(57)【要約】【課題】露光中のウエハ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】電子ビーム１５を出力する電子ビーム源１４と、露光するパターンに対応する開口を有し、電子ビームが照射されるマスク３０，６０と、ウエハ４０を保持するステージ４４とを備え、マスクを通過した電子ビームをウエハに照射して、ウエハ上に２次元配列された複数個のパターンを順次露光する電子ビーム露光装置において、２次元配列された複数個のパターンの１列ずつを順に露光し、連続して露光する２列が隣接しないように露光する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを出力する電子ビーム源と、
露光するパターンに対応する開口を有し、前記電子ビームが照射されるマスクと、
ウエハを保持するステージとを備え、
前記マスクを通過した前記電子ビームを前記ウエハに照射して、前記ウエハ上に２次元配列された複数個の前記パターンを順次露光する電子ビーム露光装置において、
前記２次元配列された複数個のパターンの１列ずつを順に露光し、連続して露光する２列が隣接しないように露光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、
連続して露光する２列が、最上辺と最下辺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】
電子ビームを出力する電子ビーム源と、
露光するパターンに対応する開口を有し、前記電子ビームが照射されるマスクと、
ウエハを保持するステージとを備え、
前記マスクを通過した前記電子ビームを前記ウエハに照射して、前記ウエハ上に２次元配列された複数個の前記パターンを順次露光する電子ビーム露光装置において、
前記２次元配列された複数個のパターンの１列ずつを順に露光し、露光する列の順番は、ウエハの中心に対して略対称の順番になるように露光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、
露光する列の順番は、ウエハ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、
露光する列の順番は、ウエハ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列の露光は、各列内での露光順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列の露光は、各列内での露光順が同方向である電子ビーム露光装置。
【請求項８】
電子ビームを出力する電子ビーム源と、
露光するパターンに対応する開口を有し、前記電子ビームが照射されるマスクと、
ウエハを保持するステージとを備え、
前記マスクを通過した前記電子ビームを前記ウエハに照射して、前記ウエハ上に２次元配列された複数個の前記パターンを順次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、前記ウエハ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の順に各パターンを露光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ウエハに照射する電子ビーム露光装置に関し、特にウエハ上に複数個のパターンを配列して露光する時の露光順に関する。
【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。
【０００８】
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。そこで、マスクのパターン領域に比べて小さな電子ビームでマスクを走査して露光量を平均化することにより露光むらを低減している。
【０００９】
ウエハはステージ４４に静電吸着機構などで保持され、図２に示すように、ウエハ上に２次元配列された複数個のチップ（ダイ）を形成するようにステージを移動させて、パターンが露光される。転写方式の電子ビーム露光装置においては、フォトリソグラフィのステッパと同様に、マスクが１チップ分のパターン領域を有するのであれば、図２に示すように、ウエハの最上辺のチップ列を左から右に順に露光した後、次の列のチップを右から左に露光する。このような露光順をとるのは、ステージの移動距離をできるだけ短くして、移動に要する時間を短縮してスループットを向上するためである。なお、１チップのパターンを複数のパターンに分割して複数のマスクで複数回露光して１チップのパターンを得る場合も、１個のマスクによる露光は図２のような順序で行われる。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２９５１９４７号（全体）
【００１１】
【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、電子ビームがウエハに照射されると、表面に塗布されたレジストに吸収されると共にウエハからグランドに流れる。この際に熱が発生する。発生する熱は、電子ビームの電流量が大きいほど大きくなる。露光により熱が発生すると、その部分が膨張してウエハの変形や歪みを生じ、露光精度を低下させる。また、ウエハの変形や歪みが大きくなると、ウエハの静電吸着によるステージへの固定が不安定になり、はなはだしい場合には静電吸着が解除されることになる。
【００１２】
従来の転写式以外の電子ビーム露光装置は、例えば、フォトリソグラフィ用のマスクを露光するのに使用されており、スループットに対する要求は比較的低く、単位時間当たりに照射される電子ビームの量も小さかった。これに対して、転写式の電子ビーム露光装置は、半導体装置（チップ）の量産で使用されるものであり、スループットが非常に重要である。
【００１３】
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、転写式では１チップ分のパターンが同時に露光されるので、たとえ微小部分の電子ビームの露光量が小さくても１チップ全体を露光する時の発熱は大きくなる。
【００１４】
特に電子ビーム露光装置は、フォトリソグラフィのステッパに比べて一層微細なパターンを露光するものであり、ウエハの変形や歪みも一層小さいことが要求される。すなわち、従来は無視できた露光によるウエハ上での熱の発生による影響が、転写式の電子ビーム露光装置では問題になる。
【００１５】
上記のように、現状のウエハ上のチップの露光順は、図２のように最上辺のチップ列を一方向に順に露光後、次のチップ列を逆方向に順位露光する動作を繰り返していた。電子ビームの照射によるウエハでの発熱は露光位置に応じて発生するので、図２のような走査を行う場合、まず上辺の左側で熱が発生し、発熱位置右側に移動し、更に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２の露光順では、隣接するチップ列の露光順は逆であり、前のチップ列の終わりの部分は次のチップ列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。
【００１６】
