(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を出射する照明光学系と、
該照明光学系から入射する光線を所定のパターンに形成するマスクと、
該マスクを光軸と直交する方向に移動自在に支持するマスクステージと、
前記マスクでパターニングされた光線を電子ビームに変換する光電変換器と、
ウエハを電子ビームの光軸と直交する方向に移動自在に支持するウエハステージと、
前記光電変換器から放出されるパターニングされた電子ビームを前記ウエハの表面に結像させる電子投影光学系と、
該電子投影光学系の光学中心を光軸と直交する方向に変移させる軸移動器と、
前記電子投影光学系での電子ビームの経路を偏向する軸偏向器と、
前記ウエハに露光される前記マスクのパターンを一部の領域に制限する領域制限手段と、
前記軸移動器と前記軸偏向器との動作を同期させて一部に制限された前記マスクと前記ウエハとの露光の領域を主走査させる主走査制御手段と、
該主走査制御手段の動作に前記マスクステージと前記ウエハステージとの動作を同期させて前記マスクと前記ウエハとを副走査移動させる副走査制御手段と、
を具備していることを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項２】
光線を出射する照明光学系と、
該照明光学系から入射する光線を所定のパターンに形成するマスクと、
該マスクを光軸と直交する方向に移動自在に支持するマスクステージと、
前記マスクでパターニングされた光線を電子ビームに変換する光電変換器と、
ウエハを電子ビームの光軸と直交する方向に移動自在に支持するウエハステージと、
前記光電変換器から放出されるパターニングされた電子ビームを前記ウエハの表面に結像させる電子投影光学系と、
該電子投影光学系の光学中心を光軸と直交する方向に変移させる軸移動器と、
前記電子投影光学系での電子ビームの経路を偏向する軸偏向器と、
前記ウエハに露光される前記マスクのパターンを一部の領域に制限する領域制限手段と、
前記マスクステージと前記ウエハステージとの動作を同期させて前記マスクと前記ウエハとを副走査移動させる副走査制御手段と、
該副走査制御手段の動作に前記軸移動器と前記軸偏向器との動作を同期させて一部に制限された前記マスクと前記ウエハとの露光の領域を主走査させる主走査制御手段と、
を具備していることを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項３】
領域制限手段が、光電変換器に入射する光路に光軸と直交する方向に移動自在に支持されたアパーチャと、該アパーチャを主走査制御手段の動作に同期させて主走査させる領域走査手段と、を具備していることを特徴とする請求項１または２記載の電子ビーム露光装置。
【請求項４】
領域制限手段が、照明光学系が出射する光線を制限するアパーチャと、制限された光線を主走査制御手段の動作に同期させて主走査する偏向走査手段と、を具備していることを特徴とする請求項１または２記載の電子ビーム露光装置。
【請求項５】
領域制限手段が電子投影光学系のビーム経路に固定的に配置されたアパーチャを具備していることを特徴とする請求項１または２記載の電子ビーム露光装置。
【請求項６】
主走査制御手段の動作に対応して電子ビームの焦点位置を光軸方向に移動させる焦点補正手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の電子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程でウエハを電子ビームにより露光する電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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以下となる容量１Ｇや４ＧのＤＲＡＭなど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あり、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デバイスの露光法と、電子ビームの優れた解像性能の特徴を活かせる用途に用いられてきた。
【０００４】
この様に、電子ビーム露光装置での露光の量産化には、生産性を如何に向上させるかが大きな課題であった。この課題を解決するための一方法として、光線をマスクによって所定のパターンに形成してから光電変換器に照射し、これより放出される所定形状の電子ビームを加速収束させてウエハに投影する方法が提案されている。
【０００５】
この方法を実現した電子ビーム露光装置の一従来例を、図１２を参照して以下に説明する。この電子ビーム露光装置１は、光線として紫外線を出射する水銀ランプを紫外線光源２として具備している。この紫外線光源２の光軸上にコリメータレンズ３等が配置されているので、ここに照明光学系４が形成されている。この照明光学系４の光軸上には、透過光の範囲を制限する画角制限アパーチャ５、透過光を所定のパターンに形成する紫外線マスク６、パターニングされた紫外線を収束させる紫外線投影光学系７、真空窓８、収束される紫外線の光学像面に位置する光電変換器９、等が順番に配置されている。この光電変換器９は、紫外線が照射されると電子を放出するので、この電子が放出される光軸上に、電子を加速する加速電極１０、電子を収束させる電子投影光学系１１、収束される電子の光学像面に位置するウエハ１０００、等が順番に配置されている。
【０００６】
このウエハ１０００は、チャック１２によりウエハステージ１３に保持されており、このウエハステージ１３は、ウエハ１０００を図中で前後左右となる光軸と直交する二次元方向に移動させる。前記紫外線マスク６は、マスクステージ１４に支持されており、このマスクステージ１４も、前記紫外線マスク６を光軸と直交する二次元方向に移動させる。
