(57)【要約】【課題】かぶりによるＣＤの不均一性を改善した荷電粒子ビーム露光方法及び荷電粒子ビーム露光装置を提供する。【解決手段】レチクル１０のサブフィールド列（エレクトリカルストライプ）の露光において、ショットサイクルは一定に保ったまま、ブランキング開口７をコントロールしてショットタイムを変化させて、ウェハ２３上への非パターン化荷電粒子線ドーズ（かぶり）の影響による線幅変動を均一化する。かぶりは、ウェハの中心付近ほど多く、周囲に近くなるほど少ない。そこで、ウェハの周囲のサブフィールドでは、通常の露光時間（ショットタイム）とし、ウェハの中心付近のサブフィールドのショットタイムを、周囲のサブフィールドのショットタイムより短くなるように変化させる。【選択図】      図１
2004158617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板上に転写するパターンを原版上に形成し、
該パターンを、一部の小領域（サブフィールド）毎に、順次荷電粒子ビームを偏向させながら照明し、
該サブフィールドを通過した荷電粒子ビームを、投影光学系を介して、前記感応基板上に順次投影露光させ、
各サブフィールドの像を前記感応基板上で繋ぎ合わせることにより前記パターン全体を転写する方法であって、
一列に配列され、前記荷電粒子ビームの電磁的偏向によって走査露光される前記サブフィールドの列（エレクトリカルストライプ）の露光において、
１つのサブフィールドから次のサブフィールドへと露光を進める時間間隔（ショットサイクル）は一定に保ったまま、
前記感応基板上への非パターン化荷電粒子線ドーズ（かぶり）の影響による線幅変動を均一化すべく、各サブフィールド毎の露光時間（ショットタイム）を変化させることを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項２】
感応基板上に転写するパターンの形成された原版を載置するステージと、
該パターンを、一部の小領域（サブフィールド）毎に、順次荷電粒子ビームを偏向させながら照明する照明光学系と、
該サブフィールドを通過した荷電粒子ビームを、前記感応基板上に順次投影結像させる投影光学系と、
前記感応基板を載置するステージと、
を具備し、
各サブフィールドの像を前記感応基板上で繋ぎ合わせることにより前記パターン全体を転写する露光装置であって、
一列に配列され、前記荷電粒子ビームの電磁的偏向によって走査される前記下部フィールドの列（エレクトリカルストライプ）の露光において、
１つのサブフィールドから次のサブフィールドへと露光を進める時間間隔（ショットサイクル）を一定に保ちつつ、各サブフィールド毎の露光時間（ショットタイム）を変化させるショットタイム変化手段を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電ビームを使用して原版（マスク、レチクル）上の原パターンを感応基板（ウェハ等）上に投影露光する荷電ビーム露光方法及び荷電ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光を例にとって従来技術を説明する。
電子ビーム露光は高精度であるがスループットが低いのが欠点とされており、その欠点を解消すべく様々な技術開発がなされてきた。現在では、セルプロジェクション、キャラクタープロジェクションあるいはブロック露光と呼ばれる図形部分一括露光方式が実用化されている。図形部分一括露光方式では、繰り返し性のある回路小パターン（ウェハ（感応基板）上で５μｍ角程度）を、同様の小パターンが複数種類形成されたレチクルを用いて繰り返し転写露光を行う。しかし、この方式でも、繰り返し性のないパターン部分については可変成形方式の描画をおこなうので、量産用のウェハ露光装置とするにはスループットがまだ低い。
【０００３】
図形部分一括露光方式よりも飛躍的に高スループットをねらう電子ビーム転写露光方式として、一括転写方式が検討されている。これは、１ダイ（チップ）又は複数ダイを一度に露光する方式である。しかし、この方式は、転写のための原版となるレチクルの製作が困難であり、また、１ダイ以上というような大きな光学フィールド内で収差を許容範囲内に抑えることが困難である等の問題がある。
これらの理由から、最近ではこの方式の装置の検討は下火になっている。
【０００４】
そこで、最近良く検討されている方式は、大きな光学フィールドを要する１ダイ又は複数ダイを一度に露光するのではなく、１ダイ全体のパターンを小領域（サブフィールド）に分割して転写露光するという方式である（ここでは、分割転写方式と呼ぶことにする）。この方式においては、分割した小領域毎に、被露光面上に結像される像の焦点やフィールドの歪等の収差等を補正しながら露光する。これにより、一括転写に比べて光学的に広い領域に亘って、解像性及び精度の良い露光を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電子ビームを用いた露光装置においては、ウェハ面上にパターンを露光する際、照射された電子線がウェハ面で反射した反射電子が発生する。この反射電子は、ウェハ面と対向する位置にある投影光学系のレンズの下面の部材などに衝突し、一部は同面で再度反射する。この反射電子は、今度は、ウェハ面上の非露光面を含めた広い範囲に渡って照射される。このようなパターンビームでない電子により露光現象をかぶり（フォギング）といい、本明細書では「非パターン化荷電粒子線ドーズ」という。
【０００６】
パターンが形成されたレチクルがステンシルマスクの場合、マスクの孔開き部が多いサブフィールドほどかぶりが多く発生する。
【０００７】
ウェハ全面にパターンを露光したとき、かぶりは、ウェハの中心付近のサブフィールドほど多く、周囲に近くなるほど少なく発生するという性質をもつ。このようなウェハをレジスト現像すると、ウェハの中心付近で露光ドーズ量が多く、周囲に近いほど露光ドーズ量が少ないのと同じ結果になる。そして、ウェハの中心付近では、ビーム照射部分のパターンの線幅（ＣＤ）が太くなってしまう。これによりウェハの全面内でのＣＤ均一性が悪くなり、最終的に作製されたデバイスの精度が劣化する。
