JPH02224322A

JPH02224322A - 電子像投射形成装置

Info

Publication number: JPH02224322A
Application number: JP4616389A
Authority: JP
Inventors: Masanori Idesawa; 正徳出澤; Yoshiyuki Kawamura; 良行河村
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1989-02-27
Publication date: 1990-09-06
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPH0744144B2

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、電子的な像（パターン）の投射生成方法に係
わり、特に、集積回路などの高精細、高密度パターンの
転写や生成に好適な電子像投射形成装置に関する。

（従来の技術）集積回路等のパターンの転写には、光、紫外線、Ｘ線、
電子線などを利用した方法がある。電子線による転写法
の一つとして、所望のパターンに相当するよう光電子が
前約に発生するように製作された光電マスクを紫外光等
で照射して光電子を発生させ、それを加工面上へ投射す
る型の装置も試みられている。第８図に電子ビーム方式
による転写法の概念図を示した。この場合、合成石英基
板５１の表面にクロムでパターン５２を形成し、その上
に光電膜５３が形成されているが、クロムパターンの部
分は紫外線５４が遮られるのでクロムパターンのない光
電膜より、光電子５５が放射される。マスク面とシリコ
ンウェハ５６間に印加された電圧により加速され、また
、集束磁界５７により、シリコンウェハ上のレジスト５
８上に光電子の出射パターンが投影されるように構成さ
れている。

また、集積回路等のパターンの生成には、光パターンジ
ェネレーターや電子線描画装置が使用されている。特に
、光の波長の限界の克服およびパターン生成における柔
軟性の面から、電子線描画装置が広く使用されるように
なっている。電子線描画装置は、従来、電子ビームを細
く絞った点走査型のものが主流であったが、近年、パタ
ーン生成の高速化のため、２個の穴明マスク間で電子ビ
ームを偏向し、投射される電子ビームの断面形状を、描
画すべきパターンに適合するよう、電子的速度で変化で
きる可変断面方式の電子線描画装置が実用化され、マス
クパターンの描画に広く用いられるようになっている（
特公昭５３−２０３９１号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題）従来から試みられていた第８図に示される光電型の電子
線転写装置においては、光電膜自体を所望のパターンの
形状に製作するとか、光電膜部に所望のパターンに対応
したマスクを設置するものであったため、個々の転写パ
ターンに対応した光電面を製作することが必要とされた
。また、光電面は真空中に配置するためパターンの変更
等、その交換が厄介であった。

また、前記特公昭５３−２０３９１号公報に開示の可変
断面方式の電子線描画装置の場合にも、２個の穴明マス
クはやはり真空中に設けられるため、その形状や方向な
どの動作中の変更は、実用上不可能であった。また、電
子線源は点状であるため、最終的な電子像の投射経路に
おいて、微小なりロスオーバー像が生じ、ここでの電子
密度が必要以上に高くなり、電子像のボケなどへの影響
が大きかった。

（課題を解決するための手段）上記問題を解決するため、本発明においては、面状、は
ぼ−様な光電子放射特性を有する光電面へ、予め光学的
にパターン化された光（可視光に限られず、赤外、紫外
線等光電子発生可能な電磁波一般を意味する）を投射し
、そのパターンに応答した面状電子源を形成すること、
発生された電子を加速し、投射面上に面状電子像を形成
するようにしたことを特徴とする。

なお、光電面と投射面との間に電子偏向手段を設け、投
射面上の面状電子像を移動できるようにすることができ
る。また、投射面の位置に電子通過部分を有するマスク
を配置し、このマスク通過後の電子像の形状や大きさを
電子偏向手段により電子的速度で変化できるようにする
ことができる。

（作　用）光電面は、光が照射された部分より光電子を放射する。

光学的パターン投射手段により光電面上へ光学的パター
ンを投射するとそのパターンに応じた光電面上の部位か
ら光電子が面状に放射される。この光電子は、加速手段
（電界）により加速され、投射面へと向かう。投影手段
、すなわち、磁界あるいは電界により構成される電子レ
ンズにより、電子像が投射面上へと投影結像される。な
お、光電面と電子投射面間に設置された偏向手段を動作
させることにより、投射面上の電子像位置を制御できる
。また、投射面の位置に電子通過部分を有するマスクを
配置することにより、このマスク通過後の電子像を、光
電膜上に投射される光学的なパターンとマスクの電子通
過部分との重ね合わせとして得ることができ、電子偏向
手段を動作させることにより、前記重ね合わせ部分を制
御でき、種々の形状、大きさの電子像を生成できる。

