JP3431564B2

JP3431564B2 - 電子ビーム描画方法及び装置

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Publication number: JP3431564B2
Application number: JP2000052126A
Authority: JP
Inventors: 康成早田; 洋也太田; 恭宏染田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2003-07-28
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001237176A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム描画方
法及び電子ビーム描画装置に係わり、特に、高速描画に
適した電子ビーム描画方法及び電子ビーム描画装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子ビーム描画装置の高速化のた
めに、複雑な形状の電子ビームを形成する一括図形照射
法の開発が進められている。この手法では、例えば、坂
本等がジャーナルオブバキュームサイエンスアンドテク
ノロジー、ビー１１（１９９３年）２３５７頁から２３
６１頁で述べているように、２つのマスクを用い、固定
の矩形開口と図形状開口との組み合わせによって電子ビ
ーム形状を定めている。

【０００３】また、３つ以上のマスクを用いてパターン
形成を行なうアイデアが、特開平４−１００２０８号公
報，特開平４−３６０５１６号公報，および、特開平１
１−４０４８５号公報等に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの一括図形照射
法を実際のＬＳＩ、特に論理ＬＳＩに適用しようとする
と最低１００図形近い図形状開口が必要となる。しか
も、それらの図形を高速に選択することが重要である。
しかし、上記の手法では、図形数の増大に伴う図形選択
のためのビーム偏向量の増大や離軸収差の増大に対して
十分な対処ができていない。

【０００５】従って、本発明の目的は、上記した図形数
の増大に伴うビーム偏向量の増大や離軸の収差増大等の
問題点を緩和でき、高速描画を可能とすることのできる
電子ビーム描画方法及びその方法を実施するために好適
な電子ビーム描画装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した従来技術におけ
る問題点を緩和するために、本発明においては、前述の
３つのマスクを用いる電子ビーム描画方法及び装置をよ
り現実的かつ効果的なものにするための改良を加えてい
る。

【０００７】すなわち、本発明によれば、少なくとも３
つのマスクを有する電子ビーム描画装置であって、第１
マスクと第３マスクにはそれぞれ矩形開口が第２マスク
には複数の図形状開口が設けられており、第１マスクの
矩形開口像若しくはその仮想的な矩形開口像と第３マス
クの矩形開口との重なり具合により試料上に投射される
電子ビーム図形の最大面積が規定され、第２マスク上の
図形状開口の形状によって試料上に投射される電子ビー
ム図形の形状が規定される如く構成されてなることを特
徴とする電子ビーム描画装置が提供される。

【０００８】上記の３つのマスクを有する電子ビーム描
画装置において、第１マスクと第３マスクにはそれぞれ
１つ矩形開口を第２マスクには複数の図形状開口を設け
る。そして、第１マスクの矩形開口像若しくはその仮想
的な矩形開口像（ここで云う仮想的な開口像とは、第２
マスクが無いとしたときに第３マスク上に形成される第
１マスクの開口像である）と第３マスク上の矩形開口と
の重なり具合によって試料上に照射される電子ビームの
最大照射面積を規定する。また、試料上に照射される電
子ビームパターンの形状は第２マスク上の図形状開口の
形状により決定する。また、第１マスクの開口像、若し
くはその仮想的な開口像と第３マスク上の開口との重な
り具合で形成される図形により試料上に照射されるビー
ムの最大照射面積を規定し、第２マスク上の図形状開口
の形状により試料上に照射される電子ビームパターンの
形状を規定する際に、第２マスク上に形成される複数の
図形状開口が複数の異なる大きさを持ち、それぞれの大
きさに応じた間隔でこれら複数の図形状開口を配置す
る。更に、効率良く最大照射面積を決めるためには、第
１マスク上の開口により第２マスク上の開口の試料上に
投影される最大領域の２辺を、第３マスク上の開口によ
り残りの２辺を規定すれば良い。最大照射領域を不用意
に小さくしないように、第３マスク上の開口を第２マス
クの図形状開口像よりも大きくすることも有効である。
これらの手法において、第２マスク上に図形状開口が複
数の１つの矩形からなる開口を有することで疑似的な可
変矩形法を実現出来る。

【０００９】また、具体的な一手法として第２マスクの
上方の偏向器で第２マスク上の開口を選択し、第２マス
クの下の偏向器で使用する開口の大きさに応じて第３マ
スク上の第２マスク像の位置を変えることで、第２マス
ク上の使用する開口の近傍の開口部を透過した電子ビー
ム部分を第３マスク上で遮断することが提案される。更
に、第２マスクの上方の偏向器で第２マスク上の開口を
選択し、第３マスクの上方の振り戻し偏向器により光学
軸上の第３マスク開口上に第２マスク像を振り戻す際
に、試料上での描画に使用するパターンの大きさに合わ
せて第３マスク上の第２マスク像の位置を変える際に、
上記偏向器を併用することも有効である。これによりカ
ラム構造を簡素化できる。

