JP3728031B2

JP3728031B2 - 電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光用マスク

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Publication number: JP3728031B2
Application number: JP28381496A
Authority: JP
Inventors: 茂寺島; 真人村木; 紳松井; 明三宅; 昌彦奥貫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2016-10-25
Also published as: JPH10135102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造のリソグラフィに於ける電子ビーム露光技術に関する分野に属し、特に生産性の高いウエハへの電子ビーム露光装置および電子ビーム露光用マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリデバイス製造の量産段階においては、高い生産性を持つ光ステッパが用いられてきたが、線幅が０．２μｍ以下の１Ｇ、４ＧＤＲＡＭ以降のメモリデバイスの生産においては、光露光方式に代わる露光技術の１つに、解像度が高く、生産性の優れた電子ビーム露光法が期待されている。
【０００３】
従来の電子ビーム露光法は、単一ビームのガウシアン方式と可変成形方式が中心で、生産性が低いことから、マスク描画や超ＬＳＩの研究開発、少量生産のＡＳＩＣデバイスの露光等の電子ビームの優れた解像性能の特徴を活かした用途に用いられてきた。
【０００４】
この様に、電子ビーム露光法の量産化への課題は、生産性を如何に向上させるかが大きな課題であった。
【０００５】
近年、この課題解決の１つの方法として、部分一括転写方式が提案されている。この方式（第９図）は、メモリ回路パターンの繰り返し部分を数μｍ領域にセル化することで、描画の生産性を向上することが狙いである。
【０００６】
しかし、この方式の１度に露光出来る最大露光領域は、可変成形方式と同じ数μｍ程度であり、広い露光領域を得るためには、２段ないし３段の複数の偏向器を用いたり、ＭＯＬ（移動収束レンズ系）を用いて偏向に伴う色収差や歪等を除く必要があった。
【０００７】
生産性を向上するためには、描画領域を拡大することが要求されるが、解像度０．２μｍ以下でしかも２〜３０ｎｍのフィールド間繋ぎ精度が確保できる偏向領域は、数ｍｍ前後とされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来より電子ビーム露光装置では１度に露光できる領域、いわゆる露光領域が光露光装置等に比較して極端に小さい。このため、電子ビームの走査およびウエハやマスクの機械的な走査を行ってウエハ全体を露光する方法が用いられている。そしてウエハを全面露光するには多数回のステージ往復走査が必要となり、結果的にステージ走査時間が生産性を決める主要因であった。ゆえに光露光装置に比べて１枚のウエハを露光するために非常に多くの時間を要していた。
【０００９】
スループットを大きくする方法としては、前記走査をより高速にするか、照射領域を広げるかどちらか少なくとも一方を大幅に改善する必要がある。一方、従来のような数μｍの照射領域では、ビーム電流の空間電荷の影響から、電流密度を大きくすると像がぼけるという欠点がある。このため最大の照射電流値にも限界があり、走査をより高速にしたとしても問題は残る。
【００１０】
従来の露光方式の電子光学系の軸上の収差の少ない狭い領域を用いた像形成を行う限り、露光領域を広げることは困難である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子ビーム露光装置のある形態は、電子ビームを用いて第１物体のパターンを縮小電子光学系を介して第２物体上に縮小投影する電子ビーム露光装置において、前記縮小電子光学系の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた前記第１物体上の円弧状領域からの電子ビームが前記縮小電子光学系を通過する際に発生する収差を補正する補正手段を具備することを特徴とする。
【００１２】
前記補正手段は、電子ビームを発散または収斂させる作用を有し、前記円弧状領域の接線方向と動径方向とでは前記発散または収斂させる作用が異なることを特徴とする。
【００１３】
前記補正手段は、円弧状の開口を有する電極を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記第１物体は、電子ビーム透過部と電子ビーム不透過部でパターンが形成された電子ビーム用マスクであり、前記第１物体を所定方向に移動させる手段と、前記第２物体を前記所定方向に移動させる手段と、露光の際、前記第２物体の移動に同期して前記第１物体を前記所定方向に移動させる制御手段を有することを特徴とする。
【００１５】
