JPH09246145A - 電子ビーム描画方法および描画装置およびこれを用いた半導体集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブランキング偏向器がレンズ磁場中に存在し、
レンズ磁場による回転作用でブランキング偏向器の偏向
方向と電子ビームを遮断する絞り上でのビームの移動方
向が異なる場合でも、高精度に描画を行うことを目的と
する。 【解決手段】ブランキング偏向器がレンズ磁場中に存在
すると、レンズ磁場による回転作用でブランキング偏向
器の偏向方向と電子ビーム２を遮断するブランキング絞
り５上でのビームの移動方向が異なる。このレンズ磁場
に起因する上ブランキング偏向器４と下ブランキング偏
向器６の間で生ずる電子ビームの回転作用を、上下のブ
ランキング偏向器を角度をつけて配置することによって
打ち消し、像を動かさずにブランキング偏向を行う。 【効果】ブランキング偏向器や成形偏向器を上下に分割
して角度を付けて配置し像の移動をなくすることによ
り、高精度に微細なパターンを形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子などの製
造に用いられる電子ビーム描画装置に係り、特に、ブラ
ンキングや像形成を高精度に行い高精度な描画を行う電
子ビーム描画方法および描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の集積度が向上するに
従って、加工寸法が微細になってきている。また、電子
ビームの被照射体であるレジストも高感度化している。
このような状況で、電子ビームを遮断するブランキング
時の像の移動がレジストをわずかに感光させ、照射され
たパターンの質を落とすことがある。これは、電流密度
とレジスト感度から決まる電子ビームの照射時間と、実
際のブランキングに要する有限の時間との比に依存す
る。電流密度やレジスト感度は改善されているのに対し
て、ブランキングに要する時間はこれを制御する電気回
路の制約上大きな改善は得られていない。また、描画を
行うパターンの寸法が大きい場合にはブランキングによ
るパターンの質の低下量が相対的に小さくなるが、微細
なパターンになればこの影響が大きくなる。

【０００３】これに対して、例えば、像を形成する絞り
の上下にブランキング電極を配置することによってブラ
ンキング時の像の移動を打ち消す方法がある。しかし、
実際の電子ビーム描画装置では電子光学系を構成する構
造物の数やブランキング偏向器の感度、クーロン効果を
低減するために電子ビームの軌道の長さを最小限にしな
ければならないといった制約から、ブランキング偏向器
を電磁レンズの磁場中に配置せざるをえないことがしば
しば起こる。磁場中に偏向器を配置するものとして、特
公平７―４８４７０に示されているように、磁場中のブ
ランキング電極を分割し角度をつけて配置することで偏
向感度を大きくしている例もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】レンズ磁場のない空間
で、像を動かさずにブランキング偏向を行う場合には、
像の位置を偏向中心として偏向器を配置すればよい。こ
のとき、偏向中心に絞りがある場合には、偏向器を上下
に分割して配置し、偏向作用を上下対称にすれば偏向中
心の位置は動かない。

【０００５】しかし、ブランキング偏向器がレンズ磁場
中に存在すると、レンズ磁場による回転作用でブランキ
ング偏向器の偏向方向と電子ビームを遮断する絞り上で
のビームの移動方向が異なる。この課題は、ブランキン
グ偏向器だけでなく、成形絞りも全く同様である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】絞りの上下にブランキン
グ偏向器を配置してブランキングを行う際に、上下のブ
ランキング偏向器の間で生ずるレンズ磁場に起因する電
子ビームの回転作用を、回転機構を設けたり４極以上の
偏向器を用いて打ち消す。

【０００７】

【発明の実施の形態】レンズ磁場のない空間で、像を動
かさずにブランキング偏向を行う場合には、像の位置を
偏向中心として偏向器を配置すればよい。このとき、偏
向中心に絞りがある場合には、偏向器を上下に分割して
配置し、偏向作用を上下対称にすれば偏向中心の位置は
動かない。しかし、ブランキング偏向器がレンズ磁場中
に存在すると、レンズ磁場による回転作用でブランキン
グ偏向器の偏向方向と電子ビームを遮断する絞り上での
ビームの移動方向が異なる。このレンズ磁場に起因する
上下のブランキング偏向器の間で生ずる電子ビームの回
転作用を、回転機構を設けたり４極以上の偏向器を用い
て打ち消すことによって像を動かさずにブランキング偏
向を行うことができる。

【０００８】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
を示した図である。

【０００９】電子源１から放出された電子ビーム２は集
束レンズ３で収束され結像し、対物レンズ７で感光剤の
塗布された試料９上に投影される。このとき電子ビーム
２を描くべきパターンの位置に偏向器８で偏向する。ま
た、電子ビーム２のオンオフは上ブランキング偏向器４
によりブランキング絞り５を通過させるか否かで行う。
上ブランキング偏向器４と下ブランキング偏向器６と偏
向器８は描画制御装置１０で制御される。

