JP4554749B2 - 電子ビーム露光装置及び半導体素子製造方法 - Google Patents
電子ビーム露光装置及び半導体素子製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームによりウェハにパターンを露光する電子ビーム露光装置及びウェハ上に半導体素子を製造する半導体素子製造方法に関し、特に、ウェハの所定の領域における電子ビームの照射量を補正する補助露光を行う電子ビーム露光装置及び半導体素子を製造する際に補助露光を行う半導体素子製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ビームを利用した電子ビーム露光装置が知られている。この電子ビーム露光装置は、光を利用した露光装置より高い解像性を得ることができる。電子ビーム露光装置においては、表面にレジストが塗布されたウェハに電子ビームを照射すると、近接効果が生じることが知られている。
【０００３】
図１は、近接効果を説明する図である。図１（ａ）は、電子ビームが照射された位置及び当該位置の周囲に電子ビームにより蓄積されるエネルギー量の分布を示し、図１（ｂ）は、電子ビームによりパターンが露光されたウェハを示し、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すウェハの一部におけるウェハ表面のレジストに蓄積されるエネルギー量の分布を示し、図１（ｄ）は、得られるパターンの線幅の分布を示す。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、近接効果とは、電子ビームが後方散乱等を起こすことにより、電子ビームが照射された位置の周囲、例えば１０μｍ程度の範囲にわたって緩やかにエネルギーが蓄積される現象をいう。この近接効果により、図１（ｂ）に示すように、電子ビームによりウェハにパターンを露光した場合には、図１（ｃ）に示すように、電子ビームが照射されるパターンが粗な部分、図中左側の部分では、パターンが密な部分より近接効果が小さいために、蓄積される電子ビームによるエネルギー量が少なくなる。
【０００５】
したがって、図１（ｄ）に示すように、電子ビームが照射されるパターンが粗な部分と、パターンが密な部分とで、現像時において異なる性質が現れる感光閾値のエネルギー量に達した線幅が異なり、これによって得られるパターンの線幅が異なってしまう問題が生じる。
【０００６】
この近接効果による影響を補正する近接効果補正方法として、大きく２つの方法が知られている。第１の方法は、ウェハのショット領域へパターンを露光（実露光）する際における電子ビームの照射（ショット）する時間（ショット時間）を、各ショット領域毎に調整する方法である。この方法では、例えば、近接効果がもっとも大きいショット領域において得られる線幅を基準とし、近接効果の小さいショット領域においても同じ線幅が得られるようにショット時間を長くする。
【０００７】
第２の方法は、ウェハへパターンを露光（実露光）する際において領域近接効果の最も大きい領域における近接効果により蓄積されるエネルギー量を基準として、近接効果の少ない領域において基準となるエネルギー量に不足するエネルギー量を補助露光により補う方法（補助露光方法）である。
【０００８】
図２は、補助露光方法における近接効果の補正を説明する図である。図２（ａ）は、パターンが転写されるパターン領域と、補助露光が行われる補助露光領域を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）の一部の拡大図を示し、図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示すウェハの一部におけるウェハ表面のレジストに蓄積されるエネルギー量の分布を示し、図２（ｄ）は、得られるパターンの線幅の分布を示す。
【０００９】
図２（ａ）に示すように、補助露光が行われる補助露光領域は、パターン領域のパターンが粗の部分、例えば図中網掛けで示すパターン領域の外縁部分となっている。図２（ｂ）に示すように、電子ビームによりウェハにパターンを実露光し、補助露光領域を補助露光した場合には、図２（ｃ）に示すように、電子ビームが照射されるパターンが粗な部分と、パターンが密な部分との近接効果の違いが補助露光により補正されて、略同じエネルギー量となる。したがって、図２（ｄ）に示すように、電子ビームが照射されるパターンが粗な部分と、パターンが密な部分とで、感光閾値のエネルギー量に達する線幅を略同じにすることができ、これによって現像することにより得られるパターンの線幅を略同じにすることができる。
【００１０】
図３は、従来の電子ビーム露光装置における実露光処理時及び補助露光処理時の電子ビームの照射を説明する図である。図３（ａ）は、実露光処理時の電子ビームの照射を示し、図３（ｂ）は、補助露光処理時の電子ビームの照射を示し、横軸には、時間をとるものとする。
【００１１】
実露光処理時においては、図３（ａ）に示すように、電子ビームが所定のショット領域に照射されるように副偏向器で調整し、調整を開始してから予め設定された時間（待ち時間）が経過した後に電子ビームをウェハへ照射し始める。ここで、待ち時間は、副偏向器による偏向の調整が静定するまでの時間である。次いで、所定のショット時間経過後に、電子ビームがウェハへ照射されないようしするとともに、次のショット領域に電子ビームが照射されるように副偏向器を調整する。以降、上記同様に処理を行う。
【００１２】
補助露光処理時においては、図３（ｂ）に示すように、電子ビームが所定の補助露光用ショット領域に照射されるように副偏向器で調整し、調整を開始してから予め設定された実露光処理時と同一の待ち時間が経過した後に電子ビームをウェハへ照射し始める。次いで、実露光処理時におけるショット時間より短い所定のショット時間経過後に、電子ビームがウェハへ照射されないようしするとともに、次の領域に電子ビームが照射されるように副偏向器を調整する。以降、上記同様に処理を行う。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した第１の方法によると、パターンを一度にショットするショット領域毎にエネルギー量を調整するので、当該ショット領域内における線幅のばらつきを補正することができないという問題が生じる。例えば、一般的には、５〜１０μｍ角をショット領域とするが、５μｍ角をショット領域とした場合におけるショット領域内において近接効果の影響によって１０ｎｍ以上の線幅の分布を持つことがあるが、この線幅のばらつきを補正することができない。
【００１４】
一方、上記した第２の方法によると、補助露光において一度に電子ビームをショットする補助露光ショット領域を細かくすることにより、線幅のばらつきを詳細に補正することができる。しかしながら、補助露光ショット領域を細かくすると、ショット数が増加することになるので、露光処理の時間がかかるという問題が生じる。
【００１５】
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及び半導体素子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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の形態に係る電子ビーム露光装置は、 電子ビームによりウェハにパターンを露光する電子ビーム露光装置において、電子ビームを発生する電子銃と、ウェハを載置するウェハステージと、電子ビームを偏向する偏向部と、偏向部によりウェハ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の偏向を調整する偏向制御部と、偏向制御部により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハへ照射されるまでの時間を、パターンを露光するための実露光処理時と、ウェハにおいて蓄積される露光量を補正する補助露光処理時とで異ならせて制御する照射制御部とを有すること特徴とする。
【００１７】
偏向制御部により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハの所定の領域へ照射されるまでの時間が、実露光処理時における時間より補助露光処理時における時間が短いようにしてもよい。電子ビームがウェハに照射されない第１位置と、電子ビームがウェハに照射される第２位置との間で移動するブランキング電極を更に有し、照射制御部は、ブランキング電極により、電子ビームを第１位置から第２位置に移動させることにより、ウェハへ電子ビームの照射を開始するようにしてもよい。
【００１８】
