JPH02125609A - 半導体製造装置 - Google Patents

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】 （概要〕 半導体製造装置に関し、 被露光物としてのウェハに対して正確に位置合わせをす
ることができ、パターンを効率よく短時間に露光するこ
とができる半導体製造装置を提供することを目的とし、 電子ビームが通過する位置に、電子ビームを整形または
露光する層内にいくつかの設計パターンの集まりからな
るパターン群を有する透過孔マスクを備え、前記電子ビ
ームを前記透過孔マスク上の前記パターン群に選択的に
照射して露光を行う半導体製造装置において、前記透過
孔マスク上には前記パターン群の他に前記パターン群と
予め位置関係が判っている少なくとも１つ以上の位置決
め用整合パターンが形成されるように構成する。

（産業上の利用分野） 本発明は、電子ビーム（荷電粒子ビームともいう）によ
るパターン転写する電子ビーム露光方法を用いる半導体
製造装置に係り、詳しくは特に、電子ビームを用い所望
するパターンを効率よく安定に形成することができる半
導体製造装置に関するものである。

近年、集積回路の高集積化に伴い、長年微細なパターン
を形成する主流であったフォトリソグラフィー技術に代
わり、特に電子ビームによる電子ビーム露光方法を用い
る半導体製造装置やＸ線を用いる新しいＸ線露光方法を
用いる半導体製造装置が検討され、実際に実用化される
ようになってきた。

電子ビーム露光方法を用いる半導体製造装置では、具体
的には電子ビームを用いて非常に微細なパターン形成を
行うことができ、特にミクロン程度またはそれ以下の微
細なパターンを形成することができるという大きな特徴
がある。そして、ガウス形ビーム方式と成形ビーム方式
との２つに大別されており、更には試料を連続的に移動
させながら描画を行うステージ連続移動方式と、１描画
領域毎に所定量だけ移動させ描画を行うステップアンド
リピート方式とに別けられる。

ところで、最近のパターンの微細化は急速に高まりつつ
ある傾向にある。電子ビーム露光方法を用いる半導体製
造装置は解像度においてはその要求を十分に満たすこと
ができるが、露光時間が長くなってしまうという実用上
の問題がある。この露光時間が長くなってしまうという
問題は、いわゆる“′−筆書き°”という露光方法であ
ることに起因しているものである。

（従来の技術） 以下、従来技術について具体的に図面を用いて説明する
。

第５図は従来の電子ビーム露光方法を用いる半導体製造
装置を説明する図である。

この図において、５１は電子銃、５２は第１矩形成形用
のアパーチャ、５３は収束レンズ、５４はマスクパター
ン選択用のデフレクタともいわれる静電偏向器で、電子
ビームを振り込む機能を有し通常、可変成形矩形露光を
行う場合は少なくとも１つは必要である。５５はステン
シルマスクともいわれる透過孔マスク、５６は設計パタ
ーン、５７は被露光物としてのウェハである。

なお、設計パターン５６は予め透過孔マスク５５に形成
されており、例えば長方形、正方形及び三角形等の可変
成形矩形露光で形成することができるパターンである。

透過孔マスク５５には電子ビームが通過する透過孔が形
成されており、その層内には設計パターン５６の集まり
からなるパターン群が形成されている。静電偏向器５４
と透過孔マスク５５との間には収束レンズ（図示せず。

）が設置されている。

次に、その動作原理について説明する。

第５図に示すように、電子ビームが通過する位置に、電
子ビームを整形、または露光する層内にいくつかの設計
パターン５６の集まりからなるパターン群を有する透過
孔マスク５５を備え、電子ビームをパターン群に選択的
に照射して露光を行うというものである。透過孔マスク
５５上のパターン群は静電偏向器５４を用いて焦点位置
に振り込むことによって選択されるのであり、ウェハ５
７上にパターンが転写できるのは、透過孔マスク５５の
透過孔から抜けてきた電子ビームがウェハ５７上に適宜
投影されることによってできるのである。

このような電子ビーム露光方法を用いる半導体製造装置
においては露光描画時間を短縮するための方法が種々提
案されておりその１つに部分的にパターンを転写すると
いう露光方法があり、この露光方法はあるパターン形状
を有する透過孔マスクを使用し、その透過孔マスクの範
囲で１回の電子ビームの照射によってパターンを形成す
ることで電子の有する微細化成形能力を活用し、さらに
速いスピードでパターンを形成しようというものである
。また、透過孔マスクに形成されるパターンを露光領域
全体に予め形成しておき一括で露光するという方法や長
方形、正方形、三角形等の可変矩形で形成するようなパ
ターンを予め形成しておき必要なとき電子ビームを選択
して露光するという方法が提案されてきている。

