JPS63239816A

JPS63239816A - 電子線描画装置

Info

Publication number: JPS63239816A
Application number: JP7142687A
Authority: JP
Inventors: Hajime Hayakawa; 早川　肇; Fumio Mizuno; 文夫水野; Kazumitsu Nakamura; 一光中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1988-10-05

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、電子線描画技術に関し、特に、半導体装置の
製造における電子線リングラフィに適用して有効な技術
に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造過程で実施される電子線リングラフィ
については、株式会社工業調査会、昭和６０年１１月２
０日発行、「電子材料Ｊ　１９８５年１１月号別冊、Ｐ
１０３〜Ｐ１０８に記載されている。

その概要は、被描画物の移動を行うことなく電子光学系
による偏向のみによって描画が可能な偏向フィールドを
複数の小領域に分割し、この小領域の所定の基準位置に
対する電子線の精密な位置決め動作を行う主偏向操作と
、主偏向操作による精密な基準位置に重畳させて高速に
当該小領域内における電子線の描画動作を行わせる副偏
向操作とを組み合わせることにより、図形の描画精度の
向上と単位時間当たりの処理能力の向上とを両立させよ
うとするものである。

−〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、上記の従来技術の場合には、各小領域内
に描画される図形の疎密によって、一つの小領域から他
の小領域への主偏向の切り換え時刻の間隔が不定となり
、たとえば描画される図形の密度が比較的疎な小領域を
連続して描画する際などには、主偏向を制御する電子光
学系の整定が不十分となることが避けられず、電子光学
系の過渡特性による偏向位置の微小なゆらぎなどが蓄積
されて描画位置精度の低下を招くという問題がある。

このため、たとえば複数の小領域の各々に描画される図
形の疎密などに関わらず、主偏向による各小領域への位
置決め継続時間を最長の描画時間に合わせて一定に制御
することが考えられるが、偏向フィールド内に描画され
る図形が偏在している場合などにおいては、必要以上に
描画時間が長くなり、単位時間当たりの処理能力が低下
するという新たな問題を生じるものである。

本発明の目的は、電子光学系の整定が確実に行われるよ
うにして、電子光学系によって制御される電子線による
描画位置精度を向上させることが可能な電子線描画技術
を提供することにある。

本発明の他の目的は、単位時間当たりの処理能力を向上
させることが可能な電子線描画技術を提供することにあ
る。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点、を解決するための手段〕

本顆において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、被描画物上における電子線の偏向フィールド
を複数の小領域に分割し、この小領域の各々における基
準位置に対する電子線の位置決めを行う主偏向と、この
主偏向に重畳させて各々の小領域内における電子線の到
達位置を制御する副偏向とを組み合わせて当該小領域内
に対する電子線による所定の図形の描画を行う電子線描
画技術において、複数の小領域の各々に対する主偏向の
継続時間を計測する計時手段を設け、任意の一つの小領
域に対する主偏向の継続時間が所定の設定値を越えた時
点で他の任意の一つの小領域に対して主偏向が切り換え
られるようにしたものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、たとえば、複数の小領域の各々
に描画される図形の疎密などに影響されることなく、複
数の小領域の間で主偏向が切り換えられる毎に電子先学
系の整定が確実に行われるので、電子光学系によって制
御される電子線による被描画物に対する描画位置精度が
向上される。

また、設定値を適当に選ぶことにより、複数の小領域の
各々に描画される図形の疎密に関わらず主偏向による位
置決め継続時間を最長の描画時間に合わせて一律に制御
・する場合などに比較して、描画に要する時間を短縮す
ることが可能となり、単位時間当たりの処理能力を向上
させることができる。

〔実施例〕

第１図（ａ）は、本発明の一実施例である電子線露光装
置の構成を示すブロック図であり、同図（ｂ）はその作
用を説明する線図、第２図はその電子光学系を取り出し
て示す説明図、さらに第３図は、その一部を拡大して示
す斜視図である。

水平面内において移動自在なＸ−Ｙステージなどからな
る試料台ｌの上には、たとえば、表面に感電子線レジス
トなどが被着された半導体ウェハなどの被描画物２が戴
置されている。

試料台１の上方には電子線源３が設けられており、試料
台ｌに戴置された被描画物２に向けて電子線４が放射さ
れるように構成されている。

電子線源３と試料台１との間には、成形器５および対物
レンズ６、副偏向器７．主偏向器８などからなる電子光
学系Ｅが設けられている。

前記の成形器５は、第２図に示されるように、第１アパ
ーチャ５ａ、成形偏向器５ｂ、成形レンズ５ｃ、第２ア
パーチャ５ｄなどで構成されており、第１アパーチヤ５
ａにおける電子線４の透過部位の形状と第２アパーチヤ
５ｄにふける電子線４の透過部位の形状の重なりを成形
偏向器５ｂおよび成形レンズ５Ｃによって制御すること
により、成形器５通過する電子線４の光電子面が所望の
形状に成形されるものである。