照射制御部は、偏向制御部により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハへ照射が開始されるまでの実露光処理時における時間を示す第１時間情報と、偏向制御部により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハへ照射されるまでの補助露光処理時における時間を示す第２時間情報とを記憶する時間記憶部を有し、照射制御部は、第１時間情報及び第２時間情報に基づいて、ウェハへ電子ビームの照射を開始するようにしてもよい。
【００１９】
電子ビームをウェハの所定の領域に照射するために偏向器を調整すべき調整量を規定する調整情報と、当該所定の領域に対する露光種類が実露光又は補助露光のいずれであるかを示す露光識別情報とを対応付けた露光パターンデータを記憶する露光パターンデータ記憶部を更に備え、偏向制御部は、調整情報に基づいて偏向器の制御を行い、照射制御部は、調整情報に対応付けられた露光識別情報に基づいて露光種類を検出し、当該露光種類に基づいてウェハへ電子ビームの照射を開始するようにしてもよい。
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の第２の形態に係る半導体素子製造方法は、ウェハ上に半導体素子を製造する半導体素子製造方法であって、ウェハ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の偏向を調整し、電子ビームの偏向の調整が開始されてから、所定の第１時間経過後に、ウェハに電子ビームを照射して所望のパターンを露光する実露光ステップと、ウェハ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の偏向を調整し、電子ビームの偏向の調整が開始されてから、第１時間より短い第２時間経過後に、ウェハに電子ビームを照射してウェハにおいて蓄積される露光量を補正する補正露光ステップとを有することを特徴とする。
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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係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。
【００２２】
図４は、本発明の１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を備える。
【００２３】
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、電子ビームのマスク３０近傍における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を含む電子光学系を備える。
【００２４】
また、露光部１５０は、ウェハ６４に露光すべきパターンを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、ウェハステージ６２側から飛散する電子を検出して、飛散した電子量に相当する電気信号に変換する電子検出器６０を有する。
【００２５】
電子ビーム照射系１１０は、電子ビームを発生させる電子銃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、電子銃１２は、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４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。
【００２６】
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１８、第２偏向器２２及び第３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、さらに、第１ブランキング電極２４を有する。第１偏向器１８及び第２偏向器２２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３偏向器２６は、第１偏向器１８及び第２偏向器２２を通過した電子ビームの軌道を光軸Ａに略平行に偏向する。第２電子レンズ２０は、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。
【００２７】
第１のブランキング電極２４は、マスク３０に形成されたブロックに電子ビームが当たらないように電子ビームを偏向する。第１ブランキング電極２４は、マスク３０に電子ビームが当たらないように電子ビームを偏向することが好ましい。電子ビームが照射されるにつれてマスク３０に形成されたパターンは劣化するので、第１ブランキング電極２４は、パターンをウェハ６４に転写するとき以外は、電子ビームを偏向する。従って、マスク３０の劣化を防止することができる。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９電子レンズ６６と、第４偏向器３４と、第５偏向器３８と、第６偏向器４２と、主偏向器５６と、偏向部の一例としての副偏向器５８と、第２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。
【００２８】
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及び第９電子レンズ６６は、対物レンズとして機能する。
第４偏向器３４及び第６偏向器４２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５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、パターンを露光する実露光時には、サブフィールドにおけるショット領域への偏向のために用いられ、ウェハに蓄積される露光量（エネルギー量）を調整する補助露光時には、一度のショットで補助露光を行う補助露光ショット領域への偏向のために用いられる。
【００２９】
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。
第２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、第２のブランキング電極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発生するので、第２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。
【００３０】
制御系１４０は、統括制御部１３０と、個別制御部１２０と、露光パターンデータ記憶部及び間隔時間記憶部の一例としての記憶部１２２とを備える。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。ここで、特許請求の範囲にいう照射制御部は、本実施形態では、統括制御部１３０及びブランキング電極制御部によって構成される。偏向制御部８２は、第１偏向器１８、第２偏向器２２、第３偏向器２６、第４偏向器３４、第５偏向器３８、第６偏向器４２、主偏向器５６、及び副偏向器５８を制御する。本実施形態では、偏向制御部８２は、電圧又は電流を供給する偏向アンプ（図示せず）を有し、当該偏向アンプにより供給する電圧又は電流により第１偏向器１８、第２偏向器２２、第３偏向器２６、第４偏向器３４、第５偏向器３８、第６偏向器４２、主偏向器５６、及び副偏向器５８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。
【００３１】
ブランキング電極制御部８６は、第１ブランキング電極２４及び第２ブランキング電極３６を制御する。本実施形態では、ブランキング電極制御部８６は、露光時には、第１ブランキング電極２４及び第２ブランキング電極３６により、電子ビームをウェハ６４に照射させる位置に移動させ、露光時以外には、電子ビームをウェハ６４に到達させない位置に移動させる制御する。具体的には、ブランキング電極制御部８６は、第２ブランキング電極３６により、ショット時には、電子ビームをラウンドアパーチャを通過する位置（第１位置）に移動させ、ショット時以外には、電子ビームをラウンドアパーチャの外側に当たる位置（第２位置）に移動させる。
【００３２】
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および第９電子レンズ６６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。
【００３３】
記憶部１２２は、ウェハ６４の所定の領域に電子ビームが照射されるように主偏向器５６及び副偏向器５８を調整するための偏向調整情報と、当該所定の領域に対する電子ビームの照射時間を規定するショット時間と、当該所定の領域への露光種類が実露光又は補助露光のいずれかを示す露光種類情報と、偏向器１８、２２、２３、及び２６等や電子レンズ２０、５８、３２、及び４０等を調整するための調整情報等を有するパターンデータを複数記憶する。本実施形態では、補助露光処理におけるショット時間は、実露光処理のショット時間の、例えば、５％程度の時間としている。
