JP3431336B2 - 電子ビーム露光装置および電子ビーム露光での近接効果補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウェハへの微細パター
ンの描画等に用いられる電子ビーム露光装置および電子
ビーム露光での近接効果補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子におけるパターンの微
細化に伴って、リソグラフィ装置としての電子ビーム露
光装置の重要性が高まってきている。この電子ビーム露
光装置は、光ステッパよりも解像度が高いという利点が
ある反面、光ステッパのような一括露光ができないため
にスループットが低いという不利な面を備えている。こ
のため、電子ビーム露光装置を用いて如何にしてスルー
プットをあげるかが重要な問題となる。

【０００３】代表的な電子ビーム描画装置は、たとえば
Proceedings of 35th International Symposium on ele
ctron,ion,and photon beams p.2981 に記述されてい
る。この電子ビーム描画装置は、図１４に示すように構
成されている。

【０００４】すなわち、１つの電子源１で発生した電子
ビーム２を矩形の孔を持つ第１成型アパーチャ３に照射
し、矩形断面を持つビーム４を形成する。次に、この矩
形ビーム４を第２成型アパーチャ５に向けて第１成型ア
パーチャ３の像が第２成型アパーチャ５上に結ぶように
照射する。第２成型アパーチャ５には矩形または斜辺を
持った孔が設けられており、成型偏向器６によって第１
成型アパーチャ像と第２成型アパーチャ５の孔との重な
りを調整し、下流に異なる寸法の矩形または三角形の断
面を有するビーム７を形成する。この矩形または三角形
のビーム７を対物レンズ８によって縮小し、試料９の表
面に第２成型アパーチャ５の像を結ぶ。このとき、主偏
向器１０、副偏向器１１によってビーム７の照射位置を
所定の位置に移す。なお、図１４中、１２はプロジェク
ションレンズを示している。

【０００５】試料９へ実際にパターンを描画するとき
は、次のようにして行われる。まず、試料９上の全描画
領域を最大偏向領域面積程度の小区画に分割し、偏向幅
が大きく比較的速度の遅い主偏向器１０を用いて描画し
たい小区画にビーム７を導く。次に、この小区画内のビ
ーム７を偏向幅が小さく比較的速度の速い副偏向器１１
を用いて照射したい箇所へ導いて照射する。

【０００６】このような電子ビーム露光装置に組込まれ
いる偏向器を駆動する電気回路では理想的なステップ波
形の信号を発生させることはできない。このため、その
信号波形には図１５に示すように、有限の立上がり・立
下がり領域および信号が一定になるまでの振動領域が含
まれている。したがって、通常、偏向器を用いてビーム
を動かしている間あるいはビームの動きが所定の位置で
安定するまでの間は、ブランキング電極に電圧を加えて
ビームが試料９に到達しないようにしている。この時間
はセトリング時間ｔｓと呼ばれている。そして、ビーム
が所定の位置に安定してから試料表面に所定の電荷量を
照射終了するまでの時間ｔｄはブランキング電極の電圧
を０にして、すなわちビームをアンブランクにしてビー
ムを試料９に照射するようにしている。１つの小区画内
の描画が終了したら再び主偏向器１０を用いて次に描画
すべき小区画にビームを移して描画を始める。さらに、
実際には主偏向器１０の偏向幅が試料９の長さに比べて
短いので、適当な頻度で試料９を移動させて描画すべき
小区画が常に主偏向器１０の偏向幅範囲に納まるように
している。

【０００７】上記説明からも判るように、電子ビーム露
光装置を用いて試料上にパターンを描画する場合、その
描画に要する時間を決める要素は主に２つある。１つ
は、図１５中にｔｓで示す時間、すなわち主偏向、副偏
向によるセトリング時間である。ここでは、セトリング
時間ｔｓの総和をＴｓと略記する。成型偏向器６を動作
させる場合には、通常、同時に主または副偏向器も動作
させる。したがって、描画時間を考えるときには成型偏
向器６のセトリング時間は考えなくてもよい。また、多
くの場合、主偏向の回数は副偏向の回数に比べて著しく
少ないので、Ｔｓは副偏向のセトリング時間と副偏向の
回数との積で近似できる。

【０００８】もう１つは、電子ビームがレジストに必要
なエネルギーを与えるのに要する時間であり、これはレ
ジスト感度と電子ビーム電流とで決められる。これは図
１５中に示すｔｄの総和になる。ここでは、この時間を
Ｔｄと略記する。

【０００９】従来の電子ビーム露光装置では、多くの場
合、ＴｄとＴｓとが同程度であり、いずれの時間も電子
ビーム直描を量産に適用しようとしたときに最低限望ま
れる時間、たとえば４ＧビットＤＲＡＭのパターンを描
画する場合で１ウェハ当たり２分であるのに対して二桁
以上長い。量産に電子ビーム直描を適用するためには、
Ｔｄ，Ｔｓの両方を現在より二桁程度以上短縮すること
が必要である。

【００１０】セトリング時間の総和Ｔｓを短くする方法
としては従来から幾つか提案されている。代表的なもの
としては、Proceedings of 36th International Sympos
iumon electron,ion,and photon beams p.2759 に述べ
られているように、たとえば図１６(a) 中の破線で囲ま
れた領域のパターンのように、単位パターンの繰り返し
が多く現れるパターンを描画する際に、それらを先に述
べた矩形パターンと三角形パターンとの組合せで描画す
るのではなく、たとえば第２成型アパーチャ５に図１６
(b) に示すように、その繰り返しパターンの単位パター
ンに対応した孔１３を設けておき、これらの孔１３を使
って一度に複雑なパターンを描画するという方法があ
る。

