JPH0897122A

JPH0897122A - 荷電粒子ビーム投射方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0897122A
Application number: JP6230965A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Umemura; 馨梅村; Yoshimi Kawanami; 義実川浪; Yasunari Hayata; 康成早田; Yuichi Madokoro; 祐一間所
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ステンシルマスクを用いた荷電粒子ビーム装
置において、マスク枚数を削減し、ビーム照射量が部分
的に異なる荷電粒子ビーム照射方法とこれを実現する荷
電粒子ビーム照射装置を提供することを目的とする。【構成】荷電粒子の透過できるステンシルマスクに荷
電粒子ビームを照射し、ステンシルマスクを透過した荷
電粒子ビームでステンシルマスクのパターンを試料上に
投射する荷電粒子ビーム投射方法において、上記ステン
シルマスク上への上記荷電粒子ビームの照射量をパター
ンによって変える。【効果】ステンシルマスクのパターンを部分的にビー
ム照射量を変えて試料に投射できるので、ステンシルマ
スクの枚数を削減でき、加工のスループットの向上と、
複数マスク使用時に見られた合わせ誤差の軽減の効果が
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームやイオンビ
ームなど荷電粒子ビームを用いて微細加工を行なう荷電
粒子ビーム投射方法、およびこれを実現させるための荷
電粒子ビーム投射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子ビーム投射装置は、イオンビー
ムや電子ビームなど荷電粒子ビームを用いて荷電粒子光
学系内に設けた貫通孔や凹部からなるパターンを有する
ステンシルマスクを照明し、このパターンを通過した荷
電粒子ビームをレンズで等倍もしくは縮小して試料上に
投射する装置である。ステンシルマスクを通過した荷電
粒子ビーム投射によって試料で生じる物理的または化学
的な変化を利用して、試料上にステンシルマスク上のパ
ターン状に試料を加工する装置である。

【０００３】この種の荷電粒子ビーム投射装置の従来例
としては、イオンビームや電子ビームでステンシルマス
クの縮小パターンを試料に投射（露光）するイオン投影
型縮小露光装置やセルプロジェクション型電子ビーム露
光装置などがある。

【０００４】イオン投影型縮小露光装置の詳細について
は、論文集『マイクロエレクトロニック・エンジニアリ
ング』第１７巻、（１９９２年）第２２９から２４０頁
(Microelectronic Engineering, 17 (1992) 229-240)に
おいてエイ・チャルプカら(A.Chalupka et al.)が『プロ
グレス・イン・イオン・プロジェクション・リソグラフィ(P
rogress in ion projection lithography)』（公知例
１）と題する論文に開示している。図２にイオン投影型
縮小露光装置２０の概略構成を示す。デュオプラズマト
ロン型イオン源２１から放出した水素やヘリウムなどの
軽元素のイオンビーム２２を開口パターンを設けたステ
ンシルマスク２３に一括照射し、このステンシルマスク
２３を通過したイオンビーム２２をレンズ２４にて集束
させ、投影レンズ２５で平行ビーム２９にして試料２６
であるレジストの塗布されたウエハに照射することで、
ステンシルマスク２３の開口パターンの縮小図形状にイ
オン露光できる。上記ステンシルマスク２３はマスクス
テージ２７に、試料２６の表面はレジストが塗布してあ
り、試料台２８に設置される。本装置は従来の光を用い
た縮小投影装置に比べて、微細構造をボケを小さく露光
できるという効果を有するとしている。

【０００５】また、電子ビームに関する公知例として
は、論文集『ジャーナル・オブ・ヴァキューム・サイエ
ンス・アンド・テクノロジー』の第Ｂ８巻、（１９９０
年）第１８３６から１８４０頁（Journal of Vacuum Sc
ience and Technology, B8 (1990) 1836-1840）におい
て、ナカヤマ(Nakayama）らが『Electron-beam cell pr
ojection lithography: A new high-throughput electr
on-beam direct-writingtechnology using a specially
tailored Si aperture』(公知例２)と題する論文中に
投射型電子ビームリソグラフィ装置を示している。これ
は、図３に示したように、電子銃３１と、ステンシルマ
スク３２と、２段の照射用磁界レンズ３４，３４’と、
走査偏向器３５’と、１段の投影用磁界レンズ３４’’
と、試料３７を設置する試料台３８を基本構成としてい
る。ステンシルマスク３２上に複数種のパターン３６を
設置して、上段の偏向器３５でパターンに電子ビーム３
９を当ててパターン化し、試料３７に転写する方式のも
のである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の荷電粒子ビーム
装置には次の問題があった。

【０００７】（イ）荷電粒子ビーム投射量変化に対する
対応荷電粒子の一例としてイオンに注目し、ステンシルマス
ク上の１パターン領域内で部分的にイオン投射量を変え
たいというニーズに対しては、従来の装置では、イオン
注入量の違い毎の専用のステンシルマスクが複数枚必要
であり、ステンシルマスク交換時のマスク相互の合わせ
精度、スループット、ステンシルマスク自体の製作費用
の観点から容易には実現できなかった。このことを図４
を用いて説明する。

