JPH1167636A

JPH1167636A - 電子ビーム描画装置及び一括図形露光法

Info

Publication number: JPH1167636A
Application number: JP9222357A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kagami; 一郎鏡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】パターン密度が低い領域でも近接効果補正後の
実用露光量を減少させることができ、電子ビーム描画ス
ループットを向上させ得る一括図形露光法を提供する。【解決手段】一括図形露光法は、矩形の開口部１１が設
けられた第１アパーチャ１０と、描画図形形状を有する
開口部が複数設けられた領域２１Ａ〜２１Ｅを複数備え
た第２アパーチャ２０とを具備した電子ビーム描画装置
を使用し、第１アパーチャ１０の該開口部１１を通過し
た電子ビームを、第２アパーチャ２０の選択された領域
２１Ａ〜２１Ｅにおける該開口部を通過させて電子線レ
ジストを露光する一括図形露光法であって、第２アパー
チャ２０の選択された領域２１Ａ〜２１Ｅにおいて、開
口部が設けられた部分以外の部分２１ａ〜２１ｅに、電
子線レジストが解像しない照射量の電子ビームを通過さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接効果補正を含
み、しかも、電子ビーム描画スループットを向上させ得
る一括図形露光法、及び、係る一括図形露光法の実施に
適した電子ビーム描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体回路パターンの微細化に対応すべ
く、近年、フォトリソグラフィよりも解像性に優れた電
子線ビーム（ＥＢ）リソグラフィの検討が行われてい
る。ところで、電子線ビームリソグラフィの実用化にあ
たっての最大の問題点の１つは、電子ビーム描画スルー
プット（以下、単にスループットと呼ぶ場合がある）の
低さにある。スループットを向上させ得る１つの方法と
して、電子線レジスト感度の向上が挙げられ、近年、加
速電圧５０ｋＶにて実用感度１０μＣ／ｃｍ²を切るよ
うな電子線レジストも出現している。

【０００３】一方、メモリセルなどの繰り返し単位領域
を一括露光することにより、電子ビーム描画ショット数
を減少させ、スループットを格段に向上させる電子ビー
ム描画技術が知られている。このような電子ビーム描画
技術は、一括図形露光法、セルプロジェクション法ある
いはブロック露光法と呼ばれている。この一括図形露光
法の原理を、従来の可変成形ビーム法と共に、図８に示
す。可変成形ビーム法においては、図８の（Ａ）に示す
ように、矩形の開口部１１１，１２１がそれぞれに設け
られた第１アパーチャ１１０及び第２アパーチャ１２０
を用いる。

【０００４】一方、一括図形露光法においては、図８の
（Ｂ）に示すように、第２アパーチャ２２０の周辺部に
複数のセルアパーチャ領域が設けられ、中央部には開口
部が設けられている。第２アパーチャ２２０全体の模式
的な平面図を図９に示す。第１アパーチャ２１０を通過
した電子ビームは、図９において点線で囲まれた第２ア
パーチャのセルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅに選択的
に入射する。各セルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅは、
メモリセルにおけるパターンなどの繰り返し性の高いパ
ターンの描画を行うための領域である。セルアパーチャ
領域２１Ａ〜２１Ｅのそれぞれには、描画図形形状を有
する開口部２２Ａ〜２２Ｅが複数設けられている。ま
た、開口部２２Ｆは、メモリ周辺部やランダムパターン
を描画するための矩形の開口部であり、従来の可変成形
ビーム法における第２アパーチャ１２０に設けられた矩
形の開口部１２１と同じ機能を有する。

【０００５】電子線ビームリソグラフィの実用化にあた
っての他の最大の問題点は、近接効果補正である。近接
効果とは、電子ビームが基板を形成する物質内で散乱
し、現像後の電子線レジストのパターン形状が歪む現象
である。近接効果を補正するための近接効果補正におい
ては、電子ビーム露光領域内の電子線レジストにおける
蓄積エネルギーが一定となるように、各描画ショットの
露光量を調整する。

