特許 5963139 電子ビーム描画方法および描画装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5963139

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】電子ビーム描画方法および描画装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20160721BHJP

   H01J 37/305 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 541W

   H01J37/305 B

【請求項の数】6

【全頁数】39

(21)【出願番号】特願2012-220491(P2012-220491)

(22)【出願日】2012年10月2日

(65)【公開番号】特開2013-93567(P2013-93567A)

(43)【公開日】2013年5月16日

【審査請求日】2015年7月7日

(31)【優先権主張番号】特願2011-219530(P2011-219530)

(32)【優先日】2011年10月3日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】311003259

【氏名又は名称】株式会社ＰＡＲＡＭ

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安田 洋

【審査官】 赤尾 隼人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１５８２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５１４２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６３８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２４５７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１６７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０１５４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３２８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／１０４１３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２１０４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１７３３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１８９６２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｈ０１Ｊ ３７／３０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子ビーム描画装置を利用し、試料に複数の個別要素ビームを走査して描画する電子ビーム描画方法であって、
前記電子ビーム描画装置は、
電子ビームをＺ軸方向に出射する電子銃と、
ＸＹ方向に所定の配置ピッチで配列された複数の開口を有し、前記電子銃から射出された電子ビームから、前記開口のサイズにビームサイズが規制された複数の個別要素ビームを得る遮蔽板と、
前記遮蔽板により得られた複数の個別要素ビームを個別にＯＮ／ＯＦＦする複数の個別ブランカと、
複数の個別ブランカから出射される複数の個別要素ビームを全体としてＯＮ／ＯＦＦする全体ブランカと、
複数の個別ブランカおよび全体ブランカを通過した複数の個別要素ビームを、全体として所定ピッチずつ偏向させて、複数の複数の個別要素ビームを前記試料に対しステップ的に走査させる偏向装置と、
を含み、
前記全体ブランカからの複数の個別要素ビームの出射をＯＦＦした状態で、前記偏向装置により複数の個別要素ビームの出射方向を決定するとともに、各出射方向における１ショット毎に作成された各個別ブランカからの個別要素ビームの出射のＯＮ／ＯＦＦを示すビットマップに従って、前記複数の個別ブランカを制御して、各個別ブランカから出射される個別要素ビームのＯＮ／ＯＦＦを制御し、
各個別ブランカからの個別要素ビームの出射のための処理が静定した後、全体ブランカからの複数の個別要素ビームの射出をＯＮして、ＯＮ状態の複数の個別ブランカからの個別要素ビームからなる１ショットを前記試料に対し照射し、この１ショットの複数の個別ビームの照射を前記偏向装置により複数の個別要素ビームの位置を移動して繰り返し、描画目標であるパターンデータに応じたパターンを前記試料に描画し、
前記ビットマップは、前記パターンデータと、前記遮蔽板における開口の配置ピッチに応じて決定される複数の個別要素ビームの試料への照射位置との比較に基づいて作成され、このビットマップ作成の際に、前記パターンデータに対応する描画を行うのに必要ショット数を算出し、算出された必要ショット数が所定数を超える場合には、必要ショット数が前記所定数以下となるように、前記パターンデータを変更する、
電子ビーム描画方法。

【請求項2】

請求項１に記載の電子ビーム描画方法であって、
複数の個別ブランカの配置ピッチＰと、パターンデータにおけるパターンの繰り返しピッチをＬとした場合に、ＰとＬの最小公倍数をＬまたはＰで除した値が一定値を越えないように適切なＬを選択し、選択したＬに基づいて、描画すべき前記パターンデータを修正する、
電子ビーム描画方法。

【請求項3】

請求項１に記載の電子ビーム描画方法において、
前記遮蔽板、個別ブランカのセットを複数設け、各セットにおけるＸ，Ｙ方向での配置ピッチを互いに異ならせ、前記パターンデータに応じて、前記複数のセットのうちの一つを選択して、描画する、電子ビーム描画方法。

【請求項4】

請求項１に記載の電子ビーム描画方法であって、
前記ビットマップデータが、外部からパラレルシリアルデータ変換回路を介して供給され、デシリアライザを通してパラレルデータとしてレジスタに格納される、電子ビーム描画方法。

【請求項5】

請求項４に記載の電子ビーム描画方法であって、
前記ビットマップデータが、外部からパラレルシリアルデータ変換回路を介して供給され、デシリアライザを通してパラレルデータとしてレジスタに格納される過程において、光ファイバを使ったレーザー光通信が利用される、
電子ビーム描画方法。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１つに記載の電子ビーム描画方法に用いる、
電子ビーム描画装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子ビーム描画方法および描画装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体（ＬＳＩ）製造工程の回路パターンを露光するリソグラフィ分野において、電子ビーム描画技術が利用されている。すなわち、半導体リソグラフィ技術では、通常元図となるマスクを電子ビーム描画装置で作成し、そのマスク画像を光によって半導体基板（ウェハ）に転写する写真製版技術（光リソグラフィ）が主に使われてきた。

【0003】

電子ビーム描画方式は、細く絞った電子ビームによる一筆書きと呼ばれる方式に始まり、可変矩形方式や、キャラクタプロジェクション（ＣＰ）と呼ばれる、微小マスクによる数平方μｍを一括描画する方式など、描画方式を発展させてきた。

【0004】

しかしながら、電子の進む軸に沿ったＺ軸方向にレンズを数段並べた１本のコラムであっては、ビーム軸付近で電子ビームがクーロン斥力によってビーム軌道が曲がり、クーロン効果によるビームの焦点距離が長くなるので、焦点距離の再調整を行わなくては、一般的にガウス像面ではビームがぼけてしまう。ガウス像面とはビームの電流量が極小であるときにかつ、近軸軌道のビームがフォーカスを結ぶ面である。長くなった焦点距離を再調整して最もフォーカシングがあった状態にし、ビームのボケを極小にできるフォーカス条件を求めることを、リフォーカシングと呼ぶ。しかしながら、クーロン効果によるビームボケとは電子が粒子として様々に散乱をすることによってビームがぼけることも含めている。これは個別電子のクーロン散乱によるボケと呼ばれる。クーロン効果全体のビームボケの量を１とするときに３分の２はリフォーカシングによって除去できるがリフォーカシングで除去できない量が３分の１残る。これは個別電子のクーロン散乱によるボケである。
前記個別電子のクーロン散乱によるボケが発生するような大きな電流量ではもはやリフォーカシングではビームをシャープにすることはできない。

【0005】

一般的にクーロン斥力によるボケは電子ビーム量に比例し、ビームの加速電圧の約１．５乗に反比例し、ビーム収束半角αに反比例すると言われている。そのためにαを大きく取った軌道が採用されることが多い。αを大きく取ると一般的にレンズの軸上球面収差と言われる収差が大きくなる。球面収差係数をＣｓとすると球面収差は１／２×Ｃｓ×α³で表されるために、クーロン効果を低減するためには最終的には球面収差係数を低減する必要がある。球面収差係数を低減するためには対物レンズに厚肉レンズ（軸対称ビーム進行方向の磁界の濃いところの厚みがあること）が必要であるが、なおかつ対物レンズの焦点距離が短いことが不可欠である。
しかしながらこのような対策には限界があり、１本だけのビーム構成では電流値を大きくするとビームボケが支配的に大きくなる。
以上のようにクーロン散乱によるボケによって、微細パターンが描画できなくなることからシングルコラムにはスループットの限界が存在する。

【0006】

そこで、コラム１本あたりの電流値を小さくして、多数のコラムを採用するマルチアクシス（アクシス＝コラム軸）のマルチコラムを構成し、１本のコラムあたりの電流値を小さくすることが高スループット化と、ビームシャープネス向上に寄与する方法となる。例えば３００ｍｍウェハ上において８７本のビームを用いて、１本あたり１μＡの電流値を用いれば、８７μＡの試料電流を用いて描画できるので、パターン寸法２０ｎｍで４０μＱ／cm²のレジストを２７５秒で描画できる。これは１時間あたり１２枚のスループットを達成できる速度である。

【0007】

このようにマルチコラムを使用しなくては、例えばシングルコラムで８７μＡの試料電流を用いて描画する場合にはビームのボケは、１．７μｍ以上に達するために、１００ｎｍ以下の微細パターンの描画は全く不可能となる。

【0008】

このようにシングルコラムによるビームでは、クーロン効果でビームの総量が大きくなるに従って、ビームのボケが巨大になる。そのため微細パターンと描画速度の両立をはかることができずに、微細化を目的とするとビーム総量がとれずスループットが小さかった。そこでレンズを複数有するマルチコラム方式が必要となった。マルチコラム方式ではなるべくたくさんのコラムをウェハ上に並べるために、レンズを細くすることが必要となる。例えば直径が２５ｍｍ程度の電子レンズを形成して、３００ｍｍウェハ上に７０本から１００本以上のコラムを設置して描画の高速化をはかることができる。

【0009】

しかし例えば８７本のコラムを使用しても、２０ｎｍ程度のガウシアンの丸い１本ビームではスループットは０．０１枚／時以下の値にしかならない。例えば４０μＣ／cm²のレジストで２００Ａ／cm²の電流密度の電子ビーム照射を行った場合に、２００ｎｓで露光が終了する。３３ｍｍ×２６ｍｍの領域を描画するためには４２９０００秒の時間がかかる。これでは８７本のマルチコラムを利用しても、１枚のウェハを描画するのに１２０時間以上の時間がかかることになる。そこでどのようなビームを使用することが適しているか精査する必要があった。

【0010】

ビームとして可変矩形ビーム、すなわちVariable shaped beam 略してＶＳＢを用いる方式では２０ｎｍの市松模様を描画するためにウェハ１枚あたり１００時間以上かかる。例えば４０μC／cm²のレジストで２００Ａ／cm²の電流密度の電子ビーム照射を行った場合に、２００ｎｓで露光が終了する。３３ｍｍ×２６ｍｍの領域を描画するためには２１５００秒の時間がかかる。これでは８７本のマルチコラムを利用しても１枚のウェハを描画するのに６０時間の時間がかかることになる。

【0011】

さてＣＰ（セルプロジェクション）法とは１μｍから３μｍ四角程度のサイズのパターンを有限個数、デバイス設計パターンデータ中から切り出して、これらのパターンを穴開きマスクとして１枚のマスク上に形成する。１枚のマスクは複数のＣＰパターンを保持する。第一の矩形アパーチャを通過した電子ビームをＣＰマスク上に結像する。ＣＰ選択偏向器を用いて、第一の矩形アパーチャの像を、ＣＰマスク上の任意の位置に偏向することによって、ＣＰビームの選択を行い、１つのＣＰマスクの開口による透過ビームを試料面上に結像させて描画する方法である。繰り返しパターンの多いＤＲＡＭやＮＡＮＤフラッシュメモリのセルパターンをＣＰパターンとすると効果的に高速描画ができる。

【0012】

多数のデバイスパターンの中には、デバイスパターンが非常に単純なパターンであって、ＣＰ数が少なくても当該デバイス層の全パターンが描画できるケースもごくまれには存在する。その場合にはＣＰ法であってもスループットが１０枚／時以上に増大することも考えられる。従ってＣＰ露光法の有効性は、完全に否定されるものではない。
しかしながら、一般的なデバイスでは層内の全てのパターンが少数のＣＰで記述できてしまうというようなケースは非常にまれである。多くのデバイスの層においてはすべてのパターンをＣＰ化しようとすると数千個または数万個以上のＣＰ数を必要となる場合が多かった。パターンの繰り返し性が必ずしも有効でなく、デバイスパターン全体をＣＰ化する場合にはＣＰ数が膨大となりすぎてＣＰマスク化出来ないケースが多く存在していた。従って多くのデバイスパターンにおいては、ＣＰ露光法は適切な描画方法ではなかった。またＣＰ数が膨大である場合には、ＣＰ選択偏向器のアナログ出力が変化する時間すなわちＣＰ間ジャンプに時間が長大にかかることのためにスループットは大きく伸びることは無く、１時間に１枚程度のスループットが限界であった。

【0013】

ランダムパターンが多い場合には、ＣＰ描画方法では多数のパターンを可変矩形ビームＶＳＢ法での矩形分割露光に戻さざるを得ないために、ショット数は一定数以下に削減できず、膨大なショット数となり、多大な描画時間がかかることが多い。結局、現在のデバイスパターンや将来的なデバイスパターンにおいてＣＰ描画は高速露光の方法としては全く適切な方法とは云えない。
以上のように、マルチコラム方法を用いても１本１本に使用するビームが適切でなければ、高スループットでかつ高精度の露光はできなかった。

【0014】

ランダムなパターン描画のための描画装置としては、縦方向にドットビームを並べて均一なラインビームを構成する方法が考えられる。そしてビームの長手方向と垂直である方向に走査して、パターン描画することがランダムなパターンを高速に描画するための最も近道であると一見思われる。
そのような長手方向に均一なビームを形成するための電子銃としてはくさび型の断面を有して長手方向には２枚のナイフエッジで引き出し電極ができているような形状の電子銃を用いて電子ビームを形成すればよいように考えられる。
しかしながら、細長い断面を有する強度の強い均一照射ビームを形成することは実験上困難であった。一方向に長い均一電子銃というものは、どこか１カ所で強く電子が放射されてしまうことが多く、他の箇所は弱いビームが放射されてしまい、均一な電子照射を得ることは難しかった。このような理由で一方向のマルチビームというものは、システムとして実用化されたことは今日までなかった。

