JPS622537A

JPS622537A - 電子ビ−ム露光装置

Info

Publication number: JPS622537A
Application number: JP14038885A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Takamoto; 喜一高本; Kenichi Saito; 賢一斎藤; Mamoru Kondo; 衛近藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-08

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体集積回路などの製造において必要な微
細パターンを形成するための電子ビーム露光装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

ホトエミッタを被着したマスクを利用し、マスクパター
ンを縮小して試料面上に転写する従来の装置を第３図に
示す、　３０１はマスク基板、３０２はＬＳＩなどのパ
ターン、３０３はホトエミッタ、３０４はウェハ、３０
５はレジスト膜、３１１は紫外線発生用光源、３１２は
加速電極、３１３，３１４は電子レンズ、３１５はブラ
ンカ、３１６はビーム制限絞り、３２０は高圧電源、３
３０は電子ビームである。ホトエミッタ３０３はＰｄで
ある。ホトエミッタ３０３と加速電極１１２との間に、
高圧電源３２０により２０ｋＶ前後の電圧を印加する。

加速電極３１２はメツシュになっている。

これは、ホトエミッタ３０３と加速電極３１２との間に
一様な電界を発生させるためである。パターン３０２は
、膜厚ｏ、ｉ、前後のＣｒ膜、もしくは膜厚ｏ、ｉ−前
後のＣｒオＯ１膜などで形成されており、これらの膜が
被着している部分では、紫外線がほとんど透過しない。

光源３１１から発生した紫外線をマスク基板３０１全体
に照射すると、紫外線が照射されたホトエミッタ３０３
の部分から電子が発生する。

発生した電子は、加速電極３１２により、加速される。

加速型［３１２から出射した電子ビームは、電子レンズ
３１３．３１４の作用により縮小されて、レジスト膜３
０５上に結像する。電子レンズ３１３，３１４よりなる
光学系の倍率は、通常１／４〜１／１０である。（アー
ル・スバイデル（Ｒ，５ｐｅｉｄｅｌ）、エム・メイア
（Ｍ、　１４ａｙｅｒ）による［ホトカソードを用いた
電子ビーム投影装置！　（ｔＥｌａｋｔｒｏｎａｉ＊ｏ
ｐｔｉｓｃｈｅｒＭａｓｋｉｅｒｕｎｇｓｐｒｏｊｅｋ
ｔｏｒ　＋ｓｉｔ　Ｐｈｏｔｏｋａｔｈｏｄｅ）Ｊ光学
（Ｏｐｔｉｋ）１９７７年４８巻２号２４７頁）〔発明
が解決しようとする問題点〕前述のごとく、第３図に示した従来の装置では。

加速電極がメツシュになっている。このため、１）メツ
シュの近傍において、電界分布に乱れを生じており、こ
れにより試料面に形成した像がひずむ。

２）ホトエミッタから発生した電子がメツシュで遮られ
るため、ホトエミッタから発生した電子がパターン形成
に有効に利用できない、などの問題がある。

また、メツシュの代わりに薄い膜を有する加速電極を用
いる場合は、電界は、加速電極の面に垂直になり、像に
歪を発生しない、しかし、薄膜で加速電極を構成すると
、電子が該薄膜を透過しないため、実用にならない。

さらに、円孔を有する加速電極を用いる場合は、電界は
、円孔の仮想的な面に垂直にならないため。

像の歪が大きく、円孔を有する加速電極が用いられるこ
とはなかった。

なお、電子光学系には、円孔を有する電磁レンズまたは
静電レンズが用いられるが、この場合にも像には歪が発
生する。

このように、この種の従来の装置においては。

問題点が多く、実用的に用いられることはなかった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するもの
で、その目的は、ホトエミッタを被着したマスクを利用
し、マスクパターンを縮小して試料面上に転写する電子
ビーム露光装置において。