前記第１物体上の円弧状領域を照明領域として電子ビームを照射する照射手段を具備することを特徴とする。
【００１６】
前記照射手段は、円弧状のスリットを有するアパーチャ手段と、前記第１物体の移動方向に関する前記スリットの幅を変更する手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
前記照射手段は、円弧状のスリットを有するアパーチャ手段と、前記第１物体の移動方向に関する前記スリットの幅を前記第１物体の移動方向と直交する方向に関して異ならしめる手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
前記第２物体に入射する電子ビームの総電流に関する情報を求める情報収得手段と、求められた総電流に関する情報に基づいて前記縮小電子光学系の焦点位置を補正する手段とを具備することを特徴とする。
【００１９】
前記情報収得手段は、前記第１物体で散乱される散乱電子を検出する散乱電子検出手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
前記散乱電子検出手段は、前記縮小電子光学系の瞳位置に配置された前記散乱電子を遮断する散乱電子制限アパーチャでの電流を検出する手段を有することを特徴とする。
【００２１】
前記情報収得手段は、前記第１物体の位置とその位置に対応した前記第２物体に入射する電子ビームの総電流の関係を予め記憶する手段を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明のデバイス製造方法のある形態は、上記の電子ビーム露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とする。
【００２３】
本発明の電子ビーム露光方法のある形態は、電子ビームを用いて第１物体のパターンを縮小電子光学系を介して第２物体上に縮小投影する電子ビーム露光方法において、前記縮小電子光学系の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた前記第１物体上の円弧状領域からの電子ビームが前記縮小電子光学系を通過する際に発生する収差を補正する補正段階を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明のデバイス製造方法の他の形態は、上記の電子ビーム露光方法を用いて電子ビーム露光された第２物体を現像する現像段階を有する。
【００２５】
本発明の電子ビーム露光装置の他の形態は、電子ビームを用いて第１物体のパターンを縮小電子光学系を介して第２物体上に縮小投影する電子ビーム露光装置において、前記電子ビームとして、前記第１物体上の前記縮小電子光学系の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた円弧状領域からの電子ビームを用いることを特徴とする。さらに、電子源から発せられた電子ビームを、円弧状スリットにより前記第１物体上の円弧状領域に照射する照射手段と、前記照射手段からの電子ビームに対して前記第１物体および前記第２物体を走査させる走査手段を具備するようにしても良い。また、前記第１物体と前記第２物体の間に配置された、円弧状開口を有する電極により、前記縮小電子光学系で発生する収差を補正する補正手段をさらに具備するようにしても良い。
【００２６】
本発明のデバイス製造方法の他の形態は、電子ビームを用いて第１物体のパターンを縮小電子光学系を介して第２物体上に縮小投影する露光段階と、前記露光段階で露光された第２物体を現像する現像段階と、を有し、前記露光段階では、前記電子ビームとして、前記第１物体上の前記縮小電子光学系の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた円弧状領域からの電子ビームを用いることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（本発明の基本的技術思想）
従来より電子ビーム露光装置では１ショットで露光できる電子光学系の露光領域が、光露光装置の投影光学系の露光領域に比較して極端に小さい。このため、ウエハ全体を露光するには電子的な走査および機械的な走査の距離が光露光装置に比べて長いので非常に多くの時間を要し、スループットは極端に悪い。スループットを大きくする方法としては、電子的な走査および機械的な走査をより高速にするか、１ショットの露光領域を広げるかどちらか少なくとも一方を大幅に改善する必要がある。
【００３５】
本発明は、露光領域の拡大を可能にした電子ビーム露光装置若しくは電子ビーム露光方法である。
【００３６】
広い領域の電子ビームをウエハ上で結像させようとすると電子光学系の光軸から離れる（光軸に対して動径方向に離れる）に従って収差（特に像面湾曲、非点）が大きくなる。そこで本発明では、図８に示すように、従来の電子線露光装置で用いられていたような電子光学系の軸上の領域（図中Ａ）の電子ビームを用いず、光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた円弧状領域（図中Ｂ）の電子ビームを用いる。これにより、露光領域の像面湾曲はほとんどない。また非点収差はあるが露光領域内の電子ビームは動径方向の焦点位置及び接線方向の焦点位置は略同一位置であるので露光領域内の電子ビームに対し動径方向と接線方向とで異なる発散または収斂作用を与える補正手段を備えることにより非点収差がほとんどなくなる。その結果、本発明の電子ビーム露光装置の露光領域は、従来に比べ大幅に広げることが可能である。
