JPS62286274A

JPS62286274A - 電子ビ−ム露光装置

Info

Publication number: JPS62286274A
Application number: JP12927386A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Kawachi; 河内　康伸; Izumi Kasahara; 笠原　泉
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1986-06-05
Filing date: 1986-06-05
Publication date: 1987-12-12
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0789533B2

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】３、発明の詳細な説明［産業上の利用分野］本発明は、電子ビーム露光装置に係わり、特に小径ビー
ムと可変成形ビームとを選択して用いる電子ビーム露光
装置に関する。

［従来の技術］近年、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。この種の装置の大部分は、ガウシア
ンビームによるラスクスキャン方式であるが、最近スル
ープットを上げるために可変成形ビーム方式の電子ビー
ム露光装置も開発されている。

ところで、ガウシアンビームによるラスクスキャン方式
の装置では、描画方式が単純であることから、比較的容
易に超高精度パターンが描けること、異機種間の図形デ
ータ変換が行えること等の利点がある。しかし、アドレ
スサイズとビーム径、の等しい細いビームでパターンを
塗潰していくため、パターンが微細になる程描画速度が
遅くなると云う欠点がある。また、ガウシアンビームの
代りに、小径アパーチャにより形成した小径ビームを用
いるラスクスキャン方式の装置であっても、上記と同様
な特徴がある。

一方、可変成形ビーム方式の装置では、多数の画素を一
度に露光するため、描画速度が非常に速いと云う利点が
ある。しかし、前者と同一ドーズを与えるためにはビー
ム電流を高くしなければならず、空間電荷効果によりビ
ームエツジの分解能に限界があり、超微細加工には向か
ない。

［発明が解決しようとする問題点］このように従来、小径ビームによるラスクスキャン方式
では、超微細加工はできるが描画速度が遅いと云う間通
がある。また、可変成形ビーム方式では、描画速度は速
いが超微細加工が困難と云う問題がある。つまり、超微
細加工性と高速性との双方を満足することはできなかっ
た。

本発明は上記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、小径ビームラスフスキャン方式の超微
細加工性と可変成形ビーム方式の高速性とを兼備えた電
子ビーム露光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］本発明の骨子は、描画すべきパターンに応じて、小径ビ
ームと可変成形ビームとを選択することにある。

即ち本発明は、試料上に所望パターンを描画する電子ビ
ーム露光装置において、電子銃から放出された電子ビー
ムにより第１アパーチャを有する第１のビーム成形用ア
パーチャマスクを照明する照明レンズ系と、上記第１ア
パーチャの像を第２７　バーチャを有する第２のビーム
成形用アパーチャマスクに結像する投影レンズ系と、前
記第１及び第２のアパーチャマスク間に配置され第２ア
パーチャに対する第１アパーチャの像の位置を可変する
ビーム成形用偏向器と、前記第１アパーチャの像と前記
第２アパーチャとの重なり部に生じる成形ビームの像、
或いは前記各アパーチャとは無関係に生じる小径ビーム
の像を試料面上に結像する縮小レンズ及び対物ルンズ系
と、上記縮小レンズ及び対物レンズ系により試料面上に
結像される像を前記成形ビーム或いは小径ビームに切換
えるビーム切換手段と、前記試料面上でビームを走査す
るビーム走査用偏向器と、前記ビームをブランキングす
るブランキング用偏向器とを設けるようにしたものであ
る。

［作用］上記の構成であれば、比較的大きなパターンを描画する
際には、可変成形ビームを用いることにより、描画速度
を速くすることが可能となる。また、超微細パターンを
描画する際には、小径ビームを用いることにより、高精
度描画が可能となる。

つまり、描画すべきパターンに応じて可変成形ビーム或
いは小径ビームに選択することにより、描画速度の高速
性と描画精度の高精度化の双方を満足することが可能と
なる。

［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１１は試料室であり、こ
の試料室１１内には試料１２を載置した試料ステージ１
３が収容されている。試料ステージ１３は、計算機２１
からの指令を受けたステージ駆動系２２によりＸ方向（
紙面左右方向）及びＹ方向（紙面表裏方向）に移動され
る。そして、試料ステージ１３の移動位置は、レーザ測
長系２３により測定され、この測定情報が描画制御回路
２４に与えられる。描画制御回路２４は、計算機２１か
ら与えられる図形データと上記入力した位置情報とに基
づいて、ブランキング用偏向回路２５．ビーム成形用偏
向回路２６及び走査用偏向回路２７に制御信号をそれぞ
れ出力するものとなっている。

一方、前記試料室１１の上方には、電子銃３１、各種レ
ンズ３２．〜．３６、各種偏向器３７．〜。

３９及びビーム成形用アパーチャマスク４１゜４２等か
らなる電子光学鏡筒３０が設けられている。ここで、偏
向器３７は、ビームを　０Ｎ−ＯＦＦするブランキング
用偏向器であり、この偏向器３７にはブランキング用偏
向回路２５からブランキング信号が印加される。偏向器
３８は、アパーチャマスク４１．４２のアパーチャの光
学的型なりを可変しビームの寸法及び形状を可変するビ
ーム成形用偏向器であり、この偏向器３８にはビーム成
形用偏向回路２６から偏向信号が印加される。また、偏
向器３９は、試料１２上でビームを走査する走査用偏向
器であり、この偏向器３９には走査用偏向回路２７から
の偏向信号が印加されるものとなっている。

