JPS61183926A

JPS61183926A - 荷電ビ−ム照射装置

Info

Publication number: JPS61183926A
Application number: JP2292885A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-02-08
Filing date: 1985-02-08
Publication date: 1986-08-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、荷電ビーム照射装置に係わり、特に複数のア
パーチャの選択により高スルーブツト化をはかった荷電
ビーム照射装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体ウェハやマスク基板等の試料上に微細パターンを
形成するものとして、各種の電子ビーム露光装置が用い
られているが、近年露光速度の向上をはかる目的でビー
ム寸法を可変する、所謂可変寸法ビーム方式の電子ビー
ム露光装置が開発されている。しかし、この種の装置で
あっても、半導体メモリデバイスの如き超高密度のパタ
ーンを露光する場合には、スルーブツトが著しく低い。

そこで最近、キャラクタ・プロジェクション方式と称さ
れる電子ビーム露光装置が開発されている。この装置で
は、アパーチャマスクにパターンの異なる複数のアパー
チャを形成色゛ておき、露光すべき図形に応じてアパー
チャを選択して露光を行うものである。そして、可変寸
法ビーム方式に比しても数倍程度の露光スルーブツトの
向上をはかることができる。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、同一マスク内に多くのパターンを入れ
ているため、パターンを選ぶ時にビームを大きく偏向す
る必要があり、パターンの選択によっては露光精度の低
下を招く。さらに、多くのパターンを同時に入れておい
ても、露光できるパターンには制限があり、ＬＳＩの露
光を行うには適当でなく、実用性に乏しいものである。

また、キャラクタ−マスク（複数パターンのアパーチャ
が形成されたマスク）がレンズ内部に設けであるので、
キャラクタ−マスクを交換する時には、電子ビーム光学
鏡筒の真空を破りレンズを分解する必要があり、非常に
面倒である。ざらに、露光部の内部に島状の非露光部を
持つ繰返しパターンを露光したい場合、アパーチャに島
状のパターンを設ける必要があるが、この島状の部分を
支える方法がなかった。また、可変寸法ビームで露光す
る場合、近接効果を補正するため、パターン寸法を変化
させる方法を用いると、必要なパターン数が著しく増え
る等の問題があった。

なお、上記の問題は電子ビーム露光装置に限らず、イオ
ンビームを用いて試料上にパターンを露光するイオンビ
ーム露光装置やイオンビーム注入装置についても同様に
言えることである。

〔発明の目的〕

本発明は上記の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、繰返しパターンを有する図形の描画
に際し描画スルーブツトの向上をはかり得、且つキャラ
クタ・プロジェクション方式の問題を解決し得る荷電ビ
ーム照射装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、マスクに繰返しパターン形成用のアパ
ーチャとビーム寸法可変用のアパーチャとを設け、繰返
しパターンか非繰返しパターンかに応じて上記アパーチ
ャの一方を選択することにある。

超ＬＳＩデバイスのうち、メモリデバイスでは、９０［
％］以上が繰返しのパターンであり、残りの１０［％］
が周辺回路でメモリセルとは異なったパターンでできて
いる。従って、メモリセル部をキャラクタ・プロジェク
ション方式で描画し、残りの部分は可変寸法ビームを用
いて描画する。

これにより、繰返しパターンについてはパターン成形用
アパーチャを選択することにより短時間で描画でき、ま
た非繰返しパターンについては可変ビーム成形用アパー
チャを選択することにより従来の可変ビーム方式と同様
に任意のパターンを描画することができる。また、荷電
ビーム光学鏡筒の側部にキャラクタ・プロジェクション
用マスクを交換するための予備室を設けておけば、マス
ク交換を短時間で行うことが可能になる。さらに、キャ
ラクタ・プロジェクションで島状の非露光部を持つもの
に対しては、近接効果で消失する程度に細い橋状の非透
過部を追加して設け、島状のマスクパターンの支えとす
る。例えば、１／１００の縮小率だとすると、ターゲッ
ト上で０．２［μｍ］の非露光部にするには、２０［μ
′ｒｒＬ］の幅があればよい。