【0015】

電子銃の形成の立場から議論すれば、実際に現実的に可能なことは、強い輝度での電子銃からの放射は、円形状または正方形状の領域を均一に照射することができることにとどまることが多い。
このような電子銃の円形状または正方形状の均一放射によっては、照射すべき対象のビームは可変矩形ビーム、ＣＰビームまたは、正方形行列ビームの形成に適している。

【0016】

一方、多数のビームを用いて一方向に連続的に走査しつつ描画をしていく描画方法が存在し、多くの方法が提案されている。一般的にマッシブパラレルと呼ばれる方法である。
最初に本発明者らが始めに提案したＢＡＡ方式について記す。図３のように、ビームをまず多数の離散的な個別要素ビームに分離する。そして各々の個別要素ビームが、同時に独立にＯＮ／ＯＦＦしながら一方向に連続的に走査していく描画形式をとる。従って、レジスト上の１点の描画箇所が多数の離散的な個別要素ビームによって重ね露光される。
走査方向は連続的に走査されるが、非走査方向は離散的に描画せざるを得ないので、一定のピッチＰで互いのビームの位置をずらしておくことになる。例えばＰ＝２０ｎｍとして千鳥格子のように並んだビームは第一列目のビームから２０ｎｍずれている。３列目はさらに２０ｎｍずれている。

【0017】

さてこのような描画方法では、以下のような問題点が発生する。
走査方向と非走査でパターンのシャープネスが異なる。一般的には、非走査方向にはエッジのシャープネスが非常に良く、急峻である。
走査方向にはビームサイズの分だけ引きずって行き、ブランカによってビームが切れるが、ビームサイズの分だけ照射エネルギー分布に傾斜ができるので、走査方向へのパターンエッジのシャープネスは良くない。走査があまり速いと、走査方向にシャープなビーム形状が得られず、ＸＹ平面内で均一なパターン形状が得られない。

【0018】

またビームサイズを固定して、ビームサイズＳ＝２０ｎｍであると、任意のパターンを記述するには粗すぎる。これを微細な寸法まで記述できるようにするためには、スキャン方向にはビームが必要に応じて高速にＯＮ／ＯＦＦできるようにすればよい。１００ｎｍ／１００ｎｓの速度で走査されている場合には、０．１ｎｍ単位まで寸法を指定できるためには０．１ｎｓの単位で、ビームをＯＮ／ＯＦＦ制御する必要がある。
０．１ｎｍ単位で３００ｍｍウェハを表すと（３×１０⁹）²＝１０¹⁹のデータ量が必要である。また矩形のショットが１Tera＝１０¹²ショットあるとすべて合わせて１０³¹bitのデータが必要となる。このような膨大なデータを扱うことは大きな困難を伴う。何らかのデータ圧縮の方法を考えなくてはならない。

【0019】

さらに多数のビームをＯＮ／ＯＦＦしながら連続走査型方式で描画して行く場合には、以下の困難がある。
連続的な走査方法による、薄いプレート板状の物体からなるＰＳＡ(Programmable shaping aperture )では、ビームを整形するための多数の開口群と、
それぞれの開口を通過する個別要素ビーム群のすべてのビームを独立にＯＮ／ＯＦＦするための個別要素ビーム用の一対のブランカ電極対と、
それぞれのブランカを駆動するための、電圧（３．３Ｖから５Ｖ）信号をＰＳＡの外部から個別要素ビーム用のブランカ電極までの配線に流れる電流によって形成される磁界が、
ＰＳＡを通過していくビームに影響を与え、制御上好ましく無い偏向を与えてビームのＯＮ／ＯＦＦの正常動作を邪魔したり、露光量が変化したり、正常な描画点から外れた場所に描画されたりする可能性が排除できない。

【0020】

前記配線数は数百本から数千本と多く、また配線に流れる電流による磁界はＰＳＡ面内で近いビームに対しては大きな影響を与えて、ＰＳＡ面内から遠くの位置にあるビームにも強い影響を与える可能性がある。また、描画走査しつつブランカがＯＮ／ＯＦＦをするタイプのマッシブパラレル装置では、不確定な時間に配線に流れる電流による磁界がビームを偏向するために、正確で信頼度の高い描画特性が保証できない。
または、電極制御信号の配線は長さが一定でなくばらつくので配線による信号遅延があって、ブランカ信号のタイミング合わせが容易では無く、個別のビームのタイミング制御が難しい。走査しながらの個別のビームのＯＮ／ＯＦＦのタイミング制御は難しく、時間的にばらばらになる。そのようになった場合には、ビーム毎に位置制御がばらつき、パターンエッジががたがたになり、パターンの寸法精度が悪くなる。

【0021】

さらにマッシブパラレル方式ではハーフトーンによる描画方法が使用される。
ここではビームを等間隔に並べることなく、少しずつピッチを変えて位置をずらして配置しておいて、各々のビームに中間的な露光量を与えて描画されたパターンの寸法が、徐々に変わるようにしている。
一般的にハーフトーンですべてのパターンを表わそうとした場合には、少なくともパターンルールの数値の間を４分割程度にする必要がある。すなわち２０ｎｍパターンルールであれば、５ｎｍ 毎にずらしたショットを形成しておきパターンのショット時間を制御する必要がある。これによって少なくとも必要な開口パターンはＸ方向に４倍、Ｙ方向にも４倍の種類が必要なので１６倍の大きさのＰＳＡが必要となる。これを均一照射するための電子銃の均一性を表わすパラメータであるエミッタンスは４倍必要であって、電子銃の輝度は１６分の１に低下する。そのため、ウェハ直接描画を目指すと、スループットは１６分の１に低下する。

【0022】

以上のように、マルチ電子ビーム描画においては高スループットの実現とパターンの高精度化の実現とは両立が難しく、さらに加えてデータビット容量の膨大化・電子銃均一照射条件と高スループット化の両立が困難という諸々の条件が追い打ちをかけていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0023】

【特許文献1】特開平０６−１３２２０３号公報

【非特許文献】

【0024】

【非特許文献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

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0025】

従来のマルチビーム描画技術では走査方向には同じビームがなぞって行くので同じパターンをビームが何度も何度も多重露光して走査もオーバーラップするので、描画時間が余分に掛かって無駄時間が多くスループットが低かった。
また、走査方向には多重露光が行われるのでショットのミスが互いに重なりあって、ミスショットの状況把握が困難になるので、高信頼描画を行うことができない。エラーショットがあっても気がつかれない。これは装置開発上の大きな支障となる。そのために信頼度を上げることが非常に困難であった。

【0026】

走査方向と垂直な方向を非走査方向と呼ぶが、走査方向と非走査方向ではビームエッジのシャープネスが異なるためにパターン精度が悪くなる。
実際には走査方向のエッジシャープネスが非常に悪くなる。
データ容量が非常に大きくなるので、ビットマップ展開するとメモリが膨大に必要となる。メモリの膨大化を避けようとすると、ビットマップデータに展開しながら描画するということになるので、パターンデータが残らず、誤ショットがあった場合に調査することができない。信頼性が非常に悪いものになる。
また、全てのパターンがビットマップ展開しながら描画できるという保証は全くない。すなわち、ビットマップ展開速度が描画速度に追いつかないで、描画できずに終了してしまうことがある。これは、結局描画ミスとなる。

【0027】

スキャンと同期して、個別の要素ビームがＯＮ／ＯＦＦするのは大変に難しい。
同期がずれるとビーム位置精度が劣化するので、ビームが静止してから描画を行うのでなくては高精度の描画ができない。
均一照射性については、細長いビームでの均一照射化は困難であることがわかった。
従って行列構成ビーム全体の縦横のサイズはほぼ等しく、なるべく正方形であることが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0028】

本発明は、
電子ビーム描画装置を利用し、試料に複数の個別要素ビームを走査して描画する電子ビーム描画方法であって、
前記電子ビーム描画装置は、
電子ビームをＺ軸方向に出射する電子銃と、
ＸＹ方向に所定の配置ピッチで配列された複数の開口を有し、前記電子銃から射出された電子ビームから、前記開口のサイズにビームサイズが規制された複数の個別要素ビームを得る遮蔽板と、
前記遮蔽板により得られた複数の個別要素ビームを個別にＯＮ／ＯＦＦする複数の個別ブランカと、
複数の個別ブランカから出射される複数の個別要素ビームを全体としてＯＮ／ＯＦＦする全体ブランカと、
複数の個別ブランカおよび全体ブランカを通過した複数の個別要素ビームを、全体として所定ピッチずつ偏向させて、複数の複数の個別要素ビームを前記試料に対しステップ的に走査させる偏向装置と、
を含み、
前記全体ブランカからの複数の個別要素ビームの出射をＯＦＦした状態で、前記偏向装置により複数の個別要素ビームの出射方向を決定するとともに、各出射方向における１ショット毎に作成された各個別ブランカからの個別要素ビームの出射のＯＮ／ＯＦＦを示すビットマップに従って、前記複数の個別ブランカを制御して、各個別ブランカから出射される個別要素ビームのＯＮ／ＯＦＦを制御し、
各個別ブランカからの個別要素ビームの出射のための処理が静定した後、全体ブランカからの複数の個別要素ビームの射出をＯＮして、ＯＮ状態の複数の個別ブランカからの個別要素ビームからなる１ショットを前記試料に対し照射し、この１ショットの複数の個別ビームの照射を前記偏向装置により複数の個別要素ビームの位置を移動して繰り返し、描画目標であるパターンデータに応じたパターンを前記試料に描画し、
前記ビットマップは、前記パターンデータと、前記遮蔽板における開口の配置ピッチに応じて決定される複数の個別要素ビームの試料への照射位置との比較に基づいて作成され、このビットマップ作成の際に、前記パターンデータに対応する描画を行うのに必要ショット数を算出し、算出された必要ショット数が所定数を超える場合には、必要ショット数が前記所定数以下となるように、前記パターンデータを変更する。
また、複数の個別ブランカの配置ピッチＰと、パターンデータにおけるパターンの繰り返しピッチをＬとした場合に、ＰとＬの最小公倍数をＬまたはＰで除した値が一定値を越えないように適切なＬを選択し、選択したＬに基づいて、描画すべき前記パターンデータを修正することができる。

【0029】

また、前記遮蔽板、個別ブランカのセットを複数設け、各セットにおけるＸ，Ｙ方向での配置ピッチを互いに異ならせ、前記パターンデータに応じて、前記複数のセットのうちの一つを選択して、描画することができる。
また、前記ビットマップデータが、外部からパラレルシリアルデータ変換回路を介して供給され、デシリアライザを通してパラレルデータとしてレジスタに格納されることもできる。
また、前記ビットマップデータが、外部からパラレルシリアルデータ変換回路を介して供給され、デシリアライザを通してパラレルデータとしてレジスタに格納される過程において、光ファイバを使ったレーザー光通信が利用されることもできる。
また、本発明は、上述したような電子ビーム描画方法に用いる、電子ビーム描画装置に関する。
また、前記個別ブランカは、個別要素ビームを偏向させる一対の電極を有し、
前記一対の電極は、絶縁膜として、ＳｉＣ、Ｓｉを始めとする真性半導体層または半導体の空乏層を使用する、
ことができる。

【発明の効果】

【0030】

この発明によれば、高精度・超高速電子ビーム描画装置と描画方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】マルチアクシスのＰＳＡ(Programmable Shaping Aperture system)で、用いられる電子光学鏡筒の図。複数のコラムを有する断面を示す図である。

【図2】従来例のＢＡＡ(Blanker Aperture Array)コラムの断面を示す図である。

【図3】従来例のＢＡＡの各個別要素ビームの配列を示す図である。

【図4】従来例のＢＡＡのパターン描画方法を説明する図である。

【図5】ビームサイズが２０ｎｍでピッチが８０ｎｍの正方格子行列ビーム群Ａの配列を示す図である。

【図6】正方格子行列ビーム群Ａの配列によって、１６ｎｍメッシュで切断されたパターンデータを描画する様子を示す図である。

【図7】３０ｎｍのラインアンドスペースパターンの描画を説明する図である。

【図8】２５ｎｍのラインアンドスペースパターンの描画を説明する図である。

【図9】ビットマップデータの転送方法を示す図である。

【図10】ＰＳＡ−ＢＡ（Programmable Shaping Aperture Blanker Array）基板までのビットマップデータの流れを説明する図である。

【図11】パターン描画の遷移を説明する図である。

【図12】ラインアンドスペースを描画する様子を説明する図である。

【図13】ホールアレイを描画する様子を説明する図である。

【図14】第一のパターンメッシュと第二のパターンメッシュが、メッシュサイズは同じ２０ｎｍで、互いに１０ｎｍＸ方向とＹ方向にシフトさせた場合を説明する図である。

【図15】図１４の第一のパターンメッシュ上に第一のパターンが描画され、第二のパターンメッシュ上に第二のパターンが描画され、互いに１０ｎｍＸ方向とＹ方向にシフトさせた場合を説明する図である。

【図16】第一のパターンメッシュが２０ｎｍであって第一のパターンが描画され、第二のパターンが１６ｎｍメッシュであって第二のパターンが描画され、第一と第二のパターンのギャップが８ｎｍないし１６ｎｍであることを説明する図である。

