(57)【要約】【課題】カットパターンやビアパターンを効率よく描画できる荷電粒子ビーム露光装置を提供する。【解決手段】上面に一定のピッチで配置された複数のラインパターン８１ａを有する基板に対して、ラインパターン８１ａと直交する方向Ｙに複数の荷電粒子ビームＢ１〜Ｂｎが並んだ一次元アレービームＡ１をラインパターン８１ａと平行なＸ方向に移動させながら荷電粒子ビームを照射してカットパターン又はビアパターンを露光する荷電粒子ビーム露光装置に関し、ランパターンの上に一定間隔で設定された画素位置ａ１〜ａｎに一次元ビームアレーＡ１を一定時間停止させながら荷電粒子ビームの照射を行う電子ビーム露光装置が提供される。【選択図】図６
2015162513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に一定のピッチで配置された複数のラインパターンを有する基板に対して、前記ラインパターンを切断するためのカットパターン、又は前記ラインパターンの上にビアホールを形成するためのビアパターンを露光する荷電粒子ビーム露光装置であって、
荷電粒子を放出する荷電粒子源と、
前記ラインパターンと直交する一次元方向に配列された複数の開口を有し、前記開口を通過した荷電粒子よりなる荷電粒子ビームが前記一次元方向にアレー状に並んだ一次元アレービームを形成するアパーチャプレートと、
前記一次元アレービームに含まれる個々の前記荷電粒子ビームを個別にブランキング偏向するブランカーアレーを備えたブランカープレートと、
前記ブランカーアレーによって偏向された前記荷電粒子ビームを阻止するファイナルアパーチャプレートと、
前記一次元アレービームの全体の照射位置を調整する偏向器と、
前記基板を保持して移動させる駆動機構を備えたステージ装置と、
前記ブランカープレート、偏向器及びステージの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ラインパターンと平行な向きに前記ステージを連続的に移動させつつ、前記ステージの移動に合わせて前記ランパターンの上に一定間隔で設定された画素位置に前記一次元ビームアレーを一定時間停止させながら前記荷電粒子ビームの照射を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項２】
前記画素位置の間隔は前記荷電粒子ビームのぼやけが重なる範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項３】
前記制御部は、隣接した２つの前記画素位置における前記荷電粒子ビームの照射量分布の重なりを利用して前記隣接した２つの画素位置の間の任意の位置に前記カットパターン又はビアパターンを描画することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ブランカープレートを用いて前記隣接した２つの画素位置での前記荷電粒子ビームの照射時間の割合を調整することで、前記隣接した２つの画素位置の間の任意の位置に前記カットパターン又はビアパターンを描画することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記隣接した２つの画素位置における荷電粒子ビームの照射量の割合を、前記隣接した２つの画素位置に対するパターン位置の内分比の多項式から求めることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項６】
前記制御部は、画素位置ａp及びそれに隣接する画素位置ａp+1とし、描画するべきパターンの位置を内分比ｒを用いてａp×ｒ＋ａp×（１−ｒ）と表したときに、前記画素位置ａpにおける露光量Ｄp及び画素位置ａp+1における露光量Ｄp+1は、それぞれ、
Ｄp＝Ｄ0×（ｒ−４×Ｒ0×ｒ（１−ｒ））
Ｄp+1＝Ｄ0×（（ｒ−１）−４×Ｒ0×ｒ（１−ｒ））
（ただし、Ｄ0はレジスト材料及び現像条件によって決まる定数であり、Ｒ0は０＜Ｒ０≦０．１の範囲で決められた定数）
の関係式から求めることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項７】
更に、前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整するフォーカスレンズを備え、
前記制御部は、前記フォーカスレンズの焦点位置をずらすことで前記荷電粒子ビームのぼやけ（ブラー）の大きさを調整することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記偏向器が前記ラインパターン方向に前記一次元ビームアレーを偏向し得る偏向幅Ｌを前記画素位置間の距離で除算して前記偏向幅Ｌに含まれる画素位置の数Ｐを求め、前記カットパターン又はビアパターンの露光に必要な露光量を前記荷電粒子ビームの電流密度を除算して求めたビーム照射時間とビーム偏向静定待ち時間とを加算して画素位置での停止時間Ｔを求め、前記ステージの移動速度をＬ／（Ｔ×Ｐ）として設定することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項９】
荷電粒子を放出する荷電粒子源と、前記ラインパターンと直交する一次元方向に配列された複数の開口を有し、前記開口を通過した荷電粒子よりなる荷電粒子ビームが前記一次元方向にアレー状に並んだ一次元アレービームを形成するアパーチャプレートと、前記一次元アレービームに含まれる個々の前記荷電粒子ビームを個別にブランキング偏向するブランカーアレーを備えたブランカープレートと、前記ブランカーアレーによって偏向された前記荷電粒子ビームを阻止するファイナルアパーチャプレートと、前記一次元アレービームの全体の照射位置を調整する偏向器と、前記基板を保持して移動させる駆動機構を備えたステージ装置と、前記ブランカープレート、偏向器及びステージの動作を制御する制御部とを備えた荷電粒子ビーム露光装置を用いて、上面に一定のピッチで配置された複数のラインパターンを有する基板に対して、前記ラインパターンを切断するためのカットパターン、又は前記ラインパターンの上にビアホールを形成するためのビアパターンを露光する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記ラインパターンと平行な向きに前記ステージを連続的に移動させつつ、前記ステージの移動に合わせて前記ランパターンの上に一定間隔で設定された画素位置に前記一次元ビームアレーを一定時間停止させながら前記荷電粒子ビームの照射を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記画素位置の間隔は前記荷電粒子ビームのぼやけ（ブラー）が重なる範囲内に設定されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
