JP2692662B2 - 荷電粒子ビーム露光装置及び透過マスク寿命判定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は荷電粒子ビーム露光
装置及び透過マスク寿命判定方法に係り、特に半導体装
置の集積回路や集積回路形成用のマスクの製造に用いら
れる荷電粒子ビーム露光装置及びそれに用いる透過マス
クの寿命判定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の高密度化や高速
化を向上させるために、半導体集積回路の各素子寸法の
微細化の努力が続けられている。この素子寸法の微細化
のために、紫外光を利用した光学的露光装置では、使用
する光の短波長化、高ＮＡ（開口数）化、変形光源など
露光装置の光学的改善や、位相シフトマスクなど新方式
の露光方法などが提案されている。また、これと並行し
て電子線あるいはＸ線露光など新しい露光方式の開発が
進められている。特に、２５６メガビットＤＲＡＭ（ダ
イナミック・ランダム・アクセス・メモリ）のような微
細パターンをもつ集積回路の形成には電子線露光を用い
た試みが種々提案されている。

【０００３】これら電子線露光装置には、ポイントビー
ム型と可変矩形ビーム型があり、これらはいずれもパタ
ーンを単位微小領域あるいは矩形領域に分割してポイン
トビームを偏向走査するか、あるいはパターンに応じた
大きさのビームスポットを持つ電子ビームを偏向させ、
パターンを一筆描画し露光するため、露光に長時間を要
している。例えば上述の２５６メガビットＤＲＡＭで
は、チップ当たりの露光時間が１０分程度かかってしま
い、光露光方式に比べて１００倍程度も長い露光時間を
必要とする。また、露光装置自体が光学的露光装置に比
べて高価であるという欠点を有している。

【０００４】そこで、従来、上述した露光時間を短くす
るために、メモリチップ全体に対応するパターンを含む
マスクを用意して、１回の電子線照射によってチップ全
面を露光する方式がＭ．Ｂ．ヘリテイジにより提案され
ている（M.B.Heritage:Electron-projection microfabr
ication system,J.Vac.Sci.Technol.,Vol.12,No.6,Nov.
/Dec.(1975)、1135）。しかしながら、この電子線露光方
法では、数ｍｍ角以上のチップ全面において十分な精度
を保証する電子光学系の実現が困難なため、実用化され
るまでにいたってない。

【０００５】一方、チップ全面でなく、繰り返しのある
パターンを部分的に転写する電子線露光装置も従来より
種々提案されている（特開昭５２−１１９１８５号公
報、松阪尚その他：電子ビーム一括図形照射法の検討−
その１；電子光学系−、第５０回応用物理学会学術講演
会講演予稿集、２７ａ−Ｋ−６（１９８９）４５２、及
び、中山義則その他：電子ビーム一括図形照射法の検討
−その２；アパーチャー作成−、第５０回応用物理学会
学術講演会講演予稿集、２７ａ−Ｋ−７（１９８９）４
５２）。この従来の電子線露光装置は、チップの中で周
期的なパターン群のうちで電子流密度を均一に保てる程
度の大きさのビームスポットに対応する程度の大きさの
部分領域を透過マスクとして用意することにより、露光
時間の短縮を図ったものであり、電子光学系およびマス
クの構成も現実的なレベルであり、量産装置として開発
が進められている。

【０００６】しかしながら、この従来の電子線露光装置
では、透過マスクのマスクパターンが長期間の使用によ
って変形劣化し、そのまま用いればウェハ上のパターン
形状寸法が変化し、高精度のパターン描画ができなくな
るという問題がある。このような劣化は、マスク構成材
料として用いている金属の温度が電子線の照射によって
上昇し、金属原子が移動することによって起こる。

【０００７】ウェハ上のパターンにくらべてマスクパタ
ーンは２５倍程度の大きさである。０．２μｍウェハ上
の寸法に対しては５μｍの寸法となる。ウェハ上の寸法
の許容誤差はパターン寸法の１／２０程度であるので、
０．２μｍのウェハパターンの場合には許容誤差は０．
０１μｍである。この値は、マスク上では０．２５μｍ
に対応する。

