JP3246611B2 - 荷電粒子ビーム露光方法と露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は荷電粒子ビーム露光方法
に関し、特に近接効果を補正した荷電粒子ビーム露光方
法に関する。

【０００２】近年、産業全般にわたる技術進歩の核技術
としての役割が期待されているＩＣは、２〜３年で約４
倍の高集積化を達成している。たとえば、ＤＲＡＭで
は、１Ｍ、４Ｍ、１６Ｍ、６４Ｍ、２５６Ｍ、１Ｇとそ
の集積化が進んでいる。

【０００３】このような高集積化はひとえに微細加工技
術の進歩によっている。光技術は、０．５μｍの微細加
工が可能になるように進歩を続けている。しかし、光技
術の限界は約０．３μｍ程度にある。また、コンタクト
ホールの窓開けや下層のパターンとの位置合わせ等にお
いて、精度を確保することが次第に困難になりつつあ
る。

【０００４】電子ビーム露光においては、０．１μｍ以
下の微細加工が、０．０５μｍ以下の位置合わせ精度で
実現できる。また、近年、本発明者らによるブロック露
光やブランキングアパーチャアレイ方式の露光により、
１ｃｍ² ／１ｓｅｃ程度のスループットが期待できるよ
うになった。

【０００５】すなわち、微細さ、位置合わせ精度、クイ
ックターンアラウンド、信頼性、ソフトの向上による将
来性のどれをとっても、電子ビーム露光は他のリソグラ
フィ技術と比較して卓越した利点がある。

【０００６】

【従来の技術】電子ビーム露光は、一般にポイントビー
ム、可変矩形ビーム、ブロックパターンビーム等を用い
て行われる。いずれの場合にも、ウエハ上の所望の領域
を露光するためには、電子ビームを偏向し、位置決めす
ることが必要である。

【０００７】図５を参照して、ブロック露光の可能な電
子ビーム露光装置の説明を行なう。露光装置は、露光部
１０と制御部５０とに大きく分けられる。露光部１０
は、電子ビームを発生し、スポット状もしくはパターン
状に整形し、露光対象物の所望位置に露光する部分であ
る。制御部５０は、露光部１０を制御する信号を形成す
る部分である。なお、露光部１０の下には露光対象物Ｗ
を載置するステージ３５がある。

【０００８】まず、露光部１０について説明する。カソ
ード電極１１から発生した電子は、グリッド電極１２お
よびアノード電極１３によって引出される。これらの電
極１１、１２、１３が荷電粒子ビーム発生源１４を構成
する。

【０００９】荷電粒子ビーム発生源１４から発生した電
子ビームは、たとえば矩形状開口を有する第１のスリッ
ト１５によって整形され、電子ビームを集束する第１の
電子レンズ１６を通過し、透過マスク２０上のビーム照
射位置を修正変更するためのスリットデフレクタ１７に
入射する。スリットデフレクタ１７は、修正変更信号Ｓ
１によって制御される。

【００１０】電子ビームを所望のパターンに整形するた
めに、矩形開口や所定パターンのブロックパターン開口
等の複数の透過孔を有する透過マスク（ステンシルマス
ク）２０を用いる。スリットデフレクタ１７を通過した
電子ビームは、対向して設けられた第２の電子レンズ１
８、第３の電子レンズ１９、これらの電子レンズ間に水
平方向に移動可能に装着された透過マスク２０、透過マ
スク２０の上および下に配置され、それぞれ位置情報Ｐ
１〜Ｐ４に応じて、電子ビームを偏向し、透過マスク２
０上の透過孔の１つを選択する第１〜第４の偏向器（マ
スクデフレクタ）２１〜２４を含む電子ビーム整形部を
通って所望パターンに整形される。

【００１１】整形された電子ビームは、ブランキング信
号ＳＢを印加されるブランキング電極２５によて遮断、
もしくは通過される。ブランキング電極２５を通過した
電子ビームは、第４の電子レンズ２６、アパーチャ２
７、リフォーカスコイル２８、第５の電子レンズ２９に
よって調整され、ダイナミックフォーカスコイル３０に
入射する。ダイナミックフォーカスコイル３０は、電子
ビームを露光対象面上にフォーカスさせる機能を有す
る。また、スティグコイル３１は、非点収差を修正す
る。

【００１２】電子ビームは、さらに第６の電子レンズ３
２、露光位置決定信号Ｓ２、Ｓ３に応じて露光対象物Ｗ
上の位置決めを行なうメインデフレクタ３３、および静
電偏向器であるサブデフレクタ３４によってその位置を
制御され、露光対象物Ｗ上の所望位置に照射される。

【００１３】なお、露光対象物Ｗは、ＸＹ方向に移動可
能なステージ３５に載置され、移動される。また、露光
部１０には、さらに第１〜第４のアラインメントコイル
３６、３７、３８、３９が設けられている。

【００１４】制御部５０は、メモリ５１、ＣＰＵ５２を
有する。集積回路装置の設計データは、メモリ５１に記
憶され、ＣＰＵ５２によって読み出され、処理される。
ＣＰＵ５２は、その他荷電粒子ビーム露光装置全体を制
御する。

【００１５】インターフェイス５３は、ＣＰＵ５２によ
って取り込まれた描画情報、たとえばパターンを描画す
べきウエハＷ上の描画位置情報、および透過マスク２０
のマスク情報等の各種情報等を転送する。データメモリ
５４は、インターフェイス５３から転送された描画パタ
ーン情報およびマスク情報を記憶保持する。

