TW201324571A - 電子束描繪裝置及其描繪方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係形成間隔為波束尺寸整數倍之二維平面內的正方格柵矩陣波束群，藉由位元映像(Bit map)信號打開/關閉(ON/OFF)須描繪之元件的網格，修整希望之波束形狀，將波束偏向於需要位置，波束狀態穩定後，打開全體遮光器(Blanker)，藉由照射波束而獲得高精度且高速之描繪圖案。賦予每一個波束之打開/關閉信號與向量掃描信號，於波束穩定後，解除全體遮光器，以少數資料量進行高精度、高速之描繪。全體拍攝(Shot)數量超過一定值時，變更圖案資料實現高速描繪。另外，個別遮光電極較佳係利用半導體反偏壓PN接合技術。

Description

電子束描繪裝置及其描繪方法
本發明係關於電子束描繪裝置及其描繪方法之一種改良。
本申請案係對日本特願2011-219530號及特願2012-120130號主張優先權之申請，上述兩申請案之內容以引用的方式補充於本申請案中。
在半導體(LSI)製程之曝光電路圖案的微影術領域中，係利用電子束描繪技術。
電子束描繪方式有各種方式，其中一種係使用多數條波束在一個方向連續掃描與描繪之多波束描繪方式。
專利文獻1、非專利文獻1中顯示使用多波束描繪方式中之遮光器孔徑陣列(BAA)的BAA方式。如第3圖所示，該BAA方式係採取將波束首先分割成多數條離散性之個別要素波束，前述多數條個別要素波束獨立打開/關閉，並在一個方向連續性掃描之描繪形式。因此，係藉由多數條離散性個別要素波束對光阻上1點之描繪部位重複曝光。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開平06-132203號公報
【非專利文獻】
[非專利文獻1] H. Yasuda, S. Arai, J. Kai, Y. Ooae, T. Abe, Y. Takahashi, S. Fueki, S. Maruyama, and T. Betsui: Jpn. J. Appl. Phys. 32(1993) 6012
【發明概要】
上述之BAA方式，由於係在掃描方向以相同波束進行描繪，對同一圖案多重曝光，並實施重疊掃描，因此浪費不少描繪時間。此外，由於在掃描方向進行多重曝光，因此拍攝失誤之狀況掌握困難。再者，因為掃描方向與非掃描方向之波束邊緣的清晰度不同，所以圖案精度不佳。
再者，由於個別要素波束與掃描同步打開/關閉，因此難以精確維持波束位置。
本發明之電子束描繪方法，係利用電子束描繪裝置，在試料上掃描複數條個別要素波束實施描繪，前述電子束描繪裝置包含：電子槍，其係在Z軸方向射出電子束；遮蔽板，其係具有在XY方向以指定之配置節距排列的複數個開口，從前述電子槍射出之電子束，獲得波束尺寸被前述開口尺寸限制之複數條個別要素波束；複數個個別遮光器(blanker)，其係個別打開(ON)/關閉(OFF)自前述遮蔽板獲得之複數條個別要素波束；全體遮光器，其係全體打開/關閉自複數個個別遮光器射出之複數條個別要素波束；及 偏向裝置，其係使通過複數個個別遮光器及全體遮光器之複數條個別要素波束皆以指定節距逐漸偏向，而對前述試料步進式掃描複數條個別要素波束；在關閉從前述全體遮光器射出複數條個別要素波束之狀態下，藉由前述偏向裝置決定複數條個別要素波束之射出方向，並且按照顯示從每一個射出方向上每1個拍攝所作成之每一個個別遮光器射出個別要素波束的打開/關閉之位元映像，控制前述複數個個別遮光器，並控制從每一個個別遮光器射出之個別要素波束的打開/關閉，從每一個個別遮光器射出個別要素波束用之處理穩定後，打開全體遮光器而射出複數條個別要素波束，對前述試料照射來自打開狀態之複數個個別遮光器之個別要素波束構成的1個拍攝，藉由前述偏向裝置將該1個拍攝照射之複數條個別波束反覆移動複數條個別要素波束之位置，而將依前述圖案資料之圖案描繪於前述試料上，前述位元映像係依據前述圖案資料及依前述遮蔽板中開口之配置節距而決定的複數條個別要素波束對試料之照射位置的比較作成，作成該位元映像時，在進行對應於前述圖案資料之描繪時算出需要拍攝數量，算出之需要拍攝數量超過指定數量的情況下，變更前述圖案資料，使需要拍攝數量小於前述指定數量。
此外，一種樣態係前述個別遮光器具有一對電極，其係使個別要素波束偏向，前述一對電極設於P型或N型半導體基板之個別要素波束通過的位置，並使用與前述半導體基板相反類型之N型或P型中摻雜雜質的半導體層，而形成於開口之側面。
依據本發明時，可提供高精度、超高速電子束描繪裝置與其描繪方法。
1‧‧‧電子束
2‧‧‧筒柱
3‧‧‧PSA-BA功能部
4‧‧‧PSA-BA基板
10‧‧‧控制裝置
11,12‧‧‧電子遮蔽板
13‧‧‧個別遮光器
14‧‧‧圓孔徑
16‧‧‧全體遮光器
17‧‧‧主偏向器
18‧‧‧子偏向器
19‧‧‧透鏡
20a‧‧‧縮小透鏡
20b‧‧‧投影透鏡
21‧‧‧電子槍
22‧‧‧矩形孔徑
23‧‧‧BAA
24‧‧‧圓孔徑
25‧‧‧主偏向器
26‧‧‧遮光器
27‧‧‧子偏向器
28‧‧‧晶圓
29‧‧‧晶片
30‧‧‧條帶
31‧‧‧主偏向範圍
32‧‧‧子域
33‧‧‧圖框
34‧‧‧BAA之影像
40‧‧‧波束
41‧‧‧波束尺寸
42‧‧‧波束間隙
43‧‧‧節距
44‧‧‧波束尺寸
45‧‧‧波束間隙
46‧‧‧節距
47‧‧‧X方向之網格尺寸
48‧‧‧Y方向之網格尺寸
51,51a-51c‧‧‧遮光電極
52‧‧‧矩形孔徑
53‧‧‧接地電極
54‧‧‧配線
55‧‧‧N型半導體
56‧‧‧基板
57‧‧‧A-A'線
58‧‧‧金屬圖案
59‧‧‧配線
61a-61j‧‧‧30nm之線及空間圖案
62a-62l‧‧‧25nm之線及空間圖案
63‧‧‧金屬
64‧‧‧配線
65‧‧‧厚膜矽基板P型半導體
66‧‧‧貼合用氧化膜
68‧‧‧矩形波束形成用分離板
71‧‧‧小區域
72‧‧‧矩形孔徑
73‧‧‧遮光電極
74a-74j‧‧‧配線群
75a-75j‧‧‧配線群
82‧‧‧小區域
84‧‧‧通孔
85‧‧‧配線群
87‧‧‧通孔
88‧‧‧配線群
101‧‧‧描繪順序控制電路
102‧‧‧記憶儲存裝置
103‧‧‧資料重排裝置
104‧‧‧串聯器
105‧‧‧驅動器
106‧‧‧雷射
107‧‧‧光二極體
108‧‧‧放大器
109‧‧‧解串器
110‧‧‧電路
111-118‧‧‧暫存器
121-128‧‧‧放大器
140‧‧‧光纖
141‧‧‧光資料通信串並聯傳送電路
142‧‧‧暫存器
143‧‧‧暫存器
144‧‧‧放大器
144a-144d‧‧‧放大器
145‧‧‧基板
145a‧‧‧PSA-BA基板a
145b‧‧‧PSA-BA基板b
145c‧‧‧PSA-BA基板c
145d‧‧‧PSA-BA基板d
146‧‧‧基板
147‧‧‧球狀閘極
151‧‧‧網格
152‧‧‧網格
161‧‧‧第一圖案
162‧‧‧第二圖案
163‧‧‧空間
171‧‧‧圖案
172‧‧‧圖案
173‧‧‧空間
174‧‧‧空間
200‧‧‧陰極
201‧‧‧抑制器
202‧‧‧引出電極
203‧‧‧陽極
204,205‧‧‧雙重節流孔
206‧‧‧雙重對準線圈
207‧‧‧電子槍室
208‧‧‧中間空間
209‧‧‧中間空間
220‧‧‧開口
221‧‧‧電極
222‧‧‧電極
223‧‧‧電極支撐半導體
241‧‧‧電子遮蔽板
242‧‧‧電子遮蔽板
243‧‧‧電性絕緣膜
244‧‧‧配線
245‧‧‧電鍍孔
251‧‧‧散熱板
301‧‧‧配線圖案
310‧‧‧矩形孔徑
311‧‧‧透鏡
312‧‧‧多種矩陣波束選擇偏向器
313‧‧‧位置偏差修正用偏向器
314‧‧‧位置偏差修正用偏向器
320‧‧‧波形
321‧‧‧波形
322‧‧‧波形
330‧‧‧描繪圖案
331‧‧‧圖形
332‧‧‧圖形
333‧‧‧實線
334‧‧‧虛線
335‧‧‧電子量分佈
340‧‧‧正方格柵矩陣波束
341‧‧‧曲線
342‧‧‧波束部
343‧‧‧波束部
344‧‧‧部分圖
345‧‧‧部分圖
345a‧‧‧顯示位元映像狀態之狀態圖
345b‧‧‧顯示位元映像狀態之狀態圖
345c‧‧‧顯示位元映像狀態之狀態圖
345d‧‧‧顯示位元映像狀態之狀態圖
541‧‧‧矽基板
542‧‧‧矽氧化膜
543‧‧‧矽氧化膜
544‧‧‧配線
545‧‧‧遮光電極
546‧‧‧接地電極
第1圖係多軸之PSA(可程式成形孔徑系統(Programmable Shaping Aperture system))使用的電子光學鏡筒圖。其係顯示具有複數個筒柱之剖面圖。
第2圖係顯示習知例之BAA(遮光器孔徑陣列(Blanker Aperture Array))筒柱的剖面圖。
第3圖係顯示習知例之BAA的每一個個別要素波束之排列圖。
第4圖係習知例之BAA的圖案描繪方法之說明圖。
第5圖係顯示波束尺寸為20nm，節距為80nm之正方格柵矩陣波束群A的排列圖。
第6圖係顯示藉由正方格柵矩陣波束群A之排列，描繪以16nm網格切斷之圖案資料的狀態圖。
第7圖係描繪30nm之線及空間圖案的說明圖。
第8圖係描繪25nm之線及空間圖案的說明圖。
第9圖係顯示位元映像資料之轉送方法圖。
第10圖係PSA-BA(可程式成形孔徑遮光器陣列(Programmable Shaping Aperture Blanker Array))基板前之位元映像資料的流程之說明圖。
第11圖係圖案描繪之轉移的說明圖。
第12圖係描繪線及空間之狀態的說明圖。
第13圖係描繪孔陣列之狀態的說明圖。
第14圖係第一圖案網格與第二圖案網格之網格尺寸同為20nm，且彼此在X方向與Y方向移位10nm時之說明圖。
第15圖係在第14圖之第一圖案網格上描繪第一圖案，在第二圖案網格上描繪第二圖案，彼此在X方向與Y方向移位10nm時之說明圖。
第16圖係第一圖案網格為20nm，且描繪第一圖案，第二圖案網格係16nm，且描繪第二圖案，第一與第二圖案之網格為8nm至16nm的說明圖。
第17圖係電子槍部之說明圖。
第18圖係PSA-BA基板之平面圖。
第19圖係PSA-BA基板之剖面圖，且係波束之成形與個別遮光器之構成的說明圖。
第20圖係PSA-BA基板之剖面圖，且係對波束之配置的說明圖。
第21圖係PSA-BA的電極之前的配線圖。
第22圖係記載可形成矩陣波束之1,2,3,4的PSA-BA孔徑圖。
