(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームの断面形状を成形する透過孔パターンが複数個形成されているステンシルマスクと、前記ステンシルマスク上の所望の開口パターンを選択して前記電子ビームを透過させるために偏向する前記ステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段及び前記ステンシルマスク透過後の電子ビームを再度光軸に振り戻すために偏向する前記ステンシルマスクの出射側に設けた２段の偏向手段を具備する収束偏向系と、前記成形された電子ビームを縮小し、前記光軸上にある絞りアパーチャを透過させて試料上に投影するための電磁レンズ光学系と、前記収束偏向系と前記電磁レンズ光学系の前記光軸を合わせるための偏向手段を有する電子ビーム露光装置において、前記ステンシルマスクを挟んで設けた一対の電磁レンズによりクロスオーバ光学系を平行光にすると共に、前記一対の電磁レンズのポールピースの前記ステンシルマスクに近い側の内径を遠い側の内径より小さくし、さらに、前記電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段を前記ステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けた電磁レンズの第１クロスオーバ位置を挟む様に配置した２つのマスク偏向器で構成してスリット偏向器としても機能するようにし、また、前記電子ビーム出射側に設けた２段の偏向手段を前記ステンシルマスクの電子ビーム出射側に設けた電磁レンズの第２クロスオーバ位置の直前に配置した２つのマスク偏向器で構成したことを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項２】
上記ステンシルマスクの電子ビーム出射側に設けた電磁レンズの第２クロスオーバ位置におけるクロスオーバ像の非点収差を補正するための非点収差補正手段を、前記ステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けた電磁レンズ内に設けると共に、前記クロスオーバ像の非点収差補正に伴って発生する前記ステンシルマスク上におけるスリット像の像歪を補正する像歪補正手段を、上記電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段の直下に設けたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム露光装置。
【請求項３】
上記像歪補正手段の直下に、上記ステンシルマスクを介して配置した少なくとも２段のブランキング偏向手段の内の一方を配置したことを特徴とする請求項２記載の電子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子ビーム露光装置に関するものであり、特に、露光精度が高く、且つ、スループットの高い電子ビーム露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置の集積度と機能がますます向上して計算機、通信、或いは、機械制御等の産業全般に渡る技術進歩の核技術としての役割が期待されており、この役割を担う半導体集積回路装置の集積度は２年乃至３年で４倍の速度で向上しており、ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）の場合には１Ｇビットまで試作されているが、この様な集積度の向上は微細加工技術の進歩によるものである。
【０００３】
微細加工技術として電子ビーム露光を用いた場合には、０．０５μｍ以下の微細加工が０．０２μｍ以下の位置合わせ精度で実現できるが、この様な微細パターンの描画工程のスループットは非常に低くてＶＬＳＩ（超大規模集積回路装置）の量産には使用できないものと考えられていた。
【０００４】
しかし、この様な予測は従来市販されていた電子ビーム露光装置を用いた一筆書きの電子ビームについての議論にすぎないものである。
従来の電子ビーム露光装置は、可変矩形ビームを用いて試料上で電子ビームを走査し矩形パターンを繋ぐことによって任意のパターンを形成していた。
【０００５】
この様な装置はソフトであるパターンデータから実際のパターンを作りだすパターンジェネレータであるが、矩形パターンを繋ぐことにより任意の形状のパターンを発生させるため、パターンルールが微細になればなるほど単位面積当たりの露光ショット数が増加し、スループットが低下するという欠点があった。
【０００６】
そこで、本発明者等はこの様な限界を越えるためにブロック露光方式や、マルチビーム方式ブランキング・アパーチャ・アレイ（ＢＡＡ）露光方式を提案しており、この提案により１ｃｍ□／ｓｅｃ程度のスループットが期待できるようになってきており、微細さ、位置合わせ精度、クイックターンアラウンド、及び、信頼性のどれをとっても他の方法と比較して優れた方法である。
【０００７】
ここで、図４を参照してブロック露光に用いている従来の電子ビーム露光装置を簡単に説明する。
