(57)【要約】【課題】サブフィールド内でのボケを均一にすることができる荷電粒子線露光装置、及び露光方法を提供する。【解決手段】荷電粒子線２３は、サブフィールドの中心２４では、本来のウエハ位置２１面に結像するが、図に示すようにサブフィールドの中心２４から離れるに従ってその結像位置が本来のウエハ位置２１面からずれ、結像面は２５で示されるような面上に存在する。このような状態でウエハ５を２２に示す位置まで移動させれば、点Ａ、Ｂで像面湾曲による像のボケは最小となり、ウエハ５中心である点Ｃで像のボケが最大となる。露光中に、倍率調整手段の設定倍率を微小量変動させボケを発生させる。この倍率変動によるボケの大きさと像面湾曲によるボケの大きさとが、サブフィールドの中心２４からの距離に対して逆特性となるので、両者を総合したボケはサブフィールド内において均一化される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、照射された前記マスク上のパターンを前記感応基板面上に露光転写する露光転写光学系が像面湾曲調整手段と回転倍率調整手段を備え、前記回転倍率調整手段は、露光中に倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させる機能を有していることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項２】
マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、照射された前記マスク上のパターンを前記感応基板面上に露光転写する露光転写光学系が露光転写像位置調整手段を備え、前記露光転写像位置調整手段は、露光中に露光転写像の位置を微小変動させる機能を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項３】
マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、照射された前記マスク上のパターンを前記感応基板面上に露光転写する露光転写光学系が非点歪み調整手段を備え、前記非点歪み調整手段は、露光中に前記非点歪みを微小変動させる機能を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の荷電粒子線露光装置であって、前記露光転写光学系がさらに像面湾曲調整手段を備えていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項５】
荷電粒子線露光装置を使用してマスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光中にパターンの像の歪みを微小変動させながら露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線露光装置を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整し、露光中に、前記回転倍率調整手段により、前記倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させて露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項７】
請求項２に記載の荷電粒子線露光装置を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記露光転写像位置調整手段により、露光中に露光転写像の位置を微小変動させて露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項８】
請求項３に記載の荷電粒子線露光装置を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整し、前記非点歪み調整手段により、露光中に前記非点歪みを微小変動させて露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項９】
請求項５から請求項８のうちいずれか１項に記載の露光方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により、露光転写領域における像のボケの最大値と最小値の差が、最も小さくなるように像面湾曲を調整することを特徴とする露光方法。
【請求項１０】
請求項５から請求項９のうちいずれか１項に記載の露光方法を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【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（本明細書においてマスクとはレチクルを含む概念である）に形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する荷電粒子線露光装置及びこの荷電粒子線露光装置を使用した露光方法、さらにはこの露光方法を使用した半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造する工程においては、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程が含まれる。近年、半導体デバイスの集積度の向上に伴って微細化されたパターンは、従来の紫外光を用いた露光方法では満足な解像度で露光転写を行うことが困難になりつつあり、荷電粒子線やＸ線を用いた新しい露光装置が使用されるようになってきている。中でも荷電粒子線を用いた露光装置は、電気的手段による制御性が良い等の利点を持ち、次世代の露光手段として有望視されている。