【００１６】パターン制御コントローラ５５は、データ
メモリ５４から描画パターン情報およびマスク情報を受
け、それらに従って透過マスクの透過孔の１つを指定
し、その指定透過孔の透過マスク上での位置を示す位置
信号Ｐ１〜Ｐ４を発生すると共に、描画すべきパターン
形状と指定透過孔形状との形状差に応じた補正値Ｈを演
算する処理を含む各種処理を行なう指定手段、保持手
段、演算手段および出力手段を有する。

【００１７】デジタル・アナログ変換器機能および増幅
器機能を有するアンプ部５６は、補正値Ｈを受け、修正
偏向信号Ｓ１を生成する。マスク移動機構５７は、パタ
ーン制御コントローラ５５からの信号に従い、必要に応
じて透過マスク２０を移動させる。

【００１８】ブランキング制御回路５８は、パターン制
御コントローラ５５からの信号に応じて、デジタル・ア
ナログ変換器機能、および増幅器機能を有するアンプ部
５９を制御し、ブランキング信号ＳＢを発生させる。

【００１９】シーケンスコントローラ６０は、インター
フェイス５３から描画位置情報を受け、描画処理シーケ
ンスを制御する。ステージ移動機構６１は、シーケンス
コントローラ６０からの信号に応じて、必要に応じてス
テージ３５を移動させる。

【００２０】このステージ３５の移動は、レーザ干渉計
６２によって検出され、偏向制御回路６３に供給され
る。偏向制御回路６３は、ウエハＷ上の露光位置を演算
し、露光位置決定信号Ｓ２、Ｓ３を発生するアンプ部６
４、６５に信号を供給すると共に、シーケンスコントロ
ーラ６０にも信号を供給する。なお、アンプ部６４、６
５は、それぞれデジタル・アナログ変換器機能、および
増幅器機能を有する。

【００２１】通常の電子ビーム露光においては、電磁偏
向器であるメインデフレクタ３３によって２〜１０ｍｍ
□の偏向フィールドをビーム偏向し、静電偏向器である
サブデフレクタ３４によって、１００μｍ□程度のサブ
フィールドを偏向する。

【００２２】パターンデータは、ＣＰＵ５２によってメ
モリ５１から読み出され、データメモリ５４に転送さ
れ、ここに蓄積される。データメモリ５４から読み出さ
れたパターンデータによって、パターン制御コントロー
ラ５５はパターンを各ショットごとに分解する。

【００２３】各ショットに分解されたパターンデータ
は、メインデフレクタ３３用のデータ、サブデフレクタ
３４用のデータ、スリットデフレクタ１７用のデータ、
ブランキング信号ＳＢ等に分離され、電子ビームを偏向
制御する。このようにして可変矩形ビーム露光やブロッ
クパターン露光が行なわれる。

【００２４】ところで、半導体ウエハ等の対象物上に形
成されたレジスト層に荷電粒子が注入され、レジストが
露光される。レジストに入射した荷電粒子は、進行しつ
つ多重散乱を受ける。

【００２５】シリコン基板上にレジスト層を形成し、荷
電粒子ビーム露光を行なう場合、レジスト層に入射した
荷電粒子はレジスト層内で進行しつつ前方散乱を受け、
レジスト層からシリコン基板内にまで進行する。多重散
乱によって基板から戻り、レジスト層に再入射した荷電
粒子は、さらにレジスト層内で散乱を受け、後方散乱を
形成する。

【００２６】このような前方散乱と後方散乱により、所
望の露光パターンの周囲に散乱による付随パターンが形
成される。露光すべきパターンが密集していると、各パ
ターンからの散乱による付随パターンが重なり合い、露
光強度が現像の閾値を越えてしまう。

【００２７】この結果、所望のパターンサイズよりも大
きなパターンが描画されるという現象が起こる。この現
象は、パターンが密集している場合により顕著に表れる
ので近接効果と呼ばれる。

【００２８】図６は、近接効果を説明する図である。図
６（Ａ）は、シリコン基板７１の上にＰＭＭＡで形成さ
れたレジスト層７２を配置し、上方より電子を照射した
ときの電子の飛跡を示すグラフである。図６（Ａ）の左
側の図は、１０ｋＶの加速エネルギで電子を照射した場
合の飛跡を示し、図６（Ａ）の右側の図は加速エネルギ
を２０ｋＶにした場合の電子の飛跡を示す。

【００２９】それぞれ電子１００個の飛跡をモンテカル
ロ法によるシミュレーションによって求めたものであ
る。グラフの横軸はレジスト層２の電子照射位置からの
距離をミクロンで表し、縦軸はレジスト層２表面からの
深さをミクロンで示す。

【００３０】図から明らかなように、レジスト層２に照
射された電子は、前方散乱および後方散乱によって加速
エネルギが１０ｋＶの場合、約２μｍの範囲に広がり、
加速エネルギが２０ｋＶの場合には約４μｍ以上にまで
広がっている。実際観察される近接効果は、３〜５μｍ
程度の幅を持つ。

【００３１】図６（Ｂ）は、このような電子ビーム露光
によって生じる露光強度の分布を概略的に示すグラフで
ある。露光パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３の部分において、
露光強度が高く、さらにその周辺に前方散乱、後方散乱
によるテール部分、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が形成されてい
る。テール部分Ｔの強度は、パターンの面積に依存し、
パターンが広ければ高く、パターンが狭ければ低い。

【００３２】荷電粒子ビームの加速エネルギが一定であ
れば、散乱によるテールパターンＴの広がりはほぼ一定
である。各パターンＰから周辺に広がるテールＴは、パ
ターンからの距離が大きくなるにしたがってその強度が
低くなる。

