JP3283218B2 - 電子線描画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路な
どの製造に用いられる電子線描画技術に係り、特に一括
図形照射法に用いる装置構造およびマスクの形状に工夫
を施して微細なＬＳＩ用パターンの高速描画を可能とし
た電子線描画方法および電子線描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路は微細化，集積化
が進んでおり、その微細加工を実現するためのリソグラ
フィ装置の高精度化が進められてきた。しかし、加工寸
法が光露光の光源の波長に近づき、リソグラフィ技術も
限界に近づいてきた。そのため、さらなる微細化，高精
度化を進めるために、リソグラフィ技術に代わり、荷電
粒子線装置の一種である電子線描画装置が用いられるよ
うになった。電子ビーム描画装置の高速化のために、各
種形状のマスクを組み合わせそれらに一括して電子ビー
ムを照射して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。この手法としては、
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 （Ｊ.Ｖac.Ｓci.Ｔec
hnol.），Ｂ１１（１９９３年）２３５７頁から２３６
１頁で述べているように、２つのマスクを用い、固定の
矩形開口と図形開口の組み合わせにより電子ビーム形状
を定めるものがある。また、フォータグン等が、マイク
ロエレクトロニック エンジニアリング、２７（１９９
５年）１５１頁から１５４頁で述べているように、１つ
のマスクに４５度回転した矩形を用意しておいて３角形
ビームの形成を可能としたものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の手法では最近の種々の要求に対応できなくなってき
ている。例えば、必要な図形数が増加すると図形選択の
ための電子ビームの偏向量が増大する。これにより、離
軸収差が増大してしまう。従って、離軸量を小さくしな
がら如何に多くの図形パターンを選択可能にするかが重
要な課題となる。さらに図形数が増大すると、それらを
より精度よく描画するための図形配置を考慮しなければ
ならない。また、微細パターンの寸法が小さくなると、
マスクの加工が困難になってくる。この影響を小さくす
る工夫も必要となる。

【０００４】この問題点を緩和するために３つのマスク
を用いる方法が小山によって提案されている（特開昭６
３−１１４１２５号公報「荷電ビーム露光装置」参
照）。ここで提案されたものは、３つのマスクを用いて
いるが、そのうちの最初のマスクはビーム制限用マスク
であり、第２番目および第３番目のマスクがビーム成形
用マスクであるが、そのうち第３番目のマスクは開口を
一つしか有しておらず、試料上に大量の図形パターンを
高精度に描画するのには不十分であった。本発明は、上
記問題を解決し、試料上に大量の図形をより高精度に描
画することを可能にした電子線描画方法および電子線描
画装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、３つ以上のマスクを用い、それらの開口
および装置構成に工夫を施している。すなわち、第１マ
スク（１０１）の後段に設けられた偏向器（第１図形選
択偏向器１１２）により、第２マスク（１０２）に設け
られた複数の開口のうちの一つを選択し、それによって
成形される像を偏向器（第２図形選択偏向器１１４）に
より、第３マスク（１０３）に設けられている複数の開
口のうちの一つを選択し、これによって成形される像を
収束・偏向して対象となる試料に照射する。第２マスク
または第３マスクの少なくともいずれか一方は微細素子
パターンの繰り返し図形の開口を有している。また、第
２マスクまたは第３マスクの一方が最大照射面積を選択
または規定し、他方が電子線の形状を選択するようにし
ている。さらに、第２マスクまたは第３マスクのいずれ
か一方を薄いマスクにし、他方を電子線のブランキング
に使うように厚いマスクにしている。また、第２マスク
または第３マスクの一方のマスクが他方のマスクで形成
された像を損なうことのない十分大きな開口を有し、他
方のマスクにおいて可変成形法を行うようにしている。
なお、可変成型用偏向器はマスク間隔の長い方の空間に
設け、構造上の制約を少なくしている。

【０００６】さらに、前記電子線描画装置において、第
２マスクおよび第３マスク上に微細素子パターンの繰り
返し図形を有し、開口面積の小さい図形を試料に遠い方
のマスクに配置し、クーロン効果に起因する電子線のボ
ケを防止している。最大照射面積を選択または規定する
マスクの前段に矩形開口を有するマスクを配置してい
る。また、電子線の形状を決める開口の大きさに合わせ
て、最大照射面積を選択または規定している。これによ
り図形密度を高めることができる。また、第２マスク上
に、試料上で解像不可能な微細なパターンを有し電流密
度の調整が可能な図形開口を有する。さらに、マスク上
に１０倍以上の大きさの異なる複数の矩形開口を有し、
電子線の形状を決める開口の大きさに合わせて、最大照
射面積を選択または規定する。これにより最適な矩形開
口を選択することができる。