第23圖係選擇第22圖所示之矩陣波束1,2,3,4的1個波束時之筒柱的說明圖。
第24圖係以線掃描描繪20nm孔時之鄰近效應修正電子強度分佈的說明圖。
第25圖係塗滿圖案中之波束強度分佈的說明圖。
第26圖係鄰近效應修正中之曝光強度分佈的說明圖。
第27圖係鄰近效應修正中之曝光強度分佈的說明圖。
第28圖係顯示用於形成本實施態樣之正方格柵矩陣波束群之開口與電極的圖。
第29圖係顯示用於形成本實施態樣之正方格柵矩陣波束群之開口與用於控制之電極的各種態樣圖。
第30圖係顯示用於形成本實施態樣之正方格柵矩陣波束群之開口與用於控制之PSA的剖面圖。
第31圖係顯示本實施態樣之正方格柵矩陣波束群的排列、用於控制之電極與配線的關係圖。
第32圖係顯示本實施態樣之個別遮光器電極、配線、絕緣及每一個半導體基板的貼合關係之剖面圖。
第33圖係個別遮光器之10×10小區域的電極配線之說明圖。
第34圖係將全體之個別遮光器分割成5×5的配線區域群而引出之說明圖。
第35圖係將全體之個別遮光器分割成5×5的配線區域群而引出之進一步詳細說明圖。
第36圖係顯示先前技術之PSA電極的剖面圖。
【用以實施發明的態樣】
以下，說明本發明一種實施態樣。
如第1圖所示，本實施態樣之描繪裝置，係由從1個電子槍21向Z軸方向射出之電子束產生複數條正方形波束(個別要素波束)，將此照射於試料之筒柱配置指定數量的多筒柱型描繪裝置。
1個筒柱具備1個電子槍21，從該電子槍21射出之電子束均勻地照射於PSA-BA基板4。PSA-BA基板4中設置正方格柵狀配置複數個正方形開口之電子遮蔽板11,12，藉由該電子遮蔽板11,12，從來自電子槍21之電子 束獲得以指定之配置節距在X,Y方向正方格柵狀排列的複數條正方形之個別要素波束。本例係獲得4×4=16條個別要素波束。在電子遮蔽板11,12之間設有個別遮光器13，藉由控制施加於該個別遮光器13之一對電極上的電壓，如第1圖中之虛線所示，個別要素波束偏向，藉此打開/關閉個別要素波束。此外，在1個筒柱中設有1個全體遮光器16，使1個筒柱之複數條個別要素波束全體偏向。圓孔徑14中，在其中心部設有開口，藉由上述個別遮光器13或全體遮光器16而偏向之個別要素波束無法通過圓孔徑14，而關閉個別要素波束，藉由個別遮光器13及全體遮光器16而關閉之個別要素波束通過圓孔徑14而向Z軸方向射出。
而後，通過圓孔徑14之個別要素波束藉由偏向裝置(主偏向器17、子偏向器18)以指定步進移動，而掃描複數條個別要素波束，進行指定之圖案描繪。
本實施態樣係以全體遮光器16關閉來自1個筒柱之全部個別要素波束，在此狀態下，依圖案資料所決定之位元映像決定個別遮光器13之打開/關閉，該動作穩定後，打開全體遮光器16，將打開/關閉控制之1個筒柱部分的個別要素波束照射於試料上。而後，步進式移動個別要素波束之照射位置，依據在每一個位置之位元映像，反覆照射個別要素波束，在指定範圍內進行圖案之描繪。
本實施態樣並非照樣描繪作為目標之描繪圖案，而是以上述描繪裝置與可照射波束之區域比較來適當變更。亦即，藉由電子遮蔽板11,12之開口的排列決定個別要素波束之配置節距。因此，每一個拍攝之個別要素波束的打開/關閉(位元映像)，以圖案資料與從電子遮蔽板11,12之開口排列而獲得的個別要素波束對試料之照射位置的排列來決定。依圖案資料，用於實現其照射 之拍攝數量可能很龐大。因此，本實施態樣在拍攝數量超過指定值的情況下，係變更圖案資料，以將拍攝數量(使用之位元映像片數)抑制在指定數量以下。
如此，因為本實施態樣之描繪裝置係藉由打開/關閉靜止狀態下之正方形波束進行描繪，所以並非能以任何尺寸之圖案、也不能用任意方法描繪者。本實施態樣取代對圖案之形狀及尺寸賦予若干限制，可同時達成高精度化及高生產量。另外，本實施態樣係使用配合元件之圖案規則的波束形成手段來形成波束。
在以下之說明，係縱向與橫向均勻配置整數個波束尺寸S之正方形波束射出部，並可將正方形波束射出部以指定之節距移動而描繪的圖案，稱為可以正方格柵網格描繪之圖案。
本實施態樣係將作為目標之圖案形狀(目標圖案形狀)，變形成縱向與橫向配置例如一邊長度為20,18,16,14,12,10,8,6,4,3,2,1nm中之1個正方形要素區域的圖案網格構成之圖案資料。亦即，將欲形成之目標圖案形狀與圖案網格比較，就圖案網格之每一個正方形區域，作成將與目標圖案形狀重疊之要素區域(網格)作為「1」，將不重疊之要素區域作為「0」的位元映像。
而後，就位元映像上對應於「1」之要素區域射出波束，藉由照射波束於標的上，描繪接近目標圖案形狀之圖案。
如此，本實施態樣並非照樣使用描繪目標之目標圖案形狀，作為描繪用之資料，而係使用將目標圖案形狀與網格圖案比較，變換成位元映像，使用位元映像作為波束控制之資料。
本實施態樣係使圖案之網格節距與正方格柵矩陣波束一致，作成效率良好之打開/關閉資料，亦即位元映像，藉由利用該位元映像進行描繪， 同時達成描繪精度與描繪速度。
這表示只要是適合須描繪之元件規則的描繪裝置，即可有效描繪。例如對於可以尺寸S=20nm網格之閃爍而描繪的圖案，以80nm節距之正方形格柵矩陣波束的閃爍執行圖案描繪。在波束之位置掃描靜止且波束之閃爍狀態為一定狀態後，使全體遮光器動作，將全體波束拍攝於被曝光物上。
以下，依據圖式說明本發明之實施態樣。
第1圖中使用之基板係為PSA-BA基板4，PSA-BA係為可程式成形孔徑遮光器陣列(Programmable Shaping Aperture Blanker Array)之簡稱。
如第1圖所示，PSA-BA基板4較佳係例如10mm之方形晶片，且逐一貼合於對直徑300mm之晶圓，通過87個筒柱排列之多筒柱全體，並以300mm φ以上之陶瓷等所形成的基板之每一個筒柱中間部來使用。藉由從第1圖之電子槍21射出的電子束1，以大致均勻之電子束強度照射PSA-BA基板4。
如第5圖所示，PSA-BA基板4具有將正方形波束(或圓波束)，以波束尺寸41整數倍大小之節距43(X方向)及節距46(Y方向)排列成正方形格柵狀，使波束通過之波束成形用之波束40。較佳的範例係，X方向之節距43與Y方向之節距46相同。
本實施態樣之PSA-BA基板4係使用高電阻之碳化矽(SiC)基板，不過亦可為矽(Si)基板。舉例來說，波束40之一邊為4μm之正方形，並以16μm之節距縱向與橫向配置。藉此通過PSA-BA基板4之波束尺寸為4μm(4μm□)，節距為16μm。舉例來說，波束在橫方向排列40個，在縱方向之節距亦為16μm，而整齊排列40個。因而，40×40=1600個正方形波束整齊排列成正方形格柵矩陣波束。全體波束配置於640μm之方形區域。
640μm之區域藉由變動率為0.1%以下之均勻性照射電子束。
第1圖中，藉由每一個波束40而形成之個別波束(個別要素波束)通過個別遮光器13的電極之間，並通過下部矩形開口後，藉由電子透鏡聚焦於由形成有微小開口之孔徑板構成的圓孔徑14之開口。
如後述，對個別遮光器13之電極施加電壓時波束偏向，電子槍之交叉影像無法通過圓孔徑14之開口，而被圓孔徑14遮蔽，不致射出到試料面上。未對個別遮光器13之電極施加電壓時，波束通過圓孔徑14之開口，表示為打開的狀態，施加電壓情況下，波束偏向，無法通過圓孔徑14而表示為關閉的狀態。
如圖所示，電子遮蔽板11、個別遮光器13、電子遮蔽板12係利用碳化矽等半導體構成之PSA-BA基板4而形成。
如此，在1600個個別要素波束之打開/關閉狀態穩定後，控制對全體遮光器16之電極施加電壓，使打開之個別要素波束通過圓孔徑14之開口，照射波束於試料上，使試料之光阻層感光。
另外，通過圓孔徑14之電子束，使用縮小透鏡20a與投影透鏡20b，例如縮小成1/200而成像於試料面上。
該成像時，個別要素波束之尺寸成為20nm□，波束之節距成為80nm。將以上之波束正方形格柵狀地排列40×40=1600個作為全體波束，而成為內部包含細微之正方形波束的3.2μm□之正方形拍攝尺寸。
1次拍攝之照射結束情況下，對全體遮光器16施加電壓，全體矩陣波束無法通過孔徑，不照射於試料面。形成所謂波束之關閉狀態。
之後，對主偏向器17與子偏向器18施加不同之電壓。同時，將1600個個 別要素波束用之遮光信號的打開/關閉資訊之新位元映像資料載入暫存器，全部重寫位元映像資料。載入新的位元映像資料時，由於個別遮光器13之遮光電極用的信號變化，電流流入PSA-BA基板4之配線上，因此卷繞配線之磁場變化。由於須通過每一個開口之波束的位置不穩定，因此全體遮光器16不射出波束，而不進行波束照射。
位元映像資料之載入全部結束，個別要素波束用之遮光器的信號變化結束，個別要素波束之打開/關閉穩定。另外，為了進行波束之掃描，主偏向器17、子偏向器18之偏向信號亦變化。而後，該波束偏向亦穩定結束後，解除全體遮光器16，而在下個試料面上的光阻層上拍攝波束。
來自電子槍21之電子束通過PSA-BA基板4後，經由縮小透鏡20a、主偏向器17、投影透鏡20b、子偏向器18而照射於試料上。這樣形成1個筒柱2。
如此，在本方式中，位元映像資料確定，全部正方形矩陣要素波束之打開/關閉狀態穩定，拍攝波束之偏向位置亦穩定後，解除全體遮光器16進行描繪。
因此，始終在波束穩定之狀態下照射於光阻層。將以上達成多波束描繪功能之機構全體，作為PSA-BA功能部3而顯示於圖式。
此外，電子束描繪裝置用於12吋晶圓(300mm晶圓)時可具備87個多軸之筒柱。這是為了使晶圓處理能力(亦即生產量)可滿足元件量產技術者要求，即每1小時為10片的值。87個筒柱全部為相同的筒柱。
每一個筒柱在筒柱之最上部具備電子槍21。電子槍21係均勻照射PSA-BA基板4，且具有可達成高亮度之LaB6的平坦頂端部之電子槍。溫度為1600K至1700K之較低溫。在頂端表面施加引出電子之強電場。通常電子槍陰極係為-50KV，而在引出電極上施加-45KV至-40KV之電位，對電子槍陰極施 加引出電場而引出電子。
從電子槍21射出之電子，陽極係為0KV，加速成50KV之電能。將電子前進方向作為Z軸方向。
電子抵達具有形成尺寸S(一邊之大小S)之正方形波束的開口部之電子遮蔽板11或電子遮蔽板12，而加以修整。例如，S=4μm。電子遮蔽板11或電子遮蔽板12具備多數個開口群。前述開口群在與Z軸正交之XY平面內部具有正方形矩陣狀之開口群，可形成節距係S之整數倍的L之完全正方形格柵狀排列的波束。在與電子遮蔽板11或電子遮蔽板12平行之平面內，亦可存在與電子遮蔽板11或電子遮蔽板12不同之複數個電子遮蔽板。該情況下，其他電子遮蔽板之開口群的尺寸S'亦可比S稍大。
