JP4368411B2

JP4368411B2 - 電子ビーム露光装置

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Inventors: 章夫山田; 貴之矢部; 洋安田
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Description

本発明は、電子ビーム露光装置、電子ビーム露光方法、半導体素子製造方法、マスク、及びマスク製造方法に関する。特に本発明は、ウェハにパターンを精度良く露光する電子ビーム露光装置に関する。

ブロック露光装置やセル露光装置などの一括図形転写型電子ビーム露光装置や、ＥＰＬと呼ばれるマスクパターンプロジェクション電子ビーム露光装置では、電子ビームをマスクの透過型パターンで成形し、マスク上に縮小投影することによって所望のパターンを露光する。このようなシステムでは、マスクからウェハまでの縮小率は、光学系のレンズ配置及びレンズ強度によって決まり、パターンの形状にはよらないことを前提としていた。

しかしながら、特に高スループット化を目的として、ビーム電流を増加させると、縮小率が変化するという問題があった。また、可変矩形を用いた電子ビーム露光装置においても、電子ビームの矩形サイズを大きくすると、ウェハに照射されるショットサイズが意図したサイズから乖離してくるという問題があった。

そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる電子ビーム露光装置、電子ビーム露光方法、半導体素子製造方法、マスク、及びマスク製造方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

即ち、本発明の第１の形態によると、電子ビームでウェハを露光する電子ビーム露光装置は、電子ビームを成形する第１及び第２のブロックパターンを有するマスクを備え、第１のブロックパターンで成形され、第１の電流を有する電子ビームが露光すべき第１の露光パターンに対する第１のブロックパターンの倍率は、第２のブロックパターンで成形され、第２の電流を有する電子ビームが露光すべき第２の露光パターンに対する第２のブロックパターンの倍率とは異なる。

第１の電流が第２の電流よりも大きい場合、第１の露光パターンに対する第１のブロックパターンの倍率は、第２の露光パターンに対する第２のブロックパターンの倍率よりも大きくてもよい。

第１の露光パターンの露光面積が第２の露光パターンの露光面積よりも大きい場合、第１の露光パターンに対する第１のブロックパターンの倍率は、第２の露光パターンに対する第２のブロックパターンの倍率よりも大きくてもよい。

第１のブロックパターンの第１の辺の寸法に対する、第１の辺が第１の露光パターンに投影されるべき第２の辺の寸法の倍率と、第１のブロックパターンの第１の辺と平行でない第３の辺の寸法に対する、第３の辺が第１の露光パターンに投影されるべき第４の辺の寸法の倍率とは異なってもよい。

第１の電流の大きさに応じて、第１のブロックパターンが成形した電子ビームのウェハへの照射位置を補正してもよい。

照射位置の補正において、第１のブロックパターンの第１の方向への照射位置の補正に対する、第１のブロックパターンの第１の方向と平行でない第２の方向への照射位置の補正の比率は、第１の電流の大きさに応じて異なってもよい。

また、本発明の第２の形態によると、電子ビームでウェハを露光する電子ビーム露光装置は、ウェハに照射すべき電子ビームの電流の大きさに応じて、電子ビームのビーム面積を補正する。

電子ビームを矩形に成形する矩形成形部を更に備え、矩形成形部が矩形の大きさを変えることによってビーム面積を補正してもよい。電子ビームを縮小する縮小レンズを更に備え、縮小レンズのレンズ強度を変えることによってビーム面積を補正してもよい。また、電流が大きい程、ビーム面積を大きくするように補正してもよいし、電流の大きさに応じて、更にビームの照射位置を補正してもよい。

また、本発明の第３の形態によると、ウェハを露光する電子ビームを成形するマスクは、第１の露光パターンを露光する電子ビームを成形する第１のブロックパターンと、第１の露光パターンと露光面積の異なる第２の露光パターンを露光する電子ビームを成形する第２のブロックパターンとを備え、第１の露光パターンに対する第１のブロックパターンの倍率は、第２の露光パターンに対する第２のブロックパターンの倍率とは異なる。

また、本発明の第４の形態によると、ウェハに所望のパターンを露光する電子ビームを成形する開口部が設けられたマスクを製造するマスク製造方法は、パターンを露光するために必要なビーム電流に基づいて、開口部の大きさを算出する開口サイズ算出段階と、大きさが算出された開口部を基板上に形成する形成段階とを備える。

開口決定段階は、ビーム電流が大きい程、パターンに対する開口部の比率を大きく決定する段階を含んでもよい。また、ビーム電流に基づいて、開口部の位置を算出する開口位置算出段階を更に備えてもよい。

また、本発明の第５の形態によると、電子ビームでウェハにパターンを露光する電子ビーム露光方法は、ウェハに照射する電子ビームの電流の大きさに応じて電子ビームのビーム面積を補正する段階と、ビーム面積が補正された電子ビームでウェハを露光する段階とを備える。

また、本発明の第６の形態によると、電子ビームでウェハにパターンを露光して半導体素子を製造する半導体素子製造方法は、ウェハに照射する電子ビームの電流の大きさに応じて電子ビームのビーム面積を補正する段階と、ビーム面積が補正された電子ビームでウェハを露光する段階とを備える。

なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。

上記説明から明らかなように、本発明によれば、大電流の電子ビームを利用する場合でも、ウェハにパターンを精度良く露光する電子ビーム露光装置を提供することができる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

以下の実施形態において、電子ビームでウェハを一度に露光すべき面積を露光面積と呼ぶ。また、電子ビームを透過させることによって電子ビーム形状を成形する開口部の面積を開口面積と呼ぶ。また、ウェハに照射される電子ビームの面積をビーム面積と呼ぶ。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成図である。電子ビーム露光装置１００は、電子ビームによりウェハ６４に所定の露光処理を施すための露光部１５０と、露光部１５０の各構成の動作を制御する制御系１４０とを備える。

