(57)【要約】      （修正有）【課題】アスペクト比が大きく十分な偏向能率が取れ、また５０ｋＶの電子線照射により短かった絶縁物の絶縁耐性寿命を改善するマルチビーム形成用のブランキング電極を提供する。【解決手段】ビームサイズの整数倍の間隔の２次元平面内の正方格子行列ビーム群をビットマップ信号によりＯＮ／ＯＦＦし、所望のビーム形状に形成するためのブランキング電極をＰまたはＮ型の基板と逆のドーピング層で形成する。さらに、高アスペクト比の電極を形成するために、複数のブランキング電極基板を貼り合せる。電極および配線を絶縁するためにＰまたはＮ型の基板と逆のドーピング層で絶縁膜を形成する。【選択図】図６
2014003279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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装置であって、
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であって、描画目標であるパターンデータと、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た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、前記パターンデータも応じたパターンを前記試料に描画するよう制御する制御装置と、
を含み、
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、Ｐ型またはＮ型の半導体基板の個別要素ビームが通過する位置に設けられて開口の側面に前記半導体基板と逆のタイプであるＮ型またはＰ型に不純物ドーピングされた半導体層を用いて形成されている、電子ビーム描画装置。
【請求項２】
請求項１に記載する電子ビーム描画装置であって、
前記半導体基板を複数枚貼り合わせて、ビーム進行方向に長いブランキング電極とする、電子ビーム描画装置。
【請求項３】
請求項１に記載する電子ビーム描画装置であって、
前記ブランキング電極に接続される配線金属を互いに絶縁するために、前記配線金属をＰＮ接合ダイオードで覆い、０以外の電圧が配線金属にかかる場合に周辺の半導体基板に電流が流れないように、ＰＮ接合ダイオードが逆バイアス特性を具備する、電子ビーム描画装置。
【請求項４】
請求項１に記載する電子ビーム描画装置であって、
各個別ブランカのブランキング電極に接続する配線に多層の配線基板を用い、個別ブランカの総個数を整数で除して複数の小グループに分離し、各グループの配線は縦方向と横方向に同一層で配線を行う、電子ビーム描画装置。
【請求項５】
請求項１に記載する電子ビーム描画装置であって、
各個別ブランカのブランキング電極に接続する配線は、一つの層内で行い、スルーホールを用いて、別の層に接続する、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、電子ビーム描画装置の改良に関する。
【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、固定サイズの正方形ビームをサイズの整数倍の距離を隔てて、正方格子マトリクス状にビームを多数並べる方法がある。この場合、多数のビームを独立に点滅させて任意のパターンを描画することができる。
例えば、１６ｎｍ正方形ビームを６４ｎｍピッチで３．２μｍ正方形内部に５０×５０＝２５００本のビームで、各ビームを独立に点滅させて任意のパターンを描画することができる。また、パターンルールが小さくなる時には、例えば、８ｎｍ正方形ビームを３２ｎｍピッチで３．２μｍ正方形内部に１００×１００＝１００００本のビームで、各ビームを独立に点滅させて任意のパターンを描画することができる。
上記ビームの間隙部分の未露光部は、ビーム全体を位置シフトさせて描画すれば、ウェハの平面全体を隙間なく描画することができる。
このようなビームを形成するデバイスをＰＳＡ(Programmable Shaping Aperture)と呼ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０６−１３２２０３号公報
【非特許文献】
【００１６】
【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
