JPS5914221B2 - 電子ビ−ム装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電子ビーム露光に好適な可変ビーム寸法制
御を行い得る電子ビーム装置に関する。

電子ビーム装置は、半導体ウェハ或いは、ＩＣ又はＬＳ
Ｉ用のパターンマスク上に塗布されたフォトレジストの
所定の領域に電子ビームを照射し、Ｊこのフォトレジス
トに所望のパターンを描く装置である。この露光装置は
、正確にしかも精度良くパターンを描くことが要求され
、更に描画速度が速ければ速い程優れているとされてい
る。従来、パターン精度を向上する目的から、フォトレ
ジストに照射される電子ビームの寸法を比較的小径に、
５例えば０．５μｍ程度に設定していた。このビーム寸
法が小径であれば、パターンは十分正確に描くことがで
きるのであるが、逆に単位露光領域（電子ビームが曲折
されずにフォトレジスト上に照射される際のその露光領
域）が小さく、所定のバターｏ −ンを描く為の時間が
長くかかつてしまう、つまり描画速度が遅いという問題
があつた。特に、描画パターンには、本来正確、精密に
描れるべき回路パターンのみならず、製造番号、製造年
月日、パターン名称等の単に判読できれば十分であり、
５ 正確に描くことを要求されないマークパターンがあ
るにも拘らず、後者のマークパターンをも比較的小径の
ビーム寸法を有する電子ビームで描いていた為パターン
の描画時間、即ち、露光時間が不必要に長くなつてしま
つていた。フｏ この発明の目的は、パターンの描画速
度が速くしかも、正確に描くことができる電子ビーム装
置を提供することにある。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

・５ 第１図に示されるように電子ビーム装置は、電子
銃２、アパーチャ４．６を夫々備えた第１及び第２のコ
ンデンサレンズ８、１０、ブランキング電極１２、第１
および第２の偏向電極１４．１６、テレセントリソク系
の対物レンズ１８及びフォト！０ レジストが塗布され
たウェハ又はマスク等の被露光片２２が載置されるテー
ブル２０から成つている。

この種の装置では、電子銃２から放出された電子ビーム
はクロスオーバ点２４で一度集束し、このクロスオーバ
点２４を光源として、第１のコ１５ンデンサーレンズ８
に入射する。第１のコンデンサーレンズ８で収束された
電子ビームの焦点位置の囲りに配置されたブランキング
板１２は、プランキング制御回路２６から供給されるブ
ランキング制御信号によつて上記電子ビームを偏向して
いる。これによつて電子ビームはアパーチヤ６により通
過を阻止され、また逆にブランキング制御回路２６から
供給されるアンブランキング信号によつてアパーチヤ６
の通過が認められている。通常、ブランキング板１２間
に所定の電圧が供給されてその間に電界が生ずると電子
ビームは偏向され、アパーチヤ６を通過する。通過の許
された電子ビームは第２のコンデンサレンズによつて収
束される。収束された電子ビームは１０再び発散しなが
ら、第１の偏向電極１４間に入射される。第１および第
２の偏向電極１４，１６は偏向制御回路２８から供給さ
れる偏向制御信号によつて電子ビームをｘ或はＹ又は両
方向に偏向して対物レンズ１８に入射させる。この対物
レンズ１３は、入射した電子ビームをマスク２２の面に
略垂直に電子ビームを収束しながら照射する。ラスタ走
査方式であれば、電子ビームが一方向、例えばｘ方向へ
の走査が終了すると、テーブル移動制御装置３０からの
移動制御信号によつて移動装置３２が動作してテーブル
２０をＹ方向（紙面に直角な方向）に所定距離移動し、
電子ビームの走査が再び開始される。もし、ベクタ走査
方式であれば、マスク２２上のある領域の電子ビームの
照射、即ち露光が終了すると試料台が移動し他の領域の
露光が開始される。上述したブランキング制御回路２６
、偏向制御回路２８及びテーブル移動制御装置３０は、
中央制御装置（ＣＰＵ）３４から供給される指令信号に
よりマスク２２上に描れるべきパターンに応じて制御さ
れている。この発明の電子線露光装置によれば、上述の
ような構成に加えて次のような構成を更に加えている。

