JPH11219879A

JPH11219879A - 電子ビーム露光方法と電子ビーム露光装置

Info

Publication number: JPH11219879A
Application number: JP10018867A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Umagoe; 俊幸馬越; Koji Ando; 厚司安藤; Shinji Sato; 信二佐藤; Kazuyoshi Sugihara; 和佳杉原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＰ，ＶＳＢの両露光をビームぼけによる解
像性の劣化無しに行い、かつＣＰ露光のメリットを十分
に出してスループットの向上をはかる。【解決手段】ＣＰ方式とＶＳＢ方式を併用してパター
ンを形成する電子ビーム露光方法において、各露光にお
ける電子のクーロン反発及び電子光学系収差によるビー
ムぼけが許容値以下となる最大使用可能電流量を決定す
る第１の工程と、第１の工程により決定された最大使用
可能電流量の条件下で、電流密度とビームサイズをパラ
メータにして対象パターンの描画時間を算出し、該描画
時間を最短にする電流密度とビームサイズを決定する第
２の工程と、第２の工程により決定された電流密度とビ
ームサイズに電子ビーム条件を調整する第３の工程と、
第３の工程により調整された電子ビーム条件の下で、Ｃ
Ｐ露光とＶＳＢ露光を切り換えながらパターンを露光す
る第４の工程とを有すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを用い
たリソグラフィ技術に係わり、特に繰り返しパターンを
一括露光するキャラクタプロジェクション方式（ＣＰ方
式）と成形ビームでパターンを描画する可変成形ビーム
描画方式（ＶＳＢ方式）を併用してウェハ上にパターン
を露光する電子ビーム露光方法と、これを実現するため
の電子ビーム露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）
の高密度化に伴い、電子ビーム等の荷電粒子線を用いる
露光装置が、実際に使用されるようになってきた。かか
る電子ビーム露光装置は、可変成形ビームを用い、試料
面上で荷電粒子線を偏向走査してパターンを描いていく
装置で、ソフトであるパターンデータからパターンとい
うハードを作るパターンジェネレート機能を持った装置
である。しかし、上記の電子ビーム露光装置は矩形或い
は三角形のショットをつなげてパターンを描画するた
め、一般にパターンサイズが小さくなるほど、単位面積
当りの露光ショット数が増加し、スループットが低下す
る。

【０００３】一方、超微細パターンを必要とされる半導
体装置は、例えば２５６ＭビットＤＲＡＭのように、微
細ではあるが、露光する殆どの面積はある基本パターン
の繰り返しであるものが多く、繰り返しパターンの単位
となる基本パターンを、それ自身の複雑さに関係なく１
ショットで発生できれば、このようなパターンを微細さ
にはよらず一定のスループットで露光することが可能と
なる。そこで、可変成形ビームを用いた露光方式に加え
て、基本パターンを持つ透過マスク（これを以下、キャ
ラクタアパーチャという）を電子ビームで照射すること
により、１ショットで基本パターンを発生し、それをつ
なげて繰り返しパターンを露光することにより、現実的
なスループットを得るキャラクタプロジェクション方式
の描画方法を装備した露光装置が実用化されつつある。

【０００４】電子ビーム露光装置のウェハ描画時間は、
大雑把にはショット時間とショット数の積で表される。
レジスト感度を高く、電流密度を大きくしてショット時
間を短縮し、ビームサイズを大きくしてショット数を低
減すると、描画時間が短くできる。上述の如く数μｍ□
の基本パターンを繰り返し転写していくキャラクタプロ
ジェクション（ＣＰ）方式は、ショット数の低減が図れ
るため、可変成形ビーム（ＶＳＢ）方式に比べてスルー
プットが高い。

【０００５】ＣＰ方式は確かに魅力的な方式だが、１回
のショットで使う電流量がＶＳＢ方式のそれに比べて大
きくなるため、クーロン反発によるビームのぼけが大き
くなる。ＣＰ露光とＶＳＢ露光とを使って２５６Ｍビッ
トＤＲＡＭ等のクリティカル層のパターンを形成しよう
としても、パターンぼけが許容値以下となる電流量で、
かつ現在実用化されているレジスト（感度：１８μＣ／
ｃｍ² ）では、優れた解像性は満たすものの、ＣＰ露光
のメリット（高スループット）は殆ど出てこない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、ＣＰ
方式とＶＳＢ方式を併用してウェハ上に微細パターンを
形成する電子ビーム露光方法においては、パターンぼけ
が許容値以下となる電流量にすると、現在実用化されて
いるレジストで優れた解像性は満たすものの、ＣＰ露光
のメリット（高スループット）が殆ど出てこなくなる問
題があった。

【０００７】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、ＣＰ及びＶＳＢの両
露光をビームぼけによる解像性の劣化を招くことなく行
うことができ、かつＣＰ露光のメリットを十分に出して
スループットの向上をはかり得る電子ビーム露光方法
と、これに使用できる電子ビーム露光装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。（１）繰り返しパターンはキャラクタマスクを用いて転
写（ＣＰ露光）し、繰り返しのないパターン或いは繰り
返しが少ないパターンは可変成形ビームを用いて描画
（ＶＳＢ露光）する電子ビーム露光方法において、前記
各露光における電子のクーロン反発及び電子光学系収差
によるビームぼけが許容値以下となる最大使用可能電流
量を決定する第１の工程と、第１の工程により決定され
た最大使用可能電流量の条件下で、電流密度とビームサ
イズをパラメータにして対象パターンの描画時間を算出
し、該描画時間を最短にする電流密度とビームサイズを
決定する第２の工程と、第２の工程により決定された電
流密度とビームサイズに電子ビーム条件を調整する第３
の工程と、第３の工程により調整された電子ビーム条件
の下で、ＣＰ露光とＶＳＢ露光を切り換えながらパター
ンを露光する第４の工程とを有することを特徴とする。

【０００９】（２）同一感光材に対するパターン転写
を、フォトマスクを用いた光露光と電子ビーム露光の両
者で行い、かつ少なくとも光露光の解像限界以下のパタ
ーン転写を電子ビーム露光で行う方法であって、電子ビ
ーム露光で行うパターン転写に関し、繰り返しパターン
はキャラクタマスクを用いて転写（ＣＰ露光）し、繰り
返しのないパターン或いは繰り返しが少ないパターンは
可変成形ビームを用いて描画（ＶＳＢ露光）する電子ビ
ーム露光方法において、前記各露光における電子のクー
ロン反発及び電子光学系収差によるビームぼけが許容値
以下となる最大使用可能電流量を決定する第１の工程
と、第１の工程により決定された最大使用可能電流量の
条件下で、電流密度とビームサイズをパラメータにして
対象パターンの描画時間を算出し、該描画時間を最短に
する電流密度とビームサイズを決定する第２の工程と、
第２の工程により決定された電流密度とビームサイズに
電子ビーム条件を調整する第３の工程と、第３の工程に
より調整された電子ビーム条件の下で、ＣＰ露光とＶＳ
Ｂ露光を切り換えながらパターンを露光する第４の工程
とを有することを特徴とする。

【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (a) 第１の工程において、電子のクーロン反発及び電子
光学系収差によるビームぼけには焦点位置の変動に基づ
くビームぼけ分が含まれていること。 (b) 第２の工程において、最大使用可能電流量，電流密
度，及びビームサイズの関係を以下の式で表わすこと。
但し、比例係数ｋは０＜ｋ≦１である。最大使用可能電流量＝ｋ・（電流密度）・（ビームサイ
ズ）² (c) 比例係数ｋは、デバイス毎或いはデバイスを構成す
る層毎に値を変更可能であること。 (d) 第２の工程により決定する電流密度とビームサイズ
は、描画するデバイス毎に或いはデバイスを構成する層
毎に変更可能であること。

