JP2914926B2 - 荷電粒子ビーム露光方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム露光方法

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JP2914926B2 JP8328490A JP32849096A JP2914926B2 JP 2914926 B2 JP2914926 B2 JP 2914926B2 JP 8328490 A JP8328490 A JP 8328490A JP 32849096 A JP32849096 A JP 32849096A JP 2914926 B2 JP2914926 B2 JP 2914926B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子ビーム露光装置
等における荷電粒子ビーム露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子ビーム露光によるLSIの直
接露光すなわちマスクを用いずに露光が広く行われるよ
うになってきたが、可変矩形ビームが多く、他にポイン
トビームあるいは固定矩形ビームがある。後者の2つは
一般に研究用である。図10および図11に示すよう
に、可変矩形ビーム露光装置は、電子銃1、矩形のアパ
ーチャを有する2つのマスク2,3、矩形ビームの断面
積を電子ビームを偏向させて変化させるビームサイズ偏
向電極4、主偏向レンズ(コイル)5、副偏向レンズ
(電極)6により構成され、任意の大きさの矩形ビーム
が試料台7に載せられたターゲートたとえばウェハに照
射される。これらを制御する制御部は、CPU10、デ
ータを格納する磁気ディスク11、磁気テープ12、イ
ンターフェイス13、データメモリ14、パターンを矩
形パターンに分解して各矩形パターンの大きさ情報およ
び位置情報を発生するパターン発生回路(ショット分
解)15、必要な補正を行うパターン補正回路16によ
り構成され、さらに、ビームサイズ偏向電極4、主偏向
コイル5、副偏向電極6を駆動するドライバ(DAC/
AMP)17,18,19、および試料台7を移動させ
るモータ20を制御するステージ制御部21を備えてい
る。
【0003】すなわち、矩形ビーム露光においては、図
12に示すように、磁気ディスク11もしくは磁気テー
プ12からデータメモリ14へ転送されるデータはメイ
ンフィールド全体に対応する。このメインフィールドは
複数のサブフィールドに分割され、さらに、各サブフィ
ールドのパターンは複数のショット(矩形パターン)に
分割される。このとき、メインフィールド内の各サブフ
ィールド間の電子ビーム移動が主偏向コイル5によって
行われ、サブフィールド内の各矩形パターン間の電子ビ
ーム移動は副偏向電極6によって行われ、矩形パターン
の大きさの調整はビームサイズ偏向電極4によって行わ
れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LSI
の微細化が進むにつれて特に0.2〜0.3μmルール
のLSIとなると、矩形ビーム露光は次の問題点があ
る。 1)使用できる矩形ビームの電流密度の上限がある。 2)膨大なショット数のLSIのパターンの描画には主
偏向、副偏向、ビームサイズ偏向のための各ドライバ
(DAC/AMP)の調整の回数が増大し、従って、そ
のための待ち時間が増大して時間がかかり過ぎる。
【0005】従って、可変矩形ビームはもはや0.2〜
0.3μmの微細パターンの量産には適さない。さら
に、 3)0.2〜0.3μm矩形ビームはポイントビームと
何ら差がなく、可変矩形ビームのメリットがない。
【0006】4)0.1〜0.2μmビームの場合、2
つのマスク2,3のアパーチャの重なりで形成している
ために、相対的に小ビームでのドーズ量が不安定とな
る。従って、本発明の目的は、0.2〜0.3μmルー
ル程度以下の超微細化パターンの描写に対して、安定、
高速且つ高精度で均一露光を可能とする荷電粒子ビーム
露光方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの本発明の方法を実施する手段は図1に示される。す