以電子遮蔽板11,12成形為尺寸S，在XY平面內成形為構成正方形狀矩陣之波束群的每一個波束，通過可將波束分別獨立地偏向之個別遮光器13的2片電極之間。個別遮光器13之電極係平行平板，2片極板係為0V與0V時，由於電子不彎曲而直線前進，因此被透鏡19聚光後，通過圓孔徑14之開口。前述波束係為打開狀態。
個別遮光器13之2片電極的電壓不同時，由於通過之電子彎曲，因此無法通過圓孔徑14而被遮蔽。前述無法通過之波束為關閉狀態。
在個別遮光器13之每一個電極上施加來自電壓放大器之輸出。顯示個別要素波束之打開/關閉的資料，從對應之位元映像轉送而記憶於對應之暫存器。該資料係為「0」或「1」之信號。
藉由該「0」「1」信號控制波束之打開/關閉。「0」「1」信號稱為位元映像。正方格柵矩陣波束群一般在X方向排列整數N個，在Y方向排列整數M個， 全體存在NM個波束群。亦可N=M。該情況下，正方格柵矩陣波束群成為完全正方形之波束群。
個別要素波束通過個別遮光器13後，電子遮蔽板11亦發揮多數個個別遮光器13不致干擾電場用之防止電場干擾板的功能。防止電場干擾板接近個別遮光器13，是基於避免在鄰接之波束軌道上發生個別遮光器13之電壓干擾而設置。
波束接著通過透鏡19，而將電子槍之交叉影像成像於圓孔徑14上。
個別遮光器13與全體遮光器16將波束偏向，使波束從圓孔徑14之開口偏向而形成關閉狀態。
前述之正方格柵矩陣波束群在全部位元映像資料確定後，釋放全體遮光器16，波束通過圓孔徑14之開口(圓孔)而照射於試料面上。亦即波束通過縮小透鏡20a與投影透鏡20b而成像於試料面上。
波束為了將原為4μm尺寸之孔打開12μm間隙，以16μm節距排列，在X方向排列40個，並在Y方向亦排列40個，而在640μm正方形之區域射出1600條波束。
波束全體通過縮小透鏡20a與投影透鏡20b被縮小，以1/200投影於試料面上。因此，20nm正方形之波束離開60nm之間格，並以80nm節距在3.2μm之正方形區域排列40×40=1600個。
前述3.2μm之波束以主偏向器17掃描。該掃描之寬度為±25.6μm，並將拍攝1次之圖框作為全體來掃描。
再者，波束以子偏向器18每20nm逐次偏向，可以16次拍攝塗滿80nm之正方形區域。
計算晶圓全體之曝光時間。光阻靈敏度為40μC/cm2，電流密度為 400A/cm2，子偏向器跳越等待時間為50ns，拍攝周期為150ns，6.5MHz，描繪26mm/33mm時，曝光時間為206s。合計載台返回時間、晶圓之出入及晶圓之校準，晶圓所需時間為300s時，300mm晶圓可以12片/小時之晶圓處理量進行描繪。
子偏向器18之偏向寬可偏向80nm×80nm之四方形區域。基本上藉由X方向之子偏向器18係將尺寸為20nm之波束偏向在-30nm、-10nm、+10nm、+30nm之4點上，Y方向之子偏向器18係將尺寸為20nm之波束偏向在-30nm、-10nm、+10nm、+30nm之4點上，以16次之偏向與拍攝塗滿80μm之四方形區域。
同時，射出1600條之波束時，藉由子偏向器18之偏向而全面描繪3.2μm之邊長區域。此時，對每一個個別遮光器13分別以任意打開/關閉之位元映像資料施加3.3V至5V之電壓時，由於無法通過第1圖之圓孔徑14的圓孔，因此波束不會照射於晶圓上。藉此，藉由選擇塗佈或不塗佈3.2μm邊長內部每20nm尺寸之小區域，可描繪以20nm之網格分割的任意圖案。亦即，亦可描繪方格花紋、線及空間、一對一之孔列及如第11圖之不規則的配線圖案。
本實施態樣係以多筒柱描繪1個晶圓。因此係為多軸(Multi Axis：MA)方式。且1個筒柱內部之波束係使用可變電性、靜態固定之波束形狀可程式地變化的波束，並以向量掃描而描繪者。因此，係為PSB(可程式成形波束(Programmable Shaped Beam))方式。在此稱為MA-PSB方式。
此處，在第1圖中示意地顯示控制裝置10。該控制裝置10控制個別遮光器13、全體遮光器16、偏向裝置(主偏向器17、子偏向器18)，並且取得關於描繪圖案之圖案資料，從圖案資料生成決定每一個拍攝中個別遮光器之打開/關閉的位元映像。舉例來說，依圖案資料與電子遮蔽板11,12中之開口的配置節距逐 個作成位元映像。此外，必要時，亦可進行變更圖案資料之運算。
第2圖係為BAA(遮光器孔徑陣列(Blanker Aperture Array)系統之圖。從LaB6之電子槍21射出的電子流在Z方向前進，通過矩形孔徑22，修整為矩形波束。經由電子透鏡照射BAA23，並通過BAA23形成1024條之個別要素波束。該個別要素波束個別地藉由獨立之小遮光器電極對與圓孔徑24控制打開/關閉。BAA23亦設置遮光器26，不過這是藉由BAA23之連續掃描，在每一個列描繪結束後，遮光器起動而切斷波束者，並沒有個別要素波束之每位移打開遮光器之功能。
波束藉由主偏向器25與子偏向器27分別連續地向一個方向掃描。描繪之試料係為晶圓28。
第3圖係為BAA(遮光器孔徑陣列(Blanker Aperture Array))之波束配置圖。同時亦為電子遮蔽板之開口配置圖。BAA之開口群矩形地形成。在縱方向排列有A至H之8個矩形開口，在橫方向排列有第一至第一百二十八之128個矩形開口。
形成註記為1,3,5等奇數號之波束的矩形開口作為矩形開口，在橫方向以開口之尺寸每2個的程度平移，將其在縱方向掃描情況下，保留1個矩形不描繪之間隙。因此，註記為2,4,6等偶數號之波束可填滿該間隙。
但是，如先前之BAA描繪方法，即使配置波束，在橫方向(X方向)僅可描繪個別要素波束之尺寸整數倍的圖案。
對A列之波束，將B列之波束錯開半節距等，而將波束相互間之配置進行微妙地錯開，以細微之時序錯開控制波束之打開/關閉時間作描繪時，亦不可能進行波束尺寸整數倍以外之圖案描繪。此外，使用在掃描方向連續之鋸齒狀波 形進行掃描，並微妙地控制波束遮光器之時序，可微妙地調整掃描方向之圖案尺寸。
不過如以下所述，有很多問題。
1.在Y方向與X方向，亦即在掃描方向與非掃描方向之圖案邊緣的銳度不同。
2.掃描方向之資料容量龐大，無法儲存描繪資料全體而收入驗證用之適當資料容量限度內。用於記述每一個描繪點打開/關閉之位元映像資料欲記述至0.1nm時，300mm晶圓全體需要1020以上之資料容量。因此位元映像資料係未記憶儲存全部之圖案資料，僅矩形狀區域有記憶儲存資料，容易被提出描繪並作成位元映像資料之態樣的裝置。
但是，該類型之裝置，因為無法記憶保持中間資料之位元映像資料，所以描繪圖案中有異常時，無法特定異常之原因，因此成為可靠性非常低之裝置。
3.因為BAA元件中之配線長度對全部之要素波束不同，所以全部要素波束之波束打開/關閉信號的時序不同。因而無法控制波束之打開/關閉時序，描繪圖案之精度非常不好。
4.由於BAA元件在X方向與Y方向之尺寸不同，形狀並非正方形，一個方向較長，因此無法從電子槍均勻照射電子束。因而，要素波束中有許多電子束強度不均勻之波束。
其次說明第4圖。以BAA構成之波束群(BAA之影像34)，因為X方向較長，Y方向較短，因此連續掃描Y方向之圖框33。連續掃描而來到Y方向之指定位置時，係藉由打開/關閉驅動波束之個別遮光器，來描繪任意之圖案者。其特徵係為連續掃描，且個別遮光器以任意之時序反覆打開/關閉驅動。
圖框33之長度係為100μm，完成掃描至Y方向之最後時，再度返回到100μm之子域32的下端。在條帶描繪結束後到下一個圖框的描繪開始之間，遮光器26切斷波束，不射出波束。
其次，對新的圖框朝向+Y方向連續掃描並進行描繪。如此，在子域100μm四方形中連續描繪圖框。
再者，晶圓上之晶片圖案藉由集合多數個在X方向例如為2mm之子域32的集合體之主偏向範圍31而構成區域。將100μm之子域，在X方向例如在右方向逐次描繪20個之後，由於載台之移動方向為Y方向，因此在Y方向升高1階，此時在X方向逐次在左方向逐一描繪子域，來描繪主偏向範圍31。如此，對晶圓28描繪每一個晶片29之相同Y方向的條帶30。
如此，BAA方式、MAPPER方式或稱為PML2之大規模平行(Massive Parallel)方式，在個別要素波束之拍攝間不使用全體遮光器，僅高速地打開/關閉控制個別要素波束之遮光電極，並且在與載台連續移動方向垂直之方向進行高速波束掃描，高速進行波束之閃爍作描繪。因而，具有在1次長的掃描中，可以0.1nm單位之細微度打開/關閉個別要素波束的特質。但是，此方法係犧牲了保持龐大資料容量，並且犧牲了圖案之描繪精度者。
因為上述原因，導致忽略了高速之多數個波束遮光器驅動時，電流流入配線造成電子束搖晃之可能性的結果。
此外，BAA中使用之元件，係使用矽氧化膜或矽氮化膜等絕緣物，因為散射波束儲蓄電荷或電子線而造成絕緣膜破壞者。本實施態樣由於使用本質半導體、非晶形半導體、PN接合，並講求使用半導體之耗盡層的絕緣手段，因此，因散射波束儲蓄電荷或電子線造成絕緣膜破壞的情況減低。
第5圖係為本實施態樣之PSB(可程式成形波束(Programmable Shaping Beam))拍攝情況之說明圖。
網格之波束40尺寸係為20nm，節距係為4倍。尺寸S=20nm□之正方形波束以節距4倍之80nm節距排列成正方形格柵。圖中之41係為X方向之波束尺寸，42係為X方向之波束間隙，43係為X方向之波束的節距，44係為Y方向之波束尺寸，45係為Y方向之波束間隙，46係為Y方向之波束的節距。
第5圖僅描繪3×3個之9個波束，不過實際上係為40×40個之1600個波束40並列。由於S=20nm，因此在波束間有20×3=60nm之間隙。波束之節距在X軸、Y軸均為20nm×4=80nm。一般圖案係按照適當之位元映像資料對波束進行打開/關閉控制，個別要素波束在打開狀態或關閉狀態穩定後，以全體波束進行1次拍攝曝光。其次開啟全體遮光器，將全體波束形成關閉狀態，將下一次拍攝之位元映像資料放入暫存器，波束之打開/關閉狀態形成一定狀態，且子偏向器朝向80nm四方形之指定位置的偏向穩定後，解除全體遮光器，進行下一次拍攝曝光。
如此，以16次拍攝描繪80nm四方形時，藉由1600條波束描繪3.2μm四方形結束。之後，亦可將主偏向器偏向，轉移到下一次之3.2μm四方形的描繪。
依圖案資料，超過16次拍攝時，亦可進行多餘地拍攝，亦可形成3.2μm任意之中間值進行描繪。