【０００７】
前記真空窓８は、石英ガラスにより真空容器１５に設けられており、前記光電変換器９より以下の部品は前記真空容器１５の内部に配置されている。前記紫外線投影光学系７は、一対の光学レンズ１６，１７やアパーチャ１８等からなり、前記電子投影光学系１１は、一対の電子レンズ１９，２０や補正コイル２１および電子ビームアパーチャ２２等からなる。前記電子レンズ１９，２０と前記補正コイル２１とは電磁コイルからなり、電子ビームを電磁的に制御する。前記ウエハステージ１３の側方にはファラデーカップ等の電子ビームの強度検出器２３が設けられており、前記ウエハ１０００に斜め上から対向する位置には二次電子の検出器２４が設けられている。
【０００８】
前記紫外線マスク６は、石英基板上にクロム膜で形成されたパターンに応じて透過光を遮断するもので、従来の光リソグラフィで用いられているものと同様なものである。そのパターンは電子ビーム投影装置１の投影倍率に対応して形成されており、例えば、前記紫外線投影光学系７等の投影倍率が一倍で前記電子投影光学系１１の投影倍率が四分の一倍ならば、電子ビーム投影装置１としての投影倍率は四分の一倍なので、前記紫外線マスク６には前記ウエハ１０００に転写するパターンが四倍に拡大されて形成されている。
【０００９】
前記光電変換器９は、例えば、板厚数ｍｍの石英基板の表面にＩＴＯ（酸化スズ−インジウム）等の帯電防止用の透明導電体膜を成膜し、この上に仕事関数が小さいＣｓＩ（ヨウ化セシウム）等の光電変換物質を成膜したもので、光強度に比例した密度で電子を放出する。前記透明導電体膜には電源回路（図示せず）が接続されており、例えば、鏡筒に対してマイナス３０ｋＶの電圧が印加されている。前記加速電極１０は、網状に形成されて鏡筒と同一電位の電圧が印加されており、例えば、前記光電変換器９から放出される電子を３０ｋｅＶに加速する。
【００１０】
上述のような構造の電子ビーム露光装置１は、ウエハ１０００に紫外線マスク６のパターンを露光することができる。より詳細には、照明光学系４から平行光束として出射される紫外線は、画角制限アパーチャ５により領域が制限されてから紫外線マスク６に入射し、この紫外線マスク６により所定のパターンに形成されてから紫外線投影光学系７により光電変換器９に結像される。この光電変換器９により紫外線は電子ビームに変換され、この電子ビームが加速電極１０により加速されて電子投影光学系１１によりウエハ１０００に結像される。
【００１１】
このとき、前述のように光学的な投影倍率が一倍、電子光学的な投影倍率が四分の一倍として設定されていれば、トータルの投影倍率は四分の一倍なので、紫外線マスク６のパターンは四分の一に縮小されてウエハ１０００上に結像され、微細なパターンが形成される。特に、電子ビームは紫外線より微細な露光が可能なので、上述のように電子ビームの投影倍率を光学系の投影倍率より小さく設定しておけば、紫外線マスク６のパターンを良好に縮小してウエハ１０００に露光することができる。
【００１２】
ただし、上述のように紫外線マスク６のパターンをウエハ１０００に露光する場合、電子投影光学系１１の像面湾曲などの収差が発生するため、紫外線マスク６のパターンの全域をウエハ１０００に一度に露光させることは困難である。例えば、０．１μｍ程度の微細なパターンを転写しようとした場合、一度に転写できる領域は光軸周辺の直径０．５ｍｍ程度の領域に限られる。
【００１３】
そこで、上述した電子ビーム露光装置１では、紫外線マスク６に紫外線が入射する領域を画角制限アパーチャ５により制限しておき、紫外線マスク６とウエハ１０００とを各々のステージ１４，１３により同期させて二次元方向に走査移動させることにより、紫外線マスク６のパターンの全域をウエハ１０００の全域に順次露光するようにしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような電子ビーム露光装置１では、紫外線マスク６からウエハ１０００に露光する領域を順次移動させることにより、紫外線マスク６のパターンの全域をウエハ１０００に良好な解像度で露光することができる。
【００１５】
しかし、上述のように一度には紫外線マスク６の一部の領域しかウエハ１０００に露光することができないため、紫外線マスク６の全域をウエハ１０００に露光するために数十回の往復走査が必要となっている。この走査移動はステージ１３，１４により機械的に行うために高速化が困難であり、従来の電子ビーム露光装置１は露光の生産性が低い。
【００１６】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、露光の生産性が高い電子ビーム露光装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の電子ビーム露光装置は、光線を出射する照明光学系と、該照明光学系から入射する光線を所定のパターンに形成するマスクと、該マスクを光軸と直交する方向に移動自在に支持するマスクステージと、前記マスクでパターニングされた光線を電子ビームに変換する光電変換器と、ウエハを電子ビームの光軸と直交する方向に移動自在に支持するウエハステージと、前記光電変換器から放出されるパターニングされた電子ビームを前記ウエハの表面に結像させる電子投影光学系と、該電子投影光学系の光学中心を光軸と直交する方向に変移させる軸移動器と、前記電子投影光学系での電子ビームの経路を偏向する軸偏向器と、前記ウエハに露光される前記マスクのパターンを一部の領域に制限する領域制限手段と、前記軸移動器と前記軸偏向器との動作を同期させて一部に制限された前記マスクと前記ウエハとの露光の領域を主走査させる主走査制御手段と、該主走査制御手段の動作に前記マスクステージと前記ウエハステージとの動作を同期させて前記マスクと前記ウエハとを副走査移動させる副走査制御手段と、を具備している。
