JPH1186773A

JPH1186773A - 電子線描画装置

Info

Publication number: JPH1186773A
Application number: JP9246473A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kawano; 川野　　源
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】現在、半導体材料であるウエハーは大型化する
傾向があり、それに伴い、電子線描画装置内のステージ
などのウエハーを移動させる機構系の面積も拡大化する
ことが考えられる。【解決手段】ウエハーを３６０度回転可能な、試料台に
配置させ、これを任意の一方向に移動させる。また、こ
れに合わせ、カラム内の回転レンズを制御し、ウエハー
を描画することで、試料台の移動量を極力小さくしかつ
ステージを小型化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置に係
わり、特に電子線描画装置など、荷電粒子を試料に照射
する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線描画装置は、電子線を用いた描画
装置であり、一般的に、次の特徴があることで良く知ら
れている。

【０００３】○微細パターン形成が可能である。

【０００４】○パターン発生機能がある。

【０００５】○歪みの補正が可能である。

【０００６】このため、ＬＳＩの開発や、マスク製作に
広く用いられてきた。

【０００７】しかし、電子線描画装置を直接描画でデバ
イスの製造に応用しようとすると、描画速度、つまりス
ループット（単位時間当たりの描画枚数）が問題にな
る。そのため、現在の電子線描画装置の描画方法として
は、メモリセルなどの単位領域を一括露光できる部分一
括露光(第５０回応用物理学会学術講演予稿集(１９８
９，秋）ｐ４５２）と前述した様にウエハーを順次移動
させながら描画を行う連続描画（J. Vac. Sci. Techno
l. Ｂ１１(６)(１９９３)ｐ２３２３）を行う、追従絶
対校正部を設けることで、スループットの改善がなされ
ている。

【０００８】以下、従来の電子線描画装置の原理を、図
１をもとに説明する。

【０００９】図１は、電子線描画装置システムの概略図
である。

【００１０】図１右図は実際にウエハーを描画する電子
線鏡体（カラム）部および試料台から構成されるステー
ジ機構部である。

【００１１】電子線鏡体５０内部では、その最上部にあ
る電子銃５１から電子線が発射される。電子線は、鏡体
内の各電磁レンズ５４によって形状が整えられ、さらに
主偏向器５５と副偏向器５６，副々偏向器５７によって
偏向，試料台に配置された半導体ウエハー上の目標位置
に照射される。照射される電子線の断面形状は矩形形状
を基本としており２段の第１及び第２アパーチャ５２及
び５３（縮小露光投影装置で言われるマスクの様なも
の）を電気的に選択し互いに組み合わせることによって
任意の形状を転写することができる。上述した一括露光
法は様々なメモリセルの形状を下段第２アパーチャ５３
におき、一度に描画を行うことで高速化をはかったもの
である。

【００１２】右図下側が、ステージ機構部である。この
中のウエハーを載せる試料台（ステージ）６２が移動す
ることで、ウエハー全面に描画を行うことが可能になっ
ている。また、試料台（ステージ）６２は、基準マーク
５８が取り付けられており、この基準マークにレーザー
測長器６１から、レーザーを照射しその反射とのドップ
ラー効果を用いて、現在位置を観測している。

【００１３】その操作の概略を図６に示す。ウエハーデ
ータは、最大偏向幅数mm程度の配列されたストライプ状
のデータに分割される。（図６では、ストライプの意味
を明確にするため濃淡でわけている。）描画は、このス
トライプデータごとに行う。１つめのストライプデータ
描画は、試料台Ｘ方向を固定しＹ方向のみ移動させる。
その位置は時間とともに変化するため、レーザー測長計
からの試料台（ステージ）位置データ検出しながら、３
種類の偏向器に偏向量の小さい順（副々偏向，副偏向，
主偏向の順）のフィードバックし描画を行う。フィード
バックを行うことで、実際の描画は見かけ上停止した状
態で描画が可能となる。

