【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク（本明細書においてマスクとはレチクルを含む概念である）に形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する荷電粒子線露光装置及びこの荷電粒子線露光装置を使用した露光方法、さらにはこの露光方法を使用した半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造する工程においては、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程が含まれる。近年、半導体デバイスの集積度の向上に伴って微細化されたパターンは、従来の紫外光を用いた露光方法では満足な解像度で露光転写を行うことが困難になりつつあり、荷電粒子線やＸ線を用いた新しい露光装置が使用されるようになってきている。中でも荷電粒子線を用いた露光装置は、電気的手段による制御性が良い等の利点を持ち、次世代の露光手段として有望視されている。
【０００３】
荷電粒子線露光装置においては、光学系の幾何収差や幾何歪み等のために、広い領域を一度に露光転写することができない。このため、たとえば１つのチップに相当する領域を、複数のサブフィールドと呼ばれる領域に分けて、サブフィールドごとに露光転写を行い、露光転写されたパターンをつなぎ合わせて１つのチップのパターンを得る、分割露光転写方式が採用されるようになってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのように１回の露光領域を狭めて、光学系の幾何収差や幾何歪みを低減しても、なお解像性能の要求は厳しいため、光学系のボケの影響を全く無視することまではできない。ボケは、従来の光を用いた露光装置と同様に存在する球面収差などの幾何収差によるものの他に、荷電粒子がビーム内でクーロン相互作用により反発し合うことなどによって生じる。幾何収差に起因するボケは、一般に感応基板面上におけるシステム軸からの距離が大きくなるほど大きくなる。また、マスクの一部を一括して投影露光する分割露光転写方式の露光装置においては、一般に、１回の露光単位であるサブフィールドの中心よりも周縁部の方がボケが大きくなる傾向がある。
【０００５】
この傾向はボケの大部分をを占めている像面湾曲によって説明することができる。像面湾曲収差は、サブフィールドの中心からの距離の２乗に比例して焦点面（光軸方向の結像位置）をずらす振る舞いをする。図１１は、像面湾曲とそれに起因する像のボケを模式的に示したものである。
【０００６】
図１１において、荷電粒子線の進行方向をｚ軸方向にとり、サブフィールドの中心をｚ軸とする。そしてウエハ面に平行な方向にｘ軸をとる。２１は、ウエハ位置を示す。荷電粒子線２３は、サブフィールドの中心２４では、本来のウエハ位置２１面に結像するが、図に示すようにサブフィールドの中心２４から離れるに従ってその結像位置が本来のウエハ位置２１面からずれ、結像面は２５で示されるような面上に存在する。
【０００７】
このような状態でウエハにマスク像を結像させると、点Ａ’、Ｂ’では像面湾曲による像のボケは大きくなり、ウエハの中心である点Ｃ’で像のボケが最小となる。この像のボケの大きさを図１１において円２６の大きさで示している。
【０００８】
このように同じサブフィールド内でボケの大きさに差異があると、その差を補償するためにマスクに形成されるパターンの形状を、サブフィールド内の場所に応じて変化させなければならない。このような場合、設計が困難となるばかりでなく、マスクに形成されるパターンが複雑化する。そのため、ボケの量は、許容される範囲であれば、サブフィールド内でなるべく均一である方が望ましい。
【０００９】
このような像面湾曲によるサブフィールド内でのボケを均一化させるために、結像面２５をウエハ位置から相対的にずらす方法が採用されている。すなわち、図１２に示すように、ウエハ位置を２２に示される位置に移動し、サブフィールドの端部と中央部の中間の点Ｄ’、Ｅ’において結像面２５とウエハ位置２２が交わるようにする。すると、図１２に示すように、点Ｄ’、Ｅ’でボケが最小となり、点Ｃ’でのボケは大きくなり、点Ａ’、Ｂ’でのボケは小さくなって、サブフィールド内のボケが均一化される。
【００１０】
なお、図１２においては、説明を分かりやすくするために、ウエハ位置を移動させているが、実際には、像面湾曲調整手段により、結像面２５の光軸方向位置を変えることにより図１２に示した効果と同じ効果を実現する。
【００１１】
しかしながら、このような補正によりサブフィールド内のボケの一様性は向上するが、その度合いに限界がある。また、サブフィールドのボケ一様性は向上しても異なるサブフィールド間のボケの差が向上されないと言う問題点もある。一般には最大偏向位置におけるサブフィールドのボケが最大となり、システム軸上に位置するサブフィールドのボケが少ない。このサブフィールド間のボケの差を緩和させる方法としては、像面湾曲調整手段を用いて、全体としてボケが小さいサブフィールドの結像面とウエハとの距離を大きくすることによって、ボケの底上げをする方法が考えられる。しかし、この方法ではボケが底上げされるサブフィールドにおけるボケの最大が、ウエハ全体における最大ボケにすぐに達する一方、そのサブフィールドにおける最小ボケはあまり上がらないという問題点がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、サブフィールド内でのボケの差を抑えること及びサブフィールド間のボケの差を縮小することの可能な荷電粒子線露光装置、及び露光方法、さらにはこの露光方法を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、照射された前記マスク上のパターンを前記感応基板面上に露光転写する露光転写光学系が像面湾曲調整手段と回転倍率調整手段を備え、前記回転倍率調整手段は、露光中に倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させる機能を有していることを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項１）である。
【００１４】
本手段においては、回転倍率調整手段が、露光中に倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させる機能を有している。倍率とはマスクから感応基板への露光転写の倍率のことであり、露光中にこれを微小変動させれば、像にボケを与えたのと同じ効果を生じる。回転量とは、マスクから感応基板への露光転写の際に生じる像の回転量のことであり、露光中にこれを微小変動させれば、像にボケを与えたのと同じ効果を生じる。
【００１５】
これらの効果は、サブフィールドの中心では小さく、サブフィールドの中心から離れるに従って大きくなる。よって、このことを利用して、後に述べるような方法により、サブフィールド内でのボケを均一化することができる。また、これにより異なるサブフィールド間のボケの差を小さくすることが可能であり、ウエハ全体のボケの差を小さくすることが可能となる。
【００１６】
前記課題を解決するための第２の手段は、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、照射された前記マスク上のパターンを前記感応基板面上に露光転写する露光転写光学系が露光転写像位置調整手段を備え、前記露光転写像位置調整手段は、露光中に露光転写像の位置を微小変動させる機能を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項２）である。
【００１７】
本手段においては、露光転写像位置調整手段が、露光中に露光転写像の位置（感応基板平面内での位置）を微小変動させる機能を有している。露光中に露光転写像の位置を微小変動させれば、像にボケを与えたのと同じ効果を生じる。この効果は、サブフィールド中のどこでも同じであるが、このことを利用して、後に述べるような方法により、サブフィールド内でのボケを均一化することができる。また、これにより異なるサブフィールド間のボケの差を小さくすることが可能であり、ウエハ全体のボケの差を小さくすることが可能となる。
【００１８】
前記課題を解決するための第３の手段は、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、照射された前記マスク上のパターンを前記感応基板面上に露光転写する露光転写光学系が非点歪み調整手段を備え、前記非点歪み調整手段は、露光中に前記非点歪みを微小変動させる機能を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項３）である。
