JPS6273713A

JPS6273713A - 荷電ビ−ム照射装置

Info

Publication number: JPS6273713A
Application number: JP21374085A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1987-04-04

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
チャを形成しておき、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。さらに、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Ｉ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、従来のキャラクタ・プロジェクショ
ン方式の問題を解決することができ、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、且つ繰返しパターンの描画時及び非繰返しパター
ンの描画時共にレンズの焦点合わせを確実に行い得る荷
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。

ざらに、繰返しパターンの描画時と非繰返しパターンの
描画時とで、レンズ系の励磁電流を変え、空間電荷効果
に起因する焦点ずれを補正することにある。

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、つまりキャラクタモードで描画し、残りの
部分は可変寸法ビームを用いてＶＳＢモードで描画する
。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。さらに、
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１１４室を設けてＪ３
けば、マスク交換を短時間で行うことが可能になる。

また、可変ビームを用いる場合はビーム面積は２［μＴ
ｒＬ］〜０．１［μＴｒＬ］程度変化するのに対し、キ
ャラクタプロジェクションではビーム面積は３〜５［μ
ｍ、］の間の一定値となる。従って、空間ｍ荷効果のた
めに、ＶＳＢモードにした場合とキャラクタモードにし
た場合とで、レンズの焦点条件が大幅に狂うと云う問題
がある。そこで、ＶＳＢモードとキャラクタモードとで
レンズの励磁電流を変えることにより、空間電荷の影響
を少なくすることが可能となる。

本発明はこのような点に看目し、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
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ｆｊ１４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・
−ムが照射されるよう該ビームを偏向するアパーチャ選
択用協同系と、上記各アパーチャの像を試料上に投影結
像するレンズ系と、このレンズ系の励磁電流を可変制御
する手段とを具備し、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、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ご一ム
で描画し、且つ繰返しパターンの描画時と非繰返しパタ
ーンの描画時とで、レンズ系の励磁電流を変えるように
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、高スルーブツ
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τ゛きる。

このため、Ｌ、ＳＩ等のパターンも容易に描画すること
ができ、且つ全体どしての描画スルー・プツトの向上を
はかり得る。

第２図はメ［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１．でも、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］−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、スルーブツトは約５倍に向上する。

また、ＶＳＢモードとキャラクタモードとでレンズ系の
励ｔｏ電流を変えることにより、それぞれのモードで空
間電荷効果によるビームボケを最小限に抑えることがで
きる。このため、繰返しパターン及び非繰返しパターン
共に、同程度の高い精度の描画が可能となる。

（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Ｍ例に係わる電子ご一ム露光装置
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
と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図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。これらの偏向フィルは、上記アパーチャ
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
アバーチｔ２２ａ、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上に結象されるものとなっている。

なお、偏向コイル２３．２４は、ＣＰＵ５１及びインタ
ーフェース５２を通じて前記対物レンズ１６と連動して
Ｉ制御される。即ち、キャラクタモードにした時、ビー
ム面積が大きくなりアンダーフォーカスとなるので、対
物レンズ電流を増すことでフォーカス条件を補正する。

逆に、ＶＳＢモードに変えた時は、ビーム面積が小さく
オーバーフォーカスとなるので、対物レンズ電流を小さ
くして補正を行うものとなっている。

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
方向く紙面左右方向）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１１壁には、ゲート
バルブ２７を介してマスク予備室２Ｂが連設されている
。予備室２８内にはマスク交換１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（ｌ至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ゼ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バ
ーチ？２１ａの象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上にはアパーチャ
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
アパーチャ２２ｂ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−リ゛
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、アバーチｐ　２　ｌ　ｂの像
が７バーチヤ２２ｂに照射され、ｂ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＠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ャ２２
ｂ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を図中７１．〜，７９で示した０、５〜２［
Ｍ］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。こ
こで、電子光学系の走査視野は図中７０に示す幅を持っ
ているが、このままの視野とすると、図中６９で示す境
界でＶＳＢモードからキャラクタモードに切換える必要
がある。これを避けるために、描画時の視野は図中７１
に示す如く狭くし、該視野内でのＶＳＢ及びキャラクタ
モードの切換えを不要としている。描画時の走査視野７
４，７５．７８．７９の幅が電子光学系の走査視野７０
より短いのも同様の理由からである。

また、走査視野７２，７３，７６．７７は、キャラクタ
モードで大部分を描画できる蒙域であり、この領域の幅
はメモリセルの整数倍で、且つ電子光学系の走査視野７
０と等しいか或いはそれより小さく選ばれる。

さて、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ににリアバーチｔ２
１ａ、２２ｂとの光を的重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、−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〜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ｉｉａ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２０とすると、ウェハ１枚当り１００μ５Ｘ２
００Ｘ２０−０．４　　ｓｅｃにしかならず、問題とな
らない。

また、モードを切換えた場合の焦点調整に必要な時間は
２００［μＳ］以内に容易に抑えることができる。１チ
ップ当りの焦点調整必要回数は第７図から判るように１
２回である。このチップを１０［麿］ｘｌｏ［ａｍｌと
すると、１００　［ＪＩＩ］　Ｘ　１００　［ａｍｌの描画面積
に対して１２００回のｖＳＢ及びキャラクタモードの切
換え回数を必要とする。従って、切換え時間は全体で２００μｓｘｌ　　２００＝０．　２４　　ｓｅｃとな
り、前描画時間６〜１０分に比較して無視できる程度に
小さいものである。

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、メモリセル等の撮返しパタ
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。さらに、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。また、ＶＳＢモードとキャラクタモードとで
レンズ励ｍｉｘを変えるようにしているので、ビーム面
積の異なりに起因する空間電荷の影響で焦点がずれるこ
とを未然に防止することができ、いずれのモードであっ
ても高精度の描画を行い得る。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。

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
ずれかのアパーチャ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、静電備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することが
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、２２６
・・・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・・・ビーム寸法可変用嘔向板、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、５１
・・・ＣＰＵ、５２・・・インターフェース、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、６
８・・・ダイシングライン。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

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、上記各アパーチャの像を試
料上に投影結像するレンズ系と、このレンズ系の励磁電
流を可変制御する手段とを具備し、繰返しパターンを上
記パターン成形用アパーチャを通過するビームで描画す
ると共に、非繰返しパターンを上記ビーム成形用アパー
チャを通過するビームで描画し、且つ繰返しパターンの
描画時と非繰返しパターンの描画時とで上記レンズ系の
励磁電流を変え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。