【００１１】これはキャラクタープロジェクション方式
またはセルプロジェクション方式と呼ばれている。ビー
ム断面積をある程度大きくしておけば、この方式によっ
て副偏向の回数を大幅に減らすことが可能である。詳し
い計算によると、本方式をたとえば４ＧビットＤＲＡＭ
の量産レベルで用いるためには、ビームの大きさは約１
０ミクロン角以上必要であり、また用いるキャラクタの
パターンの数も一層当たり２０程度必要である。

【００１２】キャラクタープロジェクション方式におい
ては有限個のキャラクタを選択してパターン描画を行う
が、これをさらに進めて、図１７に示すように試料９に
描画するパターン１４の全てを第２成型アパーチャ５に
形成しておき、ビーム７で第２成型アパーチャ５上を一
定速度で走査し、同時に第２成型アパーチャ５と試料９
の両方を移動させるという方式も特開昭６１−２８３１
２１号公報で提案されている。本方式ではキャラクター
プロジェクション方式よりもセトリングに要する時間を
短縮できる。

【００１３】一方、レジストの露光に必要な時間の総和
Ｔｄを短くするためには、レジストの感度の向上または
ビーム電流の増加が必要である。近年、レジスト開発が
進み、感度が従来に比べて一桁程度高いレジストが開発
されつつあり、近い将来Ｔｄの一桁程度の短縮が期待さ
れている。しかし、これでも不十分である。したがっ
て、電子ビームの大電流化が必要となる。

【００１４】しかしながら、ビーム電流が増大すると電
子同士の相互作用が、特に電子密度の高いところでは無
視できなくなり、ビームの形状をぼかすことによりパタ
ーン精度を低下させる。図１８は図１４に示した従来装
置の結像系の概略図である。通常の電子ビーム露光装置
の光学系では電子源１としてＬａＢ₆ 結晶を用いている
ため、電子源１のエミッタンスが小さい。クロスオーバ
１５付近では通常ビーム径が小さく、大電流の場合には
電子密度が許容できない程に高くなる。クロスオーバ付
近での電子同士の相互作用を抑えて十分な精度を得るた
めにはビーム電流を下げて用いらざるを得ない。

【００１５】したがって、前述した図１６および図１７
に示す方法を用いてセトリング時間の総和Ｔｓを短くし
たとしても、レジスト露光時間Ｔｄを短縮できないの
で、描画時間の短縮には限界がある。

【００１６】また、セトリング時間の総和Ｔｓを短縮し
ていく場合に残された問題として、これまで紹介した方
法では近接効果の補正が難しいことを挙げることができ
る。表面にレジストの塗布された試料に電子を照射した
場合、試料（通常はＳｉウェハ）内で後方に散乱された
電子がレジストにエネルギを与えるため、たとえ究極に
近い細いビームを照射したとしても、レジストに与えら
れるエネルギの空間分布はほぼδ（ｒ）＋ηexp （−ｒ
² ／β² ）に比例する。ここで、δ（ｒ）はデルタ関数
であり、ｒはビームを照射した位置からの距離、ηは後
方散乱電子の効果の割合、βは後方散乱の特徴的な広が
りを表す。したがって、電子の照射密度が疎な領域と密
な領域とで、レジストに与えられるエネルギ密度が異な
り、このためにレジストを現像した場合に電子の照射領
域の形状、寸法と現像領域の形状、寸法に違いが生じ
る。これは近接効果と呼ばれている。

【００１７】図１９を用いて近接効果について説明す
る。図１９(a) の黒塗りの領域が電子を照射した部分で
ある。図１９(b) は図１９(a) 上の一点鎖線に沿った電
子の照射量の分布を示す。

【００１８】先に説明したように、レジストに与えられ
るエネルギは、照射電子だけではなく、後方散乱電子に
よるものもある。レジストに与えられたエネルギの分布
を示すと、たとえば図１９(d) のようになる。レジスト
の感光の閾値を図１９(d) 中の破線で示す値に設定した
場合には、図１９(c) に示すように、細い線は現像され
ない。レジストの感光の閾値を下げて、細い線も現像さ
れるようにすると、今度は太い線の線幅が広くなってし
まう。

【００１９】この問題に対する解決策の代表的なものと
して、図２０(a) に示すように、電子の照射量を一様と
せずに分布を持たせることで、図２０(b) に示すように
レジストに与えられたエネルギ分布を変え、図２０(c)
に示すように所望のパターンを得るという方式がある。
これは照射量補正方式と呼ばれている。

【００２０】しかしながら、キャラクタープロジェクシ
ョン方式あるいはビームで第２成型アパーチャ上を走査
する方式で、たとえば図１９(a) に示したようなパター
ンを発生する場合、電子の試料での後方散乱の代表的な
長さと同程度あるいはそれ以上にビーム寸法が大きくな
ると、照射量補正が行えず、近接効果が起きてしまう。

【００２１】なお、特開平３−１０１２１４号公報にお
いては、ビームで第２成型アパーチャ上を走査する場合
に、その走査速度に変調をかけて照射量補正を行うこと
が述べられているが、その場合でもビーム径を所定の大
きさに小さくする必要があり、さらに一定速度で走査す
る場合に比べて回路が複雑となるので、動作が遅くな
り、結果として描画時間が長くなることは避けられな
い。

【００２２】これまで述べてきた成型アパーチャを用い
る方式のほかに、図２１に示すように、複数の電子源を
二次元あるいは一次元に配置して、それぞれのビームを
ON/OFFすることでパターン化されたビームを得る方式
が、たとえば特公平３−３５７７５号公報で提案されて
いる。