このような現象は、イオンビーム等の他の荷電ビームでも同様である。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、かぶりによるＣＤの不均一性を改善した荷電粒子ビーム露光方法及び荷電粒子ビーム露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の荷電粒子ビーム露光方法は、  感応基板上に転写するパターンを原版上に形成し、  該パターンを、一部の小領域（サブフィールド）毎に、順次荷電粒子ビームを偏向させながら照明し、  該サブフィールドを通過した荷電粒子ビームを、投影光学系を介して、前記感応基板上に順次投影露光させ、  各サブフィールドの像を前記感応基板上で繋ぎ合わせることにより前記パターン全体を転写する方法であって、  一列に配列され、前記荷電粒子ビームの電磁的偏向によって走査露光される前記サブフィールドの列（エレクトリカルストライプ）の露光において、  １つのサブフィールドから次のサブフィールドへと露光を進める時間間隔（ショットサイクル）は一定に保ったまま、前記感応基板上への非パターン化荷電粒子線ドーズ（かぶり）の影響による線幅変動を均一化すべく、各サブフィールド毎の露光時間（ショットタイム）を変化させることを特徴とする。
【００１０】
上述のように、かぶりは、ウェハの中心付近ほど多く、周囲に近くなるほど少ない。そのため、ウェハの中心付近で露光ドーズ量が多く、周囲に近いほど露光ドーズ量が少ないのと同じ結果になる。そこで、ウェハの周囲のサブフィールドでは、通常の露光時間（ショットタイム）とし、ウェハの中心付近のサブフィールドのショットタイムを、周囲のサブフィールドのショットタイムより短くなるように変化させる。すると、ウェハの中心付近での露光ドーズ量が減少し、周囲の露光ドーズ量とほぼ等しくなり、結果として、ウェハ全面でほぼ均一なＣＤ再現性を得ることができる。ショットタイムは、ブランキング開口をコントロールすることで変更できる。
【００１１】
なお、この方法においては、サブフィールドから次のサブフィールドへと露光を進める時間間隔（ショットサイクル）は一定に保っている。ショットサイクルを変更するには、電磁偏向器の周期を変える必要があるが、周期を変えると、偏向器の温度がサブフィールド毎に変化して偏向感度に影響を与え、サブフィールドの露光位置が変化してしまう。このため、本発明においては、ショットタイムのみを変更して、ショットサイクルは一定に保っている。
【００１２】
本発明の荷電粒子ビーム露光装置は、  感応基板上に転写するパターンの形成された原版を載置するステージと、  該パターンを、一部の小領域（サブフィールド）毎に、順次荷電粒子ビームを偏向させながら照明する照明光学系と、  該サブフィールドを通過した荷電粒子ビームを、前記感応基板上に順次投影結像させる投影光学系と、  前記感応基板を載置するステージと、を具備し、  各サブフィールドの像を前記感応基板上で繋ぎ合わせることにより前記パターン全体を転写する露光装置であって、  一列に配列され、前記荷電粒子ビームの電磁的偏向によって走査される前記下部フィールドの列（エレクトリカルストライプ）の露光において、  １つのサブフィールドから次のサブフィールドへと露光を進める時間間隔（ショットサイクル）を一定に保ちつつ、各サブフィールド毎の露光時間（ショットタイム）を変化させるショットタイム変化手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の説明は、分割転写方式の電子線投影露光を例にとって行う。
図１は、分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束されブランキング開口７にクロスオーバーＣ．Ｏ．を結像する。
【００１４】
二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開口）４は、レチクル（マスク）１０の一つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９によってレチクル１０に結像される。
【００１５】
ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、ビームがレチクル１０に当たらないようにする。
ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器（照明光学系の主偏向器）８が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを図２の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、レチクル１０上にビーム成形開口４を結像させる。
【００１６】
レチクル１０は、実際には（図２を参照しつつ後述）光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっている。レチクル１０上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形成されている。もちろん、複数のレチクルに１個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置しても良い。
レチクル１０上のパターンは、多数のサブフィールドに分割されている。
【００１７】
レチクル１０は、移動可能なレチクルステージ１１上に載置されている。このレチクル１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル上の各サブフィールドを照明することができる。
レチクルステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、レチクルステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
【００１８】
