(57)【要約】【課題】露光中のマスクの歪みや変形を低減した転写式の電子ビーム露光装置の実現。【解決手段】露光するパターンに対応する開口を有するマスク３０と、マスクのパターン範囲３３より小さな電子ビーム１５を出力する電子ビーム源１４，１８と、電子ビームでマスクを走査するマスク走査機構２０，５０とを備え、マスクを通過して整形された電子ビームを試料４０に照射する電子ビーム露光装置において、マスク走査機構は、連続した２回の端から端までの走査が隣接しないように走査する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光するパターンに対応する開口を有するマスクと、
前記マスクのパターン範囲より小さな電子ビームを出力する電子ビーム源と、
前記電子ビームで前記マスクを走査するマスク走査機構とを備え、
前記マスクを通過して前記パターンに整形された前記電子ビームを試料に照射して前記試料に前記パターンを露光する電子ビーム露光装置において、
前記マスク走査機構は、連続した２回の端から端までの走査が隣接しないように走査することを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子ビーム露光装置であって、
連続した２回の走査が、走査範囲の長さの略半分離れている電子ビーム露光装置。
【請求項３】
露光するパターンに対応する開口を有するマスクと、
前記マスクのパターン範囲より小さな電子ビームを出力する電子ビーム源と、
前記電子ビームで前記マスクを走査するマスク走査機構とを備え、
前記マスクを通過して前記パターンに整形された前記電子ビームを試料に照射して前記試料に前記パターンを露光する電子ビーム露光装置において、
前記マスク走査機構は、端から端までの走査線が走査範囲の中心に対して略対称の順番になるように走査することを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子ビーム露光装置であって、
走査線の順番は、走査範囲の中心から周辺に向かう方向である電子ビーム露光装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電子ビーム露光装置であって、
走査線の順番は、走査範囲の周辺から中心に向かう方向である電子ビーム露光装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電子ビーム露光装置であって、
連続した２回の走査は、走査方向が逆方向である電子ビーム露光装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電子ビーム露光装置であって、
連続した２回の走査は、走査方向が同方向である電子ビーム露光装置。
【請求項８】
露光するパターンに対応する開口を有するマスクと、
前記マスクのパターン範囲より小さな電子ビームを出力する電子ビーム源と、
前記電子ビームで前記マスクを走査するマスク走査機構とを備え、
前記マスクを通過して前記パターンに整形された前記電子ビームを試料に照射して前記試料に前記パターンを露光する電子ビーム露光装置において、
前記マスク走査機構は、前記電子ビームで前記マスクを走査する時に、前記マスクの中心から周辺に又は周辺から中心に向かって渦巻き状に走査することを特徴とする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、露光するパターンに対応する開口を有するマスクを通過した電子ビームを試料（ウエハ）に照射する電子ビーム露光装置に関し、特にマスクに照射する電子ビームがマスクのパターンより小さく、電子ビームを走査することにより全パターンを露光する電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の集積度は微細加工技術により規定されており、微細加工技術には一層の高性能が要求されている。特に、露光技術においては、ステッパなどに用いられるフォトリソグラフィの技術的な限界が予想されており、一層の微細化を難しくしている。この限界を打ち破る技術として電子ビーム露光技術が注目されている。
【０００３】