【００１０】通常、ブランキングは物理的に電子ビーム
を遮断することによって行われる。すなわち、偏向器を
用いて電子ビームの軌道を曲げて絞りなどの遮蔽物に当
てることになる。このとき、ブランキング偏向器の感度
や速度の観点からは、ブランキング絞りのできるだけ近
くに電子ビームを通すことが望ましい。しかし、電子ビ
ームの軸調整の容易さやブランキング絞りのコンタミネ
ーションの問題から、実際はある有限の距離だけ隔てて
ブランキング絞りを配置することになる。従って、上記
有限の距離は電子ビームが元の軸から離れて移動するこ
とになり、このとき像が移動することになる。この像の
移動は、描画結果を劣化させる原因となり得る。感光剤
の感度と電子ビームの電流密度から決まる電子ビームの
滞在時間よりも、ブランキング偏向によるビームが移動
する時間が十分に短ければ、この像の移動は描画結果と
して現れない。

【００１１】図２は像を移動させない偏向の原理を示し
たものである。電子ビーム２は上ブランキング偏向器４
と下ブランキング偏向器６に信号を与えない状態、すな
わちビームオンの軌道を示している。対物レンズ７の物
点１１はブランキング絞り５の中心に、像点１２は試料
９の上にある。上ブランキング偏向器４と下ブランキン
グ偏向器６の空間に他の磁場や電場が存在せず、これら
２つの偏向器の偏向方向と偏向角が同一だとすると、こ
れら２つの偏向器の偏向中心はブランキング絞り５の中
心に位置する。電子ビーム１３は上ブランキング偏向器
４と下ブランキング偏向器６によって偏向され、ブラン
キング絞り５にさしかかる途中の状態の軌道を示したも
のである。図示したように、２つの偏向器により偏向さ
れているにも関わらず偏向中心は常にブランキング絞り
５の中心、すなわち対物レンズ７の物点１１にあるの
で、像点１２は試料９上で移動しない。このように、偏
向器の偏向中心が偏向器直後のレンズ系の物点になって
いればこのレンズ系の像点は偏向に伴う移動はしない。

【００１２】ところが、図３（ａ）のように、例えば電
磁レンズ１４の磁場が偏向器に重畳される配置になる
と、電子ビームが偏向器を通過している途中に電子ビー
ムの軌道に回転が生ずる。

【００１３】図３（ｂ）に、上面から見た電子ビームの
試料上での偏向方向を示す。下ブランキング偏向器によ
る偏向方向１６は、下ブランキング偏向器６と対物レン
ズ７（図示せず）の磁場とが重畳していないので対物レ
ンズによる回転角αのみとなる。上ブランキング偏向器
による偏向方向１５は、上ブランキング偏向器４と電磁
レンズ１４の磁場が重畳するのである回転角が生じ、こ
れに対物レンズ７による回転角とが加わり、回転角はα
と異なるものとなる。従って、試料上でのビームの偏向
方向１７は上ブランキング偏向器による偏向方向１５と
下ブランキング偏向器による偏向方向１６の合成とな
る。この結果、試料上ではブランキング偏向に伴って、
ビームが移動してしまうことになる。この移動は、上下
のブランキング偏向器の偏向方向が異なることに由来す
る。従って、上下どちらかの偏向器を他方の偏向器の偏
向方向と同一方向に合わせることができば、この移動は
なくなる。例えば、図４に示したように下ブランキング
偏向器６を上ブランキング偏向器４の偏向方向と一致す
るように配置すれば、ビームの移動はなくなることにな
る。上下のブランキング偏向器の間の角度は、実験によ
り求める方法または上ブランキング偏向器４の偏向方向
を計算することで求めることができる。

【００１４】偏向方向を一致させた後、上下のブランキ
ング偏向器の偏向感度の調整を行えば、ビームの移動は
なくなる。具体的には、上ブランキング偏向器４と下ブ
ランキング偏向器６に印加する電圧比を変えればよい。

【００１５】また、下ブランキング偏向器６の偏向方向
に合致するように、上ブランキング偏向器４の角度を変
えてもよい。

【００１６】（実施例２）図５に、第２の実施例を示
す。例えば、電子ビームの電流や電子光学系の倍率を変
えることのできる電子ビーム描画装置では、電磁レンズ
の励磁を変化させることでこれを行う。この場合には、
偏向器に重畳される磁場分布が変わるので、偏向方向も
変化する。この場合には、下ブランキング偏向器６を４
極とし相対する２極の組み合わせで電圧比を変化させれ
ば、偏向方向を変えることができる。あらかじめ電磁レ
ンズの励磁の変化に応じて偏向器に加える電圧を変化さ
せて偏向方向を決定しておけば、全ての場合でブランキ
ングによるビームの移動がなくなる。下ブランキング偏
向器６は４極を示してあるが、偏向方向を変えることが
できれば４極以上でもよい。

