JPH07135130A

JPH07135130A - 荷電粒子ビーム露光装置

Info

Publication number: JPH07135130A
Application number: JP5153777A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Daikyo; 義久大饗; Yasushi Takahashi; 靖高橋; Hiroshi Yasuda; 洋安田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1995-05-23
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JP3194552B2; US5420433A

Abstract

(57)【要約】【目的】荷電粒子ビーム露光装置において、被露光物体
上に低エネルギー荷電粒子により帯電した塵が堆積する
のを抑止する。【構成】被露光物体上に、被露光物体表面に対して対向
するようにバリア電極を形成し、前記バリア電極に電圧
を印加して、荷電粒子ビームの光軸を囲むようにバリア
電界を、前記被露光物体を囲むように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に半導体装置の製
造に関し、特に半導体装置の製造に使われるる荷電粒子
ビーム露光装置に関する。

【０００２】電子ビームリソグラフィは集積密度の大き
な先端的な半導体集積回路を製造する上で必須の技術で
ある。電子ビームリソグラフィを使うことにより、０．
０５μｍ以下の幅を有するパターンを０．０２μｍ以下
のアラインメント誤差で露光することが可能である。こ
のため、電子ビームリソグラフィは２５６Ｍビットある
いは１Ｇビットを超えるような大きな記憶容量を有する
ＤＲＡＭ、あるいは非常に強力な演算機能を備えた高速
マイクロプロセッサを始めとする将来の半導体装置の製
造において中心的な役割を果たすと考えられている。

【０００３】

【従来の技術】一般に、荷電粒子ビーム露光装置は、荷
電粒子ビームを発生しこれを所定の光軸に沿って被露光
物体に向けて発射する粒子ビーム源、前記光軸に沿って
設けられ、前記荷電粒子ビームを前記物体上に集束させ
る電子レンズ、前記荷電粒子ビームを前記光軸に対して
偏向させ、前記荷電粒子ビームを前記物体の表面上で走
査させる偏向器、前記光軸上に設けられ、前記物体を移
動自在に保持する移動ステージ等を備え、前記物体上に
所望の半導体パターンを荷電粒子ビームにより描画す
る。

【０００４】図６はかかる従来の荷電粒子ビーム露光装
置あるいは電子ビーム露光装置の概略的構成を示す。

【０００５】図６を参照するに、電子ビーム露光装置は
バルブ２ａを介して真空ポンプ２により排気される真空
室１ａと、真空室１ａから上方に延在する真空コラム１
ｂとよりなる真空系１を有し、真空室１ａ中には半導体
基板４を保持する移動ステージ３が設けられている。移
動ステージ３はコロ３ｃにより支えられＸ方向に移動す
る第１のステージプレート３ａと、前記第１のステージ
プレート３ｄ上においてコロ３ｄにより支えられＹ方向
に移動する第２のステージプレート３ｄとよりなり、さ
らに真空室１ａ中には前記第１および第２のステージプ
レート３ａ，３ｂをそれぞれＸおよびＹ方向に移動させ
る駆動機構（図示せず）が設けられている。

【０００６】一方、真空コラム１ｂ中には電子銃５が設
けられ、電子ビームを光軸Ｏに沿って形成する。このよ
うにして形成された電子ビームは光軸Ｏに沿って基板４
に到達し、基板４上に形成された電子線ビームレジスト
を感光させる。さらに、真空コラム１ｂ中には、光軸Ｏ
に沿って電子レンズ６が配設され、電子ビームを基板４
の表面において集束させる。電子レンズ６には光軸に沿
って電子ビームの経路６ａが形成されており、さらに前
記経路６ａの一部には電子ビームを偏向させる偏向器７
が形成されている。偏向器７を駆動することにより、電
子ビームは基板４の表面上を高速で走査する。偏向器７
の駆動と移動ステージ３の駆動を組み合わせることによ
り、基板４の実質的に全面にわたり半導体パターンを描
画することが可能に成る。また、電子レンズ６の下端に
は反射電子検出器１０が基板４に対して対面するように
設けられ、基板４への電子ビームの照射に応じて基板か
ら放出される反射電子を検出する。さらに、真空室９に
は、基板４から電子ビームの照射に応じて放出される低
エネルギーの二次電子を検出する二次電子検出器９が設
けられている。これらの検出器は一般に基板のＳＥＭ像
を得るために使われる。

