JPH06252036A

JPH06252036A - 露光方法それに用いるパターンデータの作成方法および露光装置

Info

Publication number: JPH06252036A
Application number: JP3532393A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Okamoto; 好彦岡本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】露光装置の構造を複雑とすることなく、ま
た、露光装置のコストを高くすることなく、露光処理の
スループットを向上させる。【構成】電子ビーム源８から放射された電子ビーム７
を、第１マスク９における所定寸法の単一図形からなる
第１開口領域を介して、第２マスク１２における繰り返
し図形からなる第２開口領域または所定寸法の単一図形
からなる第３開口領域に対して前記第２開口領域および
第３開口領域の全体を覆うように照射する。そして、第
２マスク１２を通過した電子ビーム７を半導体ウエハ２
上の所定位置に照射する。この工程を繰り返すことによ
り、半導体ウエハ２上に所定の合成パターンを転写す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光方法それに用いる
パターンデータの作成方法および露光装置技術に係り、
例えば半導体集積回路装置の製造工程である露光技術に
適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば半導体集積回路装置の製造
工程においては、半導体ウエハやフォトマスク（レチク
ルを含む）上に所定の半導体集積回路パターンを転写す
る技術として、電子線直接露光技術が注目されている。
電子線直接露光技術を用いた場合、光露光技術を用いた
場合よりも微細なパターンを転写できるからである。

【０００３】電子線直接露光技術は、感電子線レジスト
を塗布した半導体ウエハやフォトマスクに対して電子線
を直接照射することにより、その感電子線レジストに所
定の半導体集積回路パターンを転写する技術である。

【０００４】電子線露光技術を用いた露光方法について
は、例えば本願出願人が出願した特願平４ー１５６５４
２号に記載があり、電子線源から放射された電子線を、
第１マスクおよび第２マスクを介して半導体ウエハ上の
感電子線レジストに照射することにより、半導体ウエハ
上に所定の半導体集積回路パターンを転写する技術につ
いて開示されている。

【０００５】この従来技術の場合、１つの第２マスク
に、可変成形用の開口部と、一括転写用の開口部とが形
成されている。可変成形用の開口部は、第１マスクの開
口部との合わせによって電子線の照射面の形状を可変と
するための開口部である。また、一括転写用の開口部
は、１回で照射できる範囲内に同じ図形が複数繰り返し
配置されている開口部である。

【０００６】そして、パターンの転写に際しては、次の
ようにしていた。すなわち、転写するパターンが一括転
写可能な場合には、第１マスクを通過した電子線を、第
２マスクの一括転写用の開口部に照射し、第２マスクを
通過した電子線を半導体ウエハ上の所定位置に照射す
る。

【０００７】一方、転写するパターンが一括転写できな
い場合には、第１マスクを通過した電子線を、第２マス
クの可変成形用の開口部に照射することによりその照射
面を所定形状に成形した後、半導体ウエハ上の所定位置
に照射する。これらにより、半導体ウエハ上に所定の合
成パターンを効率良く転写するようにしている。

【０００８】なお、繰り返しパターンを一括転写するの
みの従来技術としては、例えば特開昭６２ー２６０３２
２号公報または特願平３ー６６２１８号公報に記載され
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、可変成形用
の開口部と一括転写用の開口部とを有する第２マスクを
用いてパターン転写を行う上記従来技術においては、電
子線露光装置に、電子線の照射面を可変とするための機
構が必要となるので、電子線露光装置の光学系等の構造
が複雑となる結果、描画精度の向上が阻害される、
電子線露光装置のコストが高くなる等の問題があること
を本発明者は見い出した。

【００１０】本発明は上記課題に着目してなされたもの
であり、その目的は、露光装置の構造を複雑とすること
なく、また、露光装置のコストを高くすることなく、露
光処理のスループットを向上させることのことのできる
技術を提供することにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願に於いて開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。

【００１３】すなわち、第１の発明は、ビーム源から放
射された集束ビームを、第１マスクにおける所定寸法の
単一図形からなる第１開口部を介して、第２マスクにお
ける繰り返し図形からなる第２開口部または所定寸法の
単一図形からなる第３開口部に対して前記第２開口部お
よび第３開口部の全体を覆うように照射し、前記第２マ
スクを通過した集束ビームを所定基板上の所定位置に照
射する工程を繰り返すことにより、前記所定基板上に所
定の合成パターンを転写する露光方法である。

【００１４】第２の発明は、前記所定基板に所定の合成
パターンを転写するのに先立って、これから集束ビーム
を照射しようとしている第２マスクの第２開口部または
第３開口部の識別記号を検出する工程と、その識別記号
が意味するパターンと、これから所定基板に転写しよう
としているパターンとが一致するか否かを比較する工程
とを有する露光方法とするものである。

【００１５】第３の発明は、前記集束ビームを前記所定
基板に照射する際の集束ビームの偏向領域単位または分
割領域単位で、繰返しパターンのデータおよび非繰返し
パターンのデータとを連続または分割して合成するため
に、前記制御データに、各パターンデータの記憶番地を
指示するポインタテーブルデータを付加した露光方法と
するものである。

【００１６】第４の発明は、前記第２マスクの第２開口
部および第３開口部のマスク用パターンデータと、これ
から転写しようとする所定パターンのデータとを互いの
位置座標が重ねられるように関係を持たせた状態で、互
いに異なるデータ層に分離し記憶するパターンデータの
作成方法とするものである。

【００１７】

【作用】上記した第１の発明によれば、露光処理に際し
て一括転写のみ行い、可変成形を行わない上、第１マス
クと第２マスクとの合わせ込みが不要なので、電子光学
系の構造および調整作業を複雑にすることなく、また、
露光装置のコストを高くすることなく、露光処理のスル
ープットを向上させることが可能となる。

【００１８】上記した第２の発明によれば、第２マスク
上の選択された開口部が、これから転写しようとしてい
るパターンを転写するものか否かを判定することができ
るので、所望するパターンを所定基板上に転写すること
が可能となる。

【００１９】上記した第３の発明によれば、繰返しパタ
ーンおよび非繰返しパターンを連続または分割して合成
する際に、それらのデータの検索を容易にすることがで
きるので、露光処理のスループットを向上させることが
可能となる。

【００２０】上記した第４の発明によれば、第２マスク
上の開口部のパターンデータと、所定基板上に転写しよ
うとしているパターンデータとを分離したことにより、
データの作成効率を向上させることが可能となる。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の一実施例である露光装置の全
体構成の説明図、図２は第１マスクの平面図、図３は第
２マスクの平面図、図４は図３の第２マスクの要部拡大
平面図、図５は一対の開口を通過した電子ビームによる
Ｘ方向走査およびＹ方向走査における検出信号波形のピ
ーク位置の説明図、図６は第２マスクの位置合せ処理を
説明するための説明図、図７（ａ）はステージ移動量に
対するビーム走査量誤差を示すグラフ図、図７（ｂ）は
ステージ移動速度に対するビーム走査量誤差を示すグラ
フ図、図８は半導体ウエハの平面図、図９および図１０
は半導体ウエハ上に形成された位置合せマークの平面
図、図１１は第２マスクに形成された一括転写パターン
開口領域内の各開口部毎に付された識別記号の説明図、
図１２は図１の露光装置における電子光学系の要部の説
明図、図１３は図１の露光装置におけるウエハステージ
系の説明図、図１４（ａ）は繰返しパターンの単位図形
の平面図、図１４（ｂ）は第２マスクの一括転写パター
ン開口領域内の開口部となる繰り返しパターンの平面
図、図１４（ｃ）は、メモリマットの構成の説明図、図
１５（ａ), (ｂ）は繰返しパターンと非繰返しパターン
との連なり部での露光処理を説明するための説明図、図
１６は第２マスクの製作工程を示す工程図、図１７は露
光パターンデータの作成工程を示す工程図、図１８はＳ
Ｆ配列データの構成を示す説明図、図１９はＳＳＦを規
定するコマンドの説明図、図２０は露光パターンデータ
の説明図、図２１は偏向手段の制御制方法の説明図、図
２２は第２マスクの検査方法の説明図である。

【００２２】まず、本実施例の露光装置を図１〜図１３
により説明する。

【００２３】本実施例の露光装置１は、例えば所定形状
に成形された電子ビーム（集束ビーム）を半導体ウエハ
２上の感電子ビームレジスト（図示せず）に照射するこ
とにより、その感電子ビームレジストに所定の半導体集
積回路パターンを転写する電子線直接露光装置である。

【００２４】露光装置１は、データ保管部３と、描画制
御部４と、制御Ｉ／Ｏ部５と、ＥＢ描画部６とから構成
されている。

【００２５】データ保管部３は、描画データを保管する
ための構成部であり、データ記憶部３ａと、データ転送
部３ｂとを有している。データ記憶部３ａは、例えば磁
気ディスク等からなる。データ記憶部３ａには、露光処
理を制御する後述の制御データおよび半導体集積回路パ
ターンの描画データ等が記憶されている。