通常電子銃２は接地されたアノード３６、負の高電圧が
印加されているウエネルト３８及び電子を集束するカソ
ードあるいはエミッタ４０から成つている。この発明で
は、エミツタ４０として第１図或いは第２図に示すよう
に先端が比較的鋭い、角柱棒状電極が用いられている。
このエミツタ４０の材料としては、ランタンヘキサボラ
イド（ＬａＢ６）やトリウム（Ｔｈ）を含むタングステ
ン（Ｗ）等がある。このエミッタ４０の先端は、第２図
に示すようにその傾斜面のなす角αが１２０以下、通常
９００程度に形成され、その最先端の曲率半径Ｒは１５
μｍ程度に形成されている。また、このエミッタの長さ
は、１ｗ１ｎ〜３ｗｒｍ程であり、その本体部分の幅は
０．８Ｘ０，６ＴＶＬ程である。この角柱状のエミッタ
４０は、第１図に示すように例えば、パイロステイクグ
ラフアイトで作られたヒータ４２によつて支持されてい
る。このヒータ４２はエミッタ４０を加熱して熱電子放
出させる為に設けられているものである。このヒータ４
２には、図示するようにヒーター電流を供給する為の直
流電源４４が接続されている。この直流電源４４は、電
源制御回路４６によつてその出力電圧を可変制御される
もので、中央制御装置３４によつて指示された動作モー
ドに従つて直流電源４４の出力電圧を所定値に設定して
いる。直流電源４４の出力電圧が変化するとヒータ４２
に流れるヒータ電流１０が変化することは云うまでもな
い。このヒータ４２には図示するように抵抗４８，４９
が接続され、この抵抗４８，４９には、可変抵抗器５０
を介して接地された高電圧電源５２が接続されている。
この高電圧電源５２はウエネルト３８に接続され、この
ウエネルト３８に負の高電圧を供給している。アノード
２は、アースされている為このウエネルト３８とアノー
ド３６間には、高電圧が印加され、エミッタ４０から放
出された電子を加速する強電界がその間に生ずることと
なる。前記可変抵抗器５０は、ウエネルト３８とエミッ
タ４０間に印加される高電圧を調整するものであつて可
変抵抗器制御回路５４によつてその抵抗値が変化される
。この可変抵抗器制御回路５４は中央制御装置３４によ
つて指示される動作モードに応じて可変抵抗器５０の抵
抗値を所定値に設定し、ウエネルト３８及びエミッタ４
０間に印加される電圧を所定値に設定している。尚、可
変抵抗器５０の抵抗値が可変設定されるならば、直流電
源制御回路４６を設けることなく、直流電源４４から常
に一定電圧を供給するようにしても良い。また上記第１
図に示すように直流電源制御回路４６、直流電源４４、
可変抵抗器制御回路５４、そして可変抵抗器５０の全て
を設けても良いことは勿論のことである。上述のような
構成において、ヒータ４２に流れるヒータ電流ｏ或いは
、エミッタ４０とウエネルト３８間の高電圧又は、両者
を調整することによつてクロスオーバ点２４における電
子ビームの径が変化する。