【００１１】（３）繰り返しパターンはキャラクタマス
クを用いて転写（ＣＰ露光）し、繰り返しのないパター
ン或いは繰り返しが少ないパターンは可変成形ビームを
用いて描画（ＶＳＢ露光）する電子ビーム露光方法にお
いて、前記ＣＰ露光における電子のクーロン反発及び電
子光学系収差によるビームぼけが許容値以下となるよう
に、電子光学系で使用する最大電流量を決定する第１の
工程と、前記ＶＳＢ露光における電子のクーロン反発及
び電子光学系収差によるビームぼけが許容値以下になる
ように、電子光学系で使用する最大電流量を決定する第
２の工程と、ウェハ上に形成すべき設計パターンデータ
をＣＰ露光用パターンデータとＶＳＢ露光用パターンデ
ータとに分離する第３の工程と、第１の工程により決定
された最大電流量の下で、第３の工程により作成された
ＣＰ露光用パターンデータを用いてＣＰ露光した場合の
処理時間が最小となるように電流密度と最大ビームサイ
ズを決定する第４の工程と、第２の工程により決定され
た最大電流量の下で、第３の工程により作成されたＶＳ
Ｂ露光用パターンデータを用いてＶＳＢ露光した場合の
処理時間が最小となるように電流密度と最大ビームサイ
ズを決定する第５の工程と、感光材を塗布したウェハに
対して、第４の工程により決定された電流密度と最大ビ
ームサイズを用いて、第３の工程により作成されたＣＰ
露光用パターンデータを用いてＣＰ露光する第６の工程
と、前記ウェハに対して、第５の工程により決定された
電流密度と最大ビームサイズを用いて、第３の工程によ
り作成されたＶＳＢ露光用パターンデータを用いてＶＳ
Ｂ露光する第７の工程とを含むことを特徴とする。

【００１２】（４）同一感光材に対するパターン転写
を、フォトマスクを用いた光露光と電子ビーム露光の両
者で行い、かつ少なくとも光露光の解像限界以下のパタ
ーン転写を電子ビーム露光で行う方法であって、電子ビ
ーム露光で行うパターン転写は、繰り返しパターンはキ
ャラクタマスクを用いて転写（ＣＰ露光）し、繰り返し
のないパターン或いは繰り返しが少ないパターンは可変
成形ビームを用いて描画（ＶＳＢ露光）する電子ビーム
露光方法において、前記ＣＰ露光における電子のクーロ
ン反発及び電子光学系収差によるビームぼけが許容値以
下となるように、電子光学系で使用する最大電流量を決
定する第１の工程と、前記ＶＳＢ露光における電子のク
ーロン反発及び電子光学系収差によるビームぼけが許容
値以下になるように、電子光学系で使用する最大電流量
を決定する第２の工程と、ウェハ上に形成すべき設計パ
ターンデータをＣＰ露光用パターンデータとＶＳＢ露光
用パターンデータとに分離する第３の工程と、第１の工
程により決定された最大電流量の下で、第３の工程によ
り作成されたＣＰ露光用パターンデータを用いてＣＰ露
光した場合の処理時間が最小となるように電流密度と最
大ビームサイズを決定する第４の工程と、第２の工程に
より決定された最大電流量の下で、第３の工程により作
成されたＶＳＢ露光用パターンデータを用いてＶＳＢ露
光した場合の処理時間が最小となるように電流密度と最
大ビームサイズを決定する第５の工程と、感光材を塗布
したウェハに対して、第４の工程により決定された電流
密度と最大ビームサイズを用いて、第３の工程により作
成されたＣＰ露光用パターンデータを用いてＣＰ露光す
る第６の工程と、前記ウェハに対して、第５の工程によ
り決定された電流密度と最大ビームサイズを用いて、第
３の工程により作成されたＶＳＢ露光用パターンデータ
を用いてＶＳＢ露光する第７の工程とを含むことを特徴
とする。

【００１３】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (a) 第１，第２の工程で、電子のクーロン反発及び電子
光学系収差によるビームぼけには、焦点位置の変動に基
づくビームぼけ分が含まれていること。 (b) 第４，第５の工程において描画時間を算出する際
に、最大使用可能電流量，電流密度，及びビームサイズ
の関係を以下の式で表わすこと。但し、比例係数ｋは、
０＜ｋ≦１である。最大使用可能電流量＝ｋ・（電流密度）・（ビームサイ
ズ）² (c) 比例係数ｋは、デバイス毎或いはデバイスを構成す
る層毎に値を変更可能であること。 (d) 第４，第５の工程により決定するビームサイズは、
描画するデバイス毎に或いはデバイスを構成する層毎に
変更可能であること。

【００１４】(e) 電子ビーム露光装置の条件を、第４の
工程により決定された電流密度及び最大ビームサイズと
第５の工程により決定された電流密度及び最大ビームサ
イズで切り換えながら、ＣＰ露光方式とＶＳＢ露光方式
を混用して露光を行うこと。

【００１５】(f) 電子ビーム露光装置の条件を、第４の
工程により決定された電流密度と最大ビームサイズに設
定して調整を行ってからＣＰ露光を行い、次いで第５の
工程により決定された電流密度と最大ビームサイズに設
定して調整を行ってからＶＳＢ露光を行うこと。 (g) 電子ビーム露光装置の条件を、第５の工程により決
定された電流密度と最大ビームサイズに設定して調整を
行ってからＶＳＢ露光を行い、次いで第４の工程により
決定された電流密度と最大ビームサイズに設定して調整
を行ってからＣＰ露光を行うこと。

【００１６】(h) ＣＰ露光とＶＳＢ露光の照射量が同一
であること。 (i) ＣＰ露光とＶＳＢ露光の照射量が異なること。 (j) ＣＰ露光とＶＳＢ露光の各工程の間でウェハをベー
クすること。 (k) ウェハに形成されたマークの位置を検出して描画す
るパターンの位置合わせを行うに際し、ＣＰ露光とＶＳ
Ｂ露光で同じマークを用いること。

【００１７】(l) 第３の工程で分離されたＣＰ露光用パ
ターンとＶＳＢ露光用パターンとについて図形論理和演
算を行い、その結果得られたパターンを用いて近接効果
を補正するための照射量制御値を算出すること。 (m) 第３の工程で分離される前のパターンデータを用い
て近接効果を補正するための照射量制御値を算出するこ
と。 (n) 第３の工程で分離されたＣＰ露光用パターンとＶＳ
Ｂ露光用パターンとについて図形論理和演算を行い、そ
の結果得られたパターンを白黒反転処理したパターン用
い、補助露光を行って近接効果を補正すること。 (o) 第３の工程で分離される前のパターンを白黒反転処
理したパターンを用い、補助露光を行って近接効果を補
正すること。

【００１８】（５）繰り返しパターンはキャラクタマス
クを用いて転写（ＣＰ露光）し、繰り返しのないパター
ン或いは繰り返しが少ないパターンは可変成形ビームを
用いて描画（ＶＳＢ露光）する電子ビーム露光装置であ
って、前記各露光における電子のクーロン反発及び電子
光学系収差によるビームぼけが許容値以下となるように
最大使用可能電流量を決定する手段と、前記決定された
最大使用可能電流量から、電流密度とビームサイズをパ
ラメータにしてデバイスの描画時間を算出し、該描画時
間を最短にする電流密度とビームサイズを決定する手段
と、前記決定された電流密度とビームサイズに電子ビー
ム条件を調整する手段と、前記調整された電流密度とビ
ームサイズを用いてＣＰ露光とＶＳＢ露光を切り換えて
パターンを形成する手段とを具備してなることを特徴と
する。

【００１９】（６）同一感光材に対するパターン転写
を、フォトマスクを用いた光露光と電子ビーム露光の両
者で行い、かつ少なくとも光露光の解像限界以下のパタ
ーン転写を電子ビーム露光で行う方法に用いられ、繰り
返しパターンはキャラクタマスクを用いて転写（ＣＰ露
光）し、繰り返しのないパターン或いは繰り返しが少な
いパターンは可変成形ビームを用いて描画（ＶＳＢ露
光）する電子ビーム露光装置であって、前記各露光にお
ける電子のクーロン反発及び電子光学系収差によるビー
ムぼけが許容値以下となるように最大使用可能電流量を
決定する手段と、前記決定された最大使用可能電流量か
ら、電流密度とビームサイズをパラメータにしてデバイ
スの描画時間を算出し、該描画時間を最短にする電流密
度とビームサイズを決定する手段と、前記決定された電
流密度とビームサイズに電子ビーム条件を調整する手段
と、前記調整された電流密度とビームサイズを用いてＣ
Ｐ露光とＶＳＢ露光を切り換えてパターンを形成する手
段とを具備してなることを特徴とする。

