JP4077933B2 - マルチ電子ビーム露光方法及び装置、ならびにデバイス製造方法 - Google Patents
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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露光装置及びその露光方法に関し、特にウエハ直接描画またはマスク、レチクル露光の為に、複数の電子ビームを用いてパターン描画を行うマルチ電子ビーム露光方法及びマルチ電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５に、従来のマルチ電子ビーム型露光装置の概要を示す。501a,501b,501cは、個別に電子ビームをon/offできる電子銃である。502は、電子銃501a,501b,501cからの複数の電子ビームをウエハ503上に縮小投影する縮小電子光学系で、504は、ウエハ503に縮小投影された複数の電子ビームを偏向させる偏向器である。
【０００３】
電子銃501a ,501b,501cからの複数の電子ビームは、偏向器504によって同一の偏向量を与えられる。それにより、それぞれのビーム基準位置を基準として、各電子ビームは偏向器504の最小偏向幅が定める配列間隔を有する配列に従ってウエハ上での位置を順次整定して偏向される。そして、それぞれの電子ビームは、互いに異なる要素露光領域で露光すべきパターンを露光する。
【０００４】
図１７(A)(B)(C)は、それぞれ電子銃501a ,501b,501cからの電子ビームがそれぞれの要素露光領域（EF1、EF2、EF3）を同一の配列に従って露光すべきパターンを露光する様子を示している。各電子ビームは、同時刻の配列上の位置を(1,1)、(1,2)....(1,16)、(2,1)、(2,2)....(2,16),(3,1)..となるように位置を整定して移動していくとともに、露光すべきパターン（P1、P2、P3)が存在する位置でビームを照射して、各要素露光領域でそれぞれが露光すべきパターン（P1、P2、P3)を露光する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電子ビーム露光装置にて、パターンを描画する場合、ウエハに照射された電子はウエハで反射して散乱を受け（後方散乱）、散乱後の電子はウエハ上に塗布されたレジストの入射点以外の部分を感光させる。これは近接効果と呼ばれる現象であり、この影響で現像後のレジストパターンは所望の形状や寸法と異なったものになる。
【０００６】
可変整形型の電子ビーム露光装置においては、近接効果を低減する為に、描画するパターンを複数の区分領域に分割し、区分領域毎に照射量を調整していた。
【０００７】
従来のマルチ電子ビーム型露光装置では、複数の電子ビームのどれもが照射位置での照射量が同一になるように照射時間を固定している為、各電子ビームの照射を制御するデータとして電子ビームを照射するかしないかの1ビットのデータで十分であった。しかし近接効果を低減する為に適当な区分領域毎に電子ビームの照射量を調整すると、マルチ電子ビーム型露光装置では、各電子ビームの照射位置毎に電子ビームの照射時間を調整する必要があり、例えば128階調の照射時間を制御するデータとして7ビットのデータが各電子ビームの照射毎の制御データに追加され、露光制御データが8倍になる。すなわち、近接効果補正すると、マルチ電子ビーム型露光装置においては、データ量が莫大に増大するという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のマルチ電子ビーム露光方法のある形態は、描画する描画パターンに基づいて、一照射当たりの照射量が同一である複数の電子ビームを物体の被露光面上を偏向させながら偏向毎に前記複数の電子ビームの各電子ビームの照射を個別に制御するとともに、各電子ビームが描画する要素露光領域を隣合わせて描画するマルチ電子ビーム露光方法において、
前記描画パターンを前記要素露光領域を単位として分割する分割段階と、
前記分割された描画パターンに基づいて、一照射当たりの照射量が同一である前記各要素露光領域での電子ビームの照射位置と一照射当たりの照射量が同一である前記各要素露光領域に照射される電子ビームの照射量を検出する段階と、
前記各要素露光領域内を照射する電子ビームの一照射当たりの照射量を前記近接した複数の要素露光領域の前記照射量に基づいて修正する修正段階と、
前記検出された電子ビームの照射位置に関する情報と前記修正された電子ビームの一照射当たりの照射量の情報とを有する各電子ビームの要素露光領域毎の露光制御データを作成する段階とを有することを特徴とする。
【０００９】
前記被露光面上での前記要素露光領域の配列ピッチを、前記電子ビームの後方散乱半径以下に設定することを特徴とする。
【００１０】
前記被露光面上での前記複数の電子ビームの配列ピッチを、前記電子ビームの後方散乱半径以下に設定することを特徴とする。
【００１１】
前記各要素露光領域に照射される電子ビームの照射量は、対応する要素露光領域での電子ビームの照射位置の数に関する情報であることを特徴とする。
【００１２】
前記修正段階は、前記各要素露光領域での電子ビームの照射位置の重心位置を検出する段階を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のマルチ電子ビーム露光装置のある形態は、一照射当たりの照射量が同一である複数の電子ビームを用いて被露光面上にパターンを描画するマルチ電子ビーム露光装置において、
前記複数の電子ビームを前記被露光面上を偏向させる偏向手段と、
偏向毎に各電子ビームの照射を個別に制御する照射制御手段と、
前記偏向手段によって、各電子ビームが描画する要素露光領域を隣合わせて描画するように前記複数の電子ビームを偏向させ、前記照射制御手段によって偏向毎に各電子ビームの照射を個別に制御し、各要素露光領域を描画する際、前記照射制御手段によって近接した複数の要素露光領域の予め検知された照射量に基づいて一照射当たりの照射量が同一である各電子ビームの一照射当たりの照射量を修正する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
前記被露光面上での前記複数の電子ビームの配列ピッチを、前記電子ビームの後方散乱半径以下に設定していることを特徴とする。
【００１５】
本発明のデバイス製造方法は、前記マルチ電子ビーム露光方法及びマルチ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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜マルチ電子ビーム露光装置の構成要素説明＞
図1は本発明に係るマルチ電子ビーム露光装置の要部概略図である。同図において、１は、カソード1a、グリッド1b、アノード1cよりなる電子銃であって、カソード1aから放射された電子はグリッド1b、アノード1cの間でクロスオーバ像を形成する（以下、このクロスオーバ像を電子源と記す）。
【００１７】
この電子源から放射される電子は、その前側焦点位置が電子源位置にある照明電子光学系2によって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビームは、要素電子光学系アレイ3に照明する。照明電子光学系2からの略平行な電子ビームは、要素電子光学系アレイ3に入射する。要素電子光学系アレイ3は、開口と電子光学系とブランキング電極とで構成される要素電子光学系が光軸AXに直交する方向に２次元に複数配列されて形成されたものである。要素電子光学系アレイ3の詳細については後述する。
【００１８】
要素電子光学系アレイ3は、電子源の中間像を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系4によって縮小投影され、ウエハ5上に略同一の大きさの電子源像を形成する。ここで、ウエハ上の複数の電子ビームの配列ピッチを、ウエハ６での電子ビームの後方散乱径以下（電子ビームの加速電圧が５０ＫＶの場合は、１０μｍ以下）に設定している。本実施例では、その配列ピッチを3.6μｍに設定している。
【００１９】
また、ウエハ5上の電子源像の大きさが略同一になるように、各要素電子光学系の焦点距離等は設定されている。更に、要素電子光学系アレイ3は、各中間像の光軸方向の位置を縮小電子光学系4の像面湾曲に応じて異ならせるとともに、各中間像が縮小電子光学系4よってウエハ5に縮小投影される際に発生する収差を予め補正している。
【００２０】