【００１０】なお、これらのことを可能とするためには
各開口の大きさに対応したデータを記憶したメモリをデ
ータ制御系に内蔵しておく必要がある。更に、そのデー
タを用いて第２マスクと第３マスクの間にある偏向器を
制御するのが良い。また、光学系としては、第２マスク
上の開口を第３マスク上に縮小して照射することで、ビ
ーム形状形成機能と縮小機能とを両立させることが望ま
しい。両機能を可能とするために縮小率は１／１．５か
ら１／４とする。第２マスクの試料上への縮小率は１／
２０が望ましい。なぜならば、第２マスク上での電子ビ
ームの偏向は小さいほど高速の図形選択が可能であり、
これはスループットの向上に重要であるからである。図
形選択偏向器の加工精度と偏向器に加え得るアナログ出
力とを考えると、縮小率１／２０以下が必要となる。更
に、第２マスク上の開口の選択や第３マスク上への振り
戻しに用いる偏向器には高電圧と低電圧とをフローティ
ング結合により供給することでより効率的に電子ビーム
を制御できる。また、３つのマスクの結像関係とクロス
オーバの結像関係とを正しく保つために、それぞれ少な
くとも２つのレンズを用いて第１マスク開口像を第２マ
スク上に第２マスク開口像を第３マスク上に形成するこ
とも１つの手段である。光学条件としては、第１マスク
開口像を第２マスク上に形成する際に、第２マスクの直
上のレンズにより第２マスク上にほぼ垂直に電子ビーム
が入射するようにするのが良い。

【００１１】本発明による描画装置の基本的構成を図１
を用いて説明する。図１において、電子源１００より放
出された電子ビームは、クロスオーバ軌道１１５で示す
ように第１マスク１０１を直接照射する。第１マスク開
口像は、第１及び第２の２つの転写レンズ１０４，１０
５を介して、第２マスク１０２上に投射される。第２マ
スク１０２上での第１マスク開口像の投射位置は第１偏
向器１１３により偏向制御される。電子ビームは更に後
段の第３及び第４の２つの転写レンズ１０６，１０７に
よって第３マスク１０３上に結像される。この第３マス
ク１０３上での結像位置も図形選択用の第２偏向器１１
４によって偏向制御される。第３マスク１０３を通過し
た電子ビームは、第１縮小レンズ１０８と第１対物レン
ズ１０９とによりステージ１１１上に保持された試料１
１０上に投射される。対物レンズ内には通常偏向器が設
置されており試料上での電子ビームの位置を決めてい
る。なお、図１には、クロスオーバ軌道１１５と共にマ
スク像軌道１１６も合わせて示してある。

【００１２】第１，第２及び第３マスクの構造をそれぞ
れ図２，図３及び図４に示す。第１マスク１０１上には
一つの矩形開口２０１が設けられている。これに対し、
第２マスク１０２上には、矩形開口の他に、微細素子の
パターン形状を持った図形状開口３０１が配置されてい
る。ここで、図形状開口とは、図３の４角形の輪郭線で
囲まれた領域内のひとかたまりのビーム通過開口の集合
体のことを云う。この開口単位で試料上１１０上に電子
ビームが照射される。第２マスク１０２上には複数の図
形状開口が配置されており、それぞれの開口大きさは図
で見られるように異なっている。このことは、各単位開
口の占める領域の目印として図中に描いた４角形の大き
さが異なることから明らかである。開口の占める領域は
正方形とは限らず縦長，横長等色々存在する。本発明の
特徴の一つは、これら第２マスク上での図形の配置に構
成にあり、各単位開口の大きさにより配列ピッチを変え
て配置することによって、配列密度の高い効率の良い図
形配置を可能としている。第３マスク１０３上にはその
中央部分に一つの矩形開口４０１が設けられているのみ
であるが、この矩形開口４０１は第２マスク１０２上の
どの単位開口よりも大きく、第２マスク１０２を通過し
た電子ビームが全てそのまま通過できるようになってい
る。なお、図４には、第２マスク開口像４０３及び第１
マスク開口の仮想像４０４も合わせ例示してある。

【００１３】第２マスク１０２上には第１マスクの開口
像３０２も描いてある(図３)。この第１マスク開口像３
０２の第２マスク１０２上での結像位置は第１偏向器１
１３により偏向制御されるが、第１マスク開口像は幾つ
かの図形状開口より大きく、場合によっては図３のよう
に複数の開口を照射してしまう。第２マスク１０２を透
過した電子ビームは第２偏向器１１４でカラム軸上に振
り戻される。この振り戻し動作は非常に重要であって、
これを行なわない場合には、電子ビームは常に縮小レン
ズ１０８や対物レンズ１０９の軸外を通過することにな
り、大きな軸外収差を発生してしまう。軸上に振り戻す
ことにより、ビームは常にレンズ軸近傍を通過するた
め、高精度な描画が可能となる。従って、本発明では、
第３マスク１０３上には１つの開口を設けるだけで良
く、第３マスク１０３上にその他にも開口を設けて電子
ビームを照射する場合には、描画精度の劣化を覚悟しな
ければならない。第２マスク１０２を通過した電子ビー
ムを第３マスク１０３の中央部に振り戻す際に、その振
り戻し量を調整することによって、図４に示すように、
第３マスク上の矩形開口４０１に対する第２マスク像の
相対位置を調節して所望の第２マスク開口像以外の像部
分を第３マスク１０３上で遮断している。図４には、第
１マスクの仮想像（第２マスクが無いと仮定した時に第
３マスク上に形成される第１マスク開口像）が合わせて
描かれている。