本實施態樣之特徵係同時拍攝之波束藉由位元映像決定打開/關閉狀態，以及該波束之拍攝係在波束之位置、強度穩定後進行。亦即，係在複數個同一尺寸之正方形波束在正方形格柵矩陣之格柵點，並靜止於須一定時間描繪之基板上的狀態下同時給予描繪。由於係依位元映像取得打開或關閉狀 態，因此特定之波束打開或關閉取決於圖案資料。
第6圖係顯示使用第5圖之網格尺寸20nm之正方矩陣波束群，可以網格尺寸16nm，描繪節距為16nm之5倍的80nm之正方形格柵矩陣圖案的圖。亦即，描繪16nm之網格時，全體波束遮光器打開之時間降低為0.8×0.8=0.64倍，每16nm使子偏向器移動，藉由位元映像資料控制個別要素波束之打開/關閉進行描繪，可描繪16nm之網格圖案。圖中之47係為X方向之網格尺寸，48係為Y方向之網格尺寸。
與20nm網格圖案之描繪情況不同者，子偏向器之前進節距從20nm變成16nm，及塗滿80nm四方形的情況下，需要25次拍攝，而並非16次拍攝。此外，為相同光阻靈敏度時，每個波束之照射時間為64%。子偏向器之等待時間並未如此變化時，全體描繪時間將延遲若干。但是，16nm網格之圖案可以20nm之正方格柵矩陣波束群之描繪裝置取代來描繪的意義是很大。
第7圖敘述使用20nm尺寸，80nm節距之網格的正方格柵矩陣波束群，描繪在Y方向係為直線，在X方向具有30nm之線與30nm之空間反覆(30nm之線及空間)的圖案之方法。圖中之61a,61b-61j係為本例之線及空間的圖案。
一般而言，使用80nm節距之正方格柵矩陣波束情況下，將須描繪之線及空間設為T，求出T=60nm時之正方格柵矩陣波束之節距80nm的最小公倍數。此時為240nm。
由於原來80nm節距之正方格柵矩陣波束中，在自起點240nm距離之部位亦存在波束，因此，在X方向描繪30nm之線及空間時，亦可打開該240nm距離之波束來使用。
第7圖第1列之(1)與(4)與(7)之波束在描繪30nm之線及空間時亦可同時打開。須描繪之30nm線及空間的位置，以主偏向器將80nm節距之正方格柵矩陣波束向右方向錯開5nm，且將曝光量從20nm線寬增大為30nm線寬。此外，亦可使用相同的(1)與(4)與(7)之波束，少許錯開，將曝光量分割為二，而分割成在須描繪重心之30nm線及空間中心的2個拍攝。
但是，描繪通常之20nm的網格時之(2)與(3)的波束，在該圖上雖以虛線註記，不過為關閉狀態。
同樣地，第2列係使用(1)與(4)與(7)之波束，錯開65nm進行描繪。
同樣地，第3列係使用(1)與(4)與(7)之波束，錯開135nm進行描繪。
同樣地，第4列係使用(1)與(4)與(7)之波束，錯開195nm進行描繪。
第5列應係使用(1)與(4)與(7)之波束，錯開245nm進行描繪者，不過由於正好第1列須描繪之波束正打開，因此不需要描繪第5列。
在Y方向由於需要以相同偏向器資料進行描繪，因此，比較僅X方向之拍攝數量時，在塗滿情況下，可以伴隨子偏向器之移動的4次拍攝完成描繪，不過亦可以伴隨主偏向器之移動的4次拍攝來描繪。由於偏向器之等待時間長，被認為有若干拍攝時間延遲，雖稱不上是相對高速化，但是並非描繪速度顯著降低。
第8圖敘述使用20nm尺寸，80nm節距之網格的正方格柵矩陣波束群，描繪在Y方向係為直線，在X方向具有25nm之線與空間的圖案之方法。圖中之62a,62b-62l係為本例之線及空間的圖案。
由於80nm與50nm之最小公倍數為400nm，因此可同時射出(1)與(6)之波束進行描繪。如此，需要第1列至第8列之拍攝，而不需要第9列之拍攝。通常 之塗滿圖案需要4次拍攝者變成為8次拍攝，雖描繪速度降低，但是並非效率顯著惡化。
如此，即使為硬體具有之正方格柵矩陣波束的節距80nm與圖案資料之節距不一致的圖案，藉由創造此描繪方法，仍可某種程度避免生產量降低，而無須顯著增加拍攝數量。
但是，與80nm之最小公倍數特別大情況下，因為可同時給予描繪之波束數量顯著變小，所以全體圖案之拍攝數量變得龐大。
例如以波束尺寸20nm為基本的正方格柵矩陣波束時，須描繪之圖案的基本網格為19nm、21nm或23nm(即與20nm為質數)的情況下，最小公倍數的值變得龐大，這表示同時可使用之波束數量顯著變少，而成為1600之1/20至1/40以下，作為多波束之效率顯著降低。
例如在20nm之4倍的80nm節距上縱向與橫向每一個配置40個之PSB波束情況下，應描繪之元件圖案僅為1600nm節距之描繪圖案時，僅9次拍攝使用波束照射。該情況下，由於僅為9/1600的程度給予波束照射，因此效率非常差。
因此，在元件圖案之設計規則中，必須將圖案網格尺寸不大於一定倍率以上。
該情況下，使該區域之圖案規則儘可能變化，局部地將圖案規則逐漸嚴格，使最小公倍數不致超過指定值，適當縮小與20nm之最小公倍數，以改變成多波束之同時可使用的波束數量變大的圖案資料為目標，避免作為元件之速度、面積等明顯惡化，在不影響功能之範圍內修正圖案資料乃為上策。
藉此，有效使用多波束，減低拍攝次數，有助於描繪之生產量提高。
第9圖係記載將正方格柵矩陣波束全體之位元映像資料(例如 1600個1與0的位元映像資料)作為信號傳送至PSA-BA基板用的電路圖。
晶圓上全部半導體元件之晶片的描繪資料，在容許複數個位元尺寸S後，可分割成每個指定尺寸S之正方格柵矩陣構成的位元映像資料與全體波束矩陣之描繪位置座標資料。
首先將全部描繪圖案資料如前述分割成位元映像資料與描繪位置座標資料，事先儲存於記憶儲存裝置102中。第9圖之說明僅敘述位元映像資料之傳送方法。
藉由來自描繪順序控制電路101之信號，從記憶儲存裝置102讀取位元映像資料，通過資料重排裝置103轉送至串聯器104，資料變形成高速傳送而連續之位元列。來自串聯器104之信號通過驅動器105，光傳送情況下導入雷射106。此時雷射傳送電路從2 Gbps改為以10 Gbps之速度高速傳送。
以光二極體107接收光，通過放大器108變成電壓信號。
其後，通過解串器109並聯化，並聯化傳送至暫存器111至暫存器118之8個暫存器(111~118)。每一個暫存器111至暫存器118之暫存器長度係為208位元。此外，解串器109之速度係為62.5MHz。此外，每一個暫存器111~118之信號分別以放大器121~128放大後輸出。
合計8個暫存器儲存1600位元之位元映像。全體位元映像於描繪時以最高描繪頻率10MHz描繪而消耗，因此從解串器至解串器之電路110至少需要並聯化保有8個以上之複數個。
該並聯程度，於光傳送元件亦即雷射為主之元件係為高速時，可減低並聯數量。
此外，第9圖之說明係使用光傳送之串聯器、解串器而構成， 不過光傳送部分亦可替換成電傳送之電路。此時之宗旨主要著眼於使用串聯器與解串器以減少資料信號數量，及在資料傳送之中間部的高速化。
從暫存器通過放大電路進行電壓放大，連接於對PSA-BA基板之傳送配線系統。
第10圖顯示從光資料通信串並聯傳送電路141通過暫存器142、通過暫存器143、通過放大器，連接於對PSA-BA(可程式成形孔徑-遮光器陣列(Programmable Shaping Aperture-Blanker Array))基板之配線圖。有暫存器142與暫存器143的兩段，係即使有幾個暫存器之閂鎖時序偏差時，若同時將全部暫存器閂鎖時，為了使1600個波束之時序，除了配線延遲等之微少量，可大致時序吻合而使用兩段之實施例。
將暫存器143之輸出作為放大器144之輸入，位元映像係為<1>波束打開時，放大器輸出為0V，因為相對電極為0V，所以波束成為打開。位元映像係為<0>=波束關閉時，放大器144之輸出為+5V，因為相對電極為0V，所以波束關閉。
第10圖中顯示PSA-BA基板與各種功能元件之安裝。這在多筒柱之中表示1個筒柱部分。
PSA係每1個筒柱單元以一個群形成。PSA之構成，從外周部向PSA中心，在外周部有包含光纖140與受光器之光資料通信串並聯傳送電路141。光資料通信串並聯傳送電路141主要由光化合物半導體形成。
關於串聯、並聯資料變換之暫存器142,143由矽之裸晶片而形成。該暫存器以二或三段形成。驅動PSA之個別遮光器的放大器144由矽之裸晶片而形成。
BAA之本體的基板(PSA-BA基板145)主要由碳化矽、重金屬膜及導熱性金 屬膜形成。
前述4個要素搭載於另外之基板146上，該基板146例如為陶瓷製，其中作配線，以球狀閘極147之陣列結合，或是在基板上附加焊墊而連線焊接。
此外，同為半導體基板之暫存器142,143及放大器144亦可採用一體型而形成。
本實施態樣之PSA-BA基板係以銅配線而形成於碳化矽基板中。絕緣膜主要為高電阻碳化矽、非晶形碳化矽、高電阻矽或非晶形矽。
放大區域板係為矽基板，且以CMOS製程製作。暫存器142,143亦為矽基板，且以CMOS製程製作。光資料通信串並聯傳送電路多為由包含砷化鎵(GaAs)之第III-V族構成之光半導體來製作。此等基板及製程全部共通之可能性低。該情況下，係使用切斷各種基板而接著於陶瓷或環氧基板上，藉由球狀閘極陣列進行配線連接，或是藉由基板貫穿孔進行配線連接。或是亦可使用連線焊接等，不過手續較為繁複。
此等PSA-BA基板及各種元件的電性絕緣上需要注意，藉由使適當冷卻之基板熱性接觸，實施冷卻，確保溫度穩定性很重要。
為了避免PSA-BA基板之波束軸附近及全部光傳送元件受到波束之儲蓄電荷與照射波束而破壞絕緣，將散射波束之範圍僅限定於PSA-BA基板之中心附近很重要。
另外，只要可滿足功能需求，亦可替換各種元件之材料。
第11圖顯示描繪隨機的配線圖案時之正方格柵矩陣波束全體的舉動。
須描繪之元件配線圖案係為灰色區域，且經過切邊部分之內部係需要塗滿之 區域。正方格柵矩陣波束中，塗滿區域之內部的個別要素波束之位元映像為打開。正方格柵矩陣波束中，塗滿區域外部之個別要素波束的位元映像為關閉。
波束掃描係藉由子偏向器以20nm節距縱向與橫向掃描，在穩定狀態下，全體波束遮光器打開進行描繪，一般而言，16次拍攝即可描繪任何圖案。波束掃描之方法並非光柵掃描，向鄰接拍攝位置之偏向係向量掃描地進行。此外，掃描波形係為步進狀，掃描波形之上昇係全體遮光器形成關閉狀態。掃描波形穩定達到一定值之後，解除全體遮光器進行曝光。
依第11圖之波束配置，第一次拍攝為子偏向器在X=-40nm,Y=+20nm之位置進行拍攝後，起動全體遮光，重寫位元映像資料，子偏向器在X=-20nm,Y=+20nm之位置將波束偏向後，解除遮光描繪第二次拍攝。
同樣地，第三次拍攝係重寫位元映像資料，於子偏向器在X=0nm,Y=+20nm之位置進行拍攝。
以下，第四次拍攝在X=+20nm,Y=+20nm之位置進行拍攝。
第五次拍攝在X=+20nm,Y=+0nm之位置進行拍攝。