【００３４】
また、記憶部１２２は、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハ６４の所定のショット領域へ照射が開始されるまでの実露光処理時における時間を示す第１時間情報の一例としての第１時間と、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハ６４の補助露光をすべき所定の補助露光ショット領域へ照射が開始されるまでの補助露光処理時における時間を示す第２時間情報の一例としての第２時間とを記憶する。ここで、電子ビームの偏向の調整が開始されるとは、電子ビームを偏向する副偏向器５８等に電圧又は電流を供給する偏向アンプによりセトリング動作が開始されることを意味する。
【００３５】
第２時間と、第１時間とは異なっている。本実施形態では、第１時間は、副偏向器５８による偏向の調整が静定するまでの時間以上となっており、図３に示す従来の静定時間と同一の時間を用いている。ここで、実露光処理時における所望のショット領域と実際のショット領域との位置ずれは、ウェハに露光されるパターンの位置ずれに影響を及ぼす一方、補助露光処理時における所望の補助露光ショット領域と実際の補助露光ショット領域との位置ずれは、ウェハに露光されるパターンの位置ずれに影響を及ぼさない。したがって、補助露光処理時においては、実露光処理時よりもショットにおける位置ずれに対して許容される。このため、補助露光時においては、副偏向器８による偏向の調整が開始されてから電子ビームをウェハ６４に照射するまでの時間を実露光処理時よりも短くすることができる。そこで、本実施形態では、第２時間を第１時間よりも短くしている。第２時間は、例えば、”０”であってもよい。
【００３６】
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。例えば、統括制御部１３０は、記憶部１２２に記憶された次の露光に関するパターンデータを順次取りだし、取り出した当該パターンデータの偏向調整情報に基づいて、偏向制御部８２にウェハ６４の所定の領域に電子ビームが照射されるように主偏向器５６及び副偏向器５８を調整させる。
【００３７】
また、統括制御部１３０は、パターンデータの露光種類情報に基づいて、露光種類が実露光、又は補助露光であるかを検出し、実露光であれば、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから記憶部１２２の第１時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置にする一方、補助露光であれば、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから記憶部１２２の第２時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置にする。
【００３８】
また、統括制御部１３０は、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置にしてから、対応する記憶部１２２のショット時間が経過する際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置から外して、電子ビームがウェハ６４に照射されないようにする。
【００３９】
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。電子ビーム露光装置１００は、露光処理を行う前に、電子光学系などの構成を予め調整する調整処理を行う。以下において、まず、露光処理前の電子光学系の調整処理について説明する。ウェハステージ制御部９２がウェハステージ駆動部７０によりウェハステージ６２上の基準基板（図示せず）を光軸Ａ近傍に移動させる。次いで、各レンズの焦点位置を所定の位置に調整し、偏向器により電子ビームを基準基板のマーク上を走査させるとともに、電子検出器６０が、基準基板に電子ビームが照射されることにより発生する反射電子に応じた電気信号を出力し、反射電子処理部９０が反射電子量を検出して統括制御部１３０に通知する。統括制御部１３０は、検出された電子量に基づいて、レンズ系の焦点が合っているか否かを判断する。統括制御部１３０は、最大の電子量が検出される焦点位置を検出すると、当該焦点位置に基づいて電子レンズ制御部８８により制御される各電子レンズに供給する電力を設定する。
【００４０】
次に、電子ビーム露光装置１００が実露光処理及び補助露光処理を含む露光処理を行う際の各構成の動作について説明する。マスクステージ７２上には、所定のパターンを形成された複数のブロックと、補助露光用のブロックとを有するマスク３０が載置され、マスク３０は、所定の位置に固定されている。また、ウェハステージ６２上には、露光処理が施されるレジストが塗布されたウェハ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発生しているので、露光の開始前において、スリット部１６の開口を通過した電子ビームがマスク３０およびウェハ６４に照射されないように、ブランキング電極制御部８６が第１ブランキング電極２４及び第２ブランキング電極３６を制御する。
【００４１】
まず、統括制御部１３０が記憶部１２２のパターンデータに基づいて、電子レンズ制御部８８及び偏向制御部８２により、ウェハ６４に転写するパターン又は補助露光用矩形が形成された補助露光用ブロックに電子ビームを照射できるように電子レンズ２０及び偏向器（１８、２２、２６）を調整させる。また、統括制御部１３０が記憶部１２２のパターンデータに基づいて、電子ビームのウェハ６４に対する焦点が合うように、電子レンズ（２８、３２）を調整させる。また、統括制御部１３０が記憶部１２２のパターンデータに基づいて、電子レンズ制御部８８及び偏向制御部８２により、ウェハ６４の所定の領域にパターン像又は補助露光用矩形を転写できるように電子レンズ（４０、４６、５０、５２、６６）及び偏向器（３４、３８、４２、５６、５８）を調整させる。
【００４２】
これらの調整が行われた後、統括制御部１３０は、パターンデータの露光種類情報に基づいて、露光種類が実露光、又は補助露光であるかを検出し、実露光であれば、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから記憶部１２２の第１時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により、第１ブランキング電極２４及び第２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一方、補助露光であれば、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから記憶部１２２の第２時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームの偏向を停止する。これにより、電子ビームはマスク３０を介してウェハ６４に照射される。
【００４３】
すなわち、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て、スリット部１６に照射させる。そして、第１偏向器１８及び第２偏向器２２がスリット部１６の開口を通過し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。スリット部１６の開口を通過した電子ビームは、矩形の断面形状を有している。第１偏向器１８及び第２偏向器２２により偏向された電子ビームは、第３偏向器２６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２電子レンズ２０により、マスク３０上の所定の領域にスリット部１６の開口の像が結像するように調整される。
【００４４】
そして、マスク３０に形成されたパターン又は補助露光用のブロックを通過した電子ビームは、第４偏向器３４及び第６偏向器４２により光軸Ａに近づく方向に偏向され、第５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又は補助露光用のブロックの像がウェハ６４の表面に焦点が合うように調整され、第５電子レンズ４０により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、像の縮小率が調整される。
【００４５】