【００３３】ところで、図に示すパターンＰ１とＰ２の
間のテール部分Ｔ１とＴ２は互いに重なっており、レジ
ストに与える影響はその和となる。したがって、パター
ンが密集している部分においては、各部分からのテール
部分が重なり、現像閾値を越えてしまうこともある。

【００３４】図６（Ｃ）は、前方散乱、後方散乱よるテ
ール部分の重なりによって生じる近接効果を概略的に説
明する図である。図６（Ｃ）左側に示すように、平行な
矩形型のパターンＰ５とＰ６を露光する場合、所望のパ
ターンに合わせて設計パターンを作成し、設計パターン
にしたがって荷電粒子ビーム露光を行なうと、露光後の
パターンは右側に示すパターンＰ５ａ、Ｐ６ａのように
なってしまう。

【００３５】すなわち、パターンＰ５、Ｐ６の間の間隙
の中央部においては、パターン各部分からのテール部分
の重なりが強く、パターン幅が設計値よりも広がってし
まう。このように、近接効果が生じると所望形状のパタ
ーンが得られなくなってしまう。

【００３６】近接効果を予め補正して設計どおりの形状
のパターンを得るための手法を近接効果補正という。図
７は、従来の技術による近接効果の補正方法を説明する
ための図である。

【００３７】図７（Ａ）は、近接効果の補正が行なわれ
ず、図形間で近接効果が生じてしまう場合を概略的に示
す。矩形パターンＰ５とＰ６を露光しようとした場合、
図７（Ａ）右側に示すように中央部でパターンが広が
り、広がったパターンＰ５ａとＰ６ａとが中央部Ｐ７に
おいて接続してしまっている。このような近接効果を補
正するための方法を以下に説明する。

【００３８】図７（Ｂ）は、荷電粒子ビームの照射強度
を変更することにより、近接効果を補正する方法を示
す。パターンＰ５とＰ６を露光する場合、パターン内の
全面積を同一強度で露光すると、図７（Ａ）に示すよう
に近接効果が発生してしまう。

【００３９】そこで、他のパターンに近接している部分
においては荷電粒子ビームの照射強度を低減することに
より、近接効果を補正する。たとえば、図に示すように
パターンＰ５およびＰ６の対向辺の中央部にサンプル点
Ｘをとり、これらのサンプル点において周囲のパターン
が及ぼす散乱を含めた荷電粒子ビーム照射量を算出し、
所望の照射量になるように近接部Ｐ８およびＰ９の照射
量を調整する。

【００４０】近接部Ｐ８およびＰ９の荷電粒子ビーム照
射量を低減することにより、パターン間の領域Ｐ７にお
ける荷電粒子ビーム散乱量が低減し、近接効果を補正す
ることができる。

【００４１】図７（Ｃ）は、他の近接効果補正方法であ
る図形削除法を説明するための図である。パターンＰ５
およびＰ６を設計通り露光すると、各パターンが設計値
以上に大きくなり、図７（Ａ）に示すような近接効果が
生じてしまう。そこで、予めパターンを設計値以下に減
少し、露光後のパターンが散乱を含めて所望の値になる
ように調整する。

【００４２】たとえば、パターンＰ５およびＰ６の対向
辺の中央部にサンプル点Ｘをとり、これらの点における
散乱を含めた荷電粒子ビーム照射量を算出し、所望のパ
ターンサイズになるように対向辺の近接領域Ｐ１０およ
びＰ１１を賛助する。この結果、近接効果で太くなった
パターンが所望の幅のパターンＰ５およびＰ６を形成す
るようになる。

【００４３】しかし、図形削除法、照射強度変更法共に
存在する全てのパターン毎に補正を行なうので、補正処
理に要する時間がパターンの増大につれて急速に増大す
る。また、両補正方法共、パターン毎に代表点を設定
し、それらの点における露光強度値を基に補正を行なう
ため、代表点の数が少ないと間接効果によるパターンの
歪みが補正しきれない。代表点の数を増やすと、処理時
間の増大を招く。

【００４４】さらに、マスク上に作成した複雑な繰り返
しパターンを一括転写するブロック露光法については、
パターン毎に補正を行なう図形削除方法や照射強度変更
方法は実際上、実施するのに極めて困難である。

【００４５】図７（Ｄ）は、他の近接効果補正方法であ
るゴースト露光法を示す。ゴースト露光法は、露光パタ
ーンを形成するための主パターンと、主パターンの白黒
反転パターンである補助露光パターンを用いる。補助露
光は通常主パターンを露光する実露光の３０〜５０％程
度の強度で行なう。

【００４６】主パターンを所望の露光強度で露光した
後、主パターンの露光により付随的に形成される散乱パ
ターンの強度に対応した強度で補助露光パターンの露光
を行なう。このような重ね露光を行なえば、主パターン
以外について全面でほぼ均一な露光が行なわれ、現像レ
ベルを調整することにより、主パターンのみを現像する
ことが可能になる。

【００４７】本発明者らは、多数の開口をそれぞれ独立
に制御しつつ露光を行なうブランキングアパーチャアレ
イ露光方式を提案した。図８に、ブランキングアパーチ
ャアレイを概略的に示す。図８（Ａ）は、ブランキング
アパーチャアレイの概略平面図を示す。遮光性基板８０
内に多数の開口８１が形成されている。

【００４８】たとえば、図中最上段に示す行ＬＡ１に
は、開口８１が６４個並べられ、次の行ＬＢ１には千鳥
状にずれた位置に６４個の開口８１が並べられている。
また、２列の開口列ＬＡ１とＬＢ１を合わせて１組とし
た時、図中縦方向には８組の開口列が配置されている。