電子ビーム露光装置には、一筆書き方式、可変矩形方式、ブロックマスク方式など各種の方式があるが、いずれの電子ビーム露光装置も高解像の微細なパターンを露光することができるが、スループットが小さいという問題があった。そこで、１チップ（ダイ）又は複数チップの大きさのパターンに対応する開口パターンを有するマスクを作成し、マスクを通過して整形された電子ビームをウエハに照射することにより、１回の露光で１チップ又は複数チップのパターンを露光できる方式が試みられている。ここではこの方式の電子ビーム露光装置を転写方式の電子ビーム露光装置と呼ぶ。なお、上記のような１チップ又は複数チップのパターンを有するマスクではなく、１チップのパターンを数分の１から数十分の１の大きさの子パターンに分割し、各子パターンを有する複数種類のマスクを作成し、各子マスクを通過した電子ビームパターンをつなぎ合わせて１チップのパターンを露光する方式もあり、このような方式も転写方式に含まれるものとする。更に、転写方式の電子ビーム露光装置では環状のパターンは１個のマスクでは露光できないので、環状のパターンを露光するには２個以上のマスクを用いる必要がある。更に、後述するようにマスクのパターン部分は非常に薄くする必要があり、マスクの１チップのパターン全域をこのように薄くするのは難しいので、独立した複数のパターン領域を有し、パターン領域以外の部分は厚いリブを有する３個以上のマスクを用意し、各マスクのパターン領域のパターンを組み合わせることにより１個のチップのパターンが形成できるようにすることも考えられるが、この方式も転写方式に含まれるものとする。
【０００４】
転写方式の電子ビーム露光装置には、米国特許５８３１２７２号（日本特許第２９５１９４７号）に開示された、露光するパターンと同じ大きさのパターンを有するマスクをウエハに近接して配置し、電子ビームをマスクに照射してマスクの開口を通過した電子ビームパターンをそのままウエハに露光する近接露光方式と、露光するパターンの数倍（等倍の場合を含む）の大きさのパターンを有するマスクを配置し、電子ビームをマスクに照射してマスクの開口を通過した電子ビームパターンを電磁レンズなどで所定の倍率に縮小してウエハ上に投影する投影方式がある。
【０００５】
図１は、転写方式の電子ビーム露光装置の構成例を示す図であり、（Ａ）は近接露光方式の電子ビーム露光装置を、（Ｂ）は投影方式の電子ビーム露光装置を示し、（Ｂ）は電子光学鏡筒（コラム）とウエハの部分のみを示す。
【０００６】
図１の（Ａ）に示すように、近接露光方式の電子ビーム露光装置は、コラム１０と真空チャンバ８とを備え、両方の内部は真空状態である。コラム１０は、電子ビームを発生する電子ビーム源（電子銃）１４と、電子ビーム１５を平行ビームにするレンズ１８と、主偏向器２０と、副偏向器２１とを有する。真空チャンバ８は、マスク３０を保持して移動するマスクステージ３６と、ウエハ４０を保持して移動するウエハステージ４４とを有する。
【０００７】
図２は、マスク３０の構造を示す図である。図示のように、マスク３０は、円環状のベース３１と、ベース３１に貼り付けられたマスク基板３２とを有する。マスク基板３２の中央の参照番号３３で示す部分がパターン領域であり、開口が設けられている。例えば、開口の線幅が０．１μｍであれば、パターン領域の厚さは０．５μｍ程度であることが必要である。パターン領域の表面には周辺部に向かって引っ張る力が働く膜が形成され、その膜がパターン領域を平面に保持する。しかし、パターン領域が大きさになるとそれだけでは平面に保持するのが難しい。そこで、パターン領域にマスク基板３２と同じ厚さのリブを設け、リブの間をパターン領域とする。このようなマスクを３個以上用意し、各マスクのパターン領域を組み合わせて全パターン領域のパターンが得られるようにすることが考えられる。これであれば、約３個のマスクを使用して露光を行えば、１チップの全パターンが約３回の露光で得られる。
【０００８】
図１に戻り、マスク基板３２はウエハ４０の表面に非常に引接して、例えば、５０μｍ程度の間隔で配置される。
【０００９】
図１の（Ｂ）に示すように、投影方式の電子ビーム露光装置は、電子ビームを発生する電子ビーム源（電子銃）１４と、電子ビーム１５を平行ビームにするレンズ１８と、主偏向器２０と、マスク６０と、マスクを通過した電子ビームをウエハステージ４４に保持されたウエハ上に投影する投影レンズ７０とを有する。マスク６０を保持して移動するマスクステージ３６も設けられるが、ここでは省略している。
【００１０】
近接露光方式と投影方式の電子ビーム露光装置では、マスクに平行な電子ビームを照射し、マスクの開口を通過した整形された電子ビームをウエハに照射して露光を行う。均一な露光を行うためには、マスクの全パターン領域に渡って一様な強度の電子ビームを照射する必要がある。電子ビームに強度むらがあると、露光パターンに強度むらが生じる。しかし、１０ｍｍ×１０ｍｍの１チップのパターンを１個のマスクで露光する場合、近接露光方式ではマスクのパターン領域は１０ｍｍ×１０ｍｍであり、１／４縮小の投影式ではマスクのパターン領域は４０ｍｍ×４０ｍｍになる。このようなパターン領域を一様な強度でカバーする電子ビームを生成するのは非常に難しい。そこで、図３の（Ａ）に示すように、小さな平行電子ビーム１５でパターン領域３３を走査して全パターン領域３３を露光することが行われる。この例では、一方向に走査した後、隣接する走査線の間隔Ｐだけ走査位置をずらした後逆方向に走査する動作を繰り返す。図１の主偏向器２０、５０は、平行電子ビーム１５を走査するための偏向器であり、電子ビームを一旦偏向した後、同じ量だけ振り戻すことにより電子ビームはマスクに垂直に入射しながら走査される。
