JPS5826824B2 - 電子ビ−ム露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路装置製造時の露光工程において制御さ
れた電子ビームを気密した電子光学鏡筒外に薄膜スリッ
ト部材を通過させて排気装置を有する試料室内に取り出
しフォトレジスト膜を露光する、鏡筒内が汚染されず、
散乱のない電子ビーム露光装置に関するものである。

真空槽内にフォトレジスト膜を被着した試料を格納し、
高精度に制御された電子ビームを照射することによりフ
ォトレジスト膜上にパタンを描画する電子ビーム露光装
置は大容量ＬＳＩを製造する手段として必須のものとさ
れ、従来から高性能化が図られている。

しかし、試料槽と連通ずる真空槽内の汚染に細心の注意
を払わねばならず、真空槽でもある試料槽内へ試料を脱
着する取扱いが不便であり、排気に要する時間が長い為
に処理時間が長くなるなどの欠点があった。

従来例の１つを第７図に説明に必要な部品のみ示しであ
る。

１は陰極、２は電子ビーム、９は排気装置、１０は電子
光学鏡筒（以下単に鏡筒という。

）、１０′は試料室、１１は試料、１２は試料ホールタ
、１３′はステージ、Ｇは鏡筒１０と試料室１０′間に
設けられた電子ビーム２の通過するギャップを示す。

真空槽内の汚染をできるだけ少くするため上下に区分し
て試料室１０′にも排気装置を設け、かつギャップＧを
設けて電子ビーム２を試料室１０′に照射し、汚染物質
は鏡筒１０に浸入しないよう工夫されているがギャップ
Ｇがあるため依然として鏡筒１０内は汚染される欠点が
あった。

本発明は従来の欠点を除去するためＱこ、電子光学鏡筒
と試料室の、境界となる前記電子光学鏡筒底部のフラン
ジに設けた孔に金属薄板よりなる薄板スリット部材を固
定し気密に仕切り、前記薄板スリット部材の中央部に電
子ビームを透過させ、電子ビームの散乱を少くし最大厚
さで０．５μｍの膜を構成したことを特徴とし、その目
的は電子光学鏡筒内の汚染を防止すると共に電子ビーム
の散乱を少くし、できるだけ高精度の加工ができるよう
にするにある。

本廃明を図面に基いて説明する。

第１図は本発明の電子ビーム露光装置、第２図は第１図
の薄膜スリット部材近傍の拡大断面図、第３図は薄膜ス
リット部材、ａ図は平面図、ｂ図はａ図ｘ−ｘ’線の断
面図、を示す。

図において従来例の第７図と同一符号は同一部分を示す
。

３はアパーチで、４はコンデンサレンズ、５はブランキ
ング電極、６は偏向コイル、７は対物レンズ、８は薄膜
スリット部材、１３はＸＹＹステージ１５は鏡筒フラン
ジ、２２，２３は微動装置、を示す。

本発明の電子ビーム露光装置（以下単に装置という。

）の動作を説明する。陰極１から出た電子ビーム２はア
パーチャ３、コンデンサレンズ４でビーム整形され、ブ
ランキング電極、および偏向コイル６によりビームブラ
ンキングが行なわれたり偏向されたりし、対物レンズ７
でビーム径が絞られて鏡筒底部のフランジ１５の孔部１
５−１の外部に気密に接着などの適当な手段で固定され
た薄膜スリット部材８から外部へ取り出される。

鏡筒１０内は排気装置９を使用して高真空に保たれる。

一方試料１１は鏡筒１０の下部にある排気装置９にて排
気した試料室Ｍ中のＸＹＹステージ３上の試料ホールダ
１２に固定される。

したがって本発明の装置においては鏡筒１０の外部に出
た電子ビーム２により外部にある試料１１が照射される
ことになり、試料１１より出る汚染物質で鏡筒１０内が
汚染されることはなくなった。

