(57)【要約】【課題】電子線の出射のオン・オフを高速で行なったり、可変成形ビームの寸法変更やキャラクターマスクのキャラクター変更を高速で行なうことができる描画方法を提供する。【解決手段】熱電子放出カソード１から放出された電子線を加速し、正方形の開口４に入射させることにより、電子線を正方形に成形する。この正方形に成形された電子線を、キャラクターマスク９を通すことによりパターン化するとともに、該パターン化された電子線を選択的に出射する。パターン化された電子線を縮小し、位置決めし、対物レンズ１２でフォーカスし、ウェーハ２７上に照射する。対物レンズ１２とウェーハ２７との間で、パターン化された電子線をさらに加速することによって初めて、該電子線に、レジストを透過可能なエネルギーを付与する。【選択図】図１
2006019326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストを塗布されたウェーハに電子線露光によってパターンを形成する方法であって、
ａ）熱電子放出カソードから放出された電子線を加速し、正方形の開口に入射させることにより、電子線を正方形に成形するステップと、
ｂ）この正方形に成形された電子線を、キャラクターマスクを通すことによりパターン化するとともに、該パターン化された電子線を出射するステップと、
ｃ）前記パターン化された電子線を縮小し、位置決めし、対物レンズでフォーカスし、前記ウェーハ上に照射するステップと、
を有し、前記対物レンズと前記ウェーハとの間で、前記パターン化された電子線を、前記レジストを透過可能なエネルギーに加速することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
請求項１において、前記カソードを空間電荷制限条件で動作させることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
請求項１において、前記正方形開口に入射する際および前記パターン化されて出射される際の電子線のエネルギーが、１ないし５ｋｅＶの範囲とされていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項４】
請求項１において、前記対物レンズおよび主偏向器は電磁方式とされ、それ以外のレンズおよび偏向器は静電方式とされていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン形成方法を用いてパターン形成を行なう工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項６】
電子線を用いてパターンを形成する方法であって、
ａ）電子線でパターンを形成する層を決めるステップと、
ｂ）電子線でパターンを形成する前記層について、チップ領域を電子光学系の主視野の寸法と等しいかあるいはそれより小さい幅の複数のストライプに分割するステップと、
ｃ）前記層において前記ストライプの境界線によって分割されるパターンを抽出するステップと、
ｄ）前記分割されるパターンのうち、分割されると問題のあるパターンを抽出するステップと、
ｅ）ストライプの幅を予め決められた範囲で小さな寸法にすることにより前記分割されると問題のあるパターンの数がどれだけ減少するか検討し、予め定めた数以上に減少するなら、その部分のストライプの幅を、電子線でパターンを形成する前記層のすべてにおいてその小さな寸法に決定するステップと、
ｆ）電子線を用い、主視野の寸法が前記決定された小さな寸法のストライプ幅に応じるようにして可変ストライプでパターンを形成するステップと、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項７】
電子線を用いてパターンを形成する方法であって、
ａ）電子線でパターンを形成する層を決めるステップと、
ｂ）電子線でパターンを形成する前記層について、チップ領域を電子光学系の主視野の寸法と等しいかあるいはそれより小さい幅の複数のストライプに分割するステップと、
ｃ）前記層において前記ストライプの境界線によって分割されるパターンを抽出するステップと、
ｄ）前記分割されるパターンのうち、分割されると問題のあるパターンを抽出するステップと、
ｅ）前記ストライプの境界線を凹凸形状にすることによって前記問題のあるパターンが無くなるか検討するステップと、
ｆ）電子光学系の実質的に有効な主視野寸法をＬとした時、前記凹凸形状の境界線を有するストライプの凸部から凸部へと測定した寸法がＬを越えないか検討するステップと、
ｇ）前記ステップｆ）の検討結果が「越えない」であれば、電子線でパターンを形成するすべての層について、各層間でのストライプの境界線間のｘ座標およびｙ座標の差が少なくとも２つの層間で予め決められた値以下となることを条件に、前記ステップｅ）で検討したストライプの境界線の凹凸形状の凹凸の方向を少なくとも２つの層間で一致させるステップと、
ｈ）前記ステップｇ）の結果、境界線で切断される問題パターンが新たに生じないか検討し、生じなかったらそのストライプの境界線の凹凸形状に決定するステップと、
ｉ）前記ステップｈ）で決めた凹凸形状の境界線を有するストライプに従って電子線描画によりパターン形成するステップと、
を有するパターン形成方法。
【請求項８】
電子線を用いてパターンを形成する方法であって、
ａ）電子線を用いてパターンを形成する層について複数のストライプに分割するステップと、
ｂ）ストライプの境界線で分割されるパターンを抽出するステップと、
ｃ）分割されるパターンのうち、分割されると問題のあるパターンを抽出するステップと、
ｄ）ストライプの幅を予め決められた範囲で小さな寸法にすることにより前記問題となるパターンの数がどれだけ減少するか検討し、予め定めた数以上に減少するなら、電子線でパターンを形成する複数の層のうち、層間合せ精度が問題となる層についてはすべて幅を前記小さな寸法にしたストライプとするステップと、