露光部１５０は、筐体１０内部に、所定の電子ビームを照射する電子ビーム照射系１１０と、電子ビーム照射系１１０から照射された電子ビームを偏向するとともに、マスク３０近傍における電子ビームの結像位置を調整するマスク用投影系１１２と、電子ビームのウェハ６４近傍における結像位置を調整する焦点調整レンズ系１１４と、マスク３０を通過した電子ビームをウェハステージ６２に載置されたウェハ６４の所定の領域に偏向するとともに、ウェハ６４に転写されるパターンの像の向き及びサイズを調整するウェハ用投影系１１６とを含む電子光学系を備える。

また、露光部１５０は、ウェハ６４に露光すべきパターンがそれぞれ形成された複数のブロックを有するマスク３０を載置するマスクステージ７２と、マスクステージ７２を駆動するマスクステージ駆動部６８と、パターンを露光すべきウェハ６４を載置するウェハステージ６２と、ウェハステージ６２を駆動するウェハステージ駆動部７０とを含むステージ系を備える。さらに、露光部１５０は、電子光学系の調整のために、ウェハ６４のマークパターン側から飛散する電子を検出して、検出した電子量に相当する電気信号を出力する電子検出器６０を有する。

電子ビーム照射系１１０は、電子銃１２による電子ビームの焦点位置を定める第１電子レンズ１４と、電子ビームを通過させる矩形形状の開口（スリット）が形成された第１スリット部１６とを有する。電子銃１２は、安定した電子ビームを発生するのに所定の時間がかかるので、露光処理期間において常に電子ビームを発生してもよい。スリットは、マスク３０に形成された所定のパターンを含むブロックの形状に合わせて形成されるのが好ましい。図１において、電子ビーム照射系１１０から照射された電子ビームが、電子光学系により偏向されない場合の電子ビームの光軸を、一点鎖線Ａで表現する。

マスク用投影系１１２は、電子ビームを偏向するマスク用偏向系としての第１偏向器２２及び第２偏向器２６と、電子ビームの焦点を調整するマスク用焦点系としての第２電子レンズ２０とを有する。第１偏向器２２及び第２偏向器２６は、電子ビームをマスク３０上の所定の領域に照射する偏向を行う。例えば、所定の領域は、ウェハ６４に転写するパターンを有するブロックであってよい。電子ビームがパターンを通過することにより、電子ビームの断面形状は、パターンと同一の形状になる。所定のパターンが形成されたブロックを通過した電子ビームの像をパターン像と定義する。第２電子レンズ２０は、第１スリット部１６の開口の像を、マスクステージ７２上に載置されるマスク３０上に結像させる機能を有する。

焦点調整レンズ系１１４は、第３電子レンズ２８と、第４電子レンズ３２とを有する。第３電子レンズ２８及び第４電子レンズ３２は、電子ビームのウェハ６４に対する焦点を合わせる。ウェハ用投影系１１６は、第５電子レンズ４０と、第６電子レンズ４６と、第７電子レンズ５０と、第８電子レンズ５２と、第３偏向器３４と、第４偏向器３８と、主偏向器５６と、副偏向器５８と、ブランキング電極３６と、ラウンドアパーチャ部４８とを有する。

電界や磁界の影響を受けてパターン像は回転してしまう。第５電子レンズ４０は、マスク３０の所定のブロックを通過した電子ビームのパターン像の回転量を調整する。第６電子レンズ４６及び第７電子レンズ５０は、マスク３０に形成されたパターンに対する、ウェハ６４に転写されるパターン像の縮小率を調整する。第８電子レンズ５２は、対物レンズとして機能する。第３偏向器３４は、電子ビームの進行方向に対するマスク３０の下流において、電子ビームを光軸Ａの方向に偏向する。第４偏向器３８は、電子ビームを光軸Ａに略平行になるように偏向する。主偏向器５６及び副偏向器５８は、ウェハ６４上の所定の領域に電子ビームが照射されるように、電子ビームを偏向する。本実施形態では、主偏向器５６は、１ショットの電子ビームで照射可能な領域（ショット領域）を複数含むサブフィールド間で電子ビームを偏向するために用いられ、副偏向器５８は、サブフィールドにおけるショット領域間の偏向のために用いられる。

ラウンドアパーチャ部４８は、円形の開口（ラウンドアパーチャ）を有する。ブランキング電極３６は、ラウンドアパーチャの外側に当たるように電子ビームを偏向する。従って、ブランキング電極３６は、電子ビームの進行方向に対してラウンドアパーチャ部４８から下流に電子ビームが進行することを防ぐことができる。電子銃１２は、露光処理期間において常に電子ビームを照射するので、ブランキング電極３６は、ウェハ６４に転写するパターンを変更するとき、更には、パターンを露光するウェハ６４の領域を変更するときに、ラウンドアパーチャ部４８から下流に電子ビームが進行しないように電子ビームを偏向することが望ましい。

制御系１４０は、統括制御部１３０及び個別制御部１２０を備える。個別制御部１２０は、偏向制御部８２と、マスクステージ制御部８４と、ブランキング電極制御部８６と、電子レンズ制御部８８と、反射電子処理部９０と、ウェハステージ制御部９２とを有する。統括制御部１３０は、例えばワークステーションであって、個別制御部１２０に含まれる各制御部を統括制御する。偏向制御部８２は、偏向量を示す偏向データを、第１偏向器２２、第２偏向器２６、第３偏向器３４、第４偏向器３８、主偏向器５６、及び副偏向器５８に供給し、第１偏向器２２、第２偏向器２６、第３偏向器３４、第４偏向器３８、主偏向器５６、及び副偏向器５８の偏向量を制御する。マスクステージ制御部８４は、マスクステージ駆動部６８を制御して、マスクステージ７２を移動させる。