【０００６】近年のパターンの微細化の要求と共に、従
来の加速電圧２０〜３０ｋＶの電子ビーム描画装置と比
較して加速電圧が高い、即ち、加速電圧が５０ｋＶ程度
の電子ビーム描画装置が多く使用されるようになってき
ている。加速電圧が５０ｋＶの場合、前方散乱半径（β
_f）が０．０５μｍ以下、後方散乱半径（β_b）が１０μ
ｍ程度と大きいため、前方散乱の影響を無視することに
より近接効果補正計算の簡略化が可能である。この方法
の１つは面積密度マップ法と呼ばれ、すでに実用化され
ている。例えば、F. Murai et al., J. Vac. Sci. Tech
nol. B10(1992)3072 を参照のこと。近接効果補正は、
基本的には、パターン密度の低い領域では露光量の補正
を大きくし、パターン密度の高い領域では露光量の補正
を小さくする。面積密度マップ法においては、先ず、電
子ビーム露光すべきパターンを数μｍの単位マトリクス
に分割し、１つの単位マトリクス内を占めるパターンの
面積を面積率として計算し、隣接する単位マトリクス間
のパターン密度を平均化する処理を施す。次に、単位マ
トリクス毎の平均化された面積率（α’）に基づき、周
辺パターンからの後方散乱に起因する蓄積エネルギーＵ
を以下の式（１）に基づき計算し、設計寸法通りのパタ
ーンが電子線レジストに形成される露光量（電子ビーム
照射量）を設定する。尚、式（１）中、ηは後方散乱係
数であり、前方散乱で電子線レジスト中に蓄積されるエ
ネルギーの総和と後方散乱係数で電子線レジスト中に蓄
積されるエネルギーの総和の比である。Ｕ（ｘ）＝η×α’ （１）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】感度の高い電子線レジ
ストを用いた場合でも、パターン密度が５０％程度と高
い場合と比較して、コンタクトホール層のパターンのよ
うにパターン密度が低い場合、近接効果に起因して近接
効果補正後の露光量が増大する結果、スループットが低
下する。具体例として、０．３μｍのパターン幅及びパ
ターン間隔を有する線状パターン（ライン・アンド・ス
ペース・パターン）の模式図を図１０に示す。尚、ライ
ンパターンを明確化するために、ラインパターンに斜線
を付した。また、０．３μｍ四角の設計ホールパターン
を、ホールパターンの中心から中心までの距離を１．５
μｍ（ホールパターンの縁部間の距離を１．２μｍ）と
して配列した場合の模式図を、図１１に示す。尚、設計
ホールパターンを点線で示す。電子線レジストに蓄積さ
れるエネルギーは、T.H.P. Chang, J. Vac. Sci. Techn
ol. 12(1975) 1271 にて提案されたＥＩＤ関数（Energy
Intensity Distribution Function）と呼ばれるガウス
関数から成る経験式である式（２）を基本的に用い、２
次元露光強度の計算から求めた。蓄積エネルギーの計算
は、各パターンの周辺に後方散乱半径（β_b）以上の範
囲で同一の繰り返しパターンが配置されているとして行
っており、これらの周辺パターンからのエネルギーの寄
与（後方散乱電子の影響）が考慮されている。ＥＩＤ関
数における前方散乱半径（β_f）を０．０５μｍ、後方
散乱半径（β_b）を１０．０μｍ、後方散乱係数（η）
を０．８として計算を行った。

【０００８】

【数１】

【０００９】図１０においては、露光量として１０μＣ
／ｃｍ²を仮定しているが、基本的には面積密度マップ
法に基づくシミュレーション（以下においても同様であ
る）の結果、設計パターンと現像後の電子線レジストパ
ターンの線幅は一致している。一方、図１１の場合、露
光量を１０μＣ／ｃｍ²として電子ビーム描画を行った
とき、シミュレーション結果によれば、設計ホールパタ
ーン寸法０．３μｍに対して、現像後の電子線レジスト
におけるホールパターン（図１１には実線で示す）の寸
法は０．１７μｍと小さくなっている。図１１の例の場
合において、もしも、設計ホールパターン寸法と現像後
の電子線レジストにおけるホールパターン寸法とを出来
る限り一致させようとすると、１７μＣ／ｃｍ²の露光
量が必要となる。１７μＣ／ｃｍ²の露光量で描画した
ときのシミュレーション結果を図１２に示すが、設計ホ
ールパターン（図１２には点線で示す）の寸法と現像後
の電子線レジストにおけるホールパターン（図１２には
実線で示す）の寸法とは、概ね一致している。

【００１０】次に、スループットの計算例を示す。実際
のＬＳＩを作製するための描画パターンの場合、パター
ン密度は必ずしも均一ではなく、様々なパターン密度が
混在している。そこで、前述の面積密度マップ法のよう
に、単位マトリクス毎の平均化された面積率（α’）に
基づき近接効果補正の計算を行うが、ここでは、図１１
あるいは図１２に示したパターン（パターン密度：４
％）が均一に存在する領域を仮定して計算する。露光量
１０μＣ／ｃｍ²及び露光量１７μＣ／ｃｍ²での露光時
間合計を、下記の表１に示す条件に基づき計算する。
尚、電子ビームを偏向した後の待ち時間（整定時間）は
ここでは考慮に入れていない。