【図17】電子銃部を説明する図である。

【図18】ＰＳＡ−ＢＡ基板の平面図である。

【図19】ＰＳＡ−ＢＡ基板の断面図であって、ビームの成形と個別ブランカの構成を説明する図である。

【図20】ＰＳＡ−ＢＡ基板の断面図であって、ビームに対する配置を説明する図である。

【図21】ＰＳＡ−ＢＡの電極までの配線図である。

【図22】行列ビームの１，２，３，４を形成できるＰＳＡ−ＢＡアパーチャについて記載した図である。

【図23】図２２に示される行列ビーム１，２，３，４の１つのビームについて選択した場合のコラムの説明図である。

【図24】２０ｎｍ holeをラインスキャンで描画した時の近接効果補正電子強度分布を説明する図である。

【図25】塗り潰しパターンにおけるビーム強度分布を説明する図である。

【図26】近接効果補正における露光強度分布を説明する図である。

【図27】近接効果補正における露光強度分布を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る描画装置は、１つの電子銃２１からＺ軸方向に射出される電子ビームから複数の正方形ビーム（個別要素ビーム）を発生し、これを試料に照射するコラムを所定数配置したマルチコラム型の描画装置である。

【0033】

１つのコラムには、１つの電子銃２１が備えられ、この電子銃２１からの放出される電子ビームがＰＳＡ−ＢＡ基板４に均一に照射される。ＰＳＡ−ＢＡ基板４には、複数の正方形開口を正方格子状に配置した電子遮蔽板１１，１２が設けられ、この電子遮蔽板１１，１２により、電子銃２１からの電子ビームから所定の配置ピッチでＸ、Ｙ方向に正方格子状に配列された複数の正方形の個別要素ビームが得られる。この例では、４×４＝１６本の個別要素ビームが得られる。電子遮蔽板１１，１２の間には、個別ブランカ１３が設けられており、この個別ブランカ１３の一対の電極に印加する電圧を制御することで、図１における点線のように個別要素ビームが偏向され、これによって個別要素ビームがＯＮ／ＯＦＦされる。また、１コラムに１つの全体ブランカ１６が設けられており、１コラムの複数の個別要素ビームを全体として偏向させる。ラウンドアパーチャ１４には、その中心部に開口が設けられており、上述の個別ブランカ１３、または全体ブランカ１６によって偏向された個別要素ビームはラウンドアパーチャ１４を通過することができず、個別要素ビームがＯＦＦされ、個別ブランカ１３、および全体ブランカ１６によってＯＦＦされなかった個別要素ビームがラウンドアパーチャ１４を通過してＺ軸方向に射出される。
そして、ラウンドアパーチャ１４を通過した個別要素ビームを偏向装置（メイン偏向器１７，サブ偏向器１８）により所定ステップで移動することで複数の個別要素ビームを走査して、所定のパターンの描画を行う。

【0034】

本実施形態では、１コラムからの全個別要素ビームを全体ブランカ１６でＯＦＦさせておき、その状態で、パターンデータに応じて決定されたビットマップに応じて個別ブランカ１３のＯＮ／ＯＦＦを決定し、この動作が静定したあと、全体ブランカ１６をＯＮして、ＯＮ／ＯＦＦ制御された１コラム分の個別要素ビームが試料に照射される。そして、ステップ的に個別要素ビームの照射位置を移動して、各位置でのビットマップに基づく個別要素ビームの照射を繰り返し、所定範囲内へのパターンの描画を行う。

【0035】

本実施形態では、目標とする描画パターンをそのまま描画するのではなく、上述した描画装置でビームが照射できるエリアとの比較で、適宜変更する。すなわち、個別要素ビームの配置ピッチは、電子遮蔽板１１，１２の開口の配列によって決定されている。そこで、各ショットでの個別要素ビームのＯＮ／ＯＦＦ（ビットマップ）は、パターンデータと、電子遮蔽板１１，１２の開口の配列から得られる個別要素ビームの試料への照射位置の配列とで決定される。パターンデータによっては、その照射を実現するためのショット数が膨大になる可能性がある。そこで、本実施形態では、ショット数が所定値を超える場合には、パターンデータの方を変更し、ショット数（使用するビットマップの枚数）を所定数以下に抑制する。

【0036】

このように、本実施形態に係る描画装置では、静止した状態での正方形のビームのＯＮ／ＯＦＦによって描画を行うため、いかなる寸法のパターンでも任意の寸法で描画できるものではない。パターンの形状および寸法に若干の制限を与える代わりに、高精度化と高スループット化を同時に達成できる。なお、本実施形態では、デバイスのパターンルールにあわせたビーム形成手段を用いて、ビームを形成する。

【0037】

これ以降の説明で、ビームサイズＳの正方形のビーム射出部を縦横ともに整数個に配置し、これを所定のピッチで移動して描画できるパターンを、正方格子メッシュで描画できるパターンと呼ぶことにする。

【0038】

本実施形態では、目標とするパターン形状（目標パターン形状）を、例えば一辺の長さが、２０，１８，１６，１４，１２，１０，８，６，４，３，２，１ｎｍのうちの１つ正方形の要素領域を縦横に配置したパターンメッシュからなるパターンデータに変形する。 すなわち、形成したい目標パターン形状を、パターンメッシュと比較して、パターンメッシュの各正方形領域について、目標パターン形状と重なる要素領域（メッシュ）について、「１」とし、重ならない要素領域について「０」となるビットマップを作成する。

【0039】

そして、ビットマップで「１」に対応する要素領域についてビームを射出して、ターゲットにビームを照射することで目標パターン形状に近いパターンを描画する。
このように、本実施形態では、描画目標である目標パターン形状をそのまま描画用のデータとして用いるのではなく、これをメッシュパターンと比較して、ビットマップに変換し、これをビーム制御のデータとして用いる。

【0040】

本実施形態では、パターンのメッシュピッチと正方格子行列ビームを一致させ、効率のよいＯＮ／ＯＦＦデータ、すなわちビットマップを作成し、このビットマップによる描画を行うことにより、描画精度と描画速度を同時に達成する。

【0041】

これは、描画すべきデバイスルールに適した描画装置であれば、効率的に描画できるということを意味している。例えばサイズＳ＝２０ｎｍメッシュの点滅で描画できるパターンに対して、８０ｎｍピッチの正方形格子行列ビームの点滅でパターン描画を遂行する。ビームの位置走査が静止しかつビームの点滅の状態が一定の状態になった後に、全体ブランカを動作させて全体のビームを被露光物上にショットする。

【0042】

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１に使用する基板は、ＰＳＡ−ＢＡ基板４であり、ＰＳＡ−ＢＡは、Programmable Shaping Aperture Blanker Arrayの略である。
図１に示すように、ＰＳＡ−ＢＡ基板４は、好ましくは例えば10ｍｍ四角のチップであって、直径３００ｍｍのウェハに対して８７本のコラムが並んだマルチコラム全体を通じて300ｍｍφ以上のセラミック等で形成された基板の各々のコラムの中間部に１個ずつ貼り付けられて使用されている。図１の電子銃２１から射出される電子ビーム１によってＰＳＡ−ＢＡ基板４がほぼ均一な電子ビーム強度で照射される。
ＰＳＡ−ＢＡ基板４では、図５に示されているように正方形ビームを（または丸ビーム）をビームサイズ４１の整数倍の大きさのピッチ４３（Ｘ方向）および４６（Ｙ方向）で、正方形格子状に配列された、ビームを通過せしめるビーム成形用のアパーチャ４０を持っている。好適な例では、Ｘ方向のピッチ４３と、Ｙ方向のピッチ４６は、同一である。

【0043】

本実施形態では、ＰＳＡ−ＢＡ基板４に高抵抗のＳｉＣ基板を使用するが、Ｓｉ基板でもよい。例えば、アパーチャ４０が一辺４μｍの正方向であり、１６μｍのピッチで、縦横に配置する。これによって、ＰＳＡ−ＢＡ基板４を通過するビームサイズは４μｍ（４μｍ□）、ピッチは１６μｍ。例えば、ビームは、横方向に４０個並び、縦方向にもピッチ１６μｍで、４０個整列している。そのために４０×４０＝１６００個の正方形ビームが正方形格子行列ビームとなって整列している。全体として６４０μｍ四角の領域にビームが配置される。
６４０μｍの領域は、変動率０．１％以下の均一性によって電子ビーム照射される。

【0044】

図１では、各アパーチャ４０によって成形される個別のビーム（個別要素ビーム）は個別ブランカ１３の電極の間を通過し、下部の矩形開口を通過した後に電子レンズによって、微小な開口が形成されたアパーチャ板からなるラウンドアパーチャ１４の開口に収束される。

【0045】

後述するように、個別ブランカ１３の電極に電圧が印加されるとビームが偏向されて、電子銃のクロスオーバー像がラウンドアパーチャ１４の開口を通過できずにラウンドアパーチャ１４に遮蔽され、試料面上には射出されることはない。個別ブランカ１３の電極に電圧が印加されていないと、ビームはラウンドアパーチャ１４の開口を通過してＯＮの状態を表し、電圧が印加された場合にはビームが偏向されてラウンドアパーチャ１４を通過できずＯＦＦの状態を表す。

【0046】

図示したように、電子遮蔽板１１、個別ブランカ１３、電子遮蔽板１２は、ＳｉＣなど半導体からなるＰＳＡ−ＢＡ基板４を利用して形成される。
そのようにして、１６００個の個別要素ビームのＯＮ／ＯＦＦ状態が静定した後に、全体ブランカ１６の電極に対する電圧印加を制御して、ＯＮの個別要素ビームをラウンドアパーチャ１４の開口を通過させてビームを試料に照射して、試料のレジスト層を感光させる。

【0047】

なお、ラウンドアパーチャ１４を通過した電子ビームは、縮小レンズ２０ａと投影レンズ２０ｂを用いて試料面上には例えば２００分の１に縮小されて結像される。
この結像時には個別要素ビームのサイズは２０ｎｍ□となり、ビームのピッチは８０ｎｍとなる。以上のビームが正方形格子状に４０×４０＝１６００個並ぶと全体ビームとして、微細な正方形ビームを内部に含む３．２μｍ□の正方形のショットサイズとなる。
１回のショットの照射が終了した場合には、全体ブランカ１６に電圧が印加されて、行列ビーム全体はアパーチャを通過できずに試料面には照射されない。いわゆるビームのＯＦＦ状態になる。
この後、メイン偏向器１７とサブ偏向器１８に異なった電圧が印加される。同時に、１６００個の個別要素ビーム用のブランキング信号のＯＮ／ＯＦＦ情報についての新規ビットマップデータがレジスタにローディングされ、ビットマップデータが全部書き換えられる。新しいビットマップデータがローディングされている時には、個別ブランカ１３のブランキング電極用の信号が変化をして、ＰＳＡ−ＢＡ基板４の配線上に電流が流れているのであるから、配線を取り巻く磁界が変化している。各開口を通過すべきビームの位置が静定していないので、ビーム照射をしないように全体ブランカ１６によってビームが射出されないようになっている。
ビットマップデータのローディングが全部終了し、個別要素ビーム用のブランカの信号が変化し終わり、個別要素ビームのＯＮ／ＯＦＦが制定する。なお、ビームの走査を行うために、メイン偏向器１７、サブ偏向器１８の偏向信号も変化する。そして、このビーム偏向についても静定し終わったあとで、全体ブランカ１６が解除されて、次の試料面上のレジスト層にビームがショットされる。
電子銃２１からの電子ビームがＰＳＡ−ＢＡ基板４を通過した後、縮小レンズ２０ａ、メイン偏向器１７、投影レンズ２０ｂ、サブ偏向器１８を通り、試料に照射される。これらが１つのコラム２を形成する。

【0048】

このように本方式においてはビットマップデータが確定して、すべての正方行列要素ビームのＯＮ／ＯＦＦ状態が静定し、ビームがショットされる偏向位置も静定した後に全体ブランカ１６が解除されて描画が行われる。
したがって、常にビームが静定した状態でレジスト層に照射される。
以上のマルチビーム描画機能を果たす仕掛け全体をＰＳＡ−ＢＡ機能部３として図示してある。

【0049】

また、電子ビーム描画装置は、１２インチウェハ（３００ｍｍウェハ）用にマルチアクシスのコラムを８７本具備するとよい。これはウェハ処理能力すなわちスループットがデバイス量産技術者から要求されている1時間当たり10枚の値を満足するようになるからである。８７本のコラムはすべて同じコラムである。

