JPS6142130A - 電子ビ−ム露光装置 - Google Patents

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】 【技術分野】

本発明は、半導体素子や集積回路などの製作のためのバ
タンを電子ビームを用いて高速度で描画する電子ビーム
露光装置に関するものである。

【従来技術】

従来、半導体素子製造工場におけるバタン描画としては
、光を用いたマスクバタン転写によるウェハへのバタン
描画が主であり、一部には電子ビームによりウェハに直
接にバタン描画が行われていた。しかし、もっともバタ
ン転写回数の少ないダイナミックＲＡＭを製造する典型
的な規模の工場を想定しても、１工場に２台の露光装置
を設置した場合には、バタン転写装置の生産性は２００
ウ工ハ／時　以上が必要とされる。ところが、現在、光
を用いる転写装置で最小バタン幅が１〜１．５１Ｌ厘程
度のバタン描画を行う際の生産性は５０ウ工ハ／時　程
度と低い。 最近は集積回路のバタンの微細化は更に進む傾向にある
。バタン幅１ル龍以下の微細バタンを光で転写すること
は困難であり、このような微細バタンは電子ビームのウ
ェハ直接描画で可能となる。しかし、たとえば最小バタ
ン幅０．５ＩＬ■のダイナミックＲＡＭを製造する場合
、従来の電子ビーム露光装置の生産性はほぼｌウェハ／
時［たとえば、　Ｍ、Ｆｕｊｉｎａｍｉ　　ｅｔ　　ａ
ｔ、、”Ｖａｒａｉａｂｌｅ　　５ｈａｐｅｄｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ　　ｂｅａｍ　　ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　　
ｓｙｓｔｅｍ　　ＥＢ５５″、Ｊ。 Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔａｃｈｎｏｌ、、１！３，１０８７
　（１１１８１）］であり、しかもまた、従来の電子ビ
ーム露光装置では、バタンの微細化とともにバタン寸法
のおおよそ２乗に比例する形で生産性が低下する。 すなわち、従来の電子ビーム露光装置は、ビームの照射
回数がバタン寸法のおおよそ２乗に逆比例して増大する
という欠点を持っていた。 そこで、これから将来にかけてのバタンの微細化の傾向
を考慮して、最小バタン幅が０．２５％腸のダイナミッ
クＲＡ）ｌを電子ビーム露光装置を用いて生産しようと
した場合には、従来の電子ビーム露光装置の照射回数を
おおよそ１／８００に低下させる必要がある。 さらにまた、従来の露光装置では、いずれにおいてもウ
ェハを１枚ずつ処理していたため、１時間に２００枚以
上のウェハを処理しようとしても、ウェハの試料移動台
（ステージ）への試料のローディング動作や高精度のバ
タン描画に必須にウェハマークやチップマークの検出動
作の回数が増大し、そのためのむだ時間が増す、したが
って、たとえ純粋な露光時間が短縮されたとしても、こ
のむだ時間のために、生産性を十分に向上させることが
できないという欠点を持っていた。 ［目的］ そこで、本発明の目的は、電子ビームによりウェハに直
接にバタンを描画するにあたって、最小バタン幅０．５
〜０．２５３Ｌ簡の微細な半導体素子のバタン描画を生
産工場において実現させるようにした電子ビーム露光装
置を提供することにある。 本発明の他の目的は、適切に小型化した複数の電子光学
系を、複数の電子ビームを同時に発生できる電子銃と組
合せた電子ビーム露光装置を提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、複数のウェハを搭載して同
時にバタン描画をすることによって生産性を大幅に向上