ホトエミッタから発生する電子を加速するための加速電
極に円孔を開けた加速電極を適用することを可能とし、
加速電極から出射する電子ビームが有している像の歪を
補正することができる装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、加速電極から出射する電子ビームが有してい
る像の歪を補正するように、マスク基板におけるパター
ンの位置（あるいは寸法）が形成されていること、この
ようにパターン形成されたマスクを用いることにより、
ホトエミッタから発生する電子を加速するための加速電
極として、円孔を開けた加速電極が適用できるようにし
たことを最も主要な特徴とする。

すなわち１本発明の電子ビーム露光装置は、露光用光源
と、パターン化されたパターン薄膜およびホトエミッタ
が被着されたマスクと、上記光源からの照射光によって
上記ホトエミッタから発生する電子を加速する加速電極
と、加速された該電子ビームをウェハ上に照射させる電
子光学系とを具備する電子ビーム露光装置において、上
記加速電極が円孔を有し、かつ上記マスクの上記薄膜の
パターンの、少なくともパターン位置データが上記電子
光学系に存在する像の歪を取り消すように補正されてパ
ターンが形成されていることを特徴とする。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例であって、ホトエミッタを
被着したマスクを利用し、マスクパターンを縮小して試
料面上に転写する装置である。１０１はマスク基板、１
０２はＬＳＩなどのパターン、　１０３はホトエミッタ
、１０４はウェハ、ｌＯ５はレジスト膜、１１１は紫外
線発生用光源、１１２は加速電極。

１１３、】１４は電子レンズ、１１５はブランカ、１１
６はビーム制限絞り、１２０は高圧電源、１３０は電子
ビームである。加速電極１１２は１円孔を有している。

ホトエミッタ１０３はＰｄである。ホトエミッタ１０３
と加速電極１１２（７）ＩＩＪＨ，−１高圧′ＩＩｔ源
１２０ニよ）ＪＩＯ〜２０ｋＶの高電圧を印加する。パ
ターンをレジスト膜に露光する方法は、第３図に示した
従来の装置と同様である。第１図の本発明の実施例にお
いて、従来の装置と相違している点は、加速電極１１２
には、円孔が開けであるだけであり、ホトエミッタから
発生した電子が従来装置のように遮られることなく、加
速電極から出射することである。

円孔を有する加速ｉ’＋を極ｉｔｚを用いた場合、ホト
エミッタ１０３と加速電極１１．２による電界分布が凹
レンズとして作用する。この凹レンズの作用により、マ
スク基板上に形成したパターンは、加速型ｔ！１１１２
を出射するときに、縮小された像となっている。

円孔を有する加速電極１１２を用いた場合の問題は、前
述のごとく、加速電極１１２を出射するときのマスク基
板上のパターン像がひずんでいることである。この像の
歪が大きいため、円孔を有する加速電極が用いられるこ
とはなかった。

ホトエミッタ１０３と加速電極１１２との間が２０閾、
加速電極１１２に開けだ円孔の直径が２０＋ｍ＋、ホト
エミッタ１０３へ印加する電圧が一５０ｋＶの場合につ
いて、マスク基板１０１における光軸からの距離と、マ
スク基板１０１上のパターンがホトエミッタ１０３と加
速電圧１１２とからなる光学系によりウェハ１０４上に
結像されるときの結像面における倍率との関係を第２図
に示す。これは、電子の軌道方程式を数値計算で解くこ
とにより求めたものである。光軸からの距離によって、
倍率が変化しており、像に歪が存在する。電子レンズ１
１３，１１４からなる光学系の倍率を１／４として、ウ
ェハ１０４上での像の歪を０．０５−以下にしようとす
ると、第２図の結果から、マスク基板１０１上において
利用できるパターン形成領域の直径は、２．６１となる
。これは、加速電極１１２の円孔の直径２０ｍ５＋の１
３％と非常に小さな値である。

マスク基板１０１上において、光軸からの距離をｒとし
、ホトエミッタ１０３と加速電極１１２とからなる光学
系の結像面における倍率をＭ、またこの結像面において
、距離ｒが距離Ｒになるとする。ｒとＭの関係をＭ（ｒ）＝Ｍｏ＋Ｍ、ｒ＋Ｍ、ｒ”＋Ｍ、ｒ３＋Ｍ４ｒ
’−・（１）で近似する。Ｒとｒの関係は、Ｒ＝Ｍ−ｒ　　　　　　　　　　　　　　　（２）とな
る。