【００１４】１つめのストライプデータの描画が終了す
ると、試料台（ステージ）がＸ方向に隣接するストライ
プデータ上に移動(−Ｘ方向）し、前述した描画(Ｙ方向
に）を再度始める。これを順次繰り返すことで描画を行
っている。このように、Ｘ，Ｙ方向に試料台（ステー
ジ）が動くことから以上の様なステージをＸ−Ｙステー
ジと呼ぶ。

【００１５】左図（図１）はシステム制御の計算機系で
あり、システム全体の制御と外部からのインターフェイ
スの分担を示している。左図（図１）のハッチングされ
たブロック群は、計算機から転送される描画データを電
子線の偏向データへと連続的に高速に変換する制御系デ
ィジタル処理部である。

【００１６】制御系ディジタル処理部において、計算機
から転送されたパターンデータをまず、転送しやすいよ
うに圧縮された膨大なデータを図形データへと復元する
（図形復元）。

【００１７】次に復元された１つ１つの図形を電子線で
ショット可能な小矩形形状へと図形分解する（図形分
解）。分解された小矩形形状の図形データは、ウエハー
の位置ずれや変形に合わせて補正する（合わせ補正）。

【００１８】しかし、描画時、基板による散乱ビームに
よってパターンに与えられるエネルギーが増大するため
パターンに近接して密度で高く配置されている部分の寸
法が大きくなることがある。これを近接効果と呼び、こ
の影響を最小にするために、予め描画するパターン単位
面積あたりの面積密度マップを求め、その値を参照しな
がらショット単位に照射時間を補正する（近接効果補
正）。

【００１９】追従絶対校正部は、連続描画を可能にした
もので、レーザー測長部から、伝送される位置データを
もとに常に電子線がウエハーの目標位置に照射される様
に電子線偏向位置を計算するとともに、電子線鏡体部の
偏向歪み量を補正する（追従絶対校正）。

【００２０】以上の制御系デジタル処理部から発した信
号は、制御系アナログ部へ伝達Ｄ／Ａ変換され、各鏡体
内の各電磁レンズ５４および主偏向器５５，副偏向器５
６，副々偏向器５７の制御を行う。

【００２１】この他、高圧電源は、電子銃５１の加速電
圧を発するための電源，セルプロジェクション制御部は
第１及び第２アパーチャ５２及び５３においてメモリセ
ルの形状を選択する制御部であり、試料台制御部は、ス
テージ内の試料台の移動制御を行うためのものである。

【００２２】図には示していないが、ウエハーを搬送す
るための機構（ローダー機構）およびカラム内およびス
テージ内を真空にするための装置（真空排気機構）も備
え付けられている。

【００２３】それぞれのユニットはインターフェイスを
介して信号の受け渡しを行っている。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】半導体業界では、ウエ
ハーの拡大化が進んでいる。現在のところ、６インチ程
度のシリコンウエハーが主流ではあるが、今後、数年以
内に、８〜１２インチウエハーが主流と言われている。

【００２５】それにともない、ウエハーを固定する試料
台，試料台が配置されているステージチャンバーなどの
機構系のユニットは大きくせざるおえない。また、ウエ
ハー面積が大きくなったことにより、試料台の移動距離
は大きくなる。移動距離が大きいことは、描画時に上下
歪み，左右のぶれ量，回数が増加するため、描画精度は
悪化することが考えられる。

【００２６】さらに、マスクから一括に転写するステッ
パーに比べ電子線描画装置は、描画する面積に比例し
て、時間がかかる傾向があり、一括露光法，連続描画法
を駆使しただけでは、スループットの向上は難しい。

【００２７】そこで、複数のシステムを用いることが今
後予想され、限られたクリーンルーム内の搬送システム
に複数個のシステムを配置する必要がある。複数個のシ
ステム設置は大幅な、クリーンルーム，搬送システムの
変更を余儀なくされ、ユーザー側への負担は大きくな
る。

【００２８】以上のことから、（１）試料台の移動の短距離化（２）システム全体の小型化が必須となり、ステージ部の小型化および、描画時の試
料台の制御方法の改善が必要となる。