クロスオーバ点２４における電子ビームの径が変化して
も、そのクロスオーバ点２４の位置は常に略一定位置に
保たれる。第１のコンデンサレンズ８の電子ビーム源と
みなされるクロスオーバ点が実質上不変であることから
、電子ビームの軌道に沿つて配置されたレンズ系８，１
０及び偏向電極１４，１６はその調整が不要となる。ク
ロスオーバ点２４が不変でも、その電子ビームの径が変
化し、このクロスオーバ点２４の投影像がマスク２２上
のフオトレジストに投影されるのであるから、その投影
像の大きさ、即ち、マスク２２上のフオトレジストの露
光される領域が変化する。換言すれば、マスク２２上の
フオトレジストに入射される電子ビームの径が変化する
。通常、この入射電子ビームの径とマスク２２上のフオ
トレジストに送られるビーム電流、即ち、電子の数とは
、一定の関係があり、そのビーム電流は、その径の２乗
に比例する。従つて、電子ビームの径が２倍となると、
そのビーム電流即ち、電子の数は４倍となる。フオトレ
ジストの露光量は、ビーム電流、即ち、電子数に依存す
るものであるから、フオトレジストに入射される電子ビ
ームの径が大きくなれば、露光時間は、その径の２乗に
逆比例して少なくすることができる。例えば、ある領域
をＤ１の径を有する電子ビームで露光する場合と、Ｄ１
の１／２の径Ｄ２（Ｄ２／２）を有する電子ビームで露
光する場合を考えると、前者の露光時間は後者の露光時
間の１／４で十分となる。即ち、偏向電極１４，１６が
後者の電子ビームに比べて前者の電子ビームを約２倍の
速度でｘ方向に偏向することができ、マスク２２上のフ
オトレジストは、前者の電子ビームが後者の電子ビーム
に比べて２倍の速度で走査されることとなる。また、１
本の電子ビームによつて露光されるＹ方向の幅は、前者
が後者の２倍であるから、前者の電子ビームによつてｘ
方向に１回走査された領域を後者の電子ビームによつて
走査する為には、後者の電子ビームによつて１回Ｘ方向
に走査し、Ｙ方向にステージをＤ２／２だけ移動した後
再び後者の電子ビームをｘ方向に走査する必要がある。
その結果、前者の電子ビーム一定面積を露光する場合、
その露光時間は、後者による場合の１／４となる。次に
ヒータ電流或いはエミッタ４０及びウエネルト３８間電
圧の変化に基づくクロスオーバ点の電子ビームの径変化
について第３図のグラフを用いて説明する。

このグラフは、エミッタ４０をランタンヘキサボライド
（ＬａＢ６）の単結晶で作り、このエミッタ４０先端の
傾斜角αが９０度であり、その最先端の円曲面の半径が
１５μｍであり、その長さが２ｍ幅が０．６×０．８ｗ
ｒｍである。そしてウエネルト３８とアノード３６間の
加速電圧が２０ｋとした際に得られたデータをプロット
したものである。曲線１は可変抵抗器、５０の抵抗値が
３．６Ｍ０であり、曲線は、その抵抗値が４．２Ｍ０、
曲線は、その抵抗値が５．０Ｍ０、及び曲線は、その抵
抗値が６．８ＭΩである場合を示している。図示するよ
うに第３図グラフは、その縦軸がクロスオーバ点２４に
おける電子ビームの径の値を示し、その横軸は、直流電
源４４の印加電圧の変化に伴い変化されるヒータ電流の
値を示している。この第３図のグラフから明らかなよう
に可変抵抗器５０の抵抗値が一定でも、ヒータ電流１０
を変化することによつて電子ビームの径が変化する。第
３図に示すように電子ビームの径の変化は、抵抗値によ
つて異なつている。また、ヒータ電流１０が一定であつ
ても、可変抵抗器５０の抵抗値が一定であつても、曲線
〜上の点で示される電子ビームの径が変化する。従つて
、適当なヒータ電流１。

及び抵抗値を直流電源４４及び可変抵抗器５０で定める
ことによつて任意の値にクロスオーバ点の電子ビームの
径を定めることができる。中央制御装置（コンピユータ
）３４は、良く知られる型式のものであつて、少なくと
もＣＰＵ及びメモリを備えたものである。

この中央制御装置３４のメモリには、テーブル２２上に
載置されるマスク２２に描れるべきパターンの情報がマ
スク２２上のＸＹ座標で示される位置情報とともに記憶
されている。また、このメモリには、上述したクロスオ
ーバ点２４の電子ビーム径の情報が位置情報とともに同
様に記憶されている。このコンピユータ３４は既に述べ
たように位置情報に応じて直流電源制御回路４６と可変
抵抗器制御回路５４に動作モード、即ち、ヒータ電流の
値及びエミッタ・アノード間電圧値を指令して電子ビー
ム径を指定している。また、このコンピユータ３４は位
置情報即ち、ステージ移動信号及び偏向信号を前記偏向
制御回路２８とテーブル移動制御回路３０の夫々に送る
とともに、この位置情報に関連したパターン信号、即ち
、ブランキングおよび露光（アンブランキング）信号を
ブランキング制御回路３６に送つている。偏向制御回路
２８には、またコンピユータ３４から電子ビームの偏向
速度に関する動作モード信号が送られている。この動作
モード信号は、電子ビームの径に依存し、その径が大き
くなればなる程電子ビームの偏向速度を速くするように
指令をする信号である。この指令に基づいて偏向制御回
路２８は、偏向電極１４，１６を制御している。上述し
たコンピユータのメモリに記憶される情報は、次に述べ
る電子ビームによる露光方法の説明によつてより明瞭に
なるであろう。次に第４図ａ−ｃを参照しながら電子ビ
ーム径可変制御による描画方法について説明する。