この後、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又は補助露光を行う補助露光ショット領域に照射されるように偏向される。ここで、本実施形態では、補助露光ショット領域はショット領域より狭い領域となっている。また、本実施形態では、主偏向器５６が、ショット領域又は補助露光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いてショット領域、又は補助露光ショット領域へ電子ビームを偏向する。所定のショット領域又は補助露光ショット領域に偏向された電子ビームは、電子レンズ５２及び電子レンズ６６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、実露光処理の場合には、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。また、補助露光処理の場合には、ウェハ６４上の所定の補助露光ショット領域には、補助露光用のブロックの像が転写される。
【００４６】
次いで、統括制御部１３０が、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置にしてから、記憶部１２２のパターンデータの対応するショット時間が経過する際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置から外して、電子ビームがウェハ６４に照射されないようにする。上記した動作により、実露光処理では、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、補助露光処理では、ウェハ６４上の所定の補助露光ショット領域には、所定のエネルギー量が蓄えられる。電子ビーム露光装置１００は、上記した露光処理を、記憶部１２２に記憶されたパターンデータに基づいて、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。
【００４７】
図５は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置における補助露光処理における電子ビームの照射を説明する図である。図５に示すように、本実施形態では、補助露光を行う際には、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから第２時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームの偏向を停止して、電子ビームをウェハ６４に照射されるようにして補助露光を開始している。第２時間は、図３に示す従来の偏向器により偏向を行ってから補助露光を開始するまでの時間より短くなっているので、補助露光を１ショット行う場合に要する時間を抑えることができる。
【００４８】
したがって、各ショット領域における補助露光処理にかかる時間を従来と同様な時間かけるとした場合においては、使用可能な補助露光ショット数を増やすことができるので、補助露光ショット領域を狭くして、詳細にエネルギー量の補正をすることができ、精度の高い線幅のパターンを得ることができる。また、補助露光処理において、従来と同様な補助露光ショット数を行う場合においては、補助露光処理に要する総時間を抑えることができる。
【００４９】
図６は、ウェハ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。半導体製造工程を開始すると（ステップＳ１０）、ウェハの上面にフォトレジストを塗布する（ステップＳ１２）。次いで、フォトレジストが塗布されたウェハ６４を図４に示した電子ビーム露光装置１００のウェハステージ６２に載置し、上記説明したように、マスク３０のパターン像をウェハ６４に露光する実露光処理と、ウェハ６４上におけるエネルギー量を補正する補助露光処理とを行う（ステップＳ１４）。
【００５０】
次いで、露光されたウェハ６４は、現像液に浸されて現像され、余分なレジストが除去される（ステップＳ１６）。次いで、ウェハ上のフォトレジストが除去された領域に存在する酸化膜や窒化膜をエッチング液によりエッチングする（ステップＳ１８）。次いで、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、ウェハにリンや砒素などの不純物を注入する（ステップＳ２０）。上記ステップＳ１２〜Ｓ２０の工程を繰り返し行うことによって、ウェハに複数層のパターンを有する半導体素子を製造する。その後、所要の回路が形成されたウェハを切り出し、チップの組み立てを行い（ステップＳ２２）、半導体素子製造工程を終了する（ステップＳ２４）。この工程により、半導体素子を製造することができる。
【００５１】
上記工程の露光処理における補助露光処理においては、図４に示す本発明の実施形態に係る電子ビーム露光装置を使用しているので、補助露光を１ショット行う場合に要する時間を抑えることができる。したがって、各ショット領域における補助露光処理にかかる時間を従来と同様な時間かけるとした場合においては、使用可能な補助露光ショット数を増やすことができるので、補助露光ショット領域を狭くして、詳細にエネルギー量の補正をすることができ、所望の線幅を高精度に得ることができる。このため、製造される半導体素子において所望の線幅を高精度に得ることができる。また、補助露光処理において、従来と同様な補助露光ショット数を行う場合においては、補助露光処理に要する総時間を削減することができる。このため、半導体素子の製造に要する時間を短縮することができる。
【００５２】
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の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又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。
【００５３】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、ウェハに露光されるパターンの線幅の調整を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 近接効果を説明する図である。
【図２】 補助露光方法における近接効果の補正を説明する図である。
【図３】 従来の電子ビーム露光装置における実露光時及び補助露光時の電子ビームの照射を説明する図である。
【図４】 本発明の１実施形態に係る電子ビーム露光装置の構成図である。
【図５】 本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置における補助露光時の電子ビームの照射を説明する図である。
【図６】 本発明の１実施例に係るウェハから半導体素子を製造する半導体製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 筐体 １２ 電子銃
１４ 第１電子レンズ １６ スリット部
１８ 第１偏向器 ２０ 第２電子レンズ
２２ 第２偏向器 ２４ 第１ブランキング偏向器
２６ 第３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 第２ブランキング偏向器
３８ 第５偏向器 ４０ 第５電子レンズ
４２ 第６偏向器 ４６ 第６電子レンズ
４８ ラウンドアパーチャ部 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
６６ 第９電子レンズ 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
１２２ 記憶部 １３０ 統括制御部
１４０ 制御系 １５０ 露光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームによりウェハにパターンを露光する電子ビーム露光装置及びウェハ上に半導体素子を製造する半導体素子製造方法に関し、特に、ウェハの所定の領域における電子ビームの照射量を補正する補助露光を行う電子ビーム露光装置及び半導体素子を製造する際に補助露光を行う半導体素子製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ビームを利用した電子ビーム露光装置が知られている。この電子ビーム露光装置は、光を利用した露光装置より高い解像性を得ることができる。電子ビーム露光装置においては、表面にレジストが塗布されたウェハに電子ビームを照射すると、近接効果が生じることが知られている。
【０００３】
図１は、近接効果を説明する図である。図１（ａ）は、電子ビームが照射された位置及び当該位置の周囲に電子ビームにより蓄積されるエネルギー量の分布を示し、図１（ｂ）は、電子ビームによりパターンが露光されたウェハを示し、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すウェハの一部におけるウェハ表面のレジストに蓄積されるエネルギー量の分布を示し、図１（ｄ）は、得られるパターンの線幅の分布を示す。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、近接効果とは、電子ビームが後方散乱等を起こすことにより、電子ビームが照射された位置の周囲、例えば１０μｍ程度の範囲にわたって緩やかにエネルギーが蓄積される現象をいう。この近接効果により、図１（ｂ）に示すように、電子ビームによりウェハにパターンを露光した場合には、図１（ｃ）に示すように、電子ビームが照射されるパターンが粗な部分、図中左側の部分では、パターンが密な部分より近接効果が小さいために、蓄積される電子ビームによるエネルギー量が少なくなる。
