JPH05259042A - 電子ビーム露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 急激な電子ビームの偏向によって発生するオ
ーバーシュートによる描画図形の歪発生を抑え、正確な
図形描画を可能とする。 【構成】 電子ビームを走査しながら照射することによ
り露光領域内において位置的にまとまった一連の図形を
描画する前に、描画すべき領域外でかつ前記一連の図形
に近い位置にある点に前記電子ビームを一時的に停留さ
せる。 【効果】 電子ビームの偏向量を安定させ、その後に一
連の図形を電子ビームで露光することにより、図形を正
確に露光することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子ビームを走査し
ながら照射することによって例えば基板上に塗布したレ
ジストを露光する電子ビーム露光方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム露光装置は、電子ビーム光学
系と、それらを制御するための装置および電子計算機か
ら構成されている。電子計算機で発生された形成すべき
パターンの走査データはデジタル・アナログ・コンバー
タ（以下、ＤＡコンバータと略す）でアナログ走査信号
に変換され、電子ビーム光学系の電子ビーム偏向器に印
加される。電子ビーム偏向器は、印加された走査信号に
応じて電子ビームを偏向するが、インダクタンスを持っ
ているので、走査信号が急激に変化するとその変化に追
随することができない。この結果、電子ビームの軌跡は
意図した通りにならず、オーバーシュートと呼ばれる、
電子ビームのふれすぎあるいは偏向不足、歪曲等が発生
する。

【０００３】特に、この現象は、電磁型の偏向器に著し
く、静電型の偏向器ではその量は少ない。しかし、静電
型では偏向能率を大きくとれない等の問題がある。実際
の電子ビーム露光装置においては、電磁型の偏向器のみ
で偏向器を構成する方式、または小偏向領域においては
静電型を使用し、大偏向領域においては電磁型を使用す
るといった、静電型および電磁型を併用する方式をとる
のが一般的である。したがって、オーバーシュートの問
題は避けられない。

【０００４】電子ＬＳＩ素子パターンの露光には、スル
ープットに優れた整形ビーム方式の電子ビーム露光装置
を用いるのが一般的である。この方式の電子ビーム露光
方法は、ＣＡＤで設計したパターンを小さな露光単位図
形に分割し、この単位図形毎に露光を行う。電子ビーム
を露光すべき単位図形の座標に偏向させ、電子ビームレ
ジストの感度により決定される電子ビームドーズ量に応
じた時間、電子ビームを持続的に照射する。こういう露
光方法をショット露光とよび、電子ビームの偏向から電
子ビーム照射終了までの一連の過程をショットと呼ぶ。
各ショットにおいて、先のショットの電子ビーム照射が
終了してから、偏向信号を電子ビーム偏向器に与え、電
子ビームの偏向量が安定したと推定される時刻までの
間、電子ビームをブランキングする。ブランキングは、
電子銃で発生された電子ビームを電子銃の下部に備えら
れたブランキング電極に電圧を印加することにより、電
子ビームの進路を曲げ、ビーム経路中のアパーチャにて
遮断することにより行う。この方法により、電子ビーム
偏向量が安定してから、所望の位置に電子ビームが照射
されることとなり、図形を正確に露光することができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム露光
方法における、ブランキングによるオーバーシュート抑
制方法は整形ビームを使用するショット露光方式に適し
たものである。ところが、収束ビームを用い、それを走
査しながら照射する電子ビーム露光方法においては、シ
ョットで露光をするということがなく、結果としてショ
ット内に電子ビームが安定するまでの時間（整定時間）
ブランキングさせるという方法は採用できない。

【０００６】したがって、この発明の目的は、収束した
電子ビームを走査しながら照射することにより露光を行
う際に、電子ビームのオーバーシュートの影響を抑えて
図形を正確に露光することができる電子ビーム露光方法
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電子ビー
ム露光方法は、電子ビームを走査しながら照射すること
により露光領域内において位置的にまとまった一連の図
形を描画する前に、描画すべき領域外でかつ前記一連の
図形に近い位置にある点に前記電子ビームを一時的に停
留させることを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の電子ビーム露光方法は、第
１のメモリに格納した電子ビームの走査のための偏向デ
ータと、この偏向データに対応して第２のメモリに格納
した前記電子ビームのブランキングデータとに従って、
前記電子ビームを走査しながら照射することにより所定
領域の露光を行う電子ビーム露光方法であって、前記電
子ビームのオーバーシュートが発生する偏向データとそ
のつぎの偏向データとの間に、偏向位置が安定するまで
の期間分に相当する個数のダミーの偏向データを挿入し
た状態に第１のメモリに格納し、前記第２のメモリに前
記ダミーの偏向データに対応してブランキングデータを
格納し、前記ダミーの偏向データおよびそれに対応した
ブランキングデータに基づき、前記電子ビームをブラン
キングさせることを特徴とする。