【００２３】この方式では、電子源１６と引き出し電極
１７との間に引き出し電圧１８が印加されて電子が各電
子源１６より放出される。引き出し電極１７の下流には
ブランキング板１９，２０が設けてあり、それぞれがス
イッチ２１を介して、電源２２，２３あるいはアース線
と接続される。ブランキング板１９，２０が接地されて
いるときは、電子はブランキング板２４に開けられた開
口２５より取り出され、電源２２，２３に接続されてい
るときはブランクされる。各スイッチ２１は独立に制御
されるので、各電子源１６からの電子の放出を独立に制
御できる。

【００２４】これに類似したものとして、特開平３−１
７４７１５号公報では図２２に示すように、成型アパー
チャの位置２７にビームの透過を独立に制御するための
ブランキングアパーチャ２８を二次元あるいは一次元に
配置して複数電子源と同等の効果を得るという方式を提
案している。なお、図中、２９，３０はブランキング板
を示し、２９は接地されており、３０は独立に接地（OF
F ）または電圧が印加（ON）される。

【００２５】この方式では電圧の印加されているブラン
キング板に対応するアパーチャ２８を通過した電子は軌
道を曲げられ、途中図示していないブランキングアパー
チャにおいて阻止される。したがって、試料９上には各
ブランキングアパーチャ列のON ／OFF パターンに応じ
てパターン化されたビーム２６が得られる。

【００２６】図２１および図２２に示す方式を用いれ
ば、原理的には予めパターン化されたアパーチャを用意
しなくても任意のパターン化されたビームを発生するこ
とが可能となる。

【００２７】しかしながら、このような方式で描画時間
を短縮するためには、極めて速いビームの ON ／OFF が
必要となる。たとえば、0.1 ミクロンのパターンを精度
良く描くためには、0.01ミクロン幅内に20万個の電子源
を配置し、2 ミリ幅の電子ビームを得るとして、試料を
100mm/sec で動かすとすると、各電子源のON／OFF のサ
イクルは、10MHz となる。20万個の電子源をこの速度で
操作することは極めて困難で現実的でない。

【００２８】さらに、マスクを用いた従来の電子ビーム
露光装置では電子源で発生した電子を有効に利用してい
ないという問題があった。これは図２３に示すように、
電子源１からの電子の放射角分布が一様ではないためで
あり、実際には、電子の分布がほぼ一様と見てよいごく
狭い範囲から放出される電子のみを利用している。電子
源１より放出された電子ビーム３１は概略同図に示す電
流分布を持っている。成型アパーチャを用いてパターン
化されたビームを得る場合、アパーチャ上での電流分布
は所定の一様性を持つことが必要である。したがって、
利用できる電子ビームは、たとえば３２で示す部分だけ
となる。このため、多くの場合、ビームの利用率は１％
以下である。これは電子源１として、ＬａＢ₆ を用いる
場合も、電界放出型電子源を用いる場合も同様である。
これは大電流の電子ビームを利用したい場合には問題と
なる。

【００２９】一方、前述したキャラクタープロジェクシ
ョン方式では、ステンシルマスクを利用するために、た
とえば中抜きの輪といったパターンのビームを発生する
ことが原理的に困難である。

【００３０】そこで、J.Vac.Technol.B9(1991)3000に示
されているように、パターンをメンブレン上に形成した
マスクを用い、マスクでの電子の散乱角の違いを用いて
試料上でビーム強度にコントラストを与える方法（ＳＣ
ＡＬＰＥＬ方式) が提案されている。

【００３１】図２４はこの方式の原理を説明するための
ものである。電子源４１より放出された電子ビーム４２
はたとえばエネルギが150keVで、レンズ４３によってク
ロスオーバを形成した後メンブレンマスク４４に照射さ
れ、これを透過した後レンズ４５で集束され、アパーチ
ャ板４６に開けられた穴４７を通過した後、再びレンズ
４９で集束されて試料５０に照射される。

【００３２】ここで、メンブレンマスク４４では電子の
散乱の小さい領域５１と散乱の大きい領域５２とにパタ
ーン化されている。散乱の小さい領域はたとえば1000オ
ングストロームのＳｉＮで形成されており、散乱の大き
い領域は散乱の小さい領域の上に厚さ500 オングストロ
ームのタングステンを付けたものとなっている。

【００３３】この方式では、マスクで電子が散乱されな
い場合にクロスオーバの像が結像される位置にアパーチ
ャ板４６が設けられ、さらに上記位置に穴４７が設けら
れている。メンブレンマスク４４で受ける散乱の小さい
電子はほとんどがアパーチャ板４６の穴４７を通過す
る。一方、散乱の大きい電子のほとんどは、穴４７の周
囲の領域５３に衝突する。したがって、メンブレンマス
ク４４の像が試料５０上に結像するようにレンズ４９を
調節しておけば、メンブレンマスク４４のパターン像を
試料５０に描画することができる。

【００３４】このＳＣＡＬＰＥＬ方式を採用した電子ビ
ーム露光装置にあっても、前述の如く後方散乱電子によ
って照射領域以外でもレジストが露光されるという、い
わゆる近接効果が起きるため、レジストを現像した後の
パターンにぼけが生じる。

【００３５】この近接効果を補正するために、２つの方
式が提案されている。１つはドーズ量補正と呼ばれるも
ので、パターンの場所毎に電子の照射量を変えて、全体
として、露光領域とそれ以外の領域とで後方散乱電子を
含めた電子の照射量に必要なコントラストを与えるとい
ものである。

【００３６】また、もう１つはJ.Vac.Technol.B6(1988)
448 に示されるＧＨＯＳＴ法と呼ばれるものである。こ
れは、後方散乱電子の分布が入射電子の分布に比べて極
めて広いことを利用したもので、露光領域への第１回目
の露光の後に、露光領域以外の領域に露光領域での後方
散乱電子による露光量と同じだけの電子を散乱電子の分
布と同程度となるように予めぼかして照射（第２回目の
露光）するようにしている。

