JP2002170760A

JP2002170760A - 荷電粒子ビーム露光装置、荷電粒子ビーム露光方法及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2002170760A
Application number: JP2000366846A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Okino; 輝昭沖野; Shintaro Kawada; 真太郎河田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2002-06-14
Also published as: US20020123168A1; US6894291B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】安定した荷電粒子ビームにより高精度な露光
を行うことができる荷電粒子ビーム露光装置を提供す
る。【解決手段】第１投影レンズ１５の下方に、複数の開
口部の広い遮蔽板（絞り）を設置する。上方にある遮蔽
板９１の開口部は、下方にある遮蔽板９３の開口部より
大きい。遮蔽板の中央部分には、孔９９が設けられてい
る。孔９９は、荷電粒子ビームの偏向方向に合わせて帯
状に延びている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、半導体集積
回路等のリソグラフィーに用いられる電子線やイオンビ
ームを用いる荷電粒子ビーム露光装置及び露光方法に関
する。また、そのような荷電粒子ビーム露光装置・露光
方法を用いてリソグラフィー工程を行うデバイス製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の集積度はますま
す上り、その回路パターンは一層微細化している。従
来、半導体ウェハのパターン転写には光ステッパーが主
に用いられてきた。この転写のための原版となるマスク
は電子線で描画作成するのが通常である。さらに、より
高集積・超微細のパターンをデバイス上に形成するた
め、各ウェハの露光にも電子線露光を用いるとの提案が
なされている。

【０００３】しかしながら、電子線露光はスループット
が低いのが欠点であり、この欠点を解消すべく様々な技
術開発がなされてきた。現在では、セルプロジェクショ
ン、キャラクタープロジェクションあるいはブロック露
光と呼ばれる図形部分一括露光方式が実用化されてい
る。図形部分一括露光方式では、繰り返し性のある回路
小パターン（ウェハ上で５μm 角程度）を、同様の小パ
ターンが複数種類形成されたマスクを用いて、１個の小
パターンを一単位として繰り返し転写露光を行う。しか
し、この方式でも、繰り返し性のないパターン部分につ
いては可変成形方式の描画を行う。

【０００４】一方、図形部分一括露光方式よりも飛躍的
に高いスループットをねらう電子線転写露光方式とし
て、一個の半導体チップ全体の回路パターンを備えたマ
スクを準備し、そのマスクのある範囲に電子線を照射
し、その照射範囲のパターンを投影レンズにより縮小転
写する電子線縮小転写装置が提案されている。

【０００５】この種の装置では、マスクの全範囲に一括
して電子線を照射して一度にチップパターン全体を転写
しようとすると、精度良くパターンを転写することがで
きない。また、原版となるマスクの製作が困難である。
そこで、最近精力的に検討されている方式は、１ダイ
（ウェハ上のチップ）又は複数ダイを一度に露光するの
ではなく、パターンは小さな領域（サブフィールド）に
分割して転写露光し、ウェハ上では各サブフィールド上
のパターンの像を繋ぎ合わせてチップパターン全体を形
成するという方式である（ここでは分割転写方式と呼ぶ
こととする）。各サブフィールドの転写毎に光学系の収
差や倍率・位置補正を行うことにより高精度のパターン
形成を行うことができる。なお、各サブフィールドを露
光する際には、電子光学系内で電子線を偏向したり、マ
スクやウェハを機械的に移動させる。

【０００６】上記セルプロジェクションでは、通常、厚
さ２０μm 程度の比較的厚いＳｉ膜（非パターン部）に
孔明きパターンが微細加工された、いわゆる吸収ステン
シルマスクが使用される。この吸収ステンシルマスクで
は、非孔明き部（非パターン部）に当たったビームは吸
収され、孔明きパターン部ではビームが通過することに
よりパターン化されたビームが得られる。

【０００７】分割転写方式でも、当初は吸収ステンシル
マスクの使用が検討された。しかしながら、電子ビーム
転写露光のさらなる高スループット化に向けてビーム電
流を一層増大させる動きが進んでおり、吸収ステンシル
マスクでは対応できなくなってきている。というのは、
非パターン部で吸収された電子ビームはマスクのヒート
アップを起こすが、ビーム電流増大によってこのヒート
アップに起因するマスクの熱膨張が重大な問題となるか
らである。