【０００８】そこで、従来、この透過マスクのマスクパ
ターンの変形劣化を装置に装着したままで検知する電子
線露光装置が提案されている（特開平２−２３７１０７
号公報）。この従来の電子線露光装置によれば、装置に
装着したままの透過マスクを細い電子ビームで走査した
ときに、電子ビームが透過マスクに衝突したときに透過
マスクが放出する二次電子あるいは反射電子等の放射物
を検出して、ビーム走査に同期したテレビ面面上にマス
クパターンを表示させることで、パターンの欠陥や変形
を観察検知する構成である。この観察は、試料の露光の
間に行うことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、透過マスク
のマスクパターンの変形劣化を装置に装着したままで検
知する従来の電子線露光装置では、マスクパターン変形
が起こった段階で初めて変形を検知できるのであって、
あらかじめ透過マスクの耐用期限を予測することはでき
ないために、繰り返しマスクパターンを観察する必要が
あるという問題がある。

【００１０】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
要素パターンの使用回数を計数することにより、あるい
は、透過マスク寿命チェックパターンを設けてマスク形
状の変形を加速的に起こさせることにより、パターン露
光に用いる透過マスクのパターン変形が起こる前にマス
クの交換を行えるようにすることのできる荷電粒子ビー
ム露光装置および透過マスク寿命判定方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の荷電粒子ビーム露光装置は、荷電粒子ビー
ムを出射する光源と、複数の要素パターンの開口部が設
けられた透過マスクと、光源からの荷電粒子ビームを透
過マスク上の所望の要素パターンの開口部に照射し、要
素パターンの開口部を透過した荷電粒子ビームにより所
望の要素パターンを試料上に照射して所望の要素パター
ンを露光する光学系と、透過マスク上の複数の要素パタ
ーンの開口部のうち露光中に照射された要素パターンの
開口部への荷電粒子ビームの照射回数を、要素パターン
の開口部毎に計数する計数手段と、計数手段よりの各要
素パターンの開口部毎の照射回数と警戒レベル回数とを
それぞれ大小比較して透過マスクの寿命を判定する判定
手段とを有する構成としたものである。

【００１２】ここで、上記の計数手段は、複数の要素パ
ターンの開口部のうち任意の要素パターンの開口部に対
して荷電粒子ビームを選択照射するための偏向器データ
を該複数の要素パターンの開口部のそれぞれについて予
め記憶する複数の第１の記憶部と、複数の第１の記憶部
に対応して設けられた複数の第２の記憶部と、通常の露
光期間中における偏向器データを第１の記憶部の各値と
比較し、偏向器データの値と一致する値を記憶している
第１の記憶部に対応する第２の記憶部に照射回数値を記
憶させるデータ比較回路とよりなり、複数の第２の記憶
部から要素パターンの開口部毎の照射回数を出力するこ
とを特徴とする。

【００１３】また、本発明の透過マスク寿命判定方法
は、前記目的を達成するため、透過マスクの複数の要素
パターンの開口部のうち露光中に照射された要素パター
ンの開口部への荷電粒子ビームの照射回数を計数し、各
要素パターンの開口部毎の照射回数と警戒レベル回数と
をそれぞれ大小比較して透過マスクの寿命を判定する。

【００１４】上記の本発明の荷電粒子ビーム露光装置お
よび透過マスク寿命判定方法では、透過マスクの各要素
パターンの開口部毎の照射回数に応じてパターン変形量
が増大することに着目し、各要素パターンの開口部毎の
照射回数と警戒レベル回数を大小比較することで、パタ
ーン変形量が所定値以上であるか否かを判定する。

【００１５】また、請求項４記載の発明の荷電粒子ビー
ム露光装置は、荷電粒子ビームを出射する光源と、光源
からの荷電粒子ビームに対し光束断面が通常の露光時の
第１の径の荷電粒子ビームと第１の径よりも小径の第２
の径の荷電粒子ビームをそれぞれ得るビーム整形手段
と、複数の要素パターンの開口部と要素パターンに対応
したパターンの耐久性チェックパターン部が設けられた
透過マスクと、第１の径の荷電粒子ビームは透過マスク
上の所望の要素パターンの開口部に照射し、第２の径の
荷電粒子ビームは透過マスク上の耐久性チェックパター
ン部に通常露光時より大なるビーム電流密度で照射し、
要素パターンの開口部を透過した荷電粒子ビームにより
所望の要素パターンを試料上に露光する光学系と、耐久
性チェックパターン部に照射される第２の径の荷電粒子
ビームを偏向走査する偏向手段と、荷電粒子ビームが偏
向手段により耐久チェックパターン部を走査する時に発
生するビームを集めて耐久性チェックパターン部の像を
生成して像から耐久性チェックパターン部の形状変化の
変化量を測定する測定手段と、測定された耐久性チェッ
クパターン部の形状変化の変化量と警戒レベル変化量と
をそれぞれ大小比較して透過マスクの寿命を判定する判
定手段とを有する構成である。