【００１１】

【表１】総描画ショット数：１００００００００（１０⁸回）電子線レジスト上電流密度：１０Ａ／ｃｍ²

【００１２】電子ビーム描画における１描画ショット当
たりの露光時間は、Ｃ（クーロン）＝Ａ（アンペア）×
秒で表されるので、１描画ショット当たりの露光時間
は、露光量１０μＣ／ｃｍ²では１μ秒、露光量１７μ
Ｃ／ｃｍ²では１．７μ秒となる。従って、総描画ショ
ット数が１０⁸回のとき、露光量１０μＣ／ｃｍ²の場合
に要する露光時間合計は１００秒、露光量１７μＣ／ｃ
ｍ²の場合には１７０秒となる。即ち、同じ高感度電子
線レジストを用いても、パターン密度が低いほど近接効
果補正を考慮した実用露光量が増大し、スループットが
悪化する原因となっている。

【００１３】従って、本発明の目的は、パターン密度が
低い領域でも近接効果補正後の実用露光量を減少させる
ことができ、電子ビーム描画スループットを向上させ得
る一括図形露光法、及び係る一括図形露光法の実施に適
した電子ビーム描画装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の電子ビーム描画装置は、矩形の開口部が設
けられた第１アパーチャと、描画図形形状を有する開口
部が複数設けられた領域を複数備えた第２アパーチャと
を具備し、第１アパーチャの該開口部を通過した電子ビ
ームを、第２アパーチャの選択された領域における該開
口部を通過させて電子線レジストを露光する、一括図形
露光法用の電子ビーム描画装置であって、第２アパーチ
ャの前記領域のそれぞれにおいて、開口部が設けられた
部分以外の部分は、電子線レジストが解像しない照射量
の電子ビームを通過させることを特徴とする。

【００１５】上記の目的を達成するための本発明の一括
図形露光法は、矩形の開口部が設けられた第１アパーチ
ャと、描画図形形状を有する開口部が複数設けられた領
域を複数備えた第２アパーチャとを具備した電子ビーム
描画装置を使用し、第１アパーチャの該開口部を通過し
た電子ビームを、第２アパーチャの選択された領域にお
ける該開口部を通過させて電子線レジストを露光する一
括図形露光法であって、第２アパーチャの選択された領
域において、開口部が設けられた部分以外の部分に、電
子線レジストが解像しない照射量の電子ビームを通過さ
せることを特徴とする。

【００１６】本発明の電子ビーム描画装置あるいは一括
図形露光法においては、開口部が設けられた部分以外の
部分に電子線レジストが解像しない照射量の電子ビーム
を通過させるために、領域のそれぞれにおいて、開口部
が設けられた部分以外の部分には、電子ビーム描画装置
の解像度よりも細かい第２の開口部が設けられているこ
とが好ましい。あるいは又、開口部が設けられた部分以
外の部分に電子線レジストが解像しない照射量の電子ビ
ームを通過させるために、領域のそれぞれにおいて、開
口部が設けられた部分以外の部分における第２アパーチ
ャの厚さは、電子ビームの平均飛程距離よりも薄いこと
が好ましい。

【００１７】本発明においては、第２アパーチャの領域
のそれぞれにおいて、開口部が設けられた部分以外の部
分は、電子線レジストが解像しない照射量の電子ビーム
を通過させるので、パターン密度が低いパターン領域に
おける電子線レジストの蓄積エネルギー量の増加を図る
ことができる結果、換言すれば、パターン密度が低いパ
ターン領域における見掛けのパターン密度を増加させる
ことができる結果、実用露光量を減少させることがで
き、電子ビーム描画スループットを向上させることがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき本発
明を説明する。

【００１９】（実施の形態１）実施の形態１における一
括図形露光法用の電子ビーム描画装置は、第１アパーチ
ャ１０と、第２アパーチャ２０を具備している。図１の
（Ｂ）に一括図形露光法の原理図を示すように、第１ア
パーチャ１０には矩形の開口部１１が設けられている。
また、第２アパーチャ２０には、図１の（Ａ）に模式的
な平面図を示すように、複数の領域（セルアパーチャ領
域２１Ａ〜２１Ｅと呼ぶ）が備えられている。そして、
第１アパーチャ１０の開口部１１を通過した電子ビーム
を、第２アパーチャ２０の選択された領域（セルアパー
チャ領域２１Ａ〜２１Ｅのいずれか１つ）における開口
部（開口部２２Ａ〜２２Ｅのいずれか）を通過させて電
子線レジストを露光する。この電子ビーム描画装置にお
いては、第２アパーチャ２０の領域（セルアパーチャ領
域２１Ａ〜２１Ｅ）のそれぞれにおいて、開口部２２Ａ
〜２２Ｅが設けられた部分以外の部分２１ａ〜２１ｅ
は、電子線レジストが解像しない照射量の電子ビームを
通過させる。尚、図１の（Ａ）においては、部分２１ａ
〜２１ｅを明確化するために、部分２１ａ〜２１ｅに斜
線を付した。

