JPH06291025A - 電子ビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 キャラクタアパーチャを用いることなしに、
キャラクタプロジェクション方式と同様の露光を行うこ
とができ、キャラクタプロジェクション方式よりもスル
ープットを向上できる電子ビーム露光装置を提供するこ
と。 【構成】 被露光体に所望のパターンを露光する電子ビ
ーム露光装置において、電子ビームのオン・オフを独立
に制御可能な複数の電子ビーム源を２次元配置し、これ
らの電子ビーム源を選択的に駆動して所望パターンの成
形ビームを放出する電子ビーム発生基板１０と、この電
子ビーム発生基板１０から放出された成形ビームに対し
て加速，収束及び偏向の制御を行う電子光学構造体２
２，２３，２４と、この電子光学構造体２２，２３，２
４を通した成形ビームによって露光される被露光体２６
を平面内で移動させる試料台とを備えたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム露光装置に
係わり、特に所望パターンの成形ビームを用いて被露光
体を露光する電子ビーム露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子のパターンの微細化に
伴って、リソグラフィ装置としての電子ビーム露光装置
が必須となってきている。この電子ビーム露光装置は、
光ステッパよりも解像度が高いという特徴があるもの
の、光ステッパのような一括露光ができないためスルー
プットが低い。このため、いかにしてスループットを上
げるかが重要な問題となる。

【０００３】電子ビーム露光装置におけるスループット
を向上させるために、独立に制御可能な多電子ビーム源
を並列に作動させ、複数の領域を同時に露光するものが
提案されている（特開昭 63-269522号，特開昭57-76837
号公報）。また、露光パターンに応じたアパーチャを予
め多数個作っておき、この中から選択的に、電子ビーム
源から発生させたビームを当ててビームの成形を行い、
このビームを使って被露光体の露光を行う方式（キャラ
クタプロジェクション方式）も提案されている。

【０００４】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、前記の多電子ビーム源を
作動させて露光する装置では、複数の露光領域（例えば
チップ領域）を同時にビーム走査するために、電子光学
構造体により多電子ビーム源からのビームを同時に偏向
している。この場合、電子レンズや偏向系による磁界を
広い範囲で均一に制御することは極めて難しく、電子光
学構造体の中央部と周辺部でビームの偏向量にずれが生
じ、従って高精度の露光は行えない。また、複数チップ
に相当する範囲にビームを放出させ偏向制御するため
に、これらの領域を囲む電子レンズが大型化せざるを得
ず、ひいては電子光学構造体の大型化を招くことにな
る。

【０００５】一方、キャラクタプロジェクション方式で
は、従来からの電子光学構造体を使ってスループットの
向上が図れるが、予め作って構造体内に入れられるアパ
ーチャの数は限られるため、スループットの向上には限
界がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、多電
子ビーム源を作動させて複数の領域を同時に露光する装
置においては、電子光学構造体の中央部と周辺部でビー
ムの偏向量にずれが生じて露光精度の低下を招いたり、
電子光学構造体の大型化を招く問題があった。また、キ
ャラクタプロジェクション方式では、電子光学構造体内
に入れられるアパーチャの数が限られるためスループッ
トの向上には限界があった。

【０００７】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、露光精度の低下や電子
光学構造体の大型化を招くことなく、多電子ビーム源を
用いてキャラクタプロジェクション方式と同様の露光を
行うことができ、かつキャラクタプロジェクション方式
よりもスループットを向上できる電子ビーム露光装置を
提供することにある。

【０００８】また、本発明の別の目的は、電子ビームを
用いて一括露光することができ、光ステッパと同程度の
スループットを達成し得る電子ビーム露光装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、電子ビ
ーム源が２次元配置された電子ビーム発生基板を用い
て、キャラクタアパーチャを用いることなしに所望形状
の成形ビームを形成すことにある。

