JPH11224840A - 荷電粒子線露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クーロン効果による像のボケ，歪みおよび焦
点位置変化などを低減させることができる荷電粒子線露
光装置の提供 【解決手段】 レチクル２５を照射する電子ビームの照
射領域２５１の形状、すなわち電子ビームの断面形状を
長方形とすることによって、クーロン効果による像のボ
ケ，歪みおよび焦点位置変化を低減する。特に、照射領
域２５１の縦横比を２０以上とすることにより、像のボ
ケを従来の５５％以下とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造に用い
られる電子ビーム露光装置等の荷電粒子線露光装置およ
び露光方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】図７は電子ビーム露光装置の概略構成を
示す模式図である。電子ビーム源１からの電子ビームＢ
はアパーチャ３により所定の断面形状（例えば、正方
形）のビームに整形され、コンデンサーレンズ２により
集束された後に照明系偏向器４によりレチクル５のレチ
クルサブフィールド５１の一つに照射される。レチクル
サブフィールド５１を通過した電子ビームＢは、投影レ
ンズ９によってウェハ１１上の所定の位置に結像され
る。なお、レチクル５およびウェハ１１は駆動装置７，
１３によりｘ，ｙ方向に駆動されるレチクルステージ
６，ウェハステージ１２上に載置され、各ステージ６，
１２の位置はレーザ干渉計等の位置検出器１４，１５で
それぞれ検出される。露光装置全体の制御は制御装置１
６により行われ、位置検出器１４，１５の検出結果に基
づいて偏向器４、ステージ６，１２等が制御される。

【０００３】図８は電子ビームによるレチクルパターン
のウェハ上への露光転写を説明する図である。レチクル
５は図８のように矩形状の複数のレチクルサブフィール
ド５１に分割され、レチクルサブフィールド５１を通過
した電子ビーム３は投影レンズ９（図７参照）によって
ウェハ１１上のウェハサブフィールド８１に結像され
る。８は半導体素子のパターンが形成されるチップ領域
である。レチクル５のレチクルサブフィールド５１とし
ては、厚さ０．１μｍ程度の薄膜に重金属でパターンを
形成したものや、厚さ２μｍの薄膜にパターン状の孔を
形成したものがある。また、レチクル５には薄膜の強度
保持と温度変化防止のために梁５２が形成され、さら
に、図示しないがレチクルサブフィールド５１の周辺部
分（レチクルサブフィールド５１とレチクルサブフィー
ルド５１との間やレチクルサブフィールド５１と梁５２
との間）にはパターンのない薄膜部（スカート部）が形
成される。このスカート部は、照射電子ビームの変形に
よって露光量が不均一になるのを防いだり、電子ビーム
を走査しながら露光を行う走査露光の際の過剰走査のた
めの領域（電子ビームを走査する際の助走区間に相当す
る領域）になる。

【０００４】一方、ウェハ１１のチップ領域８はレチク
ル５のレチクルサブフィールド５１に対応して複数のウ
ェハサブフィールド８１に分割される。レチクルサブフ
ィールド５１はその寸法とよりやや大きい断面を有する
電子ビームＢで一括に照射される領域であり、レチクル
サブフィールド５１のパターンはウェハ１１の対応する
ウェハサブフィールド８１に一括で露光される。典型的
なレチクルサブフィールド５１の寸法は１ｍｍ×１ｍｍ
程度であって投影レンズ９の倍率は一般的に１／４なの
で、ウェハサブフィールド８１の大きさは０．２５ｍｍ
×０．２５ｍｍ程度になる。

【０００５】レチクル５を照射する電子ビームＢは前述
したように照明系偏向器４によって選択したレチクルサ
ブフィールド５１を照射し、レチクル５を通過した電子
ビームＢは投影系の偏向器（不図示）によって偏向収差
を補正されるとともに、ウェハサブフィールド８１に投
影される。このときの照明偏向系４の偏向方向は図のｘ
方向であり、レチクルサブフィールド毎の露光は順に図
の矢印Ｒ１の方向に行われる。典型的な照明系偏向器４
の偏向幅は４０ｍｍ，投影系偏向器の偏向幅は１０ｍｍ
であり、この範囲をメインフィールドと呼ぶ。すなわ
ち、ｘ方向に並んだ一列のサブフィールドの範囲をメイ
ンフィールドと呼び、レチクル５上のメインフィールド
の範囲は１ｍｍ×４０ｍｍとなり、ウェハ１１上のメイ
ンフィールドの範囲は０．２５ｍｍ×１０ｍｍとなる。

