(57)【要約】【課題】全体のコントラストを向上させ線幅精度の高い転写露光を行う。【解決手段】電子レンズ２０９は、励磁コイル２０９ｂと、これを囲むコの字状の磁極２０９ａとで構成される。磁極２０９ａの、励磁コイル２０９ｂを囲む下方部分の一辺は、ベリリウム又はベリリウム合金製の部材２０９ｅで形成されている。部材２０９ｅの下面（対向面）２０９ｄは、ウェハの電子ビーム照射面の直上に位置し、かつ対向する。ベリリウムは軟鉄等に比べ反射電子散乱係数が小さいので、ウェハの荷電ビーム照射面から対向面に反射した電子が、ウェハ方向に再反射される率が低くなり、ｆｏｇｇｉｎｇ効果によるかぶり露光を防ぐ。【選択図】　　　　図２
2004103826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板上に選択的に荷電ビームを照射してパターン形成する荷電ビーム露光装置であって、
前記感応基板の荷電ビーム照射面に対向する装置部品・部材がベリリウム又はベリリウム合金からなることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
【請求項２】
前記感応基板直近の電子レンズの磁極（ポールピース）がベリリウム又はベリリウム合金からなることを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム露光装置。
【請求項３】
前記感応基板を保持するステージ上に配置されている電子検出器を有し、該検出器がベリリウム又はベリリウム合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィーに用いられる電子ビーム露光装置や、イオンビーム露光装置等の荷電ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、感応基板（ウエハ等）上に集積回路等のパターンを焼き付けるための、高解像度と高スループットの両方を兼ね備えた荷電ビーム（粒子線）露光装置の検討が進められている。その一例として、分割転写方式の電子ビーム露光装置が挙げられる。この方式の装置は、所定のパターンを備えたマスクに電子ビームを照射し、その照射範囲のパターンの像をウエハに縮小転写する。その際、光学系の視野を多数の小領域（サブフィールド）に分割し、電子ビームを所望の小領域に向けて偏向させながら、小領域毎に分割してパターン像を転写する。また、ウエハ上に結像される各サブフィールドの像の焦点やフィールドの歪み等の収差を補正しながら転写露光する。これにより、ウエハ上のチップ全体を一括転写する場合に比べ、光学的に広い領域にわたって解像度並びに精度の良い露光を行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子ビーム露光装置で線幅０．１μｍ程度の微細パターンを露光するためには、１００ｋＶ程度の高加速電圧を用いる必要があるとされている。
【０００４】
しかし、このように高速の電子ビームを露光に用いると、ｆｏｇｇｉｎｇ効果と呼ばれる問題が生じる。このｆｏｇｇｉｎｇ効果について図１を用いて説明する。
【０００５】
図１は、荷電ビーム露光装置内に載置されたウエハ付近を示す部分的な模式的断面図である。図には、露光装置内に載置されたウエハ５３が示されている。ウエハ５３の表面にはレジスト５３ａが塗布されている。ウエハ５３上の面５３ｂが電子ビーム５１の照射面となる。ウエハ５３の上方には、露光装置の光学鏡筒内部品、例えば、最終段の投影レンズ１９が存在する。このレンズ１９の磁極の下面５２は、ウエハ５３の照射面５３ｂに対向している。
【０００６】