隣接した２つの前記画素位置における前記荷電粒子ビームの照射量分布の重なりを利用して前記隣接した２つの画素位置の間の任意の位置に前記カットパターン又はビアパターンを描画することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記隣接した２つの画素位置での前記荷電粒子ビームの照射時間の割合を調整することで、前記隣接した２つの画素位置の間の任意の位置に前記カットパターン又はビアパターンを描画することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記隣接した２つの画素位置における荷電粒子ビームの照射量の割合を、前記隣接した２つの画素位置に対するパターン位置の内分比の多項式から求めることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記制御部は、画素位置ａp及びそれに隣接する画素位置ａp+1に対して描画するべきパターンの位置を内分比ｒを用いてａp×ｒ＋ａp×（１−ｒ）と表したときに、前記画素位置ａpにおける露光量Ｄp及び画素位置ａp+1における露光量Ｄp+1は、それぞれ、
Ｄp＝Ｄ0×（ｒ−４×Ｒ0×ｒ（１−ｒ））
Ｄp+1＝Ｄ0×（（ｒ−１）−４×Ｒ0×ｒ（１−ｒ））
（ただし、Ｄ0はレジスト材料及び現像条件によって決まる定数であり、Ｒ0は０＜Ｒ０≦０．１の範囲で決められた定数）
として求めることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム露光装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化の進展に伴い、より微細なパターンを形成できる露光技術が求められており、新たな露光技術の開発が進められている。現在、最先端の半導体装置の製造に用いられている光露光技術ではＡｒＦ光源からの光が用いられている。その波長が長いため、種々の高解像化技術を使っても、線幅が２０ｎｍ以下のパターンの形成は困難である。
【０００３】
荷電粒子ビームを用いた露光技術は、荷電粒子ビームの回折波長が極めて短いため、本質的に解像度が高いという利点がある。しかし、高解像度を維持しながら十分な強度の荷電粒子ビームを得ることが困難なこともあり、微細であるが、露光を行う部分の面積が大きい半導体装置の回路パターンを、荷電粒子ビームのみで直接描画する場合には、実用的な処理速度が得られないという問題がある。
【０００４】
荷電粒子ビームを用いた露光の処理速度を向上させるため、マルチビーム露光技術の開発が進められている。アパーチャアレーを通過し、複数本に分けられた荷電粒子ビームを、ブランカーアレーにより個別にブランキングする。半導体ウェハの露光面全面に一定間隔で想定した画素（ピクセル）に対して、照射する荷電粒子ビームを個別にＯＮ／ＯＦＦすることにより、パターンを形成する露光技術である（特許文献１、特許文献２等を参照）。
【０００５】
一方、ＡｒＦ光源を用いた液浸光露光技術と、荷電粒子ビーム露光技術とを相補的に利用するコンプリメンタリ・リソグラフィが提案さていている。
【０００６】
コンプリメンタリ・リソグラフィでは、まず、ＡｒＦ光源を用いた液浸光露光においてダブルパターニングなどを利用することで、単純なラインアンドスペースパターンを形成する。ダブルパターニング技術などを併用すれば、縦方向又は横方向の一方向で、線幅とピッチが決まった、ラインアンドスペースパターンでは、線幅１０ｎｍ以下のパターンも光露光で形成できることが知られている。次いで、荷電粒子ビームを用いて、そのラインパターンを切断するためのカットパターンや、ラインパターン同士を接続するためのビアパターンの形成を行う。
【０００７】
このコンプリメンタリ・リソグラフィでは、荷電粒子ビームを用いて露光を行う部分の面積が、ラインパターンを含むパターン全体の面積の数％程度に限定される。そのため、電子ビームのみを用いてラインパターンを含むパターン全体を露光する場合よりも、圧倒的に少ない荷電粒子総露光量を半導体ウェハの露光面に照射することで、露光を終えることができ、それだけスループットを上げることができる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７２７６７１４号明細書
【特許文献２】特開２０１３−９３５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
コンプリメンタリ・リソグラフィでは、ラインアンドスペースパターンを構成するラインパターン上にのみカットパターンやビアパターンが存在する。ライン幅程度の大きさを持ち、同じ形状・同じサイズで、互いに孤立したカットパターンやビアパターンを、荷電粒子ビーム露光を用いて形成することになる。
【００１０】
これまで提案されている荷電粒子マルチビーム露光装置において、格子状に配置された荷電粒子ビームを用いて、ラインパターン上にのみ存在するカットパターンやビアパターンを露光しようとすると、マルチビーム全体に対して、同時に露光面に照射されているマルチビーム数の割合が少なくなり、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの大半が、実質的に露光に使われずに無駄になってしまうという問題がある。
【００１１】
また、荷電粒子マルチビーム露光装置のビームを一次元方向に配列しても、高い解像性を維持したまま、ラインパターン方向に限定されてはいるが、ライン上では任意の位置にあるカットパターンやビアパターンを実用的な処理速度で効率的に露光する露光装置はなかったという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は、カットパターンやビアパターンを効率よく描画できる荷電粒子ビーム露光装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
下記の開示の一観点によれば、上面に一定のピッチで配置された複数のラインパターンを有する基板に対して、前記ラインパターンを切断するためのカットパターン、又は前記ラインパターンの上にビアホールを形成するためのビアパターンを露光する荷電粒子ビーム露光装置であって、荷電粒子を放出する荷電粒子源と、前記ラインパターンと直交する一次元方向に配列された複数の開口を有し、前記開口を通過した荷電粒子よりなる荷電粒子ビームが前記一次元方向にアレー状に並んだ一次元アレービームを形成するアパーチャプレートと、前記一次元アレービームに含まれる個々の前記荷電粒子ビームを個別にブランキング偏向するブランカーアレーを備えたブランカープレートと、前記ブランカーアレーによって偏向された前記荷電粒子ビームを阻止するファイナルアパーチャプレートと、前記一次元アレービームの全体の照射位置を調整する偏向器と、前記基板を保持して移動させる駆動機構を備えたステージ装置と、前記ブランカープレート、偏向器及びステージの動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ラインパターンと平行な向きに前記ステージを連続的に移動させつつ、前記ステージの移動に合わせて前記ランパターンの上に一定間隔で設定された画素位置に前記一次元ビームアレーを一定時間停止させながら前記荷電粒子ビームの照射を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置が提供される。
【００１４】