なわち、ステージ上の物体に荷電粒子を露光するための
荷電粒子ビーム露光装置に対して、荷電粒子ビーム発生
手段により荷電粒子ビームを発生する。この荷電粒子ビ
ームはブランキングアパーチャアレイを通過する。ブラ
ンキングアパーチャアレイには、ブランキング電極がそ
れぞれ設けられた複数のアパーチャが、図ではライン状
に配列されている。これらの各アパーチャのブランキン
グ電極は独立にブランキング電極駆動手段によってオ
ン、オフ駆動される。ここに、ブランキング電極をオン
させたすべてのアパーチャについて、当該アパーチャを
通過する荷電粒子ビームの強度と当該アパーチャのブラ
ンキング電極のオン時間との積が一定となるように各ブ
ランキング電極のオン時間を制御する。
【0008】上述の手段による動作は図2により表され
る。すなわち、ブランキングアパーチャアレイのライン
状に配列されたアパーチャを通過した荷電粒子ビームは
多数の小ビーム(ラインビーム)に分割される。たとえ
ば、ラインビームはステージ移動方向と直角に偏向移動
され、この移動と共に各アパーチャのブランキング電極
が独立にオン、オフされしかもそのオン時には荷電粒子
ビームの強度とブランキング電極のオン時間との積が一
定となるように駆動される。図2においては、露光すべ
きショットに対して、例えばブランキング電極a−
a′,b−b′,c−c′,d−d′に対して図示のご
とくブランキング信号が発生され、ビームオン、オフさ
れる。
【0009】
【発明の実施の形態】図3は本発明の方法を実施する一
装置例を示す図である。図3において、30はカソード
31、グリッド32、アノード33よりなる電子銃であ
って、カソード31から発射されたビームはグリッド3
2、アノード33間でクロスオーバ像を作る。このクロ
スオーバ像はクロスオーバ拡大レンズ34にて拡大され
る。クロスオーバ拡大レンズ34内には、4極ビームつ
ぶしレンズ35、リミッティングアパーチャ36、およ
びアラインメントコイル37が設けられている。4極ビ
ームつぶしレンズ35は、例えば図4の(A)あるいは
(B)に示す、磁気レンズあるいは静電レンズである。
この結果、つぶされたクロスオーバ像38がブランキン
グアパーチャアレイ39上に結像される。なお、電子銃
30自体がつぶされたクロスオーバビームを発生する場
合には4極ビームつぶしレンズ35は不要である。
【0010】図3のブランキングアパーチャアレイ39
には、5μ□×256個のアパーチャ390 〜39255
がライン状にいわゆるハーモニカ状に配列されている。
ブランキングアパーチャアレイ39は例えばシリコン単
結晶を用い、これにトレンチエッチングによりアパーチ
ャを形成し、その内壁に電極を形成する。また、ブラン
キングアパーチャアレイ39は収束レンズ40内に設け
られている。なお、アパーチャは2列とすることもでき
る。
【0011】41はラージブランカであって、ビーム全
体をオン、オフする。ラージブランカ41に電界がかか
っていない場合には、ブランキングアパーチャアレイの
中で電極間に電圧差がかかっていない部分を通過したオ
ンビーム41aは縮小レンズ42を介してブランキング
アパーチャ43を通過する。他方、ブランキングアパー
チャアレイの中で電極間に電圧差がかかっている部分を
通過したオフビーム41bは縮小レンズ42を通過した
後にブランキングアパーチャ43によって阻止される。
逆にラージブランカ41に電界がかかった場合には、ブ
ランキングアパーチャアレイ39の個々の電極の状態に
よらず、すべての通過ビームは、ブランキングアパーチ
ャによって阻止される。
【0012】縮小レンズ42は縮小レンズ44、イマー
ジョンタイプレンズ50と共にブランキングアパーチャ
43を通過したビームを連続移動ステージ51上に静電
チャック52で吸着されたウェハ53上に500分の1
のブランキングアパーチャアレイ39のアパーチャの縮
小像として結像する。縮小レンズ44の中にはリフォー
カスコイル45が設けられている。リフォーカスコイル
45は、ブランキングアパーチャアレイ39のアパーチ
ャのオンしているセルの数の総和で決定されるリフォー
カス電流を流してクーロンインターラクションによるビ