【００１６】更に、請求項５記載の本発明の透過マスク
寿命判定方法は、前記目的を達成するため、通常露光後
に通常露光のビーム電流密度よりも大なるビーム電流密
度で透過マスクに設けられた耐久チェックパターン部を
偏向走査し、耐久チェックパターン部を走査する時に発
生するビームの電流強度分布から耐久性チェックパター
ン部の形状変化の変化量を測定し、測定された耐久性チ
ェックパターン部の形状変化の変化量と警戒レベル変化
量とをそれぞれ大小比較して透過マスクの寿命を判定す
るものである。

【００１７】上記の請求項４及び５記載の発明の荷電粒
子ビーム露光装置および透過マスク寿命判定方法では、
透過マスクのビーム電流密度が増大するにつれてパター
ン変形量が増大することと、透過マスクにおいて通常露
光時に使用される要素パターンと同一パターン構成の耐
久性チェックパターン部を要素パターンが形成されてい
る面積よりも小面積に形成して、ここに通常露光時より
大なるビーム電流密度で荷電粒子ビームを照射すると、
少ない露光回数で通常露光時の要素パターンと同等かそ
れ以上の変形が耐久性チェックパターン部に生じること
に着目し、通常露光のビーム電流密度よりも大なるビー
ム電流密度で荷電粒子ビームを照射したときの耐久性チ
ェックパターン部の形状変化の変化量を測定して、測定
結果と警戒レベル変化量とを大小比較して透過マスクの
寿命を測定する。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１及び第２の実
施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発
明になる荷電粒子ビーム露光装置の第１の実施の形態の
構成図、図２は図１中のパターン照射回数計数回路のブ
ロック図を示す。

【００１９】図１に示す荷電粒子ビーム露光装置の光学
系は、電子銃１から出射され、第１ビーム偏向器２を通
過した電子ビームを、ビーム整形アバーチャ３によりそ
の光束断面が正方形になるように整形し、この電子ビー
ムをコンデンサレンズ４及び第２ビーム偏向器５をそれ
ぞれ介して種々の要素パターン６１を含む透過マスク６
の適当なパターン位置に重ね合わせ照射し、更にこの透
過マスク６を透過してパターン化された電子ビームを図
示しない試料上に露光する電子線露光装置の構成であ
る。

【００２０】このとき、透過マスク６上のどの要素パタ
ーンが選択されるかは、第２ビーム偏向器５に与えられ
た電圧によって決まり、その電圧の大きさはＤ／Ａ変換
器９に露光データ制御部７から与えられる第２の偏向器
データｂによって決まる。また、露光の開始と終了は、
ビームブランキングの機能を果たす第１ビーム偏向器２
に与えられた電圧によって決まり、その電圧の大きさは
Ｄ／Ａ変換器８に露光データ制御部７から与えられる第
１の偏向器データａによって決まる。従って、各々の要
素パターンのいずれが選択されたかは、第１の偏向器デ
ータａがオン状態を示す時に第２の偏向器データｂがど
の要素パターンに対応する値になっているかを確認する
ことにより判定できる。

【００２１】そこで、この実施の形態では、露光データ
制御部７から第１の偏向器データａ及び第２の偏向器デ
ータｂが入力され、更に後述のデータ登録制御信号ｃ及
びデータ読み出し制御信号ｄが入力されて、各要素パタ
ーンの選択回数を計数するパターン選択回数計数回路１
０を設けた点に特徴がある。

【００２２】このパターン選択回数計数回路１０は図２
のブロック図に示すように、ｎ個の登録データレジスタ
１０１₁〜１０１_nと、データ比較回路１０２と、ｎ個の
パターン選択回数レジスタ１０３₁〜１０３_nからなる。
上記のｎは透過マスク６の要素パターン６１の個数に等
しい。データ比較回路１０２は第２の偏向器データｂが
どの登録データレジスタのデータと一致するかを、第１
の偏向器データａのタイミングで比較決定する。

