JPH02246316A

JPH02246316A - 荷電粒子ビーム露光装置及びその露光方法

Info

Publication number: JPH02246316A
Application number: JP1068308A
Authority: JP
Inventors: Juichi Sakamoto; 坂本　樹一; Hiroshi Yasuda; 洋安田; Akio Yamada; 章夫山田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1990-10-02
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JP2843594B2

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〕荷電粒子ビーム露光装置及びその露光方法に関し、ステンシルマスク上の繰返しパターン数の増大、露光精
度の改善及びパターンの不本意な縮小変形を回避するこ
とを目的とし、そのｎ光装置は、荷電粒子ビームの経路に沿って、該経
路の上流側から、第１の電磁集束レンズ、第１のマスク
偏向器、第２のマスク偏向器、ステンシルマスク、第３
のマスク偏向器、第４のマスク偏向器及び第２の電磁集
束レンズ、を順次配列して構成された集束レンズ系を備
えて構成している。

また、その露光方法は、前記第１の電磁集束レンズと第
２の電磁集束レンズを用いてそれらの間の荷電粒子ビー
ムを略平衡ビームとすると共に、第１のマスク偏向器と
第２のマスク偏向器を用いて荷電粒子ビームを略垂直に
ステンシルマスク上に照射し、さらに第３のマスク偏向
器と第４のマスク偏向器を用いて荷電粒子ビームを第２
の電磁集束レンズの光軸に戻すように構成し、また、第
１、第２の電磁集束レンズをダブレフトレンズで構成し
、前記ステンシルマスク上の回転の補正を第１の電磁集
束レンズで行うとともに、ステンシルマスクを通過した
ビームと被露光試料との回転の補正を第２の電磁集束レ
ンズで行い、しかる後に露光を行うように構成し、また、前記第２、第３および第４のマスク偏向器を第１
のマスク偏向器に対して同期して偏向させ、それらの向
きは、第１と第２の偏向器では逆方向、第２と第３の偏
向器では同方向、及び第３と第４の偏向器では逆方向と
し、さらに前記第２、第３及び第４のマスク偏向器の偏
向量は前記第１のマスク偏向器の偏向量に対して各々一
定の関係で一義的に定まる量とするように構成している
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、荷電粒子ビーム露光装置及びその露光方法に
関し、特に、ステンシルマスクを備えた荷電粒子ビーム
露光装置及びその露光方法に関する。

一段と回路パターンを微細化した半導体集積回路装置の
製造装置として、近年、荷電粒子ビーム（電子、イオン
あるいはｘｍ＞を使用する露光装置が注目されている。

荷電粒子ビーム露光装置の最も基本的なものは、荷、重
粒子ビーム（以下、単にビームという）の経路上に備え
られた可変矩形アパーチャによってビームの断面形状を
可変操作し、この成形ビームを偏向してウェハ上にパタ
ーンを描画するものであるが、このものは、描画が一筆
書きであることからスループットの面で不充分であった
。そこで、改良型として、可変矩形アパーチャに相当す
る可変矩形透過孔及び複数の繰返しパターン透過孔を形
成したいわゆるステンシルマスクを備え、例えば、メモ
リセルのように同一の繰返しパターン部分の露光では、
該当する繰返しパターン透過孔によってビームを成形し
てショット露光を行うことにより、全体のスルーブツト
を向上したものが知られている。

〔従来の技術〕

第３図は、ステンシルマスクを備えた荷電粒子ビーム露
光装置の従来例を示すその要部構成図で、ｌは静電偏向
器、２は集束電磁レンズ、３はステンシルマスクである
。集束電磁レンズ２は、光軸４（ビーム軸を便宜的に光
軸と呼称する）に球心を一致させた図示しない一対の凸
電磁レンズよりなり、一方のレンズで入射側球面２ａを
、そして、他方のレンズで出射側球面２ｂを形成してい
る。

また、ステンシルマスク３は光軸４に一致して開口され
た可変矩形透過孔３ａと、複数の繰返しパターン透過孔
（但し、代表して１つを示す）３ｂとを備えて形成され
ている。

