JPH0744144B2

JPH0744144B2 - 電子像投射形成装置

Info

Publication number: JPH0744144B2
Application number: JP1046163A
Authority: JP
Inventors: 正徳出澤; 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: 1995-05-15
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPH02224322A

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
面的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エハ
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、シリコンウエハ上のレジスト58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、
描画すげ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、
微小なク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、ほ
ぼ一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、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。
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、電子間相互のクー
ロン力に基づく電子像のボケを著しく小さくできる可能
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図に本発明の基礎となる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13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20keV程度まで投射面方向へ加速されると
ともに、光電面12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、光電子の射出像が投射面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、CsIなどが用いられているが、多く
の金属材料、例えば、Al、Zn、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はど単時間の発光、レ
ーザーダイオード等による高速なON/OFF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出
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ッジ部における干渉、
回析等によるフリンジの生成、すなわちパターンのエッ
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10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〜41h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が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4a′、4b′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、1
0b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てあるが、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、本発明の基礎となる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、12…光電
面、13…光電子、15…投射面、14…電子加速投影手段、
14′…電子加速手段、14″…電子投影手段、17、17′、
17″…電子像、16、…電子レンズ、18、33…電子偏向手
段、19…真空チャンバー、30…電子像用マスク、27′…
マスク孔通過電子像、32…電子投射手段、34′…加工物
表面、40…光学的マスク、41a〜41h…要素パターン、42
a、42b…レーザー光源。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、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射する電子像投
影手段、前記光電面と前記投射面との間に配置され、電
子通過部分を有するマスク、および前記光電面と前記マ
スクとの間に設けられた電子偏向手段を備えたことを特
徴とする電子像投射形成装置。