縮小電子光学系4は、第１投影レンズ41(43)と第２投影レンズ42(44)とからなる対称磁気ダブレットで構成される。第１投影レンズ41(43)の焦点距離をf1、第２投影レンズ42(44)の焦点距離をf2とすると、この２つのレンズ間距離はf1+f2になっている。光軸上AXの物点は第１投影レンズ41(43)の焦点位置にあり、その像点は第２投影レンズ42(44)の焦点に結ぶ。この像は-f2/f1に縮小される。また、２つのレンズ磁界が互いに逆方向に作用する様に決定されているので、理論上は、球面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収差、軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。
【００２１】
6は、要素電子光学系アレイ3からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の電子源像をウエハ5上でX,Y方向に略同一の偏向幅だけ偏向させる描画偏向器である。描画偏向器6は、偏向幅が広いが整定するまでの時間すなわち整定待ち時間が長い主偏向器61と偏向幅が狭いが整定待ち時間が短い副偏向器62で構成されていて、主偏向器61は電磁型偏向器で、副偏向器62は静電型偏向器である。SDEFは、ＸＹステージ１２の連続移動に要素電子光学系アレイ3からの複数の電子ビームを追従させるためのステージ追従偏向器である。ステージ追従偏向器SDEFは、静電型偏向器である。7は描画偏向器6を作動させた際に発生する偏向収差による電子源像のフォーカス位置のずれを補正するダイナミックフォーカスコイルであり、8は、ダイナミックフォーカスコイル7と同様に、偏向により発生する偏向収差の非点収差を補正するダイナミックスティグコイルである。9は、リフォーカスコイルで、ウエハに照射される複数の電子ビームの数若しくはウエハに照射される電流の総和が多くなるとクーロン効果による電子ビームのぼけが発生するので、これを補正するために縮小電子光学系4の焦点位置を調整するものである。10は、Ｘ及びＹ方向にのびる２つのシングルナイフエッジを有するファラデーカップで要素電子光学系からの電子ビームが形成する電子源像の電荷量を検出する。11は、ウエハを載置し、光軸AX(Ｚ軸）方向とＺ軸回りの回転方向に移動可能なθ-Ｚステージであって、前述したステージ基準板13とファラデーカップ10が固設されている。12は、θ-Ｚステージを載置し、光軸AX(Ｚ軸）と直交するＸＹ方向に移動可能なＸＹステージである。
【００２２】
次に、要素電子光学系アレイ3について説明する。要素電子光学系アレイ3は、複数の要素電子光学系をグループ（サブアレイ）とし、そのサブアレイが複数形成されている。例えば、図2に示すように、５つのサブアレイA〜Eが形成されていて、各サブアレイは、複数の要素電子光学系が２次元的に配列されていて、本実施例の各サブアレイではC(1,1)〜C(3,9)のように２７個の要素電子光学系が形成されている。
【００２３】
各要素電子光学系の断面図を図3に示す。図3において、AP-Pは、照明電子光学系2によって略平行となった電子ビームにより照明され、透過する電子ビームの形状を規定する開口（AP1)を有する基板で、他の要素電子光学系と共通の基板である。すなわち、基板AP-Pは、複数の開口を有する基板である。
【００２４】
301は一対の電極で構成され、偏向機能を有するブランキング電極であり、302は、開口(AP2)を有する基板で他の要素電子光学系と共通である。また、基板302の上にブランキング電極301と電極on/ofするための配線(W)が形成されている。すなわち、基板302は、複数の開口と複数のブランキング電極を有する基板である。
【００２５】
303は、３つの開口電極で構成され、上下の電極を加速電位V0と同じにし、中間の電極を別の電位V1またはV2に保った収斂機能を有するユニポテンシャルレンズ303a、303bの２つを用いた電子光学系である。各開口電極は、基板上に絶縁物を介在させて積層されていて、その基板は他の要素電子光学系と共通の基板である。すなわち、その基板は、複数の電子光学系303を有する基板である。
【００２６】
ユニポテンシャルレンズ303aの上、中、下の電極及びユニポテンシャルレンズ303bの上、下の電極の形状は図4(A)に示すような形状であり、ユニポテンシャルレンズ303a、303bの上下電極は、後述する第１焦点・非点制御回路によって全ての要素電子光学系において共通の電位に設定している。
【００２７】
ユニポテンシャルレンズ303aの中間電極は、第１焦点・非点制御回路によって要素電子光学系毎に電位が設定出来る為、ユニポテンシャルレンズ303aの焦点距離が要素電子光学系毎に設定できる。
【００２８】
また、ユニポテンシャルレンズ303bの中間電極は、図4(B)に示すような４つの電極で構成され、焦点・非点制御回路によって各電極の電位が個別に設定でき、要素電子光学系毎にも個別設定出来るため、ユニポテンシャルレンズ303bは直交する断面において焦点距離が異なるようにでき、かつ要素電子光学系毎にも個別に設定出来る。
【００２９】
その結果、電子光学系303の中間電極をそれぞれ制御することによって、要素電子光学系の電子光学特性（中間像形成位置、非点収差）を制御することができる。ここで、中間像形成位置を制御する際、中間像の大きさは、前述したように照明電子光学系2の焦点距離と電子光学系303の焦点距離との比で決まるので、電子学系303の焦点距離を一定にしてその主点位置を移動させて中間像系形成位置を移動させている。それにより、すべての要素電子光学系が形成する中間像の大きさが略同一でその光軸方向の位置を異ならせることができる。
【００３０】
照明電子光学系2で略平行にされた電子ビームは、開口(AP1)、電子光学系303を介して、電子源の中間像を形成する。ここで、電子光学系303の前側焦点位置またはその近傍に、対応する開口（AP1)が位置し、電子光学系303の中間像形成位置（電子光学系303の後側焦点位置）またはその近傍に、対応するブランキング電極301が位置する。その結果、ブランキング電極301の電極間に電界をかけていないと電子ビーム束305の様に偏向されない。一方、ブランキング電極301の電極間に電界をかけると電子ビーム束306の様にに偏向される。すると、電子光束305と電子ビーム束306は、縮小電子光学系4の物体面で互いに異なる角度分布を有するので、縮小電子光学系4の瞳位置（図２のP面上)では電子ビーム束305と電子ビーム束306は互いに異なる領域に入射される。したがって、電子ビーム束305だけを透過させるブランキング開口BAを縮小電子光学系の瞳位置（図２のP面上)に設けてある。
【００３１】
また、各要素電子光学の電子レンズは、それぞれが形成する中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮小投影される際に発生する像面湾曲・非点収差を補正するために、各電子光学系303の２つの中間電極の電位を個別に設定して、各要素電子光学系の電子光学特性（中間像形成位置、非点収差）を異ならしめている。ただし、本実施例では、中間電極と第１焦点・非点制御回路との配線を減らす為に同一サブアレイ内の要素電子光学系は同一の電子光学特性にしてあり、要素電子光学系の電子光学特性（中間像形成位置、非点収差）をサブアレイ毎に制御している。
【００３２】
さらに、複数の中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮小投影される際に発生する歪曲収差を補正するために、予め縮小電子光学系4の歪曲特性を予め知り、それに基づいて、縮小電子光学系4の光軸と直交する方向の各要素電子光学系の位置を設定している。
【００３３】
次に本実施例のシステム構成図を図5に示す。ブランキング制御回路14は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系のブランキング電極のon/offを個別に制御する制御回路、第1焦点・非点制御回路15は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系の電子光学特性（中間像形成位置、非点収差）を個別に制御する制御回路である。
【００３４】
第２焦点・非点制御回路16は、ダイナミックスティグコイル8及びダイナミックフォーカスコイル7を制御して縮小電子光学系4の焦点位置、非点収差を制御する制御回路で、描画偏向制御回路17は描画偏向器6を制御する制御回路、ステージ追従制御回路SDCはＸＹステージ12の連続移動に電子ビームが追従するようにステージ追従偏向器SDEFを制御する制御回路、倍率制御回路18は、縮小電子光学系4の倍率を調整する制御回路、リフォーカス制御回路19は、リフォーカスコイル9に流す電流を制御して縮小電子光学系4の焦点位置を調整する制御回路である。
【００３５】
ステージ駆動制御回路20は、θ-Zステージを駆動制御し、かつＸＹステージ12の位置を検出するレーザ干渉計21と共同してＸＹステージ12を駆動制御する制御回路である。
【００３６】
制御系22は、メモリ23からの露光制御データに基づく露光及び位置合わせの為に上記複数の制御回路および反射電子検出器9・ファラデーカップ10を同期して制御する。制御系22は、インターフェース24を介して電子ビーム露光装置全体をコントロールするCPU25によって制御されてる。