第六次拍攝在X=0nm,Y=0nm之位置進行拍攝。
第七次拍攝在X=-20nm,Y=0nm之位置進行拍攝。
第八次拍攝在X=-40nm,Y=0nm之位置進行拍攝。
第九次拍攝在X=-40nm,Y=-20nm之位置進行拍攝。
第十次拍攝在X=-20nm,Y=-20nm之位置進行拍攝。
第十一次拍攝在X=0nm,Y=-20nm之位置進行拍攝。
第十二次拍攝在X=+20nm,Y=-20nm之位置進行拍攝。
第十三次拍攝在X=+20nm,Y=-40nm之位置進行拍攝。
第十四次拍攝在X=0nm,Y=-40nm之位置進行拍攝。
第十五次拍攝在X=-20nm,Y=-40nm之位置進行拍攝。
第十六次拍攝在X=-40nm,Y=-40nm之位置進行拍攝。
子偏向器之通常偏向範圍配合波束之尺寸，係為X=±40nm，Y=±40nm，全體為80nm之四方形區域，且以16次拍攝來塗滿1次以完成掃描。但是子偏向器係為向量掃描，為X=±40nm，Y=±40nm之範圍時，可在任意位置偏向。通常之圖案以16次拍攝即完成曝光。
其次，將主偏向器在+X方向增加3.2μm偏向後，再度使用子偏向器進行16次拍攝之描繪。如此反覆進行，使載台向Y方向移動，將3.2μm之四方形區域，在X方向配置16個，以51.2μm寬進行偏向描繪，在X方向描繪一列後，在Y方向朝向載台之進行方向前進3.2μm，更新主偏向器，再度反覆進行X方向之描繪。
其後，在鄰接例如在+X方向改變主偏向器之偏向電壓，跳越3.2μm，對新的描繪區域，同樣執行3.2μm邊長之描繪。
載台位置係讀取雷射干擾儀之值，加上距離理想位置之偏差部分，並施加於主偏向器，實際上如同載台未移動，為了在試料面上之同一部位偏向控制波束，而進行載台位置之跟蹤的方法。
本例中，載台係在Y方向移動。
藉由雷射干擾儀讀取搭載了被曝光對象物晶圓之載台的X軸方向與Y軸方向的位置。並以約10MHz程度讀取。
將作為目標之描繪位置與雷射干擾儀之偏差部分施加於主偏向器，追蹤載台 位置，如同被曝光對象物晶圓對波束為靜止之情況進行描繪。
X方向之掃描寬為51.2μm，以16次之3.2μm邊長的曝光，結束X方向一列之曝光。
此時，在Y方向曝光圖框寬51.2μm之圖框。
X描繪-25.6μm至+25.6μm寬之條帶。主偏向器之中心朝-24μm,-20.8μm,-17.6μm,-14.4μm,-11.2μm,-8μm,-4.8μm,-1.6μm,1.6μm,4.8μm,8μm,11.2μm,14.4μm,17.6μm,20.8μm,24μm之16個部位偏向波束。
第11圖係每一個個別要素波束之尺寸均為20nm之情況者，不過亦可將相同圖改寫為個別要素波束係為16nm、12nm、8nm或4nm。
此等情況下，為了不使生產量降低，需要增加正方格柵矩陣要素波束的數量，並將全體電子束量大致保持一定。
就第12圖作說明。須描繪之圖案係為在橫方向長1：1的線及空間。
正方格柵矩陣波束觀看圖左端部時，係形成第1列為7個，第3列為8個，第5列為8個，第7,9,11列為7個連續之波束打開，其以外之附近波束關閉的位元映像。
首先切斷全體遮光器，按照前述之位元映像使個別要素波束打開/關閉，將主偏向器與子偏向器向量掃描地偏向於指定位置後，解除全體遮光器，將編號1之波束群曝光。
其次，使全體遮光器動作，切斷波束，載入新之編號2的位元映像。不過第12圖中，編號1,2,3,4,5,6,7,8在圖式之範圍內，位元映像係全部相同。即使全部相同，在作為新的位元映像來登錄中，亦可重新載入。
但是，位元映像全部相同時，新的位元映像亦可採取不載入的方法。此種決定係一種資料壓縮的方法。不過要素數量為1600位元之位元映像不限於全部相同，即使僅一部分相同也可，而全部不一致者，資料壓縮方法繁雜，全部資料量反而變多，反而無法達成資料壓縮之主要目的。因此有效之資料壓縮，將1600位元分割為十六等分，若100位元程度一致時，照樣使用之前資料程度的壓縮方法可能會有效。
將編號2之位元映像載入後，使子偏向器在X方向移動+20nm，解除全體遮光器，以正方格柵矩陣波束曝光。曝光時間結束後，使全體遮光器動作切斷波束。
同樣地進行編號3,4之波束曝光。藉此，完成第1列、第3列、第5列、第7列、第9列及第11列之線描繪。
編號4之波束曝光結束後，使子偏向器在Y方向移動-40nm，以編號5之波束進行曝光，繼續使子偏向器在X方向移動-20nm，並以編號6,7,8之波束進行曝光，藉此，完成第2列、第4列、第6列、第8列、第10列及第12列之線描繪。
第12圖之1：1線及空間圖案，亦即使用向量掃描，以8次拍攝之描繪完成全體之曝光。由於全面塗滿為16次拍攝之描繪，因此以0.5倍的描繪時間即完成。
第13圖係說明孔與空間為1：1之圖案描繪。
正方格柵矩陣波束在第1列從(1,1)持續到(1,6)，第3列從(2,1)持續到(2,7)，第5列從(3,1)持續到(3,7)，第7列從(4,1)持續到(4,6)，第9列從(5,1)持續到(5,6)，第11列從(6,1)持續到(6,6)之間的波束係以位元映像打開之狀態。
首先，子偏向器在編號1之孔位置的狀態下，解除全體遮光器，曝光照射波束。形成全體遮光器關閉波束之狀態後，子偏向器在X方向移動+40nm，對編號2之孔曝光。形成全體遮光器關閉波束之狀態後，子偏向器在Y方向移動-40nm，對編號3之孔曝光。形成全體遮光器關閉波束之狀態後，子偏向器在X方向移動-40nm，對編號4之孔曝光。
就是在孔與空間為1：1之圖案描繪中，與完全塗滿比較，因為以4次拍攝之描繪可描繪3.2μm之四方形區域，所以以16次拍攝描繪時之0.25倍的曝光時間即可完成。因而生產量極可能達到4倍。
第14圖顯示發生網格移位時之格柵圖。亦即，正方格柵矩陣為20nm網格多被認為是粗糙。但是，即使波束排列為20nm之4倍的80nm節距之正方格柵矩陣波束，由於可藉由偏向器向量偏向，因此，即使是對實線之網格151縱向與橫向偏差10nm之格柵點仍可描繪。此以虛線之網格152來表示。此外，亦可以其他偏差方法形成之波束進行描繪。亦即，容許拍攝數量某種程度增大時，在相同區域可描繪各種偏差之網格圖案。
第15圖顯示藉由偏差網格進行描繪之例。第15圖係對第14圖之網格，以位元映像資料定義打開/關閉圖案，而形成圖案資料者。第一圖案161係對20nm之網格使用打開/關閉之位元映像進行描繪。第二圖案162對在X方向與Y方向移位10nm之網格，使用打開/關閉之位元映像進行描繪。因此，第一圖案與第二圖案之空間163為10nm。再者，顯示即使使用同一正方格柵矩陣波束仍可將具有不同網格之圖案混合在同一區域進行描繪。
第16圖中記載使網格移位之圖案的例2。圖案171係20nm網格之圖案。圖案172係以16nm逐次運送移動子偏向器，減少曝光量進行描繪之 圖案。可描繪在5條橫線之上下具有16nm之空間173的圖案。另外，空間174位於橫線之左右。
第17圖係說明本系統使用之電子槍周圍配置者。係設計成陰極200可從頂端部均勻照射電子之熱電場放射TFE電子槍。
從TFE電子槍在引出電極202上，對陰極200施加正電壓而引出電子。陰極200通常帶有負50KV程度之負電位。引出電極202係負45KV至負40KV之電位。元件符號201係為抑制器。
再者，以陽極203(電位0V)將電子加速。電子光學鏡筒之下部流入臭氧，用於清潔筒柱內部。由於臭氧濃度通常為10至20%，因此流入之氧為90%至80%。為了避免氧與臭氧吸附於電子槍表面之LaB6氧化導致老化，使用雙重節流孔204,205，將中間空間208,209以渦輪分子泵等抽出中間氣體，朝電子槍迅速形成良好的真空程度。由於節流孔為直徑100μm等之小孔，因此為了使電子容易通過2個節流孔，需要在陽極附近，以雙重對準線圈206將電子束偏向，使其通過節流孔。由於渦輪分子泵容易振動，因此較佳係具備除振功能或振動修正功能。
儲存陰極及引出電極之電子槍室207，以離子泵或渦輪分子泵抽成真空。
第18圖記載前述PSA-BA基板之核心技術。並敘述用於形成正方格柵矩陣波束群之手段。
藉由均勻之電子束照射電子遮蔽板。在4μm之四方形的開口220中修整波束，射出具有4μm之四方形剖面的波束。4μm之四方形的開口220以16μm節距形成正方形矩陣。亦即，在X軸方向(橫方向)以16μm節距排列，在Y軸方向(縱方向)以16μm節距排列，X軸與Y軸彼此正交。
在4μm之波束通過軸的兩側設置個別遮光器之2片的一對電極221,222。個別遮光器之2片的一對電極221,222以夾著全部個別要素波束之形狀排列。
第18圖係全部電極群排列於同一方向而構成平行電極群，不過此等方向亦可每一個不相同，只須可將波束個別偏向即可。此外4μm之尺寸亦可為其他數值。
第19圖中記載PSA-BA基板之剖面技術。
波束係從第19圖之上部照射，修整波束，具有偏向之功能的PSA-BA基板。
在最上部具有由金屬或半導體之非晶形基板所形成的電子遮蔽板242。第19圖之矩形開口尺寸為6μm，這是因為不使電子遮蔽板242將波束完全修整，具有阻止大部分電子束之功能。實際上設於第19圖中央部之半導體基板的電子遮蔽板241之4μm孔係擔任波束修整之主要功能，電子束之綜合熱量藉由最上部之電子遮蔽板241吸收大約90%以上之熱。
電子遮蔽板242例如由碳化矽半導體形成，厚度例如為10至20μm。碳化矽具有與銅同樣之熱傳導率。
具備波束開口之區域的尺寸係為640μm四方形情況下，藉由將導熱性佳之高熔點金屬板，厚度為數百μm至2,3mm以上，且開口部之大小為640μm四方形以上的散熱板251設置於電子遮蔽板242之上，可排出來自電子槍之熱。
如此，為了將比電子遮蔽板242之640μm四方形區域大的部分之溫度保持在常溫，亦即23℃附近之溫度，由碳化矽構成之電子遮蔽板242將10至20μm之薄膜區域全體大小的640μm四方形區域內部之溫度上昇抑制在1至5℃以內。
配線244之電性絕緣膜243由本質半導體構成。
在第19圖最下部還存在具有開口6μm四方形之電子遮蔽板 242，不過該電子遮蔽板242若不與配線區域及電極接觸，電子遮蔽板242亦可使用一般金屬或低電阻之半導體的其他材料之基板。
與第19圖之配線區域及電極接觸情況下，電子遮蔽板242需要使用高電阻之半導體基板或非晶形半導體。
第19圖之具備開口4μm四方形的電子遮蔽板241，在該情況下由碳化矽之高電阻或絕緣性之半導體基板構成。厚度約為2μm。
