JPH03201455A - 電子ビーム露光装置 - 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】 〔概要〕 この発明は、半導体デバイスの生産に用いられる電子ビ
ーム露光装置に関し、 スループット向上のためにビーム電流を増大した場合に
あっても、ビームオフ状態において漏れ電流により試料
を感光させることがなく、シかもビームオフ状態でステ
ージが同一箇所に所定時間以上停止したような場合にあ
っても、試料上の同一箇所に大量の電子照射が行われ、
これによりレジストが気化してコラム下部を汚染しない
ことを目的とし、 電子銃、電子レンズ列、絞り列等から戊るコラム部の光
軸直下に、ウェハー等の試料を載置する移動可能なステ
ージを配置し、前記コラム部から電子ビームを発する状
態において前記ステージを適宜に作動させることにより
、試料上の所望領域に対して電子ビームを照射するとと
もに、コラム部に内蔵されたブランキング電極に所定の
ブランキング電圧を印加して電子ビーム光軸を絞り孔外
へと偏向させることにより、試料への電子ビーム到達を
遮断するようにした電子ビーム露光装置において、前記
ブランキング電極に対してブランキング電圧が連続的に
印加若しくは連続的に印加されていない状態が所定時間
以上継続したことを判定する手段と、現在のステージ位
置がその上に載置された試料の有効露光領域に対して電
子ビーム露光が行われる状態に相当するかを判定する手
段と、前記コラム部から試料に至る電子ビーム経路に介
在され、かつ前記ブランキング電圧が連続的に印加若し
くは連続的に印加されていない状態が所定時間以上継続
したこと及び有効露光領域に対して電子ビーム露光が行
われる状態にあることの双方が判定されることを条件と
して、電子ビームが試料上に到達することを機構的に遮
断する手段と、を具備して構成する。

〔産業上の利用分野〕

この発明は、半導体デバイスの生産に用いられる電子ビ
ーム露光装置に関する。

電子ビーム露光装置は、例えばＡＳＩＣの分野ニオイて
は、短納期化を目的としてウェハー上に直接パターン形
成を行う装置として、あるいはマスク・レチクルのパタ
ーン形成装置等として半導体デバイスの生産には欠かす
ことのできない装置とされている。

この種の電子ビーム露光装置では、数μｍ角のショット
を連続的に並べていくことでパターン形成を行うため、
ウェハー１枚当りの露光時間は、基本となるマスク／レ
チクルを光学的に転写するアライナ／ステッパに比べて
は相当に遅いものとなる。

この為、スループット向上のためには、１ショット当り
の所要時間の短縮が必要であり、その一つの方法として
は、電子ビームの電流密度を上げることにより、所要の
ドーズ量を得るに要するビーム照射時間をできるだけ少
なくすることが考えられる。

しかしながら、電流密度を上げるとビームブランキング
時の漏れ電流が無視できなくなり、場合によっては余分
パターンが形成される場合も生ずる。

また、直接ビームが出ている状態でステージが何等かの
原因で停止してしまうと、大量の電子照射によるレジス
トの気化とそれによるコラムの汚染の問題も生ずる。

本発明は、ブランキング出力を監視することにより、こ
れらの異常に迅速に対応可能としたものである。

〔従来の技術〕

従来の電子ビーム露光装置の一例を第４図に示す。この
装置は、所謂ガウンシアンビームタイプのコラムを備え
た電子ビーム露光装置である。

同図に示されるように、この電子ビーム露光装置は、電
子銃、電子レンズ列、絞り列等からなるコラム部１の光
軸直下に、ウェハーなどの試料２を載置する移動可能な
ステージ３を配置して構成されている。

コラム部１は、電子銃４、グリッド５、アノード６、第
１絞り７、ブランキング電極ｓａ、ｓｂ。

第ルンズ９、第２絞り１０．第２レンズ１１、第３レン
ズ１２および位置偏向器１３を備えている。

そして、電子銃４から発せられた電子ビームは、グリッ
ド５、アノード６を通過後、第１絞り７で適当に絞られ
た後、第ルンズ９により収束され、第２絞り１０の絞り
穴１０ａを通過して第２レンズ１１へ至り、さらに第２
レンズ１１および第３レンズ１２で収束された後、位置
偏向器１３により所望の方向への指向制御が行われ、試
料２上に照射される。