図４参照
電子銃１から放出された電子ビームは、電子ビームを矩形状に成形するスリット３を介して設けられた一対の第 1アライメントコイル（ＡＬ１ａ，ＡＬ１ｂ）２３，２４により電子ビームの光軸合わせを行い、また、スリット３を介して設けられた一対の電磁レンズ（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ）２，４によって成形された電子ビームを収束させる。
なお、点線は電子ビームのクロスオーバ像軌道を表し、符号６及び１８は夫々第１クロスオーバ及び第２クロスオーバを表す。
【０００８】
次いで、スリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７を設けて、電子ビームがマスクステージ（図示せず）に設置したステンシルマスク１２上に照射する位置を偏向し、ステンシルマスク１２を介して２個ずつ設けた第１乃至第４マスク偏向器５，７，１３，１６によってステンシルマスク１２に設けた複数の透過孔の一つを選択して透過させる。
【０００９】
また、ステンシルマスク１２を介して設けた同一の電流が流れる一対の電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４によってステンシルマスク１２上にクロスオーバ光学系を平行光とし、マスクスティグ・フォーカスコイル２８、ブランキング偏向手段２９、電磁レンズ（Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ）１７，１９を介して電子ビームを絞りアパーチャ２０に照射し、絞りアパーチャ２０を通過した電子ビームをリフォーカスコイル３２、２つの電磁レンズ（Ｌ4 ，Ｌ5 ）２１，２２で電子ビームを収束させ、収束した電子ビームを副偏向器３３によって偏向することによって露光を行うものである。
なお、第２乃至第４アライメントコイル（ＡＬ2 乃至ＡＬ4 ）２６，３０，３１も電子ビームの光軸を調整するために設けている。
【００１０】
次に、ブロック露光方式の場合について説明すると、超微細パターンを必要とするＬＳＩは、例えば、６４ＭビットＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）のように微細ではあるが露光するパターンのほとんどの面積はある基本パターンの繰り返しであることが多い。
【００１１】
したがって、繰り返しパターンの単位となる基本パターンをそれ自身の複雑さには関係なく１ショットで露光することができれば、パターンの微細さには依存せず、１ショットの大きさと露光面積の関係でほぼ決定する時間内で露光することが可能になる。
【００１２】
この様な基本パターンを複数個ステンシルマスク１２上に設け、これを電子ビームで選択することにより電子ビームを任意の形状に成形し、それを繋ぐことにより繰り返しパターンを露光する方法がブロック露光方式である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４に示す従来提案されているブロック露光方式に用いる電子ビーム露光装置において、高スループットと高露光精度を達成するためには、第１に高速なマスク偏向器を必要とする。
これは、露光パターンによっては１ショット毎に異なるマスクパターンを選ばなければならない場合があるが、その場合に、マスク偏向器は各ショットの試料上の露光位置を決める副偏向器の速度に近い偏向速度を有する必要があるためである。
【００１４】
しかし、従来の電子ビーム露光装置においては、マスク偏向器５，７，１３，１６を電子ビームの拡がった位置に設けているため、電子ビームを偏向させるためには大きな電圧、例えば、２００Ｖの電圧を印加する必要があり、２００Ｖの電圧を発生するためには応答速度の遅い大出力のアンプを用いる必要があり、それによって偏向速度をあまり速くすることができなかった。
【００１５】
第２に、マスクパターンを選択するために電子ビームをマスク偏向器５，７，１３，１６で偏向する場合、非点収差や像面湾曲などの収差が発生し、この収差をマスク偏向器５，７，１３，１６でマスクパターンを選択する速度に合わせて補正する必要があるが、非点収差補正手段によってクロスオーバー像が絞りアパーチャ２０を通過するように非点収差補正を行った場合、その補正によりスリット像が歪み、露光パターン精度が低下する問題がある。
【００１６】
第３に、電子ビームがマスクパターンを通過して成形される場合、電子ビームがステンシルマスク２に対して斜めに入射すると露光されるパターンの一部がかげり、所定の寸法と異なることによりパターン精度が低下する欠点がある。
例えば、従来の電子ビーム露光装置においては、電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４がステンシルマスク１２近傍に配置されているため、電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４の磁場がステンシルマスク１２上に漏れ出し、この漏れ磁場によって電子ビームが回転するので電子ビームの入射角が７ｍｒａｄと大きく、垂直入射とはかけ離れていた。