ブランキング電極制御部８６は、ブランキング電極３６を制御する。本実施形態では、ブランキング電極３６は、露光時には、電子ビームをウェハ６４に照射させ、露光時以外には、電子ビームをウェハ６４に到達させないように制御されるのが望ましい。電子レンズ制御部８８は、第１電子レンズ１４、第２電子レンズ２０、第３電子レンズ２８、第４電子レンズ３２、第５電子レンズ４０、第６電子レンズ４６、第７電子レンズ５０、第８電子レンズ５２に供給する電力を制御する。反射電子処理部９０は、反射電子検出部６０により検出された電気信号に基づいて電子量を示すデジタルデータを検出する。ウェハステージ制御部９２は、ウェハステージ駆動部７０によりウェハステージ６２を所定の位置に移動させる。

本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の動作について説明する。マスクステージ７２上では、所定のパターンが形成された複数のブロックを有するマスク３０が載置され、所定の位置に固定されている。マスク３０は電子ビーム成形部材の一例であり、またブロックは開口部の一例である。また、ウェハステージ６２上には、露光処理が施されるウェハ６４が載置されている。ウェハステージ制御部９２は、ウェハステージ駆動部７０によりウェハステージ６２を移動させて、ウェハ６４の露光されるべき領域が光軸Ａ近傍に位置するようにする。また、電子銃１２は、露光処理期間において常に電子ビームを照射するので、露光の開始前において、第１スリット部１６の開口を通過した電子ビームがウェハ６４に照射されないように、ブランキング電極制御部８６がブランキング電極３６を制御する。マスク用投影系１１２において、電子レンズ２０及び偏向器（２２、２６）は、ウェハ６４に転写するパターンが形成されたブロックに電子ビームを照射するように調整される。焦点調整レンズ系１１４において、電子レンズ（２８、３２）は、ウェハ６４に電子ビームの焦点が合うように調整される。また、ウェハ用投影系１１６において、電子レンズ（４０、４６、５０、５２）及び偏向器（３４、３８、５６、５８）は、電子ビームがウェハ６４の所定の領域にパターン像を転写するように調整される。

マスク投影系１１２、焦点調整レンズ系１１４及びウェハ用投影系１１６が調整された後、ブランキング電極制御部８６が、ブランキング電極３６による電子ビームの偏向を停止する。これにより、以下に示すように、電子ビームはマスク３０を透過してウェハ６４に照射される。電子銃１２が電子ビームを生成し、第１電子レンズ１４が電子ビームの焦点位置を調整し、第１スリット部１６が電子ビームを矩形に成形する。そして、第１偏向器２２が第１スリット部１６で成形された電子ビームをマスク３０の転写すべきパターンが形成された所定の領域に照射するように偏向する。そして、第２偏向器２６は電子ビームを光軸Ａと略平行になるように偏向する。また、第２電子レンズ２０は、電子ビームの焦点を調節して、マスク３０上の所定の領域に第１スリット部１６の開口の形状が結像するように制御される。

そして、マスク３０に形成されたパターンを通過した電子ビームは、第３偏向器３４により光軸Ａに近づく方向に偏向され、第４偏向器３８により、光軸Ａと略平行になるように偏向される。また、電子ビームは、第３電子レンズ２８及び第４電子レンズ３２により、マスク３０に形成されたパターンの像がウェハ６４の表面に結像するように調整され、第５電子レンズ４０によりパターン像の回転量が調整され、第６電子レンズ４６及び第７電子レンズ５０により、パターン像の縮小率が調整される。それから、電子ビームは、主偏向器５６及び副偏向器５８により、ウェハ６４上の所定のショット領域に照射されるように偏向される。本実施形態では、主偏向器５６が、ショット領域を複数含むサブフィールド間で電子ビームを偏向し、副偏向器５８が、サブフィールドにおけるショット領域間で電子ビームを偏向する。所定のショット領域に偏向された電子ビームは、電子レンズ５２によって調整されて、ウェハ６４に照射される。これによって、ウェハ６４上の所定のショット領域には、マスク３０に形成されたパターンの像が転写される。

所定の露光時間が経過した後、ブランキング電極制御部８６が、電子ビームがマスク３０およびウェハ６４を照射しないように、ブランキング電極３６を制御して、電子ビームを偏向させる。以上のプロセスにより、ウェハ６４上の所定のショット領域に、マスク３０に形成されたパターンが露光される。次のショット領域に、マスク３０に形成されたパターンを露光するために、マスク用投影系１１２において、電子レンズ２０及び偏向器（２２、２６）は、ウェハ６４に次に転写するパターンを有するブロックに電子ビームを照射するように調整される。焦点調整レンズ系１１４において、電子レンズ（２８、３２）は、電子ビームの焦点がウェハ６４に合うように調整される。また、ウェハ用投影系１１６において、電子レンズ（４０、４６、５０、５２）及び偏向器（３４、３８、５６、５８）は、電子ビームがウェハ６４の所定の領域にパターン像を転写するように調整される。

具体的には、副偏向器５８は、マスク用投影系１１２及びマスク３０により形成されたパターン像が、次のショット領域に露光されるように電界を調整する。この後、上記同様に当該ショット領域にパターンを露光する。サブフィールド内のパターンを露光すべきショット領域のすべてにパターンを露光した後に、主偏向器５６は、次のサブフィールドにパターンを露光できるように磁界を調整する。電子ビーム露光装置１００は、この露光処理を、繰り返し実行することによって、所望の回路パターンを、ウェハ６４に露光することができる。

マスク３０のブロックパターンがウェハ６４に転写される縮小率は、電子レンズ（１４、２０、２８、３２、４０、４６、５０、５２）の配置、及びレンズ強度によって一義的に決まる幾何光学的倍率によって決定されることを前提としている。そして、露光前の校正作業においては、各電子レンズのレンズ強度を調節することによって、ウェハ用投影系１１６が所定の幾何光学的倍率を達成するように調節する。