【０００６】露光の際には、レチクルステージ６とウェ
ハステージ１２とを互に逆向きにｙ方向に移動させなが
らサブフィールド毎に露光を行う。すなわち、図８のＲ
１方向の露光が終了したら、矢印Ｒ２のように２列目の
メインフィールドの露光を行う。ここで、ステージ移動
方向（ｙ方向）に並んだ複数のメインフィールドの一団
をストライプと呼ぶ。現在のところ、１チップの寸法は
２０ｍｍ×４０ｍｍ程度なので、１チップを幅１０ｍｍ
のストライプで分割すると、２ストライプ（１ストライ
プの寸法は１０ｍｍ×４０ｍｍ）となり、さらに、相補
マスクの場合には２倍の４ストライプが必要となる。

【０００７】ところで、電子ビーム露光装置では単位時
間当たりのウェハ処理枚数（いわゆるスループット）が
問題の一つとなっており、ウェハ１１上に塗布されるレ
ジストの感度が同じならば、電子ビームＢの電流を大き
くすればする程スループットが向上する。そのため、大
電流ビームを流すことができる電子ビーム露光装置が望
まれている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子ビ
ームＢの電流を増加させると電子間の相互作用（クーロ
ン効果）が大きくなって、像がボケたり、歪みや焦点位
置変化が問題となる。特に、レチクルサブフィールド５
１内のパターン密度は一様でないので、ウェハサブフィ
ールド８１内におけるクーロン効果による像のボケ、歪
み、焦点位置変化は一様ではなく、局所的に変化するこ
とになる。

【０００９】本発明の目的は、クーロン効果による像の
ボケ，歪みおよび焦点位置変化などを低減させることが
できる荷電粒子線露光装置および露光方法を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１および図６に対応付けて説明する。 （１）請求項１の発明は、パターンが形成されたマスク
２５に荷電粒子線を照射してパターンの像を感応基板上
に結像する荷電粒子線露光装置に適用され、荷電粒子線
のビーム断面形状（図１に示す照射領域の形状）を長方
形としたことにより上述の目的を達成する。なお、ここ
では、荷電粒子線露光装置で用いられるレチクルやマス
クを総称してマスクと呼ぶことにする。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の荷電粒子線
露光装置において、ビーム断面形状の長辺の長さを短辺
の長さの２０倍以上とした。 （３）図６に対応付けて説明すると、請求項３の発明
は、請求項１または２に記載の荷電粒子線露光装置の露
光方法であって、マスク２５上において、荷電粒子線を
その断面形状の長辺と直交する方向に走査しつつ露光を
行うことにより上述の目的を達成する。

【００１１】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照して本発
明の実施の形態を説明する。なお荷電粒子線露光装置の
構成については図７の装置を用いて説明する。荷電粒子
線露光装置におけるクーロン効果は電子間のクーロン力
に起因しており、レチクルを電子ビームで照射するとき
の照射領域の形状（すなわち、ビーム断面の形状）とク
ーロン効果による像ボケとの関係を計算シミュレーショ
ンで分析したところ、以下のような関係があることが分
った。従来の照射領域の形状は図１（ａ）のように縦横
比は１の正方形であるが、図１（ｂ）に示すように従来
の照射領域と面積Ｓを等しく保ったまま縦横比をＡとし
た場合には、像ボケは図２に示すような結果となった。
図２において、縦軸は像ボケ、横軸は縦横比Ａをそれぞ
れ表し、像ボケはＡ＝１のときの像ボケに対するパーセ
ントで表した。

【００１３】図２に示すグラフの主要な点の像ボケを
（Ａ，像ボケ％）のように記すと、（１０，６３％），
（２５，５３％），（１００，４０％），（４００，３
０％），（１６００，２３％）となっている。図２から
明らかなように、縦横比Ａが大きいほどクーロン効果に
よる像ボケは小さくなり、特にＡ＝１〜２０付近での減
少率が大きく、Ａ≧２０では像ボケは５５％以下とな
る。このような像ボケの減少は、縦横比Ａが大きくなる
と電子同士の平均距離が大きくなるため、クーロン効果
が小さくなるためと考えられる。また、像ボケが低減さ
れるということは、従来と同程度の像ボケで露光する場
合には、従来よりビーム電流を大きくすることができス
ループットの向上が図れる。なお、ここでは像ボケに関
するシミュレーション結果を示したが、これはクーロン
効果が小さくなった結果であるので、クーロン効果に起
因する像の歪み，焦点位置ずれについても同様に低減さ
れる。

【００１４】以上の結果に基づいて、本実施の形態の露
光装置では、照射領域の形状を従来の正方形から長方形
に変えて露光を行うようにした。図３はその一例を示す
図であり、２５１が照射領域である。レチクル照射領域
２５１の面積は図８に示した従来の照射領域（レチクル
サブフィールド５１）とほぼ同じ面積を有しており、こ
の領域２５１に照射されるビーム電流もほぼ同じに設定
される。図３ではレチクル照射領域２５１の長辺の長さ
（ｘ方向の長さ）はメインフィールドの長さの１／２に
設定されており、ビームのｘ方向偏向幅は従来のほぼ１
／２となる。なお、２８１はレチクル照射領域２５１を
通過した電子ビームのウェハ露光領域であり、レチクル
サブフィールド２５２のパターンはウェハサブフィール
ド２８２に一括で露光転写される。