【００４９】なお、マスク上のパターンは試料面上にお
いて１／５００に縮小される。マスク上においては、各
開口８１は、２５μｍ□の大きさを有し、横方向に５０
μｍピッチで並べられ、縦方向ピッチは１００μｍに設
定されている。ただし、縦方向に関しては１００μｍピ
ッチの中間に千鳥状にずれた他の１行の開口列が配置さ
れる。

【００５０】ブランキングアパーチャアレイ全体として
は、図中横方向に約３２００μｍ、図中縦方向に約８０
０μｍの寸法となる。なお、２５μｍ□の開口は、対象
物上では０．０５μｍ□の大きさとなる。

【００５１】このようなブランキングアパーチャアレイ
を図中縦方向に移動させつつ、開口８１を通して荷電粒
子ビームを照射すれば、１組の開口列ＬＡ１、ＬＢ１に
よって対象物上の全面積を露光できる。８組の開口列に
よれば全面を８重に多重露光することができる。

【００５２】各開口８１には、対向する２辺に沿って電
極８２ａ、８２ｂが形成されており、これらの電極８２
ａ、８２ｂに印加する電圧によって開口８１を通過する
電子ビームを対象物外の領域に偏向させることができ
る。

【００５３】すなわち、電極８２ａ、８２ｂは開口８１
を通過する電子ビームに対してシャッタの役目を果たす
ことができる。開口８１およびその両側辺に形成された
電極８２ａ、８２ｂによって１つのブランキングアパー
チャＢＡが形成される。

【００５４】上述の構成においては、１２８×８個のブ
ランキングアパーチャＢＡが形成される。縦方向に見る
と、８個のブランキングアパーチャＢＡが同一横位置に
配置されるため、対象物上の同一位置を８重に露光する
ことができる。

【００５５】図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すようなブ
ランキングアパーチャアレイを用いて試料面上に露光を
行なう場合の露光方式を説明するグラフである。図８
（Ｂ）において、横軸は時間をｎｓｅｃで示し、縦軸は
試料面上の距離をμｍで示す。

【００５６】ブランキングアパーチャアレイに対して、
試料は０．５μｍ／５０ｎｓｅｃで等速度に移動してい
るものとする。ＬＡ１で示した曲線は、図８（Ａ）に示
す列ＬＡ１に属する１つのブランキングアパーチャＢＡ
の露光対象を示す。

【００５７】５ｎｓｅｃまでの時間に、試料面上の基準
位置から０．０５μｍまでの位置を露光し、５ｎｓｅｃ
から１０ｎｓｅｃまでの時間に、試料面上の０．０５μ
ｍから０．１μｍの間の領域を露光する。

【００５８】このようにして、５ｎｓｅｃ毎に順次ブラ
ンキングアパーチャの下に露出される領域を露光するこ
とにより、試料面上に１列の露光ストライプを形成する
ことができる。

【００５９】ところで、図８（Ａ）において、試料が上
方から下方に移動しているとした場合、試料面上の同一
縦位置が、１０ｎｓｅｃ後には千鳥状にずれた他のブラ
ンキングアパーチャの下に現れる。

【００６０】たとえば、１列のブランキングアパーチャ
列ＬＡ１で露光できる面積は、０．０５μｍ幅ピッチ
０．１μｍの領域であり、露光後形成されるのは等ピッ
チのラインアンドスペースである。

【００６１】全面塗りつぶしを行なうためには、ブラン
キングアパーチャ列ＬＡ１と相補的に配置された次段の
ブランキングアパーチャ列ＬＢ１で露光する必要があ
る。この２段目のブランキングアパーチャ列ＬＢ１の下
に現れる領域を破線ＬＢ１で示した。

【００６２】２０ｎｓｅｃ後には、時刻０で第１列目の
ブランキングアパーチャ列ＬＡ１下に露出された領域が
第３列目のブランキングアパーチャ列ＬＡ２下に露出さ
れる。同様に、４０ｎｓｅｃ、６０ｎｓｅｃ、…にも、
同一位置が引き続く位置に配置されたブランキングアパ
ーチャＢＡ下に露出される。それぞれの時点において露
光を行なうことにより、同一位置が多重露光される。

【００６３】このような多重露光によれば、同一対象領
域の露光が、たとえば８段に分割される。電流のオン／
オフの単位が小さくなり、全体としても電子ビームが徐
々に増大し、徐々に減少することになる。すなわち、露
光電流の急激な変化が防止され、クーロン相互作用を補
償するためのリフォーカスが容易になる。

【００６４】図９は、ブランキングアパーチャアレイに
よる露光を説明するための概略図である。なお、簡単な
ため、対象とするパターンが１回露光のみによって露光
される場合を説明する。多重露光の場合には、同様の露
光を繰り返せばよい。

【００６５】図９（Ａ）に示すように、ブランキングア
パーチャＢＡ１〜ＢＡ５が２列に亘って千鳥状に配置さ
れているとする。露光すべきパターンは図９（Ｂ）に示
すような図形であるとする。すなわち、対象物の上に図
９（Ｂ）に示すような領域を露光することを考える。こ
こで、対象物は図９（Ａ）に示すブランキングアパーチ
ャの上方から下方に向かって移動するとする。

【００６６】まず、図９（Ｃ）に示すように、ブランキ
ングアパーチャＢＡ１とＢＡ２の下に露光すべき領域の
下端が到達する。ここで、ブランキングアパーチャＢＡ
１とＢＡ２をオンとし、対応する領域を露光する。