第４図ａではマスク或いはウエハ２２上のフオトレジス
ト面を２点鎖線で示す２つの領域５６，５８に分けて示
している。第１の領域５６は、ＩＣ又はＬＳＩのパター
ン名、製造番号及び製造年月日等のマスクパターンを記
入する領域であり、第２の領域５８は、ＩＣ又はＬＳＩ
の回路パターンを記入する領域である。（図面には、両
パターン形状が省略されている。）第１の領域５６は、
記入されるパターンの性質から判読できる程度の精度が
あれば十分であつて、最小パターン寸法が１０μｍであ
る。これに対して第２の領域５８は、パターンの精度が
ＩＣ又はＬＳＩの特性に直接に影響を与えることから十
分高い精度が要求され、例えば少なくとも最小パターン
寸法が０．５μｍ程である。この発明の露光方法では、
上記２つの領域を異なる径を有する電子ビームで露光し
ている。ラスタスキヤン方式であれば、次のように２つ
の領域５６，５８は露光される。

まず、第１の領域５６は、第１の動作モードで露光が開
始される。即ち、コンピユータ３４は、第１動作モード
の指令を直流電源制御回路４６及び可変抵抗器制御回路
５４に指示し、例えば、第４図ｂに示すようにマスク２
２上のフオトレジストに入射する電子ビームの径Ｄ１が
１．０ｔｔｍに定められるようにクロスオーバ点２４の
電子ビームの径を所定値に設定する。また、コンピユー
タ３４は偏向制御回路２８に第４図ｂに示すようにマス
ク２２上でｘ方向に電子ビームが２５０Ｉｔｍの幅ＳＷ
を走査するように指令を与えるとともに比較的高速度で
電子ビームを偏向するようにとの第１動作モード指令を
与える。マスク２２上のフオトレジストの領域５６は、
第４図ｂに示すように径Ｄ１（１．０μｍ）の比較的径
の大きな電子ビームで幅ＳＷ（２５０μｍ）だけ高速走
査され、次にテーブル２０がＹ方向にＤ１（１．０Ｉｔ
ｍ）移動されて同様に走査され、この繰り返しによつて
露光が終了する。次に、第２の領域５８は、第２動作モ
ードで露光が進められる。第２動作モードでは、マスク
２２上のフオトレジストに入射する電子ビームの径Ｄ２
は、比較的小さく、第４図ｃに示すようにその値は、０
．５μｍであり、その走査幅ＳＷは、第１動作モードと
同様に２５０μｍ（単位時間あたりの偏向スピードを同
じくして１２５μｍにせばめてもよいことはいうまでも
ない）であり、この電子ビームがｘ方向に領域５８上を
通常の走査速度で走査され、またテーブル２０がＹ方向
に０．５μｍづつ移動されて露光終了する。これら第１
或いは第２の動作モードのいずれにあつてもコンピユー
タ３４からＸＹ座標で指示されるパターン信号がブラン
キング制御回路２６に送られ、電子ビームがブランキン
グ電極１２間を通過したり、しなかつたりすることは当
然のことである。第１の領域５６は比較的径の大きな電
子ビームで高速露光される為、その露光時間は第２の領
域５８露光時間に比べて短い。第１の領域５６はｘ方向
の１回の走査領域（１×２５０μｍ）が第２の領域５８
の１回の走査領域（０．５×２５０μｍ）または（０．
５×１２５μｍ）に比べて２倍広く、また走査速度が第
２の走査速度に比べて２倍速いのであるから、第２の領
域５８の露光時間の１／４で露光が完了される。また、
第２の領域５８は回路パターンの描画精度に応じて十分
径の小さな電子ビームで露光される為、正確にパターン
を描くことができる。ベクタスキヤン方式に基づく露光
方式は、上述したラスタスキヤン方式に基づく露光方法
から十分推測されるであろうから詳細は省略する。この
ベクタスキヤン方式では、第１の領域５６と第２領域５
８で照射される電子ビームのビーム径が同様に異なる点
で同一であり、電子ビームがｙ方向にも走査されるとい
う点でラスタスキヤン方式と異なつている。次に、この