ｅ）前記ステップｄ）の結果、前記問題となるパターンが残った場合には、該問題のあるパターンを分割する境界線を共有する２つの互いに隣接するストライプにおいて重複領域を設け、該重複領域では分割された前記問題のあるパターン内の露光量が各ストライプごとでは中央部側から端にかけて段階的に減少し、しかも双方のストライプにおける合計の露光量は他のパターンにおける露光量と同一になるよう、２重露光を行なうステップと、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれかにおいて、前記パターンの形成は、ＬａＢ６カソードを空間電荷制限条件で動作させるようになされた電子線装置によって行われ、ウェーハへのランディングエネルギーは３ＫｅＶ以下とされ、パターンのセル部はキャラクタープロジェクション方式でパターン形成を行ない、その他の部分は可変成形方式でパターン形成を行ない、キャラクターマスクからウェーハ間距離は３０ｃｍ以下とすることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかの方法を用いてパターン形成を行なうことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１１】
電子線を細く絞ってマスク上を走査し、且つ、マスクの光軸近傍に反応性ガスを満たし、マスクの選択的なエッチングまたは堆積を行なうマスクリペア方法であって、
ａ）マスク面の欠陥場所を含む領域の走査型電子顕微鏡による画像すなわちＳＥＭ画像を得るステップと、
ｂ）欠陥場所を特定し、電子線で走査を行なう領域を決めるステップと、
ｃ）反応性ガスをマスクの光軸近傍に満たし、前記ステップｂ）で決めた領域を電子線で走査するステップと、
ｄ）欠陥場所を含む、前記ステップｃ）で走査した領域より広い領域を電子線で走査し、二次元画像を得るステップと、
ｅ）前記ステップｄ）で得た画像からリペアが終了したか否かを判断するステップと、
を備えることを特徴とするマスクリペア方法。
【請求項１２】
請求項１１において、前記ＳＥＭ像を得る時、二次電子と気体との衝突により起こる二次電子増倍で生じた電子を電極に吸収することによる二次電子信号を用いることを特徴とするマスクリペア方法。
【請求項１３】
請求項１１において、前記ＳＥＭ像を得る時、マスクと圧力制御開口とに形成される電界で二次電子を加速・集束させ、前記開口を通過させ、Ｅ×Ｂ分離器で二次電子検出器の方向に偏向させ、二次電子検出を行なった信号を用いることを特徴とするマスクリペア方法。
【請求項１４】
請求項１において、前記リペアを行なう時と上記ＳＥＭ像を得る時とでマスク上のガスの圧力または種類を変更することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４のいずれかに記載の方法を用いて修正を行なったマスクを用いてリソグラフィを行なうことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハ等に直接ＩＣパターン等を高精度で形成するパターン形成方法、最小線幅が０．１μｍ以下のパターンを電子線描画によって形成する方法、および、最小線幅０．１μｍ以下のパターンを形成するリソグラフィに用いられるマスクの修正（リペア）方法に関し、さらに、これらのパターン形成方法を用いてデバイスを製造する方法、および、上記の方法で修正したマスクを用いたデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願の第１発明に関して言えば、ウェーハに直接描画を行なう方法（直描方法）には、従来、５０ｋｅＶ以上のビームエネルギーを利用する方法と、５ｋｅＶ以下のビームエネルギーを利用する方法とがあった。
【０００３】
５０ｋｅＶ以上の加速電圧を使う直描方法では、装置が大がかりになり、また、スループットが低いのでコストオブオーナー（ＣＯＯ）が大きいという問題があった。また、５ｋｅＶ以下のビームエネルギーを使う直描方法では、レジストが高感度であることから、単位面積当りに入射する電子数が少なくてもよく、その場合には、エッジラフネスが大きくなる問題点があった。
【０００４】
本願の第２発明に関して言えば、転写装置のつなぎ精度を向上させるため、主視野、副視野あるいはストライプの境界を凹凸にする方法が提案されている。また、同じく転写装置でつなぎ精度を向上させるため、傾斜接続する方法が提案されている。また、同じく転写装置でエッジラフネスを向上させるため、空間電荷制限条件で電子銃を動作させれば良いとの提案があった。
【０００５】
電子線を用いた転写装置においては、試料上に形成すべきパターンのすべてをマスク上に形成しておく必要があるので、高価なマスクを使用することになるうえ、スループットはＡｒＦやＦ２リソグラフィに比べて大幅に低いという問題点があった。
【０００６】
本願の第３発明に関して言えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に設けたノズルから、電子線が照射されるマスク面に反応性気体を吹き付けてマスクのリペアを行なう装置が知られている。
【０００７】
上記のリペア装置では、リペアが終了したことを検出する手段が満足のゆくものではなかった。即ち、リペアが終了したか否かを見るために加工個所より広い領域を走査してＳＥＭ像を得る時、この走査によって、加工したくない領域も削られてクロム層が薄くなったり、透明領域にクロムが薄く堆積されてしまうという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願の第１発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電子線の出射のオン・オフを高速で行なったり、可変成形ビームの寸法変更やキャラクターマスクのキャラクター変更を高速で行なうことができ、しかも、ウェーハ上の単層レジストの厚み方向全体を貫通して該レジストを感光可能なエネルギーを電子線に付与することのできる描画方法を提供し、さらにそのような方法を用いてデバイスを歩留まり良く製造する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