【非特許文献２】『ＵＬＳＩリソグラフィ技術の革新』  191頁  サイエンスフォーラム社  1994年11月10日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来のＰＳＡは、Ｓｉ半導体プロセスを使用して製作していたために、
１．Ｓｉの窒化膜、酸化膜、ポリイミドなどの絶縁物を用いて電極間の絶縁をしていたために、５０ｋＶの電子線照射による散乱ビームの照射によってできた絶縁物の欠陥部に電流が流れ、一定時間で絶縁性が破壊されて電極間または配線間に電圧が掛からなくなる絶縁破壊が起きていた。これによって、ＰＳＡには有限の寿命があり、このままではこの方法は使用できないものであった。
２．電極の形成は、厚膜レジストをパターン化しレジスト除去部に金メッキなどをして製作していたために、一定以上のアスペクト比の電極ができなかった。
このために、電子線を十分な効率で偏向できず加速電圧を５０ｋＶに対し１０分の１の５ｋＶで使用する装置であったりし、解像度が十分得られないことがあった。また、５０ｋＶの電子ビーム描画装置でも個別ブランカ通過時には、５ｋＶまで減速し個別ブランカ通過後に５０ｋＶまで再度加速する装置の提案もあった。しかし、このような装置では個別ブランカ周辺は−４５ｋＶの高電圧を印加することが必要であり、放電問題など装置構成上困難な点が多々存在した。
３．また、個別ブランカの電極からの配線の引き出しは、中心部から周辺部にかけて２５００本から１００００本の配線を自動配置・配線で行っており、規則性に欠け、配線層の製作が見通しがよいものではなかった。
したがって、故障診断時にも見通しの悪いものであった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、
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装置であって、
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であって、描画目標であるパターンデータと、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た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、前記パターンデータも応じたパターンを前記試料に描画するよう制御する制御装置と、
を含み、
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、Ｐ型またはＮ型の半導体基板の個別要素ビームが通過する位置に設けられて開口の側面に前記半導体基板と逆のタイプであるＮ型またはＰ型に不純物ドーピングされた半導体層を用いて形成されているものである。
また、前記半導体基板を複数枚貼り合わせて、ビーム進行方向に長いブランキング電極とすることができる。
また、前記ブランキング電極に接続される配線金属を互いに絶縁するために、前記配線金属をＰＮ接合ダイオードで覆い、０以外の電圧が配線金属にかかる場合に周辺の半導体基板に電流が流れないように、ＰＮ接合ダイオードが逆バイアス特性を具備することができる。
また、各個別ブランカのブランキング電極に接続する配線に多層の配線基板を用い、個別ブランカの総個数を整数で除して複数の小グループに分離し、各グループの配線は縦方向と横方向に同一層で配線を行うことができる。
また、各個別ブランカのブランキング電極に接続する配線は、一つの層内で行い、スルーホールを用いて、別の層に接続することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、従来技術のＰＳＡで克服が困難とされていた問題点がすべて解決される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】従来技術によるＰＳＡの断面を示す図である。
【図３】図２とは別の従来技術によるＰＳＡの電極の断面を示す図である。
【図４】本実施形態の正方格子行列ビーム群を形成するための開口と電極を示す図である。
【図５】本実施形態の正方格子行列ビーム群を形成するための開口と制御するための電極の種々の形態を示す図である。
【図６】本実施形態の正方格子行列ビーム群を形成するための開口と制御するためのＰＳＡの断面を示す図である。
【図７】本実施形態の正方格子行列ビーム群の配列と制御するための電極と配線との関係を示す図である。
【図８】本実施形態の個別ブランカ電極と配線と絶縁および半導体基板同士の貼り合せの関係を示す断面図である。