【0050】

各々のコラムはコラムの一番上部に電子銃２１を具備する。電子銃２１はＰＳＡ−ＢＡ基板４を均一照射し、高輝度を達成できるＬａＢ６の平坦な先端部を有する電子銃である。温度は１６００Ｋから１７００Ｋの比較的低温である。先端表面には電子を引き出す強電界が印加してある。通常電子銃陰極は−５０ＫＶであるが引き出し電極には−４５ＫＶから−４０ＫＶの電位がかけられており、電子銃陰極に対して電子を引き出すように引き出し電界がかかるようになっている。
電子銃２１から、出射された電子は、陽極が０ＫＶであって、５０ＫＶのエネルギーに加速される。電子が進む方向をＺ軸方向とする。
電子はサイズＳ（一辺の大きさＳ）の正方形ビームを形成する開口部を有する電子遮蔽板１１ないし１２に当たって整形される。たとえばＳ＝４μｍである。電子遮蔽板１１ないし１２は多数の開口群を具備する。前記の開口群はＺ軸に直交するＸＹ平面内部で、ピッチがＳの整数倍のＬである完全な正方形の格子状に並んだビームを形成できるように、正方形マトリクス状の開口群を有する。電子遮蔽板１１ないし１２と平行な平面内に電子遮蔽板１１ないし１２と異なる複数の電子遮蔽板が存在してもよい。この場合には別の電子遮蔽板の開口群のサイズＳ’はＳよりも若干大きくてもよい。
電子遮蔽板１１，１２でサイズＳに成形され、ＸＹ平面内に正方形状マトリクスを構成するビーム群に成形されたビームのそれぞれはそれぞれを独立に偏向可能な個別ブランカ１３の２枚の電極の間を通過していく。個別ブランカ１３の電極は平行平板で、２枚の極板が０Ｖと０Ｖであれば電子は曲げられることなく直進するので、レンズ１９で集光されたのち、ラウンドアパーチャ１４の開口を通過していく。前記のビームはＯＮ状態であるという。
個別ブランカ１３の２枚の電極の電圧が異なるとき、通過していく電子は曲げられるので、ラウンドアパーチャ１４を通過できないで遮蔽される。前記の通過できないビームはＯＦＦ状態となる。
個別ブランカ１３の各電極には、電圧アンプからの出力が印加される。個別要素ビームのＯＮ／ＯＦＦを示すデータが対応するビットマップから転送されて対応するレジスタに記憶される。このデータは、「０」まはた「１」の信号である。
この「０」「１」信号によって、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。「０」「１」信号はビットマップと呼ばれる。正方格子行列ビーム群は一般にＸ方向に整数Ｎ個、Ｙ方向に整数Ｍ個並んでおり、全体でＮＭ個のビーム群が存在する。Ｎ＝Ｍであってもよい。この場合には正方格子行列ビーム群は完全に正方形のビーム群となる。
個別要素ビームは個別ブランカ１３を通過した後で、電子遮蔽板１１は多数の個別ブランカ１３が電界干渉しないための電界干渉防止板としても機能する。電界干渉防止板は個別ブランカ１３に近接しておかれており、隣接するビームの軌道に個別ブランカ１３の電圧が干渉することを避ける目的で設置されている。
ビームは、次にレンズ１９を通過し、電子銃のクロスオーバー像がラウンドアパーチャ１４上に結像する。
ビームはラウンドアパーチャ１４の開口から偏向しＯＦＦ状態になるように、個別ブランカ１３と全体ブランカ１６がビームを偏向する。
前記の正方格子行列ビーム群はすべてのビットマップデータが確定したら、全体ブランカ１６が解放されて、ビームがラウンドアパーチャ１４の開口（丸穴）を通過して試料面上に照射される。すなわち、ビームは縮小レンズ２０ａと投影レンズ２０ｂを通過して試料面上に結像される。
ビームは始めは４μｍサイズの穴が１２μｍ間隙を開けて１６μｍピッチで並び、Ｘ方向に４０個並びＹ方向にも４０個並ぶために６４０μｍ正方形の領域に１６００本のビームが出射される。

【0051】

ビーム全体は縮小レンズ２０ａと投影レンズ２０ｂを通して縮小され、試料面上には２００分の１で投影される。従って２０ｎｍ正方形のビームが６０ｎｍの間隔を離して８０ｎｍピッチで、４０×４０＝１６００個が３．２μｍの正方形の領域に並ぶ。
前記３．２μｍのビームはメイン偏向器１７で走査される。この走査の幅は±２５．６μｍであり、１回分のショットのフレームが全体として走査される。
さらにビームはサブ偏向器１８で２０ｎｍ毎に偏向し、８０ｎｍの正方形領域を１６ショットで塗りつぶすことができる。
ウェハ全体の露光時間を計算する。レジスト感度４０μC／cm²で、電流密度４００Ａ／cm² 1００ｎｓ shot、サブデフレクタジャンプ待ち時間５０ｎｓ、ショットサイクル１５０ｎｓ、６．５ＭＨｚ、２６ｍｍ／３３ｍｍを描画するときには２０６ｓが露光時間となる。ステージの折り返し時間とウェハの出し入れとウェハのキャリブレーションを合計して３００ｓがウェハの所要時間とすると、３００ｍｍウェハで１２枚/時のウェハ処理量で描画することができる。

【0052】

サブ偏向器１８の偏向幅は、８０ｎｍ×８０ｎｍの四角領域を偏向できる。基本的にＸ方向のサブ偏向器１８がサイズ２０ｎｍのビームを−３０ｎｍ、−１０ｎｍ、＋１０ｎｍ、＋３０ｎｍの４点を偏向し、Ｙ方向のサブ偏向器１８がサイズ２０ｎｍのビームを−３０ｎｍ、−１０ｎｍ、＋１０ｎｍ、＋３０ｎｍの４点を偏向することにより、１６回の偏向とショットで８０μｍ四角領域が塗り潰される。
同時に、１６００本のビームが出ていれば、サブ偏向器１８の偏向により３．２μｍ角領域が全面描画される。この時、各個別ブランカ１３の一つ一つに任意のＯＮ／ＯＦＦのビットマップデータによる３．３Ｖから５Ｖの電圧を掛ければ、図１のラウンドアパーチャ１４の丸穴を通過できないので、ビームがウェハ上に照射されない。これにより、３．２μｍ角の内部のサイズ２０ｎｍ毎の小領域を塗るか塗らないかを選択することによって、２０ｎｍのメッシュで分割した任意のパターンが描画できる。すなわち、市松模様、ラインアンドスペース、１対１のホール列や図１１のような不規則な配線パターンも描画できる。

【0053】

本実施形態では、コラムはマルチコラムが１ウェハを描画する。従って、マルチアクシス（Multi Axis：ＭＡ）方式である。かつ、１コラムの内部のビームは電気的に可変で静的に固定されたビーム形状がプログラマブルに変化するビームを用いて、ベクトル走査で描画するものである。従って、ＰＳＢ（Programmable Shaped Beam）方式である。そこで、ＭＡ−ＰＳＢ方式と呼ぶ。
ここで、図１には、制御装置１０が模式的に示してある。この制御装置１０は、個別ブランカ１３、全体ブランカ１６、偏向装置（メイン偏向器１７，サブ偏向器１８）の制御を行うとともに、描画パターンについてのパターンデータを受け取り、これから各ショットにおける個別ブランカのＯＮ／ＯＦＦを決定するビットマップを生成する。例えば、パターンデータと、電子遮蔽板１１，１２における開口の配置ピッチに応じて個述するようにしてビットマップ作成する。また、必要な場合に、パターンデータを変更する演算も行うとよい。

【0054】

図２は、ＢＡＡ(Blanker Aperture Array)システムの図である。ＬａＢ６の電子銃２１から出た電子流はＺ方向に進み、矩形アパーチャ２２を通過して矩形ビームに整形される。電子レンズを介して、ＢＡＡ２３を照射し、ＢＡＡ２３を通過して１０２４本の個別要素ビームが形成される。この個別要素ビームは、個別に独立の小ブランカ電極対とラウンドアパーチャ２４によって、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＢＡＡ２３では、ブランカ２６も設置されているが、これはＢＡＡ２３による連続走査によって描画が１列ごとに終了したあとでブランカがかかってビームがカットされるものであって、個別要素ビームのステップ毎にブランカをかける機能はない。
ビームは、メイン偏向器２５とサブ偏向器２７によってそれぞれの連続的な一方向への走査がなされる。描画される試料はウェハ２８である。

【0055】

図３はＢＡＡ（Blanker Aperture Array）のビーム配置図である。同時に電子遮蔽板の開口の配置図でもある。ＢＡＡの開口群は横長に形成されている。縦方向はＡからＨまでの８つの矩形開口が並んでおり、横方向には１番から１２８番の１２８個の矩形開口が並んでいる。
１，３，５など奇数番号のついているビームを形成する矩形開口は矩形開口としては横方向に開口のサイズで２個分ずつずれていて、これを縦方向に走査した場合には矩形１つ分の描画されない間隙が残る。そこで、２，４，６など偶数番号のついたビームがこの間隙を埋めて塗りつぶしができるようになっている。
しかしながら従来のＢＡＡ描画方法のようにビームを配置しても、横方向（Ｘ方向）には個別要素ビームのサイズの整数倍のパターンしか描画ができない。
Ａ列のビームに対してＢ列のビームをハーフピッチずらすなどビーム相互間の配置を微妙にずらすことを行って、ビームのＯＮ／ＯＦＦの時間を微細なタイミングでずらし制御して描画すれば、ビームサイズの整数倍以外のパターン描画も不可能ではない。また走査方向に連続的な鋸歯状波形を用いてスキャンを行いつつ、ビームブランカのタイミングを微妙に制御することで、スキャン方向のパターンサイズを微妙に調整することができる。

【0056】

ただし、以下に述べるように問題点は多い。
１．Ｙ方向とＸ方向すなわち、走査方向と非走査方向でのパターンエッジのシャープネスが異なる。
２．走査方向のデータ容量が膨大となり、描画データ全体を格納し検証するための適切なデータ容量には収まらない。各描画点ＯＮ／ＯＦＦを記述するためのビットマップデータは０．１ｎｍまで記述しようとすると、３００mmウェハ全体で１０²⁰以上のデータ容量が必要となる。そこで、ビットマップデータは全部を記憶格納せず、パターンデータである、矩形状の領域のみデータ記憶格納をしておき、描画しつつビットマップデータを作成するという形態の装置が提案されやすい。
しかしこのタイプの装置は、中間データであるビットマップデータが記憶保持されないために、描画パターンに異常があった場合に、異常の原因が特定できないので、非常に低い信頼性の装置であることに終わる。
３．ＢＡＡデバイス中での配線長はすべての要素ビームに対して異なるために、ビームのＯＮ／ＯＦＦ信号のタイミングがすべての要素ビームで異なる。そのためにビームのＯＮ／ＯＦＦタイミングの制御ができずに描画パターンの精度が非常に劣悪となる。
４．ＢＡＡデバイスがＸ方向とＹ方向でサイズが異なり正方形ではない形状で、一方向に長いので、電子銃からの電子ビームの均一照射ができない。
従って、要素ビームの中で電子ビーム強度が不均一なビームが多い。

【0057】

次に、図４について説明する。ＢＡＡで構成されるビーム群（ＢＡＡの像３４）はＸ方向に長く、Ｙ方向に短いのでＹ方向のフレーム３３を連続的に走査していく。連続的に走査しつつ、Ｙ方向の所定の位置に来た時に、ビームの個別ブランカをＯＮ／ＯＦＦ駆動をすることで任意のパターンを描画していくものである。特徴的なことは走査が連続的であって、個別ブランカは任意のタイミングでＯＮ／ＯＦＦ駆動を繰り返すことである。
フレーム３３は長さが１００μｍであって、Ｙ方向の最後までスキャンがなされたら、再び１００μｍのサブフィールド３２の下端に戻って来る。ストライプ描画終了後から次のフレームの描画開始までの間には、ブランカ２６がビームをカットしてビームが出射されないようにされる。
次に新しいフレームを＋Ｙ方向に向かって連続走査を行いつつ描画をおこなう。このようにサブフィールド１００μｍ四角の中を連続フレームが描画していく。
さらにウェハ上のチップパターンはＸ方向に例えば２ｍｍであるようなサブフィールド３２の集合体を多数集めたメイン偏向範囲３１によって領域が構成されている。１００μｍのサブフィールドをＸ方向に例えば右方向に２０個次々に描画したのち、ステージの移動方向がＹ方向であるので、Ｙ方向に１段上がって今度はＸ方向に次々に左方向にサブフィールドを１つ１つ描画しつつ、メイン偏向範囲３１を描画する。このようにして、各チップ２９の等価なＹ方向のストライプ３０をウェハ２８に対して描画していく。
このように、ＢＡＡ方式や、ＭＡＰＰＥＲ方式やＰＭＬ２といったマッシブパラレル方式は、個別要素ビームのショット間では全体ブランカを使用しないで、個別要素ビームのブランキング電極のみを高速にＯＮ／ＯＦＦ制御するとともに、ステージ連続移動方向と垂直な方向に高速なビーム走査を行い、ビームの点滅を高速に行って描画していた。そのために１回の長い走査の中で０．１ｎｍ単位という微細さで個別要素ビームをＯＮ／ＯＦＦができるという特質を有していた。しかしそれは膨大なデータ容量を保持するという犠牲の上に立つとともに、パターンの描画精度を犠牲にしたものであった。
上記の理由は、高速の多数のビームブランカが駆動するとき配線を電流が流れて電子ビームを揺らす可能性を無視していた結果である。

【0058】

また、ＢＡＡなどに用いられているデバイスはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁物を使用しており、散乱ビームがチャージアップしたり、電子線によって絶縁膜破壊を起こすものであった。本実施形態では真性半導体、アモルファス半導体、ＰＮ接合を使用して半導体の空乏層を用いるような絶縁手段を講じているので、散乱ビームがチャージアップしたり、電子線によって絶縁膜破壊を起こすことが低減される。