また、別の一観点によれば、荷電粒子を放出する荷電粒子源と、前記ラインパターンと直交する一次元方向に配列された複数の開口を有し、前記開口を通過した荷電粒子よりなる荷電粒子ビームが前記一次元方向にアレー状に並んだ一次元アレービームを形成するアパーチャプレートと、前記一次元アレービームに含まれる個々の前記荷電粒子ビームを個別にブランキング偏向するブランカーアレーを備えたブランカープレートと、前記ブランカーアレーによって偏向された前記荷電粒子ビームを阻止するファイナルアパーチャプレートと、前記一次元アレービームの全体の照射位置を調整する偏向器と、前記基板を保持して移動させる駆動機構を備えたステージ装置と、前記ブランカープレート、偏向器及びステージの動作を制御する制御装置とを備えた荷電粒子ビーム露光装置を用いて、上面に一定のピッチで配置された複数のラインパターンを有する基板に対して、前記ラインパターンを切断するためのカットパターン、又は前記ラインパターンの上にビアホールを形成するためのビアパターンを露光する工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記ラインパターンと平行な向きに前記ステージを連続的に移動させつつ、前記ステージの移動に合わせて前記ランパターンの上に一定間隔で設定された画素位置に前記一次元ビームアレーを一定時間停止させながら前記荷電粒子ビームの照射を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
上記観点によれば、ラインパターンと直交する方向に並んだ複数の荷電粒子ビームよりなる一次元アレービームをラインパターンと平行な方向に移動させつつ、荷電粒子ビームを照射する。このように、一次元アレービームを用いるため、荷電粒子ビーム全体に対して、実質的に露光に使われている割合を増やすことができ、荷電粒子源から生成された荷電粒子ビームの利用効率が向上して露光に要する時間を短縮できる。
【００１６】
また、前記ステージの移動に合わせて前記ランパターンの上に一定間隔で設定された画素位置に前記一次元ビームアレーを一定時間停止させながら前記荷電粒子ビームの照射を行うことにより、露光量分布の立ち上がりを急峻なものとすることができる。これにより、カットパターンやビアパターンを、高解像且つ高精度で描画できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）は、コンプリメンタリ・リソグラフィにおいてラインパターン上に形成されるカットパターンを示す平面図であり、図１（ｂ）はコンプリメンタリ・リソグラフィにおいて、図１（ａ）で露光されたカットパターンを使って切断された後のラインパターンを示す平面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置のカラムのブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、図２のカラムのスリットプレートの平面図であり、図３（ｂ）はアパーチャプレートの平面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置のステージの動作を示す図である。
【図５】図５は、図４の照射領域Ｓ3付近の拡大図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置における一次元アレービームの動作を示す図である。
【図７】図７は、一次元アレービームのｎ番目の電子ビームＢｎにおいて画素位置の間にパターンを描画する例を示す平面図である。
【図８】図８は、計算によって求めた露光量分布Ｆp（ｘ）、Ｆp+1（ｘ）の和、パターンの幅及びパターンの位置を示す図である。
【図９】図９は、横軸に内分比ｒをとり、縦軸にパターンの中央の位置及びパターンの幅をとって露光量Ｄp，Ｄp+1を内分比ｒに応じて変化させたときのパターンの幅及び位置の変化を求めた結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の制御系統のブロック図である。
【図１１】図１１は、差分検出回路２１５の出力信号と画素送り信号とを示す波形図である。
【図１２】図１２は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置における露光動作を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、露光量Ｄp、Ｄp+1を内分比ｒの多項式で表した場合について、線幅及び目標位置からのずれを計算により求めた結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、第３実施形態に係る電子ビーム露光装置の要部を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、直径が３００ｍｍの半導体基板の上に直径３０ｍｍのカラムを配置した場合に各カラムが露光を担当する領域を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１（ａ）は、コンプリメンタリ・リソグラフィにおいてラインパターン上に形成されるカットパターンを示す平面図であり、図１（ｂ）はコンプリメンタリ・リソグラフィにおいて図１（ａ）のカット用の露光パターンでカットされ後、所望の長さに切断されたラインパターン８１ｂを示す平面図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、コンプリメンタリ・リソグラフィでは、複数のラインパターン８１ａが一定ピッチで配置されたラインアンドスペースパターンを形成する。これらのラインパターンは、例えばＡｒＦ光源を用いた液浸光露光とダブルパターニングを組み合わせた露光技術により形成する。
【００２０】
その後、ラインアンドスペースパターン上に形成されたレジスト膜（不図示）に対して、ラインパターン８１ａをカットするための開口部としてのカットパターン８３を形成する。カットパターン８３は、単純な線ではなく、微細な矩形パターンである。そのため、ＡｒＦ光源を用いた光露光技術の適用は困難である。そこで、解像度に優れた電子ビーム（荷電粒子ビーム）で露光する。
【００２１】
その後、カットパターン８３の部分でラインパターン８１ａを切断する。
【００２２】
これにより、図１（ｂ）に示すように、所望の長さに切断されたラインパターン８１ｂが得られる。
【００２３】
次に、層間絶縁膜を形成し、その上にラインパターン８１ａと直交する方向（図１（ａ））に延びる複数のランパターンを形成する。また、上下のラインパターンが交差する部分の層間絶縁膜には上下のパターンを繋ぐビアを形成する。このビアも、カットパターン８３と同様の方法で露光が行われる。
【００２４】
以上のような、コンプリメンタリ・リソグラフィで形成されるカットパターン及びビアパターンは、以下のような特徴がある。
【００２５】
（要件１）形成するカットパターン又はビアパターンは、同一層内においてすべて同一形状である。
【００２６】
（要件２）形成するカットパターン又はビアパターンは、ラインパターン上に存在する。
【００２７】
（要件３）形成するカットパターン又はビアパターンはラインパターン全体の面積の数％である。これにより、電子ビーム露光であっても、実用的なスループットを実現できる。
【００２８】
（要件４）形成するカットパターン又はビアパターンが複数連続して繋がることはない。これは、半導体装置として機能するのは、切断後に残る部分のパターンや、切断後に残る部分を接続するパターンであり、残余部分がなくなるような切断又は残余部分を直接ショートさせる接続は存在し得ないからである。
