JP2001007021A - ビーム形状を可変にできる荷電粒子線投影リソグラフィ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】 半導体デバイスの回路設計の変更時に対
応するレチクルを全て変更すれば費用がかかり、デバイ
スの経済性を損なう。また、形成すべきパターンによっ
てはそのままレチクルに形成すればクーロン効果が大き
くて正確なパターンがターゲット上に出来ない。 【解決手段】 荷電粒ビーム露光装置の装置構成とし
て、成形開口、素通し領域を有するパターンが描かれた
レチクル、そして成形開口の像をレチクルの素通し領域
の一部に作る装置とし、荷電粒子ビーム投影リソグラフ
ィ装置の光源クロスオーバー位置を偏向中心として成形
された荷電粒子ビームを偏向する偏向装置を配した。ま
た、これを用いて、リソグラフィ法を実施したり、半導
体デバイスを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般的には荷電粒子
ビーム投影リソグラフィ露光装置に係わり、特にはそこ
で使用される投影レチクルに係わる。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィ工程を使って多種類のデバ
イスが製造されているが、特に非常に小さい領域を選択
的に描画したり、加工したりする場合に使われている。
例えば、半導体集積回路を作る場合であり、少なくとも
１つのリソグラフィ工程が必ず必要であって、デバイ
ス、例えばトランジスタやコンデンサ、の位置や大きさ
の初期設定がなされる。

【０００３】現在集積回路を作るために使われているリ
ソグラフィ工程には表面にレジストがコートされた基板
を選択的に露光する工程がある。一般的には、レジスト
がポジタイプかネガタイプかによって露光後の現像工程
において露光領域か、非露光領域が選択的に取り除か
れ、もう一方の領域が実際的には何の影響もなく残され
る。過去においては、照射エネルギーは露光するレジス
ト材によって選択さえていた。しかしながら、最近の集
積回路の設計では非常に短い波長の極端紫外の光を用
い、更に工夫された装置、例えば位相シフトマスク、軸
外照明、光学的近接効果補正を用いても達成されない微
細なパターンが要求されている。そこで、レジストを荷
電粒子ビームで露光し、現在の集積回路設計で一般的な
パターンより更に細いパターンを得ることが求められて
いる。荷電粒子ビーム露光には電子ビームが一般的に好
まれている。その理由は、他にも利点は有るが、電子は
電気的にも、磁気的にもビームの制御が出来るからであ
る。

【０００４】いわゆる描画システム(probe-forming sys
tem)では非常に良く収束されたスポットをターゲット表
面上に作ってレジストを露光する。“ガウスビーム(Gau
ss beam)”とその名が示すとおり、断面積がガウス型を
したスポットをベクトル方式かラスタースキャンによっ
て直接的に回路を描画するものである。これに代わるも
のとして、ビーム成形システム、特に可変成形ビーム(v
ariable shaped beam(VSB))システムがあり、ピクセル
を並行して露光することでより高いスループットを達成
している。正方形をした成形開口が一様に照明され、次
段の開口上に結像される。この時、開口のサイズは成形
開口の像に合うようになっている。成形開口の像は偏向
されて更に下段の開口に向けられ、合成された像がター
ゲットに投影される。ガウス型のシステムでは一度に1
つのピクセルが投影されるが、ビーム成形システムでは
多くのピクセルが並行して投影される。しかしながら、
露光される隣接したピクセルの数は現状では比較的少な
い。

【０００５】例えば、0.1×2.0 平方ミクロンの大きさ
を持つ長方形を考えてみる。直径が0.05ミクロンのガウ
ス型のビームを用いると、長方形は８０個のピクセルに
対応する。成形システムで最大スポットサイズが1.0 ミ
クロン角のものを用いると、この長方形の露光は２回の
露光になる。

【０００６】一般的に、ビーム成形システムでの一度の
露光は多くても数百ピクセルに制限される。一方、集積
回路全体のパターンには何億個、又はそれ以上のピクセ
ルが存在する。従って、描画システムやビーム成形方式
のスループットは低すぎて高密度、高集積度の集積回路
に対しては経済的に割が合わないことになる。それは、
たとえ露光速度が少々速くなっても改善は望み薄であ
る。

【０００７】許容可能なスループットを得る方法とし
て、電子ビーム投影リソグラフィ法が最近開発されてき
ている。投影リソグラフィ法ではマスクやレチクル上の
サブフィールド内のパターン(これには数百万のピクセ
ルが含まれている）がターゲット上に投影される。ここ
で、このサブフィールド内のパターンは全体パターンの
一部をなすものである。この一部分は全体パターンに比
べると小さいが、描画システムでのビームの大きさに比
べるとずっと大きい。パターンは荷電粒子光学系により
縮小され、ターゲット上でのパターンはレチクルのサブ
フィールドでのパターンより小さいくなる。