ームのぼけを補正する。
【0013】46は横走査デフレクタであって、連続移
動ステージ51の移動と直角方向にビームを走査する。
また、ダイナミックフォーカスコイル47、ダイナミッ
クスティグコイル48は横走査に対してビームの偏向ぼ
けを補正する。49はステージフィードバック用8極デ
フレクタであって、偏向歪み補正とステージ51の連続
移動のフィードバックおよび速度補正を行う。
【0014】連続移動ステージ51は、解像度を上げる
ために、イマージョンタイプレンズ50内に設けられて
いる。図5および図6は図3の主要部分を制御する制御
部を詳しく示す図(その1、その2)であって、図10
および図11の構成要素と同一の構成要素については同
一の参照番号を付してある。すなわち、図10のパター
ン発生回路15、パターン補正回路16、ドライバ(D
AC/AMP)17,18,19の代りに、ビットマッ
プ発生回路61、ブランキング発生回路62、シーケン
スコントローラ63、ブランキング制御回路64、偏向
制御回路65、ドライバ(DAC/AMP)66,6
7、レーザ干渉計68が設けられている。
【0015】ビットマップ発生回路61はデータメモリ
14から1ラインビーム毎の情報(256ビット)を読
出してブランキング発生回路62に送出する。これによ
り、ブランキングアパーチャアレイ39の各アパーチャ
390 〜39255 の電極は独立にオン、オフされる。な
お、各アパーチャを通過するビームの強度Ii は位置に
より異なるために、各セル毎に異なるオン時間τ0 ,τ
1 ,…,τ255 が回路620 ,621 ,…,62255
セットされる。これについては後述する。
【0016】ブランキング制御回路64は、シーケンス
コントローラ63の指令信号に基づいたタイミングで、
ブランキング発生回路62の各回路620 ,621
…,62255 を起動させる。偏向制御回路65は、ビッ
トマップ発生回路61が発生しているラインビーム情報
の横方向座標に基づきドライバ66により横走査デフレ
クタ46を駆動する。また、この場合、試料台(ステー
ジ)51はステージ制御部21により連続移動されてい
る。従って、このステージ51の連続移動に伴うライン
ビームの位置をフィードバック補正する必要がある。こ
のため、偏向制御回路65は、レーザ干渉計68によっ
て検出されたステージ51の位置と目標位置との差が0
となるように8極デフレクタ49を駆動する。すなわ
ち、偏向制御回路65は、図7に示すごとく、シーケン
スコントローラ63からの目標位置(X,Y)を格納す
るレジスタ651と、レーザ干渉計58からの位置情報
(X′,Y′)とレジスタ61との差を演算する差演算
器652とを備えており、この差により、8極デフレク
タ49を制御する。これにより、ステージ誤差分が高速
でフィードバックされる。なお、実際には、8極デフレ
クタ49は、ビームの2次元的位置を調整するものであ
るが、図5、図6および図7においては、説明を簡単に
するために、1次元として図示してある。
【0017】さらに、図5のブランキング発生回路62
について図8、図9を参照して説明する。すなわち、ビ
ームはクロスオーバ像のクリティカル照射においてクロ
スオーバをライン状につぶしてあるが、ブランキングア
パーチャアレイ39の各アパーチャ(セル)390 〜3
255 におけるビーム強度I0 ,I1 ,…,I255 は、
図8の(A)に示すごとく、80〜90%の均一性しか
得られない。このため、図8の(B)に示すように、各
セルのビームオンパルス長τ0 ,τ1 ,…,τ255を図
8の(A)のビーム強度I0 ,I1 ,…,I255 と反比
例して定める。つまり、 τi ×Ii =一定 となるようにする。この結果、ラインビームの各ビーム
のドーズ量Nは図8の(C)に示すごとく一定となる。
このため、ブランキング発生回路62の各回路62i
図9に示すごとく構成される。
【0018】図9において621はビームオンパルス長
τi を格納するレジスタ、622はダウンカウンタ、6
23はアンド回路、624はフリップフロップ、625
はドライバである。すなわち、ビットマップ発生回路6
1からのデータが“1”である場合にあって、ブランキ