【００３７】前者のドーズ量補正はＳＣＡＬＰＥＬ方式
で広い領域を一括して露光しようとする場合には不可能
である。なお、電子ビームでメンブレンマスク４４上を
走査する場合には可能であるが、電子の走査速度を場所
毎に変化させる必要があり、実現は容易ではない。一
方、ＧＨＯＳＴ法を適用する場合には、このような問題
は発生しないが、メンブレンマスク４４のパターンを反
転したマスクを別に用意する必要があるので、マスクの
製作と交換に要する費用と時間は無視できないものとな
る。

【００３８】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の電
子ビーム露光装置にあっては、主に、大電流化が難しい
こと、近接効果の補正が困難であることという問題があ
り、量産装置として求められる描画時間の大幅な短縮が
困難であった。

【００３９】そこで本発明は、上述した不具合の全部あ
るいは一部を解決できる電子ビーム露光装置および電子
ビーム露光での近接効果補正方法を提供することを目的
としている。

【００４０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明では、電子ビームを成型アパーチャに通
して得たパターン化ビームで露光する電子ビーム露光装
置において、複数の電子源よりなる電子源装置を備え、
かつ上記複数の電子源から放出される電子ビームの上記
成型アパーチャ上での電流分布が、必要な一様性もしく
は分布をもつために電子ビーム同士の重なりを設定する
重なり設定手段を備えている。

【００４１】なお、重なり設定手段は、成型アパーチャ
を移動させる手段や電子源装置から放出される複数の電
子ビームで成型アパーチャを走査する手段で実現するこ
ともできる。

【００４２】また、電子源装置は、電子源単位もしくは
複数の電子源単位に成型アパーチャに照射される電流を
制御する電流制御手段を備えていることが好ましい。さ
らに、電子源装置としては、１つの電子源から放出され
た電子ビームを複数の開口部を有するブランキングアパ
ーチャを通過させることによって実質的に複数の電子源
を構成しているものを用いることもできる。

【００４３】また、上記目的を達成するために、第２の
発明では、電子ビームの軌道に沿って配置された少なく
とも１枚の成型アパーチャを用い、上記電子ビームで上
記成型アパーチャ上を走査することにより、上記成型ア
パーチャの像を試料上に露光する電子ビーム露光装置に
おいて、電子源から放出される電流を制御する電流制御
手段と、クロスオーバ領域においてビームの一部または
全部を選択的に遮断する手段とを備え、上記両手段のう
ちの少なくとも一方の手段で上記成型アパーチャにより
パターン化される電子ビームの電流密度を制御してい
る。

【００４４】また、上記目的を達成するために、第３の
発明では、複数の電子源を用い、各電子源から放出され
る電子ビームを成型アパーチャ上に重なりをもって照射
し、該成型アパーチャを通過した成型ビームを用いて露
光する電子ビーム露光を実行するに際し、上記電子源単
位もしくは複数の電子源単位に上記成型アパーチャに照
射される電流を制御することによって露光領域内のドー
ズ分布を制御し、これによって近接効果を補正してい
る。

【００４５】また、上記目的を達成するために、第４の
発明では、電子ビームの軌道に沿って配置された少なく
とも１枚の成型アパーチャを用い、上記電子ビームで上
記成型アパーチャ上を走査することにより、上記成型ア
パーチャの像を試料上に露光する電子ビーム露光を実行
するに際し、電子源から放出される電流の制御とクロス
オーバ領域においてビームの一部または全部を選択的に
遮断する制御との少なくとも一方の制御により、上記成
型アパーチャによりパターン化される電子ビームの電流
密度を制御することによって露光領域内のドーズ分布を
制御し、これによって近接効果を補正している。

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【作用】第１の発明に係る電子ビーム露光装置では、複
数の電子源よりなる電子源装置を用いているので、電子
源のエミッタンスを実効的に大きくすることができ、ク
ロスオーバ位置での電流密度を下げることが可能とな
る。これにより、大電流ビームを用いて精度の良い描画
が可能となる。また、成型アパーチャ上での電流分布が
必要な一様性もしくは分布を持つように電子ビーム同士
の重なりを設定する重なり設定手段を設けているので、
各電子源から放出される電子の角度分布の広い範囲を利
用でき、高い電流利用効率を得ることができるので、Ｔ
ｄの短縮化に寄与できる。

【００５０】また、第２の発明に係る電子ビーム露光装
置では、電子源から放出される電流を制御する電流制御
手段およびクロスオーバ領域において電子ビームの一部
および全部を選択的に遮断する手段の少なくとも一方を
用いているので、１つのパターン化されたビーム内での
電流密度制御に寄与できる。

【００５１】また、第３の発明に係る近接効果補正方法
では、電子源単位もしくは複数の電子源単位に電流を制
御するようにしているので、１つのパターン化されたビ
ーム内で電流密度を制御することができ、大口径電子ビ
ームを用いた場合でも照射量補正による近接効果補正の
効果的な実施に寄与できる。

【００５２】また、第４の発明に係る近接効果補正方法
では、電子源から放出される電流の制御とクロスオーバ
領域において電子ビームの一部および全部を選択的に遮
断する制御との少なくとも一方を用いているので、１つ
のパターン化されたビーム内での電流密度制御に寄与で
きる。

【００５３】

【００５４】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装
置の概略構成が示されている。

【００５５】図中、１０１は複数の電子源を二次元配置
してなる電子源装置を示し、１０２はアパーチャを示
し、１０３はアパーチャ１０２に描画するパターン形状
に合致する形状に形成された開口部を示している。１０
４は電子源装置１０１を構成している各電子源からのビ
ームレットを示し、１０５は各ビームレットのアパーチ
ャ１０２上での特徴的な広がりを示す円を示し、１０６
は試料を示し、１０７は開口部１０３の試料１０６上の
像を示している。