ステージ３は、制御計算機１４のシステムバス１５に接
続されたステージ制御部１６によりＸＹ方向へと適宜駆
動制御される。

一方、ブランキング電極８ａに対しては、ブランキング
制御部１７からの指令を受けてアンプ１８から出力され
る０電位と＋Ｖ電位とが択一的に印加される。

そして、０２位が印加された状態では、図中符号１．９
　ａに示されるように、第１レンズ９で収束された電子
ビームは、その前方にある第２絞り１０の絞り穴１０ａ
を通過して、最終的に試料２上へ到達する。

それに対し、＋Ｖ電位が印加された状態では、図中符号
１９ｂで示されるように、第ルンズ９で収束された電子
ビームは、コラム部１の光軸を大きく外れて曲げられ、
第２絞り１ｏの絞り孔１０ａを通過することができず、
これにより試料２に到達する電子ビームが遮断される。

この様に、従来の電子ビーム露光装置においては、コラ
ム部１から電子ビームを発する状態においてステージ３
を適宜に作動させることにより、試料２上の所望領域に
対して電子ビームを照射するとともに、コラム部ｌに内
蔵されたブランキング電極８ａに所定のブランキング電
圧＋Ｖを印加して電子ビーム光軸を絞り孔１０ａ外へと
曲げることにより、試料２への電子ビーム到達を遮断す
るようになっている。

しかしながら、この様な従来の電子ビーム露光装置にあ
っては、スループット向上の為に電子ビームの電流密度
を上げていくと、ブランキング電極８ａ、８ｂでビーム
軌道を曲げても、なおも漏れて試料面に到達する電子の
量が無視できなくなる。

勿論、通常の場合は問題にならない量であるが、何等か
の原因でステージ３が一箇所に長時間停止し、試料２の
同一箇所に長時間漏れ電子が照射されると、レジストと
漏れ電子の反応が無視できない量となり、ついには試料
２が感光して余分なパターンが形成されてしまい、それ
と気付かずに後工程まで進めると、出来上がったデバイ
スは当然不良となる為コスト的に大きな損失を生ずる。

また、ブランキング電極８ａｓ８ｂにより電子ビームを
遮断しない状態、すなわちビームオン状態においても、
何等かの原因によりステージ３が同一箇所に所定時間以
上止まると、試料２の同一箇所に対し大量の電子ビーム
照射が行われ、それによる発熱によりレジストが気化し
てコラム下部を汚染することとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、従来の電子ビーム露光装置にあっては、
ブランキング電極に対し所定電圧を印加することで電子
ビーム光軸を曲げ、絞り孔の通過を不能とすることによ
り、試料２上に到達する電子ビームを遮断していた為、
スループット向上の為にビーム電流を増大すると、電子
ビームの遮断が不十分となり、ステージが一箇所に長時
間停止していた場合、漏れ電子により試料が感光して余
分なパターンが形成され、それと気付かずに後工程まで
進めると、出来上がったデバイスは当然不良となり、大
きなコスト的損失を生ずるという問題点があった。

また、所謂ビームオン状態においても、何等かの原因で
ステージが１箇所に所定時間以上停止していると、試料
上の同一箇所に大量の電子照射が行われ、その発熱によ
りレジストが気化してコラム下部を汚染させるという問
題点もあった。

この発明は、上述の問題点に鑑み成されたものであり、
その目的とするところは、スループット向上のためにビ
ーム電流を増大した場合にあっても、ビームオフ状態に
おいて漏れ電流により試料を感光させることがなく、し
かもビームオフ状態でステージが同一箇所に所定時間以
上停止したような場合にあっても、試料上の同一箇所に
大量の電子照射が行われ、これによりレジストが気化し
てコラム下部を汚染することがないようにした電子ビー
ム露光装置を提供することにある。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は、上記の目的を達成するために、電子銃、電
子レンズ列、絞り列等から成るコラム部の光軸直下に、
ウェハー等の試料を載置する移動可能なステージを配置
し、前記コラム部から電子ビームを発する状態において
前記ステージを適宜に作動させることにより、試料上の
所望領域に対して電子ビームを照射するとともに、コラ
ム部に内蔵されたブランキング電極に所定のブランキン
グ電圧を印加して電子ビーム光軸を絞り孔外へと偏向さ
せることにより、試料への電子ビーム到達を遮断するよ
うにした電子ビーム露光装置において、前記ブランキン
グ電極に対してブランキング電圧が連続的に印加若しく
は連続的に印加されていない状態が所定時間以上継続し
たことを判定する手段と、現在のステージ位置がその上
に載置された試料の有効露光領域に対して電子ビーム露
光が行われる状態に相当するかを判定する手段と、前記
コラム部から試料に至る電子ビーム経路に介在され、か
つ前記ブランキング電圧が連続的に印加若しくは連続的
に印加されていない状態が所定時間以上継続したこと及
び有効露光領域に対して電子ビーム露光が行われる状態
にあることの双方が判定されることを条件として、電子
ビームが試料上に到達することを機構的に遮断する手段
と、を具備すること、を特徴とするものである。