【００２０】実施の形態１においては、第２アパーチャ
２０の領域（セルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅ）のそ
れぞれにおいて開口部２２Ａ〜２２Ｅが設けられた部分
以外の部分２１ａ〜２１ｅは電子線レジストが解像しな
い照射量の電子ビームを通過させるために、領域２１Ａ
〜２１Ｅのそれぞれにおいて、開口部２２Ａ〜２２Ｅが
設けられた部分以外の部分２１ａ〜２１ｅには、電子ビ
ーム描画装置の解像度よりも細かい（小さい）第２の開
口部が設けられている。尚、第２アパーチャ２０を除
き、実施の形態１の電子ビーム描画装置としては、公知
の電子ビーム描画装置を用いることができるので、電子
ビーム描画装置それ自体の詳細な説明は省略する。

【００２１】実施の形態１における一括図形露光法は、
矩形の開口部１１が設けられた第１アパーチャ１０と、
描画図形形状を有する開口部２２Ａ〜２２Ｅが複数設け
られた領域を複数（セルアパーチャ領域２１Ａ〜２１
Ｅ）備えた第２アパーチャ２０とを具備した電子ビーム
描画装置を使用し、第１アパーチャ１０の開口部１１を
通過した電子ビームを、第２アパーチャ２０の選択され
た領域（セルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅのいずれか
１つ）における開口部（開口部２２Ａ〜２２Ｅのいずれ
か）を通過させて電子線レジストを露光する一括図形露
光法である。そして、第２アパーチャ２０の選択された
領域（セルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅのいずれか１
つ）において、開口部２２Ａ〜２２Ｅが設けられた部分
以外の部分２１ａ〜２１ｅに、電子線レジストが解像し
ない照射量の電子ビームを通過させる。尚、第２アパー
チャ２０の選択された領域（セルアパーチャ領域２１Ａ
〜２１Ｅのいずれか１つ）において開口部２２Ａ〜２２
Ｅが設けられた部分以外の部分２１ａ〜２１ｅに電子線
レジストが解像しない照射量の電子ビームを通過させる
ために、領域２１Ａ〜２１Ｅのそれぞれにおいて、開口
部２２Ａ〜２２Ｅが設けられた部分以外の部分２１ａ〜
２１ｅには、電子ビーム描画装置の解像度よりも細かい
第２の開口部が設けられている。

【００２２】実施の形態１における第２アパーチャ２０
全体の模式的な平面図を図１の（Ａ）に示す。この第１
アパーチャ２０の中央部には、通常の可変成形ビームを
成形するための矩形の開口部２２Ｆが設けられている。
また、第２アパーチャ２０の周辺部に備えられた複数の
領域であるセルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅのそれぞ
れは、メモリセルにおけるパターンなどの繰り返し性の
高いパターンの描画を行うための領域である。図１の
（Ｂ）に示すように、第１アパーチャ１０に設けられた
矩形の開口部１１を通過した電子ビームは、図１の
（Ａ）において点線で囲まれた第２アパーチャの領域で
あるセルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅに選択的に入射
する。

【００２３】セルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅのそれ
ぞれには、描画図形形状を有する開口部２２Ａ〜２２Ｅ
が複数設けられている。しかも、セルアパーチャ領域２
１Ａ〜２１Ｅの開口部２２Ａ〜２２Ｅが設けられた部分
以外の部分２１ａ〜２１ｅには、電子ビーム描画装置の
解像度よりも細かい（小さい）第２の開口部が複数設け
られている。第２の開口部を設けることによって、パタ
ーン密度が低いパターン領域における電子線レジストの
蓄積エネルギー量の増加を図ることができる結果、換言
すれば、各セルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅにおける
パターン密度が見掛け上増加する結果、設計パターンを
電子線レジストに形成するための実用露光量が低減し、
スループットが向上する。

【００２４】図１に示した例えばセルアパーチャ領域２
１Ａの一部分を拡大した模式的な平面図を図２に示す。
このようなセルアパーチャ領域２１Ａを設けることによ
って、スループットがどの程度向上するかを、以下、計
算する。尚、図２において、点線で囲まれた部分が、開
口部が設けられた部分以外の部分２１ａである。

【００２５】描画図形形状（ホールパターン）を有する
開口部２２Ａの大きさを、一辺０．３μｍの正方形とし
た。また、開口部２２Ａの中心から、隣接する開口部２
２Ａの中心までの距離を１．５μｍ（開口部２２Ａの縁
部間の距離を１．２μｍ）として配列した。ここで、大
きさや距離の値は電子線レジスト上での値であり、第２
アパーチャ２０上での値ではない。通常、電子ビーム描
画装置においては、第２アパーチャの像を１／２５〜１
／１００倍に縮小する仕様となっている。従って、例え
ば１／２５倍縮小率の電子ビーム描画装置を使用する場
合、電子線レジスト上の設計パターン値が０．３μｍで
あっても、第２アパーチャ２０上の値は７．５μｍとな
る。以下においても、大きさや長さ、距離の表示は電子
線レジスト上での値で表現する。