【図９】個別ブランカの１０×１０の小領域の電極配線を説明する図である。
【図１０】全体の個別ブランカを５×５の配線領域群に分割して引き出すことを説明する図である。
【図１１】全体の個別ブランカを５×５の配線領域群に分割して引き出すことをさらに詳細に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。
従来のＰＳＡは、Ｓｉ半導体プロセスを使用して製作していたために、次のような問題があった。
１．Ｓｉの窒化膜、酸化膜、ポリイミドなどの絶縁物を用いて電極間の絶縁をしていたために、５０ｋＶの電子線照射による散乱ビームの照射によってできた絶縁物の欠陥部に電流が流れ、一定時間で絶縁性が破壊されて電極間または配線間に電圧が掛からなくなる絶縁破壊が起きていた。これによって、ＰＳＡには有限の寿命があり、このままではこの方法は使用できないものであった。
２．電極の形成は、厚膜レジストをパターン化しレジスト除去部に金メッキなどをして製作していたために、一定以上のアスペクト比の電極ができなかった。
このために、電子線を十分な効率で偏向できず加速電圧を５０ｋＶに対し１０分の１の５ｋＶで使用する装置であったりし、解像度が十分得られないことがあった。また、５０ｋＶの電子ビーム描画装置でも個別ブランカ通過時には、５ｋＶまで減速し個別ブランカ通過後に５０ｋＶまで再度加速する装置の提案もあった。しかし、このような装置では個別ブランカ周辺は−４５ｋＶの高電圧を印加することが必要であり、放電問題など装置構成上困難な点が多々存在した。
３．また、個別ブランカの電極からの配線の引き出しは、中心部から周辺部にかけて２５００本から１００００本の配線を自動配置・配線で行っており、規則性に欠け、配線層の製作が見通しがよいものではなかった。
したがって、故障診断時にも見通しの悪いものであった。
【００２２】
本実施形態によれば、次のようなメリットが得られる。
１．ＰＳＡの絶縁膜としては、ＰＮ接合の逆ダイオード特性を用いるため、５０ｋＶの電子線照射による散乱ビームの照射によって絶縁物の欠陥ができず、一定時間で絶縁破壊が起きることはなく、ＰＳＡの寿命が桁違いに長寿命化するために、現実的に使用可能な技術となる。
２．電極の形成は、半導体結晶の開口の側面に基板と逆のタイプの不純物ドーピングされた半導体層を用いるために、アスペクト比は格段に大きくとれる。
すなわち、基板がＰ−タイプの半導体である時、表面にＮ−タイプの不純物ドープされた半導体とし、前記、Ｎ−タイプの不純物ドープされた半導体層に＋５Ｖの電位を掛けて、対向電極がアースであって偏向電界を形成する。
基板がＮ−タイプの半導体である時、表面にＰ−タイプの不純物ドープされた半導体とし、前記、Ｐ−タイプの不純物ドープされた半導体層に、−５Ｖの電位を掛けて、対向電極がアースであって偏向電界を形成する。
さらに、上下の面に開口側面の半導体層と同じタイプの半導体層を形成し、その上に金属膜を成長せしめる。
３．上記の半導体の開口側面をビーム偏向電極とする基板を複数枚重ね、金属膜同士を熱または圧力または振動または前記３項目の併用により、貼り合せることによりさらにアスペクト比の高い電極を形成できる。
（例えば１０μｍの基板を５枚貼り合せて、５０μｍの厚みで電極間の距離が４μｍの高アスペクト比の電極を形成できる。）
４．全体格子点の個別ブランカの電極配線を引き出すのに多層の配線層を用い、全体個数を整数で除し、複数の小グループに分離し、各グループの配線は縦方向と横方向に同一層で配線を行う。全体格子点の電極の配線は、一つの層内で行い、Ｓｉ貫通Ｖｉａ（ＴＳＶ：Through-Silicon Via）を用いて、別の層に接続する。
５．配線は、配線抵抗が十分少ない銅などの金属を用いるが、配線を取り巻く絶縁物は使用できないため、ＰＮ接合の逆方向ダイオードで金属配線を包むようにする。
以下、本実施形態について、詳細に説明する。
図１に示すように、電子銃２１からＺ軸方向に電子ビーム１が出射する。本実施形態は、Ｚ軸と直交するＸ−Ｙ平面内に略等ピッチで直交するＸ軸方向とＹ軸方向に複数のコラムを配列したマルチアクシス構成を有している。各コラムは、互いに平行に配列され、同等構成を有している。各コラムは、最上部に電子銃２１を具備する。各コラムには、電子遮蔽板１１，１２、個別ブランカ１３、を有するＰＳＡ−ＢＡ基板４が設けられている。ＰＳＡ−ＢＡ基板４からの電子ビームは、レンズ１９、全体ブランカ１６，ラウンドアパーチャ１４を介し射出され、その後、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を介し、試料に照射される。