【００２９】
（要件５）形成するカットパターンは、ラインパターン上のランダムな位置に存在し得る。すなわち、ラインパターンのライン方向（長手方向）に対するカットパターンの長手方向の配置ピッチは一定ではない。
【００３０】
（要件６）形成するカットパターンは、ラインパターンの長手方向に高い精度で形成することが求められる。これは、カットパターンの長手方向の精度が低いと、ラインパターンの交差する部分のビアパターン等と干渉するおそれがあるためである。
【００３１】
（要件７）形成するカットパターンの位置精度及び線幅精度は、ラインパターンの方向と直交する方向（ラインの幅方向）には、ラインパターンの長手方向の精度ほど高くなくてよい。これは、ラインパターンの幅方向の精度が低くてもラインパターンを切断でき、また切断後のラインパターンの長さに影響はないためである。
【００３２】
以下の実施形態では、上記の特徴を有するカットパターン又はビアパターンの描画に好適な荷電粒子ビーム露光装置（電子ビーム露光装置）について説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
（１）電子ビーム露光装置の構成
図２は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置の１本のカラムの断面図である。
【００３４】
本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００は、図２に示すカラム１０を用いて、露光対象としての半導体基板８０の表面に電子ビームＥＢ（荷電粒子ビーム）を照射する。そのカラム１０は円筒形の筐体を備え、その内部の上端付近には電子ビームＥＢを発生させる電子銃１が設けられている。
【００３５】
電子銃１からは、所定の加速電圧（例えば５０ｋｅＶ）で電子ビームＥＢが放出され、その電子ビームＥＢは第１アパーチャ板２の開口２ａを通過することで光軸ｃを中心とした円形の断面に成形される。
【００３６】
第１アパーチャ板２を通過した電子ビームＥＢは、第１アパーチャ板２の下に設けられた非対称照明光学系３の中を通過する。非対称照明光学系３は、例えば静電四重極電極を備えており、静電四重極場を適宜調整することにより電子ビームＥＢを所定方向に長く伸びた断面形状に変形させる。
【００３７】
非対称照明光学系３を通過した電子ビームＥＢはスリットプレート４に照射される。図３（ａ）は、スリットプレート４の平面図である。図３（ａ）に示すようにスリットプレート４は、細長い矩形状の開口４ａを備えており、この開口４ａを囲む照射領域Ｓ1に電子ビームＥＢが照射される。このスリットプレート４を通過することで、電子ビームＥＢは縦長の矩形状の断面に成形される。
【００３８】
このようにして、スリットプレート４で余分な電子ビームＥＢを除去することで、ビーム成形アパーチャプレート５の過熱やスパッタによるダメージを低減できる。
【００３９】
その後、電子ビームＥＢは、電磁レンズ１２ａ、１２ｂによりビーム成形アパーチャプレート５の上に結像される。
【００４０】
図３（ｂ）はビーム成形アパーチャプレート５の平面図である。図３（ｂ）に示すように、ビーム成形アパーチャプレート５には、電子ビームＥＢの長手方向と同じ方向に一次元的に並んだ複数の開口部５ａが設けられている。このビーム成形アパーチャプレート５によって、開口部５ａと同じ数の電子ビームＢ１〜Ｂｎを含んだ一次元アレービームＡ１が生成される。なお、同一層内のパターンがすべて同じであるという要件１の要請により、各開口部５ａの形状は全て同じ形状となっている。
【００４１】
本実施形態では、非対称照明光学系３を用いて縦長に電子ビームＥＢを成形した上で、一次元的に並んだ開口部５ａに照射することで、電子ビームの利用効率が高まる。これにより、短時間の電子ビームの照射でレジストを感光させることができ、スループットが向上する。
【００４２】
図２に示すように、ビーム成形アパーチャプレート５の下には、ブランカープレート６が配置されている。
【００４３】
ブランカープレート６は、ビーム成形アパーチャプレート５の開口部５ａに対応する部分に開口部６ａを備えており、各開口部６ａの横には電子ビームＢ１〜Ｂｎを個別に偏向させるためのブランキング電極６ｂ、６ｃが設けられている。
【００４４】
ブランカープレート６の下には、電磁レンズ１３ａ〜１３ｄ、最終アパーチャ７及び偏向器８が設けられている。電磁レンズ１３ａ〜１３ｄは、一次元アレービームＡ１を所定の縮小倍率で縮小して半導体基板８０の表面に結像させる。
【００４５】
最終アパーチャ７は、円形の開口７ａを備えており、ブランキング電極６ｂ、６ｃで偏向された電子ビームＢoffを阻止し、ブランカープレート６で偏向されない電子ビームＢonのみを通過させる。
【００４６】
最終アパーチャ７の下方には、偏向器８が設けられている。この偏向器８により、一次元アレービームＡ１の半導体基板８０の上での照射位置が所定の偏向範囲内で調整されて半導体基板８０に一次元アレービームＡ１が照射される。
【００４７】
上記のカラム１０の下には、チャンバ１１が接続されており、そのチャンバ１１内には露光対象となる半導体基板８０とそれを保持するステージ９ａが設けられている。ステージ９ａは、駆動装置９ｂによって水平方向（Ｘ−Ｙ方向）及び回転方向に駆動可能となっている。
【００４８】
ステージ９ａの横には、例えばレーザー干渉計などよりなる位置センサー９ｃが設けられており、ステージ９ａの位置を０．１ｎｍ（ナノメートル）程度の位置精度で正確に検出する。位置センサー９ｃの測定結果は、駆動装置９ｂ及び偏向器８の制御等に利用される。
【００４９】
上記のカラム１０、ステージ９ａ、及び駆動装置９ｂは、制御部１０１によってその動作が制御される。
【００５０】
（２）電子ビーム及びステージの動作
次に、電子ビーム及びステージ９ａの動作について説明する。
【００５１】
図４は、電子ビーム露光装置１００の露光時のステージ９ａの動作を示す平面図である。
【００５２】
図４において、矩形の露光領域８５はコラム１０が露光を担当する範囲を示しており、例えば３０ｍｍ×３０ｍｍ程度の大きさである。
【００５３】
図中の矢印は、一次元アレービームＡ１の照射領域Ｓ3の移動方向を示している。図示のように、照射領域Ｓ3は、露光領域８５の隅からＸ2方向に直線状に移動しながら、幅Ｆｗ（以下、フレーム幅と呼ぶ）の領域に一次元アレービームを照射して露光を行う。本明細書では、一回の直線移動で露光する領域をフレーム８６と呼ぶものとする。
【００５４】
照射領域Ｓ3が露光領域８５の端まで達すると、Ｙ1方向にフレーム幅Ｆｗだけ照射領域Ｓ3を移動させた後、Ｘ1方向に折り返して次のフレーム８６の露光を行う。なお、振動よる精度低下を防ぐために、フレーム８６の露光を行っている間、ステージ９ａは連続的に移動させることが好ましい。
【００５５】
図５は、図４の照射領域Ｓ3付近の拡大図である。
【００５６】
図５に示すように、一次元アレービームＡ１に含まれるｎ本の電子ビームＢ１、Ｂ２…Ｂｎの照射位置は、それぞれ半導体基板８０のラインパターン８１ａの上に位置決めされている。これにより、パターンがラインパターン上に配置されるという要件２が満たされる。
【００５７】
電子ビームＢ１〜Ｂｎの照射位置は、ステージ９ａのＸ2方向への移動とともに、ラインパターン８１ａの上に沿って移動してゆく。すなわち、一次元アレービームＡ１はラインパターン８１ａと平行な方向に移動する。