ング制御回路64から起動パルスが入力されると、アン
ド回路623を介してフリップフロップ624がセット
され、その出力パルスが立上り、対応するブランキング
電極39i を駆動する。また、同時に、ブランキング制
御回路54からの起動パルスはレジスタ621の値τi
をダウンカウンタ622にセットする。ダウンカウンタ
622は高速のクロック信号CLKをカウントしながら
その値を減少させていく。
【0019】ダウンカウンタ622の値が0となると、
言い換えると、τi に対応する時間が経過すると、ダウ
ンカウンタ622はキャリ信号を発生し、これがフリッ
プフロップ624のリセット信号として作用する。この
結果、フリップフロップ624はリセットされてブラン
キング電極39i の駆動がオフとされる。もちろん、ビ
ットマップ発生回路61のデータが“0”である場合に
は、フリップフロップ624はセットされず、駆動パル
スτi は発生しない。
【0020】このように、ビットマップ発生回路61の
データに応じて各回路62i は予め定められたτi に応
じた時間の駆動パルスを発生する。なお、レジスタ62
1の値τi は予め設定することもでき、また、必要に応
じてCPU10により変更することもできる。以上の構
成より、たとえば0.1μm□のビームを256本並べ
て、200A/cm2 の電流密度、5μC/cm2 の感度の
レジストに各点で25nsのショット時間で照射し、(4
0MHZ )2mm幅のスキャンエリアを50mm/sで連続移
動し、1cm2 /sの露光スピードを得ることができた。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によれ
ば、超微細化されたたとえば0.2μmルール程度のL
SIにおける描写においても、安定、高速、且つ高精度
の均一露光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施する手段を示す図である。
【図2】図1の手段による動作を表す図である。
【図3】本発明の方法を実施する一装置例を示す図であ
る。
【図4】4極ビームつぶしレンズを示す図である。
【図5】図3の主要部分を制御する制御部を詳しく示す
図(その1)である。
【図6】図3の主要部分を制御する制御部を詳しく示す
図(その2)である。
【図7】図5の偏向制御回路の一例を示す図である。
【図8】図3のブランキングアパーチャアレイの各アパ
ーチャ(セル)のビーム強度(A)、ビームオンパルス
長(B)、ドーズ量(C)を示すグラフである。
【図9】図5のブランキング発生回路62の一例を示す
図である。
【図10】従来の可変矩形電子ビーム露光装置を示す図
(その1)である。
【図11】従来の可変矩形電子ビーム露光装置を示す図
(その2)である。
【図12】矩形ビーム露光を説明する図である。
【符号の説明】
30…電子銃 35…4極ビームつぶしレンズ 39…ブランキングアパーチャアレイ 43…ブランキングアパーチャ 46…横走査デフレクタ 49…8極デフレクタ 62…ブランキング発生回路 68…レーザ干渉計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−117387(JP,A) 特開 昭62−118526(JP,A) 特開 昭61−42128(JP,A) 特開 昭57−7930(JP,A) 特開 平1−248617(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子ビームが照射されるブランキン
    グアパーチャアレイに配列された複数のアパーチャのそ
    れぞれに設けられたブランキング電極を独立にオン・オ
    フ駆動し、該ブランキング電極をオンさせたすべてのア
    パーチャについて、当該アパーチャを通過する前記荷電
    粒子ビームの強度と当該アパーチャのブランキング電極
    のオン時間との積が一定となるように各ブランキング電
    極のオン時間を制御することを特徴とする荷電粒子ビー
    ム露光方法。
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