【０００８】図４（ａ）は所望のイオン投射領域を示
す。ここで領域４０と領域４１へのイオン投射量に差を
付けたい場合、上記従来装置では図４（ｂ），（ｃ）に
示したイオン投射領域４０用のパターンを有するステン
シルマスク４２と、イオン投射領域４１用のパターンを
有するステンシルマスク４３が必要で、これらステンシ
ルマスク４２、４３を用いて、各領域４０、４１に対応
した所望のイオン投射量をステンシルマスク交換によっ
て、イオンビーム投射する。この例ではイオン投射量の
異なる領域が２種類であるためステンシルマスクは２枚
であったが、例えば１０種類なら１０枚のステンシルマ
スクが必要となる。

【０００９】また、同種の荷電粒子ビーム装置の従来例
であるセルプロジェクション電子ビーム露光装置では次
のような問題があった。

【００１０】（ロ）近接効果によるパターンのボケ図５に示したように、試料面のレジストに露光したい領
域は、大面積の領域５０、５０’と非常に近接した細長
領域５１、５１’から構成されている。このようなパタ
ーンを従来の電子ビームリソグラフィ装置で露光する
と、レジスト内で散乱した電子のため、露光後の縮小パ
ターンは領域５１と５１’が接触し、正確な細長溝が形
成できない。所謂、近接効果である。これを避けるため
に、図５（ｂ）に示した領域５０、５０’用のパターン
５３、５３’を設けたマスク５２と、図（ｃ）の領域５
１、５１’用のパターン５５、５５’を設けたステンシ
ルマスク５４を用意し、領域５１、５１’を露光すると
きには、投射電子量を少なくして近接効果を軽減させて
いた。この例では少なくとも２枚のステンシルマスクが
必要である。このように、近接効果を避けるために、同
じ領域へのビーム照射に対して複数枚のステンシルマス
クを必要とする場合が多かった。

【００１１】これら複数枚のステンシルマスクを用いて
正確に荷電粒子ビーム投射するためには、ステンシルマ
スクの交換を正確に行なわなければならない。つまり、
ステンシルマスクのアラインメントの正確さが所望の領
域を形成するための最低条件となる。一方、最終製品の
単位時間当たりの生産個数（スループット）の向上の観
点からは、ビーム投射による加工（露光やイオン注入）
に要する時間は短時間化が要求されている。従って、ス
ループットの尺度で見ると、アラインメント時間を要す
る多くのステンシルマスクの交換を必要とする作業は全
く好ましくなかった。複数のステンシルマスクの交換無
しに近接効果が低減できる荷電粒子ビーム投射方法や、
投射量がパターンによって異なるビーム投射方法が望ま
れていた。

【００１２】上記課題に鑑み、本発明が達成しようとす
る第一の目的は、荷電粒子ビームをステンシルマスク上
の開口パターンを試料上に投射する荷電粒子ビーム方法
において、使用するステンシルマスクの枚数を削減し、
ステンシルマスクへの荷電粒子ビーム照射量をマスク内
の場所によって分布を持たせられる荷電粒子ビーム投射
方法を提供することにある。また、本発明の第２の目的
は、上記第１目的である荷電粒子ビーム投射方法を実現
する荷電粒子ビーム投射装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、試料
への荷電粒子ビーム投射量を部分的に変えられる荷電粒
子ビーム投射方法によって解決される。具体的には、
（１）荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部から成る
パターンを有するステンシルマスクに荷電粒子ビームを
照射し、該ステンシルマスクを透過した上記荷電粒子ビ
ームで上記ステンシルマスクの縮小パターンを試料上に
投射する荷電粒子ビーム投射方法において、上記ステン
シルマスクへの上記荷電粒子ビームの照射量を上記パタ
ーンによって変える荷電粒子ビーム投射方法、または、
（２）荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部から成る
パターンを有するステンシルマスクに荷電粒子ビームを
照射し、該ステンシルマスクを透過した上記荷電粒子ビ
ームで上記ステンシルマスクの縮小パターンを試料上に
投射する荷電粒子ビーム投射方法において、上記ステン
シルマスク上での上記荷電粒子ビームの照射する領域を
小領域に分割し、該小分割領域毎に上記荷電粒子ビーム
照射量を変えて、上記ステンシルマスクの縮小パターン
を試料上に投射する荷電粒子ビーム投射方法、または、
（３）荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部から成る
パターンを有するステンシルマスクに荷電粒子ビームを
走査しながら照射し、該ステンシルマスクを透過した上
記荷電粒子ビームで上記ステンシルマスクの縮小パター
ンを試料上に投射する荷電粒子ビーム投射方法におい
て、該ステンシルマスク面内の場所によって上記荷電粒
子ビームの上記ステンシルマスクへの照射量を変えて上
記ステンシルマスクの上記パターンを試料上に投射する
荷電粒子ビーム投射方法、または、（４）上記（３）記
載の荷電粒子ビーム投射方法において、上記ステンシル
マスクへの照射量を該ステンシルマスク面内の場所によ
って変える方法が、ビーム走査回数、走査速度、上記ス
テンシルマスクへの到達電流量のうちの少なくともいず
れかである荷電粒子ビーム投射方法、または、（５）上
記（３）記載の荷電粒子ビーム投射方法において、更
に、上記ステンシルマスクを外した状態での上記荷電粒
子ビームの投射を伴なう荷電粒子ビーム投射方法、また
は、（６）荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部から
成るパターンを有するステンシルマスクに荷電粒子ビー
ムを照射し、該ステンシルマスクを透過した上記荷電粒
子ビームで上記ステンシルマスクの縮小パターンを試料
上に投射する荷電粒子ビーム投射方法において、上記ス
テンシルマスクへの荷電粒子ビームの照射場所を制限
し、上記試料に投射される上記荷電粒子ビームの照射量
を投射場所に応じて変える荷電粒子ビーム投射方法によ
って実現される。