【０００７】また、２つのマスクの試料上での縮小率は
基本的には等倍が望ましい。等倍にすることにより、第
２マスクおよび第３のマスクの設計を共通化できる。但
し、マスク開口のパターンによっては低縮小率では加工
が困難な場合があり、この場合は加工が困難なマスクの
縮小率を高めることによって描画精度を向上させること
ができる。さらに、マスク内での開口の配置として、開
口面積が小さいパターン程、外よりに配置する。開口面
積が大きなパターンでは大きいクーロン補正を必要とす
る。それに伴う誤差は外周になるほど大きくなる。従っ
て、開口面積が小さいパターンを外周に配置することが
有効となる。特に、種々の開口面積のパターンを有する
ことが可能な本発明ではこのことは重要な利点となる。
以上の如き電子線描画技術を用いることによりＬＳＩパ
ターンを精度よくかつ高速に描画でき、半導体集積回路
の生産性を向上させることが可能になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。 （第１実施例）まず、本発明の第１実施例を説明する。
本実施例の電子線描画装置は、３つ以上のマスクを用
い、そのうちの２つのマスクのそれぞれに複数の開口を
設けた実施例である。図１は、本実施例の電子線描画装
置の概要を示している。同図において、電子源１００よ
り放出された電子ビームは第１マスク１０１を直接照射
される。第１マスク１０１には後述するように単一の矩
形開口が設けられており、照射された電子線により開口
像が得られる。第１マスク１０１の開口像は２つのレン
ズ（第１転写レンズ１０４および第２転写レンズ１０
５）により第２マスク１０２上に形成される。

【０００９】第２マスク１０２上の結像位置は第１図形
選択偏向器１１２および第１可変成形偏向器１１３によ
り制御される。電子ビームは第２マスク１０２の開口を
通過した後、更に後段の２つのレンズ（第３転写レンズ
１０６および第４転写レンズ１０７）により第３マスク
１０３上に結像する。この結像位置も第２図形選択偏向
器１１４により制御される。第３マスク１０３の開口を
通過した電子ビームは縮小レンズ１０８と対物レンズ１
０９によりステージ１１１に置かれた試料１１０上に投
影される。対物レンズ１０９内には通常偏向器が設置さ
れており、この偏向器により試料１１０上での電子ビー
ムの結像位置が決められる。

【００１０】次に、第１マスク１０１，第２マスク１０
２，第３マスク１０３の構造の詳細を、それぞれ図２の
第１マスク２００，図３の第２マスク３００，図４の第
３マスク４００として示す。図２に示すように、第１マ
スク２００には矩形開口２０１が設けられている。これ
に対して、図３および図４に示すように、第２マスク３
００および第３マスク４００には第１マスク２００と同
様の矩形開口３０１および４０１の他に、微細素子の図
形開口３０２（例えばホールパターン）および４０２
（例えば配線パターン）が配置されている。

【００１１】図３に示すように、第２マスク３００に
は、中央に大きな矩形開口３０１が設けられている。そ
の矩形開口３０１に隣接した３つの図形位置に対応する
場所は遮蔽されており、第１マスク２００の矩形開口２
０１の像（第１マスク像３０３）の位置を調整して第２
マスクの矩形開口３０１と部分的に重ね合わせることを
可能にしている。この重ね合わせによる方法、すなわち
可変形成法により新たなより小さな任意の形状の矩形像
を形成することが可能である。

【００１２】図４に示すように、第３マスク４００に
は、中央の矩形開口４０１が第２マスク３００のどの開
口よりも大きく、第２マスク３００を通過した電子ビー
ムがそのまま通過できるようになっている。第３マスク
４００でも、第２マスク３００と同様に、矩形開口４０
１に隣接した３つの図形位置に対応する場所は遮蔽され
ており、第２マスク３００の矩形開口３０１と遮蔽され
た３つの図形位置以外の２１個の図形パターンと第３マ
スク４００の矩形開口４０１を通過させた場合の２１個
の図形と、第２マスク３００の矩形開口３０１と第３マ
スクの２１個の図形パターンを通過した２１個の図形の
合わせて計４２個の図形パターンが選択できる。

【００１３】これにより上下計４２個の図形の選択が可
能となる。しかも、４２個の選択を１枚のマスク上で行
う場合の２／３の離軸量で実現できる。離軸による収差
は偏向の３乗に比例するものもあり、この差は高精度の
一括図形照射法を行う上で極めて重要である。なお、上
記では、第３マスク４００の矩形開口４０１に隣接した
３つの図形位置に対応する場所は遮蔽した場合を示した
が、この遮蔽された３つの図形位置にも図形パターンを
設けることができる。この場合は、第２マスク３００の
２１個の図形パターンと第３マスク４００の２４個の図
形パターンとから計４５個の図形パターンが選択でき
る。また、第３マスク４００の中央に矩形開口４０１を
配置すれば第２マスク３００上で選択した図形開口を軸
上に振り戻して使うことが可能であり、電子ビームが軸
外を通過することによる収差の発生を緩和することがで
きる。