厚度2μm之半導體基板可相當精密地實施4μm之四方形開口的加工。4μm之四方形開口在通過6μm之四方形開口的電子束中進一步修整邊緣部分。在電子遮蔽板241之上面形成用於從第19圖之外部施加電壓至個別遮光器之偏向電極的電極221,222之配線244。此處之配線材料使用銅。亦可為低電阻之高熔點金屬的其他材料。
在配線的厚度為1μm的程度下，配線深為0.5μm，配線間隔為0.1μm至0.5μm的程度。配線244間與配線244下部的配線部之電性絕緣膜243在該情況下，係使用非晶形的碳化矽，但也可以為使高電阻的半導體之配線244絕緣的其他材料。
從配線244在電子遮蔽板241中通過貫穿孔，以銅形成電鍍孔245，在電子遮蔽板241之下部形成個別遮光器之2片的一對電極221,222。個別遮光器之2片的一對電極221,222厚度為2μm，高度為20μm至100μm。因為電子通過電子遮蔽板241之4μm的開口部，個別遮光器之2片的一對電極221,222露出，電極背面為了固定鄰接之個別要素波束的個別遮光器之2片的一對電極221,222，背靠背地經由碳化矽之電極支撐半導體223，維持機械性之構造強度。個別遮光器之2片的一對電極以銅形成。
以第19圖敘述特徵時，個別要素波束通過之4至6μm□的開口周邊及全體完全不使用絕緣物。
在過去之先前技術BAA專利文獻(日本特開平06-132203號公報)，為了進行配線等之絕緣而使用絕緣物。
過去之BAA元件的致命性缺點係為了在元件內部之電極上施加電壓而使用絕緣膜。用於將配線金屬膜絕緣之絕緣物有兩個害處。
所謂絕緣膜，係指矽氧化膜、矽氮化膜、鋁之氧化膜，亦即氧化鋁藍寶石，或是氧化鉭膜等。
通常不論如何巧妙地使用絕緣膜，要想從波束通過軸完全看不到地使用絕緣膜係有困難的。此時散射之電子束照射使絕緣膜上帶電而儲蓄電荷，因而發生波束漂移。此外，因為儲蓄電荷漂移反覆充電放電，無法獲得波束之位置穩定性，因此無法高精度地描繪圖案。
第二個問題是絕緣膜之破壞。在絕緣膜上照射波束時，絕緣膜帶電並且形成放射線損傷，因為電流通過內部之細微孔、細微龜裂而發生絕緣膜破壞。發生絕緣膜破壞時，無法在配線上施加電壓。因而，無法賦予波束映射時需要之5V等的電壓，損害進行波束映射作用之功能。因而造成難以選擇使用於遮光器孔徑陣列(BAA)之絕緣物。
本實施態樣為了克服上述困難，大致可提出兩個方法。
第一個方法係使用帶隙大之半導體或高電阻半導體進行絕緣。
但是需要注意，將半導體作為本質半導體，在以非常少之狀態使用雜質的部分不儲蓄電荷，不致發生絕緣破壞，可作為充分取得絕緣性之材料來使用。此種本質半導體有矽、碳化矽、BN(硼氮化物)、GaP(鎵磷)、GaN(氮化鎵)、鑽石、 氮化鋁、鍺、砷化鎵、磷化鎵等。
但是，如矽之帶隙為1.1eV之比較小的半導體等，只要有少許雜質混入，就會形成具有N型或P型之導電性的基板，以金屬製作配線時，不容易在金屬上面再度生長本質之矽結晶。
第二個方法係使用半導體之P型N型接合，以形成耐絕緣性。
由於半導體並非絕緣物，因此藉由放射線產生絕緣破壞之臨限值遠比絕緣物大，非常地耐放射線性。半導體不致遭受放射線破壞。形成電子與電洞之對，彼此被施加電壓之電極牽引，電子與電洞均消滅。在結晶內部無電性瑕疵殘留，因此不致因放電而形成絕緣破壞。
該實施態樣敘述於後。
第20圖係PSA-BA基板之縮小剖面圖。在PSA-BA基板之上部設置具有比波束群通過之640μm之四方形區域大的開口，具有導電性且導熱性高之散熱板251，並使用自外部水冷等之方法將溫度保持一定。
第21圖顯示從外部向本實施態樣之1600條波束的個別要素波束用之遮光器的電極之配線圖案301。
遮光器電極對之一個方向係朝接地設置，不需要配線。雖是40×40=1600個之配線圖案，不過分割成4個區域，考慮從20×20個遮光器之一側電極配線時，由於爾後考慮上下、左右反轉圖案即可，因此只須考慮20×20=400條之配線即可。為了避免製程複雜化儘量不使用兩層配線。因此考慮一層配線。由於周邊有20個+20個=40個，因此看似平均配線10條很好，不過實際上在對角線附近每一個配線相遇，因此瞭解畫配線圖時，在1個開口與開口之間，最高可通過14條配線。
本專利係說明波束尺寸20nm，1600條之波束系統，不過還有波束尺寸16nm，2500條之波束，12nm之4500條，10nm之6400條，8nm之10000條，6nm之18000條，5nm之25600條，4nm之40000條的系統。
第22圖中記載形成正方格柵矩陣波束群之正方格柵的波束尺寸與節距不同之4種矩陣波束可選擇地構成之PSA-BA基板。
在PSA-BA基板145之中心排列用於形成4種不同矩陣波束之4種PSA-BA功能單元145a,145b,145c,145d。放大器144a~144d係PSA-BA功能單元145a~145d用之放大器。4種正方格柵矩陣波束群之波束的尺寸、節距及個別要素波束的數量不同。
例如以下可具有4種正方格柵矩陣波束群。本實施態樣係記載縮小率固定為1/500分的情況。
矩陣波束145a之波束尺寸為8nm，波束間之節距為32nm，個別要素波束之數量為100個×100個=10000個。PSA-BA基板上之開口尺寸為4μm，節距為16μm，矩陣波束145a用之全體尺寸為1600μm×1600μm。
矩陣波束145b之波束尺寸為12nm，波束間之節距為48nm，個別要素波束之數量為64個×64個=4096個。PSA-BA基板上之開口尺寸為6μm，節距為24μm，矩陣波束145b用之全體尺寸為1536μm×1536μm。矩陣波束145c之波束尺寸為16nm，波束間之節距為64nm，個別要素波束之數量為50個×50個=2500個。PSA-BA基板上之開口尺寸為8μm，節距為32μm，矩陣波束145c用之全體尺寸為1600μm×1600μm。矩陣波束145d之波束尺寸為20nm，波束間之節距為80nm，個別要素波束之數量為40個×40個=1600個。PSA-BA基板上之開口尺寸為10μm，節距為40μm，矩陣波束145d用之全體尺寸為1600μm×1600μm。
依使用4種矩陣波束之任何一個，切換需要之個別要素波束控制用的遮光器信號。
第23圖顯示使用具備第22圖之多種選擇用PSA-BA基板的描繪裝置用之描繪裝置的說明圖。選擇正方格柵矩陣波束之波束尺寸與節距不同的矩陣波束。因而，首先通過使修整成矩形之矩形孔徑310來修整波束。而後，以透鏡311將矩形波束成像於可形成4種矩陣波束而構成之PSA-BA基板145上。驅動多種矩陣波束選擇偏向器312，選擇指定種類之矩陣波束。
上述之情況需要作處置。第一進行控制不使交叉點移動。這是為了避免電流密度變化。因而，需要將多種矩陣波束選擇偏向器312分離成兩段，決定每一個偏向效率比，使交叉位置不致在圓孔徑14之位置移動。
此外，使多種矩陣波束選擇偏向時之位置偏差修正用偏向器313,314與多種矩陣波束選擇偏向器312同步驅動，且將兩者之偏向效率比保持一定，選擇之波束位置不移動，且電流密度不變化。選擇之矩陣波束的全體大小也有不同，需要賦予全體波束之偏向器的座標資料，使左下角位置為不動點。
此外，全體矩陣波束遮光器為4種程度時，可藉由具備共通之全體遮光器16來對應。
第24圖中顯示以線掃描描繪塗滿圖案時之曝光量分佈。為了證明連續掃描型曝光方法之生產量比本實施態樣低，進行以下之說明。
連續掃描型之曝光方法為了進行鄰近效應修正，係主張一邊進行掃描，一邊使用遮光器，實施曝光時間間疏(thin out)來達成。但是，先談結論時，例如為塗滿圖案情況下，連續掃描型之描繪方法的生產量降低為本實施態樣之一半。
此處，電子之加速電壓係50KV。塗滿面積比為100%情況下，入射波束之 能量與反射電子束之能量總量正好相等。
前述之情況下，為在100%塗滿區域之曝光能孤立之點的曝光光能之正好2倍，由於成為過度曝光，因此需要將入射電子之總量形成一半之50%。為了使孤立之D點的曝光量形成所需之值，以相同掃描速度描繪之連續掃描型曝光方法，須在塗滿面積比100%之圖案內部，50%之時間不得射出波束。沿著包含D點之實線掃描時，全體遮光器波形(在一定速度連續掃描模式下的遮光器波形)形成如波形320，塗滿區域(塗滿面積比100%部位)形成如波形321，50%係關閉狀態，進行包含無效時間之曝光。波形322係在D點附近之遮光器波形。由於以上原因，導致生產量降低一半。
就第25圖作說明。由於本實施態樣在將波束偏向於其他位置時，全體遮光器16必定將波束形成關閉狀態，然後以偏向器進行波束偏向，因此，並無連續地隨著偏向而射出波形之狀況。但是，先前之BAA的連續掃描曝光，或一般光柵掃描之多波束描繪方法，則為連續地射出波束或持續波束掃描。在進行描繪圖案330之描繪時，雖打開波束，不過曝光量分佈如實線333所示，係以某個傾斜角度而直線性增加。而後在達到一定值之曝光量後，再以一定之傾斜角度減少。
但是，對圖形331與圖形332之2點照射一定時間情況下，電子束照射強度形成如虛線334的階段函數。雖然到底哪個分佈為佳並不明確，不過兩者均為比孤立描繪1點時描繪圖案邊緣之清晰度惡化，無法如希望之電子量分佈335所示地照射。
此處要注意的是，應該理解以連續掃描進行波束曝光情況下，掃描方向與非掃描方向之全部圖案邊緣的清晰度不同，無法實施相同描繪。
本實施態樣亦可進行鄰近效應修正，並可提出生產量不致降低的方法。
第26圖係為了說明鄰近效應修正方法，而敘述在正方形曝光量區域中曲線性賦予曝光量分佈的方法。亦即，在40×40=1600個正方格柵矩陣波束340中，夾著曲線341所示之邊界部，將位元映像關閉之波束部342設為<0>，將位元映像打開之波束部343設為<1>。
第26圖之部分圖344將此加以簡化，夾著曲線341以<0>與<1>來表示。
如第27圖所示，考慮圖案的塗滿為僅塗滿在XY座標軸之第2象限的情況。圖上O點係為原點。在該圖中，針對3.2μm正方形區域之(-1,2)的區域作說明。
前述(-1,2)區域對O點，係在-X方向的1個3.2μm正方形中，亦即向左的1個，在+Y方向的2個，亦即向上方向的2個上之位置。為了正確進行鄰近效應修正，如部分圖345所示，必須隨著分離成描繪時間=t1、描繪時間=t1+t2、描繪時間=t1+t2+t3、描繪時間=t1+t2+t3+t4之4個區域的3條等高線改變曝光強度。
首先，以345a之狀態顯示的位元映像，將正方形矩陣要素全體為1的位元映像賦予波束，在描繪時間t1描繪波束。其後，345b表示之最左側曲線的左上部分具有0之位元映像，右下部分為1之位元映像，於描繪時間t2描繪波束。其後，345c表示之左側起第二條曲線之左上部分具有0之位元映像，右下部分為1之位元映像，於描繪時間t3描繪波束。其後，345d表示之從左側起第三條曲線之左上部分具有0之位元映像，右下部分為1之位元映像，於描繪時間t4描繪波束。