【００２６】描画制御部４は、露光装置１の全体動作を
制御するための構成部であり、例えば大形計算機が用い
られている。

【００２７】制御Ｉ／Ｏ部５は、描画制御部４等から伝
送された制御信号を、ＥＢ描画部６へ入出力するための
構成部であり、バッファメモリ５ａと、演算部５ｂと、
制御信号発生部５ｃと、ブランキング電極制御部５ｄ
と、第１偏向制御部５ｅと、移動制御部５ｆと、第２偏
向制御部５ｇと、検出部５ｈと、信号処理部５ｉと、ス
テージ制御部５ｊと、ローダ制御部５ｋと、真空制御部
５ｌとを有している。

【００２８】演算部５ｂは、バッファメモリ５ａから伝
送されたデータ、例えば描画データ、マーク位置検出デ
ータおよびステージ位置データ等に基づいて、例えば次
のようなデータを作成する。

【００２９】すなわち、電子ビーム７のオンオフを制御
するブランキング制御信号データを作成したり、後述す
る第２マスクに形成された複数の開口領域内の所定の開
口部を選択するための第１偏向制御信号データを作成し
たり、第２マスク１２の移動量を制御する制御信号デー
タを作成したり、半導体ウエハ２に対する電子ビーム７
の照射領域および照射位置を制御する第２偏向制御信号
データを作成したりする。

【００３０】ＥＢ描画部６は、電子ビーム７の照射条件
や偏向量等を制御することにより、電子ビーム７を半導
体ウエハ２の所定位置に照射するための構成部であり、
電子ビーム光学系６ａと、ウエハステージ系６ｂとから
構成されている。

【００３１】電子ビーム光学系６ａは、電子ビーム源８
と、第１マスク９と、ブランキング電極１０と、第１偏
向器（第１偏向手段）１１と、第２マスク１２と、電子
レンズ１３と、第２偏向器（第２偏向手段）１４とを有
している。電子ビーム源８から放射された電子ビーム７
は、これらの構成部を介してウエハステージ（載置台）
１５上の半導体ウエハ２の所定位置に照射されるように
なっている。

【００３２】ブランキング電極１０は、電子ビーム７の
オンオフを制御するための構成部である。電子ビーム７
のオンオフは、演算部５ｂから制御信号発生部５ｃおよ
びブランキング電極制御部５ｄを介してブランキング電
極１０に伝送されたビーム照射パラメータデータ等に基
づいて制御されるようになっている。

【００３３】第１偏向器１１は、電子レンズ１３を透過
した電子ビーム７を、第２マスク１２の所定位置に照射
するための構成部である。後述する第２マスク１２の複
数の開口領域のうちの所定の開口部の選択は、演算部５
ｂから制御信号発生部５ｃおよび第１偏向制御部５ｅを
介して第１偏向器１１に伝送された図形選択パラメータ
データ等に基づいて制御されるようになっている。

【００３４】電子レンズ１３は、電子ビーム７を集束し
たり、電子ビーム７の光軸の回り方向における回転補正
を行ったり、電子ビーム７の断面形状を縮小したり、半
導体ウエハ２に対する電子ビーム７の焦点合わせを行っ
たり等をするための構成部である。

【００３５】第２偏向器１４は、電子レンズ１３を透過
した電子ビーム７を、半導体ウエハ２の所定位置に照射
するための構成部である。半導体ウエハ２に対する電子
ビーム７の照射位置は、演算部５ｂから制御信号発生部
５ｃおよび第２偏向器制御部５ｇを介して第２偏向器１
４に伝送された照射情報パラメータデータ（照射領域や
照射位置座標の記されたデータ）等に基づいて制御され
るようになっている。

【００３６】この第２偏向器１４は、大角偏向用の電磁
偏向器と、２段の小角高速偏向用の静電偏向器とから構
成されている。すなわち、半導体ウエハ２に対する電子
ビーム７の照射位置は、例えば５ｍｍ平方程度の大角度
偏向用の電磁偏向器と、例えば５００μｍおよび８０μ
ｍ平方程度の２段高速偏向用の静電偏向器とによる偏向
量を重畳させることによって制御されるようになってい
る。これにより、大角度、高速度の電子ビーム偏向が実
現されるようになっている。

【００３７】第１マスク９および第２マスク１２は、駆
動部（図参照）によって微動可能な状態で、マスク移動
ステージ上に載置されている。第２マスク１２の移動
は、演算部５ｂから制御信号発生部５ｃおよび移動制御
部５ｆを介して駆動部に伝送された移動制御パラメータ
データ等に基づいて制御されるようになっている。これ
により、第２マスク１２の後述する複数の開口領域のう
ちの１つの開口部が電子ビーム７の偏向領域内に入るよ
うに設定される。

【００３８】なお、図示はしないが、第１マスク９の移
動も同様に制御されるようになっている。ただし、第１
マスク９を自動的に移動させる機構は、必ずしも必要な
い。

【００３９】ここで、本実施例の第１マスク９および第
２マスク１４を図２〜図５によって説明する。図２は第
１マスク９の一例である。第１マスク９は、例えばシリ
コン（Ｓｉ）単結晶からなり、その主面上における格子
上交点には、例えば第１マスク９の上下面を貫通する矩
形状の開口部９ａが複数形成されている。

【００４０】本実施例においては、例えば電子ビーム７
の照射に起因して開口部９ａに異物等が付着することに
より開口部９ａの寸法精度等が劣化した場合、第１マス
ク９を移動させる等して他の開口部９ａを選択すれば良
い。

【００４１】このため、真空状態を大気圧状態にするこ
となく、すなわち、開口部９ａを変えるために、一旦、
室内を大気圧状態にしたり、大気圧状態にした室内を再
び真空状態にしたりする等のような時間のかかる設定を
することなく、劣化した開口部９ａを他の良好な開口部
９ａに変えることが可能となっている。

【００４２】これにより、電子ビーム７の電流値にもよ
るが、露光装置１を数カ月以上の長期にわたって連続的
に動作させることが可能となる。

【００４３】また、第１マスク９には、各開口部９ａに
対応する識別記号（名称も含む）９ｂおよびマスク名９
ｃが付されている。本実施例において、識別記号９ｂは
数字によって表現されている。マスク名９ｃは英小文字
によって表現されている。

【００４４】ただし、識別記号９ｂよびマスク名９ｃの
表現方式は、それらに限定されるものではなく種々変更
可能であり、例えばバーコード等によって表現するよう
にしても良い。

【００４５】一方、図３は第２マスク１２の一例であ
る。第２マスク１２は、第１マスク９と同様、例えばＳ
ｉからなり、その主面上における格子上交点には、例え
ば複数の一括転写パターン開口領域１２ａが配置されて
いる。各一括転写パターン開口領域１２の寸法は、第１
偏向器１１による電子ビーム７の偏向可能な範囲内に入
る程度の大きさであり、例えば５００μｍ×５００μｍ
程度である。

【００４６】ところで、本実施例においては、第２マス
ク１２に可変成形用の開口部が存在しない。すなわち、
本実施例においては、電子ビーム７を、第２マスク１２
の一括転写パターン開口領域１２ａ内の後述する所定の
開口部を覆うように照射すれば良く、結像する必要がな
い。

【００４７】このため、結像等のための調整機構が不要
となるので、電子ビーム光学系６ａの機構および調整作
業を簡単化することが可能となる。この結果、露光装置
１のパターン転写精度の向上を図ることが可能となる
上、露光装置１のコストの低減を図ることが可能とな
る。

【００４８】また、可変成形を使用する場合のような成
形矩形の寸法情報やそれに応じた電子ビーム７の電流量
等の情報を不要とすることができるので、パターン形成
のためのデータ量を低減することが可能となる。

【００４９】また、本実施例においては、電子ビーム７
が第２マスク１２の所定の開口部を覆っていれば良いの
で、必ずしも第１マスク９を必要としない。

【００５０】本実施例においては、第２マスク１２に
も、所定の一括転写パターン開口領域１２ａを選択する
ための識別記号１２ｂが複数形成されている。この場合
の識別記号１２ｂは、第２マスク１２の互いに直交する
２辺に沿って配置されている。

【００５１】この場合は、例えば互いに直交する方向に
配置されている識別記号１２ｂ群の中から各々１つずつ
所定の識別記号１２ｂを指定することにより、その指定
された２つの識別記号１２ｂの交点に位置する一括転写
パターン開口領域１２ａを選択することが可能になって
いる。なお、マスク名１２ｃも付されている。

【００５２】一括転写パターン開口領域１２ａには、例
えば図４に示すように、複数の開口部１２ａ₁〜１２ａ
₉が配置されている。

【００５３】開口部１２ａ₁〜１２ａ₉のうち、開口部
（第２開口部）１２ａ₁〜１２ａ₃,１２ａ₆,１２ａ₉に
は、繰り返しパターンのための開口が形成されている。

【００５４】ここで、繰り返しパターンとは、電子ビー
ム７を一度に照射できる範囲内に複数の同じ図形が繰り
返し配置されているパターンである。

【００５５】また、開口部１２ａ₁〜１２ａ₉のうち、
開口部（第３開口部）１２ａ₄,１２ａ₅,１２ａ_7,１２ａ
₈には、例えば単一図形からなる矩形状の開口が形成さ
れている。ただし、各開口部１２ａ₄,１２ａ₅,１２ａ₈
の開口の寸法は異なっている。