しかしながら、実験により、ブロックパターンがウェハ６４に転写される縮小率は、事前に設定された幾何光学的倍率だけでなく、ブロックパターンを透過する電子ビームの電流量にも依存するということが判明した。具体的には、電子ビームの電流量が大きいほど、ブロックパターンは小さい倍率、すなわち大きい縮小率で転写される。本実施形態において、マスクに照射される電子ビームの電流密度は、一連のウェハ露光プロセスを通じてほぼ一定であるので、ブロックパターンを透過する電子ビームの電流量は、ブロックパターンの開口面積で決まる。したがって、本実施形態で、電子ビームによって一度にウェハに露光されるパターンの露光面積が大きいほど、ブロックパターンに対する露光パターンの比率は小さくなる。

図２は、クーロン相互作用により、物面Ｍの像が像面Ｗ上に小さく結像する原理を説明する概念図である。物面Ｍと像面Ｗの間において、幾何光学的倍率を決定するレンズ倍率がＢ／Ａとなるように調整された電子レンズ３００が設けられている。そして、物面ＭでＸ１の大きさに成形された電子ビームは、ビーム電流が所定値よりも小さい場合には、太線で図示したように、予め調整された幾何光学的倍率に従って、像面ＷにおいてＸ２（＝Ｘ１×Ｂ／Ａ）の大きさで結像する。しかしながら、ビーム電流が所定値よりも大きい場合、Ｘ１の大きさに成形された電子ビームは、クーロン相互作用によりビーム軌道がずれ、像面Ｗにおいて、Ｘ２よりも小さいＸ２−ΔＸ２の大きさで結像する。この大きさは、
（Ｘ２−ΔＸ２）／（Ｘ１−ΔＸ１）＝Ｂ／Ａ
を満たす、Ｘ１−ΔＸ１の大きさの像が電子レンズ３００の幾何光学的倍率に従って像面Ｗに投影された場合の結像サイズに相当する。
つまり、物面のパターンが像面に投影される場合の縮小率は、光学系のレンズ強度で調節される幾何光学的倍率だけでなく、電子ビームのビーム電流にも依存する。縮小率がビーム電流に依存する結果生じる露光サイズのずれは、例えば、物面Ｍで３００μｍの大きさの像を、像面Ｗに５μｍの大きさで縮小投影するように調節されたレンズ３００（レンズ倍率が１／６０）を用いる場合、露光サイズ５μｍ角のパターンを、電流密度２０Ａ／ｃｍ^２、最大電流値５μＡで露光しようとした場合に、５μｍ角で露光されるべきパターンのサイズが一辺あたり１００ｎｍ程度小さく露光されることが実験により判明した。

図３及び図４は、ウェハ６４に一度に露光すべきパターンの露光面積と、照射されるビームのＸ寸法のずれ及びＹ寸法のずれのそれぞれとの関係を求めた実験結果を示す。これらの図から明らかなように、ウェハ６４を露光すべき露光面積が大きいほど、つまり照射される電子ビームの電流が大きいほど、マスクの開口パターンは小さく縮小されて投影される。特に、本実験結果によれば、照射されるビームの寸法のずれは、露光すべきパターンの露光面積にほぼ比例して大きくなる。したがって、ウェハ６４に露光すべき露光パターンに対するブロックパターンの比率をビーム電流または露光面積に応じて補正することにより、露光精度が向上する。ここで、ウェハ６４上に一度に露光すべき露光パターンの露光面積をＳｂｌｏｃｋ、照射されるべき電子ビームの電流密度をｊ、比例定数をＨｘ及びＨｙとすれば、
Ｘｓ_１"＝Ｇｘ＊Ｘｓ＋Ｒｘ＊Ｙｓ＋Ｏｘ＋Ｈｘ＊Ｓｂｌｏｃｋ＊ｊ …（１）
Ｙｓ_１"＝Ｇｙ＊Ｙｓ＋Ｒｙ＊Ｘｓ＋Ｏｙ＋Ｈｙ＊Ｓｂｌｏｃｋ＊ｊ …（２）
を用いて、ブロックパターンの寸法を補正する。ここでＧｘ、Ｇｙは伸縮係数、Ｒｘ、Ｒｙは回転係数、Ｏｘ、Ｏｙはオフセット係数である。なお、比例定数Ｈｘ、Ｈｙは、事前の実験により、ビーム電流に応じたビームサイズの変動量を計測し、図３及び図４に示した様なグラフを作成することによって求めることができる。図３及び図４のグラフからそれぞれ求められるＨｘ及びＨｙは、以下の通りである。
Ｈｘ＝［Ｘ寸法の差分］／［露光面積の差分］＝−６．２［ｎｍ／μｍ^２］
Ｈｙ＝［ｙ寸法の差分］／［露光面積の差分］＝−４．５［ｎｍ／μｍ^２］

また、電子ビーム露光装置１００は、ショット毎のビーム電流、又は露光面積に連動してリフォーカシング（焦点補正）をおこなうことにより、クーロン相互作用によるデフォーカス成分を補正する。この場合、リフォーカシング量に応じて、ウェハ６４上でのビーム照射位置が変動するが、リフォーカシング量を決定するショット毎のビーム電流、又は露光面積に基づけば、ビーム照射位置の変動量を算出することができる。すなわち、比例定数をα_Ｘ２、及びα_Ｙ２とした場合、ウェハ６４上でのビーム照射位置の変動量は、
Ｖｘ＝α_Ｘ２＊Ｓｂｌｏｃｋ＊ｊ …（３）
Ｖｙ＝α_Ｙ２＊Ｓｂｌｏｃｋ＊ｊ …（４）
で算出することができる。なお、比例定数α_Ｘ２、及びα_Ｙ２は、事前の実験により、ビーム電流に応じたリフォーカシングに起因するビーム照射位置の変動量を計測し、図３及び図４に示した様なグラフを作成することによって求めることができる。

従って、電子ビーム露光装置１００は、式（１）及び（２）の式を用いて、ビームサイズのずれをブロックパターン毎に予め補正したブロックマスク３０を用いることにより、所望のサイズの露光パターンをウェハ６４に露光することができる。更に、式（３）及び（４）の式を用いて算出した、ウェハ６４上でのビーム照射位置の変動量を偏向制御部８２を制御して補正することにより、ブロックマスク３０が成形した電子ビームをウェハ６４の所望の位置に精度よく照射することができる。