【００３７】
（実施例１）
図１は本発明の電子ビーム露光装置の構成を示す図である。電子銃１０１から発せられた電子ビーム１０２は、コンデンサーレンズ１０３にてほぼ平行な電子ビームとなり、アパーチャ１０４に入射する。アパーチャ１０４の詳細な構成は後述する。アパーチャ１０４では円弧状の領域(後述する縮小電子光学系１０８、１０９の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた円弧状領域)に電子ビームを切り取り、電子ビーム透過部と電子ビーム不透過部でパターンが形成されたマスク１０５へと導く。マスク１０５は電子ビームが透過するメンブレンの上に電子ビームを散乱させる散乱体パターンが存在する散乱型、もしくは電子ビームを遮断または減衰させる吸収体パターンが存在するステンシル型のどちらを用いることも可能であるが、本実施例では、散乱型のマスクを用いている。電子ビームマスク１０５は少なくともＸＹ方向に移動可能なマスクステージに載置されている。電子ビームマスク１０５の詳細は後述する。
【００３８】
マスク１０５上の円弧状領域からの電子ビームは、電子レンズ１０８Ａ、１０８Ｂで構成される縮小電子光学系１０８を介してウエハ１１４上に結像される。その際、電子ビームが縮小電子光学系を通過する際に発生する収差（特に非点収差）を補正する収差補正光学系１０７を介して電子ビームはウエハ上に結像する。収差補正光学系１０７は、アパーチャ１０４と同じように縮小電子光学系１０８の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた円弧状の形状の開口であって電子ビームマスク１０５からの電子ビームを遮らないようにアパーチャ１０４よりも広い開口を有する電極で、その電位は電子ビームマスク１０５からの電子ビームを加速、又は減速させるように設定されている。その結果、収差補正光学系１０７は、円弧状の開口の接線方向と動径方向とでは発散または収斂作用が異なる電子レンズであり、言い換えれば円弧状の開口の接線方向と動径方向とでは焦点距離が異なる電子レンズである。本実施例では電極１枚の電子レンズを採用しているが開口形状が同じ３枚の電極で構成されたユニポテンシャルレンズを採用しても構わない。
【００３９】
１１０は、ウエハ１１４に投影されるマスク１０５上のパターン像を回転させる回転レンズ、１１１は、マスク１０５の散乱体を透過散乱してきた電子ビームを遮断し、散乱体の無いところを透過してきた電子ビームを通過させる散乱電子制限アパーチャ、１１２は、ウエハ１１４に投影される電子ビームマスク１０５上のパターン像の位置を補正する位置補正偏向器、１１３は縮小電子光学系１１８の焦点補正レンズである。
【００４０】
１１５は、ウエハ１１４を載置するウエハチャック、１１６はウエハチャックを載置しＸＹ方向及びＸＹ面内の回転方向に移動可能なウエハステージである。
【００４１】
上記構成において、マスク１０５を矢印１２１の方向に、ウエハ１１４を矢印１２２の方向に同期させるとともに縮小電子光学系１０８の縮小率に応じた速度で双方を移動させることにより、マスク１０５上の円弧状領域のパターンがウエハ１１４に順次露光される。
【００４２】
図２（ａ）、（ｂ）に本実施例の電子ビーム露光装置に用いる電子ビーム用のマスク１０５を示す。４０１はマスクパターン領域、４０２はマスク基板、４０３は電子ビーム透過膜、４０４は電子ビーム散乱体、４０５は補強桟、４０６はマスクフレームを示す。このマスクの構成は、例えば２ｍｍ厚のシリコンウエハ４０２上に成膜された０．１μｍ厚のＳｉＮからなるメンブレン４０３上に０．０７μｍ厚の金が散乱体４０４としてパターニングされている。このシリコンウエハは単独ではハンドリング等取り扱いが難しいので、Ｘ線露光に用いられているようなマスクフレーム４０６に固定されている。このマスクのメンブレンである０．１μｍ厚のＳｉＮは機械的強度もきわめて小さい。例えば４Ｇ−ＤＲＡＭ１チップの回路パターンは２０ｍｍ×３５ｍｍ程度の面積が必要といわれている。これを従来の光露光と同様に１／４〜１／５に縮小して転写すると仮定すると、マスク上では８０ｍｍ〜１００ｍｍ×１４０ｍｍ〜１７５ｍｍとなる。これをマスク上で一つの窓で構成することはメンブレン膜の強度上困難である。また、直径１００ｍｍを遥かに越える広い面積にこのようなきわめて薄いメンブレンを均一に成膜する事も難しい。このため、本実施例では縮小電子光学系１０８の縮小率を１／２とし、更にマスク上では露光すべきパターンを複数の小領域に分割して形成している。縮小率１／２であれば、例えば４Ｇ−ＤＲＡＭの１チップは、マスク上では４０ｍｍ×７０ｍｍ程度の面積で足りる。