本願の第２発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、繰り返しの多いパターンのみをマスクで作り、実質的にはマスクレスで描画が行なえ、ストライプつなぎもあまり悪くないパターン形成方法と、エッジラフネスが良いパターンを形成する方法とを提供し、さらにそのような方法を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本願の第３発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、リペアが終了したか否かを観察する時、不必要なパターン削除やクロムの堆積が生じないリペア方法を得ることを目的とし、さらにそのような方法で修正したマスクを用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の第１発明によれば、
レジストを塗布されたウェーハに電子線露光によってパターンを形成する方法であって、
ａ）熱電子放出カソードから放出された電子線を加速し、正方形の開口に入射させることにより、電子線を正方形に成形するステップと、
ｂ）この正方形に成形された電子線を、キャラクターマスクを通すことによりパターン化するとともに、該パターン化された電子線を出射するステップと、
ｃ）前記パターン化された電子線を縮小し、位置決めし、対物レンズでフォーカスし、前記ウェーハ上に照射するステップと、
を有し、前記対物レンズと前記ウェーハとの間で、前記パターン化された電子線を、前記レジストを透過可能なエネルギーに加速することを特徴とするパターン形成方法が提供される。
【００１２】
本願の第１発明の１番目に記載したパターン形成方法において、前記カソードを空間電荷制限条件で動作させることができる。
本願の第１発明の１番目に記載したパターン形成方法において、前記正方形開口に入射する際および前記パターン化されて出射される際の電子線のエネルギーを、１ないし５ｋｅＶの範囲とすることができる。
【００１３】
本願の第１発明の１番目に記載したパターン形成方法において、前記対物レンズおよび主偏向器を電磁方式とし、それ以外のレンズおよび偏向器を静電方式とすることができる。
【００１４】
さらに本願の第１発明によれば、上述したいずれかのパターン形成方法を用いてパターン形成を行なう工程を有することを特徴とするデバイス製造方法が提供される。
本願の第２発明によれば、
電子線を用いてパターンを形成する方法であって、
ａ）電子線でパターンを形成する層を決めるステップと、
ｂ）電子線でパターンを形成する前記層について、チップ領域を電子光学系の主視野の寸法と等しいかあるいはそれより小さい幅の複数のストライプに分割するステップと、
ｃ）前記層において前記ストライプの境界線によって分割されるパターンを抽出するステップと、
ｄ）前記分割されるパターンのうち、分割されると問題のあるパターンを抽出するステップと、
ｅ）ストライプの幅を予め決められた範囲で小さな寸法にすることにより前記分割されると問題のあるパターンの数がどれだけ減少するか検討し、予め定めた数以上に減少するなら、その部分のストライプの幅を、電子線でパターンを形成する前記層のすべてにおいてその小さな寸法に決定するステップと、
ｆ）電子線を用い、主視野の寸法が前記決定された小さな寸法のストライプ幅に応じるようにして可変ストライプでパターンを形成するステップと、
を有することを特徴とするパターン形成方法が提供される。
【００１５】
本願の第２発明によればまた、
電子線を用いてパターンを形成する方法であって、
ａ）電子線でパターンを形成する層を決めるステップと、
ｂ）電子線でパターンを形成する前記層について、チップ領域を電子光学系の主視野の寸法と等しいかあるいはそれより小さい幅の複数のストライプに分割するステップと、
ｃ）前記層において前記ストライプの境界線によって分割されるパターンを抽出するステップと、
ｄ）前記分割されるパターンのうち、分割されると問題のあるパターンを抽出するステップと、
ｅ）前記ストライプの境界線を凹凸形状にすることによって前記問題のあるパターンが無くなるか検討するステップと、
ｆ）電子光学系の実質的に有効な主視野寸法をＬとした時、前記凹凸形状の境界線を有するストライプの凸部から凸部へと測定した寸法がＬを越えないか検討するステップと、
ｇ）前記ステップｆ）の検討結果が「越えない」であれば、電子線でパターンを形成するすべての層について、各層間でのストライプの境界線間のｘ座標およびｙ座標の差が少なくとも２つの層間で予め決められた値以下となることを条件に、前記ステップｅ）で検討したストライプの境界線の凹凸形状の凹凸の方向を少なくとも２つの層間で一致させるステップと、
ｈ）前記ステップｇ）の結果、境界線で切断される問題パターンが新たに生じないか検討し、生じなかったらそのストライプの境界線の凹凸形状に決定するステップと、
ｉ）前記ステップｈ）で決めた凹凸形状の境界線を有するストライプに従って電子線描画によりパターン形成するステップと、
を有するパターン形成方法も提供される。
【００１６】
本願の第２発明によればさらに、
電子線を用いてパターンを形成する方法であって、
ａ）電子線を用いてパターンを形成する層について複数のストライプに分割するステップと、
ｂ）ストライプの境界線で分割されるパターンを抽出するステップと、
ｃ）分割されるパターンのうち、分割されると問題のあるパターンを抽出するステップと、
ｄ）ストライプの幅を予め決められた範囲で小さな寸法にすることにより前記問題となるパターンの数がどれだけ減少するか検討し、予め定めた数以上に減少するなら、電子線でパターンを形成する複数の層のうち、層間合せ精度が問題となる層についてはすべて幅を前記小さな寸法にしたストライプとするステップと、
ｅ）前記ステップｄ）の結果、前記問題となるパターンが残った場合には、該問題のあるパターンを分割する境界線を共有する２つの互いに隣接するストライプにおいて重複領域を設け、該重複領域では分割された前記問題のあるパターン内の露光量が各ストライプごとでは中央部側から端にかけて段階的に減少し、しかも双方のストライプにおける合計の露光量は他のパターンにおける露光量と同一になるよう、２重露光を行なうステップと、
