JPH0850874A

JPH0850874A - 荷電粒子投射方法および装置

Info

Publication number: JPH0850874A
Application number: JP6188085A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Kawanami; 義実川浪; Kaoru Umemura; 馨梅村; Yuichi Madokoro; 祐一間所
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-08-10
Filing date: 1994-08-10
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】荷電粒子投射装置においてマスクの交換にかか
る時間を短縮する手段を提供する。【構成】マスク４上に複数のブロックに分けてパターン
を配置し、これをステージ５でステップ移動させてブロ
ックの場所を切り替える。この切り替えにおいてステー
ジの測長システム５２で検出されたマスク４の位置ずれ
は位置補正偏向器６８で荷電粒子ビームを偏向すること
により試料上で補正される。【効果】マスクの交換作業が省略され、加工のスループ
ットを向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオンや電子を用いた微
細加工装置等において利用される荷電粒子ビーム投射方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子投射装置は、荷電粒子ビームで
照明したマスク上の（荷電粒子の透過する貫通孔または
穴の）パターンを、レンズで縮小して試料上に投射する
装置である。上記の荷電粒子照射で試料に生じる物理的
または化学的な変化を利用して試料上に微細なパターン
の加工を施す。

【０００３】従来例としては、イオンでマスクのパター
ンを試料に投射するイオン投射リソグラフィ装置が特開
平2−65117号に開示されている。上記従来例には、ター
レット式のマスク交換機構が示されている。この機構が
必要なのは、試料に投射すべき全パターンを一度に投射
するだけの大きい荷電粒子用レンズが作れないために、
このパターンを複数のマスクに分割して行うためであ
る。

【０００４】マスクの交換作業は、マスクの基準位置検
出や回転補正のための荷電粒子ビームによるマスク上の
マークの検出などの複雑で時間のかかる作業を含んでい
る。このため上記従来の技術によれば、マスクの交換の
度に行うそれらの作業に多くの時間がかかるので、試料
の加工のスループットが低くなるという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、荷電
粒子投射装置においてマスクの交換にかかる時間を短縮
する方法および手段を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は荷電粒子投射
装置において、以下のような改良をすることで達成され
る。

【０００７】（１）一つのマスク上に、試料に投射すべ
き全パターンを、一度に投射可能な略一定の大きさの複
数のブロックに分割，分離して、あらかじめ決められた
位置に配置する。

【０００８】（２）マスクステージにおいて、マスクを
水平方向に上記ブロックの単位でステップ移動する機構
を設けるとともに、マスクの相対位置を検出する測長シ
ステムを備える。

【０００９】（３）上記測長システムで測定されたマス
クの位置ずれを投射荷電粒子ビームの位置補正用偏向器
に伝え、試料上での荷電粒子ビームの投射位置を補正す
る。

【００１０】

【作用】上記手段により、従来複数のマスクの交換によ
っていた作業を、一つのマスクのステップ移動とその位
置ずれ補正という作業に置き換える。すなわち、必要に
応じてマスクをブロック単位であらかじめ決められてい
る量だけステージにより移動する。この際のマスクの位
置ずれはステージの測長システムで瞬時に測定され、投
射荷電粒子ビームの位置補正用偏向器に伝えられる。こ
れによりマスクの移動による位置ずれは試料上で自動的
に補正される。時間のかかる荷電粒子ビームによるマス
ク上のマーク検出は、基準位置設定のためにマスクをス
テージにセットしたときに一度行うだけでよい。

【００１１】

【実施例】本発明のイオン投射リソグラフィ装置におけ
る実施例を図１を用いて説明する。イオン源１より引き
出されたイオンビーム２は照射光学系３により、マスク
４に照射される。マスク４はマスクのステージ５に保持
されている。マスク４にはパターンを持つ貫通孔が設け
られている。マスクを透過したイオンビームは投射光学
系６により試料７に照射される。試料７は試料ステージ
８により微動可能に保持されている。