（発明の効果）本発明によれば、光電子パターンの放射を光電膜上に投
射する光パターンによって制御できるため、光電膜を所
望のパターン毎に製作する必要がない。また、パターン
照射系は、電子線系と分離して、空気中に設置できるた
め、投射するマスクの変更等が容易となる。

更に、光電膜上に投射される光学的−パターンと投射面
上に配置されたマスクとの重ね合わせとして、電子的速
度で種々の形状、サイズの要素電子像の生成が可能とな
り、例えば、これを前記特公昭５３−２０３９１号公報
に開示される可変断面型電子線描画装置の可変断面電子
ビーム生成部として用いれば、そのパターン生成、描画
能力を著しく向上できる。又、面状の電子源となるため
、本質的に従来の点状電子源に比べ、クロスオーバー像
部における電子密度は著しく低くできるため、電子量相
互のクーロン力に基づく電子像のボケを著しく小さ（で
きる可能性を有する。

（実施例）以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図に本発明に基づいて構成された電子像投射形成装
置の概念図を示した。同図の構成において、光学的マス
ク、スリット等のパターン発生手段６を内蔵する光学的
パターン投射手段１０において、光源２から発生された
光ビーム４が光学的マスク、スリット等のパターン発生
手段６を通過することにより、特定のパターンを有する
光ビーム４′が生成される。この光ビーム４′は光照射
窓２０に設けられる光電面１２上に投影されて、光学像
１１が形成される。光電面１２に光学的なパターンが投
影されると、そのパターンに応じて２次元的に光電子１
３が放射される。放射電子の加速エネルギーは非常に低
く、例えば、数ｍｅＶ〜数ｅＶ程度である。この光電子
は電子加速投影手段１４において、電界による、目的に
適した速度（電圧）、例えば、１０ｋｅＶとか２０ｋｅ
Ｖ程度まで投射面方向へ加速されるとともに、光電面１
２と投射面１５との間に、電子加速投影手段１４の電界
あるいは磁界により形成される電子レンズ１６により、
光電子の出射像が投射面１５上に電子像１７として結像
投影される。光電面と投射面との間に配置された電子偏
向手段１８に印加する電界あるいは磁界の向きと強度を
制御することにより電子の投射経路を曲げ、電子像１７
を投射面１５上の所望の位置に投射できる。本発明にお
いては、光学的パターン投射手段１０は、電子光学系の
真空チャンバー１９とは分離した構成にできるため、投
影マスクの操作、交換は、真空系とは独立に容易に行え
る。光電面１２としては、光電子放出能の高い材料が望
ましく、例えば、アルカリ金属やイオン化傾向の高い金
属あるいはこれらの化合物はこの部類に属する。従来の
紫外線投射によるものでは、Ｃ８■などが用いられてい
るが、多くの金属材料、例えば、＾Ｒ，Ｉｎ、Ｍｎなど
でも特に赤外レーザー等を用いた場合に高い光電子放出
能が確認されている。

なお、電子偏向手段１８の代わりに、光学的パターン投
射手段１０と光電面１２との間に光学的な偏向手段を配
置し、これにより光電面上に投射されるパターン位置を
移動し、投射面上の電子像を移動することもできる。ま
た、電子像の投影手段１６が縮小投影系となるように構
成することにより、光電面上に光学的にパターンを投影
しても、投射面上には通常の光学的方法では光の波長の
限界のため不可能であった微細なパターンの形成も可能
となる。