ところで、薄膜スリット部材を設ければ、当然薄膜スリ
ット部材で電子ビームが減衰すると共に散乱を起し精度
が低下する。

そこで、できるだけ散乱を起さず精度良く加工するため
薄膜スリット部材の薄膜をできるだけ薄くする必要があ
る。

次に本発明の薄膜スリット部材について説明する。

第４図に示すように薄膜スリット部材８はガラスハンダ
１４により鏡筒フランジ１５へ外部より接着され、第１
図における鏡筒１０内の高真空が破れないようにしであ
る。

いま、充分整形された電子ビーム２は薄膜スリット部材
８の最も薄い部分１６を通して外部である排気された試
料室Ｍへ取り出される。

第５図に示すように金属薄膜の厚み方向の両サイドをエ
ツチングにより削り、最も薄い部分１６を０．５μ程度
の厚みにしである。

ところで、大気の圧力Ｐ （ｍｍＨｇ ）に耐える真空
封止窓の半径ａ１ｒＬ７１Ｌの金属薄膜の膜厚ｔは次式
で求めることができる。

ただし、 単位断面積当りの引張り強度 （ｄｙｎｅ／１） ｄ−変位（朋） 薄膜としてＡｌを用いた場合の変位ｄをパラメータとし
たグラフを第８図に示す。

そして破壊試験によるとｄ ＝ ２ で試料はほと
んど破壊し、ｄく− では異常は認められなかった。

薄膜としてＡｌのとき、封止窓の半径０．０５ｍｍとす
ると膜厚は０．５μｍまで使用可能となる。

したがって、第１図の鏡筒１０内は高真空に保たれたま
ま電子ビーム２は最も薄い部分１６において一部は吸収
されるが、かなりの程度のビーム量が試料室Ｍ中へ取り
出される。

さらに、電子ビーム２の大部分は薄膜スリット部材８と
試料１１の距離を大きくしない限り試料室Ｍ中を貫通し
、試料１１へ到達し試料１１上のフォトレジスト膜１７
を感光させる。

最も薄い部分１６の幅Ｗ（第３図参照）は電子ビーム２
の径より充分大きいので露光すべき試料１１が少し回転
して置かれていても電子ビーム２を走査して試料１１上
のフォトレジスト膜１７を露光するうえで不都合はない
。

本発明に使用する試料の位置合せを行うＸＹステージ装
装置型説明する。

第４図ａ、ｂは第１図における試料１１．試料ホルダ１
２の平面図、側面図である。

試料１１は試料ホルダ１２に固定されている。

ＸＹＹステージ３の表面に半球状の穴１３−１８．１３
−２０゜１３−１９および１３−２１を掘り、そこに金
属球１８〜２１を置いである。

金属球１８〜２１の上に試料１１および試料ホルダ１２
を置くことにより試料１１とＸＹＹステージ３の間の摩
擦を小さくしている。

したがって試料１１および試料ホルダ１２は水平に任意
の方向に滑りやすくなっている。

それを固定し、あるいは微動させるために試料ホルダ１
２の４辺に８個の微動装置２２〜２９が設けである。

これらの微動装置２２〜２９は同じ機能をもつのでその
一つについて説明する。

第５図ａ、ｂは微動装置の平面図および側面図を示す。

すなわち、微動装置は金属ブロック３０と試料ホルダ１
２の間にばね３Ｌ３２を用いて圧電素子３３を挟んだ可
動ピース３４とそれをＸＹＹステージ３に固定するため
にＸＹＹステージ３に埋め込まれた電磁石３５とから成
っている。

ここで圧電素子３３に電圧を与えるための導線は省略し
である。

いま、圧電素子３３が圧縮状態にあるとしよう。

金属ブロック３０を電磁石３５に引きつけて可動ピース
３４を固定した状態で圧電素子３３の電圧を変化させ膨
張状態にすると試料ホルダ１２は膨張した距離△Ｌ（例
えば０．３μ）だけ金属ブロック３０から遠ざかる。

その状態で電磁石３５による金属ブロック３０の吸引を
解除する。

そして圧電素子３３を圧縮状態にすると金属ブロック３
０はばね３１，３２により試料ホルダ１２の方へ△Ｌだ
け引きつけられる。

このサイクルを繰り返すと試料ホルダ１２は△Ｌずつ金
属ブロック３０の反対の方向へ金属ブロック３０ととも
に移動する。

したがって第４図ａにおいて微動装置２２，２４，２６
，２８を同期して働かせると時計方向に試料ホルダ１２
を回転させることができ、微動装置２３，２５，２７，
２９を同期して働かせると反時計方向に試料ホルダ１２
を回転させることができる。

但し、例えば時計方向の回転時に微動装置２３，２５，
２７，２９を遊ばせておかず、それらを微動装置２２，
２４，２６゜２８が膨張して試料ホルダ１２を移動させ
る瞬間に圧縮させると共にばねで試料ホルダ１２を引張
るように動作させることが必要であり、反時計方向への
回転時には微動装置２２，２４，２６゜２８を同様に動
作させることが必要である。

また、Ｘ方向、Ｙ方向への移動を行うには微動装置２４
゜２５．２８．２９または微動装置２２．２３゜２６．
２７を制御すればよいことは回転の例から容易に理解さ
れる。

ここで例えばＹ方向への移動時に微動装置２４，２５，
２８，２９の荷重が重く移動が困難な時には微動装置２
４，２５，２８゜２９の金属ブロックに代えて磁石を用
い、可動ピースを磁気的に浮上させて軽くすることがで
きる。

