JPH05291125A

JPH05291125A - 電子線描画装置

Info

Publication number: JPH05291125A
Application number: JP4119712A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1993-11-05
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: JP2979163B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ステンシルマスク上にパターンを形成し易く
すると共に、入射する電子線に起因するステンシルマス
クの発熱の悪影響を少なくする。【構成】縮小転写用のパターン及び可変成形用の開口
パターンが形成されたステンシルマスク９を透過した電
子線をターゲット１５上に導くことにより、一括縮小転
写による描画と可変成形ビームによる描画とを切り換え
て描画する電子線描画装置において、ステンシルマスク
９のパターン領域の厚さを電子線を遮蔽する領域の最小
線幅よりも薄くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体メモリ素
子等のように所定のパターンの繰り返し部を多く含む微
細パターンを高速に描画する電子線描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体メモリ素子等の微細パター
ンを高速に描画するために電子線描画装置が使用されて
いる。半導体メモリ素子のように特定のメモリセルを繰
り返すことにより大部分が構成されるパターンの場合に
は、ステンシルマスク（電子線透過マスク）にその繰り
返しの基本となるパターンの拡大パターンを形成してお
き、感光基板に所定間隔でそのパターンを縮小転写して
いくことにより、全体の回路パターンを高速に高いスル
ープットで描画することができる。

【０００３】また、そのステンシルマスクの多くのパタ
ーンの中には可変成形用の開口パターンが設けられてお
り、この開口パターンと例えば上段のアパーチャ板の開
口パターンとを組み合わせることにより断面形状が可変
の電子ビーム（可変成形ビーム）を発生できるようにな
っている。可変成形ビームを用いることにより、例えば
ステンシルマスク中のパターンとして用意されていない
パターンを分解して比較的高速に描画することができ
る。そして、従来の電子線描画装置では、ステンシルマ
スクとしては厚さ２０μｍ程度のシリコン（Ｓｉ）単結
晶をエッチング加工して形成されたマスクが使用され、
ステンシルマスクのパターンからターゲット上の縮小像
への縮小率は１／２５〜１／１００程度である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子線描画装置
においては、縮小率が１／２５であるとして、ターゲッ
ト上に最小線幅０．２μｍのパターンを描画するものと
すると、ステンシルマスク上でのパターンの最小幅は５
μｍとなる。この場合、ステンシルマスク上のパターン
の平面図及び断面図をそれぞれ図５（ａ）及び（ｂ）で
表すと、ステンシルマスク上のスリット状の開口部３１
の幅Ｖ１及び開口パターン間の電子線の遮蔽部３２の幅
Ｖ２の最小値が５μｍとなる。一方、ステンシルマスク
の厚さＳは２０μｍであるため、ステンシルマスクの厚
さＳとステンシルマスク上の開口部３１及び遮蔽部３２
の最小幅との比であるアスペクト比は４：１（比の値で
４）となる。

【０００５】しかしながら、このような高いアスペクト
比では開口部３１を形成するための加工が困難であり、
特に開口部３１のコーナー部の曲率半径Ｒが大きくなる
傾向がある。これにより図５（ｃ）に示すように、ター
ゲット上に形成された縮小像のつなぎ部３３に「くび
れ」が生じる不都合があった。また、電子線の遮蔽部３
２の幅Ｖ２の最小値がステンシルマスクの厚さＳより小
さいために、入射する電子線により加熱された遮蔽部３
２は厚さ方向に撓まずに、図５（ａ）の矢印３４で示す
ようにパターン面に沿って撓む傾向がある。この撓み量
はターゲット上では例えば１／２５に縮小されるとは言
え、描画されるパターンの誤差の一因となる虞がある。

【０００６】また、例えば５０ｋＶ程度で加速された電
子線を使用する場合、厚さ２０μｍ程度のシリコン単結
晶では、後方散乱する電子線以外は全てステンシルマス
ク内でエネルギーを失うために、ステンシルマスクでの
発熱が大きくなる。従って、発熱を許容値以下に抑える
ためには、ステンシルマスクの広い面積にパターンを形
成することができず、転写するパターンの種類を増加で
きない不都合がある。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、ステンシルマス
ク上にパターンを形成し易いと共に、入射する電子線に
起因するステンシルマスクの発熱の悪影響が少ない電子
線描画装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の電子
線描画装置は、例えば図１及び図４に示す如く、縮小転
写用のパターン及び可変成形用の開口パターンが形成さ
れた電子線透過マスク（９）を透過した電子線をターゲ
ット（１５）上に導くことにより、一括縮小転写による
描画と可変成形ビームによる描画とを切り換えて描画す
る電子線描画装置において、その電子線透過マスク
（９）のパターン領域（９ｂ）の厚さｄを電子線を遮蔽
する領域（２３）の最小幅Ｗ４よりも薄くしたものであ
る。