【００３７】
＜露光動作の説明＞
図６を用いて本実施例の電子ビーム露光装置の露光動作について説明する。
【００３８】
制御系22は、メモリ23からの露光制御データに基づいて、描画偏向制御回路17に命じ、描画偏向器6の副偏向器62によって、要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム副偏向器62の最小偏向幅を単位として偏向させるとともに、ブランキング制御回路14に命じ各要素電子光学系のブランキング電極をウエハ5に露光すべきパターンに応じてon/offさせる。この時ＸＹステージ12はＸ方向に連続移動しており、ＸＹステージの移動に複数の電子ビームが追従するように、ステージ追従制御回路に命じステージ追従偏向器SDEFにより複数の電子ビームを偏向する。そして、要素電子光学系からの電子ビームは、図６に示すようにウエハ5上の要素露光領域（EF)を走査露光する。本実施例では、副偏向器62の最小偏向幅が25nm,Sx=Sy=3.6μｍである。したがって、要素露光領域（EF)内には、電子ビームが144x144に配列されるように偏向される。
【００３９】
要素電子光学系アレイの複数の要素電子光学系の要素露光領域（EF)は、２次元に隣接するように設定され、さらにウエハ上の要素露光領域（EF)の配列ピッチを、ウエハ６での電子ビームの後方散乱径以下（電子ビームの加速電圧が５０ＫＶの場合は、１０μｍ以下）に設定されている。その結果に、ウエハ5上において、同時に露光される複数の要素露光領域（EF）で構成されるサブフィールド（SF）が露光される。本実施例では、複数の要素露光領域（EF）は、Ｘ方向にM＝64（個）、Ｙ方向にN＝64（個）配列されていて、サブフィールド（SF）の大きさは、230.4Ｘ230.4（μｍ2）である。
【００４０】
制御系22は、図６に示すサブフィールド１(SF1)を露光後、サブフィールド２(SF2)を露光する為に、偏向制御回路17に命じ、描画偏向器6の主偏向器61によって、ステージ走査方向と直交する方向に要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム偏向させる。そして、再度、前述したように、描画偏向制御回路17に命じ、描画偏向器6の副偏向器62によって、要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム偏向させるとともに、ブランキング制御回路14に命じ各要素電子光学系のブランキング電極をウエハ5に露光すべきパターンに応じてon/offさせ、サブフィールド２(SF2)を露光する。そして、図６に示すように、サブフィールド（ SF1〜SF16）を順次露光してウエハ5にパターンを露光する。その結果に、ウエハ5上において、ステージ走査方向と直交する方向に並ぶサブフィールド（ SF1〜SF16）で構成されるメインフィールド（MF）が露光される。ここで、サブフィールドは、Ｙ方向にL＝16（個）配列されて、メインフィールド（MF）の大きさは、230.4Ｘ3686.4（μｍ2）である。
【００４１】
制御系22は、図６に示すメインフィールド１（MF1）を露光後、描画偏向制御回路17に命じ、順次、ステージ走査方向に並ぶメインフィールド（ MF2、MF3、MF4…）に要素電子光学系アレイからの複数の電子ビームを偏向させ、ウエハ5にパターンを露光する。
【００４２】
すなわち、本実施例の電子ビーム露光装置は、ウエハを載置したステージを連続移動させながら、複数の電子ビームをウエハ上を偏向させ、偏向毎に各電子ビームの照射を個別に制御し、各電子ビーム毎の要素露光領域にパターンを描画することにより前記複数の要素露光領域で構成されるサブフィールドを描画し、連続移動方向と直交する方向に並んだ複数のサブフィールドを順次描画することにより前記複数のサブフィールドで構成されるメインフィールドを描画し、更に連続移動方向に並んだ複数のメインフィールドを順次描画する。
【００４３】
＜露光制御データ作成処理の説明＞
本実施例の電子ビーム露光装置の露光制御データの作成方法について説明する。
【００４４】
CPU25は、ウエハに露光するパターン（ビットマップデータ）が入力されると図７に示すような露光制御データの作成処理を実行する。各ステップを説明する。
【００４５】
（ステップS101)
入力されたパターンを前述した本実施例の電子ビーム露光装置が定めるメインフィールドを単位として分割する。
【００４６】
（ステップS102)
一つのメインフィールドを選択する。
【００４７】
（ステップS103)
選択されたメインフィールドのパターンを前述した本実施例の電子ビーム露光装置が定めるサブーフィールドを単位として分割する。
【００４８】
（ステップS104)
一つのサブフィールドを選択する。
【００４９】
（ステップS105）
選択されたサブフィールドを露光する際の、主偏向器61が定める偏向位置（基準位置）を決定する。
【００５０】
（ステップS106)
選択されたサブフィールドのパターンを前述した本実施例の電子ビーム露光装置が定める要素露光領域を単位として分割する。
【００５１】
（ステップS107)
一つの要素露光領域を選択する。
【００５２】
（ステップS108)
選択された要素露光領域のパターンを、副偏向器62が定める最小偏向幅を配列間隔として分割し、露光すべき配列要素の配列位置を決定し、電子ビームが照射される照射位置（ブランキング電極がoffする配列位置）を決定する。さらに、要素露光領域での照射位置の数（照射回数）を算出する。
【００５３】
（ステップS109)
選択されたサブフィード内でステップS108の処理をしていない要素露光領域があればステップS107へ戻る。そうでない場合は、ステップS110に進む。
【００５４】
（ステップS110)
選択されたメインフィールド内でステップS105〜S109の処理をしていないサブフィールドがあればステップS104へ戻る。そうでない場合は、ステップS111に進む。
【００５５】
（ステップS111)
ステップS103〜S110の処理をしていない要素露光領域があればステップS102へ戻る。そうでない場合は、ステップS112に進む。
【００５６】
（ステップS112)
上記処理で分割された要素露光領域の一つを選択する。
【００５７】
（ステップS113)
すべての要素露光領域で電子ビームの一照射当たりの照射量を略同一としていたが、近接効果補正のために、ステップS112で選択された要素露光領域での電子ビームの一照射当たりの照射量を、その要素露光領域に近接した複数の前記要素露光領域の照射回数（要素露光領域内に照射される電子ビームの照射量に対応する）に基づいて修正する。その修正方法として代表図形法若しくは面積密度マップ法を採用している。その詳細については後述する。
【００５８】
（ステップS114)
ステップS113の処理をしていない要素露光領域があればステップS112へ戻る。そうでない場合は、ステップS115に進む。
【００５９】
（ステップS115)
図１１に示すような、露光制御データを有する露光制御データを記憶し、処理を終了する。ここで、要素露光領域（要素電子光学系）毎の露光制御データの内容は、図８に示すように、その要素露光領域内で同一とした電子ビームの一照射当たりの照射時間、副偏向器62が定める配列位置における各要素電子光学系の電子ビーム照射の開閉に関するデータを記憶する。
【００６０】
本実施例では、これらの処理を電子ビーム露光装置のCPU25で処理したが、それ以外の処理装置で行い、その露光制御データを電子ビーム録装置に転送しても、その目的・効果は変わらない。
【００６１】
ここで、各配列毎に照射時間のデータが必要であった従来と、本実施例との要素露光領域（要素電子光学系）毎のデータ量の比較をする。ブランキング制御のデータを1ビット（on oroff）、照射時間のデータを7ビット（128階調）、要素露光領域の配列位置の数２０７３６（144x144）とすると、従来のデータ量は、（1＋7）x20736＝165888（ビット）、本実施例のデータ量は、1x20736＋７＝20743（ビット）となる。すなわち、本実施例は、近接効果補正のための区分領域を要素露光領域と一致させている為、従来に比べ約8分の１のデータ量で近接効果補正が可能となった。
【００６２】
＜近接効果補正のための照射量の修正方法の説明＞
本実施例では、近接効果補正を行うために、公知の技術である面積密度マップ法若しくは代表図形法を応用している。
【００６３】
まず面積密度マップ法を応用した修正方法の実施例を説明する。CPU25は、修正対象の要素露光領域が選択されると図９に示すような修正処理を実行する。
【００６４】
（ステップS201)
