JP3076570B2

JP3076570B2 - 荷電粒子描画方法及び荷電粒子描画装置

Info

Publication number: JP3076570B2
Application number: JP11214593A
Authority: JP
Inventors: 卓斉藤
Original assignee: 松下電子工業株式会社
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: JP2000138165A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、液晶
ディスプレイ装置又は薄膜磁気ヘッド装置等の製造時
に、マスクに形成された設計パターンを荷電粒子を用い
て基板上に描画する荷電粒子描画方法及び荷電粒子描画
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体装置等の製造に用いられて
いる光リソグラフィー技術は波長が２４８ｎｍのＫｒＦ
エキシマレーザ光を光源に用いている。また、次世代の
光リソグラフィー技術として波長が１９３ｎｍのＡｒＦ
エキシマレーザリソグラフィーが採用されようとしてい
る。しかしながら、さらなる微細化を推し進めていく
と、光リソグラフィー技術では設計パターン同士の分解
能に限界がある。

【０００３】そこで、種々のリソグラフィー技術が提案
されており、なかでもイオンや電子のような荷電粒子、
特に、電子ビームを用いる描画技術が注目されている。
電子ビームを用いる描画技術の中には設計パターンを描
いたマスクを用いる方法とマスクを用いない方法とがあ
る。

【０００４】以下、マスクを用いた従来の電子ビーム描
画方法について図面を参照しながらその概略を説明す
る。図１９は従来の電子ビーム描画方法であって、所望
の回路パターン１０２が形成されたマスク１０１に電子
ビーム１０３を走査しながら照射するようすを表わして
いる。図１９に示すように、電子銃から放射された電子
ビームを成形アパーチャ（図示せず）を通過させて、例
えば、面積が１ｍｍ×１ｍｍ程度の電子ビームに成形
し、成形された電子ビームを所望の回路パターン１０２
が形成されたマスク１０１に照射する。マスク１０１を
通過した電子ビームは電子レンズにより縮小され、レジ
ストを塗布した基板（図示せず）上に照射される。通
常、回路パターン１０２は成形アパーチャの寸法よりも
十分に大きい。従って、図１９に示すように、マスク１
０１を連続的に移動させ、回路パターン１０２の一端部
から他端部まで走査した後に、成形アパーチャの有効幅
をピッチ（＝Ｐ）として繰り返すことにより、回路パタ
ーン１０２の全面に電子ビーム１０３が帯状に照射され
るようにする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の電子ビーム描画方法は、例えば、図２０に示すよう
に、電子ビーム１０３の走査を繰り返す際に、部分的に
照射する際の１回分の照射領域である部分照射領域１０
４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ間に接続誤差が生じるという
問題を有している。ここでは、第１の部分照射領域１０
４Ａと第２の部分照射領域１０４Ｂとは互いに離れてお
り、第２の部分照射領域１０４Ｂと第３の部分照射領域
１０４Ｃとは互いに重なり合っている。これは、基板又
はマスクが保持されているステージの位置決め精度や電
子ビームの安定性に起因する。

【０００６】部分照射領域同士の接続誤差が生じると、
例えば、部分照射領域同士の接続部に跨る配線パターン
において、図２１（ａ）に示すように、部分照射領域同
士が互いに離れた場合には断線が生じ、また、図２１
（ｂ）に示すように、離れる距離がわずかな場合には局
所的に細る寸法異常が生じるため、断線のおそれが生じ
る。さらに、図２１（ｃ）に示すように、部分照射領域
が重なった場合には局所的に太る寸法異常が生じるた
め、いずれも回路パターンの不良につながる。

【０００７】本発明は、前記従来の問題に鑑み、部分照
射領域同士に接続誤差が生じたとしても、スループット
を低下させることなく回路パターンの致命的な変形を防
止できるようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、マスクの設計パターンに部分転写を繰り
返す際に照射領域の一部を二重になるように照射し、こ
の二重照射領域と二重に照射しない通常の照射領域との
ビームの照射量を互いに等しくなるようにする構成とす
る。

【０００９】具体的に、本発明に係る荷電粒子描画方法
は、荷電粒子発生源から出射される出射ビームを所定形
状に成形するビーム成形工程と、成形されたビームを、
設計パターンを有するマスクの設計パターンの一部分に
透過させると共に、透過したビームを基板上の一部分に
照射して基板上に設計パターンの一部分を転写する部分
転写を繰り返すことにより、基板上に設計パターンを転
写する設計パターン転写工程とを備え、設計パターン転
写工程は、部分転写を行なう際に、基板上におけるビー
ムが照射された照射領域の一部分が二重に照射される二
重照射部を形成すると共に、照射領域における二重照射
部と二重に照射されない非二重照射部とのビームの照射
量が実質的に同一となるように照射する工程を含む。

【００１０】本発明の荷電粒子描画方法によると、設計
パターン転写工程において、部分転写を繰り返す際に、
基板上における照射領域にその一部分が二重に照射され
る二重照射部を形成するため、ビームを移動させる際の
マージンが大きくなるので、照射領域同士が離れにくく
なる。また、照射領域における二重照射部と二重に照射
されない非二重照射部とのビームの照射量が実質的に同
一となるように照射するため、二重照射部において設計
パターンに寸法異常が発生することがない。さらに、照
射領域同士がずれたとしても、照射量は０とならず、ま
た、重なり部分が大きくなっても照射量は２倍にならな
い。その結果、部分照射を繰り返す際の接続誤差による
レジストパターンの断線や変形を防止でき、半導体デバ
イスの性能及び歩留まりが向上する。

【００１１】

【００１２】

【００１３】本発明の荷電粒子描画方法において、ビー
ム成形工程が、出射ビームを、二重照射部における出射
ビームの照射量が非二重照射部に対する照射量の約２分
の１となるように成形する工程を含み、設計パターン転
写工程が、マスク及び基板上の一部分に成形されたビー
ムを停止させた状態で照射した後、ビームを照射した照
射領域におけるビームの移動方向側の端部をも二重に照
射するように移動させる工程を含むことが好ましい。こ
のようにすると、ステップアンドリピート方式の照射を
行なう場合であっても、二重照射部の照射量を非二重照
射部の照射量と実質的に同一にできる。