【００１８】
従って、照明光学系が出射する光線がマスクにより所定のパターンに形成され、このパターニングされた光線が光電変換器により電子ビームに変換される。このパターニングされた電子ビームが電子投影光学系によりウエハの表面に結像されるが、このようにウエハに露光されるマスクのパターンは領域制限手段により一部の領域に制限される。このとき、主走査制御手段により動作が同期される軸移動器と軸偏向器とにより、電子投影光学系の光学中心が光軸と直交する方向に変移されるとともに、電子投影光学系での電子ビームの経路が偏向されるので、一部に制限されたマスクとウエハとの露光の領域が主走査される。さらに、副走査制御手段により上述の主走査の動作にマスクステージとウエハステージとの動作が同期されるので、マスクとウエハとが露光領域の主走査に同期して副走査移動することになり、マスクの全域がウエハに露光される。このとき、低速で良い副走査移動は機械的に実行されるが、高速な主走査は電磁的に実行されて機械的な動作を必要としないので、広範囲の露光が高速に実行される。電磁的な主走査では電子投影光学系の電子ビームの経路が偏向されるとともに電子投影光学系の光学中心も変移されるので、電子ビームは主走査されながらも良好な精度で結像される。
【００１９】
請求項２記載の発明の電子ビーム露光装置は、光線を出射する照明光学系と、該照明光学系から入射する光線を所定のパターンに形成するマスクと、該マスクを光軸と直交する方向に移動自在に支持するマスクステージと、パターニングされた光線を電子ビームに変換する光電変換器と、ウエハを電子ビームの光軸と直交する方向に移動自在に支持するウエハステージと、パターニングされた電子ビームを前記ウエハの表面に結像させる電子投影光学系と、該電子投影光学系の光学中心を光軸と直交する方向に変移させる軸移動器と、前記電子投影光学系での電子ビームの経路を偏向する軸偏向器と、前記ウエハに露光される前記マスクのパターンを一部の領域に制限する領域制限手段と、前記マスクステージと前記ウエハステージとの動作を同期させて前記マスクと前記ウエハとを副走査移動させる副走査制御手段と、該副走査制御手段の動作に前記軸移動器と前記軸偏向器との動作を同期させて一部に制限された前記マスクと前記ウエハとの露光の領域を主走査させる主走査制御手段と、を具備している。
【００２０】
従って、照明光学系が出射する光線がマスクにより所定のパターンに形成され、このパターニングされた光線が光電変換器により電子ビームに変換される。この、パターニングされた電子ビームが電子投影光学系によりウエハの表面に結像されるが、このようにウエハに露光されるマスクのパターンは領域制限手段により一部の領域に制限される。このとき、副走査制御手段によりマスクステージとウエハステージとの動作が同期されるので、マスクとウエハとが露光位置に対して副走査移動する。さらに、主走査制御手段により上述の副走査の動作に軸移動器と軸偏向器の動作が同期されるので、電子投影光学系の光学中心が光軸と直交する方向に変移されるとともに、電子投影光学系での電子ビームの経路が偏向される。このため、一部に制限されたマスクとウエハとの露光の領域が主走査されるとともに副走査されることになり、マスクの全域がウエハに露光される。このとき、低速で良い副走査移動は機械的に実行されるが、高速な主走査は電磁的に実行されて機械的な動作を必要としないので、広範囲の露光が高速に実行される。電磁的な主走査では電子投影光学系の電子ビームの経路が偏向されるとともに電子投影光学系の光学中心も変移されるので、電子ビームは主走査されながらも良好な精度で結像される。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電子ビーム露光装置であって、領域制限手段が、光電変換器に入射する光路に光軸と直交する方向に移動自在に支持されたアパーチャと、該アパーチャを主走査制御手段の動作に同期させて主走査させる領域走査手段とを具備している。
【００２２】
従って、アパーチャにより制限されてから光電変換器に入射した光線が、領域走査手段により主走査制御手段の動作に同期して主走査されるので、マスクとウエハとの露光の領域が主走査され、この主走査される電子ビームがウエハの表面に良好に結像される。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の電子ビーム露光装置であって、領域制限手段が、照明光学系が出射する光線を制限するアパーチャと、制限された光線を主走査制御手段の動作に同期させて主走査する偏向走査手段とを具備している。
【００２４】
従って、照明光学系が出射する光線がアパーチャにより制限されてから偏向走査手段により主走査制御手段の動作に同期して主走査されるので、マスクとウエハとの露光の領域が主走査され、この主走査される電子ビームがウエハの表面に良好に結像される。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の電子ビーム露光装置であって、領域制限手段が電子投影光学系のビーム経路に固定的に配置されたアパーチャを具備している。
【００２６】
従って、電子投影光学系に配置されたアパーチャにより電子ビームが制限されるので、この電子ビームが軸偏向器と軸移動器とにより偏向走査されると、マスクとウエハとの露光の領域が主走査される。
【００２７】
請求項６記載の発明は、請求項１または２記載の電子ビーム露光装置であって、主走査制御手段の動作に対応して電子ビームの焦点位置を光軸方向に移動させる焦点補正手段を設けた。
【００２８】