図11は、描画されるパターンを要素露光領域を単位として分割した様子を示す図である。要素露光領域EF(0)は修正対象の要素露光領域である。ここで、要素露光領域EF(0)を中心とし、その径がウエハでの電子ビームの後方散乱径σbの3倍程度の円内に含まれる要素露光領域を選択する。図11の例では、EF(1)〜EF(8)が選択される。すなわち、選択された要素露光領域は、修正される要素露領域EF(0)に近接効果の影響を与えると想定している。そして、先に得られた要素露光領域EF(i)の電子ビームの照射回数Niより要素露光領EF(i)のパターン面積密度αi＝Ni/Nmax （Nmaxは、要素露光領域内の配列位置の数）を求める。
【００６５】
（ステップS202)
各要素露光領域のパターン面積密度を下記の式を用いて平滑化処理を行う。
【００６６】
αav =Σ αi /（imax＋１）
ここで、imaxは、ステップS201で選択された要素露光領域の数。
【００６７】
（ステップS203)
平滑されたパターン面積密度に基づいて、修正対象の要素露光領域の一照射当たりの照射時間ｔ（一照射当たりの照射量に対応する）を下記の式を用いて算出する。
【００６８】
ｔ＝ｔｓx （１＋η）/（１＋２ｘηｘαav）
ここで、ηは後方散乱係数、ｔｓは、近接効果補正する前の標準の一照射当たりの照射時間。
【００６９】
次に代表図形法を応用した修正方法の実施例を説明する。CPU25は、修正対象の要素露光領域が選択されると図10に示すような修正処理を実行する。
【００７０】
（ステップS301)
面積密度マップ法と同様に、図１１に示すように習性対象の要素露光領域EF(0)を中心とし、その径がウエハでの電子ビームの後方散乱径σbの3倍程度の円内に含まれる要素露光領域を選択する。そして、先に得られた要素露光領域EF(i)の複数の電子ビームの照射位置の平均値を計算し、その平均値を要素露光領EF(i)で描画されるパターンの重心位置(Xi,,Yi)とする。
【００７１】
（ステップS302)
先に得られた要素露光領域EF(i)の電子ビームの照射回数Niより各要素露光領域で描画されるパターンのパターンの代表図形サイズ
【００７２】
【外１】
【００７３】
（ステップS303)
計算された各要露光領域の重心位置及び代表図形サイズに基づいて、修正対象の要素露光領域の一照射当たりの照射時間ｔ（一照射当たりの照射量に対応する）を下記の式を用いて算出する。
【００７４】
ｔ＝ｔｓｘ（１−ηΣ〔erf{(Xi-X0+Ai)/σb}
− erf{(Xi-X0-Ai)/σb} × erf{(Yi-Y0+Ai)/σb}
− erf{(Yi-Y0-Ai)/σb}〕
ここで、ηは後方散乱係数、ｔｓは、近接効果補正する前の標準の一照射当たりの照射時間、
【００７５】
【外２】
【００７６】
＜露光制御データに基づく露光の説明＞
CPU25は、インターフェース24を介して制御系22に「露光の実行」を命令すると、制御系22は転送されたメモリ23上の上記の露光制御データに基づいて図１２に示すようなステップを実行する。各ステップを説明する。
【００７７】
（ステップS401）
露光するサブフィールドを選択する。
【００７８】
（ステップS402）
複数の要素電子光学系からの電子ビームのそれぞれが、露光するサブフィールドの基準位置に位置するように、描画偏向制御回路17に命じ、主偏向器61によって複数の電子ビームを偏向する。
【００７９】
（ステップS403）
要素露光領域毎に定められた電子ビーム一照射当たりの照射時間になるように、各要素露光領域に対応した要素電子光学系のブランキングoff時間をブランキング制御回路14に設定する。
【００８０】
（ステップS404）
描画偏向制御回路17に命じ、設定された最小偏向幅を単位として要素電子光学系アレイからの複数の電子ビームを、副偏向器62によって露光制御データにより定められた偏向位置に偏向させ、同時に、ブランキング制御回路14に命じ各要素電子光学系のブランキング電極をウエハ5に露光すべきパターンに応じて設定されたブランキングoff時間でon/offさせて、サブフィールドを描画する。この時ＸＹステージ12はＸ方向に連続移動しており、描画偏向制御回路17は、ＸＹステージ12の移動量も含めて電子ビームの偏向位置を制御している。
【００８１】
（ステップS405）
次に露光するサブフィールドがある場合はステップS401へ戻り、ない場合は、露光を終了する。
【００８２】
＜デバイスの生産方法の説明＞
上記説明した電子ビーム露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。図１３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（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。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、上記用意した露光制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、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、これが出荷（ステップ７）される。
【００８３】
図１４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）では上記説明した露光装置によって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が形成される。
【００８４】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、各電子ビームの要素露光領域と近接効果補正の為の区分領域を一致させることにより、露光制御データの増大を低減し、要素露光領域内では、各電子ビームの一照射当たりの照射時間が一定であるので、それを制御する制御系の負担が低減したマルチ電子ビーム型露光方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマルチ電子ビーム露光装置の要部概略を示す図
【図２】要素電子光学系アレイ3について説明する図
【図３】要素電子光学系を説明する図
【図４】要素電子光学系の電極を説明する図
【図５】本発明に係るシステム構成を説明する図
【図６】露光フィールド（EF)、サブフィールド（SF)およびメインフィールド（MF）を説明する図
【図７】露光制御データ作成処理を説明する図
【図８】露光制御データを説明する図
【図９】修正処理を説明する図
【図１０】修正処理を説明する図
【図１１】近接効果補正のための要素露光領域を選択を説明する図
【図１２】露光制御データに基づく露光を説明する図
【図１３】微小デバイスの製造フローを説明する図
【図１４】ウエハプロセスを説明する図
【図１５】従来のマルチ電子ビーム型露光装置を説明する図
【符号の説明】
１ 電子銃
２ 照明電子光学系
３ 要素電子光学系アレイ
４ 縮小電子光学系
５ ウエハ
６ 描画偏向器
７ ダイナミックフォーカスコイル
８ ダイナミックスティグコイル
９ リフォーカスコイル
１０ ファラデーカップ
１１ θ−Ｚステージ
１２ ＸＹステージ
１３ ステージ基準板
１４ ブランキング制御回路
１５ 第１焦点・非点制御回路
１６ 第２焦点・非点制御回路
１７ 偏向制御回路
１８ 倍率調整回路
１９ リフォーカス制御回路
２０ ステージ駆動制御回路
２１ レーザ干渉計
２２ 制御系
２３ メモリ
２４ インターフェース
２５ ＣＰＵ
ＡＰ−Ｐ 開口を有する基板
ＳＤＥＦ ステージ追従偏向器
ＳＤＣ ステージ追従制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は電子ビーム露光装置及びその露光方法に関し、特にウエハ直接描画またはマスク、レチクル露光の為に、複数の電子ビームを用いてパターン描画を行うマルチ電子ビーム露光方法及びマルチ電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５に、従来のマルチ電子ビーム型露光装置の概要を示す。501a,501b,501cは、個別に電子ビームをon/offできる電子銃である。502は、電子銃501a,501b,501cからの複数の電子ビームをウエハ503上に縮小投影する縮小電子光学系で、504は、ウエハ503に縮小投影された複数の電子ビームを偏向させる偏向器である。
【０００３】
電子銃501a ,501b,501cからの複数の電子ビームは、偏向器504によって同一の偏向量を与えられる。それにより、それぞれのビーム基準位置を基準として、各電子ビームは偏向器504の最小偏向幅が定める配列間隔を有する配列に従ってウエハ上での位置を順次整定して偏向される。そして、それぞれの電子ビームは、互いに異なる要素露光領域で露光すべきパターンを露光する。
【０００４】