【０００８】レチクルを通過したり、レチクル上での散
乱によって形成されたビームパターンは縮小されたサブ
フィールドの像となってターゲットやウェハ上でつなぎ
合わされる。これによって、集積回路設計の全体パター
ンが作られる。一般的に好ましいことは、回路構成に必
要なすべてのサブフィールドパターンが1つの共通のレ
チクルに作られることである。しかしながら、ステンシ
ルレチクルの場合、コンプリメンタリーサブフィールド
を用いていわゆる“ドーナッツ”問題、閉じた図形（孤
立した図形）を投影する問題、を解消している。このよ
うな図形のそれぞれの部分は違ったパターンから露光し
なければならない。なぜなら、リング状のパターンはス
テンシルとしては作れないからである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】すべてのパターンを1
つのレチクル上に配置するという実際的な必要性は、し
かしながら、ある問題を引き起こす。それは、たとえ小
さな修正でも、修正が回路設計やレイアウトに行われる
と、新たなレチクルを作ってその修正を組み入れなくて
はならない。レチクルは極めて精度の高く、欠陥があっ
てはならず、また複雑であるために製作に費用が非常に
かかるものである。このように修正や改良が今ある集積
回路になされると、実際的な製作のための全体費用が設
計の経済性の限界を超えるようになる。

【００１０】さらに、いわゆるローカルクーロン効果(l
ocal Coumlob effect)が特に電子ビーム投影リソグラフ
ィにおいて顕著になることがある。それは、同一サブフ
ィールド内にパターン密度が小さい部分とパターン密度
が大きい部分が混在するようなサブフィールドを大きな
ビーム電流で投影する場合である。このローカルクーロ
ン効果は同種の電荷を有する粒子の相互反発力によって
生じる。現象を見てみると、露光パターンのパタ−ン密
度が高いと局部的な焦点ボケとそれによる像のボケの増
加を招き、露光パターンの密度が変化する領域ではサブ
フィールドの図形が横ずれを起こす。このようなボケと
歪は設計によっては許容できたり、また場所によっては
許容できることもある。

【００１１】このような問題は荷電粒子投影リソグラフ
ィを上手く稼動させることに対して障害になる。という
のは、この問題は経済性から結像の忠実再現性に制限を
もたらし、一般的には、それらの間のトレードオフを課
すからである。さらに、これらの問題は特に扱いにくい
ものである。というのは、それらが避けることが出来な
い物理作用に由来し、装置コストと装置のスループット
のトレードオフが避けがたいものとなり、それが製造工
程のコスト要因となるからである。

【００１２】結果的に、荷電粒子ビーム投影リソグラフ
ィの、特に電子ビーム投影リソグラフィの有用性を拡大
することが求められている。（この方策は、特定のレチ
クルにパターンを配置するのではなく、可変で制御可能
なパターンを直接的に描画することである。） 更に
は、ローカルクーロン効果を回避する、少なくとも歪や
分解能が特に厳しく求められるパターンにおいてローカ
ルクーロン効果を回避することが求められている。

【００１３】本発明は上記のような問題を解決するため
になされたもので、制御可能なビーム成形能力を有する
荷電粒子ビーム投影装置を提供することを目的としてい
る。本発明の他の目的は、ローカルクーロン効果なしに
露光できる荷電粒子ビーム装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、分解能を高め、操作の経済性
を改良できる荷電粒子ビーム投影リソグラフィ装置を提
供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、以下に述べる装置構成を有する荷電粒子ビー
ム投影リソグラフィ装置を提供する。装置構成には、成
形開口、素通し領域を有するパターンが描かれたレチク
ル、そして成形開口の像をレチクルの素通し領域の一部
に作る装置で、荷電粒子ビーム投影リソグラフィ装置の
光源クロスオーバー位置を偏向中心として成形された荷
電粒子ビームを偏向する偏向装置がある。

【００１５】本発明の他の側面に従うと、荷電粒子ビー
ム投影リソグラフィの方法と半導体デバイス製造方法が
得られる。この方法には、レチクルのパターン領域に形
成されたパターンをターゲット上に投影する工程、成形
開口をレチクルの素通し領域の一部に結像してターゲッ
ト上に合成像を作る工程が含まれている。

【００１６】更に詳細に解決手段を記す。本発明の第１
の手段は、荷電粒子ビーム投影リソグラフィ装置に、成
形開口と、素通し領域を有する、パターン化されたレチ
クルと、該成形開口の像を該レチクルの素通し領域の一
部に形成する結像手段で、成形開口によって成形された
荷電粒子ビームを偏向する手段を有し、 偏向中心を該
荷電粒子ビーム投影リソグラフィック装置の荷電粒子源
のクロスオーバー位置に有する結像装置と、を備えるこ
ととした。このように、パターンが形成された領域以外
に素通し領域を設け、これに成形開口の像を重ねて所定
の位置に偏向し、投影すればレチクルの修正・変更の必
要なく高精度なパターンが費用がかからずに形成でき
る。また、パターン化が困難な図形でも容易に形成でき
る。

【００１７】本発明の第２の手段は、第１の手段を実施
する際に、前記成形開口の像の大きさは前記レチクルの
前記素通し領域の大きさに対応していることとした。こ
のことにより、効率よく合成像の一様な照明が得られ
る。