〔作用〕

この様な構成によれば、ブランキング電圧が連続的に印
加もしくは連続的に印加されていない状態が所定時間以
上継続し、且つ有効露光領域に対して電子ビーム露光が
行われる状態にあっては、試料上へ到達しようとする電
子ビームは機構的手段により確実に遮断されてしまう。

〔実施例〕 第１図は本発明に係わる電子ビーム露光装置の一実施例
を示す構成図である。

尚、同図において、前記第４図の従来例と同一構成部分
については同符号を付して説明は省略する。

この実施例に示される電子ビーム露光装置は、ガウシア
ンビームタイプのコラムを備えたものであるか、本発明
は他のタイプのコラムを備えた装置に対しても同様に適
応が可能である。

モニタ部■９は、アンプ１８の出力電圧を監視しこれに
基つきブランキング電極８ａに対してブランキング電圧
か連続的に印加もしくは連続的に印加されていない状態
が所定時間以上継続したことを判定するものである。

このモニタ部１９の詳細を、第２図のブロック図に示す
。

同図に示されるようにブランキングアンプ１８の出力電
圧は、ビームオフ状態にあっては＋Ｖ電位に、またビー
ムオフ状態にあってはアース電位となるように設定され
ており、このブランキングアンプ１８の出力はモニタ部
１９内の微分回路１９ａに供給されている。

微分回路１９ａは、ブランキングアンプ１８の出力電圧
が、アース電位から＋Ｖ電位へと立ち上がるのに応答し
て微小幅“Ｈ”パルスを、また＋Ｖ電位からアース電位
の立ち下がりに応答して微小幅“Ｌ”パルスを出力する
ように構成されており、この微分回路１９ａの出力は二
つの比較器１９ｂ、１９ｃに並列に供給されている。

比較器１９ｂは、微分回路１９ａからの微小幅“Ｈ”パ
ルスに応答して微小幅“Ｈ”ハルスヲ出力するように構
成されている。

この比較器１９ｂから出力される微小幅“Ｈ”パルスは
、後述するビームＯＦＦ時間カウンタ１９ｄのスタート
入力およびオアゲート１９ｇを介してビームＯＮ時間カ
ウンタ１９ｅのリセット入力に供給されている。

また、比較器１９ｃは微分回路１９ａから供給される微
小幅“Ｌ”パルスに応答して微小幅“Ｈ”パルスを出力
するように構成されている。

この比較器１９ｃから出力される微小幅“Ｈ″パルスは
、後述するビームＯＮ時間カウンタ↓９ｅのスタート人
力およびオアゲート１９ｆを介してビームＯＦＦ時間カ
ウンタ１９ｄのリセット入力に供給されている。

ビームＯＦＦ時間カウンタ１９ｄおよびビームＯＮ時間
カウンタ１９ｅは、それぞれクロック発振器１９ｈから
のクロックを所定時間カウントすると、ＯＦＦ時間ＦＵ
ＬＬ信号Ｓ１およびＯＮ時間ＦＵＬＬ信号Ｓ２を出力す
るように構成されている。

ここで、ビームＯＦＦ時間カウンタ１９（ｉがカウント
すべきカウント値は前述した漏れ電子による試料感光所
要時間を考慮して決定される。

例えば、レジスト感度がｌＯμＣ／ｃｄ、漏れ電子密度
が１μＡ／ｃｄとするとレジストは約１０秒程度で感光
してしまうため、この場合ビームオフ時間カウンタ１９
ｂのカウント値は例えば３秒程度に設定される。

また、ビームＯＮ時間カウンタ１９ｅでカウントすべき
カウント値は、ビームＯＮ状態のままステージが停止し
た場合に、レジストの発熱を考慮して決定され、例えば
１００ｍ５ｅｃ程度に設定される。