そして、電子線源３から放射される電子線４は、成形器
５を通過することによって光電子面が所望の形状に成形
された後、対物レンズ６によって被描画物２の表面に焦
点を結ぶとともに、被描画物２の表面における偏向フィ
ールドＦを分割して構成される複数の小領域Ｆ、　、　
　Ｆ、　、　　・・・、Ｆ７の各々における基準位！Ｓ
１．　　Ｓ２　、　　・・・、Ｓ。に対する主偏向器８
による精密な位置決めと、副偏向器７による複数の小領
域Ｆ１．　　Ｆ２　、　　・・・、Ｆアの各々の内部に
おける偏向とを組み合わせることにより、偏向フィール
ドＦの内部に所望の図形が描画されるものである。

成形器５は、成形型制御部９および成形信号発生部１０
を介して演算部１１に接続され、対物レンズ６は、レン
ズ制御部１２および位置信号発生部１３を介して演算部
１１に接続されている。

また副偏向器７および主偏向器８は、副偏向制御部１４
および主偏向制御部１５を介して前記位置信号発生部１
３に接続されている。

演算部１１は、高速なアクセスが可能なバッファメモリ
１６を介して制御計算器１７に接続されている。

この制御計算器１７には、たとえばハードディスクなど
からなり、被描画物２に対して描画すべき大量の図形情
報を格納する描画データ格納部１８が接続されており、
制御計算機１７によって適宜選択された所定の図形情報
が、必要に応じて、高速のアクセスが可能なバッファメ
モリ１６に転送されるように構成されている。

そして、演算部１１においては、バッファメモリ１６に
転送された図形情報に基づいて、電子線４の光電子面の
形状や偏向量などに関する制御信号が算出され、成形信
号発生部１０および成形型制御部９を介しての成形器５
の制御、さらには位置信号発生部１３およびレンズ制御
部１２．副偏向制御部１４．主偏向制御１ｉｆｌＳ１５
を介しての対物レンズ６、副偏向器７．主偏向器８の制
御が行われるものである。

この場合、演算部１１には、主偏向器８による複数の小
領域Ｆ１．　　Ｆ２　、　　・・・、Ｆｌの各々に対す
る主偏向の継続時間を計測する計時部１９　（計時手段
）が接続されている。

そして、第１図ら）に示されるように、複数の小領域Ｆ
、　、　Ｆ２．　　・・・、　Ｆ、の各々において、描
画される図形の密度が比較的高く、所定の設定値Ｔ、よ
りも描画時間Ｔｏ　が長い場合には、当該小領域におけ
る描画操作の終了後に、また、描画される図形の密度が
比較的小さく、描画時間ＴＤが所定の設定値Ｔ、よりも
短い場合には、設定値Ｔ、に達するまで当該小領域内に
待機した後に、主偏向器８による他の複数の小領域Ｆ＋
　、　　Ｆ２　。

・・・、Ｆｏ　の任意の一つに対する主偏向の切り換え
が行われるものである。

また、Ｘ−Ｙステージなどからなる試料台１は、試料台
制御部２０を介して制御計算機１７に接続されており、
半導体ウェハなどの被描画物２を複数の矩形の領域に分
割して構成され、たとえば偏向フィールドＦの内部に納
まる素子形成領域の任意の一つを順次電子光学系Ｅの軸
上に位置決めする操作などが行われるように構成されて
いる。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、試料台１を適宜移動させることにより、試料台１
に戴置された半導体ウェハなどの被描画物２の所望の素
子形成領域などが電子線源３および電子光学系Ｅの軸上
に位置決めされるとともに、°バッファメモリ１６には
、この素子形成領域に描画すべき図形に関する画像デー
タが描画データ格納部１８から転送される。

次に、演算部１１においては、バッファメモリ１６に保
持されている描画データに基づいて、偏向フィールドＦ
を分割して構成される複数の小領域Ｆ、　、　　Ｆ、　
、　　・・・、Ｆ、、の各々における描画動作を実施す
るための電子線４の光電子面の形状や、主偏向器８によ
る各々の基準位置Ｓ、　、　　Ｓ。

、・・・、Ｓ９　に対する偏向量および副偏向器７によ
る描画動作の制御信号が算出される。

いま、小領域Ｆ、から小領域Ｆ２へと順次描画操作を実
施していく場合を考えると、まず主偏向器８によって小
領域Ｆ１　の基準位ｔｉ　ｓ　＋　　に電子線４が位置
決めされると同時に計時部１９による計時動作が開始さ
れる。