【００１２】ここで、照射光学系３はわずかにイオンビ
ーム２を収束するレンズ（静電レンズ）３０や、制限ア
パチャ３２，ＥｘＢ質量分離器３４等で構成されてい
る。また投射光学系６は２段の投射レンズ（静電レン
ズ）６０，６２で主に構成されており、マスク４の像を
試料上に縮小して投射するように配置されている。イオ
ンビーム２はブランキング偏向器６４によりブランキン
グアパチャ６６上で偏向されることにより試料７から遮
断される。質量分離器３４で分離されたイオンもブラン
キングアパチャ６６により試料７から遮断される。また
位置補正偏向器６８によりイオンビーム２を試料７上で
偏向することにより投射されるマスクの像位置が補正さ
れる。

【００１３】試料ステージ８にはレーザ測長システム８
２が備えられており、試料ステージ８の位置ずれを位置
補正演算器９０に伝える。なお、イオンビーム２の試料
７上での加速電圧は５０ｋＶである。一度に投射可能な
マスク上の大きさは２５ミリ角であり、投射の縮小率は
５分の１である。また、イオン源１にはＧａ（ガリウ
ム）液体金属イオン源を採用しており、質量分離により
同位体イオンを分離している。

【００１４】本実施例の特徴は、上記のようなイオン投
射リソグラフィ装置において、複数のマスクの交換によ
っていた作業を一つのマスクのステップ移動と位置ずれ
補正という作業に置き換える次のような改良を行ったこ
とにある。

【００１５】（１）マスク４上に投射する全パターンを
一度に投射可能な大きさ(２５ミリ角)の複数のブロック
に分けて配列した（６ブロックを３０ミリ間隔で２次元
に配列した）。

【００１６】（２）マスクステージ５にマスク４をステ
ップ移動する機構を搭載し、これに測長システム５２を
備えた。

【００１７】（３）前記測長システム５２で検出したマ
スク４の位置ずれを位置補正演算器９０に伝える。

【００１８】（４）位置補正演算器９０は位置補正偏向
器６８に試料の位置ずれとマスクの位置ずれを同時に補
正させる。

【００１９】ここで、８インチの半導体ウエファを試料
として、これにＧａイオンを１０の１２乗（個／平方セ
ンチ）打ち込む場合を例に本実施例と従来の技術を比較
する。上記半導体ウエファから大きさ１５×１０ミリ角
の基本半導体デバイスが約１３０個作られる。この半導
体デバイスにイオン投射するためには最低２５ミリ角の
マスクが６個必要である。ウエファ１枚当たりのイオン
照射時間の総計は１９５(＝０.２５×１３０×６）秒で
あり、試料ステージ移動時間の総計は195（＝０.２５×
１３０×６）秒である。

【００２０】従来はマスクの交換作業において、マスク
のイオンビームによる基準位置検出や回転補正などで約
１８秒かかる。すなわちウエファ１枚当たりマスク交換
時間の総計は１０８（＝１８×６）秒であった。一方、
本実施例では、従来のマスクの交換作業と同じ作業を、
マスク４をマスクステージ５に最初にセットするときに
一度だけ必要とするが、その後はウエファを交換しても
この作業は必要ないので、ウエファあたりでは、その時
間は無視できる。

【００２１】また、マスク４のブロック間のステップ移
動から位置補正偏向器６８による補正までの時間は約
０.２５秒であり、同時に行う試料移動の時間内で終わ
るので無視できる。

【００２２】したがって、従来の方法ではウエファ１枚
当たりの処理時間が４９８（＝195＋１９５＋１０８）
秒であったが、本実施例の方法では３９０（＝１９５＋
195)秒と２０％以上短くなる。投射の縮小率が大きくな
って、必要な投射回数が増えるほど、この効果は大きく
なる。