【００１１】
更に、図３の（Ｂ）に示すように、走査のピッチＰを平行電子ビーム１５の大きさに比べて十分に小さくすることにより、露光強度は平均化されるため露光むらが低減できる。これにより走査回数は増加するが、電子ビームの走査は高速に行うことが可能であり、走査回数の増加による露光時間の増加の影響は小さい。
【００１２】
しかし、走査位置を大きく変えると走査位置が整定されるまでの時間が長くなるので、これまでは、図３に示すように、左から右に走査した後は逆方向に右から左に走査するようにしている。
【００１３】
【特許文献１】
特許第２９５１９４７号（全体）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
電子ビームは電子の流れであり、電子ビームが絶縁性の表面に照射されると表面に電荷が蓄積され、電界を発生する。電子ビームは、電界に影響されるので、電子ビームの経路付近に不用な電界が発生するのは好ましくなく、マスクは少なくとも表面が導電性の材料で作られ、その部分は接地される。従って、マスクに照射された電子ビームのうち開口以外の部分に入射した電子ビームは電流となってマスクを流れ、熱を発生させる。発生する熱は、電子ビームの電流量が大きいほど、マスクの電気抵抗が大きいほど大きくなる。
【００１５】
上記のようにマスクは非常に薄い膜であり、少しの熱でも膨張し、熱が局部的に発生するとその部分と周辺部の温度勾配が大きくなり、マスクの歪みや変形を生じる。特に、線幅が一層小さくなった場合には、その分マスクのパターン領域の厚さも薄くなり、電気抵抗が大きくなると共に、熱容量も小さくなるので、電子ビームによる発熱の影響が大きくなる。米国特許５８３１２７２号（日本特許第２９５１９４７号）に開示された電子ビーム露光方法は、電子ビームの電流量が非常に小さいことを特徴とするが、少量の発熱は避けられない。
【００１６】
上記のように、現状のマスクの走査は、図３のように一方向の走査後、所定ピッチ垂直な方向にシフトした後、逆方向に走査し、以下同様の動作を繰り返していた。電子ビームの照射によるマスクでの発熱は走査位置に応じて発生するので、図３のような走査を行う場合、上辺で熱が発生し、発熱位置が徐々に下側に移動することになる。そのため、上辺と下辺の間で温度勾配が生じてマスクに歪みが生じる。また、図３の走査では、隣接する走査の走査方向は逆であり、前の走査の終わりの部分は次の走査の始めの部分に隣接しており、その部分の発熱が短時間ではあるが大きくなるので、同様に歪みを生じる。
【００１７】
いずれにしろ、従来の転写式の電子ビーム露光装置におけるマスクの走査順は、走査の効率（整定時間）のみを考慮し、走査による局部的な発熱の影響は考慮していなかった。しかし、微細なパターンを露光するための薄いマスクではこの発熱の影響は無視できないことが分かった。今後一層の微細化が進めば、この問題は一層大きな問題になると予想される。
【００１８】
本発明は、転写式の電子ビーム露光装置における電子ビームによるマスクの走査に起因する発熱の問題を解決することを目的とし、露光中のマスクの歪みや変形を低減した転写式の電子ビーム露光装置の実現を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の電子ビーム露光装置は、電子ビームによるマスクの走査順を、マスクの変形及び歪みが小さくなるように設定することを特徴とする。
【００２０】
マスクの変形及び歪みが小さい走査順は、実際にはマスクの形状や開口パターンなどにより異なると考えられるが、一般的には、
（１）短時間に局部的に大きな熱が発生しないように、熱の発生位置ができるだけ分散しており、
（２）マスクの表面には、マスクを平面に保持するために、周辺に引っ張る応力が働く膜が形成される。そのため、マスクのパターン領域の周辺から引っ張る力が働いており、熱の発生箇所が周辺に対してできるだけ対称である、
ことが望ましいと考えられる。
【００２１】
（１）の条件を満たすには、連続した２回の端から端までの走査が隣接しないようにすることが考えられる。全走査に渡って連続した２回の走査をできるだけ離すには、連続した２回の走査が、走査範囲の長さの略半分離れているようにする。
【００２２】
（２）の条件を満たすには、端から端までの走査線が走査範囲の中心に対して略対称の順番になるように走査するか、マスクの中心から周辺に又は周辺から中心に向かって渦巻き状に走査するようにする。
【００２３】
本発明によれば、露光中のマスクの変形や歪みが低減される。更に、これまではマスクの変形や歪みが生じないように電子ビームの強度を設定してきたが、本発明によりマスクの変形や歪みが低減できるので、電子ビームの強度を大きくして露光時間を短くしてスループットを向上できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例の転写式の電子ビーム露光装置は、図１の（Ａ）又は（Ｂ）に示したような構成を有する。