【００１８】本発明の第３の手段は、第１又は２の手段
を実施する際に、前記荷電粒子ビームを偏向する前記手
段は一対の静電偏向板を有することとした。これによっ
て高速に偏向が可能な装置が得られる。

【００１９】本発明の第４の手段は、第１又は第２の手
段を実施する際に、前記荷電粒子ビームを偏向する前記
手段は荷電粒子源のクロスオーバー位置の上流と下流に
それぞれ一対の偏向器を有する荷電粒子ビーム投影リソ
グラフィ装置とした。これによって、ターゲット上の要
求される位置にビームを収差無く偏向が可能になる。

【００２０】本発明の第５の手段は、第１の手段を実施
する際に、前記成形開口の像の大きさは前記レチクルの
サブフィールドの大きさに対応していることとした。こ
れによって、元来サブフィードの照明は一様であるた
め、合成像の照明一様性が同時に確保される。

【００２１】本発明の第６の手段は、第１乃至第５のい
ずれかの手段を実施するに際して、前記荷電粒子ビーム
投影リソグラフィ装置のレンズに関して、前記荷電粒子
源のクロスオーバーとコントラスト開口が共役であるこ
ととした。これによって、レチクルによって散乱された
荷電粒子を効率よく遮断することが出来る。

【００２２】本発明の第７の手段は、第１乃至６のいず
れかの手段を実施する際に、前記レチクルが散乱ステン
シル型、散乱型のいずれかであるようにした。 これに
よって、レチクルでの荷電粒子の吸収が無いためにレチ
クルの温度上昇が無く、安定したパターンが投影され
る。

【００２３】本発明の第８の手段は、荷電粒子ビームを
用いたリソグラフィの方法であって、レチクルのパター
ン領域に形成されたパターンをターゲットに投影する工
程と、成形開口を前記レチクルの素通し領域の一部分に
投影し、ターゲット上で合成像を得る工程とを有するこ
ととした。このようにパターンが形成された領域以外に
素通し領域を設け、これに成形開口の像を重ねて所定の
位置に偏向し、投影すればレチクルの修正・変更の必要
なく高精度なパターンが費用がかからずに形成でき、リ
ソグラフィ工程が高精度に、且つコストを押さえて実施
できる。

【００２４】本発明の第９の手段は、第８の手段を実施
する際に、前記成形開口と前記レチクルの素通し領域の
合成像が長方形、または三角形であることとした。これ
によって、半導体デバイスに含まれるパターンを殆ど形
成出来る。

【００２５】本発明の第１０の手段は、第８又は９の手
段を実施する際に、荷電粒子源のクロスオーバーの位置
に偏向中心が来るように成形開口の像を偏向する工程を
有することとした。このことによって、偏向に伴う像の
歪みが無く、正確な像の投影が可能になる。

【００２６】本発明の第１１の手段は、第８乃至１０の
手段のいずれかを実施する際に、前記レチクルを１つの
面内に収めることとした。これによってレチクル交換の
必要が無く、リソグラフィ工程のスループットが高くな
る。

【００２７】本発明の第１２の手段は、第８乃至１１の
手段を実施する際に、素通し領域に隣接する領域から散
乱された荷電粒子を集める工程を有することとした。こ
れによって、集めた荷電粒子を吸収することができ、高
いコントラストが得られる。

【００２８】本発明の第１３の手段は、第１２の手段を
実施する際に。前記荷電粒子を集める工程がビームの鏡
筒とコントラスト開口の内の少なくとも１つによってな
されることとした。これによって、簡単に、高いコント
ラストが得られる。

【００２９】本発明の第１４の手段は、半導体デバイス
製造方法であって、レチクルのパターン領域に形成され
たパターンをウェハに投影する工程と、成形開口を前記
レチクルの素通し領域の一部分に投影し、ウェハ上のレ
ジストを露光するためにウェハ上で合成像を得る工程
と、前記成形開口の像に対応する、レジスト上のパター
ンに従ってウェハを処理する工程と、を有することとし
た。このようにパターンが形成された領域以外に素通し
領域を設け、これに成形開口の像を重ねて所定の位置に
偏向し、投影すればレチクルの修正・変更の必要なく高
精度なパターンが費用がかからずに形成でき、半導体デ
バイスが高精度に、且つコストを押さえて製造される。

【００３０】本発明の第１５の手段は、第１４の手段を
実施する際に、前記成形開口と前記レチクルの素通し領
域の合成像が長方形、または三角形であることとした。
これによって、半導体デバイスに含まれるパターンを殆
ど形成でき、従って、高精度に、且つコストを押さえて
半導体デバイスを製造できる。

【００３１】本発明の第１６の手段は、第１４又は１５
のいずれにかの手段を実施する際に、荷電粒子源のクロ
スオーバーの位置に偏向中心が来るように成形開口の像
を偏向する工程を有することとした。このことによっ
て、偏向に伴う像の歪みが無く、正確な像の投影が可能
になり、高精度を保って且つ低価格で半導体を製造でき
る。

【００３２】本発明の第１７の手段は、第１４乃至１６
のいずれかの手段を実施する際に、前記レチクルを１つ
の面内に収める工程を有することとした。これによって
レチクル交換の必要が無く、半導体デバイスを高いスル
ープットで製造できる。

