ビームでのドーズ量が不安定となる。

従って、本発明の目的は、０．２〜０．３　ｔｎａルー
ル程度以下の超微細化パターンの描写に対して、安定、
高速且つ高精度の荷電粒子ビーム露光装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するための手段は第１図に示される。

すなわち、ステージ上の物体に荷電粒子を露光するため
の荷電粒子ビーム露光装置において、荷電粒子ビーム発
生手段は荷電粒子ビームを発生し、この荷電粒子ビーム
はブランキングアパーチャアレイを通過する。ブランキ
ングアパーチャアレイには、ブランキング電極がそれぞ
れ設けられた複数のアパーチャがライン状に配列されて
いる。これらの各アパーチャのブランキング電極は独立
にブランキング電橋駆動手段によってオン、オフ駆動さ
れる。

〔作　用〕

上述の手段による作用は第２図に示される。すなわち、
ブランキングアパーチャアレイのライン状に配列された
アパーチャを通過した荷電粒子ビームは多数の小ビーム
（ラインビーム）に分割される。たとえば、ラインビー
ムはステージ移動方向と直角に偏向移動され、この移動
と共に各アパーチャのブランキング電極が独立にオン、
オフされる。第２図においては、露光すべきショットに
対して、たとえばブランキング電極ａ−ａ　’　、　ｂ
−ｂ’　、ｃ−ｃ’　、ｄ−ｄ’に対して図示のごとく
ブランキング信号が発生され、ビームオン、オフされる
。

〔実施例〕

第３図は本発明に係る荷電粒子ビーム露光装置の一実施
例を示す図である。第３図において、３０はカソード３
１、グリッド３２、アノード３３よりなる電子銃であっ
て、カソード３１がら発射されたビームはグリッド３２
、アノード３３間でクロスオーバ像を作る。このクロス
オーバ像はクロスオーバ拡大レンズ３４にて拡大される
。

クロスオーバ拡大レンズ３４内には、４極ビームつぶし
レンズ３５、リミッティングアパーチャ３６、およびア
ラインメントコイル３７が設けられている。４極ビーム
つぶしレンズ３５は、たとえば第４図（Ａ）、　（Ｂ）
に示す磁気レンズ、静電レンズである。この結果、つぶ
されたクロスオーバ像３８がブランキングアパーチャア
レイ３９上に結像される。なお、電子銃３ｏ自体がつぶ
されたクロスオーバビームを発生する場合には４極ビー
ムつぶしレンズ３５は不要である。

ブランキングアパーチャアレイ３９には、５μロ×２５
６個のアパーチャ３９０〜３９□０がライン状にいわゆ
るハーモニカ状に配列されている。ブランキングアパー
チャアレイ３９はたとえばシリコン単結晶を用い、これ
にトレンチエツチングによりアパーチャを形成し、その
内壁に電極を形成する。また、ブランキングアパーチャ
アレイ３９は収束レンズ４０内に設けられている。なお
、アパーチャは２列とすることもできる。

４１はラージブランカであって、ビーム全体をオン、オ
フする。ラージブランカ４１がオンとされたときには、
ブランキングアパーチャアレイの中で電極間に電圧差が
かかっていない部分を１ｌＦｌ過したオンビーム４１ａ
は縮小レンズ４２を介してブランキングアパーチャ４３
を通過する。他方、ブランキングアパーチャアレイの中
で電極間に電位差がかかっている部分を通過したオフビ
ーム４１ｂは縮小レンズ４２を通過した後にブランキン
グアパーチャ４３によって阻止される。このように、ラ
ージブランカ４１に電界がかかった場合には、ブランキ
ングアパーチャアレイ３９の個々の電極の状態によらず
、すべての通過ビームは、ブランキングアパーチャによ
って阻止される。

縮小レンズ４２は縮小レンズ４４、イマージョンタイプ
レンズ５０と共にブランキングアパーチャ４３を通過し
たビームを連続移動ステージ５１上に静電チャック５２
で吸着されたウェハ５３上に５００分の１のブランキン
グアパーチャアレイ３９のアパーチャの縮小像を結像す
る。