図１７(A)(B)(C)は、それぞれ電子銃501a ,501b,501cからの電子ビームがそれぞれの要素露光領域（EF1、EF2、EF3）を同一の配列に従って露光すべきパターンを露光する様子を示している。各電子ビームは、同時刻の配列上の位置を(1,1)、(1,2)....(1,16)、(2,1)、(2,2)....(2,16),(3,1)..となるように位置を整定して移動していくとともに、露光すべきパターン（P1、P2、P3)が存在する位置でビームを照射して、各要素露光領域でそれぞれが露光すべきパターン（P1、P2、P3)を露光する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電子ビーム露光装置にて、パターンを描画する場合、ウエハに照射された電子はウエハで反射して散乱を受け（後方散乱）、散乱後の電子はウエハ上に塗布されたレジストの入射点以外の部分を感光させる。これは近接効果と呼ばれる現象であり、この影響で現像後のレジストパターンは所望の形状や寸法と異なったものになる。
【０００６】
可変整形型の電子ビーム露光装置においては、近接効果を低減する為に、描画するパターンを複数の区分領域に分割し、区分領域毎に照射量を調整していた。
【０００７】
従来のマルチ電子ビーム型露光装置では、複数の電子ビームのどれもが照射位置での照射量が同一になるように照射時間を固定している為、各電子ビームの照射を制御するデータとして電子ビームを照射するかしないかの1ビットのデータで十分であった。しかし近接効果を低減する為に適当な区分領域毎に電子ビームの照射量を調整すると、マルチ電子ビーム型露光装置では、各電子ビームの照射位置毎に電子ビームの照射時間を調整する必要があり、例えば128階調の照射時間を制御するデータとして7ビットのデータが各電子ビームの照射毎の制御データに追加され、露光制御データが8倍になる。すなわち、近接効果補正すると、マルチ電子ビーム型露光装置においては、データ量が莫大に増大するという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のマルチ電子ビーム露光方法のある形態は、描画する描画パターンに基づいて、一照射当たりの照射量が同一である複数の電子ビームを物体の被露光面上を偏向させながら偏向毎に前記複数の電子ビームの各電子ビームの照射を個別に制御するとともに、各電子ビームが描画する要素露光領域を隣合わせて描画するマルチ電子ビーム露光方法において、
前記描画パターンを前記要素露光領域を単位として分割する分割段階と、
前記分割された描画パターンに基づいて、一照射当たりの照射量が同一である前記各要素露光領域での電子ビームの照射位置と一照射当たりの照射量が同一である前記各要素露光領域に照射される電子ビームの照射量を検出する段階と、
前記各要素露光領域内を照射する電子ビームの一照射当たりの照射量を前記近接した複数の要素露光領域の前記照射量に基づいて修正する修正段階と、
前記検出された電子ビームの照射位置に関する情報と前記修正された電子ビームの一照射当たりの照射量の情報とを有する各電子ビームの要素露光領域毎の露光制御データを作成する段階とを有することを特徴とする。
【０００９】
前記被露光面上での前記要素露光領域の配列ピッチを、前記電子ビームの後方散乱半径以下に設定することを特徴とする。
【００１０】
前記被露光面上での前記複数の電子ビームの配列ピッチを、前記電子ビームの後方散乱半径以下に設定することを特徴とする。
【００１１】
前記各要素露光領域に照射される電子ビームの照射量は、対応する要素露光領域での電子ビームの照射位置の数に関する情報であることを特徴とする。
【００１２】
前記修正段階は、前記各要素露光領域での電子ビームの照射位置の重心位置を検出する段階を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のマルチ電子ビーム露光装置のある形態は、一照射当たりの照射量が同一である複数の電子ビームを用いて被露光面上にパターンを描画するマルチ電子ビーム露光装置において、
前記複数の電子ビームを前記被露光面上を偏向させる偏向手段と、
偏向毎に各電子ビームの照射を個別に制御する照射制御手段と、
前記偏向手段によって、各電子ビームが描画する要素露光領域を隣合わせて描画するように前記複数の電子ビームを偏向させ、前記照射制御手段によって偏向毎に各電子ビームの照射を個別に制御し、各要素露光領域を描画する際、前記照射制御手段によって近接した複数の要素露光領域の予め検知された照射量に基づいて一照射当たりの照射量が同一である各電子ビームの一照射当たりの照射量を修正する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
前記被露光面上での前記複数の電子ビームの配列ピッチを、前記電子ビームの後方散乱半径以下に設定していることを特徴とする。
【００１５】
本発明のデバイス製造方法は、前記マルチ電子ビーム露光方法及びマルチ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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜マルチ電子ビーム露光装置の構成要素説明＞
図1は本発明に係るマルチ電子ビーム露光装置の要部概略図である。同図において、１は、カソード1a、グリッド1b、アノード1cよりなる電子銃であって、カソード1aから放射された電子はグリッド1b、アノード1cの間でクロスオーバ像を形成する（以下、このクロスオーバ像を電子源と記す）。
【００１７】
この電子源から放射される電子は、その前側焦点位置が電子源位置にある照明電子光学系2によって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビームは、要素電子光学系アレイ3に照明する。照明電子光学系2からの略平行な電子ビームは、要素電子光学系アレイ3に入射する。要素電子光学系アレイ3は、開口と電子光学系とブランキング電極とで構成される要素電子光学系が光軸AXに直交する方向に２次元に複数配列されて形成されたものである。要素電子光学系アレイ3の詳細については後述する。
【００１８】
要素電子光学系アレイ3は、電子源の中間像を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系4によって縮小投影され、ウエハ5上に略同一の大きさの電子源像を形成する。ここで、ウエハ上の複数の電子ビームの配列ピッチを、ウエハ６での電子ビームの後方散乱径以下（電子ビームの加速電圧が５０ＫＶの場合は、１０μｍ以下）に設定している。本実施例では、その配列ピッチを3.6μｍに設定している。
【００１９】
また、ウエハ5上の電子源像の大きさが略同一になるように、各要素電子光学系の焦点距離等は設定されている。更に、要素電子光学系アレイ3は、各中間像の光軸方向の位置を縮小電子光学系4の像面湾曲に応じて異ならせるとともに、各中間像が縮小電子光学系4よってウエハ5に縮小投影される際に発生する収差を予め補正している。
【００２０】
縮小電子光学系4は、第１投影レンズ41(43)と第２投影レンズ42(44)とからなる対称磁気ダブレットで構成される。第１投影レンズ41(43)の焦点距離をf1、第２投影レンズ42(44)の焦点距離をf2とすると、この２つのレンズ間距離はf1+f2になっている。光軸上AXの物点は第１投影レンズ41(43)の焦点位置にあり、その像点は第２投影レンズ42(44)の焦点に結ぶ。この像は-f2/f1に縮小される。また、２つのレンズ磁界が互いに逆方向に作用する様に決定されているので、理論上は、球面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収差、軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。
【００２１】
6は、要素電子光学系アレイ3からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の電子源像をウエハ5上でX,Y方向に略同一の偏向幅だけ偏向させる描画偏向器である。描画偏向器6は、偏向幅が広いが整定するまでの時間すなわち整定待ち時間が長い主偏向器61と偏向幅が狭いが整定待ち時間が短い副偏向器62で構成されていて、主偏向器61は電磁型偏向器で、副偏向器62は静電型偏向器である。SDEFは、ＸＹステージ１２の連続移動に要素電子光学系アレイ3からの複数の電子ビームを追従させるためのステージ追従偏向器である。ステージ追従偏向器SDEFは、静電型偏向器である。7は描画偏向器6を作動させた際に発生する偏向収差による電子源像のフォーカス位置のずれを補正するダイナミックフォーカスコイルであり、8は、ダイナミックフォーカスコイル7と同様に、偏向により発生する偏向収差の非点収差を補正するダイナミックスティグコイルである。9は、リフォーカスコイルで、ウエハに照射される複数の電子ビームの数若しくはウエハに照射される電流の総和が多くなるとクーロン効果による電子ビームのぼけが発生するので、これを補正するために縮小電子光学系4の焦点位置を調整するものである。10は、Ｘ及びＹ方向にのびる２つのシングルナイフエッジを有するファラデーカップで要素電子光学系からの電子ビームが形成する電子源像の電荷量を検出する。11は、ウエハを載置し、光軸AX(Ｚ軸）方向とＺ軸回りの回転方向に移動可能なθ-Ｚステージであって、前述したステージ基準板13とファラデーカップ10が固設されている。12は、θ-Ｚステージを載置し、光軸AX(Ｚ軸）と直交するＸＹ方向に移動可能なＸＹステージである。