【００３３】本発明の第１８の手段は、第１４乃至１７
のいずれかの手段を実施する際に、素通し領域に隣接す
る領域から散乱された荷電粒子を集める工程を有するこ
ととした。これによって、集めた荷電粒子を吸収するこ
とができ、高いコントラストで、半導体デバイスを製造
できる。

【００３４】本発明の第１９の手段は、第１８の手段を
実施する際に、前記荷電粒子を集める工程がビームの鏡
筒とコントラスト開口の内の少なくとも１つによなされ
ることとした。これによって、簡単に、高いコントラス
トが得られる半導体製造方法が実現される。

【００３５】

【発明の実施の形態】先に述べた、また他の目的、特
徴、利点は図面を参照しながらなされる以下の詳細な説
明によってより深く理解される筈である。図1を参照す
る。図は模式的に書かれているが、本発明の荷電粒子ビ
ーム鏡筒１００が示されている。理解されるべき点は、
本発明の好ましい実施に際しては電子ビームを用い、発
明の説明も電子ビームに言及して行われるが、発明の原
理はイオンビームにも全く同様に応用される、という点
である。従って、以下の説明において電子と/又は電子
ビームという表現は好ましい実施例を示すものであり、
他の荷電粒子ビームに対する適用を排除するものではな
い。

【００３６】電子ビーム鏡筒１００には電子源（荷電粒
子源）１０５、コンデンサーレンズ１１５、（コンデン
サーレンズには複数のレンズが含まれる）、ビームのク
ロスオーバーを適正な位置に設定する補助レンズ１１
０、レチクルのサブフィールドを照明する照明ダブレッ
ト１２０、１２５、及びレチクルによって成形されたビ
ームを縮小してターゲット１４０上に結像するプロジェ
クターダブレット１３０，１３５がある。当業者には容
易に理解されるように、こういった構成部材は一般的に
荷電粒子ビーム鏡筒に磁気型や静電型やその両方といっ
た色々な形態で使用されており、このような各々の要素
部品の詳細は本発明の実施にとって重要ではない。ま
た、同様に当業者には容易に理解されることであるが、
電子ビーム鏡筒には各種の補正部材（例えば、非点補正
器）や複数個の偏向器があるが、簡潔に記載するために
省略されている。

【００３７】必要なスループットを確保して投影リソグ
ラフィ装置を経済的に見合うものにするために、レチク
ル上でビームをかなり大きな、例えば１０ｍｍ位、のフ
ィールドを走査し、ウェハ上の対応するフィールドに縮
小しなければならない。ウェハ上で大きな領域を露光す
るためにはレチクル１５０とウェハ１４０の両方を並進
ステージに乗せる必要がある。更に、当業者には知られ
ていることであるが、両方のステージは互いに逆方向に
動き、レチクルステージの動きはビームの縮小率を考慮
したウェハステージの動きよりも速いことが好ましい。

【００３８】レチクルはステンシル型であっても、散乱
型であっても、そのふたつの組み合わせであっても構わ
ない。いずれの場合でも、サブフィールドには回路パタ
ーンの一部が描かれ、これがターゲット面１４０にある
ウェハ上の電子ビーム感受レジストに露光される。ター
ゲットに投影されたサブフィールドはきちんとつなぎ合
わされる。

【００３９】ステンシル型レチクルでは、素通し領域を
通過したビーム電流がターゲットに投影され、素通し領
域に隣接する領域に当たったビーム電流は吸収される。
散乱型レチクルでは、サブフィールドは極度に薄いメン
ブレンで形成され、その一部を重金属が覆ってパターン
を作っている。レチクルのサブフィールドに入射したビ
ーム電流は小さい角度内に散乱されたり（重金属の覆い
が無いときには）、大きな角度に散乱される（重金属部
分を通過したとき）。投影系の入射瞳には開口が有っ
て、フィルターの役割をし、大きく散乱されたビームと
小さな角度内に散乱されたビームを分離し、特定角度内
への散乱量の違いをターゲット上での強度コントラスト
に変換している。レチクルはまた、ステンシル型と散乱
型の両方の特徴を有するサブフィールドとしたり、ま
た、両方を全ての領域で組み合わせたり、特定の領域で
組み合わせたりして構成される。具体的に、例えば、上
記のステンシル型のレチクルにおいて荷電粒子を散乱す
るメンブレンによってパターン領域を形成し、このメン
ブレンに入射した荷電粒子が散乱されて荷電粒子ビーム
鏡筒や先に記した入射瞳に置かれた開口絞りによって遮
断してコントラストを形成するようにしても良い。この
ようなレチクルを特に散乱ステンシルという。上記の散
乱型レチクルにおいても、荷電粒子を小さな角度内に散
乱させる領域を本発明では素通し領域という。