【００１４】上述したように、本発明では、第１マスク
仮想像と第３マスク開口とが重なり合った部分でもって
試料上での電子ビームの最大照射面積を決め、第２マス
ク上の図形状開口の形状でもって上記最大照射面積内に
形成される描画図形の形状を決定していることになる。
上記の最大照射領域の２辺は第１マスク開口の２辺によ
り、残りの２辺は第３マスク開口の２辺により形成され
ている。この最大照射領域は、第２偏向器１１４を用い
ることにより調整可能であり、第１マスク開口２０１
（つまりは第１マスク仮想像）及び第３マスク開口４０
１の大きさが許す限り任意の大きさの矩形形状の最大照
射領域を使用することが出来る。これが、第１マスクと
第３マスクとを組み合わせることの大きなメリットであ
る。これにより、第２マスク上では図形状開口の大きさ
に合わせた最適な開口配置が可能となり、第２マスク上
での偏向距離を小さく出来る。このことは偏向収差の低
減をもたらし、さらにはこの収差低減により第２マスク
上に配置可能な図形数の増大や高速での図形選択を可能
とする。また、最大照射領域の規定に第３マスク開口と
しては第３マスクの中央部の開口のみを用いているの
で、電子ビームの離軸量を抑えることができ、光学収差
を小さく抑えることができることも大きな利点である。
第３マスク開口は、第２マスク上の最大の大きさの図形
状開口の像を通過させるようにするために、第３マスク
上での第２マスク像の大きさは第１マスク像や第３マス
ク開口よりも小さいことが望ましい。さらに、第３マス
クの開口＞第１マスクの仮想開口像＞第２マスクの開口
像の関係を満足するようにそれぞれの開口の大きさを設
定すれば、第１マスク像と第３マスク開口とでの切り合
いを行なわずに済むような図形状開口を作ることが出来
る。可変矩形成形については第２マスク上の矩形開口を
大きくして、第１マスクと第３マスクとから可変矩形ビ
ームを形成してもよいが、クーロン効果の観点からは図
形状開口の場合と同様の使用方法が有利と思われる。

【００１５】上述した３段マスクの電子光学系はクロス
オーバ像とマスク像との２つの軌道を同時に満足させる
ために、それぞれ２段構成の電磁レンズを用いている。
ここでは第２マスク像は第３マスク上へ縮小して転写さ
れる。３段マスク構成とすることにより、カラムが長く
なり振動などによる外乱に弱くなるため、縮小機能を備
えさせることによって縮小レンズ部を短く構成すること
が精度確保の上で特に重要となる。本発明では第２マス
クから試料上までの間のクーロン効果を抑えることが重
要であるが、この観点からも単独の縮小レンズは１段構
成と出来るように第３マスク上へのビーム照射を縮小し
て行なうことが有効である。第３マスクには図形状開口
を形成しないため開口加工への負荷が比較的小さく、試
料上への縮小率が小さくても良いために、上記の構成が
可能となる。また、図１のクロスオーバ軌道１１５から
判るように、電子ビームは第２マスク上へほぼ垂直に入
射している。斜め入射はマスクの高さ誤差による位置ず
れの原因となるため、このような垂直入射が望ましい。
偏向器には高電圧と低電圧とがフローティング結合され
ており、狭い領域や第１マスクと第３マスクとの重なり
合いの制御は低電圧駆動で行ない、軸から遠く離れた図
形の選択は高電圧駆動で行なう。これにより効率良く空
間を利用できる。図１のデータ制御系１２０には第２マ
スク上の図形状開口の大きさに対応した情報を記憶させ
たメモリが内蔵されており、この記憶された大きさ情報
に基づいて、アナログ回路１２１を介して第２偏向器１
１４に印加する偏向電圧が制御される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

【００１７】〈実施例１〉図５に、本発明の第一の実施
例になる電子ビーム描画装置の概略構成を示す。なお、
本図は、描画装置全体ののシステム構成のうち主として
電子光学系を中心にして示したものである。

【００１８】図５において、電子源１００から放出され
た電子ビームは、コンデンサレンズ５０１によってクロ
スオーバ軌道１１５で示すごとく一旦結像されてから、
第１マスク１０１上を照射する。こうすることにより、
第１マスク１０１をより高いビーム電流密度で照射する
ことが出来る。本実施例では、第１マスク像の縮小率を
小さくすることで第２マスク１０２上での高速な図形選
択を行なっているために、試料１１０上で高いビーム電
流密度を得てスループットを向上させるためには、コン
デンサレンズ５０１を用いて第１マスク照射の電流密度
を高くすることが重要である。

【００１９】第１マスク１０１と第２マスク１０２との
間を縮小光学系とする方法も考えられるが、第１偏向器
１１３と第２マスク１０２との間の距離を小さくするこ
とは偏向感度を低下させて、高速な図形選択を阻害して
しまう。従って、第１マスク１０１と第１偏向器１１３
との間の距離を延ばさざるを得ず、クロスオーバーの結
像系を考慮した場合、縮小光学系の設計が困難となる。

【００２０】本実施例では、コンデンサレンズ５０１は
ほぼ等倍で設計されている。マスク上での電流密度を大
きくするためには等倍かあるいは拡大系（長さを考慮す
ると３倍以下が好ましい）とするのが良い。なお、図５
中の１１６はマスク像軌道を示している。

【００２１】第１マスク１０１上には、図６に示すよう
に、矩形(正方形)開口２０１が設けられており、その１
辺は７５μｍである。第１マスクの矩形開口像は、第１
及び第２の２つの転写レンズ１０４，１０５によって等
倍率で第２マスク１０２上に投射される。第２マスク１
０２上には、図７に示すように、種々の形状及び寸法の
複数の図形状開口３０１が配置されている。第１，第２
マスク間には第１偏向器１１３が設けられており、それ
によって第１マスクの開口像３０２を偏向走査して、第
２マスク上の所望の図形状開口上に選択的に重ね合わせ
て投射できる。第１偏向器１１３には、高速偏向性能が
要求されるので、静電偏向器を用いた。

【００２２】第２マスク１０２上で図形選択した際の電
子ビーム軌道を図１１に示す。電子ビーム(第１マスク
像)は、軌道１１００で示すように第２マスク１０２上
にほぼ垂直(カラム軸１１０１に平行)に入射している。
なお、図１１では電子ビームの開き角を誇張して描いて
ある。