【００４３】
図２（ａ）に示すように本実施例では、マスクは１チップのパターンを４つの窓(小領域)に分割して形成している。前述したように極めて薄いメンブレン膜に回路パターンを持たせるため１チップ分のパターンを１つの窓で構成する事は強度や位置歪みの点から非常に難しい。また、電子ビームで一度に照射、結像できる露光領域も限られる。これらの点から幅１０ｍｍ程度の複数の窓内のパターンを個別に分露光して１チップのパターンを転写する。このように分割された窓の間隔を数ミリにしてシリコン基板を残し、補強桟として強度を持たせる。本実施例の構成で、マスクは４インチウエハにて作製できるので現実的である。
【００４４】
図３は、本実施例の電子ビーム露光装置の主要な構成を示すブロック図である。同図中、図１と同一構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】
３０１はアパーチャ１０４の開口形状を制御する制御回路、３０２はマスクステージ１０６の移動を制御するマスクステージ制御回路、３０３はマスクステージ１０６の位置をリアルタイムで測定するレーザ干渉計１、３０９はウエハステージ１１６の位置をリアルタイムで測定する測長器、３０５はレーザ干渉計２、位置補正偏向器１１２によってウエハ１１４に投影されるパターン像の位置を制御する偏向位置補正回路、３０４は収差補正光学系の収差特性を制御する収差制御回路、３０６は縮小電子光学系１１８の倍率（縮小率）を制御する倍率制御回路、３０７は縮小電子光学系１１８の光学特性（焦点位置、像の回転）を調整するために回転レンズ１１０、焦点補正レンズ１１３を制御する光学特性制御回路、、３０８はウエハステージの移動を制御するウエハステージ制御回路、３１３は上記説明した構成を制御する制御系、３１４は制御系３１３の制御データが記憶されているメモリー、３１５はインターフェース、３１６は電子ビーム露光装置全体を制御するＣＰＵを示す。
【００４６】
図４は本実施例の露光動作を説明する為の図である。同図中、図１と同一構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。２０１はアパーチャの開口、２０２はマスク上での電子ビーム照射域、２０３はウエハ上のデバイスパターン、２０４はウエハ走査にて電子ビームが照射される領域である。
【００４７】
そして、図３、図４を用いて、本実施例の露光動作について説明する。
【００４８】
制御系３１３はＣＰＵ３１６に「露光」を指令されると、アパーチャ制御回路によってアパーチャ１０４のアパーチャの開口２０１の走査方向の幅(スリット幅)と走査方向と直交する方向の長さ（スリット長さ）を設定する。
【００４９】
アパーチャ１０４の具体的な構成を図５に示す。本実施例のアパーチャは同図に示すように、円弧５０１に内接する形状の縁を持ったのブレード５０３と前記円弧と半径が同一の円弧５０２に外接する形状の縁を持ったブレード５０４とを図のように所望の距離をおいて、構成することにより、円弧状のアパーチャの開口２０１のスリット幅を一定にしている。更に、これらブレード５０３、５０４の少なくとも片方を可動にすることにより、制御系３１３は、使用されるレジストの感度もしくは照明する電子ビームの強度の情報に基づいて、アパーチャ制御回路に命じて円弧状のアパーチャの開口２０１のスリット幅を調整し、それに対応して最適なアパーチャの開口２０１のスリット長さを設定できる。マスクの項目で述べたように、縮小率が１／２の場合、例えばウエハ上に露光すべきデバイスチップのパターン幅が２０ｍｍ（マスク上では４０ｍｍ）である為に、デバイスチップパターンを１０ｍｍ幅の小領域に分割して形成したマスクを使用する場合、制御系３１３は、マスクの小領域の幅の情報に基づいてアパーチャ制御回路３０１に命じアパーチャのスリット長さを１０ｍｍ幅に設定する。本実施例では円弧の半径は８ｍｍに設定した。この円弧の半径は、縮小電子光学系１０８が許容される程度の歪みの範囲内で成り立つ最大の露光領域の半径より小さく、マスク上の一走査露光領域４０１の幅の１／２より大きい範囲内にあるということはいうまでもない。図中５０７〜５１０はそれぞれのアパーチャブレードの駆動部で、アパーチャ制御回路３０１によって制御されている。また、５１１は走査方向の中心線を示す。
【００５０】
制御系３０１は、マスクステージ駆動制御回路３０１及びウエハステージ制御回路３０８を介してマスクステージ１０６及びウエハステージ１１６を同期して走査方向１２１、１２２に移動させて、、マスク１０５に形成された４つの小領域のうちの一つの小領域のパターンを電子ビーム照射域２０２上を通過させることによって、ウエハ１１４にパターンを走査露光する。その際、マスクステージ１０６及びウエハステージ１１６の位置をそれぞれレーザ干渉計１（３０３）、レーザ干渉計２（３０９）にて検出し、マスクステージ１０６とウエハステージ１１６との所望の位置関係からの位置ずれを検出し偏向位置補正回路３０５を経て位置補正偏向器１１２によって、ウエハ１１４上に転写されるパターン像を所望の位置になるように位置を補正する。一つの小領域の転写が終了すると、制御系３０１は、マスクステージ駆動制御回路３０１及びウエハステージ制御回路３０８を介してマスクステージ１０６及びウエハステージ１１６を走査方向と直交する方向にステップさせ、走査方向を反転させて、次の小領域のパターンをウエハ上のそのパターンに対応する領域に先の小領域と同様に走査露光する。そして、順次小領域を走査露光し、すべての小領域を走査露光することによって、ウエハ１１４上にデバイスパターンが露光される。