【００１４】また、これらの具体例としてのイオン注入
方法は、（７）上記（１）から（６）のいずれかに記載
の荷電粒子ビーム投射方法における上記荷電粒子ビーム
が特にイオンビームであり、前記試料にイオン注入を行
なうイオン注入方法、または、（８）上記（７）記載の
イオン注入方法において、前記試料に投射される上記イ
オンビームの照射量、イオン種の少なくともいずれかを
投射場所に応じて変えるイオン注入方法、または、
（９）上記（７）または（８）のいずれかに記載のイオ
ン注入方法において、第１のイオン種を上記試料に注入
し、その後、第１のイオン注入領域以外に第２のイオン
種をイオン注入するイオン注入方法、または、（１０）
上記（７）または（８）のいずれかに記載のイオン注入
方法において、上記試料に第１のイオン種を注入した
後、同一場所に第２のイオン種をイオン注入するイオン
注入方法によって実現される。

【００１５】また、別の具体例としての電子ビーム露光
における近接効果は、（１１）上記（１）から（６）の
いずれかに記載の荷電粒子ビーム投射方法における上記
荷電粒子ビームが特に電子ビームであり、前記試料に投
射される上記電子ビームの照射量を投射場所に応じて変
える電子ビーム投射方法、または、（１２）電子ビーム
投射における近接効果補正方法であって、上記（１１）
記載の電子ビーム照射方法を用いて、電子ビームの照射
量をパターンによって変えて、上記パターンをレジスト
に投射する近接効果補正方法によって解決される。

【００１６】さらに、上記第２の目的は、（１３）荷電
粒子源と、荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部から
成るパターンを有するステンシルマスクを保持するマス
クステージと、試料を保持する試料ステージと、上記荷
電粒子源より荷電粒子ビームを引き出し走査しながら上
記ステンシルマスクに照射する荷電粒子の照射光学系
と、上記ステンシルマスクを透過した荷電粒子ビームで
前記ステンシルマスクの縮小パターンを前記試料上に投
射する荷電粒子ビームの投射光学系とを備えた荷電粒子
ビーム投射装置において、前記荷電粒子ビームが前記ス
テンシルマスク上を走査する際、前記ステンシルマスク
上の場所毎にビーム照射量を変える手段を備えた荷電粒
子ビーム投射装置、または、（１４）荷電粒子源と、荷
電粒子の透過できる貫通孔または凹部から成るパターン
を有するステンシルマスクを保持するマスクステージ
と、試料を保持する試料ステージと、上記荷電粒子源よ
り荷電粒子ビームを引き出し走査しながら上記ステンシ
ルマスクに照射する荷電粒子の照射光学系と、上記ステ
ンシルマスクを透過した荷電粒子ビームで前記ステンシ
ルマスクの縮小パターンを前記試料上に投射する荷電粒
子の投射光学系とを備えた荷電粒子ビーム投射装置にお
いて、前記荷電粒子ビームで前記ステンシルマスク上を
走査する領域を任意に変えるビーム走査手段を備えた荷
電粒子ビーム投射装置、または、（１５）荷電粒子源
と、荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部から成るパ
ターンを有するステンシルマスクを保持するマスクステ
ージと、試料を保持する試料ステージと、上記荷電粒子
源より引き出した荷電粒子ビームを上記ステンシルマス
クに照射する荷電粒子の照射光学系と、上記ステンシル
マスクを透過した荷電粒子ビームで前記ステンシルマス
クの縮小パターンを前記試料上に投射する荷電粒子の投
射光学系とを備えた荷電粒子ビーム投射装置において、
前記荷電粒子源と前記ステンシルマスクの間に開口が可
変のビーム制限手段を備えた荷電粒子ビーム投射装置、
または、（１６）上記（１３）から（１５）のいずれか
に記載の荷電粒子ビーム投射装置における荷電粒子源が
特にイオン源であるイオンビーム投射装置、または、
（１７）上記（１５）記載のイオンビーム投射装置にお
いて、上記荷電粒子が特にイオンであり、上記荷電粒子
源と上記ステンシルマスクの間に質量分離器を備えたイ
オンビーム投射装置、または、（１８）上記（１３）か
ら（１５）のいずれかに記載の荷電粒子ビーム投射装置
における荷電粒子源が特に電子源である電子ビーム投射
装置によって実現される。

【００１７】

【作用】まず、本発明の一例である荷電粒子ビーム投射
装置を図６で説明する。ここで用いる荷電粒子はイオン
であり、図６の荷電粒子ビーム投射装置は、具体的には
試料表面にレジストが不要なイオン注入装置である。

【００１８】イオン注入装置６１において、荷電粒子源
の一例としてイオン源を用いた。イオン源６２（本例で
はボロンイオンを放出する液体金属イオン源）から引き
出したイオンビーム６３は照射光学系６４により、ステ
ンシルマスク６５に照射される。（加速電圧１０ｋＶ）
ステンシルマスク６５はマスクステージ６６に保持され
ている。ステンシルマスク６５には微細パターンと粗パ
ターン（例えば図７（ｂ）においては、９０と９１が粗
パターン。９２が微細パターンである。）から構成され
た貫通孔が設けられている。ステンシルマスク６５を通
過したイオンビーム６３は投射光学系６７により試料６
８に照射される。実際は開口９０’、９１’、９２’を
１ブロックとして縮小投射する。投射光学系６７はこの
パターンブロックの像を試料６８上に多数個転写する。
本実施例の縮小率は８分の１とした。試料６８は試料ス
テージ６９に保持され、水平面内に移動可能である。