【００６７】次のタイミングにおいては、図９（Ｄ）に
示すように、上段の３つのブランキングアパーチャＢＡ
１、ＢＡ２、ＢＡ３の下に露光すべき領域が現れる。そ
こでこれらの領域を露光する。

【００６８】次のタイミングにおいては、図９（Ｅ）に
示すように上段のブランキングアパーチャＢＡ１、ＢＡ
２の下に露光すべき領域が現れる。そこで、これらの領
域を露光する。

【００６９】なお、この時、ブランキングアパーチャＢ
Ａ１、ＢＡ２に隣接する領域に露光すべき領域が配置さ
れるが、これらに対応する領域にはブランキングアパー
チャが存在しないため、露光は行なわれない。

【００７０】このようにして、ブランキングアパーチャ
ＢＡの下を対象となる試料が下方に順次移動するのにし
たがい、ブランキングアパーチャ下に露出される領域が
選択的に露光される。

【００７１】図９（Ｆ）で３つの領域が露光された後、
図９（Ｇ）に進むと図９（Ｅ）で露光されなかった２つ
の領域がブランキングアパーチャＢＡ４、ＢＡ５の下に
配置される。そこでこの段階において、これらの領域は
ブランキングアパーチャＢＡ４、ＢＡ５によって露光さ
れる。

【００７２】すなわち、５列のパターンのうち１、３、
５列は図９（Ａ）の上段に示すブランキングアパーチャ
ＢＡ１、ＢＡ２、ＢＡ３を用いて露光され、第２列、第
４列に対応する領域は、タイミングをずらしてブランキ
ングアパーチャＢＡ４、ＢＡ５によって露光される。

【００７３】このようにして、図９（Ｈ）、（Ｉ）、
（Ｊ）と順次対象物が移動するにつれ、露光できる領域
が露光され、図９（Ｂ）に示すパターンが形成される。
このように、ブランキングアパーチャアレイによれば、
任意の図形を露光することができる。

【００７４】なお、ブランキングアパーチャアレイはブ
ロック露光と対立するものではなく、両立するものであ
る。すなわち、ステンシルマスク上にブロックパターン
とブランキングアパーチャアレイとを共に設け、出現頻
度の多いパターンはブロック露光によって露光し、出現
頻度の少ないパターンはブランキングアパーチャアレイ
によって露光すればよい。

【００７５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
ブランキングアパーチャアレイによれば、試料上の所定
領域に荷電粒子ビームを照射しつつ、ブランキングアパ
ーチャ各々を制御することにより、任意のパターンを露
光することができる。

【００７６】しかしながら、荷電粒子ビーム露光におい
ては、近接効果を補正するための補助露光が必要であ
る。ところで、ブランキングアパーチャアレイ露光を行
なう場合、補助露光を実行する方式は未だ確立していな
い。

【００７７】本発明の目的は、ブランキングアパーチャ
アレイ方式のような、複数の荷電粒子ビームを独立にオ
ン／オフ制御して対象面上にパターンを露光する露光技
術において、近接効果を補正することのできる技術を提
供することである。

【００７８】

【課題を解決するための手段】本発明の荷電粒子ビーム
露光方法は、各々がオン／オフ制御可能な多数の開口部
を有し、所定方向に移動させた時、対象面上の任意の点
を複数回荷電粒子ビームで照射できるように前記多数の
開口部が配置されたブランキングアパーチャアレイ（Ｂ
ＡＡ）と、前記ブランキングアパーチャアレイ（ＢＡ
Ａ）近傍に配置され、前記多数の開口部の各々より著し
く大きい開口面積を有し、それ自身はオン／オフ制御機
能を有さない補助露光用開口部（ＧＥＡ）とを有する荷
電粒子ビーム露光装置を用いる荷電粒子ビーム露光方法
であって、露光情報にしたがって、ブランキングアパー
チャアレイの多数の開口部を独立にオン／オフ制御して
対象面上に荷電粒子ビームを照射して所望パターンの露
光を行なう実露光工程と、補助露光用開口部を用いて単
一の荷電粒子ビームを整形し、前記実露光における散乱
荷電粒子強度の低い領域に実露光より強度の弱い露光を
焦点をぼかした状態で行なう補助露光工程とを含む。

【００７９】

【作用】複数の荷電粒子ビームを独立にオン／オフ制御
することにより対象面上に所望のパターンを露光するこ
とができる。しかし、このままでは近接効果が生じてし
まう。ところで、近接効果補正用の補助露光は高い分解
能を必要としない。

【００８０】そこで、単一の荷電粒子ビームを整形し、
所望パターンを露光するための実露光よりも強度の弱い
補助露光を散乱荷電粒子強度の低い領域に行なえば、近
接効果を補正するための補助露光を行なうことができ
る。

【００８１】

【実施例】図１に、本発明の基本実施例による荷電粒子
ビーム露光方法を示す。図１（Ａ）は、所望のパターン
を露光するための実露光を概略的に示す。所望のパター
ンを露光する実露光は、多数のブランキングアパーチャ
ＢＡを有するブランキングアパーチャアレイＢＡＡを用
いて行なう。

【００８２】たとえば、ブランキングアパーチャアレイ
ＢＡＡはｘ方向に１２８、ｙ方向に８のブランキングア
パーチャＢＡを含み、対象物上を相対的にｙ方向に移動
させつつ、８重露光を行なう。各ブランキングアパーチ
ャＢＡは、独立に制御され、選択された位置に複数の荷
電粒子ビームを照射する。

