JPS6051261B2 - 荷電粒子ビ−ム描画装置 - Google Patents

荷電粒子ビ−ム描画装置

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JPS6051261B2
JPS6051261B2 JP51060175A JP6017576A JPS6051261B2 JP S6051261 B2 JPS6051261 B2 JP S6051261B2 JP 51060175 A JP51060175 A JP 51060175A JP 6017576 A JP6017576 A JP 6017576A JP S6051261 B2 JPS6051261 B2 JP S6051261B2
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slit
charged particle
particle beam
drawn
drawing apparatus
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昌彦 鷲見
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1471Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path for centering, aligning or positioning of ray or beam
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002Details
    • H01J37/3007Electron or ion-optical systems

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子ビーム露光、イオンビーム注入等に適合
する荷電粒子ビーム描画装置に関する。
例えば電子ビーム露光方式は、一筆書き方式と一括露光
方式とに大別される。この2つの方式のうち後者の方が
描画速度において優れているが、原図パターン即ち被露
光物体に結像されるべきパターン形状を有するマスクを
必要とする。このパターンは通常かなり複雑であり、マ
スク製作の困難さ、取り換えの困難さ、周囲を取り囲ま
れた図形を用いることができない等の種々の問題がある
。本発明は上記問題点に対処されてなされたもので、一
括照射方式における広い面積を一度に照射できるという
特徴を生かした荷電粒子ビーム描画装置を提供するもの
である。
次に本発明の基本的な概念を第1図を参照して説明する
この第1図で荷電粒子ビーム、例えば電子ビームの光源
、所謂る電子銃11から電子ビーム11aが引き出され
、このビーム11aはブランキング用スリット(図示せ
ず)でオン●オフされ、このブランキング用スリットを
通過した電子ビーム11aは第1のスリット12a及び
第2のスリット12bを介して電子レンズ13により所
定の図形14が結像される。本発明中においてスリット
という言葉は単に細長い形状のみならず、一般にアパー
チャと呼ばれるような正方形、円形等の種々の形て切り
とられた孔を有するビームの進行をさまたげるような物
体を指するものと.する。ここで重要なことは第2のス
リット12bを設けたことである。即ちこの第2のスリ
ット12bは電気的にX方向及びY方向に移動するもの
である。ここで第2のスリットを実際に動かすかわりに
ビームを偏向して等価的に第1と第2のス.リフトの相
対関係を変えてもよい。この第2のスリット12bの移
動により図形を例えば第2図A,b,cに示す如く適宜
変えることができる。次いで第3図を参照して本発明の
一実施例として正方形のスリットの場合を例にとつて詳
細に説・明する。スリットで定儀する形は例えば平行四
辺形、円形等の形でも勿論よい。第3図て31が電子銃
であり、この電子銃31から電子ビーム31aが引き出
される。
このビーム31aは第1の電子レンズ33によりブラン
キング電極34,34″の略中央部に焦点としていわゆ
るクロスオーバ像を結ぶようになる。35はブランキン
グ用のスリットであり、ブランキング電極34,34″
のブランキング電圧発生回路36の電圧が0〔V〕の時
にビーム31aを通過させ、40〔■〕の時にビーム3
1aをカットオフするようになつている。
そしてブランキング用スリット35を通過したビーム3
1bはコンデンサレノンズからなる第2のレンズ37に
よつて平行なビームに変えられて矩形状に規定される第
1のスリット38に照射される。この場合図に示すよう
に、平行な電子ビームは第1のスリット38の所定に切
りとられた孔の全域にわたり照射される。この場合、ク
ロスオーバ像は第1のスリット38位置には結ばれない
。この第1のスリット38は第1図の12aに原理的に
対応するものである。以後はビームの光源を第1のスリ
ット38の部分と考えて説明するが、注意すべきことは
第1の・スリット38以下での光束の表わし方は焦点を
結ぶ点で開き、普通の光源束の表現と表わし方が逆にな
つている点に注意を要する。これは図面の簡略化を計る
ためである。第1のスリット38を光源とするここでは
矩形の特殊形状とみなす正方形の像は第3のレンズ39
によつて矩形状に規定される第2のスリット40上に焦
点を結ぶように構成される。この場合、クロスオーバー
像は第2のスリット40位置には結ばれない。またこの
装置で用いている3つのスリットは、図に示すように周
囲を閉じた所謂る中央部に孔のあるスリットを用い、露
光精度を高めるようにしてある。ここで、ビーム32a
は偏向電極41,4「及び44,44″に加えられる電