尚、以上のカウンタ１９ｄ、１９ｅは、制御計算機１４
からのリセットパルスによってもリセットが可能に成さ
れている。すなわち、制御計算機１４では、ステージ位
置を移動させた場合、直ちにカウンタ１９ｄ、１９ｅを
リセットするようになっている。

一方、第１図において、コラム部１から試料２に至る電
子ビーム経路には、本発明の要部であるシャッタ機構が
介在されている。

この実施例のシャッタ機構は、中心に透孔２１ａを有す
るシャツタ板２１を、電子ビーム経路に出没させること
により、常時は電子ビームを透孔２１ａに通過させ、シ
ャッタ作動時にあっては、シャツタ板２１によっては電
子ビーム経路を完全に遮断するようになっている。

尚、シャツタ板２１の出没動作は、エアシリンダ、電磁
プランジャ等の公知の機構により容易に実現することが
できる。

シャッタ駆動部２０は、シャツタ板２１の駆動機構とし
て例えばエアシリンダを用いた場合であれば、そのエア
切り替えに必要な電磁弁を駆動するものであり、またシ
ャツタ板２１の駆動機構として例えば電磁プランジャを
使用した場合であれば、その電磁ソレノイドに対する通
電を制御するものである。

次に、以上の構成よりなる電子ビーム露光装置の動作を
順次系統的に説明する。

前述の如く、この種のブランキング電極を用いて電子ビ
ームを遮断するようにした電子ビーム露光装置にあって
は、電子ビームを遮断した状態、即ちビームＯＦＦ状態
においても、第２絞りｌＯの絞り孔１０ａから漏れビー
ムが生じ、これが試料２上に到達する。

この到達する電子ビームの量は極めてわずかなものであ
るが、ビーム電流が増強された場合、あるいはステージ
３が何等かの原因で長時間同一位置に停止していると次
第に試料２上のレジストを感光させることとなる。

しかるに、本実施例装置の場合、ビームＯＮ状態からビ
ームＯＦＦ状態への切り替えが行われ、これに伴いアン
プ１８の出力電圧がアース電位から＋Ｖ電位へと立ち上
がると、ビームＯＦＦ時間カウンタ１９ｂがビームＯＦ
Ｆ時間のカウントを開始し、その状態が例えば３秒経過
するとＯＦＦ時間ＦＵＬＬ信号Ｓ１が出力される。

一方、第３図に示されるように、制御計算機１４におい
ては、通常の露光制御（ステップ３０１）を行いつつ、
その終了の度にモニタ部１９の出力を読み込み（ステッ
プ３０２）ＯＦＦ時間ＦＵＬＬ信号の存在、ＯＮ時間Ｆ
ＵＬＬ信号の存在をチエツクしている（ステップ３０３
．３０４）。

この為、ＯＦＦ時間ＦＵＬＬ信号ＳＬが出力されると（
ステップ３０３ＹＥＳ）、その後現在のステージ位置の
判定処理が行われる。

この判定では、まずステージ位置の読み込みが行われ（
ステップ３０５）、その後現在のステージ位置がその上
に載置された試料２の有効露光領域に対して電子ビーム
露光が行われる状態に相当するかの判定が行われる（ス
テップ３０６）。

ここで、ステージ位置は有効露光領域と判定されれば（
ステップ３０６）、直ちにシャッタ駆動＃２０に対し所
定の信号が送られ、シャツタ板２１は電子ビーム経路を
遮断する状態に移動設定される。

このシャツタ板２１の動作は、ブランキング電極８　ａ
　Ｎ　８　ｂと第２絞り１０との位置関係で行われる遮
断原理とは異なり、電子ビームの経路を完全に機構的に
塞ぐものであり、この為シャツタ板２１の作動により試
料２に到達する電子ビームは完全に遮断される。

他方、ブランキング電極８ａ、８ｂによる電子ビームオ
ン状態からＯＮ状態への切り替えが行われ、その後例え
ば１００ｍ５ｅ、ｃ程度が経過すると、ビームＯＮ時間
カウンタ１９ｅからはＯＮ時間ＦＵＬＬ信号ｓ２が出力
される。

すると、第３図のフローチャートに示されるように、制
御用計算機１４ではＯＮ時間ＦＵＬＬ信号有りの判定が
行われ（ステップ３０４ＹＥＳ）、その後前述と同様な
ステージ位置の確認処理が行われる。