【０００８】そこで、メンブレン部（非パターン部）に
当たったビームも、散乱されるだけでほとんど吸収され
ることなくマスクを透過する散乱ステンシルマスクが提
案されるに至った。散乱ステンシルマスクでは、孔明き
パターンを通過するビームは散乱されず、メンブレン部
を透過するビームは散乱される。そして、投影光学系中
には、マスク面のフーリエ面となる投影レンズのビーム
収束面（レンズの後焦点面）又はその近傍に、マスクで
散乱された電子ビームを捕捉してウェハ方向への通過を
阻止するコントラスト開口（絞り）を設けて散乱された
ビームを排除し、ウェハ上には散乱されなかったビーム
を結像させてパターンのコントラストを得る。

【０００９】ところで、ステンシルマスクでは、孔明き
部の中央に島状の非孔明き部を設けることはできない。
島状の非孔明き部を構成する膜の部分が、重力に対して
サポートできないからである。このような不都合をドー
ナッツパターン問題などという。この問題に対処するに
は、島状の非孔明き部の周りをぐるりと囲む孔明き部を
分けて別々の二つのパターン領域に形成し、該二つのパ
ターン領域を別々にウェハに投影露光する。そして、ウ
ェハ上で二つの孔明き部を繋げて一周分の露光部とその
中央の島状の非露光部を形成する。このような手法をパ
ターンのコンプリメンタリー分割という。しかし、この
コンプリメンタリー分割を行うと、１つのパターンを形
成するのに２回露光を行わなければならず、露光のスル
ープットがその分低下するので好ましくない。

【００１０】そこで、照明ビームが比較的散乱を受けな
いで透過する薄い基膜上に、照明ビームが比較的高い散
乱を受けて透過するパターン膜（高散乱体膜）を形成し
た散乱メンブレンマスクが提案された。この散乱メンブ
レンマスクは、上述の島状パターンも、１つのマスクを
用いた１回の露光で形成できるのでスループットを向上
できる。

【００１１】特公平８−３４１６９には、散乱メンブレ
ンマスクを用いる荷電粒子ビーム露光装置の一例が示さ
れている。この例では、レンズの後焦点面に小さな孔
（開口）を設けた絞りを設置し、マスクで散乱された電
子ビームのほとんどを遮るようにしている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
８−３４１６９の方法においては、以下のような問題点
がある。（１）マスクで散乱された電子ビームの多くが絞りに当
たる。この散乱電子の衝突エネルギにより、絞りの温度
が上昇する。絞りの温度が上昇すると、絞り部材が熱膨
張を起こし、マスク非散乱部からウェハに入射するの電
子ビーム露光照射量が変動してしまう。（２）小さな孔の周辺に多くの電子ビームが照射される
ため、コンタミネーション（beam-induced specimen co
ntamination）が多く発生し、電子ビーム露光装置の運
用面で種々の障害を引き起こす。

【００１３】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、安定した荷電粒子ビームにより高精度
の露光を行うことができる荷電粒子ビーム露光装置等を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の荷電粒子ビーム露光装置は、感応基板上
に転写すべきパターンを有するマスクに荷電粒子ビーム
（照明ビーム）を当てる照明光学系と、前記マスクを
通過した荷電粒子ビームを感応基板上に投影結像させる
投影光学系と、を備える荷電粒子ビーム露光装置であ
って；前記マスクには、前記照明ビームが比較的散乱
を受けないで透過する低散乱部及び／又は孔、並びに、
前記照明ビームが比較的高い散乱を受けて透過する高散
乱部、が形成されており、前記投影光学系中の前記マ
スク寄りのレンズの後焦点面位置と前記マスクとの間
で、前記マスクの高散乱部で散乱を受けた荷電粒子ビー
ムの９０％以上を遮るように構成されていることを特徴
とする。これにより、後焦点面位置に設置するコントラ
スト開口（絞り）の温度上昇によるビームの不安定化や
コンタミネーションによる悪影響を抑制できる。