【００１７】
第４に、電子ビームをブランキング偏向手段２９により偏向して遮断する場合、絞りアパーチャ２０によって完全に遮断させるまでの間に電子ビームがわずかに漏れることがあり、この間に試料上のスリット像が動くと不要な部分に露光されてしまい、高感度レジストを使用した場合に問題が生ずる。
【００１８】
したがって、本発明は、これらの課題を解決するために、まず、第１にブロック露光方式に用いる電子ビーム露光装置において、露光速度を高速にすると共に、露光精度を高精度に維持することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、電子ビームの断面形状を成形する透過孔パターンが複数個形成されているステンシルマスク（図１の１２）と、このステンシルマスク（図１の１２）上の所望の開口パターンを選択して電子ビームを透過させるために偏向するステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段及びステンシルマスク透過後の電子ビームを再度光軸に振り戻すために偏向するステンシルマスク（図１の１２）の出射側に設けた２段の偏向手段を具備する収束偏向系と、成形された電子ビームを縮小し、光軸上にある絞りアパーチャ（図１の２０）を透過させ試料上に投影するための電磁レンズ光学系と、収束偏向系と電磁レンズ光学系の光軸を合わせるための偏向手段を有する電子ビーム露光装置において、ステンシルマスク（図１の１２）を挟んで設けた一対の電磁レンズ（図１の１１，１４）によりクロスオーバ光学系を平行光にすると共に、一対の電磁レンズ（図１の１１，１４）のポールピース（図２の３５）のステンシルマスク（図１の１２）に近い側の内径を遠い側の内径より小さくし、さらに、電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段をステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム入射側に設けた電磁レンズ（図１の１１）の第１クロスオーバ位置（図１の６）を挟む様に配置した２つのマスク偏向器（図１の５，７）で構成してスリット偏向器としても機能するようにし、また、電子ビーム出射側に設けた２段の偏向手段をステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム出射側に設けた電磁レンズ（図１の１４）の第２クロスオーバ位置（図１の１８）の直前に配置した２つのマスク偏向器（図１の１３，１６）で構成したことを特徴とする。
【００２０】
（２）また、本発明は、上記（１）において、ステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム出射側に設けた電磁レンズ（図１の１４）の第２クロスオーバ位置（図１の１８）におけるクロスオーバ像の非点収差を補正するための非点収差補正手段（図１の１０）をステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム入射側に設けた電磁レンズ（図１の１１）内に設けると共に、クロスオーバ像の非点収差補正に伴って発生するステンシルマスク（図１の１２）上におけるスリット像の像歪を補正する像歪補正手段（図１の８）を電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段（図１の５，７）の直下に設けたことを特徴とする。
【００２１】
（３）また、本発明は、上記（２）において、絞りアパーチャ（図１の２０）において電子ビームを遮断するために、少なくとも２段のブランキング偏向手段（図１の９，１５）をステンシルマスク（図１の１２）を介して配置すると共に、ステンシルマスク（図１の１２）の電子ビーム入射側に設けたブランキング偏向手段（図１の９）を像歪補正手段（図１の８）の直下に配置したことを特徴とする。
【００２２】
【作用】
電子ビームの断面形状を成形する透過孔パターンが複数個形成されているステンシルマスクと、このステンシルマスク上の所望の開口パターンを選択して電子ビームを透過させるために偏向するステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段及びステンシルマスク透過後の電子ビームを再度光軸に振り戻すために偏向するステンシルマスクの出射側に設けた２段の偏向手段を具備する収束偏向系と、成形された電子ビームを縮小し、光軸上にある絞りアパーチャを透過させ試料上に投影するための電磁レンズ光学系と、収束偏向系と電磁レンズ光学系の光軸を合わせるための偏向手段を有する電子ビーム露光装置において、ステンシルマスクを挟んで設けた一対の電磁レンズによりクロスオーバ光学系を平行光にし、また、一対の電磁レンズのポールピースのステンシルマスクに近い側の内径を遠い側の内径より小さくすることによって、電磁レンズの漏れ磁場を低減することができ、それによって磁場による電子ビームの回転（らせん運動）を抑え、回転方向においても半径方向においてもステンシルマスクに垂直に電子ビームを入射することができ、影ができることがないので、露光精度を高精度にすることができる。