【００１０】即ち、本発明（請求項１）は、被露光体に
所望のパターンを露光する電子ビーム露光装置におい
て、電子ビームのオン・オフを独立に制御可能な複数の
電子ビーム源を２次元配置し、これらの電子ビーム源を
選択的に駆動して所望パターンの成形ビームを放出する
電子ビーム発生基板と、この電子ビーム発生基板から放
出された成形ビームに対して加速，収束及び偏向等の制
御を行う電子光学構造体と、この電子光学構造体を通し
た成形ビームによって露光される被露光体を平面内で移
動させる手段とを具備してなることを特徴とする。

【００１１】また、本発明（請求項２）は、被露光体に
所望パターンを露光する電子ビーム露光装置において、
被露光体の露光に必要なパターンが形成されたマスク
と、このマスクに光を照射して得られる光ビームを縮小
する光学レンズと、この光学レンズにより前記マスクの
パターンが結像される位置に設けられ、光が当たると電
子を放出する光電変換材料面を有し、光ビームのパター
ンに応じたパターン形状を持つ電子ビームを発生する光
電変換部と、この光電変換部から放出された電子ビーム
に対して収束，縮小及び偏向の制御を行う電子光学構造
体と、この電子光学構造体を通した成形ビームによって
露光される被露光体を平面内で移動させる手段とを具備
してなることを特徴とする。ここで、本発明の望ましい
実施態様としては、次のものが上げられる。

【００１２】(1) 電子ビーム発生基板内の全電子ビーム
源から僅かに電子を放出させていて、所望の形状に対応
した電子ビーム源からはさらに多くの電子を放出するよ
うにして、成形ビーム強度分布にコントラストを付けた
成形ビームを形成すること。 (2) 被露光体を移動させながら被露光体を露光するこ
と。

【００１３】(3) マスク上の複数の領域に異なる所望パ
ターンを形成しておき、マスクのいずれかの領域を選択
して光を照射し、該領域のパターンを持つ光ビームを発
生させること。

【００１４】

【作用】本発明（請求項１）によれば、電子ビーム発生
基板から任意の形状をした電子ビームが得られ、このビ
ームを従来の縮小偏向電子光学レンズ等により制御する
ので、大きな技術的困難なしにキャラクタプロジェクシ
ョン方式と同様に、所望パターンの成形ビームで露光す
ることができる。しかも、キャラクタプロジェクション
方式とは異なり、形成するパターン種が多くなってもア
パーチャを交換する必要もないので、スループットを向
上させることができる。また、多電子ビーム源からのビ
ームを複数の露光領域で同時にビーム走査するのではな
く、該ビームで成形ビームを形成してショット露光を行
うので、露光精度の低下や電子光学構造体の大型化を招
くこともない。

【００１５】また、本発明（請求項２）によれば、従来
から光ステッパで使われているマスクに光を選択照射し
て所望のパターン形状を持つ光ビームを形成し、これを
光学レンズを用いて縮小し、光が当たると電子を放出す
る光電変換材料面に照射し、所望のパターン形状を持つ
電子ビームを形成し、電子ビームを電子光学構造体を使
って収束，縮小，偏向制御して、移動又は停止している
被露光体をショット露光するようにしている。このよう
な装置では、大面積のパターン情報を持つ電子ビームが
容易に得られるため、従来のスポットビームを並列させ
て同時露光していくマルチビーム露光装置やキャラクタ
ービームを使ってセル毎にショットしていくキャラクタ
プロジェクション方式の露光装置に比べてスループット
を著しく向上させることができる。

【００１６】

【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。図１は本発明の第１の実施例に係わる電子ビ
ーム露光装置の概略構成を示す図で、図２は電子ビーム
発生基板の具体的構成を示す図である。