【０００３】
荷電粒子線露光装置においては、光学系の幾何収差や幾何歪み等のために、広い領域を一度に露光転写することができない。このため、たとえば１つのチップに相当する領域を、複数のサブフィールドと呼ばれる領域に分けて、サブフィールドごとに露光転写を行い、露光転写されたパターンをつなぎ合わせて１つのチップのパターンを得る、分割露光転写方式が採用されるようになってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのように１回の露光領域を狭めて、光学系の幾何収差や幾何歪みを低減しても、なお解像性能の要求は厳しいため、光学系のボケの影響を全く無視することまではできない。ボケは、従来の光を用いた露光装置と同様に存在する球面収差などの幾何収差によるものの他に、荷電粒子がビーム内でクーロン相互作用により反発し合うことなどによって生じる。幾何収差に起因するボケは、一般に感応基板面上におけるシステム軸からの距離が大きくなるほど大きくなる。また、マスクの一部を一括して投影露光する分割露光転写方式の露光装置においては、一般に、１回の露光単位であるサブフィールドの中心よりも周縁部の方がボケが大きくなる傾向がある。
【０００５】
この傾向はボケの大部分をを占めている像面湾曲によって説明することができる。像面湾曲収差は、サブフィールドの中心からの距離の２乗に比例して焦点面（光軸方向の結像位置）をずらす振る舞いをする。図１１は、像面湾曲とそれに起因する像のボケを模式的に示したものである。
【０００６】
図１１において、荷電粒子線の進行方向をｚ軸方向にとり、サブフィールドの中心をｚ軸とする。そしてウエハ面に平行な方向にｘ軸をとる。２１は、ウエハ位置を示す。荷電粒子線２３は、サブフィールドの中心２４では、本来のウエハ位置２１面に結像するが、図に示すようにサブフィールドの中心２４から離れるに従ってその結像位置が本来のウエハ位置２１面からずれ、結像面は２５で示されるような面上に存在する。
【０００７】
このような状態でウエハにマスク像を結像させると、点Ａ’、Ｂ’では像面湾曲による像のボケは大きくなり、ウエハの中心である点Ｃ’で像のボケが最小となる。この像のボケの大きさを図１１において円２６の大きさで示している。
【０００８】
このように同じサブフィールド内でボケの大きさに差異があると、その差を補償するためにマスクに形成されるパターンの形状を、サブフィールド内の場所に応じて変化させなければならない。このような場合、設計が困難となるばかりでなく、マスクに形成されるパターンが複雑化する。そのため、ボケの量は、許容される範囲であれば、サブフィールド内でなるべく均一である方が望ましい。
【０００９】
このような像面湾曲によるサブフィールド内でのボケを均一化させるために、結像面２５をウエハ位置から相対的にずらす方法が採用されている。すなわち、図１２に示すように、ウエハ位置を２２に示される位置に移動し、サブフィールドの端部と中央部の中間の点Ｄ’、Ｅ’において結像面２５とウエハ位置２２が交わるようにする。すると、図１２に示すように、点Ｄ’、Ｅ’でボケが最小となり、点Ｃ’でのボケは大きくなり、点Ａ’、Ｂ’でのボケは小さくなって、サブフィールド内のボケが均一化される。
【００１０】
なお、図１２においては、説明を分かりやすくするために、ウエハ位置を移動させているが、実際には、像面湾曲調整手段により、結像面２５の光軸方向位置を変えることにより図１２に示した効果と同じ効果を実現する。
【００１１】
しかしながら、このような補正によりサブフィールド内のボケの一様性は向上するが、その度合いに限界がある。また、サブフィールドのボケ一様性は向上しても異なるサブフィールド間のボケの差が向上されないと言う問題点もある。一般には最大偏向位置におけるサブフィールドのボケが最大となり、システム軸上に位置するサブフィールドのボケが少ない。このサブフィールド間のボケの差を緩和させる方法としては、像面湾曲調整手段を用いて、全体としてボケが小さいサブフィールドの結像面とウエハとの距離を大きくすることによって、ボケの底上げをする方法が考えられる。しかし、この方法ではボケが底上げされるサブフィールドにおけるボケの最大が、ウエハ全体における最大ボケにすぐに達する一方、そのサブフィールドにおける最小ボケはあまり上がらないという問題点がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、サブフィールド内でのボケの差を抑えること及びサブフィールド間のボケの差を縮小することの可能な荷電粒子線露光装置、及び露光方法、さらにはこの露光方法を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、照射された前記マスク上のパターンを前記感応基板面上に露光転写する露光転写光学系が像面湾曲調整手段と回転倍率調整手段を備え、前記回転倍率調整手段は、露光中に倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させる機能を有していることを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項１）である。
【００１４】