【００５６】なお、開口部１２ａ₇には、その対角線上
に位置する角部近傍に、一対の矩形状の開口が形成され
ている。なお、この一対の開口は、電子ビーム７によっ
て同時に選択されるようになっている。

【００５７】この一対の開口を用いて第２マスク１２の
位置ずれを補正することが可能となっている。

【００５８】例えば図５に示すように、一対の開口を通
過した電子ビーム７によるＸ方向走査およびＹ方向走査
における検出信号波形の各ピーク位置からピーク間距離
ｌ_xｌ_yを求め、次式（１),（２）等により一括転写パ
ターン開口領域１２ａの倍率誤差Ｍおよび角度誤差θを
求めることができる。

【００５９】

【数１】

【００６０】

【数２】

【００６１】すなわち、その一対の開口を通過した実際
の電子ビーム７の測定値と、予め記憶されているその
値、例えば縮小レンズの励磁電流と倍率との関係を表す
値、回転補正レンズと回転角との関係を表す値とを比較
することにより、第２マスク１２の位置ずれを補正する
ことが可能となっている。

【００６２】ところで、この一対の開口は、相互間の距
離が小さいので、電子ビーム７の照射位置の検出精度を
上げる必要がある。そこで、本実施例においては、露光
装置１のウエハステージ１５上に設置されたナイフエッ
ジを持つファラデーカップ部２４ａ（図１２参照）をＸ
軸、Ｙ軸の両方向に複数回走査することにより、電子ビ
ーム７の位置検出条件を向上させることが可能となって
いる。

【００６３】その位置検出に際しては、例えば次のよう
にする。すなわち、図６に示すように、ウエハステージ
１５を矢印Ｅに示す方向に移動させながら電子ビーム７
を矢印Ｆに示す方向に走査させてウエハステージ１５上
の基準マーク１６を検出すると同時に、ウエハステージ
１５の移動量および移動速度をレーザ測長計（図６には
図示せず）により測定する。

【００６４】これにより、図８（ａ),（ｂ）に示すよう
に、モニタ画面上でビーム走査量誤差がほぼ一定となる
ようにビーム走査量を更正することができる。

【００６５】また、図８に示すように、半導体ウエハ２
に基準マーク１７を設ける場合にも、図９の移動マーク
検出方式の基準マーク１７ａを用いてビーム走査量を更
正したり、図１０に示すアレイマーク検出方式の基準マ
ーク１７ｂを用いてビーム走査量を変更したりすること
ができる。この場合もそれらのマーク位置をレーザ測長
計により測定しておき、再度ビーム走査してビーム走査
量を更正する。

【００６６】なお、上記一対の開口を形成する場合に、
一対の開口を一度に選択できない程度に相互間の距離を
離した状態で形成することも考えられる。この場合、個
々の開口を個別に選択するためのビーム偏向や選択後の
ビーム振り戻しのための調整等が必要となる。

【００６７】また、本実施例においては、一括転写パタ
ーン開口領域１２ａ内の個々の開口部１２ａ₁〜１２ａ
₉毎に、例えば図１１に示すように、識別記号１２ｄが
付されている。これにより、一括転写パターン開口領域
１２ａ内の所定の開口部１２ａ₁〜１２ａ₉を選択でき
るようになっている。

【００６８】次に、第１マスクおよび第２マスクの移動
機構を図１２によって説明する。

【００６９】第１マスク９は、ステージ（図示せず）上
に載置されている。このステージは、ＸＹΘ駆動系１８
によって移動可能になっている。

【００７０】また、第２マスク１２もステージ（図示せ
ず）上に載置されている。このステージは、移動制御部
５ｆによって移動可能になっている。

【００７１】本実施例においては、第１マスク９を通過
した電子ビーム７を第２マスク１２の所定の開口部を覆
うように照射すれば良いので、第１偏向器１１等の機構
が比較的簡単な構造となっている。

【００７２】次に、露光装置１におけるウエハステージ
系６ｂを図１および図１２によって説明する。

【００７３】ウエハステージ系６ｂのチャンバ１９内に
は、半導体ウエハ２を載置するためのウエハステージ１
５が設けられている。なお、チャンバ１９内は、真空ポ
ンプ２０によって真空にすることが可能となっている。

【００７４】ウエハステージ１５は、水平面内において
ＸＹ方向に自在に移動できるように設置されている。ウ
エハステージ１５の移動は、ステージ制御部５ｊを介し
て、制御計算機４によって制御されるようになってい
る。

【００７５】ステージ制御部５ｊは、レーザ干渉計等の
ようなレーザ測長部２１によって精密に測定されたウエ
ハステージ１５の変位量の計測値に基づいて、ウエハス
テージ１５を制御計算機４から指令された位置に移動さ
せるようになっている。

【００７６】なお、ウエハステージ１５上には、図示し
ない電子ビーム検出器が設置されており、これにより、
電子ビーム７の電流値等が検出されるようになってい
る。

【００７７】また、図１３に示すように、ウエハステー
ジ１５の上方には、マーク位置検出器２２が設置されて
いる。マーク位置検出器２２は、半導体ウエハ２上の位
置合わせマークに電子ビーム７を照射した際に発生する
二次電子等を電子ビーム７の走査と同期して検出するた
めの検出器である。

【００７８】マーク位置検出器２２で検出された位置情
報は、マーク位置検出部５ｈ₁を介して信号処理部５ｉ
に伝送されるようになっている。信号処理部５ｉは、半
導体ウエハ２上の描画領域を所定の基準座標系における
値に座標変換した後、その信号を演算部５ｂに伝送する
ようになっている。

【００７９】演算部５ｂは、信号処理部５ｉから伝送さ
れた信号と、予め記憶されている描画データの位置のパ
ラメータデータとを加算して第２偏向器１４の制御信号
データを作成し、これにより、第２偏向器１４を制御す
るようになっている。

【００８０】また、高さ検出部５ｈ₂は、半導体ウエハ
２の高さを測定するための検出器であり、例えば光ポジ
ションセンサ等が採用されている。高さ検出部５ｈ
₂は、光ビーム源（図示せず）から放射された光ビーム
を、光学系（図示せず）を介して半導体ウエハ２の主面
に対して所定の傾斜角度で照射した際に反射された光ビ
ームの光路を検出するようになっている。これにより、
半導体ウエハ２において、光ビームが照射された部分の
高さを高精度で測定することが可能となっている。

【００８１】高さ検出部５ｈ₂で検出されたその高さデ
ータは、信号処理部５ｉを介して所定の基準座標系に変
換された後、演算部５ｂに伝送されるようになってい
る。演算部５ｂは、その伝送されたデータに基づいて、
電子レンズ１３による電子ビーム７の焦点合せ動作等を
制御するようになっている。

【００８２】ステージ駆動部２３は、ウエハステージ１
５を駆動するための構成部である。

【００８３】また、基準マーク部２４は、第２マスク１
２等の位置を設定するためのマークの検出部である。

【００８４】次に、本実施例の露光方法を図１〜図１３
によって説明する。

【００８５】まず、第２マスク１２を、第２マスクにお
ける目的の開口部が電子光学系の光軸上に位置するよう
に第２マスク移動機構によって移動する。

【００８６】続いて、第１マスク９を通過した電子ビー
ム７を、第１偏向器１１によって、当該一括転写パター
ン開口領域１２ａに含まれる開口部１２ａ₇の１つに形
成されている一対の開口に導き、当該一対の開口を通過
させ、２本の電子ビームとしてウエハステージ１５に照
射する。そして、当該ウエハステージ１５に設けられて
いるファラデーカップ部２４ａ等を走査させることによ
り、一対の開口の光軸の回りの回転ずれや倍率誤差等の
転写誤差を計測し記憶する。

【００８７】そして、その測定値から補正値を算出し、
その算出値に基づいて、電子レンズ１３や第２偏向器１
４等の設定状態を補正する。

【００８８】その後、第１マスク９の所定の開口部９ａ
を通過した電子ビーム７を、第１偏向器１１によって、
開口領域１２ａの目的の開口部に導いて、当該電子ビー
ム７の照射面の形状を所定形状に成形する。

【００８９】そして、その成形された電子ビーム７を、
電子レンズ１３や第２偏向器１４等を介して制御するこ
とにより、ウエハステージ１５上の半導体ウエハ２の所
望の位置に照射することにより、半導体ウエハ２の主面
上の感電子ビームレジストを感光させて、その感電子ビ
ームレジストに所望の大きさのパターンを転写する。

【００９０】次に、本実施例の露光装置１における描画
データの流れを説明する。

【００９１】まず、描画データは、データ保管部３のデ
ータ記憶部３ａに記憶される。描画制御部４からの指示
により、制御計算機を介してバッファメモリ５ａに、目
的のパターンの描画データが転送されるとともに、半導
体ウエハ２の当該パターンの描画位置が、電子ビーム光
学系６ａの光軸下に位置決めされる。