【００５１】
通常、電子ビーム露光装置では、ウエハ１１４に予め形成されたパターンにマスク１０５上のパターンを重ね露光する。その際、重ね合わさるパターン同志が精度よく重ね合わさることが必要である。しかしながら、ウエハ１１４はパターンを形成するプロセスを経由することにより、ウエハ自体が伸縮する為マスク上のパターンを設計上の縮小率で露光してもその重ね合わせが劣化する。
【００５２】
そこで、制御系３１３は、露光されるウエハの伸縮率を予め収得し、その伸縮率に基づいて、倍率制御回路３０７を介して縮小電子光学系１０８の倍率を調整する。同時に、制御系３１３は、設定された倍率に対応したウエハステージ１１６の走査速度になるようにウエハステージ制御回路３０８の設定を変更するとともに、ウエハステージ１１６のステップ移動する距離を設定された倍率に基づいて変更する。
【００５３】
本実施例の縮小率は１／２である。このように縮小率を小さくしない、例えば縮小率を１／５、１／１０にしない利点は、マスクステージ１０６のスピードが大きくならない点にもある。マスクステージは前述の通り少なくとも直行する２方向の駆動を真空内で行う必要があるため、小型軽量化する限界があり、あまり高速に走査できない。
【００５４】
本実施例での試算においてもマスクステージの駆動速度がスループットを決める律速となりうる。本実施例の試算ではマスクステージは走査方向に２００ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動するとした。このとき、ウエハステージは１００ｍｍ／ｓｅｃにて移動する。マスクとウエハの走査はそれぞれ往復で露光するように設定し、前記４回走査にて１チップを露光する場合は２往復の走査で行う。この場合、露光時間は１走査０．３５秒を４回で１．４秒、マスクステージおよびウエハステージの反転に要する時間を約０．２５秒とすると３回で０．７５秒となり、１チップの露光は２．１５秒でできることになる。
【００５５】
また、略長方形の領域を有するデバイスパターンを短尺方向に分割（長尺方向に補強桟を残す）した理由は、走査の回数を減らすためである。チップ全面照射に要する時間は走査方向に関わらず同じだけ必要であり、マスクステージ及びウエハステージの走査においては走査方向（Ｙ方向）の反転およびＸ方向へのステップがタイムロスとなるので、スループットを向上させるためには反転の回数を減らす事が必要となる。
【００５６】
（実施例２）
１ショットで露光できる縮小電子光学系の露光領域の拡大を可能にするには、実施例１のように広い領域において収差を低減することが必要であるが、同時に、露光領域内の照射電子ビームの強度を均一にする事が必要となる。従来のような狭い露光領域では、電子ビームを等方的に広げ、その一部を利用することによって照射電子ビームの強度を均一にしていた。しかしながら、露光領域が拡大すると、露光領域内の照射電子ビームの強度の不均一が無視できなくなる。
【００５７】
このように、露光領域内の電子ビームに照度むらが生じる場合、走査露光することにより走査方向の照度むらは無視できるが、走査方向と直交する方向の照度むらは、実施例１のような４枚ブレードからなるアパーチャでは補正できない。
【００５８】
この問題を解決するために、実施例２では図６（ａ）に示すようなアパーチャの構成を採用している。その他の構成は実施例１に同じである。本実施例では、アパーチャブレードを走査方向と直交する方向に細かく分割し、それぞれを可動としてアパーチャのスリット幅を走査方向と直交する方向にことならせるように変更できる構成となっている。図６(ａ)において、６０１はアパーチャブレード、６０２はアパーチャブレードを前後に移動させる駆動部、６０３は電子光学系の軸から等距離の円を示す点線である。同図に示すように、６０１と６０２で構成される短冊状の可動アパーチャブレードを複数ならべ、それを予め決められた円弧６０３に対して両側に等距離の間隔をおいて配置する事により円弧に近い形状のアパーチャスリットを形成する。
【００５９】
図６（ｂ）は本実施例で形成されるアパーチャの開口形状を示す。図６（ａ）中６０４と６０５が６０３から走査方向に対して等距離の線を示し、アパーチャブレードを図の点線で示す位置に配置すると、６０６で示す形状のアパーチャの開口が形成される。これは照度むらのない場合にもちいる形状である。これに対して、照度むらが存在する場合、図６（ａ）の実線で示すようにアパーチャブレードを配置すると、図６（ｂ）６０７で示すような形状のアパーチャスリットが形成される。この例では中心部分のビーム強度が大きく、周辺部が弱い場合のアパーチャのスリット幅の設定例を示している。
【００６０】