【００１７】電子ビーム発生基板１０は、基台１１に多
電子ビーム源１２をマトリックス配置し、さらに基台１
１に引き出し電極１３及び加速電極１４を対向配置した
ものである。より具体的には、例えば公報（特開昭 54-
111272号，特開昭56-15529号，特開平3-225721号）等に
記載のガラス，半導体等の基板を用い、この基板内に約
２μｍピッチで電子ビーム源１２が半導体製造プロセス
技術を使って、各電子ビーム源１２が独立に制御できる
ような電圧印加配線まで含めて作製される。そして、こ
の電子ビーム発生基板１０内の各電子ビーム源１２は、
選択駆動回路２１によって選択的に駆動される。

【００１８】図３に、電子ビーム発生基板１０による成
形ビーム発生原理を模式的に示す。図３（ａ）に示すよ
うに電子ビーム源１２がマトリックス配置されているも
のとし、選択駆動回路２１により電子ビーム源１２を選
択的に駆動し、所望するパターンに合わせて電子ビーム
源１２をオンする。図３（ｂ）中の丸印がオンの電子ビ
ーム源、×印がオフの電子ビーム源とする。これによ
り、電子ビーム発生基板１０からは図３（ｃ）に示すよ
うなパターンの成形ビームが得られる。

【００１９】電子ビーム発生基板１０から放出された成
形ビームは、第１及び第２のビーム収束レンズ２２，２
３により収束縮小され、Ｘ，Ｙ方向に移動可能な試料台
（図示せず）上に載置された被露光基板２６に照射され
る。被露光体２６は、例えば半導体ウェハの表面に電子
ビームレジストを塗布形成したものである。第２の収束
レンズ２３と被露光基板２６との間には、成形ビームを
Ｘ，Ｙ方向に偏向するための偏向電極２４ａ，２４ｂか
らなる２次元偏向器２４が設けられている。そして、選
択駆動回路２１，レンズ２２，２３，偏向器２４及び試
料台等は、計算機２０によって制御管理されるものとな
っている。

【００２０】このような構成の装置では、選択駆動回路
２１によって逐次露光パターンに応じた成形ビームが電
子ビーム発生基板１０から放出される。放出された成形
ビームは第１及び第２のビーム収束装置２２，２３によ
って収束縮小され、さらに２次元偏向器２４によって偏
向されて２次元ラスタ移動している被露光体２６に照射
される。これによって、被露光体２６の全面に所望のパ
ターンが露光されることになる。

【００２１】電子ビーム発生基板１０で形成される電子
ビームは、例えば２μｍピッチのマトリクスドットビー
ム源から放出されるため、第１及び第２の収束装置２
２，２３での縮小率が小さいと成形ビームの強度分布に
ドット状の凹凸が生じるため、微細パターンの形成に当
たってはこのドット状の凹凸が生じないだけの縮小率を
確保しなければならない。０．１μｍ幅以下のパターン
露光機能が要求される電子ビーム装置では少なくとも１
桁以上の縮小が必要になる。

【００２２】電子ビーム発生基板１０の各電子ビーム源
１２から放出される電子ビームの放出特性は、一般に図
４に示すようになる。即ち、印加電圧Ｅの増大に伴いビ
ーム電流Ｉも大きくなる。

【００２３】ところで、前述した公報（特開昭 54-1112
72号，特開昭56-15529号，特開平3-225721号）等に記載
の電子ビーム源では、各ビーム源からの電子放出をオン
・オフ制御することは極めて難しい。具体的には、ビー
ム電流０のオフ状態からオン状態にしても，瞬時にオン
状態のビーム電流になるのではなく、オン状態のビーム
電流に安定するまでに時間が掛かる。

【００２４】これを解決するために本実施例では、バイ
アス電圧印加によるバイアス露光法を適用している。即
ち、全電子ビーム源１２には予め僅かな電子が放出され
るような初期電圧Ａを印加しておく。これに対して所望
の露光パターンを露光する際には、必要な箇所の電子ビ
ーム源１２にだけ選択駆動回路１３によってさらに電圧
Ｂを印加し、ビーム強度分布にコントラストを持たせ被
露光体２０にパターンが形成できるようにする。このよ
うな強度分布を持つビームを使って被露光体を露光する
と、電子ビーム露光装置特有の問題である近接効果に対
しても良い対策を兼ねることになる。