本手段においては、回転倍率調整手段が、露光中に倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させる機能を有している。倍率とはマスクから感応基板への露光転写の倍率のことであり、露光中にこれを微小変動させれば、像にボケを与えたのと同じ効果を生じる。回転量とは、マスクから感応基板への露光転写の際に生じる像の回転量のことであり、露光中にこれを微小変動させれば、像にボケを与えたのと同じ効果を生じる。
【００１５】
これらの効果は、サブフィールドの中心では小さく、サブフィールドの中心から離れるに従って大きくなる。よって、このことを利用して、後に述べるような方法により、サブフィールド内でのボケを均一化することができる。また、これにより異なるサブフィールド間のボケの差を小さくすることが可能であり、ウエハ全体のボケの差を小さくすることが可能となる。
【００１６】
前記課題を解決するための第２の手段は、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、照射された前記マスク上のパターンを前記感応基板面上に露光転写する露光転写光学系が露光転写像位置調整手段を備え、前記露光転写像位置調整手段は、露光中に露光転写像の位置を微小変動させる機能を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項２）である。
【００１７】
本手段においては、露光転写像位置調整手段が、露光中に露光転写像の位置（感応基板平面内での位置）を微小変動させる機能を有している。露光中に露光転写像の位置を微小変動させれば、像にボケを与えたのと同じ効果を生じる。この効果は、サブフィールド中のどこでも同じであるが、このことを利用して、後に述べるような方法により、サブフィールド内でのボケを均一化することができる。また、これにより異なるサブフィールド間のボケの差を小さくすることが可能であり、ウエハ全体のボケの差を小さくすることが可能となる。
【００１８】
前記課題を解決するための第３の手段は、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、照射された前記マスク上のパターンを前記感応基板面上に露光転写する露光転写光学系が非点歪み調整手段を備え、前記非点歪み調整手段は、露光中に前記非点歪みを微小変動させる機能を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項３）である。
【００１９】
本手段においては、非点歪み調整手段が、露光中に非点歪みを微小変動させる機能を有している。露光中に露光転写像の位置を微小変動させれば、像にボケを与えたのと同じ効果を生じる。この効果は、サブフィールドの中心では小さく、サブフィールドの中心から離れるに従って大きくなる。よって、このことを利用して、後に述べるような方法により、サブフィールド内でのボケを均一化することができる。また、これにより異なるサブフィールド間のボケの差を小さくすることが可能であり、ウエハ全体のボケの差を小さくすることが可能となる。
【００２０】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段又は第３の手段であって、前記露光転写光学系がさらに像面湾曲調整手段を備えていることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２１】
前述のように、前記第２の手段又は第３の手段において、像面湾曲調整手段による調整を加えることで、後に述べるように、サブフィールド内でのボケをさらに均一化することが可能となる。また、これにより異なるサブフィールド間のボケの差を小さくすることが可能であり、ウエハ全体のボケの差を小さくすることが可能となる。
【００２２】
前記課題を解決するための第５の手段は、荷電粒子線露光装置を使用してマスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光中にパターンの像の歪みを微小変動させながら露光を行うことを特徴とする露光方法（請求項５）である。
【００２３】
サブフィールドの露光中にパターンの像の歪みを微小変動させながら露光を行うと、像にボケが発生したのと同じ効果を生じる。このボケが、像面湾曲により発生するボケに重畳されることにより、サブフィールド内でのボケが均一化される。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。
【００２４】
『パターンの像の歪み』とは、非点歪みは言うに及ばず、回転、倍率やサブフィールド全体の位置ずれ等を含む。
【００２５】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段の荷電粒子線露光装置を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整し、露光中に、前記回転倍率調整手段により、前記倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させて露光を行うことを特徴とする露光方法（請求項６）である。
【００２６】
