JPH0789533B2 - 電子ビ−ム露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子ビーム露光装置に係わり、特に小径ビー
ムと可変変形ビームとを選択して用いる電子ビーム露光
装置に関する。

［従来の従来］ 近年、半導体ウェハやマスク基板等の試料上に微細パタ
ーンを形成するものとして、各種の電子ビーム露光装置
が用いられている。この種の装置の大部分は、ガウシア
ンビームによるラスタスキャン方式であるが、最近スル
ープットを上げるために可変成形ビーム方式の電子ビー
ム露光装置も開発されている。

ところで、ガウシアンビームによるラスタスキャン方式
の装置では、描画方式が単純であることから、比較的容
易に超高精度パターンが描けること、異機種間の図形デ
ータ変換が行えること等の利点がある。しかし、アドレ
スサイズとビーム径の等しい細いビームでパターンを塗
潰していくため、パターンが微細になる程描画速度が遅
くなると云う欠点がある。また、ガウシアンビームの代
りに、小径アパーチャにより形成した小径ビームを用い
るラスタスキャン方式の装置であっても、上記と同様な
特徴がある。

一方、可変成形ビーム方式の装置では、多数の画素を一
度に露光するため、描画速度が非常に速いと云う利点が
ある。しかし、前者と同一ドーズを与えるためにはビー
ム電流を高くしなければならず、空間電荷効果によりビ
ームエッジの分解能に限界があり、超微細加工には向か
ない。

［発明が解決しようとする問題点］ このように従来、小径ビームによるラスタスキャン方式
では、超微細加工はできるが描画速度が遅いと云う問題
がある。また、可変成形ビーム方式では、描画速度は速
いが超微細加工が困難と云う問題がある。つあり、超微
細加工性と高速性との双方を満足することはできなかっ
た。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、小径ビームラスタスキャン方式の超微
細加工性と可変成形ビーム方式の高速性とを兼備えた電
子ビーム露光装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の骨子は、描画すべきパターンに応じて、小径ビ
ームと可変成形ビームとを選択することにある。

即ち本発明は、試料上に所望パターンを描画する電子ビ
ーム露光装置において、電子銃から放出された電子ビー
ムにより第１アパーチャを有する第１のビーム成形用ア
パーチャマスクを照明する照明レンズ系と、上記第１ア
パーチャの像を第２アパーチャを有する第２のビーム成
形用アパーチャマスクに結像する投影レンズ系と、前記
第１及び第２のアパーチャマスク間に配置され第２アパ
ーチャに対する第１アパーチャの像の位置を可変するビ
ーム成形用偏向器と、前記第１アパーチャの像と前記第
２アパーチャとの重なり部に生じる成形ビームの像、或
いは前記各アパーチャとは無関係に生じる小径ビームの
像を試料面上に結像する縮小レンズ及び対物レンズ系
と、上記縮小レンズ及び対物レンズ系により試料面上に
結像される像を前記成形ビーム或いは小径ビームに切換
えるビーム切換手段と、前記試料面上でビームを走査す
るビーム走査用偏向器と、前記ビームをブランキングす
るブランキング用偏向器とを設けるようにしたものであ
る。特に、小径ビームは投影レンズ系により形成される
クロスオーバ像であり、ビーム切換手段は各レンズ系の
駆動条件を可変するものであることを特徴とする。

［作用］ 上記の構成であれば、比較的大きなパターンを描画する
際には、可変成形ビームを用いることにより、描画速度
を速くすることが可能となる。また、超微細パターンを
描画する際には、小径ビームを用いることにより、高精
度描画が可能となる。つまり、描画すべきパターンに応
じて可変成形ビーム或いは小径ビームに選択することに
より、描画速度の高速性と描画精度の高精度化の双方を
満足することが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる電子ビーム露光装置
を示す概略構成図である。図中11な試料室であり、この
試料室11内には試料12を載置した試料ステージ13が収容
されている。試料ステージ13は、計算機21からの指令を
受けたステージ駆動系22によりＸ方向（紙面左右方向）
及びＹ方向（誌面表裏方向）に移動される。そして、試
料ステージ13の移動位置は、レーザ測長系23により測定
され、この測定情報が描画制御回路24に与えられる。描
画制御回路24は、計算器21から与えられる図形データと
上記入力した位置情報とに基づいて、ブランキング用偏
向回路25,ビーム成形用偏向回路26及び走査用偏向回路2
7に制御信号をそれぞれ出力するものとなっている。