如以上所述，在同一個主偏向器、子偏向器之偏向位置中，藉 由以不同位元映像重複實施描繪，對每一個波束要素可改變曝光量。如此，進行鄰近效應修正或曝光量修正，在向量掃描且使波束靜止狀態下是可行的。
此方法與連續掃描曝光方法中，於曝光時間中放入間疏來控制曝光量之方法比較，具有描繪圖案之邊緣位置固定的優點。
此外，在需要鄰近效應修正之區域附近，有許多圖案寬鬆，描繪時間短之區域，因此不致降低生產量即可作修正。
如前所見，與連續掃描型曝光方法比較時，生產量亦達到約2倍。此為本實施態樣之優點。
本實施態樣可看成係採用藉由正方格柵矩陣波束群進行描繪之特殊的描繪方法，或許會顧慮與一般多波束描繪方法比較缺乏融通性。但是，使用電子遮蔽板形成多數條波束情況下，排列成正方格柵矩陣波束群狀而形成多波束者最單純。
將多波束描繪複雜化之各種提案，其波束之配置多為形成交錯狀或是少許逐步向XY方向偏差的波束群，並使用此等波束群精密控制全體之偏向位置與曝光照射量，重疊實施多重描繪，基本上會發生描繪精度惡化與描繪時間龐大化。此外，前述波束群中每一個個別要素波束以不同時序進行遮光器之打開/關閉的時間控制，來描繪微妙圖案之方法，會導致圖案資料爆炸性龐大化，因為圖案描繪複雜，而有損描繪圖案之可靠性。
本實施態樣中，藉由徹底實施單純描繪法，即使用單純之正方格柵矩陣波束群，藉由位元映像進行打開/關閉控制，在全部類比信號穩定後照射全體波束，可同時實現圖案資料量之極小化、描繪精度之確保及描繪速度高速化。
正方格柵矩陣波束群之節距以最細密之適合元件區域者進行描繪。在元件圖 案之其他區域細密度降低情況下，反而多會導致拍攝數量增大。但是，以在需要之描繪時間內可描繪的方式，朝向細密度最細密之圖案描繪時的節距變更元件圖案之形狀，藉由實施圖案變形，不致損害元件功能，將描繪精度與描繪時間高速化，綜合性地使元件之生產效率達到最大限度。
正方格柵矩陣波束群亦可改變縱向與橫向節距，或是縱向與橫向改變排列數量而形成長方格柵矩陣波束群。
個別要素波束亦可不是圓形或正方形，而為具有長方形剖面之波束。
決定須製造之元件的圖案規則，並決定生產計畫後，配合圖案規則重新設置裝置之PSA-BA基板。亦即，與板金加工鑄模或半導體微影術之光罩同樣地按照製造計畫進行製造、設置。但是，為相同尺寸之圖案規則的元件種類時，即使不重新製作光罩或更換光罩，仍可順利且不間斷地描繪不同圖案。
亦可採用具備個別要素正方波束之尺寸分別為20,16,12,8nm單位等4種PSA-BA基板，選擇1種正方格柵矩陣波束群進行描繪的方法。
配合須描繪之元件圖案規格，形成正方格柵矩陣波束群進行描繪，為兼顧精度與高速描繪性之最有效方法。
「個別遮光器電極之絕緣上使用PN接合」
先前之PSA因為使用矽半導體製程來製作，所以有以下之問題。
1.因為使用矽之氮化膜、氧化膜、聚醯亞胺等絕緣物作為電極間之絕緣，所以在藉由50kV之電子線照射產生的散射波束照射下形成的絕緣物之瑕疵部有電流流入，在一定時間後破壞絕緣性，而發生電極間或配線間不帶電壓的絕緣破壞。如此導致PSA壽命有限，這種情況下不能使用該方法。
2.因為電極之形成係將厚膜光阻圖案化，在光阻除去部進行金電鍍等來製作，所以無法形成高於某尺寸比之電極。
因而，裝置無法以充分效率使電子線偏向，加速電壓使用50kV之1/10的5kV，解像度不足。此外，即使為50kV之電子束描繪裝置，亦有人提出一種在個別遮光器通過時減速至5kV，在個別遮光器通過後再度加速至50kV之裝置。但是，此種裝置需要在個別遮光器周邊施加-45kV之高電壓，在裝置構成上有放電問題等許多困難。
3.此外，從個別遮光器之電極引出配線時，從中心部至周邊部，有2500條至10000條之配線需要自動配置或進行配線，欠缺規則性，配線層之製作不如預期的好。
因此，在故障檢測時亦如預期的差。
採用本實施態樣的話，具有以下優點。
1.因為PSA之絕緣膜使用PN接合之反二極體特性，不致因50kV之電子線照射，受到散射波束之照射造成絕緣物瑕疵，不會在一定時間發生絕緣破壞，PSA壽命格外長，為實際可使用之技術。
2.因為電極之形成，係在半導體結晶之開口側面使用摻雜與基板相反類型之雜質的半導體層，所以尺寸比格外大。
亦即，基板為P-型之半導體時，表面為摻雜N-型雜質之半導體，前述，在摻雜N-型雜質之半導體層上施加+5V電位，相對電極接地，而形成偏向電場。
基板為N-型之半導體時，表面為摻雜P-型雜質之半導體，前述，在摻雜P-型雜質之半導體層上施加-5V電位，相對電極接地，而形成偏向電場。
再者，在上下面形成與開口側面之半導體層相同類型的半導體層，使其上生 長金屬膜。
3.藉由複數片重疊將上述半導體之開口側面作為波束偏向電極的基板，將每一個金屬膜藉由熱、壓力、振動或前述三者之併用加以貼合，可形成尺寸比更高之電極。
(例如貼合5片10μm之基板，可形成厚度為50μm，電極間距離為4μm之高尺寸比的電極。)
4.引出全體格柵點之個別遮光器的電極配線時，使用多層配線層，以整數除全體數量，分離成複數個小群，各群之配線在縱方向與橫方向以同一層進行配線。
全體格柵點之電極的配線在一個層內進行，使用矽貫穿孔(TSV：Through-Silicon Via)連接於其他層。
5.配線係使用配線電阻很小之銅等金屬，因為不可使用卷繞配線之絕緣物，所以以PN接合之反方向二極體包住金屬配線。
以下詳細說明本實施態樣。
第28圖係顯示本實施態樣之PSA的個別遮光器之形成方法者。本實施態樣係使用半導體基板之PN接合形成電極。
例如基板56為P型，在矩形孔徑52之左右側壁擴散N型雜質，形成一對N型雜質摻雜層(遮光電極51、接地電極53)。因此，遮光電極51、接地電極53成為個別遮光器之一對電極。因而，在左右電極上施加+5V與0V時產生電場。基板56接地成0V。右側之施加0V的接地電極53(N型雜質摻雜層)係與周邊之接地相同電位，左側之施加+5V的遮光電極51(N型雜質摻雜層)成為與周邊P型之基板56相反方向的二極體連接，因為無電流流入，所以穩定地施加+5V。
因為該PSA之個別遮光器不使用矽氧化膜及氮化膜，所以壽命很長。
另外，亦可在遮光電極51、接地電極53之開口側表面設金屬層。
此處，依據第36圖敘述先前技術之PSA。在矽基板541之圖中下側形成矽氧化膜542,543，在矽氧化膜542,543之間配置配線544。而後，遮光電極545與接地電極546在光阻上設開口，此處以電鍍使金屬附著而形成。另外，在該電鍍工程後，除去光阻。此種電極形成方法，電極厚度薄，尺寸比不足，彎曲波束之效率不佳，在關閉狀態無法徹底切斷波束。亦即，因為即使在關閉狀態下，仍有少許波束漏射至試料面，所以僅可進行無法取反差之描繪。
第29圖係顯示本實施態樣之PSA的個別遮光器之形成方法者。
不需要在P型基板開口之側壁兩側形成電極，由於一側始終為接地，因此亦可不摻雜N型雜質。此外，亦不需要施加電壓。
再者如第29圖之左側所示，N型雜質摻雜層之遮光電極51a在縱方向較短，亦可摻雜雜質。本例係形成與矩形孔徑52相同程度之長度。
此外，如第29圖之中央所示，亦可將N型雜質摻雜層(遮光電極51b)形成縱方向較長。此外，如第29圖之右側所示，亦可將N型雜質摻雜層(遮光電極51c)形成覆蓋矩形孔徑52之左半周。
第30圖係顯示本實施態樣之PSA者。在最上部有矩形波束形成用分離板68(矽隔膜)，將波束分離成複數條波束。第28,29圖中之配線54，係顯示位於第30圖之矩形波束形成用分離板68(矽隔膜)的開口上方之部分者。
本例中，使用在PSA上貼合複數個晶圓所形成之貼合晶圓。晶圓貼合時使用貼合用氧化膜66，不過如圖所示，貼合用氧化膜66可為除去以左右之厚膜矽基板P型半導體65支撐的部分者。這是為了防止儲蓄電荷。
其次，在個別要素波束遮光電極之基板56(P型半導體)的至少一側有形成於縱方向之N型摻雜層，且成為遮光電極51。
在該基板56之上部與下部，以從開口側擴大成凸緣狀地形成N型雜質擴散層。而後，在該N型雜質擴散層上形成金等貼合用之金屬圖案58。
將複數片個別要素波束遮光電極之基板56(P型半導體)以彼此之金屬圖案58重疊的方式對準，並藉由高溫、高壓力或振動貼合。同樣地貼合複數片個別要素波束遮光電極之基板56。藉此，將每一個基板之遮光電極51電性連接於開口之一側表面而形成。
本實施例係對矩形孔徑52尺寸為4μm，而將個別要素波束遮光電極之基板56形成10μm的厚度，並貼合5片。
配線64進一步在最下段，採用與前述同樣之技術使多層基板貼合。配線64為了形成低電阻，而使用電阻率低之銅等金屬63。為了使每一個配線64絕緣而設置個別要素波束遮光電極之基板56(P型半導體)，將配線周圍作為N型半導體55，對5V之配線電位，在與周邊的個別要素波束遮光電極之基板56(P型半導體)之間形成反偏壓PN接合加以絕緣。
在第30圖中所見之厚度較薄，實際上是將每一個配線基板形成約10μm。
第31圖係為PSA基板內部從個別要素之遮光電極的配線之說明圖。
圖中有3×3=9個開口與個別要素之遮光電極51。從每一個遮光電極51引出銅的配線59。在配線59周邊有N型半導體55。
第32圖係為PSA基板內部從個別要素之遮光電極的配線之剖面圖。且為第31圖之A-A'線57的剖面圖。在中心縱方向有波束通過之開口。開 口之右側為P型基板，且成為接地電極。開口之左側為N型雜質摻雜層，且成為其電極。
配線59被拉回來到2片基板上下之相同位置。N型半導體55設置成卷繞的配線59。貼合用之金屬圖案58形成於半導體層及配線59之上，彼此藉由加熱、高壓力、振動而貼合。
第33圖係說明小區域71所示之從10×10=100個矩形開口之個別要素的遮光電極之配線圖。圖中個別之筒柱顯示有個別要素之遮光電極73、矩形孔徑72。
由於排列成正方形矩陣，因此係從內部朝向外部取出配線，而本圖之例的上下對稱、左右對稱之圖考慮4種。本圖顯示從100個個別要素之遮光電極，將100條配線向上部拉出之配線群75a~75j與向左部拉出之配線群74a~74j被拉回的一種情況。
對於100條配線，上部與左部合計有20個間隙，因此平均5條通過矩形開口間拉出即可，不過瞭解實際上左上部僅有少數配線通過。因而，再怎樣考慮，最少通過配線數量都是6條。亦即通過矩形開口間間隙的條數為平均配線通過數量增加20%至30%的配線數量。
第34圖係藉由多層配線取出配線之方式的說明圖。