本手段においては、各サブフィールドの露光毎に、像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整を行っておく。そして、露光中には、回転倍率調整手段により、倍率、回転量の少なくとも一方を微小変動させて露光を行う。すると、前述のように、倍率、回転量の微小変動によりボケと同じ効果が発生し、その効果はサブフィールドの中心では小さく、サブフィールドの中心から離れるに従って大きくなる。従って、像面湾曲によって生じるボケと、倍率、回転量の変動によって生じるボケとの和は、サブフィールド内で均一性を有するものとなる。この総合的なボケは、一般にボケを発生させる要因毎のボケの２乗和の平方根で決定される。
【００２７】
すなわち、サブフィールド内でのボケの変動が小さくなるので、これを補償するためのマスクパターンの設計が容易となり、かつ、形成されるマスクパターンは変動の小さいものとなる。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。これらの効果により、微細なパターンの露光転写を行うことができる。
【００２８】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第２の手段の荷電粒子線露光装置を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記露光転写像位置調整手段により、露光中に露光転写像の位置を微小変動させて露光を行うことを特徴とする露光方法（請求項７）である。
【００２９】
本手段においては、各サブフィールドの露光毎に、露光転写像位置調整手段により、露光中に露光転写像の位置を微小変動させて露光を行う。すると、像の露光位置の変動によりボケと同じ効果が生じる。このボケは、前記倍率を変化させた場合のボケと異なり、サブフィールド内で一定であるので、像面湾曲によるボケと逆特性を有するような効果はない。しかし、上述したように総合的なボケは、一般にボケを発生させる要因毎のボケの２乗和の平方根で決定される。よって、サブフィールド内で一定であるボケが加わることにより、ボケがサブフィールド内で均一化される。
【００３０】
すなわち、サブフィールド内でのボケの変動が小さくなるので、これを補償するためのマスクパターンの設計が容易となり、かつ、形成されるマスクパターンは変動の小さいものとなる。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。これらの効果により、微細なパターンの露光転写を行うことができる。
【００３１】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第３の手段の荷電粒子線露光装置を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する方法であって、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整し、前記非点歪み調整手段により、露光中に前記非点歪みを微小変動させて露光を行うことを特徴とする露光方法（請求項８）である。
【００３２】
本手段においては、各サブフィールドの露光毎に、像面湾曲調整手段により像面湾曲がサブフィールドの周縁部でサブフィールドの中央部に対して低減されるように調整を行っておく。そして、各サブフィールドの露光毎に、非点歪み調整手段により、露光中に非点歪みを微小変動させて露光を行う。すると、前述のように、非点歪みの微小変動によりボケと同じ効果が発生し、その効果はサブフィールドの中心では小さく、サブフィールドの中心から離れるに従って大きくなる。従って、像面湾曲によって生じるボケと、非点歪みの微小変動によって生じるボケとの和は、サブフィールド内で均一性を有するものとなる。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。
【００３３】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第５の手段から第８の手段のいずれかであって、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により、露光転写領域における像のボケの最大値と最小値の差が、最も小さくなるように像面湾曲を調整することを特徴とするもの（請求項９）である。
【００３４】
たとえ、ある量を微小変動させて発生させるボケと、像面湾曲によるボケの大きさの差が小さければ、ボケをサブフィールド内で均一化する効果がさらに大きくなる。本手段においては、各サブフィールドの露光毎に、前記像面湾曲調整手段により、露光転写領域における像のボケの最大値と最小値の差が、最も小さくなるように像面湾曲を調整するようにしているので、前記第５の手段から第８の手段において、サブフィールド内でのボケの大きさをさらに均一化することが可能となる。また、ウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる。
【００３５】
すなわち、サブフィールド内でのボケの変動が小さくなるので、これを補償するためのマスクパターンの設計が容易となり、かつ、形成されるマスクパターンは変動の小さいものとなる。これらの効果により、微細なパターンの露光転写を行うことができる。
【００３６】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第４の手段から第９の手段のいずれかである露光方法を使用して、マスク上のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法（請求項１０）である。
