JPS63137426A - 電子ビームパターン発生器 - 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】 本発明は電子ビームスポットの形を変えることができる
電子ビームパターン発生器に関するものである。特に、
本発明は電子ビームを発生する電子銃と、電子ビームの
断面形状を矩形に整形する第１矩形アパーチャと、この
第１矩形アパーチャの像を第２矩形アパーチャの面上に
集束する電子光学レンズと、この像を第２矩形アパーチ
ャの面の上方で偏向するビーム整形偏向装置と、第２矩
形アパーチャから出る電子ビームをターゲット面上に投
射して第１矩形アパーチャの像と第２矩形アパーチャの
重複部分から成る整形ビームスポットを形成する手段と
、この整形ビームスポットをターゲット面に沿って走査
させてパターンを発生させる走査手段と具えた電子ビー
ムパターン発生器に関するものである。斯パターン発生
器は集積回路のパターンを基板上の電子感応レジストに
書き込むのに使用されている。斯かる電子ビームパター
ン発生器の一例が欧州特許第０．０４９．８７２１３号
に開示されている。そのビーム整形偏向系によれば一定
の電流密度及び種々の大きさ並びに縦横比の矩形電子ビ
ームスポットを発生させることができる。しかし、この
パターン発生器では細い線はこれらの線が矩形スポット
の辺に平行である場合にしか迅速に書き込むことができ
ない。即ち、斜めの線又は斜めのエツジの書込みが必要
とされる場合、斜めのエツジの出発位置から終わりの位
置まで互いに隣接させて多数回の平行スリットの露光を
行わなければならないので、かなり時間が斯かる。

現在のＶＬＳＩにおいては４５＠角の斜めのエツジ及び
斜めの線をいくつかのウェファ製造工程、特に相互接続
層に使って高い集積密度を達成することが一般的になっ
てきている。

ｒＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｖａｃｕｕｍ　５ｃｉｅｎｃ
ｅ　ａｎｄ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢ３（１）　Ｊ　Ｊ
ａｎ、／Ｆｅｂ、　１９８５．　ｐ１８５に発表されて
いるＬｅｅ　Ｈ，Ｖｅｎｅｋｌａｓｅｎの論文“Ａ　ｈ
ｉｇｈ　５ｐｅｅｄ　ＩＥＢＬｃｏｌｕｍ　ｄｉｅｓｉ
ｇｎｅｄ　ｔｏ　ｍｉｎｉｍｉｓｅ　ｂｅａｍ　１ｎｔ
ｅｒａｃｔｉｏｎｓ”に、２個の第２矩形アパーチャを
、一方のアパーチャの辺が他方のアパーチャの辺に対し
４５°になるように並べて設けた電子ビームパターン発
生器が開示されている。このパターン発生器では第１矩
形アパーチャの像を一方又は他方の第２アパーチャに重
複させて矩形又は直角二等辺三角形のビームスポットを
発生するようにしている。そしてこのために２個の第１
アパーチャを並べて設け、更に電子ビームを一方の第１
アパーチャ及びこれに関連する第２アパーチャから他方
の第１アパーチャ及びこれに関連する第２アパーチャへ
切換える手段を設けている。

本発明の目的は唯１個の第１アパーチャ及び唯１個の第
２アパーチャと簡単な電子光学系を用いて電子ビームス
ポットの大きさ及び形を制御し得るようにした電子ビー
ムパターン発生器を提供することにある。

本発明は頭書に記載したタイプの電子ビームパターン発
生器において、前記電子光学レンズを磁束が可逆の磁気
レンズとし、該レンズの磁束は２２．５＋ｎ・４５度（
ｎ＝０．　１．　２．・・・）の像回転を生じ、一方の
磁束方向では第１矩形アパーチャの集束像の辺が第２矩
形アパーチャの辺に平衡になり、前記ビーム整形偏向装
置により第２アパーチャ上の第１アパーチャ像の重複部
分を矩形にすることができ、且つ他方の磁束方向では第
１矩形アパーチャの集束像の辺が第２矩形アパーチャの
辺に対し４５度になり、前記ビーム整形偏向装置により
第２アパーチャ上の第１アパーチャ像の重複部分を直角
二等辺三角形にすることができるようにしたことを特徴
とする。このように一方のアパーチャを他方のアパーチ
ャ上に結像するために必ず存在する電子光学レンズを像
回転特性を有する磁気レンズとすることにより得られる
利点は矩形スポットも三角形スポットも得ることができ
る点にあり、この場合電子ビームを切換える装置は不要
になる。