【００１４】ステップアンドリピート型の照射を行なう
場合に、ビーム成形工程が、出射ビームを、照射領域の
四隅における二重照射部の出射ビームの照射量が非二重
照射部に対する照射量の約４分の１となるように成形す
る工程を含むことが好ましい。このようにすると、ステ
ップアンドリピート型の照射を行なう場合であっても、
照射領域の四隅部分の二重照射部が４回照射されること
になっても、二重照射部の照射量を非二重照射部の照射
量と実質的に同一にできる。

【００１５】本発明の荷電粒子描画方法において、ビ
ーム成形工程が、出射ビームを所定形状に成形する成形
アパーチャに対して、二重照射部と対応する領域の出射
ビームの透過率をほぼ５０％とし、非二重照射部と対応
する領域の出射ビームの透過率をほぼ１００％とする工
程を含むことが好ましい。

【００１６】

【００１７】本発明に係る第１の荷電粒子描画装置は、
基板上に、荷電粒子からなるビームを用いて、設計パタ
ーンを有するマスクの設計パターンの一部分を照射し、
該一部分の一部を重ねながら照射を繰り返すことによ
り、基板上に設計パターンを描画する荷電粒子描画装置
を対象とし、ビームを基板に向かって出射する荷電粒子
発生手段と、基板を保持する基板保持手段と、マスクを
荷電粒子発生手段と基板との間に保持するマスク保持手
段と、荷電粒子発生手段とマスク保持手段に保持される
マスクとの間に設けられ、ビームを所定形状に成形する
成形アパーチャと、マスク保持手段及び基板保持手段と
荷電粒子発生手段とを相対的に移動させる移動手段とを
備え、成形アパーチャは、基板上におけるマスクを透過
するビームにより照射される照射領域に、二重に照射さ
れる二重照射部と二重に照射されない非二重照射部とを
形成する際に、二重照射部と非二重照射部とのビームの
照射量が実質的に同一となるような開口パターンを有し
ている。

【００１８】第１の荷電粒子描画装置によると、基板上
におけるマスクを透過するビームにより照射される照射
領域に二重に照射される二重照射部が形成されるため、
ビームを移動させる際のマージンが大きくなるので、照
射領域同士が離れにくくなる。また、成形アパーチャ
が、照射領域における二重照射部と二重に照射されない
非二重照射部とのビームの照射量が実質的に同一となる
ような開口パターンを有するため、二重照射部において
設計パターンに寸法異常が発生することがない。その
上、照射領域同士がずれたとしても、照射量は０となら
ず、また、重なり部分が大きくなっても照射量は２倍に
ならない。その結果、部分照射を繰り返す際の接続誤差
によるレジストパターンの断線や変形を防止でき、半導
体デバイスの性能及び歩留まりが向上する。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】第１の荷電粒子描画装置において、開口パ
ターンの二重照射部と対応する領域の透過率がほぼ５０
％であり、開口パターンの非二重照射部と対応する領域
の透過率がほぼ１００％であることが好ましい。このよ
うにすると、照射領域の二重照射部の照射量を非二重照
射部の照射量と実質的に同一にできる。

【００２３】本発明に係る第２の荷電粒子描画装置は、
基板上に、荷電粒子からなるビームを用いて、設計パタ
ーンを有するマスクの設計パターンの一部分を照射し、
該一部分の一部を重ねながら照射を繰り返すことによ
り、基板上に設計パターンを描画する荷電粒子描画装置
を対象とし、ビームを基板に向かって出射する荷電粒子
発生手段と、基板を保持する基板保持手段と、マスクを
荷電粒子発生手段と基板との間に保持するマスク保持手
段と、マスク保持手段及び基板保持手段と荷電粒子発生
手段とを相対的に移動させる移動手段とを備え、荷電粒
子発生手段は、基板上におけるマスクを透過するビーム
により照射される照射領域に、二重に照射される二重照
射部と二重に照射されない非二重照射部とを形成する際
に、二重照射部と非二重照射部とのビームの照射量が実
質的に同一となるような配列を持つ複数の荷電粒子発生
源を有している。

【００２４】第２の荷電粒子描画装置によると、基板上
におけるマスクを透過するビームにより照射される照射
領域に二重に照射される二重照射部が形成されるため、
ビームを移動させる際のマージンが大きくなるので、照
射領域同士が離れにくくなる。さらに、荷電粒子発生手
段が、照射領域における二重照射部と二重に照射されな
い非二重照射部とのビームの照射量が実質的に同一とな
るような配列を持つ複数の荷電粒子発生源を有するた
め、二重照射部において設計パターンに寸法異常が発生
することがない。さらに、照射領域同士がずれたとして
も、照射量は０とならず、また、重なり部分が大きくな
っても照射量は２倍にならない。その結果、部分照射を
繰り返す際の接続誤差によるレジストパターンの断線や
変形を防止でき、半導体デバイスの性能及び歩留まりを
向上させることができる。

【００２５】第２の荷電粒子描画装置において、荷電粒
子発生手段における二重照射部と対応する領域の荷電粒
子発生源が、非二重照射部と対応する領域の荷電粒子発
生源と比べて、荷電粒子の出射エネルギーがほぼ５０％
であることが好ましい。このようにすると、照射領域の
二重照射部の照射量を非二重照射部の照射量と実質的に
同一にできる。

【００２６】第２の荷電粒子描画装置において、荷電粒
子発生手段における二重照射部と対応する領域のビーム
の移動方向の荷電粒子発生源の個数が、非二重照射部と
対応する領域の荷電粒子発生源の個数のほぼ２分の１で
あることが好ましい。このようにすると、照射領域の二
重照射部の照射量を非二重照射部の照射量と実質的に同
一にできる。

