JPH01278725A - 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】 〔斗既　　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角ル一ル程度以下の超微細化パターンの
描画に対して安定、高速、高精度のしかも露光量の調整
が容易な荷電粒子ビーム露光装置を提供することを目的
とし、 ステージ上の物体に荷電粒子を照射するための荷電粒子
ビーノ・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、ブラン
キング電極駆動手段から各アパーチャのブランキング電
極へのオン信号のデユーティ比を近接露光量に応じて制
御するデユーティ比制御手段と、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ブランキングアパ
ーチャアレイのアパーチャの配列レボ向と垂直方向に一
定速度で偏向させる偏向手段と、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、可変矩形ビームが多く、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１１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ット
たとえばウェハに照射さイ、る。これらを制御する制御
部は、ＣＰＩＩ　１０、データ４格納する磁気ディスク
１１、磁気テープ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／ＡＭＰ）　１７．１ｇ、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１２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ザ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、ザブフィ
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−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）の出力変更の回数が増大し、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０．２〜０．３廊の微
細パターンの量産には適さない。

さらに、 ３）０．２〜Ｏ，：３−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）０．１〜０．２μｍ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。

このため、本願出願人は、既に、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
れたブランキングアパーチャアレイを設け、各アパーチ
ャを通過する荷電粒子ビームをブランキング電極を独立
にオン、オフ駆動させるラインビームス式の荷電粒子ビ
ーム露光装置を提案している（参照：特願昭６３−７４
７９２号）。

しかしながら、上述のラインビーム露光方式で微細なパ
ターンを描画しようとした場合、近接効果（ＰＲ（ＩＸ
Ｉ！、４１ＴＹ　ＥＦＦＥＣＴ）　＜７）影Ｖの問題が
発生する。

ここで近接効果とは、露光パターンの近傍に他のパター
ンが露光されると互いに影響し合い、実効的なレジスト
感度が上昇し、パターン寸法が大きくなる現象のことで
ある。この影響は、一般的に、各露光ショットごとに適
当な露光量を選択するか、露光ショットのサイズに補正
をかける等により除去できる。たとえば、 ■、　各矩形露光ショット　（パターン）毎にネガレジ
ストでは指定の残膜率になる露光量を、ポジレジストで
は断面形状が垂直になるように露光量を決定する（露光
量補正）。

２、電子がレジスト中を移動中に原子との相互作用によ
り散乱され、軌道が横方向へ広がり、さらに質量の大き
な基板中を移動するとさらに広がり、基板から反射して
くる電子も出てくることによりパターン寸法が広がる。

これを防ぐために設計寸法よりも小さく露光する（自己
パターン寸法シフト）。

３．２つ以上の露光ショットが近接しであると、他方か
らの反射電子による感光が重なり、この結果、寸法が大
きく露光されたり、２つのパターン間での解像不良にな
る。これを防ぐために設計寸法よりも小さく露光するく
近接パターンの影響により寸法シフト）。

４、矩形分解された複数の接触しているショットのつな
ぎ目では、温度上昇が少ないことによる露光不足が起こ
る。それを防ぐために二重露光（寸法延長）をする。

なお、露光ショットが比較的大きい場合、寸法シフトの
みで補正を行なうこともできるが、微細になってくると
、寸法シフトだけでは補正しきれなくなってくる。

ところで、従来の可変矩形ビーム方式では、ビームが試
料上に静止するため、この静止時間を変化させれば露光
量は容易に調整でき、スリットデフレクタによりビーム
の寸法を調整し、試料が感光する領域を調整することが
可能である。しかし、上述のラインビーム露光方式では
マスク走査方式でビームが静止しないために上述の一般
的な方法では露光量は調整できない。

従って、本発明の目的は、０．２〜０．３趨ル一ル程度
以下の超微細化パターンの描画に対して、安定、高速、
高精度のしかも露光量の調整が容易な荷電粒子ビーム露
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照射するため
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
にブランキング電極駆動手段によってオン、オフ駆動さ
れる。さらに、デユーティ比制御手段はブランキング電
極駆動手段から前記各アパーチャのブランキング電極へ
のオン信号のデユーティ比を近接露光量に応じて制御し
、偏向手段は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垂直方向に一定速度で偏向させるも
のである。

〔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。

さらに、露光ショットの大きさに応じてブランキング信
号のオン信号のデユーティ比が制御され、露光量が調整
される。たとえば、露光面積が大きいショッ）Ａの場合
には、オン信号のオンデユーテイ比は小さくされ、露光
面積の小さいショットＢの場合には、オン信号のオンデ
ユーテイ比は大きくされる（図示例では、１００％）。