【０００９】また、本発明による第２の電子線描画装置
は、例えば図１及び図４に示す如く、縮小転写用のパタ
ーン及び可変成形用の開口パターンが形成された電子線
透過マスク（９）を透過した電子線をターゲット（１
５）上に導くことにより、一括縮小転写による描画と可
変成形ビームによる描画とを切り換えて描画する電子線
描画装置において、その電子線透過マスク（９）のパタ
ーン領域（９ｂ）の厚さｄを電子線の平均自由行程の１
０倍より厚く、且つ通過中に電子線がエネルギーをほと
んど失ってしまう長さ（電子のレンジ）の２分の１より
薄くしたものである。

【００１０】

【作用】斯かる本発明の第１の電子線描画装置によれ
ば、電子線を遮蔽する領域（２３）の最小線幅Ｗ４より
も電子線透過マスク（９）の厚さｄの方が薄いので、電
子線透過マスク（９）は厚さ方向に曲がり易い。従っ
て、その領域（２３）が電子線により加熱されて電子線
透過マスク（９）の温度が上昇しても、その電子線を遮
蔽する領域（２３）は厚さ方向に反ることになり、パタ
ーン領域（９ｂ）に平行な方向への撓みはほとんど生じ
ない。従って、電子線による加熱がターゲット（１５）
上に描画されるパターン誤差の要因にならない。

【００１１】また、一般に電子線透過マスク（９）の電
子線を遮蔽する領域（２３）の最小幅Ｗ４と電子線をそ
のまま透過させる開口部（２２）の最小幅Ｗ３とは同程
度であり、開口部（２２）の最小幅Ｗ３に対してその周
辺の電子線透過マスク（９）の厚さｄは小さい。従っ
て、開口部（２２）を容易に高精度に加工することがで
き、特にコーナー部の曲率半径を０に近付けることがで
き、縮小像のつなぎ部（例えば図５（ｃ）のつなぎ部３
３）にできる「くびれ」を小さくすることができる。

【００１２】また第２の電子線描画装置によれば、電子
線透過マスク（９）のパターン領域（９ｂ）の厚さｄが
入射する電子線の平均自由行程の１０倍程度より大き
い。従って、入射する電子線は少なくとも１回以上は電
子線透過マスク（９）を構成する原子と衝突し、電子線
透過マスク（９）に入射した軌道から外れた方向に射出
される。また、そのパターン領域（９ｂ）の厚さｄは、
電子のレンジの１／２より薄いので、電子線は極くわず
かのエネルギーを失ったのみで電子線透過マスク（９）
を通過する。従って、電子線透過マスク（９）の電子線
による加熱量が少なく、電子線透過マスク（９）の温度
上昇も少ない。

【００１３】なお、本発明によれば、電子線透過マスク
（９）の本来電子線を遮蔽するべき領域（２３）を電子
線が透過し易くなる。しかしながら、その領域（２３）
を透過した電子線は入射方向と異なる方向に射出されタ
ーゲット（１５）には達しない傾向があるのでほとんど
問題はない。更に、例えばその電子線透過マスク（９）
の下方に異なる方向に射出された電子線を遮蔽する制限
開口板を設けることにより、より完全にそのように異な
る方向に射出された電子線の影響を除くことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による電子線描画装置の一実施
例につき図１〜図４を参照して説明する。図１は本例の
電子線描画装置の構成を示し、この図１において、１は
加速電圧が約５０ｋＶの電子銃である。この電子銃１か
ら順にブランキング用の偏向器２、コンデンサーレンズ
３、第１成形アパーチャ板４、第１成形レンズ５、電磁
方式の偏向器６及び第２成形アパーチャ板７を配置す
る。その下に、第２成形レンズ８、静電方式の偏向器１
０及びステンシルマスク９を配置する。第２成形レンズ
８により第２成形アパーチャ板７の開口パターンの電子
線による像をステンシルマスク９上に結像する。即ち、
第２成形アパーチャ板７の配置面とステンシルマスク９
の配置面とは共役である。上述の第１成形アパーチャ板
４の光軸ＡＸを含む中央部には正方形の１個の開口パタ
ーンを形成する。