【００１９】
本手段においては、非点歪み調整手段が、露光中に非点歪みを微小変動させる機能を有している。露光中に露光転写像の位置を微小変動させれば、像にボケを与えたのと同じ効果を生じる。この効果は、サブフィールドの中心では小さく、サブフィールドの中心から離れるに従って大きくなる。よって、このことを利用して、後に述べるような方法により、サブフィールド内でのボケを均一化することができる。また、これにより異なるサブフィールド間のボケの差を小さくすることが可能であり、ウエハ全体のボケの差を小さくすることが可能となる。
【００２０】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段又は第３の手段であって、前記露光転写光学系がさらに像面湾曲調整手段を備えていることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２１】
前述のように、前記第２の手段又は第３の手段において、像面湾曲調整手段による調整を加えることで、後に述べるように、サブフィールド内でのボケをさらに均一化することが可能となる。また、これにより異なるサブフィールド間のボケの差を小さくすることが可能であり、ウエハ全体のボケの差を小さくすることが可能となる。
【００２２】
前記課題を解決するための第５の手段は、荷電粒子線露光装置を使用してマスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光中にパターンの像の歪みを微小変動させながら露光を行うことを特徴とする露光方法（請求項５）である。
【００２３】
サブフィールドの露光中にパターンの像の歪みを微小変動させながら露光を行うと、像にボケが発生したのと同じ効果を生じる。このボケが、像面湾曲により発生するボケに重畳されることにより、サブフィールド内でのボケが均一化される。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。
【００２４】
『パターンの像の歪み』とは、非点歪みは言うに及ばず、回転、倍率やサブフィールド全体の位置ずれ等を含む。
【００２５】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段の荷電粒子線露光装置を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整し、露光中に、前記回転倍率調整手段により、前記倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させて露光を行うことを特徴とする露光方法（請求項６）である。
【００２６】
本手段においては、各サブフィールドの露光毎に、像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整を行っておく。そして、露光中には、回転倍率調整手段により、倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させて露光を行う。すると、前述のように、倍率、回転量の微小変動によりボケと同じ効果が発生し、その効果はサブフィールドの中心では小さく、サブフィールドの中心から離れるに従って大きくなる。従って、像面湾曲によって生じるボケと、倍率、回転量の変動によって生じるボケとの和は、サブフィールド内で均一性を有するものとなる。この総合的なボケは、一般にボケを発生させる要因毎のボケの２乗和の平方根で決定される。
【００２７】
すなわち、サブフィールド内でのボケの変動が小さくなるので、これを補償するためのマスクパターンの設計が容易となり、かつ、形成されるマスクパターンは変動の小さいものとなる。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。これらの効果により、微細なパターンの露光転写を行うことができる。
【００２８】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第２の手段の荷電粒子線露光装置を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記露光転写像位置調整手段により、露光中に露光転写像の位置を微小変動させて露光を行うことを特徴とする露光方法（請求項７）である。
【００２９】
本手段においては、各サブフィールドの露光毎に、露光転写像位置調整手段により、露光中に露光転写像の位置を微小変動させて露光を行う。すると、像の露光位置の変動によりボケと同じ効果が生じる。このボケは、前記倍率を変化させた場合のボケと異なり、サブフィールド内で一定であるので、像面湾曲によるボケと逆特性を有するような効果はない。しかし、上述したように総合的なボケは、一般にボケを発生させる要因毎のボケの２乗和の平方根で決定される。よって、サブフィールド内で一定であるボケが加わることにより、ボケがサブフィールド内で均一化される。
【００３０】
すなわち、サブフィールド内でのボケの変動が小さくなるので、これを補償するためのマスクパターンの設計が容易となり、かつ、形成されるマスクパターンは変動の小さいものとなる。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。これらの効果により、微細なパターンの露光転写を行うことができる。
【００３１】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第３の手段の荷電粒子線露光装置を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整し、前記非点歪み調整手段により、露光中に前記非点歪みを微小変動させて露光を行うことを特徴とする露光方法（請求項８）である。
【００３２】
本手段においては、各サブフィールドの露光毎に、像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整を行っておく。そして、各サブフィールドの露光毎に、非点歪み調整手段により、露光中に非点歪みを微小変動させて露光を行う。すると、前述のように、非点歪みの微小変動によりボケと同じ効果が発生し、その効果はサブフィールドの中心では小さく、サブフィールドの中心から離れるに従って大きくなる。従って、像面湾曲によって生じるボケと、非点歪みの微小変動によって生じるボケとの和は、サブフィールド内で均一性を有するものとなる。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。
【００３３】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第５の手段から第８の手段のいずれかであって、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により、露光転写領域における像のボケの最大値と最小値の差が、最も小さくなるように像面湾曲を調整することを特徴とするもの（請求項９）である。
【００３４】
たとえ、ある量を微小変動させて発生させるボケと、像面湾曲によるボケの大きさの差が小さければ、ボケをサブフィールド内で均一化する効果がさらに大きくなる。本手段においては、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により、露光転写領域における像のボケの最大値と最小値の差が、最も小さくなるように像面湾曲を調整するようにしているので、前記第５の手段から第８の手段において、サブフィールド内でのボケの大きさをさらに均一化することが可能となる。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。
【００３５】
すなわち、サブフィールド内でのボケの変動が小さくなるので、これを補償するためのマスクパターンの設計が容易となり、かつ、形成されるマスクパターンは変動の小さいものとなる。これらの効果により、微細なパターンの露光転写を行うことができる。
【００３６】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第４の手段から第９の手段のいずれかである露光方法を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法（請求項１０）である。
【００３７】