【００５８】
そして、各電子ビームＢ１〜Ｂｎを所定のタイミングで照射してカットパターン８３ａの露光が行われる。
【００５９】
ただし、一次元アレービームＡ１を移動させたまま電子ビームＢ１〜Ｂｎの照射を行うと、半導体基板８０の移動に伴って電子ビームＢ１〜Ｂｎのエッジも移動してしまうため、電子ビームの露光量分布の立ち上がりや立及び下りが緩やかとなってしまう。その結果、パターン８３ａのＸ方向のエッジ位置の精度が低下してしまう。コンプリメンタリ・リソグラフィでは、カットパターン又はビアパターンを、ラインパターンの長手方向に高い精度で形成することが求められるが（要件６）、電子ビームを移動させたままでの露光では十分な精度が得られない。
【００６０】
電子ビームの露光量分布の立ち上がりや立下りを急峻とするためにステージの移動速度を下げることも考えられるが、この場合には処理速度が大幅に低下してしまう。
【００６１】
そこで本実施形態では、偏向器８を用いて電子ビームの照射を行う間だけ一次元アレービームＡ１をステージ９ａの移動に同期させて移動させることで、一次元アレービームＡ１の照射位置をラインパターン８１ａの上で停止させながら露光を行う。
【００６２】
図６は、本実施形態における一次元アレービームＡ１の照射位置の移動を示す図である。
【００６３】
図６に示すように、本実施形態では、ラインパターン８１ａ上に一定ピッチで画素位置ａ1〜ａnを設定する。そして、偏向器８を用いて一次元アレービームＡ１の照射位置を画素位置ａ1で一定時間だけ停止させ、その間に電子ビームの照射を行なう。その後、一次元アレービームＡ１の照射位置を次の画素位置ａ2へジャンプさせ、画素位置ａ2で停止している間に電子ビームの照射を行う。この動作を繰り返すことで、画素位置ａ1〜ａnに順次停止しながら電子ビームを照射することでパターンを形成する。
【００６４】
これにより、電子ビームの露光量分布の立ち上がり又は立下りを急峻なものとすることができ、パターン８３ａをラインパターン８１ａの長手方向に精度よく形成するという要件６を満たすことができる。
【００６５】
なお、図６において符号Ｏを付した部分は偏向器８の露光基準位置を示しており、この露光基準位置はフレーム８６内において偏向器８の偏向幅に等しい間隔を開けて複数個配置されている。偏向器８はこの露光基準位置を基準にして動作する。図中の符号Ｃを付した部分は現在露光を行うべき画素位置を示している。この場合には、露光基準位置Ｏから画素位置Ｃに向かう矢印に示すような画素送り偏向データ成分が偏向器８に入力される。この画素送り偏向データ成分は、後述する図１１において階段状に変化する成分にたいおうする。この画素送り偏向データ成分に、現在のステージの位置と露光基準位置Ｏとの差分の偏向データ成分（図１１において連続的に変化する成分）が加算されて偏向器８に入力される。このような２つの偏向データ成分の加算により、偏向器８に入力される実質的な制御信号の振幅はゼロ付近に保たれる。
【００６６】
（３）画素位置間へのパターン形成方法
上記に説明した露光方法では、電子ビームの照射位置が画素位置の上に限定されるため、そのままではカットパターン及びビアパターンの位置が画素位置のみとなってしまい、パターンはライン状のランダムな位置に存在し得るといった要件５を満たすことができない。
【００６７】
また、カットパターンの位置を画素位置のみに限定してしまうと、半導体装置の設計に強い制限を課すことになり、この制限を満たすように半導体装置を設計することは困難になってしまう。そのため、カットパターンの位置については、画素位置の間の任意の位置であっても描画できるようにすることが好ましい。
【００６８】
そこで、本実施形態では、画素位置の間に位置するパターンを描画する場合には、そのパターンに隣接する２つ画素位置での電子ビームの露光の重ね合わせで描画を行うこととした。
【００６９】
図７は、一次元アレービームＡ１に含まれるｎ番目の電子ビームＢｎを使って、パターン位置Ｘｐ、パターン幅Ｗｐのカットパターンを形成する例を示している。図７において、ｐ番目の画素位置をａp及びp+1番目の画素位置をａp+1とし、画素ピッチをａｗとする。また、目標とするパターンの位置ｘpがａp≦ｘp≦ａp+1の範囲にあるものとする。
【００７０】
照射する電子ビームＢｎは、ラインパターン方向（ｘ方向）の幅がＷの矩形として図示されている。この幅Ｗは基準となる露光量で電子ビームを照射したときに現像される幅を示しているが、実際にはカラム１０の光学系の条件によって決まる所定範囲にまで電子ビームは広がっている。この電子ビームの広がりの大きさを、以下Ｂｌｕｒとよぶ。
【００７１】
本実施形態では、画素ピッチａｗの大きさを隣接する画素位置での電子ビームＢｎのぼやけが重なる範囲内に設定し、隣接する画素位置での電子ビームＢｎのＢｌｕｒ（ブラー又はぼやけとも呼ぶ）を重ね合わせることで一つのカットパターンを描画する。そして、隣接する画素位置での電子ビームＢｎの露光量の割合を調整することで、カットパターンの位置の微調整を行う。
【００７２】
以下、露光量の割合の決定方法について説明する。
【００７３】
ｐ番目の画素位置ａpに露光量Ｄpで電子ビームＢｎを照射すると、ラインパターン方向（ｘ方向）の露光量分布ｆp（ｘ）は以下の式で表される。
【００７４】
Fp(x)=Dp×(1/2)×[Erf((x-ap-W/2)/Blur)-Erf((x-ap+W/2)/Blur)]
なお、上の式においてＥｒｆは誤差関数を表している。上記の露光量分布Ｆp（ｘ）及びＦp+1（ｘ）を示す式において、第１項は露光量分布の立ち上がりを表し、第２項は露光分布の立下りを表している。
【００７５】
また、ｐ＋１番目の画素位置ａp+1に露光量Ｄp+1で照射したとき、ラインパターン方向の露光量分布ｆp+1（ｘ）は以下の式で表される。
【００７６】
Fp+1(x)=Dp+1×(1/2)×[Erf((x-ap+1-W/2)/Blur)-Erf((x-ap+1+W/2)/Blur)]
上記の２式において、第１項及び第２項のパラメータＷ及びＢｌｕｒは同じなので、露光量分布は中心に対して対称に表れる。また、Ｆp（ｘ）の分布の最大値はＤpであり、Ｆp+1（ｘ）の分布の最大値はＤp+1であり、パターンの位置によって露光量分布が変化してゆく。Ｆp（ｘ）、Ｆp+1（ｘ）の形状は、ともに誤差関数（Erf）で記述されるため、画素位置ａp，ａp+1における露光量分布は同じ形状プロファイルである。
【００７７】
次に、露光量Ｄp、Ｄp+1の割合を変化させた条件の下で、上記の式からＦp（ｘ）、Ｆp+1（ｘ）を求め、所定の現像条件（現像される露光量の閾値）で現像したときに現れるパターンの幅及びサイズを算出した例について説明する。
【００７８】
図８は、計算によって求めた露光量分布Ｆp（ｘ）、Ｆp+1（ｘ）の和、パターンの幅及びパターンの位置を示す図である。
【００７９】
ここでは、幅１８ｎｍのカットパターンを露光する場合について計算を行った。画素ピッチＷｐは１０ｎｍとし、一次元アレービームＡ１に含まれる電子ビームは、幅Ｗを１０ｎｍとし、ぼやけの量を表すＢｌｕｒを１０ｎｍとして計算を行った。
【００８０】
図８の左図は、露光量の割合｛Ｄp：Ｄp+1｝を｛０：１｝としたものであり、図８の中央の図は露光量の割合｛Ｄp：Ｄp+1｝を｛０．２：０．８｝としたものである。図８の右図は露光量の割合｛Ｄp：Ｄp+1｝を｛０．５：０．５｝としたものである。また、図中の直線９８は現像レベルを示す。