【００２５】
図４の（Ａ）は、実施例におけるマスク３３の走査順を示す図であり、図３の（Ａ）に対応する図である。すなわち、隣接する走査線の間隔Ｄがマスク３３に照射する電子ビーム１５の直径より少し小さい場合である。本実施例では、連続した２回の走査はピッチＰだけずれており、ピッチＰは走査範囲の縦方向の長さの略１／２である。より詳しく説明すれば、もっとも上側の走査線を順方向に走査した後、ピッチＰだけ下側にシフトして中央の走査線を逆方向に走査し、次にピッチＰより走査線の間隔だけ少ない長さＰ−Ｄだけ上側にシフトして順方向に走査し、後は上記の動作を繰り返す。左側の番号は走査順を示す。
【００２６】
なお、図４の（Ａ）では、円形の断面を有する電子ビーム１５を示したが、図３の（Ａ）に示すような６角形の場合なども同様である。
【００２７】
図４の（Ｂ）は、図３の（Ａ）の走査に本発明を適用した場合の走査を示す図である。すなわち、隣接する走査線の間隔Ｄがマスク３３に照射する電子ビーム１５の直径より十分に小さい場合である。この例でも、ピッチＰは走査範囲の縦方向の長さの略１／２であり、Ｄが小さい点を除けば、図４の（Ａ）の例と同じである。
【００２８】
発熱によるマスクの変形や歪みの少ない走査順については各種の変形例が考えられる。以下、代表的な例を図５に示す。
【００２９】
図５の（Ａ）は、図４の（Ａ）で走査をすべて順方向とした例である。
【００３０】
図５の（Ｂ）は、インターレース走査の例であり、走査をすべて順方向とする変形例も可能である。更に、図５の（Ｂ）の例では、連続した２回の走査のピッチは隣接する走査線の間隔の２倍である、これを整数倍として３段以上の複数段のインターレース走査とすることも可能である。
【００３１】
図５の（Ａ）と（Ｂ）では、図４の（Ｂ）に示した、隣接する走査線の間隔Ｄを電子ビーム１５の直径より十分に小さくする変形例も可能である。
【００３２】
以上説明した図４の（Ａ）と（Ｂ）及び図５の（Ａ）と（Ｂ）の走査は、連続して行われる２つの走査線が隣接しておらず、熱の発生箇所がマスク上で分散されるため、図３の従来例に比べてマスクの変形及び歪みを低減できる。
【００３３】
図５の（Ｃ）は、マスクのもっとも上側の走査線を走査した後、もっとも下側の走査線を走査し、次に上側から２番目の走査線を走査し、次に下側から２番目の走査線を走査するという具合に、上下の走査線を交互に走査しながら徐々に内側の走査線を走査する。この場合も、中央から徐々に上辺と下辺に向う変形例、走査をすべて順方向とする変形例、及び隣接する走査線の間隔Ｄを電子ビーム１５の直径より十分に小さくする変形例が可能である。
【００３４】
図５の（Ｃ）の走査は、上下対称に行われるため、熱の発生も上下対称となり、その分マスクの変形や歪みを低減できる。
【００３５】
図５の（Ｄ）は、マスクの中心から渦巻き状に周辺に向かって走査する例を示す。この場合も、周辺から中心に向かって渦巻き状に走査する変形例や、シフトのピッチを電子ビーム１５の直径より十分に小さくする変形例が可能である。
【００３６】
図５の（Ｄ）の走査は、中心対称に行われるため、熱の発生も中心対称となり、マスクの周辺から引っ張られる力に対して熱による歪みも中心対称となるので、その分マスクの変形や歪みを低減できる。
【００３７】
図５の（Ｅ）は、図３の従来例において、走査方向を一方向のみとした例であるが、この例でも図３の従来例に比べて走査方向を変える近辺で短時間に隣接することがないのでマスクの変形及び歪みを低減できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、転写式の電子ビーム露光装置において、電子ビームによるマスクの走査をそれに起因する発熱の問題を考慮して決定するので、露光中のマスクの歪みや変形を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の転写式の電子ビーム露光装置の構成を示す図である。
【図２】転写式の電子ビーム露光装置で使用するマスクの例を示す図である。
【図３】電子ビームによるマスクの走査の従来例を示す図である。
【図４】本発明の実施例における電子ビームによるマスクの走査を示す図である。
【図５】本発明の実施例における電子ビームによるマスクの走査の変形例を示す図である。
【符号の説明】
８…真空チャンバ
１０…コラム
１４…電子銃
２０，５０…主偏向器
３０…マスク
４０…試料（ウエハ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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