【００５６】なお。アパーチャ１０２の開口部１０３の
像を試料１０６上に導く図示しない電子光学系が設けら
れている。また、アパーチャ１０２をステップ的あるい
は連続的に移動させる図示しない機構が設けてあり、ア
パーチャ１０２を固定した場合よりも多くのパターンを
露光することが可能となっている。

【００５７】ここで、各ビームレット１０４は、アパー
チャ１０２上において必要な均一性が得られるだけ重な
るように重なり設定手段によって設定されている。すな
わち、今、図２(a) に示すように、１つの電子源から放
出される電子の電流分布がアパーチャ１０２上におい
て、（１／（ｒ² ＋ａ² ））² に比例するとする。な
お、ｒは電流分布の中心からの距離、ａは電流分布の広
がりを表すパラメータで、これは電子源、電子源よりの
距離等で決まる。この例では、各電子源からの電流の分
布の中心が間隔ｄ＝ａ／２で格子状に並ぶようにしてあ
り、図２(b) に示すようにアパーチャ１０２上での電流
分布の一様性が0.1%以下となっている。なお、これ以上
の一様性が必要な場合には、間隔ｄを狭くするか、もし
くは１つの電子源からの電流の広がりａを広くすること
によって実現できる。

【００５８】このように構成することによって、アパー
チャ１０２の縁の部分を除けば、各電子源から放出され
た電子のほとんどをアパーチャ１０２の開口部１０３に
通すことができるので、電子の利用効率を極めて高くす
ることができる。また、アパーチャ１０２の縁の付近で
はビームレット１０４の間隔を若干狭くする等により、
さらに若干の利用効率の向上が可能である。また、電子
源を複数個用いることで実効的に電子源のエミッタンス
を大きくできる。したがって、クロスオーバ位置１０８
において大電流が狭い領域に集中するのを避けることが
できるので、電子間の相互作用によるビーム軌道のずれ
やエネルギ分散の増加を防ぐことができる。

【００５９】なお、各電子源の配置は必ずしも二次元配
置に限られるものではなく、図３に示すように一次元に
配置することも可能である。さらに、電子源装置１０１
からの各ビームレット１０４は真に重なる必要はなく、
図４に示すように、矢印方向にみたときに各ビームレッ
トが重なって見えるようにアパーチャ１０２上に照射し
て、アパーチャ１０２を矢印の方向に移動させたり、ビ
ームレット１０４を矢印の方向に走査したりすることで
も必要な重なりを持たせることができる。

【００６０】図１，３は本発明の特徴を概略的に示した
ものであるが、種々の構成を採用できる。たとえば、電
子源装置１０１，１０１ａの各ビームレット１０４の電
流を独立にON/OFFあるいは多値制御するようにしてもよ
い。

【００６１】このような電子源装置の構成例を図５に示
す。この例において、電子源列１１１は同電位の基板１
１２上に二次元に配置されている。サプレッサ１１３、
引き出し電極１１４と基板１１２との間に電源１１５，
１１６で適当な電位を与えることによってビームレット
１０４が得られる。

【００６２】最初のクロスオーバ１１７の位置にブラン
キングアパーチャ１１８を設け、ブランキング電極１１
９に電位を加えることで、各ビームレット１０４をON/O
FFもしくは電流を制御する。

【００６３】なお、ブランキング電極１１９の上流側の
対と、下流側の対の長さを適当に調整して、ブランキン
グ電極１１９に電位を与えてクロスオーバ１１７を移動
させてもアパーチャ１０２上のビーム電流分布は殆ど変
化しないようにできる。

【００６４】また、各ビームレット１０４のアパーチャ
１０２上の特徴的な広がりを示す前述した円１０５の半
径は、この円１０５の試料１０６上の像の半径が試料１
０６での電子の後方散乱の分布の特徴的な大きさよりも
十分に小さくしておくことが好ましい。また、アパーチ
ャ１０２上での電流密度分布が近接効果補正に必要なだ
けのコントラストが得られる程度に小さくしておくこと
が望ましい。たとえば円１０５の試料１０６上の像の半
径が、試料１０６での電子の後方散乱の分布の特徴的な
大きさの５分の１程度であれば多くの場合は十分であ
る。こうすることによって、図１９で説明した近接効果
を補正する場合、図２０(a) を近似する電流分布を容易
に得ることができる。

【００６５】このように、各ビームレット１０４の電流
を制御することによって、アパーチャ１０２を通過して
パターン化されたビームはその電流分布が近接効果補正
に必要な分布となっており、近接効果の問題も解決され
る。

【００６６】なお、アパーチャ１０２と試料１０６とを
同時に移動させることで試料１０６にパターンを描画す
る場合には、各ビームレット１０４の電流を対応するパ
ターン上の照射位置に応じて制御する必要がある。しか
し、いわゆるマルチビーム方式で各ビームレットがパタ
ーンの最小寸法を描く場合に比べれば、その制御に必要
な速度は格段に遅くてもよい。たとえばマルチビーム方
式で最小寸法0.1 ミクロンのパターンを描く場合に、必
要な精度を得るためには試料１０６上において直径0.01
ミクロン程度のビームレットが必要となる。試料が100m
m/sec で移動しているとすると、各ビームレットを10MH
z で制御することが必要である。しかも、その場合に
は、たとえば２ミリの幅を描画するために20万個の電子
源が必要となる。