【００８１】
図示のように、露光量Ｄp，Ｄp+1の総和を増やさずにその割合を変化させた場合には、形成されるパターンの線幅はほとんど変化しないことがわかる。また、カットパターンの中心位置は、露光量Ｄp，Ｄp+1の割合に応じて変化することがわかる。
【００８２】
次に、目標位置Ｘpにカットパターンの中心位置を目標値に一致させるための露光量Ｄp，Ｄp+1の割合の決定方法について説明する。
【００８３】
目標位置Ｘpは、画素位置の座標ａp、ａp+1と目標位置Ｘpに対応する内分比ｒ（０≦ｒ≦１）を用いてａp×ｒ＋ａp＋１×（１−ｒ）と表すことができる。ここでは、露光量Ｄp、Ｄp+1を内分比ｒと同じ比率で変化させる。すなわち以下の関係式に基づいて露光量を設定する。
【００８４】
Ｄp＝Ｄ0×ｒ
Ｄp+1＝Ｄ0×（１−ｒ）
ただし、Ｄ0はレジスト条件及び現像条件等のプロセス条件によって実験的に決まるパラメータである。
【００８５】
図９は、横軸に内分比ｒをとり、縦軸にパターンの中央の位置及びパターンの幅をとって露光量Ｄp，Ｄp+1を内分比ｒに応じて変化させたときのパターンの幅及び位置の変化を求めた結果を示すグラフである。図中の曲線９９ａは内分比と線幅の関係を示している。また、曲線９９ｂは、パターンの中央の位置が目標位置ａp×ｒ＋ａp+1×（１−ｒ）からどの程度ずれるかを示している。計算に必要なパラメータは図９と同様とした。
【００８６】
図９に示すように、露光量Ｄp、Ｄp+1を内分比ｒと同じ比率で変化させた場合、パターンの線幅（曲線９９ａ）はｒ＝０．５を中心にした内分比ｒに関する偶関数となり、パターンの変動幅ΔＷｐは最大でも１ｎｍに収まることがわかる。
【００８７】
また、パターンの中央の位置の目標位置からのずれ（曲線９９ｂ）は、ｒ＝０．５を中心にした内分比ｒに関する奇関数となり、目標位置からのずれは最大でも０．５ｎｍ以内に収まることがわかる。
【００８８】
このように露光量Ｄp、Ｄp+1の割合を画素位置の内分比ｒに応じて変化させることで、隣接する２つの画素位置の間の任意の位置に精度よくカットパターンを形成できる。
【００８９】
（４）各種パラメータの決定方法
次に、画素ピッチａｗ、電子ビームの幅Ｗ及び露光量の広がりＢｌｕｒの決定方法について説明する。
【００９０】
画素ピッチａｗは、露光面上で一次元アレービームの照射位置を変えるピッチであり、装置の動作パラメータとして適宜調整することができる。この画素ピッチａｗは、描画するパターンの幅Ｗｐよりも小さい値であって、隣接する画素位置において露光量の広がりＢｌｕｒが重なるように設定される。
【００９１】
電子ビームの幅Ｗは、描画するパターンの幅Ｗｐよりも小さい値（例えばパターン幅Ｗｐの５０％程度）に設定される。電子ビームの幅Ｗは、アパーチャプレート２１の開口部２１ａの大きさと、電子ビームの光学的な縮小率で決まり、描画するパターンの幅Ｗｐに応じて適宜設定される。
【００９２】
電子ビームの露光量の広がりＢｌｕｒは、投影レンズの収差やレジスト内の電子線の拡散によって決まり、投影レンズ及びレジスト材料の特性によって決まる値である。
【００９３】
現時点のカラム設計技術及び最先端のレジストを用いると、Ｂｌｕｒの最小値として、例えば５ｎｍを実現できる。このＢｌｕｒの最小値５ｎｍの電子ビームを用い、さらに画素ピッチａｗ及び電子ビームの幅Ｗをそれぞれ５ｎｍとすると、幅が９ｎｍ程度のカットパターン又はビアパターンを描画できる。
【００９４】
同じ電子ビーム露光装置を用いて、より大きな幅のパターンを露光する場合には、動作パラメータの変更により画素ピッチａｗをより大きな値に変更するとともに、アパーチャプレート２１の交換又は縮小倍率の調整により電子ビームの幅Ｗを増大させる。また、電子ビームのＢｌｕｒは、電磁レンズ１２ａ〜１２ｄによって電子ビームの焦点をずらすことでより大きな値に設定できる。
【００９５】
パターンの幅Ｗｐを２倍にする場合には、画素ピッチａｗ及び電子ビームの幅Ｗ及び電子ビームの広がＢｌｕｒも２倍とすればよい。例えば、パターンの幅Ｗｐを１８ｎｍとする場合には、画素ピッチａｗ、電子ビームの幅Ｗ及び電子ビームの広がＢｌｕｒをそれぞれ１０ｎｍとすればよい。
【００９６】
ところで、図２の電子ビーム露光装置１００では電子ビームＥＢの電流密度を常に一定として動作させることを前提としている。そのため、電子ビーム露光装置１００では露光量Ｄp、Ｄp+1の調整を電子ビームの電流値ではなく、電子ビームの照射時間（ＯＮ時間）の制御によって行う。
【００９７】
ｐ番目の画素位置ａpでの電子ビームＢｎの照射時間Ｔpは、電子ビームＢｎの電流密度Ｊ（ｎ）と、露光量Ｄpから下記の式により求められる。
【００９８】
Ｔp（ｎ）＝Ｄp／Ｊ（ｎ）＝Ｄ0×ｒ／Ｊ（ｎ）
また、ｐ＋１番目の画素位置ａｐにおける電子ビームＢｎの照射時間Ｔp+1は下記の式により求められる。
【００９９】
Ｔp+1（ｎ）＝Ｄp+1／Ｊ（ｎ）＝Ｄ0×（１−ｒ）／Ｊ（ｎ）
なお、電子ビームＢｎの電流密度Ｊ（ｎ）は、予め一次元アレービームに含まれる電子ビームＢｎの電流値をそれぞれ検出し、その電流値を照射領域の面積で除算することで求まる。電流密度Ｊは、電子ビームＢ１〜Ｂｎで異なることがあるため、それぞれの電子ビームについて予め測定しておくことが好ましい。
【０１００】
次に、ステージ９ａの移動速度の決定方法について説明する。
【０１０１】
まず、電子ビームＢ１〜Ｂｎの中から最も電流密度Ｊの小さい電子ビームを選び、その電流密度Ｊminを基準に、最も露光時間が長くなる条件でｐ番目の画素位置での電子ビームの照射時間の最大値Ｔmを求める。すなわち、内分比ｒが１のときに最も露光時間が長くなり、その露光時間の最大値ＴmはＤ0／Ｊminとなる。
【０１０２】
さらに、一次元アレービームを偏向器８で移動させる際の偏向器８の静定時間Ｔwが発生する。
【０１０３】
したがって、一つの画素位置につき、露光時間の最大値Ｔmと静定時間Ｔwが必要となる。
【０１０４】
画素間隔をａｗとすると、以上の露光時間Ｔm及び静定時間Ｔwを基に、最も効率のよりステージの移動速度がａｗ／（Ｔm＋Ｔw）と求まる。
【０１０５】
（５）電子ビーム露光装置の制御系統
以下、電子ビーム露光装置１００の制御部１０１の具体的な構成について説明する。
【０１０６】
図１０は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の制御系統のブロック図である。
【０１０７】
図１０に示すように、電子ビーム露光装置１００の制御部１０１は、カラム１０の各部に制御信号を与えるシステム制御部２０と、統合制御部（ＣＰＵ）３０とを備える。
【０１０８】
統合制御部３０は、バス３１を介してシステム制御部２０に接続されており、システム制御部２０の各ユニットの動作パラメータを設定するとともに、システム制御部２０の起動及び動作状態の監視を行い、電子ビーム露光装置１００全体の統合制御を行う。
【０１０９】
一方、システム制御部２０は、大きく分けて、露光位置制御ユニット２１０、ブランキングアレー制御ユニット２２０及び露光パターン位置記憶ユニット２３０の３つのユニットを備えている。
【０１１０】