本手段によれば、微細なパターンの露光転写が可能となるので、集積度の高い半導体デバイスを製造することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、荷電粒子線露光装置の露光転写光学系の概要を示す図である。マスク１を照射した荷電粒子線２のうち、パターンが形成された部分に照射されたものは、そのパターンを通過し、第１投影レンズ３、第２投影レンズ４により、マスク１上に形成されたパターンの像をウエハ５上に結像する。結像の縮小倍率は、通常１／４とされている。
【００３９】
マスク１上に形成された、異なる位置にあるサブフィールドの像を露光転写するために、第１偏向器６と第２偏向器７が設けられている。なお、８，９は、偏向器６，７が発生する交流磁場が、第１投影レンズ３、第２投影レンズ４に及んで、渦電流により応答が遅れることを防止するためのフェライトスタック、１０は、マスク１から散乱された荷電粒子線２をカットするための散乱アパーチャ、１１はシステム軸（光軸）である。
【００４０】
なお、図１においては、簡略化のために、第１投影レンズ３、第２投影レンズ４、第１偏向器６、第２偏向器７をそれぞれ単一のものとして描いているが、これらは、複数のレンズ、偏向器から形成されてもよい。
【００４１】
以上のような基本的な光学要素の他に、この露光転写光学系には、像面湾曲調整手段、回転倍率調整手段、露光転写位置調整手段、非点歪み調整手段が設けられているが図示を省略している。回転倍率調整手段は、基本的には投影レンズと同じ働きをするものであるが、小型にして応答良く微調整が可能なようにされている。露光転写位置調整手段は、基本的には第２偏向器７と同じ機能を有し、第２偏向器７でこれを兼ねることもできる。非点歪み調整手段は、非点歪みを補正する機能を有するものとして、通常の露光転写光学系には標準的に設けられている。像面湾曲調整手段は、像面湾曲そのものを低減するのでなく、光軸方向の結像位置を変化させる機能を有するものである。
【００４２】
そして、本実施の形態においては、回転倍率調整手段、露光転写位置調整手段、非点歪み調整手段のうち少なくとも一つは、一つのサブフィールドの露光中（通常１μｓ程度）に、それぞれ、倍率、露光転写の位置、非点歪みを変えることができるように構成されている。
【００４３】
このような露光転写光学系を有する荷電粒子線露光装置を用いて、露光転写を行う方法を以下に説明する。
【００４４】
まず、露光転写するサブフィールドに応じて、像面湾曲調整手段を使用して結像位置を調整し、像面湾曲がサブフィールドの端部で最も小さく、サブフィールドの中心でもっとも大きくなるようにしておく。
【００４５】
図２にこの様子を示す。以下の図において、本欄における前出の図面に記載された構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。図２において、２１は、本来のウエハ位置、２２は像面湾曲調整手段により調整されたウエハ位置を示す。荷電粒子線２３は、サブフィールドの中心２４では、本来のウエハ位置２１面に結像するが、図に示すようにサブフィールドの中心２４から離れるに従ってその結像位置が本来のウエハ位置２１面からずれ、結像面は２５で示されるような面上に存在する。
【００４６】
このような状態でウエハ５を２２に示す位置まで移動させれば、サブフィールドの端部である点Ａ、Ｂで像面湾曲による像のボケは最小となり、ウエハ５中心である点Ｃで像のボケが最大となる。この像のボケの大きさを図２において円２６の大きさで示している。
【００４７】
なお、図２においては、説明を分かりやすくするために、ウエハ位置を移動させているが、実際には、像面湾曲調整手段により、結像面２５の光軸方向位置を変えることにより図２に示した効果と同じ効果を実現する。
【００４８】
このような結像面の光軸方向位置を変える調整を行った上で、サブフィールドの露光を開始するが、露光中に、倍率調整手段の設定倍率を微小量変動させる。すると、像のぶれが発生し、ボケと同じ効果をもたらす。この像のぶれは、サブフィールドの中心２４でほとんど０であり、サブフィールドの中心２４から離れるに従って大きくなる。
【００４９】
この様子を図３に示す。図３において横軸ｘはサブフィールド中心からの距離であり、縦軸Ｅは蓄積エネルギー強度を示す。グラフの線は、実線と破線の交点のｘ座標をｘ０とするとき、ｘ＜ｘ０でパターン（露光領域）でなく、ｘ≧ｘ０の範囲がパターン（露光領域）となっているようなパターンを露光したときの蓄積エネルギー分布を示すものである。ボケがなければｘ＝ｘ０を境界としたステップ応答の形状を示すはずであるが、ボケのためになまった形状をしている。通常、この蓄積エネルギーの最大強度の１２％−８８％のｘの範囲をボケと定義している。
【００５０】
破線は、倍率調整手段による倍率の微小変動を与えないときの蓄積エネルギー分布であり、どの位置においてもボケが一定とした場合の例である。これに対し実線は、倍率調整手段による倍率の微小変動を与えたときの蓄積エネルギー分布であり、サブフィールドの中心から周辺へ向かうに従って、蓄積エネルギー分布のなまりの差が大きくなっているのが分かる。つまり、サブフィールドの中心に比べて周辺でボケが大きくなっている。
【００５１】
この倍率変動によるボケの大きさと像面湾曲によるボケの大きさとが、サブフィールドの中心２４からの距離に対して逆特性となるので、両者を総合したボケはサブフィールド内において均一化される。
【００５２】
露光後のプロセスの許容度等を考えると、ウエハ内のボケのバラツキは可能な限り小さいことが好ましい。上述のサブフィールド内のボケの差を小さくする方法により、ウエハ内のボケのバラツキをも小さくすることが可能となる。上述の方法によれば、ボケのバラツキは小さくなるが、最大ボケも大きくする方向にある。装置の仕様として許容可能な最大ボケは決まっているため、この最大ボケを越えない範囲で最小ボケを大きくすることによって、ウエハ全体にわたって、ボケの差を小さくすることが可能となる。
【００５３】
【実施例】
電子線露光装置において、マスク１とウエハ５の間の距離を４００ｍｍとし、マスク１におけるパターンがウエハ５上で３分の１となる縮小露光転写について、シミュレーションを行った。散乱アパーチャ１０とウエハ５間のレンズは内半径４０ｍｍ、ｚ方向の開口幅８ｍｍとし、散乱アパーチャ１０とマスク１間のレンズはＳＭＤとなるように設定した。
【００５４】
サブフィールド（ＳＦ）の大きさはウエハ上で０．５ｍｍ角、ビームの加速電圧は１００ｋｅＶ、ウエハ到達時のビームの開き角は３ｍｒａｄとした。このときの無偏向時のウエハ面における収差は表１のとおりである。
（表１）
【００５５】
【表１】
【００５６】
ＳＦ内でのボケの分布状況を見るため、図４に示すように、ＳＦの中心Ａと、ＳＦの外端４点Ｃの平均、両者の中間である４点Ｂの平均の３種類のボケを考える。焦点が正規の位置にある場合、すなわち、結像面が光軸と交わる位置にウエハが置かれた場合の焦点補正量を０とし、露光転写像位置調整手段により焦点位置すなわち結像面位置に補正を加えた場合、その補正量（焦点補正量）を横軸として、ウエハ上でのボケの変化を示したグラフを図５に示す。以下のグラフにおいて、Ａは、点Ａにおけるボケ（ｂｌｕｒ）、Ｂは、４つの点Ｂにおけるボケの平均値、Ｃは、４つの点Ｃにおけるボケの平均値を示す。
【００５７】
図５を見ると分かるように、ＳＦの中心におけるボケは、焦点補正量が変化するにつれて直線的に大きくなるが、点Ｂにおけるボケ、点Ｃにおけるボケは、焦点位置がある程度変化した位置で、極小値を有することが分かる。そして、サブフィールド内でのＡ、Ｂ、Ｃ点におけるボケの大きさの差は、焦点補正をかけないとき２８ｎｍある。
【００５８】
今、装置の仕様である最大ボケを２５ｎｍとする。また、通常は最大偏向位置におけるサブフィールド（ＳＦ）においてボケが最大となるため、このＳＦにおける光学系のボケが２５ｎｍであったとする。本実施例で補正を行うＳＦは最小のボケを有するＳＦであり、通常は偏向が０もしくは０に一番近い偏向位置におけるＳＦである。図５においてＡ、Ｂ、Ｃのうち最大のボケが２５ｎｍを超えない範囲（焦点補正量が１．５μｍ〜６μｍの間）で、Ａ、Ｂ、Ｃのうち最小のボケが最も大きくなるような焦点補正量を選べば、このサブフィールド内のボケの差が小さくなると同時に、ウエハ全面に亘るボケの差違を小さくすることができる。
【００５９】
何故ならば、ウエハ全面において最大ボケの値は変化しないが、最低ボケの値が大きくなるからである。これは図５中の点Ｐにあたる。このときの、このサブフィールドにおけるボケ量は１３ｎｍである。すなわち、ウエハ全面でのボケの差は、２５ｎｍ−１３ｎｍ＝１２ｎｍとなり、この値は近年開発されている露光装置としては問題となる可能性があり、更に小さくすべきである。
【００６０】