【００２３】図７で、第２マスク１０２上の図形状開口
３０１はマスク中心付近のもののみを描いてある。各図
形状開口の縦方向は同じ長さであるが、横方向は種々の
長さに設定されている。また、各図形状開口はそれぞれ
の大きさにより間隔を変えて配置されており、出来るだ
けマスク中心に近くなるように密に配置されている。図
７ではほぼ開口の大きさと等しい間隔で不等間隔に並ん
でいる。一方、これらの図形状開口を従来のように等間
隔に配置した場合には、図１２に示すように、等間隔配
置図形状開口群１２０１の占める面積は２０％も大きく
なってしまう。

【００２４】第２マスク１０２上での第１マスク開口像
３０２の位置は第１偏向器１１３で制御される。本実施
例では、第２マスク１０２上の中心部７００μｍ角の範
囲内に約１２０個の図形状開口を配置して、第１偏向器
（静電偏向器）１１３に最大３０Ｖの偏向電圧を加える
ことで全ての図形を選択できる。偏向電圧が３０Ｖであ
れば約１００ｎｓｅｃで整定する。これは通常の描画装
置のショットサイクルと同等の値であり、図形選択時間
がスループット低下の大きな要因とはならなくなる。通
常の等間隔配置では、上記範囲内に配置できる図形数は
８０個が限度である。ロジックＬＳＩでの主要図形数は
約１００個であり、本実施例ではそれに十分対応出来る
が、通常の等間隔配置では対応出来ない。但し、本実施
例による図形状開口の不等間隔配置では、第２マスク１
０２上の図形状開口は小さなものもあるので、図７に示
すように隣接する図形状開口をも部分的に照射してしま
うと云う問題を生じる。この問題の解決策については後
述する。

【００２５】第２マスク１０２の図形状開口を通過した
電子ビームは、後段の第３及び第４の２つの転写レンズ
１０６，１０７によって第３マスク１０３上に結像され
る。その際、電子ビームは第２偏向器１１４によりカラ
ム軸上に振り戻される。この振り戻しを行なわない場合
は、第４転写レンズ１０７や第１縮小レンズ１０８の軸
外を電子ビームが通過することによる収差が描画精度を
劣化させる。本実施例の構成では、振り戻しを行なわな
い場合には、最大０．１μｍの解像度の劣化を引き起こ
す。特に、縮小レンズ１０８は通常径の小さなものを用
いるために収差が大きくなる。従って、第３マスク１０
３上の１つの矩形のみを使用する。第３マスク１０３上
への転写は縮小率１／２で行なわれる。上述のように、
マスクを３つ使用するためにカラム長が長くなる。従っ
て、縮小レンズは出来るだけ少ない数で済ませたい。そ
こで、実際にパターン形状を決める第２マスクから後段
の転写部でも縮小することが有効となる。後述するよう
に、第３マスク１０３上の開口のエッジ部で可変矩形ビ
ームの形の一部を決めるが、この開口は矩形開口のみな
ので小さな開口をも精度良く作ることができる。従っ
て、縮小レンズによる縮小率は小さくてもよい。場合に
よっては、第３マスクは１０３は直線状エッジ部を持つ
複数のマスクの重ね合わせで構成してもよい。もちろ
ん、第３マスク上への転写は等倍でも構わない。図９に
第３マスクの構成を示す。カラム軸上近傍に大きな矩形
開口４０１が配置されている。図９には、第２マスク開
口像４０３と第１マスク開口の仮想像４０４も示してあ
る。図から判るように、第１マスク開口仮想像４０４の
２辺と第３マスク開口４０１の２辺に囲まれた領域内を
通過した第２マスク開口像部分４０３のみが被描画試料
上に投射される。このため、第２マスク上での隣接開口
の像部分は、被描画試料上への投射から除外される。図
８は、図７の最右上の図形状開口を選択した場合の第３
マスク１０３上への投射状態を示したものである。第２
マスク１０２上でのこの図形状開口が大きいため第２マ
スク上で近傍の開口をも同時に照射してしまうことが無
いので、図形状開口像の全ての部分が第３マスク開口４
０１を透過している。図示のように、第３マスク開口４
０１が第２マスク開口像８０３および第１マスク仮想像
４０４より大きい場合には、全ての図形状開口の最大照
射領域について第３マスク開口の２辺を用いずとも済
む。

【００２６】図１０に可変矩形ビームを形成する場合を
示す。本図では、第２マスクの矩形開口像１００３と第
３マスクの矩形開口４０１とから、任意サイズの矩形図
形を形成している。クーロン効果の観点からはこの組み
合わせが最もよいが、任意の２つのマスク上の矩形開口
の組み合わせでも形成可能である。但し、第１マスクと
第２マスクとで矩形図形を可変形成するためには、第２
マスク上の矩形開口の周辺に開口が存在しない領域を設
ける必要がある。

【００２７】軸ずれを最小限に抑えながら最大照射領域
を変えられることの他のメリットを以下に示す。例え
ば、デザインルールの異なるＬＳＩでは必要な最大照射
面積が異なる(一般にルールの緩いＬＳＩほど図形状開
口が大きい)が、本発明では第２マスクあるいは第２マ
スク上の開口群の交換のみで対応できる。従来の方法で
は他のマスクの交換も必要であったため、本発明では交
換時間の短縮や装置構成の簡素化を図れる。