ステージ位置制御ユニット２１０は、バッファアンプ２１４を介して位置センサー９ｃからの信号を受信する現在位置読取回路２１２を備えている。この現在位置読取回路２１２は、カラム１０の半導体基板８０の上での現在位置を検出し、その検出結果を差分検出回路２１５及びステージ制御回路２１２に送信する。
【０１１１】
差分検出回路２１５は、カラム１０の現在位置、露光基準位置との差分を検出する。
【０１１２】
ここで、図５において、露光基準位置について説明する。本実施形態の電子ビーム露光装置１００では、図４に示す１回の直線移動で露光が行われるフレーム８６を、更に偏向器８の偏向可能幅Ｌで区切ったフィールドと呼ばれる小領域に分割して管理する。このような比較的小さなフィールド毎にパターンの座標データなどを管理することで、パターンのデータ量や座標値の桁数を抑制して、データ量を扱いやすいサイズとすることができ、迅速なデータ処理が可能となる。露光基準位置は、上記の各フィールドの中央の座標であり、図５において点Ｏが露光基準位置を表している。
【０１１３】
この露光基準位置は、図１０において、露光基準位置出力回路２１６が露光パターン記憶ユニット２３０から読み出したフィールドの座標データ、露光基準位置メモリ２３１から読み込んだフィールドの露光データに基づいて露光基準位置を検出して出力する。露光基準位置出力回路２１６（図１０参照）は、カラム１０の属するフィールドが変わるごとに、新たな露光基準位置を検出して出力する。
【０１１４】
差分検出回路２１５から出力された差分値は、露光開始判定回路２１７及び偏向データ生成回路２１９に送られる。
【０１１５】
図１１は、差分検出回路２１５の出力信号と画素送り偏向データ生成回路２１８が出力する画素送り信号とを示す波形図である。
【０１１６】
露光開始判定回路２１７は、カラム１０の現在位置とフィールドの露光基準位置との差分値がフィールドの長さ半分程度になった時に、そのフィールドに対する露光開始を判断する。図１１において、符号９１は差分値に対応する偏向データを示している。露光基準位置とカラム１０の現在位置との差分値はステージ９ａの移動にともなって変化し、一次元アレービームの位置をステージ９ａと一緒に移動させる偏向データ９１として偏向データ生成回路２１９（図１０参照）に入力される。一方、画素送り偏向データ生成回路２１８は、露光基準位置を起点とした各画素間に対する偏向データであり、図示のように階段状に変化する画素送り偏向データ９２を生成し、偏向データ生成回路２１９に出力する。
【０１１７】
偏向データ生成回路２１９は、差分値データ９２及び画素送り偏向データ９１を合成して偏向器８に出力する。
【０１１８】
このような制御を行うことにより、ステージ９ａの移動速度を、画素ごとの露光時間に応じて設定すれば、偏向器８の偏向出力をほぼゼロ付近に抑えることができ、カラム１０の中心付近で露光を実施できる。
【０１１９】
図１０において、ブランキングアレー制御ユニット２２０は、ビームＯＮ開始タイミング回路２２１と、ブランキング時間制御回路２２２と、ドライバーユニット２２３とを備えている。
【０１２０】
ビームＯＮ開始タイミング回路２２１は、すべてのブランキング電極に対して同期したビームＯＮタイミングを与える。ビームＯＮ時間の周期は、ブランキング電極のビームＯＮ時間と画素間の電子ビームのジャンピング静定待ち時間によって決まる。
【０１２１】
ビームＯＮ開始タイミング回路２２１は上記のビームＯＮ時間の周期に応じてブランキング時間制御回路２２２に電子ビームの照射を開始するタイミングを与える信号を出力する。
【０１２２】
ブランキング時間制御回路２２２は、フィールド毎に、パターン位置メモリ２３２から各ラインパターンについてのカットパターンあるいはビアパターンの位置を読み込む。そして、ブランキング時間制御回路２２２は、各ラインパターンに対応する電子ビームＢ１〜Ｂｎのそれぞれについて、カットパターンあるいはビアパターンの位置とそれに隣接する画素位置との位置関係から、各画素位置での露光有無又は露光をする場合の露光時間の割合を算出する。
【０１２３】
さらに、ブランキング時間制御回路２２２は、画素送りデータ生成回路２１８から受信された画素位置及び電子ビームのＯＮ開始を与えるタイミング信号に基づいて、ドライバーアレー２２３に制御信号を出力する。
【０１２４】
ドライバーアレー２２３は、ブランカープレート６の各ブランカに対応する駆動回路を備え、ブランキング時間制御回路２２２の出力信号を増幅して各ブランカに出力する。
【０１２５】
これにより、電子ビームＢ１〜Ｂｎがパターン位置に合わせてＯＮ−ＯＦＦしてパターンの描画が行われる。
【０１２６】
一方、露光パターン位置記憶ユニット２３０は、露光データ記憶部２３１と、パターン位置メモリ２３２と、露光基準位置メモリ２３３とを備える。
【０１２７】
露光データ記憶部２３１は、半導体基板８０の全域にわたるカットパターン又はビアパターンの位置座標を露光データとして格納している。パターン位置メモリ２３２は、露光データ記憶部２３１に記憶された露光データを、フレーム単位に分割し、さらにそのフレーム単位に分割した露光データを偏向幅の長さのフィールド毎に分けて格納する。
【０１２８】
露光基準位置メモリ２３３には、パターン位置メモリ２３２の各フィールドの露光データから抽出された露光基準位置座標が格納される。
【０１２９】
そして、パターン位置メモリ２３２は、フィールド単位で露光データをブランキング時間制御回路２２１に供給する。
【０１３０】
（６）電子ビーム露光装置全体の動作
次に、電子ビーム露光装置１００による露光動作について説明する。
【０１３１】
図１２は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置１００における露光動作を示すフローチャートである。
【０１３２】
図１２に示すように、まず電子ビーム露光装置１００のチャンバ１１（図２参照）に露光対象となる半導体基板８０を搬入し、ステージ９ａの上に載置する（ステップＳ１０）。
【０１３３】
次に、半導体基板８０のステージ９ａ上の基板載置位置の横ずれ（オフセット）、及び回転方向のずれ（ローテーション）を修正する（ステップＳ２０）。
【０１３４】
次に、半導体基板８０のチップ間のダイシング領域に予め設けられている位置合わせマークの上を電子ビームで走査して、コラム１０の中心の位置と、半導体基板８０上のラインパターンの露光位置との位置合わせを行う（ステップＳ３０）。
【０１３５】
次に、露光開始位置にステージを移動させる（ステップＳ４０）。
【０１３６】
次に、ステージ９ａの直線状の移動を開始させるとともに、一次元アレービームＡ１を半導体基板８０の画素位置に停止させながら電子ビームの照射を行い、フレーム８６の露光を行う（ステップＳ５０）。
【０１３７】
１つのフレーム８６の露光が完了したら、ステップＳ６０に移行し、制御部はすべてのフレーム８６の露光が完了したか否かを判定する。まだ露光が終わっていないフレーム８６が存在する場合（ＮＯ）には、ステップＳ７０に移行し、ステージ９ａを折り返すように移動させて次のフレーム８６の露光位置にステージ９ａを移動させる。その後、ステップＳ５０に移行して次のフレーム８６の露光を行う。
【０１３８】
一方、ステップＳ６０において、すべてのフレーム８６の露光が完了したものと判断された場合には、ステップＳ８０に移行し、半導体基板８０を電子ビーム露光装置１００から搬出して、露光動作を終了する。
【０１３９】