ここで、ｍ（ｒ）＝Ｍ（ｒ）／Ｍｏ（３）ｍ、＝Ｍｔ／Ｍ、ｌ−ｍ２＝＝Ｍｚ／ＭＯ−ｒｎ３　＝
Ｍ、／”ａ　・−＝　　　（４）と置き１式（１）をｍ（ｒ）＝：　１　＋ｍｌｒ＋ｍ、ｒ”　＋ｍ、ｒ’　
＋ｍ、ｒ’−・（５）と書き換える。

本発明では、マスク基板１０１にＬＳＩパターンなどを
形成する場合、パターンデータを補正してパターンを形
成し、マスク基板１０１上のパターンをホトエミッタ１
０３と加速電極１１２とからなる光学系で結像した場合
に、結像面において歪がキャンセルされるようにする。

マスク基板１０１に形成するＬＳＩパターンなどのパタ
ーンデータは、通常、多くの矩形に分割され、各矩形が
（Ｘ、Ｙ、Ｗ。

Ｈ）（Ｘ、Ｙ：パターンの位置データ、Ｗ：パターンの
幅、Ｈ：パターンの高さ）で表現される。

ここでは、（ｘ、ｙ）の原点は、光軸上にとる。

ここで、ｒ、１＝（Ｘ′＋Ｙ”）””　　　　　　　　　　　　
　　　（６）α＝Ｙ／Ｘ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（７）と置く。まず、ｒｃＩ＝　ｒｅＨｍ
（ｒｃ）　を満たすｒｅを数値計算によって求める。ｒ
、１．　Ｗ、　Ｈの値をｒｃ＝ｒ、＋／ｍ（ｒＪ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（８）Ｗｃ＝Ｗ／ｍ（ｒｅ）　　　　　　　
　　　　　　（９）Ｈｃ＝Ｈ／ｍ（ｒＪ　　　　　　　
　　　　　　（１０）によって、ｒ（、Ｖｖ’ｃ、　Ｈ
ｅに変換する。（Ｘ、Ｙ）を変換した後の座標を（Ｘ　
ｃ　、Ｙ　ｃ　）とすると、ｒｃ＝＝（ＸＣ”ｌ　Ｙｃ
”）１／２（１１，）ａ　＝　Ｙｃ／Ｘ、ｃ　　　　　
　　　　　　　　　（１２）を満足するように（ｘｃ、
　ｙｃ）を定める。この結果、パターンデータ（Ｘ、Ｙ
、Ｗ、Ｉ（）は、　　（Ｘ、、　ｙｃ、　Ｗｒ：ｙ　Ｈ
ｃ）　ヘと変換され、マスク基板１゜■へパターン形成
する場合には、パターンデータ（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｗｃ、Ｈ
ｃ）に基づいて行う。

このようにしてパターン形成したマスク基板１０１を用
いて、第１図に示した装置でパターン露光する。マスク
基板ｌｏｔ上でのパターン形成位置が（Ｘ　ｃ　＝　Ｙ
　ｃ　）であるので、この位置の（Ｘ、Ｙ）座標の原点
からの距離は１式（１１）のｒｅである。

このパターン形成位置が、ホトエミッタ１０３と加速電
極１１２とからなる光学系の結像面において、光軸から
Ｒ，の距離のところにきたとすると。

Ｒ；＝Ｍ（ｒｃ）Ｈｒｃ　　　（Ａ　（２）　　より）
＝＝Ｍ（ｒｃ）　・ｒ＋／ｍ（ｒＪ　　　（ｉ　（８）
　　より）＝Ｍ（ｒｃ）　・ｒａ　・（Ｍｅ／Ｍ（ｒｃ
））　　　（Ａ　（３）　　より）＝鳩０ｒｄとなる。Ｒｉは、補正前の距離ｒｔｌに一定の倍率Ｍ０
を乗じた値になる。即ち、式（２）に相当する関係は、
Ｒ＝Ｍ、・ｒとなり、マスク基板１０１上のパターンの
位置は、光軸からの距離に比例した位置に結像する。さ
らに、Ｙ　ｃ　／　Ｘ　ｅの値は式（７）、式（１２）
かられかるように、補正前のパターンデータと一致して
いる。したがって、パターン位置データ（ｘ、ｙ）に、
式（８）、　　（１１）、（１２）で表される変換を施
して補正し、補正したデータに基づいてパターンの位置
決めをしてパターン形成したマスク基板を用いると、ホ
トエミッタ１０３と加速電極１１２とからなる光学系の
結像面において、この光学系に固有な歪が補正されてい
ることがわかる。このことは、パターン位置データ（Ｘ
。