また、図中２８は電子銃３１及び各種レンズ３２、〜．
３６の電源回路であり、この電源回路２８は計算機２１
からの指令により電子銃３１及びレンズ３２．〜．３６
の電圧及び電流等を制御する。さらに、前記描画制御回
路２４及び各種偏向回路２５．〜．２７のそれぞれは、
計算機２１からの指令により、可変成形ビームを用いる
描画方式とガウシアンビームを用いる描画方式とに対応
する２つの動作モードに切換えられる。そして、この制
御により、２つのモード（可変成形ビームモードとガウ
シアンビームモード）が選択されるものとなっている。

なお、ガウシアンビームモードの場合には、ビーム成形
用偏向回路２６は偏向器３８への印加電圧が“０”とな
るようにセットされる。さらに、ガウンアンビームを用
いる場合の描画方式は、ラスクスキャン方式に限らず、
ベクタスキャン方式であってもよい。また、２９は図形
データ等を記憶するメモリを示している。

次に、２つのモードにおける光学系の結像状態を、第２
図及び第３図を参照して説明する。

まず、可変成形ビームモードの場合、光学系の結像状態
は第２図に示す如くなる。即ち、電子銃３１から放出さ
れた電子ビームは第１及び第２のコンデンサレンズ３２
．３３により集束されて、第１のビーム成形用アパーチ
ャマスク４１を照明する。第１のアパーチャマスクの第
１アパーチャ４１ａの像は１．投影レンズ３４により第
２のビーム成形用アパーチャマスク４２に結像される。

そして、第１アパーチャ４１ａの像と第２アパーチャ４
２ａとの重なり部に生じる成形ビームは、縮小レンズ３
５及び対物レンズ３６により縮小されて、試料面４３上
に結像される。

ビーム成形用偏向器３８により、第２アパーチャ４２ａ
上の第１アパーチャ４１ａの像位置を制御することによ
って、ビームの大きさ及び形状を変化させる。ここで、
図中破線５１は成形ビームの結像系を示している。また
、電子銃３１のクロスオーバは、図中実線５２に示すよ
うに、第１及び第２のコンデンサレンズ３２．３３によ
りビーム成形用偏向器３８の偏向中心に結像され、さら
に投影レンズ３４゛及び縮小レンズ３５により対物レン
ズ３６の主面上に結像される。破線５１及び実線５２に
示すような結像関係にすることによって、ビーム形状や
大きさを変化させても電流密度一定のビームを得ること
ができる。

ブランキング用偏向器３７は、高速でビームを偏向し、
第１アパーチャ４１ａの像と第２アパーチャ４２ａとの
重なりを“Ｏ”とすることによって、ビームをブランキ
ングする。第１コンデンサレンズ３２と第２コンデンサ
レンズ３３とをズームレンズとして連動することによっ
て、第１アパーチャの照明強さを変え、ビームの電流密
度を制御することができる。走査用偏向器３９はこのよ
うにして得られた可変成形ビームを試料面４３上で走査
するのに用いられる。

一方、ガウシアンビームモードの場合、光学系の結像状
態は第３図に示す如くなる。前記第２図に示す光学系に
おいて、縮小レンズ３５及び対物レンズ３６の励磁条件
を変えることにより、試料面４３上にガウシアンビーム
を形成する。即ち、縮小レンズ３５の励磁電流を“０”
とし、対物レンズ３６の励磁電流を小さくして、縮小レ
ンズ３５の上方にある投影レンズ３４によるクロスオー
バ（Ｉｔ　Ｐ　ｓを対物レンズ３６により試料面４３上
に結像することにより、ガウシアンビームを得ることが
できる。また、第１及び第２のコンデンサレンズ３２．
３３をズームレンズとして動作させ、ビーム成形用偏向
器３８の偏向中心に形成されるクロスオーバ像Ｐ２の大
きさを変えることによって、試料面４３上のビームサイ
ズを可変することか可能となる。

このように構成された本装置においては、可変成形ビー
ムによって描画する場合には、計算機２１からの信号に
より電源回路２８は、前記第２図の結像関係が得られる
ようにセットアツプされる。つまり、可変成形ビームモ
ードに切換られる。

この状態で、メモリ２９に格納されている図形データは
、計算機２１を介して描画制御回路２４に送られる。そ
して、描画制御回路２４では図形データとレーザ測長系
２３からの位置情報とに基づいて所定の制御信号が発生
され、これらの制御信号が各偏向回路２５．〜，２７に
それぞれ送出される。これにより、可変成形ビームモー
ドで試料１２上に所望パターンが描画されることになる
。