【００２０】（７）繰り返しパターンはキャラクタマス
クを用いて転写（ＣＰ露光）し、繰り返しのないパター
ン或いは繰り返しが少ないパターンは可変成形ビームを
用いて描画（ＶＳＢ露光）する電子ビーム露光装置にお
いて、前記ＣＰ露光における電子のクーロン反発及び電
子光学系収差によるビームぼけが許容値以下となるよう
に、電子光学系で使用する最大電流量を決定する第１の
電流量決定手段と、前記ＶＳＢ露光における電子のクー
ロン反発及び電子光学系収差によるビームぼけが許容値
以下になるように、電子光学系で使用する最大電流量を
決定する第２の電流量決定手段と、ウェハ上に形成すべ
き設計パターンデータをＣＰ露光用パターンデータとＶ
ＳＢ露光用パターンデータとに分離するデータ分離手段
と、第１の電流量決定手段により決定された最大電流量
の下で、データ分離手段により作成されたＣＰ露光用パ
ターンデータを用いてＣＰ露光した場合の処理時間が最
小となるように電流密度と最大ビームサイズを決定する
第１の電流密度・ビームサイズ決定手段と、第２の電流
量決定手段により決定された最大電流量の下で、データ
分離手段により作成されたＶＳＢ露光用パターンデータ
を用いてＶＳＢ露光した場合の処理時間が最小となるよ
うに電流密度と最大ビームサイズを決定する第２の電流
密度・ビームサイズ決定手段と、感光材を塗布したウェ
ハに対して、第１の電流密度・ビームサイズ決定手段に
より決定された電流密度と最大ビームサイズを用いて、
データ分離手段により作成されたＣＰ露光用パターンデ
ータを用いてＣＰ露光する第１の露光手段と、前記ウェ
ハに対して、第２の電流密度・ビームサイズ決定手段に
より決定された電流密度と最大ビームサイズを用いて、
データ分離手段により作成されたＶＳＢ露光用パターン
データを用いてＶＳＢ露光する第２の露光手段とを具備
してなることを特徴とする。

【００２１】（作用）本発明によれば、電流密度とビー
ムサイズを所望の値に選定することで、一定の焦点深度
内でＣＰ及びＶＳＢの両露光のビームぼけが許容値以下
になるため、チップ内にＣＰとＶＳＢパターンが混在す
るデバイスパターンを解像性の劣化なしに、かつその際
のスループットを大きくして描画ができる。さらに、光
とＥＢとを用いる同層のミックスアンドマッチリソグラ
フィ法において、ＥＢにおける電流密度とビームサイズ
を所望の値に選定することで、一定の焦点深度内でＣＰ
及びＶＳＢの両露光のビームぼけが許容値以下になるた
め、上記と同様の効果が得られる。

【００２２】また、フォーカス位置変動によるビームぼ
けも考慮して最大使用可能電流値を決定することによ
り、より精度の高いパターン形成が可能となる。さら
に、デバイス毎或いはデバイスを構成する層毎に異なる
キャラクタ開口率を考慮した最大使用可能電流値とビー
ム寸法及び電流密度の関係式を採用することにより、実
際にキャラクタビームで照射される実効電流量が最大使
用可能電流量となる。従って、スループットを最大限ま
で引き上げることが可能となる。

【００２３】また本発明によれば、ＣＰ露光とＶＳＢ露
光でそれぞれ独立に電流密度とビームサイズを所望の値
に設定することで、一定の焦点深度内でＣＰ及びＶＳＢ
の両露光のビームぼけが許容値以下になるため、チップ
内にＣＰとＶＳＢパターンが混在するデバイスパターン
を解像性の劣化なしに、かつその際のスループットを最
大にしてＥＢ描画ができる。さらに、光とＥＢとを用い
る同層のミックスアンドマッチリソグラフィ法におい
て、ＥＢにおける電流密度とビームサイズをＣＰ露光と
ＶＳＢ露光でそれぞれ独立に所望の値に設定すること
で、一定の焦点深度内でＣＰ及びＶＳＢの両露光のビー
ムぼけが許容値以下になるため、上記と同様の効果が得
られる。

【００２４】また、描画するパターンに応じて描画方式
を切り換えると共に、ＣＰ方式とＶＳＢ方式それぞれに
ついて解像性及びスループットが最大となるように選定
した最大ビームサイズと電流密度とを用いるように装置
の設定条件を切り換えることにより、各露光方式で最大
のスループットを得ることが可能である。

【００２５】また、ＥＢ露光工程をＣＰ露光工程とＶＳ
Ｂ露光工程とに分離し、各露光工程を行う前に、それぞ
れ解像性及びスループットが最大となるように選定した
最大ビームサイズと電流密度となるように露光装置の条
件を設定することにより、露光装置条件を変更する際に
比較的時間を要する露光装置であっても、各露光方式で
の最大スループットを実現することが可能である。

【００２６】また、ＥＢ露光工程をＣＰ露光工程とＶＳ
Ｂ露光工程とに分離し、これらの露光工程別に複数の露
光装置によって分担することにより、描画条件を変更す
る際に長時間を要する露光装置であっても、各露光方式
での最大スループットを実現することが可能である。

【００２７】また、ＣＰ露光工程とＶＳＢ露光工程との
間でウェハをベークすることにより、各露光工程間に比
較的長時間のタイムラグが発生したとしても、パターン
の解像性及び寸法精度が劣化することを防止できる。さ
らに、ＣＰ露光工程とＶＳＢ露光工程とで同一の位置合
わせマークを検出して描画位置を補正することにより、
各露光工程間のパターン接続精度を劣化させることがな
い。

【００２８】また、ＣＰ露光パターンとＶＳＢ露光パタ
ーンとを合成したパターンにて近接効果補正を施す、即
ち合成したパターンについて照射量補正計算を行う、或
いは合成したパターンから補助露光用パターンを生成し
て補助露光を行うことにより、両露光パターン間の近接
効果を適切に補正することができ、パターンの仕上り精
度を向上させることが可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】発明の実施形態を説明する前に、
電子ビーム露光装置（東芝製：ＥＸ−８Ｄ；キャラクタ
プロジェクション／可変成形ビーム方式、最大ビームサ
イズ：１μｍ□）を用いて電流量と解像性がどのように
関係しているかを調べた結果について述べる。

【００３０】図２は、電流密度を１０〜４０Ａ／ｃｍ²
に変化させ、かつ各電流密度毎に焦点位置を変化させ
て、ＶＳＢ及びＣＰ方式にて０．１５μｍルールのＬ／
Ｓパターンを描画し（使用レジスト：シプレー社製ＳＡ
Ｌ６０６、膜厚５００ｎｍ）、仕上がり寸法がどう変化
するかを見た図である。この図において、横軸は電流
量、縦軸は基準寸法からの変動量である。なお、この図
は、焦点深度として５μｍ確保した場合の電流量と変動
量の関係を示してある。

【００３１】０．１５μｍＬ／Ｓの仕上がり寸法変動の
許容値を、例えばＴmax −Ｔmin ＜５ｎｍ（３％ of Ｃ
Ｄ）とすると、ビームサイズ１μｍ□のＣＰ露光（開口
率５０％）での最大電流量は１８５ｎＡであり、これ以
上の電流量ではビームぼけが大きく寸法変動量が所定値
以内におさまらないことが分る。一方、ＶＳＢ露光では
ＣＰ露光に比べて電流量が小さいため、ビームぼけは少
なく解像性の高いパターンが形成できることが分る。従
って、ＣＰ方式とＶＳＢ方式の機能を合わせ持った電子
ビーム露光装置では、（ビームサイズに応じてその値が
変わるが）ある焦点深度内で両露光でのビームぼけによ
る寸法変動を許容値以内にしようとすると、使える最大
電流量が決まってしまうことが分る。