これに対し、本発明の実施例として回転倍率調整手段を用いてＳＦの角（図４のＣ点）において±１５ｎｍの振幅を持った回転・倍率の揺動を加えた場合における、ボケの大きさの変化を図６のグラフに示す。このとき、回転・倍率歪みはＳＦの中心からの距離に比例するので、ＳＦの中心とＳＦの角の間の真ん中の位置（図４のＢ点）においては、±７．５ｎｍの揺動が加えられる。
【００６１】
図６において、ＳＦ内におけるボケＡ、Ｂ、Ｃの最大値が２５ｎｍを超えない範囲で、Ａ、Ｂ、Ｃのうち最小のボケが最も大きくなるような焦点補正量を探索すると、Ａのボケが２５ｎｍとなるときに、Ｂのボケが１９ｎｍとなり、その点が求める点となる。そのときの焦点補正量が６．３μｍ（Ｑの位置）である。そして、ウエハ全体でのボケの差は２５ｎｍ−１９ｎｍ＝６ｎｍとなり、図５に示した従来の方法に比して大幅に小さくなる。
【００６２】
図７は、露光転写像位置調整手段（偏向器）により、ＳＦに結像される像の位置を±１０ｎｍＳＦ面内で揺動させながら露光を行った場合のボケの状態を示すグラフである。図７において、ＳＦ内におけるボケＡ、Ｂ、Ｃの最大値が２５ｎｍを超えない範囲で、Ａ、Ｂ、Ｃのうち最小のボケが最も大きくなるような焦点補正量を探索すると、Ｂのボケ量とＣのボケ量が同じとなる点Ｒにおいて、最小のボケが１９ｎｍとなる。よって、ウエハ全体でのボケの差は２５ｎｍ−１９ｎｍ＝６ｎｍとなり、図５に示した従来の方法に比して大幅に小さくなる。
【００６３】
図８は非点歪み調整手段（非点補正器）により、ＳＦの角において±１５ｎｍの非点歪の揺動を施しながら露光を行った場合のボケの状態を示すグラフである。図８において、ＳＦ内におけるボケＡ、Ｂ、Ｃの最大値が２５ｎｍを超えない範囲で、Ａ、Ｂ、Ｃのうち最小のボケが最も大きくなるような焦点補正量を探索すると、Ａのボケが２５ｎｍとなる点においてＢのボケが１９ｎｍとなり、この点が求める点となる（Ｓの位置）。そして、焦点補正量は６．２μｍとなる。よって、ウエハ全体でのボケの差は２５ｎｍ−１９ｎｍ＝６ｎｍとなり、図５に示した従来の方法に比して大幅に小さくなる。
【００６４】
このようにして、ＳＦ内でのボケの大きさを均一化すれば、マスクに形成されるパターンの寸法の変動が激しくなるという問題を避けることができ、マスクパターンの決定が容易になり、また、ウエハ全体におけるボケの差も小さくすることが可能となる。
【００６５】
以下、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図９は、本発明の実施の形態である半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。
▲１▼ウエハを製造するウエハ製造工程（又はウエハを準備するウエハ準備工程）
▲２▼露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）
▲３▼ウエハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工程
▲４▼ウエハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
▲５▼できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。
【００６６】
これらの主工程の中で、半導体のデバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウエハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウェハプロセッシング工程は以下の各工程を含む。
▲１▼絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
▲２▼この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
▲３▼薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程
▲４▼レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）
▲５▼イオン・不純物注入拡散工程
▲６▼レジスト剥離工程
▲７▼さらに加工されたウエハを検査する検査工程
なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
【００６７】
図１０は、図９のウェハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャートである。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。
▲１▼前段の工程で回路パターンが形成されたウエハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程
▲２▼レジストを露光する露光工程
▲３▼露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程
▲４▼現像されたレジストパターンを安定化させるためのアニール工程
【００６８】
以上の半導体デバイス製造工程、ウェハプロセッシング工程、リソグラフィー工程については、周知のものであり、これ以上の説明を要しないであろう。本実施の形態においては、リソグラフィー工程の▲２▼の露光工程において、本発明に係る露光方法を使用しているので、マスクパターンの製造が容易であり、かつ、ぼけも小さくすることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サブフィールド内でのボケを均一にすること及びウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる荷電粒子線露光装置、及び露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】荷電粒子線露光装置の露光転写光学系の概要を示す図である。
【図２】像面湾曲がサブフィールドの端部で最も小さく、サブフィールドの中心で最も大きくなるようにした状態を示す図である。
【図３】サブフィールド中心からの距離と、蓄積エネルギー強度の関係を示す図である。
【図４】ＳＦ内でのボケを計算した点を示す図である。
【図５】露光転写像位置調整手段により焦点位置すなわち結像面位置に補正を加えた場合のボケの変化を示す図である。
【図６】回転倍率調整手段を用いて、回転・倍率の揺動を加えた場合における、ボケの大きさの変化を示す図である。
【図７】露光転写像位置調整手段により、ＳＦに結像される像の位置を揺動させながら露光を行った場合のボケの状態を示すグラフである。
【図８】非点歪み調整手段により、非点歪の揺動を施しながら露光を行った場合のボケの状態を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態である半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【図１１】像面湾曲とそれに起因する像のボケを模式的に示した図である。
【図１２】像面湾曲によるサブフィールド内でのボケを均一化させるために、結像面５をウエハ位置から相対的にずらす方法を示す図である。
【符号の説明】
１…マスク、２…荷電粒子線、３…第１投影レンズ、４…第２投影レンズ、５…ウエハ、６…第１偏向器、７…第２偏向器、８，９…フェライトスタック、１０…散乱アパーチャ、１１…システム軸（光軸）、２１…本来のウエハ位置、２２…調整されたウエハ位置、２３…荷電粒子線、２４…サブフィールドの中心、２５…結像面、２６…ボケの大きさ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention uses a charged particle beam exposure apparatus and a charged particle beam exposure apparatus that exposes and transfers a pattern formed on a mask (a concept including a reticle in this specification) to a sensitive substrate such as a wafer. The present invention relates to an exposure method and a method for manufacturing a semiconductor device using the exposure method.