矩形スポットから三角形スポットへの変更に要する時間
は、いくつかのパターンにおいては多数回の斯かる変更
が必要とされるので、パターン発生器の総合書込み速度
に関し重要である。本発明の電子ビームパターン発生器
にふいては、電子光学レンズをビームの周囲に同軸的に
巻かれた、強磁性材料を殆ど含まないコイルで構成する
のが有利である。この場合電子光学レンズのインダクタ
ンスが最小になり、所定の印加電圧によるレンズ内の磁
束の急速な逆転及び従ってスポット形状の急速な変更が
可能になる。

直交する２方向にスポットの大きさに関し同じ範囲を得
るために、本発明においては、更に、第１および第２矩
形アパーチャを正方形にすることができる。この場合、
本発明を用いて直角二等辺三角形を発生させるときに直
角をはさむ三角形の２辺を第１アパーチャの４辺のうち
の２辺に平行にして４つの向きの直角三角形を得ること
ができる。成る又、直角三角形の斜辺を第１アパーチャ
の４辺のうちの１辺に平行にして他の４つの向きの直角
三角形を得ることもできる。また、ビーム整形偏向装置
を用いて第１アパーチャの像を第２アパーチャに対し適
当に偏向させて９０度、４５度及び１３５度の角の組合
せを有する直角二等辺三角形から８つの角が全て１３５
度の大角形までの図形を発生させることができる。

第２アパーチャは第１アパーチャの像と同一の大きさに
する必要はない。例えば第１アパーチャの像を第２アパ
ーチャより大きくし、第１アパーチャの像を第２アパー
チャ上に中心に位置させると、第２アパーチャの形に対
応する矩形のスポットを形成することができる。これが
ため、この場合には三角形モードにおいても第１アパー
チャの像と第２アパーチャをセンタリングすることによ
り一定サイズの矩形スポットを得ることができる。

本発明の主な目的は矩形スポット又は主角形スポットを
発生させることにあるが、他の形のスポットを発生させ
ることもできる。

電子光学レンズ内の磁束を逆転させるのに要する時間は
電子ビームパターン発生器の書込み速度の重要な決定要
素であることは既に述べた。走査手段の走査範囲により
カバーされる領域の書込み中に行われる磁束の逆転の回
数を最小にてきればこれに応じて書込み速度が増大する
。これがため、本発明の電子ビームパターン発生器の使
用に当たっては、前記走査手段の走査範囲によりカバー
されると共に整形ビームスポットを露光すべき矩形領域
を複数の列に分割し、前記電子光学レンズの磁束方向を
一方の方向にして１つの列をその上端から下端へと露光
し、次いで磁束方向を逆転してこの列の下端から上端へ
と露光し、次にこの逆方向の磁束をそのまま維持して隣
の列をその上端から下端へと露光し、次いで磁束方向を
逆転してこの列の下端から上端へと露光して、各列を両
磁束方向で露光するのに１回の磁束逆転を必要とするだ
けとする。この場合、所定の領域を書き込むのに必要と
される磁束の逆転回数が最少になる。

以下、図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図は電子ビームパターン発生器のスポット整形シス
テムの構成を示す斜視線図であり、第２図は電子ビーム
パターン発生器の全体の構成を示す線図である。電子銃
１は電子ビームを発生し、その中心電子線２のみを示し
である。第１整形レンズ３は電子銃のクロスオーバをビ
ーム整形偏向装置６の位置に結像すると共にビームを第
１マスク５の第１矩形アパーチャ４に投射する。レンズ
３は光学レンズとして示しであるが通常の磁気レンズで
ある。第２図でも同様である。ビーム矩形偏向装置６は
直流電圧を印加して電子ビームを直交する２方向に偏向
する２対の互いに直交する静電偏向板として線図的に示
しであるが、同じ位置に２対の直交サドルコイルを用い
て磁気偏向を与えるようにすることもできる。電子光学
レンズ７はアパーチャ４の像８，８′を第２矩形アパー
チャ１０を有する第２マスク９の面上に集束するもので
ある。ビーム整形偏向装置６を用いて像８，８′を任意
の方向に任意の量だけ偏向して第１アパーチャの像と第
２アパーチャの重複部分から成る整形ビームスポットを
形成することができる。第２図には整形ビームスポット
をターゲット面１２に沿って走査させてパターンを発生
させる第２ビーム偏向装置１１も示しである。最終対物
レンズ１３はターゲット上のスポットを所要の大きさに
縮小し集束するものである。