【００１５】上記荷電粒子ビーム露光装置においては、
前記マスク寄りのレンズの後焦点面位置と前記マスクと
の間に、投影光学系光軸部には孔を有する複数段の散乱
荷電粒子ビーム遮蔽板を設けることができる。このよう
にして、後焦点面より上方に複数の遮蔽板を設けること
により、数段階に分けて散乱分子を遮ることができるの
で、遮蔽板の温度上昇によるビームの不安定化が抑制で
きる。また、遮蔽板は大きな開口で形成することができ
るので、コンタミネーションによる悪影響を抑制でき
る。

【００１６】上記荷電粒子ビーム露光装置においては、
前記孔が荷電粒子ビームの偏向方向に帯状に延びる長孔
であることが好ましい。これにより、偏向走査ビームを
遮ることなく散乱電子を遮断できる。

【００１７】前記荷電粒子ビーム露光装置においては、
前記照明ビームの加速電圧が５０kV以上であることが好
ましい。

【００１８】本発明の荷電粒子ビーム露光方法は、感
応基板上に転写するパターンを有するマスクを荷電粒子
ビーム（照明ビーム）で照明し、マスクを通過してパタ
ーン化された荷電粒子ビーム（パターンビーム）を感応
基板上に投影結像させる荷電粒子ビーム露光方法であっ
て；前記マスクには、前記照明ビームが比較的散乱を
受けないで透過する低散乱部及び／又は孔、並びに、前
記照明ビームが比較的高い散乱を受けて透過する高散乱
部を形成し、前記投影光学系中の前記マスク寄りのレ
ンズの後焦点面位置と前記マスクとの間で、前記マスク
の高散乱部で散乱を受けた荷電粒子ビームの９０％以上
を遮ることを特徴とする。

【００１９】本発明のデバイス製造方法は、上記の荷電
粒子ビーム露光方法を用いるリソグラフィー工程を含む
ことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。まず、分割転写方式の電子線投影露光技術の概要に
ついて説明する。図２は、分割転写方式の電子線投影露
光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要
を示す図である。光学系の最上流に配置されている電子
銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下
方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられてお
り、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によっ
て収束されブランキング開口７にクロスオーバーC.O.を
結像する。

【００２１】二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩
形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム
成形開口）４は、マスク１０の一つのサブフィールド
（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明
ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９
によってマスク１０に結像される。

【００２２】ビーム成形開口４の下方には、ブランキン
グ偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に
照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部
に当て、ビームがマスク１０に当たらないようにする。
ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器８が配
置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを図２
の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野
内にあるマスク１０の各サブフィールドの照明を行う。
偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。
照明レンズ９は、マスク１０上にビーム成形開口４を結
像させる。

【００２３】マスク１０は、実際には（図３を参照しつ
つ後述）光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多
数のサブフィールドを有する。マスク１０上には、全体
として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チ
ップパターン）が形成されている。マスク１０は移動可
能なマスクステージ１１上に載置されており、マスク１
０を光軸垂直方向（ＹＸ方向）に動かすことにより、照
明光学系の視野よりも広い範囲に広がるマスク上の各サ
ブフィールドを照明することができる。マスクステージ
１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設
されており、マスクステージ１１の位置をリアルタイム
で正確に把握することができる。

【００２４】マスク１０の下方には投影レンズ１５及び
１９並びに偏向器１６が設けられている。マスク１０の
１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ
１５、１９、偏向器１６によってウェハ２３上の所定の
位置に結像される。投影レンズ１５、１９及び偏向器１
６（像位置調整偏向器）の詳しい作用については、図４
を参照して後述する。ウェハ２３上には、適当なレジス
トが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与え
られ、マスク上のパターンが縮小されてウェハ２３上に
転写される。

【００２５】マスク１０とウェハ２３の間を縮小率比で
内分する点にクロスオーバC.O.（レンズの後焦点）が形
成され、同クロスオーバ位置（後焦点面）の上方には複
数段の遮蔽板１８が設けられている。遮蔽板１８は、マ
スク１０で散乱された電子線がウェハ２３に到達しない
よう遮断する。この遮蔽板１８の詳細については後述す
る。