【００２３】
電子銃２１からの電子ビームは、ＰＳＡ(Programmable Shaping Aperture)基板４を均一に照射する。電子ビーム１は、多数のサイズ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１１，１２を透過することによって整形される。電子遮蔽板１１，１２の開口群はＺ軸に直交するＸＹ平面内部で、サイズＳの整数倍であるＬの値をピッチとして配列される。すなわち、ＰＳＡ−ＢＡ基板４は正方形格子行列状の開口群を有し、これによりピッチがＬである正方形の格子状に並んだサイズＳのビームが形成される。
電子遮蔽板１１，１２で、サイズＳであって、ＸＹ平面内に正方格子行列ビーム群が構成され、各要素ビームのそれぞれが個別ブランカ１３によって、独立に偏向される。個別要素ブランカ１３は、多数の２枚１対の電極群からなっている。個別ブランカ１３の電極は平行平板で、２枚の極板が同電位であれば電子は直進する。
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、描画対象の試料面上に縮小転写される。この状態をビームのＯＮ状態という。
個別ブランカ１３の２枚の極板の電圧が異なるとき通過していく電子ビームは曲げられ、ラウンドアパーチャ１４を通過できず遮蔽される。この電子ビームが通過できない状態をビームのＯＦＦ状態という。
個別ブランカ１３の各電極の前段には、ビットマップ群を格納する複数のレジスタと複数の電圧アンプ群が具備されている。
また、アンプ群の出力から複数の配線によって個別ブランカ１３の各電極にＯＮ／ＯＦＦ状態が伝達される。この配線は、たとえば電子遮蔽板１２配線基板として利用して形成できる。
さらに、前記すべての正方格子行列ビーム群を同時にＯＦＦ状態にできる別途１対の電極を全体ブランカ１６として具備する。
全体ブランカ１６が、個別ブランカ１３の全ての電極出力が所定の電位になったのちにＯＮ状態となり、所望のパターンを描画することができる。
前記全体ブランカ１６はＯＦＦ状態とした後に、前記レジスタのビットマップデータを書き換えるとともに、全体ビームを所定の偏向位置にビーム偏向し、すべての個別ブランカ１３の出力信号と、全体ビームを所定の偏向位置に偏向するビーム偏向信号とが静定したのちに、全体ブランカ１６をＯＮ状態として、試料面上にプログラム可能なビーム形状のマルチビーム露光描画を行う。
【００２４】
なお、縮小レンズ２０ａは、ビーム像を縮小するためのものである。投影レンズ２０ｂは、試料面上にビームを投影するものである。メイン偏向器１７とサブ偏向器１８でビームを所定の位置に偏向し、描画する。
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。
制御装置１０は、供給されるパターンデータに応じて個別ブランカ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）などの制御を行う。
図４は、本実施形態のＰＳＡの個別ブランカの形成方法について示すものである。本実施形態では、半導体基板のＰＮ接合を用いて電極を形成する。
例えば、基板５６をＰ型とし、矩形アパ−チャ５２の左右の側壁にＮ型不純物を拡散して、一対のＮ型不純物ドープ層（ブランキング電極５１，アース電極５３）を形成してある。従って、ブランキング電極５１、アース電極５３が個別ブランカの一対の電極となる。このために、＋５Ｖと０Ｖを左右の電極に印加すると電界が発生する。基板５６は０Ｖに接地してある。右側の０Ｖを印加したアース電極（Ｎ型不純物ドープ層）５３は、周辺のアースと同電位であるが、左側の右側の＋５Ｖを印加したブランキング電極（Ｎ型不純物ドープ層）５１は、周囲のＰ型の基板５６と逆方向のダイオード接続となり、電流が流れないために＋５Ｖが安定して印加される。
このＰＳＡの個別ブランカにはＳｉ酸化膜および窒化膜を使用しないため、十分な寿命が得られる。
なお、図において、符号５４で示した部分は、電子ビームを矩形に成形する矩形ビーム形成用分離板（Ｓｉメンブレン）５４を模式的に示したものである。電子ビームは、矩形アパーチャ５２の中の分離板５４のない部分を通過する。
なお、ブランキング電極５１、アース電極５３の開口側表面に、金属層を設けてもよい。
【００２５】
ここで、図２に示すように、従来技術１によるＰＳＡの実施例について述べる。電子ビームは、Ｓｉメンブレン３８の上部から照射されＳｉメンブレン３８の開口によって通過電子ビームが整形される。