【００３２】その結果、ＣＰ露光とＶＳＢ露光とを用い
て２５６ＭビットＤＲＡＭ等のクリティカル層のパター
ンを形成しようとしても、先に説明したように、パター
ンぼけが許容値以下となる電流量で、かつ現在実用化さ
れているレジスト（感度：８μＣ／ｃｍ² ）では、優れ
た解像性は満たすものの、ＣＰ露光のメリットは殆ど出
てこない。

【００３３】このような問題点を解決するため本発明者
らは、光とＥＢによる同層ミックスアンドマッチリソグ
ラフィを提案した（特願平９−４６６８３号、特願平９
−４６８０８号）。図１は、同層ミックスアンドマッチ
リソグラフィシステムの基本概念を示す図である。同図
において、１は Deep-ＵＶ光等を用いたステッパ、２は
キャラクタプロジェクション方式の電子線露光装置、３
はレジストの塗布・現像装置、４はレジストをインライ
ンプロセスで処理するために前記１、２、３の装置間を
雰囲気制御された環境下で搬送するための搬送機構、５
は試料としてのウェハである。この方式においては光露
光によって解像できるパターンは全て光露光によって形
成するため、ＥＢ露光のパターン領域は大幅に減少され
る、光露光で解像できないパターンはＥＢ露光で形成す
るため高い解像性が確保できる、ことから高スループッ
トでかつ解像性の高いパターン形成ができる。

【００３４】しかしながら、この方法においてもスルー
プットをできる限り向上させるためにやはり電子ビーム
露光装置の描画時間を大きく短縮させなければならな
い。このため同層のミックスアンドマッチリソグラフィ
でも、電子ビーム露光には、数μｍ□の基本パターンを
繰り返し転写していくキャラクタプロジェクション（Ｃ
Ｐ）方式と可変成形ビーム（ＶＳＢ）方式とを合わせ持
つ露光装置を使用せざるを得ない。

【００３５】このようなＣＰ方式とＶＳＢ方式を併せ持
つ電子ビーム露光装置の描画時間とビームサイズ、電流
密度の関係について説明する。ＣＰ方式とＶＳＢ方式を
組み合わせて、両方式共に同じ電流密度で描画する場合
の描画時間は、次式にて表される。

【００３６】Ｔ＝Ｔ_CP＋Ｔ_VSB ＝（Ｄ／Ｊ＋Ｔ_S ）（Ｎ_CP＋Ｎ_VSB ）＋Ｔ_OH 但し、Ｄ：照射量Ｊ：電流密度Ｔ_S ：ショット位置決め時間Ｎ_CP ：ＣＰショット数Ｎ_VSB ：ＶＳＢショット数Ｔ_OH ：オーバーヘッド時間（主偏向位置決め時間、ス
テージ折り返し時間、ウェハのロード／アンロードな
ど）である。

【００３７】これらのパラメータの中で、ビームサイズ
Ｓに依存して変化するのは、電流密度Ｊとショット数Ｎ
_CPとΝ_VSB である。従って、描画時間Ｔもビームサイズ
Ｓに影響されることになり、最高のスループットを得る
ためには、ビームサイズＳを最適化する必要がある。

【００３８】図３は、電流量が制限された場合のビーム
サイズＳと電流密度Ｊ及びビーム照射時間Ｄ／Ｊの関係
を示した図である。横軸はビームサイズＳ、左縦軸は電
流密度Ｊ、右縦軸はビーム照射時間Ｄ／Ｊを示してい
る。電流密度Ｊはビーム面積に反比例、即ちビームサイ
ズＳの２乗に反比例する。従って、ビームサイズＳが大
きくなるに伴って、ビーム照射時間Ｄ／Ｊはビームサイ
ズＳの２乗に比例して増加する。

【００３９】これに対してショット数は、ビームサイズ
Ｓが大きくなるにつれて減少する。但し、ＣＰショット
数Ν_CPとＶＳＢショット数Ν_VSB では、減少傾向が異な
る。図４は、ＣＰショット数Ν_CPとＣＰ描画時間Ｔ_CPの
ビームサイズ依存性を説明する図である。ＣＰ方式は、
ビームサイズ内のパターンを一括して露光する方式であ
るから、ＣＰショット数Ν_CPはビーム面積、即ちビーム
サイズＳの２乗に反比例して変化する。前記のようにビ
ーム照射時間Ｄ／ＪはビームサイズＳの２乗に比例する
ため、ＣＰ方式の総ビーム照射時間（Ｄ／Ｊ）・Ν_CPは
ビームサイズには依存せず、一定となる。ところが、ビ
ーム位置決め時間はショット数Ｎ_CPに比例することか
ら、ＣＰ方式の描画時間Ｔ_CPは、ビームサイズが大きく
なるにつれて、漸近的に減少することになる。

【００４０】一方、ＶＳＢ方式のショット数Ν_VSB は、
ＣＰ方式に比べて減少率が小さく、かつパターンに依存
する。図５は、ＶＳＢショット数Ｎ_VSB とＶＳＢ描画時
間Ｔ_VSB のビームサイズ依存性を説明する図である。特
に、ビームサイズがパターンの設計ルールを上回る場合
には、ショット数Ν_VSB の減少率は非常に小さい。さら
に、配線パターンの場合には、ビームサイズに反比例す
るが、コンタクトホールの場合には、ビームサイズには
全く依存せず、一定である。そのため、ビーム照射時間
の増加率（Ｓ² ）に比べてショット数Ν_VSB の減少率が
低い（Ｓ^k ：ｋ≦１）ことから、ＶＳＢ描画時間Ｔ_VSB
は、ビームサイズＳが大きくなるにつれて、増加するこ
とになる。

【００４１】つまり、ＣＰ方式の描画時間Ｔ_CPとＶＳＢ
方式の描画時間Ｔ_VSB は、逆の傾向を示すことが分か
る。従って、実際に描画するパターンによってＣＰショ
ット数Ｎ_CPとＶＳＢショット数Ｎ_VSB の割合が変化する
ため、最大のスループットが得られるように、ビームサ
イズＳと電流密度Ｊを選択することが重要となる。

【００４２】以下、本発明の詳細を図示の実施形態によ
って説明する。（第１の実施形態）図６は、本発明の第１の実施形態に
係わり、同層のミックスアンドマッチリソグラフィで使
われる電子ビーム露光方法を説明するためのフロー図で
ある。

【００４３】本発明の電子ビーム露光方法を実施するた
めに用いる電子ビーム露光装置を図７に示す。電子銃１
０１から放射された電子ビーム１０２は第１コンデンサ
レンズ（ＣＬ１）１０３及び第２コンデンサレンズ（Ｃ
Ｌ２）１３０で電流密度及びケーラ照明条件が調整さ
れ、第１成形アパーチャ１０４を均一に照明する。この
第１成形アパーチャ１０４の像は、投影レンズ１０６に
より、第２成形アパーチャ上１０７に結像される。この
２つのアパーチャ１０４，１０７の光学的な重なりの程
度は、成形偏向器１０５により制御される。これによっ
て、ＣＰ露光に使うキャラクタの選択、及びＶＳＢ露光
で使う可変成形ビームの発生を行うことができる。この
成形偏向機構は、成形偏向器１０５、成形偏向アンプ１
１６、偏向アンプ１１６に偏向データを送るパターンデ
ータデコーダ１１５から構成されている。

【００４４】第１成形アパーチャ１０４、第２成形アパ
ーチャ１０７の光学的重なりによる像は、縮小レンズ１
０８及び対物レンズ１１０により縮小され、試料１１１
上に結像される。そして、電子ビーム１０２の試料面上
の位置は対物主偏向器１０９により試料１１１上に設定
される。

【００４５】試料１１１上の電子ビーム１０２の位置
は、位置データを送る描画データジェネレータ（図示せ
ず）と、主偏向器に電圧を印加する主偏向アンプ１１９
で制御される。試料１１１は、ファラデーカップ１１３
及び電子ビーム寸法測定用マーク台１１２と共に可動ス
テージ１１４上に設置され、可動ステージ１１４を移動
することで試料１１１，ファラデーカップ１１３，又は
電子ビーム寸法測定用マーク台１１２を選択することが
できる。マーク台１１２上には重金属粒子１２２が配置
されている。

