JPS62114221A

JPS62114221A - 荷電ビ−ム描画方法

Info

Publication number: JPS62114221A
Application number: JP25528985A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-11-14
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1987-05-26

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】〔発明の技術分野〕本発明は、荷電ビーム描画方法に係わり、特に複数のア
パーチャの選択により高スルーブツト化をはかった荷電
ビーム描画方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体ウェハヤマスク基板等の試料上に微細パターンを
形成するものとして、各種の電子ビーム描画装置が用い
られているが、近年描画速度の向上をはかる目的でビー
ム寸法を可変する、所謂可変寸法ビーム方式の電子ビー
ム描画装置が開発されている。しかし、この種の装置で
あっても、半導体メモリデバイスの如き超高密度のパタ
ーンを描画する場合には、スルーブツトが著しく低い。

そこで最近、キャラクタ・プロジェクション方式と称さ
れる電子ビーム描画装置が開発されている。この装置で
は、アバーチレマスクにパターンの異なる複数のアパー
チャを形成しておき、描画すべき図形に応じてアパーチ
ャを選択して描画を行うものである。そして、可変寸法
ビーム方式に比しても数倍程度の描画スルーブツトの向
上をはかることができる。

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、同一マスク内に多くのパターンを入れ
ているため、パターンを選ぶ時にビームを大きく偏向す
る必要があり、パターンの選択によっては描画精度の低
下を招く。さらに、多くのパターンを同時に入れておい
ても、描画できるパターンには制限があり、ＬＳＩの描
画を行うには適当でなく、実用性に乏しいものである。

また、キャラクタ−マスク（複数パターンの７パーチヤ
が形成されたマスク）がレンズ内部に設けであるので、
キャラクタ−マスクを交換する時には、電子ビーム光学
鏡筒の真空を破りレンズを分解する必要があり、非常に
面間であった。

なお、上記の問題は電子ビーム描画装置に限らず、イオ
ンビームを用いて試料上にパターンを描画するイオンビ
ーム描画装置についても同様に言えることである。

（発明の目的）本発明は上記の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、従来のキャラクタ・プロジェクショ
ン方式の問題を解決することができ、繰返しパターンを
有する図形の描画に際し描画スルーブツトの向上をは゛
かり得、且つ繰返しパターンの面積が大きい場合にも十
分適用し得る荷電ビーム描画方法を提供することにある
。

（発明の概要）本発明の骨子は、マスクに繰返しパターン形成用のアパ
ーチャとビーム寸法可変用のアパーチャとを設け、繰返
しパターンか非繰返しパターンかに応じて上記アパーチ
ャの一方を選択することにある。さらに、繰返しパター
ンの描画時と非繰返しパターンの描画時とでビーム電流
密度を変え、空間電荷効果に起因する露光ボケを防止す
ることにある。

超ＬＳＩデバイスのうち、メモリデバイスでは、９０［
％コ以上が繰返しのパターンであり、残りの１０［％］
が周辺回路でメモリセルとは異なったパターンでできて
いる。従って、メモリセル部をキャラクタ・プロジェク
ション方式、つまりキャラクタモードで描画し、残りの
部分は可変寸法ビームを用いてＶＳＢモードで描画する
。これにより、繰返しパターンについてはパターン成形
用アパーチャを選択することにより短時間で描画でき、
また非繰返しパターンについては可変ビーム成形用アパ
ーチャを選択することにより従来の可変ビーム方式と同
様に任意のパターンを描画することができる。さらに、
荷電ビーム光学鏡筒の側部にキャラクタ・プロジェクシ
ョン用マスクを交換するための予備室を設けておけば、
マスク交換を短時間で行うことが可能になる。

また、可変寸法ビームを用いる場合はビーム面積は２［
μｍ］〜０．１［μ７７Ｌ］程度変化するのに対し、キ
ャラクタプロジェクションでは繰返しパターンの大きざ
にもよるがビーム面積は５［μ７７Ｌ］以上になること
もある。従って、キャラクタモードにした場合、空間電
荷効果のためにレンズの焦点条件が大幅に狂い描画精度
の低下を招く虞れがある。そこで、ＶＳＢモードとキャ
ラクタモードとで、ビーム電流密度を変えるためにレン
ズの励Ｉａｆｆｉ流を変えることにより、空間電荷の影
響を少なくすることが可能となる。しかし、このレンズ
条件を変えることは荷電ビーム光学鏡筒の再設定を必要
とし、再設定が多数回あるとこの時間だけでも長くなる
。そこで、繰返しパターン及び非繰返しパターンの一方
の全体を描画したのち、他方のパターンを描画するよう
にすれば、レンズ条件の切換え等が１回で済むことにな
り、これによる描画速度の低下は殆どｓ？！４できる。