【０００９】請求項３記載の電子ビーム露光方法は、電
子ビームを走査しながら照射することにより所定領域の
露光を行う電子ビーム露光方法であって、走査のための
偏向データを格納するメモリの最終番地に電子ビーム偏
向量に飛びを発生させるデータを記憶させ、前記飛びを
発生させるデータに対応する偏向電圧を、つぎの走査の
ための偏向データが前記メモリに書き込まれて変換が始
まるまで保持していることを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１記載の構成によれば、露光領域内にお
いて位置的にまとまった一連の図形を描画する前に、描
画すべき領域外でかつ一連の図形に近い位置にある点に
電子ビームを一時的に停留させることにより、電子ビー
ムの偏向量を安定させ、その後に一連の図形を電子ビー
ムで露光することにより、図形を正確に露光することが
できる。

【００１１】請求項２記載の構成によれば、第１のメモ
リに格納した電子ビームの走査のための偏向データと、
この偏向データに対応して第２のメモリに格納した電子
ビームのブランキングデータとに従って、電子ビームを
走査しながら照射することにより所定領域の露光を行う
際に、電子ビームのオーバーシュートが発生する偏向デ
ータとそのつぎの偏向データとの間に、偏向位置が安定
するまでの期間分に相当する個数のダミーの偏向データ
を挿入した状態に第１のメモリに格納し、第２のメモリ
にはダミーの偏向データに対応してブランキングデータ
を格納し、ダミーの偏向データおよびそれに対応したブ
ランキングデータに基づき、電子ビームをブランキング
させることによりビーム偏向量を安定化し、その後に露
光を再開することにより、図形を正確に露光することが
できる。

【００１２】請求項３記載の構成によれば、走査のため
の偏向データを格納するメモリの最終番地に電子ビーム
偏向量に飛びを発生させるデータを記憶させ、前記飛び
を発生させるデータに対応する偏向電圧を、つぎの走査
のための偏向データが前記メモリに書き込まれて変換が
始まるまで保持していることにより、つぎの変換が始ま
るまでの間にビーム偏向量を安定化し、その後に露光す
ることにより、図形を正確に露光することができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。まず、この発明の電子ビーム露光方法を実
施する際に使用する電子ビーム露光装置の概略構成図を
図５に示す。図５において、５１は電子ビーム光学系、
５２は制御および描画データ発生用の電子計算機、５３
はＤＡコンバータであり、偏向データおよびブランキン
グデータ等の電子計算機５２から送られてくるデータを
いったん格納するメモリ５４を内蔵している。電子計算
機５２で計算されたディジタルの描画データは、ＤＡコ
ンバータ５３でアナログ信号に変換され、その信号が電
子ビーム光学系５１の偏向器に印加される。これによっ
て、電子ビームの走査が制御される。

【００１４】つぎに、上記のような電子ビーム露光装置
を使用して実施される電子ビーム露光方法の第１の実施
例（請求項１に対応する）における電子ビームの走査方
法を図１を参照しながら説明する。この実施例では、露
光する図形をリニアグレーティング（ＬＧ）とした時の
例を示す。ＬＧは最も基本的な回折格子の一つであり、
図１に示すようなパターンを持っている。例えば、電子
ビームレジストにポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭ
Ａ）を用い、シリコン基板上に0.２μｍ厚で塗布する。
また、露光条件としては、例えば、電子ビームの加速電
圧が４０ｋＶ、ビーム電流が0.８ｎＡ、ビーム径が０．
１μｍである。また、ＬＧの大きさは例えば１ｍｍ×１
ｍｍ、ライン１１の周期は例えば0.８μｍ、ライン１１
の線幅は例えば０．４μｍである。