【００２７】第１又は第２の荷電粒子描画装置におい
て、マスク保持手段がマスクステージであり、基板保持
手段が基板ステージであり、移動手段がマスクステージ
と基板ステージとを互いに同期させながら移動させるこ
とが好ましい。このようにすると、照射用の荷電粒子ビ
ームとマスク及び基板とを相対的に移動させる際に、各
ステージを移動をさせる方が荷電粒子ビームを移動させ
るよりも容易に且つ広範囲に移動させられるため、マス
クの設計パターンを基板上に確実に転写できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明に係る
第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００２９】図１は本発明の第１の実施形態に係る荷電
粒子描画装置の正面構成を模式的に表わしている。図１
に示すように、上面にレジスト膜が塗布された半導体基
板１１が可動の基板ステージ１２上に載置されており、
基板ステージ１２の上方には半導体基板１１の上面に向
かって電子ビームを出射する荷電粒子発生手段としての
電子銃１３が設けられている。電子銃１３と基板ステー
ジ１２との間には、上から順に第１の偏向レンズ１４
Ａ、電子銃１３から出射され加速された電子ビームを成
形する成形アパーチャ１５、第２の偏向レンズ１４Ｂ、
設計情報としての回路パターンが形成されたマスク１６
及び偏向・縮小レンズ１４Ｃが設けられている。本装置
においては、電子銃１３は固定されており、マスク１６
は基板ステージ１２と同期して移動するマスクステージ
１７と接続されている。

【００３０】図２はマスク１６の回路パターン１６ａ上
を成形アパーチャ１５により所定形状に成形された成形
ビーム２１が走査されるようすを表わしている。図２に
示すように、通常、回路パターン１６ａの面積は、成形
アパーチャ１５の開口パターン１５ａの面積よりも十分
に大きいため、回路パターン１６ａのすべてを半導体基
板１１上に描画するには、回路パターン１６ａのすべて
に成形ビーム２１が照射される必要がある。ここでは、
これを実現するためマスク１６を連続的に移動させる走
査（スキャン）方式を採用する。

【００３１】以下、成形ビーム２１の走査の手順を説明
する。

【００３２】図２に示すように、マスク１６の回路パタ
ーン１６ａの左下より描画していくとする。まず、描画
したい回路パターン１６ａの左下隅の領域が成形アパー
チャ１５を通過した電子ビームの照射領域と一致するよ
うにマスクステージ１７及び基板ステージ１２を移動す
る。図２において、描画装置の電子銃１３、すなわち成
形ビーム２１は固定されているが、説明を簡単にするた
めに、マスク１６を固定し、成形ビーム２１が矢印方向
に移動するように表わしている。

【００３３】次に、成形ビーム２１を回路パターン１６
ａの左下隅の領域から左上の領域に達するまで、基板ス
テージ１２及びマスクステージ１７を連続的に−Ｙ方向
に移動させながら、成形ビーム２１を照射することによ
り、部分照射領域２２を得る。ここで、成形ビーム２１
の最大幅をＷとし、次の部分照射領域２２を照射するた
めの成形ビーム２１の移動量をピッチＰとする。

【００３４】次に、成形ビーム２１が回路パターン１６
ａの左上の領域に達した後に、基板ステージ１２及びマ
スクステージ１７をピッチＰ分だけ−Ｘ方向にずらす。

【００３５】次に、成形ビーム２１を回路パターン１６
ａの上端部から下端部に達するまで、基板ステージ１２
及びマスクステージ１７を連続的に＋Ｙ方向に移動させ
る。ここで、このようなジグザグ状に走査するのではな
く、最初の部分照射領域２２と同一の方向に走査しても
よい。なお、従来の成形アパーチャは一般に正方形状の
開口パターンを有しており、最大幅ＷとピッチＰとを同
一の値としている。

【００３６】基板ステージ１２とマスクステージ１７と
の移動方法として、前述したような、電子銃１３を固定
し、基板ステージ１２とマスクステージ１７とを同方向
に移動させる方式（同相方式）の他に、基板ステージ１
２とマスクステージ１７とを互いに異なる方向、すなわ
ち、一方をＹ方向とし他方を−Ｙ方向とする逆方向に移
動させる方式（異相方式）を採用してもよい。異相方式
を採る場合には、偏向・縮小レンズ１４Ｃの構成を光の
場合のように像を反転させる構成とする。このようにす
ると、図１からも分かるように、同相方式では、基板ス
テージ１２とマスクステージ１７とを同方向に移動させ
ると装置の重心が大きく移動するため、装置が稼働中に
不安定となりやすいが、異相方式ではそのようなおそれ
がなくなり、稼働中においても装置が安定する。

【００３７】また、基板ステージ１２とマスクステージ
１７との移動時の同期の取り方は、マスク１６における
回路パターン１６ａの設計倍率に依存する。すなわち、
例えば設計倍率が４倍の回路パターン１６ａを用いる場
合には、同相方式又は異相方式に関わらず、マスクステ
ージ１７を基板ステージ１２の速度の４倍の速度で移動
させればよい。

【００３８】本実施形態においては、ピッチＰが最大幅
Ｗよりも小さくなるように照射することにより、部分照
射領域２２の側部が二重に照射される二重照射部２２ａ
を形成する。部分照射領域２２における二重照射部２２
ａ以外の部分を便宜上、非二重照射部２２ｂと呼ぶ。こ
こで、最大幅ＷとピッチＰとの寸法差は１０μｍ以下で
あり、従って、二重照射部２２ａの幅は１０μｍ以下と
なる。

【００３９】さらに、本実施形態は、部分照射領域２２
の二重照射部２２ａと非二重照射部２２ｂとの照射量、
すなわち、回路パターン１６ａの全ドーズ量が等しいこ
とを特徴とする。これを実現するために、図３に示すよ
うな、両側部の幅がＰ／２±ｄの領域の開口率がほぼ５
０％となるように、該領域のそれぞれ２分の１の領域を
マスクし、且つ、開口面積が約１ｍｍ² の開口パターン
１５ａを有する成形アパーチャ１５Ａを用いている。