また、Ｘ方向への移動も同様である。

このようにして機械的なＸＹステージでは得られない精
密な位置設定が微動装置２２〜２９を使用すれば可能に
なる。

ここで第１図にもどって説明する。

薄膜スリット部材８がＸ方向のラスク走査が可能なよう
に設けであるとする。

この状態でＸＹステージ１３により粗い位置設定を行な
ったうえＸＹステージ１３上の試料１１および試料ホル
ダ１２の位置を微動装置２２〜２９を用いて調整し、Ｘ
方向のラスク走査時に薄膜スリット部材８を透過した転
子ビーム２が期待する試料位置を露光するようにする。

微動装置２２〜２９の設定誤差が多少存在しても前述の
ように薄膜スリット部材８の幅Ｗが電子ビーム径よりも
充分大きいので電子ビーム２の偏向補正により対処でき
るので露光上の不都合はない。

したがってＸ方向は電子ビーム２のラスク走査を行ない
、Ｙ方向にはＸＹステージ１３を連続的に移動させるこ
とによりｌフィールドを１回の機械走査で露光すること
ができる。

この走査方式についてはＥＢＥＳ（米国特許３９００７
３７号＜１９７５年〉）などの方法により走査位置を常
にフィードバックして能率よく行なえることは公知であ
る。

他方、微動装置２２〜２９を効果的に利用して初期位置
設定が正確に行なえれば走査位置のフィードバックを行
なわない低価格な電子ビーム露光装置を構成できる。

以上の構成において試料槽の排気装置と鏡筒の排気装置
９を並列に同時動作させ画室の圧力差を小さくしておけ
ば薄膜スリットに加わる圧力は小さくなり、スリットの
膜厚をより薄くすることが可能になる。

これによって、スリット通過による電子ビームの減衰の
低下、ビーム像のぼけの防止という効果が生ずる。

さらに、試料室内が排気されていることは試料室内での
ビームの減衰も低下できるので、スリットから試料まで
の距離の限定がゆるやかになり、装置設計上の自由度が
向上し、使い勝手の良い装置が得られる作用効果も生じ
させうる。

また、薄膜スリット部材８の他の実施例の薄膜スリット
部材４０を第８図に示す。

ａ図は平面図、ｂ図はａ図のＺ−〃線の断面図、を示す
。

図示のように多数の溝膜窓３６をもつ薄膜アパーチャ３
７にタイミングを３相にずらせた細く絞られた電子ビー
ムを透過させて使用でき、その作用効果は等価である。

薄膜スリット部材４０は薄膜スリット部材８より機械強
度が増加すると共に寿命が長くなる作用効果を生ずる。

しかも試料室の排気は従来の電子光学鏡筒を排気するよ
うな高真空の排気を必要としない。

試料室を排気するので薄膜スリット部材の薄膜の保護に
もなる。

以上説明したように本発明はその構成に基き、（１）フ
ォトレジストなどにより鏡筒内を汚染しない、（２）試
料の着脱が容易となる、（３）試料装着後電子光学鏡筒
内の排気時間が不要となる、（４）ＸＹステージ装置を
用いれば高精度な位置制御できる装置にできる、（５）
試料室の排気装置と鏡筒の排気装置を同時並列に動作さ
せれば、スリット膜厚の薄い、ビーム像ボケが少ない装
置が得られる、などの作用効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子ビーム露出装置の正面図、第２図
は第１図の薄膜スリット部材近傍の拡大断面図、第３図
は薄膜スリット部材、ａ図は平面図、ｂ図は断面図、第
４図は本発明に使用するＸＹステージ装置、ａ図は平面
図、ｂ図は断面図、第５図はＸＹステージ装置の微動装
置、ａ図は平面図、ｂ図は一部断面で示す側面図、第６
図は本発明の薄膜スリット部材の他の実施例、第７図は
従来の装置、第８図はフィルム半径、厚と変位をパラメ
ータとした関係図、を示す。 １：陰極、２：電子ビーム、３ニアパーチヤ、４：コン
デンサレンズ、５ニブランキング電極、６：偏向コイル
、７：対物レンズ、８：薄膜スリット部材、９：排気装
置、１０：鏡筒、１１：試料、１２：試料ホルダ、１３
：ＸＹステージ装置、１４ニガラスハンダ、１５：鏡筒
フランジ、１６：薄膜スリット部材の最も薄い部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子光学鏡筒と試料室を隣接して配設し、それぞれ
   に排気装置を設けた電子ビーム露光装置において、前記
   電子光学鏡筒と試料室の境界となる前記電子光学鏡筒底
   部のフランジに設けた孔に金属薄板よりなる薄板スリッ
   ト部材を固定し気密に仕切り、前記薄膜スリット部材の
   中央部に電子ビームを透過させ、電子ビームの散乱を少
   くし最大厚さで０．５μｍの膜を構成した電子ビーム露
   光装置。