Ｙ）だけでなく、パターンの幅Ｗおよびパターンの高さ
Ｈについても同様であり、ホトエミッタ１０３と加速電
極１１２とからなる光学系の結像面において、Ｗおよび
Ｈの値は、歪が補正された値になっている。

第２図に示した関係がある場合、例えば、補正前のパタ
ーンデータを（３０００，３０００，１００，１００）
（単位ニー）とすると、補正後のパターンデータは（２
９９４，６５，２９９４，６５，９９，８２，９９，８
２）となる。

（ｘ、ｙ）データの各補正量が５．３５＃Ｉｌであるの
に対し、（Ｗ、Ｈ）データの各補正量は０．１８−と小
さい、電子レンズ１１３，１１４よりなる光学系の倍率
が１／１０の場合、（Ｗ、　Ｈ）　＝　（１００，１０
０）の補正量は、試料面上では０，０１８Ｉ１ｍとなり
、無視できる。このようなことから、パターン位置デー
タ（ｘ、ｙ）の補正は必要であるが、パターン寸法のデ
ータ（Ｗ、Ｈ）については、光学系の倍率、あるいは（
Ｗ、Ｈ）の大きさによっては不要となる。

以上説明したように、パターンデータを補正してパター
ン形成したマスク基板を用いることによって、加速電極
の円孔の直径が２０＋＋ａの場合、マスク基板上におい
て、直径１２＋＋ｎ以上の領域をパターン露光用として
有効に利用できる。この有効に利用できる領域は、加速
電極の円孔の直径の６０％以上であり、パターンデータ
を補正しない場合の１３％に対して、４倍以上となる。

以上の説明において、直径が２０ｍの円孔をもつ加速電
極を例としたが、円孔の直径を大きくした加速電極を用
いた場合にもほぼ同様の結果を得ることができる。

以上の説明では、光軸からの距離によってパターンデー
タを補正した。補正前のパターンデータ（Ｘ、Ｙ、Ｗ、
Ｈ）と補正後のパターンデータ（Ｘ　ｃ　＝　Ｙ　ｃ　
−Ｗ　ｃ　、　Ｈｃ　）との関係を、ＸＣ＝Ａ、＋Ａ１
Ｘ＋Ａ、Ｙ＋Ａ、Ｘ”＋Ａ４ＸＹ＋ＡｓＹ”＋　Ａｓ　
Ｘａ＋　Ａｖ　Ｘ”　Ｙ　＋　Ａｓ　Ｘ　Ｙ”　＋Ａ＠
　Ｙ”　＋””　”Ｙｃ＝Ｂ、十Ｂ１Ｘ＋Ｂ、Ｙ＋Ｂ３
Ｘ”＋Ｂ４ＸＹ＋ＢｓＹ”＋Ｂ、Ｘ３＋Ｂ、Ｘ”Ｙ＋Ｂ
ｓＸＹ”＋Ｂ、Ｙ３＋・・・・・・Ｗｃ＝　Ｃ，十Ｃ，
Ｘ　＋　Ｃ，Ｙ　＋　Ｃａ　Ｘ”　＋Ｃ４Ｘ　Ｙ　＋Ｃ
５Ｙ”＋Ｃｓ　Ｘ’　＋Ｃ，Ｘ”　Ｙ　＋Ｃ，ＸＹ”　
＋Ｃ，Ｙ”　＋・−・・−Ｈｃ＝Ｄｏ　＋Ｄ１Ｘ　＋　
Ｄｉ　Ｙ　＋　Ｄ３　Ｘ”　＋　０４　Ｘ　Ｙ　＋　Ｄ
Ｓ　Ｙ　”＋Ｄ、Ｘ’＋Ｄ、Ｘ″Ｙ＋Ｄ、ＸＹ”＋Ｄ、
Ｙ’＋・・・・・・と表すこともできる。この場合、（
Ｘ、Ｙ、Ｗ。