【００９２】そして、半導体ウエハ２上の位置合せマー
ク等が電子ビーム７等によって走査されることにより、
当該半導体ウエハ２の平面内における目的の描画部位の
座標情報や高さ情報等が検出される。その検出信号は、
信号処理部５ｉを介してバッファメモリ５ａに転送され
る。

【００９３】その後、前述した座標情報等に基づいて、
電子ビーム光学系６ａと半導体ウエハ２上の目的の照射
位置との位置決めが行われるとともに、当該領域の高さ
情報等に基づいて、半導体ウエハ２に対する電子レンズ
１３の焦点位置が設定される。

【００９４】次いで、演算部５ｂは、バッファメモリ５
ａに格納されている描画データに基づいて、電子ビーム
７の形状や偏向量等に関する制御信号を算出する。

【００９５】また、演算部５ｂは、バッファメモリ５ａ
から伝送された描画データ、マーク位置信号データ、高
さ検出信号データ、ステージ位置データ等に基づいて、
次のような直接制御信号データを作成する。

【００９６】すなわち、電子ビーム７のオンオフを制御
するブランキング電極制御データ、第２マスク１２の複
数の開口部の一部を選択する第１偏向器制御データ、第
２マスク１２の移動を制御する第２マスク移動制御デー
タ、半導体ウエハ２に対する電子ビーム７の照射領域お
よび照射位置を定める第２偏向器制御データ等である。

【００９７】次に、例えば半導体集積回路パターン等の
ような複数の繰り返し図形を含むパターンの一例を図１
４（ａ）〜（ｃ）によって説明する。

【００９８】図１４（ａ）〜（ｃ）は、例えば超高集積
メモリＬＳＩのメモリセル内における配線パターンを示
すものである。

【００９９】図１４（ａ）は繰返しパターンの単位図形
２５ａであり、この図形のＸ方向のピッチｄは、例えば
0.８μｍ程度、Ｙ方向の長さｌ₁は、例えば1.６μｍ程
度である。

【０１００】また、図１４（ｂ）は上記第２マスク１２
の一括転写パターン開口領域１２ａ内の開口部となる繰
り返しパターン２５ｂである。このパターンは、例えば
メモリセル内の配線パターンを４ビット分示すもので、
図１４（ａ）の単位図形が、例えばＸ方向ピッチ0.８μ
ｍ、Ｙ方向ピッチ1.６μｍで規則的に配列されて構成さ
れている。このＸ方向の長さｌ₂は、例えば最大で７μ
ｍ程度である。

【０１０１】これを均一な電子ビーム７が得られる最大
領域内に、例えば４×２個配列すると、メモリセル内の
配線パターンを形成する一括転写パターンのための開口
部が得られる。この転写開口部によって、電子ビーム７
の１ショットが３２ビット分に対応することになる。

【０１０２】図１４（ｃ）は、例えば３２キロビット分
のメモリマット２６の構成の説明図である。このメモリ
マット２６は、図１４（ｂ）の一括転写パターン用の開
口部を用いてｋ×ｋ＝３１×３１ショットの繰り返し露
光を行うことで構成されている。なお、２７は繰り返し
部を示している。

【０１０３】このメモリマット２６の周辺部２８は、図
４の開口部１２ａ₅を用いて、指定寸法の電子ビーム７
で露光する。したがって、このメモリマット２６の周辺
部２８のパターン寸法は、上記ビーム寸法の整数倍とす
る必要がある。この整数倍とする条件から外れる場合、
第２マスク１２上に、その寸法に対応する矩形の開口部
を設けておけば良い。

【０１０４】次に、繰返しパターンと非繰返しパターン
との連なり部での露光を図１５によって説明する。

【０１０５】図１５（ａ),（ｂ）は、繰返しパターン２
９と非繰返しパターン３０との連なり部での露光を模式
化して示したものである。

【０１０６】図１５（ａ）は、第２マスク１２の繰り返
しパターンを有する開口部を用いて転写可能な繰返しパ
ターン２９と、第２マスク１２の繰返しパターンを有す
る開口部では転写できない非繰返しパターン３０との一
例である。繰返しパターン２９は、例えばメモリマット
内のパターンを示し、非繰返しパターン３０は周辺部の
パターンを示している。図１５（ａ）中のｌ₅は、例え
ば6.４μｍ程度である。

【０１０７】図１５（ｂ）は、上記の繰返しパターン２
９および非繰返しパターン３０を露光するための電子ビ
ーム照射量の一例であり、図１５（ａ）のＡ−Ａ線にお
ける電子ビーム照射量を示している。図１５（ｂ）にお
ける範囲３１は、繰返しパターン２９の転写領域での電
子ビーム照射量を示している。また、範囲３２は非繰返
しパターン３０の転写領域での電子ビーム照射量を示し
ている。

【０１０８】上記メモリマットの領域では、露光処理に
際してショット内で照射量が一定となるのに対して、メ
モリマット周辺部では、近接効果と呼ばれるビーム散乱
現象によって照射量が不足するため、通常、露光パター
ンの面積密度に応じてビーム照射量を大きくしている。
タングステン等の配線材料が被着された半導体ウエハに
露光する場合に、このような照射量の制御が必要にな
る。

【０１０９】そこで、本実施例においては、上記露光装
置１を用いて半導体集積回路パターン等のような複数図
形の繰返しを含むパターンを露光する際、１つの露光領
域内に繰返しパターン２９と非繰返しパターン３０とが
ある場合または異なる繰返しパターンがある場合には、
例えば次のようにして露光処理を行う。

【０１１０】まず、メモリマットの領域を露光する際に
は、第１マスク９を通過した電子ビーム７を第１偏向器
１１を用いて第２マスク１２の繰返しパターンを含む開
口部に照射し、さらに第２マスク１２を通過した電子ビ
ーム７を第２偏向器１４を用いて半導体ウエハ２上の所
定の位置に照射する処理を繰り返す。

【０１１１】続いて、周辺部の領域を露光する際には、
第１マスク９を通過した電子ビーム７を第１偏向器１１
を用いて第２マスク１２の単一の矩形図形のみからなる
開口部に照射し、さらに第２マスク１２を通過した電子
ビーム７を第２偏向器１４を用いて半導体ウエハ２上の
所定の位置に照射する処理を繰り返す。

【０１１２】そして、本実施例においては、これらの露
光処理に際して、ウエハステージ１５を移動させなが
ら、第２偏向器１４のビーム偏向制御範囲内で合成パタ
ーンを形成する。すなわち、１回の走査で所定単位の合
成パターンを形成してしまう。

【０１１３】また、これらの露光処理に先立って、上記
第２マスク１２を所定位置に移動した後、上記基準マー
ク部２４によって第１のビーム偏向制御と第２のビーム
偏向制御との基準位置を更正し、半導体ウエハ２を所望
の位置に移動する。その後、電子ビーム７を半導体ウエ
ハ２の所定位置に照射して合成パターンを形成する。

【０１１４】このような露光方法を実現するためには、
それに対応した露光用パターンデータが露光装置１の制
御部に転送される必要がある。また、露光装置１では、
電子ビーム７を高速度に制御したり、オンオフ照射した
りするため、大容量のバッファメモリ５ａを備えている
が、このバッファメモリ５ａへのデータ入出力時間も問
題となる。

【０１１５】そこで、本実施例においては、上記の露光
用パターンデータを、上記データ記憶部３ａに一時的に
記憶しておく場合においても、データフォーマットを揃
えてある。これにより、効率の良いデータ処理が可能と
なる。

【０１１６】上記の露光処理を実現するための描画デー
タは、上記の第１と第２のビーム偏向制御やビームブラ
ンキング制御等によって電子ビーム７を高速度に制御
し、かつ、オンオフ照射するため、それらの制御回路に
信号ケーブルで接続されたバッファメモリ５ａ上で、ま
たはそれらの制御回路に中央処理装置（ＣＰＵ）を介し
てバス接続されたデータ記憶部３ａ上等で規定されるも
のである。

【０１１７】上記露光装置１において、半導体ウエハ２
を搭載するウエハステージ１５を連続して移動しながら
パターンを露光する際、上記したように第２の偏向制御
が大角偏向の電磁偏向と二段の小角偏向の静電偏向を組
合わせている。この静電偏向の中心位置を移動ステージ
の移動位置に対応して、電磁偏向を補正することで、ス
テージを連続して移動しながら、パターンの露光ができ
る。その際、ウエハステージ１５の移動速度は、露光パ
ターンの密度に応じて補正する必要がある。

【０１１８】次に、上記第２マスク１２の製造方法を図
１６の工程に従って説明する。

【０１１９】まず、マスク用基板（図示せず）を用意す
る（ステップ１００）。マスク用基板は、Ｓｉ単結晶か
らなる半導体ウエハ上にエッチングストッパ層を介して
Ｓｉ単結晶からなる単結晶層が形成され、さらにその単
結晶層上に酸化膜等が形成されて構成されている。エッ
チングストッパ層は、例えばＳｉ基板にホウ素が導入さ
れて形成されている。単結晶層の厚さは、例えば２０μ
ｍ程度である。