各ビームの個別ブランカのブランキング電極３５とアース電極３７は、Ｓｉ３６に対しメッキによって形成される。各電極への配線３４は、他の配線との絶縁のためにＳｉ酸化膜（１）３２とＳｉ酸化膜（２）３３によって絶縁分離がなされている。基板の下面にはＳｉメンブレン３９が設けられ、基板の周辺上部には、放熱板３１が設けられている。
５０ｋＶの電子線照射によって酸化膜にはダメージが与えられて、電流が流れるようになり絶縁破壊を起こすので、このタイプのＰＳＡの寿命は比較的短く、１か月から３か月くらいの寿命しかなく、実用に供するものではなかった。
【００２６】
次に、図３に基づき、従来技術２によるＰＳＡについて述べる。シリコン基板５４１の図における下側にはシリコン酸化膜５４２，５４３が形成され、シリコン酸化膜５４２と酸化膜５４３の間に配線５４４が配置される。そして、ブランキング電極５４５とアース電極５４６は、レジストに開口を開け、ここに電気メッキで金属を付着せしめて形成される。なお、この電気メッキ工程後、レジストは除去してある。このような電極の形成の方法では、電極の厚みが薄くアスペクトレシオが足りなく、ビームを曲げる効率が十分でなく、ＯＦＦ状態のビームカットが十分できなかった。すなわち、ＯＦＦ状態においてもビームが試料面にわずかに漏れるために、コントラストが取れない描画しかできなかった。
【００２７】
図５は、本実施形態のＰＳＡの個別ブランカの形成方法について示すものである。
Ｐ型基板の開口の側壁の両側に電極を作る必要がない。片側は常にアースであるので、Ｎ型不純物ドープをしなくてもよい。また、電圧を印加することも不要である。
さらに、図４の左に示すように、Ｎ型不純物ドープ層であるブランキング電極５１ａは、縦方向に短く不純物ドープしてもよい。この例では、矩形アパーチャ５２と同程度の長さにしてある。
また、図５の真ん中に示すように、Ｎ型不純物ドープ層（ブランキング電極）５１ｂを、縦方向に長く形成してもよい。また、図５の右に示すように、Ｎ型不純物ドープ層（ブランキング電極）５１ｃを、矩形アパーチャ５２の左半周を覆うように形成してもよい。
【００２８】
図６は、本実施形態のＰＳＡを示すものである。一番上部に矩形ビーム形成用分離板（Ｓｉメンブレン）６８があって、ビームを複数のビームに分離する。図４，５における分離板５４は、図３０の矩形ビーム形成用分離板（Ｓｉメンブレン）６８の開口上方に位置する部分を示したものである。
この例では、ＰＳＡに複数のウェハを貼り合わせて形成した貼り合せウェハを用いる。ウェハの貼り合わせには、貼り合わせ用酸化膜６６を用いるが、図に示されるように、貼り合せ用酸化膜６６は左右の厚膜Ｓｉ基板Ｐ型半導体６５で支持される部分を除いては除去した方がよい。その理由はチャージアップを防ぐためである。
次に、個別要素ビームブランキング電極の基板（Ｐ型半導体）５６の少なくとも片側には縦方向に形成されたＮ型ドープ層があって、ブランキング電極５１となっている。
この基板５６の上部と下部には、開口側からフランジ状に広がるようにして、Ｎ型不純物拡散層が形成される。そして、このＮ型不純物拡散層上には金などの貼り合わせ用の金属パターン５８が形成される。
複数枚の個別要素ビームブランキング電極の基板（Ｐ型半導体）５６を互いの金属パターン５８が重なるように位置合わせをし、高温、高圧力または振動などにより貼り合せる。同様にして、複数枚の個別要素ビームブランキング電極の基板５６を貼り合せる。これによって、各基板のブランキング電極５１が、開口の片側の表面に電気的に接続されて形成される。
本実施例では、矩形アパーチャ５２のサイズが４μｍに対して個別要素ビームブランキング電極の基板６５を１０μｍ厚みとし、５枚貼り合せてある。
配線６４は、さらに一番最下段で、多層基板を前記と同様の技術で貼り合せてある。配線６４は低抵抗にするために、抵抗率の低い銅などの金属６３を用いる。配線６４同士の絶縁のために個別要素ビームブランキング電極の基板（Ｐ型半導体）５６を設置し、配線周囲をＮ型半導体５５とし、５Ｖの配線電位に対して、周辺の個別要素ビームブランキング電極の基板（Ｐ型半導体）５６との間に逆バイアスＰＮ接合が形成されるようにし、絶縁をする。
厚みは図６では薄く見えるが、配線基板を各々１０μｍ位とする。
【００２９】
図７は、ＰＳＡ基板内部の個別要素のブランキング電極からの配線について説明する図である。