【００１４】３段マスクの電子光学系を設計するために
はクロスオーバ像とマスク像の２つの軌道を同時に考え
る必要がある。更に、これら３つのマスク像の試料上で
の縮小率は同程度か２倍程度の差であるのがマスクの製
作上好ましい。これに近い条件を実現した例として、フ
ァイファー等が「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」 Ｂ１１（１９９３
年）２３３２頁から２３４１頁で述べているように、３
つのコンデンサレンズ（Auxiliary lensは調整用の補助
レンズである）を用いる方法がある。しかし、この方法
では第２マスクがレンズの中に位置することになるた
め、一括図形照射法のようなマスクの移動や交換を頻繁
に行う場合には適していない。これに対して、本実施例
では図１の電子光学系のように、それぞれ２段のレンズ
構成（第１転写レンズ１０４／第２転写レンズ１０５、
および第３転写レンズ１０６／第４転写レンズ１０７）
によってマスク上への結像を行うことにより、第２マス
ク１０２の移動や交換を容易に行うことができ操作性が
格段に向上する。

【００１５】また、図１に示したクロスオーバ軌道１１
５とマスク像軌道１１６から明らかなように、両軌道と
もに適正な軌道が得られている。第１転写レンズ１０
４，第２転写レンズ１０５，第３転写レンズ１０６，第
４転写レンズ１０７のそれぞれの焦点距離を等しくする
ことにより、第１マスク〜第３マスクの３つのマスクの
試料上での縮小率を等しくすることができる。特に第２
マスク１０２を第３マスク１０３上に転写する際の倍率
は厳密に調整する必要があるために、２段のレンズによ
りクロスオーバ像とマスク像の両者をコントロールでき
るようにしている。更にこの光学系の利点は、第２マス
ク１０２上で、電子ビームをマスク面に垂直に入射する
ことができることにある。マスク面に垂直に電子ビーム
を入射することにより、マスクの厚さによって生じる半
影の影響を低減することが可能になるという効果があ
る。

【００１６】また、図１の構成では第３マスク１０３の
前には図形選択偏向器しかないために、感度の高い偏向
系を形成することが可能である。これにより、図形数の
増大や偏向電圧の低電圧化などが実現しやすくなる。

【００１７】また、本実施例の第２マスク３００と第３
マスク４００の図形配置の特徴として、図３と図４を比
較すれば分かるように、第３マスク４００の方により開
口面積の大きな配線層を配置してある。一般に電流密度
すなわち電子間の密度が大きくなると、電子間にクーロ
ン力が働いて相互に反発するため電子ビームにボケが生
じるようになる。本構成では、大電流が流れクーロン効
果が比較的大きい開口面積の大きな図形を有するマスク
（第３マスク）を、電子ビームの走行長のより短い状態
（試料１１０に近い位置に配置）で用いることによって
クーロン効果の影響を少なくしている。ホール層のよう
に開口面積の小さな図形を有するマスク（第２マスク）
は、多少走行距離が長くとも電流量が小さくクーロン効
果の影響が少ないため試料１１０から遠い位置に配置し
てもよい。このようにして実質的にビームの劣化を小さ
くしている。

【００１８】本実施例は、図１に示した構造の電子線描
画装置と図２〜図４に示した構造のマスクを用いたもの
である。本実施例に用いた第１転写レンズ１０４，第２
転写レンズ１０５，第３転写レンズ１０６，および第４
転写レンズ１０７の焦点距離は３５ｍｍである。なお、
第１可変成形偏向器１１３は４極の静電偏向器であり、
第１および第２図形選択偏向器１１２および１１４は８
極の静電偏向器である。８極の静電偏向器には比点補正
電圧が付加されている。また、図には描かれていない
が、転写部には焦点補正器も設置されている。従って、
第２マスク１０２は第３マスク１０３に等倍で転写でき
る。

【００１９】縮小レンズ１０８での縮小率は１／３０で
あり、対物レンズ１０９と合わせて試料１１０（ウェ
ハ）上で１／２５の縮小率となる。一括図形の最大の大
きさはウエハ上５μｍ角であるので両マスク上では１２
５μｍ角となる。第２マスク１０２上にはクーロン効果
の小さいホール層である。マスクはシリコン２０μｍ厚
である。ホール層のためのマスクはアスペクト比の高い
穴を形成する必要がある。例えばウエハ上０．１５μｍ
の微細パターンはマスク上３．７５μｍとなる。従っ
て、加工の困難なホールパターンは１／５０程度の縮小
率とすることも有効である。

【００２０】第１マスク１０１、第２マスク１０２およ
び第３マスク１０３上の矩形開口は１５０μｍ角であ
る。従って第２マスクを通過した矩形開口もしくは図形
ビームはその形状を損なうことなく、第３マスクを透過
することができる。逆に第３マスク上の図形パターンも
余裕を持って照射が可能である。また、可変成形は第２
マスク１０２上で行っているがこの配置では第３マスク
１０３上でも可能である。第２図形選択偏向器は図１の
ように１段でもよいが偏向時の軸ずれを防止するために
は第１図形選択偏向器のように２段とすることも有効で
ある。電子の加速電圧は５０ｋＶ、電流密度はウエハ上
１０Ａ／ｃｍ２である。