【０００７】さらに、真空室１ａには、副真空室１ｃが
ゲートバルブ１ｄを介して連通するように設けられ、基
板４を真空室１ａに対して出し入れする。この目的のた
め、副真空室１ｃには入口ゲートバルブ１ｅが形成さ
れ、さらに前記副真空室１ｃ中には基板４を受け入れて
これをステージ３上に搬送するアーム機構１ｆおよび前
記アーム機構１ｆを駆動する駆動機構１ｇが設けられ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる半導
体装置の製造においては、基板に塵が付着すると歩留り
が大きく低下してしまう。このため、塵を可能な限り除
去すべく多くの努力がなされている。特に電子ビーム露
光装置で露光されるような微細なパターンを有する半導
体装置では塵の影響は深刻である。例えば、清浄な基板
を真空室に導入し、露光後搬出して基板上に残留してい
る塵の量を計測すると、数千から数万個の塵が観測され
ることがある。このため、図６に示す電子ビーム露光装
置では、コロやベアリング等の摺動部をカバーで覆い、
塵の飛散を防いでいる。また、基板を真空系から大気圧
下に取り出す場合、あるいは大気圧下から真空系に導入
するよいな場合において、塵が飛散しないように真空系
のリークや排気を非常にゆっくりと行なう等の対策がと
られてきた。しかしながら、これら従来の対策では、露
光後における基板上への塵の付着を十分に低減すること
ができない。例えば、先に説明した防塵カバーで真空系
の摺動部を覆っても、６インチウェハ上に数百から数千
の塵が残留するのを避けることができない。

【０００９】ところで、本発明の発明者らは、図６に示
す構成の電子ビーム露光装置を使って半導体パターンを
基板４上に露光する作業を行なっている際に、以下のよ
うな事実を見出した。１）副真空室１ｃに清浄な６インチ基板４を導入し、
真空引きした後リークする。この処理の後、基板４を大
気圧下に取り出して付着している塵を測定するに、塵の
付着は殆どない。２）前記１）の工程において、さらにアーム１ｆを駆
動して基板をステージ３に移送し、そのまま副真空室１
ｃに戻す。この作業の後に基板４に付着した塵を測定す
るに、塵の付着はやはり殆どない。３）前記２）の工程に、ステージ３を駆動して基板４
を移動する工程を追加しても、塵の付着はやはり殆どな
い。４）前記２）の工程に、ステージを動かさずに電子ビ
ームを照射する工程を追加する。この場合にも塵の付着
は殆どない。５）前記３）と４）の工程を同時に行なうと、基板上
に付着した塵は一挙に数百から数千まで増加する。

【００１０】電子ビーム露光装置では、５）の工程を行
なわざるを得ないために、露光時間にもよるものの、基
板上に最低でも数百の塵が付着することになり、半導体
装置の製造の歩留りの低下を避けることができない。一
方、５）の工程において初めて大量の塵が基板に付着す
るようになる事実は、塵の付着のメカニズムについて一
つの有益な示唆を与えるものである。すなわち、露光工
程の後で基板に付着する塵は、図７に示すように真空系
の摺動部で発生した後で電子ビームの照射により帯電
し、基板に付着したものであると考えられる。実際に塵
を帯電させるのは、集束電子ビーム自体ではなくて、電
子ビームを基板上に照射することにより発生した反射電
子や低エネルギーの二次電子ｅ^-、あるいは正イオンで
あると考えられる。これらの低エネルギー帯電粒子は真
空室１中に、電子ビームの照射により大量に発生する。
これらの帯電粒子は真空室１ａ中に充満し、移動ステー
ジ３の移動機構が巻き上げた塵ｄ^-を負に帯電させる。
このようにして生じた帯電した塵ｄ^-は基板４の表面に
到達すると堆積し、欠陥を形成する。