【００２８】なお、本実施例では第２マスクの加工性を
増すために５μｍ厚のシリコン製のマスクを用いた。電
子ビームは５０ＫＶのものを用いているため、この厚さ
では電子の遮断距離よりも薄いため、描画は散乱コント
ラスト法を用いて行なった。そのために、ブランキング
には第３マスク上で最大照射面積をゼロとする手法を併
用している。この第３マスク上でのブランキング法は本
発明を生かす上で重要である。

【００２９】第２偏向器１１４を制御するアナログ回路
１２１には、データ制御系１２０に内蔵されている図形
状開口の大きさに対応するデータ（本実施例では、大き
さをメモリ１２２に記憶させている）が送られ、それに
従って第２偏向器の偏向量を調整している。ここで云う
大きさとは、換言すれば最大照射面積である。大きさが
幾つかに限定されていれば大きさに対応した番号によっ
てデータを管理してもよい。これにより最大照射面積の
制御が可能となる。データ制御系１２０には、図形状開
口の第２マスク上での位置に関する情報も記憶されてお
り、第２偏向器１１４はカラム軸上への振り戻し機能と
偏向器機能とに共用されている。なお、第１偏向器１１
３と第２偏向器１１４とに高電圧アナログ回路をフロー
ティング結合すれば、多少速度は低下するが選択図形数
を増大させることが可能となる。例えば１００Ｖの偏向
電圧を使用すれば、１０００図形の選択が可能となる。

【００３０】第３マスク１０３を通過した電子ビーム
は、縮小レンズ１０８により１／６に縮小され、更に対
物レンズ１０９によって試料上への投射位置を制御され
ながらステージ１１１上の試料１１０の表面に投射され
る。

【００３１】本実施例になる描画装置をウエハ直接描画
に適用して、０．２μｍＣＭＯＳのロジックＬＳＩの配
線層を描画した。図形状開口のウエハ上での大きさは５
μｍ×２．５μｍ〜５μｍ×５μｍである。１２０図形
を高速で選択することが可能となり、従来の２枚／１時
間のスループットが３枚／１時間へと向上し、生産性の
向上に寄与することが出来た。また、本描画装置はレチ
クル描画にも適用可能である。レチクル上に描画する場
合はＬＳＩパターンが大きくなるため、例えば４Ｘレチ
クルでは、１６００個程度の図形状開口を用いるか、１
６倍の開口面積の図形状開口を用いるか、光学系の縮小
率を１／４緩めることで対応できる。

【００３２】〈実施例２〉図１３に本発明の第二の実施
例になる電子ビーム描画装置における電子光学系の概略
構成を示す。本実施例２では、図１３に示す光学系と図
１４，図１５及び図１６に示すマスク構成とを用いて描
画を行なった。ここでは、種々の大きさの微細矩形開口
３０１を第２マスク１０２上に配置している。すなわ
ち、ここでは矩形開口３０１一つ一つが図形状開口に当
たる。図１５では、縦長のパターンを横に、横長のパタ
ーンを縦に、それぞれ詰めて配置しており、これによ
り、より数多くのパターンを小面積内に効率良く配置で
きる。さらに、図２５，図２６に示すように、縦長のパ
ターンであっても縦に短いパターンであれば縦にも詰め
て使用することも可能であり、また横長のパターンであ
っても横に短いパターンであれば横にも詰めて使用する
ことも可能であるが、本実施例では、パターン配置の簡
便性を図るために、１方向のみを圧縮配置するマスク構
成とした。そして、第１マスク開口と第３マスク開口と
で最大照射面積を決め、第２マスク上の一つの矩形開口
を通過した一つの開口像４０３のみを試料上に投射する
方式を採っている(図１６)。なお、図１３中の１３０は
散乱ビームを除去するための散乱絞りである。

【００３３】本実施例では、第２マスク１０２上に４０
０パターンの矩形開口を設けることが可能となり、疑似
的に可変矩形ビームを形成できる。このように、作り込
みの開口を用いることにより描画図形の寸法精度は向上
する。

【００３４】本実施例ではレチクルの描画を行なった。
第２マスク１０２上の矩形開口は、ウエハ上での０．２
μｍ配線用(レチクル上での０．８μｍ図形用)に形成さ
れたものである。１辺が試料上０．８μｍであり、もう
１辺が０．００８μｍピッチで０．００８μｍから１．
６μｍまでと２μｍのものとが用意され、ＸＹ方向で合
計約４００の矩形が存在する。第２マスク１０２から試
料１１０上への縮小率は１／１２．５である。本実施例
では０．８μｍ矩形に限定されるが描画図形の寸法精度
向上が図られ、従来２０ｎｍもあった面内不均一性を１
０ｎｍに抑えることが出来た。可変矩形法を疑似的に一
括図形照射法で行なうために図形の選択には極めて高速
性が要求されるが、それにも発明の装置構成が威力を発
揮する。

【００３５】図１５のマスクでは１辺０．８μｍの矩形
図形に限定されているため、寸法の異なるルールのＬＳ
Ｉを描画する場合には、第２マスクあるいは第２マスク
上の矩形開口群の交換が必要となる。データ制御系１２
０内には各矩形開口の位置や大きさに関する情報がメモ
リ１２２内に記憶されており、データ制御系１２０はこ
れらの情報に基づいて第２偏向器１１４を制御してい
る。

【００３６】図１７及び図１８に、縦・横方向共に寸法
を変化させた場合のマスクの構成例を示す。本構成例の
マスクを用いれば寸法変化のピッチは大きくなるが、種
々の縦・横幅の矩形図形形成に対応出来る。また、これ
らの例では、図形状開口として登録されていないものは
従来の可変矩形法で形成され、３つのマスクのうちの２
つのマスクの開口により矩形図形の形成行なわれること
になる。本実施例でも電子ビームは必ずカラム軸近傍に
振り戻されるために、全ての矩形ビームの収差を小さく
することが出来る。また、図形状開口の数が多ければ、
ＯＰＣ(OpticalProximity Correction)描画用の開口を
入れることも可能である。本発明によりレチクルを製作
した結果、通常の可変矩形法では２０ｎｍも存在したレ
チクル内の寸法の不均一性を１０ｎｍへと低減させるこ
とが出来た。