このように可動アパーチャブレードを用いることよって、照度ムラが存在しても照射領域内で露光量を略等しくする事が可能となり、より効率的に電子ビームを利用することができるようになる。図６（ａ）に示すように、可動アパーチャブレードの分割数は多いほど精度良く照度ムラに対応できる。
【００６１】
更に、照度むらがない場合でも例えばマスクのメンブレンの厚みむらにより生じるメンブレンの電子ビームに対する透過率むら言い換えれば実質的な照度むらがあるような場合でも同様に対応できる。
【００６２】
また、図６（ａ）のように両端の４つのブレードをそれぞれ相対して重ねることで、スリット長さを段階的に調整することも可能となり、実施例１の図５の５０５、５０６のようなスリット長さ設定ブレードは不要となる。
【００６３】
（実施例３）
本発明の特徴は、１ショットで露光できる縮小電子光学系の露光領域が広い為電流密度を低く抑えられることにある。それによって、クーロン効果による像のぼけを小さく抑えられる効果がある。この点においても従来のポイントビームでの電子線描画やセル（ブロック）パターン転写露光に比べて本発明は優れている。
【００６４】
このように従来に比較して大幅に利点がある本方法でも、ウエハに照射される電子ビームの量は転写されるパターンによって変動する。なぜならば、アパーチャにて切り取られた照射領域上をマスクが常に移動する。その際に照射領域上のマスクのパターンの粗密の度合いや透過と散乱の比率の違うので、ウエハ上に照射される電子ビームの量が変動し、結果的にはマスクからウエハに照射される総電流が変動し、縮小電子光学系による焦点の位置が微妙にずれる。本実施例では、ウエハに入射する電子ビームの総電流に関する情報を求め、求められた総電流に関する情報に基づいて縮小電子光学系の焦点位置を補正している。
【００６５】
総電流の情報を得るための一つの方法は、マスクに形成されているパターンの情報を利用する方法である。すなわち、照射領域上のマスクのパターン粗密の度合いや透過と散乱の比率が知れれば、その時の総電流が推定できるので、照射領域上に位置するパターンから推定される総電流の情報より縮小電子光学系の焦点位置を補正するのである。その実施例を図３を用いて説明する。
【００６６】
マスクの位置が分かれば照射領域上のマスクのパターン粗密の度合いや透過と散乱の比率が分かり、よってその時の総電流が推定できる。そこで、マスクの位置とそれに対応する推定される総電流に関する情報をメモリ３１４に記憶させておく。そして、露光の際、制御系３１３はレーザ干渉系１によってマスクステージ１０６の位置を検出し、検出されたマスクの位置とメモリ３１４に記憶されたマスクの位置に対応する推定される総電流に関する情報とに基づいて縮小電子光学系１１８の焦点位置を焦点補正レンズ１１３によって補正する。
【００６７】
総電流の情報を得るためのもう一つの方法は、ウエハに入射する電子ビームの総電流と関連するマスクでの散乱電子を直接検出する方法である。すなわちマスクで散乱された電子を図１の散乱電子制限アパーチャ１１１で直接検出し、検出された電流量に基づいて、制御系３１３が前述の方法のようにを縮小電子光学系１１８の焦点位置を補正するのである。
【００６８】
（実施例４）
照射領域をより拡大することにより、略長方形のデバイス１チップの短尺方向が１回の走査で露光できるようになれば問題ないが、実際はそのように拡大することは非常に困難である。前述したように、限りある照射領域を用いて走査方向と直交する方向にステップしながら複数回走査する事によって一つのデバイスパターンを露光できる構成を採らざるを得ない場合が多い。その際にの問題点は、１デバイスパターンを形成する際のパターンのつなぎ合わせの精度である。前述した例では、４回の走査によって一つのデバイスパターンを形成するため、３つのつなぎ合わせラインができる事になる。このとき走査位置が微量でもずれてしまうと露光過多や最悪の場合断線等の問題が起こる。つなぎ合わせのために１／１００〜１／１０００μｍの精度を保つ走査制御は非常にむずかしい。
【００６９】
本実施例では、つなぎ合わせを確実にする方法として、つなぎ合わせの部分を重ねて露光する。本発明の露光方法では、走査露光を用いるため、照射量をアパーチャスリットの幅で調整できる。そこで、つなぎ合わせのために重ねて露光する部分のスリット幅をそれ以外の領域を露光する部分のスリット幅より狭くする（単純には１／２とする）ことで、重複露光された露光領域の露光量が多くなることを防ぐと同時につなぎ合わせの際に微妙なずれが生じても断線等の最悪の事態は避けられる。
【００７０】