【０１２０】このマスク用基板は、例えば次の２つの方
法によって製作する。

【０１２１】第１は、不純物導入法とエピタキシャル法
とを用いた方法である。この方法では、例えばホウ素等
のような不純物を半導体ウエハの所定の深さ位置に導入
した後、半導体ウエハに対して熱処理を施すことによ
り、その不純物を導入した部分にエッチングストッパ層
を形成するとともに、半導体ウエハの主面の結晶性を回
復させ、続いて、半導体ウエハの主面上にエピタキシャ
ル法等によってＳｉ単結晶層を成長させることによって
マスク用基板を形成する方法である。

【０１２２】第２は、ウエハ貼り合わせ法を用いた方法
である。この場合は、まず、例えばホウ素等のような不
純物を第１の半導体ウエハの主面に導入した後、その半
導体ウエハに対して熱処理を施すことにより、第１の半
導体ウエハの主面にエッチングストッパ層を形成する。
続いて、絶縁層上にＳｉ単結晶層を形成した第２の半導
体ウエハを用意し、第２の半導体ウエハをそのＳｉ単結
晶層が第１の半導体ウエハのエッチングストッパ層に接
触されるような状態で第１の半導体ウエハに貼合わせ
る。その後、第２の半導体ウエハの裏面を研磨すること
によってマスク用基板を形成する。

【０１２３】一方、マスク用描画パターンデータ作成処
理においては、繰り返し部パターン抜き取り工程（ステ
ップ１０１）、マスク倍率設定工程（ステップ１０２）
およびパターン配列指定工程（ステップ１０３）を経て
マスク用描画パターンデータを作成する。

【０１２４】次いで、感電子ビームレジストをマスク用
基板の主面に塗布した後（ステップ１０４）、そのマス
ク用基板を電子ビーム露光装置内に装填する。

【０１２５】この際に用いる電子ビーム露光装置は、本
実施例の露光装置１でも、従来の露光装置でも良いが、
図形のフォーマットおよびマスク用基板上に形成する図
形開口の配置は、本実施例の露光装置１に合わせて揃え
る必要がある。なお、本実施例においては、マスク用基
板に描画するパターンの倍率は、例えば２５倍である。

【０１２６】その後、マスク用基板の主面側の感電子ビ
ームレジストに、一括転写領域の開口部のためのパター
ンと、単一の矩形図形からなる開口部のためのパターン
と、後述の裏面露光の基準となるマークパターンとを描
画する（ステップ１０５）。

【０１２７】次いで、現像処理によってレジストパター
ンを形成した後（ステップ１０６）、そのレジストパタ
ーンをマスクとして、所定のエッチング法により、その
レジストパターンから露出する酸化膜をエッチング除去
した後、その酸化膜をマスクとして、例えばプラズマＲ
ＩＥ（Reactive Ion Etching）エッチング法によりマス
ク用基板の主面に深さ２０μｍ程度の溝を形成する（ス
テップ１０７）。

【０１２８】続いて、そのレジストパターンを除去した
後（ステップ１０８）、マスク用基板の主面に、後に続
く裏面エッチング処理の際の保護膜として酸化膜または
窒化膜を形成する（ステップ１０９）その後、マスク用基板の裏面に感電子ビームレジストを
塗布した後（ステップ１１０）、両面アライナ露光装置
等を用いて、マスク用基板の主面の位置合わせマークに
基づいて、マスク用基板の裏面の感電子ビームレジスト
に対して露光処理を施す（ステップ１１１）。

【０１２９】次いで、そのレジストに対して現像処理を
施した後（ステップ１１２）、そのマスク用基板に対し
て、例えば水酸化カリウムやピロカテコール等のような
アルカリ性の溶液を用いて異方性エッチング処理を施
す。この際、エッチング除去の面位が、上記エッチング
ストッパ層に至るまでマスク用基板の裏面側をエッチン
グ除去する（ステップ１１３）。

【０１３０】また、マスク周辺部の切り出しとなる領域
についても、裏面開口と主面開口とを重ね合わせること
で、マスク周辺部の切り出し寸法精度を向上させること
ができる。

【０１３１】続いて、マスク用基板を切り出した後（ス
テップ１１４）、そのマスク用基板の主面に、例えば金
（Ａｕ）等のような重金属をスパッタリング法等によっ
て堆積して保護膜を形成する（ステップ１１５）。

【０１３２】これによって、マスク用基板がＳｉのみの
軽元素であることによって生じる電子ビーム７のマスキ
ング性能の低下を抑制することができる。このようにし
て、例えば厚さ２０μｍ程度の第２マスクを製作する
（ステップ１１６）。

【０１３３】なお、上記第１マスク９についても、同様
にしてＳｉからなるマスク用基板を用いて製作すること
ができる。

【０１３４】次に、本実施例の露光装置１を制御するた
めのパターンデータ作成フローを図１７によって説明す
る。

【０１３５】入力データは、半導体集積回路装置等のよ
うな複数の繰返し図形を含むパターンデータまたは図形
に対応する情報が規定されるデータである。

【０１３６】そして、入力データは、セルと呼ばれる基
本機能素子単位での繰返し配列展開情報を持つストリー
ムフォーマット（Calma Stream Format)を用いて作成さ
れている（ステップ１１０１）。

【０１３７】これは、セル単位での素子設計を基にして
半導体集積回路装置の設計を行うことにより、繰返し配
列展開情報によるデータの変換処理および転送処理等を
容易にするためである。

【０１３８】なお、このような方式の入力データは、本
実施例に用いる電子ビーム描画装置の他に、従来の電子
ビーム描画装置やマスク検査装置の入力データとして一
般的に用いられている。

【０１３９】繰返し配列展開情報を持たない非階層ＳＴ
ＲＥＡＭ１１０２の入力データは、繰返し図形とそのピ
ッチを指定することにより、繰返し図形を抽出した後、
ステップ１１０３の階層化処理にて階層構造の入力デー
タに変換する。

【０１４０】このような複数の図形の繰返しを含むパタ
ーンデータのストリームフォーマット化に際しては、基
本図形とその繰返しの配列展開情報と非繰返し図形から
なるパターンデータとをできるだけ１つのファイルにし
ておくことが望ましい。

【０１４１】これは、複数ファイルに分散すると、パタ
ーン描画処理に際して、複数ファイルに分散された該当
パターンデータを、該当する描画領域（電子ビーム描画
の場合はビーム偏向領域）毎に検索した後、描画制御部
にデータ転送して描画する必要が生じるので、それだけ
余分に描画時間がかかるからである。また、半導体ウエ
ハ２上でのパターン合成に際して、パターン合成の指定
ファイルミス等、人為的な作業ミスを誘発し易くなるか
らである。

【０１４２】半導体集積回路パターン等のように、複数
のパターンが積層されて構成されるパターンデータにお
いては、露光装置１を制御するためのパターンデータの
作成に際して、半導体集積回路パターンのデータを、マ
スク用パターンデータと分離し、積層構成の独立したデ
ータ層に作成する。これにより、データの処理効率を向
上させることができる。ただし、半導体集積回路パター
ンは、半導体集積回路装置を構成する１工程層の完成パ
ターンとしてはデータ層が重ねられ設計図と同一となっ
て出力される。

【０１４３】続いて、ステップ１１０４のパターン分
類、ベクタ化処理によって、繰返しセル（ステップ１１
０５）、非繰返しパターン（ステップ１１０６）、サブ
トラクトパターン（ステップ１１０７）および参照関係
（ステップ１１０８）の各ファイルに分離出力する。

【０１４４】ここで、繰返しセルは、繰返し図形のデー
タファイルであり、非繰返しパターンは、それ以外の非
繰返し図形のデータファイルである。また、サブトラク
トパターンは、繰返しパターンと非繰返しパターンとの
境界処理のためのデータファイルであり、参照関係は、
配列展開情報のデータファイルである。

【０１４５】繰返しセルは、電子ビーム描画で一括転写
できる領域に入る複数の図形開孔に対応したパターンを
基準として抽出したパターンとする必要がある。この一
括転写できる領域は、ビーム強度の均一性等によって描
画精度が低下することのない範囲である。

【０１４６】電子ビーム描画では、クーロン効果と呼ば
れている制限があり、例えば電流密度１０Ａ／ｃｍ²の
電子ビームを用いた場合、半導体ウエハ２上で、例えば
ショットサイズに換算すると最大７μｍ平方程度に制限
される。

【０１４７】したがって、繰返しパターンとその配列情
報とは、半導体集積回路等のような複数の図形の繰返し
単位が、一括転写できる領域に入る複数の図形開孔に対
応したものとなっている。すなわち、繰返しパターンの
領域が小さければ、一括転写できる領域内でまとめ、そ
れが大きければ、逆に一括転写できる領域内に分割する
データ処理を行う。

【０１４８】これにより、入力データにおける複数の図
形の繰返し単位が、一括転写できる領域に入る複数の図
形開口に対応していれば、その分、データ処理時間を短
縮することができる。

【０１４９】この段階で入力データと出力データとの排
他的論理和（以下、ＥＯＲという）をとって、そのパタ
ーンデータをチェックしたり、パターン寸法を補正した
りする。