させた電子ビーム露光装置を提供することにある。 ［発明の構成］ かかる目的を達成するために、本発明では、電子ビーム
を用いて試料面上にバタンを描画する電子ビーム露光装
置において、複数個の電子銃と、複数個の電子銃の各々
に対応する開口を持つ少なくとも１段以上の静電レンズ
と、複数個の電子銃の各々に対応し、それぞれ独立に制
御可能な静電偏向器とを具えたことを特徴とする。 ［実施例］ 以下に図面を参照して、本発明の詳細な説明する。 第１図は本発明電子ビーム露光装置の全体の構成の一例
を示す、かかる本発明の露光装置は、第１図において、
上から、真空排気ポンプ１１．複数電子光学系室１２）
試料室１３より構成される。複数電子光学系室には、電
子ビームを発生する電子銃部１２−１、その電子ビーム
を成形する静電レンズ系１２−２）その成形されたビー
ムを加速し、縮小し、縮小された電子ビームを投影する
対物レンズ系１２−３およびその出射電子ビームを偏向
する偏向器１２−４を有し、偏向器１２−４によって偏
向された電子ビームをウェハ２０の面上に投影する。こ
れら電子光学系には複数のビーム軌道軸１４が形成され
る。 試料室１３は複数のウニ／＼２０を搭載できる１台のＸ
Ｙステージ１５、ＸＹステージ！５の移動量を高精度に
測定するレーザ測長器１ＢおよびＸＹステージの駆動部
１７、除振台１８および試料室真空排気ポンプ１８より
構成される。 レーザ測長器ＩＢはレーザ光源ｔｏ−ｔ　、干渉器１Ｂ
−２および反射鏡１Ｂ−３から成り、干渉器１Ｂ−２と
反射鏡１６−３との間のレーザ光路１６−４は主に真空
内に設定されている。 ＸＹステージ１７の駆動部はモータ１７−１と、このモ
ータ、１７−１に結合された送りネジ１７−２から成り
、レーザ測長器１８によるレーザ測長情報をもとに計算
−（図示せず）により制御される。 以下に複数電子光学系室１２の詳細について説明する。 電子銃部１２−１は、これを試料側から見た第２Ａ図に
示すように、複数の画素を発生できる電子銃（マルチエ
ミッタ）２１を同一平面上で描画ノ（タンの幅方向Ｗと
高さ方向Ｈにマトリクス状に複数個配置している。電子
銃２１としては、特願昭５１１−１３４１５号に開示さ
れている金属膜またはｐｎ接合の形態のマトリクス状の
複数ビーム電子銃を用Ｉ／することができ、これら電子
銃を複数のビーム軌道１４（第１図）のそれぞれに対応
させて配置するのが好適である。 格子状に二次元配置されている複数の電子銃２１にはＷ
方向の画素信号線２２とＨ方向の画素信号線２３とが結
線されている。 第２Ａ図示の１つの電子銃２１を拡大して配線の詳細を
示すと、第２Ｂ図に示す通りであって、特願昭５９−１
３４１５号に述べられているように、各電子銃２１毎に
複数の画素２４を発生できる。ここで１１、信号線の出
力を図示のように設定することにより、４個の画素を発
生させた例を示している。 なお、さらに多くの種類の複数の画素を発生できる例を
第２Ｃ図に示す、この場合、電子銃２１に相当する４個
のエミッタ領域２Ｂ−１，２８−２，２Ｅｌ−３，２１
１−４をまとめて新たに電子銃２Ｂを構成する。これら
４情のエミッタ領域には独立に信号線２７および２８が
配線されているので、各エミッタ領域間においては完全
に独立に複数の画素を発生できる。 第３Ａ図に、縮小レンズ系１２−２の断面図を示し、お
よび第３Ｂ図にこのレンズ系１２−２を試料側から見た
図を示す、すなわち、ビーム軌道１４に対応して、レン
ズ系３１が格子状に配置されるようにして３つのレンズ
電極板３２−１〜３２−３が配置され、これら電極板に
は共通に電圧が加えられている。なお、３枚（あるいは
３段）電極で加速収束ができることは、たとえばに、Ｋ
ｕｒｏｄａ　ａｔ　ａｌ、によるＴｈｒｅｅ−ａｎｏｄ
ｅ　Ａｃｃｅｌｅ＋ｒａｔｉｎｇ　１ｅｎｓ　ｓｙｓｔ
