JPH0793253B2

JPH0793253B2 - 荷電ビ−ム露光装置

Info

Publication number: JPH0793253B2
Application number: JP61259709A
Authority: JP
Inventors: 清美小山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPS63114125A; US4914304A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、荷電ビーム露光装置に係わり、特に高密度パ
ターンに対する描画速度の向上をはかるため、ビーム成
形手段の改良をはかった可変成形ビーム方式の荷電ビー
ム露光装置に関する。

（従来の技術）近年、LSIのパターンは益々微細且つ複雑になってお
り、このようなパターンを形成する装置として、可変成
形ビーム方式の電子ビーム露光装置が開発されている。
この装置は、第５図（ａ）に示す如く第１及び第２の矩
形アパーチャ51,52の像を重ね合わせ、その重なり部分
（図中ハッチングで示す）の如く合成された矩形アパー
チャ像53を形成し、アパーチャ51,52の光学的な相対位
置を制御することにより、矩形アパーチャ像53の寸法を
可変するものである。そして、描画すべきパターンの形
状に合わせて矩形アパーチャ像53の寸法を変化すること
により、露光回数を少なくすることができる。例えば、
従来の円形ビームでは第５図（ｂ）に示すパターン54を
描画するには従来の円形ビームでは100回近い露光が必
要であったのに対し、この装置では同図（ｃ）に示す如
く僅か２回の露光で済むことになる。

ところが、このような装置では、斜線部を含むパターン
に対して、パターンの寸法精度が低下し、描画時間の短
縮もあまりはかれないと云う問題がある。例えば、第５
図（ｄ）に示す如き斜線部を含むパターン55では、この
パターンを〜のように分割し矩形の集合で近似して
露光する必要があり、このため斜線部に階段形状が生じ
てパターン寸法精度が低下する。また、目的の精度を得
るために階段形状を無視し得るまで分割数を多くする
と、描画時間が増大してしまうと云う欠点があった。

この欠点を克服して斜線部を高速で描画する方式とし
て、特開昭56-116621号公報や特開昭60-30131号公報等
に示されるように、図形を矩形及び直角三角形に分割し
て露光する方式が提案されている。例えば、特開昭60-3
0131号では、第６図（ａ）（ｂ）に示すような２つのア
パーチャ61,62を用い、各アパーチャ61,62の光学的重な
りを同図（ｃ）に示す如く変化させて、矩形及び直角三
角形の形状を有する成形ビーム63,64を選択的に形成す
る。そして、第６図（ｄ）に示す如く斜線部を含むパタ
ーン65に対し、矩形部分は矩形ビーム63で、斜線を
含む部分は直角三角形ビーム64で露光している。こ
の方式では、斜線部を矩形近似する必要がないので分割
数が減って描画速度が向上し、またパターンの寸法精度
も向上すると云う利点がある。

しかしながら、最近のLSIの一層の高集積化と共に上述
の方式によっても描画速度の向上は限界に達して来てい
る。例えば、第７図に示す如きメモリパターンは第８図
に示すパターンの繰返しによって形成されるが、上述の
方式で第８図のパターンを描画するのに必要な露光数
（以下ショット数と略記する）は69個にも及ぶ。さら
に、１チップ当りでは10⁸台、１ウェハ（或いはマス
ク）当りでは10¹⁰台のショット数が必要である。成形ビ
ームによる１露光での露光時間（以下ショット時間と略
記する）を300［nsec］、ウェハに露光すべきショット
数を１×10¹⁰個と仮定すると、１ウェハの描画に要する
時間は、他のオーバヘッド時間を全く除外しても50分に
もなる。これは、経済的に引合う描画速度を遥かに下回
っており、しかもこの状況は今後のLSIの進歩に伴って
益々悪化することが予想される。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来、パターンを矩形や三角形に分割して成
形ビームで露光する方式においても、描画速度の向上は
限界に達している。特に、メモリパターンの如く複雑な
形状の繰返しパターンが多数個あるものにおいては、こ
の点が製造コストの低減を妨げる大きな問題となってい
る。また、上記問題は、電子ビーム露光装置に限るもの
ではなく、イオンビームを用いたイオンビーム露光装置
においても同様に言えることである。

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、繰返しパターンを多数個含むLSIの描
画速度を向上させることができ、製造コストの低減等に
寄与し得る荷電ビーム露光装置を提供することにある。