【００２６】ウェハ２３の直上には反射電子検出器２２
が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ
２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子
の量を検出する。例えばマスク１０上のマークパターン
を通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、そ
の際のマークからの反射電子を検出することにより、マ
スク１０と２３の相対的位置関係を知ることができる。

【００２７】ウェハ２３は、静電チャック（図示され
ず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２
４上に載置されている。上記マスクステージ１１とウェ
ハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査するこ
とにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパタ
ーン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェ
ハステージ２４にも、上述のマスクステージ１１と同様
の位置検出器２５が装備されている。

【００２８】上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び
各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２
ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６
ａを介してコントローラ３１によりコントロールされ
る。また、マスクステージ１１及びウェハステージ２４
も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、制御部３
１によりコントロールされる。ステージ位置検出器１
２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフ
ェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号
を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフ
ェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。

【００２９】コントローラ３１は、ステージ位置の制御
誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正
する。これにより、マスク１０上のサブフィールドの縮
小像がウェハ２３上の目標位置に正確に転写される。そ
して、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わさ
れて、マスク上のチップパターン全体がウェハ上に転写
される。

【００３０】次に、分割転写方式の電子線投影露光に用
いられるマスクの詳細例について、図３を参照しつつ説
明する。図３は、電子線投影露光用のマスクの構成例を
模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、
（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブ
レン領域の平面図である。このようなマスクは、例えば
シリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことに
より製作できる。

【００３１】図３（Ａ）には、マスク１０における全体
のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数
の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィー
ルドに対応したパターン領域を含む小メンブレン領域
（厚さ０．１μm 〜数μm ）である。図３（Ｃ）に示す
ように、小メンブレン領域４１は、中央部のパターン領
域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パ
ターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィール
ド４２は転写すべきパターンの形成された部分である。
スカート４３はパターンの形成されてない部分であり、
照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形態と
しては、電子線を散乱するメンブレンに孔開き部を設け
るステンシルタイプと、電子線の高散乱体からなるパタ
ーン層を電子線を透過させるメンブレン上に形成する散
乱メンブレンタイプとがある。本発明は両タイプのマス
クに適用できる。

【００３２】一つのサブフィールド４２は、現在検討さ
れているところでは、マスク上で０．５〜５mm角程度の
大きさを有する。投影の縮小率を１／５とすると、サブ
フィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさ
は、０．１〜１mm角である。小メンブレン領域４１の周
囲の直交する格子状のグリレージと呼ばれる部分４５
は、マスクの機械強度を保つための、例えば厚さ０．５
〜１mm程度の梁である。グリレージ４５の幅は、例えば
０．１mm程度である。なお、スカート４３の幅は、例え
ば０．０５mm程度である。

【００３３】図３（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ
方向）に多数の小メンブレン領域４１が並んで一つのグ
ループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、その
ようなエレクトリカルストライプ４４が図の縦方向（Ｙ
方向）に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を
形成している。エレクトリカルストライプ４４の長さ
（メカニカルストライプ４９の幅）は照明光学系の偏向
可能視野の大きさに対応している。なお、一つのエレク
トリカルストライプ４４内における隣り合うサブフィー
ルド間に、スカートやグリレージのような非パターン領
域を設けない方式も検討されている。

【００３４】メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並
列に複数存在する。隣り合うメカニカルストライプ４９
の間にストラット４７として示されている幅の太い梁
は、マスク全体のたわみを小さく保つためのものであ
る。ストラット４７はグリレージ４５と一体である。

【００３５】現在有力と考えられている方式によれば、
１つのメカニカルストライプ（以下単にストライプと呼
ぶ）４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（エレク
トリカルストライプ４４）は電子線偏向により順次露光
される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続
ステージ走査により順次露光される。

【００３６】図４は、マスクからウェハへのパターン転
写の様子を模式的に示す斜視図である。図の上部にマス
ク１０上の１つのストライプ４９が示されている。スト
ライプ４９には上述のように多数のサブフィールド４２
（スカートについては図示省略）及びグリレージ４５が
形成されている。図の下部には、マスク１０と対向する
ウェハ２３が示されている。