【００４０】図４（ａ）は図３に示す成形アパーチャ１
５Ａを通過した電子ビームが回路パターン１６ａを透過
したときの全ドーズ量のＸ方向の分布を表わしている。
図４（ａ）に示すように、図２に示す二重照射部２２ａ
と対応するＸ＝−Ｐ／２±ｄの領域及びＸ＝Ｐ／２±ｄ
の領域のドーズ量が、図２に示す非二重照射部２２ｂと
対応する領域の２分の１となっている。また、図４
（ｂ）は図４（ａ）に示すドーズ量分布をピッチＰずつ
Ｘ方向にずらしたときのドーズ量分布を表わしている。
図４（ｂ）に示すように、ドーズ量分布をすべて加算し
たときの高さ、すなわち、図２に示す部分照射領域２２
を繰り返す部分転写を行なっても、全ドーズ量は所定量
の１となる。また、全ドーズ量のＸ方向分布はＹ軸対称
である。

【００４１】以下、図３に示す成形アパーチャ１５Ａを
用いて照射を行なう場合を考える。ピッチＰずつマスク
１６及び半導体基板１１を移動させながら照射する際
に、ピッチＰの移動量が常に所定量と一致すれば、ドー
ズ量が２分の１の二重照射部２２ａ同士が確実に重なる
ため、回路パターン１６ａの全体にわたって所定ドーズ
量で照射されることになる。

【００４２】ここで、ピッチＰが所定量のＰからピッチ
誤差ｑ（但し、ｑは正とする。）を含むＰ＋ｑにわずか
に変動したとする。変動要因は、例えば、基板ステージ
１２等の位置検出の際の検出誤差として発生する。本実
施形態に係る成形アパーチャ１５Ａを用いると、図５
（ａ）に示すように、全ドーズ量が変化する領域が発生
するが、ｑ＜（Ｗ−Ｐ）／２である限り、その減少量は
多くて２分の１であり、ドーズ量が２分１となる領域に
おいては寸法細りは発生するが、断線には至らない。な
お、従来のように成形アパーチャの開口パターンが正方
形状であると、図５（ｂ）に示すように、全ドーズ量が
０となる領域が発生するため、ネガレジストを用いた場
合には、全ドーズ量が０となる領域に回路パターンが存
在すると断線が発生する。

【００４３】なお、本実施形態においては、ピッチ誤差
ｑが十分に小さければ寸法変動もほとんど起こらない。
ピッチ誤差ｑが負の場合も同様に、成形アパーチャ１５
Ａを用いることにより、部分照射領域２２におけるＸ＝
−Ｐ／２±ｄの領域及びＸ＝Ｐ／２±ｄの領域のドーズ
量が、非二重照射部２２ｂと対応する領域の２分の１と
なっているため、寸法変動やパターン変形が生じにく
い。ここで、照射量を半減させる成形アパーチャ１５Ａ
の両側部の領域２ｄは予期されるピッチ誤差ｑ（接続誤
差）よりも大きい値とすることはいうまでもない。

【００４４】また、図６に示すように、両側部の幅がＰ
／２±ｄの領域の開口率がほぼ５０％の開口パターン１
５ａを有する成形アパーチャ１５Ｂを用いてもよい。

【００４５】（第１の実施形態の第１変形例）以下、本
発明に係る第１の実施形態の第１変形例について図面を
参照しながら説明する。

【００４６】図７は本変形例に係る荷電粒子描画装置に
用いる成形アパーチャの平面構成を示している。図７に
示すように、成形アパーチャ１５Ｃは、台形状の開口パ
ターン１５ａを有し、該開口パターン１５ａの最大幅Ｗ
とし、繰り返しの移動量であるピッチをＰとすると、台
形の下底がＷとなり、上底がＬ＝２Ｐ−Ｗとなる。

【００４７】図８（ａ）は図７に示す成形アパーチャ１
５Ｃを通過した電子ビームが回路パターン１６ａを透過
したときの全ドーズ量のＸ方向の分布を表わしている。
図８（ａ）に示すように、−Ｌ／２≦Ｘ≦Ｌ／２の領域
においてドーズ量が所定量の１となり、Ｘ＝±Ｐ／２で
０．５、Ｘ＝±Ｗ／２で０となるように直線的に連続し
てドーズ量が変化している。

【００４８】以下、図７に示す成形アパーチャ１５Ｃを
用いて照射を行なう場合を考える。ピッチＰずつマスク
１６及び半導体基板１１を移動させながら照射する際
に、ピッチＰの移動量が常に所定量と一致すれば、図８
（ｂ）に示すように、回路パターン１６ａの全体にわた
って所定ドーズ量で照射されることになる。従って、下
底Ｗが上底Ｌよりも大きい、例えば成形アパーチャ１５
Ｃを用いることにより、回路パターン１６ａの一部を二
重に照射できる。ここで、図７に示す成形アパーチャ１
５Ｃにおいて、下底Ｗと上底Ｌとの差は１０μｍ以下で
あり、すなわち、成形アパーチャ１５Ｃにおける、図２
に示す二重照射部２２ａと対応する領域の幅は１０μｍ
以下である。

【００４９】図８（ｂ）から明らかなように、ピッチＰ
の移動量が常に所定量と一致すれば、図２に示す二重照
射部２２ａのドーズ量の和は常に１となるため、回路パ
ターン１６ａの全面にわたって同一のドーズ量で照射さ
れることとなる。

【００５０】ここで、ピッチＰが所定量のＰからピッチ
誤差ｑ（ｑ＞０）を含むＰ＋ｑにわずかに変動したとす
る。本変形例に係る成形アパーチャ１５Ｃを用いると、
図５（ａ）に示すように、全ドーズ量が変化する領域が
発生するが、ドーズの減少量はｑ／（Ｗ−Ｐ）である。
これはｑ＝（Ｗ−Ｐ）／２でドーズの減少量が１／２と
なることを表わしている。ｑ＜（Ｗ−Ｐ）／２であれば
ドーズの減少量は１／２未満であり、回路パターン１６
ａのパターン変形に与える影響はほとんどない。なお、
従来のように成形アパーチャの開口パターンが正方形状
であると、図９（ｂ）に示すように、全ドーズ量が０と
なる領域が発生するため、ネガレジストを用いた場合に
は、全ドーズ量が０となる領域に回路パターンが存在す
ると断線が発生する。

