JPS63114125A

JPS63114125A - 荷電ビ−ム露光装置

Info

Publication number: JPS63114125A
Application number: JP61259709A
Authority: JP
Inventors: Kiyomi Koyama; 清美小山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1988-05-19
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: US4914304A; JPH0793253B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、荷電ビーム露光装置に係わり、特に高密度パ
ターンに対する描画速度の向上をはかるため、ビーム成
形手段の改良をはかった可変成形ビーム方式の荷電ビー
ム露光装置に関する。

（従来の技術）近年、ＬＳＩのパターンは益々微細且つ複雑になってお
り、このようなパターンを形成する装置として、可変成
形ビーム方式の電子ビーム露光装置が開発されている。

この装置は、第５図（ａ）に示す如く第１及び第２の矩
形アパーチャ５１゜５２の像を重ね合わせ、その重なり
部分（図中ハツチングで示す）の如く合成された矩形ア
パーチャ像５３を形成し、アパーチャ５１．５２の光学
的な相対位置を制御することにより、矩形アパーチャ像
５３の寸法を可変するものである。そして、描画すべき
パターンの形状に合わせて矩形アパーチャ像５３の寸法
を変化することにより、露光回数を少なくすることがで
きる。例えば、従来の円形ビームでは第５図（ｂ）に示
すパターン５４を描画するには従来の円形ビームでは１
００回近い露光が必要であったのに対し、この装置では
同図（Ｃ）に示す如く僅か２回の露光で済むことになる
。

ところが、このような装置では、斜線部を含むパターン
に対して、パターンの寸法精度が低下し、描画時間の短
縮もあまりはかれないと云う問題がある。例えば、第５
図（ｄ）に示す如き斜線部を含むパターン５５では、こ
のパターンを■〜■のように良分割し矩形の集合で近似
して露光する必要があり、このため斜線部に階段形状が
生じてパターン寸法精度が低下する。また、目的の精度
を得るために階段形状を無視し得るまで分割数を多くす
ると、描画時間が増大してしまうと云う欠点があった。

この欠点を克服して斜線部を高速で描画する方式として
、特開昭５６−Ｌｌ［１６２１号公報や特開昭６０−３
０１３１号公報等に示されるように、図形を矩形及び直
角三角形に分割して露光する方式が提案されている。例
えば、特開昭８０−３０１３１号では、第６図（ａ）（
ｂ）に示すような２つのアパーチャ６１゜６２を用い、
各アパーチャ６１．６２の光学的重なりを同図（ｃ）に
示す如く変化させて、矩形及び直角三角形の形状を有す
る成形ビーム６３゜６４を選択的に形成する。そして、
第６図（ｄ）に示す如く斜線部を含むパターン６５に対
し、矩形部分■■は矩形ビーム６３で、斜線を含む部分
■■は直角三角形ビーム６４で露光している。この方式
では、斜線部を矩形近似する必要がないので分割数が減
って描画速度が向上し、またパターンの寸法精度も向上
すると云う利点がある。

しかしながら、最近のＬＳＩの一層の高集積化と共に上
述の方１式によっても描画速度の向上は限界に達して来
ている。例えば、第７図に示す如きメモリパターンは第
８図に示すパターンの繰返しによって形成されるが、上
述の方式で第８図のパターンを描画するのに必要な露光
数（以下ショツト数と略記する）は６９個にも及ぶ。さ
らに、１チップ当りでは１０８台、１ウエハ（或いはマ
スク）当りでは１０１Ｏ台のショツト数が必要である。

成形ビームによる１露光での露光時間（以下ショツト時
間と略記する）を３００　［ｎ５ｅｃ］　、ウェハに露
光すべきショツト数をＩ×１０１０個と仮定すると、１
ウエハの描画に要する時間は、他のオーバヘッド時間を
全く除外しても５０分にもなる。

これは、経済的に引合う描画速度を遥かに下回つており
、しかもこの状況は今後のＬＳＩの進歩に伴って益々悪
化することが予想される。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来、パターンを矩形や三角形に分割して成
形ビームで露光する方式においても、描画速度の向上は
限界に達している。特に、メモリパターンの如く複雑な
形状の繰返しパターンが多数個あるものにおいては、こ
の点が製造コストの低減を妨げる大きな問題となってい
る。また、上記問題は、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たイオンビーム露光装置
においても同様に言えることである。

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、繰返しパターンを多数個含むＬＳＩの
描画速度を向上させることができ、製造コストの低減等
に寄与し得る荷電ビーム露光装置を提供することにある
。