本発明はこのような点に看目し、荷電ビーム族′　　　
　射源から放射された荷電ビームを集束偏向制御し、こ
のビームを被露光試料上に選択的に照射して該試料に所
望パターンを描画する荷電ビーム照射装置において、繰
返しパターンに相当するパターン成形用アパーチャと、
可変寸法ビームを形成するための可変ビーム成形用アパ
ーチャと、これらのアパーチャより前記荷電ビーム放射
源側に設けられ上記各アパーチャのいずれか一方に荷電
ビームが照射されるよう該ビームを偏向するアパーチャ
選択用偏向系とを具備し、繰返しパターンは上記パター
ン成形用アパーチャを通過するビームで描画し、且つ非
繰返しパターンは上記ビーム成形用アパーチャを通過す
るビームで描画するようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、繰返しパターン部についてはパターン
成形用アパーチャを選択することにより、高スループツ
トで描画することができる。さらに、非繰返しパターン
については、可変ビーム成形用アパーチャを選択するこ
とにより、任意のパターンを描画することができる。こ
のため、ＬＳＩ等のパターンも容易に描画することがで
き、且つ全体としての描画スルーブツトの向上をはかり
得る。

第２図はメモリセルパターンの例を示す模式図である。

この図から明かなように、直角三角形を可変寸法ビーム
で描画可能にしても、可変寸法ビームを用いた場合には
、少なくとも１１回のショットを行う必要がある。これ
に対し本発明によれば、メモリセル部については１回の
ショットで可能であるから、約１／１０の描画時間で終
了し、周辺回路の非繰返しパターンに対しても可変寸法
ビームによる描画機能を用いればある程度の速度で描画
することができる。従って、全体としての描画時間は、
従来の単純可変寸法ビームでは０．９（メモリセル部）
＋０．１（周辺回路）であるのに対し、本発明では０．０９　（メモリセル部）＋０．１（周辺回路）とな
るので、本発明／単純可変寸法ビーム＃０．２となり、スループットは約５倍に向上する。

（発明の実施例〕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１０は電子光学鏡筒を構
成する真空外囲器、１１はこの外囲器１０内に収容され
た電子銃である。電子銃１１から放射された電子ビーム
は、第１乃至第５のレンズ１２．〜，１６で集束され、
ターゲット１７上に照射される。なお、ターゲット１７
止しての半導体ウェハ等は、一般にＸ方向及びＹ方向に
移動可能な試料台上に載置されるものとなっている。

第２及び第３のレンズ１３．１４間には、アパーチャ２
１ａ、２１ｂを備えた第１のアパーチャマスク２１が配
置されている。第３及び第４のレンズ１４．１５間には
、アパーチャ２２ａ。

２２ｂを備えた第２のアパーチャマスク２２が配置され
ている。ここで、第１のアパーチャマスク２１の各アパ
ーチャ２１ａ、２１ｂはそれぞれ矩形状であり、アパー
チャ２１ｂはアパーチャ２１ａに対して小さいものとな
っている。さらに、第２のアパーチャマスク２２のアパ
ーチャ２２ａは露光すべきメモリセル等の繰返しパター
ンに相当するものである。例えば、露光すべきメモリセ
ルのパターンが第２因に示す如く斜線部の繰返しの場合
、アパーチャ２２ａは第２図の両ハツチング部分に相当
するものとなる。即ち、アパーチャ２２ａはパターン成
形用アパーチャであり、第３図に示す如く第２のアパー
チャマスク２２に形成されている。また、第２のアパー
チャマスク２２のアパーチャ２２ｂは可変寸法ビームを
形成するためのもので、第３図に示す如くパターン成形
用アパーチャ２２ａと同一マスク２２上に矩形状に形成
されている。なお、第２のアパーチャマスク２２はレン
ズ１４．１５等の内部ではなく、レンズ外に配置される
ものとなっている。

第１及び第２のレンズ１２．１３間のビームクロスオー
バ位置には偏向コイル２３が配置され、レンズ１３．１
４間のビームクロスオーバ位置には偏向コイル２４が配
置されている。これらの偏向コイルは、上記アパーチｖ
２２ａ、２２ｂのいずれかを選択するアパーチャ選択用
偏向系である。