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ウエハの露光順は、露光の効率のみを考慮し、露光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、微細なパターンを高速に露光する転写式の電子ビーム露光装置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。
【００１７】
本発明は、転写式の電子ビーム露光装置におけるウエハへの電子ビームの照射に起因する発熱の問題を解決することを目的とし、露光中のウエハ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。
【００１８】
【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、ウエハへのチップ（ダイ）の露光順を、露光に起因するウエハ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。
【００１９】
ウエハの変形及び歪みが小さい露光順は、各種の条件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）ウエハは円形であり、熱の発生箇所が中心又は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。
【００２０】
（１）の条件を満足すれば、熱の発生位置が分散するので、大きな熱勾配が発生せず、ウエハの変形や歪みが小さくなる。
【００２１】
（２）の条件を満たせば、ウエハの変形や歪みがウエハ全体で比較的一様に発生するので、ウエハの変形や歪みの影響が実質的に小さくなる。
【００２２】
（１）の条件を満たすには、２次元配列された複数個のパターンの１列ずつを順に露光する場合に、連続して露光する２列が隣接しないように露光する。ウエハの全チップ列に渡って連続した２列の露光をできるだけ離すには、連続して露光する２列が、最上辺と最下辺の長さの略半分離れているようにする。
【００２３】
（２）の条件を満たすには、２次元配列された複数個のパターンの１列ずつを順に露光し、露光する列の順番は、ウエハの中心に対して略対称の順番になるように露光するか、ウエハ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の順でチップに露光するようにする。
【００２４】
本発明によれば、露光中のウエハの変形や歪みが低減される。更に、これまでは、ウエハに変形や歪みが発生しないように電子ビームの強度を設定しており、これがスループットを規定していたが、本発明により、同じ強度の電子ビームを照射してもウエハに発生する変形や歪みが低減されるので、その分電子ビームの強度を大きくでき、スループットが向上する。
【００２５】
【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。
【００２６】
図３は、実施例におけるチップの露光順を示す図である。本実施例では、連続した２列の露光位置は、ほぼピッチＰだけずれており、ここではピッチＰはチップ列の縦方向の長さの略１／２である。より詳しく説明すれば、もっとも上側のチップ列を順方向に露光した後、ピッチＰだけ下側にシフトして中央のチップ列を逆方向に露光し、次にピッチＰよりチップ列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露光を行い、後は上記の動作を繰り返す。左側の番号はチップ列の露光順を示す。なお、図３で各チップ列の露光順の方向をすべて順方向とした変形例も可能である。
【００２７】
発熱によるウエハの変形や歪みの少ない露光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４から図７に示す。
【００２８】
図４は、インターレース順に露光する例であり、各チップ列の露光順の方向をすべて順方向とした変形例も可能である。更に、図４の例では、連続して露光する２列のピッチは隣接するチップ列の間隔の２倍であるが、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とすることも可能である。
【００２９】
以上説明した図３と図４の露光順は、連続して露光される２つのチップ列が隣接しておらず、熱の発生箇所がウエハ上で分散されるため、図２の従来例に比べてウエハの変形及び歪みを低減できる。
【００３０】
図５は、ウエハのもっとも上側のチップ列を露光した後、もっとも下側のチップ列を露光し、次に上側から２番目のチップ列を露光し、次に下側から２番目のチップ列を露光するという具合に、上下のチップ列を交互に露光しながら徐々に内側のチップ列を走査する。この場合も、中央から徐々に上辺と下辺に向う変形例、及び各列内の露光順をすべて順方向とする変形例が可能である。
【００３１】
図５の露光順は、上下対称に行われるため、熱の発生も上下対称となり、その分ウエハの変形や歪みを低減できる。
【００３２】
図６は、ウエハの中心から渦巻き状に周辺に向かって露光する例を示す。この場合も、周辺から中心に向かって渦巻き状に露光する変形例が可能である。
【００３３】
図６の露光順は、中心対称に行われるため、熱の発生も中心対称となり、熱による歪みも中心対称となるので、ウエハの変形や歪みが比較的一様に発生するので、ウエハの変形や歪みの影響が実質的に小さくなる。
【００３４】
図７は、図２の露光順において、各チップ列の露光順をすべて順方向としたものである。図２では、前のチップ列で最後に露光されたチップは、次のチップ列で最初に露光されるチップと近接しており、その部分で短時間に露光により発生する熱量が大きいが、図７の露光順であれば、前のチップ列の露光が終了した後、次のチップ列の露光は元の側に戻って行われるので、前のチップ列で最後に露光されたチップとは近接しておらず、発熱量は小さくなる。もちろん、次のチップ列の最初に露光されるチップは、前のチップ列の最初に露光したチップとは近接しているが、前のチップ列をすべて露光するのに要した時間が経過しているので、図２に比べてその付近の熱量は小さい。
【００３５】
【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、ウエハ上のチップの露光順を電子ビームの露光に起因する発熱の問題を考慮して決定するので、露光中のウエハ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】ウエハ上のチップの露光順の従来例を示す図である。
【図３】本発明の実施例におけるウエハ上のチップの露光順を示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるウエハ上のチップの露光順のほかの例を示す図である。
【図５】本発明の実施例におけるウエハ上のチップの露光順のほかの例を示す図である。
【図６】本発明の実施例におけるウエハ上のチップの露光順のほかの例を示す図である。
【図７】本発明の実施例におけるウエハ上のチップの露光順のほかの例を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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