【００２１】以上の電子線描画装置を用いてウエハ１１
０上にＬＳＩパターンを描画した。電子線用ポジレジス
トＰＳＲと第２マスク１０２上の図形開口を利用してホ
ール層を描画した結果、８インチウエハで５枚／時間の
スループットが得られた。寸法精度は±１０ｎｍであっ
た。同様のパターンを可変成形法のみで描画した場合
は、１枚／時間も描画することができなかった。また、
第３マスク上の図形開口と電子線ネガレジストＳＡＬを
用いて配線層の描画を行った。この結果、８インチウエ
ハで３枚／時間のスループットが得られた。寸法精度は
同じく±１０ｎｍであった。同様のパターンを可変成形
法のみで描画した場合は、やはり１枚／時間も描画する
ことができなかった。以上のように一括図形照射法を有
効に活用することが可能となった。

【００２２】（第２実施例）上記第１実施例は、第２マ
スクの微小な図形開口３０２（例えばホールパターン）
と第３マスクの矩形開口４０１の組み合わせか、または
第２マスクの矩形開口３０１と第３マスクの微小な図形
開口（例えば配線パターン）の組み合わせによって描画
パターンを生成したものであるが、本第２実施例では、
第２マスクに第１実施例と同様の矩形開口の他に、該矩
形開口より小さく形状および大きさの異なる複数の矩形
開口を設けたものである。

【００２３】図５は、本実施例における電子線描画装置
の概要を示している。本電子線描画装置は、図１の電子
線描画装置の第１図形選択偏向器１１２を第１矩形選択
偏向器５０１に変えた点以外は第１実施例のものとほぼ
同様である。本実施例における第２マスク１０２，第３
マスク１０３の構造の詳細を、それぞれ図６の第２マス
ク６００，図７の第３マスク７００として示す（第１マ
スク１０１は図２と同様）。

【００２４】図６に示すように、第２マスク６００には
図３の矩形開口３０１と同様の矩形開口６０１が設けら
れている。これに対して、第２マスク３００および第３
マスク４００には、図３および図４に示すように、第１
マスク２００と同様の矩形開口３０１および４０１の他
に、微細素子の図形開口３０２および４０２が配置され
ている。

【００２５】第２マスク６００には矩形開口６０１の他
に、種々の大きさ，種々の形状の矩形６０４があり、こ
れがフォータグン等の例と異なっている。また、第１マ
スクに矩形開口を有しており、この第１マスク像（図６
の６０３参照）との重ね合わせより第３マスクへの開口
像（図７の大きな第２マスク像７０２，小さな第２マス
ク像７０３参照）を形成するために、第２マスク上の開
口群は密に配置することができる。これにより離軸量を
低減することも可能となる。図７に示すように、第３マ
スク７００には、中央に矩形開口７０１が、その周辺に
サイズの同じ複数の図形開口が設けられている。図形開
口としては、内側に配線パターンが外側にホールパター
ンが設けるのが好ましい。

【００２６】本実施例では、まず、図７に示すように、
大きな矩形開口の第２マスク像７０２で第３マスク７０
０を照射すれば１つの図形開口全体が選択できるのに対
して、小さな矩形開口の第２マスク像７０３で第３マス
ク７００を照射すれば１つの図形開口の一部分を選択で
きる。これにより、第３マスク７００の図形開口の単な
る繰り返しでは構成できないパターンの部分（半端な部
分）や、メモリＬＳＩの周辺回路などにも適用が可能と
なる。

【００２７】なお、矩形の大きさは、図６に示すよう
に、大きな矩形開口の第１マスク像６０３と第２マスク
の矩形開口６０１の重なり度合いで調整してもよいが、
必要な矩形の大きさが決まっていればそのサイズの幾つ
かの矩形開口を用意して置き、その矩形開口を大きな矩
形開口の第１マスク像６０３で選択した方が矩形のサイ
ズの高精度化に向いている。なお、第２マスクと第３マ
スクの配置を入れ替えてもこれらのことは可能である
が、クーロン効果を考慮すると図形開口を有する第３マ
スク７００を後段に配置する方がよい。

【００２８】本実施例は、図５に示した構造の電子線描
画装置と図２，図６，図７に示した構造のマスクを用い
たものである。図７のゲートパターンを用いてウエハ上
にＬＳＩパターンを描画した。電子線ネガレジストＳＡ
Ｌと第２マスク上の図形開口を利用してゲート層を描画
した結果、８インチウエハで４枚／時間のスループット
が得られた。メモリセル周辺は図６の右上の長方形と図
形パターンを組み合わせることにより形成された、一括
図形の部分ビームにより描画した。これにより、メモリ
図形の半端な部分も一括マスクでの描画が可能となっ
た。更に、近接効果の補正のために部分的に切り出した
パターンの露光量を２割多めとした。これにより寸法精
度を±９ｎｍに押さえることができた。同様のことは第
２マスク上の可変成形法により長方形ビームを形成する
ことによっても可能である。