また、レーザー光源のパルス発光など単時間の発光、レ
ーザーダイオード等による高速な０Ｎ１０ＦＦの特性を
利用することにより、従来の電子ビーム系におけるブラ
ンキングを光源の側の制御により光学的に行うことが可
能となり、電子ビームが、ブランキングアパーチャに衝
突することにより発生する２次電子等の影響も軽減でき
る。また、短時間発光の特性を利用することにより、光
電子像投射面上に配置される加工材料を連続移動しなが
ら露光しても移動による像のボケなどを生じにくくでき
る。

第１図に示される光パターンの投射は、溶融石英等の表
面に蒸着などで光電子放出能の高い材料の薄膜を構成し
、光電子の放射する側と反対側の面に光パターンを投影
する透過型であったが、光パターンを光電面材料の光電
子を放射させる側の表面に投影する照射型（像反射型）
を採用することもできる（第７図にその一例が示されて
いる）。

更に、第１図においては、光学的パターン投影手段は平
行性のよい光源での影絵型投影を行うものであったが、
第２図に示されるような結像投影型のものを用いること
もできる。この結像投影型の光パターン投影手段におい
ては、レーザー光源２′から発生した光ビームはビーム
エキスパンダ等の照明光学系５を通じてマスク６を照射
し、このマスク６の像が凸レンズ７により光電面１２に
投影結像される。このような、光学レンズによる結像投
影の場合でも、レーザー光は単色光あるいは波長が限定
された光なので投影レンズ５．７における色収差への配
慮は軽減される。また、このような結像投影型とした方
がマスクパターンのエツジ部における干渉、回折等によ
るフリンジの生成、すなわちパターンのエツジのボケを
減じることができる。

第３図には、本発明に基づく可変断面型電子線描画装置
の概念図を示した。光学的パターン投射手段ｌＯから第
１の電子像投射面１５の部分までは、第１図に示した構
成と同じである（同じ構成部分には同じ番号が付されて
いる）。電子加速手段１４と電子像投影手段１４′が分
けて描かれていることが図上では異なるが、これは基本
的には第１図の場合と同じである。この図の構成では、
第１の投射面１５の位置に電子通過部分である所定の形
状の孔を有する電子像用穴明マスク３０が配置され、電
子通過孔の部分に投射された電子が次段の電子光学系へ
と通過する。このマスク孔通過電子像１７′は、光電面
１２に投射された光パターン１１に対応して発射された
電子像１７のうちマスク３０の電子通過孔の部分を切り
出したものとなる。従って、前述の光電面と投射面との
間に配置される電子偏向手段１８を制御することにより
種々の形状、大きさのパターンに変化できる。

更に、後段の電子投射手段３２および電子偏向手段３３
の制御により、加工物表面３４上の所望の位置に電子像
１７′を投射することが可能となり、可変断面型の電子
線露光システムを実現できる。

この様に可変断面電子線露光システムを本発明の構成と
することにより、以下に述べるように様々な利点が生ず
る。従来の可変断面型電子ビーム投射法においては、２
個の穴明マスクが真空中に配置されるため、それらはほ
とんど固定的であり、生成できる電子ビーム断面形状が
かなり限定されていた。例えば、色々な形状の要素電子
像の形成は困難であり、傾斜を有するパターンの創成に
は時間を要した。本発明においては、従来の第１のビー
ム整形マスクに相当する電子像を光パターンの投射によ
り生成できるため、光電面１２に投射される光パターン
を変更することにより、第１の電子像のパターンをかな
り自由に変更できるようになり、従来困難であった斜め
パターンの生成なども容易となる。また、穴明マスクで
は、複雑に入り組んだ形状を有する電子像形状の生成は
困難であり、例えば、中央部が島状に抜けたパターンの
生成は、全く不可能であったが本発明によれば第１の電
子像は光学的パターン投射で生成でき、そのようなパタ
ーンの生成も可能となり、電子線描画装置のパターン生
成描画能力を著しく向上することができる。