図には３×３＝９個の開口と個別要素のブランキング電極５１がある。各電極ブランキング５１から銅の配線５９が引き出されている。配線５９の周辺にはＮ型半導体５５が存在する。
【００３０】
図８は、ＰＳＡ基板内部の個別要素のブランキング電極からの配線についての断面図である。図７のＡ−Ａ'線５７における断面図である。中心縦方向にビームが通過する開口が存在する。開口の右側はＰ型基板であり、アース電極となっている。開口の左側はＮ型不純物ドーピング層で、その電極となっている。
配線５９は２枚の基板の上下に同じ位置に来るように引き回されている。Ｎ型半導体５５は配線５９を取り巻くように設置されている。貼り合せ用の金属パターン５８は半導体層および配線５９の上に形成され、互いに加熱、高圧力、振動によって貼り合せられる。
【００３１】
図９は、小領域７１で示す、１０×１０＝１００個の矩形開口の個別要素のブランキング電極からの配線を説明する図である。図においては、個別のコラムとして、個別要素のブランキング電極７３、矩形アパーチャ７２を示してある。
正方形マトリクスに並んでいるので、内部から外部に向かって配線を取り出すが、本図の例の上下対称、左右対称の図が４種類考えられる。本図は１００個の個別要素のブランキング電極から１００本の配線を上部へ出す配線群７５ａ〜７５ｊと左部へ出す配線群７４ａ〜７４ｊが引き回される様子の一例を表している。
１００本の配線に対して、上部と左部に合計２０個の間隙があるので、平均５本が矩形開口間を通して出てくれば良いように考えるが、実際には左上部では少ない本数の配線しか通せないことがわかる。そのため、非常によく考えても６本が最少通過配線数となる。すなわち、平均配線通過数の２０％から３０％増しの配線数が矩形開口間間隙通過本数となる。
【００３２】
図１０は、多層配線によって配線を取り出す方式について説明する図である。
図では５層の配線基板を接着して全体配線を形成している。全部で１００×１００＝１００００本の配線を５層で出すので、２０００本を１層で出せばよい。
４方向において対称なので左上の２５個の小領域からは、５００本の配線を出せばよい。配線を５０本ずつを束にして描いた図が図１０である。図１０では、小領域（１，１）〜（４，４）における４００本の配線は、図示を省略し、小領域（５，５）の存在する小領域８２の配線を示してある。すなわち、第５行、第５列に配置される上方に向かう５０本、左方に向かう５０本の計１００本を示してある。配線は、すべて第５層目で出している。
小領域（５，５）について、５０本の配線は、スルーホール８４により第５層に至り、配線群８５によって左方に引き出される。また、小領域（５，５）の他の５０本の配線は、スルーホール８７により第５層にいたり、配線群８８によって上方に引き出される。なお、図１０では、左上に平面図を記載し、下および右に断面図を示してある。
【００３３】
図１１は、多層配線によって配線を取り出す方式について説明する図である。実際の配線は１００００本が必要である。１層ないし５層でそれを取り出すのはシステマティクに考えなければ見通しが悪い。そこで１００００本をまず４方向対称で２５００本に分ける。さらに１００本ずつ２５個の小領域に分割する。これを以下（ｎ，ｍ）と表す。
ｎ，ｍは１〜５で、この場合、下記のような２５個が存在する。
(5,5)は100本を2分割し、上部に50本を第5層目、左に50本を第5層目で出している。
(5,4)は100本を2分割し、上部に50本を第4層目、左に50本を第5層目で出している。
(5,3)は100本を2分割し、上部に50本を第3層目、左に50本を第5層目で出している。
(5,2)は100本を2分割し、上部に50本を第2層目、左に50本を第5層目で出している。
(5,1)は100本を2分割し、上部に50本を第1層目、左に50本を第5層目で出している。
(4,5)は100本を2分割し、上部に50本を第5層目、左に50本を第4層目で出している。
(4,4)は100本を2分割し、上部に50本を第4層目、左に50本を第4層目で出している。
(4,3)は100本を2分割し、上部に50本を第3層目、左に50本を第4層目で出している。
(4,2)は100本を2分割し、上部に50本を第2層目、左に50本を第4層目で出している。
(4,1)は100本を2分割し、上部に50本を第1層目、左に50本を第4層目で出している。
(3,5)は100本を2分割し、上部に50本を第5層目、左に50本を第3層目で出している。
(3,4)は100本を2分割し、上部に50本を第4層目、左に50本を第3層目で出している。