【００２９】（第３実施例）本発明の第３実施例は、第
１マスクと第２マスクは前述の第２実施例と同じで、第
３マスクとしてサイズの異なる図形開口を有するマスク
を用いた実施例である。従来の方法では大きな矩形開口
しか使うことができなかったため、小さな図形開口も大
きな図形開口と同じ間隔で並べて設けておく必要があっ
た。そのためにいたずらに離軸距離が増加していたが、
本実施例によりこれが改善される。

【００３０】本実施例では、第３実施例と同様に、第１
マスクとして図２に示す第１マスク２００、第２マスク
として図６に示す第２マスク６００を使うが、第３マス
クとしては、図８に示すように、サイズの異なる各種図
形開口が設けられている第３マスク８００を使う。そし
て第２実施例と同様に、第１マスク像６０３で第２マス
ク６００上の様々な大きさの矩形開口６０４を選択する
ことにより、または、第１マスク像６０３と第２マスク
の矩形開口６０１を組み合わせる可変成形法を用いるこ
とにより、選択する第３マスクの図形開口のサイズに合
致したサイズの矩形開口像を形成し、これを第３マスク
上の選択すべき図形開口に照射する。

【００３１】本実施例によれば、第３マスク８００上の
図形開口の配置を密にすることができ、結果的にたくさ
んの図形開口パターンを持たせることができ、また、離
軸距離が増加を防ぐことができる。図７および図８の中
央の矩形開口は図６のどの開口よりも大きく、これによ
り第１と第２のマスクで形成された可変成形ビームを妨
げることなく通過させることができる。なお、第２マス
クと第３のマスクは偏向器と同時に配置を入れ替えても
使用可能である。

【００３２】本実施例は、図５に示した構造の電子線描
画装置と図２，図６，図８に示した構造のマスクを用い
たものである。上述したように、本実施例では、第３マ
スク上に一括図形（図形開口）の１部ではなく、面積の
異なる一括図形を同じマスク上に配置した。この第３マ
スク上の一括図形パターンを照射する矩形の大きさを第
２マスクによって変えることができるために、第３マス
ク上に、よりコンパクトに図形開口を配置することが可
能となり、図形選択時の離軸量を押さえることができ
る。これにより品種や寸法の異なるＬＳＩを同時に描画
することが可能となる。電子線ネガレジストＳＡＬを用
いて２５６ＭＤＲＡＭと１ＧＤＲＡＭを描画した結果、
８インチウエハで４枚／時間のスループットが得られ
た。寸法精度も±９ｎｍを確保している。第２実施例お
よび第３実施例では第２マスク上には微細素子の図形開
口は配置していないが、矩形開口の周辺に図形開口を配
置してより多くの図形を使用可能とすることも有効であ
る。

【００３３】この手法の応用として、図６の第２マスク
６００上の矩形開口として、試料上で解像不可能になる
図１６に示すような微細な開口パターンを有する図形開
口を配置する方法が考えられる。これにより配線パター
ンのようにクーロン効果の大きい開口を使用する場合に
この微細な開口パターンを通過させることで総電流量を
低減させクーロン効果を低減させることができる。図１
６（ａ）は、微細な開口パターンを均一に設けたもの
で、電流量を１／４に低下させることができる。また、
図１６（ｂ）は、中央部の微細な開口パターンを両側よ
り密に設け、中央部での電流密度を小さくしている。こ
のように微細パターンの密度を調整することにより一括
図形内での電流密度の調整が可能となり、近接効果補正
にも有効である。

【００３４】（第４実施例）図９は、第４実施例を説明
するための電子線描画装置の概略図である。本実施例と
前述した各実施例との大きな違いは第２マスク１０２の
前段に設けられたブランキング用偏向器９１３でブラン
キングを行うことにある。本手法は、特に第２マスク１
０２以降に、電子の吸収より電子を散乱することにより
像コントラストを得る薄膜マスク９０３（図１１に示す
第３マスク１１０３参照）を第３マスクとして配置する
場合に有効である。本手法は、薄膜マスク９０３の後段
の角度制限絞り９１０により薄膜マスクからの散乱電子
を遮断し、試料上でのコントラストを得る手法であり、
マスクを薄膜化することにより、より微細な図形パター
ンをマスク上に形成することが可能となる。

【００３５】しかし、この手法の問題点は、従来のブラ
ンキング用偏向器９１５を用いて角度制限絞り９１０上
でブランキングを行うと、せっかく遮断していた散乱電
子が微量ながら試料１１０上に到達するようになってし
まうことにある。そこで比較的長時間のブランキングの
際には他のブランキング方法を併用する必要がある。本
実施例では薄膜マスク９０３以外に厚いマスク（第２マ
スク１０２）を配置しておき、電子ビームを偏向して該
厚いマスクで遮断することにより効果的なブランキング
を行うことができる。この場合のマスクは、図１０に第
２マスク１０００として示すように、矩形（１００１）
１つでも構わないが、同時に図形開口を配置することも
可能である。なお、ブランキング用マスクと描画用マス
クの順が逆でもこの方法は有効である。