【００２６】図２に示すように、セルアパーチャ領域２
１Ａにおける開口部２２Ａが設けられた部分以外の部分
２１ａには、電子ビーム描画装置の解像度よりも細かい
（小さい）第２の開口部２３Ａが複数設けられている。
これらの開口部２３Ａは、一辺０．０５μｍの正方形で
あり、４つの開口部２２Ａで囲まれたセルアパーチャ領
域２１Ａの部分２１ａには、１２×１２＝１４４個の開
口部２３Ａが配列されている。図２に一点鎖線で示す繰
り返しパターンの領域２１Ａ’が電子線レジスト上に均
一に描画される場合、繰り返しパターンの領域２１Ａ’
が無限に繰り返されると仮定すると、開口部２２Ａと第
２の開口部２３Ａを合計した開口部の平均密度（平均開
口率）は１７．８％となる。

【００２７】図１０に示したように、パターン密度５０
％における近接効果補正を考慮した最適露光量が１０μ
Ｃ／ｃｍ²であると仮定する。図１２のように、微細な
第２の開口部２３Ａを配置しない場合には、設計ホール
パターン寸法と現像後の電子線レジストにおけるホール
パターン寸法とを出来る限り一致させようとすると、前
述のとおり、１７μＣ／ｃｍ²の露光量が必要となる。

【００２８】一方、図２に示した場合において、シミュ
レーションによりＥＩＤ関数に基づく２次元露光強度の
計算を行うと、０．３μｍの設計ホールパターンの寸法
と現像後の電子線レジストにおけるホールパターン寸法
とを出来る限り一致させようとすると、１４μＣ／ｃｍ
²の露光量が必要であった。勿論、実際のＬＳＩパター
ンの場合には、パターン密度は必ずしも均一でなく様々
なパターン密度が混在しているが、ここでは、パターン
が均一に存在する領域を計算すると、図１２に示した例
と図２に示した実施の形態１の例におけるスループット
の差は以下のとおりとなる。尚、スループットを表１に
示した条件に基づき計算した。また、電子ビームを偏向
した後の待ち時間（整定時間）はここでは考慮に入れて
いない。

【００２９】先に説明したとおり、電子ビーム描画にお
ける１描画ショット当たりの露光時間は、Ｃ（クーロ
ン）＝Ａ（アンペア）×秒で表されるので、１描画シ
ョット当たりの露光時間は、露光量１４μＣ／ｃｍ²で
は１．４μ秒となる。従って、総描画ショット数が１０
⁸回のとき、露光量１４μＣ／ｃｍ²の場合に要する露光
時間合計は１４０秒となる。即ち、図１２に示した例と
比較して、図２に示した実施の形態１におけるスループ
ットは３０秒、向上している。実際に、図２に示した電
子ビーム描画パターンを用いて露光量１４μＣ／ｃｍ²
で電子線レジストを露光し現像したときのシミュレーシ
ョン結果を図３に示すが、現像後の電子線レジストには
設計値通りの０．３μｍのホールパターンが形成されて
おり、しかも、図２に示した微細な開口部２３Ａは解像
していなかった。

【００３０】尚、セルアパーチャ領域２１Ｂ〜２１Ｅの
それぞれにおいても、開口部２２Ｂ〜２２Ｅが設けられ
た部分以外の部分２１ｂ〜２１ｅに、電子ビーム描画装
置の解像度よりも細かい第２の開口部が設けられてい
る。この第２の開口部は、実質的には、第２の開口部２
３Ａと同様とすればよい。

【００３１】（実施の形態２）実施の形態２の電子ビー
ム描画装置においては、第２アパーチャ２０の領域（セ
ルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅ）のそれぞれにおいて
開口部２２Ａ〜２２Ｅが設けられた部分以外の部分２１
ａ〜２１ｅに電子線レジストが解像しない照射量の電子
ビームを通過させるために、領域（セルアパーチャ領域
２１Ａ〜２１Ｅ）のそれぞれにおいて、開口部２２Ａ〜
２２Ｅが設けられた部分以外の部分２１ａ〜２１ｅにお
ける第２アパーチャの厚さを、電子ビームの平均飛程距
離よりも薄くした。

【００３２】第２アパーチャ２０Ａは、Ｘ線マスクと類
似の方法でシリコン・プロセスにより作製することがで
きる。以下、図４を参照して、実施の形態２における第
２アパーチャ２０Ａの作製方法を説明する。