本発明はこのような点に着目し、荷電ビーム放射源から
放射された荷電ビームを集束偏向制御し、このビームを
被露光試料上に選択的に照射して該試料に所望パターン
を描画する荷電ビーム描画方法において、繰返しパター
ンに相当するパターン成形用アパーチャと、可変寸法ビ
ームを形成するための可変ビーム成形用アパーチャと、
これらのアパーチャより防記荷電ビーム放射Ｓ側に設け
られ上記各アパーチャのいずれか一方に荷電ビームが照
射されるよう該ビームを偏向するアパーチャ選択用偏向
系とを用い、繰返しパターンは上記パターン成形用アパ
ーチャを通過するビームで描画すると共に、非繰返しパ
ターンは上記ビーム成形用アパーチャを通過するビーム
で描画し、且つ繰返しパターン及び非繰返しパターンの
一方を全て描画したのち、他方のパターンを描画するよ
うにした方法である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、繰返しパターン部についてはパターン
成形用アパーチャを選択することにより、高スルーブツ
トで描画することができる。ざらに、非繰返しパターン
については、可変ビーム成形用アパーチャを選択するこ
とにより、任意のパターンを描画することができる。こ
のため、ＬＳＩ等のパターンも容易に描画することがで
き、且つ全体としての描画スルーブツトの向上をはかり
得る。

しかも、繰返しパターンと非繰返しパターンの描画の切
換えを１回で済ませているので、この切換えに要するＦ
ＲｌｉｌＩは全体の描画時間に比べて無視できる程短い
。また、ＶＳＢモードとキャラクタモードとでレンズ系
の励磁電流を変えることにより、それぞれのモードで空
間電荷効果によるビームボケを最小限に抑えることがで
きる。このため、繰返しパターン及び非繰返しパターン
共に、同程度の高い精度の描画が可能となる。

第２図はメモリセルパターンの例を示す模式図である。

この図から明かなように、直角三角形を可変寸法ビーム
で描画可能にしても、可変寸法ビームを用いた場合には
、少なくとも１１回のショットを行う必要がある。これ
に対し本発明によれば、メモリセル部については１回の
ショットで可能であるから、約１／１０の描画時間で終
了し、周辺回路の非繰返しパターンに対しても可変寸法
ビームによる描ｕ！ｉ機能を用いればある程度の速度で
描画することができる。従って、全体としての描画時間
は、従来の単純可変寸法ビームでは０．９（メモリセル
部）＋０．１（周辺回路）であるのに対し、本発明では０．０９　（メモリセル部）＋０．１（周辺回路）とな
るので、本発明／単純可変寸法ビーム＃０．２となり、スルーブツトは約５倍に向上する。また、２０
パターンが繰返しの単位となる場合も、ビーム電流密度
を１／２程度にすれば空間電荷効果も少なくでき、実露
光時間を２倍にとっても結局メモリセル部は１／１０の
時間で描画でき、結局１１５の描画時間に抑えることが
できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム描
画装置を示す概略構成図である。図中１０は電子光学鏡
筒を構成する真空外囲器、１１はこの外囲器１０内に収
容された電子銃である。

電子銃１１から放射された電子ビームは、第１乃至第５
のレンズ１２．〜，１６で集束され、ターゲット１７上
に照射される。なお、ターゲット１７としての半導体ウ
ェハ等は、一般にＸ方向及びＹ方向に移動可能な試料台
上に載置されるものとなっている。

第２及び第３のレンズ１３．１４間には、アパーチャ２
１ａ、２１ｂを備えた第７のアパーチャマスク２１が配
置されている。第３及び第４のレンズ１４．１５間には
、アパーチャ２２ａ。