【0059】

図５は本実施形態のＰＳＢ（Programmable Shaping Beam）ショットの様子について説明する図である。
メッシュのビーム４０サイズは２０ｎｍであって、ピッチは４倍である。サイズＳ＝２０ｎｍ□の正方形のビームが、ピッチ４倍の８０ｎｍピッチで正方形格子に並んでいる。図中、４１はＸ方向のビームサイズ、４２はＸ方向のビーム間スペース、４３はＸ方向のビームのピッチであり、４４はＹ方向のビームサイズ、４５はＹ方向のビーム間スペース、４６はＹ方向のビームのピッチである。
図５では３×３個の９個のビームしか描いてないが、実際には４０×４０個の１６００個のビーム４０が並ぶ。Ｓ＝２０ｎｍであるので、ビーム間には２０×３＝６０ｎｍの隙間がある。ビームのピッチはＸ軸、Ｙ軸ともに２０ｎｍ×４＝８０ｎｍである。一般的なパターンはビームを適切なビットマップデータに従ってＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、個別要素ビームのＯＮ状態またはＯＦＦ状態が静定した後、全体ビームで１ショットを露光する。次に全体ブランカをかけて、ビーム全体をＯＦＦ状態にし、次のショットのビットマップデータをレジスタに取り込み、ビームのＯＮ／ＯＦＦ状態が一定の状態になり、かつサブデフが８０ｎｍ四角の所定の位置への偏向に静定した後、全体ブランカが解除されて次のショットが露光される。
このようにして、８０ｎｍ四角を１６ショットで描画すると、１６００本のビームによって３．２μｍ四角の描画が終了する。この後、メイン偏向器を偏向し、次の３．２μｍ四角の描画に移ってもよい。
パターンデータに依存して１６ショット以外の場所に余分にショットしても良いし、３．２μｍが任意の中間的な値になって描画してもよい。

【0060】

本実施形態の特徴は、同時にショットされるビームはビットマップによりＯＮ／ＯＦＦ状態が決定されることと、このビームのショットはビームの位置、強度が静定した後に行われることである。すなわち、複数の同一サイズの正方形ビームが正方形格子マトリクスの格子点にあって一定の時間描画されるべき基板に静止した状態で同時に描画に寄与する。ビットマップによってＯＮ／ＯＦＦの状態はどちらも取り得るので、特定のビームがＯＮしているかＯＦＦしているかは、パターンデータに依存する。

【0061】

図６は、図５のメッシュサイズ２０ｎｍの正方行列ビーム群を用いて、メッシュサイズ１６ｎｍで、ピッチは１６ｎｍの５倍の８０ｎｍである正方形格子行列パターンが描画できることを示す図である。すなわち１６ｎｍのメッシュを描画するときには、全体ビームブランカのＯＮしている時間を０．８×０．８＝０．６４倍に下げて、１６ｎｍ毎にサブ偏向器を移動せしめて、ビットマップデータによって個別要素ビームのＯＮ／ＯＦＦを制御し、描画していくことで１６ｎｍのメッシュパターンの描画が可能となる。図中、４７はＸ方向のメッシュサイズ、４８はＹ方向のメッシュサイズである。
２０ｎｍメッシュパターンの描画の場合と異なるものは、サブ偏向器の進むピッチが２０ｎｍから１６ｎｍになることと、８０ｎｍ四角を塗りつぶす場合に１６ショットではなくて２５ショットが必要となることである。また、同じレジスト感度であるならばビーム当たりの照射時間が６４％になることである。サブ偏向器の待ち時間はそれほど変化しないとするならば、全体の描画時間は若干延びるであろう。しかし１６ｎｍメッシュのパターンが２０ｎｍの正方格子行列ビーム群の描画装置で代用的に描画できることの意義は大きい。

【0062】

図７では、２０ｎｍサイズ、８０ｎｍピッチのメッシュである正方格子行列ビーム群を用いて、Ｙ方向には直線であって、Ｘ方向には３０ｎｍのラインと３０ｎｍのスペースの繰り返し（３０ｎｍのラインアンドスペース）を有するパターンを描画するための方法について述べる。図中、６１ａ，６１ｂ−６１ｊは、この例のラインアンドスペースのパターンである。
一般的に８０ｎｍピッチの正方格子行列ビームを用いる場合には、描画すべきラインアンドスペースをＴとし、Ｔ＝６０ｎｍとの正方格子行列ビームのピッチ８０ｎｍの最小公倍数を求める。この場合には２４０ｎｍとなる。
元の８０ｎｍピッチの正方格子行列ビームには始点からの距離が２４０ｎｍの箇所にもビームが存在するので、Ｘ方向に３０ｎｍのラインアンドスペースを描画する際にも、この２４０ｎｍの距離のビームがＯＮにて使用できる。
図７の第１列目の（１）と（４）と（７）のビームは３０ｎｍのラインアンドスペースを描画する際に同時にＯＮしていてもよい。描画すべき３０ｎｍラインアンドスペースの位置は、８０ｎｍピッチの正方格子行列ビームをメイン偏向器で５ｎｍ右方向にずらして、かつ露光量を２０ｎｍ線幅が３０ｎｍ線幅となるように増大してある。または同じ（１）と（４）と（７）のビームを用いて、わずかにずらして露光量を２分割し、重心が描画すべき３０ｎｍラインアンドスペースの中心にある２つのショットに分割してもよい。

【0063】

しかし、通常の２０ｎｍのメッシュを描画する場合の（２）と（３）のビームは、この図では点線で書いてあるが、ＯＦＦとなっている。
同様に２列目は（１）と（４）と（７）のビームを用いて６５ｎｍずらして、描画している。
同様に３列目は（１）と（４）と（７）のビームを用いて１３５ｎｍずらして、描画している。
同様に４列目は（１）と（４）と（７）のビームを用いて１９５ｎｍずらして、描画している。
５列目は（１）と（４）と（７）のビームを用いて２４５ｎｍずらして、描画すべきものであるが、丁度第１列目で描画すべきビームがＯＮしているので、５列目の描画は不要である。
Ｙ方向には同じ偏向器データで描画していく必要があるので、Ｘ方向のみのショット数を比較すると、塗りつぶしの場合にはサブ偏向器の移動を伴う４ショットで描画できていたものが、メイン偏向器の移動を伴う４ショットで描画できることになる。偏向器の待ち時間が長い分、若干ショット時間は延びると思われるので相対的に高速化するとは云えないが、著しく描画速度が落ちる訳ではない。

【0064】

図８は２０ｎｍサイズ８０ｎｍ ピッチのメッシュ、正方格子行列ビームを用いて、Ｙ方向には直線であって、Ｘ方向には２５ｎｍのラインアンドスペースを有するパターンを描画するための方法について述べる。図中、６２ａ，６２ｂ−６２ｌは、この例のラインアンドスペースのパターンである。
８０ｎｍと５０ｎｍの最小公倍数は４００ｎｍとなるので（１）と（６）のビームを同時に出して描画できる。そうすると１，２，３，４，５，６，７，８列目のショットが必要となって、９列目のショットは必要が無い。通常の塗り潰しパターンでは４ショット必要であったものが８ショットとなり、描画速度は落ちるが著しく効率が悪化するわけではない。
このようにハードの持っている正方格子行列ビームのピッチ８０ｎｍとパターンデータのピッチが一致しないパターンでも、描画方法を工夫することによってショット数の著しい増加をもたらさないように、スループットの低下を避けることがある程度はできる。

【0065】

しかしながら、８０ｎｍとの最小公倍数が極端に大きくなる場合には同時に描画に寄与できるビーム数が著しく小さくなるために、全体パターンのショット数が膨大となる。
例えばビームサイズが２０ｎｍを基本とする正方格子行列ビームである場合に、描画すべきパターンの基本メッシュが２１ｎｍ，２３ｎｍとか１９ｎｍというように２０ｎｍと素である場合には最小公倍数は膨大な値になり、このことはすなわち同時に使用できるビーム数が著しく少なく１６００に対して２０分の１から４０分の１以下となってマルチビームとしての効率を著しく低下する。

【0066】

例えば、２０ｎｍの４倍の８０ｎｍピッチに４０個ずつ縦横に配置されてなるＰＳＢビームの場合に、描画すべきデバイスパターンが１６００ｎｍピッチしか描画パターンがない時には、僅かに９ショットしかビーム照射を使用しない。この場合には９／１６００分しかビーム照射に寄与しないのであるから、効率が大変悪い。
そこでデバイスパターンの設計ルールにおいて、パターンメッシュサイズを一定倍率以上に大きくしないことが必要である。
この場合には該当する領域のパターンルールを可能な限り変化させて、最小公倍数が所定の値を超えないように局所的にパターンルールを緩めたり厳しくして、２０ｎｍとの最小公倍数が適切に小さくて、マルチビームの同時に使用できるビームの本数が大きくできるパターンデータに改変することを目標として、デバイスとしての速度・面積などに有意の劣化がなく、機能に支障なき範囲内でパターンデータを修正せしめることが上策である。
このことによってマルチビームを効率よく使用せしめ、ショット回数を低減せしめて、描画のスループット向上に寄与することが可能となる。

【0067】

図９は、正方格子マトリクスビーム全体のビットマップデータ（例えば１６００個の１と０のビットマップデータ）をＰＳＡ−ＢＡ基板に信号として伝送するための回路の図を記載したものである。
ウェハ上のすべての半導体デバイスのチップの描画データは、複数のビームサイズＳを許容した上で、所定のサイズＳ毎の正方格子行列マトリクスによるビットマップデータと、全体ビームマトリクスの描画位置座標データとに分割できる。
始めにすべての描画パターンデータを前記、ビットマップデータと描画位置座標データに分割し記憶格納装置１０２に格納しておく。図９の説明ではビットマップデータの伝送方法についてのみ述べる。
描画シーケンス制御回路１０１からの信号によってビットマップデータは記憶格納装置１０２から読み出されて、データ並べ替え装置１０３を通してシリアライザ１０４に転送されて、データは高速に伝送される連続するビット列に変形される。シリアライザ１０４からの信号はドライバー１０５を通じて、光伝送される場合にはレーザー１０６に導入される。この場合のレーザー伝送回路は２Ｇbps から、１０Ｇbpsの速度で高速伝送される。
光はフォトダイオード１０７で受光し、アンプ１０８を通して電圧信号化される。
その後、デシリアライザ１０９を通して並列化して、レジスタ１１１からレジスタ１１８の８個のレジスタ（１１１〜１１８）に並列化して伝送される。各々のレジスタ１１１からレジスタ１１８のレジスタ長は、２０８ビットである。またデシリアライザ１０９の速度は６２．５ＭＨｚである。また、各レジスタ１１１〜１１８の信号は、アンプ１２１〜１２８でそれぞれ増幅されて出力される。
８個のレジスタを合計して１６００ビットのビットマップが格納される。
全体ビットマップは描画時に最高描画周波数１０ＭＨｚで描画に消費されるので、シリアライザからデシリアライザまでの回路１１０は、少なくとも８個以上の複数個を並列化して保有する必要がある。
この並列度は光伝送デバイスすなわちレーザーを中心とするデバイスが高速であるならば、並列数を低減することができる。

【0068】

また図９の説明では光伝送によるシリアライザ、デシリアライザを用いて構成したが、光伝送部分は電気伝送の回路に置き換えても良い。ここでの趣旨は、シリアライザとデシリアライザを用いてデータ信号の本数を減らすことと、データ伝送の中間部での高速化に主眼がある。
レジスタからアンプ回路を通して電圧増幅を行い、ＰＳＡ−ＢＡ基板への信号配線系統に接続する。

【0069】

図１０には光データシリアルパラレル伝送回路１４１からレジスタ１４２を通し、レジスタ１４３を通してアンプを通してＰＳＡ−ＢＡ（Programmable Shaping Aperture-Blanker Array ）基板への配線につながる図が示されている。レジスタ１４２とレジスタ１４３との２段あるのは、いくつかのレジスタのラッチタイミングがずれている場合でもレジスタをすべて同時にラッチしてしまえば、１６００個のビームのタイミングを配線遅延など微少量を除いて、ほぼタイミング合わせできるために２段使用している実施例である。
レジスタ１４３の出力をアンプ１４４の入力とし、ビットマップが＜１＞のビームＯＮの時アンプ出力は、０Ｖで対向電極０Ｖのために、ビームはＯＮとなる。ビットマップが＜０＞＝ビームＯＦＦの時、アンプ１４４の出力は＋５Ｖで対向電極０Ｖのために、ビームはＯＦＦとなる。
図１０にはＰＳＡ−ＢＡ基板と各種機能デバイスの実装を示す。これはマルチコラムの中で１コラム分を示す。
ＰＳＡは、コラムエレメント１本毎に一つのグループで形成される。ＰＳＡの構成は、外周部からＰＳＡセンターに向かって、外周部で光ファイバ１４０と受光器を含む光データ通信回路１４１がある。光データ通信回路１４１は主に光化合物半導体でできている。
シリアル・パラレルデータ変換に関するレジスタ１４２，１４３は、Ｓｉのベアチップでできている。このレジスタが２ないし３段でできていることがある。ＰＳＡの個別ブランカを駆動するアンプ１４４はＳｉのベアチップでできている。
ＢＡＡの本体の基板（ＰＳＡ−ＢＡ基板）１４５は、主にＳｉＣと重金属膜、熱伝導性金属膜でできている。
前記の４個の要素は別途の基板１４６に搭載され、この基板１４６は、例えばセラミック製とし、これに配線を作り、ボールグリッド１４７のアレイで結合するか、基板上にパッドが付けられてワイヤボンディングされる。