【００１７】また、上ブランキング偏向器４に４極以上
の偏向器を用いてもよいし、上下のブランキング偏向器
の両方とも４極以上の偏向器を用いてもよい。

【００１８】（実施例３）第３の実施例を図６に示す。
第２の実施例のように偏向方向を変化させるためには、
下ブランキング偏向器６に回転機構を設け、機械的に回
転させてもよい。

【００１９】また、回転機構を上ブランキング偏向器４
に設けてもよいし、上下のブランキング偏向器の両方と
もに設けてもよい。

【００２０】（実施例４）実施例１から実施例３に示し
た例は、上ブランキング偏向器４と下ブランキング偏向
器６ともに円筒を分割した形であるが、偏向機能が同等
であれば平行平板型またはその他の形状でもよい。図７
（ａ）に示したのは２極、図７（ｂ）には４極の偏向器
の一例である。

【００２１】（実施例５）実施例１から実施例３に示し
た例は、上ブランキング偏向器４と下ブランキング偏向
器６ともに静電型であるが、図８に一例を示すように偏
向機能が同等であれば電磁型偏向器でもよい。

【００２２】（実施例６）第６の実施例として、本発明
が適用可能である他の例を示す。

【００２３】図９は、可変成形方式または一括図形方式
の電子光学系を示したものである。第１アパーチャ１８
の像を第１成形レンズ２０と第２成形レンズ２１とを用
いて第２アパーチャ１９上に結像する。この第２アパー
チャ１９上の像を対物レンズ７と偏向器８を用いて試料
９上に投影、偏向して描画を行う。

【００２４】電子ビームの寸法を変えるために、または
一括図形の種類を選択するために上成形偏向器２２によ
り電子ビームを偏向する。例えば、ある一括図形の種類
を選択したときビームは１つのアパーチャの大きさ以上
に中心軸から離れる。したがって、対物レンズ７の物点
である第２アパーチャ１９上の像が移動し、試料９上の
像も移動してしまう。図２に示した原理と同様に下成形
偏向器２３をこの像の動きを打ち消すような角度で配置
すれば、試料９上の像の移動はなくなる。通常、第２ア
パーチャ１９の一括図形の種類は複数あり、上成形偏向
器２２の偏向距離が一定の範囲内に配置されるため上成
形偏向器２２の偏向方向は２次元方向となる。この場合
には、ブランキング偏向器と異なり、試料９上の像の移
動をなくするためには、選択された一括図形それぞれに
対応して下成形偏向器２３の偏向方向を変化させる必要
がある。このため、下成形偏向器２３は４極以上の偏向
器を用いてこの像の動きを打ち消すような偏向信号を加
えればよい。

【００２５】（実施例７）第７の実施例として、本発明
の電子ビーム描画方法を用いた半導体集積回路の製造工
程を示す。

【００２６】図１０Ａから図１０Ｄはその工程を示す素
子の断面図である。Ｎマイナスシリコン基板２４に通常
の方法でＰウエル層２５、Ｐ層２６、フィールド酸化膜
２７、多結晶シリコン／シリコン酸化膜ゲート２８、Ｐ
高濃度拡散層２９、Ｎ高濃度拡散層３０、などを形成し
た（図１０Ａ）。次に、リンガラス（ＰＳＧ）の絶縁膜
３１を被着し、絶縁膜３１をドライエッチングしてコン
タクトホール３２を形成した（図１０Ｂ）。

【００２７】次に、通常の方法でＷ／ＴｉＮ電極配線３
４材を被着し、その上に感光剤３３を塗布し、本発明の
電子ビーム描画方法を用いて感光剤３３のパターンニン
グを行った（図１０Ｃ)。そして、ドライエッチングな
どによりＷ／ＴｉＮ電極配線３４を形成した。

【００２８】次に層間絶縁膜３５を形成し、通常の方法
でホールパターン３６を形成した。ホールパターン３６
の中はＷプラグで埋め込み、Ａｌ第２配線３７を連結し
た（図１０Ｄ）。以降のパッシベーション工程は従来法
を用いた。