を有することを特徴とするパターン形成方法も提供される。
【００１７】
本願の第２発明の１番目ないし３番目のいずれかに記載したパターン形成方法において、前記パターンの形成は、ＬａＢ６カソードを空間電荷制限条件で動作させるようになされた電子線装置によって行ない、ウェーハへのランディングエネルギーは３ＫｅＶ以下とし、パターンのセル部はキャラクタープロジェクション方式でパターン形成を行ない、その他の部分は可変成形方式でパターン形成を行ない、キャラクターマスクからウェーハ間距離は３０ｃｍ以下とすることができる。
【００１８】
さらに本願の第２発明によれば、上述したいずれかのパターン形成方法を用いてパターン形成を行なうことを特徴とするデバイス製造方法も提供される。
本願の第３発明によれば、
電子線を細く絞ってマスク上を走査し、且つ、マスクの光軸近傍に反応性ガスを満たし、マスクの選択的なエッチングまたは堆積を行なうマスクリペア方法であって、
ａ）マスク面の欠陥場所を含む領域の走査型電子顕微鏡による画像すなわちＳＥＭ画像を得るステップと、
ｂ）欠陥場所を特定し、電子線で走査を行なう領域を決めるステップと、
ｃ）反応性ガスをマスクの光軸近傍に満たし、前記ステップｂ）で決めた領域を電子線で走査するステップと、
ｄ）欠陥場所を含む、前記ステップｃ）で走査した領域より広い領域を電子線で走査し、二次元画像を得るステップと、
ｅ）前記ステップｄ）で得た画像からリペアが終了したか否かを判断するステップと、
を備えることを特徴とするマスクリペア方法が提供される。
【００１９】
本願の第３発明の１番目に記載したリペア方法において、前記ＳＥＭ像を得る時、二次電子と気体との衝突により起こる二次電子増倍で生じた電子を電極に吸収することによる二次電子信号を用いることができる。
【００２０】
本願の第３発明の１番目に記載したリペア方法において、前記ＳＥＭ像を得る時、マスクと圧力制御開口とに形成される電界で二次電子を加速・集束させ、前記開口を通過させ、Ｅ×Ｂ分離器で二次電子検出器の方向に偏向させ、二次電子検出を行なった信号を用いることができる。
【００２１】
本願の第３発明の１番目に記載したリペア方法において、前記リペアを行なう時と上記ＳＥＭ像を得る時とでマスク上のガスの圧力または種類を変更することができる。
さらに本願の第３発明によれば、上述したいずれかに記載の方法を用いて修正を行なったマスクを用いてリソグラフィを行なうことを特徴とするデバイス製造方法も提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本願の第１発明の実施形態について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明のパターン形成方法で用いられる装置の概略図である。電子銃は、ＬａＢ６カソード１、ウェーネルト２およびアノード３から構成される。カソード１を空間電荷制限条件で動作させることにより、ショット雑音を小さくすることができ、１μｃ／ｃｍ２程度の低ドーズでパターン形成してもエッジラフネスは小さくすることができる。電子銃から放出された電子線は２．５ｋｅＶに加速され、正方形のビーム成形開口４を照射する。この開口４で正方形に成形されたビームは、成形レンズ５および６によってキャラクターマスク９に結像される。レンズ５とレンズ６との中間点にクロスオーバが形成され、その位置に偏向器７が設けられる。偏向器７は、キャラクターマスク９のキャラクターを切換えたり、可変成形ビームの寸法を変更したりする。また、電子線の出射（通過）を高速でオン・オフするブランキング偏向器８は、クロスオーバから離れた上流側の位置に設けられている。キャラクターマスク９でパターン化されたビームは、ＮＡ開口１０で収差が仕様値を満たすように制限され、縮小レンズ１１と対物レンズ１２とで規定の縮小率に縮小され、位置決めされ、ウェーハ２７上に合焦される。ここでウェーハ２７には＋１２．５ｋｅＶの正の高電圧が印加されているので、カソード電圧−２．５ｋｅＶとの差＋１５ｋｅＶのエネルギーをもって電子線がウェーハ２７を照射することになる。このエネルギをもつ電子線は、単層レジストの厚み５００ｎｍの全体を透過して該レジストを感光させることができるので、単層レジストの使用が可能である。レジストの厚みが変れば、それに応じた最適のビームエネルギとなるように、高圧電源２６を調整することができる。走査視野のｘ方向寸法は１ｍｍである。４段の電磁偏向器１３、１４、１５、１６と電磁レンズ１２の磁場とを重畳させ、収差補正を行なうことによって、ウェーハ２７上でのビームエッジ分解能０．０５μｍを得ている。副視野５０μｍ角内でのビーム位置は、電磁偏向器の内部に設けた静電偏向器２８、２９を用いて高速で変化させることができる。この偏向器２８、２９は、うず電流の発生を防ぐため、セラミックの本体の表面に電極のための金属を部分的にコーティングすることによって作られている。ウェーハ２７は、静電チャック２２によって平坦状態にチャックされている。ｙステージ２４が一方向に連続移動するとともに、ｘステージ２５がストライプを移動するステップ移動を行ないながら、描画が実行される。ウェーハ２７に１２．５ｋｅＶの正電圧が印加される場合、静電チャック電極２３には約１０ＫｅＶの正の高電圧が印加される。ウェーハ２７には、急激に高電圧が印加されると素子破壊を起す層もあるので、電源２６、３０を制御して、静電チャック電極２３とウェーハ２７との電圧の差が２．５ｋｅＶを保つようにしながら、ウェーハ２７に印加される電圧が１００Ｖ／ｓｅｃ以下の変化で上昇及び下降するようにする。ウェーハ２７の位置を測定するには、レーザ発振器・受光器１７からの光であってビームスプリッタ１９を通過してレーザ移動鏡２１で反射させた光と、レーザ発振器・受光器１７からの光であってビームスプリッタ１９で分離され反射鏡１８およびレーザ固定鏡２０に送られる。これらの鏡で反射させた２本の光を干渉させ、その強度変化を受光器１７で検出させてウェーハ２７の移動速度を算出する。この速度を積分することによって、ウェーハ２７の位置を算出する。レーザ固定鏡２０は、対物レンズ１２のポールピースに接着されており、鏡筒とウェーハ２７との相対位置が最も正しく測定されるようになされている。