【００１１】そこで、本発明は上記の問題点を解決した
新規で有用な荷電粒子ビーム露光装置を提供することを
概括的目的とする。

【００１２】本発明のより具体的な目的は、荷電粒子ビ
ームを照射しながらステージを移動させても、ステージ
上の基板に殆ど塵が付着するのを抑止できる荷電粒子ビ
ーム露光装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、荷電粒子ビームを発生し、これを所定の光軸Ｏに沿
って被露光物体４に向けて発射する粒子ビーム源手段５
と、前記光軸に沿って設けられ、前記荷電粒子ビームを
前記物体上に集束させる集束手段６と、前記荷電粒子ビ
ームを前記光軸に対して偏向させ、前記荷電粒子ビーム
を前記物体の表面上で走査させる偏向手段７と、前記光
軸上に設けられ、前記物体を移動自在に保持する保持手
段３とを備え、前記物体上に荷電粒子ビームにより描画
する荷電粒子ビーム露光装置において、前記物体の表面
と前記集束手段との間に画成された空間に、前記光軸を
囲むように、しかも前記物体の表面から離間して設けら
れ、前記光軸に対応して前記荷電粒子ビームの通路を形
成されたバリア電極８を備え、前記バリア電極は、前記
基板表面の近傍に、前記基板を囲むように、前記低エネ
ルギー荷電粒子を捕獲するバリア電界を形成することを
特徴とする荷電粒子ビーム露光装置により、達成する。

【００１４】

【作用】本発明によれば、前記バリア電極を設けること
により、前記被露光物体上に荷電粒子ビームを照射する
ことにより生じる低エネルギーの荷電粒子が、前記バリ
ア電極により形成されるバリア電界により真空室内に飛
散するのが阻止される。その結果、真空室内においてス
テージが移動することに伴い摺動部から塵が発生して
も、塵の帯電を最小限に止めることが可能になる。ま
た、かかる帯電した塵が発生しても、前記バリア電極が
形成する電界の効果により、塵が前記基板表面近傍の空
間に侵入するのが妨げられ、基板表面への塵の付着が効
果的に抑止される。例えば、前記バリア電極に正電圧を
印加することにより、低エネルギー荷電粒子あるいは負
に帯電した塵を前記バリア電極により効果的に捕獲する
ことができる。その結果、基板表面近傍に到達する塵の
数を著しく減少させることができる。また、前記バリア
電極に負電圧を印加することにより、負に帯電した塵を
基板表面近傍から、斥力の作用により排除することもで
きる。前記バリア電極は、前記基板を囲むように、十分
な大きさを持ったリング状に形成するのが好ましい。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
しながら詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明による荷電粒子ビーム露光装
置の概略的構成を示す。図１中、図１に対応する部分は
同一の参照符号で記載し、その説明を省略する。

【００１７】図１を参照するに、本実施例による荷電粒
子ビーム露光装置はコラム１ｂ中に設けられた電子レン
ズ６の下端、すなわち反射電子検出器１０と、ステージ
３上に保持された基板４との間に画成される空間に、光
軸Ｏを囲むように、また基板４の表面に対面するように
形成されたバリア電極８を含む。バリア電極８は、図２
に示すように電子ビームを通過させる開口部８ａを形成
されたリング形状を有し、導電体で形成されている、。
バリア電極８の外径は、ステージ３上の基板４の外径よ
りも大きくなるように設定され、制御装置８１に電気的
に接続されている。制御装置８１は電極８に、電子ビー
ムの照射下においてステージ３が移動することにより巻
きあげられる、あるいは形成される帯電した塵が、基板
４表面近傍の空間に侵入するのを阻止する電界が形成さ
れるように、所定の電圧を印加する。図示の例では、制
御装置８１は前記二次電子検出装置９の出力信号を供給
され、前記所定の電圧を、前記二次電子検出装置９で検
出される二次電子がなくなる程度に設定する。