【０１５０】このパターンチェックは、非繰返しパター
ンとサブトラクトパターンとの差分による非繰返し図形
の重なり除去処理や繰返しセルの論理和による繰返し図
形の重なり除去処理を行うものである。また、この寸法
補正は、電子ビーム露光に際し、近接効果と呼ばれてい
る半導体ウエハ上での電子ビーム散乱現象による寸法劣
化を補正するためのものである。

【０１５１】続いて、ステップ１１０９のＳＬＩＣＥ
は、パターンを一度に露光するための基本図形に分解処
理するものである。

【０１５２】また、ステップ１１１０のＳＳＦ（Sub Su
b Field)分割は、本実施例の露光方法で説明した第２偏
向器１４の内で、電子ビーム７を高速度に偏向できる領
域毎に分割するものである。これは、電子ビーム７を高
速、高精度に偏向する場合、静電場を構成する電極間に
電子ビーム７を通して静電偏向する方式を用いるが、そ
の領域が、例えば１００μｍ平方程度に制限されるため
である。

【０１５３】ＳＳＦ分割処理により、ＳＳＦ単位に繰返
しパターンと、その配列情報と、非繰返しパターンとの
ファイルに分割する。ＳＳＦ単位の非繰返しパターンフ
ァイルは、ＳＳＦ内図形パターンファイル（ステップ１
１１１）、ポインタテーブルファイル（ステップ１１１
２）、ＳＳＦアレイファイル（ステップ１１１３）に分
割する。

【０１５４】繰返しセルを、ＳＳＦ内図形パターンファ
イル（ステップ１１１４）、ポインタテーブルファイル
（１１１５）に分割する。ここで、ポインタテーブル
は、図形パターンデータの格納番地の記憶テーブルファ
イルである。

【０１５５】ところで、ＳＳＦ単位に非繰返しパターン
データおよび繰返しパターンデータを持たせると情報量
が大幅に増加する。そこで、本実施例においては、ＳＳ
Ｆ配列に階層構造を持たせ、１階層のＳＦ数と同じ大き
さを持ったポインタテーブルを持たせる。

【０１５６】これによって、半導体集積回路メモリのセ
ルパターンのように１チップの中に規則正しく配列した
繰返しパターンのデータ量を少なく定義することができ
る。

【０１５７】ここで、２階層、３階層のＳＦ配列は、Ｓ
Ｆ配列コマンドからポインタテーブルによって、１階層
のパターンデータとリンクさせる。各ＳＦ単位では、そ
の領域内での繰返し情報と非繰返し情報だけを持たせ、
図形情報をポインタデータを参照することにによって容
易に読み出すことができる。

【０１５８】例えば図１８は、３階層のＳＦ配列の一例
である。このような配列は、次のようにして定義するこ
とができる。なお、図１８のＡ〜Ｄは分割領域を示して
いる。

【０１５９】３階層のＳＳＦ配列であることを示すコマ
ンドＸ，Ｙ繰返し基準となるＳＳＦの中心座標ｍ，ｎＳＳＦのＸ方向、Ｙ方向の３階層繰返し
数ｄＸ，ｄＹＳＳＦのＸ方向、Ｙ方向の３階層繰返し
ピッチｍ，ｎＳＳＦのＸ方向、Ｙ方向の２階層繰返し
数ｄＸ，ｄＹＳＳＦのＸ方向、Ｙ方向の２階層繰返し
ピッチｍ，ｎＳＳＦのＸ方向、Ｙ方向の１階層繰返し
数ｄＸ，ｄＹＳＳＦのＸ方向、Ｙ方向の１階層繰返し
ピッチＰＡパターンデータのポインタ表の先頭番
地続いて、ステップ１１１６のアレイ変換は、入力パター
ンデータの配列展開情報をＳＳＦアレイに変換処理する
ものである。図１９は、上記のＳＳＦを規定するコマン
ドの説明であり、このようにして、ＳＳＦの配列位置等
を規定することができる。

【０１６０】図１９においてＳＳＦの一次元配列を指定
するパラメータの意味は次の通りである。Ｐｎｔ．ＮＯ
はパターンデータの記憶番地表のポインタ番号である。
ｍは一次元配列のＳＳＦ繰り返し数である。ＰＡは先頭
ＳＳＦのポインタ相対位置である。ｄＰＡはＳＳＦポイ
ンタ相対位置の繰返し増分である。Ｘ₀,Ｙ₀は先頭ＳＳ
Ｆの位置座標（半導体チップ中心からの相対指定）であ
る。ｄｒ₀はＳＳＦ位置座標の繰返し増分である。

【０１６１】最後に、ステップ１１１８の合成処理によ
り、上記のデータを合成して出力する（ステップ１１１
９）。その際、次の２つの合成方法を指定することがで
きる。

【０１６２】(1).第１の方法は、出力データを次のよう
にして出力する方法である。すなわち、第２のビーム偏
向領域単位またはその分割領域単位で、繰返しパターン
データと非繰返しパターンデータとを連続して合成出力
する方法である。

【０１６３】これは、露光処理に際して、繰返しパター
ン２９と非繰返しパターン３０（図１５参照）とで露光
の状態を変えないで露光処理を行う場合であり、繰返し
パターン２９と非繰返しパターン３０との露光密度がほ
どんど変化しない場合に適応できる。

【０１６４】(2).第２の方法は、出力データを、上記第
２マスク１２の移動に対応し、第２マスク１２の移動単
位で分離して出力する方法である。

【０１６５】これは、第２マスク１２の移動に伴って、
電子ビーム照射位置と半導体ウエハ２の位置とを較正す
る必要があり、半導体ウエハ２上またはウエハステージ
１５上の基準マークを検出することにより、第２のビー
ム偏向領域の基準位置を較正するためである。

【０１６６】本実施例においては、これらの合成方法を
簡単に切り換えるために、出力データを、第２のビーム
偏向領域単位または分割領域単位で連続または分割して
合成するためのポインタテーブルが付加されている。

【０１６７】出力データ（制御データ）は、次の２つの
データを有する。第１は、上記繰返し図形に対応させた
図形開口部分のデータとして抽出されるデータであり、
第２マスク１２の図形開口に対応する識別記号（名称も
含む）データと、その転写パターンの半導体ウエハ２上
に対応する位置座標データと、その繰返し配置データと
を構成要素とするデータである。繰り返し配置データに
は、例えば繰り返し配置されるパターンのピッチのデー
タやそのパターンが何回繰り返し配置されるかを表すデ
ータ等が記されている。

【０１６８】第２は、その抽出による残りパターン部分
のデータであり、半導体ウエハ２上に対応する位置座標
データと、その繰返し配置データとを構成要素とするデ
ータである。なお、この出力データは、磁気ディスク等
のデータ記憶部３ａに合成出力されるようになってい
る。

【０１６９】ここで、一つの図形データを指定するため
には、例えば図２０に示すようなパラメータを設定す
る。本実施例においては、パターンデータ量を圧縮する
ため、例えば１／２ワード（１６ビット）列に対して、
各ビットに意味付けしている。

【０１７０】図２０（ａ）は、一括転写ビーム指定コマ
ンドを示す。Ｎａは第２マスク１２の開口部の選択番号
である。

【０１７１】図２０（ｂ）はＸ座標指定コマンドを示
す。Ｘは、図形のサブフィールド中心からの相対Ｘ座標
である。ここで、Ｘは、例えば−２1¹²Ｘ≦２¹²−１を
満たすように設定されている。

【０１７２】図２０（ｃ）はＹ座標指定コマンドを示
す。Ｙは、図形のサブフィールド中心からの相対Ｙ座標
である。ここで、Ｙは、例えば−２¹²≦Ｙ≦２¹²−１を
満たすように設定されている。

【０１７３】図２０（ｄ）は露光時間指定コマンドを示
す。Ｔは、電子ビーム７の照射時間に対応したパラメー
タを示す。実露光時間へのデータ変換は、別途時間変換
テーブルを参照して行う。

【０１７４】このようなパラメータを組合せた出力デー
タは、露光装置が許容する図形処理コマンドのフォーマ
ットの一部である。本実施例においては、図２０のパラ
メータの（ｂ),（ｃ）に区切り記号を設けた指定を定義
してある。

【０１７５】このため、所定の露光を行うためのデータ
が、例えば図２０（ｂ）のＸ座標指定のパラメータのみ
の場合でも、他のパラメータをその直前の露光の際に用
いたパラメータを参照して露光処理することができる。
これにより、データ量をさらに削減することが可能とな
る。

【０１７６】ここで、本実施例の場合、従来、必要だっ
たパターン寸法に相当するデータが意味を持たない。本
実施例の場合、第２マスク１２に形成されている予め設
定された寸法の矩形状の開口部１２ａ₁〜１２ａ₉を選
択して、それによってパターンを転写するからである。
そこで、本実施例においては、そのパターン寸法に相当
するデータをデータ量の削減のために削除してある。

【０１７７】また、本実施例においては、第２マスク１
２の開口部１２ａ₁〜１２ａ₉のパターンデータと、露
光処理に際して選択する第２マスクの開口部１２ａ₁〜
１２ａ₉のパターンデータとが各々のパターンの相対位
置関係を変更可能な状態で記憶されている。