発明の露光方法の他の実施例について説明する。この露
光方法では、第５図に示すようにマスク２２上のフオト
レジストに描れるべき回路パターンの一部６０の周辺領
域、即ち、第１の領域６２を比較的径の小さな電子ビー
ム例えば、０．６μｍの径を有する電子ビームで露光し
、回路パターンの一部６０の内部領域即ち、第２の領域
６４を径の大きな電子ビーム例えば１．４μｍの径を有
する電子ビームで露光している。例えばラスタスキヤン
方式の場合電子ビームがｘ方向にｘの１００番地からｘ
の５００番地まで走査され、ｘ方向に１回走査される毎
にＹ方向に１番地だけマスク２２がテーブル２０によつ
て移動されるとする。ここで描れるべき回路パターンの
一部６０がｘ座標が２０４番地から２１４番地、ｙ座標
が１０４番地から１１０番地で表される矩型のパターン
であるとする。このような回路パターンの一部を描く場
合、コンピユータ３４がテーブル移動制御回路３０に指
令を与え、電子ビームがＹの１０３番地をｘ方向に走査
するようにテーブル移動装置３２によつてテーブル２０
を移動してマスク２２を所定位置に移動する。この時ｙ
の１０３番地のライン上には、描くべきパターンがない
から本来電子ビームは、コンピユータ３４の指令に基づ
いてブランキング匍脚回路２６がブランキング電極１２
にブランキング電圧を印加し続けることによつてブラン
キングされ続けるはずである。然しながら、この発明の
一実施例に係る露光方法では、電子ビームの本来の走査
点がｙの１０３番地、ｘの２０４番地に達した際電子ビ
ームは、その径が０．６μｍに調整されアンブランキン
グされ、ｙ方向の偏向電極１４．１６によつてｙ方向に
１μｍだけ偏向されて、ｙの１０４番地、ｘの２０４番
地に向けられる。その結果、斜線の円で示されるｙの１
０４番地ｘの２０４番地の領域が露光される。電子ビー
ムがブランキングされた後、電子ビームの本来の走査点
がｙの１０３番地、ｘの２０５番地に達すると同様にｙ
の１０４番地ｘの２０５．５番地の斜線の円で示される
領域が露光される。同様の動作がくりかえされることに
よつて予めｙの１０４番地のライン上の領域は、０．５
番地毎の所定領域の露光が完了する。次にテーブル２０
が１μｍだけ移動され、走査領域がｙの１０４番地に設
定される。ｙの１０４番地のライン上では、電子ビーム
は、ｘの２０３番地までブランキングされ、ｘの２０４
番地からアンブランキングが開始される。ｘの２０４番
地に電子ビームが照射されると、電子ビームはｘの２０
５番地でアンブランキングされてｘの２０５番地が露光
される。同様に動作がくりかえされて白円で囲まれた所
定の領域が露光される。その結果、ｙの１０４番地のラ
イン上の領域は、図示するように帯状に照射されること
となる。つまりｙの１０４番地が２回描画されたように
なる。更にテーブル２０が１μｍだけ移動されて走査領
域がｙの１０５査地に設定される。ｘの２０３番地まで
は、本来電子ビームはブランキングされるが、ｘの２０
３番地が走査点と指示されると電子ビームはアンブラン
キングされ、またｙの方向に−０．５μｍだけ偏向電極
１４，１６によつて偏向され、電子ビームはｙの１０４
．５番地ｘの２０４番地に向けられる。その結果、斜線
で示されるようにｙの１０４，５番地、Ｘの２０４番地
が照射される。もちろん、このときの電子ビーム径は、
０．６μｍである。次に電子ビームが白円で示されるｙ
の１０５番地、ｘの２０４番地の領域を露光すると、そ
の径が１．４μｍ有するように調整される。１．４μｍ
の径を有する電子ビームは、次々とｙの１０５番地のラ
イン上のｘの２０５番地から２１３番地まで露光されて
再び、その径が０．６μｍとなるように調整される。