【００３７】〈実施例３〉図１９に本発明の第三の実施
例になる電子ビーム描画装置における電子光学系の概略
構成を示す。本実施例２では、図１９に示す光学系と図
２０，図２１及び図２２に示すマスク構成とを用いて描
画を行なった。本実施例では、第１マスク１０１は電子
源１００からの放出ビームそのものにより直接照射さ
れ、第１マスク像は１／２に縮小されて第２マスク１０
２上に投射される。第１マスクと第２マスク間を縮小系
にしたのは、第１マスクの開口加工を容易にするためで
ある。第１マスク上には試料上で２μｍ角（縮小率１／
２５）用の矩形開口２００１と試料上で５μｍ角内に１
０ｎｍ幅となるメッシュを設けたメッシュ開口２００２
が設けられている(図２０)。このメッシュ開口を通過す
る電子数は１／４に減少する。試料上で１０ｎｍのメッ
シュは、装置の解像度５０ｎｍよりも小さいため試料上
では解像されない。更に電子ビームは上記両開口を同時
に照射するため、第１マスク１０１を透過した電子ビー
ムは実質的に電流密度の異なる２つの矩形ビームから構
成されることになる。これら２つの矩形ビームの第２マ
スク１０２上への投射位置は矩形開口データを記憶した
メモリ１２３からのデータに基づき第２偏向器１１４に
印加する偏向電圧を変えることにより制御される。

【００３８】本実施例の目的は、電流密度が低い方の矩
形ビームを用いて図形状ビームを形成し、電流密度が高
い方の矩形ビームでもって可変矩形の形成を行なうこと
である。図形状ビームは、ある程度の大きさの電子ビー
ム像で形成することが効率的であるが、クーロン効果の
影響のため電流密度を制限せざるを得ない。これに対し
て、可変矩形ビームは、微細パターンを描画する際には
一般的に電子ビームの大きさが図形状ビームと比較して
小さく、そのため高目の電流密度で描画することが可能
である。従って、両者間でビーム電流密度を変えられる
ことはスループットの向上に大きく寄与する。

【００３９】図２１及び図２２に図形状ビームを形成す
る際の第２，第３マスク上での電子ビームの投射状態
を、図２３と図２４に可変矩形ビームを形成する際の第
２，第３マスク上での電子ビームの投射状態を示した。
これらの図より、それぞれ余計な電子ビームを除去する
ことにより、所望の形状の電子ビームが得られることが
判る。

【００４０】本実施例の描画装置を用いて０．２μｍＣ
ＭＯＳロジックパターンを描画した結果、電流密度が一
定の場合に３枚／時のスループットを４枚／時に向上さ
せることが出来た。

【００４１】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、一括図形照射法のより効率的な運用を図ることが出
来、これにより、半導体集積回路や微細構造素子を高い
生産性で製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子ビーム描画装置の電子光学系
の基本構成例を示す図。

【図２】本発明による描画装置に用いられる第１マスク
の構成例を示す図。

【図３】本発明による描画装置に用いられる第１マスク
の構成例を示す図。

【図４】本発明による描画装置に用いられる第１マスク
の構成例を示す図。

【図５】本発明の第一の実施例になる電子ビーム描画装
置の電子光学系の構成を示す図。

【図６】第一の実施例において用いられる第１マスクの
構成例を示す図。

【図７】第一の実施例において用いられる第２マスクの
構成例を示す図。

【図８】第一の実施例において用いられる第３マスクの
構成例を示す図。

【図９】第一の実施例における第２のビーム形成例を示
す図。

【図１０】第一の実施例における第３のビーム形成例を
示す図。

【図１１】第一の実施例における図形選択時の電子光学
系を示す図。

【図１２】図形状開口を等間隔配置場合の第２マスクの
構成例を示す図。

【図１３】本発明の第二の実施例になる電子ビーム描画
装置の電子光学系の構成を示す図。

【図１４】第二の実施例において用いられる第１マスク
の構成例を示す図。

【図１５】第二の実施例において用いられる第２マスク
の構成例を示す図。

【図１６】第二の実施例において用いられる第３マスク
の構成例を示す図。

【図１７】第二の実施例において用いられる第２マスク
の他の構成例を示す図。

【図１８】第二の実施例において用いられる第３マスク
の他の構成例を示す図。

【図１９】本発明の第三の実施例になる電子ビーム描画
装置の電子光学系の構成を示す図。

【図２０】第三の実施例において用いられる第１マスク
の構成例を示す図。

【図２１】第三の実施例において用いられる第２マスク
の構成例を示す図。

【図２２】第三の実施例において用いられる第３マスク
の構成例を示す図。

【図２３】第三の実施例において用いられる第２マスク
の他の構成例を示す図。

【図２４】第三の実施例において用いられる第３マスク
の他の構成例を示す図。

【図２５】第二の実施例における第２マスクの一変形構
成例を示す図。

【図２６】図２５に示した第２マスクの一使用例を示す
図。

【符号の説明】

１００：電子源，１０１：第１
マスク，１０２：第２マスク，１０
３：第３マスク，１０４：第１転写レンズ，
１０５：第２転写レンズ，１０６：第３転写レ
ンズ，１０７：第４転写レンズ，１０８：
第１縮小レンズ，１０９：第１対物レン
ズ，１１０：試料，１１１：
ステージ，１１３：第１偏向器，１１
４：第２偏向器，１１５：クロスオーバ軌道，
１１６：マスク像軌道，１２０：データ制御
系，１２１：アナログ回路，１２２：
開口面積メモリ，１２３：矩形開口メモ
リ，１３０：散乱絞り，２０１：
矩形開口，３０１：図形状開口，３０
２：第１マスク像，４０１：矩形開口，
４０２：第２マスク像，４０４：第１マスク
仮想像。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平11−40485（ＪＰ，Ａ) 特開平４−100208（ＪＰ，Ａ) 特開平２−194616（ＪＰ，Ａ) 特開平４−174510（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 504

