JPH02122518A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔目次〕 産業上の利用分野 従来の技術　　　　　　（第７図） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 本発明の一実施例　　（第１図〜第５図）本発明の他の
実施例　（第６図） 発明の効果 〔概要〕 電子ビーム露光方法を用いた半導体装置の製造方法に関
し、 多くのパターンをマスクに形成することができ、パター
ンのボケの発生を生じ難くすることができ、パターンの
縮小をなくして安定にパターン形成を行うことができる
電子ビーム露光方法を用いた半導体装置の製造方法を提
供することを目的とし、電子ビームが通過する位置に、
電子ビームを整形または露光する層内にいくつかの設計
パターンの集まりからなるパターン群を有する透過孔か
らなるマスクを備え、前記電子ビームを前記パターン群
に選択的に照射して露光を行う電子ビーム露光方法を用
いた半導体装置の製造方法において、パターンを選択し
て偏向するパターン選択偏向手段は静電偏向手段と少な
くとも１つ以上の電磁偏向手段との２種の偏向手段から
なり、透過孔露光パターンを選択して露光を行う際は前
記電磁偏向手段で行い、可変成形矩形露光を行う際は静
電偏向手段で行うように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビーム（荷電粒子ビームともいう）によ
るパターン転写する電子ビーム露光方法を有する半導体
装置の製造方法に係り、詳しくは特に電子ビームを用い
所望するパターンを安定して形成することができる電子
ビーム露光方法を有する半導体装置の製造方法に関する
ものである。

近年、集積回路の高集積化に伴い、長年微細なパターン
を形成する主流であったフォトリソグラフィー技術に代
わり、特に電子ビームによる電子ビーム露光方法を有す
る半導体装置の製造方法やＸ線を用いる新しいＸ線露光
方法を有する半導体装置の製造方法が検討され、実際に
実用化されるようになってきた。

電子ビーム露光方法を有する半導体装置の製造方法では
、具体的には電子ビームを用いて非常に微細なパターン
形成を行うことができ、特にミクロン程度またはそれ以
下の微細なパターンを形成することができるという大き
な特徴がある。そして、電子ビーム露光方法を有する半
導体装置の製造方法はガウス形ビーム方式と成形ビーム
方式とに大別されており、更には、試料を連続的に移動
させながら描画を行うステージ連続移動方式と、１描画
領域毎に試料を所定量だけ移動させ描画を行うステップ
アンドリピート方式とに別けられる。

しかしながら、電子ビーム露光方法を有する半導体装置
の製造方法は、いわゆる“−筆書き”という露光方法で
あるためその処理能力には限界がある。

具体的には描画するセルパターン部は小さな矩形パター
ンにしなければ露光することができないという問題があ
る。露光したいパターンが微細なパターンになっていけ
ばいく程露光する最小パターン寸法（分解能に該当する
）を小さくしなければならない。例えば１μｍパターン
ルールの際は、最小の矩形で１μｍピッチで描いてい（
のである。

そして、０．５μｍパターンルールの際は、０．５μｍ
ピッチで描いていかなければならない。したがって、例
えば１０μｍ角のパターンを１μｍピッチで描こうとす
る場合１０　Ｘ　１０で計１００回ショットする必要が
あり、ショットする箇所が飛躍的に増大してしまうとい
う問題が生じる。

〔従来の技術〕

上記ショットする箇所が飛躍的に増大するという問題を
解決する従来の電子ビーム露光方法を有する半導体装置
の製造方法について、以下、具体的に図面を用いて説明
する。

第７図は従来の電子ビーム露光方法を有する半導体装置
の製造方法を説明する図である。

この図において、５１は電子銃、５２は第１矩形成形用
のアパーチャ、５３は集束レンズ、５４はマスクパター
ン選択用のデフレクタともいわれる静電偏向器で、電子
ビームを振り込む機能を有し通常可変成形矩形露光を行
う場合は少なくとも１つは必要である。５５はステンシ
ルマスクともいわれるマスク、５６は設計パターン、５
７はウェハである。

なお、設計パターン５６は予めマスク５５に形成されて
おり、例えば長方形、正方形及び三角形等の可変成形矩
形露光で形成することができるパターンである。マスク
５５には電子ビームが通過する透過孔が形成されており
、この透過孔は設計パターン５６の集まりからなるパタ
ーン群を有している。