【００２５】なお、先に形成された被露光体上の３次元
構造とのアライメントが必要な場合には、１つの電子ビ
ーム源から放出された電子ビームを被露光体上のアライ
メントマークに照射して信号を取り、重ね合わせを行え
ばよい。また、電子ビーム発生基板１０上の全電子ビー
ム源１２の座標位置は、各ビームを偏向すること無しに
試料台を移動させて被露光体基板上の単一マークに照射
して同一信号が得られる際のマーク位置を例えばレーザ
干渉計を使って読み取れば容易に決定できる。

【００２６】また、本実施例における電子ビーム源１２
からの各ビームの位置は極めて狭い範囲にあり、光学系
の歪みによる影響は殆どない。しかし、より高精度の露
光を行うには、光学系の歪みによる影響を考慮して、電
子ビーム源１２の形成位置を正確なマトリックス位置か
ら歪みの分だけずらして配置すればよい。

【００２７】このように本実施例によれば、電子ビーム
発生基板１０から任意の形状をした電子ビームを得るこ
とができ、このビームを収束レンズ２２，２３により収
束して被露光体２６に照射しているので、従来のキャラ
クタプロジェクション方式と同様に、特定のパターンを
一括して露光することができる。そしてこの場合、電子
光学構造体は従来構成と何等変更する必要はなく、大き
な技術的困難なしに実現することが可能であり、しかも
露光精度が低下したり光学構造体の大型化を招くことも
ない。また、通常のキャラクタプロジェクション方式と
は異なりキャラクタアパーチャを必要としないので、形
成するパターン種が多くなってもアパーチャを交換する
必要もなく、これにより通常のキャラクタプロジェクシ
ョン方式以上にスループットを向上させることができ
る。

【００２８】図５は、本発明の第２の実施例に係わる電
子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。図中３１
はレチクルマスクであり、その表面には被露光体３２の
露光に必要な少なくとも１つの露光パターン３３が形成
されている。ここでは、レチクルマスク３１には図６に
示すように、１チップのパターンが４層分（３３ａ，３
３ｂ，３３ｃ，３３ｄ）形成されているものとする。こ
のレチクルマスク３１の作製方法は、光ステッパで使用
されるレチクルマスクの作製方法と全く同一である。レ
チクルマスク３１は光源３４に対してＸ，Ｙ平面内で自
在に移動できるように支持台４４に載置されており、こ
のレチクルマスク３１の移動によって露光に必要な露光
パターン３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを選択する。

【００２９】レチクルマスク３１の上方には、例えば紫
外線を放出する光源３４がシャッタ４５を介して設置さ
れている。レチクルマスク３１の下方には紫外線を縮小
する光学レンズ群３５があり、レチクルマスク３１を通
過してパターン情報を持つ紫外線３６が光学レンズ群３
５によって縮小され真空容器３７内に設置された光電子
変換部３８に、例えば石英ガラス３９で密閉された開口
４０を通して照射される。光電変換部３８は、例えば透
明基板上に光電変換材料面を形成したもので、光が当た
ると電子を放出するようになっている。このため、パタ
ーン情報を持つ紫外線３６が照射された光電子変換部３
８からは、紫外線３６の形状に応じた電子ビーム４１が
放出される。

【００３０】電子ビーム４１は電子光学構造体４２によ
り収束，縮小，偏向制御され、Ｘ，Ｙ方向に移動可能な
試料台４３に載置された被露光体３２に照射される。試
料台４３のＸ，Ｙ方向に位置は、例えばレーザ干渉計に
よって正確に測定される。