【００２３】
可変成型ビームの寸法を変えたり、キャラクターマスク上のキャラクターを選択したり、ブランキングを行なったりする時のビームエネルギーは、２．５ｋｅＶと小さいので、電子線を高速で制御することが容易である。一方、ウェーハに加速電圧を印加することによりランディングエネルギを１５ｋｅＶと高めることができるので、ビームは単層レジストの厚み全体を透過して該レジストを感光させることができる。したがって、スループットが向上し、コストオブオーナーを小さくすることができる。
【００２４】
このように本願の第１発明のパターン形成方法によれば、上流段階では電子線を高速で容易に制御でき、一方、電子線がウェーハに照射される前の段階では電子線を加速して大きなエネルギをもたせるので、ウェーハ上に単層レジストを使用することができる。しかも、対物レンズ以外のレンズは、エネルギーが小さい電子線を扱うことになるので静電レンズが使え、小型・低価格の電子光学系を作ることができる。
【００２５】
次に、本願の第２発明について、図２ないし図５を参照しながら説明する。図２は本願の第２発明のパターン形成方法で使われる電子光学系である。電子銃は、−２．５ＫＶを印加されるカソード１０１と、ウェーネルト１０２と、アノード１０３とで構成される。カソード１０１はＬａＢ６単結晶で作られる。カソード１０１を空間電荷制限条件で動作させることにより、ショット雑音を、ＺｒＯ／Ｗのショットキーカソードの場合の１／４以下とすることができる。したがって、ドーズを小さくしてパターン形成しても、エッジラフネスを小さく抑えることができる。電子銃から放出された電子線は、正方形の成形開口１０４を通すことにより正方形の像にされる。この像は、レンズ１０５および１０８によってキャラクターマスク１０９に結像される。電子銃が作るクロスオーバは、レンズ１０５によって、キャラクターを選択する偏向器１０７の偏向中心に結像され、さらにレンズ１０８によってＮＡ開口１１１に結像され、さらに縮小レンズ１１２によって対物レンズ１１３の近傍に結像される。
【００２６】
キャラクターマスク１０９の選択や、キャラクターマスクと可変成形ビームとの間の切り換えは、電磁偏向器１０７で行なわれる。可変成形ビームのビーム寸法を変える際には、静電偏向器１０６が使われる。ビームをブランキングするには、ブランキング偏向器１１６と、ブランキング開口としてのＮＡ開口１１１とが使われる。可変成形ビームによる像又はキャラクターマスク１０９による像は、縮小レンズ１１２と対物レンズ１１３とによって、縮小像としてウェーハ１１５に形成される。対物レンズ１１３は電磁レンズとする。対物レンズ１１３と電磁偏向器１１４とで収差低減を行なうことにより、１．６ｍｍ幅を走査できる。副視野内の位置決めには、静電偏向器であるサブフィールド偏向器１１７を用いる。なお、符号１１０は補正用の偏向器を示す。
【００２７】
図３を用いて、本願の第２発明の第１の実施の形態によるパターン形成方法について説明する。図２の装置は、コンタクトホールを形成するときのようにパターン数が小さい場合は、１０枚／Ｈ程度のスループットを実現することができる。しかしながら、多くのパターン数を必要とする層を形成する場合は、図２の装置では３枚／Ｈ程度のスループットしか発揮できないので、これらの層のパターン形成の大部分はＡｒＦリソグラフィで行なわれる。したがってここでは、電子線ではゲート層とコンタクトホール層の２層との合計３層について電子線によるパターン形成が行なわれる場合について述べる。
【００２８】
コンタクトホール層ではストライプの境界線とパターンとが交叉する確率は小さいので、ゲート層でのゲートパターンがストライプの境界線と交叉しないように注意すればよい。この場合、ストライプの幅を１．６ｍｍいっぱいに使わず、たとえば１．５５ｍｍないし１．６ｍｍの間で可変にすれば、凹凸にしなくてもゲートパターンとストライプの境界線との交叉を避けられる。ただし、この場合も、図３に示したようにゲート層１２１で分割されたストライプ、第１コンタクトホール層１２２で分割されたストライプおよび第２コンタクトホール層１２３で分割されたストライプにおけるそれぞれのストライプの幅は、３層のいずれにおいても、端から数えて同じ位置にあるストライプは同じ幅を有するようにした。図３において、符号１２４、１２５、１２６はそれぞれ分割されたストライプの境界線を示し、図３で見てパターンの左端から境界線１２４までの距離は、ゲート層１２１、第１コンタクトホール層１２２および第２コンタクトホール層１２３のいずれにおいても等しくなるよう設計されている。そして、これら第１のストライプの幅は、図３で見て右方に順次続く第２、第３、第４のストライプの幅とは異なるようにしてある。
【００２９】
次に図４を用いて本願の第３発明の第２の実施の形態によるパターン形成方法について説明する。
このデバイスでは、ゲート層およびコンタクトホール層の他に、ソース・ドレインを形成する層も電子線でパターン形成される。ソース・ドレインを形成する層においては、パターン寸法は大きいが、接続精度が悪いとトランジスタ特性が悪くなるので、ストライプの境界とパターンとの交叉は避けるようにする。図４は第２の実施の形態でのストライプの境界付近を拡大した図である。実線は、ソース・ドレイン層でのストライプ境界線１３２、１３２’、１３２”、１３２’”と、ソース・ドレイン層でのパターン１３３，１３３’であり、破線はゲート層でのストライプ境界線１３４、１３４’、１３４”、１３４’”とゲート層でのパターン１３５、１３５’、１３５”、１３５’”を示し、一点鎖線はコンタクトホール層でのストライプ境界線１３６、１３６’、１３６”、１３６’”を示す。コンタクトホール層でのパターン１３７は小さいので黒い点で示した。符号１３１で示したのは、電子線装置の電子光学鏡筒の実質的最大視野から決まるソース・ドレイン層でのストライプ幅１．５９ｍｍを採用した場合のストライプ境界線であるが、実線で示すようにストライプ幅を０．５ｍｍくらい小さくした方がストライプ境界線とパターンとの交叉が少なくなる。