[0002]
[Prior art]
The step of manufacturing a semiconductor device includes a step of exposing and transferring a pattern formed on a mask to a sensitive substrate such as a wafer. In recent years, it has become difficult to perform exposure transfer at a satisfactory resolution by a conventional exposure method using ultraviolet light for a pattern miniaturized with an improvement in the degree of integration of a semiconductor device. New exposure devices using lines are being used. Among them, an exposure apparatus using a charged particle beam has advantages such as good controllability by electric means and is expected to be a next-generation exposure means.
[0003]
In a charged particle beam exposure apparatus, a wide area cannot be exposed and transferred at once due to geometrical aberration and geometrical distortion of an optical system. For this reason, for example, an area corresponding to one chip is divided into a plurality of areas called subfields, exposure and transfer are performed for each subfield, and the exposed and transferred patterns are joined to obtain a pattern of one chip. The division exposure transfer system has been adopted.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if a single exposure area is narrowed to reduce the geometric aberration and geometric distortion of the optical system, the demand for resolution performance is still severe. Can not. Blurring is caused not only by geometrical aberrations such as spherical aberration existing as in the case of the conventional exposure apparatus using light, but also by repulsion of charged particles in the beam due to Coulomb interaction. In general, blur caused by geometric aberration increases as the distance from the system axis on the sensitive substrate surface increases. Further, in an exposure apparatus of a division exposure transfer system for projecting and exposing a part of a mask all at once, generally, a peripheral portion tends to be more blurred than a center of a subfield which is a single exposure unit. .
[0005]
This tendency can be explained by the curvature of field, which accounts for most of the blur. The field curvature aberration behaves in such a manner that the focal plane (the image forming position in the optical axis direction) is shifted in proportion to the square of the distance from the center of the subfield. FIG. 11 schematically shows curvature of field and blurring of an image caused by the curvature.
[0006]
In FIG. 11, the traveling direction of the charged particle beam is set to the z-axis direction, and the center of the subfield is set to the z-axis. Then, the x axis is set in a direction parallel to the wafer surface. 21 indicates a wafer position. The charged particle beam 23 forms an image on the original wafer position 21 at the center 24 of the subfield, but as shown in FIG. The shift and the image plane exist on a plane indicated by 25.
[0007]
When a mask image is formed on the wafer in such a state, the blur of the image due to the curvature of field becomes large at points A ′ and B ′, and the blur of the image becomes minimum at point C ′ which is the center of the wafer. The size of the blur of this image is indicated by the size of a circle 26 in FIG.
[0008]
As described above, if there is a difference in the magnitude of blur in the same subfield, the shape of the pattern formed on the mask must be changed according to the location in the subfield to compensate for the difference. In such a case, not only the design becomes difficult, but also the pattern formed on the mask becomes complicated. Therefore, it is desirable that the amount of blur be as uniform as possible within the subfield as long as it is within an allowable range.
[0009]
In order to make the blur in the sub-field due to such curvature of field uniform, a method of relatively shifting the imaging plane 25 from the wafer position is adopted. That is, as shown in FIG. 12, the wafer position is moved to the position indicated by 22 so that the image plane 25 and the wafer position 22 intersect at points D ′ and E ′ between the end of the subfield and the center. To Then, as shown in FIG. 12, the blur at points D ′ and E ′ is minimized, the blur at point C ′ is large, the blur at points A ′ and B ′ is small, and the blur in the subfield is small. Is made uniform.
[0010]
Although the wafer position is moved in FIG. 12 for easy understanding of the description, in actuality, the position of the image plane 25 in the optical axis direction is changed by the field curvature adjusting means. The same effect as the effect shown in FIG.
[0011]
However, such correction improves the uniformity of blur in the subfield, but its degree is limited. There is also a problem that the difference in blur between different subfields is not improved even if the blur uniformity of the subfields is improved. In general, the blur of the subfield at the maximum deflection position becomes maximum, and the blur of the subfield located on the system axis is small. As a method of alleviating the difference in blur between the sub-fields, by increasing the distance between the imaging surface of the sub-field having a small blur as a whole and the wafer by using the curvature of field adjusting means, it is possible to raise the bottom of the blur. There is a way to do it. However, this method has a problem in that the maximum blur in the subfield where the blur is raised immediately reaches the maximum blur in the entire wafer, while the minimum blur in the subfield does not increase much.
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a charged particle beam exposure apparatus and an exposure method capable of suppressing a blur difference in a subfield and reducing a blur difference between subfields Another object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using this exposure method.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A first means for solving the above problem is a charged particle beam exposure apparatus of a system for exposing and transferring a pattern on a mask onto a surface of a sensitive substrate such as a wafer, wherein the irradiated pattern on the mask is An exposure transfer optical system that performs exposure transfer on the sensitive substrate surface includes a curvature of field adjustment unit and a rotation magnification adjustment unit, and the rotation magnification adjustment unit has a function of minutely changing at least one of a magnification and a rotation amount during exposure. A charged particle beam exposure apparatus (Claim 1).
[0014]
In this means, the rotation magnification adjusting means has a function of slightly changing at least one of the magnification and the rotation amount during exposure. Magnification is the magnification of exposure transfer from the mask to the sensitive substrate, and if this is slightly changed during exposure, the same effect as blurring the image is produced. The amount of rotation is the amount of rotation of the image that occurs during exposure transfer from the mask to the sensitive substrate. If this is slightly changed during exposure, the same effect as blurring the image is produced.
[0015]
These effects are small at the center of the subfield and increase as the distance from the center of the subfield increases. Therefore, by utilizing this fact, the blur within the subfield can be made uniform by the method described later. Further, this makes it possible to reduce the difference in blur between different subfields, and to reduce the difference in blur across the entire wafer.
[0016]
A second means for solving the above-mentioned problem is a charged particle beam exposure apparatus of a system for exposing and transferring a pattern on a mask onto a sensitive substrate surface such as a wafer, wherein the irradiated pattern on the mask is An exposure transfer optical system that performs exposure transfer on the sensitive substrate surface includes an exposure transfer image position adjustment unit, and the exposure transfer image position adjustment unit has a function of minutely changing the position of the exposure transfer image during exposure. A charged particle beam exposure apparatus (claim 2).
[0017]
In this means, the exposure transfer image position adjusting means has a function of minutely changing the position of the exposure transfer image (the position in the plane of the sensitive substrate) during exposure. If the position of the exposure transfer image is slightly fluctuated during the exposure, the same effect as blurring the image is produced. This effect is the same everywhere in the subfield, but by utilizing this fact, blurring in the subfield can be made uniform by a method described later. Further, this makes it possible to reduce the difference in blur between different subfields, and to reduce the difference in blur across the entire wafer.
[0018]
A third means for solving the above-mentioned problem is a charged particle beam exposure apparatus of a system for exposing and transferring a pattern on a mask onto a sensitive substrate surface such as a wafer, wherein the irradiated pattern on the mask is A charged particle, wherein the exposure transfer optical system for exposing and transferring on the sensitive substrate surface includes an astigmatic distortion adjusting unit, and the astigmatic distortion adjusting unit has a function of minutely changing the astigmatic distortion during exposure. A line exposure apparatus (Claim 3).