【００１９】照射光学系６４は照射レンズ７０（３枚電
極の静電レンズ）と、レンズ７１（３枚電極の静電レン
ズ）と、ビーム制限アパチャ７２と、Ｅ×Ｂ質量分離器
７３と、アライメント偏向器７４、ブランキング偏向器
７５（２極の静電偏向器）と、ブランキングアパチャ７
６と、走査偏向器７７とで構成されている。レンズ７１
はイオンビーム６３を必要十分な強度で引出し、イオン
ビーム６３のクロスオーバ７８を形成させる。イオンビ
ーム６３の中心軸から離れた不要なイオンはビーム制限
アパチャ７２で制限されている。イオンビーム６３はブ
ランキング偏向器７５によってブランキングアパチャ７
６上で偏向されることにより試料６８から遮断される。
また、イオンビーム６３のうち不要なイオン種成分はＥ
×Ｂ質量分離器７３により質量分離アパチャを兼ねたブ
ランキングアパチャ７６上で偏向されることにより試料
６８から遮断される。なお、Ｅ×Ｂ質量分離器７３はイ
オンビームのクロスオーバ７８をその中心に配置してお
り、色収差の発生を抑制している。アラインメント偏向
器７４はイオンビーム６３を偏向して、イオンビーム６
３の軸が照射レンズ７０と投射レンズ７９の中心軸を通
るようにする。なお、質量分離器と、ブランキング偏向
器、ブランキングアパチャとを照射光学系６４内に設け
たのはイオンビーム６３の照射によるステンシルマスク
６５の劣化を抑えるためであって、これらを投射光学系
６７内に設けても作用は変わらない。照射レンズ７０は
イオン源の像を約１倍で結像するようにイオンビーム６
３を収束しながら、マスク５５に照射している。照射レ
ンズ７０の中心とイオン源の距離は約７００ｍｍであ
る。

【００２０】投射光学系６７は、投射レンズ７９（３枚
電極の静電レンズ）と、ビーム制限アパチャ８０と、回
転補正器８１（電磁コイル）と、位置補正偏向器８２
（８極の静電偏向器）で構成されている，位置補正偏向
器８２はステンシルマスク６５を透過したイオンビーム
６３を試料６８上で偏向することで試料６８上でのステ
ンシルマスク６５の像位置ズレを補正する。ビーム制限
アパチャ８０は装置内で散乱したイオンビーム等を除去
する。回転補正器８１はレンズ強度の無視できる電磁レ
ンズで、ステンシルマスク６５を透過したイオンビーム
６３を回転させて試料６８上でステンシルマスク６５の
像回転を補正する。投射レンズ７０は、イオンビーム６
３を１０ｋＶから２０ｋＶに加速するために、両端の電
圧を非対称にしてある。

【００２１】本装置における第１の特徴は、投射光学系
６７に投射レンズ７９（３枚電極の静電レンズ）を１段
のみを設けると共に、照射光学系６４に照射レンズ７０
（３枚電極の静電レンズ）を設けて、イオンビーム６３
を投射レンズ７９の略中心に集束させることにある。こ
れによって、試料上でレンズ口径比の９次未満の像歪み
は消去され、シャープな像が得られる。

【００２２】また、第２の特徴は、イオンビーム６３の
クロスオーバ７８に偏向中心を持つ走査偏向系７７によ
りイオンビーム６３をステンシルマスク６５上で走査す
ることである。これによって、イオンビーム２強度分布
に左右されずにステンシルマスク６５上でのイオン照射
分布を一様にすることができる。走査偏向系７７は比点
補正器を兼ねた主走査偏向器７７ａ（８極の静電偏向
器）と副走査偏向器７７ｂ（８極の静電偏向器）からな
り、その合成偏向中心がクロスオーバ７８になるように
偏向の強度比が設定される。Ｅ×Ｂ質量分離器７３がな
い場合には、走査偏向器を一段にして、その中心をクロ
スオーバ７８に設置してもよい。

【００２３】上記のような装置を用いて、前記目的を達
成するためには、荷電粒子ビームがステンシルマスク上
を走査照射するときに、上記ステンシルマスク上で部分
的に照射量分布を作る荷電粒子ビーム投射方法によって
実現できる。図６において、偏向器７７は荷電粒子ビー
ム６３をステンシルマスク６５上で走査させる手段であ
る。マスク上での荷電粒子ビームの偏向方法は、照射量
（電流量）を１ブロック全面に渡って一定にするのでは
なく、試料上に照射すべき場所とイオン注入量に対応さ
せて、ステンシルマスクへの荷電粒子ビームの照射量を
変化させる。偏向器に連結した走査電源の電圧（走査偏
向領域）、走査回数、走査速度などはコンピュータ（図
示せず）によって制御され、マスク上での照射領域と照
射量を制御でき、その結果、試料上で１ブロックのパタ
ーンに対して部分的に注入量の異なったイオン注入領域
を形成することができる。