一方、前記試料室11の上方には、電子銃31、各種レンズ
32,〜,36〜、各種偏向器37,〜,39及びビーム成形用アパ
ーチャマスク41,42等からなる電子光学鏡筒30が設けら
れている。ここで、偏向器37は、ビームをON−OFFする
ブランキング用偏向器であり、この偏向器37にはブラン
キング用偏向回路25からブランキング信号が印加され
る。偏向器38は、アパーチャマスク41,42のアパーチャ
の光学的重なりを可変しビームの寸法及び形状を可変す
るビーム成形用偏向器であり、この偏向器38にはビーム
成形用偏向回路26から偏向信号が印加される。また、偏
向器39は、試料12上でビームを走査する走査用偏向器で
あり、この偏向器39には走査用偏向回路27からの偏向信
号が印加されるものとなっている。

また、図中28は電子銃31及び各種レンズ32,〜,36の電源
回路であり、この電源回路28は計算機21からの指令によ
り電子銃31及びレンズ32,〜,36の電圧及び電流等を制御
する。さらに、前記描画制御回路24及び各種偏向回路2
5,〜,27のそれぞれは、計算機21からの指令により、可
変成形ビームを用いる描画方式とガウシアンビームを用
いる描画方式とに対応する２つの動作モードに切換えら
れる。そして、この制御により、２つのモード（可変成
形ビームモードとガウシアンビームモード）が選択され
るものとなっている。

なお、ガウシアンビームモードの場合には、ビーム成形
用偏向回路26は偏向器38への印加電圧が“0"となるよう
にセットされる。さらに、ガウシアンビームを用いる場
合の描画方式は、ラスタスキャン方式に限らず、ベクタ
スキャン方式であってもよい。また、29は図形データ等
を記憶するメモリを示している。

次に、２つのモードにおける光学系の結像状態を、第２
図及び第３図を参照して説明する。

まず、可変成形ビームモードの場合、光学系の結像状態
は第２図に示す如くなる。即ち、電子銃31から放出され
た電子ビームは第１及び第２のコンデンサレンズ32,33
により集束されて、第１のビーム成形用アパーチャマス
ク41を照明する。第１のアパーチャマスクの第１アパー
チャ41aの像は、投影レンズ34により第２のビーム成形
用アパーチャマスク42に結像される。そして、第１アパ
ーチャ41aの像と第２アパーチャ42aとの重なり部に生ず
る成形ビームは、縮小レンズを35及び対物レンズ36によ
り縮小されて、試料面43上に結象される。

ビーム成形用偏向器38により、第２アパーチャ42a上の
第１アパーチャ41aの像位置を制御することによって、
ビームの大きさ及び形状を変化させる。ここで、図中破
線51は成形ビームの結像系を示している。また、電子銃
31のクロスオーバは、図中実線52に示すように、第１及
び第２のコンデンサレンズ32,33によりビーム成形用偏
向器38の偏向中心に結像される。さらに投影レンズ34及
び縮小レンズ35により対物レンズ36の主面上に結像され
る。破線51及び実線52で示すような結像関係にすること
によって、ビーム形状や大きさを変化させても電流密度
一定のビームを得ることができる。

ブランキング用偏向器37は、高速でビームを偏向し、第
１アパーチャ41aの像と第２アパーチャ42aとの重なりを
“0"とすることによって、ビームをブランキングする。
第１コンデンサレンズ32と第２コンデンサレンズ33とを
ズームレンズとして連動することによって、第１アパー
チャの照明強さを変え、ビームの電流密度を制御するこ
とができる。走査用偏向器39はこのようにして得られた
可変成形ビームを試料面43上で走査するのに用いられ
る。

一方、ガウシアンビームモードの場合、光学系の結像状
態は第３図に示す如くなる。前記第２図に示す光学系に
おいて、縮小レンズ35及び対物レンズ36の励磁条件を変
えることにより、試料面43上にガウシアンビームを形成
する。即ち、縮小レンズ35の励磁電流を“0"とし、対物
レンズ36の励磁電流を小さくして、縮小レンズ35の上方
にある投影レンズ34によるクロスオーバ像P₁を対物レン
ズ36により試料面43上に結像することにより、ガウシア
ンビームを得ることができる。また、第１及び第２のコ
ンデンサレンズ32,33をズームレンズとして動作させ、
ビーム成形用偏向器38の偏向中心に形成されるクロスオ
ーバ像P₂の大きさを変えることによって、試料面43上の
ビームサイズを可変することが可能となる。

このように構成された本装置におては、可変成形ビーム
によって描画する場合には、計算機21からの信号により
電源回路28は、前記第２図の結像関係が得られるように
セットアップされる。つまり、可変成形ビームモードに
切換られる。この状態で、メモリ29に格納されている図
形データは、計算機21を介して描画制御回路24に送られ
る。そして、描画制御回路24では図形データとレーザ測
長系23からの位置情報との基づいて所定の制御信号が発
生され、これらの制御信号が各偏向回路25,〜,27にそれ
ぞれ送出される。これにより、可変成形ビームモードで
試料12上に所望パターンが描画されることになる。