【0070】

また、半導体基板を同じくするレジスタ１４２，１４３や、アンプ１４４は一体型で形成してもよい。
ＰＳＡ−ＢＡ基板は本実施例の場合にはＳｉＣ基板に銅配線で形成されている。絶縁膜は主に高抵抗ＳｉＣ、アモルファスＳｉＣ、高抵抗ＳｉまたはアモルファスＳｉである。
アンプ領域板はＳｉ基板でCMOSプロセスで作られている。レジスタ１４２、１４３もＳｉ基板でCMOSプロセスで作られている。光データ通信シリアルパラレル伝送回路は、ＧａＡｓを含むIII−Ｖ族からなる光半導体で作られていることが多く、これらの基板やプロセスが全く共通である可能性は少ない。その場合にはセラミックやエポキシの基板に種々の基板を切断して、接着し、ボールグリッドアレイによる配線接続あるいは、基板貫通孔による配線接続を使用する。あるいは手間がかかるがワイヤボンディングなどを使用してもよい。
これらのＰＳＡ−ＢＡ基板および種々のデバイスは電気的絶縁には注意を払いつつ、適切な冷却基板に熱的接触させることにより、冷却を施して、温度安定性を確保することが重要である。
ＰＳＡ−ＢＡ基板のビーム軸付近ないし全ての光伝送デバイスのビームからのチャージアップとビーム照射による絶縁破壊を避けるように、散乱ビームの飛程がＰＳＡ−ＢＡ基板の中心付近のみに限定されることが重要である。
なお、機能を満たせばそれぞれのデバイスの材料は、置き換えが可能である。

【0071】

図１１にはランダムな配線パターンを描画するときの正方格子行列ビーム全体の挙動を示している。
描画すべきデバイス配線パターンは灰色の領域であって、縁取りがなされている部分の内部が、塗りつぶしが必要な領域である。正方格子行列ビームのうちで、塗りつぶし領域の内部では個別要素ビームのビットマップがＯＮとなる。正方格子行列ビームのうちで、塗りつぶし領域の外部では個別要素ビームのビットマップがＯＦＦとなる。
ビーム走査はサブ偏向器により２０ｎｍピッチで縦横に走査されて、静定した状態で全体ビームブランカがＯＮして描画される。一般的には１６ショットでどのようなパターンでも描画することができる。ビーム走査の方法はラスタ走査ではなく隣接するショット位置への偏向はベクトル走査的に行われる。また走査波形はステップ状であるが、走査波形の立ち上がりでは全体ブランカがＯＦＦ状態になる。走査波形が静定して一定値になった後に全体ブランカが解除され露光が行われる。

【0072】

図１１のビーム配置で、第一ショット目をサブ偏向器がＸ＝−４０ｎｍ，Ｙ＝＋２０ ｎｍの位置でショットした後に、全体ブランキングをかけて、ビットマップデータを書き換えて、サブ偏向器がＸ＝−２０ｎｍ，Ｙ＝＋２０ ｎｍの位置にビームを偏向したのち、ブランキング解除して第２ショット目が描画される。
同様に第３ショット目はビットマップデータを書き換えて、サブ偏向器がＸ＝０ｎｍ，Ｙ＝＋２０ｎｍの位置にショットされる。
以下、
第４ショット目はＸ＝＋２０ｎｍ， Ｙ＝＋２０ｎｍの位置にショットされる。
第５ショット目はＸ＝＋２０ｎｍ， Ｙ＝＋０ｎｍの位置にショットされる。
第６ショット目はＸ＝０ｎｍ， Ｙ＝０ ｎｍの位置にショットされる。
第７ショット目はＸ＝−２０ｎｍ， Ｙ＝０ ｎｍの位置にショットされる。
第８ショット目はＸ＝−４０ｎｍ， Ｙ＝０ ｎｍの位置にショットされる。
第９ショット目はＸ＝−４０ｎｍ， Ｙ＝−２０ ｎｍの位置にショットされる。
第１０ショット目はＸ＝−２０ｎｍ， Ｙ＝−２０ ｎｍの位置にショットされる。
第１１ショット目はＸ＝０ｎｍ， Ｙ＝−２０ ｎｍの位置にショットされる。
第１２ショット目はＸ＝＋２０ｎｍ， Ｙ＝−２０ ｎｍの位置にショットされる。
第１３ショット目はＸ＝＋２０ｎｍ， Ｙ＝−４０ ｎｍの位置にショットされる。
第１４ショット目はＸ＝０ｎｍ， Ｙ＝−４０ ｎｍの位置にショットされる。
第１５ショット目はＸ＝−２０ｎｍ， Ｙ＝−４０ ｎｍの位置にショットされる。
第１６ショット目はＸ＝−４０ｎｍ， Ｙ＝−４０ ｎｍの位置にショットされる。
サブ偏向器の通常の偏向範囲は、ビームのサイズを合わせてＸ＝±４０ｎｍ、Ｙ＝±４０ｎｍ，全体で８０ｎｍ 四角領域であって、１６ショットで１回の塗りつぶし走査が完了する。但しサブ偏向器はベクトル走査であって、Ｘ＝±４０ｎｍ，Ｙ＝±４０ｎｍの範囲であれば、任意の位置に偏向が可能である。通常のパターンであれば、１６ショットの露光で完了する。

【0073】

次にメイン偏向器を＋Ｘ方向に３．２μｍ加算偏向した後、再度サブ偏向器を用いて１６ショットの描画を行なう。これを繰り返してステージをＹ方向に移動させつつ、３．２μｍ四角の領域をＸ方向に１６個、５１．２μｍ幅で偏向描画し、Ｘ方向に１列描画したらＹ方向に３．２μｍステージの進行方向に向かってメイン偏向器を更新して再度Ｘ方向の描画を繰り返す。
その後、隣接する例えば＋Ｘ方向にメイン偏向器の偏向電圧を変えて、３．２μｍジャンプして、新しい描画領域に対して３．２μｍ角の描画を同様に遂行していく。
ステージ位置はレーザー干渉計の値を読んで、理想的な位置からの差分をメイン偏向器に加算して印加し、実際上あたかもステージが移動していないかのように試料面上の同一箇所にビームを偏向制御するために、ステージ位置のトラッキングという方法を行っている。

【0074】

この例において、ステージは、Ｙ方向に移動している。
レーザー干渉計によって被露光対象物ウェハを搭載したステージのＸ軸方向とＹ軸方向の位置を読み取っている。約１０ＭＨｚ程度で読み取っていく。
目標とすべき描画位置とのレーザー干渉計との差分をメイン偏向器に印加してステージ位置を追跡し、あたかも被露光対象物ウェハがビームに対して静止しているかのようにして描画する。
Ｘ方向のスキャン幅は５１．２μｍで、１６回の３．２μｍ角の露光でＸ方向の一列の露光が終了する。
この時はフレーム幅５１．２μｍのフレームをＹ方向に露光していくという。
Ｘは−２５．６μｍから＋２５．６μｍまでの幅のストライプを描画していく。メイン偏向器の中心は、−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の１６箇所へビームを偏向する。

【0075】

図１１は、１つ１つの個別要素ビームのサイズが２０ｎｍの場合のものであるが同じ図を個別要素ビームが１６ｎｍ，あるいは１２ｎｍ，あるいは８ｎｍ，あるいは４ｎｍであると読み替えてもよい。
それらの場合にはスループットを低下させないためには正方格子行列要素ビームの本数を多くし、全体の電子ビーム量をほぼ一定に保つように工夫する必要がある。

【0076】

図１２について説明する。描画すべきパターンは横方向に長い１：１のラインアンドスペースである。
正方格子行列ビームは図の左端部の方をみると、１列目は７個、３列目は８個、５列目は８個、７，９，１１列目が７個の連続したビームがＯＮであって、それ以外の付近のビームはＯＦＦであるビットマップを形成している。
始めに全体ブランカをカットしておき、前記のビットマップにしたがって個別要素ビームをＯＮ／ＯＦＦさせて、メイン偏向器とサブ偏向器をベクトル走査的に所定の位置に偏向してから、全体ブランカを解除して番号１のビーム群を露光する。
次に全体ブランカを動作させてビームをカットし、新しい番号２のビットマップをローディングする。ただし図１２において、番号１，２，３，４，５，６，７，８は図示されている範囲内ではビットマップは全く同じである。全く同じであっても新規なビットマップとして登録しておいてローディングし直してもよい。

【0077】

しかしビットマップが全く同じならば、新規なビットマップはローディングしないという方法もとり得る。このような取り決めはデータ圧縮の一つの方法である。ただ要素数１６００ビットのビットマップが、全部同じであるとは限らず、一部分のみが同じでも、全部が一致していなくては、データ圧縮の方法が煩雑になり、却って全データ量が多くなり、データ圧縮の真の目標が却って達成できなくなることもある。従って効果的なデータ圧縮、１６００ビットを１６分割して、１００ビット程度が一致するならば、直前のデータをそのまま使用するという程度の圧縮方法が有効であるかもしれない。
番号２のビットマップのローディングをした後、サブ偏向器をＸ方向に＋２０ｎｍ移動させて全体ブランカを解除して正方格子行列ビームで露光する。露光時間が終了したら全体ブランカを動作させてビームをカットする。

【0078】

同様に番号３、４のビーム露光を行う。これによって１列目，３列目，５列目，７列目，９列目，１１列目のライン描画が完成する。
番号４のビームの露光終了後、サブ偏向器をＹ方向に−４０ｎｍ移動して、番号５のビームでの露光を行い、続いてサブ偏向器をＸ方向に−２０ｎｍずつ移動しながら、番号６，７，８のビームでの露光を行うと、これによって、２列目，４列目，６列目，８列目，１０列目，１２列目のライン描画が完成する。
図１２の１：１ラインアンドスペースパターンは、すなわちベクトル走査を用いて８ショットの描画で全体の露光が完成することになる。全面塗りつぶしでは１６ショットの描画であるから、描画時間は０．５倍で済むことになる。

【0079】

図１３ではホールとスペースが１：１のパターンの描画について、説明する。
正方格子行列ビーム第１列目（１，１）から続けて（１，６）、第３列目（２，１）から続けて
（２，７）、第５列目（３，１）から続けて（３，７）、第７列目（４，１）から続けて（４，６）、第９列目（５，１）から続けて（５，６）、第１１列目（６，１）から続けて（６，６）間でのビームがビットマップでＯＮしている状態である。
まず、サブ偏向器が番号１番のホール位置にある状態で、全体ブランカが解除されてビームが露光照射される。全体ブランカがビームをＯＦＦ状態にした後に、サブ偏向器がＸ方向に＋４０ｎｍ動いて、番号２のホールが露光される。全体ブランカがビームをＯＦＦ状態にした後に、サブ偏向器がＹ方向に−４０ｎｍ動いて、番号３のホールが露光される。全体ブランカがビームをＯＦＦ状態にした後に、サブ偏向器がＸ方向に−４０ｎｍ動いて、番号４のホールが露光される。
ということで、ホールとスペースが１：１のパターンの描画においては、完全な塗りつぶしに比較して４ショットの描画で３．２μｍの四角領域が描画できるために、１６ショット描画時の０．２５倍の露光時間で済む。そのためにスループットは４倍になる可能性が高い。

【0080】

図１４はメッシュシフトが起きた場合の格子の図を示している。すなわち正方格子行列が２０ｎｍメッシュでは粗いと思われる場合が多い。しかし、ビームの並びが２０ｎｍの４倍の８０ｎｍピッチの正方格子行列ビームであっても、偏向器によってベクトル偏向ができるので、実線のメッシュ１５１に対して１０ｎｍ縦および横にずらした格子点でも描画が可能である。これを破線のメッシュ１５２で示してある。またそれ以外のずらしかたをしたビームで描画しても良い。すなわちある程度のショット数の増大を許容すれば同じ領域に様々にずれたメッシュのパターンを描画可能である。

【0081】

図１５には、メッシュをずらすことによって描画した例を示している。図１５では、図１４のメッシュに対して、ＯＮ／ＯＦＦパターンをビットマップデータで定義してパターンデータを形成したものである。第１のパターン１６１は２０ｎｍのメッシュに対して、ＯＮ／ＯＦＦのビットマップを用いて描画してある。第２のパターン１６２は１０ｎｍＸ方向とＹ方向にシフトさせたメッシュに対してＯＮ／ＯＦＦのビットマップを用いて描画してある。従って、第１と第２のパターンのスペース１６３は１０ｎｍとなっている。さらに、同一の正方格子行列ビームを用いても、異なるメッシュを持つパターンを同一領域に混在して描画できることを示す。

【0082】

図１６にはメッシュシフトをさせたパターンの例２について記載している。パターン１７１は２０ｎｍメッシュのパターンである。パターン１７２は１６ｎｍずつサブ偏向器を送り移動しながら、露光量を少なくして描画したパターンである。５本の横ラインの上下に１６ｎｍのスペース１７３を有するパターンが描画できる。なお、横ラインの左右にスペース１７４が位置する。

【0083】

図１７は本システムで用いる電子銃まわりを説明するものである。陰極２００は先端部から電子が均一照射できるように設計されている熱電界放射ＴＦＥ電子銃である。
ＴＦＥ電子銃であるから引き出し電極２０２に陰極２００に対して正の電圧を印加して、電子を引き出す。陰極２００は通常マイナス５０ＫＶ程度の負の電位がかかっている。引き出し電極２０２はマイナス４５ＫＶからマイナス４０ＫＶの電位である。２０１はサプレッサである。

