JP2012243917A

JP2012243917A - 荷電粒子線露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法

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Publication number: JP2012243917A
Application number: JP2011111875A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Suzuki; 一明鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-12-10

Abstract

【課題】露光装置の大型化を抑制し、荷電粒子線を用いてマスクレス露光方式で効率的にターゲットを露光する。
【解決手段】電子ビーム露光装置ＥＸは、電子ビームＥＢが照射される複数のアパーチャ１５が形成されたＢＡＡ部材１４と、電子ビームＥＢのオン／オフを制御する変調部１３と、アパーチャ１５に対応する配置の複数のアパーチャ２５がそれぞれ形成された複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等を有する固定アパーチャ部材２２と、変調部１３でオンにされた電子ビームを、一つのサブ・フィールドに偏向する主偏向系２０と、選択されたサブ・フィールドの像に対してウエハＷをＹ方向に移動するウエハステージＷＳＴと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体集積回路を製造するためのリソグラフィー工程に用いられる荷電粒子線露光技術に関し、特に、デバイス（電子デバイス又はマイクロデバイス）のパターン情報に基づいて、パターン原版（マスク）を介さずに直接、電子ビーム又はイオンビーム等の荷電粒子線のオン／オフ制御及び偏向制御を行うことにより所望のパターンをターゲット上に描画するいわゆるマスクレス露光方式の荷電粒子線露光技術に関する。本発明は、さらに荷電粒子線露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

例えば半導体集積回路を製造するためのリソグラフィー工程で使用されている電子ビームを用いる露光（転写露光）技術として、最初に実用化されたペンシルビーム方式は、高精度ではあるがスループットが低いのが欠点とされていた。そこで、次に、矩形開口により成形された電子ビームを別の矩形開口上に結像させ、ビーム位置を偏向することにより、ターゲットとしてのウエハの表面で所望のサイズの矩形状の露光パターンを得る可変成形方式が実用化された。可変成形方式は、矩形状の領域を一度に露光できるため、ペンシルビーム方式に比べ飛躍的にスループットが向上でき、現在でも広く採用されている。

更に、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。この図形部分一括露光方式では、繰り返し性のある例えばターゲット上で５μｍ角程度の小さい回路パターン（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。しかしながら、この方式でも、繰り返し性のないパターンについては、従来の可変成形方式の描画を行う必要がある。

一方、図形部分一括露光方式よりも飛躍的に高スループットをねらう電子ビーム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（以下、レチクルと呼ぶ）を準備し、そのレチクルのある範囲に電子ビームを照射し、その照射範囲のパターンの像を投影レンズにより縮小転写する電子ビーム縮小転写方式が開発されている。この電子ビーム縮小転写方式では、通常、レチクルの全範囲に一括して電子ビームを照射して一度にパターンを転写するような広視野で高精度の電子光学系の実現は難しいとともに、原版となるレチクル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の一つは、ウエハ上の１ダイ（１チップ分の領域）又は複数ダイを一度に露光するのではなく、大きな視野を持つ電子光学系を用いてパターンを小領域（サブ・フィールド）毎に分割して転写露光する方式（以下、分割転写方式と呼ぶ）である。この分割転写方式では、一つのサブ・フィールドの寸法はウエハ上で０．２５ｍｍ角から１ｍｍ角程度であり、可変成形方式の場合の一回の露光面積に比べて非常に大きい。そして、被露光面上でこれらのサブ・フィールドのパターンの像をビーム偏向やステージ移動によりつなぐことにより、単なる電子ビーム縮小転写方式に比べて、光学的に広い領域にわたって解像度及び精度の良い露光を行うことができる。

また、最近検討されている別の方式は、マスクを使用せずに、電子ビームをブランキング・アパーチャ・アレイ（以下、ＢＡＡという。）と呼ばれる複数のアパーチャに通すことにより、数十本〜数百本の電子ビームに変換し、これらの複数の電子ビームでウエハを露光するマスクレス露光方式である。このマスクレス露光方式では、複数の電子ビームをウエハ上で同量偏向させつつ、不要な電子ビームのみに必要なタイミングでＢＡＡが形成された部材（ＢＡＡ部材）で偏向させることによってブランキングをかけて、ウエハへの露光をオフにすることにより、所望の露光パターンを実現できる。マスクレス露光方式では、電子ビームの偏向とブランキング制御とをウエハステージの移動に同期させることで、ウエハの全面を効率的に露光可能と考えられている（例えば非特許文献１参照）。

Hans C. Pfeiffer, "NEW PROSPECTS FOR ELECTRON BEAMS AS TOOLS FOR SEMICONDUCTOR LITHOGRAPHY", Proc. of SPIE Vol. 7378, 737802, （米国）, (2009)

従来の分割転写方式では、一個の半導体チップ全体の回路パターンを備えたレチクルを準備する必要があるとともに、レチクルの所望の領域を電子ビームを照射できる位置に移動させるために真空環境で動作するレチクルステージが必要となり、露光装置の大型化を招いていた。

一方、従来のＢＡＡを用いたマスクレス露光方式では、効率良くウエハの露光を行うためには、より大きな領域をカバーし、より多くのアパーチャを有するＢＡＡ部材を使用する必要がある。このため、ＢＡＡ部材が大型化し、ブランキング機構が複雑化し、その制御が複雑化するとともに、多数の電子ビームのオン／オフ制御のためのデータ転送量が増加し、多数の電子ビームのオン／オフを高速に行うことが困難である。

本発明は、このような事情に鑑み、ターゲットを露光するための装置の大型化を抑制し、荷電粒子線を用いてマスクレス露光方式で効率的にターゲットを露光することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、荷電粒子線でターゲットを露光する荷電粒子線露光装置が提供される。この荷電粒子線露光装置は、その荷電粒子線からなるビームを発生する荷電ビーム源と、そのビームがそれぞれ照射される複数の第１開口が形成された第１開口部材と、その複数の第１開口から選択された第１開口を通過するビームをそのターゲットに照射可能とする変調系と、その複数の第１開口に対応する配置の複数の第２開口がそれぞれ形成された複数の部分領域を有する第２開口部材と、その変調装置で選択された第１開口を通過したビームを、その第２開口部材のその複数の部分領域から選択された一つの部分領域に偏向する第１偏向系と、その第１偏向系で選択された部分領域の複数の第２開口を通過したビームを集光して、そのターゲットの表面にその複数の第２開口の像を形成する投影系と、その投影系によるビームの露光領域に対してそのターゲットを第１方向に移動するステージと、を備えるものである。

また、第２の態様によれば、荷電粒子線でターゲットを露光する荷電粒子線露光方法が提供される。この荷電粒子線露光方法は、その荷電粒子線からなるビームを、第１開口部材に形成された複数の第１開口に照射することと、その複数の第１開口から選択された第１開口を通過するビームをそのターゲットに照射可能とするように変調することと、その変調によって選択された第１開口を通過したビームを、第２開口部材のその複数の第１開口に対応する配置の複数の第２開口がそれぞれ形成された複数の部分領域から選択された一つの部分領域に偏向することと、その選択された部分領域の複数の第２開口を通過したビームを集光して、そのターゲットの表面にその複数の第２開口の像を形成することと、そのビームの露光領域に対してそのターゲットを第１方向に移動することと、を含むものである。