そして、偏向コイル２３．２４によりビームを偏向する
ことにより、後述する如くアパーチャ２１ａ、２１ｂと
アパーチャ２２ａ、２２ｂとの光学的重なりが可変され
、この重なり部分からなる所定形状のビームが前記ター
ゲット１７上に結像されるものとなっている。

第４及び第５のレンズ１５．１６間には、ビームをＸ方
向（紙面表裏方向）に偏向するための偏向板２５及びＹ
方向（紙面左右方向）に偏向するための偏向板２６が配
置されている。そして、これらの偏向板２５．２６によ
り、上記所定形状のビームはターゲット１７上で走査さ
れるものとなっている。また、上記第２のアパーチャマ
スク２２の配置位置の外囲器１０の側壁には、ゲートバ
ルブ２７を介してマスク予備室２８が連設されている。

予備室２８内にはマスク交換機構２９が設けられており
、ゲートバルブ２７を開くことにより、外囲器１０とマ
スク予備室２８との間でマスク２２が交換されるものと
なっている。

なお、図中３１は可変寸法ビームを形成する際に、例え
ばアパーチャ２１ａ、２２ｂとの光学的重なり面積を可
変し、該ビームの寸法を可変するためのビーム寸法可変
用偏向板である。また、３２、〜，３４はビームが正常
か否かをモニタするための反射電子検出器、３５はビー
ムの非点収差を補正しビーム分解能を上げるための非点
補正コイル、４１．〜，４６はビームが正規の軌道を通
るようにビームの軸を合わせるための軸合わせコイルを
それぞれ示している。

ここで、前記アパーチャ２２ａ、２２ｂの選択は、次の
ようにして行われる。即ち、メモリセルの如き繰返しパ
ターンを露光する際には、第４図に実線で示す如くアパ
ーチャ２１ａの像をパターン成形用アパーチャ２２ａに
照射する。この場合、ターゲット１７上にはアパーチｔ
２２ａのパターンであるメモリセルパターンが露光され
ることになる。一方、周辺回路を露光する際には、偏向
コイル２４によりビームを図中破線に示す如く偏向する
。この場合、アパーチャ２１ａの象は可変ビーム成形用
アパーチｔ２２ｂに照射されることになる。従って、タ
ーゲット１７上には可変寸法ビームが照射されることに
なる。なお、偏向コイル２４による偏向中心はビームの
クロスオーバ位置にあるので、この偏向コイル２４でビ
ームを偏向してもターゲット１７上でビーム位置がずれ
ることはない。

また、上記の偏向コイル２４の代りに偏向コイル２３を
用いることも可能である。即ち、周辺領域を露光する際
に、第５図に示す如く偏向コイル２３でビームを図中破
線に示す如く偏向し、アパーチャ２１ｂの像がアパーチ
ャ２２ｂに照射されるようにする。これにより、ターゲ
ット１７上には可変寸法ビームが照射されることになる
。そしてこの場合、可変寸法ビームを形成する際にアパ
ーチャ２１ｂが小さいのでアパーチｔ２２ｂでカットす
るビームを少なくすることが可能である。

次に、上記装置を用いた露光方法について説明する。

第６図は半導体ウェハ６１のチップ６２及び描画手順を
説明するための模式図、第７図は第６図中破線で囲んだ
部分Ａを拡大して示す模式図である。まず、第７図に示
す如くウェハ６１のチップ６２上に予め形成されている
マーク６３を検出して位置合わせを行い描画を始める。

ウェハ６１を６４で示した０、５〜２［馴］の細い領域
に分け、この細い領域は試料台を連続移動させて描画を
行う。６５は描画中の試料台の移動方向である。また、
図中■〜■は試料台の移動順序を示している。