【００１５】なお、ライン線幅がビーム径より大きくな
っているのは、電子ビームがレジスト内で散乱するから
である。このようなサブミクロン周期のＬＧを作製する
には、図１に示すように、ＬＧを構成する各々のライン
１１を一定距離ずつの線走査（一定距離ずつ移動させな
がら各走査点毎に一定時間電子ビームを照射する）によ
り露光することにより実現する。線走査の走査間隔（走
査点とつぎの走査点との距離）は例えば0.０４μｍであ
る。また、各走査点でのビーム照射時間は２０μsec で
ある。塗りつぶし露光法では、このような短周期（例え
ば0.８μｍ）のグレーティングを作製することは困難で
ある。したがって、ＬＧの各々のライン１１の１本１本
を一まとまりの図形として、電子ビームを左から右方向
に走査し、ライン１１の始点１３から終点１４まで走査
する。つぎのライン１１を走査する前に停留点１２に２
０ｍsec の間電子ビームが照射されるように、走査デー
タを作成する。この停留の間に前ライン１１の右端（終
点１４）から電子ビームが飛んできたことによるオーバ
ーシュートが収まり、ビーム偏向量が安定になる。その
後につぎのライン１１の走査を行うが、停留点１２とつ
ぎのライン１１の始点１３との距離はオーバーシュート
が発生しない５０μｍ程度にしているので、電子ビーム
は設計通りに始点１３から終点１４までを走査し、正確
なライン１１の描画ができる。これを繰り返して全ライ
ン１１を描画することにより、正確な形状のＬＧが露光
される。なお、停留点１２は、描画すべき領域外、つま
りＬＧ外でかつ一連の図形つまり１本のライン１１に近
い位置、つまり停留点１２からつぎのライン１１の始点
１３まで電子ビームを走査したときの電子ビームのオー
バーシュートが十分に抑えられる位置に設けられる。

【００１６】つぎに、上記のような電子ビーム露光装置
を使用して実施される電子ビーム露光方法の第２の実施
例（請求項１に対応する）における電子ビームの走査方
法を図２を参照しながら説明する。この実施例は、ＬＧ
の描画において、停留点がラインの始点に近い位置では
あるがごく近傍ではない場合、停留点が例えばラインの
始点から２００μｍ程度以上離れていて停留点から始端
まで電子ビームを走査する場合に、前のライン１１の終
点１４から電子ビームを走査したときのような大きなオ
ーバーシュートではないが、僅かなオーバーシュートを
生じる場合において、このオーバーシュートを抑えるこ
とができる走査方法を示すものである。

【００１７】この実施例では、図２に示すように、停留
点２２とこの停留点２２に対応したＬＧの一つのライン
２１の始点２３との間で、準備走査２４を行う。準備走
査２４は電子ビームの走査間隔を通常の露光を行う部分
に比べて大きくして、つまり電子ビームドーズ量を小さ
くして行い、ラインが形成されないようにする。例えば
ライン走査の走査間隔を0.０４μｍとしたときに、準備
走査２４の走査間隔は0.４μｍとする。準備走査２４の
走査間隔をライン走査の走査間隔の１０倍程度に設定す
れば、準備走査部分がラインとして形成されることはな
い。

【００１８】そして、図１の走査方法と同様に、各ライ
ン２１の走査を行うことで、正確なＬＧが作製できる。
なお、描画パターンはＬＧに限らず、カーブグレーティ
ングやチャープグレーティング等にも適用できる。つぎ
に、上記のような電子ビーム露光装置を使用して実施さ
れる電子ビーム露光方法の第３の実施例（請求項２に対
応する）における電子ビームの走査方法を図３を参照し
ながら説明する。

【００１９】この実施例では、リニアグレーティングを
用いて説明する。図３（ａ）に示すように、一つのライ
ン３１を走査し、つぎのライン３２の走査に入る前に、
つぎのライン３２の始点３３においてある一定の時間電
子ビームが停留するように走査させる。始点３３で電子
ビームが停留している間は、電子ビームはブランキング
される。

【００２０】図３（ｂ）に上記走査のためのデータの内
容を示す。上段に示したのが走査のための偏向データで
あって第１のメモリに格納され、下段に示したのがブラ
ンキングのオン・オフを制御するブランキングデータで
あって第２のメモリに格納される。例えば第１のライン
３１の走査のための偏向データ（図３（ｂ）では便宜上
ラインと同じ符号で示す。他の偏向データも同じであ
る。）と第２のライン３２の走査のための偏向データと
の間には第２のライン３２の始点３３の位置を示す偏向
データが始点３３で電子ビームを停留させるためのダミ
ーの偏向データとして、繰り返して挿入されている。こ
の挿入量は、ビーム偏向量を安定にするために必要な電
子ビームの停留時間に相当する個数であり、例えばライ
ン３２の長さが１ｍｍの場合には停留時間は約２０ｍse
c 程度であり、ダミーの偏向データの個数は、メモリの
読み出しクロック周期と停留時間の関係で決まる。ライ
ン３２の走査のための偏向データに対応するブランキン
グデータはオフとすることで、電子ビームが照射されラ
イン３２は露光される。また、偏向量を安定化させるた
めに挿入された、例えば第２のライン３２の始点３３の
位置を示すダミーの偏向データに対応するブランキング
データはオンとし、不要な露光を防いでいる。