【００１８】図３は、図１に示したバリア電極８の作用
を示す図である。

【００１９】図３を参照するに、バリア電極８は制御装
置８１により正電圧＋Ｖを印加され、電界Ｅを形成す
る。図中、さらに電界Ｅに対応して形成される電気力線
を記号Ｆで示してある。このように電界Ｅが形成される
と、基板４上への電子ビームの照射により形成される低
エネルギーの二次電子ｅ^-は電極８に引かれ、基板４表
面近傍の空間から排除される。これに伴い、負電荷を帯
びた塵も電極８に引きつけられ、基板表面を汚染するこ
とがない。先にも図１に関連して説明したように、電圧
＋Ｖは、二次電子検出器９が実質的に二次電子を検出し
ないような値に設定するのが好ましい。

【００２０】図３のような基板４の表面近傍にリング状
電極８を有する電子ビーム露光装置では、電子ビームの
光軸Ｏを調整する際に、電極８に前記所定電圧＋Ｖを印
加しておく。こうすることで、光軸Ｏに対する電界Ｅの
影響を最小化することができる。

【００２１】次に、本発明の第２実施例による電子ビー
ム露光装置を、図４（Ａ），（Ｂ）を参照しながら説明
する。図４（Ａ），（Ｂ）中、先に説明した部分には同
一の参照符号を付し、その説明を省略する。

【００２２】図４（Ａ）を参照するに、本実施例におい
ては図１，２に示した単一のリング状電極８のかわりに
同心円状に配設された三つの、相互に分離したリング状
電極１８ａ〜１８ｃを使用する。その際、それぞれの電
極１８ａ〜１８ｃは絶縁ピラー１９上に保持されて露光
される基板４の外周を囲むように配設されており、制御
装置８１により制御電圧を独立に印加される。本実施例
においては、最も外側の電極１８ｃおよび最も内側の電
極１８ａに正電圧＋Ｖが印加され、また中間の電極１８
ｂに負電圧−Ｖが印加される。

【００２３】電極１８ａ〜１８ｃが上記の制御電圧を印
加された場合、基板４の表面には電極１８ａ〜１８ｃに
対応してポテンシャルが図４（Ｂ）に示すように形成さ
れる。本実施例においては、最内周部および最外周部の
電極１８ａ，１８ｃに正電圧が印加されるため、基板４
を囲むように二重のポテンシャルの谷が形成され、その
間にポテンシャルの山が形成される。その結果、電子ビ
ームの照射に応じて基板４から放出される二次電子は電
極１８ａに対応したポテンシャルの谷で捕獲され、さら
に電極１８ｂに対応したポテンシャルの山により阻止さ
れる。このため、二次電子が真空室１ａ中に飛散するの
が抑止され、ステージを移動させることにより巻き上げ
られる塵の二次電子による帯電が抑止される。その結
果、基板の塵による汚染が抑止される。さらに、真空室
１ａ中で形成され二次電子等により負に帯電した塵が基
板４表面近傍の空間に侵入する場合にも、帯電した塵は
電極１８ｃに対応するポテンシャルの谷により捕獲され
あるいは電極１８ｂに対応するポテンシャルの山により
阻止され、基板４表面近傍の空間に到達するのが阻止さ
れる。

【００２４】本実施例においても、電極１８ａ〜１８ｃ
に印加される正または負の制御電圧Ｖの大きさは、図１
に示した二次電子検出装置９が二次電子を検出できない
程度かそれよりも大きい値に設定される。こうすること
で、二次電子の真空室１ａ中への飛散を．果的に抑止す
ることができる。

【００２５】図５は本発明の第３実施例による荷電粒子
ビーム露光装置の構成を示す図である。図５中、先に説
明した部分には同一の参照符号を付し、その説明を省略
する。

【００２６】図５を参照するに、本実施例では先に説明
したバリア電極８，１８のかわりに光軸Ｏに沿って同軸
的に配設されたリング状電極２８ａ，２８ｂ，２８ｃを
含み、電極２８ａ〜２８ｃは絶縁ピラー上に支持されて
バリア電極２８を構成する。図示の例では最上部の電極
２８ａが負電圧を印加されてバリア電界を形成し、中間
の電極２８ｂが正電圧を印加されて負電荷を帯びた塵あ
るいは二次電子を捕獲する。さらに、基板４に最も近い
下部電極２８ｃは基板４と同電位に接地されているた
め、基板４とバリア電極２８との間の放電を回避するこ
とが可能になる。また、このようなバリア電極２８の構
成により、低電位で強い電界を発生でき、またステージ
移動に伴う電界の乱れを最小化することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、電子ビームの照射によ
り基板から放出される二次電子等の低エネルギーの荷電
粒子を、バリア電極により基板表面近傍の空間に閉じ込
めることが可能になり、電子ビームを照射しながらステ
ージを移動させる工程において従来生じていた塵の帯電
を効果的に抑止することができる。また、塵の帯電が生
じても、かかる塵をバリア電極により捕獲することによ
り、塵が基板表面に堆積することを抑止でき、その結果
電子ビーム露光の際の歩留りが大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による荷電粒子ビーム露光
装置の構成を示す図である。