【００８３】このように、複数の荷電粒子ビームを独立
にオン／オフ制御することにより、対象面上に任意のパ
ターンを露光することができる。図１（Ｂ）は、補助露
光を説明するための概略図である。ブランキングアパー
チャアレイＢＡＡと同等程度の面積を有する補助露光ア
パーチャＧＥＡがブランキングアパーチャアレイＢＡＡ
の近傍に設けられている。この補助露光アパーチャＧＥ
Ａに、電子ビームＥＢを照射し、その断面積を適当に整
形した後、対象物上に照射する。

【００８４】このような可変形状露光方法によれば、細
かいパターンを露光するには露光回数が増大し、露光時
間が長くなるが、近接効果補正のための補助露光は高い
分解能を必要としないため、実露光における各単位露光
領域と比較し、著しく広い領域を一度に露光しつつ、補
助露光を行なうことにより、速やかに近接効果補正を行
なうことができる。

【００８５】なお、図１（Ａ）に示すような実露光を行
なうためのブランキングアパーチャアレイＢＡＡと、図
１（Ｂ）に示すように補助露光を行なうための補助露光
アパーチャＧＥＡとを同一ステンシルマスク上に近接し
て配置することにより、実露光と補助露光とを連続して
行なうこともできる。

【００８６】図１（Ｃ）は、実露光と補助露光とがどの
ように行なわれるかを示す。横軸は時間を示し、縦軸は
荷電粒子ビームの焦合状態であるフォーカスを示す。実
露光５ａを行なっている間、荷電粒子ビームのフォーカ
スは合っており、次に補助露光６ａを行なう際にはフォ
ーカスは外れている。再び実露光５ｂを行なうときには
フォーカスは合わせられ、続いて補助露光６ｂを行なう
ときにはフォーカスは外される。

【００８７】このように、実露光をフォーカスが合った
状態で行ない、補助露光をフォーカスが外れた状態で行
なう。なお、実露光と補助露光の時間がほぼ等しいよう
に図示したが、実際上、補助露光の時間はもっと短くな
る。

【００８８】図２は、本発明のより具体的な実施例によ
る電子ビーム露光装置の構成を示すブロック図である。
電子ビーム露光装置の露光系１０は、マスクデフレクタ
２１、ステンシルマスク２０、ブランキング電極２５、
アパーチャ２７、リフォーカスコイル２８、電子レンズ
２９を含む。

【００８９】なお、この露光系１０は、基本的に図５で
説明した露光系と同等である。ステンシルマスク２０上
には、ブランキングアパーチャアレイＢＡＡと、補助露
光アパーチャＧＥＡが形成されている。

【００９０】電子ビームはマスクデフレクタ２１、２２
を介してステンシルマスク２０上の所望領域に照射さ
れ、ステンシルマスク２０の開口によって整形されてブ
ランキング電極２５に入射する。ブランキング電極２５
は所望の期間入射する電子ビームをブランキングする。

【００９１】ブランキング電極２５を通過した電子ビー
ムはアパーチャ２７に入射し、不要部分を遮蔽されてリ
フォーカスコイル２８に入射し、リフォーカスが実行さ
れた後、電子レンズ２９に入射する。マスクデフレクタ
２１、２２、ブランキング電極２５、リフォーカスコイ
ル２８は、ＣＰＵ５２によって制御系８０を介して制御
される。

【００９２】たとえば、ビームを補助露光用の開口に偏
向した場合、その偏向情報によって予め決められた補助
露光の露光量を設定し、リフォーカスに流す電流を変え
てビームがぼけた状態に自動的にセットされる。

【００９３】まず、ステンシルマスク２０上のブランキ
ングアパーチャアレイＢＡＡを用いて所望パターンの露
光を行なう場合を説明する。所望パターンを露光する実
露光においては、ブランキングアパーチャアレイＢＡＡ
の各ブランキングアパーチャＢＡに遅延回路Ｄを介して
パターンデータが供給される。すなわち、ブランキング
アパーチャアレイの８列の開口には、同一データがタイ
ミングをずらせて供給される。

【００９４】パターンデータを高速で遅延回路Ｄに供給
するため、遅延回路Ｄには２組のシフトレジスタＳＲ
１、ＳＲ２が接続されている。一方のシフトレジスタを
使用している間、他方のシフトレジスタはデータの準備
を行なえる。これら２組のシフトレジスタＳＲ１、ＳＲ
２には、たとえば１６組のスクローラＳ１、Ｓ２、…Ｓ
１６が接続され、シフトレジスタＳＲ１、ＳＲ２に交互
に１組のデータを供給する事ができる。

【００９５】各スクローラＳは、基本的にはシフトレジ
スタ１と同様の構成を有する回路である。スクローラＳ
にパターンデータを供給するために、各スクローラにそ
れぞれ４組のパターンデータ展開装置ＰＤとＳＲＡＭ等
のメモリＳＭとの組み合わせが接続されている。すなわ
ち、パターンデータ展開装置ＰＤとスタティックＲＡＭ
の組み合わせは全部で４×１６＝６４組設けられてい
る。

【００９６】各パターンデータ展開装置ＰＤは、データ
メモリからパターンデータを受け取り、露光すべき１単
位のパターンデータを作成し、ＳＲＡＭで形成されたメ
モリＳＭにパターンデータを蓄積する。４組のメモリＳ
Ｍ１〜ＳＭ４は、交互に対応するスクローラＳにパター
ンデータを供給する。