従って、焦点補正手段により主走査制御手段の動作に対応して電子ビームの焦点位置が移動されるので、軸偏向器と軸移動器との電子ビームの偏向走査により変動する焦点位置がウエハの表面に補正される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の第一の形態を図１ないし図５を参照して以下に説明する。なお、本実施の形態の電子ビーム露光装置において、前述した一従来例の電子ビーム露光装置１と同一の部分は、同一の名称および符号を利用して詳細な説明は省略する。
【００３０】
図１は本実施の形態の電子ビーム露光装置の光学的構造を示す模式的な縦断正面図、図２は電子ビーム露光装置の電気的構造を示すブロック図、図３は露光走査での各部の相対関係を示す模式図、図４は露光走査の手順を示す模式図、図５は露光走査の制御を示すタイムチャートである。なお、これより以下では主走査方向をＸ方向、副走査方向をＹ方向と呼称して図面にも表示する。例えば、図１では図中の左右方向がＸ方向で紙面を貫通する方向がＹ方向である。
【００３１】
まず、本実施の形態の電子ビーム露光装置３１も、光線として紫外線を出射する水銀ランプを紫外線光源２として具備しており、この紫外線光源２の光軸上に、コリメータレンズ３、フライアイレンズ３２、コリメータレンズ３３、光学レンズ３４，３５等が順番に配置されることにより、照明光学系３６が形成されている。この照明光学系３６の内部の光路上には、光線を制限する領域制限アパーチャ３７，３８が配置されており、その一方が領域走査手段となるアパーチャステージ３９により光軸と直交するＸ方向の方向に移動自在に支持されているので、ここに領域制限手段４０が形成されている。
【００３２】
より具体的には、本実施の形態では、前記紫外線照明光学系３６の投影倍率が二倍であり、前記領域制限アパーチャ３７は、透過する紫外線を２ｍｍ角の領域に制限するように形成されている。前記アパーチャステージ３９は、前記領域制限アパーチャ３７をＹ方向に±８ｍｍの間隔で往復運動させるので、前記紫外線マスク６は４ｍｍ角の領域の紫外線でＹ方向に±１６ｍｍの間隔で走査される。
【００３３】
前記照明光学系３６の光軸上には、画角制限アパーチャ５、紫外線マスク６、紫外線投影光学系７、真空窓８、光電変換器９、等が順番に配置されており、この光電変換器９から放出される電子ビームの光軸上には、加速電極１０、電子投影光学系４１、ウエハ１０００、等が順番に配置されている。
【００３４】
前記電子投影光学系４１は、一対の電子レンズ１９，２０や補正コイル２１および電子ビームアパーチャ２２等の他、前記電子レンズ１９，２０の位置に配置された軸移動器である一対の軸移動コイル４２，４３と、これらの軸移動コイル４２，４３の間隙に配置された一対の軸偏向器４４，４５とを具備している。前記軸移動コイル４２，４３は、前記電子レンズ１９，２０の光学中心を電磁的に±４ｍｍまで光軸と直交するＸ方向に移動させ、前記軸偏向器４４，４５は、前記電子レンズ１９，２０間の電子ビームの光路を電磁的に±４ｍｍまでＸ方向に偏向させる。
【００３５】
これらの軸移動コイル４２，４３と軸偏向器４４，４５および前記補正コイル２１には、これらの動作を個々に制御する演算回路４６が接続されており、この演算回路４６には、前記ステージ１３，１４，３９と、前記ステージ１３，１４の位置を各々測定する測長器４７，４８も接続されている。前記演算回路４６は、図２に示すように、ワンチップＣＰＵ５１、Ｉ／Ｆ５２、メモリ５３、系統別の制御回路５４〜５６等からなり、所定の適性なプログラムに従って各種の処理動作を実行するので、例えば、主走査制御手段および副走査制御手段として機能することができる。
【００３６】
つまり、前記紫外線マスク６のパターンを前記ウエハ１０００に露光するとき、図４に示すように、前記アパーチャステージ３９と前記軸移動コイル４２，４３と前記軸偏向器４４，４５との動作を同期させ、前記領域制限アパーチャ３７により一部に制限された前記紫外線マスク６と前記ウエハ１０００との露光の領域をＸ方向に主走査させる。さらに、図３ないし図５に示すように、この主走査の動作に前記マスクステージ１４と前記ウエハステージ１３との動作を同期させ、前記紫外線マスク６と前記ウエハ１０００とをステップ状にＹ方向に移動させ、主走査される露光領域を副走査移動させる。
【００３７】
このとき、前記演算回路４６は、前記マスクステージ１４と前記ウエハステージ１３との移動位置を測長器４７，４８により直接的に検知し、この検知結果をフィードバックさせて前記紫外線マスク６と前記ウエハ１０００の副走査位置を正確に制御する。また、前記演算回路４６は、上述した主走査の動作に同期して前記補正コイル２１の動作を制御することにより、焦点補正手段として電子ビームの焦点をウエハ１０００の表面に結像させる。
【００３８】
上述のような構成において、本実施の形態の電子ビーム露光装置３１も、ウエハ１０００に紫外線マスク６のパターンを露光する。より詳細には、照明光学系３６から平行光束として出射される紫外線は、画角制限アパーチャ５により領域が制限されてから紫外線マスク６にケーラー照明され、この紫外線マスク６により所定のパターンに形成されてから紫外線投影光学系７により光電変換器９に結像される。この光電変換器９により紫外線は電子ビームに変換され、この電子ビームが電子投影光学系４１によりウエハ１０００上に結像される。
【００３９】
このとき、本実施の形態の電子ビーム露光装置３１では、領域制限アパーチャ３７と軸移動コイル４２，４３と軸偏向器４４，４５とが同期して動作することにより、紫外線マスク６とウエハ１０００との露光の領域がＸ方向に主走査され、これに同期して紫外線マスク６とウエハ１０００とがＹ方向に副走査移動されることにより、Ｘ方向に主走査される露光位置がＹ方向に副走査される。