【００４０】本発明の実施の形態では、ビーム成形開口
１６０があり、その上に荷電粒子源１０５の荷電粒子放
出面の像がコンデンサーレンズ１１５によって作られ
る。その結果、成形開口は一様に照明されることにな
る。照明ダブレット１２０と１２５によって成形開口１
６０の像がレチクルに形成される。ダブレットの結像倍
率は一般的には０．５である。（成形開口の大きさはサ
ブフィールドの約２倍である。）成形開口の像は成形偏
向板１７０と１７５によって偏向されて、（好ましくは
静電的に）、レチクル１５０の素通し領域に位置され
る。このことを以下に記す。成形偏向板１７０，１７５
それぞれはビームを直行方向に偏向する一対又は二対の
板を持っている。板の断面は平らであっても、曲がって
いても（たとえば、円）、であってもよい。

【００４１】本発明の好ましい実施では、電子源１０５
の電子放出面が成形開口１６０に結像され、電子源の第
１のクロスオーバーが補助レンズ１１０によってコンデ
ンサレンズ１１５の面に作られる。電子源の他のクロス
オーバー位置は１８０とコントラスト開口の位置１５５
にある。このコントラスト開口１５５は投影ダブレット
１３５の下段のレンズの前焦点面にある。示されている
ように、成形偏向板１７０と１７５は電子源のクロスオ
ーバー１８０の上と下に配置されている。成形偏向板に
印可する電圧は電子源のクロスオーバー１８０に偏向中
心が一致するように調整される。このことによって、コ
ントラスト開口１５５でのビームの動きが防止される。
さもなければ、ウェハ上での強度が変動し、これを他の
方法でコントロールすることは非常に困難となる。

【００４２】対称性が理想的であり、すなわち、成形偏
向板は小さく、電子源のクロスオーバー１８０の上下で
対称になっていると、成形偏向板に印可する電圧は同じ
でよい。しかしながら、製造上の許容誤差や電子源のク
ロスオーバー位置の位置会わせ精度を考えると、成形偏
向板に印可する電圧は可変でなければならない。さら
に、板の取り付けに関しても、回転可能な機構を有する
部材に取り付け、静電偏向がレチクルパターンによって
決まるに沿ってなされるようにする。

【００４３】付け加えて、静電偏向を行う場合にはなさ
れているように、偏向板に印可する信号を供給する電圧
源はクロスカプリングを持っていて、一対の偏向板の１
つの軸に印可された電圧の一部が同対の偏向板の他の軸
にも印可さえるようになっている。

【００４４】図２を参照すると、本発明によるレチクル
１５０が平面図として示されている。レチクル内のサブ
フィールドが散乱型であるか、ステンシル型であるか、
ふたつの組み合わせ型であるかに係わらず、レチクルの
動作部は非常に薄いシリコンのメンブレンと金属やその
類似物から出来ている。レチクルの構造的強度や大きさ
からみた安定性を増すために、一次元や２次元の梁構造
が一般的にレチクル全体に導入されている。２次元的な
梁構造２２０が図２に記されている。レチクルを製作す
る際には一般的にはパターンを持たない小さなメンブレ
ン領域２３０を梁とパターン領域の間に残す。これをス
カート(skirt)という。

【００４５】上で述べた格子の機能と矛盾無ければ、場
所によっては梁を省略することがある。例えば、図２が
示しているように、円２４０で囲まれた領域では十字の
梁が省略されている；しかしながら、基本的に４つのサ
ブフィールドを取り囲む梁部は残されている。本発明に
従って、マスクのメンブレンのいくつかのサブフィール
ド領域はパターンが描かれるが、少なくとも１つのサブ
フィールド領域は素通しのままで、開口の形や大きさが
自由になるようになっている。梁を取り去ることはサブ
フィールドと同じ位の大きさをもつ開口が作られる領域
に熱が伝わらないので好ましいと考えられる。というの
は、レチクルの構造は開口に隣接するサブフィールドの
境界で非対称性が強く、もし熱が素通しのサブフィール
ドの境界に沿って流れると、熱的な歪が増加しそうだか
らである。

【００４６】成形開口の像はサブフィールドの大きさに
対応しているから、レチクルのサブフィールドは同時に
全体が電子ビーム投影装置の通常の動作で照明され、素
通しサブフィールド全体が照明されて、ターゲットに直
接パターンが描ける。同じ理由で、レチクル開口（レチ
クルの素通し領域分）もサブフィールドのフルサイズよ
りも小さくでき、形状も望みのように出来る。例えば、
図３にはサブフィールド全体（スカート部分だけ小さ
い）が素通しとして示され、一方、三角形状の素通し領
域が図４に示されている。

【００４７】先に記したように、成形開口１６０の像３
１０が偏向されて（静電的に）、openedサブフィールド
のレチクル開口２５０に重ねられる。図３で説明したよ
うに、そのような偏向によって長方形の像が出来、成形
開口とレチクル開口の重なりを制御することによって大
きさと両辺の比は自由に選択できる。同様に、図４に示
されているように、どんな大きさの三角形の像も同じ方
法によって作られる。違ったレチクル開口形状を使うこ
とも出来る。図３と４に記されたふたつの形状は本発明
の目的を示すための例であると考えるべきである。