静電偏向器５４とマスク５５との間には集束レンズ（図
示せず。）が設置されている。

この従来方法は、第７図に示すように、電子ビームが通
過する位置に、電子ビームを整形、または露光する層内
にいくつかの設計パターン５６の集まりからなるパター
ン群を有する透過孔からなるマスク５５を備え、電子ビ
ームをパターン群に選択的に照射して露光を行うという
ものである。マスク５５上のパターン群は静電偏向器５
４を用いて焦点位置に振り込むことによって選択される
のであり、ウェハ５７上にパターンが転写できるのは、
透過孔から抜けてきた電子ビームがウェハ５７上に適宜
投影されることによってできるのである。

この方法については文献、公報等で報告されており、そ
の代表的なものとしては、例えば、各パターンをブロッ
ク状に並べたマスクを用いて露光を行う電子ビーム露光
方法を有する半導体装置の製造方法が特願昭５２−１１
９１８５号公報に提案されているものがある。また、メ
モリセル等の形成に必要な繰り返しパターンを汎用矩形
パターン用の四辺形量口を成形絞り板上に有する露光を
行う電子ビーム露光方法を有する半導体装置の製造方法
が特開昭６２−２６０３２２号公報に提案されているも
のがある。

このような露光方式の電子ビーム露光方法を有する半導
体装置の製造方法においては例えば、各設計パターン５
６が同じ構成の基本パターンの繰り返しである露光の場
合やその基本パターンの繰り返し部分が露光面積の大部
分を占めるメモリー品種の露光の場合には効果がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の電子ビーム露光方法を
有する半導体装置の製造方法にあっては、効率良く露光
を行うためには透過孔を有するマスク５５上に複数個の
設計パターンの集まりからなるパターン群を有している
ことが必要であり、そして、露光を行う際は各々の設計
パターン５６にビームを偏向・選択するのであるが、同
時に例えば■１０Ｔ、等の規則性のないパターン形成を
行う可変成形矩形露光のための偏向も行わなければなら
ないため、また偏向時間を短くするためにマスク５５上
のパターン群を選択するためのパターン選択偏向手段と
して静電偏向器５４を使用していた。ところが、この静
電偏向器５４を使用すると偏向時間が短くて済むという
利点があるが、大きな範囲を一度に偏向することができ
ないため、多くのパターンをマスク５５に形成すること
ができないという問題点があった。

また、途中に集束レンズが入り集束させるため、集束レ
ンズの近軸ではないところ（集束レンズの周辺部）を使
用することになり球面収差が発生して、ウェハ５７上へ
のパターンがボケでしまうという問題点があった。

更に大きく偏向してしまうと透過した後に集束する点に
おけるパターン部分の見込み角が小さくなり、パターン
が縮小してしまうという問題点も発生していた。

そこで本発明は、多くのパターンをマスクに形成するこ
とができ、パターンのボケの発生を生じ難くすることが
でき、パターンの縮小をなくして安定にパターン形成を
行うことができる電子ビーム露光方法を用いた半導体装
置の製造方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による電子ビーム露光方法を有する半導体装置の
製造方法は上記目的達成のため、電子ビームが通過する
位置に、電子ビームを整形または露光する層内にいくつ
かの設計パターンの集まりからなるパターン群を有する
透過孔からなるマスクを備え、前記電子ビームを前記パ
ターン群に選択的に照射して露光を行う電子ビーム露光
方法を存する半導体装置の製造方法において、パターン
を選択して偏向するパターン選択偏向手段は静電偏向手
段と少なくとも１つ以上の電磁偏向手段との２種の偏向
手段からなり、透過孔露光パターンを選択して露光を行
う際は前記電磁偏向手段で行い、可変成形矩形露光を行
う際は静電偏向手段で行うものである。

〔作用〕

本発明は、パターンを選択して偏向するパターン選択偏
向手段が静電偏向手段と少なくとも１つ以上の電磁偏向
手段との２種の偏向手段から構成され、透過孔露光パタ
ーンを選択して露光を行う際は電磁偏向手段で行われ、
可変成形矩形露光を行う際は静電偏向手段で行われるよ
うに構成される。