そして、主偏向器８による所定の小領域Ｆ１　の基準位
置ＳＩ　に対する位置決め動作から所定の時間が経過し
、該小領域Ｆ、に、対する位置決め操作に起因して生じ
た電子光学系Ｅの制御精度のゆらぎが所定の状態まで整
定した後、副偏向器７による該基準位置Ｓ１　を中心と
する偏向操作が開始され、小領域Ｆ１　　には、電子線
４によって所定の図形が描画され、半導体ウェハなどの
被描画物２の表面に塗布されている感電子線レジストな
どが所定の図形に露光される。

ここで、対物レンズ６による焦点位置を一定にした場合
、電子線４の結像位置は第２図に示されるように、偏向
フィールドＦの中心位置から逸れるにつれて焦点位置が
被描画物２の手前側にずれる湾曲像面４ａを生じるため
、主偏向器８および副偏向器７による偏向フィールドＦ
の内部における偏向量に応じて、対物レンズ６の強度を
変化させて前記の湾曲像面４ａを補正する制御が行われ
、通常、この主偏向器８自身のゆらぎおよび対物レンズ
６０強度変化に伴う偏向成分のゆらぎなどによって生じ
る電子線４による図形の描画位置の誤差は所定の許容範
囲内に納まるように設計されている。

ところが、描画される図形の密度が低く主偏向器８によ
る主偏向の継続時間が短い小領域が連続すると、個々の
場合には許容される対物レンズ６および主偏向器８など
におけるゆらぎが累積され、ついには許容範囲を越えて
図形の描画位置精度が低下するという問題を生じる。

そこで、本実施例では、第１図（ｂ）に示されるように
、演算部１１は、小領域Ｆ１　　における描画操作の終
了時に計時部１３を参照し、たとえば小領域Ｆ、に描画
された図形の密度が低く描画時間Ｔ。が設定時間Ｔ、よ
りも短い場合には、所定の設定値Ｔ、まで待機し、対物
レンズ６などの電子光学系Ｅにおけるゆらぎが、所定の
許容限度以下に減衰した後に、また、図形の密度が高く
描画時間ＴＯが設定値Ｔ、よりも大きい場合には直ちに
、当該小領域Ｆ１　から次の小領域Ｆ２　の基準位置Ｓ
、に対する主偏向器８による主偏向の切り換えを行う。

このため、たとえば描画される図形の密度が低い小領域
を連続して描画する場合でも、個々の小領域における電
子光学系の制御精度のゆらぎが所定の許容限度以下に確
実に減衰し、複数の小領域を連続して描画する過程で電
子光学系Ｅの誤差が累積することがないので、複数の小
領域Ｆｌ　、　　Ｆ２、・・・＋ＦＩｌ　の各々におけ
る図形の描画位置精度を向上させることができる。

また、描画される図形の疎密などにかかわらず、複数の
小領域Ｆｌ　＊　　Ｆｚ　ｌ　　・・・＋Ｆ１１の各々
に対する主偏向の継続時間を、描画される図形の密度が
最も高い時の描画時間Ｔｏ　に合わせて一律に長く設定
する場合のように、必要以上に描画時間が長くなること
がなく、単位時間当たりの処理能力を向上させることが
できる。

このように、本実施例においては以下の効果を得ること
ができる。

（１）、演算部１１に、複数の小領域Ｆ、　、　Ｆ、　
、　　・・・＋Ｆｌｌの各々に対する主偏向器８による
主偏向の継続時間を計測する計時部１９を設け、小領域
Ｆ１　における描画操作の終了時に計時部１９を参照し
、たとえば小領域Ｆ１　に描画された図形の密度が低く
描画時間Ｔ８が設定時間Ｔ、よりも短い部会には、所定
の設定値Ｔ１　まで待機し、対物レンズ６などの電子光
学系Ｅにおけるゆらぎが、所定の許容限度以下に減衰し
た後に、また、図形の密度が高く描画時間ＴＯが設定値
Ｔ、よりも大きい場合には直ちに、当該小領域Ｆ１　か
ら次の小領域Ｆ２　に対する主偏向器８による主偏向の
切り換えが行われるように構成されているため、たとえ
ば描画される図形の密度が低い小領域を連続して描画す
る場合でも、個々の小領域における電子光学系の制御精
度のゆらぎが所定の許容限度以下に確実に減衰し、複数
の小領域を連続して描画する過程で累積されることがな
いので、複数の小領域Ｆ＋　、　Ｆ２　、　　・・・、
Ｆ、、の各々における図形の描画位置精度を向上させる
ことができる。

また、描画される図形の疎密などにかかわらず、複数の
小領域Ｆ、　、　　Ｆ２　、　　・・・、Ｆｈの各々に
対する主偏向の継続時間を、描画される図形の密度が最
も高い時の描画時間Ｔ、に合わせて一律に長く設定する
場合のように、必要以上に描画時間が長くなることがな
く、単位時間当たりの処理能力を向上させることができ
る。