【００５１】ピッチ誤差ｑが負の場合も同様に、成形ア
パーチャ１５Ｃを用いることにより、ドーズ量が部分照
射領域２２におけるＸ＝±Ｐ／２で０．５となっている
ため、寸法変動やパターン変形が生じにくい。ここで、
成形アパーチャ１５Ｃの両側部の領域２ｄは予期される
ピッチ誤差ｑ（接続誤差）よりも大きい値とすることは
いうまでもない。

【００５２】また、図１０（ａ）に示すように、開口パ
ターン１５ａが平行四辺形状の成形アパーチャ１５Ｄで
もよく、図１０（ｂ）に示すように、開口パターン１
５ａが六角形状の成形アパーチャ１５Ｅでもよい。

【００５３】（第１の実施形態の第２変形例）以下、本
発明に係る第１の実施形態の第２変形例について図面を
参照しながら説明する。

【００５４】図１１（ａ）は本変形例に係る荷電粒子描
画装置に用いる成形アパーチャの平面構成を示してい
る。図１１（ａ）に示すように、方形状の開口パターン
１５ａを持つ成形アパーチャ１５Ｆは、幅がＬで電子ビ
ームの透過率が１００％の開口部１５ｂと、開口パター
ン１５ａの最大幅Ｗ及び開口幅Ｌの間の領域の電子ビー
ムの透過率がほぼ５０％の開口周縁部１５ｃとを有して
いる。ここで、成形アパーチャ１５Ｆにおける開口周縁
部１５ｃの外側の領域の電子ビームの透過率はほぼ０％
であることはいうまでもない。また、繰り返しの移動量
であるピッチＰと最大幅Ｗ及び開口幅ＬとはＰ＝（Ｌ＋
Ｗ）／２となる関係を有している。また、最大幅Ｗとピ
ッチＰとの寸法差は１０μｍ以下であり、従って、図２
に示す二重照射部２２ａの幅は１０μｍ以下となる。

【００５５】図１２（ａ）は図１１（ａ）に示す成形ア
パーチャ１５Ｆを通過した電子ビームが回路パターン１
６ａを透過したときの全ドーズ量のＸ方向の分布を表わ
している。図１２（ａ）に示すように、開口部１５ｂの
ドーズ量を１とすると、Ｘ＝±Ｐ／２でドーズ量が１／
２となるのは明らかであり、ドーズ量が１でない領域の
幅を２ｄ＝（Ｗ−Ｌ）／２とする。このとき、−Ｗ／２
＜Ｘ＜−Ｌ／２の領域及びＬ／２＜Ｘ＜Ｗ／２の各領域
においては、ドーズ量が開口部１５ｂと対応する領域の
１／２となる。

【００５６】また、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す
ドーズ量分布をピッチＰずつＸ方向にずらしたときのド
ーズ量分布を表わしている。図１２（ｂ）に示すよう
に、ドーズ量分布をすべて加算したときの高さ、すなわ
ち、全ドーズ量は所定量の１となる。また、全ドーズ量
のＸ方向分布はＹ軸対称である。

【００５７】以下、図１１に示す成形アパーチャ１５Ｆ
を用いて照射を行なう場合を考える。ピッチＰずつマス
ク１６及び半導体基板１１を移動させながら照射する際
に、ピッチＰの移動量が常に所定量と一致すれば、ドー
ズ量が２分の１の開口周縁部１５ｃと対応する領域、す
なわち図２に示す二重照射部２２ａ同士が確実に重な
り、二重照射部２２ａのドーズ量の和は常に１であるた
め、回路パターン１６ａの全体にわたって所定ドーズ量
で照射されることになる。

【００５８】ここで、ピッチＰが所定量のＰからピッチ
誤差ｑ（ｑ＞０）を含むＰ＋ｑにわずかに変動したとす
る。本変形例に係る成形アパーチャ１５Ｆを用いると、
図１３（ａ）に示すように、全ドーズ量が変化する領域
が発生するが、その減少量は多くて２分の１であり、ド
ーズ量が２分１となる領域においては寸法細りは発生す
るが、断線には至らない。なお、従来のように成形アパ
ーチャの開口パターンが正方形状であると、図１３
（ｂ）に示すように、全ドーズ量が０となる領域が発生
するため、ネガレジストを用いた場合には、全ドーズ量
が０となる領域に回路パターンが存在すると断線が発生
する。

【００５９】なお、本変形例においては、ピッチ誤差ｑ
が十分小さければ寸法変動もほとんど起こらない。ピッ
チ誤差ｑが負の場合も同様に、成形アパーチャ１５Ｆを
用いることにより、部分照射領域２２におけるＸ＝−Ｐ
／２±ｄの領域及びＸ＝Ｐ／２±ｄの領域のドーズ量
が、図２に示す非二重照射部２２ｂと対応する領域の２
分の１となっているため、寸法変動やパターン変形が生
じにくい。ここで、照射量を半減させる成形アパーチャ
１５Ｆの両側部の領域２ｄは予期されるピッチ誤差ｑ
（接続誤差）よりも大きい値とすることはいうまでもな
い。

【００６０】なお、本変形例に係る成形アパーチャ１５
Ｆは、開口パターン１５ａの周縁部に電子ビームの透過
率が５０％の開口周縁部１５ｃを有するため、ビームを
走査（スキャン）する方法のみならず、マスク１６及び
半導体基板１１を所定時間停止させて照射するステップ
アンドリピート方式にも対応できる。この場合は、開口
周縁部１５ｃの上端側又は下端側をも二重に照射させる
二重照射部となるようにマスク１６及び半導体基板１１
を移動させる必要がある。