そこで、電子ビーム５１の加速電圧を高くすると、電子ビーム５１はレジスト５３ａの上面５３ｂに入射した後にウエハ上面５３ｃで反射し、この反射電子ビーム５４が対向面５２に当たる。対向面５２に当たった反射電子ビーム５４がさらに反射して照射面５３ｂに再び入射し、レジスト５３ａに露光ドーズを与える。さらに一部の電子ビームは、再び照射面５３ｂに入射しウエハ上面５３ｃで反射する。これが次々に繰り返され、かなりの広範囲にわたってウエハ５３が露光される現象（かぶり露光）が発生する。このような現象はｆｏｇｇｉｎｇ効果と呼ばれている。このｆｏｇｇｉｎｇ効果は、電子ビーム５１のウエハ５３への入射点Ｐから横に数ミリ程度まで及ぶ（広がる）。その結果、露光されるウエハ上のパターン像のコントラストが低下し、線幅が不安定となるなどの問題を引き起こす。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ｆｏｇｇｉｎｇ効果を抑制でき、線幅精度の高い転写露光を行うことができる荷電ビーム露光装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る荷電ビーム露光装置は、感応基板上に選択的に荷電ビームを照射してパターン形成する荷電ビーム露光装置であって、前記感応基板の荷電ビーム照射面に対向する装置部品・部材がベリリウム（Ｂｅ）又はベリリウム合金からなることを特徴とする。
【０００９】
荷電ビーム照射面に対向する位置には、投影（電子）レンズ等の装置が配置されている。この装置の部品・部材は、一般に、軟鉄等のベリリウムよりも大きな原子番号の物質で作られている。ベリリウムは軟鉄等よりも原子番号が小さいので、ベリリウムに入射する電子（イオン）は内部まで入り込むため、再反射される確率は低くなる。また、ベリリウムからの２次電子発生も少ない。つまり、ベリリウムは、軟鉄等に比べて反射電子散乱係数（反射電子数／入射電子数で表される）が小さくなる。したがって、感応基板面から反射して対向する面に入射する電子（イオン）が反射される率が低くなる。これにより、ｆｏｇｇｉｎｇ効果によるかぶり露光を抑制することができる。
【００１０】
前記感応基板を保持するステージ上に電子検出器が配置されている場合には、該検出器がベリリウム又はベリリウム合金からなることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図３は、本発明の一実施の形態に係る分割転写方式の電子ビーム露光装置のマスクステージ、投影光学系、ウエハステージの周辺の構成を模式的に示す図である。
【００１２】
図の上部に示すマスクステージ１１上にはマスク１０が載置される。マスク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（デバイスパターン）が形成されている。光学系の最上流に配置される電子銃（図示せず）から放射された照明ビームＩＢが、照明光学系（図示せず）を経て、図の上方からマスク１０に照射される。
【００１３】
マスクステージ１１には反射鏡１１ｂが取り付けられている。マスクステージ位置検出器１２は、レーザ光線ＬＢ１をこの反射鏡１１ｂに照射し、その反射光を受光することによりマスクステージ１１の位置を測定する。図には、このマスクステージ位置検出器１２は１セットしか図示されていないが、水平方向に離れた２つの平行する位置にそれぞれ平行に設置されており、これら２つの位置検出器により、マスクステージ１１の位置を２個所で測定することによって、マスクステージ１１の回転も測定できるようになっている。
【００１４】
マスクステージ１１には、マスク１０のＺ方向位置（高さ）を検出する計器も設けられている。すなわち、レーザ光源１３からレーザ光線ＬＢ２をマスク１０の下面に照射し、その反射光をマスク高さセンサ１４で受光することによりマスク１０のＺ方向位置（高さ）が測定される。各マスク位置測定装置１２、１４により測定されたマスク位置は、インターフェース１２ａ、１４ａを介して、コントローラ３１に入力される。
【００１５】
マスクステージ１１は、マスクステージ駆動用モータ１１ｃにより駆動される。実際にはモータ１１ｃは、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸（高さ方向）用、回転用のものなどが設置されている。これらのマスクステージ駆動用モータ１１ｃは、ステージ制御部１１ａを介してコントローラ３１の指令により駆動され、マスク１０を上記４軸方向などに移動することができる。
【００１６】
ウエハ２３は、ウエハステージ２４上に載置される。ウエハ２３及びウエハステージ２４は、マスク１０の下流に位置する。
【００１７】