【００２３】次に、図２に示すパターン選択回数計数回
路１０によって各要素パターンの選択回数を計数する手
順の詳細を、図３に示す本実施の形態のフローチャート
によって説明する。

【００２４】まず、露光開始前に露光データ制御部７か
らのデータ読み出し制御信号ｄによりパターン選択回数
レジスタ１０３₁〜１０３_nのデータをそれぞれリセット
して０にする（ステップ２１）。次に、第２の偏向器デ
ータｂを透過マスク６の第１の要素パターンに対応する
ように設定し、露光データ制御部７からのデータ登録制
御信号ｃの値を第１の登録データレジスタ１０１₁のみ
がアクティブになるように設定して、第１の要素パター
ンに対応する第２の偏向器データｂを第１の登録データ
レジスタ１０１₁に書き込みセットする（ステップ２
２）。以下同様にして、すべての要素パターンに対応す
る第２の偏向器データｂをそれぞれ対応する登録データ
レジスタ１０１₂〜１０１_nに書き込みセットする（ステ
ップ２２）。

【００２５】次に、通常の露光を開始する（ステップ２
３）。このとき、第２の偏向器データｂにより透過マス
ク６の要素パターンが選択されると（ステップ２４）、
データ比較回路１０２は、その選択した要素パターンの
第２の偏向器データｂの値と、登録データレジスタ１０
１₁〜１０１_nの各登録データを比較し（ステップ２
５）、登録データレジスタ１０１₁〜１０１_nの各登録デ
ータのうち選択した要素パターンの第２の偏向器データ
ｂの値と一致する、登録データに対応するパターン選択
回数レジスタの値を＋１加算する（ステップ２６）。例
えば、登録データレジスタ１０１₁の登録データと一致
したときは、パターン選択回数レジスタ１０３₁の値を
＋１だけインクリメントする。

【００２６】以下同様にして、要素パターンが選択され
るのに応じて、第２の偏向器データｂの値が選択した要
素パターンの値に変わり、データ比較回路１０２はこの
第２の偏向器データｂの値が登録データレジスタ１０１
₁〜１０１_nのうちどの登録データレジスタからのデータ
と一致するか比較し（ステップ２５）、一致する登録デ
ータに対応するパターン選択回数レジスタの値を＋１加
算する（ステップ２６）ことを露光終了まで繰り返す
（ステップ２７）。

【００２７】データ比較回路１０２によって判定される
タイミングは、第１の偏向器データａがブランキングを
オンにして、ビームを透過マスク６に実際に照射するタ
イミングに合わせる必要があり、このタイミングはデー
タ比較回路１０２に送り込まれる第１の偏向器データａ
の値によって制御される。

【００２８】露光が終了すると、その露光の間に選択さ
れたパターン選択回数、すなわち各要素パターン照射回
数のデータが各パターン選択回数レジスタ１０３₁〜１
０３_nに記録されているので、これらを露光データ制御
部７に転送する（ステップ２８）。この転送において
は、露光データ制御部７はデータ読み出し制御信号ｄに
よりパターン選択回数レジスタ１０３₁〜１０３_nを順次
選択し、パターン選択回数レジスタ１０３₁〜１０３_nの
各値をパターン選択回数データ出力ｅとして順次露光デ
ータ制御部７へ転送させる。

【００２９】露光データ制御部７は転送入力された各パ
ターン選択回数データを、あらかじめ設定されている各
パターンの警戒レベル回数データと比較し（ステップ２
９）、パターン選択回数が警戒レベル回数より大きい場
合にはパターン選択回数オーバーの表示を図１では図示
を省略した陰極線管（ＣＲＴ）上に表示し、アラームラ
ンプを点灯する等の処理を行う（ステップ３０）。一
方、パターン選択回数が警戒レベル回数以下の場合には
警戒レベル回数に対する比率を上記陰極線管（ＣＲＴ）
上に表示する（ステップ３１）。