ｅｍ　ｆｏｒｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　
５ｃａｎｎｉＢ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ″、Ｊ、＾、Ｐ、、Ｖａ１．４５．　Ｎｏ、５．Ｍａ
ｙ　１９７４．などにあるように公知の事実である。対
物レンズ系１２−３も上述のレンズ系１２−２と同様に
３つのレンズ電極板３３−１〜３３−３によって構成で
きる。 第４Ａ図および第４Ｂ図にビーム軌道１４に対応した偏
向器１２−４の配置を示す、４１と４２および４３と４
４とはそれぞれＹおよびＸ方向に延在する偏向器支持部
材である。これら支持部材４１〜４４１士格子状に配と
されており、その格子点に偏向器４？を配置する。各偏
向器４７には反射電子検出器４５を取付けて、ウェハ２
０から反射されて偏向器４７の方に戻る電子を検出する
。 かかる偏向器を試料側から見た拡大図を第４Ｃ図および
第４Ｄ図に示す、ここで４７−１から４７−４はそれぞ
れ±Ｘ、±Ｙの各偏向器であり、円柱状の中空部の中心
近傍を電子ビームが通るようにして、かかる偏向器４７
を構成する。偏向器４７の試料側には反射電子検出器４
５を配置して、マーク検出等を行う、１個の反射電子検
出器４５は±Ｘ、±Ｙの各方向において分割された単位
検出素子４５−１〜４５−４より構成しているため、段
差マークの信号を高ＳＮ比で検出できる。その検出信号
は第４Ｄ図に示すように偏向器４７−１−４７−４およ
び偏向支持部材４１〜４４の内部にそれぞれ配設された
信号線４Ｂより外部に取り出されるため、この留別１８
を流れる電流が発生する磁界および留別１Ｂの被膜絶縁
材部での電子のチャージアップ現象がビーム軌道に悪影
響を及ぼすことはない。 以上で、本発明の構成を述べたが、これまで述べてきた
ことより本発明によれば電子ビーム軸を複数同時に発生
、かつ各ビーム軸において複数の画素を発生させること
ができるので電子ビームの照射回数を大幅に低減できる
。しかもまた、ビームを複数発生できるにもかかわらず
、レンズ電極枚数は従来のものよりむしろ少なく、その
結果、構成が単純化され、高精度な描画を実現できる。 さらにまた、励磁電源もレンズ段数と同じ個数でよく、
ビームを複数化したことにより複雑になることはない。 ところで、高精度バタン描画をするためには、描画対象
である試料の歪に応じて照射位置を補正することが必要
であり、そのためには各ビーム軌道ごとに独立に補正用
の偏向を行う必要がある。 そこで１本発明では、偏向器を独立に動作できるように
している。すなわち、第４Ａ図および第４Ｂ図に示すよ
うに、各偏向器４７は互いに電気的に分離し、各偏向器
４７への信号線４８は反射電子検出器４５の信号線４Ｂ
と同じ箇所に設置する。 つぎに１本発明装置を用いてバタン描画を行う場合の動
作の説明を第５図を用いて行う。 第５図において、複数のビーム軌道軸の各々に対応した
単位描画領域５１が試料（ウェハ）　２０上に設定され
ている。なお、単位領域の縦、横の寸法はビーム軌道軸
間隔に等しいか、ややそれを上回っているように設定し
ておく、同図の黒丸５Ｂはビーム照射位置を示している
。この単位描画領域５１は１つの以上のチップ５３を含
む、単位描画領域５１の各々は全く同形とする。したが
って、チップマーク５４の検出動作とそれに引き続くチ
ップバタン描画動作とは単位描画領域５１のそれぞれに
おいて、全く同じタイミングかつ河じ動作で実行するこ
とができる。すなわち、最初に単位領域の総てのチップ
マークに対して、各ビーム軌道軸の直下にチップマーク
５４を位−させてマーク検出を行う。 このマーク検出情報をもとに偏向器４７を個別に制御し
て、単位描画領域５１のすべてのチップの歪（変形）を