本実施例の照射領域を決めるアパーチャスリット形状を図７（ａ）に示す。５０３、５０４はスリット幅を規定する可動ブレードであり、５０５、５０６はスリット長さを規定する可動ブレードである。ここで、可動ブレード５０５及び５０６を走査方向に対して角度を持たせて設置する。（５１１は走査方向の中心線を示す。）これによって走査方向に対してスリット幅が徐々に狭くなる。つなぎ合わせのための重ねて露光する幅は５μｍ、スリット幅は１００μｍであるのでブレードの傾きは０．０５ｒａｄである。この構成の場合、アパーチャによって作られる照射領域長さは１０．０１ｍｍとなる。マスクは照射領域に対応した構造が必要である。前述したように、一つのデバイスパターンを４領域に分割パターンを持たせる構造であるため、分割されたパターンのそれぞれが隣のパターンを一部重複して持つ必要がある。本実施例の場合、５μｍの重複領域をもち、マスクの４つの窓のサイズは少なくとも１０．０１ｍｍ×７０ｍｍ必要である。更に、マスクに重複領域を余裕を持って多めに設けることにより、デバイスのパターンの細かさや設計値または電子線露光装置の性能によって重複露光する領域を適切に選べる構成となる。
【００７１】
７０１に本例のスリット長さ方向の露光量分布、７０２は重ね合わせ露光を行う重複領域を示す。前述のように重ね合わせ露光を行う領域のアパーチャスリットの幅を徐々に狭くする構造では、走査を行うことによって露光量が露光領域の両端で徐々に減ってゆく分布となる。図７（ｂ）に本例の重ね合わせた際の露光量分布図を示す。同図において点線７０３はある走査におけるスリット長さ方向の露光量分布を、点線７０４はその次の走査における同方向の露光量分布、実線７０５はこれらの露光量分布の和を示す。実線７０５に示すように７０３と７０４の重ね部分ではそれぞれの露光量が徐々に変化しているため合計で最適露光量となる。徐々に変化させているので、重ね合わせ部分が転写線幅に対して許される程度にずれた場合でも露光量が大きく変動する事はない。このように本実施例を用いればつなぎの問題を解決することができ、分割パターン走査方式を用いても良好な転写が実現できる。
【００７２】
（デバイス生産の実施形態）
次に上記説明した電子ビーム露光装置を利用した半導体デバイスの生産方法の実施形態を説明する。図１０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。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なう。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。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエ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６（検査）ではステップ５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なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。
【００７３】
図１１は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では電子ビーム露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明は以下の効果を有する。
・円弧状の電子ビームと、収差補正手段と、マスク及びウエハを走査する手段を用いる事により、従来に比較して広い露光領域を速く描画する事が可能となり、スループットは大幅に向上した。
・円弧状の電子ビームの大きさ及び形状を制御する機能を持たせることにより、広い露光領域において電子ビームの照度ムラを補正でき、良好な露光が可能となった。
・マスクからの総電流に対応した焦点補正機能を持たせることにより、電子ビーム像のぼけを無くし良好な露光が可能となった。
・転写縮小率を電子光学系とウエハステージ駆動制御部が共に制御する機能を持たせることにより、ミックスアンドマッチ等を用いた露光においても倍率の補正が容易にできる。
・デバイスパターンを分割走査露光する上で、重複露光を行えるマスクと露光機能を有することにより、分割パターンのつなぎ精度が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の電子ビーム露光装置の構成を示す図
【図２】実施例１のマスクの構成図
【図３】実施例１の電子ビーム露光装置の主要な構成を示すブロック図
【図４】露光動作を説明する図
【図５】実施例１のアパーチャの構成図
【図６】実施例２のアパーチャの構成図
【図７】実施例４のアパーチャの構成図
【図８】本発明の基本的技術思想を説明する図
【図９】従来の部分一括転写方式の電子ビーム露光装置を説明する図
【図１０】半導体デバイスの製造フローを示す図
【図１１】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図
【符号の説明】
１０１電子銃
１０２電子ビーム
１０３コンデンサーレンズ
１０４アパーチャ
１０５マスク
１０６マスクステージ
１０７収差補正光学系
１０８縮小電子光学系
１１０回転レンズ
１１１散乱電子制限アパーチャ
１１２位置補正偏向器
１１３焦点補正レンズ
１１４ウエハ
１１５ウエハチャック
１１６ウエハステージ

Claims

電子ビームを用いて第１物体のパターンを縮小電子光学系を介して第２物体上に縮小投影する電子ビーム露光装置において、