【００６７】一方、本実施例の方式では、後方散乱の直
径を30ミクロン程度とし、電流分布制御を5 ミクロン程
度で行うとすると、20kHz 程度の速度でよく、電子源の
数も400 個程度で済むことになり、実現は遥かに容易で
ある。また、電子源の配置密度をこれよりも高くし、幾
つかの電子源を１つの単位にして制御するという方式を
とることもできる。このようにすることで電子源単体の
電流放出の揺らぎを平均化することができる。

【００６８】上記各例は複数の電子源を用いることを前
提にしているが、複数のビームを発生するようにしても
よい。図６には１個の電子源からの電子を途中でビーム
レットに分割して、それぞれのビームレットの電流を制
御するようにした実施例が示されている。

【００６９】同図において、電子源２０１で発生したビ
ーム２０２を電極を設けたアパーチャ列２０３に照射し
てビームレットを得る。アパーチャ列２０３には各ビー
ムレットを集束させるレンズが設けてあり、アパーチャ
列２０３を通過したビームレットは一旦集束した後で広
がり、アパーチャ１０２で必要な電流分布の均一性が得
られるように重なっている。

【００７０】図７にはアパーチャ列２０３の１つのアパ
ーチャ部分２０３ａの拡大図が示されている。この例で
は、分割されたビームレット１０４を電極２１１によっ
て生じさせた電場によって偏向し、電流制限用アパーチ
ャ２１２によってビームの一部あるいは全部を遮断する
ことにより、各ビームレット１０４の電流を制限するこ
とができるようにしている。

【００７１】図７に示す構成を用いて近接効果を補正す
る方法は、先の図５に示した例と同じである。本構成で
は、電子源から放射された電流の利用効率が先の例に比
べて劣るが、他の利点は備えている。

【００７２】図８には本発明に係る近接効果補正方法の
原理を説明するための図が示されている。まず、この電
子ビーム露光装置の露光方法を説明する。

【００７３】電子源３０１より放出された電子ビーム３
０２は第１の成型アパーチャ３０３の開口部３０４の形
に成型され、第２の成型アパーチャ３０５上に照射され
る。ここで、第２の成型アパーチャ３０５上に開口部３
０４の像３０６が形成されるように光学系が設定されて
いる。

【００７４】第２の成型アパーチャ３０５には描画する
パターン形状の開口部３０７が設けてある。像３０６の
大きさは開口部３０７より小さいので、開口部３０７の
像を試料３０８上に得るために第２の成型アパーチャ３
０５上を走査する必要がある。この例では走査方法とし
て、いわゆるラスター走査を用いており、これによって
精度よく等速で走査でき、折り返しに要する時間を除け
ば、ベクトル走査におけるようなセトリング時間は不要
となる。したがって、実効的には大口径のパターン化さ
れたビームを用いるのとほぼ等しいスループットの向上
を期待できる。なお、第１の成型アパーチャ３０３を省
略して、丸いビームを第２の成型アパーチャ３０５に照
射する方式も可能である。

【００７５】ところで、本装置を用いて露光する場合
は、開口部３０７の試料３０８上の像３０９では電流密
度が一定となり、近接効果が生じる。そこで、本実施例
では次のようにしている。

【００７６】すなわち、本実施例では、電流エミッショ
ン制御回路３１０によって電子源３０１の電流を制御し
たり、ブランキング板３１１に印加する電圧を変化させ
ることで電流密度を制御している。ここで、ブランキン
グ板３１１に電圧を印加してブランキングする場合もア
パーチャ３０３の開口部３０４上の電流分布の一様性が
保たれるように、上流側のブランキング板対と下流側の
ブランキング板対の偏向感度が調整してある。これによ
り、電流密度を変化させても像３０６の電流密度分布は
一様に保たれる。

【００７７】なお、図８中、３１２はブランク回路を示
し、３１３はブランキングアパーチャを示し、３１４は
成型偏向器を示し、３１５は偏向器駆動回路を示し、３
１６は上記各回路を制御する制御回路を示している。

【００７８】本方式によれば、ビームの電流密度調整と
ビーム成型とが独立であるため、それぞれが干渉するこ
となく精度の良い制御が可能となる。また、図９に示す
ようにブランキング板３１１と独立に電流変調板３１７
を設けることも可能である。すなわち、ブランキング板
３１１は電流の大きい変化を受け持ち、電流変調板３１
７は細かい変化を受け持つようにすることで、電流の変
調を細かく行うことが電気回路的に容易となる。ブラン
キング板、変調板の２種類だけではなく、電流変調の細
かさの必要に応じて種類を増やしてより細かい制御を行
うことも可能である。ブランキング板および各電流変調
板の配置は図９の例に限らず、異なるクロスオーバ位置
に設けてもよい。また、ブランキング板だけでなく電子
源のエミッションそのものを引き出し電圧の調整等によ
って制御することで電流密度を調整することも可能であ
る。ここで説明している電子ビーム露光装置では走査す
るビームの断面が後方散乱の広がりよりも十分小さいよ
うにしてある。したがって、ビーム源として、図１，図
３に示した実施例の如く複数の電子源の集合を用い、各
ビームレットを独立に制御する代わりに全ビームレット
を同一に制御するという方式も可能である。ビームレッ
トは一次元あるいは二次元に配置することができる。

【００７９】図１０には本発明に係る近接効果補正方法
の別の例を説明するための図が示されている。この例
は、図２４を用いて説明したＳＣＡＬＰＥＬ法を採用
し、かつＧＨＯＳＴ法を用いて近接効果を補正する方法
に本発明を適用した例である。したがって、図２４と同
一機能部分を同一符号で示し、詳しい説明は省略する。

【００８０】図２４を用いて説明したようにＧＨＯＳＴ
法では、露光領域への第１回目の露光の後、露光領域以
外に露光領域での後方散乱電子による露光量と同じだけ
の電子を散乱電子の分布と同程度になるように第２回目
の露光を行う必要がある。