【0084】

さらに陽極２０３(電位は０Ｖ)で電子が加速される。電子光学鏡筒の下部ではコラム内部をクリーニングするためにオゾンが流されている。オゾン濃度は通常１０から２０％であるので、酸素が９０％から８０％流れている。酸素とオゾンが電子銃の表面のＬａＢ６に吸着したり酸化して劣化の原因になることを避けるために、２重のオリフィス２０４、２０５を用いて中間空間２０８，２０９をターボ分子ポンプなどで中間引きをし、電子銃に向かって急激に真空度が良くなるようにしている。オリフィスは１００μｍ径などの小さな穴なので、２枚のオリフィスを電子が容易に通過できるためには、陽極付近で２重のアラインメントコイル２０６で電子ビームを偏向して、オリフィスの穴を通過させる必要がある。ターボ分子ポンプは振動しやすいので除振機能または振動補正の機能があった方がよい。
陰極および引き出し電極を格納する電子銃室２０７は、イオンポンプまたはターボ分子ポンプで真空引きされている。

【0085】

図１８は前記のＰＳＡ−ＢＡ基板の中核技術について記載する。正方格子行列ビーム群を形成するための手段について述べる。
均一な電子ビームによって電子遮蔽板が照射される。４μｍの四角の開口２２０にビームが整形されて４μｍの四角の断面を有するビームが射出される。４μｍ四角の開口２２０は１６μｍピッチで正方形マトリクスを形成している。すなわちＸ軸方向(横方向)に１６μｍピッチで並び、Ｙ軸方向(縦軸方向)に１６μｍピッチで配列されていて、Ｘ軸とＹ軸は互いに直交している。
４μｍのビームの通過軸の両側に個別ブランカの２枚一対の電極２２１，２２２が設置されている。個別ブランカの２枚一対の電極２２１，２２２はすべての個別要素ビームを挟む形で配列されている。
図１８ではすべての電極群が同一方向に並んで平行電極群を構成しているがこれらは方向が別々に異なっていても、ビームを個別に偏向できればよい。また４μｍの寸法は別の数値であってもよい。

【0086】

図１９にはＰＳＡ−ＢＡ基板の断面技術について記載する。
ビームは図１９の上部から照射されてビームを整形したり、偏向するための機能を有するＰＳＡ−ＢＡ基板である。
一番上部には金属または半導体または半導体のアモルファス基板でできている電子遮蔽板２４２が存在する。図１９では、矩形開口の寸法は６μｍとなっているが、これは本電子遮蔽板２４２でビームの完全整形をせず、大部分の電子ビームを受け止める機能を有することにしているからである。現実には図１９の中央部に設置された半導体基板の電子遮蔽板２４１の４μｍの穴が、ビーム整形の主たる機能を担うが、電子ビームの総合熱量は一番上部の電子遮蔽板２４１がほぼ９０％以上の熱を吸収する。
電子遮蔽板２４２は、例えばＳｉＣ半導体でできており、厚さは例えば１０から２０μｍである。ＳｉＣは銅と同様の熱伝導率を有する。
ビーム開口を具備する領域のサイズが６４０μｍ四角である場合には、熱伝導性の良い高融点金属板であって厚みが数百μｍから２，３ｍｍ以上あって、開口部の大きさが６４０μｍ四角以上の放熱板２５１を電子遮蔽板２４２の上に設置することで電子銃からの熱を逃がすことができる。

【0087】

このようにして電子遮蔽板２４２の６４０μｍ四角領域よりも大きな部分の温度を常温すなわち２３度Ｃ付近の温度に保つようにすれば、ＳｉＣからなる電子遮蔽板２４２は、１０から２０μｍの薄膜領域全体の大きさである６４０μｍ四角の領域内部での温度上昇は１から５度Ｃ以内に押さえられる。
配線２４４の電気的絶縁膜２４３は、真性半導体からなる。

【0088】

図１９の一番下部には開口６μｍ四角を有する電子遮蔽板２４２がさらに存在するが、この電子遮蔽板２４２は配線領域および電極と接触しなければ、電子遮蔽板２４２は金属や低抵抗の半導体一般である他材料の基板を使用してもよい。
図１９の配線領域および電極と接触する場合には、電子遮蔽板２４２は高抵抗の半導体基板乃至はアモルファス半導体を使用する必要がある。
図１９の開口４μｍ四角を具備する電子遮蔽板２４１は、この場合にはＳｉＣの高抵抗ないしは絶縁性の半導体基板からなり、厚みは約２μｍである。
厚み２μｍの半導体基板では４μｍの四角の開口の加工がかなり精密に実施できる。４μｍの四角の開口は６μｍの四角の開口を通過した電子ビームのうち、さらにエッジの部分を整形する。電子遮蔽板２４１の上面には個別ブランカの偏向電極である電極２２１、２２２に図１９の外部から電圧を印加するための配線２４４が形成されている。配線材料はここでは銅を使用している。低抵抗の高融点金属であれば他の材料でも良い。
配線の厚みは１μｍ程度で、配線太さは０．５μｍ、配線間隔は０．１μｍから０．５μｍ程度である。配線２４４間と配線２４４下部の配線部の電気的絶縁膜２４３は、この場合にはアモルファスのＳｉＣを用いているが、高抵抗の半導体であって配線２４４の絶縁が可能であれば他の材料であっても良い。

【0089】

配線２４４から電子遮蔽板２４１に貫通孔を通してビア２４５を銅で形成して電子遮蔽板２４１の下部に個別ブランカの２枚一対の電極２２１、２２２が形成されている。個別ブランカの２枚一対の電極２２１、２２２は厚みが２μｍで、高さが２０μｍから１００μｍである。電子遮蔽板２４１の４μｍの開口部は電子が通過するために、個別ブランカの２枚一対の電極２２１、２２２が露出しているが、電極の裏面は隣接する個別要素ビームの個別ブランカの２枚一対の電極２２１、２２２を固定するために背中合わせにＳｉＣの電極支持半導体２２３を介して機械的な構造強度を維持している。
個別ブランカの２枚一対の電極は、銅でできている。
図１９で特徴的なことを述べると個別要素ビームが通過する４乃至６μｍ□の開口の周辺および全体に、絶縁物が全く使用されていないということである。
従来の先行技術ＢＡＡ特許文献（特開平０６−１３２２０３号公報）では、配線などの絶縁を行うために絶縁物を使用していた。
これまでのＢＡＡデバイスの致命的欠点はデバイス内部の電極に電圧を印加するために、絶縁膜を使用していたことである。配線金属膜を絶縁するための絶縁物は２つの意味で害をなす。

【0090】

絶縁膜とはシリコンの酸化膜、シリコンの窒化膜、アルミニウムの酸化物膜すなわちアルミナ・サファイヤ、またタンタルの酸化膜などをさす。
通常いかに巧妙に絶縁膜を使用しても、ビーム通過軸から全く見えないように絶縁膜を使用することは困難が伴うことであった。この場合には散乱した電子ビームが当たり絶縁膜上に帯電してチャージアップすることによるビームドリフトを発生していた。またチャージアップドリフトは充電放電を繰り返すためにビームの位置安定性が得られないで、高精度のパターン描画ができなかった。
第２の問題点は絶縁膜の破壊であった。絶縁膜にビームが照射されると絶縁膜が帯電するとともに放射線損傷ができ、内部の微細穴、微細亀裂を通じて電流が流れるために絶縁膜破壊が起こる。絶縁膜破壊が起きれば、配線に電圧が印加できなくなる。そのためにビームのブランキングに必要な５Ｖなどの電圧がかからなくなって、ビームブランキング作用を行う機能が損なわれる。このためにBlanker Aperture Array（ＢＡＡ）に使用する絶縁物の選択には困難がともなっていた。
本実施形態では上記の困難を克服するために大きく分けて２つの方法が提示できる。
第一に述べる方法はバンドギャップの大きな半導体または高抵抗の半導体を用いて絶縁をすることである。

【0091】

しかしながら注意すべきことがある。半導体を真性半導体として不純物を非常に少ない状態で使用する分には、チャージアップしないで、絶縁破壊を起こさない、絶縁性も十分取れる材料として使用することができる。このような真性半導体としてはシリコン、ＳｉＣ，ＢＮ（ボロンナイトライド）、ＧａＰ（ガリウムリン）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、ゲルマニウム、ヒ素化ガリウム、リン化ガリウムなどがある。

【0092】

しかし、シリコンのようなバンドギャップが１．１eＶと比較的に小さい半導体などではごくわずかな不純物でも混入するとＮ型もしくはＰ型の導電性のある基板になってしまうし、配線を金属で製作した場合に金属の上面に再度真性のシリコン結晶を成長させることは簡単ではない。

【0093】

第二の方法は半導体のＰ型Ｎ型の接合を用いて絶縁耐性をもたせることである。
半導体は絶縁物では無いので放射線によって絶縁破壊が起きる閾値は絶縁物に比較して格段に大きく、放射線耐性は十分にある。半導体は放射線によっては破壊しない。電子とホールのペアができてこれが互いに電圧がかかった電極に引きつけられて電子もホールも消滅してしまう。結晶内部に電気的欠陥を残すことがないので、放電によって絶縁破壊をすることがない。
この実施形態については、後述する。

【0094】

図２０はＰＳＡ−ＢＡ基板の縮小断面図である。ＰＳＡ−ＢＡ基板の上部にはビーム群が通過する６４０μｍの四角領域よりも大きな開口を有した、電気伝導性があって、熱伝導性の高い、放熱板２５１が設置されており、外部より水冷などの方法を使用して温度を一定に保つように工夫されている。

【0095】

図２１は本実施形態の１６００本のビームの個別要素ビーム用のブランカの電極への外部からの配線パターン３０１を示している。
ブランカ電極対の一方向はアースへ設置されており、配線の必要はないと考えている。４０×４０＝１６００個の配線パターンであるが、４つの領域に分割して２０×２０個のブランカの片側電極からの配線を考えれば、後は上下、左右反転パターンを考えればよいので、２０×２０＝４００本の配線を考えればよい。プロセスが複雑化することを避けるためになるべく２層の配線は使用したくはない。そこで１層の配線を考える。周辺は２０個＋２０個＝４０個あるので平均１０本の配線を出せば良さそうに見えるが、実際上は対角線付近では配線同士がぶつかるので、配線図を書いてみると１つの開口と開口の間で最高１４本の配線を通せばよいことがわかった。
本特許の説明としてビームサイズ２０ｎｍで、１６００本のビームシステムについて述べたが、ビームサイズ１６ｎｍで、２５００本のビーム、１２ｎｍで４５００本、１０ｎｍで６４００本、８ｎｍで１００００本、６ｎｍで１８０００本、５ｎｍで２５６００本、 ４ｎｍで４００００本のシステムとなることがある。

【0096】

図２２には正方格子行列ビーム群の正方格子のビームサイズとピッチが異なった４種の行列ビームを、形成し選択できるように構成されたＰＳＡ−ＢＡ基板について記載する。
ＰＳＡ−ＢＡ基板１４５の中心には４種類の異なる行列ビームを形成するための４種類のＰＳＡ−ＢＡ機能素子１４５a,１４５b,１４５c,１４５dが配列されている。アンプ１４４ａ〜１４４ｄは、ＰＳＡ−ＢＡ機能素子１４５ａ〜１４５ｄのためのアンプである。４種類の正方格子行列ビーム群は、ビームのサイズとピッチと個別要素ビームの個数が異なっている。

【0097】

例えば、以下のように４種類の正方格子行列ビーム群を持つことができる。本実施形態では、縮小率を５００分の１に固定した場合について記載する。
行列ビーム１４５ａではビームサイズが８ｎｍで、ビーム間のピッチが３２ｎｍであり、個別要素ビームの数は１００個×１００個＝１００００個である。ＰＳＡ−ＢＡ基板上の開口サイズは４μｍでピッチは１６μｍであり、行列ビーム１４５ａのための全体サイズは１６００μｍ×１６００μｍである。
行列ビーム１４５ｂではビームサイズが１２ｎｍで、ビーム間のピッチが４８ｎｍであり、個別要素ビームの数は６４個×６４個＝４０９６個である。ＰＳＡ−ＢＡ基板上の開口サイズは６μｍでピッチは２４μｍであり、行列ビーム１４５ｂのための全体サイズは１５３６μｍ×１５３６μｍである。
行列ビーム１４５ｃではビームサイズが１６ｎｍで、ビーム間のピッチが６４ｎｍであり、個別要素ビームの数は５０個×５０個＝２５００個である。ＰＳＡ−ＢＡ基板上の開口サイズは８μｍでピッチは３２μｍであり、行列ビーム１４５ｃのための全体サイズは１６００μｍ×１６００μｍである。
行列ビーム１４５ｄではビームサイズが２０ｎｍで、ビーム間のピッチが８０ｎｍであり、個別要素ビームの数は４０個×４０個＝１６００個である。ＰＳＡ−ＢＡ基板上の開口サイズは１０μｍでピッチは４０μｍであり、行列ビーム１４５ｄのための全体サイズは１６００μｍ×１６００μｍである。
４種類の行列ビームのどれを使用するかに応じて、必要な個別要素ビーム制御用のブランカ信号を切り替えるようにする。