したがって、マスクに多くのパターンを形成することが
できるようになり、パターンを適宜偏向しながら選択し
て露光することができるようになり、高速でかつ安定に
露光を行うことができるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図〜第５図は本発明に係る電子ビーム露光方法を有
する半導体装置の製造方法の一実施例を説明する図であ
り、第１図は一実施例の露光装置の概略を示す図、第２
図は一実施例のパターン選択偏向手段の概略を示す図、
第３図は一実施例の露光する半導体装置のパターンの一
例を示す図、第４図は一実施例の電子ビーム偏向可能領
域を示す図、第５図は一実施例のパターン群と可変成形
矩形用透過孔を示す図である。なお、第３図（ａ）はセ
ルパターン部と周辺パターン部を示す図、第３図（ｂ）
はマスクの外形を示す図、第３図（ｃ）はマスクの断面
図である。

これらの図において、１はＣＰＵ、２は磁気ドラム、３
は磁気テープ、４はインターフェイス、５はデータメモ
リ、６はパターン制御コントローラ、７ａ、７ｂ、７ｃ
、７ｄ、７ｅはＤＡＣ／ＡＭＰ、８はマスク位置制御回
路、９はブランキング制御回路、１０はシーケンスコン
トローラ、■１は偏向制御回路、１２はレーザ干渉計、
１３はステージ制御部、１４は電子銃で、電子ビームを
発生させる電子ビーム発生手段として機能するものであ
る。

１５はアパーチャで、電子ビームを整形する手段として
機能するものである。１６は第１のレンズ、１７は静電
偏向器で、本発明に係る静電偏向手段に該当する。１８
は電磁偏向器で、本発明に係る電磁偏向手段に該当する
。１９は第２のレンズで、電子ビームを振り戻す手段と
して機能するものである。

２０はマスク、２１はブランキング、２２は縮小レンズ
、２３はアパーチャ、２４は縮小レンズ、２５はメイン
デフレクタ、２６はサブデフレクタ、２７は対物レンズ
、２８はウェハ、２９はステージで、ウェハ２８を保持
し、ウェハ２８を適宜移動させる機能を有するものであ
る。３０はセルパターン部、３１は電子ビーム偏向可能
領域、３２はパターン形成可能領域、３３は非繰り返し
パターン用開孔部、３４はパターン、３５は電子ビーム
、３６は例えばＳｉからなる基板、３７は周辺パターン
部、３３ａ、３８ｂは焦点、３９は位置合せマーク、４
０は可変成形矩形用透過孔、４１はパターン群である。

なお、電磁偏向器１８はマスク２０上のパターンを適宜
選択する機能を有している。縮小レンズ２２及び縮小レ
ンズ２４は透過してきた電子ビームを縮小させる手段と
して機能するものである。メインデフレクタ２５及びサ
ブデフレクタ２６がウェハ２８上に電子を偏向する手段
として機能するものである。

次に、その動作原理について説明する。

露光装置は第１図に示すように、電子ビームを発生する
手段としての電子銃１４、発生した電子ビームを整形す
る手段としてのアパーチャ１５、マスク２０上のパター
ンを適宜選択する手段としての静電偏向器１７、振り戻
し手段としての第２のレンズ１９、透過してきた電子ビ
ームを縮小させる手段としての縮小レンズ２２．２４、
電子ビームをウェハ２８上に偏向する手段としてのメイ
ンデフレクタ２５及びサブデフレクタ２６、ウェハ２８
を保持しウェハ２８を適宜移動させるステージ２９、及
びこれらを制御するＣＰＵを含む制御系等から構成され
ている。

具体的には、ＣＰＵＩには可変成形矩形等のデー夕が入
力されており、インターフェイス４、データメモリ５を
介してパターン制御コントローラ６に各パターンデータ
が入力される。次いで、パターン制御コントローラ６に
基づいて静電偏向器１７及び電磁偏向器１８が制御され
、可変成形矩形の電子ビームのサイズ等が制御される。