例えば、異なるパターンを異なるブロック位置に形成し
た透過孔マスクに選択的に電子ビームを照射しその異な
るブロックについては１度のショットで露光を行うとい
う方法が特開昭５２−１１９１８５号公報に提案されて
いる。また、所望する全パターンを形成した透過孔マス
クを用いて露光を行うという方法がＪ、　　Ｖａｃ、　
　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ。

Ｂ　３　（１）　、　　Ｊ　ａｎ／　Ｆ　ｅｂ　　１９
８５（１４０）に報告されており、これらの露光で用い
ることができるグリッドでサポートされた透過孔マスク
の形成方法が上記同列（５８）に報告されており、イオ
ンビーム露光での、パターンをステッパーのように１：
１０に縮小させるという方法が上記同列（１９４）に報
告されている。更にメモリセル等の形成に必要な繰り返
しパターンと汎用矩形パターン用の四辺形開口を成形絞
り板上に備え露光を行うという電子ビーム描画装置が特
開昭６２−２６０３２２号公報に報告されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の電子ビーム露光方法を
用いる半導体製造装置にあっては、高速に描画を行うこ
とができないという問題点があった。具体的には、例え
ば露光では、使用されるに必要なだけのパターン形成に
必要な矩形や三角形等は実際には使用できない。この点
では、全てのＩＣの品種露光に必要とされる矩形、三角
形、平行四辺形等を集めたものを単にマスクと呼んでい
たに過ぎない。また、このようなマスク上にパターンを
有し一括転写を行うという露光方法を用いる半導体製造
装置では超微細な１：１抜き転写マスクを形成するのは
非常に困難であり、今後微細化が進んだ場合更に難しく
なってしまう。可変矩形形成用の四辺形開口とパターン
最小単位に整数倍の繰り返しパターンを有する露光方法
を用いる半導体製造装置の提案は上記−括転写を行う露
光方法を用いる半導体製造装置と比較すると現実的であ
るといえるが、繰り返しパターンの周辺部分は通常規則
性がなく、その周辺部分を可変矩形ビームで露光を行う
のでは高速にならないのである。

この高速描画を行うことができない問題を解決する手段
としては、透過孔マスクを広い範囲で偏向できるように
しておき、透過孔マスクには複数個のパターンを有し、
繰り返し使用させるかさせないかに関係なくセル部分の
パターンを透過孔マスク上に備えると有効である。しか
し、この場合、必要に応して電子ビームを選択して照射
しなければならず、しかも透過孔マスク上のパターン群
と露光試料との位置関係を把握しなければならないとい
う問題点があった。

そこで本発明は、被露光物としてのウェハに対して正確
に位置合わせをすることができ、パターンを効率よく短
時間に露光することができる半導体製造装置を提供する
ことを目的としている。

〔課題を解決するための手段］ 第１の発明による半導体製造装置は上記目的達成のため
、電子ビームが通過する位置に、電子ビームを整形また
は露光する層内にいくつかの設計パターンの集まりから
なるパターン群を有する透過孔マスクを備え、前記電子
ビームを前記透過孔マスク上の前記パターン群に選択的
に照射して露光を行う半導体製造装置において、前記透
過孔マスク上には前記パターン群の他に前記パターン群
と予め位置関係が判っている少なくとも１つ以上の位置
決め用整合パターンが形成されているものである。

〔作用〕

本発明では、透過孔マスク上にはパターン群の他にパタ
ーン群と位置関係が予め判っている少なくとも１つ以上
の位置決め用整合パターンが形成されて構成される。そ
して、パターン群を露光する際は、透過孔マスク上に形
成され、パターン群と位置関係が予め判っている少なく
とも１つ以上の位置決め用整合パターンを基準として透
過孔マスク上の電子ビーム照射位置を定めて露光が行わ
れる。