【０００５】
したがって、図１（ｄ）に示すように、電子ビームが照射されるパターンが粗な部分と、パターンが密な部分とで、現像時において異なる性質が現れる感光閾値のエネルギー量に達した線幅が異なり、これによって得られるパターンの線幅が異なってしまう問題が生じる。
【０００６】
この近接効果による影響を補正する近接効果補正方法として、大きく２つの方法が知られている。第１の方法は、ウェハのショット領域へパターンを露光（実露光）する際における電子ビームの照射（ショット）する時間（ショット時間）を、各ショット領域毎に調整する方法である。この方法では、例えば、近接効果がもっとも大きいショット領域において得られる線幅を基準とし、近接効果の小さいショット領域においても同じ線幅が得られるようにショット時間を長くする。
【０００７】
第２の方法は、ウェハへパターンを露光（実露光）する際において領域近接効果の最も大きい領域における近接効果により蓄積されるエネルギー量を基準として、近接効果の少ない領域において基準となるエネルギー量に不足するエネルギー量を補助露光により補う方法（補助露光方法）である。
【０００８】
図２は、補助露光方法における近接効果の補正を説明する図である。図２（ａ）は、パターンが転写されるパターン領域と、補助露光が行われる補助露光領域を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）の一部の拡大図を示し、図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示すウェハの一部におけるウェハ表面のレジストに蓄積されるエネルギー量の分布を示し、図２（ｄ）は、得られるパターンの線幅の分布を示す。
【０００９】
図２（ａ）に示すように、補助露光が行われる補助露光領域は、パターン領域のパターンが粗の部分、例えば図中網掛けで示すパターン領域の外縁部分となっている。図２（ｂ）に示すように、電子ビームによりウェハにパターンを実露光し、補助露光領域を補助露光した場合には、図２（ｃ）に示すように、電子ビームが照射されるパターンが粗な部分と、パターンが密な部分との近接効果の違いが補助露光により補正されて、略同じエネルギー量となる。したがって、図２（ｄ）に示すように、電子ビームが照射されるパターンが粗な部分と、パターンが密な部分とで、感光閾値のエネルギー量に達する線幅を略同じにすることができ、これによって現像することにより得られるパターンの線幅を略同じにすることができる。
【００１０】
図３は、従来の電子ビーム露光装置における実露光処理時及び補助露光処理時の電子ビームの照射を説明する図である。図３（ａ）は、実露光処理時の電子ビームの照射を示し、図３（ｂ）は、補助露光処理時の電子ビームの照射を示し、横軸には、時間をとるものとする。
【００１１】
実露光処理時においては、図３（ａ）に示すように、電子ビームが所定のショット領域に照射されるように副偏向器で調整し、調整を開始してから予め設定された時間（待ち時間）が経過した後に電子ビームをウェハへ照射し始める。ここで、待ち時間は、副偏向器による偏向の調整が静定するまでの時間である。次いで、所定のショット時間経過後に、電子ビームがウェハへ照射されないようしするとともに、次のショット領域に電子ビームが照射されるように副偏向器を調整する。以降、上記同様に処理を行う。
【００１２】
補助露光処理時においては、図３（ｂ）に示すように、電子ビームが所定の補助露光用ショット領域に照射されるように副偏向器で調整し、調整を開始してから予め設定された実露光処理時と同一の待ち時間が経過した後に電子ビームをウェハへ照射し始める。次いで、実露光処理時におけるショット時間より短い所定のショット時間経過後に、電子ビームがウェハへ照射されないようしするとともに、次の領域に電子ビームが照射されるように副偏向器を調整する。以降、上記同様に処理を行う。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した第１の方法によると、パターンを一度にショットするショット領域毎にエネルギー量を調整するので、当該ショット領域内における線幅のばらつきを補正することができないという問題が生じる。例えば、一般的には、５〜１０μｍ角をショット領域とするが、５μｍ角をショット領域とした場合におけるショット領域内において近接効果の影響によって１０ｎｍ以上の線幅の分布を持つことがあるが、この線幅のばらつきを補正することができない。
【００１４】
一方、上記した第２の方法によると、補助露光において一度に電子ビームをショットする補助露光ショット領域を細かくすることにより、線幅のばらつきを詳細に補正することができる。しかしながら、補助露光ショット領域を細かくすると、ショット数が増加することになるので、露光処理の時間がかかるという問題が生じる。
【００１５】
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及び半導体素子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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の形態に係る電子ビーム露光装置は、 電子ビームによりウェハにパターンを露光する電子ビーム露光装置において、電子ビームを発生する電子銃と、ウェハを載置するウェハステージと、電子ビームを偏向する偏向部と、偏向部によりウェハ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の偏向を調整する偏向制御部と、偏向制御部により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハへ照射されるまでの時間を、パターンを露光するための実露光処理時と、ウェハにおいて蓄積される露光量を補正する補助露光処理時とで異ならせて制御する照射制御部とを有すること特徴とする。
【００１７】
偏向制御部により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハの所定の領域へ照射されるまでの時間が、実露光処理時における時間より補助露光処理時における時間が短いようにしてもよい。電子ビームがウェハに照射されない第１位置と、電子ビームがウェハに照射される第２位置との間で移動するブランキング電極を更に有し、照射制御部は、ブランキング電極により、電子ビームを第１位置から第２位置に移動させることにより、ウェハへ電子ビームの照射を開始するようにしてもよい。
【００１８】
照射制御部は、偏向制御部により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハへ照射が開始されるまでの実露光処理時における時間を示す第１時間情報と、偏向制御部により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハへ照射されるまでの補助露光処理時における時間を示す第２時間情報とを記憶する時間記憶部を有し、照射制御部は、第１時間情報及び第２時間情報に基づいて、ウェハへ電子ビームの照射を開始するようにしてもよい。
【００１９】
電子ビームをウェハの所定の領域に照射するために偏向器を調整すべき調整量を規定する調整情報と、当該所定の領域に対する露光種類が実露光又は補助露光のいずれであるかを示す露光識別情報とを対応付けた露光パターンデータを記憶する露光パターンデータ記憶部を更に備え、偏向制御部は、調整情報に基づいて偏向器の制御を行い、照射制御部は、調整情報に対応付けられた露光識別情報に基づいて露光種類を検出し、当該露光種類に基づいてウェハへ電子ビームの照射を開始するようにしてもよい。
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の第２の形態に係る半導体素子製造方法は、ウェハ上に半導体素子を製造する半導体素子製造方法であって、ウェハ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の偏向を調整し、電子ビームの偏向の調整が開始されてから、所定の第１時間経過後に、ウェハに電子ビームを照射して所望のパターンを露光する実露光ステップと、ウェハ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の偏向を調整し、電子ビームの偏向の調整が開始されてから、第１時間より短い第２時間経過後に、ウェハに電子ビームを照射してウェハにおいて蓄積される露光量を補正する補正露光ステップとを有することを特徴とする。