（２）、前記（１）の結果、複数の小領域Ｆ、　、　　
Ｆ２．　　・・・、Ｆｏ　の各々に描画された図形の相
互間の継ぎ精度が向上され、偏向フィールドＦの内部に
描画される所定の図形全体の描画精度が向上される。

（３）、前記（１）の結果、電子線リソグラフィを繰り
返す過程での露光図形の重ね合わせ精度が向上される。

（４）、前記（１）の結果、電子線４によって描画され
る図形の精度を低下させることなく、単位時間当たりに
露光処理される半導体ウェハなどの被描画物の数量を増
加させることができ、半導体装置の製造における電子線
リソグラフィでの生産性を向上させることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではな（、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置の製造に
おける電子線リングラフィに適用した場合について説明
したが、これに限定されるものではなく、電子光学系に
よって制御される電子線の照射によって精密な図形を描
画することが要求される技術に広く適用することができ
る。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、被描画物上における電子線の偏向フィールド
を複数の小領域に分割し、この小領域の各々における基
準位置に対する一前記電子線の位置決めを行う主偏向と
、この主偏向に重畳させて各々の前記小領域内における
前記電子線の到達位置を制御する副偏向とを組み合わせ
て当該小領域内に対する前記電子線による図形の描画を
行う電子線露光装置であって、複数の前記小領域の各々
に対する前記主偏向の継続時間を計測する計時手段を備
え、任意の一つの前記小領域に対する前記主偏向の継続
時間が所定の設定値を越えた時点で他の任意の一つの前
記小領域に対する主偏向の切り換えが行われるため、た
とえば、複数の小領域の各々に描画される図形の疎密な
どに影響されることな（、複数の小領域の間で主偏向が
切り換えられる毎に電子光学系の整定か確実に行われる
ので、電子光学系によって制御される電子線による被描
画物に対する描画位置精度が向上される。

また、設定値を適当に選ぶことにより、複数の小領域の
各々に描画される図形の疎密に関わらず主偏向による位
置決め継続時間を、最長の描画時間に合わせて一律に制
御する場合なとに比較して、描画に要する時間を短縮す
ることが可能となり、単位時間当たりの処理能力を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例である電子線露光装置
の構成を示すブロック図、第１図ら）はその作用を説明する線図、第２図はその電
子光学系を取り出して示す説明図、第３図はその一部を拡大して示す斜視図である。１・・・試料台、２・・・被描画物、３・・・電子線源
、４・・・電子線、５・・・成形器、５ａ・・・第１ア
パーチヤ、５ｂ・・・成形偏向器、５Ｃ・・・成形レン
ズ、５ｄ・・・第２アパーチヤ、６・・・対物レンズ、
７・・・副偏向器、８・・・主偏向器、９・・・成形器
制御部、１０・・・成形信号発生部、１１・・・演算部
、１２・・・レンズ制御部、１３・・・位置信号発生部
、１４・・・副偏向制御部、１５・・・主偏向制御部、
１６・・・バッファメモリ、１７・・・制御計算機、１
８・・・描Ｉデータ格納部、１９・・・計時部（計時手
段）、２０・・・試料台制御部、Ｅ・・・電子光学系、
Ｆ・・・偏向フィールド、Ｆ、　、　Ｆ２　、　　・・
・、Ｆ７　　・・・小領域、Ｓｔ　。Ｓ２　、　　・・・、Ｓゎ　・・・各小領域の基準位置
、Ｔ、・・・設定時間、Ｔｏ　　・・・描画時間。第　　１ｖＡｃｂ）坏Ｊ２１ｖＩづ吋驕第　　２　　図第　　３　　図Ｆ　−４し楯丁々−クレトｈ−Ｆ−−ｉ１４ｚぺ゛Ｓ、−−％−を５１稚置

Claims

【特許請求の範囲】１、被描画物上における電子線の偏向フィールドを複数
の小領域に分割し、この小領域の各々における基準位置
に対する前記電子線の位置決めを行う主偏向と、この主
偏向に重畳させて各々の前記小領域内における前記電子
線の到達位置を制御する副偏向とを組み合わせて当該小
領域内に対する前記電子線による図形の描画を行う電子
線描画装置であって、複数の前記小領域の各々に対する
前記主偏向の継続時間を計測する計時手段を備え、任意
の一つの前記小領域に対する前記主偏向の継続時間が所
定の設定値を越えた時点で他の任意の一つの前記小領域
に対する主偏向の切り換えが行われるようにしたことを
特徴とする電子線描画装置。２、前記被描画物が半導体ウェハであり、この半導体ウ
ェハの表面に被着された感電子線レジストを電子線の照
射によって所定の図形に露光する電子線露光装置である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子線描
画装置。