また、第３の態様によれば、本発明の荷電粒子線露光装置又は荷電粒子線露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明によれば、第１開口部材の複数の第１開口から変調によって選択された開口を通過したビームをターゲットに照射可能とすることで、複数のビームのオン／オフ制御が行われる。また、第１開口部材の選択された第１開口を通過したビームを偏向させて第２開口部材の複数の部分領域を順次照明することで、その複数の部分領域の複数の第２開口の像（オン／オフ制御される複数のスポットビーム）がターゲットに露光される。さらに、その第２開口の像に対してターゲットを移動することで、マスクレス露光方式で効率的にターゲットを露光できる。

また、第１開口部材は第２開口部材よりも小型化できるため、第１開口部材の大型化を抑制でき、複数のビームのオン／オフ制御を行う制御系の複雑化を抑制でき、そのオン／オフ制御のためのデータ転送量の増大を抑制できる。また、複数の部分領域が設けられた第２開口部材を用いることにより、ターゲット上に露光されるパターンの一部又は全部のパターンに対応する原版パターンが形成されたレチクル（マスク）が不要となり、真空環境で動作するレチクルステージが不要となるため、露光装置の大型化を抑制できる。

実施形態の一例のマスクレス露光方式の電子ビーム露光装置の概略構成を示す機構部を斜視図で表した図である。（Ａ）は図１中のＢＡＡ部材１４のアパーチャ配置例を示す拡大平面図、（Ｂ）は図２（Ａ）の一部の拡大断面図である。（Ａ）は図１中の固定アパーチャ部材２２の一つのサブ・フィールド内のアパーチャ配置例を示す拡大平面図、（Ｂ）はそのサブ・フィールドのウエハ上の像を示す図、（Ｃ）は図３（Ｂ）の一部の拡大図である。（Ａ）は固定アパーチャ部材２２の複数のサブ・フィールドの配置例を簡略化して示す拡大図、（Ｂ）は図４（Ａ）中の第１の一行のサブ・フィールドの配置を示す図、（Ｃ）は図４（Ａ）中の第２の一行のサブ・フィールドの配置を示す図である。（Ａ）は複数のサブ・フィールドの配置上の電子ビームの移動方向の一例を示す図、（Ｂ）は複数のサブ・フィールドの配置上の電子ビームの移動方向の他の例を示す図である。（Ａ）はウエハ上の一行の露光領域内での電子ビームの移動経路の一例を示す拡大図、（Ｂ）はウエハの表面における露光経路の一例を示す平面図である。ウエハ上でのビーム電流と解像度との関係の一例を示す図である。露光方法の一例を示すフローチャートである。電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

本発明の実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置ＥＸの全体構成を概略的に示す。電子ビーム露光装置ＥＸは、一例として電子ビームＥＢを用いてマスクレス露光方式でウエハＷの表面（ウエハ面）を露光する露光装置である。また、電子ビーム露光装置ＥＸは、ウエハＷを露光する投影光学系２７と、ウエハＷを静電吸着等で保持して移動するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を制御するコンピュータよりなる主制御系４１と、主制御系４１に接続された記憶装置４２と、その他の制御部等とを備えている。記憶装置４２には、ウエハＷに露光される回路パターンの形状等のデータ（露光用パターンデータ）が記憶されている。ウエハＷは、シリコン等からなる円板状の基材の表面に電子線レジスト（感光材料）を塗布したものを含む。電子ビーム露光装置ＥＸの電子光学系及び機構部は、不図示の真空チャンバ内に収納されている。以下、図１において、投影光学系２７の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内の直交座標系をＸ軸及びＹ軸として説明する。本実施形態では、露光中のウエハ面はほぼＸＹ平面に平行である。

電子ビーム露光装置ＥＸは、電子ビームＥＢを発生する電子ビーム源１０と、電子ビーム源１０から発生した電子ビームＥＢを平行ビームに変換するコリメータレンズ（不図示）と、平行ビームに変換された電子ビームＥＢを個別に集光する複数の集光光学系１２を有するコンデンサー光学系１１とを備えている。主制御系４１がビーム源制御部４４を介して電子ビーム源１０の出力を制御する。また、電子ビーム露光装置ＥＸは、複数の集光光学系１２によって集光された電子ビームが個別に照射される複数のアパーチャ１５よりなるブランキング・アパーチャ・アレイ（以下、ＢＡＡという。）が形成されたブランキング・アパーチャ・アレイ部材（以下、ＢＡＡ部材という。）１４を備えている。

図２（Ａ）に示すように、複数のアパーチャ１５は、一例として、ＢＡＡ部材１４のＸ方向の幅ＳＸ１でＹ方向の幅ＳＹ１のアレイ領域５１内に、Ｘ方向にピッチｐｘ１で２０行に、及びＹ方向にピッチｐｙ１で２０列に配列されている。即ち、アレイ領域５１内で、−Ｘ方向で＋Ｙ方向の端部のアパーチャ１５の中心の位置をＰ（１，１）としたとき、位置Ｐ（１，１）から＋Ｘ方向に（ｉ−１）ｐｘ１だけ離れ、−Ｙ方向に（ｊ−１）ｐｙ１だけ離れた位置Ｐ（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊは１以上で２０以下の整数）にそれぞれ別のアパーチャ１５の中心が配置されている。この例では、図１の複数の集光光学系１２の配列も、Ｘ方向に２０行でＹ方向に２０列である。なお、図１では、図面の錯綜を避けるために、アパーチャ１５及び集光光学系１２は、それぞれ３行×３列に簡略化して表されている。

本実施形態においては、ＢＡＡ部材１４の各アパーチャ１５に対応して複数の集光光学系１２が設けられているため、電子ビーム源１０からの電子ビームを効率よく利用できると同時に、ＢＡＡ部材１４における不要な熱の発生を防止できる利点がある。なお、例えばＢＡＡ部材１４における照射熱の影響が小さいときには、複数の集光光学系１２（コンデンサー光学系１１）を省略することも可能である。

本実施形態では、ＢＡＡ部材１４のアパーチャ１５の形成面は、ウエハ面とほぼ共役であり、アパーチャ１５の配列のピッチｐｘ１，ｐｙ１は、一例として、ウエハ表面での値に換算して１２．５μｍである。従って、アレイ領域５１の幅ＳＸ１，ＳＹ１は、ウエハ表面での値に換算して２５０（＝２０×１２．５）μｍである。また、アパーチャ１５のＸ方向、Ｙ方向の幅は、一例としてウエハ表面での値に換算してほぼ２０ｎｍである。なお、図２（Ａ）のアパーチャ１５の形状は円形であるが、アパーチャ１５の形状は正方形又は長方形であってもよい。