以上に説明したように、本実施形態の電子ビーム露光装置１００によれば、ラインパターンと直交する方向に並んだ複数の荷電粒子ビームよりなる一次元アレービームをラインパターンと平行な方向に移動させつつ、荷電粒子ビームを照射する。このように一次元アレービームを用いるため、荷電粒子ビームの数を減らすことができ、荷電粒子源から生成された荷電粒子ビームの利用効率が向上して露光に要する時間を短縮できる。
【０１４０】
また、前記ステージの移動に合わせて前記ランパターンの上に一定間隔で設定された画素位置に前記一次元ビームアレーを一定時間停止させながら前記荷電粒子ビームの照射を行うことにより、露光量分布の立ち上がりを急峻なものとすることができる。これにより、カットパターンやビアパターンを精度よく描画できる。
【０１４１】
（第２実施形態）
第１実施形態では、露光量Ｄp、Ｄp+1を内分比ｒの一次関数とした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１４２】
本実施形態では、更なる精度向上を図るべく露光量Ｄp、Ｄp+1を内分比ｒの多項式とする例について説明する。
【０１４３】
図９を参照しつつ説明したように光量Ｄp、Ｄp+1を内分比ｒの一次関数とした場合には、線幅に分配比ｒ＝０．５を中心とした偶関数のばらつきが生じていた。
【０１４４】
そこで、本実施形態では、カットパターンの線幅の変動をさらに小さくするためには、図９の線幅の変動（曲線９９ａ）に現れる偶関数項を打ち消すべく、更なる高次項として、例えば４次項や６次項を追加することとした。
【０１４５】
また、カットパターンの位置ずれについても同様に奇関数（曲線９９ｂ）の誤差を打ち消すために、例えば３次項や５次項を追加することとした。
【０１４６】
ここでは、露光量Ｄp、Ｄp+1を以下のような内分比ｒの多項式で表した場合について、線幅及び目標位置からのずれを計算により求めることとした。
【０１４７】
Ｄp＝Ｄ0×（ｒ−４×Ｒ0×ｒ（ｒ−１））
Ｄp+1＝Ｄ0×（（１−ｒ）−４×Ｒ0×ｒ（ｒ−１））
但し、Ｄ0はレジスト及び現像などのプロセス条件で決まる定数であり、Ｒ0は０＜Ｒ0≦０．１の定数とする。
【０１４８】
図１３は、露光量Ｄp、Ｄp+1を内分比ｒの多項式で表した場合について、線幅及び目標位置からのずれを計算により求めた結果を示すグラフである。ここでは、Ｒ＝０．０５、ビーム幅を１０ｎｍ、Ｂｌｕｒを１０ｎｍとして計算した。
【０１４９】
図１３に示すように、目標位置とカットパターンの位置ずれ量を０．３ｎｍ以内にすることができ、さらにカットパターンの幅の変動範囲も目標値に対して０．５ｎｍ以内に収まることが確認できた。
【０１５０】
（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態に係る電子ビーム露光装置の要部を示す斜視図である。
【０１５１】
図１４に示すように、本実施形態では、ステージ９ａの上方に複数のカラム１０が配置されている。各カラム１０内の構造は、図３に示すカラム１０と同様である。カラム１０の直径は、例えば３０ｍｍ程度に形成することができる。
【０１５２】
図１５は、直径が３００ｍｍの半導体基板の上に直径３０ｍｍのカラムを配置した場合に各カラム１０が露光を担当する領域を示す平面図である。
【０１５３】
図１５に示すように、直径が３００ｍｍの半導体基板８０の上には、８８本のカラム１０を配置することができ、各カラム１０により３０ｍｍ×３０ｍｍの領域の露光が行われる。本実施形態では、複数のカラム１０を用いて平行して露光を進めることができるため、より迅速にカットパターン又はビアパターンの露光を行うことができる。
【０１５４】
以下、本実施形態の電子ビーム露光装置によるスループットの計算例について説明する。
【０１５５】
電子ビーム露光装置の動作条件として、画素位置間の間隔ａｗを１０ｎｍ、電子ビームＢ１〜Ｂｎの電流密度を４００Ａ／ｃｍ2、フィールドの幅（１次元アレービームの幅であり、また偏向器８の偏向幅でもある）を３０μｍ×３０μｍ、１本のカラム１０あたりの露光領域を３０ｍｍ×３０ｍｍ、画素位置間を一次元アレービームがジャンプするための偏向静定待ち時間を１０ｎｓｅｃとする。また、プロセス条件として、レジストが解像される露光量の閾値を４０μＣ／ｃｍ2とする。
【０１５６】
このとき、各画素位置での電子ビームの照射時間の最大値は、（４０μＣ／ｃｍ2）／（４００ｎＡ／ｃｍ2）＝１００ｎｓｅｃとなる。偏向静定待ち時間を含む画素位置毎の処理時間は１００ｎｓｅｃ＋１０ｎｓｅｃ＝１１０ｎｓｅｃとなる。
【０１５７】
１つのフィールド内の画素位置の数は、３０μｍ／１０ｎｍ＝３０００となる。したがって、１つのフィールドの露光に要する時間は、１１０ｎｓ×３０００＝３３０μｓｅｃと求まる。
【０１５８】
上記の算出結果から、ステージの移動速度（平均値）は、３０μｍ／３３０μｓｅｃ＝
９１ｍｍ／ｓｅｃとなる。１フレームの露光時間は、３０ｍｍ／（９１ｍｍ／ｓｅｃ）＝３３０ｍｓｅｃとなる。露光領域内のフレーム数は３０ｍｍ／３０μｍ＝１０００である。したがって、露光領域全体の描画に要する時間は、３３０ｍｓｅｃ×１０００＝３３０ｓｅｃとなる。半導体基板の搬入、調整及び搬出等に要する時間は３０秒程度なので、１枚当たりの処理時間は、３３０秒＋３０秒＝３６０秒となる。
【０１５９】
したがって、本実施形態に係る電子ビーム露光装置は１時間当たり３６００秒／３６０秒＝１０枚の半導体基板を処理することができる。
【０１６０】
（その他の実施形態）
上記の実施形態では、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる露光装置及び露光方法を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電子ビームに代えてイオンビームなどの種々の荷電粒子を露光用のビームとして用いてもよい。
【０１６１】
また、本明細書が開示する技術的思想の範囲内において、構成要素の一部を変更した実施形態を採用してもよい。
【符号の説明】
【０１６２】
１…電子銃、２…第１アパーチャ板、３…非対称照明光学系、４…スリットプレート、５…ビーム成形アパーチャプレート、６…ブランカープレート、６ａ…開口部、６ｂ、６ｃ…ブランキング電極、７…最終アパーチャ、８…偏向器、９ａ…ステージ、９ｂ…駆動装置、９ｃ…位置センサー、１２ａ、１２ｂ、１３ａ〜１３ｄ…電子レンズ、１０…カラム、２０…システム制御部、３０…統合制御部、３１…バス、８０…半導体基板、８１ａ…ラインパターン、８３ａ…カットパターン、１００…電子ビーム露光装置、１０１…制御部、２１０…露光位置制御ユニット、２１２…現在位置読取回路、２１５…差分検出回路、２１６…露光基準位置出力回路、２１７…露光開始判定回路、２１８…画素送り偏向データ生成回路、２１９…偏向データ生成回路、２２０…ブランキングアレー制御ユニット、２２１…ビームＯＮ開始タイミング回路、２２２…ブランキング時間制御回路、２３０…露光パターン位置記憶ユニット、２３１…露光データ記憶部、２３２…パターン位置メモリ、２３３…露光基準位置メモリ。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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