【００３０】
さらに、ソース・ドレイン層でのストライプ境界線は、符号１３２で示したように右側へ出張っている。これはパターン１３３との交叉を回避した結果である。そのすぐ下では符号１３２‘で示すようにストライプ境界線は左側へ出張っているが、これは、ゲート層におけるパターン１３５’を回避するためにゲート層のストライプ境界を符号１３４’で示すように左側に出張らせたのに合せたためである。さらにその下では、パターン１３３’を避けるためにソース・ドレイン層でのストライプ境界線が符号１３２”で示すように左側に出張っている。さらにその下では、ソース・ドレイン層でのストライプ境界線は符号１３２’”で示すように右側に出張っている。これは、特に回避すべきパターンは無いが、ゲート層でのストライプ境界線１３４’”がパターン１３５’”を回避するために右側へ出張っているのに合せた結果である。
【００３１】
ゲート層でのストライプの境界線１３４、１３４’、１３４”、１３４’”は、図示するようにソース・ドレイン層でのストライプ１３２、１３２’、１３２”、１３２’”と同じ方向に凹凸形状となっている。
【００３２】
コンタクトホール層でのストライプの境界線１３６、１３６’、１３６”、１３６’”も一点鎖線で示したように他の層でのストライプの境界線と同一方向への凹凸形状とされている。そして３つの層全体において、ストライプの鏡界間のｘ方向およびｙ方向の座標の差は１μｍ以下となるようにした。
【００３３】
ストライプの境界線が図４のように決まる手順をまとめると次のようになる。まず、ゲート層、ソース・ドレインを形成する層、コンタクトホール層における各パターンを電子線で形成し、その他の層におけるパターンをＡｒＦリソグラフィで形成すると決める。次に電子線でパターンを形成する層のストライプの境界線１３１を仮に決める。この仮の境界線１３１と交叉すると問題となるパターン１３３、１３５’、１３３’、１３５”を抽出する。これらのパターンが仮の境界線１３１（破線）に対してはみ出している長さが短い方、左右いずれかへ向けて境界線を凸にする。この時、当然すべてのストライプについて、凸部の境界線から凸部の境界線へと測ったストライプ幅が実質的に有効な主視野幅１．６μｍを超えないようにする。
【００３４】
電子線で描画するすべての層どうしの間でストライプの境界線の凹凸の方向を一致させる。一般には少なくとも２層について一致させれば十分な場合が多い。
凹凸の方向を一致させるのみではなく、各層間でのストライプの境界線間のｘ座標及びｙ座標の差が予め決められた寸法（この場合は１μｍ）以下になるようにする。このようい制限することによって、層間の合せ精度が悪くなることを防止できる。
【００３５】
次に第３の実施の形態について図５で説明する。
この実施の形態ではコンタクトホール層とゲート層とにおいて電子線でパターン形成されるが、層間の合せ精度が悪いとデバイスの性能が悪くなる。そこでこの実施の形態においては、ストライプの境界線を凹凸にする方法ではなく、層間を傾斜接合することでつなぎ精度の問題を解決することにした。
【００３６】
まず、電子光学系の実質的最大視野でパターン領域をストライプに分割すると境界線１４１が定まる。このストライプ境界線１４１だとパターン１４３等がストライプ境界線１４１によって分割されることになる。ストライプつなぎ精度が±２０ｍｍであるとこのパターンは問題が生じる。したがってストライプ幅を０．７ｍｍ小さくし、実線で示すストライプ境界線１４２にするとこのストライプの境界線１４２によって分割されるパターンはパターン１４５だけとなり、大幅に減少することがわかる。
【００３７】
層間の合せ精度が問題となる層のストライプ境界線はすべてストライプ境界線１４２とする。そしてパターン１４５のようにストライプの境界線１４２と交わるパターンがある層については、ストライプに重複領域１６２を設けた。そして重複領域１６２において、パターン１４５を９個の小分割されたパターン１４７ないし１５５に分割する。そして左のストライプ１４６でパターン形成する時の小分割されたパターンのドーズを順に、０．９、０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１とし、ストライプ１５６でパターン形成を行なう際の小分割されたパターンのドーズを順に、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９とし、ストライプ１４６でのドーズとストライプ１５６でのドーズとを合計すると１．０即ち、他のパターンと同じドーズになるようにした。
【００３８】
この結果、つなぎ精度不良の問題は殆どなくなり、層間の合せ精度不足による問題も軽減する。
なお、このようなつなぎ不良対策はストライプつなぎにのみ対応し、サブフィールドあるいは副視野間のつなぎ部分には行なわない。これはサブフィールドつなぎ不良はストライプつなぎに比べて高精度にし易いためで、精度向上で対応すべきであるからである。
【００３９】
このように、本願の第２によれば、層間合せ精度不良を悪化させないでストライプつなぎの問題を改良できる。
次に、本願の第３発明について図６および図７を参照して説明する。図６は本願の第３発明の実施の形態の電子線装置である。タングステン・フィラメントにＺｒＯ／Ｗチップをスポット溶接して形成されたカソード２０１をショットキーシールド２０２にセットしたものが市販されている。アノード２０３について言えば、光軸上には開口がなく、光軸から外れた位置に１００μｍφの開口が設けられている。電磁レンズ２０４によってアノード２０３の開口を通った主光線が縮小レンズ２０５の手前にクロスオーバを作るよう調整される。アノード２０３の開口の縮小像が、レンズ２０４および２０５によって縮小レンズ２０５の下に作られ、さらに対物レンズ２０６によってマスク上に約１／１００の縮小像として形成される。対物レンズ２０６はレンズギャップがマスク側にある電磁レンズで１０ｎｍ程度の収差になり、縮小像寸法１０ｎｍと合せるとビーム径は１４ｎｍ程度になる。