【００２９】

【課題を解決するための手段】従来は、上述したように
ウエハーは直角Ｘ，Ｙ方向に移動することで、描画を行
っていた。本手法では、ウエハーを３６０度回転可能
な、試料台に配置させ、これを任意の一方向に移動させ
る機構と組み合わせたステージ部を設け、さらに、これ
に合わせて、カラム内の回転レンズをビーム偏向制御部
によって制御し、ウエハーを描画する。本手法を用いる
ことで、試料台の移動の短距離化をはかり、試料台の移
動面積を縮小することで、さらにシステム全体の小型化
を行う。

【００３０】

【発明の実施の形態】

（実施例）（機構およびシステム全体に関して）以下、本発明を図
２にしたがって説明する。

【００３１】システム全体構成は、図１にほぼ等しくス
テージ部およびその制御部が従来と変わっていることが
特徴である。

【００３２】ステージチャンバー１内部では、Ｘ方向に
伸びるガイド２があり、その上部に凹形状の台車３があ
る。ここで、台車３は、ガイド２上をスムーズに移動で
きる機構が設けられており、かつネジ状の駆動部４を回
転することによって、台車３を移動させるしくみになっ
ている。この台車３の上には、さらに、回転軸５があ
り、その上部には、試料台６が位置しており、それぞれ
は低振動のモータ駆動部１３で移動，回転が可能になっ
ている。試料台６は、試料（ウエハー）７を固定する構
造が設けられており、一般的には、試料と試料台に電位
差を生じさせ、その電場の力で固定する方法を用いてい
る。試料台制御部は試料台の回転および移動を行うモー
タ１３を制御するためのものである。

【００３３】さらに、ウエハーが回転した場合の回転角
度とガイド方向の位置を検出するために位置測長用のマ
ーク８が試料台６に取り付けられており、そのマーク位
置をレーザー測長器１４で検出することで詳細な位置デ
ータを得ている。

【００３４】また、電子銃（図１の５１：電子銃）から
発射された、電子線はその形状を各電磁レンズ（図１の
５４：電磁レンズ）によって形状が整えられさらに、主
偏向器１０，副偏向器１１，副々偏向器１２を通過し、
さらに回転レンズ９を通過することで所望の回転角度に
補正され、所望の位置を描画することができる。

【００３５】本図では、回転レンズを偏向板の下側に配
置した。これは、偏向を行った後に回転を加えることで
電子線の位置および形状を回転させるためである。

【００３６】従来の技術においても回転レンズは偏向板
を通過する前に存在したが、この回転レンズを用いるこ
とも可能である。この場合、偏向器により電子線の位置
を回転方向に制御しながら、さらにその回転量をフィー
ドバックをかけながら描画する。以下に示す描画方法は
回転レンズを使い描画を行ったものであるがその考え方
は回転レンズを用いた場合に限定されない。

【００３７】（描画方法１：試料台の動作）以下に、本
発明における電子線の描画手順について説明する。

【００３８】本手法においても描画用のウエハーデータ
は、従来と同じ様に、最大偏向幅数mm程度の配列された
ストライプ状のデータに分割する。この際、図３に示す
様にストライプ状のデータの座標系をＲ，θ座標で変換
する。

【００３９】実際には、連続描画を考えた場合、時間を
考慮する必要があるので、次の様になる。

【００４０】ウエハー面上の時刻ｔにおけるストライプ
上の点座標（例えば主偏向の位置）ＰをＸ，Ｙとすると
き、試料台回転軸を中心Ｏとして、Ｘ軸となす角度θ
(ｔ)，ＯＰ間の距離Ｒ(ｔ)は以下の式で表される。

【００４１】

【数１】Ｘ＝Ｒ(ｔ)・cos(θ(ｔ)) …（数１）

【００４２】

【数２】Ｙ＝Ｒ(ｔ)・sin(θ(ｔ)) …（数２）今、図６と同じようなストライプデータを作成する。Ｘ
方向にのみ、直線的に移動し描画することとなるので、
ｉ番目のストライプデータの座標は