このような構成において、入射側球面２ａへのビーム入
射位置は、静電偏向器１による偏向量によって決まる。

例えば、可変矩形透過孔３ａを選択する場合であれば、
ビームは球面２ａの位置（Ａ）に入射し、あるいは、パ
ターン透過孔３ｂを選択する場合であれば、ビームは所
定の角度で偏向される結果、球面２ａの位置（Ｉ３）に
入射することとなる。すなわち、静電偏向器ｌの偏向操
作に応じてビームの球面２ａへの入射位置が変化し、ス
テンシルマスク３の任意の透過孔を通過して出射側球面
２ｂから出射し、再び光軸４に戻るといったビーム経路
をとり、結局、ウェハ上に透過孔形状に応じたパターン
を露光できるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の荷電粒子ビーム露光装
置にあっては、静電偏向器１によってビームの入射側球
面２ａへの入射位置を変化させ、ステンシルマスク３上
の透過孔を選択する構成となっていたため、ｉ）静電偏向器ｌは、静電型であるから電磁型に比して
偏向角が小さく、したがって、ステンシルマスク３の表
面上のビーム走査範囲が狭くステンシルマスク３に形成
する透過孔の数を多くできない。このことは、集積回路
装置の繰返しパターンが一般的に多種類であることを考
えると、ステンシルマスクを備えた荷電粒子ビーム露光
装置を実用化するうえでの大きな障害となる。

ｉｉ　）また、ビームの入射側球面２ａへの入射位置が
変わることにより、いわゆる球面収差が発生して露光精
度を悪化させるといった問題点や、ｔｉ）さらに、相当
に大きな偏向角を与えると、出射側球面２ｂから出射し
たビームの集束点（Ｃ）におけるパターン部分の見込角
が小さくなり、その結果、パターンが不本意に縮小変形
してしまうといった問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
集束電磁レンズへのビームの入射位置及び出射位置を常
に光軸に一致させた状態で、ステンシルマスク上を自在
に偏向できるようにし、もって、ステンシルマスク上の
繰返しパターン数の増大、露光精度の改善及びパターン
の不本意な縮小変形を回避することを目的としている。

〔課題が解決するための手段〕

本発明に係る荷電粒子ビーム露光装置は、上記目的を達
成するために、荷電粒子ビームの経路に沿って、該経路
の上流側から、一方の電磁集束レンズ、第１の偏向器、
第２の偏向器、ステンシルマスク、第３の偏向器、第４
の偏向器及び他方の電磁集束レンズ、を順次配列して構
成された集束レンズ系を備えて構成している。

また、その露光方法は、前記第４の電磁集束レンズと第
２の電Ｔｌ１１集束レンズを用いてそれらの間の荷電粒
子ビームを略平行ビームとすると共に、第１のマスク偏
向器と第２のマスク偏向器を用いて荷電粒子ビームを略
垂直にステンシルマスク上に照射し、さらに第３のマス
ク偏向器と第４のマスク偏向器を用いて荷電粒子ビーム
を第２の電磁集束レンズの光軸に戻すように構成し、ま
た、第１、第２の電磁集束レンズをタブレットレンズで
構成し、前記ステンシルマスク上の回転の補正を第１の
電磁集束レンズで行うとともに、ステンシルマスクを通
過したビームと被露光試料との回転の補正を第２の電磁
集束レンズで行い、しかる後に露光を行うように構成し
、また、前記第２、第３及び第４のマスク偏向器を第１の
マスク偏向器に対して同期して偏向させ、それらの向き
は、第１と第２の偏向器では逆方向、第２と第３の偏向
器では同方向、及び第３と第４の偏向器では逆方向とし
、さらに前記第２、第３及び第４のマスク偏向器の偏向
量は前記第１のマスク偏向器の偏向量に対して各々一定
の関係で一義的に定まる量とするように構成している。

〔作用〕

本発明では、第１、第２の電磁集束レンズの間のビーム
経路が、第１〜第４のマスク偏向器によって偏向される
。したがって、第１の電磁集束レンズに入射し、そして
第２の電磁集束レンズから出射するビームの入・出射位
置は、第１、第２の電磁射レンズで形成される２つの球
面中心を通る光軸と一致するものとなり、その結果、球
面収差の影響を受けないから露光精度が改善され、また
パターンの不本意な縮小変形がが避けられる。さらに、
第１〜第４のマスク偏向器を電磁型にすれば、充分に大
きな偏向角が得られ、ステンシルマスクの走査範囲が拡
大されてそれだけ繰返しパターン用の透過孔が増大され
る。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１，２図は本発明に係る荷電粒子ビーム露光装置及び
その露光方法の一実施例を示す図である。

第１図において、１０は荷電粒子ビーム露光装置であり
、荷電粒子ビーム露光装置１０は、カソード電極１１．
グリッド電極１２及びアノード電極１３からなる荷電粒
子ビーム発生源Ｇ、第１スリツ）１４、第２レンズ１９
、スリットデフレクタ１６、集束レンズ系１７、ブラン
キング１８、第２レンズ１９、アパーチャ２０、第３レ
ンズ２Ｌ第、４レンズ２２、メインデフコイル２３、サ
ブデフレクタ２４、リフオーカスコイル２５、フォーカ
スコイル２６、ステイグコイル２７及び第１〜第４アラ
イメントコイル２８〜３１を備えるとともに、ウェハＷ
を載置してＸ−Ｙ方向に移動可能なステージ３２及び１
つの透過孔を選択するための選択データに従って偏向信
号Ｓ、〜Ｓ、を発生する偏向信号発生袋２３３などを備
えている。

