JPH0562892A

JPH0562892A - パターン形成装置

Info

Publication number: JPH0562892A
Application number: JP3250555A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋; Kenji Morita; 憲司守田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】可変ビーム露光用ビームと縮小露光ビームと
の間で空間電荷効果をほぼ同程度として、ビームが変る
ごとに従来必要であった焦点調節を不要とし、さらには
大面積の精度の低い塗り潰しパターンのビーム寸法を大
きくして高スループット化を図る。【構成】露光用ビームを発生する電子銃１と、この電
子銃１から発生するビームを整形する第１および第２の
アパーチャーマスク２，４と、縮小露光用の第１のアパ
ーチャー８ｂと可変ビーム露光用の第２のアパーチャー
８ａとが設けられたマスク８と、電子銃１から発生し、
第１および第２のアパーチャーマスク２，４でその形
状，寸法が変更されたビームが第１のアパーチャー８ｂ
および第２のアパーチャー８ａのいずれか一方に入射す
るように可変ビームを偏向する偏向器５ａ，５ｂとを具
備し、第１のアパーチャー８ｂから出射する縮小露光用
ビームの面積を、第２のアパーチャー８ａから出射する
可変ビーム露光用ビームの最大面積の１．５〜２．０倍
に制限する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縮小露光用の第１のア
パーチャーおよび可変ビーム露光用の第２のアパーチャ
ーのいずれか一方を選択し、選択されたアパーチャーを
介して露光用ビームを基板上の露光領域に結像させて所
望のパターンを形成するパターン形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ウエハ上に半導体メモリを作
成する場合、メモリセルのように繰り返しがあり、且つ
精度が要求される微細回路パターンと、ダイシングライ
ンやボンディングパッドなど大面積であるので精度をあ
まり必要としないパターンを焼き付ける必要がある。電
子ビーム露光装置によりこの種のパターンを形成する
と、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置に比
べて細い線幅のパターンを焼き付けることができるが、
いわゆる一筆画きでパターンを焼き付けるため、スルー
プットが悪い。そこで、たとえば特開昭６１−８２４２
５号公報に開示されているように、焼き付け対象のパタ
ーンに応じて電子ビームの寸法を変更してスループット
の向上を図ることが試みられている。

【０００３】しかしながら、この方式でも微細パターン
はやはり一筆画きと大差がなく、スループットは上記ス
テッパに代表されるよう縮小投影露光装置には及ばな
い。そこで、ダイシングラインやボンディングパッドな
どの大面積のパターンあるいは、微細ではあるが繰返し
のないランダムなパタ−ンについては従前のように可変
寸法のビームで描画し（本明細書においては、これを可
変ビーム露光と呼ぶ）、一方、繰返しパターンについて
は、基本パターンを複数個含むパターンの形状に対応し
たアパーチャーをマスク上に作成し、マスク上のアパー
チャーに所定寸法のビームを順次に照射し、縮小レンズ
を介してウエハ上に順次に焼き付け（本明細書において
は、これを縮小露光と呼ぶ）、これにより、スループッ
トをステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置に
近づける試みがなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、可変ビ
ーム露光に使用されるビームと縮小露光に使用されビー
ムとでは空間電荷効果がかなり相違し、また、縮小露光
時であっても高密度（入射ビーム面積に対するビーム通
過面積の割合を示すfilling factorが大きい）のビーム
と低密度（filling factorが小さい）のビームとでは空
間電荷効果がかなり相違する。空間電荷効果が相違する
とビームの合焦条件が異なるため、露光ビームを使いわ
けるたびに、すなわち、たとえば縮小露光用の第１のア
パーチャーまたは可変ビーム露光用の第２のアパーチャ
ーを選択するたびに静電レンズなどで焦点調節を行なう
必要があり、スループットの向上が望めない。

【０００５】また、このように静電レンズなどにより焦
点調節を行なうと、基板上のビームの位置がわずかに変
化する。そのため、精度が要求される場合には位置ずれ
の補正を行なう必要があるが、この位置ずれは、基板面
の高さ位置や主偏向、副偏向の値に依存して変化するた
め、補正計算はかなり複雑となる。したがって、演算装
置が複雑となるとともに演算時間もかかり、スループッ
トが低下する。

【０００６】さらに、上述したダイシングラインやボン
ディンングパッドなど大面積ではあるが精度をあまり必
要としないパターンは、１チップあたり２×１０⁶μm²
程度の大きさがあり、１００チップでは２×１０⁸μm²
もの面積となる。１μm×１μmのビームで塗り潰すと、
２×１０⁸ショットを必要とし、１ショット0.5μsとす
ると１００秒を要し、スループットを低下させる。