【００２３】
また、電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段をステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けた電磁レンズの第１クロスオーバ位置を挟む様に配置した２つのマスク偏向器で構成し、電子ビーム出射側に設けた２段の偏向手段をステンシルマスクの電子ビーム出射側に設けた電磁レンズの第２クロスオーバ位置の直前に配置した２つのマスク偏向器で構成することによって、偏向効率を最大にすることができる。
【００２４】
また、電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段がスリット偏向器としても機能するようにすることにより、スリット偏向器を省略して構成を簡素化することができる。
【００２５】
また、ステンシルマスクの電子ビーム出射側に設けた電磁レンズの第２クロスオーバ位置におけるクロスオーバ像の非点収差を補正するための非点収差補正手段をステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けた電磁レンズ内に設けると共に、クロスオーバ像の非点収差補正に伴って発生するステンシルマスク上におけるスリット像の像歪を補正する像歪補正手段を電子ビーム入射側に設けた２段の偏向手段の直下に設けることにより、非点収差補正及び像歪補正を効果的に行うことができる。
【００２６】
また、絞りアパーチャにおいて電子ビームを遮断するために、少なくとも２段のブランキング偏向手段をステンシルマスクを介して配置すると共に、ステンシルマスクの電子ビーム入射側に設けたブランキング偏向手段を像歪補正手段の直下に配置することによって、スリット像が試料上を動くことがないのでブランキングを高精度で行うことができ、スリット像のボケを防止することができる。
【００２７】
【実施例】
図１及び図２を参照して、本発明の実施例であるブロック露光方式に用いる電子ビーム露光装置を説明する。
なお、本発明と従来例との差異をより明瞭に、且つ、より簡単に説明するために、図４に示した従来の電子ビーム露光装置と共通の部分の説明は省略するものであり、また、収束偏向系と電磁レンズ光学系の光軸を合わせるためのアライメントコイルの図示も省略する。
【００２８】
図１及び図２参照
まず、本発明の電子ビーム露光装置においては、電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４をステンシルマスク１２から実用上可能な限り離すと共に、図２に示すように電磁レンズ（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）１１，１４のポールピース（磁極）３５（３４はコイル）についても、ステンシルマスク１２に近い側の内径ｄ１を、遠い側の内径ｄ２に比べて小さくする。
【００２９】
このポールピース３５の形状によってステンシルマスク１２上に磁場が漏れにくくなり、また、レンズ強度が同じであれば電磁レンズ（Ｌ２ａ）１１のポールピース３５のギャップ３６の間隔が大きい方が、電子ビームは緩やかに回転し、回転方向の入射角が垂直により近くなるので、電磁レンズ（Ｌ２ａ）１１のポールピース３５のギャップ３６を従来の電磁レンズのポールピースのギャップの１．５〜２倍にしている。
【００３０】
この様な構成を採用することによって、ステンシルマスク１２に対する入射角は３ｍｒａｄとなり、従来の電子ビーム露光装置における７ｍｒａｄに対して大幅に垂直入射性が向上し、ステンシルマスク１２の厚さを２０μｍとした場合に、２μｍ□の電子ビームは最大でも０．０６μｍ（２０μｍ×３×１０-3）、即ち３％かげるに過ぎない。
【００３１】
また、本発明の電子ビーム露光装置においては、電子ビームの入射側のマスク偏向器５，７及び電子ビームの出射側のマスク偏向器１３，１６の位置をステンシルマスク１２からできるかぎり離して設置しているので、偏向電圧を低くしても十分偏向することができる。
【００３２】
本発明においては、マスク偏向器の偏向電圧は±４０Ｖで十分であるので、従来の電子ビーム露光装置における±２００Ｖの偏向電圧より大幅に低電圧化され、偏向電圧を供給する増幅器の特性に依存する偏向速度を大きくすることができる。
【００３３】
なお、電磁レンズ光学系全体の距離を伸ばしたのでは、電子間相互の反発により露光パターンが劣化するので、電磁レンズ光学系全体の距離をそのままにしてマスク偏向器５，７，１３，１６とステンシルマスク１２の距離を離すために、電子ビーム入射側に設けた２つのマスク偏向器５，７をステンシルマスク１２の電子ビーム入射側に設けた電磁レンズ（Ｌ２ａ）１１の第１クロスオーバ６を挟む様に配置すると共に、電子ビーム出射側に設けた２つのマスク偏向器１３，１６をステンシルマスク１２の電子ビーム出射側に設けた電磁レンズ（Ｌ２ｂ）１４の第２クロスオーバ１８の直前に配置する。
【００３４】