【００２１】この電子ビーム露光方法により不要なパタ
ーンを露光することなしに、ビーム偏向量を安定させる
ことができるので、描画すべき図形を正確に露光でき
る。なお、電子ビーム安定化のためのデータはラインの
始点である必要は必ずしもなく、次ライン３２の始点３
３を露光する時にビーム偏向量が安定になっているよう
なデータであればよい。例えば前ライン３１の終点（始
点３３と反対側の端部）と次ライン３２の始点３３の結
ぶ直線を走査するデータであれば、偏向量の飛びが発生
しないので問題ない。

【００２２】つぎに、上記のような電子ビーム露光装置
を使用して実施される電子ビーム露光方法の第４の実施
例（請求項３に対応する）における電子ビームの走査方
法を図４を参照しながら説明する。この実施例では、例
として、図４（ａ）に示したような複数の長方形４１，
４２，…を露光するときのこの電子ビーム露光方法によ
るビーム走査方法を説明する。各長方形４１，４２，…
の大きさは短辺が５μｍ、長辺が２０μｍであり、５個
の長方形４１〜４５は図４（ａ）に示すように角度が異
なって配置されているとする。各長方形４１，４２，…
は塗りつぶし法によって露光する。５個の長方形４１〜
４５は一連の図形として、左端の長方形４１から右端の
長方形４５へと逐次走査する。１段目の右端の長方形４
５と２段目の左端の長方形４１′とは位置が離れている
ので、連続的に走査を行うとオーバーシュートが発生す
る。

【００２３】よって、以下のような走査を行う。５個の
長方形４１〜４５を描画した後、つぎの５個の長方形４
１′〜４５′を描画する前に、ある一定点４６（廃棄点
と呼ぶ）に電子ビームを停留させ、最後につぎに描画す
べき長方形４１′の塗りつぶし走査のための先頭の点４
７を走査する。走査するための偏向データは、図４
（ｂ）に示すように作成される。つまり、この偏向デー
タは、５個分の長方形４１〜４５の偏向データと廃棄点
４６の偏向データとつぎに描画すべき長方形４１′の塗
りつぶし走査のための先頭の点４７の偏向データからな
る（図４（ｂ）では便宜上長方形もしくは点と同じ符号
で示す。）。５個分の長方形４１〜４５の偏向データ
は、ＤＡコンバータ５２内のメモリ５４の先頭番地から
順に格納され、先頭の点４７の偏向データはメモリ５４
の最終番地に格納され、廃棄点４６の偏向データはメモ
リ５４の未格納領域を埋めるように格納され、それらの
データ量の和は、メモリ５４の容量と一致する。

【００２４】この発明の方法を用いた装置のメモリ５４
は６５５３６点の走査点の偏向データを格納できる容量
を持つ。以上に示した例では、長方形５個分でメモリ５
４の容量の大部分を使用しているが、図形の大きさ・配
置状況や、塗りつぶしのための走査間隔によって変化す
る。以上のよう走査データを作成し、メモリ５４に格納
されたデータは順次、メモリの先頭から一定周期のクロ
ックで読み出されてＤＡ変換され、つまり電子ビームが
走査され、露光が行われていく。例えば、電子ビームが
５個分の長方形４１〜４５の描画を行い、つづいて電子
ビームが廃棄点４６に移動し、そこである時間停留す
る。

【００２５】そして、最終データまで変換された時先頭
の点４７に電子ビームが移動する。この時、廃棄点４６
と先頭の点４７とは大きく離れているので、ＤＡ変換さ
れた偏向信号にはオーバーシュートが発生するが、電子
ビームが先頭の点４７に位置した時点で、ブランキング
がオンとなり電子ビームは遮断される。その後、メモリ
５４に新しい偏向データが書き込まれて、ＤＡ変換が始
まるまで、電子ビームが先頭の点４７にとどまり、かつ
ブランキングがかかることになり、先頭の点４７の露光
は行われない。この期間は約２００ｍsec であり、この
間に偏向信号はつぎの先頭の点４７に対応する値に安定
する。

【００２６】なお、ブランキングのオンオフは、電子計
算機５２もしくはＤＡコンバータ５３の内蔵回路が制御
し、その時間は電子計算機５２が設定する。このことに
より、つぎの変換が始まっても、ビーム偏向量の飛びが
全く発生しない。この方法により、正確な図形を描画す
ることができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の電子ビーム露光方法によ
れば、露光領域内において位置的にまとまった一連の図
形を描画する前に、描画すべき領域外でかつ一連の図形
に近い位置にある点に電子ビームを一時的に停留させる
というように通常の走査方法を変更するだけの構成で、
ブランキング等を制御せずにオーバーシュートの影響を
抑え、電子ビーム偏向量を安定化させてから露光を行う
ことにより、図形を正確に露光することができる。