電子光学レンズ７はビームの周囲に同軸的に巻いたコイ
ルとして示しである。このコイルは強磁性材料のないも
のとすると共にできるだけ小さくしてそのインダクタン
スが最小になるようにするのが望ましい。レンズ７は電
磁レンズであるため、このレンズはその像をその物体源
に対し、レンズの軸方向磁界成分Ｂの軸方向積分値に比
例する角度だけ回転させる。しかし、レンズ７の集束作
用は軸方向磁界成分の２乗の軸方向積分値に比例する。

従って、軸方向磁界成分Ｂと第１及び第２アパーチャ面
間の距離を、鋭い集束が所定の角度の像回転とともに得
られるように選択することができる。また、レンズ７の
コイルの直流励磁電流の逆転により集束を維持したまま
像の回転方向を逆転することができる。従って、レンズ
の直流励磁電流を逆転することによりレンズ回転の２倍
に等しい総合像回転を発生させることができる。

これがため、ビーム整形偏向装置は励磁電流の方向に依
存する２つのモードの何れのモードでも動作させること
ができる。第１矩形アパーチャと第２矩形アパーヤチの
対応する辺を互いに２２．５度の角度をなすよう設定し
、レンズ回転を例えば２２．５度に選択すると、第１の
モードでは第１アパーチャの像の辺が第２アパーチャの
辺に平行になる。この場合、第２アパーチャ上における
第１アパーチャ像の重複部分は矩形になり、その縦横比
を偏向装置６によりこの像に与えられる偏向に応じて調
整することかできる。第２のモードではレンズ７の励磁
電流が逆転され、第１アパーチャの像の辺が第２アパー
チャの辺に対し４５度になる。

両モードにおける重複状態を第１図の下部に示してあた
、８は第１モードにおける像、８′は第２モードにおけ
る像である。

第３図は両モードにおける代表的な重複状態を示す。第
３図のＡでは第１モードが動作中で、重複部分は矩形３
０になる。Ｂ、Ｃ，Ｄ及びＥでは第２モードが動作中で
ある。Ｂは像の偏向がない場合の重複部分を示し、８角
形のスポット３１が形成される。Ｃは像を偏向して他の
２角が４５度の所望の直角二等辺三角形を４つの向きに
形成し得ることを示す。ＤはＣに示す三角形と向きが４
５°異なる他の４つの４５度の直角三角形を発生し得る
ことを示す。Ｃ及びＤの何れの場合にも発生させる三角
形の大きさは任意に選択し得る像の偏向量により決まる
。

以上では、第１アパーチャの像と第２アパーチャは同一
の大きさの矩形であるものとしたが、実際には第１アパ
ーチャの像と第２アパーチャとの相対寸法については何
の制限もない。第３図のＥでは第１アパーチャの像を第
２アパーチャの２倍の面積を有する矩形にしである。こ
の場合には発生し得る直角二等辺三角形の最大寸法が大
きくなる。

ｉレンズの回転は２２．５度に限定されず、実際には２
２．５＋ｎ・４５度（ｎ＝Ｑ、　　ｔ、　　２．・・・
）にすることができる。例えばｎ＝１の場合、レンズ回
転は６７．５度であり、総合正逆回転角は１３５°にな
る。

第１及び第２アパーチャは矩形であるため、４５度に追
加される９０度又はその整数倍の回転は第１アパーチャ
像の辺を第１モードでは第２アパーチャの辺に平行に、
第２モードでは４５度に保つことになる。ｎの選択によ
り、レンズ７の設計が容易になる。

第２図には実際の電子ビームパターン発生器の構成を示
しである。前述の構成素子に加えて、ビームをスポット
移動中スイッチオフし、所定の期間中スイッチオン又は
“フラッシュ”させるビーム消去器１４を設けて所望の
電子露光を行うことができるようになっている。更に、
コンデンサレンズ１５及び１６を設けて対物レンズ１３
によりスポットの最終縮小を与える前に所望のスポット
縮小を発生させて非点収差補正器のような他の装置を配
置し得る場所が得られるようにしである。