ＬＳＩチップは斜線で示したメモリセル部６６と周辺回
路部６７或いはダイシングライン６８に分けられる。周
辺回路部６７或いはダイシングライン６８を露光する時
は、可変寸法ビームを用いて描画を行う。即ち、前記偏
向コイル２４により可変ビーム成形用アパーチャ２２ｂ
を選択し、前記偏向板３１によりアバーチｔｙ２１８．
２２ｂとの光学的型なりを制御して描画を行う。また、
メモリセル部６６を露光する時はキャラクタ・プロジェ
クション方式によるビームを用いて露光を行う。即ち、
偏向コイル２４によりパターン成形用アパーチャ２２ａ
を選択し、このアパーチャ２２ａのパターンに相当する
ビームで一つのメモリセル部６６を一括露光する。メモ
リセル部６６と周辺回路６７との境界６９では、前記偏
向コイル２４（或いは偏向コイル２３）でビームを偏向
し、アパーチャ選択モードの切換えを行う。この切換え
の時間は、電磁偏向なので、静電偏向に比べて長時間を
要するが、１００［μＳ］以内には十分納められるので
、フレーム数を２００．フレーム方向チップ数×２を２
０とすると、をウェハ１枚当り１００μ５Ｘ２００Ｘ２０＝０．４　　ＳｅＣにしかな
らず、問題とならない。

なお、メモリセルパターンが複数種ある場合、それぞれ
のパターン及び矩形パターンを有する複数枚のマスク２
２を用意しておき、外囲器１１とマスク予備室２８との
間でマスクを交換すればよい。この場合、ゲートバルブ
２７を開くのみでマスク２２の交換ができるので、外囲
器１０の真空を破る必要なく、またレンズ等を分解する
必要もなく、容易に実施することができる。

かくして本実施例によれば、メモリセル等の繰返しパタ
ーンを有するものを露光する際に、前記パターン成形用
アパーチャ２１ａを選択し、該セルパターンを一括露光
することができるので、露光スルーブツトの大幅な向上
をはかり得る。ざらに、メモリセル部以外の周辺回路等
の非繰返しパターンを露光する際には、前記可変ビーム
成形用アパーチャ２１ｂを選択し可変寸法ビームで露光
することにより、任意のパターンを自由に描画すること
ができる。従って、キャラクタ・プロジェクション方式
によるＬＳＩのパターン形成を実用化することができ、
半導体装置製造における有用性は絶大である。また、真
空外囲器１０を分解することなくマスクを交換可能とし
ているので、繰返しパターンが複数種あっても、マスク
を交換することによりこれらのパターンに対応すること
ができる。また、１枚のマスク２２には２種のアパーチ
ャ２２ａ、２２ｂを設けているのみであるから、アパー
チャの選択により過大にビームを偏向する必要もなく、
これによる露光精度低下を招くこともない。

第８図及び第９図はそれぞれ変形例を説明するためのも
ので、アパーチャ形状を示す模式図である。第８図（ａ
）のハツチングを行ったような露光部８１の内部に非露
光部８２が存在している場合、マスク２２には非露光部
８２に相当するビーム非通過パターンを浮かして設けな
ければならない。この場合、第８図（ｂ）に示す如くマ
スク８３に上記露光部８１に相当するビーム通過パター
ン８４（透孔）を形成し、且つ非露光部８２に相当する
島状のビーム非通過パターン８５とマスク周囲とを接続
するために橋状のビーム非通過パターン８６を設ける。

そして、このパターン８６をパターン８５を支える板と
する。このようなアパーチャで露光すると、パターン間
近接効果によって、パターン８６の幅がある程度（０，
２μ瓦程度）以下であれば消失してしまうので、第８図
（ａ）に示す如く望ましい斜線部８１の露光が行われる
。しかし、場合によっては、エツジが凹型に凹んだ場合
があるｐで、これを補正するため、微小なビームが通る
孔８７を設けておくようにしてもよい。

また、第９図に示したようにメモリセル部に特に狭い残
しや細いラインを形成する必要がある場合、実際のパタ
ーンを形成するために、９１゜９２に示す如く予めパタ
ーンを小さく削るとか太らせるようにすればよい。この
場合、転写した後近接効果によって実線の如くパターン
が形成されることになる。

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、前記マスク上に形成するパターン成形用ア
パーチャの数は１個に限るものではなく、複数個であっ
ても良い。さらに、パターン成形用アパーチャと可変ビ
ーム成形用アパーチャとを必ずしも同一マスク上に形成
する必要はなく、別々のマスクにそれぞれ形成するよう
にしてもよい。また、光学系の構成は第１図に限るもの
ではなく、仕様に応じて適宜変更可能であり、要はパタ
ーン成形用アパーチャ、可変ビーム成形用アパーチャ、
及びこれらのアパーチャより電子銃側に配設され上記い
ずれかの７パーチヤにビームが照射されるようビームを
偏向するアパーチャ選択用偏向系を有するものであれば
よい。さらに、アパーチャ選択用偏向系は偏向コイルに
限るものではなく、静電偏向板であってもよい。また本
発明は、電子ビーム露光装置に限るものではなく、イオ
ンビームを用いてパターンを露光するイオンビーム露光
装置やイオンビーム注入装置にも適用ることかできる。