【００３７】この図では、マスク上のストライプ４９の
一番手前のエレクトリカルストライプ４４の左隅のサブ
フィールド４２−１が上方からの照明ビームＩＢにより
照明されている。そして、サブフィールド４２−１を通
過したパターンビームＰＢが、２段の投影レンズと像位
置調整偏向器（図２参照）の作用によりウェハ２３上の
所定の領域５２−１に縮小投影されている。パターンビ
ームＰＢは、マスク１０とウェハ２３の間で、２段の投
影レンズの作用により、光軸と平行な方向から光軸と交
差する方向へ、そしてその逆に計２回偏向される。

【００３８】ウェハ２３上におけるサブフィールド像の
転写位置は、マスク１０とウェハ２３との間の光路中に
設けられた偏向器（図２の符号１６）により、各パター
ン小領域４２に対応する被転写小領域５２が互いに接す
るように調整される。すなわち、マスク上のパターン小
領域４２を通過したパターンビームＰＢを第１投影レン
ズ及び第２投影レンズでウェハ２３上に収束させるだけ
では、マスク１０のパターン小領域４２のみならずグリ
レージ４５及びスカートの像までも所定の縮小率で転写
することとなり、グリレージ４５等の非パターン領域に
相当する無露光領域が各被転写小領域５２の間に生じ
る。このようにならないよう、非パターン領域の幅に相
当する分だけパターン像の転写位置をずらしている。な
お、Ｘ方向とＹ方向に位置調整用偏向器が設けられてい
る。

【００３９】ここで、電子ビームの散乱について説明す
る。マスク１０の散乱部から散乱した電子ビームは相当
な範囲に広がる。その散乱角は電子ビームの加速電圧
や、マスク１０に用いる散乱物質、マスク１０の膜厚等
により変化する。特に、最近企図されている露光装置に
用いられる膜厚のマスクを用いて、１００kV程度の加速
電圧で電子ビームを照射する場合には、相当広い範囲に
散乱する。

【００４０】ステンシルマスクで検討されている電子散
乱のシミュレーションと実測の例が、八尋らによる９９
年秋第６０回応用物理学会４ａ−Ｅ−４に開示されてい
る。この例では、２μm厚のSiメンブレンマスクを用
い、５０〜１４０kVの加速電圧で電子ビームを照射して
いる。図５は、マスクの散乱部から散乱した電子ビーム
の電子散乱角度分布を示す図である。図６は、マスクの
散乱部から散乱した電子ビームの電子散乱分布に対する
散乱率を示す図である。図６は、図５の電子散乱の円周
上を単位散乱角で積分したものである。

【００４１】図５には、横軸に散乱した電子ビームの電
子散乱角度分布が示されており、縦軸にそのときの電流
値が示されている。図５中には、シミュレーションデー
タが実線で示されており、実験データが点で示されてい
る。この例では、散乱角が０radのときはおよそ０．４n
Aの電流が流れるが、散乱角が１００mradのときは０．
２nAであり、散乱角が３００mradのときはおよそ０．０
３nAの電流しか流れない。

【００４２】図６は、図５の電子散乱の円周上を単位散
乱角で積分したものである。図６の横軸は電子散乱角度
を示しており、縦軸はマスクを透過する電子ビームに対
する散乱電子の率を示している。図６中にも、シミュレ
ーションデータが実線で示されており、実験データが点
で示されている。この例では、散乱角が０radのときの
散乱電子の率はおよそ０．２％であるが、散乱角が１０
０mradのときは２．８％であり、散乱角が３００mradの
ときはおよそ１．４％であった。