【００３３】先ず、図４の（Ａ）の模式的な一部端面図
に示すように、Ｓｉ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ構造を有する基板
を準備する。即ち、シリコン基板３０の表面に公知の方
法で厚さ約１μｍのＳｉＯ₂層３１を成膜し、このＳｉ
Ｏ₂層３１の上に公知の方法で厚さ数μｍのシリコン層
３２を成膜する。尚、従来の第２アパーチャ２１０にお
いては、シリコン層３２の厚さは、加速電圧５０ｋＶ程
度の電子ビームを止めるために約２０μｍとしている
が、実施の形態２においては数μｍとし、電子ビームの
平均飛程距離よりも薄くした。ここで、加速電圧５０ｋ
Ｖにおけるシリコン中の電子の平均飛程距離は、２０μ
ｍである。

【００３４】そして、シリコン層３２上にレジスト３３
を形成し、リソグラフィ技術に基づき、レジスト３３を
パターニングする。この状態を、図４の（Ｂ）の模式的
な一部端面図に示す。

【００３５】次に、このレジスト３３をドライエッチン
グ用マスクとして、開口部２２Ａ〜２２Ｆを形成するた
めにシリコン層３２をドライエッチングした後、レジス
ト３３を剥離する。この状態を、図４の（Ｃ）の模式的
な一部端面図に示す。尚、図４においては、便宜上、開
口部２２Ａのみを図示した。

【００３６】その後、シリコン基板３０の裏面のエッチ
ングを選択的に行うため、及び、開口部２２Ａ〜２２Ｆ
の保護のために、全面に公知の方法で窒化シリコン膜３
４を形成した後、図４の（Ｄ）に模式的な一部端面図を
示すように、シリコン基板３０の裏面上の窒化シリコン
膜３４をパターニングする。次いで、図４の（Ｅ）に示
すように、シリコン基板３０のエッチングをシリコン基
板３０の裏面から行い、最後に、図４の（Ｆ）の模式的
な一部端面図に示すように、フッ素系ガスを用いたドラ
イエッチングあるいはフッ酸などを用いて窒化シリコン
膜３４及び開口部２２Ａ〜２２Ｆの底部に露出したＳｉ
Ｏ₂層３１を除去する。

【００３７】図４の（Ｆ）に示すように、例えば描画図
形形状を有する複数の開口部２２Ａの下方のシリコン基
板３０に形成された開口部２４Ａの大きさは開口部２２
Ａの大きさよりも大きい。シリコン基板３０に形成され
た開口部２４Ａの領域が、セルアパーチャ領域２１Ａに
相当するが、開口部２４Ａの領域とセルアパーチャ領域
２１Ａとは厳密には一致していなくともよい。即ち、開
口部２４Ａの領域の大きさはセルアパーチャ領域２１Ａ
よりも大きくともよい。

【００３８】図５及び図６に、実施の形態２における第
２アパーチャ２０Ａの模式的な平面図を示す。ここで、
図５は電子ビームが入射する側から第２アパーチャ２０
Ａを眺めた平面図であり、点線で囲まれた領域はセルア
パーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅであり、実線で囲まれた領
域は開口部２２Ａ〜２２Ｅ及び開口部２２Ｆである。一
方、図６は電子ビームが射出する側から第２アパーチャ
２０Ａを眺めた平面図であり、実線で囲まれた領域は、
開口部２２Ａ〜２２Ｅ及び開口部２２Ｆである。尚、シ
リコン基板３０に形成された開口部２４Ａ〜２４Ｅの領
域には、明確化のために斜線を付した。開口部２２Ｆ
は、実施の形態１と同様に、メモリ周辺部やランダムパ
ターンを描画するための矩形の開口部であり、従来の可
変成形ビーム法の第２アパーチャ１２０に設けられた矩
形の開口部１２１と同じ機能を有する。

【００３９】実施の形態２においては、第２アパーチャ
２０Ａのシリコン層３２の厚さを数μｍと薄くすること
により、セルアパーチャ領域２１Ａ〜２１Ｅの開口部２
２Ａ〜２２Ｅが設けられた部分以外の部分２１ａ〜２１
ｅ（シリコン基板３０に設けられた開口部２４Ａ〜２４
Ｅの上方のシリコン層３２の部分）からも電子ビームが
電子線レジストに到達する結果、即ち、パターン密度が
低いパターン領域における電子線レジストの蓄積エネル
ギー量の増加を図ることができる結果、設計描画パター
ンを電子線レジストに形成するための実用露光量が低減
する。それ故、スループットが向上する。