【００９７】ブランキングアパーチャアレイＢＡＡが図
８で示したように、１２８×８のブランキングアパーチ
ャを有するものである場合、ブランキングアパーチャア
レイＢＡＡに供給するパターンデータは１２８×ｎを単
位とするものとなる。ここで、ｎはパターンデータの単
位ストリップ領域の長さを規定する数であり、たとえば
２０００である。

【００９８】図３は、このような１２８×２０００のパ
ターンデータを高速に伝達することのできるスクローラ
の構成例を示す。図３（Ａ）はスクローラの回路構成を
示すブロック図である。１２８個のパターンデータＩＮ
０〜ＩＮ１２７を並列に受け、直列に２０００収容する
ことのできるスクローラは、１２８×２０００のシフト
レジスタｓｒを図示のように接続したものである。

【００９９】すなわち、２０００個のシフトレジスタｓ
ｒの直列接続が並列に１２８組配置されている。１２８
個の入力信号ＩＮ０〜ＩＮ１２７を並列に受け、１２８
個の出力信号ＥＸ０〜ＥＸ１２７を並列に供給すること
ができる。

【０１００】図３（Ｂ）は、各シフトレジスタｓｒの構
成例を示す回路図である。トランジスタＴｒ１の出力信
号は、トランジスタＴｒＡで形成されたゲートを介して
２段目のトランジスタＴｒ２のゲート電極に印加され
る。

【０１０１】たとえば、トランジスタＴｒ１のゲート電
圧がハイであれば、トランジスタＴｒ１の出力はローと
なり、ゲートＴｒＡが開いた時、この信号を受けたトラ
ンジスタＴｒ２はオフとなり、その出力はハイとなる。
このように、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２によっ
て１段のシフトレジスタが形成される。なお、トランジ
スタＴｒ１、Ｔｒ２の出力信号は、それぞれゲートＴｒ
Ａ、ＴｒＢによって出力側に選択的に伝えられる。

【０１０２】ここで、ブランキングアパーチャアレイに
よる露光を実用速度で行なうための動作例を簡単に説明
する。１つの電子ビームの寸法が０．０５μｍ□である
として、１ｃｍ² ／ｓｅｃで露光を行なう場合を考え
る。１ｃｍ² の面積の中には、０．０５μｍ□のビーム
が４×１０¹⁰個含まれることになる。１秒間に４×１０
¹⁰の露光を行なうために、ビームの数はたとえば１２８
×８本を用いる。

【０１０３】試料を載置するステージは、Ｙ方向に約５
０ｍｍ／ｓｅｃで進行するとし、メインデフレクタによ
り電子ビームは全体としてＸ方向に２ｍｍ／２ｎｓｅｃ
で移動できる。

【０１０４】サブデフレクタは、Ｙ方向に１００μｍの
移動を５μｓｅｃに５回行なう。このとき、走査速度と
しては１００μｍ／５μｓｅｃであり、１μｍ当たりの
走査に必要な時間は５０ｎｓｅｃとなる。この値は、ビ
ーム１つ当たりの長さである０．０５μｍに対して２．
５ｎｓｅｃの長さとなり、１ショットを２．５ｎｓｅｃ
で処理する必要がある。

【０１０５】ビームの進行方向にブランキングアパーチ
ャアレイが八重に配置された前述の構成の場合、１つの
点を露光するのに８ショットが行なわれる。同一位置に
対して露光が完了するまでには８ショット、すなわち２
０ｎｓｅｃの時間がかかる。したがって、電子ビーム強
度に対してリフォーカスをかける場合、リフォーカスに
必要な時間は２．５ｎｓｅｃではなく、２０ｎｓｅｃと
なる。

【０１０６】露光すべき面積が０．５ｃｍ² ／ｓｅｃの
場合は、ステージ移動速度を半分にすることができ、サ
ブデフレクタは前述と同一の面積を露光するのに５μｓ
ｅｃの２倍の１０μｓｅｃを使用することができるよう
になる。この場合、１ショットに必要な時間も２倍の５
μｓｅｃとなる。図２、図３に示した構成によれば、こ
のような高速度の露光を行なうことが可能となる。

【０１０７】補助露光は、図２に示す電子ビーム露光装
置の制御系８０をＣＰＵ５２が制御し、ステンシルマス
ク２０上の補助露光アパーチャＧＥＡを用いて行なわれ
る。図４は、実露光に続いて行なわれる補助露光を説明
する。この補助露光は一定の実露光単位毎に行い、実露
光と補助露光を交互に行なう。図４（Ａ）は、電子ビー
ム露光装置におけるステンシルマスク２０の部分を拡大
して示す。ステンシルマスク２０には、多数の開口部を
備えたブランキングアパーチャアレイＢＡＡが形成され
ており、その近傍に補助露光を行なうための補助露光ア
パーチャＧＥＡも形成されている。

【０１０８】図４（Ａ）においては、ブランキングアパ
ーチャアレイＢＡＡと等しい面積を有する１つの補助露
光アパーチャＧＥＡを例示する。スリットデフレクタ１
７から入射する電子ビームが、補助露光アパーチャＧＥ
Ａと同一寸法を有し、補助露光アパーチャＧＥＡ全面に
入射したときには、ＧＥＡと等しい断面積を有する電子
ビームが対象物上に照射される。電子ビームを照射する
時間を制御することにより、パターンを露光する主露光
に対し、補助露光の強度を３０〜５０％程度に制御す
る。

【０１０９】補助露光を行なうときにも、単一寸法の矩
形ビームのみでは精度が粗くなる。そのような場合は、
電子ビームＥＢを図４（Ａ）破線で示すように補助露光
アパーチャＧＥＡの中心からずらすことにより、補助露
光アパーチャＧＥＡを透過する電子ビームの断面積を任
意に減少することができる。