２２ｂを備えた第２のアパーチャマスク２２が配置され
ている。ここで、第１のアパーチャマスク２１の各アパ
ーチャ２１ａ、２１ｂはそれぞれ矩形状であり、アパー
チャ２１ｂはアパーチャ２１８に対して小さいものとな
っている。さらに、第２のアパーチャマスク２２のアパ
ーチャ２２ａは露光すべきメモリセル等の繰返しパター
ンに相当するものである。例えば、露光すべきメモリセ
ルのパターンが第２図に示す如く斜線部の繰返しの場合
、アパーチャ２２ａは第２図の両ハツチング部分に相当
するものとなる。即ち、アパーチャ２２ａはパターン成
形用アパーチャであり、第３図に示す如く第２のアパー
チャマスク２２に形成されている。また、第２のアパー
チャマスク２２のアパーチャ２２ｋ）は可変寸法ビーム
を形成するためのもので、第３図に示す如くパターン成
形用アパーチｔ’２２ａと同一マスク２２上に矩形状に
形成されている。なお、第２のアパーチャマスク２２は
レンズ１４．１５等の内部ではなく、レンズ外に配置さ
れるものとなっている。

第１及び第２のレンズ１２．１３間のビームクロスオー
バ位置には偏向コイル２３が配置され、レンズ１３．１
４間のビームクロスオーバ位置には偏向コイル２４が配
置されている。これらの偏向コイルは、上記アパーチャ
２２ａ、２２ｂのいずれかを選択するアパーチャ選択用
偏向系である。

そして、偏向コイル２３．２４によりビームを偏向する
ことにより、後述する如くアパーチャ２１ａ、２１ｂと
アバーチｔ２２ａ、２２ｂとの光学的重なりが可変され
、この重なり部分からなる所定形状のビームが前記ター
ゲット１７上に結像されるものとなっている。

なお、偏向コイル２３．２４は、ＣＰｔＪ５１及びイン
ターフェース５２を通じて前記対物レンズ１６と連動し
て制御される。即ち、キャラクタモードにした時、ビー
ム面積が大きくなりアンダーフォーカスとなるので、対
物レンズ電流を増すことでフォーカス条件を補正する。

逆に、ＶＳＢモードに変えた時は、ビーム面積が小さく
オーバーフォーカスとなるので、対物レンズ電流を小さ
くして補正を行うものとなっている。

第４及び第５のレンズ１５．１６間には、ビームをＸ方
向（紙面表裏方向）に偏向するための偏向板２５及びＹ
方向（紙面左右方向）に偏向するだめの偏向板２６が配
置されている。そして、これらの偏向板２５．２６によ
り、上記所定形状のビームはターゲット１７上で走査さ
れるものとなっている。また、上記第２のアパーチャマ
スク２２の配置位置の外囲器１０の側壁には、ゲートバ
ルブ２７を介してマスク予備室２８が連設されている。

予＋！を至２８内にはマスク交換機構２９が設けられて
おり、ゲートバルブ２７を開くことにより、外囲器１０
とマスク予備室２８との間でマスク２２が交換されるも
のとなっている。

なお、図中３１は可変寸法ビームを形成する際に、例え
ばアパーチャ２１ａ、２２ｂとの光学的重なり面積を可
変し、該ビームの寸法を可変するためのビーム寸法可変
用偏向板である。また、３２、〜．３４はビームが正常
か否かをモニタするための反射電子検出器、３５はビー
ムの非点収差を補正しビーム分解能を上げるための非点
補正コイル、４１．〜．４６はビームが正規の軌道を通
るようにビームの軸を合わゼるための軸合わせコイルを
それぞれ示している。

ここで、前記アパーチャ２２ａ、２２ｂの選択は、次の
ようにして行われる。即ち、メモリセルの如き繰返しパ
ターンを露光する際には、第４図に実線で示す如くアパ
ーチャ２１ａの象をパターン成形用アバーチｔｙ２２８
に照射する。この場合、ターゲット１７上にはアパーチ
ャ２２ａのパターンであるメモリセルパターンが露光さ
れることになる。一方、周辺回路を露光する際には、偏
向コイル２４によりビームを図中破線に示す如く偏向す
る。この場合、アパーチャ２１ａの像は可変ビーム成形
用アパーチャ２２ｂに照射されることになる。従って、
ターゲット１７上には可変寸法ビームが照射されること
になる。なお、偏向コイル２４による偏向中心はビーム
のクロスオーバ位置にあるので、この偏向コイル２４で
ビームを偏向してもターゲット１７上でビーム位置がず
れることはない。

また、上記の偏向コイル２４の代りに偏向コイル２３を
用いることも可能である。即ち、周辺領域を露光する際
に、第５図に示す如り（橘向コイル２３でビームを図中
破線に示す如く偏向し、アパーチャ２１ｂの象がアパー
チャ２２ｂに照射されるようにする。これにより、ター
ゲット１７上には可変寸法ビームが照射されることにな
る。そしてこの場合、可変寸法ビームを形成する際にア
パーチャ２１ｂが小さいのでアパーチャ２２ｂでカット
するビームを少な（することが可能である。