【００４０】実施の形態２においても、描画図形形状
（ホールパターン）を有する開口部２２Ａの大きさを、
一辺０．３μｍの正方形とした。また、開口部２２Ａの
中心から、隣接する開口部２２Ａの中心までの距離を
１．５μｍ（開口部２２Ａの縁部間の距離を１．２μ
ｍ）として配列した。シミュレーションによりＥＩＤ関
数に基づく２次元露光強度の計算を行うと、０．３μｍ
の設計ホールパターン寸法と現像後の電子線レジストに
おけるホールパターン寸法とを出来る限り一致させよう
とすると、１４μＣ／ｃｍ²の露光量が必要であった。

【００４１】尚、実施の形態２においては、シリコン層
３２を透過する電子量が開口部２２Ａ〜２２Ｅを通過す
る電子量（１４μＣ／ｃｍ²）の１６．４％（２．３μ
Ｃ／ｃｍ²）になるように、シリコン層３２の厚さを調
整した。

【００４２】実際のＬＳＩパターンの場合には、パター
ン密度は必ずしも均一でなく様々なパターン密度が混在
しているが、ここでは、パターンが均一に存在する領域
を計算すると、図１２に示した例と比較して、実施の形
態２の例におけるスループットは、実施の形態１と同様
に、３０秒、向上している。また、実際に、図１１に示
したと同様の電子ビーム描画パターンを用いて１４μＣ
／ｃｍ²で露光したときのシミュレーション結果は図３
に示したと同様であり、現像後の電子線レジストには設
計値通りの０．３μｍのホールパターンが形成されてい
た。

【００４３】本発明の一括図形露光法を適用した半導体
装置の製造方法の概要を、以下、シリコン半導体基板等
の模式的な一部断面図である図７を参照して説明する。
尚、以下の説明においては、シリコン半導体基板４０の
上に、例えばＳｉＯ₂から成る絶縁層４１を公知の方法
で形成した後、この絶縁層４１上に例えばアルミニウム
系合金から成る配線材料層４２を形成し（図７の（Ａ）
参照）、係る配線材料層４２をパターニングする工程を
例にとり説明を行うが、本発明の一括図形露光法を適用
した半導体装置の製造方法は、このような工程に限定さ
れるものではない。

【００４４】先ず、配線材料層（基体）４２の上に電子
線レジスト４３を公知の方法で成膜する。そして、実施
の形態１又は実施の形態２にて説明した電子ビーム描画
装置を使用し、実施の形態１又は実施の形態２にて説明
した一括図形露光法にて、電子線レジスト４３を露光
し、現像を行う。この状態を図７の（Ｂ）に示す。次い
で、パターニングされた電子線レジスト４３をエッチン
グ用マスクとして用いて、配線材料層４２をエッチング
した後、電子線レジスト４３を除去する。こうして、図
７の（Ｃ）に示すような配線４４を絶縁層４１上に形成
することができる。

【００４５】尚、本発明の一括図形露光法を適用して、
フォトリソグラフィ用のマスクを作製することもでき
る。

【００４６】以上、発明の実施の形態に基づき本発明を
説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。発明の実施の形態にて説明した第２のアパーチャに
設けられた開口部の描画図形形状や個数、配置は例示で
あるし、領域（セルアパーチャ領域）の数や配置も例示
であり、適宜設計変更することができる。また、発明の
実施の形態１における微細な第２の開口部の大きさ、配
置状態や配置方法、数などは発明の実施の形態１に限定
されるものではなく、適宜変更することができる。ま
た、例えば、図２に示す場合においては、ＬＳＩ設計パ
ターン（電子ビーム描画パターンであり、開口部２２Ａ
が相当する）と、電子ビーム描画装置の解像度よりも細
かい第２の開口部２３Ａを合計した開口部の密度（総開
口率）を２０％としているが、開口部密度の値もこの値
に限定されるものではなく、近接効果補正を考慮した上
で最適露光量が得られるように、適宜決定すればよい。
更には、発明の実施の形態２における第２アパーチャ２
０Ａのシリコン層３２を通過する電子量も発明の実施の
形態２の値に限定されるものではなく、近接効果補正を
考慮した上で最適露光量が得られるように、適宜決定す
ればよい。総開口率を更に高くすれば、あるいは又、第
２アパーチャ２０Ａのシリコン層３２を通過して電子線
レジストに到達する総電子量を多くすれば、スループッ
トは向上する。しかしながら、一般に開口率が高くなる
と、あるいは又、シリコン層３２を通過する電子量が多
くなると、パターン形成のための蓄積エネルギーコント
ラストが低下し、プロセス裕度が低下する。また、総電
流量の増大によりクーロン効果の影響が無視できなくな
り、解像度の低下が生じる。従って、総開口率や総電子
量、換言すれば、第２の開口部の開口総面積やシリコン
層の厚さは、要求されるスループット、電子線レジスト
プロセス裕度、及びクーロン効果の影響を考慮して決定
する必要がある。