[0019]
In this means, the astigmatism distortion adjusting means has a function of minutely changing the astigmatism during exposure. If the position of the exposure transfer image is slightly fluctuated during the exposure, the same effect as blurring the image is produced. This effect is small at the center of the subfield and increases as the distance from the center of the subfield increases. Therefore, by utilizing this fact, the blur within the subfield can be made uniform by the method described later. Further, this makes it possible to reduce the difference in blur between different subfields, and to reduce the difference in blur across the entire wafer.
[0020]
A fourth means for solving the above-mentioned problem is the second means or the third means, wherein the exposure and transfer optical system further includes a field curvature adjusting means ( Claim 4).
[0021]
As described above, in the second means or the third means, by performing the adjustment by the field curvature adjusting means, it becomes possible to further uniform the blur in the subfield as described later. . Further, this makes it possible to reduce the difference in blur between different subfields, and to reduce the difference in blur across the entire wafer.
[0022]
A fifth means for solving the above-mentioned problem is a method of exposing and transferring a pattern on a mask onto a sensitive substrate surface such as a wafer using a charged particle beam exposure apparatus. An exposure method is characterized in that the exposure is performed while slightly changing the distortion of the pattern image.
[0023]
If the exposure is performed while slightly changing the distortion of the image of the pattern during the exposure of the subfield, the same effect as when the image is blurred occurs. This blur is superimposed on the blur caused by the curvature of field, so that the blur in the subfield is made uniform. Further, the difference in blurring over the entire wafer can be reduced.
[0024]
"Distortion of the pattern image" includes not only astigmatism but also rotation, magnification, and displacement of the entire subfield.
[0025]
A sixth means for solving the above problem is a method for exposing and transferring a pattern on a mask onto a sensitive substrate surface such as a wafer using the charged particle beam exposure apparatus of the first means, For each exposure of each subfield, the curvature of field is adjusted by the curvature of field adjustment means so as to be reduced at the periphery of the subfield with respect to the center of the subfield, and during the exposure, the rotation magnification adjustment means is adjusted. Wherein the exposure is performed with at least one of the magnification and the amount of rotation slightly fluctuated.
[0026]
In this means, for each exposure in each subfield, the field curvature adjusting means performs adjustment so that the field curvature is reduced at the peripheral portion of the subfield relative to the central portion of the subfield. During the exposure, the exposure is performed by slightly changing at least one of the magnification and the rotation amount by the rotation magnification adjusting means. Then, as described above, the same effect as blurring occurs due to the minute fluctuation of the magnification and the amount of rotation, and the effect is small at the center of the subfield and increases as the distance from the center of the subfield increases. Therefore, the sum of the blur caused by the curvature of field and the blur caused by the change in the magnification and the amount of rotation has uniformity within the subfield. This overall blur is generally determined by the square root of the sum of squares of the blur for each factor that causes blur.
[0027]
That is, the fluctuation of the blur within the subfield is reduced, so that the design of a mask pattern for compensating for the fluctuation becomes easy, and the formed mask pattern has a small fluctuation. Further, the difference in blurring over the entire wafer can be reduced. By these effects, exposure transfer of a fine pattern can be performed.
[0028]
A seventh means for solving the above problem is a method for exposing and transferring a pattern on a mask onto a sensitive substrate surface such as a wafer using the charged particle beam exposure apparatus of the second means, An exposure method according to claim 7, wherein the exposure and transfer image position adjusting means performs exposure by slightly changing the position of the exposure and transfer image during the exposure for each subfield exposure.
[0029]
In this means, the exposure is performed by the exposure transfer image position adjusting means by slightly changing the position of the exposure transfer image during the exposure for each exposure of each subfield. Then, the same effect as blurring occurs due to a change in the exposure position of the image. The blur is constant within the subfield unlike the blur when the magnification is changed, and thus does not have the effect of having the opposite characteristic to the blur due to the curvature of field. However, as described above, the overall blur is generally determined by the square root of the sum of squares of the blur for each factor that causes the blur. Therefore, the blur is uniformed in the subfield by adding the blur that is constant in the subfield.
[0030]
In other words, the fluctuation of the blur within the subfield is reduced, so that the design of the mask pattern for compensating for the fluctuation becomes easy, and the formed mask pattern has a small fluctuation. Further, the difference in blurring over the entire wafer can be reduced. By these effects, exposure transfer of a fine pattern can be performed.
[0031]
An eighth means for solving the above problem is a method for exposing and transferring a pattern on a mask onto a sensitive substrate surface such as a wafer using the charged particle beam exposure apparatus of the third means, For each exposure of each subfield, the curvature of field is adjusted by the curvature of field adjustment means so as to be reduced at the periphery of the subfield with respect to the center of the subfield, and the exposure is adjusted by the astigmatism distortion adjustment means. An exposure method is characterized in that the exposure is performed while slightly changing the astigmatism during the exposure.
[0032]
In this means, for each exposure in each subfield, the field curvature adjusting means performs adjustment so that the field curvature is reduced at the peripheral portion of the subfield relative to the central portion of the subfield. Then, for each exposure in each subfield, the exposure is performed by the astigmatism distortion adjusting means by slightly changing the astigmatism during the exposure. Then, as described above, the slight fluctuation of the astigmatism produces the same effect as blurring, and the effect is small at the center of the subfield and increases as the distance from the center of the subfield increases. Therefore, the sum of the blur caused by the curvature of field and the blur caused by the minute fluctuation of the astigmatism has uniformity within the subfield. Further, the difference in blurring over the entire wafer can be reduced.
[0033]
A ninth means for solving the above-mentioned problem is any one of the fifth means to the eighth means, wherein the field curvature adjusting means controls the exposure transfer area by the field curvature adjusting means for each exposure of each subfield. The field curvature is adjusted so that the difference between the maximum value and the minimum value of the image blur is minimized (claim 9).
[0034]
For example, if the difference between the blur generated by slightly changing a certain amount and the blur caused by the curvature of field is small, the effect of making the blur uniform within the subfield is further increased. In this means, for each exposure of each subfield, the field curvature adjusting means adjusts the field curvature such that the difference between the maximum value and the minimum value of the image blur in the exposure transfer area is minimized. Therefore, in the fifth means to the eighth means, it is possible to further uniform the size of the blur in the subfield. Further, the difference in blurring over the entire wafer can be reduced.
[0035]
In other words, the fluctuation of the blur within the subfield is reduced, so that the design of the mask pattern for compensating for the fluctuation becomes easy, and the formed mask pattern has a small fluctuation. By these effects, exposure transfer of a fine pattern can be performed.
[0036]
A tenth means for solving the above problem is to expose and transfer a pattern on a mask onto a sensitive substrate surface such as a wafer using an exposure method according to any one of the fourth to ninth means. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of:
[0037]
According to this means, exposure and transfer of a fine pattern can be performed, so that a highly integrated semiconductor device can be manufactured.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of an exposure transfer optical system of a charged particle beam exposure apparatus. Of the charged particle beam 2 illuminated on the mask 1, the one illuminated on the pattern-formed portion passes through the pattern and is formed on the mask 1 by the first projection lens 3 and the second projection lens 4. The image of the pattern is formed on the wafer 5. The reduction ratio of image formation is usually set to 1/4.