したがって、本発明によれば、被露光物としてのウェハ
に対して正確に位置合わせをすることができるようにな
り、パターンを効率よく短時間に露光することができる
ようになる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図は本発明に係る電子ビーム露光方法を用
いる半導体製造装置の一実施例を説明する図であり、第
１図は一実施例の露光装置の概略を示す図、第２図は一
実施例の透過孔マスクの詳細を示す図、第３図は一実施
例の露光する半導体装置のパターンの一例を示す図であ
る。

なお、第３図（ａ）はセルパターン部と周辺パターン部
を示す図、第３図（ｂ）はマスクの外形を示す図、第３
図（ｃ）はマスクの断面図である。

これらの図において、１はＣＰＵ、２は磁気ドラム、３
は磁気テープ、４はインターフェイス、５はデータメモ
リ、６はパターン制御コントロール、７ａ、７ｂ、７ｃ
、７ｄはＤＡＣ／ＡＭＰ。

８はマスク位置制御回路、９はブランキング制御回路、
１０はシーケンスコントローラ、１１は偏向制御回路、
１２はレーザ干渉計、１３はステージ制御部、１４は電
子銃で、電子ビームを発生させる電子ビーム発生手段と
して機能するものである。１５はアパーチャで、電子ビ
ームを整形する手段として機能するものである。１６は
第１のレンズ、１７は静電偏向器、１８は波形回折回路
、１９は第２のレンズで、電磁レンズとして機能し電子
ビームを振り戻す手段として機能するものである。２０
は透過孔マスク、２１はブランキング、２２は電磁レン
ズとして機能する縮小レンズ、２３はアパーチャ、２４
は電磁レンズとして機能する縮小レンズ、２５はメイン
デフレクタ、２６はサブデフレクタ、２７は対物レンズ
、２８は被露光物としてのウェハ、２９はステージで、
ウェハ２８を保持し、ウェハ２８を適宜移動させる機能
を有するものである。３０は反射電子検出器、３１は透
過孔、３２は可変矩形形成用の四辺形状の開孔部、３３
は透過孔３１からなるパターン群、３４は位置決め用整
合パターン、３５はパターン群３３内に形成された基準
点、３６はセルパターン部、３７は電子ビーム偏向可能
領域、３８はパターン形成可能領域、３９は非操り返し
パターン周間孔部、４０はパターン、４１は電子ビーム
、４２は例えばＳｉからなる基板、４３は周辺パターン
部、４４ａ、４４ｂは焦点である。

なお、縮小レンズ２２及び縮小レンズ２４は透過してき
た電子ビームを縮小させる手段として機能するものであ
る。メインデフレクタ２５及びサブデフレクタ２６がウ
ェハ２８上に電子ビームを偏向する手段として機能する
ものである。

次にその動作原理について説明する。

露光装置は第１図及び第２図に示すように、電子ビーム
を発生する手段としての電子銃１４、発生した電子ビー
ムを整形する手段としてのアパーチャ１５、可変矩形形
成用の四辺形状の開孔部３２及び透過孔３１からなるパ
ターン群３３が形成されている透過孔マスク２０、透過
孔マスク２０上を走査または透過孔マスク２０上に形成
されたパターンを適宜選択するパターン選択偏向手段と
しての静電偏向器１７、振り戻し手段としての第２のレ
ンズ１９、透過してきた電子ビームを縮小させる手段と
しての縮小レンズ２２．２４、電子ビームの焦点を調整
するレンズ系、電子ビームをウェハ２８上に偏向する手
段としてのメインデフレクタ２５及びサブデフレクタ２
６、ウェハ２８を保持しウェハ２８を適宜移動させるス
テージ２９、及びこれらを制御するＣＰＵを含む制御系
等から構成されている。