【００４３】また、ＳＣＡＬＰＥＬで検討されている電
子散乱の例が、MkrtchanらによるJ.Vac.Sci.Technol.B1
6,3385,1998に開示されている。ここには、２つの例が
示されている。１つは、３５０nm厚のSi₃Ｎ₄メンブレン
に２００nm厚のW（タングステン）散乱層を付加した散
乱メンブレンを用い、１２０kV程の加速電圧で電子ビー
ムを照射する例である。他方は、５０nm厚のSi₃Ｎ₄メン
ブレンに５０nm厚のW（タングステン）散乱層を付加し
た散乱メンブレンを用い、１２０kV程の加速電圧で電子
ビームを照射する例である。

【００４４】図７は、アパーチャの開口角に対する透過
率及びコントラストを示す図である。図７の横軸は電子
散乱角度を示しており、縦軸はマスクを透過する電子ビ
ームの透過率とコントラストを示している。図７中に
は、シミュレーションデータが線で示されており、実験
データが点で示されている。

【００４５】図７において透過率は、開口角が大きくな
るに従って通過する電子線が増えるので、高くなる。開
口角が０mradのときは、前者（３５０nm厚のSi₃Ｎ₄メン
ブレンに２００nm厚のW散乱層を付加した散乱メンブレ
ン）を用いた場合（７１）、透過率はほぼ０になり、後
者（５０nm厚のSi₃Ｎ₄メンブレンに５０nm厚のW散乱層
を付加した散乱メンブレン）を用いた場合（７３）、６
０％程になる。

【００４６】ところで、現在想定されている電子線露光
装置の投影光学系の後焦点面に形成されるクロスオーバ
像は、通常１〜２mm程度である。光学的な観点から、非
散乱部を通過した電子線は全てこのクロスオーバ点を通
ってウェハ２３面へ照射される。そのため、散乱電子を
遮るための絞り１８を後焦点面位置に設置する場合に
は、絞り１８の開口をクロスオーバ像より大きく設定す
る。この開口の径は、クロスオーバ像径が１〜２mm程度
の場合、例えば４〜５mm程度である。

【００４７】図８は、露光装置の投影光学系と電子散乱
分布との関係を示す概略図である。図８の上部には、マ
スク１０が示されている。マスク１０を通過した電子線
は、下方の後焦点面にある絞り１８に到達する。この図
において、マスク１０から絞り１８までの距離をＬ、電
子散乱角をαとすると、散乱角αに対してＬが十分に大
きい場合に、後焦点面位置での散乱電子の広がりはＬ×
αとなる。この散乱電子の広がりＬ×αが、絞り１８の
図の上部に電子線の散乱分布８１として図示されてい
る。

【００４８】例えば、２μm厚のSiメンブレンマスクを
用い、１００kV程の加速電圧で電子線を照射する。この
とき、マスク１０から絞り１８までの距離Ｌを３００m
m、鏡筒内の平均電子ビームパス径を１０mmとすると、
散乱角（開き半角）αは、１０mm／（２×３００mm）で
あるので、約１７mradとなる。ここで、図６を参照する
と、散乱角が１７mradのときには、散乱電子率は１％以
下である。すなわち、この場合は、マスクで散乱する電
子線の９９％以上はコントラスト開口に至る前に鏡胴等
に当るということである。したがって、電子散乱率がこ
の程度であれば、絞り１８を後焦点面位置に設置せずに
もっと上部に大きな径の開口板を置いても、十分に絞り
の効果が得られる。

【００４９】ここで、本発明の実施の形態に係る荷電粒
子ビーム露光装置の投影光学系における散乱電子遮蔽板
の詳細について説明する。図１は、本発明の実施の形態
に係る荷電粒子ビーム露光装置の投影光学系における散
乱電子遮蔽板の詳細を示す図である。図１（Ａ）は光学
系を模式的に示す図であり、図１（Ｂ）は遮蔽板の平面
図である。

【００５０】図１（Ａ）の図の上部には、マスク１０が
示されている。マスク１０の下方には、第１投影レンズ
１５が設置されている。本発明においては、第１投影レ
ンズ１５の下方に、２枚の開口部の広い遮蔽板（絞り）
９１、９３を設置する。上方にある遮蔽板９１の開口部
は、下方にある遮蔽板９３の開口部より大きい。遮蔽板
９３の下方の後焦点面には、クロスオーバ像が形成され
ている。後焦点面の下方には、第２投影レンズ１９が設
置されている。第２投影レンズ１９の下方には、ウェハ
２３が示されている。