また、電子ビーム露光装置ＥＸは、ＢＡＡ部材１４の各アパーチャ１５を通過した電子ビームのオン／オフを個別に制御する変調部１３と、ＢＡＡ部材１４のアパーチャ１５のアレイの像を形成する前群レンズ１８Ａ及び後群レンズ１８Ｂを含むリレーレンズ１７と、リレーレンズ１７の瞳面（射出瞳と共役な面）に配置されて光軸上に円形のアパーチャ１９ａが形成されたブランキング・プレート１９とを備えている。この場合、アパーチャ１５を通過した電子ビームがオンになるとは、この電子ビームがウエハＷに照射可能となることを意味し、アパーチャ１５を通過した電子ビームがオフになるとは、この電子ビームがウエハＷに照射されないことを意味する。変調部１３は、ＢＡＡ部材１４の底面に、各アパーチャ１５をＹ方向に挟むように設けられたそれぞれ１対の電極部材１６Ａ，１６Ｂと、ブランキング・プレート１９とを含んで構成されている。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢＡＡ部材１４にＹ方向に一列に配列された３つのアパーチャ１５を示す。図２（Ｂ）において、一例として中央の位置Ｐ（ｉ１，ｊ１）（ｉ１，ｊ１は整数）のアパーチャ１５をＹ方向に挟む１対の電極部材１６Ａ，１６Ｂ間には正の電圧が印加され、両側の位置Ｐ（ｉ１，ｊ１±１）の各アパーチャ１５をそれぞれＹ方向に挟む２対の電極部材１６Ａ，１６Ｂ間の電位差は０である。このとき、中央のアパーチャ１５を通過する電子ビームは、＋Ｙ方向に偏向され、図１の電子ビームＥＢ３と同様にブランキング・プレート１９で遮断されてオフになり、両側のアパーチャ１５を通過する電子ビームは、そのまま図１の電子ビームＥＢ１，ＥＢ２と同様にブランキング・プレート１９のアパーチャ１９ａを通過してオンになる。このように、各アパーチャ１５をＹ方向に挟む１対の電極部材１６Ａ，１６Ｂ間の電圧を制御することで、このアパーチャ１５を通過する電子ビームのオン／オフを制御できる。

図１において、主制御系４１の制御のもとで、変調制御部４５が、各対の電極部材１６Ａ，１６Ｂ間の電圧を個別に制御することで、全部のアパーチャ１５を通過する電子ビームのオン／オフを個別に、かつ高速に制御できる。なお、アパーチャ１５のアレイ、電極部材１６Ａ，１６Ｂのアレイ、及びこれらの部材に電圧を供給する信号線（不図示）が形成されたＢＡＡ部材１４は、例えば最近著しく進歩したＭＥＭＳ（Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム）技術を用いて製造することができる。

また、電子ビーム露光装置ＥＸは、リレーレンズ１７内に配置されてリレーレンズ１７を通過する電子ビームを一律にＸ方向Ａ１及びＹ方向Ａ２に大きく偏向する主偏向系２０と、リレーレンズ１７を通過して集光及び偏向された電子ビームが選択的に照射される互いに同じ構成の第１行の複数のサブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｆ及び第２行の複数のサブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｆが形成された固定アパーチャ部材２２と、固定アパーチャ部材２２を支持する支持部材２６とを備えている。主偏向系２０は、電子ビームを一律にＸ方向に大きく偏向するＸ偏向器２１Ｘと、電子ビームを一律にＹ方向に比較的大きく偏向するＹ偏向器２１Ｙとを有する。

図３（Ａ）に示すように、固定アパーチャ部材２２のＸ方向の幅ＳＸ２でＹ方向の幅ＳＹ２のサブ・フィールド２３Ａには、図２（Ａ）のＢＡＡ部材１４のアパーチャ１５のアレイと１：１に対応する配列で、Ｘ方向にピッチｐｘ２で２０行に、Ｙ方向にピッチｐｙ２で２０列に配列されたアパーチャ２５が形成されている。各アパーチャ２５の位置Ｐ（ｉ，ｊ）の定義はＢＡＡ部材１４上のアパーチャ１５の位置と同様である。サブ・フィールド２４Ａ内にもサブ・フィールド２３Ａと同じ配置で複数のアパーチャ２５が形成されている。

また、固定アパーチャ部材２２のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等の形成面は、ウエハ面とほぼ共役である。サブ・フィールド２３Ａの幅ＳＸ２，ＳＹ２は、ＢＡＡ部材１４のアレイ領域５１の幅ＳＸ１，ＳＹ１にリレーレンズ１７の投影倍率を掛けた値と同じである。同様に、サブ・フィールド２３Ａ内のアパーチャ２５の配列のピッチｐｘ２，ｐｙ２は、アレイ領域５１内のアパーチャ１５の配列のピッチｐｘ１，ｐｙ１にリレーレンズ１７の投影倍率を掛けた値と同じであり、サブ・フィールド２３Ａ内のアパーチャ２５の大きさは、アレイ領域５１内のアパーチャ１５の像とほぼ同じである。

図１において、実際には、第１行のサブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｆ及び第２行のサブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｆは、それぞれ２０個のサブ・フィールドの一部を示しており、さらにその第１行のサブ・フィールドと第２行のサブ・フィールドとは交差するように配置されている（図４（Ａ）参照）。主偏向系２０によって、リレーレンズ１７を通過する電子ビームは、その第１行及び第２行の複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等のうちの一つのサブ・フィールドに照射される。主制御系４１の制御のもとで、主偏向制御部４６が主偏向系２０を介してリレーレンズ１７を通過する電子ビームのＸ方向、Ｙ方向の偏向量を一律に制御する。

また、固定アパーチャ部材２２の第１行及び第２行の複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等を通過する電子ビームが、投影光学系２７を介してウエハＷの表面の露光領域に複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等の像（部分投影像３１，３２）を形成する。一例として、投影光学系２７の投影倍率は１／４である。ただし、本実施形態では、ある時点では、それらのサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等のうちの一つのサブ・フィールドのみに電子ビームが照射されているため、その時点では、投影光学系２７を介してその一つのサブ・フィールドの像のみが形成される。

本実施形態において、リレーレンズ１７から例えば図３（Ａ）のサブ・フィールド２３Ａ（又は２４Ａ）に電子ビームが照射されると、サブ・フィールド２３Ａ内の全部のアパーチャ２５のうちで、図２（Ａ）のＢＡＡ部材１４のアパーチャ１５を通過して変調部１３によってオンにされている電子ビームのみが対応する位置Ｐ（ｉ，ｊ）のアパーチャ２５を照射する。そして、投影光学系２７によって図３（Ｂ）に示すサブ・フィールド２３Ａ（又は２４Ａ）の像２３ＡＰ（又は２４ＡＰ）である部分投影像３１（又は３２）がウエハ面に形成される。その部分投影像３１は、サブ・フィールド２３Ａ内のアパーチャ２５の像２５Ｐに対応する露光可能点３５の集合である。各露光可能点３５の位置Ｐ（ｉ，ｊ）の定義はＢＡＡ部材１４上のアパーチャ１５の位置と同様である。各露光可能点３５のうちで、変調部１３によってオンにされている電子ビームが照射される部分（黒点で示される部分）をビームスポット３５Ａと呼び、変調部１３によって電子ビームがオフにされている部分（白点で示される部分）を非露光点３５Ｂと呼ぶこととする。変調部１３でＢＡＡ部材１４の全部のアパーチャ１５を通過した電子ビームのオン／オフを個別に制御することによって、ウエハ面の投影光学系２７による部分投影像３１（又は３２）内の任意の位置Ｐ（ｉ，ｊ）にビームスポット３５Ａを照射できる。