なお、上記偏向信号発生装置３３は、実際には、荷電粒
子ビーム露光装置！１０内で必要とされる各種信号を生
成するものであるが、ここでは説明の便宜状、集束レン
ズ系１７に必要な信号のみを表わしている。具体的には
、第１のマスク偏向器４１（後述）の偏向量を指示する
信号（本実施例では選択データ）が入力されると、第１
のマスク偏向器４１に対する偏向信号ＳＩが出力される
とともに、これと同時に、他のマスク偏向器４２〜４５
（後述）に対する偏向信号８３〜Ｓ４も出力されるもの
であって、Ｓ！〜Ｓ４はＳｌに対応して決定されるもの
であればよい。

集束レンズ系１７は、次のものを含んで構成されている
。すなわち、荷電粒子ビームの経路（図中、カソード電
極１１からウェハＷに至る仮想線りで示す）に沿って、
該経路りの上流側（カソード電極ｌｌ側を上流側、ウェ
ハＷ側を下流とする）から、一方の電磁集束レンズ（第
１の電磁集束レンズ）４０、第１のマスク偏向器４Ｌ第
２のマスク偏向器４２、ステンシルマスク４３、第３の
マスク偏ＩｉＱ器４４、第４のマスク偏向器４５、他方
の電磁集束レンズ（第２の電磁集束レンズ）４６を順次
配列して構成されている。

一対の電磁集束レンズ４０．４６は各々タブレットレン
ズで構成されており、これは次の理由による。

すなわち、従来、像の回転調整は物理的なマスク（従来
の露光装置では可変矩形用のスリット）の回転で調整し
ていた。この種のマスクとしては、本実施例のステンシ
ルマスク４３が該当する。しかしステンシルマスク４３
の回転による補正は現実的ではない、タブレットレンズ
にしなくても第１の電磁集束レンズで回転の補正は出来
るが、その場合強度も変わってしまって平行性が崩れて
しまう。

従って、平行性を崩さずに回転を補正するのは、タブレ
ットレンズでなければならない、つまり、この系の第１
の電磁集束レンズをダブレフトレンズにする事は本質的
な事であり、この部分で使用する事はこの系を実用化さ
せる上で重要な役割を果たす、タブレットレンズは、レ
ンズコイルを２つの異なる電源供給で動作するコイルか
ら作る。

つまり、１０００ターン必要なレンズだったら５００タ
ーンずつ２組のコイルを巻り、そして、各コイルに流す
電流の向きを逆にする。元々、電磁集束コイルの強度は
、１ｍの比例値なので、強度はコイルに流す電流の向き
に依らない。ところが回転は１の比例値なので、電流の
向きに依存する。つまり、コイル数と電流量の積（ＡＴ
値）が逆向きに同じ量であったとすると理想的には回転
が起こらない、実際には回転するが、Ｉｆを変えずに１
の比率を変える事で回転をコントロールする事が出来る
様になるのである。一方、マスク上のパターンを露光試
料状に合わせる為、第２の電磁集束レンズをダブレット
にする。もっとも第２レンズをダブレットにしなくても
、第２の電磁集束レンズ下部のレンズコイルで調整する
ことが可能であるが、回転調整が必要な理由（回転補正
が必要となる理由）はマスクをマスクステージにセット
したときに回転が発生するからであり、マスクを交換す
る度に第２の電磁集束レンズ下部のレンズコイルで調整
するのは現実的ではない、なぜならば、その度に強度の
調整も必要になるからである。

第２図は集束レンズ系１７の拡大図である。第１〜第４
のマスク偏向器４Ｌ　４２．４４．４５は、経路りに沿
って一方の電磁集束レンズ４０に入射した荷電粒子ビー
ムを偏向し、ステンシルマスク４３上の複数の透過孔（
便宜的に４３ａ〜４３ｃの３つを図示する）の１つを通
過させたあと、再び経路り上に戻して他方の電磁集束レ
ンズ４６から出射させるもので、このような偏向動作は
、偏向（３号発生装置３３からの各偏向信号Ｓ　Ｉ”　
Ｓ　ａに従って行われる。