［発明の構成］本発明の骨子は、繰返しパターンを可変成形ビームで露
光するのではなく、繰返しパターン専用のアパーチャを
用いて露光することにある。

即ち本発明は、成形ビームを用いて試料上に所望パター
ンを露光する荷電ビーム露光装置において、矩形状のメ
インアパーチャ及び露光すべきパターンに繰返し現われ
る基本図形若しくは該基本図形を構成する図形要素と同
一形状を持つサブアパーチャを形成した第１のビーム成
形用アパーチャマスクと、このアパーチャマスクに対向
配置され上記メインアパーチャとの光学的重なりにより
ビームの寸法及び形状を制御し、且つ上記サブアパーチ
ャとの光学的重なりにおいて該サブアパーチャがはみ出
さない大きさのアパーチャを形成した第２のビーム成形
用アパーチャマスクと、前記第１のアパーチャマスクよ
りも荷電ビーム源側に配置されビームの照射位置をメイ
ンアパーチャ或いはサブアパーチャに選択するアパーチ
ャ選択用偏向系と、前記第１及び第２のアパーチャマス
ク間に配置され前記第１のアパーチャマスクのメインア
パーチャと前記第２のアパーチャマスクのアパーチャと
の光学的重なり状態を可変するビーム寸法可変用偏向系
とを設け、前記アパーチャ選択用偏向系によりメインア
パーチャを選択した場合には可変成形ビームを得、サブ
アパーチャを選択した場合にはサブアパーチャの形状を
持った成形ビームを得、これらの成形ビームの組合わせ
で試料上にパターンを露光するようにしたものである。

（作用）上記構成であれば、アパーチャ選択用偏向系により第１
のアパーチャマスクのメインアパーチャを選択すること
により、矩形や直角三角形等の可変成形ビーム得ること
ができ、またサブアパーチャを選択することにより、露
光すべきパターンに特徴的な特殊な形状を持つ成形ビー
ムを得ることができる。従って、矩形や三角形等の標準
的形状と露光すべきパターンに特徴的な特殊形状との成
形ビームを適宜組合わせてパターン露光を行うことがで
き、特に繰返しパターンを多数個持つLSI等を効率良く
露光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は電子銃、12は電子銃
11から放射された電子ビームをカットするビーム制限用
アパーチャマスク、13はコンデンサレンズ、14はアパー
チャ選択用偏向器、15は第１のビーム成形用アパーチャ
マスクであり、アパーチャ選択用偏向器14は電子ビーム
を第１のアパーチャマスク15の所望のアパーチャ位置に
偏向するものである。16は投影レンズ、17はビーム寸法
可変用偏向器、18は第２のビーム成形用アパーチャマス
クであり、投影レンズ16は第１のアパーチャマスク15の
アパーチャ像を第２のアパーチャマスク18上に投影する
ものであり、またビーム寸法可変用偏向器17は上記アパ
ーチャ像を第２のアパーチャマスク18上に投影する位置
を可変するものである。19は合成された成形アパーチャ
像を縮小するための縮小レンズ、20はビーム走査用偏向
器、21は対物レンズ、22は試料面であり、ビーム走査用
偏向器20は合成された成形アパーチャ像を試料面22上で
走査するもので、対物レンズ21は縮小レンズ19により縮
小された成形アパーチャ像を試料面22上に結像するもの
である。

なお、軸合わせコイル，焦点補正コイル，非点補正のた
めの制御コイル及びブランキング用偏向器等は、本発明
と直接関係しないために省略してある。また、走査用偏
向器20は実際は主偏向器と副偏向器の２組で構成してあ
るが、簡単のために図のように１組にまとめて示してあ
る。

上記の基本構成が従来装置と異なる点は、第１のアパー
チャマスク15に複数個のアパーチャを設けたことと、こ
のアパーチャマスク15の上方にアパーチャ選択用偏向器
14を設けたことにある。即ち、第１のアパーチャマスク
15上には、第２アパーチャマスク18との組合わせで矩形
や三角形等の基本図形形状の成形ビームを生成するメイ
ンアパーチャと、所望のパターンに特徴的な１つ以上の
特殊形状の成形ビームを生成するサブアパーチャが形成
されており、アパーチャ選択用偏向器14は電子ビームの
照射位置に上記メインアパーチャ或いはサブアパーチャ
に選択するものとなっている。そして、アパーチャ選択
用偏向器14によって第１のアパーチャマスク15上のメイ
ンアパーチャとサブアパーチャに選択的に電子ビームを
偏向し、かくして得られたアパーチャ像をビーム寸法可
変用偏向器17により偏向して、第２のアパーチャマスク
18のアパーチャに重ね合わせ、或いは該アパーチャを素
通りせしめ、矩形や三角形等の基本図形と所望のパター
ンに特徴的な特殊図形との両種の形状の成形ビームを生
成し得るようにしている。