【００３０】ここで、ステップ２９で比較するときに用
いる警戒レベル回数データは、あらかじめ耐久試験を行
って決定しておいたものである。一例として、図４に
０．２μｍレベルのメモリ回路パターンを露光するとき
に用いた透過マスク６でのパターン照射回数とパターン
変形量との関係をまとめたグラフを示す。用いた透過マ
スク６の開口部周囲の構造は、Ａｕ薄膜（１μｍ厚）／
シリコン薄膜（１０μｍ）／Ａｕ薄膜（１μｍ厚）とい
う３層構造になっている。

【００３１】図４において横軸は照射回数、縦軸は要素
パターンの変形量であり、要素パターンの種類の違いは
プロットマークの違いによって示してある。すなわち、
図４中、白四角印はコンタクトホール系の要素パターン
であり、黒三角印および黒丸印は配線系の要素パターン
を示す。

【００３２】同図からわかるように、照射回数が同じで
も要素パターンの種類によって変形量は異なるが、いず
れの場合にも照射回数が増大するにつれて変形量が大き
くなっている。変形量の程度は照射後の透過マスクをＳ
ＥＭ観察して評価しており、直線状であったパターン開
口部の線が凸凹になったり、開口部が広がるように変形
する。このときのもとの基準線位置からの最大変位を変
形量として求めた。

【００３３】前述のように、ウェハ上のパターン寸法の
２５倍の寸法で設計されている透過マスクにおいては、
０．２５μｍ程度の変形量がマスク耐用限界であるの
で、この１／２程度の変形が起こる照射回数を警戒レベ
ル回数とすると、警戒レベル回数の値は図４から１０¹⁴
回程度であることがわかる。なお、照射回数が１／４０
０ないし１／３００になると変形量が１／１０になるこ
とも、図４からわかる。

【００３４】このように、この実施の形態では、チップ
全面でなく、繰り返しのあるパターンを部分的に転写す
る方法により露光時間の短縮を図った、透過マスク６を
使用する方式の電子ビーム露光装置において、パターン
露光に用いる透過マスク６のパターン変形が起こる前
に、パターン選択回数オーバー表示を行うようにしたた
め、この場合は透過マスク６の交換を行うことにより、
透過マスク６のマスクパターンの変形劣化を未然に防止
することができる。

【００３５】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図５は本発明になる荷電粒子ビーム露光装置
の第２の実施の形態の構成図を示す。同図中、図１と同
一構成部分には同一符号を付してある。図５に示す荷電
粒子ビーム露光装置の光学系は、電子銃１から出射さ
れ、第１のコンデンサレンズ１１、第１ビーム偏向器
２、第２のコンデンサレンズ１２をそれぞれ通過した電
子ビームを、ビーム整形アバーチャ３によりその光束断
面が正方形になるように整形し、この電子ビームを第２
のビーム偏向器５及び第３のコンデンサレンズ１３をそ
れぞれ介して種々の要素パターン１４１を含む透過マス
ク１４の適当なパターン位置に重ね合わせ照射し、更に
この透過マスク１４を透過してパターン化された電子ビ
ームを図示しない試料上に露光する電子線露光装置の構
成である。

【００３６】ビーム整形アパーチャ３には、正方形の開
口部３ａのほかに微小開口部３ｂが設けられており、第
１のビーム偏向器２に与える電圧によって電子銃１から
の電子ビームは開口部３ａ又は３ｂを透過する。透過マ
スク１４には、通常の露光の際に用いる要素パターン１
４１の他に各要素パターンと同一パターン構成の耐久性
チェックパターン１４３が耐久性チェックパターン領域
１４２内に設けられている。ただし、各耐久性チェック
パターン１４３の面積は対応する要素パターンの面積に
比べて１／１０程度である。

【００３７】また、第１のコンデンサレンズ１１、第２
のコンデンサレンズ１２および第３のコンデンサレンズ
１３の電流強度を調節して、透過マスク１４上に設けら
れた耐久性チェックパターン１４３を照射するときの電
子ビームの電流密度を変えることができる。

【００３８】この実施の形態は、透過マスク１４に耐久
性チェックパターン１４３を設けると共に、その耐久性
チェックパターン１４３により発生する２次電子を検出
するための、引き込み電極１５と、蛍光体塗布面１６を
有する光電管１７を設けた点に特徴がある。

【００３９】次に、図５に示す透過マスク１４の耐久性
チェックパターン１４３によって各要素パターン１４１
の耐久性を加速試験する手順の詳細を図５および図６に
示す本発明方法の第２の実施の形態のフローチャートに
よって説明する。