(3,3)は100本を2分割し、上部に50本を第3層目、左に50本を第3層目で出している。
(3,2)は100本を2分割し、上部に50本を第2層目、左に50本を第3層目で出している。
(3,1)は100本を2分割し、上部に50本を第1層目、左に50本を第3層目で出している。
(2,5)は100本を2分割し、上部に50本を第5層目、左に50本を第2層目で出している。
(2,4)は100本を2分割し、上部に50本を第4層目、左に50本を第2層目で出している。
(2,3)は100本を2分割し、上部に50本を第3層目、左に50本を第2層目で出している。
(2,2)は100本を2分割し、上部に50本を第2層目、左に50本を第2層目で出している。
(2,1)は100本を2分割し、上部に50本を第1層目、左に50本を第2層目で出している。
(1,3)は100本を2分割し、上部に50本を第3層目、左に50本を第1層目で出している。
(1,2)は100本を2分割し、上部に50本を第2層目、左に50本を第1層目で出している。
(1,1)は100本を2分割し、上部に50本を第1層目、左に50本を第1層目で出している。
各小領域ごとに分割して本数を減らし、層間の接続はＴＳＶにて銅配線を用いて行う。さらにＴＳＶの周辺はＮ型半導体不純物ドーピング層によって絶縁される。
なお、図１１では、左方向への配線を記載した平面図１と、上方向への配線を記載した平面図２と、平面図１，２の横方向断面と、平面図２の縦方向断面を示してある。
これまでに述べた半導体基板とは、Ｓｉ、ＳｉＣ、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウムなどを言う。
上記で述べたＮ型半導体不純物は、ヒ素、リンが一般的である。Ｐ型半導体不純物は、ホウ素などが多い。
以上の配線および電極を絶縁はＰＮ接合の逆バイアスダイオードを使用するために、５０ｋＶの電子線照射に対して有限の時間で絶縁破壊を起こさない。
また、基板をＮ型とし電極および配線の周囲にＰ型の不純物ドーピング層としてもよい。
この場合には、ブランキング電位は−５Ｖとなる。
個別ブランカの側壁に不純物ドーピングして作る電極は、穴の側壁を使ってもよいし、溝の側壁を使ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
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】
【００３５】
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
３１  放熱板
３２  酸化膜（１）
３３  酸化膜（２）
３４  配線
３５  ブランキング電極（メッキ）
３６  Ｓｉ
３７  アース電極（メッキ）
３８  Ｓｉメンブレン
３９  Ｓｉメンブレン
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ  ブランキング電極
５２  矩形アパーチャ
５３  アース電極
５４  配線
５５  Ｎ型半導体
５６  Ｐ型半導体
５７  Ａ−Ａ’断面
５８  貼り合せ用金属膜（金）
５９  銅の配線
６３  金属
６４  銅配線
６５  Ｐ型半導体
６６  貼り合わせ用酸化膜
６７  貼り合せ用金属膜（金）
６８  矩形ビーム形成用分離板（Ｓｉメンブレン）
７１  小領域
７２  矩形アパーチャ
７３  ブランキング電極
７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈ，７４ｉ，７４ｊ  電極配線群（横方向）
７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７５ｅ，７５ｆ，７５ｇ，７５ｈ，７５ｉ，７５ｊ  電極配線群（縦方向）
８２  小領域
８４  スルーホール
８５  配線群
８７  スルーホール
８８  配線群
５４１  Ｓｉ
５４２  酸化膜（１）
５４３  酸化膜（２）
５４４  配線
５４５  ブランキング電極
５４６  アース電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014003279.tif 000010
【図９】
2014003279.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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