補正しながらバタン描画することが可能となる。 このような状態で、ビーム軌道軸が第５図の太線の矢印
５５に沿って移動するようにＸＹステージ１５（第１図
）を連続的に移動させながらバタン描画を行う、第５図
の例では３往復することで単位描画領域５１内のバタン
描画が完了する。ビーム照射は単位描画領域５１毎に同
時に行っているので、この時点ですべての試料（ウェハ
）　２０のすべての領域での描画が完了している。

【効果】

本発明では、照射時間を大幅に短縮できるので、生産性
を飛躍的に向上させることができる。 たとえば、最小バタン寸法０．２５ＪＬｍのダイナミッ
クＲＡＭの場合、１つの電子銃毎に複数の画素を同時に
発生できるため、たとえば平均的に８側の画素を発生で
きるとすると、一定の領域の描画に必要な画素の発生頻
度は従来装置の１／８となる。しかも、電子銃を、たと
えば縦１０Ｘ横１０の計１００傭マトリクス状に配置し
て同時にウェハを照射するようにすると、実効的な照射
回数は従来装置の１／８００　となる、また照射動作ご
とに必要なビーム偏向回数も低減できるため１回路系の
ビーム偏向整定のための待ち時間の総和も同じ＜　１／
８００になる。 第２に、複数のチップマーク検出を同時に行うことによ
り、マーク検出回数も従来装置の１／１００に低減でき
る。従って、たとえば、従来装置では２００枚のウェハ
に１０ｓ＋腫角チツプを描く場合、マーク検出回数は約
４０．０００回必要であり、１個のマーク検出時間を０
．２秒とした場合に８．０００秒を要していたが、本発
明よれば８０秒で済む。 第３に、複数枚のウェハをＸＹステージに同時に設置で
きるので、ウェハをＸＹステージに設置する時間の短縮
が可能となる。従来装置では１枚のウェハを設置する時
間は１５秒程度必要であり、２００枚の処理には３．０
００秒を要していた０本発明によれば、ＸＹステージに
は、４インチウェハでは、−例として９枚同時に設置で
きるため、設置時間は１／９　、すなわち約３４０秒で
よい。 以上より、本発明の装置では、たとえば従来の装置の８
００倍などのように大幅に生産性を向上させることがで
き、電子ビームによるウェハ直接描画方式を用いて、半
導体工場において採算性よく半導体の生産を行うことが
可能となる。 さらにまた、ウェハは年々大口径化する傾向にあるが、
本発明ではＸＹステージをウェハの設置領域が大きいも
のとすることによって、大口径ウェハに問題無く対処で
きるという長所がある。 また、複数のビームを発生できるにもかかわらず、電子
光学系は構成が単純であり、装置の低価格化が図れると
ともに、誤差要因が減少するため、高精度な描画が実現
できる。 また、複数ビームを同時に連続移動させることにより、
生産性を損なうことなく偏向領域を小さくできるため、
偏向用ＤＡコンバータ／増増器器低価格化を図ることが
できるという長所を持つ、さらに、ＸＹステージの試料
設置領域が大きいにもかかわらず、可動範囲はビーム軸
間程度と小さくてよいから、その可動機構も低価格とな
るという長所を有している。偏向量が小さくてもよいと
いう効果は電子光学系にも及ぶ、すなわち、回路系の高
速化が図れるため、主副２段偏向構成が不要で、１段の
偏向器でよい、そのため電子光学系の構成が単純となる
という長所を持つ。 さらにまた１本発明によれば、ステージ関連のむだ時間
も大幅に低減できる。チー７プパタン描画動作において
、ステージの方向変換の際には、第５図に示すようにス
テージにステップアンドリピート動作が必要である０本
発明ではこの動作回数を低減するために、たとえばビー
ム軌道を縦５０、横２の５０×２の配列とし、試料（ウ
ェハ）を縦９、横１の配列でステージ上に搭載すること
もできる。この場合、ビーム軌道をＩＯＸ　１Ｇの配列