【０００７】本発明の目的は、可変ビーム露光用ビーム
と縮小露光ビームとの間で空間電荷効果をほぼ同程度と
して、ビームが変るごとに従来必要であった焦点調節を
不要とし、さらには大面積で精度の低い塗り潰しパター
ンのビーム寸法を大きくして高スループット化を図った
パターン形成装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、露光用ビーム
を発生するビーム発生手段と、このビーム発生手段から
発生するビームを整形するビーム整形手段と、縮小露光
用の第１のアパーチャーと可変ビーム露光用の第２のア
パーチャーとが設けられたマスクと、ビーム発生手段か
ら発生し、ビーム整形手段で整形されたビームが第１の
アパーチャーおよび第２のアパーチャーのいずれか一方
に入射するように可変ビームを偏向する偏向手段とを具
備するパターン形成装置に適用される。そして、第１の
アパーチャーから出射する縮小露光用ビームの面積を、
第２のアパーチャーから出射する可変ビーム露光用ビー
ムの最大面積の１．５〜２．０倍に制限することによ
り、上述の目的が達成される。請求項２に係るパターン
形成装置では、可変ビーム露光用ビームの最大面積の４
倍以上の面積を有する塗り潰し用の第３のアパーチャー
をマスクに設け、塗り潰し露光時には、偏向手段により
可変ビームを第３のアパーチャーに入射させ、この第３
のアパーチャーを介して露光用ビームを基板上に結像さ
せるものである。

【０００９】

【作用】第１および第２アパーチャーからそれぞれ出射
されるビーム面積を同一とし、従って、ビーム電流も同
一とすると、縮小露光時に第１のアパーチャーを透過す
るビーム像は一般的には一箇所に集中しているわけでは
なく空間的に分布しているので、縮小露光時のビームの
空間電荷効果は、可変ビーム露光時のビームの空間電荷
効果よりは小さい。そこで、両ビームの空間電荷効果を
ほぼ等しくするためには、縮小露光時に第１のアパーチ
ャーから出射するビーム面積を可変ビーム露光時に第２
のアパーチャーから出射するビーム面積より大きくでき
る。本発明では、縮小露光時に第１のアパーチャーから
出射する露光ビームの面積を可変ビーム露光時に第２の
アパーチャーから出射する露光ビームの面積に比べて約
１．５〜約２．０倍に制限することにより、可変ビーム
露光時も縮小露光時もビームの空間電荷効果をほぼ等し
くして、ビームを変更するごとに焦点調節をする必要が
なくなる。また、請求項２によれば、大面積で精度のあ
まり必要でないパターンは、第２のアパーチャーに入射
される可変ビーム露光用ビームの４倍以上の面積とした
第３のアパーチャーを使用して露光される。したがっ
て、スループットが向上する。

【００１０】

【実施例】図１〜図３により本発明に係るパターン形成
装置について説明する。図１はパターン形成装置の概略
構成を示すものである。図１において、電子銃１から出
力される電子ビームは、図２（ａ）に示すような正方形
開口２ａが開けられた第１のアパーチャーマスク２で矩
形のビームに整形される。この矩形ビームはコンデンサ
レンズ３で第２のアパーチャーマスク４上に結像され
る。

【００１１】第２のアパーチャーマスク４には、図２
（ｂ）に示すように１６個の矩形開口が設けられてお
り、本実施例ではその内の１つの開口４ａが可変ビーム
露光用の小さい矩形開口であり、１４個の開口４ｂが縮
小露光用の大きな矩形開口であり、さらに残りの１つの
開口４ｃは塗り潰し露光用の大きな矩形開口である。

【００１２】可変ビーム露光用の矩形開口４ａは、その
面積が縮小露光用の矩形開口４ｂの面積の１／４になる
ように定められている。これにより、従来のように可変
ビーム露光用ビームの面積を縮小露光用ビームの矩形開
口４ｂと同様の大きな面積にした場合に比べて、第２の
アパーチャーマスク４から後述するマスク８へビームが
走行する間の空間電荷効果を１／４に低減できる。

【００１３】第１のアパーチャーマスク２と第２のアパ
ーチャーマスク４との間にはアパーチャー選択偏向器５
ａ、５ｂが設けられ、この偏向器５ａ、５ｂにより第１
のアパーチャーマスク２を通過する矩形ビームを偏向さ
せて、第２のアパーチャーマスク４上のいずれか１つの
開口を選択する。なお、偏向時にクロスオーバー像５１
が動かないように、偏向器５ａ、５ｂの感度比が設定さ
れている。