また、図３（Ｃ）に示すように、露光可能点３５（ビームスポット３５Ａ及び非露光点３５Ｂ）のＸ方向、Ｙ方向の配列のピッチをｐｘ，ｐｙとすると、一例としてピッチｐｘ，ｐｙは１２．５μｍであり、ビームスポット３５ＡのＸ方向、Ｙ方向の幅は２０ｎｍである。ビームスポット３５Ａの形状は円形であるが、その他に正方形又は長方形等も可能である。また、部分投影像３１（３２）のＸ方向、Ｙ方向の幅は２５０μｍである。このとき、投影光学系２７の投影倍率を１／４とすると、固定アパーチャ部材２２のサブ・フィールド２３Ａ（２４Ａ）内のアパーチャ２５の配列のピッチｐｘ２，ｐｙ２は５０μｍ、サブ・フィールド２３Ａ（２４Ａ）の幅ＳＸ２，ＳＹ２は１ｍｍである。この場合、サブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等はほぼＹ方向に２行で、Ｘ方向に２０列配置されているため、サブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等が形成されている全体の領域（投影光学系２７の物体面側の視野）は、ほぼＸ方向の長さが２０ｍｍで、Ｙ方向の幅が２ｍｍの領域である。

また、電子ビーム露光装置ＥＸは、投影光学系２７内に配置されて、投影光学系２７を通過する電子ビームをウエハ面で一律にＸ方向Ａ３及びＹ方向Ａ４に、図３（Ｂ）の露光可能点３５の配列のピッチｐｘ，ｐｙの範囲（幅）内で偏向する副偏向系２８を備えている。副偏向系２８は、電子ビームを一律にＸ方向に偏向するＸ偏向器２９Ｘと、電子ビームを一律に例えばウエハＷのＹ方向への移動に同期してＹ方向に偏向するＹ偏向器２９Ｙとを有する。主制御系４１の制御のもとで、副偏向制御部４７が副偏向系２８を介して投影光学系２７からウエハ面に照射される電子ビームのＸ方向、Ｙ方向の偏向量を一律に制御する。

この結果、ウエハ面の部分投影像３１，３２内で、図３（Ｃ）に示すように、すべての露光可能点３５のＸ方向、Ｙ方向の位置を、それぞれＸ方向の幅ｐｘでＹ方向の幅ｐｙの描画領域３６内で制御可能である。幅ｐｘ，ｐｙは露光可能点３５の配列のピッチｐｘ，ｐｙと同じであるため、全部の露光可能点３５を中心とする複数の描画領域３６によって部分投影像３１，３２内の全部の領域を覆うことが可能である。従って、副偏向系２８によってすべての露光可能点３５を描画領域３６内で偏向制御しつつ、変調部１３によってそれぞれの露光可能点３５を独立にオン・オフ制御することによって、部分投影像３１，３２で任意のパターンを露光できる。露光可能な最小のパターンはビームスポット３５Ａと同程度の大きさである。また、各ビームスポット３５ＡのＸ方向、Ｙ方向の位置の設定精度（アドレッシングの分解能）は、一例として各ビームスポット３５Ａの大きさを４０ｎｍと仮定すると、その１／２０程度の２ｎｍである。

なお、一例として、部分投影像３１，３２内の露光可能点３５のＹ方向への移動は、平均的に、ウエハＷのＹ方向への移動に同期して行われる。この結果、部分投影像３１，３２は、実質的にＹ方向に露光可能点３５の配列のピッチｐｙの範囲内で移動可能である。
また、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴによって、投影光学系２７による露光領域に対してウエハＷをＹ方向（走査方向）に一定速度で移動可能であるとともに、ウエハＷをＸ方向（非走査方向）に移動可能である。ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置は、複数軸のレーザ干渉計（不図示）によって計測されている。この計測値及び主制御系４１からの制御情報に基づいて、ステージ制御系４３は、リニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置及び速度を制御する。勿論、電子ビームへの影響防止のためリニアモータは十分な磁気シールドを備えている。

ウエハＷの露光時には、ウエハステージＷＳＴを矢印３３Ａで示すようにＹ方向に移動することによって、矢印Ｂ１，Ｂ３，Ｂ５で示すように、ウエハ面の隣接する一列の被露光領域３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに対してそれぞれ相対的に投影光学系２７の露光領域が移動する。これらの移動の間に、矢印Ｂ２，Ｂ４で示すように、電子ビームが照射されていない状態の露光領域が、ウエハＷに対してＸ方向に移動する。なお、図１では、説明の便宜上、被露光領域３０Ａ〜３０Ｃ及び部分投影像３１，３２は大きく表されている。

次に、本実施形態の電子ビーム露光装置ＥＸを用いた露光方法の一例につき図８のフローチャートを参照して説明する。この露光方法の動作は主制御系４１によって制御される。本実施形態で露光対象とするパターンは、一例として半導体集積回路（半導体デバイス）のパターンであり、具体的には例えばＳＲＡＭ(Static RAM)のゲートセル用の回路パターンである。

また、以下では、説明の便宜上、図１の固定アパーチャ部材２２に形成されているサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等の構成及び配列は、図４（Ａ）に示すとおりであるとする。図４（Ａ）において、固定アパーチャ部材２２には、それぞれ１０行×１０列のアパーチャ２５が形成された第１行の１０個の互いに同一のサブ・フィールド２３Ａ〜２３ＪがほぼＸ方向に配列され、第１行のサブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｊと同じ配列でそれぞれ１０行×１０列のアパーチャ２５が形成された第２行の１０個のサブ・フィールド２４Ａ〜２４ＪがほぼＸ方向に配列されている。この例では、ＢＡＡ部材１４のアパーチャ１５の配列も１０行×１０列となる。そして、−Ｘ方向の端部において、サブ・フィールド２３Ａの＋Ｙ方向の一行分のアパーチャ２５と、サブ・フィールド２４Ａの−Ｙ方向の一行分のアパーチャ２５とは、共有領域３７Ａ内で重なっている。言い換えると、サブ・フィールド２３Ａ，２４Ａは共有領域３７Ａ内の一行のアパーチャ２５を共有している。

さらに、図４（Ｂ）に示すように、第１行の２番目以降のサブ・フィールド２３Ｂ〜２３Ｊは、−Ｘ方向に隣接するサブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｉに対して、順次＋Ｙ方向に一行分のアパーチャ２５だけずれている。また、図４（Ｃ）に示すように、第２行の２番目以降のサブ・フィールド２４Ｂ〜２４Ｊは、−Ｘ方向に隣接するサブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｉに対して、順次−Ｙ方向に一行分のアパーチャ２５だけずれている。この結果、図４（Ａ）において、第１行のサブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｊと、第２行のサブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｊとは固定アパーチャ部材２２において交差するように配置されている。即ち、１対のサブ・フィールド２３Ｂ，２４Ｂ〜２３Ｅ，２４Ｅは次第に共有するアパーチャ２５の行数が増加しており、サブ・フィールド２３Ｅ，２４Ｅの共有領域３７Ｅは９行分のアパーチャ２５を含んでいる。

また、次のサブ・フィールド２３Ｆ，２４ＦはＹ方向の位置が入れ替わっており、共有領域３７Ｆは９行分のアパーチャ２５を含んでいる。それに続く１対のサブ・フィールド２３Ｇ，２４Ｇ〜２３Ｊ，２４Ｊは次第に共有するアパーチャ２５の行数が減少しており、＋Ｘ方向の端部のサブ・フィールド２３Ｊ，２４Ｊの共有領域３７Ｊは１行分のアパーチャ２５を含んでいる。サブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｊとサブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｊとでアパーチャ２５に共有領域を設定することでほぼ２５％のアパーチャ数を減らすことができる。