具体的には、ＣＰＵ１には可変成形矩形等のデータが人
力されており、インターフェイス４、データメモリ５を
介してパターン制御コントローラ６に各パターンデータ
が入力される。次いで、パターン制御コントローラ６に
基づいて静電偏向器１７が制御され、可変成形矩形の電
子ビームのサイズ等が制御される０次いで、パターン制
御コントローラ６に基づいて透過孔マスク２０の選択場
所も制御Ｂされる。次いで、パターン制御コントローラ
６、及びシーケンスコントローラ１０に基づいてプラン
キング制御回路９によりパターンを投影するかしないか
が決定され、メイ、ンデフレクタ２５により露光する大
きな範囲が決定され、サブデフレクタ２６によりショッ
トする位置が決定される。ショットする位置はステージ
２９の位置を測定するレーザ干渉計１２で測定され、こ
の測定データが偏向制御回路１１に入力され、再度メイ
ンデフレクタ２５及びサブデフレクタ２６で調整される
。また、ビームがウェハ２８に回転して入射されてしま
った場合、ショットする位置はウェハ２８からの反射電
子を検出する反射電子検出器３０で測定され、この測定
データが波形回折回路１８に入力され、再度電磁レンズ
としての第２のレンズ１９、縮小レンズ２２．２４で調
整される。ところで、露光しようとしている半導体装置
の露光するパターンは例えば第３図に示すようなもので
あり、これは高密度に集積されたグイナミソクーランダ
ムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）の例を示したものである
。このような第３図に示す半導体装置は大きく分けて、
実際に情報を記憶するセルパターン部３６とセルパター
ン部３６の管理、または半導体装置と外部との間の信号
を管理する周辺パターン部４３とから形成されている。

セルパターン部３６分は集積度を向上させるため、第３
図（ａ）に示すように、通常微細なパターンルールで形
成され、数個のセルを含む最小の基本パターンの繰り返
しからなっている。透過孔マスク２０上に有するパター
ン群３３はこの部分の繰り返しパターン４０ａの部分、
繰り返しはないが微細なパターン４０ｂ、４０ｃ、４０
ｄ、４０ｅ等を有している。

このようなパターンを効率よ（露光するためには、透過
孔マスク２０には複数個のパターン群３３を有する必要
があり、パターン群３３の数が多い程効率が良いといえ
る。露光の原理は第５図に示す従来のものと同様、電子
ビームが通過する位置に、電子ビームを整形、または露
光する層内にいくつかの設計パターンの集まりからなる
パターン群を有する透過孔マスク２０を備え、電子ビー
ムをパターン群に選択的に照射して露光を行うというも
のである。そして、透過孔マスク２０上のパターン群は
静電偏向器１７を用いて焦点位置に振り込むことによっ
て選択されるので・あり、被露光物としてのウェハ２８
上に転写できるのは透過孔マスク２０の透過孔３１から
抜けてきた電子ビームがウェハ２８上に適宜投影される
ことによってできるのである。

すなわち、上記実施例では、第２図に示すように、透過
孔マスク２０上にはパターン群３３の他にパターン群３
３と予め位置関係が判っている複数個の位置決め用整合
パターン３４を形成して構成している。そして、パター
ン群３３を露光する際は位置決め用整合パターン３４を
基準として透過孔マスク２０上の電子ビーム照射位置を
決めて露光を行う。したがって、透過孔マスク２０上に
複数個の露光用のパターン群３３を形成することができ
、被露光物としてのウェハ２８に対して正確に位置合わ
せをすることができ、′パターンを効率よく短時間に露
光することができる。ここで、透過孔マスク２０上の何
処にビームを照射してウェハ２８上のどの位置に照射さ
れるかの位置関係を判別すると好ましく安定に露光を行
うことができるのであるが、具体的には位置決め用整合
パターン３４を使用してウェハ２８上の位置を観測し、
パターン群３３を露光する際は位置決め用整合パターン
３４を基準として透過孔マスク２０上の電子ビーム照射
位置を定めればよいのである。

ところで、透過孔マスク２０上にはパターン群３３を形
成するための領域が決まっているが、実際には透過孔３
１のパターンが形成されているのはその一部分であって
被露光物としてのウェハ２８からは透過孔３１のパター
ンのみしか判らない。したがって、好ましく安定に露光
を行うためには、第２図に示すように透過孔マスク２０
上のパターン群３３内に任意に定める基準点３５を形成
し、位置決め用整合パターン３４をマトリクス状に配置
して形成し、パターン群３３内に形成された基準点３５
と複数個（少なくとも１つ以上あればよい）の位置決め
用整合パターン３４とは位置関係が判るようにパターン
群３３を形成するように構成すればよい。ここでの露光
データは基準点３５の位置とマスクパターンをコード化
したものを有することになる。