【００３１】このように構成された電子ビーム露光装置
の動作について説明する。支持台４４を動かして光源３
４の真下に所望の露光パターン、例えば３３ａを設置す
る。一定時間シャッタ４５を開けて紫外線をレチクルマ
スク３１の３３ａに照射し、光学レンズ群３５を通して
縮小されたパターン情報を持つ紫外線３６を作り、これ
を真空容器３７内に設置された光電子変換部３８に当て
る。光電子変換部３８からは紫外線３６のパターン情報
に応じてその表面から電子ビーム４１が放出される。放
出された電子ビーム４１は電子光学構造体４２によって
収束，縮小，偏向制御されて試料台４３上に載置された
被露光体３２の所定位置に照射される。露光が終了する
と試料台４３が移動して被露光体３２が次の露光位置に
運ばれ、次の露光が実行される。このようにして露光が
被露光体３２の全面に行われる。

【００３２】次に、レチクルマスク３１上の露光パター
ン３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ間の重ね合わせ露光
について説明する。露光パターン３３ａ，３３ｂ，３３
ｃ，３３ｄ内には予めアライメントマーク４６（４６
ｑ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ）が入れ込まれているもの
とする。アライメントマーク４６は、それぞれの露光パ
ターン１３の各４辺に十字型マーク４８を形成したもの
とする。

【００３３】まず、露光パターン３３ａが被露光体３２
に照射され、例えばその表面に塗布されたレジストが露
光され、このレジストがマスクとなって被露光体３２上
にパターンが形成され、アライメントマーク４６が同時
に形成される。このアライメントマーク４６が形成され
た被露光体３２上に露光パターン３３ｂを重ね合わせす
る動作について、以下に述べる。

【００３４】レチクルマスク３１が載置された支持台４
４を移動させて光源３４の真下に露光パターン３３ｂを
配置する。露光パターン３３ｂには、露光パターン３３
ａのアライメントマーク位置と同じ位置にアライメント
マーク４６ｂが設けられている。露光パターン３３ｂの
アライメントマーク４６ｂ領域のみをシャッタ４５の一
部を開口して照明する。この結果、露光パターン３３ａ
のアライメントマーク４６ａと同一形状の光ビームが得
られる。

【００３５】この光ビームは光学レンズ群３５によって
縮小され真空容器３７内に設置された光電子変換部３８
に当てられ、アライメントマーク４６ａと同一形状の電
子ビームが放出される。この電子ビームを電子光学構造
体４２により集束，縮小，偏向制御して、先に被露光体
３２上に作られたアライメントマーク４６ａに照射す
る。

【００３６】この際に発生する反射電子を、例えば電子
光学構造体４２の内部に設けられた反射電子検出器（図
示せず）で検出し、レーザ干渉計で読み取られたアライ
メントマーク位置４６ａとの関係からずれ量を検出し、
そのずれ量を電子光学構造体４２に補正信号として与
え、アライメント誤差が許容値以内におさめる。この状
態でシャッタ４５を全面開口し露光パターン４３ｂを被
露光体３２上の露光パターン３３ａ上に重ね照射する。
この操作を被露光体３２全面に渡って繰り返し全面の露
光を行う。

【００３７】このように本実施例では、従来から光ステ
ッパで使われているレチクルマスクに光を選択照射して
所望のパターン形状を持つ光ビームを形成し、これを光
学レンズを用いて縮小し、光が当たると電子を放出する
光電変換材料面に照射し、所望のパターン形状を持つ電
子ビームを形成し、電子ビームを電子光学構造体を使っ
て収束，縮小，偏向制御して、移動又は停止している被
露光体をショット露光するようにしている。

【００３８】従って、このような装置では大面積のパタ
ーン情報を持つ電子ビームが容易に得られるため、従来
のスポットビームを並列させて同時露光していくマルチ
ビーム露光装置やキャラクタビームを使ってセル毎にシ
ョットしていくキャラクタプロジェクション方式の露光
装置に比べてスループットを著しく向上させることがで
きる。