ここで、例えば、Ｓｌの大きさをＡ１との極性を正とす
ると（すなわち＋Ａ）、Ｓｔ及びＳ３は共に−Ａ−，，
Ｓａは＋Ａに設定されるようになっている。この場合、
一方の電磁集束レンズ４０に入射した荷電粒子ビームは
、第１の偏向器４１において十Ａに応じた電磁力で曲げ
られ、そして、第２の偏向器４２において−Ａに応じた
電磁力で曲げ戻される結果、経路りに略平行するものと
なり、仮に、大きさＡが透過孔４３ｃを指定するもので
あれば、荷電粒子ビームはほぼ垂直に透過孔４３Ｃを通
過する。そして、この通過したあとの荷電粒子ビームは
、第３の偏向器４４において−Ａに応じた電磁力で曲げ
られ、さらに、第４の偏向器４５において＋Ａに応じた
電磁力で曲げ戻されて、結局、経路りに沿って他方の電
磁集束レンズ４６から出射していくこととなる。

したがって、一方の電磁集束レンズ４０への入射位置（
Ｄ）及び他方の電磁集束レンズ４６からの出射位置（Ｅ
）は、荷電粒子ビームの偏向動作に拘らず常に経路りに
沿ったものとなり、すなわち２つの球面４０ａ、４０ｂ
の中心に常に一致しているから、球面収差の発生が避け
られて露光精度を改善することができる。また、見込角
が変化しなくなり、パターンの不本意な縮小変形を避け
ることができる。あるいは、第１〜第４のマスク偏向器
４１゜４２．４４．４５を電磁型にすれば、荷電粒子ビ
ームの偏向量を大きくすることができ、それだけステン
シルマスク４３上の偏向範囲を広くして透過孔の数を増
大することができる。

なお、上記偏向信号Ｓ＋−３ｓの生成に際しては、例え
ばＳ、の大きさ及び方向が決まると、このＳｌに応じて
他のＳ！〜Ｓ４が決定されるようにしておくのが望まし
い０例えば、予め、第１〜第４のマスク偏向器の偏向特
性を測定しておき、ステンシルマスク４３に形成された
複数の透過孔の１つを指定する選択データが与えられる
と、上記測定データを参照しながら、Ｓ、そしてＳｔ”
’Ｓａを決定すればよい。これにより、偏向信号発生装
置３３におけるデータ処理量を少なくできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、集束レンズ系へのビームの入射位置及
び出射位置を常に光軸に一致させた状態で、ステンシル
マスク上を自在に偏向でき、ステンシルマスク上の繰返
しパターン数の増大、露光精度の改善及びパターンの不
本意な縮小変形を回避することができる。

【図面の簡単な説明】第１．２図は本発明に係る荷電粒子ビーム露光装置およ
びその露光方法の一実施例を示す図であり、第１図はその装置の全体の構成図、第２図はその装置の要部の構成図、第３図は従来の荷電粒子ビーム露光装置を示すその要部
の構成図である。１７・・・・・・集束レンズ系、４０・・・・・・一方の電磁集束レンズ（第１の電磁集
束レンズ）、４１・・・・・・第１のマスク偏向器、４２・・・・・
・第２のマスク偏向器、４３・・・・・・ステンシルマ
スク、４４・・・・・・第３のマスク偏向器、４５・・・・・
・第４のマスク偏向器、４６・・・・・・他方の電磁集
束レンズ（第２の電磁集束レンズ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）荷電粒子ビームの経路に沿って、該経路の上流側
から、第１の電磁集束レンズ、第１のマスク偏向器、第
２のマスク偏向器、ステンシルマスク、第３のマスク偏
向器、第４のマスク偏向器及び第２の電磁集束レンズ、
を順次配列して構成された集束レンズ系を備えることを
特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
（２）請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装置において
、前記第１の電磁集束レンズと第２の電磁集束レンズを
用いてそれらの間の荷電粒子ビームを略平行ビームとす
ると共に、第１のマスク偏向器と第２のマスク偏向器を
用いて荷電粒子ビームを略垂直にステンシルマスク上に
照射し、さらに第３のマスク偏向器と第４のマスク偏向
器を用いて荷電粒子ビームを第２の電磁集束レンズの光
軸に戻すようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム露
光方法。
（３）請求項２記載の荷電粒子ビーム露光方法において
、前記第１、第２の電磁集束レンズをタブレットレンズ
で構成し、前記ステンシルマスク上の回転の補正を第１
の電磁集束レンズで行うとともに、ステンシルマスクを
通過したビームと被露光試料との回転の補正を第２の電
磁集束レンズで行い、しかる後に露光を行うことを特徴
とする荷電粒子ビーム露光方法。
（４）請求項２記載の荷電粒子ビーム露光方法において
、前記第２、第３及び第４のマスク偏向器を第１のマス
ク偏向器に対して同期して偏向させ、それらの向きは、
第１と第２の偏向器では逆方向、第２と第３の偏向器で
は同方向、及び第３と第４の偏向器では逆方向とし、さ
らに前記第２、第３及び第４のマスク偏向器の偏向量は
前記第１のマスク偏向器の偏向量に対して各々一定の関
係で一義的に定まる量とすることを特徴とする荷電粒子
ビーム露光方法。