圧が0〔V〕の時に全部が透過して、第2のスリット4
0に正方形を生成することになる。
そして第2のスリット40に設けられたここでは矩形の
特殊形状とみなす正方形の窓は一辺が2.56〔順〕の
ものてある。またビーム32aは偏向電極41,4「に
よつて0.1〔■〕につき0.01〔朗〕偏向するよう
に設計されている。そこで偏向電極41,4「間に25
.6〔■〕の電圧が加つた時にビーム32aは全て切断
されることになる。例えば最終的に5〔Pm〕×100
〔μm〕の矩形状の図形を得たい時には電子計算機であ
るミニコン55により第1のレジスタ42にx方向の幅
情報として“5゛が書き込まれ第2のレジスタ45にy
方向の幅情報として4“10σ゛が書き込まれる。する
とD−Aコンバータ43の出力には25.1〔■〕、D
−Aコンバータ46の出力には15.6〔V〕の電圧が
表われるようになつている。このため、X方向に50〔
μm〕、y方向に1〔?〕の幅を持つたビーム32bの
みが最終的に第2のスリット40を通過することになる
。この状態では、第3図より明らかなように第1のスリ
ット38の孔を通過した電子ビームの第2のスリット4
0位置における断面の輪部が前記第2のスリットの孔の
輪部と2箇所で交差することになる。この第2のスリッ
ト40を通過したビーム32bは第4のレンズ47によ
り10:1に縮少されて、被描画物としての平板状の被
露光物体48上に焦点を結ぶようになる。そして5〔P
rrl,〕×100〔PTrL〕の希望する大きさの矩
形状の図形60が得られる。ここでビーム32bは、さ
らに偏向電極49,49″により矩形状の形が保存され
たままでX方向に偏向される。そ−してその偏向量はミ
ニコン55より第3のレジスタ50に与えられた内容に
よつて、第3のコンバータ51に希望する偏向電圧が取
り出される。但しこの際注意すべきことは、第2のスリ
ット40において生成される矩形状の中心位置は矩形状
の形の大きさによつて異なるため、第3のレジスタ50
に入る値はレジスタ42に入る値と関連して補正がなさ
れていなければならない。勿論ここでは無補正の値を用
い、第3のD−Aコンバータ51の出力電圧に第1のコ
ンバータ43の出力電圧を適当に加えることにより電気
回路的に補正してもかまわない。また同様に偏向電極5
2,52″により矩形状の形が保存されたままでy方向
に偏向される。この偏向量はミニコン55より第4のレ
ジスタ53に与えられた内容によつて第4のD一Aコン
バータ54に希望する偏向電圧が取り出される。ところ
で本実施例では256ステップ角の内部の図形を描画し
た後に被露光物体48をミニコン55の制御により次の
ステップ迄動かして次のフレームの描画を行う。このた
めの回路およびモータ等の手段は図中で省略してある。
また第1のスリット38、第2のスリット40は発熱が
大きいため、水冷したり、各スリットの直前にやや大き
いスリットを置いて、第1のスリット38及び第2のス
リット40の熱変形を防ぐ方法がとられる。このように
して広い面積を一度に露光を行える一括露光方式の特徴
を生かしたままで原図マスク(レジストマスク)を電気
的に作り出し、所定の電子ビーム露光を行えるものであ
る。またブランキング用スリットを通過した電子ビーム
が第1のスリット38の所定に切りとられた孔の全域に
わたり照射され、その孔に規定された電子ビーム束を実
質的に光源としているので、電子銃そのものを光源とす
る場合に比べて電子ビームの密度むらが少なくなる。さ
らにこの装置においてはブランキング用スリット35を
第1のスリット38と別個に設け、1つのスリットで2
つの作用もたせるようにしていない為、描かれるパター
ンの精度が高くなり、その描画速度も速くなる。上述し
た実施例では、クロスオーバー像を周囲が閉じられた第
1及び第2のスリット(アパーチャ)から離れた位置に
結んでおり、次のような利点を生ずる。
(1)クロスオーバーもしくはその像から、例えば10
0wun程度離して第1及び第2のスリットを配置する
ことにより、スリットに対し直径600〜1000μm
程度の一様で広範囲な照明が容易に得られる。
従つて、スリットの寸法を大きくすることができ、その
後を十分縮小して被描画物に結像することにより、所望
の形状及び大きさのビームを高い精度で得ることができ
る。このようにスリットを大きくできしかも周囲が閉じ
られた形でよいから穴あけによりスリットを楽に製作す
ることができる。(2)ビームの集束した高エネルギー
密度のクロスオーバーもしくはその像が第1及び第2の
スリットに生じないからスリットの昇温による膨張や溶
融が起りにくい。
しかも、スリットの周囲が閉じられているので、熱の放
散バランスがよい。そのため2つのスリットにより規定
されるビームの形状及び大きさの精度の低下や真空雰囲
気の汚染を防ぐことができる。(3)第1及び第2のア
パーチャの像と、クロスオノ 一バー像を分離して結像
しているので、設計及び装置の調整を余裕をもつて行う
ことができる。
(4)第1及び第2のスリットへの照明に、クロスオー
バーからのビームの発散による発散角分布(余弦(CO
sjn)状分布)を用いることができ、クロスオーバー
のガウス分布と比べると、分布の経時変化が小さく、装
置全体を長期間使用することができる。
また上述した実施例では、第1のスリットの孔を通過し
た電子ビームの第2のスリット位置における断面の輪部
(線)が該第2のスリットの孔の輪部(線)と2箇所で
交差するように前記2つのスリット間に偏向器が設置さ
れており、被露光物体に所望形状および大きさの露光パ
ターンが形成される。
従つて次のような効果を奏する。(1)偏向制御により
、第1及び第2のスリットの孔の形状と寸法のみに限ら
