(57)【要約】【課題】複数のパターン領域を有するマスクを電子ビームで走査して露光を行う電子ビーム露光装置において、高精度の露光パターンを得られるようにする。【解決手段】梁３６により区分された複数のパターン領域３４Ａ−３４Ｄを有するマスク３０と、マスクに梁の幅より大きな電子ビーム１５を照射し、電子ビームを各パターン領域３４Ａ−３４Ｄの開口パターンで整形し、整形した電子ビームを試料に照射する電子光学系１２，２０とを備える電子ビーム露光装置であって、マスク３０の電子ビームの入射側に設けられ、複数のパターン領域の少なくとも一部の領域を電子ビームが入射しないように遮蔽する遮蔽機構７０Ａ−７０Ｄを備える。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁により区分された複数のパターン領域を有するマスクと、
前記マスクに前記梁の幅より直径の大きな電子ビームを照射し、前記電子ビームを各パターン領域の開口パターンで整形し、整形した電子ビームを試料に照射する電子光学系とを備える電子ビーム露光装置であって、
前記マスクの前記電子ビームの入射側に設けられ、前記複数のパターン領域の少なくとも一部の領域を前記電子ビームが入射しないように遮蔽する遮蔽機構を備え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、
前記遮蔽機構の遮蔽板は、接地された導体である電子ビーム露光装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記電子光学系は、前記マスク上を前記電子ビームで走査する走査機構を備える電子ビーム露光装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記マスクは前記試料に近接して配置され、前記複数のパターン領域を通過して整形された電子ビームが直接前記試料に照射される電子ビーム露光装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電子ビーム露光装置であって、
各パターン領域の大きさは、前記試料に形成される複数の半導体装置の少なくとも１チップ分のパターン領域を有する電子ビーム露光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記複数のパターン領域は、互いに相補となるパターンを、異なるパターン領域に有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、マスクの開口パターンを通過して整形された電子ビームを試料に照射して露光を行う電子ビーム露光装置に関し、特に梁により区分された複数のパターン領域を有するマスクを使用する電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体装置（デバイス）の製造プロセスにおいてウエハにパターンを形成するリソグラフィ技術では、光露光用マスク（フォトマスク）のパターンをウエハ上に縮小露光する光リソグラフィが主として使用されているが、これ以上の微細化が難しくなってきており、更に微細化可能な電子ビーム露光法が注目されている。電子ビーム露光法には各種の方法があるが、スループットの点からＥＰＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）やＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）が特に注目されている。ＥＰＬは、露光パターンの４倍の大きさのマスクを用い、１００ｋＶという高い加速電圧で露光する。一方、ＬＥＥＰＬは、等倍のマスクを用い、２ｋＶ程度という低い加速電圧で露光する。ＥＰＬとＬＥＥＰＬのいずれも、露光パターンに対応する開口パターンを有するステンシルマスク（穴開きマスク）を使用する。
【０００３】