【００４６】試料１１１上の電子ビーム位置を移動する
場合、試料１１１上の不必要な場所に露光されないよう
に、ブランキングアンプ１２０及びブランキング電極１
０８で電子ビーム１０２を偏向し、電子ビーム１０２を
カットし、試料面上に到達しないようにする。ブランキ
ング電極１０８への偏向電圧の制御はブランキングアン
プ１２０で制御される。これらの全てのデータは、パタ
ーンデータメモリ１１７に格納されている。

【００４７】以下、図６のフロー図に従ってパターンの
描画方法について説明する。予め使用する電子ビーム露
光装置の最大ビームサイズで上述した図２を求め、これ
によって最大電流量を決定しておく（工程１）。本実施
形態では上述の実験結果から１８５ｎＡであると仮定す
る。

【００４８】次に、描画するデバイスパターンを対象と
し、キャラクタプロジェクション（ＣＰ）方式を適用す
る部分と、可変成形ビーム（ＶＳＢ）方式を適用する部
分とについて、それぞれのパターンが電流量一定でビー
ムサイズを変えて（合わせて電流密度も変えて）描画し
たときに描画時間がどのように変わるかを調べる（工程
２）。即ち、スループットを見積もる。

【００４９】本実施形態では、ＲＩＳＣプロセッサのゲ
ート層の場合を例として取り上げて説明する。ＲＩＳＣ
プロセッサのキャッシュメモリ部にキャラクタプロジェ
クション法を適用し（但し、使用できるキャラクタ数は
最大ビーム寸法５μｍ□の場合で５個とした）、その他
のロジック回路領域について光／ＥＢミックスアンドマ
ッチ用のパターン分離処理を適用した後、ＥＢ描画パタ
ーンとして分離されたパターンをＶＳＢ方式にて描画す
ることとした。結果を図８と図９に示す。

【００５０】図８はショット数のビームサイズ依存性
を、図９は１チップ当りの描画時間のビームサイズ依存
性を示している。ＶＳＢ方式とＣＰ方式の描画時間は、
相反するビームサイズ依存性を示している。その理由は
前記の通りである。また、合計描画時間Ｔは、ＶＳＢ描
画時間Ｔ_VSB に主に依存していることが分かる。最短描
画時間を達成するためには、ビームサイズＳを１μｍ□
に設定しなければならないことが分る。この時、電流密
度Ｊは３７Ａ／ｃｍ² である。

【００５１】この結果を基に、電子ビーム露光装置のコ
ラムの設定（ビームサイズと電流密度）を調整し、前記
電流条件となるようにする（工程３）。ビームサイズ
は、第１成形アパーチャ１０４の開口サイズ、或いは第
２成形アパーチャ１０７の開口サイズを所望のサイズに
調整することにより制御することができる。

【００５２】図１０は、電流密度を調整する方法を説明
するための図であり、図７に示した装置の電子銃１０１
から第１成形アパーチャ１０４の部分を抜き出したもの
である。ここでは、コンデンサレンズ部においてズーム
レンズ機能を実現できるように、第１コンデンサレンズ
１０３と第２コンデンサレンズ１３０という２段のレン
ズでコンデンサレンズ部を構成している。即ち、ブラン
キングアパーチャ１３１の位置に結んだクロスオーバ像
が移動しないように第１コンデンサレンズ１０３と第２
コンデンサレンズ１３０の励磁を調整することにより、
第１成形アパーチャ１０４を通過する電流量を任意の値
に制御することが可能になっている。

【００５３】最後に、レジスト塗布・現像装置でレジス
トを塗布したウェハ５を搬送機構４に運び、ウェハ５上
の全面にデバイスパターンをＣＰ及びＶＳＢ露光を切り
換えながら形成する（工程４）。

【００５４】このように調整された電子ビーム露光装置
で同層ミックスアンドマッチで光とＥＢ用に切り分けら
れたＥＢパターンのみを描画する。露光が終了すると、
ウェハ５はレジスト塗布・現像装置３に戻され、現像さ
れてパターン形成が完了する。

【００５５】図１１は、ＲＩＳＣプロセッサのゲート層
に対して同層のミックスアンドマッチ法を適用し、かつ
本実施形態に基づくビームサイズと電流密度の調整を行
い、電子ビーム露光で最大のスループットが得られるよ
うにして、スループット試算をした結果である。総ビー
ム電流Ｉ＝１８５ｎＡ、ドーズ量Ｄ＝５μＣ／ｃｍ²、
ショット位置決め時間Ｔ_S ＝１２０ｎｓｅｃ、８インチ
ウェハに８０チップを描画することとした。

【００５６】最適なビームサイズ１μｍ□を使用して描
画した場合の描画スループットは、ビームサイズの調整
を行わない場合、例えば５μｍ□ビームを使用した場合
に比べて、２倍以上に向上することが分かる。また、同
層のミックスアンドマッチを行わずに、電子線描画単独
でパターン形成を行う場合に比べると、約３５％のスル
ープット向上が得られる。さらにこのような描画方法で
あれば、チップ内にＣＰとＶＳＢパターンが混在するデ
バイスパターンを解像性の劣化なしに描画することがで
きる。

【００５７】このように本実施形態によれば、電流密度
とビームサイズを所望の値に選定することで、一定の焦
点深度内でＣＰ及びＶＳＢの両露光のビームぼけが許容
値以下になるため、チップ内にＣＰとＶＳＢパターンが
混在するデバイスパターンを解像性の劣化なしに、かつ
その際のスループットを最大にして描画することができ
る。

【００５８】（第２の実施形態）図１２は、本発明の第
２の実施形態に係わり、同層のミックスアンドマッチリ
ソグラフィで使われる電子ビーム露光方法を説明するた
めのフロー図である。

【００５９】本発明の電子ビーム露光方法を実施するた
めに用いる電子ビーム露光装置は、前記図７と同様であ
るので、ここでは省略する。以下、図１２のフロー図に
従ってパターンの描画方法について説明する。予め使用
する電子ビーム露光装置の最大ビームサイズで上述した
図２を求め、これによって最大電流量を決定しておく
（工程１）。本実施形態ではＶＳＢ方式の最大電流量を
１．２５μＡ、ＣＰ法の最大電流量を３００ｎＡ（ＶＳ
Ｂ方式の約４分の１）と仮定する。

【００６０】次に、描画するデバイスパターンを対象
に、ＣＰ方式を適用する部分とＶＳＢ方式を適用する部
分とに分離する（工程２）。本実施形態では、ＲＩＳＣ
プロセッサのゲート層の場合を例として取り上げて説明
する。ＲＩＳＣプロセッサのキャッシュメモリ部にＣＰ
方式を適用し（但し、使用できるキャラクタ数は最大ビ
ーム寸法５μｍ□の場合で５個とした）、その他のロジ
ック回路領域については光／ＥＢミックスアンドマッチ
用のパターン分離処理を適用した後、ＥＢ描画パターン
として分離されたパターンをＶＳＢ方式にて描画するこ
ととした。

【００６１】次に、ＣＰ方式及びＶＳＢ方式で描画する
それぞれのパターンについて、電流量一定でビームサイ
ズを変えて（合わせて電流密度も変えて）描画したとき
に描画時間がどのように変わるかを調べる（工程３）。
ＲＩＳＣプロセッサのゲート層について調べた結果を、
図１３と図１４に示す。

【００６２】図１３はショット数のビームサイズ依存性
を、図１４は１チップ当りの描画時間のビームサイズ依
存性を示している。図１３から、ビームサイズが大きく
なったときのショット数の減少率は、ＶＳＢ方式に比べ
てＣＰ方式の方が大きいことが分かる。このように、シ
ョット数のビームサイズ依存性が両露光方式の間で異な
ることから、描画時間のビームサイズ依存性も傾向が異
なることになる。さらに、図１４から、ＣＰ方式の描画
時間はショットサイズが大きくなるにつれて減少を続け
る傾向があり、ビームサイズを大きくすればするほど描
画時間が短くなることが分かる。