れない任意な種々な形状並びに広範囲に小刻みな段階で
変化する大きさのパターンを被露光物体に形成すること
ができ、集積回路パターンような形状や大きさが変化に
富むパターンの高速な描画に適合する。例えば、ビーム
断面の形状を変えないで種々な大きさのビーム断面が得
られる等の使い易さがあり、従来のビーム断面を一定化
して描画する,装置と比べて、1皓以上も生産性を上け
ることも可能である。(2)第1、第2のスリットの各
孔の形状を矩形等の極めて簡単なものとすることができ
る。
その為スリットの加工が容易で且つ精度も出し易く実用
的である。(3) 第1のスリットを通過した電子ビー
ム断面の第2のスリットの孔に対する位置的整合性に余
裕を設けても、異常な形状のパターンになり難いから、
集積回路パターンの描画に適し、装置の設計も容易であ
る。
なお、上記実施例では第1のスリット38及び第2のス
リット40に設けた窓の数が1つの場合について説明し
たが、複数個設けても上記実施例と同様に実施できる。
また上記実施例では偏向電極41,4「及び44,44
″に加えられる電圧がO〔■〕の時に正方形が得られる
ようにしたが電圧が0CV〕の時ビーム32aが全てカ
ットされるようにすることも可能である。さらに電子ビ
ームをイオンビームに置き換えることもでき、例えば、
必要部分のみに選択的にイオン注入することも可能であ
る。また第1、第2のアパーチャとして正方形を例にと
つたが長方形、円形、多角形とすることも可能てある。
図面の簡単な説明第1図は本発明の基本的な概念を説明
するための構成概略図、第2図a−cは第1図によつて
描画される図形を示す模式図、第3図は本発明一実施例
を示す構成図である。
第3図で、31が電子銃、31a,31b,32a,3
2bが電子ビーム、33,37,39,47が電子レン
ズ、34,34″,41,44″49,49″及び52
,52″が偏向電極、53がブランキング用スリット、
38が第1のスリット、40が第2のスリット、48が
被覆光物体、42,45,50がレジスタ、43,46
,51,54がD−Aコンバータ、55がミニコンであ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 荷電粒子ビームによるクロスオーバを生ずる手段と
    、前記クロスオーバーを生ずる手段からの荷電粒子ビー
    ムがその所定に切りとられた孔の全域にわたり照射され
    所定形状のビーム束として通過させる周囲が閉じられた
    第1のスリットと、前記クロスオーバーによるビームの
    焦点を前記第1のスリットから離れた位置に結ばせる手
    段と、前記第1のスリットと被描画物体間に配置される
    周囲が閉じられた第2のスリットと、前記第1のスリッ
    トの孔により規定されたビーム形状を前記第2のスリッ
    トに生成するとともに前記荷電粒子ビームのクロスオー
    バー像を前記第2のスリットから離れた位置に結ばせる
    手段と、前記第1のスリットと第2のスリット間にあつ
    て、前記第1のスリットを通過した荷電粒子ビーム束の
    選択部分を前記第2のスリットを通過せしめるとともに
    該第1のスリットの孔を通過した荷電粒子ビームの該第
    2のスリット位置における断面の輪郭が前記第2のスリ
    ットの孔の輪郭と2箇所で交差するように前記第1のス
    リットを通過した荷電粒子ビーム束を所定の情報に応じ
    て偏向する手段と、前記第2のスリットを通過した荷電
    粒子ビームを前記被描画物体に照射し結像させる手段と
    を備え、前記荷電粒子ビームの通過を制御して前記被描
    画物体に選択的に照射して所望形状及び大きさのパター
    ンを形成する荷電粒子ビーム描画装置。 2 荷電粒子ビームは電子ビームもしくはイオンである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の荷電粒
    子ビーム描画装置。 3 被描画物体は描画により露光されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の荷電粒子ビーム描画装
    置。 4 被描画物体にはイオンビームの照射によりイオンが
    注入されることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
    載の荷電粒子ビーム描画装置。 5 第1及び第2のスリットの昇温を抑制する手段を備
    えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の荷
    電粒子ビーム描画装置。 6 第1及び第2のスリットの孔は矩形もしくは正方形
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
    荷電粒子ビーム描画装置。 7 第1もしくは第2のスリットに複数の孔を設けたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の荷電粒子
    ビーム描画装置。 8 偏向手段による偏向量は電子計算機により制御され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の荷電
    粒子ビーム描画装置。 9 被描画物体に形成されるパターンが長方形の矩形パ
    ターンを含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の荷電粒子ビーム描画装置。
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