また、ガウシアンビームにより描画する場合には、計算
機21からの信号により電源回路28は、前記第３図の結像
関係が得られるようにセットアップされる。つまり、ガ
ウシアンビームモードに切換えられる。この状態で、メ
モリ29に格納されている図形データは、計算機21を介し
て描画制御回路24に送られる。そして、描画制御回路24
により先と同様に制御信号が発生され、これらの制御信
号が各偏向回路25,〜,27にそれぞれ送出される。これに
より、ガウシアンビームモードで試料12上に所望パター
ンが描画されることになる。

かくして本実施例装置によれば、描画すべきパターンに
応じて、可変成形ビームモードとガウシアンビームモー
ドとの２つのモードを選択することができる。このた
め、比較的大きな高精度を要求されないパターンは可変
成形ビームで描画し、超微細高精度パターンはガウシア
ンビームで描画することができる。従って、描画すべき
パターンの必要精度に応じた最も高速な描画を行うこと
ができ、高精度描画と高速描画との双方を満足すること
ができる。また、一般的な可変成形ビーム方式の電子ビ
ーム露光装置に、縮小レンズ35及び対物レンズ36の励磁
電流を可変する手段を設けるのみの簡易な構成で実現し
得る等の利点がある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記ガウシアンビームを得る結像系は前記
第３図に限るものではなく、第４図に示す如くしてもよ
い。即ち、第２図に示す光学系において、撮影レンズ34
の励磁電流を大きくすることにより第２のアパーチャマ
スク42の位置にクロスオーバ像が形成されるようにすれ
ば、試料面43上に上記クロスオーバの縮小像を結像すこ
とができる。この場合、ブランキング電極は37ではな
く、投影レンズ34によるクロスオーバ像位置に設けた電
極44を用いる必要がある。また、小径ビームを形成する
方法として、クロスオーバ像を用いる代りに、小径のア
パーチャを用いることも可能である。つまり、前記第２
のアパーチャマスク42に第２アパーチャとは別に小径
（円形）の第３アパーチャを設けると共に、このアパー
チャマスク42の前段にビームを第２或いは第３アパーチ
ャ側に偏向するビーム切換用偏向器を設けるようにして
もよい。この場合、第１アパーチャの像を第３アパーチ
ャに投影することにより、一様なビーム強度を持つ小径
の円形ビームを取出すことが可能となる。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施するこ
とができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、超高精度パターン
と比較的大きな高精度を要求されないパターン及びそれ
らの混在したパターンを、その要求精度に応じて１台の
露光装置により露光することができる。つまり、小径ビ
ームラスタスキャン方式の超微細加工性と可変成形ビー
ム方式の高速性との双方を兼備えた電子ビーム露光装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる電子ビーム露光装置
を示す概略構成図、第２図は可変成形ビームモードにお
ける光学系の結像状態を示す模式図、第３図はガウシア
ンビームモードのにおける光学系の結像状態を示す模式
図、第４図は変形例を説明するための模式図である。 12……試料、24……描画制御回路、25,26,27……各種偏
向回路、28……電源回路、30……電子光学鏡筒、31……
電子銃、32,33……コンデンサレンズ、34……投影レン
ズ、35……縮小レンズ、36……対物レンズ、37……ブラ
ンキング用偏向器、38……ビーム成形用偏向器、39……
ビーム走査用偏向器、41……第１のビーム成形用アパー
チャマスク、41a……第１アパーチャ、42……第２のビ
ーム成形用アパーチャマスク、42a……第２アパーチ
ャ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子銃から放出された電子ビームにより第
   １アパーチャを有する第１のビーム成形用アパーチャマ
   スクを照明する照明レンズ系と、上記第１アパーチャの
   像を第２アパーチャを有する第２のビーム成形用アパー
   チャマスクに結像する投影レンズ系と、前記第１及び第
   ２のアパーチャマスク間に配置され第２アパーチャに対
   する第１アパーチャの像の位置を可変するビーム成形用
   偏向器と、前記第１アパーチャの像と前記第２アパーチ
   ャとの重なり部に生じる矩形ビームの像、或いは前記投
   影レンズ系により形成されるクロスオーバ像を試料面上
   に結像する縮小レンズ及び対物レンズ系と、前記各レン
   ズ系の駆動条件を可変することにより、上記縮小レンズ
   及び対物レンズ系により試料面上に結像される像を前記
   成形ビーム或いはクロスオーバ像に切換えるビーム切換
   手段と、前記試料面上でビームを走査するビーム走査用
   偏向器と、前記ビームをブランキングするブランキング
   用偏向器とを具備してなることを特徴とする電子ビーム
   露光装置。