ウエハ２３及びウエハステージ２４についても、マスク１０及びマスクステージ１１同様にＸ、Ｙ及びＺ方向の位置検出器２５、２８、２９が設置されている。また、ウエハステージ２４には、マスクステージ１１同様に、Ｘ、Ｙ、Ｚ及び回転などのモータが設けられており、ウエハ２３をこの４軸方向などに移動させることができる。
さらに、ウエハステージ２４上には、電子ビームの照射量を計測する電子検出器２６も設置されている。電子検出器２６としては、例えば、ファラデーカップや光電変換器等を挙げることができる。電子検出器２６で計測された電子ビームの照射量が設定値と異なる場合には、電子銃や照明光学系などの制御条件を調整する。これによって、露光時の電子ビームの照射量を所望の値にすることができるようになっている。
【００１８】
各投影レンズ１５、１９は、マスク１０とウエハ２３との間に設けられる。各投影レンズ１５、１９は、電子レンズであり、磁極（ポールピース）１５ｃ，１９ｃ及び励磁コイル１５ｂ、１９ｂを有する。２段目の投影レンズ１９は、ウエハ２３の電子ビーム照射面２３ｂの直上に位置する。そして、磁極１９ｃの下面１９ｄはウエハ２３の電子ビーム照射面２３ｂと対向している。
【００１９】
反射電子検出器２２も、ウエハ２３の電子ビーム照射面２３ｂに対向し、照射面２３ｂの上方直近の位置に配置される。反射電子検出器２２は、ウエハ２３上に設けられた位置検出用マークからの反射電子を検出し、それによりマークの位置を検出する。これによって、投影光学系のある条件下におけるマスク１０（あるいはマスク上のパターンの投影像）とウエハ２３との相対的位置関係を把握する。
【００２０】
本発明の特徴は、２段目投影レンズ１９の磁極１９ｃの下面（対向面）１９ｄを含む装置部品・部材が、ベリリウム又はベリリウム合金からなることである。この特徴については、図２を用いて詳しく後述する。
【００２１】
各投影レンズ１５、１９の内周部には、補助レンズ１７、２１及び電磁偏向器１６、２０が配置されている。補助レンズ１７、２１は、パターン像の焦点、回転、倍率等を調整する。電磁偏向器１６、２０は、例えば投影光学系の収差を低減する。
【００２２】
各投影レンズ１５、１９及び補助レンズ１７、２１並びに電磁偏向器１６、２０は、各コイル電源１５ａ、１９ａ、１７ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。
【００２３】
投影レンズ１９の内周部にある補助レンズ２１や電磁偏向器２０の内側には、静電偏向器３０が配置されており、電子ビームを偏向させる。静電偏向器３０は制御電源３０ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。
【００２４】
マスク１０とウエハ２３との間を縮小比率で略内分する位置には、コントラスト開口１８が設けられる。同開口１８は、マスク１０の非パターン部で散乱された電子ビームがウエハ２３上に到達しないように遮断する。
【００２５】
マスク１０の、あるサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）に電子ビームＩＢが当てられる。マスク１０を通過した電子ビームＩＢは、投影レンズ１５、１９、補助レンズ１７、２１、偏向器１６、２０、３０により縮小・偏向されて、ウエハ２３上の所定の位置に結像される。ウエハ２３上には感応材料（レジスト）が塗布されており、レジストに電子ビームＩＢのドーズが与えられ、マスク１０上のパターンが縮小されてウエハ２３上に転写される。
【００２６】
次に、図２を用いて、さらに詳しく本発明の特徴について説明する。
図２は、本発明の一実施形態にかかる露光装置の電子レンズの概略を示す拡大断面図である。図２（Ａ）は第１実施例を示し、図２（Ｂ）は第２実施例を示す。
【００２７】
まず、図２（Ａ）について説明する。