Ｈ）と（Ｘｃ、　ｙｃ、　ｗｃｔ　Ｈｅ）との関係は、
マスク基板上のパターン位置と、ウェハ（あるいは試料
）上に形成したパターンの位置とから求め、この関係に
基づいて補正式の各係数を決定する。このようにして補
正したマスクを用いてパターン露光した場合には、マス
ク基板からウェハまでの間に存在するすべての光学系に
ついて、光学系の特性を補正することができる。この場
合、電子レンズで構成する縮小投影光学系の歪も含めて
補正できるので、パターンの重ね合わせ精度の向上や一
回の電子ビーム照射でパターン露光できる領域の拡大に
有効である。

〔発明の効果〕

以上説明したように２本発明は、ホトエミッタを被着す
るマスク基板へのパターン形成において、パターンデー
タを電子光学系の特性に対して補正するようにしている
ので、１）マスク基板上において、パターン露光に有効
に利用できるパターン形成領域を、パターンデータを補
正しない場合の４倍以上に拡大できる、２）マスク基板
上における有効なパターン形成領域が大きくなることか
ら。

加速電極として、円孔を開けた加速電極が利用でき、ホ
トエミッタから発生する電子によりパターンを縮小して
試料面上に投影する電子ビーム露光装置を実用に供する
ことができる、３）電子ビーム鱈光装置のすべての電子
光学系における特性を補正するようにしてパターン形成
したマスクを用いた場合には、試料に描画するパターン
の位置や寸法の精度を特に向上することができ、また、
−回の露光で形成できる領域が拡大できる、などの効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示し、マスクのパターンを
縮小して転写する装置を示す図、第２図は、ホトエミッ
タと加速電極からなる光学系の特性を示す図、第３図は
、ホトエミッタを被着したマスクを用い、マスクのパタ
ーンを縮小して転写する従来の装置を示す図である。１０１．３０１・・・マスク基板１０２、３０２・・・ＬＳＩなどのパターン１０３．３
０３・・・ホトエミッタ１０４．３０４・・・ウェハ１０５．３０５・・・レジスト膜１１１．３１１・・・紫外線発生用光源１１２．３１２
・・・加速電極１１３、１１４．３１３．３１４・・・電子レンズ１１
５．３１５・・・ブランカ１１６．３１６・・・ビーム制限絞り１２０．３２０・・・高圧電源１３０．３３０・・・電子ビーム特許出願人　日本電信電話株式会社代理人弁理士　　中　村　純之助マスク幕才反二りハ９タレめ４友１阪→光車曲が１；ｌ
＋ｎ）丘貰使（ゲ一Ｉｏｌ：マス４ぷ１０２：Ｌｓｒθビーハ）シ１０３：本トエミック１１５ニブ乞切

Claims

【特許請求の範囲】

（１）露光用光源と、パターン化されたパターン薄膜お
よびホトエミッタが被着されたマスクと、上記光源から
の照射光によって上記ホトエミッタから発生する電子を
加速する加速電極と、加速された該電子ビームをウェハ
上に照射させる電子光学系とを具備する電子ビーム露光
装置において、上記加速電極が円孔を有し、かつ上記マ
スクの上記パターン薄膜のパターンの、少なくともパタ
ーン位置データが上記電子光学系に存在する像の歪を取
り消すように補正されてパターンが形成されていること
を特徴とする電子ビーム露光装置。
（２）上記パターン位置データの補正が、上記電子光学
系の光軸からの距離に対してなされていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム露光装置。
（３）上記パターン位置データの補正が、上記マスクの
パターン位置と上記ウェハ面上に露光されるパターン位
置との関係に基づいてなされていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の電子ビーム露光装置。