【００６１】（第１の実施形態の第３変形例）以下、本
発明に係る第１の実施形態の第３変形例について図面を
参照しながら説明する。

【００６２】図１１（ｂ）は本変形例に係る荷電粒子描
画装置に用いる成形アパーチャの平面構成を示してい
る。図１１（ｂ）に示すように、方形状の開口パターン
１５ａを持つ成形アパーチャ１５Ｇは、幅がＬで電子ビ
ームの透過率が１００％の開口部１５ｂと、開口パター
ン１５ａの最大幅Ｗ及び開口幅Ｌの間の領域の電子ビー
ムの透過率がほぼ５０％の開口周縁部１５ｃと、開口周
縁部１５ｃにおける四隅部分の電子ビームの透過率が約
２５％の開口隅部１５ｄとを有している。ここで、成形
アパーチャ１５Ｇにおける開口周縁部１５ｃ及び開口隅
部１５ｄの外側の領域の電子ビームの透過率はほぼ０％
であることはいうまでもない。このようにすると、ステ
ップアンドリピート方式を用いた場合には、全ドーズ量
を確実に１にできる。

【００６３】また、第２及び第３変形例においては、電
子ビームの透過率が５０％の開口周縁部１５ｃ及び２５
％の開口隅部１５ｄとして窒化シリコン（ＳｉＮ）から
なる薄膜を用い、また、電子ビームの透過率がほぼ０％
となるアパーチャ本体には膜厚が十分に厚いシリコン
（Ｓｉ）を用いている。

【００６４】また、第２変形例に係る成形アパーチャ１
５Ｆをスキャン方式にのみ用いるのであれば、幅が２ｄ
で且つ電子ビームの透過率が５０％の領域を開口部１５
ａの両側部にのみ形成してもよい。

【００６５】（第２の実施形態）以下、本発明に係る第
２の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００６６】図１４は本発明の第２の実施形態に係る荷
電粒子描画装置の正面構成を模式的に表わしている。図
１４において、図１に示す構成部材と同一の構成部材に
は同一の符号を付すことにより説明を省略する。第１の
実施形態においては照射領域の二重照射部に対する電子
ビームの照射量を非二重照射部の照射量の２分の１とす
るために、成形アパーチャにおける開口パターンの周縁
部の形状に特徴を持たせたが、本実施形態においては、
荷電粒子発生手段である電子銃にその特徴を持たせてい
る。従って、図１４に示すように、本実施形態に係る電
子銃３１とマスク１６との間には成形アパーチャを設け
ていない。

【００６７】図１５（ａ）は本実施形態に係る電子銃３
１に用いる複数の電界放射型電子源がアレイ状に配列し
てなる荷電粒子発生源４０の部分構成を示し、図１５
（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線における断面構成を示してい
る。図１５（ａ）及び（ｂ）に示す荷電粒子発生源４０
は、例えば、特開平９−２７２６６号公報に開示されて
いるような電界放射型電子源４１を基板上に複数配列し
てなる。電界放射型電子源４１は、導電性シリコンから
なる基板４２上に形成されたコーン形状の陰極４２ａ
と、酸化シリコンからなる絶縁膜４３を介して、金属膜
からなり各陰極４２ａの先端部の周辺部にそれぞれ開口
部を持つ引き出し電極４４とを備えている。陰極４２ａ
に負電圧を印加すると共に、引き出し電極４４に正電圧
を印加して陰極４２ａから電子を引き出す。引き出す電
子の量は引き出し電極４４の電圧値により制御できる。
図示はしていないが、陰極４２ａと対向する側に引き出
された電子を加速する陽極が設けられている。

【００６８】図１６（ａ）は本実施形態に係る荷電粒子
発生源の平面構成を簡略化して示している。図１６
（ａ）に示すように、荷電粒子発生源４０Ａは、４行×
５０列のアレイ状に配列された２００個の電界放射型電
子源４１を有している。本実施形態の特徴として、５０
列の電界放射型電子源４１のうち、両側部に位置する３
列分ずつを中央部の４４列分の電界放射型電子源４１の
出力値の約５０％とする。

【００６９】これにより、両側部の３列分ずつを図２に
示す部分照射領域２２の二重照射部２２ａと対応させ、
且つ、中央部の４４列分を図２に示す部分照射領域２２
の非二重照射部２２ｂと対応させるように電子ビームを
走査すれば、図１６（ｂ）に示すように、二重照射部２
２ａと非二重照射部２２ｂとのドーズ量、すなわち全ド
ーズ量が実質的に同一となる。

【００７０】（第２の実施形態の第１変形例）図１６
（ａ）に示す荷電粒子発生源４０Ａにおいて、５０列の
電界放射型電子源４１のうち、両側部に位置する３列分
ずつの出力値を外側から内側に向かって順に約２５％、
約５０％、約７５％と段階的に変える。ここで、中央部
の４４列の出力値は１００％とする。このようにする
と、図１６（ｃ）に示すように、二重照射部２２ａと非
二重照射部２２ｂとのドーズ量が実質的に同一となる。

【００７１】（第２の実施形態の第２変形例）図１７
（ａ）は本変形例に係る荷電粒子発生源の平面構成を簡
略化して示している。図１７（ａ）に示すように、荷電
粒子発生源４０Ｂは、中央部に４行×４６列のアレイ状
に配列された１８４個の電界放射型電子源４１、及び中
央部の両側部で且つ配列の一辺に沿って２行×２列の合
わせて８個の電界放射型電子源４１を有している。これ
により、両側部の２列分は中央部と比べて電界放射型電
子源４１の個数が半減しているため、両側部の実質的な
出力値は中央部と比べて半分となる。従って、両側部の
２列分ずつを図２に示す部分照射領域２２の二重照射部
２２ａと対応させ、且つ、中央部の４６列分を図２に示
す部分照射領域２２の非二重照射部２２ｂと対応させる
ように電子ビームを走査すれば、図１７（ｂ）に示すよ
うに、二重照射部２２ａと非二重照射部２２ｂとのドー
ズ量、すなわち全ドーズ量が実質的に同一となる。