【００８１】この図１０に示す例では、第１回目の露光
に際しては図１０(a) に示すように、従来と同様にマス
ク４４で電子が散乱されない場合にクロスオーバの像が
結像される位置に穴４７を有した第１のアパーチャ板４
６を用いる。そして、第２回目の露光を行うときには、
図１０(b) に示すように上記クロスオーバの像が結像さ
れる位置には穴が開いておらず、周囲の主に散乱の大き
い電子が結像される位置に穴４０１を有した第２のアパ
ーチャ板４０２に交換するようにしている。

【００８２】すなわち、この例では、ＧＨＯＳＴ法を用
いて近接効果補正を行う場合に、第１回目の露光の後に
アパーチャ板を交換して第２回目の露光を行うようにし
ている。この時に、レンズ４９を適当に調整して、試料
５０上ではＧＨＯＳＴ法の第２回目の露光に必要なだけ
ぼけた像が領域４０３上で得られるようにしている。

【００８３】したがって、従来の方法とは違ってメンブ
レンマスク４４のパターンを反転した別のマスクを用意
する必要がないので、コストの低減を図ることができ
る。図１１には本発明に係る近接効果補正方法のさらに
別の例を説明するための図が示されている。

【００８４】この例も、図２４を用いて説明したＳＣＡ
ＬＰＥＬ法を採用し、かつＧＨＯＳＴ法を用いて近接効
果を補正する方法に本発明を適用した例である。したが
って、図２４および図１０と同一機能部分を同一符号で
示し、詳しい説明は省略する。

【００８５】図１０に示した例では第１回目の露光の後
に第１のアパーチャ板４６を第２のアパーチャ板４０２
に交換して第２回目の露光を行う方式を採用している
が、この例では、先の例の第１のアパーチャ板４６に設
けられた穴４７に相当する穴と第２のアパーチャ板４０
２に設けられた穴４０１に相当する穴とを図中左右方向
に位置的にずらして設けた１枚のアパチャー板４０４を
用いるとともにレンズ４５の下にビーム偏向器４０５を
設け、第１回目の露光を行うときには図１１(a)に示す
ように前述したクロスオーバ像を穴４７へ移動さ、第２
回目の露光を行うときには図１１(b) に示すようにクロ
スオーバ像を穴４０１が設けられている領域の中心へ移
動させるようにしている。

【００８６】したがって、この例では図１０の場合より
遥かに簡単に近接効果補正を行うことができる。図１２
には本発明に係る近接効果補正方法のさらに異なる例を
説明するための図が示されている。

【００８７】この例も、図２４を用いて説明したＳＣＡ
ＬＰＥＬ法を採用し、かつＧＨＯＳＴ法を用いて近接効
果を補正する方法に本発明を適用した例である。したが
って、図２４および図１０と同一機能部分は同一符号で
示し、詳しい説明は省略する。

【００８８】先に説明した例ではいずれも一括露光方式
を採用しているが、この例ではビーム成型用のアパーチ
ャ板４０６と偏向器４０７とを使ってマスク４４上を電
子ビーム４０８でラスター走査する方式と、図１０に示
した第１回目の露光終了後に第１のアパーチャ板４６を
第２のアパーチャ板４０２に交換して第２回目の露光を
行う方式とを併用している。

【００８９】この方式であると、マスク４４、試料５０
を同期させて移動させることで、偏向器４０７の能力に
制限されずに大面積のマスクを用いて大きなパターンを
試料５０上に描くことが可能である。なお、このラスタ
ー走査方式と図１１に示した偏向器４０５を用いてアパ
ーチャの切り替えを行う方式とを併用した方式を採用す
ることも有効である。

【００９０】図１３には本発明に係る近接効果補正方法
のさらに異なる例を説明するための図が示されている。
この例も、図２４を用いて説明したＳＣＡＬＰＥＬ法を
採用し、かつＧＨＯＳＴ法を用いて近接効果を補正する
方法に本発明を適用した例である。したがって、図２４
および図１０と同一機能部分は同一符号で示し、詳しい
説明は省略する。

【００９１】この例では、図１０(a) に示される第１の
アパーチャ板４６に設けられた穴４７に相当する穴と図
１０(b) に示される第２のアパーチャ板４０２に設けら
れた穴４０１に相当する穴とを同心的に設けた１枚のア
パーチャ４０９を用いている。

【００９２】ここで、穴４０１の大きさは、散乱の大き
い電子の通過量がＧＨＯＳＴ法での第２回目の露光に必
要な量となるように決めらている。すなわち、穴４０１
には必要に応じて薄膜を取り付け、散乱の大きい電子に
よる試料５０上の像がＧＨＯＳＴ法での第２回目の露光
に必要な程度にぼけるように電子を散乱させている。

【００９３】この方式を用いれば、１回の露光で近接効
果補正のための露光も同時に行われることになり、露光
に要する時間を大幅に短縮できる。なお、図１３に示す
例では一括転写方式を採用しているが、図１２に示す例
のようにビームでマスク上を走査する方式と併用するこ
ともできる。

【００９４】このように、図１０〜図１３に示す例で
は、クロスオーバ位置に第２のアパーチャを設けること
で、反転パターンを容易に得ることができる。なお、本
発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で具体的な電子光学系の構造やビ
ームの走査方法等を選択できることは勿論である。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大電流化もしくは近接効果補正の容易化を図ることがで
きるので、描画時間の短縮化に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装置の
概念図