【００３７】
本手段によれば、微細なパターンの露光転写が可能となるので、集積度の高い半導体デバイスを製造することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、荷電粒子線露光装置の露光転写光学系の概要を示す図である。マスク１を照射した荷電粒子線２のうち、パターンが形成された部分に照射されたものは、そのパターンを通過し、第１投影レンズ３、第２投影レンズ４により、マスク１上に形成されたパターンの像をウエハ５上に結像する。結像の縮小倍率は、通常１／４とされている。
【００３９】
マスク１上に形成された、異なる位置にあるサブフィールドの像を露光転写するために、第１偏向器６と第２偏向器７が設けられている。なお、８，９は、偏向器６，７が発生する交流磁場が、第１投影レンズ３、第２投影レンズ４に及んで、渦電流により応答が遅れることを防止するためのフェライトスタック、１０は、マスク１から散乱された荷電粒子線２をカットするための散乱アパーチャ、１１はシステム軸（光軸）である。
【００４０】
なお、図１においては、簡略化のために、第１投影レンズ３、第２投影レンズ４、第１偏向器６、第２偏向器７をそれぞれ単一のものとして描いているが、これらは、複数のレンズ、偏向器から形成されてもよい。
【００４１】
以上のような基本的な光学要素の他に、この露光転写光学系には、像面湾曲調整手段、回転倍率調整手段、露光転写位置調整手段、非点歪み調整手段が設けられているが図示を省略している。回転倍率調整手段は、基本的には投影レンズと同じ働きをするものであるが、小型にして応答良く微調整が可能なようにされている。露光転写位置調整手段は、基本的には第２偏向器７と同じ機能を有し、第２偏向器７でこれを兼ねることもできる。非点歪み調整手段は、非点歪みを補正する機能を有するものとして、通常の露光転写光学系には標準的に設けられている。像面湾曲調整手段は、像面湾曲そのものを低減するのでなく、光軸方向の結像位置を変化させる機能を有するものである。
【００４２】
そして、本実施の形態においては、回転倍率調整手段、露光転写位置調整手段、非点歪み調整手段のうち少なくとも一つは、一つのサブフィールドの露光中（通常１μｓ程度）に、それぞれ、倍率、露光転写の位置、非点歪みを変えることができるように構成されている。
【００４３】
このような露光転写光学系を有する荷電粒子線露光装置を用いて、露光転写を行う方法を以下に説明する。
【００４４】
まず、露光転写するサブフィールドに応じて、像面湾曲調整手段を使用して結像位置を調整し、像面湾曲がサブフィールドの端部で最も小さく、サブフィールドの中心でもっとも大きくなるようにしておく。
【００４５】
図２にこの様子を示す。以下の図において、本欄における前出の図面に記載された構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。図２において、２１は、本来のウエハ位置、２２は像面湾曲調整手段により調整されたウエハ位置を示す。荷電粒子線２３は、サブフィールドの中心２４では、本来のウエハ位置２１面に結像するが、図に示すようにサブフィールドの中心２４から離れるに従ってその結像位置が本来のウエハ位置２１面からずれ、結像面は２５で示されるような面上に存在する。
【００４６】
このような状態でウエハ５を２２に示す位置まで移動させれば、サブフィールドの端部である点Ａ、Ｂで像面湾曲による像のボケは最小となり、ウエハ５中心である点Ｃで像のボケが最大となる。この像のボケの大きさを図２において円２６の大きさで示している。
【００４７】
なお、図２においては、説明を分かりやすくするために、ウエハ位置を移動させているが、実際には、像面湾曲調整手段により、結像面２５の光軸方向位置を変えることにより図２に示した効果と同じ効果を実現する。
【００４８】
このような結像面の光軸方向位置を変える調整を行った上で、サブフィールドの露光を開始するが、露光中に、倍率調整手段の設定倍率を微小量変動させる。すると、像のぶれが発生し、ボケと同じ効果をもたらす。この像のぶれは、サブフィールドの中心２４でほとんど０であり、サブフィールドの中心２４から離れるに従って大きくなる。
【００４９】
この様子を図３に示す。図３において横軸ｘはサブフィールド中心からの距離であり、縦軸Ｅは蓄積エネルギー強度を示す。グラフの線は、実線と破線の交点のｘ座標をｘ０とするとき、ｘ＜ｘ０でパターン（露光領域）でなく、ｘ≧ｘ０の範囲がパターン（露光領域）となっているようなパターンを露光したときの蓄積エネルギー分布を示すものである。ボケがなければｘ＝ｘ０を境界としたステップ応答の形状を示すはずであるが、ボケのためになまった形状をしている。通常、この蓄積エネルギーの最大強度の１２％−８８％のｘの範囲をボケと定義している。
【００５０】
破線は、倍率調整手段による倍率の微小変動を与えないときの蓄積エネルギー分布であり、どの位置においてもボケが一定とした場合の例である。これに対し実線は、倍率調整手段による倍率の微小変動を与えたときの蓄積エネルギー分布であり、サブフィールドの中心から周辺へ向かうに従って、蓄積エネルギー分布のなまりの差が大きくなっているのが分かる。つまり、サブフィールドの中心に比べて周辺でボケが大きくなっている。
【００５１】
この倍率変動によるボケの大きさと像面湾曲によるボケの大きさとが、サブフィールドの中心２４からの距離に対して逆特性となるので、両者を総合したボケはサブフィールド内において均一化される。
【００５２】