【００５１】図１（Ａ）中には、第１投影レンズ１５を
通過した散乱電子９５、９７が破線で示されている。散
乱角の大きい散乱電子９５は、上方にある遮蔽板９１で
遮られる。散乱角の小さい散乱電子９７は、下方にある
遮蔽板９３で遮られる。

【００５２】図１（Ｂ）には、遮蔽板９１、９３の平面
図が示されている。遮蔽板９１、９３の中央部分には、
孔９９が設けられている。孔９９は、荷電粒子ビームの
偏向方向に合わせて帯状に延びている。孔９９の長さＢ
は、偏向走査ビームの偏向量に合わせて形成する。孔９
９の幅Ｈは、図１（Ａ）に示したように、散乱電子を遮
るように、散乱角と設置位置を考慮して決める。

【００５３】このようにして、後焦点面より上方に複数
の遮蔽板を設けることにより、数段階に分けて散乱分子
を遮ることができるので、遮蔽板の温度上昇によるビー
ムの不安定化が抑制できる。また、遮蔽板により大きな
開口を形成することができるので、コンタミネーション
による悪影響を抑制できる。

【００５４】ところで、通常後焦点面位置以外の所に絞
りを設置すると、ウェハ面に転写されるマスク像の像質
が劣化するおそれもある。しかし、本発明の遮蔽板のよ
うに大きな開口を有する場合には、像質を劣化させるこ
となく散乱電子を遮ることができる。散乱電子によるわ
ずかなかぶりが問題になる場合には、従来のように後焦
点面位置に絞り１８を設けることができる。この場合に
は、この絞り１８より上方にある遮蔽板９１、９３で散
乱分子のほとんどが遮られているので、絞り１８の温度
上昇やコンタミネーションの問題は軽減される。

【００５５】次に上記説明した電子線転写露光装置を利
用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図９は、
微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パ
ネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の
製造のフローを示す。

【００５６】ステップ１（回路設計）では、半導体デバ
イスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）で
は、設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。この時、パターンについて局部的にリサイズを施す
ことにより近接効果や空間電荷効果によるビームボケの
補正を行ってもよい。一方、ステップ３（ウェハ製造）
では、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

【００５７】ステップ４（酸化）では、ウェハの表面を
酸化させる。ステップ５（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ６（電極形成）では、ウェ
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ７（イオ
ン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステッ
プ８（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布す
る。ステップ９（電子ビーム露光）では、ステップ２で
作ったマスクを用いて電子ビーム転写装置によって、マ
スクの回路パターンをウェハに焼付露光する。その際、
上述の露光装置・方法を用いる。ステップ１０（光露
光）では、同じくステップ２で作った光露光用マスクを
用いて、光ステッパーによってマスクの回路パターンを
ウェハに焼付露光する。この前又は後に、電子ビームの
後方散乱電子を均一化する近接効果補正露光を行っても
よい。

【００５８】ステップ１１（現像）では、露光したウェ
ハを現像する。ステップ１２（エッチング）では、レジ
スト像以外の部分を選択的に削り取る。ステップ１３
（レジスト剥離）では、エッチングがすんで不要となっ
たレジストを取り除く。ステップ４からステップ１３を
繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。

【００５９】ステップ１４（組立）は、後工程と呼ば
れ、上の工程によって作製されたウェハを用いて半導体
チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシン
グ、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ１５（検査）では、ステ
ップ１４で作製された半導体デバイスの動作確認テス
ト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て
半導体デバイスが完成しこれが出荷（ステップ１６）さ
れる。

【００６０】以上図１〜図９を参照しつつ、本発明の実
施の形態に係る荷電粒子ビーム露光装置等について説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々
な変更を加えることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、安定した荷電粒子ビームにより高精度な露光
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る荷電粒子ビーム露光
装置の投影光学系における散乱電子遮蔽板の詳細を示す
図である。図１（Ａ）は光学系を模式的に示す図であ
り、図１（Ｂ）は遮蔽板の平面図である。