【００４０】まず、図５で図示しないウェハ試料上に通
常の露光が開始される（ステップ４１）。この露光終了
後（ステップ４２）、ウェハ試料が装置内から取り出さ
れている間に、以下の加速試験が行われる。

【００４１】はじめに、第１のコンデンサレンズ１１、
第２のコンデンサレンズ１２および第３のコンデンサレ
ンズ１３の電流強度を調節して透過マスク１４上でのビ
−ム電流密度を通常の露光で用いているレベルの１０倍
に設定する（ステップ４３）。次に、透過マスク１４上
の要素パターン１４１の中で、ウェハ試料を露光する際
に用いたものについて、対応する耐久性チェックパター
ン１４３を順次照射する（ステップ４４）。このときの
照射時間は、露光の際に最も多く使用された要素パター
ンが使用された合計時間の１／１０の時間である。

【００４２】その後、ビーム電流密度を通常の露光で用
いているレベルに戻し（ステップ４５）、耐久性チェッ
クパターン１４３を走査し（ステップ４６）、このとき
透過マスク１４から発生する２次電子を引き込み電極１
５によって集め、蛍光体塗布面１６にて発生した光を光
電管１７により電気信号に変換し、その出力を図示しな
いＣＲＴ上に同期表示して耐久性チェックパターン１４
３の形状変化をＳＥＭ像で観察し（ステップ４７）、パ
ターン変形量を測定する（ステップ４８）。

【００４３】続いて、測定された耐久性チェックパター
ン１４３の変形量を、あらかじめ設定されている各パタ
ーンの警戒レベル変形量と比較し（ステップ４９）、パ
ターン変形量が警戒レベルより大きい場合には透過マス
ク１４の交換の表示をＣＲＴ上に表示し（ステップ５
０）、アラームランプを点灯する等の処理を行う。一
方、パターン変形量が警戒レベル変形量以下の場合には
透過マスク１４を継続使用する（ステップ５１）。

【００４４】警戒レベル変形量と照射電流密度との関係
を明らかにするために、露光装置とは別の実験装置を用
い、照射電流密度を大きく変化させて耐久性チェックパ
ターンの変形量を調べたグラフを図７に示す。用いた透
過マスクは０．２μｍレベルのメモリ回路パターンを露
光するときに用いた透過マスクである。また、照射時間
は代表的なメモリ素子である２５６ＭビットＤＲＡＭを
露光するときに最も多く用いられた要素パターンを照射
していた時間の総計の１／１０であり、今回の場合は１
０秒である。

【００４５】図７において横軸は照射電流密度、縦軸は
耐久性チェックパターンの変形量であり、要素パターン
の種類の違いはプロットマークの違いによって示してあ
る。すなわち、白四角印はコンタクトホール系の要素パ
ターンに対応した耐久性チェックパターンであり、黒三
角印および丸三角印は配線系の要素パターンに対応した
耐久性チェックパターンである。

【００４６】図７からわかるように、照射電流密度が同
じでも耐久性チェックパターンの種類によって変形量は
異なるが、いずれの場合にも照射電流密度が増大するに
つれて変形量が大きくなっている。耐久性チェックパタ
ーンの変形量の程度は照射後の透過マスク１４をＳＥＭ
観察して評価しており、直線状であったパターン開口部
の緑が凸凹になったり、開口部が広がるように変形す
る。このときのもとの基準線位置からの最大変位を変形
量として求めた。

【００４７】前述のようにウェハ上のパターン寸法の２
５倍の寸法で設計されている透過マスクにおいては、
０．２５μｍ程度の変形量がマスク耐用限界であるの
で、この１／２程度の変形が起こる照射電流密度を警戒
レベルとすれば、その値は図７から１０⁴Ａ／ｃｍ²程度
であることがわかる。また、照射電流密度が１／１００
になると変形量が１／１０になることもわかる。

【００４８】実際の露光時における照射電流密度は１０
^-1Ａ／ｃｍ²程度であるので、上記の警戒レベル変形量
に対しては電流密度の１０^-5程度である。これらの電流
密度の範囲で図７のような傾向が同じように見られると
すれば、実際の露光量レベルでの変形量は上記の警戒レ
ベル変形量（０．１２５μｍ）に対して１０^-5の平方根
すなわち１／３２０程度である。