【００６３】一般に、露光装置の実現可能な最大ビーム
サイズは装置構成に起因する制約を受けるため、ここで
は最大ビームサイズを５μｍ□と仮定し、ＣＰ描画では
このサイズを用いるものとする。この時、電流密度は
２．４Ａ／ｃｍ² である。これに対して、ＶＳＢ方式の
描画時間は、下に凸な傾向を示し、ビームサイズが２．
５μｍ□の時に最小値となる。この時、電流密度は４０
Ａ／ｃｍ² である。

【００６４】この結果を基に、電子ビーム露光装置の電
子光学系の設定（ビームサイズと電流密度）をそれぞれ
の描画方式に応じて調整し、パターンを露光していく。
まず、電子ビーム露光装置の電子光学鏡筒の設定（ビー
ムサイズと電流密度）を調整し、第１の露光条件となる
ようにする（工程４）。ビームサイズは、第１成形アパ
ーチャ１０４の開口サイズ、或いは第２成形アパーチャ
１０７の開口サイズを所望のサイズに調整することによ
り制御することができる。

【００６５】次に、レジスト塗布・現像装置でレジスト
を塗布したウェハ５を搬送機構４に運び、ウェハ５上の
全面にデバイスパターンを第１の露光方式にてパターン
を露光する（工程５）。第１の露光方式によるパターン
露光が終了したら、次に電子ビーム露光装置の電子光学
鏡筒の設定（ビームサイズと電流密度）を調整し、第２
の露光条件となるようにする（工程６）。最後に、ウェ
ハ５上の全面にデバイスパターンを第２の露光方式にて
パターンを露光する（工程７）。

【００６６】前記東芝製電子ビーム露光装置ＥＸ−８Ｄ
の場合、露光条件の調整に要する時間は約１０分間であ
る。ウェハ１枚を露光する際に、毎回ＣＰ条件とＶＳＢ
条件を切り替えて露光することも可能だが、毎ウェハ毎
に調整する時間が加算されるため、スループットが低下
してしまう。そこで、例えば２４枚を１バッチとして描
画処理する場合、先に第１の露光条件で全てのウェハを
露光してしまい、次に露光装置を第２の露光条件に調整
した後、第２の露光条件で露光すると効率が良い。

【００６７】以上説明したような手順から構成される描
画方法により、図１０に示したような機構を有した電流
密度を調整可能な電子ビーム露光装置を用いて、同層ミ
ックスアンドマッチで光とＥＢ用に切り分けられたＥＢ
パターンを、ＣＰ方式とＶＳＢ方式でそれぞれ描画す
る。露光が終了すると、ウェハ５はレジスト塗布・現像
装置３に戻され、現像されてパターン形成が完了する。

【００６８】次に、ＲＩＳＣプロセッサのゲート層に対
して同層のミックスアンドマッチ法を適用し、かつ本実
施形態に基づくビームサイズと電流密度の調整を行い、
ＶＳＢ方式／ＣＰ方式それぞれの電子ビーム露光で最大
のスループットが得られるようにして描画した場合のス
ループットを試算した結果を説明する。総ビーム電流量
は、先に記したように、ＶＳＢ方式でＩ＝１．２５μ
Ａ、ＣＰ方式でＩ＝３００ｎＡである。また、ドーズ量
Ｄ＝５μＣ／ｃｍ² 、ショット位置決め時間Ｔ_S＝１２
０ｎｓｅｃ、８インチウェハに８０チップを描画すると
仮定した。本実施形態に基づく描画方法を適用した場合
のスループット試算結果を図１５に示す。比較のため
に、従来の描画方法であるＣＰ露光条件でＶＳＢ／ＣＰ
両露光を行った場合のスループットもプロットした。

【００６９】ロジック回路部をＶＳＢ方式で描画した場
合のスループットは、ビームサイズ２．５μｍ□を使用
して露光した場合に、最大値１７枚／時となる。また、
キャッシュメモリ部をＣＰ方式で描画した場合のスルー
プットは、ビームサイズ５μｍ□を使用して露光した場
合に、最大値２８枚／時となる。このとき、前述のよう
に描画条件の調整に１０分間かかるとすると、残り５０
分間にＶＳＢ露光／ＣＰ露光両者を行ってパターン形成
を完了できるウェハ枚数は、９枚弱となる。これに対し
て、従来の描画方法であるＣＰ露光条件でＶＳＢ／ＣＰ
両露光を行った場合の描画スループットは、最適なビー
ムサイズ１μｍ□を使用して露光しても５枚／時にすぎ
ない。

【００７０】このように本実施形態によれば、電流密度
とビームサイズをＣＰ及びＶＳＢ両露光それぞれについ
て別々の値を選定することで、一定の焦点深度内でＣＰ
及びＶＳＢの両露光のビームぼけがそれぞれ許容値以下
になる最大電流値で描画できる。このため、チップ内に
ＣＰとＶＳＢパターンが混在するデバイスパターンを解
像性の劣化なしに、かつその際のスループットを最大に
して、描画することができる。

【００７１】（第３の実施形態）図１６は、本発明の第
３の実施形態に係わり、同層のミックスアンドマッチリ
ソグラフィで使われる電子ビーム露光方法を説明するた
めのフロー図である。また、本発明の電子ビーム露光方
法を実施するために用いる同層ミックスアンドマッチリ
ソグラフィシステムを図１７に示す。なお、ここで用い
る電子ビーム露光装置２の基本構成は、前記図７に示し
たものと同様であるので、その詳細は省略する。

【００７２】次に、図１６のフロー図に従ってパターン
の描画方法について説明する。工程１から工程３までは
先の第２の実施形態と全く同様であるので、ここではそ
の説明を省略する。

【００７３】本実施形態では、工程３の後に、複数台の
電子ビーム露光装置２の電子光学系の設定（ビームサイ
ズと電流密度）を、ＶＳＢ／ＣＰそれぞれの描画方式に
応じて調整する（工程４）。例えば、電子ビーム露光装
置２ａの電子光学系はＶＳＢ条件に、電子ビーム露光装
置２ｂの電子光学系はＣＰ条件に設定し、調整する。ビ
ームサイズと電流密度の調整方法は、第２の実施形態で
説明した方法と同様なので、ここでは省略する。

【００７４】次に、レジスト塗布・現像装置３でレジス
トを塗布したウェハ５の全面にエキシマ露光装置１にて
デバイスパターンを露光した後、電子ビーム露光装置２
ａにウェハ５を選び、ウェハ５上の全面にＶＳＢ方式に
てロジック回路パターンを露光する（工程５）。ＶＳＢ
方式によるパターン描画が終了したら、続いて電子ビー
ム露光装置２ｂにウェハ５を運び、ウェハ５上の全面に
ＣＰ方式にてキャッシュメモリパターンを露光する（工
程６）。なお、工程６では、ＶＳＢ方式によるパターン
描画が終了したら、一旦、ウェハ５をレジスト塗布・現
像装置３に戻してＰＥＢ（Post Exposure Bake）を施し
た後に、電子ビーム露光装置２ｂにウェハ５を運び、ウ
ェハ５上の全面にＣＰ方式にてキャッシュメモリパター
ンを露光してもよい。

【００７５】下地パターンに対する重ね合わせ描画が必
要な場合には、工程５と工程６で同じ位置合わせ用マー
クを用いると重ね合わせ精度が向上する。重ね合わせ描
画のときには、ウェハ５に予め形成してある位置合わせ
用マークを検出して、そのマーク位置を基準にデバイス
パターンを重ね合わせて描画する。工程５と工程６で別
々の露光装置を用いて描画する際には、同じ位置合わせ
用マークを検出して、そのマーク位置を基準にデバイス
パターンを描画すれば、工程５と工程６で描画されるパ
ターン間の重ね合わせが精度良く行うことができる。

【００７６】以上説明したような手順から構成される描
画方法により、同層ミックスアンドマッチで光とＥＢ用
に切り分けられたＥＢパターンを、ＣＰ方式とＶＳＢ方
式でそれぞれ別々の電子ビーム露光装置を用いて描画す
る。露光が終了すると、ウェハ５はレジスト塗布・現像
装置３に戻され、現像されてパターン形成が完了するこ
とになる。