次に、上記装置を用いた描画方法について説明する。

第６図は半導体ウェハ６１のチップ６２及び描画手順を
説明するための模式図、第７図は第６図中破線で囲んだ
部分Ａを拡大して示す模式図である。まず、第７図に示
す如くウェハ６１のチップ６２上に予め形成されている
マーク６３を検出して位冒合わせを行い描画を始める。

ウェハ６１を６４で示した０、５〜２　［ｓ＋］の細い
領域に分け、この細い領域は試料台を連続移動させてｗ
Ａｌｌｉｉを行う、６５は描画中の試料台の移動方向で
ある。また、図中■〜■、■′〜■′はそれぞれ試料台
の移動順序を示している。ＬＳＩチップは斜線で示した
メモリセル部６６と周辺回路部６７或いはダイシングラ
イン６８に分けられる。

まず、試料台を■〜■の順に移動しながら、可変寸法ビ
ームを用いて周辺回路部６７及びダイシングライン６８
を全て描画する。即ち、前記偏向コイル２４により可変
ビーム成形用アパーチャ２２ｂを選択し、前記偏向板３
１によりアパーチャ２１ａ、２２ｂとの光学的型なりを
制御して描画を行う。この描画は１枚のウェハの全ての
非繰返しパターンが終了するまで行う。

次いで、ビーム電流密度を小さくし、試料台を■′〜■
′の順に移動しながら、キャラクタ・プロジェクション
方式によるビームを用いてメモリセル部６６を全て描画
する。即ち、偏向コイル２４によりパターン成形用アパ
ーチャ２２ａを選択し、このアパーチャ２２ａのパター
ンに相当するビームで一つのメモリセル部６６を一括露
光する。この描画も、１枚のウェハの全ての繰返しパタ
ーンが終了するまで行う。

１枚のウェハの描画が完了したら次のウェハの描画に移
るが、このとき電子光学鏡筒はキャラクタモードとなっ
ているので、この場合メモリセル部６６の描画を行った
のち、周辺回路部６７及びダイシングライン６８の描画
を行うようにする。

なお、キャラクタモードの場合、描画時間が長いので、
試料台を連続移動させていることによるずれを補うため
に、ビームを試料台の移動に追尾させる。また、メモリ
セルパターンが複数種ある場合、それぞれのパターン及
び矩形パターンを有する複数枚のマスク２２を用意して
おき、外囲器１１とマスク予備苗２８との間でマスクを
交換すればよい。この場合、ゲートバルブ２７を開くの
みでマスク２２の交換ができるので、外囲器１０の真空
を破る必要な（、またレンズ等を分解する必要もなく、
容易に実施することができる。

かくして本実施例によれば、メモリセル等の繰返しパタ
ーンを有するものを描画する際に、前記パターン成形用
アパーチャ２１ａを選択し、該セルパターンを一括露光
することができるので、描画スルーブツトの大幅な向上
をはかり得る。さらに、メモリセル部以外の周辺回路等
の非繰返しパターンを描画する際には、前記可変ビーム
成形用アパーチャ２１ｂを選択し可変寸法ビームで描画
することにより、任意のパターンを自由に描画すること
ができる。また、ＶＳＢモードとキャラクタモードとで
レンズ励磁電流を変えるようにしているので、ビーム面
積の異なりに起因する空間−電荷の影響で焦点がずれる
ことを未然に防止することができ、いずれのモードであ
っても高精度の描画を行い得る。さらに、ｖＳＢモード
とキャラクタモードとの切換えを１枚のウェハに対し１
回で済ませているので、この切換えにより描画時間が長
くなることはない。従って、キャラクタ・プロジェクシ
ョン方式によるＬＳＩのパターン形成を実用化すること
ができ、半導体装置製造における有用性は絶大である。

また、真空外囲器１０を分解することなくマスクを交換
可能としているので、繰返しパターンがｍａｆ！あって
も、マスクを交換することによりこれらのパターンに対
応することができる。また、１枚のマスク２２には２［
！のアパーチャ２２ａ。

２２ｂを設けているのみであるから、アパーチャの選択
により過大にビームを偏向する必要もなく、これによる
露光精度低下を招くこともない。

第８図は他の実施例方法を説明するための模式図である
。メモリパターンの場合、メモリセルのｌＩ像を配置す
る場合もある。第８図に示すパターンの場合、パターン
８１．８３については平行移動でパターン形成できる。