【００１５】このステンシルマスク９の下側に順に、縮
小レンズ１１、副偏向器１２、主偏向器１３、対物レン
ズ１４及びターゲット１５を配置する。縮小レンズ１１
及び対物レンズ１４による縮小率は約１／２５である。
また、主偏向器１３は電子線をターゲット１５上の２ｍ
ｍ角の領域内の任意の位置に位置決めし、副偏向器１２
は更に電子線を８０μｍ角の領域内の任意の位置に位置
決めする。また、本実施例では、縮小レンズ１１の近傍
にコンデンサーレンズ３、第１成形レンズ５及び第２成
形レンズ８により電子銃１の電子線源の像であるクロス
オーバ１６を形成し、このクロスオーバ１６が形成され
る位置に制限開口板１７を配置する。

【００１６】クロスオーバの直径は例えば２０μｍ〜４
０μｍであり、制限開口板１７の光軸ＡＸを中心とする
領域にはクロスオーバの直径の３倍程度の開口を形成す
る。また、電子線による加熱に耐えるようにするため、
制限開口板１７はタンタル、モリブデン、銅等の高融点
金属あるいは高熱伝導率金属より形成する。また、第１
成形アパーチャ板４及び第２成形アパーチャ板７をシリ
コン単結晶より形成する場合には、そのパターン領域の
厚さは約２０μｍにする。これは第１成形アパーチャ板
４及び第２成形アパーチャ板７の電子線を遮蔽する領域
は、電子線を全く透過させないことを意味する。

【００１７】図２は第２成形アパーチャ板７のパターン
を示し、この図２に示すように、第２成形アパーチャ板
７のパターン領域を例えば５行×５列の正方形の小領域
に分割する。そして、光軸ＡＸ上の１個の小領域を除く
２４個の小領域にはそれぞれ比較的大きな正方形の開口
パターン１８−１，１８−２〜１８−２４を形成する。
また、第２成形アパーチャ板７の光軸ＡＸ上の小領域に
は可変成形ビーム用の正方形の開口パターン１９を形成
する。

【００１８】図３はステンシルマスク９のパターンを示
し、この図３に示すように、ステンシルマスク９のパタ
ーン領域も例えば５行×５列の小領域に分割する。これ
らステンシルマスク９上の２５個の小領域にはそれぞれ
図２の第２成形アパーチャ板７の２５個の小領域を通過
した電子線が１対１で結像される。そして、図３のステ
ンシルマスク９において、光軸ＡＸ上の１個の小領域を
除く２４個の小領域にはそれぞれメモリセル等の繰り返
しの基本となるパターンの拡大パターン２０−１，２０
−２〜２０−２４を形成する。これら拡大パターン２０
−１〜２０−２４の幅Ｗ１は約１２５μｍ、拡大パター
ン間の間隔Ｗ２は約６２．５μｍである。また、その光
軸ＡＸ上の１個の小領域には、１個の可変成形ビーム用
の正方形の開口パターン２１を形成する。

【００１９】また、図４は図３のステンシルマスク９の
ＡＡ線に沿う断面を厚さ方向に対して約１０倍に拡大し
て示す断面図である。また、図４には図３の拡大パター
ン２０−１１〜２０−１４及び開口パターン２１の断面
図が示されている。本例のステンシルマスク９はシリコ
ン単結晶より形成され、この図４において、ステンシル
マスク９のパターン領域の周辺の領域９ａ及び拡大パタ
ーン（開口パターン２１を含む）間の領域９ｃの厚さＴ
は２０μｍであり、拡大パターン又は開口パターン２１
が形成された各小領域９ｂの厚さｄは約５μｍである。
このように厚さ２０μｍのステンシルマスク９の各小領
域を厚さ約５μｍにまで削るためには、例えば水酸化カ
リウム（ＫＯＨ）による異方性エッチングが使用でき
る。この異方性エッチングを使用した場合には、側面部
２４が表面に平行な面となす角度θは約５４°になる。