【００３６】本実施例は、図９に示した構造の電子線描
画装置と図２，図１０，図１１に示した構造のマスクを
用いたものである。本実施例では第３マスクが薄膜マス
クであり厚さは２μｍである。薄膜マスクは図形開口を
微細パターンのアスペクト比を低減することが可能であ
るために、精度のよいマスクを得ることが容易となる。
なお第３マスク９０３（図１１の１１０３参照）の中央
の矩形開口は１２５μｍであり、第１マスクおよび第２
マスク１０００（図１０参照）の中央の矩形開口の１５
０μｍより小さい。第２マスク１０００には通常の２０
μｍ厚のマスクを用いた。描画はショット間は従来のブ
ランキング用偏向器９１５でブランキングを行い、ステ
ージ移動の整定待ちのような長い待ち時間の間は第２マ
スクの前段のブランキング偏向器９１３で電子ビームを
第２マスク１０２（図１０の１０００）上で偏向し、ブ
ランキングを完全なものにする（図１０のブランキング
された第１マスク像１００４参照）。ブランキング用偏
向器９１３は２極の静電偏向器である。電子線ネガレジ
ストＳＡＬを用いて１ＧＤＲＡＭを描画した結果、第２
マスク１０２上でブランキングを行わなかった場合は１
０個所にブランキング漏れによる感光領域が観察された
が、第２マスク１０２上でのブランキングを行うことに
より、これを除去することができた。

【００３７】（第５実施例）本実施例では、図１２に示
すように、第２マスク１０２上に図形開口を設け、第３
マスク１０３上で可変成形を行っている。この電子光学
系では第２マスク１０２と第３マスク１０３の間の距離
が第１マスク１０１と第２マスク１０２との間の距離よ
り長く、長い方に可変成形偏向器１２１４を配置してい
る。成形偏向は高速性を要求されるために可変成形偏向
器は通常細く長く作くられる。従って、空間の狭い領域
ではレンズ磁場の影響を受けるようになる。これによ
り、正確な偏向が妨げられてしまう。従って、可変成形
偏向器はマスク間距離の長い場所に配置するのがよい。
図１２では第２マスク１０２上に斜め入射になっている
が、図形数が多い場合は図９のように垂直入射が望まし
い。この場合でも第３転写レンズ１０６と第４転写レン
ズ１０７の焦点距離を長くすることにより可変成形偏向
器１２１４を配置しやすくすることができる。

【００３８】本実施例は、図１２に示した構造の電子線
描画装置と図２，図１３，図１４に示した構造のマスク
を用いたものである。本実施例では可変成形偏向器１２
１４が第２マスク１０２と第３マスク１０３の間に配置
されている。第１マスク１０１と第２マスク１０２の間
は１００ｍｍ、第２マスク１０２と第３マスク１０３の
間は１２０ｍｍであり、第２マスク１０２と第３マスク
１０３の間に可変成形偏向器１２１４を配置することに
より、転写レンズの磁場の影響を避けている。なお、可
変成形偏向器１２１４はφ５ｍｍ×５０ｍｍである。第
２マスク１０２上への入射角度は第３マスクへのそれと
比較して小さくなっており、図形数を多くするのには有
利である。図９のように垂直入射にすることも可能であ
り、一括図形をより多く配置するのに適している。

【００３９】（実施例６）本実施例は、図５に示した構
造の電子線描画装置と図２，図１７，図１８に示した構
造のマスクを用いたものである。但し、図５の図形選択
偏向器は除いて使用した。本実施例においては、第２マ
スク１７００は、図１７に示すように、中央に矩形開口
１７０１が設けられており、第１マスク像１７０２と該
矩形開口を部分的に重ね合わせることで可変矩形の成形
を行う。第３マスク１８００は、中央に矩形開口１８０
１が、またその周辺に一括図形１８０２および形状の異
なる各種微細開口群１８０４が多数設けられている。微
細開口群としては、矩形開口の右上は試料上最小０．１
μｍ角の正方形を初めとする微小寸法の正方形開口が、
その周りには様々な幅／長さの長方形の開口がある。こ
れらの開口は可変矩形法（可変成形法）の精度を向上さ
せることを目的として設けられている。通常の可変矩形
法は任意のサイズの矩形の形成が可能であるが、サイズ
の校正が必要となる。すなわち、描画する寸法が小さく
なるにつれて、その寸法に必要な精度を得るのが困難に
なってくる。

【００４０】しかし、特に微細な寸法に関しては予め必
要な矩形開口を用意しておき、その開口で代用すること
により、必要な精度を確保することができる。マスクは
試料上の２５倍の寸法となるため、マスク上の開口の寸
法精度は十分確保できる。しかし、その矩形の数が多い
と通常の一括図形照射法では図形の配置の間隔が限定さ
れてしまうため、図形数が不足してしまう。