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】描画に用いられる電子ビームを放出するた
めの電子源と、上記電子源から描画されるべき試料表面
に到るまでの電子ビーム光学軸に沿って順次配設された
第１，第２及び第３のマスクと、上記第１及び第２のマ
スク間に設けられた描画図形選択用の第１の電子ビーム
偏向器と、上記第２及び第３のマスク間に設けられた電
子ビーム振り戻し偏向用の第２の電子ビーム偏向器とを
備えてなる電子ビーム描画装置であって、上記第１のマ
スク上には上記電子ビーム光学軸を中心にして第１の矩
形開口が、上記第２のマスク上には複数個の図形状開口
が、上記第３のマスク上には上記電子ビーム光学軸を中
心にして第２の矩形開口がそれぞれ設けられており、上
記第１の矩形開口を通過した電子ビームを上記第１の電
子ビーム偏向器により偏向することによって該電子ビー
ムによって形成される矩形開口像を上記複数の図形状開
口のうちの少なくとも一つに選択的に重ね合わせて投射
し、上記矩形開口像が重ね合わせて投射された上記少な
くとも一つの図形状開口を通過した電子ビームを上記第
２の電子ビーム偏向器により上記電子ビーム光学軸方向
に振り戻し偏向することによって該電子ビームによって
形成される図形状開口像を上記第２の矩形開口に重ね合
わせて投射し、上記第２の矩形開口を通過した電子ビー
ムによって形成される上記図形状開口像を上記試料表面
上に投射する如く構成されており、かつ、上記第３のマ
スク上における上記矩形開口像若しくはその仮想的な矩
形開口像と上記第２の矩形開口との重なり具合により上
記試料表面上に投射される上記図形状開口像の最大面積
が規定され、上記矩形開口像が重ね合わせて投射された
上記少なくとも一つの図形状開口の図形形状により上記
試料表面上に投射される上記図形状開口像の図形形状が
規定される如く構成されており、さらに上記図形状開口
像は縮小光学系を通して上記第３のマスク上に縮小投射
される如く構成されてなることを特徴とする電子ビーム
描画装置。
【請求項２】描画に用いられる電子ビームを放出するた
めの電子源と、上記電子源から描画されるべき試料表面
に到るまでの電子ビーム光学軸に沿って順次配設された
第１，第２及び第３のマスクと、上記第１及び第２のマ
スク間に設けられた描画図形選択用の第１の電子ビーム
偏向器と、上記第２及び第３のマスク間に設けられた電
子ビーム振り戻し偏向用の第２の電子ビーム偏向器とを
備えてなる電子ビーム描画装置であって、上記第１のマ
スク上には上記電子ビーム光学軸を中心にして第１の矩
形開口が、上記第２のマスク上には複数個の図形状開口
が、上記第３のマスク上には上記電子ビーム光学軸を中
心にして第２の矩形開口がそれぞれ設けられており、上
記第１の矩形開口を通過した電子ビームを上記第１の電
子ビーム偏向器により偏向することによって該電子ビー
ムによって形成される矩形開口像を上記複数の図形状開
口のうちの少なくとも一つに選択的に重ね合わせて投射
し、上記矩形開口像が重ね合わせて投射された上記少な
くとも一つの図形状開口を通過した電子ビームを上記第
２の電子ビーム偏向器により上記電子ビーム光学軸方向
に振り戻し偏向することによって該電子ビームによって
形成される図形状開口像を上記第２の矩形開口に重ね合
わせて投射し、上記第２の矩形開口を通過した電子ビー
ムによって形成される上記図形状開口像を上記試料表面
上に投射する如く構成されており、かつ、上記第３のマ
スク上における上記矩形開口像若しくはその仮想的な矩
形開口像と上記第２の矩形開口との重なり具合により上
記試料表面上に投射される上記図形状開口像の最大領域
が規定され、上記矩形開口像が重ね合わせて投射された
上記少なくとも一つの図形状開口の図形形状により上記
試料表面上に投射される上記図形状開口像の図形形状が
規定される如く構成されており、さらに、上記第２のマ
スク上に設けられる上記複数個の図形状開口は、それぞ
れの開口の大きさに応じた間隔を介して詰めて配置され
ており、上記図形状開口像は縮小光学系を通して上記第
３のマスク上に縮小投射される如く構成されてなること
を特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項３】描画に用いられる電子ビームを放出するた
めの電子源と、上記電子源から描画されるべき試料表面
に到るまでの電子ビーム光学軸に沿って順次配設された
第１，第２及び第３のマスクと、上記第１及び第２のマ
スク間に設けられた描画図形選択用の第１の電子ビーム
偏向器と、上記第２及び第３のマスク間に設けられた電
子ビーム振り戻し偏向用の第２の電子ビーム偏向器とを
備えてなる電子ビーム描画装置であって、上記第１のマ
スク上には上記電子ビーム光学軸を中心にして第１の矩
形開口が、上記第２のマスク上には複数個の図形状開口
が、上記第３のマスク上には上記電子ビーム光学軸を中
心にして第２の矩形開口がそれぞれ設けられており、上
記第１の矩形開口を通過した電子ビームを上記第１の電