図１は、等倍のステンシルマスクを用いて露光する電子ビーム近接（ＬＥＥＰＬ）露光装置１０の基本構成を示す図である。図示のように、電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４、電子ビーム１５を平行ビームにするレンズ１６及び整形アパーチャ１８を含む電子銃１２と、主偏向器２２、２４及び副偏向器２６、２８を含み、電子ビームを光軸に平行保持して走査する走査機構２０と、マスク３０と、試料（ウエハ）４０を保持する静電チャック５０と、θＸＹステージ６０とから構成されている。なお、これらの部分は、真空チャンバ内に設けられる。また、マスクは図示していないマスク保持機構に保持され、露光するパターンに応じて交換される。
【０００４】
マスク３０は、静電チャック５０に吸着されたウエハ４０に近接するように（マスク３０とウエハ４０との隙間が、例えば５０μｍとなるように）配置される。この状態でマスク３０に垂直に電子ビームを照射すると、マスク３０のマスクパターンを通過した整形された電子ビームがウエハ４０上のレジスト層４２に照射され、パターンが露光される。
【０００５】
マスク３０の全パターン領域をカバーする一様な電子ビームを生成するのは難しいので、図２に示すように、電子ビーム１５でマスク３０の全面を走査し、全パターン領域を一様な露光量で露光する。走査機構２０はこの走査を行う。露光量の均一性を向上するには、大きな電子ビーム１５を使用して小さな走査ピッチで走査を行うことが望ましい。
【０００６】
ステンシルマスク３０のパターンは開口（穴開き）パターンであり、しかもそこに形成されるパターンは非常に微細なパターンであり、マスク３０のパターン部分は非常に薄いメンブレンとする必要があるため、マスクパターンに歪みが生じる場合がある。ＬＥＥＰＬ露光装置１０では、副偏向器２６、２８を使用して歪みを補正して露光を行う。図３は、この補正原理を説明する図である。図示のように、主偏向器２２、２４で走査位置に偏向されマスク３０に垂直に入射する電子ビーム１５を、副偏向器２６で角度−α偏向し、副偏向器２８で逆方向に２倍の角度２αだけ偏向する。これにより、電子ビーム１５は、予定した偏向位置に角度αで入射することになる。そして、マスク３０とウエハ４０の間の隙間（ギャップ）をＧとするとδ＝αＧだけずれた位置に露光されることになる。あらかじめマスクのパターンの歪みを測定し、歪みに応じてマスク３０への入射角を変えて露光位置をずらし、マスクパターンの歪みを補正する。
【０００７】
ＬＥＥＰＬ露光装置で使用するマスクは、開口パターンを有するステンシルマスクであり、環状パターンを設けることはできない。そこで、環状パターンは複数のマスクパターンに分割して、複数のマスクパターンによる露光を合成して実現する。また、環状パターンでなくても、ステンシルマスクのパターンに適さないパターン形状があり、その場合にも複数のマスクパターンによる露光を合成する。
【０００８】
このような複数のパターンを別々のマスクに形成した場合、１つのパターンを露光するのにマスクを交換する必要があり、スループットを低下させる。そこで、特開２００２−３６７８８５号及び特開２００２−３７３８４５号は、１つのマスクに複数のマスクパターンを設け、個々のマスクパターンに相補パターンを構成するパターンなどを分けて形成し、１つのマスクを使用して１つのパターンのすべてが露光できるＬＥＥＰＬ露光方法及び装置を開示している。
【０００９】
スループットの点から、１回の露光でできるだけ広い範囲を露光できることが望ましく、例えば、上記の特開２００２−３６７８８５号公報及び特開２００２−３７３８４５号公報は、１つのマスクパターンが１チップ（ダイ）の全領域に相当する大きさを有する例を開示している。
【００１０】
特に、特開２００２−３７３８４５号公報は、複数のマスクパターンをウエハ上のダイの配列に対応して配置し、位置合わせした後複数のマスクパターンを露光し、マスクパターンの大きさ分だけ位置をずらして位置合わせして次の露光を行うことにより、１回の位置合わせで複数のダイを露光する露光方法及び装置を開示している。
【００１１】