【００４０】
マスク面には、ガス導入口２１０からエッチング用または堆積（デポジション）用のガスあるいは二次電子増倍率の大きいＨ２Ｏガスが導入可能とされている。また、マスク室がこのような反応性ガスで満たされないように差動排気機構が設けられ、それぞれの排気口からロータリーポンプ２１１へ、メカニカルブースターポンプ２１２へ、ＴＭＰポンプ２１３，２１４へと排気可能とされている。
【００４１】
また、鏡筒の方に入ってこようとするこれらのガスの量を減らすため、圧力制限開口兼ＮＡ開口である対物開口２０７を３０μｍφと小さくし、鏡筒の内外を４桁以上の圧力比に保っている。この開口２０７は可動機構２２４でＸＹ方向に微調整可能であり、ＳＥＭ像を見ながら光軸上に正確に調整される。
【００４２】
マスクから放出された二次電子は、Ｈ２Ｏガスまたはその他のガスと衝突して増倍され、開口２０７に吸収されたのち抵抗２１８を通じて電圧に変換され、これが増幅器２１９で増幅されてＣＲＴモニタ２１７の輝度変調へ入力され、ＳＥＭのための二次電子信号となる。これと同時にＣＲＴモニタ２１７には偏向制御電流２１６からの信号も入力され、ＣＲＴモニタ２１７上ではマスクのパターン像２２０を表示することができる。
【００４３】
ＣＲＴモニタ２１７上で黒欠陥２２１の位置を確認したら、これを含む走査領域２２２を決め、塩素系のガスを導入して黒欠陥２２１のリペアを行なう。また、白欠陥２２５がある場合は、タングステン化合物のガス（例えばＷ（ＣＯ））を導入し、領域２２６を走査して堆積を行なう。
【００４４】
以上はクロムを使用した通常のマスク２０９の場合であるが、位相マスクのように材質がＳｉＯ２の場合は、エッチング用としてはＳＦ６や、ＣＦ４等のフッ素を含むガスが用いられ、反対に堆積する場合にはＳｉ化合物（例えば、シラン（ＳｉＨ４）やＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン））を使用する。また、マスクが半透明膜であるモリブデン（Ｍｏ）の場合は、エッチング用には塩素系ガスまたは、フッ素系ガス（ＣＣｌ４−Ｏ２、ＣＦｅ、ＮＦ３等）を使用し、堆積の場合はモリブデン化合物とシリコン化合物との複合ガスを用いる。
【００４５】
開口２０７を通過したガスが電子と衝突してイオンとなり、軌道２２７に沿ってカソード側に向ってくるが、電磁レンズ２０４ではほとんど曲げられないで直進するため、アノード２０３の開口で遮られ、カソード２０１をアタックすることはない。
【００４６】
エッチング時または堆積時に導入するガスの替わりに液体を使用しても良いし、固体を使用しても良い。液体の場合は、スピンコーターあるいはジェットプリンティング機構で吹き付けて塗付した後、修復部分を電子ビームで照射する。固体の場合は、予め超微粒子またはナノ粒子にしたものを散布するか、溶液に混ぜて前記液体と同様の処理を行なう。
【００４７】
二次電子検出の他の実施の形態においては、図７に示したように、ＮＡ開口としての開口２０７に電源２３１から正の電圧を与え、マスク２０９の走査点から放出された二次電子を加速・集束し、開口２０７を通過させ、Ｅ×Ｂ分離器２３４、２３５で軌道２３７を通るようにして二次電子検出器３８の方向へ向け、二次電子検出を行ない、ＳＥＭ画像を得るようにしてもよい。ここでＮＡ開口としての開口２０７に印加される電圧は高過ぎると放電するし、低過ぎると二次電子検出効率が悪くなるので、適切な電圧値を実験的に探す必要がある。さらにＳＥＭ画像を取る時は、ガスの供給を止め、ガスの圧力を小さくしてから開口２０７に電圧を印加するようにしてもよい。
【００４８】
このように、本願の第３発明によれば、ＳＥＭ像を得る時とエッチングまたは堆積を行なう時とでガスの種類を変えるか圧力を変えれば、不必要なエッチングや堆積が十分小さく抑えられる。
【００４９】
次に上述した本願の各発明に係わる半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。
図８は、本発明の半導体デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。
１．ウェーハを製造するウェーハ製造工程（又はウェーハを準備するウェーハ準備工程）４００
２．露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）４０１
３．ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハプロセッシング工程４０２
４．ウェーハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程４０３
５．できたチップを検査するチップ検査工程４０４
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。
【００５０】
これらの主工程の中で、半導体のデバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェーハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウェーハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウェーハプロセッシング工程は以下の各工程を含む。
１．絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
２．この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程
３．薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するためのマスク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程
４．レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）