従って、露光量の調整は偏向手段の偏向速度を変えるこ
となく行われる。

〔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か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３０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３９゜〜３９２５５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がオフとされたときには、
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通過したオンビーム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４
１ｂ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４３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制御部のブロック
回路図であって、第１１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
１１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／＾ＭＰ）　１７　、１８．１９の
代りに、ビットマツプ発生回路６１、ブランキング発生
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１１ｒｆ’５、）’　５４　ハ
（ＤＡＣ／ＡＭＰ）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ピツト）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、プランキ
ノグアパーチャアレイ３９の各アパーチャ３９．〜３９
＝ｓ−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１＋　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．・・
・、τ２Ｓｔが回路６２、　　、６２．　、・・・’　
６２２５５　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６４ｉｉ、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のトリガイ信号
でブランキング発生回路６２の各回路６２゜、６２．、
・・・、６２□５．を起動させると共に、各回路６２．
　、６２．　、・・・　６２２５５のオン信号のオンデ
ユーテイ比をデユーティ比信号で制御する。

偏向制御回路６５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０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
標位置（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バックさ
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８Ａ図、第８Ｂ図、第９図、第１０図を参照し
て説明する。

すなわち、ビームより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
）３９０〜３９２５５におけるビーム強度１ｏ　、Ｉ＋
　　・・・・’ｔａｓｓは、第７図（Δ）に示すごと＜
、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Ｔｏ　、τ１−・・・＋７２５５　ヲ第７
図（Δ）のビーム強度１．　、１．　　、・・・、１２
５５と反比例して定める。つまり、 τｔｘｒｔ”一定 となるようにする。この結果、ラインビームの各ビ′−
ムのドーズ量Ｎは第７図（Ｃ）に示すごとく一定となる
。

また、第８Ａ図に示すショットに対して偏向速度を一定
にしてオンデユーテイ比１００％のブランキング電圧を
与えると、最大露光量が得られ、他方、第８Ｂ図に示す
ように同一ショットに対して同一偏向速度でブランキン
グ電圧のオンデユーテイ比を小さくすると、より小さい
露光量が得られる。本発明においては、このようなブラ
ンキング電圧のオンデユーテイ比をラインビームの各要
素毎にショット面積の大きさに応じて変化させる。

たとえば、ショット面積が大きければオンデユーテイ比
を小さくし、ショット面積が小さければオンデユーテイ
比を大きくすることにより、近接効果の影響を除去する
ものである。たとえば、第９図に示すように、面積の大
きいショッ）Ａに対してオンデユーテイ比６０％とし、
面積の小さいショットＢに対してオンデユーテイ比１０
０％とする。

なお、デユーティ比を生成する繰返し周期は小さい程高
精度の露光量の調整が可能である。

ラインビームの各要素に対するオンデユーテイ比は予め
演算されてデータメモリ１４に格納されており、これに
もとづきビットマツプ発生回路６１がシーケンスコント
ローラ６３にオンデユーテイ比情報を送出し、この結果
、ブランキング制御回路６４が各回路６２．．６２．　
、・・・、６２□５．にデユーティ比信号を送出するこ
とになる。ブランキング発生回路６２の各回路６２ｓは
第１０図に示すごとく構成される。

第１０図において、６２１はビームオンパルス長τ１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
６２３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３
９１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τ１をダウ
ンカウンタ６２２　にセットする。ダウンカウンタ６２
２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
３Ｌ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τ１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６２．は予め定められたτ１に応じた時間の駆
動パルスτ１を発生するが、この駆動パルスτ１　自身
はさらにドライバ６２５がブランキング制御回路６４の
デユーティ比信号によってオン、オフ制御される。なお
、レジスタ６２１０値τ１は予め設定することもでき、
また、必要に応じてＣＰＵ　１０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−口のビームを２５６
本並べて、２０ＯＡ／ｃｕｔの電流密度、５μｃ／ｃ［
［ｌの感度のレジストに各点で２５０Ｓのショツト時間
で照射し、（４０ＭＨｚ）　２　ｍｍ幅のスキャンエリ
アを５０ｍｍ／ｓで連続移動し、１ｃｆｆｌ／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０．２Ｊｎａル一ル程度の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
と共に、露光量の調整も容易となって近接効果の影響を
除去できる。

【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８Ａ図、第８Ｂ図は露光量調整を説明する
図、第９図はショットに応じた露光量調整を説明する図
、 第１０図は第５図のブランキング発生回路の回路図 第１１図は従来の可変矩形電子ビーム露光装置を示す図
、 第１２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。

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、 該ブランキング電極駆動手段から前記各アパーチャのブ
   ランキング電極へのオン信号のデューティ比を近接露光
   量に応じて制御するデューティ比制御手段（６４）と、 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
   ビームを該ブランキングアパーチャアレイのアパーチャ
   の配列方向と垂直方向に一定速度で偏向させる偏向手段
   （６５、６６、４６）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
   ーチャを通過する電荷粒子ビームの強度（Ｉ＿１）と当
   該各アパーチャのブランキング電極のオン時間（τ＿１
   ）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）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、４９）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。