JPH02134810A

JPH02134810A - 電子線描画装置

Info

Publication number: JPH02134810A
Application number: JP28766588A
Authority: JP
Inventors: Hajime Hayakawa; 早川　肇; Kazumitsu Nakamura; 一光中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1988-11-16
Publication date: 1990-05-23

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、電子線描画技術に関し、特に、半導体集積回
路装置の製造プロセスにふける回路パターンの転写技術
などに適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体集積回路装置の製造プロセスにおいて
、半導体基板に目的の回路パターンを転写する露光工程
では、回路パターンの一層の微細化に伴い、従来のよう
な原版を透過した光による露光技術の代わりに、株式会
社工業調査会、昭和６１年１１月１８日発行、「電子材
料Ｊ　１９８６年１１月号別冊、Ｐ１１０〜Ｐ１１４、
などの文献に記載されているように、より高精度な電子
線による直接的なパターンの描画によって半導体基板に
塗布されているレジストを感光させる、いわゆる電子線
露光技術が用いられるに至っている。

ところで、このような電子線露光技術においては、電子
光学系の光軸を中心とする偏向可能領域を複数のサブフ
ィールドに分割し、個々のサブフィールドの基準位置に
電子線を位置決めする主偏向と、当該サブフィールド内
における電子線の到達位置を制御する副偏向とを重畳さ
せることにより、描画速度および描画精度の向上を図る
ことが知られている。

その場合、偏向可能領域の中央部から離れた位置にある
サブフィールドはど電子線の焦点位置が浅くなる、いわ
ゆる像面湾曲を生じるため、これを補正すべく、個々の
サブフィールド毎に焦点位置を調整する動的焦点合わせ
が行われる。この時、個々のサブフィールドにおける焦
点位置の安定には、当該サブフィールドに対する主偏向
の設定毎に、焦点位置を制御する電子レンズが安定する
のを待つ整定時間が必要となり、通常この整定時間の値
は、像面湾曲が最も大きくなり、したがって動的焦点合
わせのための電子レンズの負荷変動およびその整定時間
が最大になる、偏向可能領域の周辺部のサブフィールド
の値を基準にして設定することが一般的である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記の従来のように、偏向可能領域の周辺部
のサブフィールドにおける最も大きな整定時間を基準に
して、各サブフィールドにおける整定時間を一律に設定
したのでは、偏向可能領域の中央部に位置する像面湾曲
の影響の比較的小さいサブフィールドにおいては必要以
上に大きな整定時間が設定されることとなり、偏向可能
領域全体、さらには半導体基板全体における描画時間を
長くする一因となっていることを本発明者は見出した。

そこで、本発明の目的は、描画精度を損なうことなく、
描画作業の所要時間を短縮することが可能な電子線描画
技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、単位時間当たりに描画処理される
被描画物の数量を増大させることが可能な電子線描画技
術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明になる電子線描画装置は、被描画物上
における電子線の偏向可能領域を複数の小領域に分割し
・、この小領域の各々における基準位置に対する電子線
の位置決めを行う主偏向と、基準位置に対する電子線の
焦点合わせ操作と、主偏向に重畳させて各々の小領域内
における電子線の到達位置を制御する副偏向とを組み合
わせて当該小領域内に対する電子線による所定の図形の
描画を行う電子線描画装置であって、複数の小領域の各
々に対する主偏向による基準位置の移動毎に整定時間を
設定する制御手段を備え、小領域の各々における整定時
間を可変にしたものである。

〔作用〕

上記した本発明の電子線描画装置によれば、たとえば、
偏向可能領域の周辺部に位置し、像面湾曲を補正するた
めの焦点位置の変化が大きな小領域ではそれに応じて整
定時間を長く設定し、偏向可能領域の中央部に位ｌし、
像面湾曲を補正するための焦点位置の変化が小さな小領
域では整定時間を短くすることで、像面湾曲の補正など
による描画精度を確保しつつ全体の整定時間の総和を最
小にすることが可能となる。