第４図は本発明を用いて４５度で傾斜する線を書き込む
際に得られる書込速度とパターン精細度の改善を示すも
のである。Ａでは電子ビームパターン発生器は１つの向
きの矩形しか書き込む能力を持たないものとする。この
場合には斜めの線はスポットを許容し得るエツジ精細度
と一致する垂直高さの水平の長い矩形に整形することに
より発生される。最初の露光４０を行った後にビームを
ターンオフすると共に矩形の高さだけ垂直方向及び水平
方向に移動させ、次いで次の露光４１を行う。この処理
を所要の回数をくり返して所要の長さの斜めの線を発生
させる。Ｂでは本発明の第２モードを用いて斜めの線の
水平幅に等しい長さの底辺を有する直角二等辺三角形を
発生させる。露光４０に等しい時間の最初の露光により
直角二等辺三角形４２を発生させる。次いでビームをタ
ーンオフさせると共にビーム整形偏向装置を付勢して三
角形４２と同じ大きさであるが反対向きの三角形４３を
発生させる。次いで第２ビーム偏向装置１１を用いて三
角形４３を三角形４２に隣接させて斜めの線の第１線分
が得られるようにして第２の露光を行う。この第４図の
例では已における２回の三角形の露光によりＡにおける
１４回の矩形の露光によりカバーされる区域に等しい区
域を露光することができるため、露光回数を７分の１に
低域するとこができると共に、階段状の縁の線ではなく
なめらかな縁の縁を得ることができる。

第５及び第６図は本発明を用いて発生させることができ
る２つの代表的なパターンを示す。種々の縦横比及び大
きさの矩形と種々の向き及び大きさの直角二等辺三角形
とを種々に組合せて基板上に広範囲の形状の露光区域を
発生させることができること明かである。これら形状の
４５度の斜めの縁は水平及び垂直の縁と同一のなめらか
さ及び鮮鋭度で得られる。

第７図は、電子光学レンズの磁束の逆転回数を最少にす
る基板の露光方法を示すものである。基板上の代表的に
は２　ｍｍ　Ｘ　２　ｍｍの方形領域７０が走査手段の
走査範囲によりカバーされるものとする。

領域７０を代表的には５０μｍと５０μｍのサブ方形区
域の列に分割する。初めに、第１列の上端７１において
矩形７２を発生する磁束方向を選択する。次いでサブ区
域７３内の全ての矩形を書き込み、続いてサブ区域７４
．７５及び７６内の矩形を順に書き込む。

第１列の下端において磁束を逆転させて三角形７７を発
生させる。次いでサブ区域７６内の全ての三角形を書き
込み、続いてサブ区域７５．７４及び７３内の全ての三
角形を順に書き込む。第１列の上端７１において整形ビ
ームスポットを磁束の逆転を行わずに隣の列７８の上端
へと移動させる。次いで、列７８の全てのサブ区域内の
三角形を列の上端から下端へと書き込む。列７８の下端
において磁束の逆転を行って矩形７９を発生させる。次
いで列７８内の全ての矩形を上端から下端へと書き込む
。列７日の上端においてスポ７）を隣の列の上端に移動
させてこの列内の矩形を書き込む状態にする。このとき
の磁束方向は第１列の上端７１における磁束方向と同一
になる。この書込みシーケンスを全ての列に対してくり
返す。本例の方法では各列の下端において１列につき１
回磁束逆転を行うだけでよい。これがため、磁束逆転の
回数が最少になり、これに応じて書込み速度が増大する
。

尚、各サブ区域内の矩形及び三角形の書込みを次のサブ
区域に移る前に完了させることも好適である。特に微細
なパターンを書込む場合には矩形と三角形の位置合わせ
が極めて重要である。矩形と三角形を１つのサブ区域に
順次書込む場合、ビーム偏向回路におけるドリフト作用
が最小になる。