次いで、パターン制御コントローラ６に基づいてマスク
２０の選択場所も制御される。次いで、パターン制御コ
ントローラ６、及びシーケンスコントローラ１０に基づ
いてブランキング制御回路９によりパターンを投影する
かしないかが決定され、メインデフレクタ２５により露
光する大きな範囲が決定され、サブデフレクタ２６によ
りショットする位置が決定される。ショットする位置は
ステージ２９の位置を測定するレーザ干渉計１２で測定
され、この測定データが偏向制御回路１１に入力され、
再度メインデフレクタ２５及びサブデフレクタ２６で調
整される。ところで、露光しようとしている半導体装置
の露光するパターンは例えば第３図に示すようなもので
あり、これは高密度に集積されたグイナミツクーランダ
ムアクセスメモリ　（ＤＲＡＭ）の例を示したものであ
る。なお、電子ビーム偏向可能領域３１としては第４図
に示すような各パターン３４をプロ・ツク状に並べたも
のであってもよい。このような第３図に示す半導体装置
は大きく分けて、実際に記憶するセルパターン部３０と
周辺パターン部３７とから形成されている。このような
パターン３４を効率よく露光するためには、マスク２０
には例えば第５図に示すような複数個のパターン群４１
を有する必要があり、パターン群４１の数が多い程効率
が良いといえるので、この場合最低でも偏向する範囲は
約±２．５ｎ＋ｍ程度は必要である。第１図及び第２図
には本発明に係るパターン偏向手段を示しており、パタ
ーンを選択して偏向するパターン選択偏向手段は静電偏
向器１７と電磁偏向器１８とからなる。そして、マスク
２０上のパターンは電磁偏向器１８で選択し、パターン
群４１以外の露光については可変成形矩形ビームを用い
て露光を行う。この場合はマスク２０の四辺形に開口さ
れた部分に対して、その上部アパーチャ１５で成形され
た電子像を投影することで行うが、四辺形開口部分を選
択するのは電磁偏向器１８で行い、可変成形矩形パター
ンの作成は静電偏向器１７を用いて行う。したがって、
パターンを選択して露光を行う際は、静電偏向器１７で
行い、静電偏向器１７で適宜電子ビームを振ってやるこ
とによって透過孔４０を開けることができるのである。

電磁偏向器１８は透過孔４０のパターンを選択するのに
使えばよく、可変成形矩形露光で使う必要はないのであ
る。可変成形矩形露光をしたい場合は静電偏向器１７を
用いて偏向してやればよいのである。静電偏向器１７を
用いて行う場合（電圧を印加するだけで行なえるため）
は電磁偏向器１８を用いて行う場合よりも速く行うこと
ができる。

可変成形矩形はショット、ショット間で静電偏向を行う
ので速く動作させたいのである。

すなわち、上記実施例では、第１図及び第２図に示すよ
うに、パターンを選択して偏向するパターン選択偏向手
段を静電偏向手段としての静電偏向器１７と電磁偏向手
段としての電磁偏向器１８との２種の偏向手段から構成
し、パターンを選択して露光を行う際は電磁偏向手段と
しての電磁偏向器１８で行い、可変成形矩形露光を行う
際は静電偏向手段としての静電偏向器１７で行うように
したので、多くのパターンをマスクに形成することがで
き、パターンのボケの発生を生じ難くすることができ、
パターンの縮小をなくして安定にパターン形成すること
ができ、マスクを従来のもののように頻繁に交換するこ
となく露光を行なうことができるのでスループットが向
上する。そして具体的には高速に半導体装置の製造を行
うことができ、例えばＩＣを量産体制で製作するのに必
要なパターンを適宜形成することができ、−括露光を行
うことが実現できる。

なお、上記実施例では、第１図及び第２図に示すように
、電磁偏向手段を１つの電磁偏向器１Ｂで構成する場合
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、電磁偏向手段を少なくとも１つ以上の電磁偏向
器１８で構成すればよく、露光装置の構成に適宜合わせ
て２つあるいは４つの電磁偏向器１８で構成する場合で
あってもよい。