【００１４】ここで、図２（ｂ）に示すように、第２の
アパーチャーマスク４の矩形開口４ｂの開口寸法をａ、
そのピッチをｂとするとき、第２のアパーチャーマスク
４上に形成される第１のアパーチャーマスク２の開口２
ａの像２ａ’の大きさがａ＋ｂとなるように第１のアパ
ーチャーマスク２の開口２ａの寸法が決められている。
したがって、基板への露光に際して、偏向器５ａ、５ｂ
の印加電圧が正しい値に整定されるまで露光を待機する
必要はなく、第２のアパーチャーマスク４上の像２ａ’
の位置精度が±ｂ／２の範囲内に入れば露光動作を開始
することができる。

【００１５】第２のアパーチャーマスク４で再整形され
たビームは整形レンズ対６，７によりマスク８上に結像
する。図２（ｃ）において、符号８ａは第２のアパーチ
ャーマスク４の開口４ａに対応する可変ビーム露光用開
口であり、繰り返しの無いパタ−ンを露光するときに用
いられる。８ｃは大面積で精度もあまり必要でないパタ
ーンの塗り潰し用開口であり、ダイシングラインなどの
比較的大きな面積のパターンを露光するときに使用され
る。

【００１６】図２（ｃ）において、点線で示す１４個の
領域８ｂは縮小露光時に使用されるステンシルマスク形
成可能領域であり、たとえばコンタクトホールのように
filling factor（入射ビーム面積に対するビーム通過面
積の割合）が小さいパターンを露光するためには、点線
で示す最大面積の領域のほぼ全域に露光用のアパーチャ
ーを設ける。これに対して、微細回路パターンのように
filling factorが大きいパターンを露光するためには、
点線で示す最大面積の領域の中央部の比較的小さい領域
に微細パターンに対応するアパーチャーを設ける。

【００１７】微細パターンを設けるマスク形成可能領域
８ｂの面積は、たとえばfilling factorが７０％以上の
場合には可変ビームの最大面積とほぼ等しく設定し、た
とえばfilling factorが１０％以下の場合には可変ビー
ムの最大面積の約２倍に設定することが好ましい。した
がって、当然にfilling factorが７０％以上の場合に
は、可変ビームの最大面積とほぼ等しい面積の縮小露光
用ビームをマスク８の該当するアパーチャーに入射さ
せ、filling factorが１０％以下の場合には可変ビーム
の最大面積の約２倍の面積の縮小露光用ビームをマスク
８の該当するアパーチャーに入射させるようにする。こ
うすることにより、縮小露光時のビームの密度にかかわ
らず、また、縮小露光か可変ビーム露光かにかかわら
ず、常にビームの空間電荷効果をほぼ一定にすることが
できる。

【００１８】第２のアパーチャーマスク４の開口４ｂの
寸法は次のように決定される。すなわち、マスク８上の
ステンシルマスクが設けられる領域８ｂの寸法をＡ、こ
れらの領域間の間隔をＢとすると、開口４ｂのマスク８
上での像４ｂ’の寸法がＡ＋Ｂとなるように開口４ｂの
寸法が決定される。したがって、上述したと同様に、マ
スク８上の像の位置は±Ｂ／２の範囲内に入っていれ
ば、整形レンズ対６、７に電流変動があっても、また、
偏向器５ａ、５ｂの印加電圧が充分に整定されていなく
ても問題はない。

【００１９】ここで、マスク８は第２のアパーチャーマ
スク４と光学的に共役の位置にあり、偏向器５ａ、５ｂ
の印加電圧を制御して第２のアパーチャーマスク４の開
口のいずれか１つを選択すると、両者の結像関係から自
動的にいずれか１つのステンシスマスクが選択される。
なお。９は、クロスオーバー像位置に設けられた可変ビ
ーム用偏向器であり、ｘおよびｙ方向のビ−ム寸法を独
立に変化させることができる。

【００２０】整形レンズ対６、７はクロスオーバ像１０
に対して点対称に設けられ、かつ磁場の方向が互に逆方
向となるように励磁電流が等しい値で通電される。この
ような条件により、アパーチャー４の面とマスク８の面
の間の歪が最小に抑えられ、４×４個や５×５個のステ
ンシルマスクを設けてもなんら問題は生じない。