【００２０】なお、パターン領域９ｂの厚さｄは、ステ
ンシルマスク９の材質における電子の平均自由行程の１
０倍程度以上で且つ電子が通過中にほぼ全てのエネルギ
ーを失ってしまう長さ（電子のレンジ）の１／２程度以
下であることが望ましい。加速電圧が５０ｋＶの電子線
の場合には、シリコン単結晶中の平均自由行程は約０．
０５μｍ、電子線のレンジは約１６μｍである。従っ
て、ステンシルマスク９をシリコン単結晶より形成して
加速電圧が５０ｋＶの電子線を使用する場合には、その
パターン領域９ｂにおける厚さｄの望ましい範囲はほぼ
次のようになる。

【数１】０．５μｍ≦ｄ≦８μｍ

【００２１】上述の厚さｄの５μｍはその（数１）の範
囲に含まれている。このようにパターン領域９ｂの厚さ
ｄは平均自由行程の１０倍以上であるため、ステンシル
マスク９の非開口部に入射する電子線は少なくとも１回
以上は構成原子と衝突し、入射した軌道から外れた方向
に射出される。従って、ほとんどターゲット１５上の結
像には関与しない。また、そのパターン領域９ｂの厚さ
ｄは、電子のレンジの１／２より薄いので、電子線は極
くわずかのエネルギーを失ったのみでステンシルマスク
９を通過する。従って、ステンシルマスク９の電子線に
よる加熱量が少なく、ステンシルマスク９の温度上昇が
少ないので、形成するパターンの種類を多くすることが
できる。

【００２２】また、ステンシルマスク９の周辺の領域９
ａ及び拡大パターン間の領域９ｃの厚さＴは２０μｍで
あるため、ステンシルマスク９を安定に支持することが
できる。なお、ステンシルマスク９の材質によってはこ
れらの領域９ａ及び９ｃの厚さＴをも小領域９ｂの厚さ
ｄと同程度に薄くしてもよい。

【００２３】また、図３の拡大パターン２０−１２にお
いて、電子線を遮蔽するべき領域で最も線幅の狭いもの
をパターン２３、電子線を透過する開口部で最も幅の狭
いものをパターン２２とすると、図４において、パター
ン２２の幅Ｗ３及びパターン２３の幅Ｗ４はそれぞれ５
μｍをやや超える程度に設定する。即ち、本実施例の最
も幅の狭いパターン２２のアスペクト比（厚さ：幅）の
値は１（＝５／５）に達しない程度であり、従来例に対
してアスペクト比は１／４以下程度になっている。アス
ペクト比が小さくなったことにより、開口部のパターン
２２の加工が容易になり、コーナー部の曲率半径をほぼ
０に近付けることができる。これにより縮小像のつなぎ
部の「くびれ」を解消することができる。また、そのよ
うに電子線を遮蔽するべき領域のパターン２３の幅Ｗ４
に比べてステンシルマスク９の厚さｄが薄い場合には、
ステンシルマスク９が加熱されてもパターン２３が厚さ
方向に反り易くなり、ターゲット１５上での縮小像の歪
が少なくなる。

【００２４】次に、図１の装置の基本的な動作につき説
明するに、電子銃１から放出された電子線はコンデンサ
ーレンズ３により適度に集束されて第１成形アパーチャ
板４の中央部の開口パターンを一様に照射する。その第
１成形アパーチャ板４の開口パターンの電子線による像
が第１成形レンズ５により第２成形アパーチャ板７上に
結像される。偏向器６の偏向作用により、第１成形アパ
ーチャ板４の開口パターンの像は第２成形アパーチャ板
７の２５個の小領域の内の任意の１つの小領域の上に結
像される。そして、偏向器１０が動作していない状態で
は、第２成形アパーチャ板７の１つの小領域の開口パタ
ーンの像が第２成形レンズ８によりステンシルマスク９
の対応する１つの小領域の上に結像される。一方、偏向
器１０を動作させるとその偏向作用により、第２成形ア
パーチャ板７の１つの小領域の開口パターンの像は対応
するステンシルマスク９の１つの小領域上で光軸ＡＸに
垂直な方向に所定量だけ偏向させることができる。