【０１７８】このため、あるショットに際して第２マス
ク１２上の開口部を所定の開口部から他の開口部に変え
たいといった場合でも、パターンデータの書き換えによ
って容易にそれに対応することができる。すなわち、１
つの第２マスク１２を有効に使用することが可能とな
る。

【０１７９】そして、第２マスクを変更した場合におい
ても、偏向条件等をパターンデータの書き換えによって
容易に変えることができる。すなわち、露光用のパター
ンデータの大幅な変更を伴うことなく、データの作成が
可能となる。

【０１８０】このようなパターンデータ作成処理は、ソ
フトウェアプログラムをワークステーション等のような
計算機上に移植することによって自動的に行われるよう
になっている。

【０１８１】すなわち、半導体集積回路パターン等のよ
うな複数の繰返し図形情報を含むパターンデータまたは
単一の矩形のパターン情報が規定されるデータを上記ワ
ークステーション等のような計算機の磁気ディスク等に
記憶しておく。このデータを読み込み、上記のデータ作
成方法に従って処理を施す。

【０１８２】データ作成用の計算機において、入力デー
タは、半導体集積回路等のような複数の繰返し図形情報
を含むパターンデータまたは上記図形情報が規定される
データであり、磁気テープ、通信等の媒体を介して磁気
ディスク等の記憶装置に一時記憶されたものである。

【０１８３】また、出力データは、上記繰返し図形情報
部が図形開口に対応させて抽出され、第２マスク１２の
複数の図形開口の一部に対応する識別記号と、その転写
パターンの半導体ウエハ２上に対応する位置座標データ
と、その繰返しデータとを構成要素とするパターンデー
タと、上記抽出の残りパターン部分を半導体ウエハ２上
に対応する位置座標データとを構成要素とするパターン
データを磁気ディスク等の記憶装置に合成出力されたも
のである。

【０１８４】データ作成用の計算機は、本実施例の露光
装置の制御計算機と兼用しても、別の計算機を用いても
よい。ただし、別の計算機を用いた場合は、その別の計
算機と、露光装置の制御計算機とをオンライン接続する
と良い。これにより、データ処理効率を向上させること
ができる。

【０１８５】以上のようにして露光処理の際に用いる一
括転写用のパターンデータを作成することができる。

【０１８６】このように、本実施例においては、一括転
写方式の露光装置１に用いるパターンデータの作成を容
易にすることができる。また、露光処理に際して一括転
写方式を採用するので、露光処理のスループットを向上
させることができる。

【０１８７】また、上記第２マスクに用いるパターンデ
ータを、半導体集積回路パターンデータと分離し、独立
層に作成するとともに、各独立層が互いに関係を有した
状態で記憶される構成としたことにより、上記のパター
ンデータの作成効率を向上させることができる。

【０１８８】次に、制御用パターンデータとそれを用い
た制御方法の一例を図２１によって説明する。ここで
は、電子ビーム７を偏向してショット位置を制御する方
法について説明する。

【０１８９】まず、図２０に示した（ｂ),（ｃ）のビー
ムショット位置のデータを、パターンデータに含まれて
いる上位ビット列または下位ビット列からなるコードに
より、バッファメモリ５ａ（図１参照）から演算部５ｂ
を介して取り出す。このビームショット位置データは、
上記のコードデータを削除するだけで良い。このため、
本実施例においては、データ処理の高速化が可能となっ
ている。

【０１９０】取り出されたデータは、レジスタ３３に一
時的に保管された後、ステージ位置や他の電子ビーム制
御とのタイミングを合わせた状態でデジタル／アナログ
コンバータ（以下、ＤＡＣという）３４に伝送される。
そして、ＤＡＣ３４によって、ショット位置のビットデ
ータに対応したアナログ電圧が出力される。

【０１９１】このアナログ電圧は、オペアンプ３５，３
６によって電圧調整された後、ビーム偏向電極３７に印
加される。これによって、図２０の図形コマンドのパタ
ーンデータを、位置座標に対応したビーム偏向電極３７
の電圧に変換することができる。

【０１９２】次に、本実施例の露光方法に用いられる第
２マスクの検査方法を図２２によって説明する。

【０１９３】上記したように本実施例においては、第２
マスク１２の複数の開口部１２ａの各々に対応して識別
記号１２ｂ，１２ｄが設けられ、露光装置１に入力する
パターンデータを構成するデータが識別記号１２ｂ，１
２ｄを含むようにしてある。

【０１９４】すなわち、図２０で一括転写開口に対応し
て一括転写パターンのコードが付けられている。

【０１９５】このように、パターンデータに開口のそれ
ぞれに対応して転写マスクパターンの識別記号があるの
で、これを用いて、描画前に転写マスクパターンが適当
なものかどうか検査することができる。その検査を図２
２によって説明する。

【０１９６】図２２において、第１偏向器１１と第２マ
スク１２との間には、当該第２マスク１２を電子ビーム
７によって走査する際に発生する反射電子や二次電子等
の荷電粒子の量を検出するセンサ３８が配置されてい
る。

【０１９７】センサ３８の出力は、アンプ３９および切
替スイッチ４０ａを介して比較器４１の一方の入力に電
気的に接続されている。

【０１９８】また、比較器４１の他方の入力には、切替
スイッチ４０ｂを介して測定データを記憶するメモリ４
２ａが電気的に接続されている。

【０１９９】さらに、切替スイッチ４０ｂには、メモリ
４２ｂも接続されている。メモリ４２ｂには、第２マス
ク１２における転写パターンの設計データが格納されて
いる。

【０２００】まず、第１マスク９を通過した電子ビーム
７を、第１偏向器１１を制御することによって、第２マ
スク１２の開口部１２ａ₅に照射し走査するとともに、
この時に得られた荷電粒子の検出信号データをメモリ４
２ａに記憶する。

【０２０１】続いて、第２マスク１２上の複数の開口部
１２ａ₁〜１２ａ₉の一つを選択する際に、その選択し
た開口部のパターンデータと、メモリ４２ａに記憶され
た検出信号データと比較することにより、選択した転写
パターンの形状劣化や種別等を検証する。

【０２０２】その形状劣化の検証工程は、電子ビーム７
の照射に起因する第２マスク１２の開口部１２ａ₁〜１
２ａ₉の劣化を調べるたもの工程であるとともに、第２
マスク１２の継続使用の可否を判別するための工程でも
ある。

【０２０３】また、この際、露光処理中における検出信
号と、第２マスク１２の転写パターンの設計データとを
比較することも可能である。

【０２０４】ただし、第２マスク１２のパターンの検出
信号と設計データから得られる信号とは、例えばパター
ンコーナ部の丸みが異なる等、若干異なる場合があるの
で、それに応じたデータ処理を必要に応じて施す。

【０２０５】このように、本実施例の場合には、第２マ
スク１２の開口部１２ａ₁〜１２ａ₉の形状や種別等を
検証することができる。例えば第２マスク１２に付着し
た異物等による転写ミスや第２マスク１２の誤装填や開
口部の誤選択等による露光処理ミスを確実に防止でき
る。このことは、多数の第２マスク１２を使用する量産
工程等において、パターン転写作業の信頼性の向上に特
に有効となる。

【０２０６】このように本実施例によれば、以下の効果
を得ることが可能となる。

【０２０７】(1).露光処理に際して一括転写のみで可変
成形を行わないので、電子光学系の構造を簡単化するこ
とが可能となる。

【０２０８】(2).露光処理に際して一括転写のみ行い、
可変成形を行わない上、第１マスク９と第２マスク１２
との合わせ込みが不要なので、露光処理の際の調整を簡
単化することが可能となる。

【０２０９】(3).上記(1),(2) により、露光装置１のパ
ターン転写精度を向上させることが可能となる。

【０２１０】(4).上記(1),(2) により、露光装置１を安
価とすることが可能となる。

【０２１１】(5).露光処理に際して一括転写のみで可変
成形を行わないので、露光用のパターンデータにパター
ン幅やパターン長さ等のような情報が必要ない。このた
め、露光用のパターンデータの作成を容易にすることが
できる上、データ量を低減することが可能となる。

【０２１２】(6).露光処理に際して、転写パターンを一
括で転写することにより、露光処理のスループットを向
上させることが可能となる。

【０２１３】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【０２１４】例えば前記実施例においては、第１マスク
の開口部を矩形状とした場合について説明したが、これ
に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば
円形状としても良い。

【０２１５】また、前記実施例においては、第２マスク
の開口部の検査に際して、センサを用いた場合について
説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可
能であり、例えば透過型ＳＥＭ（Scanning Electron Mi
croscope）方式によって第２マスクの開口部を検査して
も良い。すなわち、第１偏向器の制御によって、第２マ
スクの開口部を電子ビームで走査し、移動ステージ上の
ビーム検出器によって、透過電子ビームを検出しても良
い。検出信号のデータ処理方法は前記実施例と同様とす
る。

【０２１６】また、電子光学系の構成は、前記実施例に
例示したものに限定されるものではなく、他の構成であ
っても良い。例えば前記実施例においては、第２偏向器
が静電２段、電磁１段の場合を説明したが、これに限定
されるものではなく、例えば静電１段、電磁１段として
も良い。また、ブランキング電極を第２マスクの下方に
設置しても良い。