縮小レンズ４４の中にはりフォーカスコイル４５が設け
られている。リフオーカスコイル４５はブランキングア
パーチャアレイ３９のアパーチャのオンしているセルの
数の総和で決定されるリフオーカス電流を流してクーロ
ンインターラクションによるビームのぼけを補正する。

４６は横走査デフレクタであって、連続移動ステージ５
１の移動と直角方向にビームを走査する。

また、ダイナミックフォーカスコイル４７、ダイナミッ
クスティグコイル４８は横走査に対してビームの偏向ぼ
けを補正する。

４９はステージフィードバック用８極デフレクタであっ
て、偏向歪み補正とステージ５１の連続移動のフィード
バックおよび速度補正を行う。

連続移動ステージ５１は、解像度を上げるために、ゴマ
−ジョンタイプレンズ５０内に設けられている。

第５図は第３図の主要部分を制御するブロック回路図で
あって、第９図の構成要素と同一の構成要素については
同一の参照番号を付しである。すなわち、第９図のパタ
ーン発生回路１５、パターン補正回路１６、ドライバ（
ＤＡＣ／ＡＭＰ）１７　、１８　、１９の代りに、ビッ
トマツプ発生回路６１、プランキンク発生回路６２、シ
ーケンスコントローラ６３、ブランキング制御回路６４
、偏向制御回路６５、ドライバ（ＤＡＣ／八？’へＰ）
６６　、６７、レーザ干渉計６８が設けられている。

ビットマツプ発生回路６１はデータメモリ１４から１ラ
インビーム毎の情報（２５６ビツト）を発生してブラン
キング発生回路６２に送出する。これにより、ブランキ
ングアパーチャ７レイ３９の各アパーチャ３９０〜３９
□□の電極は独立にオン、オフされる。なお、各アパー
チャを通過するビームの強度Ｉ、は位置により異なるた
めに、各セル毎に異なるオン時間τ。、τ１．・・・、
τｔ’ｓｓが回路６２゜、６２．、・・・、６２□３．
にセットされる。これについては後述する。

ブランキング制御回路６４は、シーケンスコントローラ
６３の指令信号に基づいたタイミングで、ブランキング
発生回路６２の各回路６２゜、６２＋。

・・・、６２□９を起動させる。

偏向制御回路６３は、ビットマツプ発生回路６１が発生
しているラインビーム情報の横方向座標に基づきドライ
バ６６により横走査デフレクタ４６を駆動する。また、
この場合、試料台（ステージ）５１はステージ制御部２
１により連続移動されている。従って、このステージ５
１の連続移動に伴うラインビームの位置をフィードバッ
ク補正する必要がある。このため、偏向制御回路６５は
、レーザ干渉計６８によって検出されたステージ５１の
位置と目標位置との差がＯとなるように８極デフレクタ
４９を駆動する。すなわち、偏向制御回路６５は、第６
図に示すごとく、シーケンスコントローラ６３からの目
＋票位置（Ｘ　、　Ｙ）を格納するレジスタ６５１と、
レーザ干渉計５８からの位置情報（Ｘ’、Ｙ’）とレジ
スタ６１との差を演算する差演算器６５２とを備えてお
り、この差により、８極デフレクタ４９を制御する。こ
れにより、ステージ誤差分が高速でフィードパ・ツクさ
れる。なお、実際には、８極デフレクタ４９は、ビーム
の２次元的位置を調整するものであるが、第５図、第６
図においては、説明を簡単にするために、１次元として
図示しである。

さらに、第５図のブランキング発生回路６２について第
７図、第８図を参照して説明する。

すなわち、ビームはクロスオーバ像のクリティカル照射
においてクロスオーバをライン状につぶしであるが、ブ
ランキングアパーチャアレイ３９の各アパーチャ（セル
）３９０〜３９□□におけるビーム強度１０　　＊　Ｉ
Ｉ　　＋・・・＋１２５％は、第７図（Ａ）に示すとと
（，８０〜９０％の均一性しか得られない。