［発明の構成コ本発明の骨子は、繰返しパターンを可変成形ビームで露
光するのではなく、繰返しパターン専用のアパーチャを
用いて露光することにある。

即ち本発明は、成形ビームを用いて試料上に所望パター
ンを露光する荷電ビーム露光装置において、矩形状のメ
インアパーチャ及び露光すべきパターンに繰返し現われ
る基本図形若しくは該基本図形を構成する図形要素と同
一形状を持つサブアパーチャを形成した第１のビーム成
形用アパーチャマスクと、このアパーチャマスクに対向
配置され上記メインアパーチャとの光学的重なりにより
ビームの寸法及び形状を制御し、且つ上記サブアパーチ
ャとの光学的重なりにおいて該サブアパーチャがはみ出
さない大きさのアパーチャを形成した第２のビーム成形
用アパーチャマスクと、前記第１のアパーチャマスクよ
りも荷電ビーム源側に配置されビームの照射位置をメイ
ンアパーチャ或いはサブアパーチャに選択するアパーチ
ャ選択用偏向系と、前記第１及び第２のアパーチャマス
ク間に配置され前記第１のアパーチャマスクのメインア
パーチャと前記第２のアパーチャマスクのアパーチャと
の光学的重なり状態を可変するビーム寸法可変用偏向系
とを設け、前記アパーチャ選択用偏向系によりメインア
パーチャを選択した場合には可変成形ビームを得、サブ
アパーチャを選択した場合にはサブアパーチャの形状を
持った成形ビームを得、これらの成形ビームの組合わせ
で試料上にパターンを露光するようにしたものである。

（作用）上記構成であれば、アパーチャ選択用偏向系により第１
のアパーチャマスクのメインアパーチャを選択すること
により、矩形や直角三角形等の可変成形ビーム得ること
ができ、またサブアパーチャを選択することにより、露
光すべきパターンに特徴的な特殊な形状を持つ成形ビー
ムを得ることができる。従って、矩形や三角形等の標準
的形状と露光すべきパターンに特徴的な特殊形状との成
形ビームを適宜組合わせてパターン露光を行うことがで
き、特に繰返しパターンを多数個持つＬＳＩ等を効率良
く露光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は電子銃、１２は電
子銃１１から放射された電子ビームをカットするビーム
制限用アパーチャマスク、１３はコンデンサレンズ、１
４はアパーチャ選択用偏向器、１５は第１のビーム成形
用アパーチャマスクであり、アパーチャ選択用偏向器１
４は電子ビームを第１のアパーチャマスク１５の所望の
アパーチャ位置に偏向するものである。１６は投影レン
ズ、１７はビーム寸法可変用偏向器、１８は第２のビー
ム成形用アパーチャマスクであり、投影レンズ１６は第
１のアパーチャマスク１５のアパーチャ像を第２のアパ
ーチャマスク１８上に投影するものであり、またビーム
寸法可変用偏向器１７は上記アパーチャ像を第２のアパ
ーチャマスク１８上に投影する位置を可変するものであ
る。

１９は合成された成形アパーチャ像を縮小するための縮
小レンズ、２０はビーム走査用偏向器、２１は対物レン
ズ、２２は試料面であり、ビーム走査用偏向器２０は合
成された成形アパーチャ像を試料面２２上で走査するも
ので、対物レンズ２１は縮小レンズ１９により縮小され
た成形アパーチャ像を試料面２２上に結像するものであ
る。

なお、軸合わせコイル、焦点補正コイル、非点補正のた
めの制御コイル及びブランキング用偏向器等は、本発明
と直接関係しないために省略しである。また、走査用偏
向器２０は実際は主偏向器と副偏向器の２組で構成しで
あるが、簡単のために図のように１組にまとめて示しで
ある。

上記の基本構成が従来装置と異なる点は、第１のアパー
チャマスク１５に複数個のアパーチャを設けたことと、
このアパーチャマスク１５の上方にアパーチャ選択用偏
向器１４を設けたことにある。即ち、第１のアパーチャ
マスク１５上には、第２アパーチヤマスク１８との組合
わせで矩形や三角形等の基本図形形状の成形ビームを生
成するメインアパーチャと、所望のパターンに特徴的な
１つ以上の特殊形状の成形ビームを生成するサブアパー
チャが形成されており、アパーチャ選択用偏向器１４は
電子ビームの照射位置を上記メインアパーチャ或いはサ
ブアパーチャに選択するものとなっている。そして、ア
パーチャ選択用偏向器１４によって第１のアパーチャマ
スク１５上のメインアパーチャとサブアパーチャに選択
的に電子ビームを偏向し、かくして得られたアパーチャ
像をビーム寸法可変用偏向器１７により偏向して、第２
のアパーチャマスク１８のアパーチャに重ね合わせ、或
いは該アパーチャを素通りせしめ、矩形や三角形等の基
本図形と所望のパターンに特徴的な特殊図形との両種の
形状の成形ビームを生成し得るようにしている。