透過孔マスク２０上に多（のパターンを配置し偏向して
選択する場合、パターン化したビームが歪み易くなって
しまうのであるが、好ましくはビームが歪みなく均一で
ある場合であるので、ビームが均一であるか歪んでいる
かを確認して補正すればよく、具体的には第４図に示す
ように、位置決め用整合パターン３４を四辺形の透過孔
で形成し、露光を行う際には複数個（少なくとも１つ以
上あればよい）の位置決め用整合パターン３４から透過
してきた電子ビームをウェハ２８上で観測することによ
り、これに基づいて透過孔マスク２０上に照射される電
子ビームの調整を行い、その後各々のパターン群３３を
照射して露光すればよい。ここでは、パターン群３３が
形成されている領域の四隅に位置決め用整合パターン３
４が形成されており、パターン群３３内に形成された基
準点３５と位置決め用整合パターン３４との位置関係は
予め判るようになっている。そして、露光の際は４つの
位置決め用整合パターン３４でビームの調整う。具体的
には各々の位置でビームの偏向歪等が最小になるように
電子ビームが通過する透過孔マスク２０以下にある光学
系を調整し、次いで、各々の位置での補正値を記憶し、
各々のパターン群３３の位置ではその補正値に基づいて
露光すればよいのである。したがって、ビームが歪む等
に起因する不良の発生を少なくすることができ信頼性を
向上させることができるのである。

また、第４図のように四辺形の透過孔である位置決め用
整合パターン３４がパターン群３３が形成されている領
域の４隅に形成した構成において、該四辺形の位置決め
用整合パターンを可変矩形電子ビーム露光の開口部とし
て用いることができる。

該可変矩形電子ビーム露光用の開口部とパターン群３３
の中に形成した場合、該開口部の周辺部には電子銃から
発射された電子ビーム整形のために設けられた矩形パタ
ーンの像が当たるため、この開口部の周辺部にはパター
ン群を形成することができず、パターン群を構成する設
計パターンの故が少なくなってしまうが、本発明を第４
図に示す構成にすれば、このような問題は生じない。

尚、透過孔マスクを透過した電子ビームの調整方法につ
いて前述したが、これとは別に透過孔マスクに照射され
る前の電子ビームの偏向量を調整するとより好ましく実
現することができる。すなわちパターン群３３の各々の
パターンに対しての電子ビームの偏向は、各パターンが
完全な透過孔でない為にその位置での回転や縮率・平行
位置ずれは管理することができない。そこでその値の補
正は位置合わせ用整合マーク３４でのビーム調整時のそ
れを用いて行なうことができる。具体的にはパターン群
３３の各々のパターンへの偏向量は４隅の位置決め用整
合パターンに対して偏向した時の偏向量・補正量を各々
のパターンまでの距離で内分した偏向量で定めればよい
のである。前記のような補正を行なうためには位置合わ
せ用整合マークは第４図のようｔこパターン形成領域の
一番外側に設置することが最も好ましく、具体的には４
隅に設置すればよいのである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、透過孔マスク上に複数個のパターン群
を形成することができ、被露光物としてのウェハに対し
て正確に位置合わせをすることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明に係る半導体製造装置の一実施
例を説明する図であり、 第１図は一実施例の露光装置の概略を示す図、第２図は
一実施例の透過孔マスクの詳細を示す図、 第３図は一実施例の露光する半導体装置のパターンの一
例を示す図、 第４図は池の実施例の透過孔マスクの詳細を示す図、 第５図は従来例の構成を示す装置の概略を示す図である
。 ２０・・・・・・透過孔マスク、 ２８・・・・・・ウェハ、 ３１・・・・・・透過孔、 ３３・・・・・・パターン群、 ３４・・・・・・位置決め用整合パターン、３５・・・
・・・基準点。 一実施例の透過孔マスクの詳細？示す図第 図 第 図 従来例の構成を示す装置の概略を示す図第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビームが通過する位置に、電子ビームを整形
   または露光する層内にいくつかの設計パターンの集まり
   からなるパターン群を有する透過孔マスクを備え、前記
   電子ビームを前記透過孔マスク上の前記パターン群に選
   択的に照射して露光を行う半導体製造装置において、 前記透過孔マスク上には前記パターン群の他に前記パタ
   ーン群と予め位置関係が判っている少なくとも１つ以上
   の位置決め用整合パターンが形成されていることを特徴
   とする半導体製造装置。
2. （２）透過孔マスク上のパターン群内に任意に定める基
   準点が形成され、位置決め用整合パターンがマトリクス
   状に配置されて形成され、パターン群内に形成された基
   準点と隣接した少なくとも１つ以上の位置決め用整合パ
   ターンとは位置関係が判るようになっていることを特徴
   とする請求項１記載の半導体製造装置。