図５は、ウェハ６４に一度に露光すべき露光パターンの例を示す。図５（ａ）は、Ｘ寸法＝Ｘ_１、Ｙ寸法＝Ｙ_１、露光面積＝Ａ_１である第１の露光パターン２０４と、電子ビームが一度に露光可能な第１の露光領域２００とを示す。図５（ｂ）は、Ｘ寸法＝Ｘ_２、及びＹ寸法＝Ｙ_２、露光面積＝Ａ_２である第２の露光パターン２０６と、電子ビームが一度に露光可能な第２の露光領域２０２とを示す。第１の露光パターン２０４と、第２の露光パターン２０６との関係において、Ｘ_１＝Ｘ_２、Ｙ_１＝Ｙ_２が成り立つ場合、それぞれの露光面積の関係は、その形状によって、Ａ_１＜Ａ_２である。従って、第１のパターン２０４を露光する第１の照射ビームの電流をＩ_１、第２の露光パターン２０６を露光する第２の照射ビームの電流をＩ_２とすると、電子ビームの電流密度がほぼ等しい場合、Ｉ_１＜Ｉ_２が成り立つ。このような露光パターンをウェハ６４に精度よく露光するブロックパターンが備えるべき特徴を以下に説明する。

図６は、図５で説明した露光パターンをそれぞれ成形するブロックパターンを示す。ここで、ブロック毎の露光面積に応じてパターンサイズを補正する前のブロックパターンを非補正ブロックパターンと呼ぶ。同じく、ブロック毎の露光面積に応じて領域サイズを補正する前のブロック領域を非補正ブロック領域と呼ぶ。図６（ａ）において、第１の非補正ブロックパターン２１４及び第１の非補正ブロック領域２１０は、それぞれ、図５（ａ）における第１の露光パターン２０４及び第１の露光領域２００を各種電子レンズ（１４、２０、２８、３２、４０、４６、５０、５２）の配置及び強度で決まる幾何光学的倍率（例えば６０倍）で単純に拡大した場合のパターンを示す。これに対して、第１の補正ブロックパターン２１６及び第１の補正ブロック領域２１２は、第１の非補正ブロックパターン２１４及び第１の非補正ブロック領域２１０のサイズを、前述の式（１）及び（２）で算出される変動量で補正することによって決定される。この結果得られる、第１の露光パターン２０４に対する第１の補正ブロックパターン２１６の倍率を、Ｘ方向でＣ_１Ｘ、Ｙ方向でＣ_１Ｙとする。

同様に、図６（ｂ）において、第２の非補正ブロックパターン２２４及び第２の非補正ブロック領域２２０は、それぞれ、図５（ｂ）における第２の露光パターン２０６及び第２の露光領域２０２を各種電子レンズ（１４、２０、２８、３２、４０、４６、５０、５２）の強度で決定される幾何光学的倍率（例えば６０倍）で拡大した場合のパターンを示す。これに対して、第２の補正ブロックパターン２２６及び第２の補正ブロック領域２２２は、第２の非補正ブロックパターン２２４及び第２の非補正ブロック領域２２０のサイズを、式（１）及び（２）で算出される変動量で補正することによって決定される。この結果得られる、第２の露光パターン２０６に対する第２の補正ブロックパターン２２６の倍率を、Ｘ方向でＣ_２Ｘ、Ｙ方向でＣ_２Ｙとすると、
Ｃ_２Ｘ＞Ｃ_１Ｘ
Ｃ_２Ｙ＞Ｃ_１Ｙ
が成り立つ。例えば、Ｘ_２＝５μｍ、Ｉ_２＝５μＡの場合、補正ブロックパターン２２６のＸ方向の補正量（Ｘ_２"−Ｘ_２'）は、６μｍ程度である。

以上まとめると、第１の補正ブロックパターン２１６と、第１の補正ブロックパターン２１６で成形され、第１の電流Ｉ_１を有する電子ビームが露光する第１の露光パターン２０４との比率、及び第２のブロックパターン２２６と、第２の補正ブロックパターン２２６で成形され、第２の電流Ｉ_２を有する電子ビームが露光する第２の露光パターン２０６との比率は異なる。そして、第２の電流Ｉ_２が、第１の電流Ｉ_１よりも大きい場合、第２の露光パターン２０６に対する第２のブロックパターン２２６の比率は、第１の露光パターン２０４に対する第１のブロックパターン２１６の比率よりも大きい。あるいは、第２の露光パターン２０６の露光面積が第１の露光パターン２０４の露光面積よりも大きい場合、第２の露光パターン２０６に対する第２のブロックパターン２２６の比率は、第１の露光パターン２０４に対する第１のブロックパターン２１６の比率よりも大きい。

また、式（１）及び（２）におけるＨｘ及びＨｙは互いに独立なので、第１の補正ブロックパターン２１６の寸法Ｘ_１"に対する、第１の露光パターン２０４の寸法Ｘ_１の倍率と、第１の補正ブロックパターン２１６の寸法Ｙ_１"に対する、前記第１の露光パターン２０４の寸法Ｙ_１の倍率とは異なってもよい。また、偏向制御部８２は、電流Ｉ_１の大きさに応じて偏向器（３４、３８、５６、５８）、例えば静電８極偏向器の出力を調節することによって、第１の補正ブロックパターン２１６が成形した電子ビームのウェハ６４への照射位置を補正してもよい。この場合、式（３）及び（４）におけるα_Ｘ２及びα_Ｙ２は互いに独立なので、第１の方向への照射位置の補正量に対する、第１の方向と平行でない第２の方向への照射位置の補正量の比率は、電流Ｉ_１の大きさに応じて異なってもよい。