【００４０】
前述のように電子投影光学系４１は像面湾曲等の収差が発生するので、一度に露光する領域を広くとることは困難である。例えば、０．１μｍ程度の微細なパターンを露光する場合、一度に露光できる領域は光軸周辺の直径０．５ｍｍ程度の領域に限られる。そこで、本実施の形態の電子ビーム露光装置３１では、露光の領域を小さく制限しておき、これを電磁的に高速に主走査するとともに、この主走査の位置を機械的に副走査させる。
【００４１】
より詳細には、図１に示すように、演算回路４６に制御されたアパーチャステージ３９が領域制限アパーチャ３７をＸ方向に主走査移動させることにより、紫外線マスク６に紫外線が照射される領域が一定範囲に制限された状態でＸ方向に主走査される。これにより、光電変換器９から放出される電子ビームも領域が制限された状態でＸ方向に主走査されるので、これに同期して演算回路４６が軸移動コイル４２を動作制御することにより、電子レンズ１９の光学中心が電磁的にＸ方向に主走査移動される。これに同期して演算回路４６が軸偏向器４４，４３を動作制御することにより、電子レンズ１９，２０間の電子ビームの経路がＸ方向に偏向され、これに同期して演算回路４６が軸移動コイル４３を動作制御することにより、電子レンズ２０の光学中心もＸ方向に主走査移動される。さらに、上述のような主走査動作に同期させて演算回路４６が補正コイル２１も動作制御することにより、電子ビームはウエハ１０００の表面に正確に結像される。
【００４２】
なお、上述のような軸移動コイル４２，４３と軸偏向器４４，４５との動作量は、紫外線と電子ビームとの投影光学系７，４１の投影倍率に基づいて設定される。つまり、紫外線マスク６のパターンを光電変換器９に投影する紫外線投影光学系７の倍率がＭ１、光電変換器９から放出される電子ビームをウエハ１０００の表面に結像させる電子投影光学系４１の倍率がＭ２のとき、第一の軸移動コイル４２の移動量がａ１、第２の軸移動コイル４３の移動量がａ２、第１の軸偏向器４４の偏向量がｄ１、第２の軸偏向器４５の偏向量がｄ２とすると、
ａ１＝ｄ１、ａ２＝ｄ２＝Ｍ２×ａ１
の関係を満足すれば良い。
【００４３】
この場合、光電変換器９の幾何中心からａ１の位置から放出された電子ビームは、第一第二の電子レンズ１９，２０の光学中心を通過し、カラム幾何中心の位置からＭ２×ａ１の位置でウエハ１０００の表面に結像される。つまり、演算回路４６は、上述のような条件を満足するように軸移動コイル４２，４３や軸偏向器４４，４５の駆動電流を制御する。
【００４４】
上述のような場合、ウエハ１０００には紫外線マスク６のＭ１×Ｍ２倍の像が投影されるので、例えば、Ｍ１＝１、Ｍ２＝１／４とすると、紫外線マスク６の０．４μｍのパターンが光電変換器９に０．４μｍのパターンとして投影され、これがウエハ１０００に０．１μｍのパターンとして投影される。第一の軸移動コイル４２の移動量ａ１の最大値が１０ｍｍとすれば、ウエハ１０００の露光領域は最大±２．５ｍｍの範囲で主走査される。
【００４５】
例えば、紫外線マスク６のＸ＝４ｍｍを中心とした４ｍｍ角の領域が照明されているとき、光電変換器９のＸ＝−４ｍｍを中心とした４ｍｍ角の領域にパターンが投影されて光電子が放出される。このとき、前段の電子レンズ１９の光学中心が軸移動コイル４２によりＸ＝−４ｍｍの位置に制御され、このような状態で電子レンズ１９の光学中心を通過した電子ビームは、一対の軸偏向器４４，４５でＸ＝＋１ｍｍの位置まで変位される。この電子ビームは、後段の軸移動コイル４３によりＸ＝＋１ｍｍの位置に移動された電子レンズ２０の光学中心を通過し、電子レンズ１９，２０により１ｍｍ角に収束された状態でウエハ１０００の面Ｘ＝＋１ｍｍの位置に結像される。
【００４６】
上述のようにすることで、図３ないし図５に示すように、紫外線マスク６に投影される紫外線は領域が制限された状態で主走査され、これが領域の制限された電子ビームに変換されてウエハ１０００に主走査されるので、紫外線マスク６の所定の主走査領域がウエハ１０００に露光される。そして、このような一ラインの主走査が完了すると、演算回路４６により制御されたマスクステージ１４とウエハステージ１３とが紫外線マスク６とウエハ１０００とをＹ方向に副走査移動させる。
【００４７】
例えば、前述のように一度の主走査により、紫外線マスク６のＹ＝４ｍｍの範囲がウエハ１０００のＹ＝１ｍｍの範囲に露光されるならば、マスクステージ１４は、露光の主走査が完了する毎にＹ＝４ｍｍの副走査移動を実行し、ウエハステージ１３は、露光の主走査が完了する毎にＹ＝１ｍｍの副走査移動を実行する。これで紫外線マスク６とウエハ１０００との露光の主走査位置が副走査移動するので、これらの動作を繰り返すことにより、紫外線マスク６の広い範囲がウエハ１０００に露光される。
【００４８】
なお、本実施の形態の電子ビーム露光装置３１では、図４（ｂ）に示すように、マスクステージ１４とウエハステージ１３とは紫外線マスク６とウエハ１０００とを二次元方向に移動させるので、上述した主走査と副走査とにより露光されるストライプ状の領域が、さらに主走査方向にも順次移動される。例えば、ウエハ１０００で製造しようとしている半導体チップの主走査方向の横幅がＸ＝３６ｍｍで、上述のような主走査と副走査とによりウエハ１０００上の主走査方向の横幅Ｘ＝９ｍｍのストライプ状の領域が露光される場合、このストライプ状の領域の露光が完了する毎に、紫外線マスク６を副走査方向にＸ＝３６ｍｍ、ウエハ１０００を副走査方向にＸ＝９ｍｍ移動させ、これを四回まで繰り返せば紫外線マスク６の全域がウエハ１０００に露光される。
【００４９】