このため、第７図（Ｂ）に示すように、各セルのビーム
オンパルス長τ０　、τ、　　、　ＨＴ＋、τ、、、　
ヲ第７図（Ａ）のビーム強度１０　　＋　ＩＩ　　＊・
・・、Ｉｚｓｓと反比例して定める。つまり、 τ直×Ｉ直＝一定 となるようにする。この結果、ラインビームの各ビーム
のドーズ量Ｎは第７図（Ｃ）に示すごとく一定となる。

このため、ブランキング発生回路６２の各回路６２ムは
第８図に示すごとく構成される。

第８図において６２１はビームオンパルス長τ五を格納
するレジスタ、６２２はダウンカウンタ、６２３はアン
ド回路、６２４はフリップフロップ、６２５はドライバ
である。すなわち、ビットマツプ発生回路６１からのデ
ータが“ｌ”である場合にあって、ブランキング制御回
路６４から起動パルスが入力されると、アンド回路６２
３を介してフリップフロップ６２４がセットされ、その
出力パルスが立上り、対応するブランキング電極３９五
を駆動する。また、同時に、ブランキング制御回路５４
からの起動パルスはレジスタ６２１の値τ、をダウンカ
ウンタ６２２にセットする。ダウンカウンタ６２２は高
速のクロック信号ＣＬＫをカウントしながらその値を減
少させていく。

ダウンカウンタ６２２の値が０となると、言い換えると
、τ１に対応する時間が経過すると、ダウンカウンタ６
２２はキャリ信号を発生し、これがフリップフロップ６
２４のリセット信号として作用する。この結果、フリッ
プフロップ６２２はリセットされてブランキング電極３
９．の駆動がオフとされる。もちろん、ビットマツプ発
生回路６１のデータが′０″である場合には、フリップ
フロップ６２４はセットされず、駆動パルスτ、は発生
しない。

このように、ビットマツプ発生回路６１のデータに応じ
て各回路６２ｉは予め定められたて直に応じた時間の駆
動パルスを発生する。なお、レジスタ６２１の値τ１は
予め設定することもでき、また、必要に応じてｃｐｕ　
ｔｏにより変更することもできる。