同様の動作がくりかえされることによつてｘの２０４番
地のライン上の斜線の円で示されるＹｆ）０．５番地毎
の領域及び白円で示されるｙの１番地毎の領域が照射さ
れる。このように、本来露光すべきとの指示が与えられ
ていないＸ，ｙ座標系の点を用いて、第１の周辺領域の
本来露光されない領域を露光することによつて正確に第
１の領域の露光を達成している。上記のようにして正確
にパターンが描れるが、細い径のビームで露光された第
１の領域６２は、第１の領域６４に比べて既に説明した
ように露光不足となる虞れがあるが、領域６６を露光す
る場合と同様に本来ブランキングされる領域のＸ，ｙ座
標を用い、このときの電子ビームを露光不足領域６２に
入射させ、この領域を多重露光して必要なドーズ量を与
えてやれば良い。

即ち、同一点を２回或いは、それ以上電子ビームで露光
することによつて所定のドーズ量で露光することができ
る。上述の内容はラスタスキヤン方式に関するものであ
るが、ベクタスキヤン方式では、その露光方法はより簡
単となる。即ち、まず、０．６μｍの径を有する電子ビ
ームで第１の領域６２を露光し、その後、第１の領域に
囲まれた第２の領域６４を露光すれば良いのである。第
６図は、上述した露光方法によるｙの１０７番地のライ
ン上のドーズ量とｘ座標土の位置との関係を示したグラ
フである。

第６図に示すようにこの発明の露光方法によれば、回路
パターンの周辺部分即ち、第１の領域への照射量即ち、
ドーズ量を増すことができる。その結果、マスク上のフ
オトレジストに描れることとなる。即ち、通常単にドー
ズ量を均一にしたまま、フオトレジストを露光すると、
特にパターン密度が濃い部分或いは、大きなパターンで
は、反射電子或いは、二次電子によつて近接効果が生じ
、あたかも、パターン密度の濃い部分或いは、大きなパ
ターンの中央部分は、ドーズ量が多かつたようになる。
その逆に、パターン密度の薄い部分或いは、大きなパタ
ーンの周辺は、あたかもドーズ量が少なすぎることとな
る。フオトレジストへの露光量が多すぎたり少なすぎる
場合には、正確にパターンが現像されないこととなる。
然しながら、この発明の露光方法によれば、露光領域を
分け、その領域に応じてビーム径及びドーズ量を決定し
、その対応した領域を所望の電子ビームによつて露光し
ている為、正確にパターンがマスク上に形成されること
となる。上述した実施例では、露光領域を２つに分けて
説明したが、この発明は、露光領域を２つに分ける場合
に限らず、それ以上に分けられ、その領域に応じて電子
ビームの径及びドーズ量が選定されても良いことは、こ
の発明の趣旨から明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を概略的に示すブロック図、第２図は
電子銃のエミッタ先端部分を示す概略図、第３図は電子
ビーム径の変化を示すグラフ、第４図ａ−ｃは異なる径
を有する電子ビームによる露光方法の一実施例を示す説
明図、第５図は異なる径を有する電子ビームによる露光
方法の他の実施例を示す説明図、第６図は第５図に示す
Ｙ座標の特定線上における電子の照射量（ドーズ）とｘ
座標との関係を示すグラフである。 ２・・・・・・電子銃、３６・・・・・・アノード、３
８・・・・・・ウエネルト、４０・・・・・・エミッタ
（カソード）、４２・・・・・・ヒータ、４４・・・・
・・直流電源、５０・・・・・・可変抵抗器（バイアス
用）、５２・・・・・・高電圧電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ チップ先端を鋭利に成形したカソードを電子銃とし
   て備えた電子ビーム装置において、少くとも前記電子銃
   のバイアス電圧、あるいはバイアス抵抗、または電子銃
   カソード加熱電流を可変制御して電子ビーム径を可変設
   定することを特徴とする電子ビーム装置。 ２ 前記カソードは、単結晶の先端部を鋭利に加工成形
   したものである特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム
   装置。 ３ 前記単結晶は、ランタンヘキサボライド（Ｌ＿ａＢ
   ＿６）のチップである特許請求の範囲第２項記載の電子
   ビーム装置。