【００７２】（第２の実施形態の第３変形例）図１８
（ａ）は本変形例に係る荷電粒子発生源の平面構成を簡
略化して示している。図１８（ａ）に示すように、荷電
粒子発生源４０Ｃは、中央部に４行×４４列のアレイ状
に配列された１５６個の電界放射型電子源４１、及び中
央部の両側部の３列分が配列の一辺に沿って且つ外側に
向かうにつれて個数が３、２、１と漸減する合わせて１
２個の電界放射型電子源４１を有している。これによ
り、両側部の３列分は中央部と比べて電界放射型電子源
４１の個数が漸減している。従って、両側部の３列分ず
つを図２に示す部分照射領域２２の二重照射部２２ａと
対応させ、且つ、中央部の４４列分を図２に示す部分照
射領域２２の非二重照射部２２ｂと対応させるように電
子ビームを走査すれば、図１８（ｂ）に示すように、二
重照射部２２ａと非二重照射部２２ｂとのドーズ量、す
なわち全ドーズ量が実質的に同一となる。

【００７３】なお、第１の実施形態及び第２の実施形態
において、荷電粒子に電子ビームを用いたがイオンビー
ムを用いても同様の効果を得ることできる。

【００７４】

【発明の効果】本発明に係る荷電粒子描画方法及び荷電
粒子描画装置によると、部分照射を繰り返す際の接続誤
差によるレジストパターンの断線や変形を防止でき、半
導体デバイスの性能及び歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子描画装
置を示す模式的な正面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子描画装
置におけるマスク上の描画方法を説明するためのマスク
の平面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子描画装
置における成形アパーチャの平面図である。

【図４】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る荷電粒
子描画装置における成形アパーチャを通した電子ビーム
のドーズ量分布を示すグラフである。（ｂ）は本発明の
第１の実施形態に係る荷電粒子描画装置における成形ア
パーチャを通した電子ビームを重ねながら照射した場合
のドーズ量分布を示すグラフである。

【図５】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る荷電粒
子描画装置における成形アパーチャを通した電子ビーム
を重ねながら照射した場合に接続誤差が生じた際のドー
ズ量分布を示すグラフである。（ｂ）は従来の成形アパ
ーチャを通した電子ビームで接続誤差が生じた際のドー
ズ量分布を示すグラフである。

【図６】本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子描画装
置における成形アパーチャの平面図である。

【図７】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る荷
電粒子描画装置における成形アパーチャの平面図であ
る。

【図８】（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例
に係る荷電粒子描画装置における成形アパーチャを通し
た電子ビームのドーズ量分布を示すグラフである。
（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る荷
電粒子描画装置における成形アパーチャを通した電子ビ
ームを重ねながら照射した場合のドーズ量分布を示すグ
ラフである。

【図９】（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例
に係る荷電粒子描画装置における成形アパーチャを通し
た電子ビームを重ねながら照射した場合に接続誤差が生
じた際のドーズ量分布を示すグラフである。（ｂ）は従
来の成形アパーチャを通した電子ビームで接続誤差が生
じた際のドーズ量分布を示すグラフである。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態
に第１変形例に係る荷電粒子描画装置における成形アパ
ーチャの平面図である。

【図１１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の第２変形
例に係る荷電粒子描画装置における成形アパーチャの平
面図である。（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第３変
形例に係る荷電粒子描画装置における成形アパーチャの
平面図である。

【図１２】（ａ）は本発明の第１の実施形態の第２変形
例に係る荷電粒子描画装置における成形アパーチャを通
した電子ビームのドーズ量分布を示すグラフである。
（ｂ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る荷
電粒子描画装置における成形アパーチャを通した電子ビ
ームを重ねながら照射した場合のドーズ量分布を示すグ
ラフである。

【図１３】（ａ）は本発明の第１の実施形態の第２変形
例に係る荷電粒子描画装置における成形アパーチャを通
した電子ビームを重ねながら照射した場合に接続誤差が
生じた際のドーズ量分布を示すグラフである。（ｂ）は
従来の成形アパーチャを通した電子ビームで接続誤差が
生じた際のドーズ量分布を示すグラフである。

【図１４】本発明の第２の実施形態に係る荷電粒子描画
装置を示す模式的な正面図である。

【図１５】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る荷電
粒子描画装置の荷電粒子発生源を示す部分斜視図であ
り、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図である。

【図１６】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る荷電
粒子描画装置の荷電粒子発生源を示す簡略平面図であ
る。（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る荷電粒子描
画装置における荷電粒子発生源からの電子ビームを重ね
ながら照射した場合のドーズ量分布を示すグラフであ
る。（ｃ）は本発明の第２の実施形態の第１変形例に係
る荷電粒子描画装置における荷電粒子発生源からの電子
ビームを重ねながら照射した場合のドーズ量分布を示す
グラフである。

【図１７】（ａ）は本発明の第２の実施形態の第２変形
例に係る荷電粒子描画装置の荷電粒子発生源を示す簡略
平面図である。（ｂ）は本発明の第２の実施形態の第２
変形例に係る荷電粒子描画装置における荷電粒子発生源
からの電子ビームを重ねながら照射した場合のドーズ量
分布を示すグラフである。

【図１８】（ａ）は本発明の第２の実施形態の第３変形
例に係る荷電粒子描画装置の荷電粒子発生源を示す簡略
平面図である。（ｂ）は本発明の第２の実施形態の第３
変形例に係る荷電粒子描画装置における荷電粒子発生源
からの電子ビームを重ねながら照射した場合のドーズ量
分布を示すグラフである。