第２図は本実施例で用いた第１のアパーチャマスク１５
を示す平面図である。このアパーチャマスク１５は前記
第７図及び第８図に示したメモリパターンの露光に合わ
せて作成されたもので、中央部に矩形と直角２等辺三角
形の成形ビームを生成するための矩形状のメインアパー
チャ３１が形成され、周辺の４隅に前記メモリパターン
露光用の特殊形状成形ビーム生成用のサブアパーチャ３
２　ａ、　　３２　ｂ、　　３２　ｃ、　　３２　ｄが
それぞれ形成されている。第３図は第２のアパーチャマ
スク１８を示す平面図である。このアパーチャマスク１
８には、水平辺を基準とした場合、図に示すように基準
辺に対してθ°、４５°、９０°。

１３５°、２２５″、３１５°の角度をなす辺で構成さ
れる多角形アパーチャ３３が形成されている。

第１のアパーチャマスク１５のメインアパーチャ像は前
記ビーム寸法可変用偏向器１７によって、矩形ビーム生
成時は第３図中のＰの位置に、三角形ビーム生成時には
第３図中のＱ、Ｒ，Ｓ、Ｔの位置にそれぞれ偏向される
。また、第１のアパーチャマスク１５のサブアパーチャ
像はサブアパーチャ３２ａ、〜、３２ｄの全てについて
第３図中のＵの位置に偏向される。このようにして、第
１のアパーチャマスク１５のメインアパーチャ像は第２
のアパーチャマスク１８上のアパーチャ３３が持つ種々
の角度の辺との組合わせで大きさの異なる矩形、直角２
等辺三角形ビームの生成に使われ、第１のアパーチャマ
スク１５のサブアパーチャ像は第２のアパーチャマスク
１８のアパーチャ３３によって形状やサイズの変化を受
けずに、元の形状そのままのビーム生成に使われる。

第４図は前記第８図のパターンを本実施例で露光する時
の図形分割の様子を示す模式図である。

第４図の３，８ρ図形は第２図のサブアパーチャ３２ｃ
により、第４図の５，１３の図形は第２図のサブアパー
チャ３２ｄにより、第４図の１２゜１６の図形は第２図
のサブアパーチャ３２ａにより、第４図の９，１５の図
形は第２図のサブアパーチャ３２ｂにより、これらのサ
ブアパーチャ３２ａ、〜、３２ｄを第３図のＵの位置に
投影して露光している。また、上記以外の矩形（１，２
，４゜８．７．ＩＯ，１１，１４，１７）の図形は、第
２図のメインアパーチャ３１の像を第３図のＰの位置に
投影して露光している。

ここで、ＴＳ４図の３や５の図形は、従来方式では露光
に８シヨツト数を要した図形であるが、本実施例ではこ
れを１回のショツト数で露光できる。

第４図と第８図とのパターン全体の露光に要するショツ
ト数の比較でも、従来方式では６９シ漬ツト数であるの
が、本実施例では僅が１７シヨツト数で済んでいる。単
位ショツト時間は共に同じであるから、この部分の露光
時間は１７／６９と約１／４に短縮されることになる。

このように本実施例によれば、従来方式で得られたよう
な矩形や三角形等の基本図形の成形ビームが得られるだ
けでなく、従来方式ではいくつもの基本図形に分割して
露光する必要があった特殊図形も１回の露光で済むこと
になる。従って、露光回数を少なくすることができ、描
画速度の大幅な向上をはかり得る。特に、メモリパター
ンのように繰返し図形が多数同視われ、それが全体の８
０〜９０［％］を占めるようなパターンに適用した場合
、その効果は絶大である。ｉた、描画パターンに合わせ
てアパーチャマスクを作成し、それを適当な手段で交換
しながら露光を行えば、全てのパターンの描画が大幅に
高速化されることになり、半導体製造技術分野において
極めて大きな有用性を持つ。また、サブアパーチャ３２
ａ、〜。

３２ｄの選択はアパーチャ選択用偏向器１４の偏向電圧
を制御するのみで良く、他の光学系の条件を変える必要
はない。さらに、従来装置にアパーチャ選択用偏向器１
４を付加すると共に、第１のアパーチャマスク１５にメ
インアパーチャ及びサブアパーチャを、設けるのみの比
較的簡易な構成で実現し得る等の利点もある。

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、前記第１のビーム成形用アパーチャマスク
に形成するサブアパーチャの個数は４個に何等限定され
るものではなく、１個以上の範囲で繰返す図形の種類に
応じて適宜変更可能である。さらに、サブアパーチャの
形状は繰返しの基本図形と同一形状である必要はな（、
この図形を構成する図形要素と同一形状のものであって
もよい。また、第２のビーム成形用アパーチャマスクに
設けるアパーチャは第３図に何等限定されるものではな
く、矩形及び三角形を形成するための辺を宵する多角形
状であればよい。さらに、三角形状のビームが不要な場
合は、このアパーチャを矩形に形成してもよい。