レチクル１０の下方には、投影レンズ１５及び１９並びに投影光学系の主偏向器（像位置調整偏向器）１６、マーク走査用偏向器１７が設けられている。主偏向器１６としては、電磁偏向器等を用いることができ、電子線を比較的広い範囲に亘り偏向する。マーク走査用偏向器１７は、この例ではコントラスト開口１８と同じＺ方向位置に置かれている。このマーク走査偏向器１７には、偏向角の比較的小さい静電偏向器や小型の電磁偏向器を用いることができる。ここで、小型の電磁偏向器は、空芯で電磁コイルの巻き数が少なく、ヒステリシスの非常に小さい電磁偏向器が好ましい、マーク走査用偏向器１７は、電子ビームをウェハ２３上で±１０μｍ走査できる程度で高速偏向する。
【００１９】
レチクル１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、主偏向器１６によってウェハ２３上の所定の位置に結像される。投影レンズ１５、１９及び主偏向器１６（像位置調整偏向器）の詳しい作用については、図３を参照して後述する。
【００２０】
レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。コントラスト開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断する。
【００２１】
ウェハ２３は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。上記レチクルステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。
【００２２】
ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。
【００２３】
ウェハ２３の直上には、反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えばレチクル１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、レチクル１０とウェハ２３の相対的位置関係や電子線（ビーム）の性状を知ることができる。
【００２４】
上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。また、レチクルステージ１１及びウェハステージ２４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。
【００２５】
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差を把握し、その誤差を主偏向器１６で補正する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に合わせるよう制御できる。そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わされて、レチクル１０上のチップパターン全体がウェハ２３上に転写される。
【００２６】
次に、分割転写方式の電子線投影露光に用いられるレチクルの詳細例について、図２を参照しつつ説明する。
図２は、電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。
このようなレチクルは、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことにより製作できる。
【００２７】
図２（Ａ）には、レチクル１０における全体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域を含む小メンブレン領域（厚さ０．１μｍ〜数μｍ）である。図２（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィールド４２は転写すべきパターンの形成された部分である。スカート４３はパターンの形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形態としては、メンブレンに孔開き部を設けるステンシルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層をメンブレン上に形成する散乱メンブレンタイプとがある。
【００２８】
一つのサブフィールド４２は、現在検討されているところでは、レチクル上で１ｍｍ角程度の大きさを有する。投影の縮小率を１／４とすると、サブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、０．２５ｍｍ角である。小メンブレン領域４１の周囲の直交する格子状のマイナーストラットと呼ばれる部分４５は、レチクルの機械強度を保つための、例えば厚さ０．７ｍｍ程度の梁である。マイナーストラット４５の幅は、例えば０．１ｍｍ程度である。なお、スカート４３の幅は、例えば０．０５ｍｍ程度である。
【００２９】
図２（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ方向）に多数の小メンブレン領域４１が並んで一つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、そのようなエレクトリカルストライプ４４が図の縦方向（Ｙ方向）に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を形成している。エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプ４９の幅）は照明光学系の偏向可能視野の大きさによって制限される。
【００３０】
メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存在する。
隣り合うメカニカルストライプ４９の間にメジャーストラット４７として示されている幅の太い梁は、レチクル全体のたわみを小さく保つためのものである。
メジャーストラット４７はマイナーストラット４５と一体である。
【００３１】
現在有力と考えられている方式によれば、１つのメカニカルストライプ（以下単にストライプと呼ぶ）４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（エレクトリカルストライプ４４）は電子線偏向により順次露光される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続ステージ走査により順次露光される。