【００４８】このようにして出来た合成成形ビームは投
影ダブレットによって縮小されてターゲット上に投影さ
れる。これは、レチクルの開口によって形成されたサブ
フィールドのパターンの場合と同じである。しかしなが
ら、この合成成形ビームはレチクルの下流において自由
に偏向することが可能であり、本質的には電子ビーム投
影装置をして描画装置と同様な機能をもたらしめるもの
である。（梁のない）隣接するサブフィールドのメンブ
レン領域でで、ビームが重ね合わされて合成像が出来る
部分で散乱されたビームは主としてビームのチューブで
止められたり、（図１中に１９０として示され、通常は
電子ビーム投影システムに含まれている）、それに加え
て／または、レチクルの下流にあるコントラスト開口に
よって止められる。

【００４９】このように直接描く機能を有するために電
子ビーム装置の操作に柔軟性が高まり、操作が経済的に
なる。もし、設計が変更になったら、変更に対応するパ
ターンが新たなレチクルを容易する必要なく直接に描く
ことが出来る。一方で、全ての修正が必要ない全てのサ
ブフィールドに対しては、開口サブフィールド２５０が
有効である限り、電子ビーム投影装置の持つ高いスルー
プットを維持できる。例え、そのような開口サブフィー
ルドが元々レチクル上には無かったとしても、サブフィ
ールドの一部を除去するという簡単な方法によって開口
は形成される。設計に修正が有ろうが無かろうが、本発
明の可変ビーム成形によって高分解能を要するパターン
がつなぎあわせによって描かれる。

【００５０】付け加えるに、評価されるべき点は、本発
明を実施することによりターゲット、ウェハ上に形成さ
れるパターンの忠実性が高くなると言う利点が有るとい
うことである。特に、合成された像は一様な電流密度で
あるためローカルクーロン効果が生じない。

【００５１】図５が示しているのは、本発明を利用した
半導体デバイスの製造方法の全体を示すフローチャート
である。当業者には容易に理解される筈であるが、図５
は半導体デバイス製造方法の工程で重要度の高いものを
同様に示したものである。また、同様に理解されるべき
点は、重要度の高い工程図には一般化された、好ましい
製造方法が用いられること、違った製造方法にも本発明
が適応可能であることである。特定の製造方法に関する
詳細は本発明の実施にとって重要では無い。しかしなが
ら、少なくとも１つのリソグラフィ的な露光は必ず必要
であって、デバイスの位置や大きさが決められる。先に
記した本発明を利用してリソグラフィックな工程を実施
すると、高精度な形状パターンが高いスループットをも
って達成される。そして、機能が増し、性能が向上した
集積回路が製造される。これは本発明を含まない他のリ
ソグラフィ的な技術では出来ないものである。

【００５２】図５を参照して、半導体製造は工程Ｓ１０
のマスク準備から始まる。マスク準備には公知の方法に
よってマスクにパターンが含まれる。このための方法に
は、例えば、レジスト塗布、電子ビーム露光、現像、エ
ッチング、レジスト剥といった技術が含まれている。マ
スクが完成すると、マスクは検査され、必要なら修正が
施される。マスクにある欠陥を修正するには、検査後に
マスクのパターン形成が再度なされる。できあがったマ
スクは工程１４のウェハ処理工程で使用される。

【００５３】ウェハの製造工程には単結晶の成長、成長
した結晶の機械的処理、例えば、切り出し作業や端部の
丸め処理などがある。次にウェハは研磨され、公知の方
法によって必要に応じて熱処理が施される。例えば、不
純物や汚れ除去、結晶中の欠陥処理などである。その
後、ウェハは欠陥検査が行われる。ウェハが出来、欠陥
が所定の許容量以下であるとウェハ処理工程が始まる。
ウェハ処理工程ではウェハに薄膜がコートされる。この
時の方法としては例えば蒸着やスパッタリング法、ＣＶ
Ｄ法、イオン注入法等があり、薄膜を形成する目的物質
によって決められる。薄膜がウェハ上に形成されると、
必要に応じて薄膜は加工され、所定の電気特性が付与さ
れる。この薄膜の加工には、例えば回路パターンを形成
するためのエッチング、絶縁僧を形成するための酸化処
理や電気伝導度を制御するための不純物のドーピング処
理がある。注入処理は良く知られていて、例えばイオン
注入法、熱拡散法、ドープされた層を付けるといった処
理方法がある。

【００５４】当業者には良く知られているように、ウェ
ハはウェハ処理工程後洗浄される。（例えば、エッチン
グ、膜形成、イオン注入後である）。また、知られてい
ることとしては、いくつかの処理工程、例えばふたつ又
はそれ以上のＣＶＤ工程とか、そういった工程が施さ
れ、必要ならこういった工程のそれぞれの間にウェハの
洗浄が行われる。ウェハの洗浄と処理工程が繰り返さ
れ、その程度は最終製品の目的によって決められる。