また、ガウシアンビームにより描画する場合には、計算
機２１からの信号により電源回路２８は、前記第３図の
結像関係が得られるようにセットアツプされる。つまり
、ガウシアンビームモードに切換えられる。この状態で
、メモリ２９に格納されている図形データは、計算機２
１を介して描画制御回路２４に送られる。そして、描画
制御回路２４により先と同様に制御信号が発生され、こ
れらの制御信号が各偏向回路２５．〜，２７にそれぞれ
送出される。これにより、ガウシアンビームモードで試
料１２上に所望パターンが描画されることになる。

かくして本実施例装置によれば、描画すべきパターンに
応じて、可変成形ビームモードとガウシアンビームモー
ドとの２つのモードを選択することができる。このため
、比較的大きな高精度を要求されないパターンは可変成
形ビームで描画し、超微細高精度パターンはガウシアン
ビームで描画することができる。従って、描画すべきパ
ターンの必要精度に応じた最も高速な描画を行うことが
でき、高精度描画と高速描画との双方を満足することが
できる。また、一般的な可変成形ビーム方式の電子ビー
ム露光装置に、縮小レンズ３５及び対物レンズ３６の励
磁電流を可変する手段を設けるのみの簡易な構成で実現
し得る等の利点がある。

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、前記ガウシアンビームを得る結像系は前記
第３図に限るものではなく、第４図に示す如くしてもよ
い。即ち、第２図に示す光学系において、投影レンズ３
４の励磁電流を大きくすることにより第２のアパーチャ
マスク４２の位置にクロスオーバ像が形成されるように
すれば、試料面４３上に上記クロスオーバの縮小像を結
像することができる。この場合、ブランキング電極は３
７ではなく、投影レンズ３４によるクロスオーバ像位置
に設けた電極４４を用いる必要がある。

また、小径ビームを形成する方法として、クロスオーバ
像を用いる代りに、小径のアパーチャを用いることも可
能である。つまり、前記第２のアパーチャマスク４２に
第２アパーチャとは別に小径（円形）の第３アパーチャ
を設けると共に、このアパーチャマスク４２の前段にビ
ームを第２或いは第３アパーチャ側に偏向するビーム切
換用偏向器を設けるようにしてもよい。この場合、第１
アパーチャの像を第３アパーチャに投影することにより
、一様なビーム強度を持つ小径の円形ビームを取出すこ
とが可能となる。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。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、超高精度パターン
と比較的大きな高精度を要求されないパターン及びそれ
らの混在したパターンを、その要求精度に応じて１台の
露光装置により露光することができる。つまり、小径ビ
ームラスフスキャン方式の超微細加工性と可変成形ビー
ム方式の高速性との双方を兼備えた電子ビーム露光装置
を実現することができる。

【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図は可変成形ビームモードにお
ける光学系の結像状態を示す模式図、第３図はガウシア
ンビームモードにおける光学系の結像状態を示す模式図
、第４図は変形例を説明するための模式図である。１２・・・試料、２４・・・描画制御回路、２５，２６
゜２７・・・各種偏向回路、２８・・・電源回路、３０
・・・電子光学鏡筒、３１・・・電子銃、３２．３３・
・・コンデンサレンズ、３４・・・投影レンズ、３５・
・・縮小レンズ、３６・・・対物レンズ、３７・・・ブ
ランキング用偏向器、３８・・・ビーム成形用偏向器、
３９・・・ビーム走査用偏向器、４１・・・第１のビー
ム成形用アパーチャマスク、４１ａ・・・第１アパーチ
ャ、４２・・・第２のビーム成形用アパーチャマスク、
４２ａ・・・第２アパーチャ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図しり」〜３１第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子銃から放出された電子ビームにより第１アパ
ーチャを有する第１のビーム成形用アパーチャマスクを
照明する照明レンズ系と、上記第１アパーチャの像を第
２アパーチャを有する第２のビーム成形用アパーチャマ
スクに結像する投影レンズ系と、前記第１及び第２のア
パーチャマスク間に配置され第２アパーチャに対する第
１アパーチャの像の位置を可変するビーム成形用偏向器
と、前記第１アパーチャの像と前記第２アパーチャとの
重なり部に生じる成形ビームの像、或いは前記各アパー
チャとは無関係に生じる小径ビームの像を試料面上に結
像する縮小レンズ及び対物レンズ系と、上記縮小レンズ
及び対物レンズ系により試料面上に結像される像を前記
成形ビーム或いは小径ビームに切換えるビーム切換手段
と、前記試料面上でビームを走査するビーム走査用偏向
器と、前記ビームをブランキングするブランキング用偏
向器とを具備してなることを特徴とする電子ビーム露光
装置。
（２）前記小径ビームは前記投影レンズ系により形成さ
れるクロスオーバ像であり、前記ビーム切換手段は前記
各レンズ系の駆動条件を可変するものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム露光装置
。
（３）前記小径ビームを形成する手段として前記第２の
アパーチャマスクに小径ビーム形成用の第３アパーチャ
を設け、前記ビーム切換手段として前記第２のアパーチ
ャマスクの前段に前記投影レンズ系を通過したビームを
上記第２或いは第３アパーチャ側に切換えるビーム切換
用偏向器を設けた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。