図４は、特開２００２−３７３８４５号公報に開示されたマスクにおけるマスクパターンの配置及び露光方法を説明する図である。図４の（Ａ）に示すように、マスク３０には、図示のように４つのマスクパターン３４が２行２列（２×２）で配置されている。マスクパターンの間は梁３６であり、マスクパターン３４のメンブレンより厚くなっている。図４の（Ｂ）に示すように、ウエハ４０上に形成されるダイ４６は、マスク３０におけるマスクパターン３４の配列と同じピッチで配列される。マスクパターン３４を各ダイ４６の位置に合わせて４つのマスクパターンの露光を行い、以下ダイ及びマスクパターンの配列ピッチずつずらしながら露光を行う。従って、各ダイは４つのマスクパターンによる露光が合成されることになる。このような露光方法によりスループットが大幅に向上する。なお、ここではマスクに４つのマスクパターンを設ける例を説明したが、相補パターンを露光するだけであれば２つのマスクパターンを設ければよい。更に、特開２００２−３６７８８５号公報は、１つのマスクに相補パターンを分割した２乃至３のパターンのグループを複数組設けて、露光量を分割することにより欠陥などの影響を低減したり、パターンに欠陥などが発生した場合でもマスクを交換せずに露光が続行できる構成を開示している。この場合には、１つのマスクに多数のマスクパターンが形成される。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−３６７８８５号公報（全体）
【特許文献２】
特開２００２−３７３８４５号公報（全体）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図２で説明したように、ＬＥＥＰＬ露光装置では、電子ビーム１５でマスクパターンを走査することにより露光の均一性を向上しており、スループットを向上するためには、電子ビーム１５は大きいことが望ましい。
【００１４】
また、図４に示したように、マスク３０に複数のマスクパターン３４をダイの配列ピッチで配置し、１回の位置合せで複数のマスクパターンを露光する場合、マスクパターンの間の梁３６の幅はダイの間隔に等しい。ダイの間隔は、プロセス終了後ダイを分割するためのダイシング溝を形成できることが要求され、ダイシングの関係から最低幅が決定される。そして、ウエハを効率的に利用するためには、ダイの間隔をできるだけ狭くすることが望ましく、上記の最低幅に近い値に設定される。
【００１５】
図５は、マスクに形成した４つのマスクパターン３４Ａ−３４Ｄを電子ビーム１５で走査する様子を示す図である。上記のように、梁３６はある幅に設定され、電子ビーム１５はある大きさ以上であることが必要であり、電子ビーム１５の直径が梁３６の幅より大きい場合が生じる。この場合、マスクパターンの歪みを補正する必要がなければ特に問題は生じないが、図３で説明したように電子ビーム１５のマスク３０への入射角を調整して歪みを調整する場合、問題が生じる。図５の（Ｂ）はこの問題を説明する図である。電子ビーム１５の直径が梁３６の幅より大きい場合、隣接するマスクパターン３４Ａの左側部分とマスクパターン３４Ｂの右側部分とその間の梁３６に同時に電子ビーム１５が照射されることになる。左側のマスクパターン３４Ａの歪みを除去するには、実線で示すように電子ビーム１５を右側に傾けて入射させる必要があり、右側のマスクパターン３４Ｂの歪みを除去するには、破線で示すように電子ビーム１５を左側に傾けて入射させる必要がある場合、マスクパターン３４Ａの左側の部分は右側に傾いて入射する電子ビームと左側に傾いて入射する電子ビームによる露光が合成されることになり、露光位置のずれがあるため露光パターンが劣化する。これはマスクパターン３４Ｂの右側部分についても同様である。
【００１６】
また、１つのマスクに複数のマスクパターンを配置する場合、欠陥のあるマスクパターンや予備のマスクパターンを露光しないようにすることが要求される場合及び相補マスクを露光する場合などに、上記のように、電子ビーム１５の直径が梁３６の幅より大きいと、隣接するマスクパターンを露光する時に露光する必要のないマスクパターンの一部を露光してしまうことで露光ムラが生じ、露光パターンが劣化するという問題が生じる。
【００１７】