【００２９】なお、本実施例では主な製造工程のみを説
明したが、Ｗ／ＴｉＮ電極配線形成のリソグラフィ工程
で本発明の電子ビーム描画方法を用いたこと以外は従来
法と同じ工程を用いた。以上の工程により、微細なパタ
ーンを形成することができ、ＣＭＯＳＬＳＩを高歩留ま
りで製造することが出来た。本発明の電子ビーム描画方
法を用い半導体集積回路を製作した結果、配線の解像不
良の発生を防止でき、製品の良品歩留まりが大幅に向上
した。

【００３０】

【発明の効果】ブランキング偏向器や成形偏向器を上下
に分割して角度を付けて配置し像の移動をなくすること
により、高精度に微細なパターンを形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図。

【図２】像を移動させない偏向の原理を示した図。

【図３】電磁レンズの磁場が偏向器に重畳された場合を
示す図。

【図４】本発明の偏向器の配置を示す図。

【図５】本発明の第２の実施例を示す図。

【図６】本発明の第３の実施例を示す図。

【図７】本発明の第４の実施例を示す図。

【図８】本発明の第５の実施例を示す図。

【図９】本発明の第６の実施例を示す図。

【図１０】本発明の電子ビーム描画方法を用いた半導体
集積回路の製造工程を示す図。

【符号の説明】

１：電子源、２：電子ビーム、３：集束レンズ、４：上
ブランキング偏向器、５：ブランキング絞り、６：下ブ
ランキング偏向器、７：対物レンズ、８：偏向器、９：
試料、１０：描画制御装置、１１：物点、１２：像点、
１３：電子ビーム、１４：電磁レンズ、１５：上ブラン
キング偏向器による偏向方向、１６：下ブランキング偏
向器による偏向方向、１７：試料上での偏向方向、１
８：第１アパーチャ、１９：第２アパーチャ、２０：第
１成形レンズ、２１：第２成形レンズ、２２：上成形偏
向器、２３：下成形偏向器、２４：Ｎマイナスシリコン
基板、２５：Ｐウエル層、２６：Ｐ層、２７：フィール
ド酸化膜、２８：多結晶シリコン／シリコン酸化膜ゲー
ト、２９：Ｐ高濃度拡散層、３０：Ｎ高濃度拡散層、３
１：絶縁膜、３２：コンタクトホール、３３：感光剤、
３４：Ｗ／Ｔｉ電極配線、３５：層間絶縁膜、３６：ホ
ールパターン、３７：アルミ第２配線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 徳郎 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを放射する電子源と１つ以上の
   電磁レンズと前記電子ビームを偏向する上下２つの偏向
   器と前記電子ビームを遮断する絞りと具備して行う電子
   ビーム描画方法において、前記２つの偏向器の中間に前
   記電子ビームを遮断する絞りを配置し前記２つの偏向器
   を特定の角度をつけて配置し前記２つの偏向器の偏向方
   向を変えることを特徴とする電子ビーム描画方法。
2. 【請求項２】電子ビームを放射する電子源と１つ以上の
   電磁レンズと前記電子ビームを偏向する上下２つの偏向
   器と前記電子ビームを遮断する絞りと具備して行う電子
   ビーム描画方法において、前記２つの偏向器の中間に前
   記電子ビームを遮断する絞りを配置し前記２つの偏向器
   の少なくともどちらか一方にを回転機構を有し前記２つ
   の偏向器の偏向方向を変えることを特徴とする電子ビー
   ム描画方法。
3. 【請求項３】電子ビームを放射する電子源と１つ以上の
   電磁レンズと前記電子ビームを偏向する上下２つの偏向
   器と前記電子ビームを遮断する絞りと具備して行う電子
   ビーム描画方法において、前記２つの偏向器の少なくと
   もどちらか一方が４極以上の偏向器で前記２つの偏向器
   の偏向方向を変えることを特徴とする電子ビーム描画方
   法。
4. 【請求項４】請求項１および請求項２の電子ビーム描画
   方法において、前記２つの偏向器に印加する電気信号を
   制御して前記電子ビームの偏向角をそれぞれ独立に制御
   することを特徴とする電子ビーム描画方法。
5. 【請求項５】請求項３の電子ビーム描画方法において、
   前記４極以上の偏向器に印加する電気信号を制御して前
   記２つの偏向器の前記電子ビームの偏向角と偏向方向を
   それぞれ独立に制御することを特徴とする電子ビーム描
   画装置。
6. 【請求項６】請求項１から請求項５の電子ビーム描画方
   法において、前記電子ビームを遮断する絞りが前記電子
   ビームで像を形成するための絞りであることを特徴とす
   る電子ビーム描画方法。
7. 【請求項７】請求項１から請求項６の電子ビーム描画方
   法を行うことを特徴とする電子ビーム描画装置。
8. 【請求項８】請求項１から請求項６の電子ビーム描画方
   法を用いたことを特徴とする半導体集積回路装置。