すなわち、ステージ位置の読み込みが行われ（ステップ
３０５）、当該ステージ位置が有効露光領域と判定され
れば（ステップ３０６ＹＥＳ）、直ちにシャツタ板の駆
動が行われ（ステップ３０７）、試料２上への電子ビー
ム照射は完全に遮断される。

従って、ビームオン状態において、何等かの原因でステ
ージ３が停止してしまったような場合には、その後１０
０　ｍ　ｓ　ｅ　ｃの経過とともに試料２に対する電子
ビーム照射はシャツタ板２１により完全に遮断され、こ
れにより大量の電子照射による発熱でレジストが気化し
、コラム下部が汚染される等の問題を未然に防止するこ
とができる。

この様に、本実施例装置によれば、スループット向上の
ためにビーム電流を増強し、これによりビームＯＦＦ状
態において絞り孔１０ａを通過する漏れビームが試料２
を感光させる虞が生じた場合には、直ちにシャツタ板２
↓の作動により試料２に至る電子ビームを完全に遮断し
、漏れ電子によるレジストの感光を防止しすることがで
きる。

また、ビームＯＮ期間において、何等かの原因でステー
ジ３が１箇所に停止してしまったような場合にも、大量
の電子照射によりレジストが気化するに至る前に、シャ
ツタ板２１の作動により試料２に対する電子ビーム照射
を完全に遮断し、これによりレジストの気化に伴うコラ
ム下部の汚染を防止することができる。

尚、以上の実施例では、制御計算機１４を介してブラン
キング制御部１７、モニタ部１９、シャッタ駆動部２０
、ステージ制御部１６の制御を行ったが、以上の制御を
専用のワイヤドロシック回路で構成してもよいことは勿
論である。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、この発明によれば、電子
ビームＯＦＦ期間における漏れ電子によって試料が感光
し、それと気付かずに後工程まで進められた結果、大量
の不良品が発生し大きな損失を与えることを未然に防止
することができ、またビームＯＮ期間において何等かの
原因によりステージが１箇所に停止し、これにより大量
の電子照射によってレジストを気化させコラム下部を汚
染する等の問題をも未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例構成図、 第２図はモニタ部の詳細構成図、 第３図は制御計算機の動作フローチャート、第４図は従
来装置の構成図である。 １・・・コラム部 ２・・・試料 ３・・・ステージ ４・・・電子銃 ５・・・グリッド ６・・・アノード ７・・・第１絞り ８ａ、８ｂ・・・ブランキング電極 ９・・・第（レンズ １０・・・第２絞り １０ａ・・・絞り孔 １１・・・第２レンズ １３・・・位置偏向器 １４・・・制御計算機 １５・・・システムバス １６・・・ステージ制御部 １７・・・ブランキング制御部 １８・・・アンプ １９・・・モニタ部 ２０・・・シャッタ駆動部 ２１・・・シャツタ板 ２１ａ・・・透孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子銃（４）、電子レンズ列（９、１１、１２）絞り列
   （７、１０）等から成るコラム部（１）の光軸直下に、
   ウェハー等の試料（２）を載置する移動可能なステージ
   （３）を配置し、前記コラム部から電子ビームを発する
   状態において前記ステージ（３）を適宜に作動させるこ
   とにより、試料上の所望領域に対して電子ビームを照射
   するとともに、コラム部（１）に内蔵されたブランキン
   グ電極（８ａ）に所定のブランキング電圧（＋Ｖ）を印
   加して電子ビーム光軸を絞り孔（１０ａ）外へと偏向さ
   せることにより、試料（２）への電子ビーム到達を遮断
   するようにした電子ビーム露光装置において、 前記ブランキング電極（８ａ）に対してブランキング電
   圧（＋Ｖ）が連続的に印加若しくは連続的に印加されて
   いない状態が所定時間以上継続したことを判定する手段
   （１９）と、 現在のステージ位置がその上に載置された試料の有効露
   光領域に対して電子ビーム露光が行われる状態に相当す
   るかを判定する手段（ステップ３０５、３０６）と、 前記コラム部から試料に至る電子ビーム経路に介在され
   、かつ前記ブランキング電圧が連続的に印加若しくは連
   続的に印加されていない状態が所定時間以上継続したこ
   と及び有効露光領域に対して電子ビーム露光が行われる
   状態にあることの双方が判定されることを条件として、
   電子ビームが試料上に到達することを機構的に遮断する
   手段（２０、２１）と、 を具備すること、を特徴とする電子ビーム露光装置。