【００２２】
次に、要素電子光学系アレイ3について説明する。要素電子光学系アレイ3は、複数の要素電子光学系をグループ（サブアレイ）とし、そのサブアレイが複数形成されている。例えば、図2に示すように、５つのサブアレイA〜Eが形成されていて、各サブアレイは、複数の要素電子光学系が２次元的に配列されていて、本実施例の各サブアレイではC(1,1)〜C(3,9)のように２７個の要素電子光学系が形成されている。
【００２３】
各要素電子光学系の断面図を図3に示す。図3において、AP-Pは、照明電子光学系2によって略平行となった電子ビームにより照明され、透過する電子ビームの形状を規定する開口（AP1)を有する基板で、他の要素電子光学系と共通の基板である。すなわち、基板AP-Pは、複数の開口を有する基板である。
【００２４】
301は一対の電極で構成され、偏向機能を有するブランキング電極であり、302は、開口(AP2)を有する基板で他の要素電子光学系と共通である。また、基板302の上にブランキング電極301と電極on/ofするための配線(W)が形成されている。すなわち、基板302は、複数の開口と複数のブランキング電極を有する基板である。
【００２５】
303は、３つの開口電極で構成され、上下の電極を加速電位V0と同じにし、中間の電極を別の電位V1またはV2に保った収斂機能を有するユニポテンシャルレンズ303a、303bの２つを用いた電子光学系である。各開口電極は、基板上に絶縁物を介在させて積層されていて、その基板は他の要素電子光学系と共通の基板である。すなわち、その基板は、複数の電子光学系303を有する基板である。
【００２６】
ユニポテンシャルレンズ303aの上、中、下の電極及びユニポテンシャルレンズ303bの上、下の電極の形状は図4(A)に示すような形状であり、ユニポテンシャルレンズ303a、303bの上下電極は、後述する第１焦点・非点制御回路によって全ての要素電子光学系において共通の電位に設定している。
【００２７】
ユニポテンシャルレンズ303aの中間電極は、第１焦点・非点制御回路によって要素電子光学系毎に電位が設定出来る為、ユニポテンシャルレンズ303aの焦点距離が要素電子光学系毎に設定できる。
【００２８】
また、ユニポテンシャルレンズ303bの中間電極は、図4(B)に示すような４つの電極で構成され、焦点・非点制御回路によって各電極の電位が個別に設定でき、要素電子光学系毎にも個別設定出来るため、ユニポテンシャルレンズ303bは直交する断面において焦点距離が異なるようにでき、かつ要素電子光学系毎にも個別に設定出来る。
【００２９】
その結果、電子光学系303の中間電極をそれぞれ制御することによって、要素電子光学系の電子光学特性（中間像形成位置、非点収差）を制御することができる。ここで、中間像形成位置を制御する際、中間像の大きさは、前述したように照明電子光学系2の焦点距離と電子光学系303の焦点距離との比で決まるので、電子学系303の焦点距離を一定にしてその主点位置を移動させて中間像系形成位置を移動させている。それにより、すべての要素電子光学系が形成する中間像の大きさが略同一でその光軸方向の位置を異ならせることができる。
【００３０】
照明電子光学系2で略平行にされた電子ビームは、開口(AP1)、電子光学系303を介して、電子源の中間像を形成する。ここで、電子光学系303の前側焦点位置またはその近傍に、対応する開口（AP1)が位置し、電子光学系303の中間像形成位置（電子光学系303の後側焦点位置）またはその近傍に、対応するブランキング電極301が位置する。その結果、ブランキング電極301の電極間に電界をかけていないと電子ビーム束305の様に偏向されない。一方、ブランキング電極301の電極間に電界をかけると電子ビーム束306の様にに偏向される。すると、電子光束305と電子ビーム束306は、縮小電子光学系4の物体面で互いに異なる角度分布を有するので、縮小電子光学系4の瞳位置（図２のP面上)では電子ビーム束305と電子ビーム束306は互いに異なる領域に入射される。したがって、電子ビーム束305だけを透過させるブランキング開口BAを縮小電子光学系の瞳位置（図２のP面上)に設けてある。
【００３１】
また、各要素電子光学の電子レンズは、それぞれが形成する中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮小投影される際に発生する像面湾曲・非点収差を補正するために、各電子光学系303の２つの中間電極の電位を個別に設定して、各要素電子光学系の電子光学特性（中間像形成位置、非点収差）を異ならしめている。ただし、本実施例では、中間電極と第１焦点・非点制御回路との配線を減らす為に同一サブアレイ内の要素電子光学系は同一の電子光学特性にしてあり、要素電子光学系の電子光学特性（中間像形成位置、非点収差）をサブアレイ毎に制御している。
【００３２】
さらに、複数の中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮小投影される際に発生する歪曲収差を補正するために、予め縮小電子光学系4の歪曲特性を予め知り、それに基づいて、縮小電子光学系4の光軸と直交する方向の各要素電子光学系の位置を設定している。
【００３３】
次に本実施例のシステム構成図を図5に示す。ブランキング制御回路14は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系のブランキング電極のon/offを個別に制御する制御回路、第1焦点・非点制御回路15は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系の電子光学特性（中間像形成位置、非点収差）を個別に制御する制御回路である。
【００３４】
第２焦点・非点制御回路16は、ダイナミックスティグコイル8及びダイナミックフォーカスコイル7を制御して縮小電子光学系4の焦点位置、非点収差を制御する制御回路で、描画偏向制御回路17は描画偏向器6を制御する制御回路、ステージ追従制御回路SDCはＸＹステージ12の連続移動に電子ビームが追従するようにステージ追従偏向器SDEFを制御する制御回路、倍率制御回路18は、縮小電子光学系4の倍率を調整する制御回路、リフォーカス制御回路19は、リフォーカスコイル9に流す電流を制御して縮小電子光学系4の焦点位置を調整する制御回路である。
【００３５】
ステージ駆動制御回路20は、θ-Zステージを駆動制御し、かつＸＹステージ12の位置を検出するレーザ干渉計21と共同してＸＹステージ12を駆動制御する制御回路である。
【００３６】
制御系22は、メモリ23からの露光制御データに基づく露光及び位置合わせの為に上記複数の制御回路および反射電子検出器9・ファラデーカップ10を同期して制御する。制御系22は、インターフェース24を介して電子ビーム露光装置全体をコントロールするCPU25によって制御されてる。
【００３７】
＜露光動作の説明＞
図６を用いて本実施例の電子ビーム露光装置の露光動作について説明する。
【００３８】
制御系22は、メモリ23からの露光制御データに基づいて、描画偏向制御回路17に命じ、描画偏向器6の副偏向器62によって、要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム副偏向器62の最小偏向幅を単位として偏向させるとともに、ブランキング制御回路14に命じ各要素電子光学系のブランキング電極をウエハ5に露光すべきパターンに応じてon/offさせる。この時ＸＹステージ12はＸ方向に連続移動しており、ＸＹステージの移動に複数の電子ビームが追従するように、ステージ追従制御回路に命じステージ追従偏向器SDEFにより複数の電子ビームを偏向する。そして、要素電子光学系からの電子ビームは、図６に示すようにウエハ5上の要素露光領域（EF)を走査露光する。本実施例では、副偏向器62の最小偏向幅が25nm,Sx=Sy=3.6μｍである。したがって、要素露光領域（EF)内には、電子ビームが144x144に配列されるように偏向される。
【００３９】
要素電子光学系アレイの複数の要素電子光学系の要素露光領域（EF)は、２次元に隣接するように設定され、さらにウエハ上の要素露光領域（EF)の配列ピッチを、ウエハ６での電子ビームの後方散乱径以下（電子ビームの加速電圧が５０ＫＶの場合は、１０μｍ以下）に設定されている。その結果に、ウエハ5上において、同時に露光される複数の要素露光領域（EF）で構成されるサブフィールド（SF）が露光される。本実施例では、複数の要素露光領域（EF）は、Ｘ方向にM＝64（個）、Ｙ方向にN＝64（個）配列されていて、サブフィールド（SF）の大きさは、230.4Ｘ230.4（μｍ2）である。