露光後のプロセスの許容度等を考えると、ウエハ内のボケのバラツキは可能な限り小さいことが好ましい。上述のサブフィールド内のボケの差を小さくする方法により、ウエハ内のボケのバラツキをも小さくすることが可能となる。上述の方法によれば、ボケのバラツキは小さくなるが、最大ボケも大きくする方向にある。装置の仕様として許容可能な最大ボケは決まっているため、この最大ボケを越えない範囲で最小ボケを大きくすることによって、ウエハ全体にわたって、ボケの差を小さくすることが可能となる。
【００５３】
【実施例】
電子線露光装置において、マスク１とウエハ５の間の距離を４００ｍｍとし、マスク１におけるパターンがウエハ５上で３分の１となる縮小露光転写について、シミュレーションを行った。散乱アパーチャ１０とウエハ５間のレンズは内半径４０ｍｍ、ｚ方向の開口幅８ｍｍとし、散乱アパーチャ１０とマスク１間のレンズはＳＭＤとなるように設定した。
【００５４】
サブフィールド（ＳＦ）の大きさはウエハ上で０．５ｍｍ角、ビームの加速電圧は１００ｋｅＶ、ウエハ到達時のビームの開き角は３ｍｒａｄとした。このときの無偏向時のウエハ面における収差は表１のとおりである。
（表１）
【００５５】
【表１】
2004266129.tif 000003
【００５６】
ＳＦ内でのボケの分布状況を見るため、図４に示すように、ＳＦの中心Ａと、ＳＦの外端４点Ｃの平均、両者の中間である４点Ｂの平均の３種類のボケを考える。焦点が正規の位置にある場合、すなわち、結像面が光軸と交わる位置にウエハが置かれた場合の焦点補正量を０とし、露光転写像位置調整手段により焦点位置すなわち結像面位置に補正を加えた場合、その補正量（焦点補正量）を横軸として、ウエハ上でのボケの変化を示したグラフを図５に示す。以下のグラフにおいて、Ａは、点Ａにおけるボケ（ｂｌｕｒ）、Ｂは、４つの点Ｂにおけるボケの平均値、Ｃは、４つの点Ｃにおけるボケの平均値を示す。
【００５７】
図５を見ると分かるように、ＳＦの中心におけるボケは、焦点補正量が変化するにつれて直線的に大きくなるが、点Ｂにおけるボケ、点Ｃにおけるボケは、焦点位置がある程度変化した位置で、極小値を有することが分かる。そして、サブフィールド内でのＡ、Ｂ、Ｃ点におけるボケの大きさの差は、焦点補正をかけないとき２８ｎｍある。
【００５８】
今、装置の仕様である最大ボケを２５ｎｍとする。また、通常は最大偏向位置におけるサブフィールド（ＳＦ）においてボケが最大となるため、このＳＦにおける光学系のボケが２５ｎｍであったとする。本実施例で補正を行うＳＦは最小のボケを有するＳＦであり、通常は偏向が０もしくは０に一番近い偏向位置におけるＳＦである。図５においてＡ、Ｂ、Ｃのうち最大のボケが２５ｎｍを超えない範囲（焦点補正量が１．５μｍ〜６μｍの間）で、Ａ、Ｂ、Ｃのうち最小のボケが最も大きくなるような焦点補正量を選べば、このサブフィールド内のボケの差が小さくなると同時に、ウエハ全面に亘るボケの差違を小さくすることができる。
【００５９】
何故ならば、ウエハ全面において最大ボケの値は変化しないが、最低ボケの値が大きくなるからである。これは図５中の点Ｐにあたる。このときの、このサブフィールドにおけるボケ量は１３ｎｍである。すなわち、ウエハ全面でのボケの差は、２５ｎｍ−１３ｎｍ＝１２ｎｍとなり、この値は近年開発されている露光装置としては問題となる可能性があり、更に小さくすべきである。
【００６０】
これに対し、本発明の実施例として回転倍率調整手段を用いてＳＦの角（図４のＣ点）において±１５ｎｍの振幅を持った回転・倍率の揺動を加えた場合における、ボケの大きさの変化を図６のグラフに示す。このとき、回転・倍率歪みはＳＦの中心からの距離に比例するので、ＳＦの中心とＳＦの角の間の真ん中の位置（図４のＢ点）においては、±７．５ｎｍの揺動が加えられる。
【００６１】
図６において、ＳＦ内におけるボケＡ、Ｂ、Ｃの最大値が２５ｎｍを超えない範囲で、Ａ、Ｂ、Ｃのうち最小のボケが最も大きくなるような焦点補正量を探索すると、Ａのボケが２５ｎｍとなるときに、Ｂのボケが１９ｎｍとなり、その点が求める点となる。そのときの焦点補正量が６．３μｍ（Ｑの位置）である。そして、ウエハ全体でのボケの差は２５ｎｍ−１９ｎｍ＝６ｎｍとなり、図５に示した従来の方法に比して大幅に小さくなる。
【００６２】
図７は、露光転写像位置調整手段（偏向器）により、ＳＦに結像される像の位置を±１０ｎｍＳＦ面内で揺動させながら露光を行った場合のボケの状態を示すグラフである。図７において、ＳＦ内におけるボケＡ、Ｂ、Ｃの最大値が２５ｎｍを超えない範囲で、Ａ、Ｂ、Ｃのうち最小のボケが最も大きくなるような焦点補正量を探索すると、Ｂのボケ量とＣのボケ量が同じとなる点Ｒにおいて、最小のボケが１９ｎｍとなる。よって、ウエハ全体でのボケの差は２５ｎｍ−１９ｎｍ＝６ｎｍとなり、図５に示した従来の方法に比して大幅に小さくなる。
【００６３】
図８は非点歪み調整手段（非点補正器）により、ＳＦの角において±１５ｎｍの非点歪の揺動を施しながら露光を行った場合のボケの状態を示すグラフである。図８において、ＳＦ内におけるボケＡ、Ｂ、Ｃの最大値が２５ｎｍを超えない範囲で、Ａ、Ｂ、Ｃのうち最小のボケが最も大きくなるような焦点補正量を探索すると、Ａのボケが２５ｎｍとなる点においてＢのボケが１９ｎｍとなり、この点が求める点となる（Ｓの位置）。そして、焦点補正量は６．２μｍとなる。よって、ウエハ全体でのボケの差は２５ｎｍ−１９ｎｍ＝６ｎｍとなり、図５に示した従来の方法に比して大幅に小さくなる。