【００３２】
次に、本発明の実施の形態に係る電子線露光方法について説明する。
図３は、レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
図の上部にレチクル１０上の１つのメカニカルストライプ４９が示されている。メカニカルストライプ４９には上述のように多数のエレクトリカルストライプ４４とサブフィールド４２（スカートについては図示省略）及びマイナーストラット４５が形成されている。図の下部には、レチクル１０と対向するウェハ２３が示されている。
【００３３】
この図では、レチクル上のストライプ４９の一番手前のエレクトリカルストライプ４４の左隅のサブフィールド４２−１が上方からの照明ビームＩＢにより照明されている。そして、サブフィールド４２−１を通過したパターンビームＰＢが、２段の投影レンズ１５、１９と主偏向器１６（図１参照）の作用によりウェハ２３上の所定の領域５２−１に縮小投影されている。
パターンビームＰＢは、レチクル１０とウェハ２３の間で、２段の投影レンズの作用により、光軸と平行な方向から光軸と交差する方向へ、そしてその逆に計２回偏向される。
【００３４】
エレクトリカルストライプ４４内の各サブフィールド４２は、上述のように主偏向器１６での電子線の偏向によって順次露光されて、ウェハ２３上のエレクトリカルストライプ５４に順次縮小投影される。ここで、一つのサブフィールド４２を露光する時間をショットタイムという。
【００３５】
ここで、ショットタイムは、レチクル１０上のサブフィールドの位置に応じて変更される。通常の場合、ショットタイムはサブフィールドの位置によらず一定であるが、本方法においては、レチクル１０の中心付近のサブフィールドのショットタイムを、通常の時間より短くしている。ショットタイムは、コントローラ３１からの指令に基づいてブランキング偏向器５を作動させることにより変更される。サブフィールド毎のショットタイム変化量（減少量）は、ウェハ全面上でのかぶりの発生パターンに対応して決められる。すなわち、かぶりは、ウェハの中心付近ほど多く、周囲に近くなるほど少なく発生するので、ウェハの中心付近のサブフィールドのショットタイム減少量を最も多くし、周囲にいくほど少なくしている。すると、ウェハの中心付近での露光ドーズ量が減少して周囲の露光ドーズ量とほぼ等しくなる。
【００３６】
このように、サブフィールドの位置に応じてショットタイムを変化させることにより、ウェハ上の全てのサブフィールドに、反射電子による照射（かぶり）を含めてほぼ均一な照射量を与えることができる。このため、ウェハ上でのＣＤ再現性をほぼ均一とすることができる。
【００３７】
一つのサブフィールド４２−１の露光が終了してから次のサブフィールド４２−２を露光するまでの時間の間隔をショットサイクルという。このショットサイクルは、サブフィールドの位置によらず一定とする。偏向器として電磁偏向器を使用している場合、ショットサイクルを変えると、露光パターンの位置精度を劣化させることになる。これは以下の理由による。ショットサイクルの変更は、偏向器での偏向の周期を変えることにより行われる。電磁偏向器では、偏向の周期を変えると、サブフィールド毎に偏向器の温度が変化し、微小であるが偏向感度が変化する。また、偏向器周辺のレンズ部材の磁気ヒステリシスも微小に変化してしまう。すると、サブフィールド露光位置が微妙に変化し、露光パターンの位置精度を悪くする。このため、露光装置は、ショットサイクルは一定で、ショットタイムのみを変更するようにコントローラ３１でコントロールする。
【００３８】
１つのメカニカルストライプを露光する時には、マスクステージとウェハステージを縮小比に従った速度でＹ方向に連続ステージ走査させる。そして、一つのエレクトリカルストライプ４４の露光が終了すると、次のエレクトリカルストライプ４４（メカニカルストライプ４９内のＹ方向の列）が露光され、エレクトリカルストライプ４４がウェハ２３上のエレクトリカルストライプ５４に縮小投影される。こうして、１つのメカニカルストライプ４９内のエレクトリカルストライプ４４内の全てのサブフィールド４２を露光する。このように一つのメカニカルストライプ４４は一回のステージ走査で露光される。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ウェハの中心付近と周囲とで露光ドーズ量を変化させることにより、かぶりによるＣＤの不均一性を改善した荷電粒子ビーム露光方法及び荷電粒子ビーム露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【図２】電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。
【図３】レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１  電子銃                      ２、３  コンデンサレンズ
４  矩形開口                    ５  ブランキング偏向器
７  ブランキング開口            ８  照明ビーム偏向器
９  照明レンズ                １０  レチクル
１１  レチクルステージ          １２  位置検出器
１５、１９  投影レンズ          １６  主偏向器
１７  マーク走査用偏向器        １８  コントラスト開口
２２  反射電子検出器            ２３  ウェハ
２４  ウェハステージ            ２５  位置検出器
３１  コントローラ              ４１  小メンブレン領域
４２  サブフィールド            ４３  スカート
４４  エレクトリカルストライプ  ４５  マイナーストラット
４９  メカニカルストラット      ５２  サブフィールド
５４  エレクトリカルストライプ  ５９  メカニカルストライプ
【図１】
2004158617.tif 000003
【図２】
2004158617.tif 000004
【図３】
2004158617.tif 000005