図７は、本実施形態に係るマスク３０の製造方法を示すフローチャートである。まず、ウェハ６４に露光すべき露光パターンデータをマスクパターン生成装置に入力する（Ｓ１１０）。マスクパターン生成装置は、入力された露光パターンデータを一度に露光できる矩形領域で分割する（Ｓ１１２）。次に、マスクパターン生成装置は、それぞれの領域に含まれる露光パターンの露光面積を算出する（Ｓ１１４）。そして、Ｓ１１４で算出した露光面積に基づいて、領域毎の露光に必要な電子ビームのビーム電流を算出する（Ｓ１１６）。次に、Ｓ１１６で算出した領域毎のビーム電流に基づいてビームの照射サイズの変動量を算出し、その変動量を補正するブロックパターンサイズを算出する（Ｓ１１８）。同様に、Ｓ１１６で算出した領域毎のビーム電流に基づいてビームの照射位置の変動量を算出し、その変動量を補正するブロックパターン位置を算出する（Ｓ１２０）。そして、Ｓ１１８及びＳ１２０でサイズ及び位置が算出されたブロックパターンを統合して、マスクパターンデータを生成する（Ｓ１２２）。最後にＳ１２２で生成されたマスクパターンデータを用いてマスクパターンが形成され、マスク３０が製造される（Ｓ１２４）。以上で本フローは終了する。

以上のようなマスク３０を用いた電子ビーム露光装置１００によれば、スループット向上の目的で電子ビームの電流を増大させても、所望の露光パターンを精度良くウェハ６４に露光することができる。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成図である。第２の実施形態においては、第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。第２の実施形態の電子ビーム露光装置１００は、第１の実施形態の１００が備えるマスク３０、マスクステージ駆動部６８、及びマスクステージ制御部８４に換えて、第２スリット１７２を備える。

統括制御部１３０は、メモリ１３２と、メモリ１３２に接続された電流算出部１３４と、電流算出部１３４及び個別制御部１２０に接続された補正制御部１３６とを有する。

第１偏向部２２及び第２偏向部２６は、第１スリット部１６を透過して成形された電子ビームを第２スリット部１７２の所定の位置に偏向して、電子ビームの断面形状を所望の矩形に成形する。

本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の動作について説明する。まず、電流算出部１３４は、ウェハ６４に露光すべき露光パターンのパターンデータをメモリ１３４から取得する。そして、露光パターンデータに基づいて、パターンを描画する電子ビームのビーム形状及びビーム電流を少なくとも一種類算出する。つぎに、補正制御部１３６は、電流算出部１３４が算出したビーム形状またはビーム電流毎に、第２スリット部１７２に照射する電子ビームの位置の補正量を以下の式（５）、（６）で算出する。ここで、パターンを描画すべき矩形ビームの形状をＸ_ｂ＊Ｙ_ｂとする。
Ｘｓ_２"＝Ｇｘ＊Ｘｓ＋Ｒｘ＊Ｙｓ＋Ｏｘ＋Ｈｘ＊Ｘ_ｂ＊Ｙ_ｂ＊ｊ …（５）
Ｙｓ_２"＝Ｇｙ＊Ｙｓ＋Ｒｙ＊Ｘｓ＋Ｏｙ＋Ｈｙ＊Ｘ_ｂ＊Ｙ_ｂ＊ｊ …（６）

また、電子ビーム露光装置１００は、照射すべき電子ビームの電流、又は露光面積に連動してリフォーカシング（焦点補正）をおこなうことにより、クーロン相互作用によるデフォーカス成分を補正する。この場合、リフォーカシング量に応じて、ウェハ６４上でのビーム位置が変動するが、補正制御部１３６は、ウェハ６４上でのビーム照射位置の変動量を、ビーム電流、又は露光面積に基づいて以下の式により算出する。ここで、α_Ｘ２、及びα_Ｙ２は前述の実施形態同様、実験によって求まる比例定数である。
Ｖｘ＝α_Ｘ２＊Ｘ_ｂ＊Ｙ_ｂ＊ｊ …（７）
Ｖｙ＝α_Ｙ２＊Ｘ_ｂ＊Ｙ_ｂ＊ｊ …（８）

次に、補正制御部１３６は、式（５）及び（６）を用いて算出した電子ビームの位置の補正量を偏向制御部８２に出力する。偏向制御部８２は、第１偏向器２２及び第２偏向器２６の出力を調節して、第２スリット部１７２に照射される電子ビームの位置を補正する。これにより、第１スリット部１６及び第２スリット部１７２によって成形される電子ビームの矩形サイズが補正される。具体的には、偏向制御部８２は、補正制御部１３６が算出した矩形サイズを示すデジタルデータを、図示しない偏向器用ＤＡコンバータでアナログデータに変換し、図示しない偏向器用アンプに出力する。そして、偏向器アンプは、入力されたアナログデータに応じた出力で第１偏向器２２及び第２偏向器２６を動作させる。従って、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００は、ウェハ６４に照射すべき電子ビームの電流の大きさに応じて、電子ビームのビーム面積を補正する。この場合、ビーム電流が大きい程、ビーム面積を大きく補正する。
また、電子ビーム露光装置１００は、ビーム電流の大きさに応じて、電子ビームのウェハ６４上での照射位置を補正する。具体的には、補正制御部１３６は、式（７）及び（８）を用いて算出した、ウェハ６４上でのビーム照射位置の変動量を電子ビームの偏向補正量として、偏向制御部８２に出力する。偏向制御部８２は、補正制御部１３６から取得した偏向補正量に基づいて、主偏向器５６及び／又は副偏向器５８の出力を調節し、電子ビームのウェハ６４上での照射位置を補正する。