【００２４】

【実施例】

（実施例１）上記装置（図６）を用いてイオン注入を行
なう例を説明する。所望のイオン注入領域は図７（ａ）
に示す形状で、大きさが異なる３種類の領域９０、９１
および９２からなる。領域９０は２４×８μｍで、領域
９１は４×４μｍ、領域９２は一辺２μｍの正方形であ
る。注入すべきイオン種はボロンであり、イオン注入量
は開口９０には２×１０¹³個/cm²、開口９１には２×１
０¹²個/cm²、開口９２には８×１０¹²個/cm²である。

【００２５】図７（ｂ）はステンシルマスク９３上に設
けられ、図７（ａ）のイオン注入領域９０、９１および
９２に対応する開口パターン９０’、９１’および９
２’である。開口パターン９０’、９１’および９２’
は領域９０、９１および９２と略相似形である。イオン
ビーム投射時にはマスク形状を縮小するため、ステンシ
ルマスクのパターン寸法はイオンビーム投射寸法より大
きい。本実施例では縮小率を１／８としたため、パター
ン寸法はビーム投射寸法の８倍である。ステンシルマス
ク９３はシリコン板から形成されていて、表面はチャー
ジアップが生じないように金属被膜コートを施した。

【００２６】図１を用いてイオン注入方法を説明する。
図１はステンシルマスク上のビーム走査方法を示す図で
ある。ビーム走査領域を開口パターン１、２、３によっ
て図１のように領域に分割し、ここでは、領域を注入量
に対応させて図のようにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｃ’と名付ける。
イオンビーム５はマスク領域の左上角（Ｃ(0,0)）から
ｘ方向に右端(Ｃ(n,0))まで走査し、ブランキングし、
左端までをずらせ再度左(Ｃ(1,0))から右へ走査を行な
う。この走査をＣ(n,ｍ)まで繰返して領域Ｃ全面にイオ
ン照射を行なう。この時のビーム径は約５０ｎｍで電流
密度は８Ａ／cm²に設定し、試料に流入する電流量と照
射時間からイオン注入量を求め、所定のイオン注入量に
なるようにビーム走査を繰り返した。Ｃ領域へのイオン
注入完了後、ビームをＡ(0,0)に移動して、ビーム径を
１μｍに調整し、広領域を短時間でＡ(0,0)からＡ(n,p)
まで走査させた。ビーム電流密度を低下させたことと、
所望のイオン注入領域が領域Ｃに比べて低濃度であるた
め、領域Ａの面積が広いが短時間で所望のイオン注入を
完了した。さらに、領域Ｂおよび最下段の領域Ｃ'につ
いてもビーム径、走査速度を変化させることで、各領域
毎に所望量のイオン注入を行なった。

【００２７】本方法を用いない場合、領域Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｃ’に対応したマスク３枚を使い別けてイオン注入せね
ばならないのに対し、本方法では１枚のマスクのみで実
現させることができる。これによって、各マスク使用時
のマスク交換時間、アラインメント時間の削減がなされ
ると共に、マスク枚数の低減によりマスク作成に係る時
間や費用の低減という多大なる経済的効果をもたらし
た。

【００２８】また、ビーム走査法として、領域Ｃをイオ
ン注入後、ビーム条件を変えずにビーム位置をＣ(n,m)
からＣ'(0,0)へ高速移動させ、領域Ｃ’へのイオン注入
させる方法を用いることで、ビーム条件設定に係わる時
間が節約できるという効果がでる。

【００２９】（実施例２）ここでは、図７に示したパタ
ーンを図６とは別構成の荷電粒子ビーム投射装置を用い
たイオン注入方法および装置の実施例を示す。図７は投
影型イオン注入装置１００の概略構成図であり、イオン
源１０１、照射レンズ１０３、ステンシルマスク１０
５、投影レンズ１０６などから構成される。イオン源１
０１から放出したイオンビーム１０２は照射レンズ１０
３によって平行ビームにされ、ステンシルマスク１０５
にほぼ垂直入射するように調整される。ステンシルマス
クの直前に可変スリット１０４を設置したのが本装置の
特徴である。可変スリット１０４が全開状態１０４’で
は、照射レンズ１０３を通過したイオンビーム１０６は
全てステンシルマスク１０５に照射される。また、可変
スリット１０４の開口が一部制限状態１０４’’では、
通過ビームは制限ビーム１０６となりステンシルマスク
１０５を照射する領域を制限できる。照射領域が限定さ
れたイオンビームはステンシルマスク１０５の一部を照
射し、ステンシルマスク１０７に設けられたパターンを
通過し、投影レンズ１０８によって縮小され、さらに、
対物レンズ１０９によって縮小されたパターンが試料１
１０に垂直入射できる。

【００３０】この装置を用いて、図７（ａ）のパターン
状にイオン注入する方法を示す。図９は図８における可
変スリットとステンシルマスク部をわかりやすく示した
図である。照射ビーム１３０は可変スリット１０４Ａ，
１０４Ｂによって作られた開口１３１で制限され、マス
ク１０７に向かう。ステンシルマスク１０７にはパター
ンが密集した開口パターン領域１３２が形成され、本実
施例では２種の開口パターン列１３３と開口パターン列
１３４から構成されていて、図８では特に開口パターン
列１３３に限定して成形ビーム１０６が照射されている
ことを示している。成形された照射ビーム１０６は開口
パターン列１３３を通過し、開口部に対応する投射ビー
ム１３５の列となる。この状態で試料に所定時間の投射
を行なうことで、開口パターン１３３に対する所定のイ
オン注入は完了する。次に素早く可変スリット１０４
Ａ、１０４Ｂを操作し、成形ビームが開口パターン列１
３４を照射するように移動、調整することで開口パター
ン１３４に対する所定のイオン注入することができる。
勿論、開口パターン列１３３、１３４に対するイオン注
入量が違えば、それぞれに対する投射時間を調整すれば
よいだけである。従って、１枚のマスクでパターンによ
ってイオン注入量を違えることができる。また、この方
式では、照射ビーム１３０は偏向する必要はなく、可変
スリット１０４Ａ、１０４Ｂの操作だけで、マスク１３
２上の開口に対して選択的にビーム照射することができ
る。