【図２】同装置における各ビームの重なりを説明するた
めの図

【図３】同装置の変形例を説明するための概念図

【図４】同装置のさらに別の変形例を説明するための概
念図

【図５】同装置に組込まれた電子源装置の概略構成図

【図６】電子源装置の変形例を説明するための概念図

【図７】同電子源装置におけるビーム分割用アパーチャ
部の概略構成図

【図８】本発明に係る近接効果補正方法を実施する電子
ビーム露光装置の概念図

【図９】同装置に組込まれたビーム制御部の概略構成図

【図１０】本発明に係る別の近接効果補正方法を実施す
る電子ビーム露光装置の概念図

【図１１】本発明に係るさらに別の近接効果補正方法を
実施する電子ビーム露光装置の概念図

【図１２】本発明に係る異なる近接効果補正方法を実施
する電子ビーム露光装置の概念図

【図１３】本発明に係るさらに異なる近接効果補正方法
を実施する電子ビーム露光装置の概念図

【図１４】従来の電子ビーム露光装置の概念図

【図１５】同装置の問題点を説明するための図

【図１６】問題点を改善するための従来の手法を説明す
るための図

【図１７】問題点を改善するための従来の手法を説明す
るための図

【図１８】別の問題点を説明するための図

【図１９】同問題点をさらに詳しく説明するための図

【図２０】同問題点をさらに詳しく説明するための図

【図２１】問題点を改善するための従来の別の手法を説
明するための図

【図２２】問題点を改善するための従来のさらに別の手
法を説明するための図

【図２３】従来装置のさらに別の問題点を説明するため
の図

【図２４】従来装置のさらに異なる問題点を説明するた
めの図

【符号の説明】

４１…電子源 ４４…メンブレン
マスク ４６…アパーチャ ４７…穴 ５０…試料 １０１，１０１ａ
…電子源装置 １０２…アパーチャ １０３…開口部 １０４…ビームレット １０５…ビームレットのアパーチャでの広がりを示す円 １０６，３０８…試料 １１１…電子源列 １１２…基板 １１３…サプレッ
サ １１４…引き出し電極 １１７…クロスオ
ーバ １１８…ブランキングアパーチャ １１９…ブランキ
ング電極 ２０１…電子源 ２０３…アパーチ
ャ列 ２０３ａ…１つのアパーチャ部 ３０３…第１の成
型アパーチャ ３０４，３０７…開口部 ３０５…第２の成
型アパーチャ ３１０…電流エミッション回路 ３１１…ブランキ
ング板 ３１３…ブランキングアパーチャ ３１４…成型偏向
器 ３１５は偏向器駆動回路 ３１７…電流変調
板 ４０１…穴 ４０２…第２のア
パチャー板 ４０４，４０９…アパーチャ板 ４０５…偏向器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 聡 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 吉武 秀介 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 小碇 創司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 五明 由夫 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝堀川町工場内 (56)参考文献 特開 平１−117325（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−302506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−61880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−61328（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の電子源と、上記電子源からの電子ビ
   ームを通すことでパターン化ビームを得る成型アパーチ
   ャに照射される電流を、上記電子源を単位としてもしく
   は上記電子源の複数個を単位として試料上の照射位置に
   応じて動的に制御する電流制御手段とを備えた電子源装
   置と、 上記複数の電子源から放出される電子ビームの上記成型
   アパーチャ上での電流分布が、必要な一様性もしくは分
   布をもつために電子ビーム同士の重なりを設定する重な
   り設定手段とを備えていることを特徴とする電子ビーム
   露光装置。
2. 【請求項２】前記重なり設定手段は、前記成型アパーチ
   ャを移動させる手段であることを特徴とする請求項１に
   記載の電子ビーム露光装置。
3. 【請求項３】前記重なり設定手段は、前記電子源装置か
   ら放出される複数の電子ビームで前記成型アパーチャを
   走査する手段であることを特徴とする請求項１に記載の
   電子ビーム露光装置。
4. 【請求項４】前記電子源装置は、１つの電子源から放出
   された電子ビームを複数の開口部を有するブランキング
   アパーチャを通過させることによって実質的に複数の電
   子源を構成していることを特徴とする請求項１に記載の
   電子ビーム露光装置。
5. 【請求項５】電子ビームの軌道に沿って配置された少な
   くとも１枚の成型アパーチャを用い、上記電子ビームで
   上記成型アパーチャ上を走査することにより、上記成型
   アパーチャの像を試料上に露光する電子ビーム露光装置
   において、電子源から放出される電流を制御する電流制
   御手段と、クロスオーバ領域においてビームの一部また
   は全部を選択的に遮断する手段とを備え、上記両手段の
   うちの少なくとも一方の手段で上記成型アパーチャによ
   りパターン化される電子ビームの電流密度を制御してい
   ることを特徴とする電子ビーム露光装置。
6. 【請求項６】複数の電子源を用い、各電子源から放出さ
   れる電子ビームを成型アパーチャ上に重なりをもって照
   射し、該成型アパーチャを通過した成型ビームを用いて
   露光する電子ビーム露光を実行するに際し、上記電子源
   単位もしくは複数の電子源単位に上記成型アパーチャに
   照射される電流を制御することによって露光領域内のド
   ーズ分布を制御することを特徴とする電子ビーム露光で
   の近接効果補正方法。
7. 【請求項７】電子ビームの軌道に沿って配置された少な
   くとも１枚の成型アパーチャを用い、上記電子ビームで
   上記成型アパーチャ上を走査することにより、上記成型
   アパーチャの像を試料上に露光する電子ビーム露光を実
   行するに際し、電子源から放出される電流の制御および
   クロスオーバ領域においてビームの一部または全部を選
   択的に遮断する制御の少なくとも一方の制御により、上
   記成型アパーチャによりパターン化される電子ビームの
   電流密度を制御して露光領域のドーズ分布を制御するこ
   とを特徴とする電子ビーム露光での近接効果補正方法。