具体的には、例えば第６図に示すように、静電偏向器１
７の下に２段の電磁偏向器１８ａ、１８ｂ、及びマスク
２０の下に２段の電磁偏向器１８ｃ、１８ｄで構成する
場合であってもよく、この場合、２段の電磁偏向器１８
Ｃ１１８ｄでパターン化された振られた電子ビームを振
り戻すことができ、マスク２０に対してほぼ垂直に電子
ビームを入射させることができる。したがって、偏向電
極即ち２段の電磁偏向器１８ａ、１８ｂと２段の電磁偏
向器１８Ｃ１１８ｄに挟まれた範囲に集束レンズを置く
必要がなくなり、集束レンズによる球面収差やパターン
配置によるパターン縮小はなくなるのである。また、電
子ビームがマスク２０に対してθなる角度をもって斜め
に照射された場合、透過孔により形成される電子ビーム
像は、垂直に照射された場合と比較して約ｃｏｓθだけ
縮小してしまい、Ｘ方向に対して垂直でもＸ方向に対し
て角度を持っている場合、Ｘ方向だけの分に対して縮小
がかかるので補正が困難になってしまうが、第６図のよ
うに電子ビームをマスクに対して垂直に照射すれば前記
のような問題を生じることはない。

さらに、第６図で用いるマスク２０の上に配置された電
磁偏向器１８ａ、１８ｂとマスク２０の下に配置された
電磁偏向器１３ｃ、１８ｄは、マスク面を中心として面
対称に配置すると偏向器で制御するのが非常に容易にな
る。すなわちマスク２０上のパターン位置選択は、電磁
偏向器１８ａで一義的に決定される。そして、電磁偏向
器１８ｂはマスク２０上に垂直にビームを照射させる役
割を果たしており、通過したビームは電磁偏向器１８ｃ
でコラム（鏡筒）の中心軸に振り込み電磁偏向器１８ｄ
で中心軸と一致させている。ここで、電磁偏向器１８ａ
、電磁偏向器１８ｂ間と、電磁偏向器１８ｃと電磁偏向
器１８ｄ間が等しければ、電磁偏向器１８ａと電磁偏向
器１８ｄ、及び電磁偏向器１８ｂと電磁偏向器１８Ｃの
偏向器に流す強度がほぼ等しい量となる。したがって、
パターン選択の為に電磁偏向器１８ａに流す電流量が決
まれば、後の電磁偏向器の流す量が自動的に決定されて
しまうのである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多くのパターンをマスクに形成するこ
とができ、パターンのボケの発生を生じ難くすることが
でき、パターンの縮小をなくして安定にパターン形成を
行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は第１の発明に係る電子ビーム露光方法
を有する半導体装置の製造方法の一実施例を説明する図
であり、 第１図は一実施例の露光装置の概略を示す図、第２図は
一実施例のパターン選択偏向手段の概略を示す図、 第３図は一実施例の露光する半導体装置の一例を示す図
、 第４図は一実施例の電子ビーム偏向可能領域を示す図、 第５図は一実施例のパターン群と可変成形矩形用透過孔
を示す図、 第６図は他の実施例を説明する図、 第７図は従来例の構成を示す装置の概略を示す図である
。 １７・・・・・・静電偏向器、 １８・・・・・・電磁偏向器、 ２０・・・・・・マスク。 一実施例のパターン選択偏向手段の概略を示す図ル　２ 図 一実施例の電子ビーム偏向可能領域を示す図第 図 一実施例のパターン群と可変成形矩形用透過孔を示す図
第 図 他の実施例を説明する図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビームが通過する位置に、電子ビームを整形
   または露光する層内にいくつかの設計パターンの集まり
   からなるパターン群を有する透過孔からなるマスクを備
   え、前記電子ビームを前記パターン群に選択的に照射し
   て露光を行う電子ビーム露光方法を用いた半導体装置の
   製造方法において、 パターンを選択して偏向するパターン選択偏向手段は静
   電偏向手段と少なくとも１つ以上の電磁偏向手段との２
   種の偏向手段からなり、透過孔露光パターンを選択して
   露光を行う際は前記電磁偏向手段で行い、可変成形矩形
   露光を行う際は前記静電偏向手段で行うことを特徴とす
   る電子ビーム露光方法を用いた半導体装置の製造方法。
2. （２）電磁偏向手段はマスクを挟んで透過孔露光パター
   ンを選択する第１の電磁偏向手段とコラム中心軸上に偏
   向させる第２の電磁偏向手段とからなり、第１の電磁偏
   向手段と第２の電磁偏向手段との間には集束レンズが介
   在していないことを特徴とする請求項１記載の電子ビー
   ム露光方法を用いた半導体装置の製造方法。