図９は、第１スリット部１６及び第２スリット部１７２による電子ビームの成形方法の一例を示す。図９（ａ）は、電子ビームの矩形サイズをビーム電流に応じて補正しない場合を示し、図９（ｂ）は、電子ビームの矩形サイズをビーム電流に応じて補正する場合を示す。ここで、電子ビーム露光装置１００は、第１スリット部１６によって矩形に成形された電子ビームを、第２スリット部１７２が有するスリット４０２に通過させることにより矩形に成形する。
電子ビーム露光装置１００は、図９（ａ）において、第２スリット部１７２における電子ビームの位置を位置４００から位置４０４に移動する。位置４０４は、ウェハ６４に照射すべき電子ビームのビームサイズをウェハ用投影系３１４の幾何光学的倍率で拡大した大きさに基づいて求める。しかしながら、位置４０４とスリット４０２を通過して成形された電子ビームがウェハ６４に到達するまでには、電子ビームは、ウェハ用投影系３１４の幾何光学的倍率を超えて、図の縦／横いずれの方向にも縮小されてしまう。この結果、所望のサイズの電子ビームはウェハ６４に照射されない。

そこで、電子ビーム露光装置１００は、前述の（５）及び（６）の式を用いて電子ビームの矩形サイズの変動量を算出し、算出した変動量を補正する位置４０６に電子ビームの位置を移動する。図中の矢印は、スリット４０２に照射されるビームの位置を定義する点の一例である点５００の軌跡を示す。電子ビーム露光装置１００は、電子ビームを位置４０６とスリット４０２とを通過させて成形することにより、所望のサイズの電子ビームでウェハ６４を描画できる。

電子ビーム露光装置１００は、電子レンズのレンズ強度を変えることによって、電子ビームのビーム面積を補正してもよい。具体的には、補正制御部１３６は、サイズの変動補正量を電子レンズ制御部８８に出力する。電子レンズ制御部８８は、補正制御部１３６から取得したサイズの変動補正量に基づいてウェハ用投影系３１４が有する電子レンズのレンズ強度を変えて、電子ビームのビーム面積を補正する。

以上説明したように、本実施形態に係る電子ビーム露光装置によれば、ウェハに照射する電子ビームの電流の大きさに応じて電子ビームのビーム面積及び／又は照射位置が補正されるので、高い描画精度でウェハを露光することができる。

第１及び第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００は、複数の電子ビームにより、ウェハにパターンを露光するマルチビーム露光装置であってもよい。

図１０は、第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００で、ウェハ６４から半導体素子を製造する半導体製造工程のフローチャートである。Ｓ１０で、本フローチャートが開始する。フォトレジスト塗布工程は、ウェハ６４の上面に、フォトレジストを塗布する（Ｓ１２）。それから、フォトレジストが塗布されたウェハ６４が、図８に示された電子ビーム露光装置１００におけるウェハステージ６２に載置される。露光工程では、図８を用いて説明したように、照射されるビーム電流に応じてショットサイズ及び照射位置が補正された電子ビームによって、ウェハ６４にパターン像が描画される（Ｓ１４）。

次に、現像工程は、露光されたウェハ６４を、現像液に浸して現像し、余分なレジストを除去する。そして、エッチング工程は、ウェハ６４上のフォトレジストが除去された領域に存在するシリコン基板、絶縁膜あるいは導電膜を、プラズマを用いた異方性エッチングによりエッチングする（Ｓ１８）。そして、イオン注入工程は、トランジスタやダイオードなどの半導体素子を形成するために、ウェハ６４に、ホウ素や砒素などの不純物を注入する（Ｓ２０）。そして、熱処理工程は、ウェハ６４に熱処理を施し、注入された不純物の活性化を行う（Ｓ２２）。そして、洗浄工程は、ウェハ６４上の有機汚染物や金属汚染物を取り除くために、薬液によりウェハ６４を洗浄する（Ｓ２４）。そして、成膜工程は、導電膜や絶縁膜の成膜を行い、配線層および配線間の絶縁層を形成する（Ｓ２６）。フォトレジスト塗布工程（Ｓ１２）〜成膜工程（Ｓ２６）を組み合わせ、繰り返し行うことによって、ウェハ６４に素子分離領域、素子領域および配線層を有する半導体素子を製造することが可能となる。そして、組み立て工程は、所要の回路が形成されたウェハ６４を切り出し、チップの組み立てを行う（Ｓ２８）。そして、Ｓ３０で半導体素子製造フローが終了する。

なお、上記第１及び第２の実施形態は、縮小光学系を用いる場合について説明したが、電子レンズの配置、及びレンズ強度が異なる、拡大光学系を用いてもよい。

上記第１及び第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００によれば、大電流の電子ビームでウェハ６４を露光する場合でも、クーロン効果に起因すると考えられる、ビームのショットサイズ及び照射位置の変動を適切に補正してウェハ６４を精度良く露光することができる。

図１１は、電子ビーム露光装置１００が、幾何光学的倍率を調整するための校正動作の一例を示す。マスクパターンＡが成形する電子ビームがウェハ６４に結像したビーム像Ａによって金属などの微細ラインを走査した場合に、反射電子処理部９０が出力する反射電子波形に現れる２つのピーク間の距離を偏向器の偏向距離を基準にして測定する。反射電子波形に現れる２つのピーク間の距離は、この場合、ほぼＸ_Ａ'に相当する。そして、電子レンズ制御部８８は、Ｘ_ＡとＸ_Ａ'との比率が所定の大きさ、例えばＸ_Ａ／Ｘ_Ａ'＝６０となるように、電子レンズのレンズ強度を調節する。マスクパターンＡのように開口面積が小さい場合、ビーム電流が小さいので、ビーム像Ａに対するマスクパターンＡの比率は、この校正動作で決定される幾何光学的倍率で決まる。

図１２は、マスクパターンＡよりも開口面積が大きいマスクパターンＢが成形した電子ビームが、ウェハ６４上に照射された場合のビームサイズを測定する測定動作の一例を示す。図１１に示した校正動作で、幾何光学的倍率をＸ_Ａ／Ｘ_Ａ'＝６０と調節しても、パターンＢは、開口面積が大きくビーム電流が大きいので、ビーム像Ｂに対するマスクパターンＢの比率、Ｘ_Ｂ／Ｘ_Ｂ'は６０にはならない。例えば、Ｘ_Ａ＝Ｘ_Ｂであれば、Ｘ_Ｂ'＜Ｘ_Ａ'となる。