ウエハＷの露光を行うため、先ず図８のステップ２０２において、図１のウエハステージＷＳＴに、電子線レジストが塗布されたウエハＷがロードされ、ウエハステージＷＳＴの駆動によってウエハＷは投影光学系２７の露光領域に対する移動開始位置に移動する。ウエハＷの直径は例えば２５０ｍｍ又は３００ｍｍ等であり、ウエハ面は、一例として図６（Ｂ）に示すように、それぞれ１チップ分の回路パターンが形成される１番目のダイＳＡ１〜Ｎ番目のダイＳＡＮ（Ｎは例えば数１０の整数）に区分されている。ダイＳＡ１〜ＳＡＮは、一例としてＸ方向の幅が２５ｍｍでＹ方向の長さが３３ｍｍの矩形である。

本実施形態では、ダイＳＡ１〜ＳＡＮが設定されている有効領域を＋Ｘ方向の端部から順に、Ｘ方向の幅ｄの被露光領域３０Ａ，３０Ｂ，…に分割し、これらの被露光領域３０Ａ，３０Ｂ，…に順次パターンを露光する。固定アパーチャ部材２２のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等が２０行×２０列のアパーチャ２５（ウエハ面での配列のピッチを１２．５μｍとする）を有し、かつサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等がＸ方向に２０個配列されている場合には、被露光領域３０Ａ等の幅ｄは、５ｍｍである。従って、各ダイＳＡ１〜ＳＡＮは、それぞれ複数個の被露光領域３０Ａ，３０Ｂ等に分割されて露光される。なお、図６（Ｂ）では、説明の便宜上、被露光領域３０Ａ等の幅ｄは、実際よりも広く表されている。

次に、主制御系４１は記憶装置４２から露光用パターンデータを読み込み、読み込んだ露光用パターンデータを変調制御部４５及び副偏向制御部４７に設定し（ステップ２０４）、ビーム源制御部４４を介して電子ビーム源１０に電子ビームの出力を開始させる（ステップ２０６）。これによって、ＢＡＡ部材１４のアパーチャ１５のアレイに電子ビームが照射される。この段階では、変調部１３によって全部のアパーチャ１５を通過する電子ビームがオフにされている。

次に、ウエハＷのＹ方向（最初は−Ｙ方向）への移動（走査）を開始する（ステップ２０８）。次のステップ２１０において、主制御系４１から供給されるタイミング信号に応じて、変調制御部４５は変調部１３を介してＢＡＡ部材１４の全部のアパーチャ１５を通過する電子ビームのオン／オフの切り替えを制御する。このオン／オフの切り替え制御（変調）は連続的に高速に実行される。次のステップ２１２において、主制御系４１は、電子ビームが照射される固定アパーチャ部材２２のサブ・フィールドを選択し、選択したサブ・フィールドの位置を主偏向制御部４６に設定する。これに応じて、アパーチャ１５を通過して個別にオンに設定された電子ビームは、主偏向系２０によって一律に偏向されて、その選択されたサブ・フィールド（２３Ａ〜２３Ｊ，２４Ａ〜２４Ｊのいずれか）に照射される。図１の一つの部分投影像３１（又は３２）の露光中には、電子ビームは同じサブ・フィールドに照射されている。なお、ステップ２１２における、主制御系４１によるサブ・フィールドの選択は、実際にはステップ２１０の電子ビームのオン／オフ制御の前に行われている。

次のステップ２１４において、主制御系４１から供給されるタイミング信号に応じて、副偏向制御部４７は、副偏向系２８を介して、上記の選択されたサブ・フィールドを通過し、かつオンにされている電子ビームを一律にＸ方向、Ｙ方向に偏向する。これにより、次のステップ２１６において、変調部１３によってオンに設定され、主偏向系２０によって選択されたサブ・フィールドに照射され、かつ副偏向系２８によって偏向された電子ビームのビームスポット３５Ａ（部分投影像３１，３２）によってウエハＷが露光される。

次のステップ２１８において、ウエハＷの一列の被露光領域３０Ａに対する露光が終了したかどうかを判定し、終了していない場合には、ステップ２０８に戻り、ウエハＷの−Ｙ方向への移動が継続される。それに続くステップ２１０〜２１６において、オンに設定され、選択されたサブ・フィールドに照射され、かつ副偏向系２８によって偏向された電子ビームのビームスポット３５ＡによってウエハＷが露光される。

その後、ステップ２１８において、被露光領域３０Ａの露光が終了したときには、ステップ２２０に移行して、ウエハＷの全面の露光が終了したかどうかを判定し、終了していない場合には、ステップ２２２に移行して、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷを−Ｘ方向に移動（ステップ移動）する。その後、ステップ２１０〜２１８が繰り返されて、ウエハＷの次の一列の被露光領域３０Ｂが電子ビームによって露光される。この後、図６（Ｂ）に示す露光経路Ｂｉに沿ってウエハＷの被露光領域３０Ｃ，３０Ｄ等が電子ビームによって順次露光される。

この露光方法におけるステップ２０８〜２１８の動作につき、図６（Ｂ）の２番目の被露光領域３０Ｂに露光する場合を例にとって説明する。この場合、図６（Ａ）に示すように、ウエハＷは矢印３３Ｂで示す＋Ｙ方向に一定速度で移動している（走査されている）。また、図５（Ａ）に示す固定アパーチャ部材２２に設けられた第１行のサブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｊの投影光学系２７による像を図６（Ａ）に示す部分投影像３１Ａ〜３１Ｊとして、第２行のサブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｊの投影光学系２７による像を図６（Ａ）に示す部分投影像３２Ａ〜３２Ｊとする。なお、投影光学系２７によって倒立像が形成されるものとしている。

主偏向系２０によって、図５（Ａ）において、第２行の最初のサブ・フィールド２４Ａに電子ビームが照射されると、図６（Ａ）に矢印Ｂ３１で示すように、その直前に露光された被露光領域３０Ｂの端部の部分投影像に隣接するように部分投影像３２Ａが投影される。ウエハＷの＋Ｙ方向への移動に同期して、副偏向系２８によって部分投影像３２Ａは平均的に＋Ｙ方向に移動する。この過程で、変調部１３による電子ビームのオン／オフ及び副偏向系２８による電子ビームのＸ方向、Ｙ方向への偏向によって、部分投影像３２Ａ内に目標とするパターンが露光される。その後、ウエハＷが＋Ｙ方向に、サブ・フィールド２４Ａの一行分のアパーチャ２５の幅ｐｙに対応する距離だけ移動すると、主偏向系２０によって、図５（Ａ）の隣のサブ・フィールド２４Ｂに電子ビームが照射される。このとき、図６（Ａ）の被露光領域３０Ｂ内の露光済みの部分投影像３２Ａの隣に部分投影像３２Ｂが投影され、部分投影像３２Ｂ内にも目標とするパターンが露光される。