【００２１】マスク８で最終的に整形された露光ビーム
は縮小レンズ１１、対物レンズ１２で約１／４０に縮小
され、さらに偏向器１４により基板１３上の所定露光領
域に入射される。また、１５ａ、１５ｂは静電偏向器で
あり、ビームを高速でオン・オフするブランキング動作
を行うものである。このブランキングの過渡時にビーム
像が基板１３上で移動しないように、マスク８を偏向支
点としてビ−ムを偏向する。そして、露光時には、副偏
向器１６によりビームを高速に偏向させてウエハ１３上
の所定露光領域内でパターンを描画する。図３に示すよ
うに、ウエハ１３上において、縮小露光用ビームによる
焼き付けパターン６１は可変ビーム露光用ビームによる
描画領域６２から所定距離だけ離れて形成される。

【００２２】以上のように構成した実施例では次の様な
効果が得られる。マスク８の縮小露光用アパーチャー領
域８ｂから出射する縮小露光用ビームの面積を、可変ビ
ーム露光用アパーチャー領域８ａから出射する可変ビー
ム露光用ビームの最大面積の１．５〜２．０倍に制限し
たので、縮小露光時の露光ビーム像の空間電荷効果によ
るボケを可変ビーム露光時の露光ビーム像のそれとほぼ
同程度にでき、高精度なパターン形成が可能となる。ま
たその結果、可変ビーム露光時と縮小露光時の合焦状態
の変動が少なくなり、縮小露光と可変ビーム露光を切換
えるごとに焦点調節をする必要がなくなり、また、焦点
調節にともなう像位置のずれが発生しないために位置補
正演算も必要なく、したがってスループットが向上す
る。

【００２３】また、第２のアパーチャーマスク４上の可
変ビーム露光用開口４ａの面積を縮小露光用開口４ｂの
１／４にしたので、第２のアパーチャーマスク４とマス
ク８との間でビームが走行する時の空間電荷効果が小さ
くでき、可変ビーム露光時のビームのボケを小さくでき
て高精度のパターン形成が可能となる。

【００２４】さらに、マスク８に塗り潰し用開口８ｃを
設け、その面積を、可変ビーム露光時に使用できる可変
ビームの最大面積の４倍程度にしたので、ダイシングラ
インやボンディングパッドなど、大面積で精度が必要の
ないパターンを従来よりも短時間に形成でき、スループ
ットが向上する。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、縮小露光時に第１のアパーチャーから出射する露
光ビームの寸法を可変ビーム露光時の露光ビームの寸法
に比べて約１．５〜約２．０倍に制限したので、可変ビ
ーム露光時も縮小露光時もビームの空間電荷効果がほぼ
等しくなり、ビームを変更するごとに焦点調節をする必
要がなくなり、焦点調節不要により位置ずれ補正演算も
不要となり、スループットが向上する。また、請求項２
によれば、大面積で精度のあまり必要でないパターン
は、第２のアパーチャーから出射される可変ビーム露光
用ビームの４倍以上の面積を有する第３のアパーチャー
を使用して露光されるようにしたので、スループットが
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパターン形成装置の一例の概略構
成を示す図

【図２】第１および第２のアパーチャーマスク２，４と
マスク８の開口を説明する図

【図３】基板上における可変ビーム露光領域と縮小露光
領域とを示す図

【符号の説明】

１電子銃２第１のアパーチャーマスク４第２のアパーチャーマスク４ａ可変ビーム露光用開口４ｂ縮小露光用開口５ａ，５ｂアパーチャー選択偏向器８マスク８ａ可変ビーム露光用開口８ｂ縮小露光用アパーチャー形成領域８ｃ塗り潰し用開口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用ビームを発生するビーム発生手段
と、このビーム発生手段から発生するビームを整形するビー
ム整形手段と、縮小露光用の第１のアパーチャーと可変ビーム露光用の
第２のアパーチャーとが設けられたマスクと、前記ビーム発生手段から発生し、前記ビーム整形手段で
整形されたビームが前記第１のアパーチャーおよび第２
のアパーチャーのいずれか一方に入射するように可変ビ
ームを偏向する偏向手段とを具備するパターン形成装置
において、前記第１のアパーチャーから出射する縮小露光用ビーム
の面積を、前記第２のアパーチャーから出射する可変ビ
ーム露光用ビームの最大面積の１．５〜２．０倍に制限
したことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】請求項１のパターン形成装置において、可変ビーム露光用ビームの最大面積の４倍以上の面積を
有する塗り潰し用の第３のアパーチャーを前記マスクに
設け、塗り潰し露光時には、前記偏向手段により前記可
変ビームを前記第３のアパーチャーに入射させ、この第
３のアパーチャーを介して前記露光用ビームを前記基板
上に結像させることを特徴とするパターン形成装置。