圖中接著5層配線基板而形成全體配線。由於以5層拉出全部為100×100=10000條配線，因此是1層拉出2000條。
由於4個方向對稱，因此從左上之25個小區域拉出500條配線即可。第34圖為將每50條配線捆束而描繪之圖。第34圖之小區域(1,1)~(4,4)中的400條配線省略於圖式，而顯示小區域(5,5)存在之小區域82的配線。亦即，顯示配置於 第5行、第5列之朝向上方的50條、朝向左方之50條的合計100條。配線全部在第5層拉出。
就小區域(5,5)而言，50條配線藉由通孔84引出至第5層，並藉由配線群85而引出至左方。此外，小區域(5,5)之另外50條配線，藉由通孔87到達第5層，並藉由配線群88拉出至上方。另外，第34圖在左上記載平面圖，在下方及右方顯示剖面圖。
第35圖係藉由多層配線取出配線方式的說明圖。實際配線需要10000條。以1層至5層取出時，系統地考慮的話，預期效果不佳。因此，首先將10000條以4個方向對稱分成2500條。進一步每100條分割成25個小區域。以下用(n,m)來表示。
n,m係為1~5，此時如下述存在25個。
(5,5)係將100條分割為二，在上部以第5層拉出50條，在左以第5層拉出50條。
(5,4)係將100條分割為二，在上部以第4層拉出50條，在左以第5層拉出50條。
(5,3)係將100條分割為二，在上部以第3層拉出50條，在左以第5層拉出50條。
(5,2)係將100條分割為二，在上部以第2層拉出50條，在左以第5層拉出50條。
(5,1)係將100條分割為二，在上部以第1層拉出50條，在左以第5層拉出50條。
(4,5)係將100條分割為二，在上部以第5層拉出50條，在左以第4層拉出 50條。
(4,4)係將100條分割為二，在上部以第4層拉出50條，在左以第4層拉出50條。
(4,3)係將100條分割為二，在上部以第3層拉出50條，在左以第4層拉出50條。
(4,2)係將100條分割為二，在上部以第2層拉出50條，在左以第4層拉出50條。
(4,1)係將100條分割為二，在上部以第1層拉出50條，在左以第4層拉出50條。
(3,5)係將100條分割為二，在上部以第5層拉出50條，在左以第3層拉出50條。
(3,4)係將100條分割為二，在上部以第4層拉出50條，在左以第3層拉出50條。
(3,3)係將100條分割為二，在上部以第3層拉出50條，在左以第3層拉出50條。
(3,2)係將100條分割為二，在上部以第2層拉出50條，在左以第3層拉出50條。
(3,1)係將100條分割為二，在上部以第1層拉出50條，在左以第3層拉出50條。
(2,5)係將100條分割為二，在上部以第5層拉出50條，在左以第2層拉出50條。
(2,4)係將100條分割為二，在上部以第4層拉出50條，在左以第2層拉出 50條。
(2,3)係將100條分割為二，在上部以第3層拉出50條，在左以第2層拉出50條。
(2,2)係將100條分割為二，在上部以第2層拉出50條，在左以第2層拉出50條。
(2,1)係將100條分割為二，在上部以第1層拉出50條，在左以第2層拉出50條。
(1,3)係將100條分割為二，在上部以第3層拉出50條，在左以第1層拉出50條。
(1,2)係將100條分割為二，在上部以第2層拉出50條，在左以第1層拉出50條。
(1,1)係將100條分割為二，在上部以第1層拉出50條，在左以第1層拉出50條。
以每一個小區域分割減少數量，層間之連接以TSV使用銅配線進行。再者，TSV之周邊藉由N型半導體雜質摻雜層來絕緣。
另外，第35圖係顯示記載向左方向配線之平面圖1、記載向上方向配線之平面圖2、平面圖1,2之橫方向剖面、平面圖2之縱方向剖面。
以上所述之半導體基板，係指矽、碳化矽、鍺、鎵砷、氮化鎵等。
上述所述之N型半導體雜質一般係砷及磷。P型半導體雜質多為硼等。
因為以上配線及電極之絕緣係使用PN接合之反偏壓二極體，所以對50kV之電子線照射，在有限之時間不致發生絕緣破壞。
此外，亦可將基板形成N型，將電極及配線周圍形成P型之雜質摻雜層。
該情況下，遮光電位成為-5V。
在個別遮光器之側壁摻雜雜質作成之電極，亦可使用孔之側壁，亦可使用溝之側壁。
【產業上之可利用性】
藉由本實施態樣之電子束描繪方法，由於可高速描繪8nm或比其細微之圖案，因此可進行高速MPU、人工智慧MPU等未來基幹產業之6nm以下尺寸的元件之高速曝光，對產業界之貢獻頗大。
1‧‧‧電子束
2‧‧‧筒柱
3‧‧‧PSA-BA功能部
4‧‧‧PSA-BA基板
10‧‧‧控制裝置
11,12‧‧‧電子遮蔽板
13‧‧‧個別遮光器
14‧‧‧圓孔徑
16‧‧‧全體遮光器
17‧‧‧主偏向器
18‧‧‧子偏向器
19‧‧‧透鏡
20a‧‧‧縮小透鏡
20b‧‧‧投影透鏡
21‧‧‧電子槍

Claims (11)

  1. 一種電子束描繪方法，係利用電子束描繪裝置，在試料上掃描複數條個別要素波束實施描繪，且前述電子束描繪裝置包含：電子槍，其係在Z軸方向射出電子束；遮蔽板，其係具有在XY方向以指定之配置節距排列的複數個開口，從前述電子槍射出之電子束，獲得波束尺寸被前述開口尺寸限制之複數條個別要素波束；複數個個別遮光器(blanker)，其係個別打開(ON)/關閉(OFF)自前述遮蔽板獲得之複數條個別要素波束；全體遮光器，其係全體打開/關閉自複數個個別遮光器射出之複數條個別要素波束；及偏向裝置，其係使通過複數個個別遮光器及全體遮光器之複數條個別要素波束皆以指定節距逐漸偏向，而對前述試料步進式掃描複數條個別要素波束；在關閉從前述全體遮光器射出複數條個別要素波束之狀態下，藉由前述偏向裝置決定複數條個別要素波束之射出方向，並且按照顯示從每一個射出方向上每1個拍攝所作成之每一個個別遮光器射出個別要素波束的打開/關閉之位元映像，控制前述複數個個別遮光器，並控制從每一個個別遮光器射出之個別要素波束的打開/關閉，從每一個個別遮光器射出個別要素波束用之處理穩定後，打開從全體遮光器射出複數條個別要素波束，對前述試料照射來自打開狀態之複數個個別 遮光器之個別要素波束構成的1個拍攝，藉由前述偏向裝置將該1個拍攝照射之複數條個別波束反覆移動複數條個別要素波束之位置，而將依描繪目標之圖案資料的圖案描繪於前述試料上，前述位元映像係依據前述圖案資料及依前述遮蔽板中開口之配置節距而決定的複數條個別要素波束對試料之照射位置的比較作成，作成該位元映像時，在進行對應於前述圖案資料之描繪時算出需要拍攝數量，算出之需要拍攝數量超過指定數量的情況下，變更前述圖案資料，使需要拍攝數量小於前述指定數量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電子束描繪方法，其中複數個個別遮光器之配置節距為P與圖案資料中之圖案的反覆節距為L時，選擇適當之L，使P與L之最小公倍數除以L或P之值不超過一定值，並依據選擇之L修正須描繪之圖案資料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電子束描繪方法，其中設置複數個前述遮蔽板、個別遮光器之組，使各組中之X,Y方向的配置節距彼此不同，依前述圖案資料選擇前述複數個組中之一個進行描繪。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電子束描繪方法，其中從外部經由並串聯資料變換電路供給前述位元映像資料，並通過解串器作為並聯資料而儲存於暫存器中。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電子束描繪方法，其中在從外部經由並串聯資料變換電路供給前述位元映像資料，並通過解串器作為並聯資料而儲存於暫存器中之過程中，係利用使用光纖之雷射光通信。
  6. 一種電子束描繪裝置，係用於申請專利範圍第1項所述之電子束描繪方法， 且前述個別遮光器具有使個別要素波束偏向之一對電極，前述一對電極之絕緣膜係使用碳化矽、矽等的本質半導體層或半導體之耗盡層。
  7. 一種電子束描繪裝置，係用於申請專利範圍第1項所述之電子束描繪方法，且包含控制裝置，其係在關閉從前述全體遮光器射出複數條個別要素波束之狀態下，藉由前述偏向裝置決定複數條個別要素波束之射出方向，並且顯示從每一個射出方向上每一個拍攝所作成之每一個個別遮光器射出個別要素波束的打開/關閉之位元映像，且係依據描繪目標之圖案資料與前述遮蔽板中之開口的配置節距決定之複數個個別要素波束向試料之照射位置的比較所作成之位元映像，控制前述複數個個別遮光器，並控制從每一個個別遮光器射出之個別要素波束的打開/關閉，從每一個個別遮光器射出個別要素波束用之處理穩定後，打開全體遮光器射出複數條個別要素波束，對前述試料照射來自打開狀態之複數個個別遮光器之個別要素波束構成的一個拍攝，藉由前述偏向裝置將該一個拍攝照射之複數條個別波束反覆移動複數條個別要素波束之位置，並同樣依據前述圖案資料之圖案描繪於前述試料上，且前述個別遮光器具有使個別要素波束偏向之一對電極，前述一對電極係設於P型或N型之半導體基板的個別要素波束通過之位置，並使用與前述半導體基板相反類型之N型或P型中摻雜雜質的半導體層，而形成於開口之側面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電子束描繪裝置，其中使前述半導體基板貼合複數片，於波束行進方向作為長之遮光電極(blanking electrode)。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電子束描繪裝置，其中為了將連接於前述遮光電極之配線金屬相互絕緣，以PN接合二極體覆蓋前述配線金屬，PN接合二極體具備反偏壓特性，在0以外之電壓施加於配線金屬時，電流不流入周邊之半導體基板。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之電子束描繪裝置，其中在連接於每一個個別遮光器之遮光電極的配線中使用多層配線基板，以整數除個別遮光器之總數，分離成複數個小群，各群之配線在縱方向與橫方向以同一層進行配線。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之電子束描繪裝置，其中連接於每一個個別遮光器之遮光電極的配線，在一個層內進行，並使用通孔連接於其他層。
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