また、第１及び第２のアパーチャマスクの配置関係は第
１のアパーチャマスクの方が電子銃側１．：ある必要は
なく、逆であってもよい。この場合、アパーチャ選択用
偏向系及びビーム寸法可変用偏向系が共に第１及び第２
のアパーチャマスク間に配置されることになる。従つて
、これらの２つの偏向系を１つの偏向系で代替すること
も可能である。また、実施例では電子ビーム露光装置に
ついて説明したが、本発明はイオンビームを用いたイオ
ンビーム露光装置に適用することも可能である。

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、露光すべきパター
ンに応じて可変成形ビーム及び特殊形状の成形ビームを
選択してパターン露光を行うことができるので、繰返し
図形を含むパターンにあっては露光のショツト数を減ら
すことができ、描画時間の短縮及び製造コストの低減を
はがることかできる。

【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図は上記装置に用いた第１のア
パーチャマスクを示す平面図、第３図は上記装置、に用
いた第２のアパーチャマスクを示す平面図、第４図は上
記装置の作用を説明するためのものでメモリパターンに
おける露光ショツト数を示す模式図、第５図乃至第８図
はそれ−ぞれ従来の問題点を説明するためのもので第５
図は矩形状の可変成形ビームを用いた場合の露光方式を
示す模式図、第６図は矩形及び三角形状の可変成形ビー
ムを用いた場合の露光方式を示す模式図、第７図はメモ
リパターンの一例を示す）莫式図、第８図は上記メモリ
パターンの露光ショツト数を示す模式図である。１１・・・電子銃、１２・・・ビーム制限用アパーチャ
マスク、１３・・・コンデンサレンズ、１４・・・アパ
ーチャ選択用偏向器、１５・・・第１のビーム成形用ア
パーチャマスク、１６・・・投影レンズ、１７・・・ビ
ーム寸法可変用偏向器、１８・・・第２のビーム成形用
アパーチャマスク、１９・・・縮小レンズ、２０・・・
ビーム走査用偏向器、２１・・・対物レンズ、２２・・
・試料面、３１・・・メインアパーチャ、３２ａ、〜。３２ｄ・・・サブアパーチャ、３３・・・アパーチャ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図（ａ）（ｂ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（ｃン（ｄ）（ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）（ｃ）（ｄ）第６図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）矩形状のメインアパーチャ及び露光すべきパター
ンに繰返し現われる基本図形若しくは該基本図形を構成
する図形要素と同一形状を持つサブアパーチャを形成し
た第１のビーム成形用アパーチャマスクと、このアパー
チャマスクに対向配置され上記メインアパーチャとの光
学的重なりによりビームの寸法及び形状を制御し、且つ
上記サブアパーチャとの光学的重なりにおいて該サブア
パーチャがはみ出さない大きさのアパーチャを形成した
第２のビーム成形用アパーチャマスクと、前記第１のア
パーチャマスクよりも荷電ビーム源側に配置されビーム
の照射位置をメインアパーチャ或いはサブアパーチャに
選択するアパーチャ選択用偏向系と、前記第１及び第２
のアパーチャマスク間に配置され前記第１のアパーチャ
マスクのメインアパーチャと前記第２のアパーチャマス
クのアパーチャとの光学的重なり状態を可変するビーム
寸法可変用偏向系とを具備し、前記アパーチャ選択用偏
向系によりメインアパーチャを選択した場合には可変成
形ビームを得、サブアパーチャを選択した場合にはサブ
アパーチャの形状を持った成形ビームを得、これらの成
形ビームの組合わせで試料上にパターンを露光すること
を特徴とする荷電ビーム露光装置。
（２）前記第２のアパーチャマスクに形成されたアパー
チャは、前記第１のアパーチャマスクのメインアパーチ
ャにより形成された成形ビームの基準辺に対し０°、４
５°、９０°、１３５°、２２５°、３１５°の角度を
なす辺で構成された多角形アパーチャであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム露光装置
。
（３）前記第２のアパーチャマスクに形成されたアパー
チャは、相互に４５°傾いた矩形を組合わせてなるもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷
電ビーム露光装置。
（４）前記第１及び第２のアパーチャマスクは、第１の
アパーチャマスクの方が荷電ビーム源側に配置されたも
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
荷電ビーム露光装置。
（５）前記第１及び第２のアパーチャマスクは、第２の
アパーチャマスクの方が荷電ビーム源側に配置されたも
のであり、前記アパーチャ選択用偏向系及びビーム寸法
可変用偏向系は１つの偏向系で兼用されることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム露光装置。
（６）前記サブアパーチャは、複数種形成されたもので
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
ビーム露光装置。