【００１５】なお、電子ビームＢの断面形状を長方形に
する方法としては、図７のアパーチャ３により正方形に
整形されたビームを４重極子を用いて長方形に変形させ
たり、アパーチャ３の代りに図４に示すような長方形の
アパーチャ３０を用いたりする方法がある。

【００１６】図３ではレチクル照射領域２５１の長辺の
長さをメインフィールドの１／２としたが、図５のレチ
クル照射領域２６１のようにメインフィールドの長さと
同じにしても良い。２９１はレチクル照射領域２６１に
対応するウェハ露光領域である。このようにすると、次
のような利点がある。ビームの偏向幅がほぼ０となって
ｘ方向に偏向する必要がないため、ｘ方向の偏向が省略
された分だけ電源の低電流化、低電圧化が可能となり、
さらには、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）のビッ
ト数も極端に減らすことができる。

【００１７】また、図６に示すようにレチクル照射領域
２６１をｙ方向に走査して領域２６２のパターンを露光
転写するような場合には、電子ビームの照射量を一定に
するために過剰走査が必要であるが、長方形のレチクル
照射領域２６１の走査方向（ｙ方向）の寸法が従来に比
べて小さいため、過剰走査に必要なスカート部の面積が
小さくて済み、レチクルの小型化を図ることができる。
例えば、レチクル照射領域２６１の面積が図８に示した
照射領域（１ｍｍ×１ｍｍ）と同一面積でｘ方向の寸法
が４０ｍｍとすれば、ｙ方向寸法は０．０２５ｍｍとな
るので、過剰走査は図８の場合の１／４０程度となる。
このように、走査露光をする場合には、複数のサブフィ
ールド毎に露光転写する露光装置に用いられるような高
精度なＤＡＣを使用しないようにすることも可能とな
り、露光装置のコスト低減を図ることができる。

【００１８】上述した実施の形態では、電子ビーム露光
装置を例に説明したが、これに限らず一般の荷電粒子線
露光装置に適用することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
クーロン効果を小さくすることができ、クーロン効果に
起因する像ボケ，像の歪み，焦点位置変化を低減するこ
とができる。特に、請求項２のように荷電粒子線のビー
ム断面形状の長辺の長さを短辺の長さの２０倍以上とす
ることにより、像ボケを従来の５５％以下に低減するこ
とができる。さらに、ビーム断面形状を長方形とするこ
とにより、荷電粒子線の偏向幅を従来より小さくするこ
とができ、露光装置に使用される電源の電流や電圧を従
来より下げることができるとともに、デジタル・アナロ
グ変換器のビット数の低減を図ることができる。また、
請求項３の発明によれば、荷電粒子線を走査する際に必
要とされる過剰走査領域を小さくすることができ、マス
クの小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】照射領域を説明する図であり、（ａ）は従来の
照射領域を、（ｂ）は本発明による照射領域をそれぞれ
示す。

【図２】照射領域の縦横比Ａと像ボケとの関係を示すグ
ラフ。

【図３】本実施の形態における、レチクル照射領域およ
びウェハ露光領域の一例を示す図。

【図４】本実施の形態の露光装置に使用されるアパーチ
ャを示す図。

【図５】レチクル照射領域およびウェハ露光領域の他の
例を示す図。

【図６】露光走査を説明する図。

【図７】従来の荷電粒子線露光装置を説明する図であ
り、電子ビーム露光装置の概略構成を示す模式図。

【図８】電子ビームによる露光転写を説明する図。

【符号の説明】

３，３０ アパーチャ ５，２５ レチクル ８ チップ領域 １１ ウェハ ２５１，２６１ レチクル照射領域 ２８１，２９１ ウェハ露光領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンが形成されたマスクに荷電粒子
   線を照射して前記パターンの像を感応基板上に結像する
   荷電粒子線露光装置において、 荷電粒子線のビーム断面形状を長方形としたことを特徴
   とする荷電粒子線露光装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の荷電粒子線露光装置に
   おいて、 前記ビーム断面形状の長辺の長さを短辺の長さの２０倍
   以上としたことを特徴とする荷電粒子線露光装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の荷電粒子線露
   光装置の露光方法であって、 前記マスク上において、前記荷電粒子線をその断面形状
   の長辺と直交する方向に走査しつつ露光を行うことを特
   徴とする露光方法。