【００３９】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。図５では所望の電子ビームの発生の有無
はシャッタの開閉とレチクルマスクの移動によって行う
ように構成しているが、例えばポリゴンミラーを使って
光を走査して所望の電子ビームが得られるようにしても
よいことは勿論である。さらに、光電子変換材料は電子
の放出量が時間と共に減少するため、真空容器内で移動
できるようにして放出量が許容値以下になったら光が当
たる部分を変えて寿命を延ばしてもよいことは勿論であ
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。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明（請求項１）
によれば、電子ビーム発生基板から任意の形状をした電
子ビームが得られ、このビームを従来の縮小偏向電子光
学レンズを使って制御するので、キャラクタプロジェク
ション方式と同様の露光を行うことができ、しかも大き
な技術的困難無しに露光スループットを著しく向上させ
ることができる。

【００４１】また、本発明（請求項２）によれば、従来
から光ステッパで使われているマスクに光を選択照射し
て所望のパターン形状を持つ光ビームを形成し、これを
縮小して光電変換部に照射し所望のパターン形状を持つ
電子ビームを形成しているので、大面積のパターン情報
を持つ電子ビームを容易に得ることができる。このた
め、従来のスポットビームを並列させて同時露光してい
くマルチビーム露光装置やキャラクタービームを使って
セル毎にショットしていくキャラクタプロジェクション
方式の露光装置に比べて、スループットを著しく向上さ
せることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わる電子ビーム露光
装置の概略構成を示す図。

【図２】第１の実施例に用いた電子ビーム発生基板の具
体的構成を示す図。

【図３】電子ビーム発生基板による成形ビーム発生原理
を説明するための図。

【図４】電子ビーム発生基板の各電子ビーム源から放出
される電子ビームの放出特性を示す図。

【図５】本発明の第２の実施例に係わる電子ビーム露光
装置の概略構成を示す図。

【図６】第２の実施例に用いたレチクルマスクの構成を
示す図。

【符号の説明】

１０…電子ビーム発生基板 １１…基台 １２…電子ビーム源 １３…引き出し
電極 １４…加速電極 ２０…計算機 ２１…選択駆動回路 ２２，２３…ビ
ーム収束レンズ ２４…偏向電極 ２６…被露光体 ３１…レチクルマスク ３２…被露光体 ３３…露光パターン ３４…光源 ３５…光学レンズ群 ３６…紫外線 ３７…真空容器 ３８…光電変換
部 ３９…石英ガラス ４０…開口 ４１…電子ビーム ４２…電子光学
構造体 ４３…試料台 ４４…支持台 ４５…シャッタ ４６…アライメ
ントマーク ４８…十字型マーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高松 潤 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 馬越 俊幸 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームのオン・オフを独立に制御可能
   な複数の電子ビーム源を２次元配置し、これらの電子ビ
   ーム源を選択的に駆動して所望パターンの成形ビームを
   放出する電子ビーム発生基板と、この電子ビーム発生基
   板から放出された成形ビームに対して加速，収束及び偏
   向の制御を行う電子光学構造体と、この電子光学構造体
   を通した成形ビームによって露光される被露光体を平面
   内で移動させる手段とを具備してなることを特徴とする
   電子ビーム露光装置。
2. 【請求項２】被露光体の露光に必要なパターンが形成さ
   れたマスクと、このマスクに光を照射して得られる光ビ
   ームを縮小する光学レンズと、この光学レンズにより前
   記マスクのパターンが結像される位置に設けられ、光が
   当たると電子を放出する光電変換材料面を有し、前記光
   ビームのパターンに応じたパターン形状を持つ電子ビー
   ムを発生する光電変換部と、この光電変換部から放出さ
   れた電子ビームに対して収束，縮小及び偏向の制御を行
   う電子光学構造体と、この電子光学構造体を通した成形
   ビームによって露光される被露光体を平面内で移動させ
   る手段とを具備してなることを特徴とする電子ビーム露
   光装置。