【図１９】従来の電子ビーム描画装置におけるマスク上
の描画方法を説明するためのマスクの平面図である。

【図２０】従来の電子ビーム描画装置におけるマスク上
の描画時に接続誤差が生じるようすを説明するためのマ
スクの平面図である。

【図２１】従来の電子ビーム描画装置におけるマスク上
の描画時に接続誤差が生じた場合のレジストパターンの
ようすを表わす平面図である。

【符号の説明】

１１半導体基板１２基板ステージ１３電子銃（荷電粒子発生手段）１４Ａ第１の偏向レンズ１４Ｂ第２の偏向レンズ１４Ｃ偏向・縮小レンズ１５成形アパーチャ１５Ａ成形アパーチャ１５Ｂ成形アパーチャ１５Ｃ成形アパーチャ１５Ｄ成形アパーチャ１５Ｅ成形アパーチャ１５Ｆ成形アパーチャ１５Ｇ成形アパーチャ１５ａ開口パターン１５ｂ開口部１５ｃ開口周縁部１５ｄ開口隅部１６マスク１６ａ回路パターン（設計パターン）１７マスクステージ２１成形ビーム２２部分照射領域２２ａ二重照射部２２ｂ非二重照射部３１電子銃（荷電粒子発生手段）４０荷電粒子発生源４０Ａ荷電粒子発生源４０Ｂ荷電粒子発生源４０Ｃ荷電粒子発生源４１電界放射型電子源４２基板４２ａ陰極４３絶縁膜４４引き出し電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｓ５４１Ｂ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子発生源から出射される出射ビー
ムを所定形状に成形するビーム成形工程と、成形されたビームを、設計パターンを有するマスクの前
記設計パターンの一部分に透過させると共に、透過した
ビームを基板上の一部分に照射して前記基板上に前記設
計パターンの一部分を転写する部分転写を繰り返すこと
により、前記基板上に前記設計パターンを転写する設計
パターン転写工程とを備え、前記ビーム成形工程は、前記出射ビームを、前記二重照
射部における前記出射ビームの照射量が前記非二重照射
部に対する照射量の約２分の１となるように成形する工
程を含み、前記設計パターン転写工程は、前記部分転写を行なう際
に、前記基板上における前記ビームが照射された照射領
域にその一部分が二重に照射される二重照射部を形成す
ると共に、前記照射領域における前記二重照射部と二重
に照射されない非二重照射部との前記ビームの照射量が
実質的に同一となるように照射する工程と、前記マスク
及び基板上の一部分に成形されたビームを停止させた状
態で照射した後、前記ビームを、照射した照射領域にお
けるビームの移動方向側の端部をも二重に照射するよう
に移動させる工程とを含むことを特徴とする荷電粒子描
画方法。
【請求項２】前記ビーム成形工程は、前記出射ビーム
を、前記照射領域の四隅における前記二重照射部の出射
ビームの照射量が前記非二重照射部に対する照射量の約
４分の１となるように成形する工程を含むことを特徴と
する請求項１に記載の荷電粒子描画方法。
【請求項３】前記ビーム成形工程は、前記出射ビーム
を所定形状に成形する成形アパーチャに対して、前記二
重照射部と対応する領域の前記出射ビームの透過率をほ
ぼ５０％とし、前記非二重照射部と対応する領域の前記
出射ビームの透過率をほぼ１００％とする工程を含むこ
とを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子描画方法。
【請求項４】基板上に、荷電粒子からなるビームを用
いて、設計パターンを有するマスクの前記設計パターン
の一部分を照射し、該一部分の一部を重ねながら照射を
繰り返すことにより、前記基板上に前記設計パターンを
描画する荷電粒子描画装置であって、前記ビームを前記基板に向かって出射する荷電粒子発生
手段と、前記基板を保持する基板保持手段と、前記マスクを前記荷電粒子発生手段と前記基板との間に
保持するマスク保持手段と、前記荷電粒子発生手段と前記マスク保持手段に保持され
るマスクとの間に設けられ、前記ビームを所定形状に成
形する成形アパーチャと、前記マスク保持手段及び基板保持手段と前記荷電粒子発
生手段とを相対的に移動させる移動手段とを備え、前記成形アパーチャは、前記基板上における前記マスク
を透過するビームにより照射される照射領域に、二重に
照射される二重照射部と二重に照射されない非二重照射
部とを形成する際に、前記二重照射部と前記非二重照射
部との前記ビームの照射量が実質的に同一となるような
開口パターンを有し、前記開口パターンにおける前記二重照射部と対応する領
域の透過率はほぼ５０％であり、前記開口パターンにお
ける前記非二重照射部と対応する領域の透過率はほぼ１
００％であることを特徴とする荷電粒子描画装置。
【請求項５】基板上に、荷電粒子からなるビームを用
いて、設計パターンを有するマスクの前記設計パターン
の一部分を照射し、該一部分の一部を重ねながら照射を
繰り返すことにより、前記基板上に前記設計パターンを
描画する荷電粒子描画装置であって、前記ビームを前記基板に向かって出射する荷電粒子発生
手段と、前記基板を保持する基板保持手段と、前記マスクを前記荷電粒子発生手段と前記基板との間に
保持するマスク保持手段と、前記マスク保持手段及び基板保持手段と前記荷電粒子発
生手段とを相対的に移動させる移動手段とを備え、前記荷電粒子発生手段は、前記基板上における前記マス
クを透過するビームにより照射される照射領域に、二重
に照射される二重照射部と二重に照射されない非二重照
射部とを形成する際に、前記二重照射部と前記非二重照
射部との前記ビームの照射量が実質的に同一となるよう
な配列を持つ複数の荷電粒子発生源を有していることを
特徴とする荷電粒子描画装置。
【請求項６】前記荷電粒子発生手段における前記二重
照射部と対応する領域の荷電粒子発生源は、前記非二重
照射部と対応する領域の荷電粒子発生源と比べて、荷電
粒子の出射エネルギーがほぼ５０％であることを特徴と
する請求項５に記載の荷電粒子描画装置。
【請求項７】前記荷電粒子発生手段における前記二重
照射部と対応する領域の前記ビームの移動方向の荷電粒
子発生源の個数は、前記非二重照射部と対応する領域の
荷電粒子発生源の個数のほぼ２分の１であることを特徴
とする請求項５に記載の荷電粒子描画装置。
【請求項８】前記マスク保持手段はマスクステージで
あり、前記基板保持手段は基板ステージであり、前記移動手段は、前記マスクステージと前記基板ステー
ジとを互いに同期させながら移動させることを特徴とす
る請求項５に記載の荷電粒子描画装置。