【００４９】ところで、図４の説明において述べたよう
に、実際の露光と同じにして露光回数を３００倍乃至４
００倍にすると、変形量が１０倍になることが分かって
いる。このことと、照射電流密度が１００倍になると変
形量が１０倍になることとを比較して考えれば、照射電
流密度を１０倍にする耐久試験は、露光回数すなわち露
光時間を１０倍にする耐久試験と比べてほぼ同じかやや
大きな変形量をもたらすことになる。

【００５０】従って、露光回数を１／１０にして、か
つ、ビーム電流密度を露光レベルの１０倍にすると、露
光量および電流密度ともに通常レベルである場合に比べ
て、透過マスクの要素パターンはほぼ同じかやや大きな
変形を起こすことになる。このようにして、実際のパタ
ーン露光に用いている要素パターン領域での変形量が無
視できなくなる前に、耐久性チェックパターンの変形量
が警戒レベルを越え、要素パターンの変形量が小さいう
ちに透過マスクを交換することができる。

【００５１】なお、加速試験を行うときのビーム電流密
度の大きさは上記の１０倍に限られないが、事前に行っ
た耐久性試験の結果から判断して、加速試験を行う際の
露光時間（露光回数）と１回の露光総時間との比率を勘
案して決定すればよい。

【００５２】なお、本発明は以上の電子ビーム露光装置
に限定されるものではなく、荷電粒子ビーム露光装置に
適用できるものである。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明装置及び方
法によれば、透過マスクの各要素パターンの開口部毎の
照射回数と警戒レベル回数を大小比較することで、ある
いは、通常露光のビーム電流密度よりも大なるビーム電
流密度で荷電粒子ビームを照射したときの耐久性チェッ
クパターン部の形状変化の変化量を測定して、測定結果
と警戒レベル変化量とを大小比較して透過マスクの寿命
を判定するようにしたため、チップ全面でなく、繰り返
しのあるパターンを部分的に転写する方法により露光時
間の短縮を図った、透過マスクを使用する方式の荷電粒
子ビーム露光装置において、パターン露光に用いる透過
マスクの耐用期限を予測することができ、透過マスクの
パターン変形が起こる前に透過マスクの交換ができ、透
過マスクのバターンの変形を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる荷電粒子ビーム露光装置の第１の
実施の形態の構成図である。

【図２】図１中のパターン選択回数計数回路の一例のブ
ロック図である。

【図３】本発明の透過マスク寿命判定方法の第１の実施
の形態における手順を示すフローチャートである。

【図４】パターン照射回数とパターン変形量との関係を
示すグラフである。

【図５】本発明になる荷電粒子ビーム露光装置の第２の
実施の形態の構成図である。

【図６】本発明の透過マスク寿命判定方法の第２の実施
の形態における手順を示すフローチャートである。

【図７】パターン照射電流密度と耐久性チェックパター
ン変形量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 第１のビーム偏向器 ３ ビーム整形アパーチャ ４ コンデンサレンズ ５ 第２のビーム偏向器 ６、１４ 透過マスク ７ 露光データ制御部 ８、９ ＤＡ変換器 １０ パターン選択回数計数回路 １５ 引き込み電極 １６ 蛍光体塗布面 １７ 光電管 ６１、１４１ 要素パターン開口部 １０１₁〜１０１_n 登録データレジスタ １０２ データ比較回路 １０３₁〜１０３_n パターン選択回数レジスタ １４２ 耐久性チェックパターン領域 １４３ 耐久性チェックパターン開口部 ａ 第１のビーム偏向器用データ ｂ 第２のビーム偏向器用データ ｃ データ登録制御信号 ｄ データ読み出し制御信号 ｅ パターン選択回数データ出力信号