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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係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。
【００２２】
図４は、本発明の１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を備える。
【００２３】
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、電子ビームのマスク３０近傍における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を含む電子光学系を備える。
【００２４】
また、露光部１５０は、ウェハ６４に露光すべきパターンを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、ウェハステージ６２側から飛散する電子を検出して、飛散した電子量に相当する電気信号に変換する電子検出器６０を有する。
【００２５】
電子ビーム照射系１１０は、電子ビームを発生させる電子銃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、電子銃１２は、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４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。
【００２６】
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１８、第２偏向器２２及び第３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、さらに、第１ブランキング電極２４を有する。第１偏向器１８及び第２偏向器２２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３偏向器２６は、第１偏向器１８及び第２偏向器２２を通過した電子ビームの軌道を光軸Ａに略平行に偏向する。第２電子レンズ２０は、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。
【００２７】
第１のブランキング電極２４は、マスク３０に形成されたブロックに電子ビームが当たらないように電子ビームを偏向する。第１ブランキング電極２４は、マスク３０に電子ビームが当たらないように電子ビームを偏向することが好ましい。電子ビームが照射されるにつれてマスク３０に形成されたパターンは劣化するので、第１ブランキング電極２４は、パターンをウェハ６４に転写するとき以外は、電子ビームを偏向する。従って、マスク３０の劣化を防止することができる。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９電子レンズ６６と、第４偏向器３４と、第５偏向器３８と、第６偏向器４２と、主偏向器５６と、偏向部の一例としての副偏向器５８と、第２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。
【００２８】
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及び第９電子レンズ６６は、対物レンズとして機能する。
第４偏向器３４及び第６偏向器４２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５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、パターンを露光する実露光時には、サブフィールドにおけるショット領域への偏向のために用いられ、ウェハに蓄積される露光量（エネルギー量）を調整する補助露光時には、一度のショットで補助露光を行う補助露光ショット領域への偏向のために用いられる。
【００２９】
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。
第２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、第２のブランキング電極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発生するので、第２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。
【００３０】
制御系１４０は、統括制御部１３０と、個別制御部１２０と、露光パターンデータ記憶部及び間隔時間記憶部の一例としての記憶部１２２とを備える。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。ここで、特許請求の範囲にいう照射制御部は、本実施形態では、統括制御部１３０及びブランキング電極制御部によって構成される。偏向制御部８２は、第１偏向器１８、第２偏向器２２、第３偏向器２６、第４偏向器３４、第５偏向器３８、第６偏向器４２、主偏向器５６、及び副偏向器５８を制御する。本実施形態では、偏向制御部８２は、電圧又は電流を供給する偏向アンプ（図示せず）を有し、当該偏向アンプにより供給する電圧又は電流により第１偏向器１８、第２偏向器２２、第３偏向器２６、第４偏向器３４、第５偏向器３８、第６偏向器４２、主偏向器５６、及び副偏向器５８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。
【００３１】
ブランキング電極制御部８６は、第１ブランキング電極２４及び第２ブランキング電極３６を制御する。本実施形態では、ブランキング電極制御部８６は、露光時には、第１ブランキング電極２４及び第２ブランキング電極３６により、電子ビームをウェハ６４に照射させる位置に移動させ、露光時以外には、電子ビームをウェハ６４に到達させない位置に移動させる制御する。具体的には、ブランキング電極制御部８６は、第２ブランキング電極３６により、ショット時には、電子ビームをラウンドアパーチャを通過する位置（第１位置）に移動させ、ショット時以外には、電子ビームをラウンドアパーチャの外側に当たる位置（第２位置）に移動させる。
【００３２】
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および第９電子レンズ６６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。
【００３３】
記憶部１２２は、ウェハ６４の所定の領域に電子ビームが照射されるように主偏向器５６及び副偏向器５８を調整するための偏向調整情報と、当該所定の領域に対する電子ビームの照射時間を規定するショット時間と、当該所定の領域への露光種類が実露光又は補助露光のいずれかを示す露光種類情報と、偏向器１８、２２、２３、及び２６等や電子レンズ２０、５８、３２、及び４０等を調整するための調整情報等を有するパターンデータを複数記憶する。本実施形態では、補助露光処理におけるショット時間は、実露光処理のショット時間の、例えば、５％程度の時間としている。
【００３４】
また、記憶部１２２は、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハ６４の所定のショット領域へ照射が開始されるまでの実露光処理時における時間を示す第１時間情報の一例としての第１時間と、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから、電子ビームがウェハ６４の補助露光をすべき所定の補助露光ショット領域へ照射が開始されるまでの補助露光処理時における時間を示す第２時間情報の一例としての第２時間とを記憶する。ここで、電子ビームの偏向の調整が開始されるとは、電子ビームを偏向する副偏向器５８等に電圧又は電流を供給する偏向アンプによりセトリング動作が開始されることを意味する。
【００３５】
第２時間と、第１時間とは異なっている。本実施形態では、第１時間は、副偏向器５８による偏向の調整が静定するまでの時間以上となっており、図３に示す従来の静定時間と同一の時間を用いている。ここで、実露光処理時における所望のショット領域と実際のショット領域との位置ずれは、ウェハに露光されるパターンの位置ずれに影響を及ぼす一方、補助露光処理時における所望の補助露光ショット領域と実際の補助露光ショット領域との位置ずれは、ウェハに露光されるパターンの位置ずれに影響を及ぼさない。したがって、補助露光処理時においては、実露光処理時よりもショットにおける位置ずれに対して許容される。このため、補助露光時においては、副偏向器８による偏向の調整が開始されてから電子ビームをウェハ６４に照射するまでの時間を実露光処理時よりも短くすることができる。そこで、本実施形態では、第２時間を第１時間よりも短くしている。第２時間は、例えば、”０”であってもよい。
【００３６】