前記縮小電子光学系の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた前記第１物体上の円弧状領域からの電子ビームが前記縮小電子光学系を通過する際に発生する収差を補正する補正手段を具備することを特徴とする電子ビーム露光装置。
前記補正手段は、電子ビームを発散または収斂させる作用を有し、前記円弧状領域の接線方向と動径方向とでは前記発散または収斂させる作用が異なることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
前記補正手段は、円弧状の開口を有する電極を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子ビーム露光装置。
前記第１物体は、電子ビーム透過部と電子ビーム不透過部でパターンが形成された電子ビーム用マスクであり、前記第１物体を所定方向に移動させる手段と、前記第２物体を前記所定方向に移動させる手段と、前記第２物体の移動に同期して前記第１物体を前記所定方向に移動させる制御手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子ビーム露光装置。
前記第１物体上の円弧状領域を照明領域として電子ビームを照射する照射手段を具備することを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。
前記照射手段は、円弧状のスリットを有するアパーチャ手段と、前記第１物体の移動方向に関する前記スリットの幅を変更する手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の電子ビーム露光装置。
前記照射手段は、円弧状のスリットを有するアパーチャ手段と、前記第１物体の移動方向に関する前記スリットの幅を前記第１物体の移動方向と直交する方向に関して異ならしめる手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の電子ビーム露光装置。
前記第２物体に入射する電子ビームの総電流に関する情報を求める情報収得手段と、求められた総電流に関する情報に基づいて前記縮小電子光学系の焦点位置を補正する手段とを具備することを特徴とする請求項５に記載の電子ビーム露光装置。
前記情報収得手段は、前記第１物体で散乱される散乱電子を検出する散乱電子検出手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の電子ビーム露光装置。
前記散乱電子検出手段は、前記縮小電子光学系の瞳位置に配置された前記散乱電子を遮断する散乱電子制限アパーチャでの電流を検出する手段を有することを特徴とする請求項９に記載の電子ビーム露光装置。
前記情報収得手段は、前記第１物体の位置とその位置に対応した前記第２物体に入射する電子ビームの総電流の関係を予め記憶する手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の電子ビーム露光装置。
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の電子ビーム露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
電子ビームを用いて第１物体のパターンを縮小電子光学系を介して第２物体上に縮小投影する電子ビーム露光方法において、
前記縮小電子光学系の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた前記第１物体上の円弧状領域からの電子ビームが前記縮小電子光学系を通過する際に発生する収差を補正する補正段階を有することを特徴とする電子ビーム露光方法。
請求項１３に記載の電子ビーム露光方法を用いて電子ビーム露光された第２物体を現像する現像段階を有するデバイス製造方法。
電子ビームを用いて第１物体のパターンを縮小電子光学系を介して第２物体上に縮小投影する電子ビーム露光装置において、
前記電子ビームとして、前記第１物体上の前記縮小電子光学系の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた円弧状領域からの電子ビームを用いることを特徴とする電子ビーム露光装置。
電子源から発せられた電子ビームを、円弧状スリットにより前記第１物体上の円弧状領域に照射する照射手段と、前記照射手段からの電子ビームに対して前記第１物体および前記第２物体を走査させる走査手段を具備することを特徴とする請求項１５に記載の電子ビーム露光装置。
前記第１物体と前記第２物体の間に配置された、円弧状開口を有する電極により、前記縮小電子光学系で発生する収差を補正する補正手段をさらに具備することを特徴とする請求項１５または１６に記載の電子ビーム露光装置。
電子ビームを用いて第１物体のパターンを縮小電子光学系を介して第２物体上に縮小投影する露光段階と、
前記露光段階で露光された第２物体を現像する現像段階と、を有し、
前記露光段階では、前記電子ビームとして、前記第１物体上の前記縮小電子光学系の光軸を中心とした２つの円弧で挟まれた円弧状領域からの電子ビームを用いることを特徴とするデバイス製造方法。