このような問題を生じないようにするために、梁の幅を電子ビームの直径より広くすることが考えられるが、その場合１枚のウエハに形成できるダイの個数が減少してコストが増加するという問題を生じる。また、電子ビームの直径を梁の幅より小さくすることも考えられる。しかし、スループットを大きくするためにビーム電流を増加すると、クーロン効果などによりビーム径が増加するので任意のビーム径にはできず、電子ビームの直径を梁の幅より小さくすることは難しい。
【００１８】
本発明は、このような問題を解決して、高精度の露光パターンが得られる電子ビーム露光装置の実現することを目的とする。
【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においては、複数のパターン領域（マスクパターン）の少なくとも一部を電子ビームが入射しないように遮蔽する遮蔽機構を設ける。
【００２０】
すなわち、本発明の電子ビーム露光装置は、梁により区分された複数のパターン領域を有するマスクと、前記マスクに前記梁の幅より大きな電子ビームを照射し、前記電子ビームを各パターン領域の開口パターンで整形し、整形した電子ビームを試料に照射する電子光学系とを備える電子ビーム露光装置であって、前記マスクの前記電子ビームの入射側に設けられ、前記複数のパターン領域の少なくとも一部の領域を前記電子ビームが入射しないように遮蔽する遮蔽機構を備えることを特徴とする。
【００２１】
図６は、本発明の電子ビーム露光装置の原理を説明する図である。図示のように、マスクには少なくとも１チップ分以上の複数のパターン領域（マスクパターン）３４Ａ−３４Ｄが設けられており、それぞれのパターン領域の電子ビームの入射側には移動可能な遮蔽板７０Ａ−７０Ｄが設けられている。露光に使用するパターン領域の遮蔽板はその領域を遮蔽しない位置に移動し、露光に使用しないパターン領域の遮蔽板はその領域を遮蔽するように移動する。
【００２２】
本発明によれば、たとえ電子ビームの直径を梁より大きくしても、露光に使用しないパターン領域は遮蔽できるので、露光パターンを劣化させない。歪みを補正するためのマスクへの入射角度が隣接するパターン領域で異なる場合には、一方のパターン領域を遮蔽した上で他方のパターン領域を露光し、次に他方のパターン領域を遮蔽した上で一方のパターン領域を露光する。これにより遮蔽状態を変化させる時間だけ処理時間が長くなるが、マスクは交換する必要はなく、大幅なスループットの低下は生じない。
【００２３】
遮蔽機構は、パターン領域への電子ビームの入射を阻止する遮蔽板を備える。この遮蔽板は、電子ビームが照射されるため、接地された導体であることが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例の電子ビーム露光装置は、ＥＰＬ露光装置又はＬＥＥＰＬ露光装置などのステンシルマスク（穴開きマスク）を通過して整形され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であり、マスクに複数のマスクパターンが形成され、隣接するマスクパターンの間の梁が電子ビームの直径より狭い装置である。本発明はマスク遮蔽機構を特徴とし、それ以外の部分については、これまでに説明し、また広く知られているのでここでは詳しい説明を省略する。
【００２５】
図７は、第１実施例の電子ビーム露光装置のマスクの遮蔽機構を示す図であり、図６の構成を実現したものである。図７の（Ａ）に示すように、遮蔽板７０Ａはガイド７２Ａに沿って移動可能であり、マスクパターン３４Ａを遮蔽状態と非遮蔽状態にする。同様に、遮蔽板７０Ｂ、７０Ｃ及び７０Ｄはガイド７２Ｂ、７２Ｃ及び７２Ｄに沿って移動可能であり、マスクパターン３４Ｂ、３４Ｃ及び３４Ｄを遮蔽状態と非遮蔽状態にする。ガイド７２Ａ−７２Ｄは、９０°ずつ異なる方向に伸びるように設けられている。各遮蔽板７０Ａ−７０Ｄは、それぞれ導体で作られ、アースに接続されている（接地されている）。
【００２６】
図７の（Ｂ）は、移動機構を示す図である。図示のように、モータ９１の回転軸９２に第１アーム９３が固定されており、モータ９１の回転に伴って第１アーム９３が回転する。第１アーム９３の先端部には自在回転軸９４を介して第２アーム９５が係合されている。第２アーム９５の先端部は遮蔽板７０に設けられた自在回転軸９６に係合されている。遮蔽板７０はガイド７２により移動方向が規制されており、モータ９１が回転して第１アーム９３が回転すると、第２アーム９５が回転し遮蔽板７０が移動する。