【００７７】次に、ＲＩＳＣプロセッサのゲート層に対
して同層のミックスアンドマッチ法を適用し、かつ本実
施形態に基づくビームサイズと電流密度の調整を行い、
ＶＳＢ方式／ＣＰ方式それぞれの電子ビーム露光で最大
のスループットが得られるようにして描画した場合のス
ループットを試算した結果を説明する。先の第２の実施
形態と同様に、総ビーム電流量は、ＶＳＢ方式でＩ＝
１．２５μＡ、ＣＰ方式でＩ＝３００ｎＡである。ま
た、ドーズ量Ｄ＝５μＣ／ｃｍ² 、ショット位置決め時
間Ｔ_S ＝１２０ｎｓｅｃ、８インチウェハに８０チップ
を描画すると仮定した。本実施形態に基づく描画方法を
適用した場合のスループット試算結果は、前記図１５に
示す通りである。

【００７８】ロジック回路部をＶＳＢ方式で描画した場
合のスループットは、ビームサイズ２．５μｍ□を使用
して露光した場合に、最大値１７枚／時となる。また、
キャッシュメモリ部をＣＰ方式で描画した場合のスルー
プットは、ビームサイズ５μｍ□を使用して露光した場
合に、最大値２８枚／時となる。従って、露光装置２台
を使用する場合、ＶＳＢ露光に律速され、その描画スル
ープットは１７枚／時となる。これに対して、従来の描
画方法であるＣＰ露光条件でＶＳＢ／ＣＰ両露光を行っ
た場合の露光装置１台あたりの描画スループットは、最
適なビームサイズ１μｍ□を使用して露光しても５枚／
時にすぎず、２台使用しても１０枚／時である。

【００７９】このように本実施形態によれば、電流密度
とビームサイズをＣＰ及びＶＳＢ両露光それぞれについ
て別々の値を選定することで、一定の焦点深度内でＣＰ
及びＶＳＢの両露光のビームぼけがそれぞれ許容値以下
になる最大電流値で描画できる。このため、チップ内に
ＣＰとＶＳＢパターンが混在するデバイスパターンを解
像性の劣化なしに、かつその際のスループットを最大に
して、描画することができる。

【００８０】また、それぞれの方式の露光を、各々最適
条件に設定してある露光装置を用いて露光を行うため、
露光装置の条件設定時間を省くことができ、描画スルー
プットをさらに向上させることが可能となる。

【００８１】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、同層のミックスア
ンドマッチにおける電子線露光法及びシステムについて
述べたが、電子線露光法のみ或いは電子線露光システム
のみについても本発明は有効である。また、第３の実施
形態ではＶＳＢ方式の描画を先に、ＣＰ方式の描画を後
に行う例を取り上げて説明したが、逆の順番で描画を行
っても何ら支障が無いことは勿論である。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施するこ
とができる。

【００８２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、キ
ャラクタプロジェクション（ＣＰ）方式と可変成形ビー
ム（ＶＳＢ）方式とを用いてパターンを形成する電子ビ
ーム露光方法において、電子のクーロン反発及び電子光
学系収差によるビームぼけが許容値以下になるように電
子光学系で使用する最大電流量を決定し、最大使用可能
電流量の条件下で対象パターンの描画時間を最短にする
電流密度とビームサイズを決定し、決定された電流密度
とビームサイズに電子ビーム条件を調整し、この電子ビ
ーム条件の下でＣＰ露光とＶＳＢ露光を切り換えながら
パターンを露光することにより、ＣＰ及びＶＳＢの両露
光をビームぼけによる解像性の劣化を招くことなく行う
ことができ、かつＣＰ露光のメリットを十分に出してス
ループットの向上をはかることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】同層ミックスアンドマッチリソグラフィシステ
ムの基本概念を示す図。

【図２】ＶＳＢ及びＣＰ方式にて０．１５μｍルールの
Ｌ／Ｓパターンを描画したときの、電流量に対する仕上
がり寸法の変化を示す図。

【図３】電流量が制限された場合のビームサイズＳと電
流密度Ｊ及びビーム照射時間Ｄ／Ｊの関係を示す図。

【図４】ＣＰショット数Ν_CPとＣＰ描画時間Ｔ_CPのビー
ムサイズ依存性を示す図。

【図５】ＶＳＢショット数Ｎ_VSB とＶＳＢ描画時間Ｔ
_VSB のビームサイズ依存性を示す図。

【図６】第１の実施形態に係わる電子ビーム露光方法の
処理手順を示す図。

【図７】第１の実施形態を実施するために用いた電子ビ
ーム露光装置の例を示す図。

【図８】キャッシュメモリ部をＣＰ方式、ロジック回路
部をＶＳＢ方式で描画する場合の、ショット数とビーム
サイズとの関係を示す図。

【図９】キャッシュメモリ部をＣＰ方式、ロジック回路
部をＶＳＢ方式で描画する場合の、描画時間とビームサ
イズとの関係を示す図、

【図１０】電流密度を調整可能なコンデンサレンズシス
テムの原理を示す図。

【図１１】キャッシュメモリ部をＣＰ方式、ロジック回
路部をＶＳＢ方式で描画する場合の、８インチウェハに
換算した描画スループットとビームサイズとの関係を示
す図。

【図１２】第２の実施形態に係わる電子ビーム露光方法
の処理手順を示す図。

【図１３】キャッシュメモリ部をＣＰ方式、ロジック回
路部をＶＳＢ方式で描画する場合の、ショット数とビー
ムサイズとの関係を示す図。

【図１４】キャッシュメモリ部をＣＰ方式、ロジック回
路部をＶＳＢ方式で描画する場合の、１チップ当りの描
画時間とビームサイズとの関係を示す図。

【図１５】第２の実施形態に基づく描画方法を適用した
場合のスループット試算結果を示す図。

【図１６】第３の実施形態に係わる電子ビーム露光方法
の処理手順を示す図。

【図１７】第３の実施形態を実施するために用いる同層
ミックスアンドマッチリソグラフィシステムを示す図。

【符号の説明】

１…エキシマ露光機（光ステッパ）２…ＣＰ−ＥＢ露光機（電子ビーム露光装置）３…レジストの塗布・現像装置４…搬送機構５…ウェハ１０１…電子銃１０２…電子ビーム１０３，１０６，１０８，１１０，１３０…レンズ１０４，１０７，１３１…アパーチャ１０８…ブランキング電極１０５，１０９…偏向器１１１…試料１１２…マーク台１１３…ファラデーカップ１１４…可動ステージ１１５…パターンデータデコーダ１１６，１１９，１２０…アンプ１１７…パターンデータメモリ１２１…クロスオーバ１２２…重金属粒子１２３…検出器