[0039]
A first deflector 6 and a second deflector 7 are provided for exposing and transferring sub-field images formed on the mask 1 at different positions. Reference numerals 8 and 9 denote ferrite stacks and 10 to prevent the AC magnetic field generated by the deflectors 6 and 7 from reaching the first projection lens 3 and the second projection lens 4 and delaying the response due to the eddy current. Is a scattering aperture for cutting the charged particle beam 2 scattered from the mask 1, and 11 is a system axis (optical axis).
[0040]
In FIG. 1, for simplicity, the first projection lens 3, the second projection lens 4, the first deflector 6, and the second deflector 7 are illustrated as a single unit. , A plurality of lenses and a deflector.
[0041]
In addition to the basic optical elements as described above, this exposure transfer optical system is provided with field curvature adjustment means, rotation magnification adjustment means, exposure transfer position adjustment means, and astigmatism adjustment means. Is omitted. The rotation magnification adjusting means basically has the same function as the projection lens, but is small in size to enable fine adjustment with good response. The exposure / transfer position adjusting means basically has the same function as the second deflector 7, and the second deflector 7 can also serve as this. The astigmatism adjustment means is provided as a standard in a normal exposure and transfer optical system as having a function of correcting astigmatism. The field curvature adjusting means has a function of changing the image formation position in the optical axis direction, instead of reducing the field curvature itself.
[0042]
In the present embodiment, at least one of the rotation magnification adjustment unit, the exposure transfer position adjustment unit, and the astigmatism distortion adjustment unit is configured to adjust the magnification and the magnification during exposure of one subfield (typically, about 1 μs). The exposure transfer position and the astigmatism distortion can be changed.
[0043]
A method of performing exposure transfer using a charged particle beam exposure apparatus having such an exposure transfer optical system will be described below.
[0044]
First, in accordance with the subfield to be exposed and transferred, the image forming position is adjusted by using the field curvature adjusting means so that the field curvature is smallest at the end of the subfield and largest at the center of the subfield. Keep it.
[0045]
FIG. 2 shows this state. In the drawings below, components described in the preceding drawings in this section are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes an original wafer position, and reference numeral 22 denotes a wafer position adjusted by the field curvature adjusting unit. The charged particle beam 23 forms an image on the original wafer position 21 at the center 24 of the subfield, but as shown in FIG. The shift and the image plane exist on a plane indicated by 25.
[0046]
If the wafer 5 is moved to the position indicated by 22 in such a state, the blur of the image due to the curvature of field at the points A and B at the end of the subfield is minimized, and the image at the point C at the center of the wafer 5 is minimized. Bokeh is the largest. The size of the blur of this image is indicated by the size of a circle 26 in FIG.
[0047]
In FIG. 2, the wafer position is moved for the sake of simplicity of explanation. However, in actuality, the position of the image plane 25 in the optical axis direction is changed by the field curvature adjusting means. The same effect as the effect shown in FIG.
[0048]
After such an adjustment to change the position of the imaging plane in the optical axis direction, the exposure of the subfield is started. During the exposure, the magnification set by the magnification adjusting means is changed by a small amount. Then, blurring of the image occurs, which brings about the same effect as blurring. This image blur is almost zero at the center 24 of the subfield, and increases as the distance from the center 24 of the subfield increases.
[0049]
This is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis x is the distance from the center of the subfield, and the vertical axis E indicates the stored energy intensity. The line of the graph represents the x coordinate of the intersection of the solid line and the broken line as x 0 X <x 0 Is not a pattern (exposure area) but x ≧ x 0 Shows the distribution of stored energy when a pattern in which the range (1) is a pattern (exposure area) is exposed. X = x if there is no blur 0 It should show the shape of the step response with the boundary as, but the shape is blurred due to blurring. Usually, the range of x of 12% to 88% of the maximum intensity of the stored energy is defined as blur.
[0050]
A dashed line is a distribution of stored energy when a slight change in magnification is not given by the magnification adjusting means, and is an example in which blur is constant at any position. On the other hand, the solid line indicates the stored energy distribution when a small change in the magnification is given by the magnification adjusting means, and it can be seen that the difference in the rounding of the stored energy distribution increases from the center to the periphery of the subfield. . That is, the blur is greater at the periphery than at the center of the subfield.
[0051]
Since the magnitude of the blur due to the magnification change and the magnitude of the blur due to the curvature of field have inverse characteristics with respect to the distance from the center 24 of the subfield, the combined blur is uniformed within the subfield.
[0052]
Considering the tolerance of the process after the exposure, it is preferable that the variation of the blur in the wafer is as small as possible. The method for reducing the difference between the blurs in the subfields can reduce the variation in the blur in the wafer. According to the above-described method, the variation in blur decreases, but the maximum blur also tends to increase. Since the maximum blur which can be tolerated as the specification of the apparatus is determined, by increasing the minimum blur within a range not exceeding the maximum blur, it is possible to reduce the difference in blur over the entire wafer.
[0053]
【Example】
In the electron beam exposure apparatus, the distance between the mask 1 and the wafer 5 was set to 400 mm, and a simulation was performed on reduced exposure transfer in which the pattern on the mask 1 was reduced to one third on the wafer 5. The lens between the scattering aperture 10 and the wafer 5 had an inner radius of 40 mm and the opening width in the z direction was 8 mm, and the lens between the scattering aperture 10 and the mask 1 was set to be SMD.
[0054]
The size of the subfield (SF) was 0.5 mm square on the wafer, the beam acceleration voltage was 100 keV, and the beam opening angle upon reaching the wafer was 3 mrad. Table 1 shows the aberration on the wafer surface at the time of no deflection at this time.
(Table 1)
[0055]
[Table 1]
[0056]
As shown in FIG. 4, three types of blurs, that is, the average of the center A of the SF, the average of four points C at the outer ends of the SF, and the average of the four points B between the two points, as shown in FIG. think of. When the focal point is at a regular position, that is, when the wafer is placed at a position where the image plane intersects the optical axis, the focus correction amount is set to 0, and the exposure transfer image position adjusting means adjusts the focal position, that is, the image plane position. FIG. 5 is a graph showing a change in blur on the wafer with the correction amount (focus correction amount) as a horizontal axis when the correction is made. In the graphs below, A indicates the blur at the point A (blur), B indicates the average value of the blur at the four points B, and C indicates the average value of the blur at the four points C.
[0057]
As can be seen from FIG. 5, the blur at the center of the SF increases linearly as the focus correction amount changes, but the blur at point B and the blur at point C are positions where the focal position has changed to some extent. It can be seen that it has a local minimum. The difference in the magnitude of blur at points A, B, and C in the subfield is 28 nm when no focus correction is performed.
[0058]
Now, assume that the maximum blur, which is the specification of the device, is 25 nm. Further, since blur is usually maximum in the subfield (SF) at the maximum deflection position, it is assumed that blur of the optical system in this SF is 25 nm. The SF to be corrected in this embodiment is the SF having the minimum blur, and is usually the SF at the deflection position where the deflection is 0 or the closest to 0. In FIG. 5, the smallest blur of A, B, and C is the largest in the range where the largest blur of A, B, and C does not exceed 25 nm (the focus correction amount is between 1.5 μm and 6 μm). If the focus correction amount is selected, the difference in blur within this subfield can be reduced, and at the same time, the difference in blur over the entire surface of the wafer can be reduced.