【００２３】本実施例によれば従来のマスク交換作業に
必要であった時間が不要となるので、加工のスループッ
トが向上する効果がある。なお、本実施例のマスク４に
は、前述した６個のパターンのブロックの他にマスク４
の基準位置をイオンビーム２を使って検出するためのマ
ーク等で構成される専用のパターンのブロックを設けて
ある。このブロックを使うことにより、他のパターンブ
ロックが不要なイオンビーム照射で劣化するのを防ぐ効
果がある。

【００２４】また、本実施例のマスクは、貫通孔のパタ
ーンのある部分の厚さが５ミクロンで、残りの部分は２
００ミクロンの厚さにしてある。これは、マスク全体に
歪みがでないようにするためで、パターンのブロックの
数が増えるほど効果がある。

【００２５】実施例ではイオン投射リソグラフィ装置の
例を上げたが、本発明は電子投射リソグラフィ装置等の
他の荷電粒子投射応用の加工装置にも適用できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、荷電粒子投射装置にお
いて従来マスクの交換にかかっていた時間を短縮できる
ので、試料の加工のスループットが向上する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のイオン投射リソグラフィ装
置の構成図。

【符号の説明】

１…イオン源、２…イオンビーム、３…照射光学系、４
…マスク、５…マスクステージ、６…投射光学系、７…
試料、８…試料ステージ、３０…レンズ、３２…制限ア
パチャ、３４…ＥｘＢ質量分離器、５２…測長システ
ム、６０，６２…投射レンズ、６４…ブランキング偏向
器、６６…ブランキングアパチャ、６８…位置補正偏向
器、８２…レーザー測長システム、９０…位置補正演算
器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子源と、荷電粒子の透過する貫通孔
または穴を備えたマスクを保持するマスクステージと、
試料を保持し微動する試料ステージと、前記荷電粒子源
より荷電粒子ビームを引き出して前記マスクに照射する
荷電粒子の照射光学系と、前記マスクを透過した荷電粒
子ビームを前記試料へ照射して前記マスクの像を前記試
料上に投射する荷電粒子の投射光学系と、前記荷電粒子
ビームを遮断する手段とを備えた荷電粒子投射装置にお
いて、前記マスクステージが前記マスクをステップ移動
する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子投射装置。
【請求項２】請求項１記載の荷電粒子投射装置におい
て、前記マスクの位置ずれを検出する手段と、前記試料
の位置ずれを検出する手段と、前記検出したマスクの位
置ずれと試料の位置ずれとに基づき前記試料上への前記
荷電粒子ビームの照射位置を補正する手段とを備えたこ
とを特徴とする荷電粒子投射装置。
【請求項３】請求項１記載の荷電粒子投射装置における
上記マスクにおいて、前記貫通孔または穴を複数の略一
定面積のブロックに分けて配置したことを特徴とするマ
スク。
【請求項４】請求項３記載のマスクにおいて、前記ブロ
ックの少なくとも一つが前記マスクの基準位置検出専用
のパターンの貫通孔または穴で構成されていることを特
徴とするマスク。
【請求項５】荷電粒子ビームをマスクに照射し、該マス
クを透過した該荷電粒子ビームを試料に照射して前記マ
スクの像を試料上に投射する荷電粒子ビーム投射方法に
おいて、前記マスクをステップ移動して、前記マスクの
異なるパターンのブロックを投射することを特徴とする
荷電粒子ビーム投射方法。
【請求項６】請求項５に記載の荷電粒子ビーム投射方法
において、前記マスクのステップ移動毎に前記マスクの
位置ずれを検出して、これに基づき前記試料上での前記
荷電粒子ビームの投射位置を補正することを特徴とする
荷電粒子ビーム投射方法。
【請求項７】請求項５に記載の荷電粒子ビーム投射方法
において、前記マスクのステップ移動毎に前記荷電粒子
ビームの前記試料への照射時間，荷電粒子の種類，荷電
粒子のエネルギーのいずれかを変更することを特徴とす
る荷電粒子ビーム投射方法。