【００４０】
制御系22は、図６に示すサブフィールド１(SF1)を露光後、サブフィールド２(SF2)を露光する為に、偏向制御回路17に命じ、描画偏向器6の主偏向器61によって、ステージ走査方向と直交する方向に要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム偏向させる。そして、再度、前述したように、描画偏向制御回路17に命じ、描画偏向器6の副偏向器62によって、要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム偏向させるとともに、ブランキング制御回路14に命じ各要素電子光学系のブランキング電極をウエハ5に露光すべきパターンに応じてon/offさせ、サブフィールド２(SF2)を露光する。そして、図６に示すように、サブフィールド（ SF1〜SF16）を順次露光してウエハ5にパターンを露光する。その結果に、ウエハ5上において、ステージ走査方向と直交する方向に並ぶサブフィールド（ SF1〜SF16）で構成されるメインフィールド（MF）が露光される。ここで、サブフィールドは、Ｙ方向にL＝16（個）配列されて、メインフィールド（MF）の大きさは、230.4Ｘ3686.4（μｍ2）である。
【００４１】
制御系22は、図６に示すメインフィールド１（MF1）を露光後、描画偏向制御回路17に命じ、順次、ステージ走査方向に並ぶメインフィールド（ MF2、MF3、MF4…）に要素電子光学系アレイからの複数の電子ビームを偏向させ、ウエハ5にパターンを露光する。
【００４２】
すなわち、本実施例の電子ビーム露光装置は、ウエハを載置したステージを連続移動させながら、複数の電子ビームをウエハ上を偏向させ、偏向毎に各電子ビームの照射を個別に制御し、各電子ビーム毎の要素露光領域にパターンを描画することにより前記複数の要素露光領域で構成されるサブフィールドを描画し、連続移動方向と直交する方向に並んだ複数のサブフィールドを順次描画することにより前記複数のサブフィールドで構成されるメインフィールドを描画し、更に連続移動方向に並んだ複数のメインフィールドを順次描画する。
【００４３】
＜露光制御データ作成処理の説明＞
本実施例の電子ビーム露光装置の露光制御データの作成方法について説明する。
【００４４】
CPU25は、ウエハに露光するパターン（ビットマップデータ）が入力されると図７に示すような露光制御データの作成処理を実行する。各ステップを説明する。
【００４５】
（ステップS101)
入力されたパターンを前述した本実施例の電子ビーム露光装置が定めるメインフィールドを単位として分割する。
【００４６】
（ステップS102)
一つのメインフィールドを選択する。
【００４７】
（ステップS103)
選択されたメインフィールドのパターンを前述した本実施例の電子ビーム露光装置が定めるサブーフィールドを単位として分割する。
【００４８】
（ステップS104)
一つのサブフィールドを選択する。
【００４９】
（ステップS105）
選択されたサブフィールドを露光する際の、主偏向器61が定める偏向位置（基準位置）を決定する。
【００５０】
（ステップS106)
選択されたサブフィールドのパターンを前述した本実施例の電子ビーム露光装置が定める要素露光領域を単位として分割する。
【００５１】
（ステップS107)
一つの要素露光領域を選択する。
【００５２】
（ステップS108)
選択された要素露光領域のパターンを、副偏向器62が定める最小偏向幅を配列間隔として分割し、露光すべき配列要素の配列位置を決定し、電子ビームが照射される照射位置（ブランキング電極がoffする配列位置）を決定する。さらに、要素露光領域での照射位置の数（照射回数）を算出する。
【００５３】
（ステップS109)
選択されたサブフィード内でステップS108の処理をしていない要素露光領域があればステップS107へ戻る。そうでない場合は、ステップS110に進む。
【００５４】
（ステップS110)
選択されたメインフィールド内でステップS105〜S109の処理をしていないサブフィールドがあればステップS104へ戻る。そうでない場合は、ステップS111に進む。
【００５５】
（ステップS111)
ステップS103〜S110の処理をしていない要素露光領域があればステップS102へ戻る。そうでない場合は、ステップS112に進む。
【００５６】
（ステップS112)
上記処理で分割された要素露光領域の一つを選択する。
【００５７】
（ステップS113)
すべての要素露光領域で電子ビームの一照射当たりの照射量を略同一としていたが、近接効果補正のために、ステップS112で選択された要素露光領域での電子ビームの一照射当たりの照射量を、その要素露光領域に近接した複数の前記要素露光領域の照射回数（要素露光領域内に照射される電子ビームの照射量に対応する）に基づいて修正する。その修正方法として代表図形法若しくは面積密度マップ法を採用している。その詳細については後述する。
【００５８】
（ステップS114)
ステップS113の処理をしていない要素露光領域があればステップS112へ戻る。そうでない場合は、ステップS115に進む。
【００５９】
（ステップS115)
図１１に示すような、露光制御データを有する露光制御データを記憶し、処理を終了する。ここで、要素露光領域（要素電子光学系）毎の露光制御データの内容は、図８に示すように、その要素露光領域内で同一とした電子ビームの一照射当たりの照射時間、副偏向器62が定める配列位置における各要素電子光学系の電子ビーム照射の開閉に関するデータを記憶する。
【００６０】
本実施例では、これらの処理を電子ビーム露光装置のCPU25で処理したが、それ以外の処理装置で行い、その露光制御データを電子ビーム録装置に転送しても、その目的・効果は変わらない。
【００６１】
ここで、各配列毎に照射時間のデータが必要であった従来と、本実施例との要素露光領域（要素電子光学系）毎のデータ量の比較をする。ブランキング制御のデータを1ビット（on oroff）、照射時間のデータを7ビット（128階調）、要素露光領域の配列位置の数２０７３６（144x144）とすると、従来のデータ量は、（1＋7）x20736＝165888（ビット）、本実施例のデータ量は、1x20736＋７＝20743（ビット）となる。すなわち、本実施例は、近接効果補正のための区分領域を要素露光領域と一致させている為、従来に比べ約8分の１のデータ量で近接効果補正が可能となった。
【００６２】
＜近接効果補正のための照射量の修正方法の説明＞
本実施例では、近接効果補正を行うために、公知の技術である面積密度マップ法若しくは代表図形法を応用している。
【００６３】
まず面積密度マップ法を応用した修正方法の実施例を説明する。CPU25は、修正対象の要素露光領域が選択されると図９に示すような修正処理を実行する。
【００６４】
（ステップS201)
図11は、描画されるパターンを要素露光領域を単位として分割した様子を示す図である。要素露光領域EF(0)は修正対象の要素露光領域である。ここで、要素露光領域EF(0)を中心とし、その径がウエハでの電子ビームの後方散乱径σbの3倍程度の円内に含まれる要素露光領域を選択する。図11の例では、EF(1)〜EF(8)が選択される。すなわち、選択された要素露光領域は、修正される要素露領域EF(0)に近接効果の影響を与えると想定している。そして、先に得られた要素露光領域EF(i)の電子ビームの照射回数Niより要素露光領EF(i)のパターン面積密度αi＝Ni/Nmax （Nmaxは、要素露光領域内の配列位置の数）を求める。
【００６５】
（ステップS202)
各要素露光領域のパターン面積密度を下記の式を用いて平滑化処理を行う。
【００６６】
αav =Σ αi /（imax＋１）
ここで、imaxは、ステップS201で選択された要素露光領域の数。
【００６７】
（ステップS203)
平滑されたパターン面積密度に基づいて、修正対象の要素露光領域の一照射当たりの照射時間ｔ（一照射当たりの照射量に対応する）を下記の式を用いて算出する。
【００６８】
ｔ＝ｔｓx （１＋η）/（１＋２ｘηｘαav）
ここで、ηは後方散乱係数、ｔｓは、近接効果補正する前の標準の一照射当たりの照射時間。
【００６９】
次に代表図形法を応用した修正方法の実施例を説明する。CPU25は、修正対象の要素露光領域が選択されると図10に示すような修正処理を実行する。
【００７０】
（ステップS301)
面積密度マップ法と同様に、図１１に示すように習性対象の要素露光領域EF(0)を中心とし、その径がウエハでの電子ビームの後方散乱径σbの3倍程度の円内に含まれる要素露光領域を選択する。そして、先に得られた要素露光領域EF(i)の複数の電子ビームの照射位置の平均値を計算し、その平均値を要素露光領EF(i)で描画されるパターンの重心位置(Xi,,Yi)とする。
【００７１】
（ステップS302)