これにより、描画精度を損なうことなく、描画作業の所
要時間を短縮することができる。

また、単位時間当たりに描画処理される被描画物の数量
を増大させることができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である電子線描画装置の要
部の構成の一例を示すブロック図であり、第２図はその
電子光学系の一部を取り出して示す説明図、さらに第３
図はその一部を拡大して示す斜視図であり、第４図は、
電子線のゆらぎの減衰状態の一例を示す線図である。

水平面内において移動自在なＸ−Ｙテーブルなどからな
る試料台１の上には、たとえば、表面に感電子線レジス
トが被着された半導体ウニ／’％などからなる被描画物
２が載置されている。

試料台１の上方には、電子線源３が設けられており、試
料台１に載置された被描画物２に向けて電子線４が照射
されるように構成されている。

電子線源３と試料台１との間には、成形器５および、副
偏向器６．主偏向器７．対物レンズ８などからなる電子
光学系が設けられている。

前記成形器５は、第２図に示されるように、第１アパー
チャ５ａ、成形偏向器５ｂ、成形レンズ５ｃ、第２アパ
ーチヤ５ｄなどで構成されており、第１アパーチヤ５ａ
における電子線４の通過部の形状と、第２アパーチヤ５
ｄにおける電子線４の通過部の形状との光軸方向からみ
た重なりを成形偏向器５ｂおよび成形レンズ５Ｃによっ
て制御することにより、成形器５を通過する電子線４の
光電子面が所望の形状の成形されるものである。

そして、電子線源３から放射される電子線４は、成形器
５を通過することによって光電子面が所望の形状に成形
された後、被描画物２が電子光学系に対して静止した状
態での当該被描画物２における電子線４の偏向可能な矩
形の範囲、すなわち主偏向フィールドＦ（偏向可能領域
）を分割して構成される複数の副偏向フィールドＦ、　
、　　Ｆ、・・・Ｆｏの各々における基準位置Ｓ１．　
　Ｓ２・・・Ｓ９　に対する主偏向器７による電子線４
の位置決めと、対物レンズ８による焦点合わせが行われ
、さらに副偏向器６による副偏向フィールドＦ　ｌ　＋
　　Ｆ　２　・・・Ｆゎの各々の内部における位置決め
とがなされることにより、主偏向フィールドＦの全域に
おける電子線４による所定のパターンの描画動作が行わ
れるものである。

一方、成形器５は、成形器制御部９および成形信号発生
部１０を介して演算部１１に接続され、副偏向器６およ
び主偏向器７は、副偏向制御部１２および主偏向制御部
１３を介して、副偏向信号発生部１４および主偏向信号
発生部１５にそれぞれ接続されている。

また、副偏向信号発生部１４および主偏向信号発生部１
５は前記演算部１１に接続されている。

対物レンズ８は、対物レンズ制御部１６を介して前記主
偏向信号発生部１５に接続されている。

演算部１１は、高速なアクセスが可能な半導体メモリな
どからなるバッファメモリ１７を介して制御計算機１８
に接続されている。

この制御計算機１８には、たとえば大記憶容量のハード
ディスク装置などからなり、被描画物２に対して描画す
べき大量の図形情報を格納する描画データ格納部１９お
よび前記試料台１を制御する試料台制御部２０が接続さ
れている。

そして、制御計算機１８は、被描画物２における所望の
描画領域を選択して電子光学系の光軸の直下に位置決め
する操作と、当該描画領域に描画すべき所定の図形情報
を選択してバッファメモリ１７へ転送する操作などを行
うものである。

また、演算部１１においては、バッファメモリ１７に格
納されている図形情報に基づいて、電子線４の光電子面
の形状や、偏向位置などに関する制御信号が算出され、
さらにこれらの制御信号は成形信号発生部１０．副偏向
信号発生部１４および主偏向信号発生部１５などに与え
られ、成形器制御部９を介しての成形器５の制御、副偏
向制御部１２を介しての副偏向器６の制御、主偏向制御
部１３を介しての主偏向器７の制御、対物レンズ制御部
１６を介しての対物レンズ８の制御が行われるものであ
る。