とした場合に比較して、ステージむだ時間を１７５に低
減できる。このことはまた、電子光学系の偏向量をさら
に小さくしても生産性の低下を招かないことにつながる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電子ビーム露光装置の一例の全体の構成
を示す線図。 第２Ａ図はその電子銃部における複数の電子銃の配置を
示す線図、第２Ｂ図は１個の電子銃の詳細を示す線図、
第２Ｃ図は電子銃部の他の例を示す線図、 第３Ａ図およびｉ！１ＩＩａＢ図は静電レンズ系を示す
、それぞれ、断面図およびそのＡ−Ｂ線から矢視した平
面図、 第４Ａ図および第４Ｂ図は偏向器の配置を示す、それぞ
れ、断面図およびそのＡ−Ｂ線から矢視した平面図、 第４Ｃ図および第４Ｄ図は１個の偏向器を拡大して示す
、それぞれ、平面図および断面図、第５図は本発明にお
けるバタン描画動作を説明するための図である。 １１・・・真空排気ポンプ、 １２・・・複数電子光学系室、 １２−１・・・電子銃部、 １２−２・・・成形レンズ系、 １２−３・・・対物レンズ系、 １２−４・・・偏向器、 １３・・・試料蚕。 １４・・・ビーム軌道軸、 １５・・・ＸＹステージ、 １Ｂ・・・レーザ測長器、 １６−１・・・レーザ光源、 １６−２・・・干渉器、 １６−３・・・反射鏡、 １６−４・・・レーザ光路、 １７・・・ＸＹステージ駆動部、 １８・・・除振台、 １８・・・試料室真空排気ポンプ、 ２０・・・試料（ウェハ）、 ２１・・・電子銃（マルチエミッター）、２２・・・Ｗ
方向画素用信号線、 ２３・・・Ｈ方向画素用信号線、 ２４・・・画素、 ２６・・・４領域電子銃、 ２６〜１〜２６−４・・・電子銃（２６）の１７４領域
の各々２７．２８・・・画素用信号線、 ３１・・・静電レンズ、 ３２−１〜３２−３　、３３−１〜３３−３・・・レン
ズ電極板、４１〜４４・・・偏向器支持部、 ４５・・・反射電子検出器、 ４５−１〜４５−４・・・単位検出素子、４６・・・信
号線、 ４７・・・偏向器、 ４７−１〜４７−４・・・±Ｘ、±Ｙの各静電偏向器。 ４８・・・信号線、 ５１・・・単位描画領域、 ５３・・・チップ。 ５４・・・チップマーク、 ５５・・・ビーム軌道軸の試料面上の経路、５Ｂ・・・
ビーム照射位置。 くで ζｑ 瞭 いＱ 区　　　　ゝ ロコ ？？Ｊ 派

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電子ビームを用いて試料面上にパタンを描画する電
   子ビーム露光装置において、 複数個の電子銃と、 前記複数個の電子銃の各々に対応する開口を持つ少なく
   とも１段以上の静電レンズと、 前記複数個の電子銃の各々に対応し、それぞれ独立に制
   御可能な静電偏向器とを具えたことを特徴とする電子ビ
   ーム露光装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム露光装置に
   おいて、前記複数個の電子銃は格子状に二次元配置され
   たことを特徴とする電子ビーム露光装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の電子ビー
   ム露光装置において、前記複数個の電子銃の各々は、格
   子状に配置され、個別に制御可能な複数の電子ビーム源
   を有することを特徴とする電子ビーム露光装置。 ４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの項
   に記載の電子ビーム露光装置において、前記静電偏向器
   の前記試料面側には、当該試料面から反射された電子を
   検出する反射電子検出器を設けたことを特徴とする電子
   ビーム露光装置。