【００４７】

【発明の効果】本発明においては、パターン密度が低い
パターン領域における電子線レジストの蓄積エネルギー
量の増加を図ることができる結果、換言すれば、パター
ン密度が低いパターン領域における見掛けのパターン密
度を増加させることができる結果、実用露光量を減少さ
せることができる。それ故、電子線ビーム（ＥＢ）リソ
グラフィにおける問題点であった電子ビーム描画スルー
プットの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１の電子ビーム描画装置にお
ける第２アパーチャ全体の模式的な平面図、及び、一括
図形露光法の原理図である。

【図２】図１に示したセルアパーチャ領域２１Ａの拡大
図である。

【図３】図２に示した電子ビーム描画パターンを用いて
１４μＣ／ｃｍ²で露光したときのシミュレーション結
果を示す図である。

【図４】発明の実施の形態２における第２アパーチャの
作製方法を説明するための、シリコン基板等の模式的な
一部端面図である。

【図５】発明の実施の形態２における第２アパーチャの
模式的な平面図である。

【図６】発明の実施の形態２における第２アパーチャの
模式的な底面図である。

【図７】本発明の一括図形露光法を適用した半導体装置
の製造方法の概要を説明するための、シリコン半導体基
板等の模式的な一部断面図である。

【図８】従来の可変成形ビーム法及び一括図形露光法の
原理を示す模式図である。

【図９】従来の一括図形露光法にて使用される第２アパ
ーチャ全体の模式的な平面図である。

【図１０】ライン・アンド・スペース・パターンの模式
図である。

【図１１】近接効果を説明するための所定の間隔で配列
された設計ホールパターン、及び現像後の電子線レジス
トにおけるホールパターンを示す模式図である。

【図１２】近接効果を説明するための所定の間隔で配列
された設計ホールパターン、及び現像後の電子線レジス
トにおけるホールパターンを示す模式図である。

【符号の説明】

１０・・・第１アパーチャ、１１・・・矩形の開口部、
２０，２０Ａ・・・第２アパーチャ、２１Ａ〜２１Ｅ・
・・セルアパーチャ領域、２１ａ〜２１ｅ・・・セルア
パーチャ領域の開口部が設けられた部分以外の部分、２
２Ａ〜２２Ｆ・・・開口部、２３Ａ・・・第２の開口
部、２４Ａ〜２４Ｅ・・・シリコン基板に形成された開
口部、３０・・・シリコン基板、３１・・・ＳｉＯ
₂層、３２・・・シリコン層、３３・・・レジスト、３
４・・・窒化シリコン膜、４０・・・シリコン半導体基
板、４１・・・絶縁層、４２・・・配線材料層、４３・
・・電子線レジスト、４４・・・配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形の開口部が設けられた第１アパーチャ
と、描画図形形状を有する開口部が複数設けられた領域
を複数備えた第２アパーチャとを具備し、第１アパーチ
ャの該開口部を通過した電子ビームを、第２アパーチャ
の選択された領域における該開口部を通過させて電子線
レジストを露光する、一括図形露光法用の電子ビーム描
画装置であって、第２アパーチャの前記領域のそれぞれにおいて、開口部
が設けられた部分以外の部分は、電子線レジストが解像
しない照射量の電子ビームを通過させることを特徴とす
る電子ビーム描画装置。
【請求項２】前記領域のそれぞれにおいて、開口部が設
けられた部分以外の部分には、電子ビーム描画装置の解
像度よりも細かい第２の開口部が設けられていることを
特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項３】前記領域のそれぞれにおいて、開口部が設
けられた部分以外の部分における第２アパーチャの厚さ
は、電子ビームの平均飛程距離よりも薄いことを特徴と
する請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項４】矩形の開口部が設けられた第１アパーチャ
と、描画図形形状を有する開口部が複数設けられた領域
を複数備えた第２アパーチャとを具備した電子ビーム描
画装置を使用し、第１アパーチャの該開口部を通過した
電子ビームを、第２アパーチャの選択された領域におけ
る該開口部を通過させて電子線レジストを露光する一括
図形露光法であって、第２アパーチャの選択された領域において、開口部が設
けられた部分以外の部分に、電子線レジストが解像しな
い照射量の電子ビームを通過させることを特徴とする一
括図形露光法。
【請求項５】前記領域のそれぞれにおいて、開口部が設
けられた部分以外の部分には、電子ビーム描画装置の解
像度よりも細かい第２の開口部が設けられていることを
特徴とする請求項４に記載の一括図形露光法。
【請求項６】前記領域のそれぞれにおいて、開口部が設
けられた部分以外の部分における第２アパーチャの厚さ
は、電子ビームの平均飛程距離よりも薄いことを特徴と
する請求項４に記載の一括図形露光法。