【００２７】
第１実施例の遮蔽機構では、４つのマスクパターン３４Ａ−３４Ｄをそれぞれ独立に遮蔽できる。
【００２８】
図８は、本発明の第２実施例の電子ビーム露光装置の遮蔽機構を示す図である。第２実施例の遮蔽機構は、回転軸７４Ａ−７４Ｄを中心にして回転するアーム７６Ａ−７６Ｄの先端部に遮蔽板３４Ａ−３４Ｄを取り付け、遮蔽板３４Ａ−３４Ｄを回転することにより、マスクパターン３４Ａ−３４Ｄを遮蔽状態と非遮蔽状態にする。第２実施例の遮蔽機構でも、４つのマスクパターン３４Ａ−３４Ｄをそれぞれ独立に遮蔽できる。
【００２９】
図９は、本発明の第３実施例の電子ビーム露光装置の遮蔽機構を示す図である。第３実施例の遮蔽機構は、図９の（Ａ）に示すように、４つのマスクパターン３４Ａ−３４Ｄをすべて非遮蔽状態にできる大きな開口８２を有する遮蔽板８０と、遮蔽板８０をマスクに平行に２軸方向に移動する図示していない移動機構とを有する。４つのマスクパターン３４Ａ−３４Ｄをすべて非遮蔽状態にする時には、遮蔽板８０を図９の（Ａ）の状態に移動し、マスクパターン３４Ａのみを非遮蔽状態にする時には、遮蔽板８０を図９の（Ｂ）の状態に移動し、マスクパターン３４Ｂのみを非遮蔽状態にする時には、遮蔽板８０を図９の（Ｃ）の状態に移動し、マスクパターン３４Ｃのみを非遮蔽状態にする時には、遮蔽板８０を図９の（Ｄ）の状態に移動する。マスクパターン３４Ｄのみを非遮蔽状態にする時も同様である。マスクパターン３４Ａと３４Ｂを非遮蔽状態に、マスクパターン３４Ｃと３４Ｄを遮蔽状態にする時には、遮蔽板８０を図９の（Ｅ）の状態に移動し、マスクパターン３４Ｂと３４Ｃを非遮蔽状態に、マスクパターン３４Ａと３４Ｄを遮蔽状態にする時には、遮蔽板８０を図９の（Ｆ）の状態に移動する。隣接するあるマスクパターンの組を非遮蔽状態に、隣接する他のマスクパターンの組を遮蔽状態にする場合も同様である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数のパターン領域（マスクパターン）を有するマスクを電子ビームで走査して露光を行う電子ビーム露光装置において、高精度の露光パターンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】近接露光方式（ＬＥＥＰＬ）電子ビーム露光装置の基本構成を示す図である。
【図２】電子ビームによるマスクの走査を示す図である。
【図３】近接露光方式電子ビーム露光装置における副偏向器を利用した歪み補正を説明する図である。
【図４】特開２００２−３７３８４５号公報に開示された複数のマスクパターンをウエハ上のダイの配列に対応して配置したマスクを使用する露光方法を説明する図である。
【図５】マスクパターン間の梁の幅が電子ビームより狭い時に、マスクへの入射角を調整して歪み補正を行うことにより生じる問題を説明する図である。
【図６】本発明の原理を説明する図である。
【図７】本発明の第１実施例の遮蔽機構を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例の遮蔽機構を示す図である。
【図９】本発明の第３実施例の遮蔽機構を示す図である。
【符号の説明】
１２…電子銃
１５…電子ビーム
２０…走査手段
３０…マスク
３４，３４Ａ−３４Ｄ…パターン領域（マスクパターン）
４０…試料（ウエハ）
５０…静電チャック
６０…θＸＹステージ
７０，７０Ａ−７０Ｄ…遮蔽板
【図１】
2004288810.tif 000003
【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】
2004288810.tif 000009
【図８】
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【図９】
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