このように、ウエハＷが一行分のアパーチャ２５の幅ｐｙに対応する距離だけＹ方向に移動する毎に、主偏向系２０によって、図５（Ａ）に矢印Ａ５で示すように、電子ビームが次第に隣のサブ・フィールド２４Ｃ〜２４Ｊに照射される。これに応じて、図６（Ａ）に矢印Ｂ３２で示すように、被露光領域３０Ｂ内の露光済みの部分投影像３２Ａ，３２Ｂの隣に順次、部分投影像３２Ｃ〜３２Ｊが投影され、部分投影像３２Ｃ〜３２Ｊ内にも目標とするパターンが露光される。本実施形態では、サブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｊが次第にＹ方向に一行分のアパーチャ２５の幅ｐｙだけずれているため、主偏向系２０によって順次サブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｊに電子ビームを照射することによって、ウエハＷのＹ方向への移動に同期して、被露光領域３０Ｂ内のＸ方向に沿った領域に順次、部分投影像３２Ａ〜３２Ｊを露光できる。

その後、主偏向系２０によって、図５（Ａ）に矢印Ａ６で示すように、第１行の右端のサブ・フィールド２３Ｊに電子ビームが照射されるのに応じて、図６（Ａ）に矢印Ｂ３３で示すように、被露光領域３０Ｂ内で部分投影像３２Ｊに−Ｙ方向に隣接するように部分投影像３１Ｊが投影される。この後、ウエハＷが一行分のアパーチャ２５の幅ｐｙに対応する距離だけＹ方向に移動する毎に、図５（Ａ）に矢印Ａ７で示すように、電子ビームが次第に隣のサブ・フィールド２３Ｉ〜２３Ａに照射される。これに応じて、図６（Ａ）に矢印Ｂ３４で示すように、被露光領域３０Ｂ内の露光済みの部分投影像３１Ｊの隣に順次、部分投影像３１Ｉ〜３１Ａが投影され、部分投影像３１Ｊ〜３１Ａ内にも目標とするパターンが露光される。サブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｊも、サブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｊに交差するように次第に、Ｙ方向に一行分のアパーチャ２５の幅ｐｙだけずれているため、順次サブ・フィールド２３Ｊ〜２３Ａに電子ビームを照射することによって、ウエハＷのＹ方向への移動に同期して、被露光領域３０Ｂ内のＸ方向に沿った領域に順次、部分投影像３１Ｊ〜３１Ａを露光できる。

その後、図５（Ａ）で矢印Ａ８に示すように、第２行の左端のサブ・フィールド２４Ａに電子ビームが照射された後、主偏向系２０によって矢印Ａ５、Ａ６、Ａ７で示すように、電子ビームの照射位置をずらしていくことによって、図６（Ａ）に矢印Ｂ３５〜Ｂ３９で示すように、被露光領域３０Ｂ内に隣接するように部分投影像３２Ａ〜３２Ｊ，３１Ｊ〜３１Ａが投影され、これらの部分投影像３２Ａ〜３２Ｊ，３１Ｊ〜３１Ａにも目標とするパターンが露光される。このように、ウエハＷの被露光領域３０Ｂ内では、ウエハＷのＹ方向への移動に同期して、Ｘ方向及びＹ方向に隣接するように順次部分投影像３１Ａ〜３１Ｊ，３２Ａ〜３２Ｊを露光することが繰り返されて、被露光領域３０Ｂ内に目標とするパターンが露光される。

また、ウエハＷの被露光領域３０Ｂに隣接する被露光領域３０Ａ又は３０Ｃを露光する場合には、ウエハＷの走査方向が逆方向（−Ｙ方向）になる。そこで、固定アパーチャ部材２２では、図５（Ｂ）に示すように、主偏向系２０によって電子ビームは、矢印Ａ９，Ａ１０，Ａ１１，Ａ１２で示すように、サブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｊからサブ・フィールド２４Ｊ〜２４Ａへと逆回りに移動することになる。

そして、図８のステップ２２０において、ウエハＷの全面の露光が終了したときに、ウエハＷの露光が終了する。この時点では、ウエハＷの各ダイＳＡ１〜ＳＡＮには、例えば露光パターンデータに応じた同一の回路パターンが露光されている。露光済みのウエハＷは、コータ・デベロッパ（不図示）に搬送されて現像され、ウエハＷの各ダイＳＡ１〜ＳＡＮにその回路パターンに対応するレジストパターンが形成される。

このようにして、本実施形態によれば、マスクレス露光方式でウエハＷの全面に効率的に目標とするパターンを露光できる。
次に、本実施形態の電子ビーム露光装置ＥＸの処理能力等を評価する。この場合、ＢＡＡ部材１４のアパーチャ１５によって、ウエハ面で、ほぼ１２．５μｍピッチで２０行×２０列の露光可能点３５が形成されるものとする。また、変調部１３によってオンにされるビームスポット３５Ａの幅を４０ｎｍ、副偏向系２８によるビームスポット３５Ａの位置の設定精度（アドレッシングの分解能）は、各ビームスポット３５Ａの大きさのほぼ１／２０の２ｎｍであるとする。

また、ウエハＷの走査時のウエハステージＷＳＴのＹ方向の速度をｖとすると、その速度ｖ（ｃｍ／ｓｅｃ）は、レジスト感度Ｓ（μＣ／ｃｍ²）、ウエハ面での平均電子ビーム強度（２０×２０のビーム群の総ビーム強度（μＡ）を２５０μｍ×２５０μｍの面積で除算したもの）Ｉ（μＡ／ｃｍ²）、Ｙ方向のビーム間隔Ｌｙ（ｃｍ）（＝１２．５μｍ）から、次式で与えられる。

ｖ＝Ｌｙ×Ｉ／Ｓ …（１０）
仮に、レジスト感度Ｓを１０μＣ/ｃｍ²、平均電子ビーム強度Ｉを５μＡ／（２５０μｍ×２５０μｍ）とすると、速度ｖは次のように１０ｍｍ／ｓｅｃとなる。
ｖ＝１２．５×５／（２５０×２５０×１０^-4×１０）＝１（ｃｍ／ｓｅｃ） …（１１）
この間、副偏向系２８によって電子ビームをＸ方向に偏向しながら、Ｘ方向のビーム間隔Ｌｘ（ｃｍ）（＝１２．５μｍ）を分解能２ｎｍで除算して得られる回数である６２５０回だけ、変調部１３によって電子ビームのオン／オフ制御が行われる。そして、副偏向系２８による１回のＸ方向への偏向終了時に、副偏向系２８によって電子ビームがＹ方向にＬｙ／６２５０（＝２ｎｍ）だけ偏向しているという動作（Ｙ偏向）を併用することによって、ウエハ面ではＸ方向に平行にパターンが露光される。その後、副偏向系２８によって、電子ビームをＹ方向に分解能である２ｎｍ分だけずらした後、同様に電子ビームをＸ方向に偏向しながら露光を行う。以上のような電子ビームのＸ方向の偏向制御と、電子ビームのオン／オフ制御とを６２５０回繰り返すことにより、１つの電子ビームによる１２．５μｍ角の領域内の露光が終了する。そして、２０行×２０列の電子ビームの全体では、ウエハ面で２５０μｍ角の領域の露光、即ち一つのサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等（主偏向系２０で選択された一つのサブ・フィールド）の露光が完了する。このとき、１２．５μｍ角の面積の露光時間である１．２５ｍｓｅｃ｛＝（１０μＣ／ｃｍ²）／（５μＡ／（２５０μｍ×２５０μｍ））｝の間にＸ方向、Ｙ方向に６２５０×６２５０回の制御を行うため、この制御に必要な変調部１３及び副偏向系２８におけるデータ転送レートは、３１．２５ＧＨｚとなる。これは実現可能な値である。