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。例えば、統括制御部１３０は、記憶部１２２に記憶された次の露光に関するパターンデータを順次取りだし、取り出した当該パターンデータの偏向調整情報に基づいて、偏向制御部８２にウェハ６４の所定の領域に電子ビームが照射されるように主偏向器５６及び副偏向器５８を調整させる。
【００３７】
また、統括制御部１３０は、パターンデータの露光種類情報に基づいて、露光種類が実露光、又は補助露光であるかを検出し、実露光であれば、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから記憶部１２２の第１時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置にする一方、補助露光であれば、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから記憶部１２２の第２時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置にする。
【００３８】
また、統括制御部１３０は、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置にしてから、対応する記憶部１２２のショット時間が経過する際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置から外して、電子ビームがウェハ６４に照射されないようにする。
【００３９】
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。電子ビーム露光装置１００は、露光処理を行う前に、電子光学系などの構成を予め調整する調整処理を行う。以下において、まず、露光処理前の電子光学系の調整処理について説明する。ウェハステージ制御部９２がウェハステージ駆動部７０によりウェハステージ６２上の基準基板（図示せず）を光軸Ａ近傍に移動させる。次いで、各レンズの焦点位置を所定の位置に調整し、偏向器により電子ビームを基準基板のマーク上を走査させるとともに、電子検出器６０が、基準基板に電子ビームが照射されることにより発生する反射電子に応じた電気信号を出力し、反射電子処理部９０が反射電子量を検出して統括制御部１３０に通知する。統括制御部１３０は、検出された電子量に基づいて、レンズ系の焦点が合っているか否かを判断する。統括制御部１３０は、最大の電子量が検出される焦点位置を検出すると、当該焦点位置に基づいて電子レンズ制御部８８により制御される各電子レンズに供給する電力を設定する。
【００４０】
次に、電子ビーム露光装置１００が実露光処理及び補助露光処理を含む露光処理を行う際の各構成の動作について説明する。マスクステージ７２上には、所定のパターンを形成された複数のブロックと、補助露光用のブロックとを有するマスク３０が載置され、マスク３０は、所定の位置に固定されている。また、ウェハステージ６２上には、露光処理が施されるレジストが塗布されたウェハ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発生しているので、露光の開始前において、スリット部１６の開口を通過した電子ビームがマスク３０およびウェハ６４に照射されないように、ブランキング電極制御部８６が第１ブランキング電極２４及び第２ブランキング電極３６を制御する。
【００４１】
まず、統括制御部１３０が記憶部１２２のパターンデータに基づいて、電子レンズ制御部８８及び偏向制御部８２により、ウェハ６４に転写するパターン又は補助露光用矩形が形成された補助露光用ブロックに電子ビームを照射できるように電子レンズ２０及び偏向器（１８、２２、２６）を調整させる。また、統括制御部１３０が記憶部１２２のパターンデータに基づいて、電子ビームのウェハ６４に対する焦点が合うように、電子レンズ（２８、３２）を調整させる。また、統括制御部１３０が記憶部１２２のパターンデータに基づいて、電子レンズ制御部８８及び偏向制御部８２により、ウェハ６４の所定の領域にパターン像又は補助露光用矩形を転写できるように電子レンズ（４０、４６、５０、５２、６６）及び偏向器（３４、３８、４２、５６、５８）を調整させる。
【００４２】
これらの調整が行われた後、統括制御部１３０は、パターンデータの露光種類情報に基づいて、露光種類が実露光、又は補助露光であるかを検出し、実露光であれば、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから記憶部１２２の第１時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により、第１ブランキング電極２４及び第２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一方、補助露光であれば、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから記憶部１２２の第２時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームの偏向を停止する。これにより、電子ビームはマスク３０を介してウェハ６４に照射される。
【００４３】
すなわち、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て、スリット部１６に照射させる。そして、第１偏向器１８及び第２偏向器２２がスリット部１６の開口を通過し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。スリット部１６の開口を通過した電子ビームは、矩形の断面形状を有している。第１偏向器１８及び第２偏向器２２により偏向された電子ビームは、第３偏向器２６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２電子レンズ２０により、マスク３０上の所定の領域にスリット部１６の開口の像が結像するように調整される。
【００４４】
そして、マスク３０に形成されたパターン又は補助露光用のブロックを通過した電子ビームは、第４偏向器３４及び第６偏向器４２により光軸Ａに近づく方向に偏向され、第５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又は補助露光用のブロックの像がウェハ６４の表面に焦点が合うように調整され、第５電子レンズ４０により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、像の縮小率が調整される。
【００４５】
この後、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又は補助露光を行う補助露光ショット領域に照射されるように偏向される。ここで、本実施形態では、補助露光ショット領域はショット領域より狭い領域となっている。また、本実施形態では、主偏向器５６が、ショット領域又は補助露光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いてショット領域、又は補助露光ショット領域へ電子ビームを偏向する。所定のショット領域又は補助露光ショット領域に偏向された電子ビームは、電子レンズ５２及び電子レンズ６６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、実露光処理の場合には、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。また、補助露光処理の場合には、ウェハ６４上の所定の補助露光ショット領域には、補助露光用のブロックの像が転写される。
【００４６】
次いで、統括制御部１３０が、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置にしてから、記憶部１２２のパターンデータの対応するショット時間が経過する際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームをウェハ６４に照射させる位置から外して、電子ビームがウェハ６４に照射されないようにする。上記した動作により、実露光処理では、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、補助露光処理では、ウェハ６４上の所定の補助露光ショット領域には、所定のエネルギー量が蓄えられる。電子ビーム露光装置１００は、上記した露光処理を、記憶部１２２に記憶されたパターンデータに基づいて、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。
【００４７】