第２図は本実施例で用いた第１のアパーチャマスク15を
示す平面図である。このアパーチャマスク15は前記第７
図及び第８図に示したメモリパターンの露光に合わせて
作成されたもので、中央部に矩形と直角２等辺三角形の
成形ビームを生成するための矩形状のメインアパーチャ
31が形成され、周辺の４隅に前記メモリパターン露光用
の特殊形状成形ビーム生成用のサブアパーチャ32a,32b,
32c,32dがそれぞれ形成されている。第３図は第２のア
パーチャマスク18を示す平面図である。このアパーチャ
マスク18には、水平辺を基準とした場合、図に示すよう
に基準辺に対して０°,45°,90°,135°,225°,315°の
角度をなす辺で構成される多角形アパーチャ33が形成さ
れている。

第１のアパーチャマスク15のメインアパーチャ像は前記
ビーム寸法可変用偏向器17によって、矩形ビーム生成時
は第３図中のＰの位置に、三角形ビーム生成時には第３
図中のQ,R,S,Tの位置にそれぞれ偏向される。また、第
１のアパーチャマスク15のサブアパーチャ像はサブアパ
ーチャ32a,〜,32dの全てについて第３図中のＵの位置に
偏向される。このようにして、第１のアパーチャマスク
15のメインアパーチャ像は第２のアパーチャマスク18上
のアパーチャ33が持つ種々の角度の辺との組合わせで大
きさの異なる矩形，直角２等辺三角形ビームの生成に使
われ、第１のアパーチャマスク15のサブアパーチャ像は
第２のアパーチャマスク18のアパーチャ33によって形状
やサイズの変化を受けずに、元の形状そのままのビーム
生成に使われる。

第４図は前記第８図のパターンを本実施例で露光する時
の図形分割の様子を示す模式図である。第４図の3,8の
図形は第２図のサブアパーチャ32cにより、第４図の5,1
3の図形は第２図のサブアパーチャ32dにより、第４図の
12,16の図形は第２図のサブアパーチャ32aにより、第４
図の9,15の図形は第２図のサブアパーチャ32bにより、
これらのサブアパーチャ32a,〜,32dを第３図のＵの位置
に投影して露光している。また、上記以外の矩形（1,2,
4,6,7,10,11,14,17）の図形は、第２図のメインアパー
チャ31の像を第３図のＰの位置に投影して露光してい
る。

ここで、第４図の３や５の図形は、従来方式では露光に
８ショット数を要した図形であるが、本実施例ではこれ
を１回のショット数で露光できる。第４図と第８図との
パターン全体の露光に要するショット数の比較でも、従
来方式では69ショット数であるのが、本実施例では僅か
17ショット数で済んでいる。単位ショット時間は共に同
じであるから、この部分の露光時間は17/69と約1/4に短
縮されることになる。

このように本実施例によれば、従来方式で得られたよう
な矩形や三角形等の基本図形の成形ビームが得られるだ
けでなく、従来方式ではいくつもの基本図形に分割して
露光する必要があった特殊図形も１回の露光で済むこと
になる。従って、露光回数を少なくすることができ、描
画速度の大幅な向上をはかり得る。特に、メモリパター
ンのように繰返し図形が多数回現われ、それが全体の80
〜90［％］を占めるようなパターンに適用した場合、そ
の効果は絶大である。また、描画パターンに合わせてア
パーチャマスクを作成し、それを適当な手段で交換しな
がら露光を行えば、全てのパターンの描画が大幅に高速
化されることになり、半導体製造技術分野において極め
て大きな有用性を持つ。また、サブアパーチャ32a,〜,3
2dの選択はアパーチャ選択用偏向器14の偏向電圧を制御
するのみで良く、他の光学系の条件を変える必要はな
い。さらに、従来装置にアパーチャ選択用偏向器14を付
加すると共に、第１のアパーチャマスク15にメインアパ
ーチャ及びサブアパーチャを設けるのみの比較的簡易な
構成で実現し得る等の利点もある。