次に、電子ビーム露光装置ＥＸのウエハ処理能力である、１枚のウエハの総露光時間Ｔexpは、平均電子ビーム強度Ｉ、レジスト感度Ｓ、サブ・フィールド２３Ａ等の像のウエハ面でのＸ方向及びＹ方向の幅Ｗｘ，Ｗｙ、ウエハＷ（直径３００ｍｍとする）の露光面積Ａ₃₀₀、及びサブ・フィールド２３Ａの像が目標位置に整定する時間ｔ_EB,settleを用いて、次のように表される。

この場合、時間ｔ_EB,settleは小さいため、総露光時間ＴexpはほぼＳ・Ａ₃₀₀／Ｉとなる。ここで、レジスト感度Ｓを１０μＣ／ｃｍ²、平均電子ビーム強度Ｉを５μＡ、直径３００ｍｍのウエハの露光面積Ａを約６５０ｃｍ²とすると、総露光時間Ｔexpは次のようにほぼ１３００ｓｅｃとなり、約２．７ｗｐｈ（１時間当たり２．７枚のウエハ）の処理能力が得られると予測される。

Ｔexp＝Ｓ・Ａ₃₀₀／Ｉ＝１０・６５０／５＝１３００（ｓｅｃ） …（１２）
この総露光時間Ｔexpの値は、４０ｎｍ未満の高解像度用のマスクレス方式の露光装置としては、非常に高い値である。
また、本実施形態の電子ビーム露光装置ＥＸの電子ビームの像のぼけ(Image blur)を解像度Ｒ（ｎｍ）とみなした場合、ウエハ面での平均電子ビーム強度Ｉ（μＡ）と、解像度Ｒと平均電子ビーム強度Ｉとの関係は、Ｉが５μＡのときＲを４０ｎｍと仮定して来たが、サブ・フィールドサイズを拡大すると図７の曲線６１Ａ，６１Ｂに示すようになる。図７において、曲線６１Ａは、固定アパーチャ部材２２のサブ・フィールド２３Ａの大きさがウエハ面での値に換算して１ｍｍ角の場合の関係を示し、曲線６１Ｂは、サブ・フィールド２３Ａの大きさがウエハ面での値に換算して１．５ｍｍ角の場合の関係を示す。図７より、平均電子ビーム強度Ｉが５μＡの場合に、２０ｎｍ程度以下の解像度Ｒが得られることが分かる。

上述のように、本実施形態の電子ビームＥＢでウエハＷを露光する電子ビーム露光装置ＥＸは、電子ビームＥＢを発生する電子ビーム源１０と、電子ビームＥＢがそれぞれ照射される複数のアパーチャ１５が形成されたＢＡＡ部材１４と、複数のアパーチャ１５から選択されたアパーチャ１５を通過する電子ビームをウエハＷに照射可能とする変調部１３と、複数のアパーチャ１５の配置と１：１で対応する配置の複数のアパーチャ２５がそれぞれ形成された複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等を有する固定アパーチャ部材２２と、を備える。さらに、電子ビーム露光装置ＥＸは、変調部１３で選択されたアパーチャ１５を通過した電子ビームを、固定アパーチャ部材２２の複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等から選択された一つのサブ・フィールドに偏向する主偏向系２０と、主偏向系２０で選択されたサブ・フィールドの複数のアパーチャ２５を通過した電子ビームを集光して、ウエハＷの表面に複数のアパーチャ２５の像を形成する投影光学系２７と、投影光学系２７による電子ビームの露光領域に対してウエハＷをＹ方向に移動するウエハステージＷＳＴと、を備える。

また、露光装置ＥＸによる露光方法は、電子ビームＥＢでウエハＷを露光する露光方法であって、電子ビームＥＢを、ＢＡＡ部材１４に形成された複数のアパーチャ１５に照射するステップ２０６と、複数のアパーチャ１５から選択されたアパーチャ１５を通過するビームをウエハＷに照射可能とするように変調するステップ２１０と、を有する。さらに、その露光方法は、その変調によって選択されたアパーチャ１５を通過した電子ビームを、固定アパーチャ部材２２の複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等から選択された一つのサブ・フィールドに偏向するステップ２１２と、その選択されたサブ・フィールドの複数のアパーチャ２５を通過した電子ビームを集光して、ウエハＷの表面に複数のアパーチャ２５の像を形成するステップ２１６と、電子ビームの露光領域に対してウエハＷをＹ方向に移動するステップ２０８とを有する。

本実施形態によれば、ＢＡＡ部材１４及び変調部１３を用いたマルチビーム制御技術と、主偏向系２０による電子ビームＥＢのサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等に対する偏向技術とを組み合わせることができ、マスクレス露光方式であるにも関わらず、高解像度で、かつ高いウエハ処理能力でウエハＷを露光できる。
また、ＢＡＡ部材１４の複数のアパーチャ１５から変調によって選択されたアパーチャ１５を通過した電子ビームをウエハＷに照射可能とすることで、複数の電子ビームのオン／オフ制御が行われる。また、選択されたアパーチャ１５を通過した電子ビームを偏向させて固定アパーチャ部材２２の複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等を順次照明することで、その複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等の複数のアパーチャ２５の像（オン／オフ制御される複数のビームスポット３５Ａ）がウエハＷに露光される。さらに、そのアパーチャ２５の像に対してウエハＷを移動することで、マスクレス露光方式で効率的にウエハＷが露光される。

また、ＢＡＡ部材１４は固定アパーチャ部材２２よりも小型化できるため、ＢＡＡ部材１４の大型化を抑制でき、複数のビームのオン／オフ制御を行う変調部１３の複雑化を抑制でき、そのオン／オフ制御のためのデータ転送量の増大を抑制できる。また、複数のサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等が設けられた固定アパーチャ部材２２を用いることにより、ウエハＷ上に露光されるパターンの一部又は全部のパターンに対応する原版パターンが形成されたレチクル（マスク）が不要となり、真空環境で動作するレチクルステージが不要となるため、露光装置の大型化を抑制できる。

また、本実施形態によれば、固定アパーチャ部材２２において、サブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｊと、サブ・フィールド２４Ａ〜２４Ｊとが交差するように配置されているため、主偏向系２０で電子ビームを例えばサブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｊ、２４Ｊ〜２４Ａ（又はこの逆回り）に順次移動することによって、Ｙ方向に移動しているウエハＷの表面にＸ方向に一行ずつの部分投影像を正確に、かつ容易に露光できる。

なお、例えばウエハＷの移動速度を可変にする場合には、固定アパーチャ部材２２において、サブ・フィールド２３Ａ〜２３Ｊ、２４Ｊ〜２４Ａを交差することなく平行に配置することも可能である。また、サブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等の個数は任意であり、サブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等の中のアパーチャ２５の個数（即ち、ＢＡＡ部材１４のアパーチャ１５の個数）も任意である。