【００４３】

【数３】Ｘ＝Ａｉ …（数３）

【００４４】

【数４】Ｙ＝Ｓｉ(ｔ) …（数４）と表すことができる。

【００４５】ここで、Ｓｉ(ｔ)はＸ方向位置、Ａｉはｉ
番目のストライプデータＹ軸との平行距離である。

【００４６】以上から、Ｘ，Ｙを消去するとＲ(ｔ)，θ
(ｔ)は、

【００４７】

【数５】Ｒ(ｔ)＝Ａｉ／cos(tan^-1(Ｓｉ(ｔ)／Ａｉ)) …（数５）

【００４８】

【数６】 θ(ｔ)＝tan^-1(Ｓｉ(ｔ)／Ａｉ) …（数６）が得られる。

【００４９】つまり、式（数５）に従って試料台を移動
させ、同時に式（数６）に従って試料台を回転させるこ
とで図６と同じｉ番目のストライプデータの座標を描画
することが可能となる。

【００５０】（描画方法２：ビーム位置と形状補正）ス
トライプの座標データは、Ｒ，θを用いて実施例２の様
に示されるが、この場合、この状態のまま電子線で描画
を行うと、主偏向，副偏向，副々偏向の位置は回転して
いない座標で描画されるため、隣接する描画データが試
料台の回転とともに重なる場合もある。そこで、試料台
の回転機構で回転した角度分を回転レンズで補正する。

【００５１】図４にその概略を示す。上図が回転レンズ
による主偏向，副偏向および副々偏向の座標系の変化を
示したもので、下図がビーム形状（この場合例としてエ
の字状）の変化を示したものである。

【００５２】図形の回転角度：θｒ(ｔ)とすると図４に
示される様に、

【００５３】

【数７】 θｒ(ｔ)＝θ(ｔ) …（数７）のとき回転レンズにより回転した主偏向，副偏向および
副々偏向の座標系は、形状とともに同じく回転すること
ができる。

【００５４】回転レンズに加える電流値を以下の様に表
すと

【００５５】

【数８】 θｒ(ｔ)＝Ｐ(Ｉ(ｔ)) …（数８）Ｉ(ｔ)：時刻ｔでの回転レンズに加える電流Ｐ(ｔ)：電流Ｉでの回転角度を変換する係数回転レンズを制御電流、

【００５６】

【数９】Ｉ(ｔ)＝Ｐ^-1(tan^-1(Ｓｉ(ｔ)／Ａｉ)) …（数９）で制御しかつ、試料台を移動すれば所望の図形が描画可
能となる。

【００５７】但し、Ｉ(ｔ)は、高速駆動する必要があ
り、回転レンズのインダクタンス，渦電流による波形の
歪みが発生するため、ビーム偏向制御部において補正も
含まれる。

【００５８】以上の方法を実際の描画に適応する場合、
試料台位置測長計からの試料台の位置データと回転によ
る位置ずれデータを３種類の偏向器に偏向量の小さい順
（副々偏向，副偏向，主偏向の順）のフィードバックし
ながら描画を行うことで、より精度良く描画が可能とな
る。このフィードバックを行うことで、図６と同じ様に
実際の描画は見かけ上停止した状態で描画ができ精度の
良好な描画が可能となる。

【００５９】また、このストライプデータの描画が終了
すると、続けて試料台が移動し、隣接するストライプデ
ータの最も近い位置から順次描画が再開される。

【００６０】（描画方法３：回転による描画折り返し）
図５は、ウエハーの移動、および回転しながらの描画の
概略を示したもので、上図がその立体図，下図が平面図
を示す。

【００６１】前述した描画方法を用いることで、試料台
移動方向はＸ方向に限定され、その面積は従来のものに
比べ約１／２になる。しかし、今回の回転構造を描画時
に用いるとウエハーの移動面積はさらに小さくすること
ができる。