【００３１】本実施例では、イオン注入を例にとり、荷
電粒子ビームの一例として、イオンビームを用いたが、
この方法は電子ビームリソグラフィでも適用でき、レジ
ストへの露光量を部分的に違えることができる。

【００３２】図１０は、図８のイオンビーム投射装置に
質量分離器を付加した例である。図１０において１４０
が電場と磁場を利用したＥ×Ｂ質量分離器であり、１４
１が集束レンズ、１４４が質量分離アパチャである。イ
オン源１０１は２種のドーパントイオンが放出できる。
イオン源１０１から放出したイオンをＥ×Ｂ質量分離器
１４０でドーパントイオン１４３とドーパントイオン１
４４の軌道を変え、質量分離アパチャ１４４にて、下流
のイオン光学系を通過させるイオンビーム１０２と通過
させないイオンビームに分離する。このとき、アパチャ
と質量分離器の間にある集束レンズ１４１によって、放
出イオン１４３、１４４を質量分離アパチャ１４４上に
集束させ、イオンビームの分離を容易にした。また、質
量分離器１４０と可変アパチャ１０４の動作は制御装置
１４５によって連携しており、マスク１０７上のあるパ
ターンＡ（図示せず）にドーパントイオン１４３を照射
するとすれば、制御装置１４５によって、質量分離器１
４０の電場または磁場の調整によるドーパントイオン１
４３がアパチャ１４４を通過するようにし、かつ、可変
アパチャ１０４によってマスク１０７上の所定のパター
ンＡに照射できるように、可変アパチャ１０７の開口位
置、開口量を制御させる。これにより、イオン種切り換
えとイオン注入場所（マスクでのイオン照射場所）の切
り換え、またイオンビーム投射時間の制御によりイオン
注入量の制御をマスクを交換することなく、敏速に行な
うことができる。

【００３３】（実施例３）次に、荷電粒子ビームとして
電子ビームを用いたリソグラフィの例を示す。図５はマ
スク上のパターン形状例である。本実施例では、図１１
（ａ）のように、図５（ｂ）、（ｃ）で示した開口５
３、５３’、５５、５５’を有するステンシルマスクを
用いた。このステンシルマスクを、図６の荷電粒子ビー
ム投射装置を基本にしたステンシルマスク上でビームを
走査する方式の電子ビーム投射装置に搭載して、電子線
によってレジストに露光する方法について説明する。

【００３４】図１１（ｂ）のように電子ビームをステン
シルマスク５６上でｘｙ方向に走査、掃引する。（５７
はビーム位置を示し、５８はビーム走査方向を示す。）
開口５５、５５’での単位面積当たりの電子ビーム照射
量を開口５３、５３’での８０％に設定した。まず、開
口５３を照射し、開口５５、５５’でのビーム走査掃引
を終え、開口５３’に移る時、開口５３での照射量と同
じに戻す。このような、照射方法によって、図５（ａ）
での領域５０と５１の間、５１と５１’、５１’と５
０’の間で見られた近接効果による露光領域の接触は無
くなり、所望の形状に露光することができた。

【００３５】ステンシルマスク５６上での電子ビームの
走査掃引方法は、上に示した他に、開口５３、５５、５
５’、５３’を均等に低照射量で照射した後、開口５
３、５３’のみを再び照射する方法でもよい。

【００３６】更に、電子ビーム投射装置の別の光学系の
例として、図８の光学系を基本にしたステンシルマスク
上のパターンにビームを一括して照射する方式の電子ビ
ーム投射装置の例を示す。用いたステンシルマスクの形
状は図１１（ａ）に示した。

【００３７】まず、第１の電子ビーム投射工程としてス
テンシルマスク５６上での開口パターン５３、５５、５
５’、５３’全面に電子ビームを低照射量だけ照射す
る。次に、第２の電子ビーム投射工程として、ステンシ
ルマスクの上段に備えたビーム制限可変アパチャによっ
て、電子ビームがステンシルマスクに照射する領域を開
口５３のみに制限し、次に開口５３’のみに照射する。
この照射方式によって、試料面上で、開口５３、５３’
に対応する領域には十分な電子ビームが照射され、か
つ、微細領域である５１、５１’には照射量が少なく近
接効果を示すことなく露光することができた。

【００３８】本方法によって、近接効果が軽減されると
共に、ステンシルマスクの枚数が１枚で済むという効果
をもたらす。用いるステンシルマスクが１枚であること
は、単に枚数の削減による経済的効果があるばかりでな
く、複数枚のステンシルマスクを用いる時に見られた各
マスク間の位置合わせなど時間を要する複雑な工程が削
減され、また、結果的に出現する不良品数が低減でき、
これらの時間的効果と品質向上面から総合的に大きな経
済的効果をもたらした。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、マスクのパターンを部
分的に照射条件を変えて投射できるので、マスクの枚数
を削減でき、加工のスループットの向上と、複数マスク
使用時に見られた合わせ誤差の軽減の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷電粒子ビームの照射方法を示す
ための説明図であり、特に、マスク上での荷電粒子（イ
オン）ビームの走査掃引方法を説明するための図であ
る。