【図２】図１の装置において使われるバリア電極の構成
を示す図である。

【図３】図２の装置におけるバリア電極の作用を説明す
る図である

【図４】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２実施例の構成お
よび作用を示す図である。

【図５】本発明の第３実施例の構成を示す図である。

【図６】従来の荷電粒子ビーム露光装置の構成を示す図
である。

【図７】従来の荷電粒子ビーム露光装置における二次電
子の放出およびかかる二次電子による塵の帯電を説明す
る図である。

【符号の説明】

１真空系１ａ真空室１ｂコラム１ｃ副真空室１ｄ，１ｅゲートバルブ１ｆ搬送アーム１ｇアーム駆動機構２真空ポンプ２ａ真空バルブ３移動ステージ３ａ，３ｂステージプレート４基板５電子銃６電子レンズ７偏向器８，１８，２８バリア電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ
リング状電極９，１９絶縁ピラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビームを発生し、これを所定の
光軸に沿って被露光物体に向けて発射する粒子ビーム源
手段と、前記光軸に沿って設けられ、前記荷電粒子ビー
ムを前記物体上に集束させる集束手段と、前記荷電粒子
ビームを前記光軸に対して偏向させ、前記荷電粒子ビー
ムを前記物体の表面上で走査させる偏向手段と、前記光
軸上に設けられ、前記物体を移動自在に保持する保持手
段とを備え、前記物体上に荷電粒子ビームにより描画す
る荷電粒子ビーム露光装置において、前記物体の表面と前記集束手段との間に画成された空間
に、前記光軸を囲むように、しかも前記物体の表面から
離間して設けられ、前記光軸に対応して前記荷電粒子ビ
ームの通路を形成されたバリア電極を備え、前記バリア
電極は、前記基板表面の近傍に、前記基板を囲むよう
に、前記低エネルギー荷電粒子を捕獲するバリア電界を
形成することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項２】さらに、前記バリア電極に電圧を印加す
る電圧印加手段を含み、前記電圧印加手段は、前記電圧を、二次電子検出手段が
前記低エネルギー荷電粒子を実質的に検出できないよう
な値に設定することを特徴とする請求項１記載の荷電粒
子ビーム露光装置。
【請求項３】前記バリア電極は、前記光軸に対応して
前記荷電粒子ビームの通路を形成されたリング状導体部
材よりなることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビ
ーム露光装置。
【請求項４】前記バリア電極は、前記光軸に対応して
前記荷電粒子ビームの通路を形成された複数の、各々大
きさが異なったリング状導体部材よりなり、前記複数の
リング状導電部材は前記光軸に対して実質的に同心円状
に配設されたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子
ビーム露光装置。
【請求項５】前記複数のリング状導電部材は、独立に
電圧を印加されることを特徴とする請求項４記載の荷電
粒子ビーム露光装置。
【請求項６】前記複数の、同心円状に配設されたリン
グ状導電部材には、正および負の電圧が、半径方向に沿
って交互に印加されることを特徴とする請求項４記載の
荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項７】前記バリア電極は、前記光軸に対応して
前記荷電粒子ビームの通路を形成された複数のリング状
導体部材よりなり、前記複数のリング状導電部材は前記
光軸に沿って配設されたことを特徴とする請求項１記載
の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項８】前記複数のリング状導電部材のうち、前
記物体表面に最も近い導電部材は、前記基板と同一の電
位に保持されることを特徴とする請求項７記載の荷電粒
子ビーム露光装置。