【００４１】そこで、本実施例では、第１マスクと第２
マスクで小さな矩形を形成し、この矩形開口像１８０３
により第３マスク上の微小開口１８０４群の一つを選択
照射する。これにより、第３マスク上に効率よく矩形開
口を配置することができる。特に本実施例では矩形開口
が小さく、その効果は極めて大きい。微小矩形は第３マ
スクの開口形状のみで規定してもよいが、他の開口形状
との併用も可能である。中央の大きな矩形開口の右と上
に細長い開口が配置されているが、この開口の狭い方向
は第３マスクで、長手方向の長さは第１マスク像と第２
マスク像の重なりで規定する。これにより、寸法精度の
厳しい小さい方向の寸法は精度よく規定できる。同時に
第３マスク１８００上に一括図形１８０２を配置するこ
とにより通常の一括図形照射法も併用できる。本実施例
の方法を０．１５μｍ寸法の論理ＬＳＩの描画に用い
た。その結果、寸法精度を従来の可変矩形法の±２０ｎ
ｍから±１０ｎｍへと向上させることができた。

【００４２】次に、本発明を適用した電子線描画装置を
用いてＬＳＩを形成する実施例を説明する。図１５
（ａ）〜（ｄ）は、本発明を用いて半導体集積回路を製
造する場合の各工程における素子の断面図である。 （１）まず、同図（ａ）に示すように、通常の方法で、
Ｎマイナスシリコン基板４５に、Ｐウエル層４６、Ｐ層
４７、フィールド酸化膜４８、多結晶シリコン／シリコ
ン酸化膜ゲート４９、Ｐ高濃度拡散層５０、Ｎ高濃度拡
散層５１、などを形成する。 （２）次に、同図（ｂ）に示すように、通常の方法でリ
ンガラス（ＰＳＧ）の絶縁膜５２を被着し、その上に電
子線レジスト５３を塗布し、本発明の電子線描画装置に
よりホールパタン５４を形成する。

【００４３】（３）次に、同図（ｃ）に示すように、電
子線レジスト（図示せず）をマスクにして絶縁膜５２を
ドライエッチングしてコンタクトホール５５を形成す
る。 （４）次に、同図（ｄ）に示すように、通常の方法でＷ
／ＴｉＮ電極配線５６を形成し、次に層間絶縁膜５７を
形成した。次に、電子線レジスト（図示せず）を塗布
し、本発明の電子線描画装置によりホールパターン５８
を形成する。ホールパターン５８の中はＷプラグで埋め
込み、Ａｌ第２配線５９を連結する。以降のパッシベー
ション工程には従来法を用いた。

【００４４】なお、本実施例では主な製造工程のみを説
明し詳細は省略したが、コンタクトホール形成のリソグ
ラフィ工程で本発明の電子線描画技術を用いたこと以外
は従来法と同じ工程を用いた。以上の工程によりＣＭＯ
ＳＬＳＩを高歩留まりで製造することができた。本発明
を用い半導体装置を製作した結果、従来生じていた図形
の歪みによる合わせ不良や解像性および電流密度の不均
一性によるホール埋め込み金属の接続不良の発生を防止
でき、製品の良品歩留まりが大幅に向上した。

【００４５】なお、本明細書では特定の種類の一括図形
のみを用いたが、その他の種々の図形へ適用可能である
ことは明らかである。対物レンズの構造や縮小率などの
電子光学系も本実施例に限らず、偏向により図形を選択
し縮小して試料上に投影する全ての電子線描画装置に本
発明は有効である。

【００４６】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明を用いる
ことにより、一括図形照射法の高速化高精度化が図れ
る。より具体的には、離軸を抑えて図形数を増大させ
る，垂直にマスクに電子が入射する，マスクの薄膜化を
可能とするなどの効果が得られる。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
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を説明するための電子線描
画装置の構成図である。