【図２】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全
体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。

【図３】電子線投影露光用のマスクの構成例を模式的に
示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は
一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域
の平面図である。

【図４】マスクからウェハへのパターン転写の様子を模
式的に示す斜視図である。

【図５】マスクの散乱部から散乱した電子ビームの電子
散乱角度分布を示す図である。

【図６】マスクの散乱部から散乱した電子ビームの電子
散乱分布に対する散乱率を示す図である。

【図７】マスクの開口角に対する透過率及びコントラス
トを示す図である。

【図８】露光装置の照明光学系と電子散乱分布との関係
を示す概略図である。

【図９】微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チッ
プ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマ
シン等）の製造のフローを示す。

【符号の説明】

１電子銃２，３コンデ
ンサレンズ４照明ビーム成形開口５ブランキ
ング偏向器７ブランキング開口８照明ビー
ム偏向器９コンデンサレンズ１０マスク１１マスクステージ１２マスクス
テージ位置検出器１５第１投影レンズ１６像位置調
整偏向器１８遮蔽板１９第２投影
レンズ２２反射電子検出器２３ウェハ２４ウェハステージ２５ウェハス
テージ位置検出器３１コントローラ４１小メンブレン領域４２サブフィ
ールド４３スカート４４エレクト
リカルストライプ４５グリレージ４７ストラッ
ト４９メカニカルストライプ５０チップ５２サブフィールド５９ストライ
プ７１、７３透過率７５、７７コ
ントラスト８１電子散乱分布９１、９３遮蔽板９５、９７散
乱電子９９孔

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ２１Ｋ 5/04 Ｇ２１Ｋ 5/04 ＡＨ０１Ｊ 37/09 ＡＨ０１Ｊ 37/09 37/305 Ｂ 37/305 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１ＢＦターム(参考） 2H095 BA01 BA08 BC00 2H097 AA03 BA10 CA16 EA01 GB00 JA02 LA10 5C033 BB01 BB09 5C034 BB05 5F056 AA22 CB05 EA04 EA18 FA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感応基板上に転写すべきパターンを有す
るマスクに荷電粒子ビーム（照明ビーム）を当てる照明
光学系と、前記マスクを通過した荷電粒子ビームを感応基板上に投
影結像させる投影光学系と、を備える荷電粒子ビーム露光装置であって；前記マスク
には、前記照明ビームが比較的散乱を受けないで透過す
る低散乱部及び／又は孔、並びに、前記照明ビームが比
較的高い散乱を受けて透過する高散乱部、が形成されて
おり、前記投影光学系中の前記マスク寄りのレンズの後焦点面
位置と前記マスクとの間で、前記マスクの高散乱部で散
乱を受けた荷電粒子ビームの９０％以上を遮るように構
成されていることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装
置。
【請求項２】前記マスク寄りのレンズの後焦点面位置
と前記マスクとの間に、投影光学系光軸部には孔を有す
る複数段の散乱荷電粒子ビーム遮蔽板が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム露光装
置。
【請求項３】前記孔が荷電粒子ビームの偏向方向に帯
状に延びる長孔であることを特徴とする請求項２記載の
荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項４】前記照明ビームの加速電圧が５０kV以上
であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム
露光装置。
【請求項５】感応基板上に転写するパターンを有する
マスクを荷電粒子ビーム（照明ビーム）で照明し、マス
クを通過してパターン化された荷電粒子ビーム（パター
ンビーム）を感応基板上に投影結像させる荷電粒子ビー
ム露光方法であって；前記マスクには、前記照明ビーム
が比較的散乱を受けないで透過する低散乱部及び／又は
孔、並びに、前記照明ビームが比較的高い散乱を受けて
透過する高散乱部を形成し、前記投影光学系中の前記マスク寄りのレンズの後焦点面
位置と前記マスクとの間で、前記マスクの高散乱部で散
乱を受けた荷電粒子ビームの９０％以上を遮ることを特
徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項６】荷電粒子ビームを用いたリソグラフィー
工程において、請求項５記載の荷電粒子ビーム露光方法
を用いることを特徴とするデバイス製造方法。