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、前記第１のビーム成形用アパーチャマスク
に形成するサブアパーチャの個数は４個に何等限定され
るものではなく、１個以上の範囲で繰返す図形の種類に
応じて適宜変更可能である。さらに、サブアパーチャの
形状は繰返しの基本図形と同一形状である必要はなく、
この図形を構成する図形要素と同一形状のものであって
もよい。また、第２のビーム成形用アパーチャマスクに
設けるアパーチャは第３図に何等限定されるものではな
く、矩形及び三角形を形成するための辺を有する多角形
状であればよい。さらに、三角形状のビームが不要な場
合は、このアパーチャを矩形に形成してもよい。

また、第１及び第２のアパーチャマスクの配置関係は第
１のアパーチャマスクの方が電子銃側にある必要はな
く、逆であってもよい。この場合、アパーチャ選択用偏
向系及びビーム寸法可変用偏向系が共に第１及び第２の
アパーチャマスク間に配置されることになる。従って、
これらの２つの偏向系を１つの偏向系で代替することも
可能である。また、実施例では電子ビーム露光装置につ
いて説明したが、本発明はイオンビームを用いたイオン
ビーム露光装置に適用することも可能である。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、露光すべきパター
ンに応じて可変成形ビーム及び特殊形状の成形ビームを
選択してパターン露光を行うことができるので、繰返し
図形を含むパターンにあっては露光のショット数を減ら
すことができ、描画時間の短縮及び製造コストの低減を
はかることができる。

【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図は上記装置に用いた第１のア
パーチャマスクを示す平面図、第３図は上記装置に用い
た第２のアパーチャマスクを示す平面図、第４図は上記
装置の作用を説明するためのものでメモリパターンにお
ける露光ショット数を示す模式図、第５図乃至第８図は
それぞれ従来の問題点を説明するためのもので第５図は
矩形状の可変成形ビームを用いた場合の露光方式を示す
模式図、第６図は矩形及び三角形状の可変成形ビームを
用いた場合の露光方式を示す模式図、第７図はメモリパ
ターンの一例を示す模式図、第８図は上記メモリパター
ンの露光ショット数を示す模式図である。 11……電子銃、12……ビーム制限用アパーチャマスク、
13……コンデンサレンズ、14……アパーチャ選択用偏向
器、15……第１のビーム成形用アパーチャマスク、16…
…投影レンズ、17……ビーム寸法可変用偏向器、18……
第２のビーム成形用アパーチャマスク、19……縮小レン
ズ、20……ビーム走査用偏向器、21……対物レンズ、22
……試料面、31……メインアパーチャ、32a,〜,32d……
サブアパーチャ、33……アパーチャ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形状のメインアパーチャ及び露光すべき
パターンに繰返し現われる基本図形若しくは該基本図形
を構成する図形要素と同一形状を持つサブアパーチャを
形成した第１のビーム成形用アパーチャマスクと、この
アパーチャマスクに対向配置され、該アパーチャマスク
のメインアパーチャにより形成された成形ビームの基準
辺に対し０°,45°,90°,135°,225°,315°の角度をな
す辺で構成された多角形アパーチャを形成してなり、上
記メインアパーチャとの光学的重なりによりビームの形
状を矩形若しくは三角形に制御し、且つ上記サブアパー
チャとの光学的重なりにおいて該サブアパーチャの像を
そのまま通す第２のビーム成形用アパーチャマスクと、
前記第１のアパーチャマスクよりも荷電ビーム源側に配
置されビームの照射位置をメインアパーチャ或いはサブ
アパーチャに選択するアパーチャ選択用偏向系と、前記
第１及び第２のアパーチャマスク間に配置され前記第１
のアパーチャマスクのメインアパーチャと前記第２のア
パーチャマスクのアパーチャとの光学的重なり状態を可
変するビーム寸法可変用偏向系とを具備し、前記アパー
チャ選択用偏向系によりメインアパーチャを選択した場
合には偏向系の制御に応じて矩形若しくは三角形の成形
ビームを得、サブアパーチャを選択した場合にはサブア
パーチャの形状を反映したビームを得、これらの成形ビ
ームの組み合わせで試料上にパターンを露光することを
特徴とする荷電ビーム露光装置。
【請求項２】前記第１及び第２のアパーチャマスクは、
第１のアパーチャマスクの方が荷電ビーム源側に配置さ
れたものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項３】前記サブアパーチャは、複数種形成された
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の荷電ビーム露光装置。