図５は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置における補助露光処理における電子ビームの照射を説明する図である。図５に示すように、本実施形態では、補助露光を行う際には、偏向制御部８２により電子ビームの偏向の調整が開始されてから第２時間が経過した際に、ブランキング電極制御部８６により電子ビームの偏向を停止して、電子ビームをウェハ６４に照射されるようにして補助露光を開始している。第２時間は、図３に示す従来の偏向器により偏向を行ってから補助露光を開始するまでの時間より短くなっているので、補助露光を１ショット行う場合に要する時間を抑えることができる。
【００４８】
したがって、各ショット領域における補助露光処理にかかる時間を従来と同様な時間かけるとした場合においては、使用可能な補助露光ショット数を増やすことができるので、補助露光ショット領域を狭くして、詳細にエネルギー量の補正をすることができ、精度の高い線幅のパターンを得ることができる。また、補助露光処理において、従来と同様な補助露光ショット数を行う場合においては、補助露光処理に要する総時間を抑えることができる。
【００４９】
図６は、ウェハ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。半導体製造工程を開始すると（ステップＳ１０）、ウェハの上面にフォトレジストを塗布する（ステップＳ１２）。次いで、フォトレジストが塗布されたウェハ６４を図４に示した電子ビーム露光装置１００のウェハステージ６２に載置し、上記説明したように、マスク３０のパターン像をウェハ６４に露光する実露光処理と、ウェハ６４上におけるエネルギー量を補正する補助露光処理とを行う（ステップＳ１４）。
【００５０】
次いで、露光されたウェハ６４は、現像液に浸されて現像され、余分なレジストが除去される（ステップＳ１６）。次いで、ウェハ上のフォトレジストが除去された領域に存在する酸化膜や窒化膜をエッチング液によりエッチングする（ステップＳ１８）。次いで、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、ウェハにリンや砒素などの不純物を注入する（ステップＳ２０）。上記ステップＳ１２〜Ｓ２０の工程を繰り返し行うことによって、ウェハに複数層のパターンを有する半導体素子を製造する。その後、所要の回路が形成されたウェハを切り出し、チップの組み立てを行い（ステップＳ２２）、半導体素子製造工程を終了する（ステップＳ２４）。この工程により、半導体素子を製造することができる。
【００５１】
上記工程の露光処理における補助露光処理においては、図４に示す本発明の実施形態に係る電子ビーム露光装置を使用しているので、補助露光を１ショット行う場合に要する時間を抑えることができる。したがって、各ショット領域における補助露光処理にかかる時間を従来と同様な時間かけるとした場合においては、使用可能な補助露光ショット数を増やすことができるので、補助露光ショット領域を狭くして、詳細にエネルギー量の補正をすることができ、所望の線幅を高精度に得ることができる。このため、製造される半導体素子において所望の線幅を高精度に得ることができる。また、補助露光処理において、従来と同様な補助露光ショット数を行う場合においては、補助露光処理に要する総時間を削減することができる。このため、半導体素子の製造に要する時間を短縮することができる。
【００５２】
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の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又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。
【００５３】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、ウェハに露光されるパターンの線幅の調整を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 近接効果を説明する図である。
【図２】 補助露光方法における近接効果の補正を説明する図である。
【図３】 従来の電子ビーム露光装置における実露光時及び補助露光時の電子ビームの照射を説明する図である。
【図４】 本発明の１実施形態に係る電子ビーム露光装置の構成図である。
【図５】 本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置における補助露光時の電子ビームの照射を説明する図である。
【図６】 本発明の１実施例に係るウェハから半導体素子を製造する半導体製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 筐体 １２ 電子銃
１４ 第１電子レンズ １６ スリット部
１８ 第１偏向器 ２０ 第２電子レンズ
２２ 第２偏向器 ２４ 第１ブランキング偏向器
２６ 第３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 第２ブランキング偏向器
３８ 第５偏向器 ４０ 第５電子レンズ
４２ 第６偏向器 ４６ 第６電子レンズ
４８ ラウンドアパーチャ部 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
６６ 第９電子レンズ 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
１２２ 記憶部 １３０ 統括制御部
１４０ 制御系 １５０ 露光部
Claims (5)
- 電子ビームによりウェハにパターンを露光する電子ビーム露光装置において、
前記電子ビームを発生する電子銃と、
前記ウェハを載置するウェハステージと、
前記電子ビームを偏向する偏向部と、
前記偏向部により前記ウェハ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の偏向を調整する偏向制御部と、
前記偏向制御部により前記電子ビームの偏向の調整が開始されてから、前記電子ビームが前記ウェハへ照射されるまでの時間が、実露光処理時における時間より補助露光処理時における時間の方が短くなるように制御する照射制御部と
を備え、
前記補助露光処理時の電子ビームのショット領域は、前記実露光処理時の電子ビームのショット領域より狭くなる
ことを特徴とする電子ビーム露光装置。 - 前記電子ビームが前記ウェハに照射されない第１位置と、前記電子ビームが前記ウェハに照射される第２位置との間で移動するブランキング電極を更に有し、
前記照射制御部は、前記ブランキング電極により、前記電子ビームを前記第１位置から前記第２位置に移動させることにより、前記ウェハへ前記電子ビームの照射を開始する
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。 - 前記照射制御部は、
前記偏向制御部により前記電子ビームの偏向の調整が開始されてから、前記電子ビームが前記ウェハへ照射されるまでの前記実露光処理時における時間を示す第１時間情報と、前記偏向制御部により前記電子ビームの偏向の調整が開始されてから、前記電子ビームが前記ウェハへ照射されるまでの前記補助露光処理時における時間を示す第２時間情報とを記憶する時間記憶部を有し、
前記照射制御部は、前記第１時間情報及び前記第２時間情報に基づいて、前記ウェハへ前記電子ビームの照射を開始する
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。 - 前記電子ビームを前記ウェハの所定の領域に照射するために前記偏向部を調整すべき調整量を規定する調整情報と、当該所定の領域に対する露光種類が実露光又は補助露光のいずれであるかを示す露光識別情報とを対応付けた露光パターンデータを記憶する露光パターンデータ記憶部を更に備え、
前記偏向制御部は、前記調整情報に基づいて前記偏向部の制御を行い、
前記照射制御部は、前記調整情報に対応付けられた前記露光識別情報に基づいて露光種類を検出し、当該露光種類に基づいて前記ウェハへ前記電子ビームの照射を開始する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子ビーム露光装置。 - ウェハ上に半導体素子を製造する半導体素子製造方法であって、
前記ウェハ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の偏向を調整し、前記電子ビームの偏向の調整が開始されてから、所定の第１時間経過後に、前記ウェハに第１のショット領域の前記電子ビームを照射して予め定められたパターンを露光する実露光ステップと、
前記ウェハ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の偏向を調整し、前記電子ビームの偏向の調整が開始されてから、前記第１時間より短い第２時間経過後に、前記ウェハに前記第１のショット領域より狭い第２のショット領域の前記電子ビームを照射して当該ウェハにおいて蓄積される露光量を補正する補正露光ステップと
を有することを特徴とする半導体素子製造方法。
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