５．イオン・不純物注入拡散工程
６．レジスト剥離工程
７．さらに加工されたウェーハを検査する検査工程
なお、ウェーハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
【００５１】
図９は、図８のウェーハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャートである。このリソグラフィー工程は以下の工程を含む。
１．前段の工程で回路パターンが形成されたウェーハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程５００
２．レジストを露光する露光工程５０１
３．露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程５０２
４．現像されたレジストパターンを安定化させるためのアニール工程５０３
以上の半導体デバイス製造工程、ウェーハプロセッシング工程、リソグラフィー工程については、周知のものであり、これ以上の説明を要しないであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本願の第１発明によるパターン形成方法で用いられる描画システムの概略図。
【図２】本願の第２発明で使われる電子線装置の概略図。
【図３】本願の第２発明の第１の実施の形態での３つの層での左・上側付近の拡大図。
【図４】本願の第２発明の第２の実施の形態でのストライプの境界線付近の拡大図。
【図５】本願の第２発明の第３の実施の形態でのストライプの境界線付近の拡大図。
【図６】本願の第３発明の第１の実施の形態に用いられるマスクリペア装置の概略図。
【図７】本願の第３発明の第２の実施の形態に用いられるマスクリペア装置の概略図。
【図８】デバイス製造プロセスのフローチャート。
【図９】リソグラフィー工程のフローチャート。
【符号の説明】
【００５３】
１  ＬａＢ６カソード、  ２  ウェーネルト、  ３  アノード、  ４  ビーム成形開口、  ５  成形レンズ（コンデンサレンズ）、  ６  成形レンズ、  ７  成形偏向器、  ８  ブランキング偏向器、  ９  キャラクターマスク、  １０  ＮＡ開口、  １１  縮小レンズ、  １２  対物レンズ、  １３、１４、１５、１６  主偏向器、  １７  レーザ発振器・受光器、  １８    反射鏡、  １９  ビームスプリッタ、  ２０  レーザ固定鏡、  ２１  レーザ移動鏡、  ２２  静電チャック、  ２３  静電チャック電極、  ２４  ｙステージ、  ２５  ｘステージ、  ２６  高圧電源（正電源）、  ２７  ウェーハ、  ２８  静電偏向器、  ２９  静電偏向器、  ３０  電源（チャック電源）、  １０１  カソード、  １０２  ウェーネルト、  １０３  アノード、  １０４  正方形開口、  １０５  レンズ、  １０６  静電偏向器、  １０７  キャラクター選択偏向器、  １０８  レンズ、  １０９  キャラクターマスク、  １１０  補正用偏向器、  １１１  ＮＡ開口、  １１２  縮小レンズ、  １１３  対物レンズ、  １１４  電磁偏向器、  １１５  ウェーハ、  １１６  ブランキング偏向器、  １１７  サブフィールド偏向器、  １２１  ゲート層のストライプ分割、  １２２  第一コンタクトホール層のストライプ分割、  １２３  第２コンタクトホール層のストライプ分割、  １２４、１２５、１２６、１２７  ストライプ境界線、  １３１  Ｅｏの実質的最大視野から決まるストライプ境界線、  １３２  ソース・ドレインパターンを形成する層でのストライプ境界線、  １３３  パターン、  １３４  ゲート層でのストライプ境界線、  １３５  ゲート層でのパターン、  １３６  コンタクトホール層でのストライプ境界線、  １３７  コンタクトホールパターン、１４１  Ｅｏの実質的最大視野から決まるストライプ境界線、  １４２  ストライプ幅を小さくすることによりパターンと交叉の小さくなったストライプ境界線、  １４３  パターン、  １４４  パターン、  １４５  境界線と交叉するパターン、  １４６  左のストライプ、  １５６  右のストライプ、  １４７ないし１５５  小分割されたパターン、  １６２  重複領域（Ｅｏの実質的最大視野＝Ｅｏの最大視野−補正に使われる視野）、  ２０１  電子銃カソード、  ２０２  ショットキーシールド、  ２０３  アノード、  ２０４  コンデンサレンズ、  ２０５  縮小レンズ、  ２０６  対物レンズ、  ２０７  圧力制限開口兼ＮＡ開口、  ２０８  レンズギャップ、  ２０９  マスク、  ２１０  ガス導入口、  ２１１  ロータリーポンプ、  ２１２  メカニカルブースター、  ２１３、２１４  ＴＭＴポンプ、  ２１５  走査用偏向器、  ２１６  走査電源、  ２１７  ＣＲＴモニタ、  ２１８  抵抗、  ２１９  増幅器、  ２２０  パターン像、  ２２１  黒欠陥、  ２２２  欠陥修正時の走査、  ２２３  差動排気のためのガードリング、  ２２４  ＸＹ微動機構、  ２２５  白欠陥、  ２２６  白欠陥修正時の走査領域、  ２３１  正の電源、  ２３２  シール部材、  ２３３  Ｏリング、  ２３４  Ｅ×Ｂ用静電偏向器、  ２３５  Ｅ×Ｂ用電磁偏向器、  ２３６  絶縁スペーサ、２３７  二次電子軌道、  ２３８  二次電子検出器。
【図１】
2006019326.tif 000003
【図２】
2006019326.tif 000004
【図３】
2006019326.tif 000005
【図４】
2006019326.tif 000006
【図５】
2006019326.tif 000007
【図６】
2006019326.tif 000008
【図７】
2006019326.tif 000009
【図８】
2006019326.tif 000010
【図９】
2006019326.tif 000011