電子レンズ１０９は、リング状の励磁コイル１０９ｂと、同じくリング状の磁極（ポールピース）１０９ｃと、ベリリウム板１０９ｅとから構成される。なお、図には電子レンズ１０９の片側の断面のみを示す。励磁コイル１０９ｂの周囲はコの字状の磁極１０９ｃに囲まれている。磁極１０９ｃの下面１０９ｆには、ベリリウム板１０９ｅが固着（ビス止め）されている。ベリリウム板１０９ｅの下面（対向面）１０９ｄは、ウエハ２３の電子ビーム照射面２３ｂ（図３参照）の直上に位置し、かつ対向している。磁極１０９ｃは、例えば軟鉄で形成される。一方、ベリリウム板１０９ｅは、ベリリウム又はベリリウム合金で形成される。ベリリウム板１０９ｅの厚みｄ２は、例えば１ｍｍ以上である。電子レンズ１０９の幅ｄ１は、例えば４００ｍｍである。
【００２８】
次に図２（Ｂ）の第２実施例について説明する。
第２実施例では、電子レンズ２０９は、励磁コイル２０９ｂと、磁極２０９ａとで構成される。ここでも、図には電子レンズ２０９の片側の断面のみを示す。励磁コイル２０９ｂは、コの字状の磁極２０９ａに囲まれる。磁極２０９ａは、磁極部材２０９ｃと部材２０９ｅとで構成される。磁極部材２０９ｃは、励磁コイル２０９ｂを囲む上方部分２０９ｆ及び側方部分２０９ｇの二辺を構成し、部材２０９ｅは、励磁コイル２０９ｂを囲む下方部分２０９ｈの一辺を構成する。磁極部材２０９ｃは、例えば軟鉄で形成される。部材２０９ｅは、ベリリウム又はベリリウム合金で形成される。部材２０９ｅの下面（対向面）２０９ｄは、ウエハ２３の電子ビーム照射面２３ｂ（図３参照）の直上に位置し、かつ対向している。
【００２９】
上記実施の形態によれば、ベリリウムは軟鉄等よりも原子番号が小さいので、ベリリウムに入射する電子（イオン）は内部まで入り込むため、再反射される確率は低くなる。また、ベリリウムからの２次電子発生も少ない。つまり、ベリリウムは、軟鉄等に比べて反射電子散乱係数が小さくなる。具体的には、軟鉄に対する反射電子散乱係数は、０．５〜０．２である。これに対し、ベリリウムに対する反射電子散乱係数は０．０４であり、軟鉄に対する場合よりも反射電子数を約１／１０に減らすことができる。したがって、ウエハ２３の荷電ビーム照射面２３ｂで反射し対向面１０９ｄ，２０９ｄ（図２参照）に入射する電子が、ウエハ２３方向に再び反射される率が低くなる。その結果、ｆｏｇｇｉｎｇ効果によるかぶり露光の影響が無視できる程度に電子ビームのドーズを与えることができる。
尚、反射電子散乱係数は、反射電子数／入射電子数で表される。
【００３０】
本実施の形態において、図３に示される露光装置の電子検出器２６も、ベリリウム又はベリリウム合金で形成することができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、電子ビームを用いた露光装置について説明したが、電子に限らずイオン等、全ての荷電粒子を用いた露光装置に適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、全体のコントラストを向上させ線幅精度の高い転写露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】荷電ビーム露光装置内に載置された感応基板付近を示す部分的な模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる電子レンズの概略を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る分割転写方式の電子ビーム露光装置のマスクステージ、投影光学系、ウエハステージの周辺の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１９，１０９，２０９　　電子レンズ（投影レンズ）
１９ｄ，５２，１０９ｄ，２０９ｄ　　対向面（下面）
２３，５３　　感応基板（ウエハ）
２３ｂ，５３ｂ　　電子ビーム照射面　　　　５１　　荷電（電子）ビーム
５３ａ　　感応材料　　　　　　　　　　　　５３ｃ　　ウエハ上面
５４　　反射電子ビーム　　　　　　　　　　１０９ｂ，２０９ｂ　　励磁コイル
１０９ｅ　　ベリリウム板　　　　　　　　　１０９ｆ　　下面
１０９ｃ，２０９ａ　　磁極　　　　　　　　２０９ｃ　　磁極部材
２０９ｅ　　部材
【図１】
2004103826.tif 000003
【図２】
2004103826.tif 000004
【図３】
2004103826.tif 000005