フロントページの続き (72)発明者杉原和佳神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繰り返しパターンはキャラクタマスクを用
いて転写（ＣＰ露光）し、繰り返しのないパターン或い
は繰り返しが少ないパターンは可変成形ビームを用いて
描画（ＶＳＢ露光）する電子ビーム露光方法において、前記各露光における電子のクーロン反発及び電子光学系
収差によるビームぼけが許容値以下となる最大使用可能
電流量を決定する第１の工程と、第１の工程により決定
された最大使用可能電流量の条件下で、電流密度とビー
ムサイズをパラメータにして対象パターンの描画時間を
算出し、該描画時間を最短にする電流密度とビームサイ
ズを決定する第２の工程と、第２の工程により決定され
た電流密度とビームサイズに電子ビーム条件を調整する
第３の工程と、第３の工程により調整された電子ビーム
条件の下で、ＣＰ露光とＶＳＢ露光を切り換えながらパ
ターンを露光する第４の工程とを有することを特徴とす
る電子ビーム露光方法。
【請求項２】同一感光材に対するパターン転写を、フォ
トマスクを用いた光露光と電子ビーム露光の両者で行
い、かつ少なくとも光露光の解像限界以下のパターン転
写を電子ビーム露光で行う方法であって、電子ビーム露光で行うパターン転写に関し、繰り返しパ
ターンはキャラクタマスクを用いて転写（ＣＰ露光）
し、繰り返しのないパターン或いは繰り返しが少ないパ
ターンは可変成形ビームを用いて描画（ＶＳＢ露光）す
る電子ビーム露光方法において、前記各露光における電子のクーロン反発及び電子光学系
収差によるビームぼけが許容値以下となる最大使用可能
電流量を決定する第１の工程と、第１の工程により決定
された最大使用可能電流量の条件下で、電流密度とビー
ムサイズをパラメータにして対象パターンの描画時間を
算出し、該描画時間を最短にする電流密度とビームサイ
ズを決定する第２の工程と、第２の工程により決定され
た電流密度とビームサイズに電子ビーム条件を調整する
第３の工程と、第３の工程により調整された電子ビーム
条件の下で、ＣＰ露光とＶＳＢ露光を切り換えながらパ
ターンを露光する第４の工程とを有することを特徴とす
る電子ビーム露光方法。
【請求項３】繰り返しパターンはキャラクタマスクを用
いて転写（ＣＰ露光）し、繰り返しのないパターン或い
は繰り返しが少ないパターンは可変成形ビームを用いて
描画（ＶＳＢ露光）する電子ビーム露光方法において、前記ＣＰ露光における電子のクーロン反発及び電子光学
系収差によるビームぼけが許容値以下となるように、電
子光学系で使用する最大電流量を決定する第１の工程
と、前記ＶＳＢ露光における電子のクーロン反発及び電
子光学系収差によるビームぼけが許容値以下になるよう
に、電子光学系で使用する最大電流量を決定する第２の
工程と、ウェハ上に形成すべき設計パターンデータをＣ
Ｐ露光用パターンデータとＶＳＢ露光用パターンデータ
とに分離する第３の工程と、第１の工程により決定された最大電流量の下で、第３の
工程により作成されたＣＰ露光用パターンデータを用い
てＣＰ露光した場合の処理時間が最小となるように電流
密度と最大ビームサイズを決定する第４の工程と、第２
の工程により決定された最大電流量の下で、第３の工程
により作成されたＶＳＢ露光用パターンデータを用いて
ＶＳＢ露光した場合の処理時間が最小となるように電流
密度と最大ビームサイズを決定する第５の工程と、感光材を塗布したウェハに対して、第４の工程により決
定された電流密度と最大ビームサイズを用いて、第３の
工程により作成されたＣＰ露光用パターンデータを用い
てＣＰ露光する第６の工程と、前記ウェハに対して、第
５の工程により決定された電流密度と最大ビームサイズ
を用いて、第３の工程により作成されたＶＳＢ露光用パ
ターンデータを用いてＶＳＢ露光する第７の工程とを含
むことを特徴とする電子ビーム露光方法。
【請求項４】同一感光材に対するパターン転写を、フォ
トマスクを用いた光露光と電子ビーム露光の両者で行
い、かつ少なくとも光露光の解像限界以下のパターン転
写を電子ビーム露光で行う方法であって、電子ビーム露光で行うパターン転写は、繰り返しパター
ンはキャラクタマスクを用いて転写（ＣＰ露光）し、繰
り返しのないパターン或いは繰り返しが少ないパターン
は可変成形ビームを用いて描画（ＶＳＢ露光）する電子
ビーム露光方法において、前記ＣＰ露光における電子のクーロン反発及び電子光学
系収差によるビームぼけが許容値以下となるように、電
子光学系で使用する最大電流量を決定する第１の工程
と、前記ＶＳＢ露光における電子のクーロン反発及び電
子光学系収差によるビームぼけが許容値以下になるよう
に、電子光学系で使用する最大電流量を決定する第２の
工程と、ウェハ上に形成すべき設計パターンデータをＣ
Ｐ露光用パターンデータとＶＳＢ露光用パターンデータ
とに分離する第３の工程と、第１の工程により決定された最大電流量の下で、第３の
工程により作成されたＣＰ露光用パターンデータを用い
てＣＰ露光した場合の処理時間が最小となるように電流
密度と最大ビームサイズを決定する第４の工程と、第２
の工程により決定された最大電流量の下で、第３の工程
により作成されたＶＳＢ露光用パターンデータを用いて
ＶＳＢ露光した場合の処理時間が最小となるように電流
密度と最大ビームサイズを決定する第５の工程と、感光材を塗布したウェハに対して、第４の工程により決
定された電流密度と最大ビームサイズを用いて、第３の
工程により作成されたＣＰ露光用パターンデータを用い
てＣＰ露光する第６の工程と、前記ウェハに対して、第
５の工程により決定された電流密度と最大ビームサイズ
を用いて、第３の工程により作成されたＶＳＢ露光用パ
ターンデータを用いてＶＳＢ露光する第７の工程とを含
むことを特徴とする電子ビーム露光方法。
【請求項５】電子のクーロン反発及び電子光学系収差に
よるビームぼけが許容値以下となる最大使用可能電流量
を決定する工程において、電子のクーロン反発及び電子
光学系収差によるビームぼけには焦点位置の変動に基づ
くビームぼけ分が含まれていることを特徴とする請求項
１〜４のいずれかに記載の露光方法。
【請求項６】最大使用可能電流量から電流密度とビーム
サイズをパラメータにして描画時間を算出する際に、最
大使用可能電流量，電流密度，及びビームサイズの関係
を以下の式で表わすことを特徴とする請求項１〜４のい
ずれかに記載の電子ビーム露光方法。最大使用可能電流量＝ｋ・（電流密度）・（ビームサイ
ズ）² 但し、比例係数ｋは、０＜ｋ≦１であり、デバイス毎或
いはデバイスを構成する層毎に値を変更可能である。
【請求項７】最大使用可能電流量から決定される電流密
度とビームサイズは、描画するデバイス毎に或いはデバ
イスを構成する層毎に変更可能であることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の電子ビーム露光方法。
【請求項８】電子ビーム露光装置の条件を、第４の工程
により決定された電流密度及び最大ビームサイズと第５
の工程により決定された電流密度及び最大ビームサイズ
で切り換えながら、ＣＰ露光方式とＶＳＢ露光方式を混
用して露光を行うことを特徴とする請求項３又は４記載
の電子ビーム露光方法。
【請求項９】電子ビーム露光装置の条件を、第４の工程
により決定された電流密度と最大ビームサイズに設定し
て調整を行ってからＣＰ露光を行い、次いで第５の工程
により決定された電流密度と最大ビームサイズに設定し
て調整を行ってからＶＳＢ露光を行うことを特徴とする
請求項３又は４記載の電子ビーム露光方法。
【請求項１０】電子ビーム露光装置の条件を、第５の工
程により決定された電流密度と最大ビームサイズに設定
して調整を行ってからＶＳＢ露光を行い、次いで第４の
工程により決定された電流密度と最大ビームサイズに設
定して調整を行ってからＣＰ露光を行うことを特徴とす
る請求項３又は４記載の電子ビーム露光方法。
【請求項１１】少なくとも２台の電子ビーム露光装置を
用いて、少なくとも１台の電子ビーム露光装置を第４の
工程により決定された電流密度と最大ビームサイズに設
定して調整を行ってＣＰ露光を行い、前者とは別の電子
ビーム露光装置を第５の工程により決定された電流密度
と最大ビームサイズに設定して調整を行ってＶＳＢ露光
を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の電子ビー
ム露光方法。
【請求項１２】繰り返しパターンはキャラクタマスクを
用いて転写（ＣＰ露光）し、繰り返しのないパターン或
いは繰り返しが少ないパターンは可変成形ビームを用い
て描画（ＶＳＢ露光）する電子ビーム露光装置であっ
て、前記各露光における電子のクーロン反発及び電子光学系
収差によるビームぼけが許容値以下となるように最大使
用可能電流量を決定する手段と、前記決定された最大使
用可能電流量から、電流密度とビームサイズをパラメー
タにしてデバイスの描画時間を算出し、該描画時間を最
短にする電流密度とビームサイズを決定する手段と、前
記決定された電流密度とビームサイズに電子ビーム条件
を調整する手段と、前記調整された電流密度とビームサ
イズを用いてＣＰ露光とＶＳＢ露光を切り換えてパター
ンを形成する手段とを具備してなることを特徴とする電
子ビーム露光装置。