【００５５】薄膜は工程Ｓ１０にて作られたマスクを用
いてパターン化される。薄膜のパターン化には、リソグ
ラフィ工程によるレジストの露光（マスクによる荷電粒
子の露光と／又はマスクの素通し領域と成形開口の合成
像による荷電粒子の露光）を行い、レジストに潜像を形
成する。荷電粒子の露光は図５Ｂを参照して、詳細に行
う。良く知られているように、荷電粒子露光はレジスト
をあらかじめ決められたパターンを作るためにレジスト
の化学的性質を変える。レジストは次に現像されて露光
に従ったパターンが形成され、欠陥検査がなされる。

【００５６】欠陥検査後、ウェハはベーキングされてレ
ジストパターンの安定化が図られる。そして、所定の処
理の後（例えば、エッチング、幕形成、イオン注入のよ
うな処理）、レジストは剥離され、必要に応じて洗浄さ
れる。工程Ｓ１４の荷電粒子露光は何度も繰り返され、
各層のパターン形状がなされる。さらに、ウェハは各の
荷電粒子露光の後に洗浄されることもある。用途によっ
ては、ウェハは絶縁体層によってコートされ、コンタク
トホールが作られてデバイスの電気的な接続が図られ
る。

【００５７】工程Ｓ１６では、パターン形成されたウェ
ハがデバイスに組み上がられる。この工程には試験、検
査とウェハの切断が行われ、ウェハから切り出されたチ
ップのボンディングがなされる。ボンディングはリード
線を半導体デバイスの電極部に結合することである。汲
み上げられたチップはシール等のパッケイジング処理が
なされて安定に動作するようになされ、全体的に欠陥が
無いかどうか、検査される。Ｓ１８工程で、組み上げら
れた半導体チップは検査され、試験されて工程Ｓ２０で
市場に出荷される。

【００５８】図５Ｂには、レジストパターン形成工程の
詳細が示されている。それは、図５の工程Ｓ１４の詳細
説明である。当業者には容易に分かるように、リソグラ
フィック工程Ｓ２２〜Ｓ２６には必ずレジスト上に潜像
を形成する過程があり、レジストのパターン形成はデバ
イス全体の設計に重要である。それは、そのような潜像
をレジスト上で現像するための技術が如何に優れようと
電子回路要素の位置と大きさは露光工程にとって決まる
からである。先ず、レジスト塗布工程Ｓ２２が示されて
いる。工程２４で、図５Ａの工程Ｓ１０で作られたマス
クを使い、電子によってレジストが露光される。この露
光は、例えば電子ビームステッパーにより行われる。更
に、本発明を用いることによって合成像の露光が高いス
ループット、高い解像度と精度を有して行われ、レチク
ルやマスクのサブフィールドに回路パターン全体を配置
する必要がない。工程Ｓ２６で、レジストが現像されて
工程Ｓ２４殿露光に従ったパターンが現像され、工程Ｓ
２６でレジストがアニールされる。そのようなパターン
が出来ると、半導体デバイス製造工程は先に記したよう
に行われる。

【００５９】今まで記したことより分かるように、本発
明は電子ビーム投影装置には以前から知られていた重大
な、また解決しにくい問題を解決し、半導体集積回路や
他の重要なリソグラフィックな応用にとって重要な、よ
り高解像への体制を提供するものである。そして、これ
らの利点を得るにも、必要最低限の少量のサブフィール
ドを直接描画することによって経済的コストが極低くな
っている。また、設計変更に対しても、レチクルを作る
コストに比べても小さいものであり、それにもかかわら
ず重要な所により高い解像度を提供出来る。

【００６０】本発明は１つの好ましい実施の形態によっ
て説明されているが、当業者にとっては、発明が請求項
の技術思想の範囲内で変更して実施可能であることは言
うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 荷電粒子ビームの鏡筒で、本発明の好ましい
形態のものを示す。

【図２】 本発明の投影用のレチクルの一部の平面図で
ある。

【図３】 本発明のビーム成形の平面図である。

【図４】 本発明のビーム成形の変形であって、図３に
示されたビーム成形のような、他の形態と共に使われる
ものの平面図である。

【図５】 本発明を用いる半導体集積回路も製造する方
法である。

【符号の簡単な説明】

１００ ．．． 荷電粒子ビーム鏡筒 １０５
．．． 電子源（荷電粒子源） １１５ ．．． コンデンサーレンズ １１０
．．． 補助レンズ １２０、１２５ ．．． 照明ダブレット１２０、１２
５、 １４０ ．．． ターゲット １３０，１３５ ．．． プロジェクターダブレット１
３０，１３５ １５０ ．．． レチクル １６０ ．．． ビーム成形開口 １７０，１７５ ．．．成形偏向板 １８０，１５５ ．．．クロスオーバー位置 ２１０ ．．． サブフィールド ２２０
．．． 梁 ２３０ ．．． スカート ２５０
．．． 素通し領域 ３１０ ．．． 成形開口の像 Ｓ１０ ．．． マスク準備工程 Ｓ１２
．．． ウェハ製造工程 Ｓ１４ ．．． ウェハ処理工程 Ｓ１６ ．．． チップ組立工程 Ｓ１８
．．． チップ検査工程 Ｓ２０ ．．． 出荷工程 Ｓ２２ ．．． レジスト塗布工程 Ｓ２４
．．． 露光工程 Ｓ２６ ．．． レジスト剥離工程 Ｓ２８
．．． アニール工程