【図２】従来装置のイオン投影型縮小露光装置の概略構
成を説明するための図である。

【図３】従来装置の電子ビーム露光装置の概略構成を説
明するための図である。

【図４】従来装置でイオン注入する場合のイオン注入領
域を示す図（ａ）と対応するマスク形状を示す図（ｂ）
（ｃ）である。

【図５】従来装置で電子ビームリソグラフィを行なうた
めのパターン例。図（ａ）は所望パターン形状で図
（ｂ）（ｃ）は対応するマスク形状を説明する図であ
る。

【図６】荷電粒子ビーム装置の構成を説明するための概
略構成図である。

【図７】図（ａ）はイオン注入すべき領域を示し、図
（ｂ）は図５の荷電粒子ビーム装置を用いる場合の図ａ
に対応するマスクを示すである。

【図８】実施例２で用いた、可変スリットを搭載した荷
電粒子ビーム装置の概略構成図である。

【図９】実施例２で用いた荷電粒子ビーム装置で、特
に、可変スリットとマスクを通過する荷電粒子ビームの
様子を説明するための斜視図である。

【図１０】実施例２で用いた、質量分離器と可変スリッ
トを搭載した荷電粒子ビーム装置の構成を説明するため
の概略構成図である。

【図１１】（ａ）実施例３で用いた電子ビーム投射装置
で用いたステンシルマスクを説明するための図で，
（ｂ）はステンシルマスク上でのビーム走査、掃引方法
を示す図である。