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。

【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図はメモリセルパターンを示す
模式図、第３図はパターン成形用アパーチャ及び可変ビ
ーム成形用アパーチャの形状を示す平面図、第４図及び
第５図はそれぞれアパーチャ選択用偏向コイルによるア
パーチャ選択の原理を説明するための模式図、第６図及
び第７図はそれぞれ上記装置を用いた露光工程を説明す
るための模式図、第８図及び第９図はそれぞれ変形例を
説明するための模式図である。１０・・・真空外囲器、１１・・・電子銃、１２．〜。１６・・・レンズ、１７・・・ターゲット、２１．２２
・・・アパーチャマスク、２１ａ、２１ｂ・・・アパー
チャ、２２ａ・・・パターン成形用アパーチャ、２２ｂ
・・・可変ビーム成形用アパーチャ、２３．２４・・・
アパーチャ選択用偏向コイル、２５．２６・・・ビーム
走査用偏向板、３１・・・ビーム寸法可変用偏向板、３
２゜〜、３４・・・反射電子検出器、３５・・・非点補
正コイル、４１．〜，４６・・・軸合わせコイル、６１
・・・半導体ウェハ、６２・・・チップ、６３・・・マ
ーク、６６・・・メモリセル部、６７・・・周辺回路部
、６８・・・ダイシングライン、８１・・・露光部、８
２・・・非露光部、８３・・・マスク、８４・・・ビー
ム通過パターン、８５・・・ビーム非通過パターン、８
６・・・橋状のビーム非通過パターン、８７・・・孔。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第３図第４図第５図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）荷電ビーム放射源から放射された荷電ビームを集
束偏向制御し、このビームを試料上に選択的に照射して
該試料に所望パターンを描画する荷電ビーム照射装置に
おいて、繰返しパターンに相当するパターン成形用アパ
ーチャと、可変寸法ビームを形成するための可変ビーム
成形用アパーチャと、これらのアパーチャより前記荷電
ビーム放射源側に設けられ上記各アパーチャのいずれか
一方に荷電ビームが照射されるよう該ビームを偏向する
アパーチャ選択用偏向系とを具備し、繰返しパターンは
上記パターン成形用アパーチャを通過するビームで描画
し、且つ非繰返しパターンは上記ビーム成形用アパーチ
ャを通過するビームで描画することを特徴とする荷電ビ
ーム照射装置。
（２）前記パターン成形用アパーチャ及び可変ビーム成
形用アパーチャは、同一のマスクに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
ーム照射装置。
（３）前記パターン成形用アパーチャをビーム光軸の中
央部に設け、前記可変ビーム成形用アパーチャをその外
側に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
第２項記載の荷電ビーム照射装置。
（４）前記パターン成形用アパーチャが形成されたマス
クを収容した荷電ビーム光学鏡筒の側部にゲートバルブ
を介してマスク予備室を設け、この予備室と鏡筒との間
で上記マスクを交換可能にした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照射装置。
（５）前記繰返しパターンに島状の非露光部を持つ場合
、この島状の非露光部と他の非露光部とを接続する如き
ビーム非通過パターンを前記パターン成形用アパーチャ
に設けてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の荷電ビーム照射装置。
（６）前記ビーム非通過パターンは、試料面上での寸法
が近接効果により消失する寸法以下であることを特徴と
する特許請求の範囲第５項記載の荷電ビーム照射装置。
（７）前記ビーム非通過パターンは、試料面上での寸法
が０．２［μｍ］以下であることを特徴とする特許請求
の範囲第５項記載の荷電ビーム照射装置。
（８）前記パターン成形用アパーチャは、近接効果を補
正する方向にアパーチャ寸法を変形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
照射装置。