しかし、８５．〜。

８８のハツチングを行った部分は左側を平行移動しても
右側と重ならない。従ってこのようなパターンについて
は、ＶＳＢモードで描画する。即ち、パターン８１．８
３及びパターン８２．８４のハツチング部分以外をキャ
ラクタモードで描画し、ハツチング部分８５．〜．８８
をＶＳＢモードで描画するようにすればよい。

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。例えば、前記繰返しパターンと非繰返しパターンと
の描画順序は、いずれが先であってもよい。また、前記
マスク上に形成するパターン成形用アパーチャの数は１
個に限るものではなく、複数個であってもよい。さらに
、パターン成形用アパーチャと可変ビーム成形用アパー
チャとを必ずしも同一マスク上に形成する必要はなく、
別々のマスクにそれぞれ形成するようにしてもよい。ま
た、光学系の構成は第１図に限るものではなく、仕様に
応じて適宜変更可能であり、要はパターン成形用アパー
チャ、可変ビーム成形用アパーチャ、及びこれらのアパ
ーチャより電子銃側に配設され上記いずれかの７パーチ
セにビームが照射されるようビームを偏向するアパーチ
ャ選択用偏向系を有するものであればよい。さらに、ア
パーチャ選択用偏向系は偏向コイルに限るものではなく
、静Ｎ（Ｉ向板であってもよい。

また本発明は、電子と−ム描画装置に限るものではなく
、イオンビームを用いてパターンを露光するイオンビー
ム描画装置やイオンビーム注入装置にも適用することが
できる。その他、本発明の要旨を逸鋭しない範囲で、種
々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム描
画装置を示す概略構成図、第２図はメモリセルパターン
を示す模式図、第３図はパターン成形用アパーチャ及び
可変ビーム成形用アパーチャの形状を示す平面図、第４
図及び第５図はそれぞれアパーチャ選択用偏向コイルに
よるアパーチャ選択の原理を説明するための模式図、第
６図及び第７図はそれぞれ上記装置を用いた描画工程を
説明するための模式図、第８図は他の実施例を説明する
ための模式図である。１０・・・真空外囲器、１１・・・電子銃、１２．〜。１６・・・レンズ、１７・・・ターゲット、２１．２２
・・・アパーチャマスク、２１ａ、２１ｂ・・・アパー
チャ、２２ａ・・・パターン成形用アパーチャ、２２ｋ
）・・・可変ビーム成形用アパーチャ、２３．２４・・
・アパーチャ選択用偏向コイル、２５．２６・・・ビー
ム走査用偏向板、３１・・・ビーム寸法可変用偏向板、
３２゜〜、３４・・・反射電子検出器、３５・・・非点
補正コイル、４１．〜．４６・・・軸合わせコイル、５
１・・・ＣＰｔＪ１５２・・・インターフェース、６１
・・・半導体ウェハ、６２・・・チップ、６３・・・マ
ーク、６６・・・メモリセル部、６７・・・周辺回路部
、６８・・・ダイシングライン。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第３図第４図第５図第　７　凶第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）荷電ビーム放射源から放射された荷電ビームを集
束偏向制御し、このビームを試料上に選択的に照射して
該試料に所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法に
おいて、繰返しパターンに相当するパターン成形用アパ
ーチャと、可変寸法ビームを形成するための可変ビーム
成形用アパーチャと、これらのアパーチャよりも前記荷
電ビーム放射源側に設けられ上記各アパーチャのいずれ
か一方に荷電ビームが照射されるよう該ビームを偏向す
るアパーチャ選択用偏向系とを用い、繰返しパターンを
上記パターン成形用アパーチャを通過するビームで描画
すると共に、非繰返しパターンを上記ビーム成形用アパ
ーチャを通過するビームで描画し、且つ試料上の繰返し
パターン及び非繰返しパターンの一方を全て描画したの
ち、他方のパターンを描画することを特徴とする荷電ビ
ーム描画方法。
（２）前記繰返しパターンを描画する時と前記非繰返し
パターンを描画する時とで、ビーム電流密度を変えるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム
描画方法。
（３）前記試料上に形成するのは半導体メモリパターン
であり、メモリセルパターンの非繰返しパターンのうち
繰返しパターンと見なすのを妨げている部分を除き、繰
返しパターンと見なせる部分を前記パターン成形用アパ
ーチャを通過するビームで描画することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム描画方法。