【符号の説明】

１、２、３、４…イオン注入領域（開口）、５…ビー
ム位置、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｃ’…ビーム照射領域、２１、６
２、１０１…イオン源、２２、６３…イオンビーム、
２３、４２、４３、５２、５４、５６、６５、９３、１
０７…ステンシルマスク、２４、３４、３４’、３
４’’、７１、１０３…レンズ、２５…投影レンズ、
２６、６８、１１０…試料、２７、６６…マスクステ
ージ２８、６９…試料ステージ。３０…電子ビーム露
光装置３１…電子銃３２…第１レンズ３２’…第
２レンズ、３３…電子ビーム、３５、３５’…偏向
器、３６…パターン、３７…ウエハ３８…露光
領域。４０、４１…イオン注入領域４０’、４１’、
５３、５３’、５５、５５’…開口、５０、５０’、５
１、５１’…電子ビーム照射領域。６１…荷電粒子ビー
ム装置、６４…照射光学系、６７…投射光学系、７
０…照射レンズ、７２…ビーム制限アパチャ、７
３、１４０…Ｅ×Ｂ質量分離器、７４…アラインメン
ト偏向器、７５…ブランキング偏向器、７６…ブラ
ンキングアパチャ（質量分離アパチャ）７７…走査偏
向系７８…主走査偏向器、７９…副走査偏向器。８
０…制限アパチャ、８１…回転補正器、８２…位置
補正器、９０、９１、９２…イオン注入領域、９
０’、９１’、９２’…開口。１０２、１３０…照射ビ
ーム、１０４Ａ，１０４Ｂ…可変スリット、１０５…
成形ビーム、１０６…成形ビーム、１０８…投影レン
ズ、１０９…対物レンズ。１３１…可変開口、１３２
…開口パターン領域、１３３…開口パターン列Ａ、１
３４…開口パターン列Ｂ、１３５…投射ビーム、１４
１…集束レンズ、１４２、１４３…ドーパントイオン、
１４４…質量分離アパチャ、１４５…制御装置。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｂ 9508−2Ｇ (72)発明者間所祐一東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部か
ら成るパターンを有するステンシルマスクに荷電粒子ビ
ームを照射し、該ステンシルマスクを透過した上記荷電
粒子ビームで上記ステンシルマスクの縮小パターンを試
料上に投射する荷電粒子ビーム投射方法において、上記
ステンシルマスクへの上記荷電粒子ビームの照射量を上
記パターンによって変えることを特徴とする荷電粒子ビ
ーム投射方法。
【請求項２】荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部か
ら成るパターンを有するステンシルマスクに荷電粒子ビ
ームを照射し、該ステンシルマスクを透過した上記荷電
粒子ビームで上記ステンシルマスクの縮小パターンを試
料上に投射する荷電粒子ビーム投射方法において、上記
ステンシルマスク上での上記荷電粒子ビームを照射する
領域を小領域に分割し、該小分割領域毎に上記荷電粒子
ビーム照射量を変えて、上記ステンシルマスクの縮小パ
ターンを試料上に投射することを特徴とする荷電粒子ビ
ーム投射方法。
【請求項３】荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部か
ら成るパターンを有するステンシルマスクに荷電粒子ビ
ームを走査しながら照射し、該ステンシルマスクを透過
した上記荷電粒子ビームで上記ステンシルマスクの縮小
パターンを試料上に投射する荷電粒子ビーム投射方法に
おいて、該ステンシルマスク面内の場所によって上記荷
電粒子ビームの上記ステンシルマスクへの照射量を変え
て上記ステンシルマスクの上記パターンを試料上に投射
することを特徴とする荷電粒子ビーム投射方法。
【請求項４】請求項３記載の荷電粒子ビーム投射方法に
おいて、上記ステンシルマスクへの照射量を該ステンシ
ルマスク面内の場所によって変える方法が、ビーム走査
回数、走査速度、マスクへの到達電流量のうちの少なく
ともいずれかであることを特徴とする荷電粒子ビーム投
射方法。
【請求項５】請求項３記載の荷電粒子ビーム投射方法に
おいて、更に、上記ステンシルマスクを外した状態での
上記荷電粒子ビームの投射を伴なうことを特徴とする荷
電粒子ビーム投射方法。
【請求項６】荷電粒子の透過できる貫通孔または凹部か
ら成るパターンを有するステンシルマスクに荷電粒子ビ
ームを照射し、該ステンシルマスクを透過した上記荷電
粒子ビームで上記ステンシルマスクの縮小パターンを試
料上に投射する荷電粒子ビーム投射方法において、上記
ステンシルマスクへの荷電粒子ビームの照射場所を制限
し、上記試料に投射される上記荷電粒子ビームの照射量
を投射場所に応じて変えることを特徴とする荷電粒子ビ
ーム投射方法。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載の荷電粒
子ビーム投射方法における上記荷電粒子ビームが特にイ
オンビームであり、試料へのイオンビーム投射によって
前記試料にイオン注入を行なうことを特徴とするイオン
注入方法。
【請求項８】請求項７記載のイオン注入方法において、
前記試料に投射される上記イオンビームの照射量、イオ
ン種の少なくともいずれかを投射場所に応じて変えるこ
とを特徴とするイオン注入方法。
【請求項９】請求項７または８のいずれかに記載のイオ
ン注入方法において、第１のイオン種を上記試料に注入
し、その後、第１のイオン注入領域以外に第２のイオン
種をイオン注入することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１０】請求項７または８のいずれかに記載のイ
オン注入方法において、上記試料に第１のイオン種を注
入した後、同一場所に第２のイオン種をイオン注入する
ことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１１】請求項１から６のいずれかに記載の荷電
粒子ビーム投射方法における上記荷電粒子ビームが特に
電子ビームであり、前記試料に投射される上記電子ビー
ムの照射量を投射場所に応じて変えることを特徴とする
電子ビーム投射方法。
【請求項１２】電子ビーム投射における近接効果補正方
法であって、請求項１０記載の電子ビーム照射方法を用
いて、電子ビームの照射量をパターンによって変えて、
上記パターンをレジストに投射することを特徴とする近
接効果補正方法。
【請求項１３】荷電粒子源と、荷電粒子の透過できる貫
通孔または凹部から成るパターンを有するステンシルマ
スクを保持するマスクステージと、試料を保持する試料
ステージと、上記荷電粒子源より荷電粒子ビームを引き
出し走査しながら上記ステンシルマスクに照射する荷電
粒子の照射光学系と、上記ステンシルマスクを透過した
荷電粒子ビームで前記ステンシルマスクの縮小パターン
を前記試料上に投射する荷電粒子ビームの投射光学系と
を備えた荷電粒子ビーム投射装置において、前記荷電粒
子ビームが前記ステンシルマスク上を走査する際、前記
ステンシルマスク上の場所毎にビーム照射量を変える手
段を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム投射装置。
【請求項１４】荷電粒子源と、荷電粒子の透過できる貫
通孔または凹部から成るパターンを有するステンシルマ
スクを保持するマスクステージと、試料を保持する試料
ステージと、上記荷電粒子源より荷電粒子ビームを引き
出し走査しながら上記ステンシルマスクに照射する荷電
粒子の照射光学系と、上記ステンシルマスクを透過した
荷電粒子ビームで前記ステンシルマスクの縮小パターン
を前記試料上に投射する荷電粒子の投射光学系とを備え
た荷電粒子ビーム投射装置において、前記荷電粒子ビー
ムで前記ステンシルマスク上を走査する領域を任意に変
えるビーム走査手段を備えたことを特徴とする荷電粒子
ビーム投射装置。
【請求項１５】荷電粒子源と、荷電粒子の透過できる貫
通孔または凹部から成るパターンを有するステンシルマ
スクを保持するマスクステージと、試料を保持する試料
ステージと、上記荷電粒子源より引き出した荷電粒子ビ
ームを上記ステンシルマスクに照射する荷電粒子の照射
光学系と、上記ステンシルマスクを透過した荷電粒子ビ
ームで前記ステンシルマスクの縮小パターンを前記試料
上に投射する荷電粒子の投射光学系とを備えた荷電粒子
ビーム投射装置において、前記荷電粒子源と前記ステン
シルマスクの間に開口が可変のビーム制限手段を備えた
ことを特徴とする荷電粒子ビーム投射装置。
【請求項１６】請求項１３から１５のいずれかに記載の
荷電粒子ビーム投射装置における荷電粒子源が特にイオ
ン源であることを特徴とするイオンビーム投射装置。
【請求項１７】請求項１６記載のイオンビーム投射装置
において、上記イオン源と上記ステンシルマスクの間に
質量分離器を備えたことを特徴とするイオンビーム投射
装置。
【請求項１８】請求項１３から１５のいずれかに記載の
荷電粒子ビーム投射装置における荷電粒子源が特に電子
源であることを特徴とする電子ビーム投射装置。
【請求項１９】請求項７から１０のいずれかに記載のイ
オン注入方法を用いて作成した半導体素子。
【請求項２０】請求項１２記載の近接効果補正方法を用
いて作成した半導体素子。