【００６２】方法は、図４に示すストライプを順次描画
する場合、描画位置がウエハーの中心のストライプを超
えるとき（Ｘ＜０となるとき）、ウエハーを試料台によ
って反転させ、逆方向に再度描画を始める。たとえば、
図５において、試料のオリフラがＸ＞０の範囲を描画す
る際には左側にあったものが、Ｘ＜０の範囲を描画する
際には右側へと変化する。

【００６３】その結果、試料台移動部の面積はウエハー
そのものの面積とそれにウエハーの半分の面積を加えた
ものとなり、従来に比べると３／８の面積で描画が可能
となる。

【００６４】上述した描画内容は、ストライプデータご
とに直線的に描画を行う方法である。しかし、今回の手
法はこれに限定されない。例えば、径方向にストライプ
データを作成し、周方向に描画を行うこともできる。

【００６５】

【発明の効果】試料移動面積が従来の１／２以下とな
る。それに伴い試料台の短距離化が可能となり描画時の
上下歪み，左右のぶれ量は低減されるため、描画精度は
従来のものより改善される。

【００６６】さらに、小型化も可能となるため、クリー
ンルーム，搬送システムの変更も最小限にとどめながら
複数のシステムを用い高速化も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である電子線描画装置の概略図
である。

【図２】本発明の実施例を示すステージ機構部およびそ
の制御部の概略図である。

【図３】本発明における座標系の基準，試料（ウエハ
ー）中心ＯとしたときのＸ，Ｙ座標系を、Ｒ，θで表し
た図である。

【図４】本発明における描画手順を示したもの、試料台
（ウエハー本体）の回転と回転レンズの回転量を合わす
ことで描画形状を示した図である。

【図５】本発明における描画手順の概略とウエハーの移
動面積を従来のＸ−Ｙステージを用いたものと比較した
図である。

【図６】従来の描画手順を示した図である。

【図７】従来における描画手順の概略とウエハーの移動
面積を示した図である。

【符号の説明】

１，６５…ステージチャンバー、２…ガイド、３…台
車、４…ネジ状の駆動部、５…回転軸、６，６２…試料
台、７，６０…試料（ウエハー）、８…試料位置測長の
センサー、９…回転レンズ、１０…電位測定回路、１
０，５５…主偏向板、１１，５６…副偏向板、１２，５
７…副々偏向板、１３…モータ駆動部、１４，６１…レ
ーザー測長器、５０…電子鏡体（カラム）本体、５１…
電子銃、５２…第１アパーチャ、５３…第２アパーチ
ャ、５４…電磁レンズ、５８…試料位置測長用のマー
ク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｊ 37/20 Ｈ０１Ｊ 37/20 ＡＨ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線を発する手段および、該電子線形状
を整形する手段および、その位置を決定する手段を備え
られた試料（ウエハー）に微細加工を施す電子線描画装
置において、該試料を配置，固定する機構が、任意の一
方向に移動し、且つ回転する機構を具備したことを特徴
とした電子線描画装置。
【請求項２】前記電子線描画装置において、試料を配
置，固定する機構が任意の一方向に移動し、かつ該任意
の一方向に対してθだけ回転した位置において試料(ウ
エハー)面を電子線もしくは光線で描画するとき、該電
子線もしくは光線の断面形状が、ほぼ同時に、ほぼ同じ
角度θだけ回転する手段を具備したことを特徴とした電
子線描画装置。
【請求項３】電子線を発する手段が電子銃からなり、か
つ電子線の形状を形成する手段が電磁的なレンズからな
り、かつその位置を決定する手段が複数個の電気的な偏
向器からなる電子線描画装置において、試料が回転，移
動するとほぼ同時にほぼ同じ角度θだけ回転する手段が
電気的な偏向器からなり、該電子線の形状を回転する手
段が、電磁的レンズであり偏向を行う手段より該電磁的
なレンズが同位置もしくは後段に配置されている電子線
描画装置。