【００６４】
このようにして、ＳＦ内でのボケの大きさを均一化すれば、マスクに形成されるパターンの寸法の変動が激しくなるという問題を避けることができ、マスクパターンの決定が容易になり、また、ウエハ全体におけるボケの差も小さくすることが可能となる。
【００６５】
以下、本発明に係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９は、本発明の実施の形態である半導体デバイス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▼ウエハを製造するウエハ製造工程（又はウエハを準備するウエハ準備工程）
▲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）
▲３▼ウエハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工程
▲４▼ウエ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
▲５▼できたチップを検査するチップ検査工程
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。
【００６６】
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エハ上に順次積層し、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▼この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
▲３▼薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためにマスク（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エハを検査する検査工程
なお、ウェ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。
【００６７】
図１０は、図９のウェ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各工程を含む。
▲１▼前段の工程で回路パターンが形成されたウエハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程
▲２▼レジストを露光する露光工程
▲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
▲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
【００６８】
以上の半導体デバイス製造工程、ウェ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。本実施の形態においては、リソグラフィー工程の▲２▼の露光工程において、本発明に係る露光方法を使用しているので、マスクパターンの製造が容易であり、かつ、ぼけも小さくすることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サブフィールド内でのボケを均一にすること及びウエハ全体におけるボケの差を小さくすることができる荷電粒子線露光装置、及び露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】荷電粒子線露光装置の露光転写光学系の概要を示す図である。
【図２】像面湾曲がサブフィールドの端部で最も小さく、サブフィールドの中心で最も大きくなるようにした状態を示す図である。
【図３】サブフィールド中心からの距離と、蓄積エネルギー強度の関係を示す図である。
【図４】ＳＦ内でのボケを計算した点を示す図である。
【図５】露光転写像位置調整手段により焦点位置すなわち結像面位置に補正を加えた場合のボケの変化を示す図である。
【図６】回転倍率調整手段を用いて、回転・倍率の揺動を加えた場合における、ボケの大きさの変化を示す図である。
【図７】露光転写像位置調整手段により、ＳＦに結像される像の位置を揺動させながら露光を行った場合のボケの状態を示すグラフである。
【図８】非点歪み調整手段により、非点歪の揺動を施しながら露光を行った場合のボケの状態を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態である半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【図１１】像面湾曲とそれに起因する像のボケを模式的に示した図である。
【図１２】像面湾曲によるサブフィールド内でのボケを均一化させるために、結像面５をウエハ位置から相対的にずらす方法を示す図である。
【符号の説明】
１…マスク、２…荷電粒子線、３…第１投影レンズ、４…第２投影レンズ、５…ウエハ、６…第１偏向器、７…第２偏向器、８，９…フェライトスタック、１０…散乱アパーチャ、１１…システム軸（光軸）、２１…本来のウエハ位置、２２…調整されたウエハ位置、２３…荷電粒子線、２４…サブフィールドの中心、２５…結像面、２６…ボケの大きさ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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