子ビーム偏向器により偏向することによって該電子ビー
ムによって形成される矩形開口像を上記複数の図形状開
口のうちの少なくとも一つに選択的に重ね合わせて投射
し、上記矩形開口像が重ね合わせて投射された上記少な
くとも一つの図形状開口を通過した電子ビームを上記第
２の電子ビーム偏向器により上記電子ビーム光学軸方向
に振り戻し偏向することによって該電子ビームによって
形成される図形状開口像を上記第２の矩形開口に重ね合
わせて投射し、上記第２の矩形開口を通過した電子ビー
ムによって形成される上記図形状開口像を上記試料表面
上に投射する如く構成されており、かつ、上記第１の矩
形開口の２辺により上記試料表面上に投射される上記図
形状開口像の最大投射領域の２辺が規定され、上記第２
の矩形開口の２辺により上記最大投射領域の残りの２辺
が規定されるように構成されており、さらに上記図形状
開口像は縮小光学系を通して上記第３のマスク上に投射
される如く構成されてなることを特徴とする電子ビーム
描画装置。
【請求項４】描画に用いられる電子ビームを放出するた
めの電子源と、上記電子源から描画されるべき試料表面
に到るまでの電子ビーム光学軸に沿って順次配設された
第１，第２及び第３のマスクと、上記第１及び第２のマ
スク間に設けられた描画図形選択用の第１の電子ビーム
偏向器と、上記第２及び第３のマスク間に設けられた電
子ビーム振り戻し偏向用の第２の電子ビーム偏向器とを
備えてなる電子ビーム描画装置であって、上記第１のマ
スク上には上記電子ビーム光学軸を中心にして第１の矩
形開口が、上記第２のマスク上には複数個の図形状開口
が、上記第３のマスク上には上記電子ビーム光学軸を中
心にして第２の矩形開口がそれぞれ設けられており、上
記第１の矩形開口を通過した電子ビームを上記第１の電
子ビーム偏向器により偏向することによって該電子ビー
ムによって形成される矩形開口像を上記複数の図形状開
口のうちの少なくとも一つに選択的に重ね合わせて投射
し、上記矩形開口像が重ね合わせて投射された上記少な
くとも一つの図形状開口を通過した電子ビームを上記第
２の電子ビーム偏向器により上記電子ビーム光学軸方向
に振り戻し偏向することによって該電子ビームによって
形成される図形状開口像を上記第２の矩形開口に重ね合
わせて投射し、上記第２の矩形開口を通過した電子ビー
ムによって形成される上記図形状開口像を上記試料表面
上に投射する如く構成されており、かつ、上記第２の電
子ビーム偏向器による上記電子ビームの振り戻し偏向量
を調節することによって、上記第２の矩形開口に重ね合
わせて投射される上記図形状開口像のうちの上記試料表
面上に投射されるべき所望の像部分に対応する電子ビー
ムのみが上記第２の矩形開口を通過し、それ以外の投射
不所望な像部分に対応する電子ビームが上記第３のマス
クにより遮断される如く構成され、さらに上記図形状開
口像は縮小光学系を通して上記第３のマスク上に投射さ
れる如く構成されてなることを特徴とする電子ビーム描
画装置。
【請求項５】描画に用いられる電子ビームを放出するた
めの電子源から描画されるべき試料表面上に到るまでの
電子ビーム光学軸上に沿って順次配設された第１，第２
及び第３のマスクと、上記第１及び第２のマスク間に設
けられた描画図形選択用の第１の電子ビーム偏向器と、
上記第２及び第３のマスク間に設けられた電子ビーム振
り戻し偏向用の第２の電子ビーム偏向器とを備えてなる
電子ビーム描画装置を用いて上記試料表面上に電子ビー
ム描画を行なう電子ビーム描画方法であって、上記第１
のマスク上には上記電子ビーム光学軸を中心にして第１
の矩形状開口を、上記第２のマスク上には複数個の図形
状開口を、上記第３のマスク上には上記電子ビーム光学
軸を中心にして第２の矩形状開口をそれぞれ設けおき、
上記第１の矩形状開口を通過した電子ビームを上記第１
の電子ビーム偏向器によって偏向することにより該電子
ビームにより形成される矩形状開口像を上記複数の図形
状開口のうちの一つに重ね合わせて投射し、上記矩形状
開口像が重ね合わせて投射された上記一つの図形状開口
を通過した電子ビームを上記第２の電子ビーム偏向器に
より上記電子ビーム光学軸方向に振り戻し偏向すること
により該電子ビームによって形成される図形状開口像を
上記第２の矩形状開口上に重ね合わせて投射し、上記第
２の矩形状開口を通過した電子ビームによって形成され
る上記図形状開口像を上記試料表面上に投射して上記試
料表面上に電子ビーム描画を行ない、かつ上記第３のマ
スク上における上記矩形状開口像若しくはその仮想的な
矩形状開口像と上記第２の矩形状開口との重なり具合に
より上記試料表面上に投射される上記図形状開口像の最
大投射面積が規定され、上記矩形状開口像が重ね合わせ
て投射された上記一つ図形状開口の図形形状により上記
試料表面上に投射される上記図形状開口像の図形形状が
規定されるようにし、さらに上記図形状開口像が縮小光
学系を通して上記第３のマスク上に投射されるようにし
てなることを特徴とする電子ビーム描画方法。