この場合、演算部１１には、主偏向器７による複数の副
偏向フィールドＦ、　、　　Ｆ２　・・・Ｆ、、の各々
の基準位置Ｓ、　、　　Ｓ２　・・・Ｓｎ　への電子線
４の主偏向操作の実行時刻から、副偏向器６による副偏
向フィールドＦ３．Ｆ２　・・・Ｆ、の各々における描
画開始時刻までの待ち時間を、主偏向操作に伴う対物レ
ンズ８による被描画物２０表面への焦点合わせに必要な
対物レンズ８０強度の変化量に応じて、制御する整定時
間制御部２１　（制御手段）が接続されている。

そして、第３図に示されるように、複数の副偏向フィー
ルドＦ＋　、Ｆ２　・・・ＦＩ、の各々において対物レ
ンズ８の像面湾曲量の変化に伴う焦点位置の調整のため
の対物レンズ８の負荷の変動量に応じて、後述のように
、対物レンズ８などの光学系の制御動作が安定するまで
の待ち時間、すなわち整定時間を制御するものである。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、制御計算機１８は、試料台ｌを適宜移動させるこ
とにより、当該試料台１に載置された半導体ウェハなど
の被描画物２の所望の素子形成領域の中心部などを電子
線４を制御する電子光学系の光軸上に位置決めし、当該
素子形成領域の一部または全部を主偏向フィールドＦに
一致させるとともに、当該素子形成領域に描画すべき図
形に関する図形情報を描画データ格納部１９からバッフ
ァメモリ１７に転送する。

次に、演算部１１においては、バッファメモリ１７に格
納された図形情報に基づいて、主偏向フィールドＦを分
割して構成される複数の副偏向フィールドＦ、　、　　
Ｆ、・・・Ｆｌ、の各々における基準位置８１　＋　　
Ｓ２　・・・Ｓ、、に対応して主偏向器７に与えるべき
偏向位置信号や副偏向フィールドＦ、　、　　Ｆ・・・
Ｆ７　の各々の内部での描画動作を行うための電子線４
の光電子面の形状や副偏向器６に与えられる副偏向信号
などが算出される。

いま、描画動作の一例として、第３図に示されるように
、副偏向フィールドＦ、　から副偏向フィールドＦ２　
へと順次描画動作を実施していく場合を例にとると、ま
ず主偏向器７によって、目的の副偏向フィールドＦ、の
基準位置ＳＩ　　に電子線４が位置決めされると同時に
、対物レンズ８によって電子線４の基準位ｆｉｔ　Ｓ　
１　　に対する焦点合わせが行われる。

そして、主偏向器７による目的の副偏向フィールドＦ、
　の基準位置Ｓ１　に対する位置決め動作と、それにと
もなう対物レンズ８による被描画物２の表面への焦点合
わせ動作から所定の時間（整定時間）が経過し、該副偏
向フィールドＦ、　　に対する位置決めに伴う対物レン
ズ８による焦点合わせに起因して生じた電子線４の制御
精度のゆらぎが所定の量以下に減衰した後、成形器５に
よる光電子面の形状の制御と副偏向器６による当該基準
位置Ｓ１　を中心とする副偏向操作が開始され、副偏向
フィールドＦ１　　には、電子線４によって所定の図形
が描画され、半導体ウェハなどの被描画物２の表面に予
め塗布されている感電子線レジストが所定の図形に露光
される。

ここで、対物レンズ８による焦点合わせにおいて、当該
対物レンズ８の強度を一定とした場合には、第２図に示
されるように電子線４の結像位置が主偏向フィールドＦ
の中心Ｆ。から離れるにつれて被描画物２から電子線源
３の側にずれる像面湾曲４ａを生じる。

このため、対物レンズ８による焦点合わせ操作において
は、主偏向器７による主偏向フィールドＦの内部におけ
る偏向位置に応じて、対物レンズ８の強度を変化させる
ことでこの像面湾曲４ａを補正する制御が行われている
。