【００２５】ステンシルマスク９のその１つの小領域の
開口パターンを通過した電子線は、縮小レンズ１１及び
対物レンズ１４によりターゲット１５上に集束され、そ
の第２成形アパーチャ板７の選択された１つの小領域の
開口パターンの像とステンシルマスク９の対応する１つ
の小領域の開口パターンとが重なって得られるパターン
がターゲット１５上に約１／２５の縮小率で縮小されて
転写される。また、副偏向器１２及び主偏向器１３によ
りターゲット１５上での縮小像の位置決めが行われる。
この場合、第２成形アパーチャ板７で正方形の開口パタ
ーン１９が選択されると、その開口パターン１９を通過
した電子線は、ステンシルマスク９側では開口パターン
２１上に照射される。そこで、偏向器１０により電子線
を光軸ＡＸに垂直な方向に偏向させることにより、ター
ゲット１５上に大きさが可変の矩形のパターンを描画す
ることができる。

【００２６】一方、第２成形アパーチャ板７側で開口パ
ターン１８−１〜１８−２４の何れかを選択すると、こ
の選択された開口パターンを通過した電子線はステンシ
ルマスク９側ではそれに対応してそれぞれ拡大パターン
２０−１〜２０−２４を通過して、ターゲット１５上の
所定の位置に選択された拡大パターンが縮小して転写さ
れる。この場合、本実施例ではステンシルマスク９の各
小領域９ｂの厚さが薄いので、それら小領域を透過した
電子線が縮小レンズ１１に入射し易い。これは軌道がず
れているのでほとんど結像には関与しないが、本実施例
では制限開口板１７によりほぼ完全にそのような電子線
を除くようにしている。

【００２７】なお、図１の例では第２アパーチャ板７の
各小領域とステンシルマスク９の各小領域とは１対１で
対応しているが、必ずしも１対１で対応させる必要はな
い。また、第１成形アパーチャ板４及び第２成形アパー
チャ板７の何れか又は両方を省略する構成も可能であ
る。このように、本発明は上述実施例に限定されず本発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【００２８】

【発明の効果】本発明の第１の電子線描画装置によれ
ば、電子線透過マスクのパターン領域の厚さが電子線を
遮蔽する領域の最小線幅よりも薄いので、電子線透過マ
スク上にパターンを形成し易い。また、入射する電子線
によりステンシルマスクが加熱されても、電子線を遮蔽
する領域は厚さ方向に反り易いので、発熱の悪影響が少
ない利点がある。

【００２９】また、第２の電子線描画装置によれば、電
子線透過マスクのパターン領域の厚さが所定値より薄い
のでパターンの加工が容易であると共に、入射した電子
線はほとんど電子線透過マスクを透過するので電子線透
過マスクの発熱自体を防止することができる。更に、そ
のパターン領域は電子の平均自由行程の１０倍程度以上
であるため、入射時の軌道からそれてほとんど結像には
関与しない利点がある。また、より大きい電流密度の電
子線を使用できるようになり、スループットを更に高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子線描画装置の一実施例の縦断
面に沿う端面図である。

【図２】図１の第２成形アパーチャ板７のパターンを示
す平面図である。

【図３】図１のステンシルマスク９のパターンを示す平
面図である。

【図４】図３のＡＡ線に沿う厚さ方向に拡大した断面図
である。

【図５】（ａ）は従来のステンシルマスクのパターンの
一例を示す平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＢＢ線に沿う
平面図、（ｃ）は縮小像のつなぎ部の一例を示す平面図
である。

【符号の説明】

１電子銃３コンデンサーレンズ４第１成形アパーチャ板５第１成形レンズ６偏向器７第２成形アパーチャ板８第２成形レンズ９ステンシルマスク１０偏向器１１縮小レンズ１２副偏向器１３主偏向器１４対物レンズ１５ターゲット１７制限開口板１８−１〜１８−２４正方形の開口パターン２０−１〜２０−２４拡大パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縮小転写用のパターン及び可変成形用の
開口パターンが形成された電子線透過マスクを透過した
電子線をターゲット上に導くことにより、一括縮小転写
による描画と可変成形ビームによる描画とを切り換えて
描画する電子線描画装置において、前記電子線透過マスクのパターン領域の厚さを電子線を
遮蔽する領域の最小線幅よりも薄くした事を特徴とする
電子線描画装置。
【請求項２】縮小転写用のパターン及び可変成形用の
開口パターンが形成された電子線透過マスクを透過した
電子線をターゲット上に導くことにより、縮小転写によ
る描画と可変成形ビームによる描画とを切り換えて描画
する電子線描画装置において、前記電子線透過マスクのパターン領域の厚さを電子線の
平均自由行程の１０倍より厚く、且つ通過中に電子線が
エネルギーをほとんど失ってしまう長さの２分の１より
薄くした事を特徴とする電子線描画装置。