また、本実施形態では、副偏向系２８で各部分投影像３１，３２内のビームスポット３５Ａの位置をＸ方向、Ｙ方向に偏向しているため、ウエハ面にビームスポット３５Ａの大きさ以上の任意のパターンを露光できる。なお、例えばサブ・フィールド２３Ａ，２４Ａ等のアパーチャ２５の大きさに比べてＢＡＡ部材１４のアパーチャ１５の像を小さく設定し、主偏向系２０を用いてアパーチャ２５内で、アパーチャ１５を通過してオンにされた電子ビームの位置をＸ方向、Ｙ方向に僅かに偏向する制御を加える場合には、副偏向系２８を省略することが可能である。

また、上記の実施形態の電子ビーム露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する方法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。この電子デバイスは、図９に示すように、デバイスの機能・性能設計を行って露光用のパターンデータを準備するステップ１２２、デバイスの基材であるウエハ（基板）を製造するステップ１０２、ウエハの薄膜形成等のプロセッシングを行うステップ１０４、ウエハにパターン形成を行うステップ１０６、ウエハから各チップを切り出して電子デバイスを組み立てるステップ１０８、完成した製品のチップを検査するステップ１１０によって製造される。検査済みの製品はステップ１１２で出荷される。

また、パターン形成を行うステップ１０６は、より詳細には、ステップ１２２で準備された露光用のパターンデータを用いて上記の実施形態の電子ビーム露光装置ＥＸ又は露光方法を用いてウエハに露光を行い、さらに現像を行うリソグラフィー工程１２４、現像後のウエハにＣＶＤ、スパッタリング、酸化、イオン注入、及び／又はドライエッチング等を行う薄膜処理工程１２８、及びウエハの洗浄工程１２６等を含んでいる。これらのリソグラフィー工程１２４、洗浄工程１２６、及び薄膜処理工程１２８等は、ウエハの表面に形成されるレイヤ数に応じて繰り返して実行される。

このように本実施形態のデバイス製造方法は、上記の実施形態の電子ビーム露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて、基板（ウエハＷ）に感光層のパターンを形成（露光）する工程と、そのパターンが形成された基板を処理する工程（即ち、基板の電子線レジストを現像し、そのパターンに対応するマスク層をその基板の表面に形成する現像工程、及びそのマスク層を介してその基板の表面を加工（加熱及びエッチング等）する加工工程）と、を含んでいる。

このデバイス製造方法によれば、小型の露光装置を用いてマスクレス露光方式で効率的に基板を露光できるため、種々の電子デバイスを高いスループットで容易に量産できる。
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、液晶表示素子、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子（ＣＭＯＳ型、ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイス（電子デバイス）の製造プロセスにも広く適用できる。

なお、上述の実施形態では、荷電粒子線として電子ビームが使用されているが、露光用の荷電粒子線としてイオンビーム等を用いる場合にも本発明を適用することができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

ＥＸ…電子ビーム露光装置、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、１０…電子ビーム源、１１…コンデンサー光学系、１３…変調部、１４…ＢＡＡ（ブランキング・アパーチャ・アレイ）部材、１５…アパーチャ、１９…ブランキング・プレート、２０…主偏向系、２２…固定アパーチャ部材、２３Ａ〜２３Ｊ，２４Ａ〜２４Ｊ…サブ・フィールド、２５…アパーチャ、２６…支持部材、２７…投影光学系、２８…副偏向系、３０Ａ〜３０Ｃ…被露光領域、３５Ａ…ビームスポット、４１…主制御系

Claims

荷電粒子線でターゲットを露光する荷電粒子線露光装置であって、
前記荷電粒子線からなるビームを発生する荷電ビーム源と、
前記ビームがそれぞれ照射される複数の第１開口が形成された第１開口部材と、
前記複数の第１開口から選択された前記第１開口を通過するビームを前記ターゲットに照射可能とする変調系と、
前記複数の第１開口に対応する配置の複数の第２開口がそれぞれ形成された複数の部分領域を有する第２開口部材と、
前記変調装置で選択された前記第１開口を通過した前記ビームを、前記第２開口部材の前記複数の部分領域から選択された一つの前記部分領域に偏向する第１偏向系と、
前記第１偏向系で選択された前記部分領域の前記複数の第２開口を通過したビームを集光して、前記ターゲットの表面に前記複数の第２開口の像を形成する投影系と、
前記投影系による前記ビームの露光領域に対して前記ターゲットを第１方向に移動するステージと、
を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
前記投影系によって形成される前記複数の第２開口の像を前記ターゲットの表面で前記第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に、前記複数の第２開口の像の間隔の幅の範囲内で偏向する第２偏向系を備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光装置。
前記荷電ビーム源と前記第１開口部材との間に配置されて、前記ビーム源から発生された前記ビームを前記第１開口部材の前記複数の第１開口に個別に集光する集光光学系を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子線露光装置。
前記第２開口部材の前記複数の部分領域は、前記第１方向に交差する方向に対応する方向に近接して配置された第１列の複数の部分領域を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光装置。
前記第２開口部材の前記複数の部分領域は、前記第１列の複数の部分領域と交差するように配置された第２列の複数の部分領域を含み、
前記第１列の複数の部分領域と前記第２列の複数の部分領域とは、少なくとも一部で前記第２開口を共有していることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線露光装置。
前記荷電ビーム源は電子ビーム源であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光装置。
荷電粒子線でターゲットを露光する荷電粒子線露光方法であって、
前記荷電粒子線からなるビームを、第１開口部材に形成された複数の第１開口に照射することと、
前記複数の第１開口から選択された前記第１開口を通過するビームを前記ターゲットに照射可能とするように変調することと、
前記変調によって選択された前記第１開口を通過した前記ビームを、第２開口部材の前記複数の第１開口に対応する配置の複数の第２開口がそれぞれ形成された複数の部分領域から選択された一つの部分領域に偏向することと、
前記選択された部分領域の前記複数の第２開口を通過したビームを集光して、前記ターゲットの表面に前記複数の第２開口の像を形成することと、
前記ビームの露光領域に対して前記ターゲットを第１方向に移動することと、
を含む荷電粒子線露光方法。
前記複数の第２開口の像を前記ターゲットの表面で前記第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に、前記複数の第２開口の像の間隔の幅の範囲内で偏向することを含む請求項７に記載の荷電粒子線露光方法。
前記ビームを、前記複数の第１開口に照射することは、前記ビームを前記複数の第１開口に個別に集光することを含む請求項７又は８に記載の荷電粒子線露光方法。
前記第２開口部材の前記複数の部分領域は、前記第１方向に交差する方向に対応する方向に近接して配置された第１列の複数の部分領域を含み、
前記ビームを、前記第２開口部材の前記複数の部分領域から選択された一つの部分領域に偏向することは、前記ビームを次第に前記第１列の複数の部分領域に偏向することを含む請求項７〜９のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光方法。
前記第２開口部材の前記複数の部分領域は、前記第１列の複数の部分領域と交差するように配置された第２列の複数の部分領域を含み、
前記ビームを、前記第２開口部材の前記複数の部分領域から選択された一つの部分領域に偏向することは、前記ビームを次第に前記第１列及び第２列の複数の部分領域に交差するように偏向することを含む請求項７〜１０のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光方法。
前記荷電ビーム源は電子ビーム源であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光方法。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
請求項７〜１２のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。