すなわち、前記の構成の説明では特に詳述しなかったが
、通常、対物レンズ８は円筒コイルなどからなる複数の
レンズにより構成されており、目的の副偏向フィールド
Ｆｌ、の主偏向フィールドＦの中心Ｆｃ　を基準とする
位置を（Ｘ、　、　Ｙ、、）、感度係数を八とすると、
当該対物レンズ８の一部を構成する補正用レンズに次式％式％）にて示される電流Ｉを加えて焦点合わせを行うことで、
対物レンズ８０強度変化に伴い、当該対物レンズ８を構
成する複数のレンズ間の電磁気的な干渉などによる偏向
成分のゆらぎによって生じる電子線４の到達位置の誤差
が所定の許容範囲内に収まるように設計されている。

ところが、第２図に示される像面湾曲４ａの大きさは、
主偏向フィールドＦの中心ＦＣから遠ざかるほど大きく
なり、焦点位置の補正のための対物レンズ８の強度変化
量に対応した前記の電子線４のゆらぎが整定するために
必要な時間も長くなり、第４図に示されるようにゆらぎ
ａ、ｂ、ｃの程度に応じて整定時間Ｔ、、Ｔ２．Ｔ３　
は大きく変化する。

従って、主偏向フィールドＦ内の複数の副偏向フィール
ドＦ＋　、　　Ｆａ　・・・Ｆ、、の各々における前述
の焦点合わせ動作に起因する電子線４のゆらぎを所定の
許容量以下に整定させるための整定時間を、従来のよう
に一律に設定する場合には、その値は、主偏向フィール
ドＦの中心Ｆ。から最も離れた位置にある副偏向フィー
ルドの基準位置における対物レンズ８の強度変化の最も
大きいときの値を採用せざるを得ないが、主偏向フィー
ルドＦの中心Ｆｃ　の近傍にある副偏向フィールドでは
この整定時間が無駄になり、主偏向フィールドＦの全体
の描画時間が必要以上に長くなる一因となっていた。

そこで、本実施例では、演算部１１に接続される整定時
間制御部２１は、たとえば、対物レンズ制御部１６から
与えられる当該副偏向フィールドＦイにおける対物レン
ズ８の強度情報を前回の副偏向フィールドＦ。−１の強
度情報と比較して得られる対物レンズ８の強度変化量と
、前回の副偏向フィールドＦｈ−１における整定時間と
に基づいてこれから描画しよとする副偏向フィールドＦ
ｌ、に対応した整定時間を算出する動作を行い、演算部
当該副偏向フィールド内にふける焦点合わせ操作から描
画操作の開始までの待ち時間（整定時間）を制御する。

このため、主偏向フィールドＦの中心Ｆｃ　からより離
れた位置にある副偏向フィールドＦ、　　　Ｆ２などの
ように、大きな像面湾曲４ａを補正すべく焦点位置を大
きく変化させるために対物レンズ８０強度変化量が大き
い副偏向フィールドに対する電子線４の整定時間は長く
設定され、主偏向フィールドＦの中心Ｆｃ　の近傍にあ
り、像面湾曲４ａが小さく、補正のための対物レンズ８
の強度変化が小さな副偏向フィールドにおいては、それ
に応じて整定時間が短く設定されることとなり、従来の
ように副偏向フィールドＦ＋、Ｆｚ　・・・Ｆｌｌ　の
各々における整定時間を一律に大きい値に設定する場合
に比較して、主偏向フィールドＦにおける整定時間の総
和は必要最小の値となる。

これにより、個々の副偏向フィールドＦ、　、　　Ｆ・
・・Ｆ、における描画精度を確保しつつ、主偏向フィー
ルドＦ１さらには被描画物２の全体における所定の図形
の描画の所要時間を短縮することができ、単位時間当た
りに描画処理される被描画物２の数量を増加させること
ができる。

たとえば、−例として、−枚の半導体ウェハに、１辺６
　＋ｎｍの正方形の主偏向フィールドＦ（素子形成領域
）を１５０個設け、個々の主偏向フィールドＦを１辺１
００μｍの正方形の副偏向フィールドで構成するものと
し、さらに個々の副偏向フィールドにおける整定時間を
一律に最大の５０μｓに設定するとすれば、整定時間の総和＝１５０Ｘ３６００Ｘ５０＝２７秒／ウ
ェハとなり、この時間を短縮することは、製造プロセスの生
産性に大きく寄与することが判る。