この場合、図４に示した従来の電子ビーム露光装置において設けていたスリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７の配置スペースがなくなるのでスリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７を除去し、スリット偏向量のデータをマスク偏向器５，７の偏向量データにデジタル的に加算することによってスリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７の役割を兼ねさせる。
【００３５】
また、第２クロスオーバ１８において発生する非点収差は、クロスオーバ軌道が最も拡がっている部分で補正を行うのが効率的であるので、電磁レンズ（Ｌ２ａ）１１の内部に非点収差補正手段１０を配置する。
【００３６】
また、このクロスオーバの非点収差補正に伴ってステンシルマスク１２上にスリット像の像歪が発生するが、この像歪補正はスリット像軌道が最も拡がった部分で行うのが効率的であるので、スリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７の削除とマスク偏向器５，７の移動により生じた空間のスリット像がより拡がっている位置に像歪補正手段８を設ける。
これにより、像歪を抑えた高精度の露光が可能となる。
【００３７】
また、スリット偏向器２５及びスリット偏向振り戻し偏向器２７の削除とマスク偏向器５，７の移動により生じた空間の残りの部分に第１ブランキング偏向手段９を追加して配置して、第３マスク偏向器１３の下部に配置した第２ブランキング偏向手段１５と共にブランキング偏向を行うようにすることによって、あたかもステンシルマスク１２部分でブランキング偏向を行ったようにすることができる。
【００３８】
この様子を図３を参照して説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）参照
図３（ａ）の状態にある電子ビームに、図３（ｂ）に示すようにステンシルマスク部分以外に設けた１段のブランキング偏向手段のみでブランキング偏向を行った場合には、ブランキングをかけた瞬間に試料上のスリット像が移動し、ブランキングが完全にかかるまでにスリット像のズレが露光され、高感度レジストを使用した場合、このスリット像のズレが露光パターンとなり露光精度が悪化する。
【００３９】
図３（ｃ）参照
本発明のようにブランキング偏向手段を２段とすることによって、あたかもステンシルマスク部分で偏向がかかるようになり、ステンシルマスク上でスリット像は収斂しているので、どの様に偏向しても電磁レンズの振り戻し作用によって試料上の同じ位置に収斂することになり、ブランキングをかけた瞬間にも試料上のスリット像が移動することがなく、スリット像のズレによる露光精度の悪化を防止することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、高速のマスク偏向器を用いることができるのでスループットを向上させることができ、また、非点収差補正手段、像歪補正手段、及び、２段のブランキング偏向手段を設けているので露光精度を高精度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるブロック露光方式に用いる電子ビーム露光装置の概念的構成図である。
【図２】本発明の実施例の電子ビーム露光装置に用いるポールピースの概略的構成図である。
【図３】本発明の実施例におけるブランキング偏向の際のスリット像の移動の説明図である。
【図４】従来のブロック露光方式に用いている電子ビーム露光装置の概念的構成図である。
【符号の説明】
１  電子銃
２  電磁レンズ（Ｌ１ａ）
３  スリット
４  電磁レンズ（Ｌ１ｂ）
５  第１マスク偏向器
６  第１クロスオーバ
７  第２マスク偏向器
８  像歪補正手段
９  第１ブランキング偏向手段
１０  非点収差補正手段
１１  電磁レンズ（Ｌ２ａ）
１２  ステンシルマスク
１３  第３マスク偏向器
１４  電磁レンズ（Ｌ２ｂ）
１５  第２ブランキング偏向手段
１６  第４マスク偏向器
１７  電磁レンズ（Ｌ３ａ）
１８  第２クロスオーバ
１９  電磁レンズ（Ｌ３ｂ）
２０  絞りアパーチャ
２１  電磁レンズ（Ｌ４）
２２  電磁レンズ（Ｌ５）
２３  第１アライメントコイル（ＡＬ１ａ）
２４  第１アライメントコイル（ＡＬ１ｂ）
２５  スリット偏向器
２６  第２アライメントコイル（ＡＬ２）
２７  スリット偏向振り戻し偏向器
２８  マスクスティグ・フォーカスコイル
２９  ブランキング偏向手段
３０  第３アライメントコイル（ＡＬ３）
３１  第４アライメントコイル（ＡＬ４）
３２  リフォーカスコイル
３３  副偏向器
３４  コイル
３５  ポールピース
３６  ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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