【図２】本発明における第１マスク図である。

【図３】本発明の第１実施例における第２マスク図であ
る。

【図４】本発明の第１実施例における第３マスク図であ
る。

【図５】本発明の第２および３実施例を説明するための
電子線描画装置の構成図である。

【図６】本発明の第２実施例における種々の矩形を配置
した第２マスク図である。

【図７】本発明の第２実施例における一括図形の部分選
択を説明するための第３マスク図である。

【図８】本発明の第３実施例におけるサイズの異なる一
括図形を配置した第３マスク図である。

【図９】本発明の第４実施例の薄膜マスクを用いた場合
の電子線描画装置の構成図である。

【図１０】本発明の第４実施例におけるブランキング用
第２マスク図である。

【図１１】本発明の第４実施例における薄膜マスク図
（第３マスク）である。

【図１２】本発明の第５実施例を説明するための電子線
描画装置の構成図である。

【図１３】本発明の第５実施例における第２マスク図の
例である。

【図１４】本発明の第５実施例における第３マスク図の
例である。

【図１５】本発明を用いて半導体集積回路を製造する場
合の各工程における素子の断面図である。

【図１６】本発明の応用に使用する解像不可能な微細パ
ターンを持つ図形開口を説明するための図である。

【図１７】本発明の第６実施例における第２マスク図で
ある。

【図１８】本発明の第６実施例における第３マスク図で
ある。

【符号の説明】

４５：Ｎマイナスシリコン基板、４６：Ｐウエル層、４
７：Ｐ層、４８：フィールド酸化膜、４９：多結晶シリ
コン／シリコン酸化膜ゲート、５０：Ｐ高濃度拡散層、
５１：Ｎ高濃度拡散層、５２：絶縁膜、５３：電子線レ
ジスト、５４：ホールパターン、５５：コンタクトホー
ル、５６：Ｗ／Ｔｉ電極配線、５７：層間絶縁膜、５
８：ホールパターン、５９：アルミ第２配線、１００：
電子源、１０１：第1マスク、１０２：第２マスク、１
０３：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、１１０：試
料、１１１：ステージ、１１２：第１図形選択偏向器、
１１３：第１可変成形偏向器、１１４：第２図形選択偏
向器、１１５：クロスオーバ軌道、１１６：マスク像軌
道、２００：第１マスク、２０１：矩形開口、３００：
第２マスク、３０１：矩形開口、３０２：図形開口、３
０３：第１マスク像、４００：第３マスク、４０１：矩
形開口、４０２：図形開口、４０３：第２マスク像、５
０１：第１矩形選択偏向器、６００：第２マスク、６０
１：矩形開口、６０３：第１マスク像、６０４：小さな
矩形開口、７００：第３マスク、７０１：矩形開口、７
０２：大きな第２マスク像、７０３：小さな第２マスク
像、８００：第３マスク、８０１：小さな矩形開口、８
０２：大きな矩形開口像、８０３：小さな矩形開口像、
９０１：第１図形選択偏向器、９０３：薄膜マスク、９
１０：角度制限絞り、９１３：ブランキング用偏向器、
９１４：第１可変成形偏向器、９１５：従来のブランキ
ング用偏向器、１０００：第２マスク、１００１：矩形
開口、１００３：第１マスク像、１００４：ブランキン
グされた第１マスク像、１１０３：薄膜マスク、１００
２：第２マスク像、１１０１：矩形開口、１２０１：第
２図形選択偏向器、１２１３：第１図形選択偏向器、１
２１４：第１可変成形偏向器、１３００：第２マスク、
１３０１：矩形開口、１３０２：図形開口、１３０３：
第１マスク像、１４０１：矩形開口、１４０２：第２マ
スク像、１４０３：第３マスク、１７００：第２マス
ク、１７０１：矩形開口、１７０２：第１マスク像、１
８００：第３マスク、１８０１：矩形開口、１８０２：
一括図形、１８０３：矩形開口像、１８０４：微細開口
群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 洋也 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 松坂 尚 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 斉藤 徳郎 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 中山 義則 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊藤 博之 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式 会社日立製作所計測器事業部内 (56)参考文献 特開 平４−100208（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−137520（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−335531（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−221002（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136103（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−246816（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子線を発生する電子源と、 前記電子源を矩形にする第１の矩形開口部を有する第１
   のマスクと、 前記第１のマスクを通過した矩形電子線を偏向する第１
   の偏向器と、 前記第１の偏向器で偏向された矩形電子線をその複数の
   図形位置に照射させる第２の矩形開口部と第１の一括パ
   ターン開口部とを有する第２マスクと、 前記第１マスクと前記第２マスクの間の前記第１マスク
   側に第１転写レンズと前記第２マスク側に第２転写レン
   ズとを具備し、かつ前記第２マスクを通過した図形ビー
   ムを偏向する第２の偏向器と、 前記第２の偏向器で偏向された図形ビームをその複数の
   図形位置に照射させる第３の矩形開口部と第２の一括パ
   ターン開口部とを有し、前記第２マスクより厚さが薄い
   第３マスクと、 前記第２マスクと前記第３マスクの間の前記第２マスク
   側に第３転写レンズと、前記第３マスク側に第４転写レ
   ンズを具備し、かつ前記第３マスクを通過した図形ビー
   ムを所定の大きさに縮小する縮小レンズと、 試料に照射するための対物レンズとを具備することを特
   徴とする電子線描画装置。
2. 【請求項２】 前記第１マスクと前記第２マスクと前記
   第３マスクに対し、前記第１転写レンズと前記第２転写
   レンズと前記第３転写レンズと前記第４転写レンズによ
   り形成されるクロスオーバー軌道とマスク軌道とを制御
   する如く前記第１転写レンズと前記第２転写レンズと前
   記第３転写レンズと前記第４転写レンズとを配置したこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電子線描画装置。