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｂ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｍ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビーム投影リソグラフィ装置で
   あって、 成形開口と、 素通し領域を有する、パターン化されたレチクルと、 該成形開口の像を該レチクルの素通し領域の一部に形成
   する結像手段で、 成形開口によって成形された荷電粒子ビームを偏向する
   手段を有し、 偏向中心を該荷電粒子ビーム投影リソグラフィック装置
   の荷電粒子源のクロスオーバー位置に有する結像手段
   と、 を有することを特徴とする荷電粒子ビーム投影リソグラ
   フィ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の荷電粒子ビーム投影リソ
   グラフィ装置であって、前記成形開口の像の大きさは前
   記レチクルの前記素通し領域の大きさに対応しているこ
   とを特徴とする荷電粒子ビーム投影リソグラフィ装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム投
   影リソグラフィ装置であって、前記荷電粒子ビームを偏
   向する前記手段は一対の静電偏向板を有することを特徴
   とする荷電粒子ビーム投影リソグラフィ装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム投
   影リソグラフィ装置であって、前記荷電粒子ビームを偏
   向する前記手段は荷電粒子源のクロスオーバー位置の上
   流と下流にそれぞれ一対の偏向器を有することを特徴と
   する荷電粒子ビーム投影リソグラフィ装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の荷電粒子ビーム投影リソ
   グラフィ装置であって、 前記成形開口の像の大きさは前記レチクルのサブフィー
   ルドの大きさに対応していることを特徴とする荷電粒子
   ビーム投影リソグラフィ装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の荷電
   粒子ビーム投影リソグラフィ装置であって、 前記荷電粒子ビーム投影リソグラフィ装置のレンズに関
   して、前記荷電粒子源のクロスオーバーとコントラスト
   開口が共役であることを特徴とする荷電粒子ビーム投影
   リソグラフィ装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の荷電
   粒子ビーム投影リソグラフィ装置であって、 前記レチクルが散乱ステンシル型、散乱型のいずれかで
   あることを特徴とする荷電粒子ビーム投影リソグラフィ
   装置。
8. 【請求項８】 荷電粒子ビームを用いたリソグラフィの
   方法であって、 レチクルのパターン領域に形成されたパターンをターゲ
   ットに投影する工程と、 成形開口を前記レチクルの素通し領域の一部分に投影
   し、ターゲット上で合成像を得る工程とを有することを
   特徴とするリソグラフィ法。
9. 【請求項９】 請求項８記載のリソグラフィ法であっ
   て、 前記成形開口と前記レチクルの素通し領域部の合成像が
   長方形、または三角形であることを特徴とするリソグラ
   フィ法。
10. 【請求項１０】 請求項８又は９記載のリソグラフィ法
    であって、 荷電粒子源のクロスオーバーの位置に偏向中心が来るよ
    うに成形開口の像を偏向する工程を有することを特徴と
    するリソグラフィ法。
11. 【請求項１１】 請求項８乃至１０のいずれかに記載の
    リソグラフィ法であって、 前記レチクルを１つの面内に収める工程を有することを
    特徴とするリソグラフィ法。
12. 【請求項１２】 請求項８乃至１１記載のリソグラフィ
    法であって、 素通し領域に隣接する領域から散乱された荷電粒子を集
    める工程を有することを特徴とするリソグラフィ法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載のリソグラフィ法であ
    って、 前記荷電粒子を集める工程がビームの鏡筒とコントラス
    ト開口の内の少なくとも１つによなされることを特徴と
    するリソグラフィ法。
14. 【請求項１４】 半導体デバイス製造方法であって、 レチクルのパターン領域に形成されたパターンをウェハ
    に投影する工程と、 成形開口を前記レチクルの素通し領域の一部分に投影
    し、ウェハ上のレジストを露光するためにウェハ上で合
    成像を得る工程と、 前記成形開口の像に対応する、レジスト上のパターンに
    従ってウェハを処理する工程と、を有することを特徴と
    する半導体デバイス製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の半導体デバイス製造
    方法であって、 前記成形開口と前記レチクルの素通し領域の合成像が長
    方形、または三角形であることを特徴とする半導体デバ
    イス製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１４又は１５のいずれかに記載
    の半導体デバイス製造方法であって、 荷電粒子源のクロスオーバーの位置に偏向中心が来るよ
    うに成形開口の像を偏向する工程を有することを特徴と
    する半導体デバイス製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１４乃至１６のいずれかに記載
    の半導体デバイス製造方法であって、 前記レチクルを１つの面内に収める工程を有することを
    特徴とする半導体デバイス製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１４乃至１７のいずれかに記載
    の半導体デバイス製造方法であって、 素通し領域に隣接する領域から散乱された荷電粒子を集
    める工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造
    方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８記載の半導体デバイス製造
    方法であって、 前記荷電粒子を集める工程がビームの鏡筒とコントラス
    ト開口の内の少なくとも１つによなされることを特徴と
    する半導体デバイス製造方法。