【００２８】請求項２記載の電子ビーム露光方法によれ
ば、電子ビームのオーバーシュートが発生する偏向デー
タとそのつぎの偏向データとの間に、偏向位置が安定す
るまでの期間分に相当する個数のダミーの偏向データを
挿入した状態に第１のメモリに格納し、第２のメモリに
はダミーの偏向データに対応してブランキングデータを
格納し、ダミーの偏向データおよびそれに対応したブラ
ンキングデータに基づき、電子ビームをブランキングさ
せることにより、不要なパターンを露光することなしに
オーバーシュートの影響を抑え、電子ビーム偏向量を安
定化させてから露光を行うことにより、図形を正確に露
光することができる。

【００２９】請求項３記載の電子ビーム露光方法によれ
ば、走査のための偏向データを格納するメモリの最終番
地に電子ビーム偏向量に飛びを発生させるデータを記憶
させ、前記飛びを発生させるデータに対応する偏向電圧
を、つぎの走査のための偏向データが前記メモリに書き
込まれて変換が始まるまで保持していることにより、ブ
ランキングを一連の走査中に制御することなしに、かつ
不要なパターンを露光することなしに、オーバーシュー
トの影響を抑え、電子ビーム偏向量を安定化させてから
露光を行うことにより、図形を正確に露光することがで
きる。

【００３０】以上の請求項１〜３に記載された発明の方
法を用いることにより、光素子を構成する図形の歪を減
少させ、これにより図形歪に起因する光素子の収差を減
少させることができる。ここで、収差について説明す
る。グレーティング等の光回折格子は、主に光線の伝搬
方向を変える（偏向）機能を有するが、偏向量は光線と
グレーティングのラインのなす角度およびグレーティン
グの周期によって決まる。そのため、図形歪によってグ
レーティングの角度，周期に誤差が生じると、設計した
偏向量が得られず、収差となる。例えば、設計した位置
を光線が通らない、あるいは設計した位置に光線を収束
できない等ということが生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に対応する電子ビーム露光方法の第１
の実施例におけるビーム走査方法を示す概略図である。

【図２】請求項１に対応する電子ビーム露光方法の第２
の実施例におけるビーム走査方法を示す概略図である。

【図３】請求項２に対応する電子ビーム露光方法の第３
の実施例におけるビーム走査方法を示す概略図である。

【図４】請求項３に対応する電子ビーム露光方法の第４
の実施例におけるビーム走査方法を示す概略図である。

【図５】この発明の電子ビーム露光方法を実施する際に
使用する電子ビーム露光装置の構成を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１１ ライン １２ 停留点 １３ 始点 １４ 終点 ２１ ライン ２２ 停留点 ２３ 始点 ２４ 準備走査 ３１，３２ ライン ３３ 停留点 ４１〜４５ 長方形 ４６ 廃棄点 ４７ 先頭の点 ４８ 長方形

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを走査しながら照射すること
   により露光領域内において位置的にまとまった一連の図
   形を描画する前に、描画すべき領域外でかつ前記一連の
   図形に近い位置にある点に前記電子ビームを一時的に停
   留させることを特徴とする電子ビーム露光方法。
2. 【請求項２】 第１のメモリに格納した電子ビームの走
   査のための偏向データと、この偏向データに対応して第
   ２のメモリに格納した前記電子ビームのブランキングデ
   ータとに従って、前記電子ビームを走査しながら照射す
   ることにより所定領域の露光を行う電子ビーム露光方法
   であって、前記電子ビームのオーバーシュートが発生す
   る偏向データとそのつぎの偏向データとの間に、偏向位
   置が安定するまでの期間分に相当する個数のダミーの偏
   向データを挿入した状態に第１のメモリに格納し、前記
   第２のメモリに前記ダミーの偏向データに対応してブラ
   ンキングデータを格納し、前記ダミーの偏向データおよ
   びそれに対応したブランキングデータに基づき、前記電
   子ビームをブランキングさせることを特徴とする電子ビ
   ーム露光方法。
3. 【請求項３】 電子ビームを走査しながら照射すること
   により所定領域の露光を行う電子ビーム露光方法であっ
   て、走査のための偏向データを格納するメモリの最終番
   地に電子ビーム偏向量に飛びを発生させるデータを記憶
   させ、前記飛びを発生させるデータに対応する偏向電圧
   を、つぎの走査のための偏向データが前記メモリに書き
   込まれて変換が始まるまで保持していることを特徴とす
   る電子ビーム露光方法。