第４図に複数の光学的パターンを容易に発生できるよう
に構成された光学的パターン投射手段の一例を示す。第
５図に示されるような複数のパターン４１ａ〜４ｔｈを
有するマスク４０が、各パターンに対応する各レーザー
光源４２ａ〜４２ｈ（４２ａ、４２ｅのみ図示）からの
レーザー光照射を受けるように構成されている。レーザ
ー光源４２ａ〜４２ｈの内いずれか一つが選択的にＯＮ
状態にされ、所望のパターンの光学像１１が光電面に投
射され、それに応じて光電子１３が発生される。第５図
に示されるマスク４０は単純な形状のパターンのみを有
するが、例えば、ランドマーク（標識点）のように島の
あるパターンや集積回路中のいくつかの素子を含むよう
な部分のパターンのような複雑な形状のパターンとする
こともできる。そのようなパターンの例を第６図に示す
。

第３図に示される光パターン投射手段は中心軸から外れ
た方向から投射するようにしているが、中心軸に沿って
（光電面に垂直方向）に投影するようにした方がよい光
学像かえられることは言うまでもない。例えば、中心軸
上に一つの照明用光源、を設置し、第５図に示される様
なパターンマスク板を配置し、それを回転することによ
り実現できる。

第７図は、光電子を放射させる側から光電面材料表面に
光学的パターンを投射する形態において、異なるパター
ンを発生するように構成された光パターン投射手段の他
の形態を示す。光学的パターン投射手段１０ａ、１０ｂ
からはすでにパターン化された光ビーム４　ａ　’　、
４　ｂ　’が発生され、光照射窓２１ａ、２１ｂを通し
て光電面１２へ投射されるように構成されている。光が
投射されると光が投射された側へ光電子が放出される。

必要に応じて投影手段１０ａ、１０ｂのいずれか一方（
場合によっては両方）をＯＮ状態にすることにより所望
の異なるパターンを発生することができる。第４図およ
び第７図の光パターン投射部分の構成例は、いずれも影
絵型の投射として描いであるが、結像投影光学系を挿入
し、光電面上へマスクパターン像を投影する第２図に示
されるような結像投影型としてもよいことは言うまでも
ない。

なお、第７図の表面照射型の構成では真空中の電子の通
過経路と重なり合うため光電面に垂直に照射投影するこ
とは困難である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく電子像投射形成装置の概念図
、第２図は、第１図に示されたのとは異なる光学的パター
ン投射手段を示す概略図、第３図は、本発明に基づく可変断面型電子線描画装置の
概念図、第４図は、複数の光学的パターンを発生できる光学的パ
ターン投射手段の一例を示す概略図、第５図は、第４図
の光学的パターン投射手段に用いられる複数のパターン
を有するマスクの平面図、第６図は、複雑な形状のパターンの例を示す平面図、第７図は、複数の光学的パターンを発生できる光学的パ
ターン投射手段の他の例を示す概略図、第８図は、公知
の電子線によるパターン転写装置を示す概略図。（符号の説明）１０・・・光学的パターン投射手段、１１・・・光学像
、２・・・光電面、１３・・・光電子、１５・・・投射
面、４・・・電子加速投影手段、１４′・・・電子加速
手段、４′・・・電子投影手段、７．１７’　　　１７’・・・電子像、６、・・・電子
レンズ、１８．３３・・・電子偏向手段、９・・・真空
チャンバー、３０・・・電子像用マスク、７′・・・マ
スク孔通過電子像、２・・・電子投射手段、３４′・・・加工物表面、０・
・・光学的マスク、ｌａ〜４１ｈ・・・要素パターン、２ａ、４２ｂ・・・レーザー光源。第２図第４図第５図第８図ら４

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学的パターンを投射する光学的パターン投射手
段、この光学的パターン投射手段によって投射された光
学的パターンを受け、これによって生じる光学像から光
電子を発生する光電面、および前記光電面より発射され
た電子を加速し投射面上に電子の像を投影する電子像投
影手段を備えたことを特徴とする電子像投射形成装置。
（２）前記光電面と前記投射面との間に電子偏向手段が
更に設けられていることを特徴とする請求項（１）記載
の電子像投射形成装置。
（３）前記投射面上に電子通過部分を有するマスクが配
置され、前記マスク通過後の電子像を、前記投射面上に
形成される電子像と、前記マスクの電子通過部分との重
ね合わせとして形成することを特徴とする請求項（２）
記載の電子像投射形成装置。