【０２１７】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である電子ビ
ーム直接描画技術に適用した場合について説明したが、
これに限定されず種々適用可能であり、例えばフォトマ
スクに所定のパターンを転写する際の露光技術等のよう
な他の露光技術に適用することも可能である。

【０２１８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【０２１９】(1).前記した第１の発明によれば、露光処
理に際して一括転写のみ行い、可変成形を行わない上、
第１マスクと第２マスクとの合わせ込みが不要なので、
電子光学系の構造および調整作業を複雑にすることな
く、また、露光装置のコストを高くすることなく、露光
処理のスループットを向上させることが可能となる。

【０２２０】(2).前記した第２の発明によれば、第２マ
スク上の選択された開口部が、これから転写しようとし
ているパターンを転写するものか否かを判定することが
できるので、所望するパターンを所定基板上に転写する
ことが可能となる。

【０２２１】(3).前記した第３の発明によれば、繰返し
パターンおよび非繰返しパターンを連続または分割して
合成する際に、それらのデータの検索を容易にすること
ができるので、露光処理のスループットを向上させるこ
とが可能となる。

【０２２２】(4).前記した第４の発明によれば、第２マ
スク上の開口部のパターンデータと、所定基板上に転写
しようとしているパターンデータとを分離したことによ
り、データの作成効率を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である露光装置の全体構成の
説明図である。

【図２】第１マスクの平面図である。

【図３】第２マスクの平面図である。

【図４】図３の第２マスクの要部拡大平面図である。

【図５】一対の開口を通過した電子ビームによるＸ方向
走査およびＹ方向走査における検出信号波形のピーク位
置の説明図である。

【図６】第２マスクの位置合せ処理を説明するための説
明図である。

【図７】（ａ）はステージ移動量に対するビーム走査量
誤差を示すグラフ図であり、（ｂ）はステージ移動速度
に対するビーム走査量誤差を示すグラフ図である。

【図８】半導体ウエハの平面図である。

【図９】半導体ウエハ上に形成された位置合せマークの
平面図である。

【図１０】半導体ウエハ上に形成された位置合せマーク
の平面図である。

【図１１】第２マスクに形成された一括転写パターン開
口領域内の各開口部毎に付された識別記号の説明図であ
る。

【図１２】図１の露光装置における電子光学系の要部の
説明図である。

【図１３】図１の露光装置におけるウエハステージ系の
説明図である。

【図１４】（ａ）は繰返しパターンの単位図形の平面図
であり、（ｂ）は第２マスクの一括転写パターン開口領
域内の開口部となる繰り返しパターンの平面図であり、
（ｃ）はメモリマットの構成の説明図である。

【図１５】（ａ),（ｂ）は繰返しパターンと非繰返しパ
ターンとの連なり部での露光処理を説明するための説明
図である。

【図１６】第２マスクの製作工程を示す工程図である。

【図１７】露光パターンデータの作成工程を示す工程図
である。

【図１８】ＳＦ配列データの構成を示す説明図である。

【図１９】ＳＳＦを規定するコマンドの説明図である。

【図２０】露光パターンデータの説明図である。

【図２１】偏向手段の制御制方法の説明図である。

【図２２】第２マスクの検査方法の説明図である。

【符号の説明】

１露光装置２半導体ウエハ（所定基板）３データ保管部３ａデータ記憶部４描画制御部５制御Ｉ／Ｏ部５ａバッファメモリ５ｂ演算部５ｃ制御信号発生部５ｄブランキング電極制御部５ｅ第１偏向制御部５ｆ移動制御部５ｇ第２偏向制御部５ｈ検出部５ｈ₁ マーク位置検出部５ｈ₂ 高さ検出部５ｉ信号処理部５ｊステージ制御部５ｋローダ制御部５ｌ真空制御部６ＥＢ描画部６ａ電子ビーム光学系６ｂウエハステージ系７電子ビーム（集束ビーム）８電子ビーム源９第１マスク９ａ開口部（第１開口部）９ｂ識別記号９ｃマスク名１０ブランキング電極１１第１偏向器（第１偏向手段）１２第２マスク１２ａ一括転写パターン開口領域１２ａ₁〜１２ａ₃,１２ａ₆,１２ａ₉ 開口部（第２開
口部）１２ａ₄,１２ａ₅,１２ａ₇,１２ａ₈ 開口部（第３開口
部）１２ｂ識別記号１２ｃマスク名１２ｄ識別記号１３電子レンズ１４第２偏向器（第２偏向手段）１５ウエハステージ１６基準マーク１７，１７ａ，１７ｂ基準マーク１８ＸＹΘ駆動系１９チャンバ２０真空ポンプ２１レーザ測長部２２マーク位置検出器２３ステージ駆動部２４基準マーク部２４ａファラデーカップ部２５ａ単位図形２５ｂ繰り返しパターン２６メモリマット２７繰り返し部２８周辺部２９繰返しパターン３０非繰返しパターン３１，３２範囲３３レジスタ３４デジタル／アナログコンバータ３５，３６オペアンプ３７ビーム偏向電極３８センサ３９アンプ４０ａ，４０ｂ切替スイッチ４１比較器４２ａ，４２ｂメモリｌ_X,ｌ_y ピーク位置間距離ｌ_1,ｌ₂長さｄピッチｋショット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビーム源から放射された集束ビームを、
第１マスクにおける所定寸法の単一図形からなる第１開
口部を介して、第２マスクにおける繰り返し図形からな
る第２開口部または所定寸法の単一図形からなる第３開
口部に対して前記第２開口部および第３開口部の全体を
覆うように照射し、前記第２マスクを通過した集束ビー
ムを所定基板上の所定位置に照射する工程を繰り返すこ
とにより、前記所定基板上に所定の合成パターンを転写
することを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記所定基板を載置する載置台を移動さ
せて前記所定基板に所定の合成パターンを転写する際
に、ビーム偏向制御の範囲内で合成パターンを転写する
ことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】前記所定基板に所定の合成パターンを転
写するのに先立って、これから集束ビームを照射しよう
としている第２マスクの第２開口部または第３開口部の
識別記号を検出する工程と、その識別記号が意味するパ
ターンと、これから所定基板に転写しようとしているパ
ターンとが一致するか否かを比較する工程とを有するこ
とを特徴とする請求項１または２記載の露光方法。
【請求項４】前記所定基板に所定の合成パターンを転
写するのに先立って、前記所定基板または所定基板を載
置する載置台に記された位置合せ基準マークを検出する
工程と、前記位置合せ基準マークの検出データに基づい
て、第２マスクへの集束ビーム照射位置、所定基板への
集束ビーム照射位置および所定基板の設定位置を設定す
る工程とを有することを特徴とする請求項１、２または
３記載の露光方法。
【請求項５】前記所定基板に所定の合成パターンを転
写する露光処理の制御データが、前記第２マスクの複数
の第２開口部または第３開口部毎に付された識別記号の
データと、転写しようとするパターンの転写位置座標の
データと、繰り返し配置データとを有することを特徴と
する請求項１、２、３または４記載の露光方法。
【請求項６】前記集束ビームを前記所定基板に照射す
る際の集束ビームの偏向領域単位または分割領域単位
で、繰返しパターンのデータおよび非繰返しパターンの
データとを連続または分割して合成するために、前記制
御データに、各パターンデータの記憶番地を指示するポ
インタテーブルデータを付加したことを特徴とする請求
項５記載の露光方法。
【請求項７】前記第２マスクの第２開口部および第３
開口部のマスク用パターンデータと、これから転写しよ
うとする所定パターンのデータとを互いの位置座標が重
ねられるように関係を持たせた状態で、互いに異なるデ
ータ層に分離し記憶することを特徴とする請求項１〜６
項のいずれか１項に記載の露光方法に用いるパターンデ
ータの作成方法。
【請求項８】前記第２マスクの第２開口部および第３
開口部のパターンデータと、露光処理に際して選択する
第２マスクの第２開口部または第３開口部のパターンデ
ータとを各々のパターンの相対位置関係を変更可能な状
態で記憶することを特徴とする請求項１〜６項のいずれ
か１項に記載の露光方法に用いるパターンデータの作成
方法。
【請求項９】ビーム源から放射された集束ビームを所
定基板に照射することにより、前記所定基板上に所定パ
ターンを転写する露光装置であって、前記ビーム源と所
定基板との間に、所定寸法の単一図形からなる第１開口
部の形成された第１マスクと、繰り返しパターンの図形
からなる第２開口部および所定寸法の単一図形からなる
第３開口部の形成された第２マスクと、前記第１マスク
を通過した集束ビームを前記第２マスクの所定の第２開
口部または第３開口部の全体を覆うように照射させる第
１偏向手段と、前記第２マスクを通過した集束ビームを
前記所定基板上の所定位置に照射させる第２偏向手段と
を設置したことを特徴とする露光装置。
【請求項１０】前記集束ビームが電子ビームであり、
前記所定基板が半導体ウエハであり、前記所定パターン
が半導体集積回路パターンであることを特徴とする請求
項９記載の露光装置。