[0059]
This is because the maximum blur value does not change over the entire surface of the wafer, but the minimum blur value increases. This corresponds to point P in FIG. At this time, the blur amount in this subfield is 13 nm. That is, the difference in blur on the entire surface of the wafer is 25 nm−13 nm = 12 nm, and this value may be a problem for an exposure apparatus developed in recent years, and should be further reduced.
[0060]
On the other hand, as an embodiment of the present invention, the magnitude of blur when a rotation / magnification swing having an amplitude of ± 15 nm is applied at an angle of SF (point C in FIG. 4) using the rotation magnification adjustment means. The change in the height is shown in the graph of FIG. At this time, since the rotation / magnification distortion is proportional to the distance from the center of the SF, at the center position (point B in FIG. 4) between the center of the SF and the corner of the SF, a swing of ± 7.5 nm occurs. Added.
[0061]
In FIG. 6, when a focus correction amount that maximizes the smallest blur among A, B, and C is searched for within a range where the maximum value of the blurs A, B, and C in the SF does not exceed 25 nm, the blur of A is determined. Becomes 25 nm, the blur of B becomes 19 nm, and that point is the point to be obtained. The focus correction amount at that time is 6.3 μm (the position of Q). Then, the difference in blurring over the entire wafer is 25 nm−19 nm = 6 nm, which is much smaller than the conventional method shown in FIG.
[0062]
FIG. 7 is a graph showing a blurred state when the exposure is performed while the position of the image formed on the SF is oscillated in the ± 10 nm SF plane by the exposure transfer image position adjusting means (deflector). In FIG. 7, when a focus correction amount that maximizes the smallest blur among A, B, and C within the range where the maximum value of the blurs A, B, and C in the SF does not exceed 25 nm, the blur of the B is obtained. At the point R where the amount of blur is the same as the amount of blur of C, the minimum blur is 19 nm. Therefore, the difference in blurring over the entire wafer is 25 nm−19 nm = 6 nm, which is significantly smaller than the conventional method shown in FIG.
[0063]
FIG. 8 is a graph showing a blurred state when the exposure is performed by the astigmatism adjusting means (astigmatism corrector) while swinging the astigmatism of ± 15 nm at the angle of SF. In FIG. 8, when a focus correction amount that maximizes the smallest blur among A, B, and C within the range where the maximum value of the blurs A, B, and C in the SF does not exceed 25 nm is searched, Is 25 nm, the blur of B is 19 nm, and this point is the point to be determined (S position). Then, the focus correction amount is 6.2 μm. Therefore, the difference in blurring over the entire wafer is 25 nm−19 nm = 6 nm, which is significantly smaller than the conventional method shown in FIG.
[0064]
In this way, if the size of the blur in the SF is made uniform, the problem that the size of the pattern formed on the mask fluctuates greatly can be avoided, and the mask pattern can be easily determined. In addition, it is possible to reduce the difference in blur in the entire wafer.
[0065]
Hereinafter, an example of an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention. The manufacturing process of this example includes the following main processes.
(1) Wafer manufacturing process for manufacturing a wafer (or wafer preparation process for preparing a wafer)
{Circle around (2)} A mask manufacturing process for manufacturing a mask used for exposure (or a mask preparation process for preparing a mask)
(3) Wafer processing step for performing necessary processing on the wafer
(4) Chip assembling process to cut out chips formed on the wafer one by one and make them operable
(5) Chip inspection process for inspecting the resulting chip
Each of the steps further includes several sub-steps.
[0066]
Among these main steps, the main step that has a decisive effect on the performance of the semiconductor device is the wafer processing step. In this step, designed circuit patterns are sequentially stacked on a wafer to form a large number of chips that operate as memories and MPUs. This wafer processing step includes the following steps.
{Circle around (1)} A thin film forming step of forming a dielectric thin film or wiring portion serving as an insulating layer or a metal thin film forming an electrode portion (using CVD, sputtering, or the like)
(2) Oxidation process for oxidizing this thin film layer and wafer substrate
(3) A lithography process for forming a resist pattern using a mask (reticle) to selectively process thin film layers, wafer substrates, etc.
(4) An etching process for processing a thin film layer or a substrate according to a resist pattern (for example, using a dry etching technique)
5) Ion / impurity implantation / diffusion process
(6) Resist stripping process
(7) Inspection process for inspecting further processed wafers
It should be noted that the wafer processing step is repeatedly performed for the required number of layers to manufacture a semiconductor device that operates as designed.
[0067]
FIG. 10 is a flowchart showing a lithography step which is the core of the wafer processing step of FIG. This lithography step includes the following steps.
(1) A resist coating step of coating a resist on a wafer on which a circuit pattern has been formed in the preceding step
(2) Exposure process for exposing the resist
(3) Developing step of developing the exposed resist to obtain a resist pattern
(4) Annealing process for stabilizing the developed resist pattern
[0068]
The above-described semiconductor device manufacturing process, wafer processing process, and lithography process are well known, and need not be further described. In the present embodiment, since the exposure method according to the present invention is used in the exposure step (2) of the lithography step, it is easy to manufacture a mask pattern and the blur can be reduced.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a charged particle beam exposure apparatus and an exposure method capable of making the blur uniform in a subfield and reducing the difference in blur across the entire wafer. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an exposure transfer optical system of a charged particle beam exposure apparatus.
FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the curvature of field is the smallest at the end of the subfield and is largest at the center of the subfield.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a distance from a subfield center and a stored energy intensity.
FIG. 4 is a diagram showing points at which blur in the SF is calculated.
FIG. 5 is a diagram showing a change in blur when a focus position, that is, an image plane position is corrected by an exposure transfer image position adjusting unit.
FIG. 6 is a diagram showing a change in the magnitude of blur when a rotation / magnification swing is applied by using a rotation magnification adjustment unit.
FIG. 7 is a graph showing a blurred state when the exposure is performed while the position of the image formed on the SF is rocked by the exposure transfer image position adjusting means.
FIG. 8 is a graph showing a state of blurring when exposure is performed while swinging the astigmatism by the astigmatism adjustment unit.
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a lithography process.
FIG. 11 is a diagram schematically showing a field curvature and an image blur caused by the field curvature.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method of relatively shifting the imaging plane 5 from a wafer position in order to equalize blurring in a subfield due to field curvature.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mask, 2 ... Charged particle beam, 3 ... First projection lens, 4 ... Second projection lens, 5 ... Wafer, 6 ... First deflector, 7 ... Second deflector, 8, 9 ... Ferrite stack, 10 ... Scattering aperture, 11 ... System axis (optical axis), 21 ... Original wafer position, 22 ... Adjusted wafer position, 23 ... Charged particle beam, 24 ... Subfield center, 25 ... Image plane, 26 ... Blur Size of