この場合には１つのサブ区域内の矩形を書き込み、続い
てレンズの磁束逆転後にこのサブ区域内の三角形を書き
込む。次いでビームを次の隣接サブ区域に移動させ、最
初にこの区域内の三角形を書き込み、続いて磁束逆転後
に矩形を書き込む。このようにすると１サブ区域につき
１回の磁束逆転が必要とされるだけとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電子ビームパターン発生器のスポット整
形システムの斜視構成図、 第２図は本発明電子ビームパターンの全体の構成図、 第３図は本発明により得られるスポット形状の範囲を示
す図、 第４図は４５度の斜めの線を書き込む際に得られる書込
み速度の増大を説明するための図、第５及び第６図は本
発明により発生し得る代表的な単位パターンの２例を示
す図、 第７図は基板を整形電子ビームで露光する方法の一例を
説明するための図である。 １・・・電子銃 ２・・・電子ビームの中心電子線 ３・・・第１整形レンズ ４・・・第１矩形アパーチャ ５・・・第１マスク ６・・・ビーム整形偏向装置 ７・・・電子光学レンズ（磁気レンズ）８．８′・・・
第１矩形アパーチャの像９・・・第２マスク １０・・・第２矩形アパーチャ １１・・・第２ビーム偏向装置（走査手段）１２・・・
ターゲット面 １３・・・最終対物レンズ １４・・・ビーム消去器 １５、１６・・・コンデンサレンズ ７０・・・走査手段でカバーされる矩形領域７３〜７６
・・−短形サブ区域 ７２、７９・・・矩形スポット ７７・・・三角形スポット 特許出願人　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイラ
ンペンファフリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子ビームを発生する電子銃と、電子ビームの断面
   形状を矩形に整形する第１矩形アパーチャと、この第１
   矩形アパーチャの像を第２矩形アパーチャの面上に集束
   する電子光学レンズと、この像を第２矩形アパーチャの
   面の上方で偏向するビーム整形偏向装置と、第２矩形ア
   パーチャから出る電子ビームをターゲット面上に投射し
   て第１矩形アパーチャの像と第２矩形アパーチャの重複
   部分から成る整形ビームスポットを形成する手段と、こ
   の整形ビームスポットをターゲット面に沿って走査させ
   てパターンを発生させる走査手段と具えた電子ビームパ
   ターン発生器において、前記電子光学レンズを磁束が可
   逆の磁気レンズとし、該レンズの磁束は２２．５＋ｎ・
   ４５度（ｎ＝０、１、２、・・・）の像回転を生じ、一
   方の磁束方向では第１矩形アパーチャの集束像の辺が第
   ２矩形アパーチャの辺に平衡になり、前記ビーム整形偏
   向装置により第２アパーチャ上の第１アパーチャ像の重
   複部分を矩形にすることができ、且つ他方の磁束方向で
   は第１矩形アパーチャの集束像の辺が第２矩形アパーチ
   ャの辺に対し４５度になり、前記ビーム整形偏向装置に
   より第２アパーチャ上の第１アパーチャ像の重複部分を
   直角二等辺三角形にすることができるようにしたことを
   特徴とする電子ビームパターン発生器。 ２、前記電子光学レンズはビームの周囲に同軸的に巻か
   れた、強磁性材料を殆ど含まないコイルで構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子ビームパ
   ターン発生器。 ３、前記第１及び第２矩形アパーチャは正方形にしてあ
   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
   ームパターン発生器。 ４、前記走査手段の走査範囲によりカバーされると共に
   整形ビームスポットを露光すべき矩形領域を複数の列に
   分割し、前記電子光学レンズの磁束方向を一方の方向に
   して１つの列をその上端から下端へと露光し、次いで磁
   束方向を逆転してこの列の下端から上端へと露光し、次
   にこの逆方向の磁束をそのまま維持して隣の列をその上
   端から下端へと露光し、次いで磁束方向を逆転してこの
   列の下端から上端へと露光して、各列を両磁束方向で露
   光するのに１回の磁束逆転を必要とするだけであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１〜３項の何れかに記載
   の電子ビームパターン発生器の使用方法。 ５、前記走査手段の走査範囲によりカバーされると共に
   整形ビームスポットで露光すべき領域を複数のサブ区域
   に分割し、前記電子光学レンズの磁束方向を一方の方向
   として１つのサブ区域を矩形スポットで露光し、次いで
   磁束方向を逆転してこのサブ区域を三角形スポットで露
   光し、次にこの逆方向の磁束をそのまま維持して隣のサ
   ブ区域を三角形スポットで露光し、次いで磁束方向を逆
   転してこのサブ区域を矩形スポットで露光して、各サブ
   区域を両磁束方向で露光するのに１回の磁束逆転を必要
   とするだけであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜３項の何れかに記載の電子ビームパターン発生器の使
   用方法。