この結果、本実施例の電子線描画装置を露光工程に用い
る半導体集積回路装置の製造プロセスでの生産性が向上
する。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に曜定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりで
ある。

すなわち、本発明の電子線描画装置によれば、被描画物
上における電子線の偏向可能領域を複数の小領域に分割
し、この小領域の各々における基準位置に対する前記電
子線の位置決めを行う主偏向と、前記基準位置に対する
前記電子線の焦点合わせ操作と、前記主偏向に重畳させ
て各々の前記小領域内における前記電子線の到達位置を
制御する副偏向とを組み合わせて当該小領域内に対する
前記電子線による所定の図形の描画を行う電子線描画装
置であって、複数の前記小領域の各々に対する前記主偏
向による前記基準位置の移動毎に整定時間を設定する制
御手段を備え、前記小領域の各々における前記整定時間
を可変にしたので、たとえば、偏向可能領域の周辺部に
位置し、像面湾曲を補正するための焦点位置の変化が大
きな小領域ではそれに応じて整定時間を大きく設定し、
偏向可能領域の中央部に位置し、像面湾曲を補正するた
めの焦点位置の変化が小さな小領域では整定時間を小さ
くすることで、像面湾曲の補正による描画精度を確保し
つつ全体の整定時間の総和を最小にすることが可能とな
る。

また、単位時間当たりに描画処理される被描画物の数１
を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電子線描画装置の要部
の構成の一例を示すブロック図、第２図はその電子光゛
学系の一部を取り出して示す説明図、第３図はその一部を拡大して示す斜視図、第４図は電子
線のゆらぎの量と必要な整定時間との関係の一例を示す
線図である。Ｉ・・・試料台、２・・・被描画物、３・・・電子線源
、４・・・電子線、４ａ・・・像面湾曲、５・・・成形
器、５ａ・・・第１アパーチヤ、５ｂ・・・成形偏向器
、５Ｃ・・・成形レンズ、５ｄ・・・第２アパーチヤ、
６・・・副偏向器、７・主偏向器、８・・・対物レンズ
、９・・・成形器制御部、１０・・・成形信号発生部、
１１・・演算部、１２・・・副偏向制御部、１３・・主
偏向制御部、１４・・・副偏向信号発生部、１５・・・
主偏向信号発生部、１６・・・対物レンズ制御部、１７
・・・バッファメモＩＪ、１８・・制御計算機、１９・
・・描画データ格納部、２０・・・試料台制御部、２１
・・・整定時間制御部（制御手段）、Ｆ・・・主偏向フ
ィールド（偏向可能領域）、Ｆ、、Ｆ２　・・・Ｆｈ　
　・・・副偏向フィールド（小領域）、Ｆ、・・・主偏
向フィールドの中心、Ｓｌ、　　Ｓ２　・・・Ｓｌ、・
・・基準位置、ａｂ、ｃ・・・ゆらぎ、Ｔ４．Ｔ２　、
’Ｔ３・整定時間。８・・対物レンズ第図Ｆ・・・主偏向フィールドＦｃ−・・中　心Ｆ１〜Ｆｎ・・・副偏向フ・−ルドＳ１〜Ｓｎ・・基準位置

Claims

【特許請求の範囲】１、被描画物上における電子線の偏向可能領域を複数の
小領域に分割し、この小領域の各々における基準位置に
対する前記電子線の位置決めを行う主偏向と、前記基準
位置に対する前記電子線の焦点合わせ操作と、前記主偏
向に重畳させて各々の前記小領域内における前記電子線
の到達位置を制御する副偏向とを組み合わせて当該小領
域内に対する前記電子線による所定の図形の描画を行う
電子線描画装置であって、複数の前記小領域の各々に対
する前記主偏向による前記基準位置の移動毎に整定時間
を設定する制御手段を備え、前記小領域の各々における
前記整定時間を可変にしたことを特徴とする電子線描画
装置。２、前記小領域の前記基準位置の前記偏向可能領域の中
心部からの距離に応じて前記整定時間を漸増させるよう
にした請求項１記載の電子線描画装置。