先に得られた要素露光領域EF(i)の電子ビームの照射回数Niより各要素露光領域で描画されるパターンのパターンの代表図形サイズ
【００７２】
【外１】
（ステップS303)
計算された各要露光領域の重心位置及び代表図形サイズに基づいて、修正対象の要素露光領域の一照射当たりの照射時間ｔ（一照射当たりの照射量に対応する）を下記の式を用いて算出する。
【００７４】
ｔ＝ｔｓｘ（１−ηΣ〔erf{(Xi-X0+Ai)/σb}
− erf{(Xi-X0-Ai)/σb} × erf{(Yi-Y0+Ai)/σb}
− erf{(Yi-Y0-Ai)/σb}〕
ここで、ηは後方散乱係数、ｔｓは、近接効果補正する前の標準の一照射当たりの照射時間、
【００７５】
【外２】
＜露光制御データに基づく露光の説明＞
CPU25は、インターフェース24を介して制御系22に「露光の実行」を命令すると、制御系22は転送されたメモリ23上の上記の露光制御データに基づいて図１２に示すようなステップを実行する。各ステップを説明する。
【００７７】
（ステップS401）
露光するサブフィールドを選択する。
【００７８】
（ステップS402）
複数の要素電子光学系からの電子ビームのそれぞれが、露光するサブフィールドの基準位置に位置するように、描画偏向制御回路17に命じ、主偏向器61によって複数の電子ビームを偏向する。
【００７９】
（ステップS403）
要素露光領域毎に定められた電子ビーム一照射当たりの照射時間になるように、各要素露光領域に対応した要素電子光学系のブランキングoff時間をブランキング制御回路14に設定する。
【００８０】
（ステップS404）
描画偏向制御回路17に命じ、設定された最小偏向幅を単位として要素電子光学系アレイからの複数の電子ビームを、副偏向器62によって露光制御データにより定められた偏向位置に偏向させ、同時に、ブランキング制御回路14に命じ各要素電子光学系のブランキング電極をウエハ5に露光すべきパターンに応じて設定されたブランキングoff時間でon/offさせて、サブフィールドを描画する。この時ＸＹステージ12はＸ方向に連続移動しており、描画偏向制御回路17は、ＸＹステージ12の移動量も含めて電子ビームの偏向位置を制御している。
【００８１】
（ステップS405）
次に露光するサブフィールドがある場合はステップS401へ戻り、ない場合は、露光を終了する。
【００８２】
＜デバイスの生産方法の説明＞
上記説明した電子ビーム露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。図１３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（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。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、上記用意した露光制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、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、これが出荷（ステップ７）される。
【００８３】
図１４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）では上記説明した露光装置によって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が形成される。
【００８４】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、各電子ビームの要素露光領域と近接効果補正の為の区分領域を一致させることにより、露光制御データの増大を低減し、要素露光領域内では、各電子ビームの一照射当たりの照射時間が一定であるので、それを制御する制御系の負担が低減したマルチ電子ビーム型露光方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマルチ電子ビーム露光装置の要部概略を示す図
【図２】要素電子光学系アレイ3について説明する図
【図３】要素電子光学系を説明する図
【図４】要素電子光学系の電極を説明する図
【図５】本発明に係るシステム構成を説明する図
【図６】露光フィールド（EF)、サブフィールド（SF)およびメインフィールド（MF）を説明する図
【図７】露光制御データ作成処理を説明する図
【図８】露光制御データを説明する図
【図９】修正処理を説明する図
【図１０】修正処理を説明する図
【図１１】近接効果補正のための要素露光領域を選択を説明する図
【図１２】露光制御データに基づく露光を説明する図
【図１３】微小デバイスの製造フローを説明する図
【図１４】ウエハプロセスを説明する図
【図１５】従来のマルチ電子ビーム型露光装置を説明する図
【符号の説明】
１ 電子銃
２ 照明電子光学系
３ 要素電子光学系アレイ
４ 縮小電子光学系
５ ウエハ
６ 描画偏向器
７ ダイナミックフォーカスコイル
８ ダイナミックスティグコイル
９ リフォーカスコイル
１０ ファラデーカップ
１１ θ−Ｚステージ
１２ ＸＹステージ
１３ ステージ基準板
１４ ブランキング制御回路
１５ 第１焦点・非点制御回路
１６ 第２焦点・非点制御回路
１７ 偏向制御回路
１８ 倍率調整回路
１９ リフォーカス制御回路
２０ ステージ駆動制御回路
２１ レーザ干渉計
２２ 制御系
２３ メモリ
２４ インターフェース
２５ ＣＰＵ
ＡＰ−Ｐ 開口を有する基板
ＳＤＥＦ ステージ追従偏向器
ＳＤＣ ステージ追従制御回路
Claims (8)
- 描画する描画パターンに基づいて、一照射当たりの照射量が同一である複数の電子ビームを物体の被露光面上を偏向させながら偏向毎に前記複数の電子ビームの各電子ビームの照射を個別に制御するとともに、各電子ビームが描画する要素露光領域を隣合わせて描画するマルチ電子ビーム露光方法において、
前記描画パターンを前記要素露光領域を単位として分割する分割段階と、
前記分割された描画パターンに基づいて、一照射当たりの照射量が同一である前記各要素露光領域での電子ビームの照射位置と一照射当たりの照射量が同一である前記各要素露光領域に照射される電子ビームの照射量を検出する段階と、
前記各要素露光領域内を照射する電子ビームの一照射当たりの照射量を前記近接した複数の要素露光領域の前記照射量に基づいて修正する修正段階と、
前記検出された電子ビームの照射位置に関する情報と前記修正された電子ビームの一照射当たりの照射量の情報とを有する各電子ビームの要素露光領域毎の露光制御データを作成する段階とを有することを特徴とするマルチ電子ビーム露光方法。 - 前記被露光面上での前記要素露光領域の配列ピッチを、前記電子ビームの後方散乱半径以下に設定することを特徴とする請求項１に記載のマルチ電子ビーム露光方法。
- 前記被露光面上での前記複数の電子ビームの配列ピッチを、前記電子ビームの後方散乱半径以下に設定することを特徴とする請求項１乃至２に記載のマルチ電子ビーム露光方法。
- 前記各要素露光領域に照射される電子ビームの照射量は、対応する要素露光領域での電子ビームの照射位置の数に関する情報であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のマルチ電子ビーム露光方法。
- 前記修正段階は、前記各要素露光領域での電子ビームの照射位置の重心位置を検出する段階を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電子ビーム露光方法。
- 請求項１乃至５の何れか一項に記載のマルチ電子ビーム露光方法でウエハにパターンを描画する工程を含む製造工程によっ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。
- 一照射当たりの照射量が同一である複数の電子ビームを用いて被露光面上にパターンを描画するマルチ電子ビーム露光装置において、
前記複数の電子ビームを前記被露光面上を偏向させる偏向手段と、
偏向毎に各電子ビームの照射を個別に制御する照射制御手段と、
前記偏向手段によって、各電子ビームが描画する要素露光領域を隣合わせて描画するように前記複数の電子ビームを偏向させ、前記照射制御手段によって偏向毎に各電子ビームの照射を個別に制御し、各要素露光領域を描画する際、前記照射制御手段によって近接した複数の要素露光領域の予め検知された照射量に基づいて一照射当たりの照射量が同一である各電子ビームの一照射当たりの照射量を修正する制御手段とを有することを特徴とするマルチ電子ビーム露光装置。 - 前記被露光面上での前記複数の電子ビームの配列ピッチを、前記電子ビームの後方散乱半径以下に設定していることを特徴とする請求項７に記載のマルチビーム露光装置。
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