以上の構成より、たとえば０．１　ｎ口のビームを２５
６本並べて、２００　Ａ　／　ｃｄの電流密度、５μＣ
／−の感度のレジストに各点で２５ｎｓのショツト時間
で照射し、（４０Ｍｌｌｚ）　２　ｍｍ幅のスキャンエ
リアを５θｍ／ｓで連続移動し、１　ｃｓＡ　／　ｓの
露光スピードを得ることができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、超微細化されたた
とえば０．２　ｎルール程度のＬＳＩにおける描写にお
いても、安定、高速、且つ高精度の露光が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示す図、 第２図は本発明の詳細な説明する図、 第３図は本発明に係る荷電粒子ビーム露光装置の一実施
例を示す図、 第４図は第３図の４極ビームつぶしレンズの例を示す図
、 第５図は第３図の装置の制御部を示すブロック回路図、 第６図は第５図の偏向制御回路の回路図、第７図は第３
図のブランキングアパーチャアレイの各アパーチャ（セ
ル）のビーム強度、ビームオンパルス長、ドーズ量を示
すグラフ、第８図は第５図のブランキング発生回路の回
路図、 第９図は従来の可変矩形電子ビーム露光装置を示す図、 第１θ図は矩形ビーム露光を説明する図である。 ３５・・・４極ビームつぶしレンズ、 ３９・・・ブランキングアパーチャアレイ、４６・・・
横走査デフレクタ、 ４９・・・８極デフレクタ、 ６２・・・ブランキング発生回路、 ６８・・・レーザ干渉計。 ヤ ア レ イ 本発明の原理構成図 第１図 （Ａ） ４罹ビームつぶしレンズ 第４図 第３図 ３０・・・電子銃 ３〕・・　カノード ３２・・・グリ、ド ３３・・・アノード ３４　　・・　・クロスオーバ拡大レンズ３５　・・・
４極ビームつぶしレンズ ３６　・　・　・　リミティ／グアノ？−チャ４０　　
・　収束レンズ ４１ｏ、、オンビームの軌道 ４１ｂ・　・オフビームの軌道 ４４　　°・縮小レンズ ４５　・・　リフオーカスコイル ４６・・・横走査デフレクタ ４７　　・　グイナミノクフォーカスコイル４８　・・
　・グイナミノクスティグコイル４９・・・８極デフレ
クタ ５０　　　　イマーノヨノタイプレ／ズ５１　　・　・
連続移動ステージ ５２　・・　静電チャック ５３　・・・クエ／〜 ・き口 第７図 矩形ビーム露光を説明する図 第’Ｏ＋”４ 手続補正書（自発） 平成１年３月２７日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 昭和６３年特許願第０’７４’７９２号２、　発明の名
称 荷電粒子ビーム露光装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名称　（５２２）富士通株式会社 ４、代理人 住所　〒ｌＯ５東京都港区虎ノ門−丁目８番ｌＯ号静光
虎ノ門ビル　電話５０４−０７２１氏名　弁理士（６５
７９）青　木　　　朗５、補正の対象 （１）　　明細書の「発明の詳細な説明」の欄（２）図
面（第２図） ６、補正の内容 （１）Ａ）明細書第５頁第２０行目 「露光は」をＶ露光においては」と補正する。 Ｂ）明細書第１０頁第１４行目及び第１５行目「力でオ
ンとされたときには」を「に電界がかかっていない場合
にはｊと補正する。 Ｃ）明細書第１１頁第２行目「このように」を１逆に１
と補正する。 Ｄ）明細書第１１頁第１２行目「縮小像を」をｒ縮小像
として１と補正する。 Ｅ）明細書第１２頁第１Ｏ行目「ブロックＪの前に「制
御部−を挿入する。 Ｆ）明細書第１３頁第１行目「発生」をｒ読出１と補正
する。 （２）別紙の通り、「オンＪと「オフ」を入れ替える。 ７、添付書類の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステージ上の物体に荷電粒子を露光するための荷電
   粒子ビーム露光装置において、 前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生手段
   （３０）と、 ブランキング電極がそれぞれ設けられた複数のアパーチ
   ャ（３９＿０〜３９＿２＿５＿５）がライン状に配列さ
   れ、前記荷電粒子ビームを通過させるブランキングアパ
   ーチャアレイ（３９）と、 該各アパーチャのブランキング電極を独立にオン、オフ
   駆動させるブランキング電極駆動手段（６２）と を具備する荷電粒子ビーム露光装置。 ２、前記ブランキング電極駆動手段は、前記各アパーチ
   ャのブランキング電極をオンさせる際には、当該各アパ
   ーチャを通過する荷電粒子ビームの強度（Ｉｉ）と当該
   各アパーチャのブランキング電極のオン時間（τｉ）と
   の積が一定となるように該各ブランキング電極をオン、
   オフ駆動させる請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装
   置。 ３、さらに、 前記ブランキングアパーチャアレイのアパーチャの配列
   方向と平行に前記ステージを移動させるステージ移動手
   段（２０、２１）と、 前記ブランキングアパーチャアレイのアパーチャを通過
   した荷電粒子ビームを前記ステージの移動方向と直角方
   向に偏向走査する偏向手段（４６、５６）と、 を具備する請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。 ４、さらに、 前記ステージの位置を検出するステージ位置検出手段（
   ６８）と、 該検出されたステージの位置と目標位置とのステージ誤
   差を演算するステージ誤差演算手段（６５２）と、 該ステージ誤差が小さくなるように前記ブランキングア
   パーチャアレイを通過した荷電粒子ビームを前記ステー
   ジの移動方向に偏向させる偏向手段（６７）と、 を具備する請求項３に記載の荷電粒子ビーム露光装置。 ５、前記荷電粒子ビーム発生手段が発生する荷電粒子ビ
   ームがクロスオーバ像のクリティカル照射の場合に、該
   クロスオーバ像をライン状につぶす手段（３５）を具備
   した請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。 ６、前記ライン状につぶす手段は４極ビームつぶしレン
   ズである請求項５に記載の荷電粒子ビーム露光装置。