本実施の形態の電子ビーム露光装置３１では、上述のように主走査と副走査とを組み合せるので、紫外線マスク６の広い範囲のパターンをウエハ１０００に露光することができ、低速で良い紫外線マスク６とウエハ１０００との副走査移動はステージ１３，１４の機械的な動作により実行するが、主走査は軸移動コイル４２，４３や軸偏向器４４，４５により電磁的に実行するので動作が全体に高速である。このため、本実施の形態の電子ビーム露光装置３１は、露光作業を迅速に実行することができ、露光の生産性が良好である。
【００５０】
しかも、上述のように露光の主走査を電磁的に実行する場合、軸偏向器４４，４５による電子ビームの経路の偏向に同期させて電子レンズ１９，２０の光学中心を軸移動コイル４２，４３により移動させるので、電子ビームは常に電子レンズ１９，２０の光学中心で収束されることになり、収差の発生が防止されて露光が正確に実行される。さらに、補正コイル２１により電子ビームの焦点位置を補正するので、より正確に露光を実行することができる。
【００５１】
また、紫外線マスク６に投影する紫外線を領域制限アパーチャ３７により制限しておき、このように制限した紫外線を主走査させているので、無用な紫外線が紫外線マスク６に照射されることもなく、迷光の発生を良好に防止することができるので、より良好に露光を実行することができる。
【００５２】
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では主走査に同期させて副走査を間欠的に実行することを例示したが、図６に示すように、主走査に同期させた副走査を等速で連続的に実行することも可能である。例えば、前述のように主走査される露光の範囲が１ｍｍ角であれば、この主走査の所要時間で１ｍｍの副走査が実行されれば良い。さらに、上記形態では主走査の動作に同期させて副走査の動作を制御することを例示したが、副走査の動作に同期させて主走査の動作を制御することも可能である。
【００５３】
また、上記形態ではステージ１３，１４の機械的な移動が誤差なく行われることを想定しているが、実際には移動に誤差が発生することを避けられない。これによって露光されるパターンに位置ずれが生じる恐れがあるが、この露光の位置ずれは電子ビームの偏向によって容易に補正することができる。その場合、ステージ１３，１４により移動される紫外線マスク６とウエハ１０００との位置を測長器４７，４８により直接に検知し、これと理想値との誤差から補正する電子ビームの偏向量を演算回路４６で演算し、この演算結果に対応して軸移動コイル４２，４３や軸偏向器４４，４５の動作を制御することにより、ステージ１３，１４の機械的な誤差による露光位置のずれを電磁的に補正することができる。
【００５４】
また、上記形態ではウエハ１０００に照射される電子ビームの強度が均一であることを想定しているが、これも実際には紫外線マスク６を照明する紫外線の強度分布や光電変換器９の電子放出の効率分布等のために不均一となる可能性が高い。そこで、これが問題となる場合には、初期設定の実行時などに電子ビームの強度分布を測定して作業時に補正することが好ましい。その場合、ウエハステージ１３の側方に設置した電子ビームの強度検出器２３を露光位置まで移動させ、電子ビームの強度を軸移動や軸偏向を実行しながら測定する。この測定結果に基づいて、電子ビームの強度が高い領域では軸偏向および軸移動の速度を上げて電子ビームの照射時間を短縮し、ウエハ１０００に照射される電子ビームの総量を均一化すれば良い。
【００５５】
つぎに、本発明の実施の第二の形態を図７ないし図９に基づいて以下に説明する。なお、これより以下の実施の形態に関し、上述した実施の第一の形態と同一の部分は、同一の名称および符号を使用して詳細な説明は省略する。図７は本実施の形態の電子ビーム露光装置の光学的構造を示す模式的な縦断正面図、図８は領域制限手段の部分を示す平面図、図９は電子ビーム露光装置の電気的構造を示すブロック図である。
【００５６】
本実施の形態の電子ビーム露光装置６１は、前述した電子ビーム露光装置３１とは領域制限手段６２の構造が相違している。この領域制限手段６２は、図７および図８に示すように、固定アパーチャ６３と回転アパーチャ６４とを具備しており、前記固定アパーチャ６３には、主走査方向であるＸ方向に細長いスリット状に開口６５が形成されている。前記回転アパーチャ６４には、半径方向に複数の扇型スリット状の開口６６が形成されており、これが前記固定アパーチャ６３の開口６５に重複している。
【００５７】
前記回転アパーチャ６４は駆動モータ６７により回転自在に軸支されており、この駆動モータ６７にはエンコーダ６８が連結されている。図７および図９に示すように、このエンコーダ６８は演算回路４６に接続されており、この演算回路４６は、前記エンコーダ６８が検知する前記回転アパーチャ６４の回転角度に対応して軸移動コイル４２，４３や軸偏向器４４，４５による主走査動作を制御する。
【００５８】
なお、図７では表記を簡略化するため、前記駆動モータ６７が前記固定アパーチャ５２に対してＸ方向に位置するように図示しているが、実際には図８に示すように、前記駆動モータ６７の位置である前記回転アパーチャ６４の中心は前記固定アパーチャ６３に対してＹ方向に位置している。
【００５９】
上述のような構成において、本実施の形態の電子ビーム露光装置６１では、固定アパーチャ６３と回転アパーチャ６４とを具備した領域制限手段６２により紫外線マスク６に入射する紫外線がＸ方向に主走査され、この領域制限手段６２の駆動モータ６７の回転に同期して電子ビームの軸移動や軸偏向も制御される。
【００６０】
本実施の形態の電子ビーム露光装置６１では、露光位置の主走査において唯一の機械的な動作を行う照明領域制限手段６２を、固定アパーチャ６３と組み合せた回転アパーチャ６４の回転により実行するので、この動作を簡単な構造で高速に実行することができ、さらに生産性を向上させることができる。
【００６１】