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームを出射する光源と、 複数の要素パターンの開口部が設けられた透過マスク
   と、 前記光源からの荷電粒子ビームを前記透過マスク上の所
   望の要素パターンの開口部に照射し、該要素パターンの
   開口部を透過した荷電粒子ビームにより該所望の要素パ
   ターンを試料上に照射して該所望の要素パターンを露光
   する光学系と、 前記透過マスク上の複数の要素パターンの開口部のうち
   露光中に照射された要素パターンの開口部への前記荷電
   粒子ビームの照射回数を、該要素パターンの開口部毎に
   計数する計数手段と、 前記計数手段よりの各要素パターンの開口部毎の照射回
   数と警戒レベル回数とをそれぞれ大小比較して前記透過
   マスクの寿命を判定する判定手段とを有することを特徴
   とする荷電粒子ビーム露光装置。
2. 【請求項２】 前記計数手段は、 前記複数の要素パターンの開口部のうち任意の要素パタ
   ーンの開口部に対して前記荷電粒子ビームを選択照射す
   るための偏向器データを該複数の要素パターンの開口部
   のそれぞれについて予め記憶する複数の第１の記憶部
   と、 該複数の第１の記憶部に対応して設けられた複数の第２
   の記憶部と、 通常の露光期間中における前記偏向器データを前記第１
   の記憶部の各値と比較し、該偏向器データの値と一致す
   る値を記憶している該第１の記憶部に対応する前記第２
   の記憶部に照射回数値を記憶させるデータ比較回路とよ
   りなり、前記複数の第２の記憶部から前記要素パターン
   の開口部毎の照射回数を出力することを特徴とする請求
   項１記載の荷電粒子ビーム露光装置。
3. 【請求項３】 複数の要素パターンの開口部が設けられ
   ており、任意の要素パターンの開口部を透過した荷電粒
   子ビームにより該所望の要素パターンを試料上に照射し
   て露光する透過マスクの寿命を判定する方法であって、 前記複数の要素パターンの開口部のうち露光中に照射さ
   れた要素パターンの開口部への前記荷電粒子ビームの照
   射回数を計数し、各要素パターンの開口部毎の照射回数
   と警戒レベル回数とをそれぞれ大小比較して前記透過マ
   スクの寿命を判定することを特徴とする透過マスク寿命
   判定方法。
4. 【請求項４】 荷電粒子ビームを出射する光源と、 該光源からの該荷電粒子ビームに対し光束断面が通常の
   露光時の第１の径の荷電粒子ビームと該第１の径よりも
   小径の第２の径の荷電粒子ビームをそれぞれ得るビーム
   整形手段と、 複数の要素パターンの開口部と、該要素パターンに対応
   したパターンの耐久性チェックパターン部が該複数の要
   素パターンが形成された面積よりも小なる面積の領域に
   設けられた透過マスクと、 前記ビーム整形手段からの第１の径の荷電粒子ビームは
   前記透過マスク上の所望の要素パターンの開口部に照射
   し、前記第２の径の荷電粒子ビームは前記透過マスク上
   の耐久性チェックパターン部に通常露光時より大なるビ
   ーム電流密度で照射し、前記要素パターンの開口部を透
   過した荷電粒子ビームにより該所望の要素パターンを試
   料上に照射して該所望の要素パターンを露光する光学系
   と、 前記透過マスク上の耐久性チェックパターン部に照射さ
   れる前記第２の径の荷電粒子ビームを偏向走査する偏向
   手段と、 前記荷電粒子ビームが前記偏向手段により前記耐久チェ
   ックパターン部を走査する時に発生するビームを集めて
   該耐久性チェックパターン部の像を生成して該像から該
   耐久性チェックパターン部の形状変化の変化量を測定す
   る測定手段と、 該測定手段により測定された該耐久性チェックパターン
   部の形状変化の変化量と警戒レベル変化量とをそれぞれ
   大小比較して前記透過マスクの寿命を判定する判定手段
   とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
5. 【請求項５】 通常露光で選択される複数の要素パター
   ンの開口部と該複数の要素パターンの開口部に対応する
   耐久チェックパターン部が設けられており、任意の要素
   パターンの開口部を透過した荷電粒子ビームにより該所
   望の要素パターンを試料上に照射して露光する透過マス
   クの寿命を判定する方法であって、 通常露光後に該通常露光のビーム電流密度よりも大なる
   ビーム電流密度で前記耐久チェックパターン部を偏向走
   査し、該耐久チェックパターン部を走査する時に発生す
   るビームの電流強度分布から該耐久性チェックパターン
   部の形状変化の変化量を測定し、該測定された該耐久性
   チェックパターン部の形状変化の変化量と警戒レベル変
   化量とをそれぞれ大小比較して前記透過マスクの寿命を
   判定することを特徴とする透過マスク寿命判定方法。