【０１１０】補助露光を行なうための開口は、種々の形
態で実現することができる。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）
に示したようにブランキングアパーチャアレイＢＡＡの
近傍に、ブランキングアパーチャアレイＢＡＡの形状と
同一形状の１つの補助露光用アパーチャＧＥＡを形成し
た場合を概略的に示す。

【０１１１】図４（Ｃ）は、ブランキングアパーチャア
レイＢＡＡの４辺に近接して補助露光アパーチャＧＥＡ
１〜ＧＥＡ４を形成した場合を示す。このように、複数
の補助露光アパーチャを形成し、その形状、方向を変化
させることにより、露光したパターンの形状に合わせて
より効果的な補助露光を行なうことが可能となる。

【０１１２】図４（Ｄ）は、さらに別の変形を示す。ブ
ランキングアパーチャアレイＢＡＡの４つの辺に近接し
て、ブランキングアパーチャアレイＢＡＡ側に尖った三
角形状の補助露光アパーチャＧＥＡ５〜ＧＥＡ８が形成
されている。

【０１１３】補助露光に要求される露光強度は、実露光
のパターン密度が高いところほど低く、実露光が行なわ
れなかった領域ほど高い。したがって、一定面積の領域
を実露光した場合、その周辺における望ましい補助露光
強度は実露光に近い部分で低く、実露光から離れるにし
たがって高くなる。

【０１１４】図４（Ｄ）に示したような三角形状の開口
を有する補助露光アパーチャＧＥＡを用いると、このよ
うな露光強度の変化を容易に実現することができる。し
たがって、複数回の露光を行なわなくても、露光強度の
変化を実現できるため、補助露光に必要な時間を短縮す
ることができる。

【０１１５】なお、補助露光を行なうためのマスク開口
の形状は、図示のものに限らない。種々の寸法の矩形や
三角形やその他の形状の補助露光開口を用いてもよい。
このように、ブランキングアパーチャを用いた実露光
と、可変断面ビームを用いた補助露光とを組み合わせる
ことにより、任意のパターンを高精度に露光することが
可能となる。

【０１１６】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の荷電粒子ビームを露光情報にしたがって独立にオ
ン／オフ制御して露光を行なう方式においても、近接効
果補正を効率的に行なうことができる。

【０１１８】パターンを細分化すると共に複数のビーム
を用いることにより、任意のパターンを高速で露光で
き、かつ近接効果補正を行なうことにより、精度の高い
露光が行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本実施例を示す概略平面図、グラフ
である。

【図２】本発明の実施例による電子ビーム露光装置のブ
ロック図である。

【図３】図２の構成において用いるスクローラの構成を
示す概略平面図および回路図である。

【図４】本発明の実施例による補助露光を説明するため
の図である。

【図５】電子ビーム露光装置の典型的構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】近接効果を説明するための概念図である。

【図７】近接効果の補正を説明するための概念図であ
る。

【図８】ブランキングアパーチャアレイを説明するため
の概略平面図およびグラフである。

【図９】ブランキングアパーチャアレイによる露光を説
明するための概略平面図である。

【符号の説明】

１ シフトレジスタ ２ 反転回路 ３ 露光対象領域 ４ 単位ストリップ領域 ５ 実露光 ６ 反転ぼかし露光 ８ ブランキングアパーチャアレイ １０ 露光系 Ｄ 遅延回路 Ｓ スクローラ ＳＭ ＳＲＡＭ ＰＤ パターンデータ展開装置 ＢＡ ブランキングアパーチャ ＢＡＡ ブランキングアパーチャアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−174715（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−212407（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−58518（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−175108（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々がオン／オフ制御可能な多数の開口
   部を有し、所定方向に移動させた時、対象面上の任意の
   点を複数回荷電粒子ビームで照射できるように前記多数
   の開口部が配置されたブランキングアパーチャアレイ
   （ＢＡＡ）と、前記ブランキングアパーチャアレイ（Ｂ
   ＡＡ）近傍に配置され、前記多数の開口部の各々より著
   しく大きい開口面積を有し、それ自身はオン／オフ制御
   機能を有さない補助露光用開口部（ＧＥＡ）とを有する
   荷電粒子ビーム露光装置を用いる荷電粒子ビーム露光方
   法であって、 露光情報にしたがって、ブランキングアパーチャアレイ
   の多数の開口部を独立にオン／オフ制御して対象面上に
   荷電粒子ビームを照射して所望パターンの露光を行なう
   実露光工程と、 補助露光用開口部を用いて単一の荷電粒子ビームを整形
   し、前記実露光における散乱荷電粒子強度の低い領域に
   実露光より強度の弱い露光を焦点をぼかした状態で行な
   う補助露光工程とを含む荷電粒子ビーム露光方法。
2. 【請求項２】 前記補助露光工程は、所定断面形状の荷
   電粒子ビームを補助露光用開口部の開口面積の任意の位
   置に照射することによって単一の荷電粒子ビームを整形
   することを含む請求項１記載の荷電粒子ビーム露光方
   法。
3. 【請求項３】 前記補助露光工程は、予め定められた露
   光量で、かつリフォーカスコイルに流れる電流をビーム
   をぼかす状態に設定して行なわれる請求項１ないし２記
   載の荷電粒子ビーム露光方法。
4. 【請求項４】 前記実露光工程と前記補助露光工程とは
   予め決められた露光単位面積毎に交互に行なわれる請求
   項１〜３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム露光方法。