つぎに、本発明の実施の第三の形態を図１０に基づいて以下に説明する。なお、同図は本実施の形態の電子ビーム露光装置の光学的構造を示す模式的な縦断正面図である。
【００６２】
本実施の形態の電子ビーム露光装置７１も、領域制限手段７２の構造が相違しており、この領域制限手段７２は、紫外線照明光学系７３に組み込まれている。この紫外線照明光学系７３では、光源として紫外線レーザ７４を具備しており、その光軸上に光学レンズ７５，７６と領域制限アパーチャ７７，７８からなるビームエクスパンダ７９が配置されている。
【００６３】
その光路上には前記領域制限手段７２の偏向ミラー８０が配置されており、この偏向ミラー８０がミラー駆動機構８１により揺動自在に支持されている。このミラー駆動機構８１は、前記偏向ミラー８０に反射された紫外線がＸ方向に主走査されるように揺動方向が設定されている。ここでは前記紫外線レーザ７４と前記ミラー駆動機構８１とが演算回路４６に接続されており、この演算回路４６は、前記紫外線レーザ７４の点灯と前記ミラー駆動機構８１の動作とを軸移動コイル４２，４３や軸偏向器４４，４５の動作と同期して制御する。
【００６４】
上述のような構成において、本実施の形態の電子ビーム露光装置７１では、紫外線レーザ７４の点灯に同期させて偏向ミラー８０をミラー駆動機構８１により高速に振動させることで、紫外線マスク６に入射する紫外線をＸ方向に主走査させるので、この動作を簡単な構造で高速に実行することができ、さらに生産性を向上させることができる。なお、上記形態では紫外線を偏向走査するために偏向ミラー８０を振動させることを例示したが、これを回転するポリゴンミラーとすることも可能である。
【００６５】
つぎに、本発明の実施の第四の形態を図１１に基づいて以下に説明する。なお、同図は本実施の形態の電子ビーム露光装置の光学的構造を示す模式的な縦断正面図である。
【００６６】
本実施の形態の電子ビーム露光装置９１も、領域制限手段の構造が相違しており、この領域制限手段は、電子投影光学系９２に一体に組み込まれている。この電子投影光学系９２は、四段の電子レンズ９３〜９６と二段の軸移動コイル９７，９８と四段の軸偏向器９９〜１０２とを具備しており、その電子ビームの経路に領域制限アパーチャ１０３，１０４が配置されている。前記電子レンズ９３〜９６と前記軸移動コイル９７，９８と前記軸偏向器９９〜１０２とは演算回路４６に接続されており、この演算回路４６は、前記領域制限アパーチャ１０３，１０４の位置では電子ビームが必ず幾何中心を通過するように制御する。
【００６７】
上述のような構成において、本実施の形態の電子ビーム露光装置９１では、電子投影光学系９２で電子ビームの軸移動と軸偏向とを実行するとき、領域制限アパーチャ１０３，１０４の位置を固定の経路で通過させて電子ビームの領域を制限する。このため、機械的な動作を必要とすることなく露光の領域を制限することができ、より高速に露光を実行して生産性を向上させることができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００６９】
請求項１記載の発明の電子ビーム露光装置は、光線を出射する照明光学系と、この照明光学系から入射する光線を所定のパターンに形成するマスクと、このマスクを光軸と直交する方向に移動自在に支持するマスクステージと、マスクでパターニングされた光線を電子ビームに変換する光電変換器と、ウエハを電子ビームの光軸と直交する方向に移動自在に支持するウエハステージと、光電変換器から放出されるパターニングされた電子ビームをウエハの表面に結像させる電子投影光学系と、この電子投影光学系の光学中心を光軸と直交する方向に変移させる軸移動器と、電子投影光学系での電子ビームの経路を偏向する軸偏向器と、ウエハに露光されるマスクのパターンを一部の領域に制限する領域制限手段と、軸移動器と軸偏向器との動作を同期させて一部に制限されたマスクとウエハとの露光の領域を主走査させる主走査制御手段と、この主走査制御手段の動作にマスクステージとウエハステージとの動作を同期させてマスクとウエハとを副走査移動させる副走査制御手段とを具備していることにより、
一部に制限された露光の領域を主走査および副走査させることができ、特に主走査は電磁的な動作により実行されて機械的な動作を必要としないので、マスクの広範囲をウエハに高速に露光することができ、電磁的な主走査では電子ビームの経路の偏向に対応して電子投影光学系の光学中心も変移されるので、電子ビームを良好な精度で結像することができ、広い範囲の露光を正確かつ高速に実行することができる。
【００７０】
請求項２記載の発明の電子ビーム露光装置は、光線を出射する照明光学系と、この照明光学系から入射する光線を所定のパターンに形成するマスクと、このマスクを光軸と直交する方向に移動自在に支持するマスクステージと、パターニングされた光線を電子ビームに変換する光電変換器と、ウエハを電子ビームの光軸と直交する方向に移動自在に支持するウエハステージと、パターニングされた電子ビームをウエハの表面に結像させる電子投影光学系と、この電子投影光学系の光学中心を光軸と直交する方向に変移させる軸移動器と、電子投影光学系での電子ビームの経路を偏向する軸偏向器と、ウエハに露光されるマスクのパターンを一部の領域に制限する領域制限手段と、マスクステージとウエハステージとの動作を同期させてマスクとウエハとを副走査移動させる副走査制御手段と、この副走査制御手段の動作に軸移動器と軸偏向器との動作を同期させて一部に制限されたマスクとウエハとの露光の領域を主走査させる主走査制御手段と、を具備していることにより、