図１３は、第１スリット部１６及び第２スリット部１７２による電子ビームの成形動作の一例を示す。第１スリット部１６が有するスリット１と第２スリット部１７２が有するスリット２との重なりで、成形するビームのサイズを決定する。第１スリット部１６及び第２スリット部１７２は、ウェハ６４における所望のビーム像Ｃの幅Ｘ_Ｃ'を図１１の校正動作で設定した幾何光学的倍率（６０倍）で拡大した幅よりも大きい幅Ｘ_Ｃで電子ビームを成形する。電子ビーム露光装置１００は、金属などからなる微細ラインをビーム像Ｃで走査した場合に得られる反射電子波形から、Ｘｃ'が所望のサイズで投影されているか否かを確認することができる。電子ビーム露光装置１００は、ビーム像Ｃを照射すべきビーム電流の大きさに基づいて、Ｘｃ'の６０倍よりも大きいＸｃの大きさに成形した電子ビームを照射するので、所望の大きさＸｃ'でビーム像Ｃを露光することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明の第１の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成図である。クーロン相互作用により、物面Ｍの像が像面Ｗ上に小さく結像する原理を説明する概念図である。一度に露光すべきパターンの露光面積と照射されるビームのＸ寸法のずれとの関係を実験により求めた結果を示す図である。一度に露光すべきパターンの露光面積と照射されるビームのＹ寸法のずれとの関係を実験により求めた結果を示す図である。ウェハに一度に露光すべきパターンの例を示す。図５で説明した露光パターンを露光するためのブロックパターンを示す。マスク３０の製造方法を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成図である。第１スリット部１６及び第２スリット部１７２による電子ビームの成形方法の一例を示す図である。ウェハ６４から半導体素子を製造する半導体製造工程のフローチャートである。電子ビーム露光装置１００が、幾何光学的倍率を調整するための校正動作の一例を示す図である。マスクパターンＢが成形した電子ビームが、ウェハ６４上に照射された場合のビームサイズを測定する測定動作の一例を示す。ウェハ６４上にビーム像Ｃを照射する電子ビームの成形動作の一例を示す図である。

符号の説明

１０・・・筐体、１２・・・電子銃、１４・・・第１電子レンズ、１６・・・第１スリット部、２０・・・第２電子レンズ、２２・・・第１偏向器、２６・・・第２偏向器、２８・・・第３電子レンズ、３０・・・マスク、３２・・・第４電子レンズ、３４・・・第４偏向器、３６・・・ブランキング電極、３８・・・第４偏向器、４０・・・第５電子レンズ、４６・・・第６電子レンズ、４８・・・ラウンドアパーチャ、５０・・・第７電子レンズ、５２・・・第８電子レンズ、５６・・・主偏向器、５８・・・副偏向器、６０・・・電子検出器、６２・・・ウェハステージ、６４・・・ウェハ、６８・・・マスクステージ駆動部、７０・・・ウェハステージ駆動部、７２・・・マスクステージ、８２・・・偏向制御部、８４・・・マスクステージ制御部、８６・・・ブランキング電極制御部、８８・・・電子レンズ制御部、９０・・・反射電子処理部、９２・・・ウェハステージ制御部、１００・・・電子ビーム露光装置、１１０・・・電子ビーム照射系、１１２・・・マスク用投影系、１１４・・・焦点調整レンズ系、１１６・・・ウェハ用投影系、１２０・・・個別制御部、１３０・・・統括制御部、１３２・・・メモリ、１３４・・・電流算出部、１３６・・・補正制御部、１４０・・・制御系、１５０・・・露光部、１７２・・・第２スリット部、２００／２０２・・・露光領域、２０４／２０６・・・露光パターン、２１０／２２０・・・非補正ブロック領域、２１２／２２２・・・補正ブロック領域、２１４、２２４・・・非補正ブロックパターン、２１６／２２６・・・補正ブロックパターン、３００・・・電子レンズ、４００、４０４、４０６・・・ビーム位置、４０２・・・スリット

Claims

電子ビームでウェハを露光する電子ビーム露光装置であって、
前記電子ビームを成形する第１及び第２のブロックパターンを有するマスクを備え、
前記第１のブロックパターンで成形され、第１の電流を有する電子ビームが露光すべき第１の露光パターンに対する前記第１のブロックパターンの倍率と、
前記第２のブロックパターンで成形され、第２の電流を有する電子ビームが露光すべき第２の露光パターンに対する前記第２のブロックパターンの倍率は、
前記第１の電流が前記第２の電流よりも大きい程、前記第１の露光パターンに対する前記第１のブロックパターンの倍率を、前記第２の露光パターンに対する前記第２のブロックパターンの倍率よりも大きくすることを特徴とする電子ビーム露光装置。
前記第１の露光パターンの露光面積が前記第２の露光パターンの露光面積よりも大きい場合、前記第１の露光パターンに対する前記第１のブロックパターンの倍率は、前記第２の露光パターンに対する前記第２のブロックパターンの倍率よりも大きい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。
前記第１のブロックパターンの第１の辺の寸法に対する、前記第１の辺が前記第１の露光パターンに投影されるべき第２の辺の寸法の倍率と、
前記第１のブロックパターンの前記第１の辺と平行でない第３の辺の寸法に対する、前記第３の辺が前記第１の露光パターンに投影されるべき第４の辺の寸法の倍率とは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。
前記第１の電流の大きさに応じて、前記第１のブロックパターンが成形した前記電子ビームの前記ウェハへの照射位置を補正す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。
前記照射位置の補正において、前記第１のブロックパターンの第１の方向への照射位置の補正に対する、前記第１のブロックパターンの前記第１の方向と平行でない第２の方向への照射位置の補正の比率は、前記第１の電流の大きさに応じて異な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。