【0098】

図２３には、図２２の多種類選択用ＰＳＡ−ＢＡ基板を具備する描画装置を使用するための描画装置の説明図を示している。正方格子行列ビームのビームサイズとピッチの異なる行列ビームを選択する。そのためには、まず始めに矩形に整形する矩形アパーチャ３１０を通過せしめてビームを整形する。そしてレンズ３１１にて４種の行列ビームを形成できるように構成されたＰＳＡ−ＢＡ基板１４５上に矩形ビームを結像する。多種類行列ビーム選択偏向器３１２を駆動して所定の種類の行列ビームを選択する。
上記の場合に、必要な処置がある。第一にクロスオーバー点が移動しないように制御することである。これは電流密度が変化することを避けるためである。そのためには多種類行列ビーム選択偏向器３１２を２段に分離して、それぞれの偏向能率比を、クロスオーバー位置がラウンドアパーチャ１４の位置で動かないように、決定する必要がある。
また、多種類行列ビーム選択偏向時の位置ずれ補正用偏向器３１４を多種類行列ビーム選択偏向器３１３と同期させて駆動し、かつ両者の偏向能率比を一定に保つようにして、選択されたビーム位置が不動であり電流密度が変化しないようにすることである。選択された行列ビームは全体としての大きさが異なることもあり、左下コーナー位置が不動点であるように、全体ビームの偏向器の座標データを与える必要がある。
また、全体の行列ビームブランカは４種類程度であれば共通の全体ブランカ１６を具備することで対応できる。

【0099】

図２４には塗り潰しパターンを、ラインスキャンで描画したときの露光量分布を示している。連続走査型露光方法では本実施形態よりもスループットが低減することを証明するために以下の説明を行う。
連続走査型の露光方法では近接効果補正を行うためには、走査をしながらブランカを用いて露光時間の間引きをすることで達成すると主張している。
しかし、結論を先に言えば例えば塗りつぶしパターンの場合には連続走査型の描画方法ではスループットは本実施形態の半分に低下する。
ここでは電子の加速電圧は５０ＫＶであるとする。塗りつぶし面積比が１００％である場合には、入射ビームのエネルギーと反射電子ビームのエネルギー総量は丁度等しくなる。
前記の場合には、１００％塗りつぶし領域での露光エネルギー孤立した点での露光エネルギーの丁度２倍になってオーバー露光となるので、入射電子の総量を半分である５０％にする必要がある。孤立した点Ｄ点での露光量を必要値にするためには、同じ走査速度で描画する連続走査型露光方法では、塗りつぶし面積比１００％のパターンの内部では５０％の時間はビームを出してはいけないことになる。点Ｄを含む実線に沿って走査する場合に、全体のブランカ波形（一定速度連続走査モードでのブランカ波形）は波形３２０のようになり、塗りつぶし領域（塗り潰し面積比１００％箇所）では波形３２１のようになり、５０％のＯＦＦ状態であり無駄時間を含んだ露光をしていることになる。波形３２２は、Ｄ点付近でのブランカ波形である。以上により、スループットは半分に落ちていることになる。

【0100】

図２５について説明する。本実施形態ではビームを別の位置に偏向する時には、必ず全体ブランカ１６がビームをＯＦＦ状態にし、しかる後に偏向器でのビーム偏向が行われるので、連続的に偏向に従ってビームが出ているという状況はあり得ない。しかし、従来のＢＡＡによる連続走査露光や、一般的なラスタ走査によるマルチビーム描画方法では、連続的にビームが出たままビーム走査が継続される。描画パターン３３０を描画する場合に、ビームをＯＮするが露光量分布は実線３３３のように、ある傾斜角度を持って直線的に増加していく。そして、一定値の露光量になった後に、今度は一定の傾斜角度を持って減少していく。

【0101】

しかし、図形３３１と図形３３２の２点に一定時間照射された場合には、電子ビーム照射強度は破線のような階段関数３３４のようになる。このどちらの分布が良いかは明確ではないが、いずれにしても、孤立して１点に描画するときよりも描画パターンのエッジのシャープネスが劣化し、所望の電子量分布３３５で示すような照射はできない。
ここで注目すべきことは、連続走査によるビーム露光を行う場合には、走査方向と非走査方向とでは全くパターンエッジのシャープネスが異なってしまい、同じようには描画できないということを認識すべきことである。
本実施形態では近接効果補正もでき、スループットも低下しない方法を提示できる。

【0102】

図２６では近接効果補正の方法を説明するために、正方形露光量域の中で曲線的に露光量分布を与える方法について述べている。すなわち４０×４０＝１６００個の正方格子行列ビーム３４０のうちで、曲線３４１で示された境界部を挟んでビットマップがＯＦＦであるビーム部３４２を＜０＞とし、ビットマップがＯＮであるビーム部３４３を＜１＞とする。
このことを図２６の部分図３４４では簡単に省略して曲線３４１を挟んで＜０＞と＜１＞とで表す。

【0103】

図２７に示すように、パターンの塗りつぶしがＸＹ座標軸の第２象限のみが塗りつぶしである場合を考える。図のＯ点が原点である。この図の中で、３．２μｍ正方形領域である（−１，２）の領域について説明する。
前記（−１，２）領域はＯ点に対して、−Ｘ方向に３．２μｍ正方形で−１個すなわち左へ１個、＋Ｙ方向で２個すなわち上方向へ２個上がった位置である。近接効果補正を正しく行うためには、部分図３４５のように、描画時間＝ｔ１、描画時間＝ｔ１＋ｔ２、描画時間＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３、描画時間＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４の４つの領域に分離する３本の等高線にしたがって、露光強度を変化させねばならない。
始めに、３４５ａの状態で示されるビットマップは、正方形行列要素全体が１であるビットマップをビームに与えて、描画時間ｔ１でビーム描画する。その後、３４５ｂで表される一番左側の曲線の左上部分が０のビットマップを有し、右下部分が１のビットマップで描画時間はｔ２としビーム描画する。その後、３４５ｃで表される左側から２本目の曲線の左上部分が０のビットマップを有し、右下部分が１のビットマップで描画時間ｔ３としビーム描画する。その後、３４５ｄで表される左側から３本目の曲線の左上部分が０のビットマップを有し、右下部分が１のビットマップで描画時間ｔ４としビーム描画する。

【0104】

以上のように、同一のメイン偏向器、サブ偏向器の偏向位置において、異なるビットマップで重ね描画を実施することで、各ビーム要素に対して露光量を変化させることができる。このようにして近接効果補正ないしは露光量補正を行うことが、ベクトル走査かつ、ビームを静止させた状態において可能になる。
この方法は連続走査露光方法において、露光時間に間引きを入れて露光量を制御する方法に比べて、描画パターンのエッジ位置が動かないというメリットがある。
また近接効果補正が必要な領域付近では、パターンが疎となっていて描画時間が短い領域が多いので、スループットが低下しないで補正ができる。
先に見たように連続走査型露光方法に比較すると、スループットは約２倍にも達する。これは本実施形態のメリットである。

【0105】

本実施形態では、正方格子行列ビーム群によって描画していくという特殊な描画方法を採用しているようにみえ、一般的なマルチビーム描画方法に比較して融通性が乏しいように考えられる懸念がある。しかしながら、電子遮蔽版を用いて多数のビームを形成する場合には、正方格子行列ビーム群状に並んだマルチビームを形成するのが最も単純である。
複雑化されたマルチビーム描画の種々の提案は、ビームの配置が千鳥状ないし少しずつＸＹ方向にずれていくビーム群を形成し、それらのビーム群を用いて全体の偏向位置と露光照射量を微細に制御し、重ね合わせて多重描画するものが多く、基本的には描画精度の劣化と描画時間の膨大化を引き起こしていた。また、前記のビーム群のうち個別要素ビーム毎に異なるタイミングでブランカのＯＮ／ＯＦＦの時間制御をなし、微妙なパターンを描画する方法ではパターンデータの爆発的膨大化を招き、パターン描画の複雑さのために描画パターンの信頼性を損なっていた。

【0106】

本実施形態においては、単純な正方格子行列ビーム群を用いてビットマップによりＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、全てのアナログ信号が静定したのちに全体ビームを照射するという単純描画法に徹することにより、パターンデータ量の極小化と描画精度の確保と描画速度の高速化を同時に実現するものである。
正方格子行列ビーム群のピッチは、最も細密なデバイス領域に適合するもので描画される。デバイスパターンの他の領域で細密度が緩くなる場合には、逆にショット数の増大を招くことが多い。しかしながら、必要な描画時間に描画可能なようにデバイスパターンの形状を細密度が最も細密なパターン描画時のピッチに向かって変更し、パターン変形することによって、デバイスの機能を損なうことなく描画精度と描画時間を高速にし、総合的にデバイスの生産効率を最大限にするものである。
正方格子行列ビーム群は、縦横ピッチを変えるか、あるいは、配列する個数を縦横で変えて長方格子行列ビーム群としてもよい。
個別要素ビームは丸もしくは正方形ではなく、長方形の断面をもったビームであってもよい。

【0107】

製造すべきデバイスのパターンルールが決定して、生産計画が決められたならば、装置のＰＳＡ−ＢＡ基板をパターンルールに適合するように設置し直す。すなわち板金加工の型ないし半導体リソグラフィのマスクと同様に製造計画にしたがって、製造し、設置を行う。しかし、同じサイズのパターンルールのデバイス品種であれば、マスクを製作し直したり、マスク交換しなくても、異なったパターンを円滑に間断なく描画することができる。
個別要素正方ビームのサイズが、それぞれ２０，１６，１２，８ｎｍ単位などの４種類のＰＳＡ−ＢＡ基板を具備し、１種類の正方格子行列ビーム群を選択して描画する方法をとってもよい。
描画すべきデバイスのパターンルールに合わせた、正方格子行列ビーム群を形成して描画することが、精度と高速描画性を両立させるための最も効果的な方法となる。

【産業上の利用可能性】

【0108】

本実施形態の電子ビーム描画方法により、８ｎｍあるいはそれよりも微細なパターン描画が高速にできるので、高速のＭＰＵ，人工知能ＭＰＵなどの将来の基幹産業となる６ｎｍ以下の寸法のデバイスの高速露光が可能となり、産業界に寄与することは多大である。

【符号の説明】

【0109】

１ 電子ビーム
２ コラム
３ ＰＳＡ−ＢＡ機能部
４ ＰＳＡ−ＢＡ基板
１０ 制御装置
１１，１２ 電子遮蔽板
１３ 個別ブランカ
１４ ラウンドアパーチャ
１６ 全体ブランカ
１７ メイン偏向器
１８ サブ偏向器
１９ レンズ
２０ａ 縮小レンズ
２０ｂ 投影レンズ
２１ 電子銃
２２ 矩形アパーチャ
２３ ＢＡＡ
２４ ラウンドアパーチャ
２５ メイン偏向器
２６ ブランカ
２７ サブ偏向器
２８ ウェハ
２９ チップ
３０ ストライプ
３１ メイン偏向範囲
３２ サブフィールド
３３ フレーム
３４ ＢＡＡの像
４０ ビーム
４１ ビームサイズ
４２ ビームギャップ
４３ ビームピッチ
４４ ビームサイズ
４５ ビームギャップ
４６ ビームピッチ
４７ Ｘ方向のメッシュサイズ
４８ Ｙ方向のメッシュサイズ
６１ａ，６１ｂ−６１ｊ ３０ｎｍのラインアンドスペースのパターン
６２ａ，６２ｂ−６２ｊ, ６２ｋ，６２ｌ ２５ｎｍのラインアンドスペースのパターン
１０１ 描画シーケンス制御回路
１０２ ビットマップ記憶格納装置
１０３ データ並べ替え装置
１０４ シリアライザ
１０５ ドライバー
１０６ レーザー
１０７ フォトダイオード
１０８ アンプ
１０９ デシリアライザ
１１０ シリアライザからデシリアライザまでの回路
１１１，１１２−１１８ レジスタ
１２１，１２２−１２８ アンプ
１４０ 光ファイバ
１４１ 光データ通信シリアルパラレル伝送回路
１４２ レジスタＡ
１４３ レジスタＢ
１４４ アンプ
１４４ａ アンプａ
１４４ｂ アンプｂ
１４４ｃ アンプｃ
１４４ｄ アンプｄ
１４５ ＰＳＡ−ＢＡ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 ボールグリッド

１０１ 描画シーケンス制御回路
１０２ ビットマップ記憶格納装置
１０３ データ並べ替え装置
１０４ シリアライザ
１０５ ドライバー
１０６ レーザー
１０７ フォトダイオード
１０８ アンプ
１０９ デシリアライザ
１１０ シリアライザからデシリアライザまでの回路
１１１，１１２−１１８ レジスタ
１２１，１２２−１２８ アンプ
１４０ 光ファイバ
１４１ 光データ通信シリアルパラレル伝送回路
１４２ レジスタＡ
１４３ レジスタＢ
１４４ アンプ
１４４ａ アンプａ
１４４ｂ アンプｂ
１４４ｃ アンプｃ
１４４ｄ アンプｄ
１４５ ＰＳＡ−ＢＡ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
３３０ 描画パターン
３３１ 図形
３３２ 図形
３３３ 露光量分布を示す実線
３３４ 露光量分布を示す破線
３３５ 所望の電子量分布
３４０ 正方格子行列ビーム
３４１ 曲線
３４２ ビットマップがＯＦＦであるビーム部
３４３ ビットマップがＯＮであるビーム部
３４４ 部分図
３４５ 部分図
３４５ａ ビットマップ状態を示す状態図
３４５ｂ ビットマップ状態を示す状態図
３４５ｃ ビットマップ状態を示す状態図
３４５ｄ ビットマップ状態を示す状態図

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図14】

【図22】

【図4】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】