一部に制限された露光の領域を主走査および副走査させることができ、特に主走査は電磁的な動作により実行されて機械的な動作を必要としないので、マスクの広範囲をウエハに高速に露光することができ、電磁的な主走査では電子ビームの経路の偏向に対応して電子投影光学系の光学中心も変移されるので、電子ビームを良好な精度で結像することができ、広い範囲の露光を正確かつ高速に実行することができる。
【００７１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電子ビーム露光装置であって、領域制限手段が、光電変換器に入射する光路に光軸と直交する方向に移動自在に支持されたアパーチャと、このアパーチャを主走査制御手段の動作に同期させて主走査させる領域走査手段とを具備していることにより、マスクとウエハとの露光の領域を簡単な構造で高速に主走査させることができる。
【００７２】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の電子ビーム露光装置であって、領域制限手段が、照明光学系が出射する光線を制限するアパーチャと、制限された光線を主走査制御手段の動作に同期させて主走査する偏向走査手段とを具備していることにより、マスクとウエハとの露光の領域を簡単な構造で高速に主走査させることができる。
【００７３】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の電子ビーム露光装置であって、領域制限手段が電子投影光学系のビーム経路に固定的に配置されたアパーチャを具備していることにより、マスクとウエハとの露光の領域を簡単な構造で機械的な動作を必要とすることなく高速に主走査させることができる。
【００７４】
請求項６記載の発明は、請求項１または２記載の電子ビーム露光装置であって、主走査制御手段の動作に対応して電子ビームの焦点位置を光軸方向に移動させる焦点補正手段を設けたことにより、軸偏向器と軸移動器との電子ビームの偏向走査により変動する焦点位置を補正することができるので、露光を正確に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第一の形態の電子ビーム露光装置の光学系の構造を示す模式的な縦断正面図である。
【図２】電子ビーム露光装置の電気的な構造を示すブロック図である。
【図３】主走査と副走査との原理を示す模式図である。
【図４】主走査と副走査との動作を示す模式的な平面図である。
【図５】主走査と副走査との関係を示すタイムチャートである。
【図６】一変形例の主走査と副走査との関係を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の実施の第二の形態の電子ビーム露光装置の光学系の構造を示す模式的な縦断正面図である。
【図８】領域制限手段の部分を示す平面図である。
【図９】電子ビーム露光装置の電気的な構造を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の第三の形態の電子ビーム露光装置の光学系の構造を示す模式的な縦断正面図である。
【図１１】本発明の実施の第四の形態の電子ビーム露光装置の光学系の構造を示す模式的な縦断正面図である。
【図１２】一従来例の電子ビーム露光装置の光学系の構造を示す模式的な縦断正面図である。
【符号の説明】
２    紫外線光源
５    画角制限アパーチャ
６    紫外線マスク
７    紫外線投影光学系
８    真空窓
９    光電変換器
１０    加速電極
１２    チャック
１３    ウエハステージ
１４    マスクステージ
１５    真空容器
１６，１７    光学レンズ
１８    アパーチャ
１９，２０    電子レンズ
２１    補正コイル
２２    電子ビームアパーチャ
２３    強度検出器
２４    検出器
３１    電子ビーム露光装置
３２    フライアイレンズ
３３    コリメータレンズ
３４，３５    光学レンズ
３６    照明光学系
３７，３８    領域制限アパーチャ
３９    アパーチャステージ
４０    領域制限手段
４１    電子投影光学系
４２，４３    軸移動コイル
４４，４５    軸偏向器
４６    演算回路
４７，４８    測長器
５１    ワンチップＣＰＵ
５２    Ｉ／Ｆ
５３    メモリ
５４〜５６    制御回路
６１    電子ビーム露光装置
６２    領域制限手段
６３    固定アパーチャ
６４    回転アパーチャ
６５，６６    開口
６７    駆動モータ
６８    エンコーダ
７１    電子ビーム露光装置
７２    領域制限手段
７３    紫外線照明光学系
７４    紫外線レーザ
７５，７６    光学レンズ
７７，７８    領域制限アパーチャ
７９    ビームエクスパンダ
８０    偏向ミラー
８１    ミラー駆動機構
９１    電子ビーム露光装置
９２    電子投影光学系
９３〜９６    電子レンズ
９７，９８    軸移動コイル
９９〜１０２    軸偏向器
１０３，１０４    領域制限アパーチャ
１０００    ウエハ
【図１】
0003689516.tif 000002
【図２】
0003689516.tif 000003
【図３】
0003689516.tif 000004
【図４】
0003689516.tif 000005
【図５】
0003689516.tif 000006
【図６】
0003689516.tif 000007
【図７】
0003689516.tif 000008
【図８】
0003689516.tif 000009
【図９】
0003689516.tif 000010
【図１０】
0003689516.tif 000011
【図１１】
0003689516.tif 000012
【図１２】
0003689516.tif 000013