(57)【要約】【課題】ビーム電流を下げることなく、微細なパターンを転写することができる露光装置、露光方法、ステンシルマスク、半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ウエハに転写すべきパターンをＸ方向に延びるＸ方向パターンＰ１と、Ｙ方向に延びるＹ方向パターンＰ２とに分割し、Ｘ方向パターンＰ１とＹ方向パターンＰ２とを異なる領域に振り分けて配置したステンシルマスクを用いる。そして、Ｘ方向パターンＰ１が配置されたマスク領域１１にはＸ方向に比べてＹ方向のぼけが小さい電子線ＥＢで露光する。また、Ｙ方向パターンＰ２が配置されたマスク領域１２にはＹ方向に比べてＸ方向のぼけが小さい電子線ＥＢで露光する。このように、パターンの解像度の要求される方向、すなわちパターンの幅方向に絞った電子線ＥＢで露光することにより、クーロン効果が顕著な大ビーム電流によっても微細なパターンを形成することができる。【選択図】図５
2005268523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被露光体に転写すべきパターンが第１の方向に延びる第１パターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２パターンとに分割され、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる領域に振り分けられて配置されたステンシルマスクと、
前記ステンシルマスクに荷電粒子線を走査する荷電粒子線走査手段と、
前記第１パターンあるいは前記第２パターンが配置された領域毎に前記荷電粒子線に異なる非点収差を生じさせ、前記第１パターンが配置された領域には第１方向に比べて第２方向のぼけが小さい荷電粒子線、前記第２パターンが配置された領域には第２方向に比べて第１方向のぼけが小さい荷電粒子線となるように非点収差を調整する非点収差調整手段と
を有する露光装置。
【請求項２】
前記ステンシルマスクは、前記被露光体に対して重ねて露光されるマスク領域を少なくとも２つ有し、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる前記マスク領域に振り分けられて配置されており、
前記非点収差調整手段は、前記マスク領域毎に前記荷電粒子線に異なる非点収差を生じさせる
請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記ステンシルマスクは、前記被露光体に対して重ねて露光されるマスク領域を少なくとも２つ有し、各マスク領域は、前記パターンが形成される荷電粒子線遮蔽膜と、前記荷電粒子線遮蔽膜を区画し当該荷電粒子線遮蔽膜を補強する梁部とを有し、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる前記荷電粒子線遮蔽膜の領域に振り分けられて配置されており、
前記非点収差調整手段は、前記荷電粒子線遮蔽膜の領域毎に前記荷電粒子線に異なる非点収差を生じさせる
請求項１記載の露光装置。
【請求項４】
被露光体に転写すべきパターンを第１の方向に延びる第１パターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２パターンとに分割し、前記第１パターンと前記第２パターンとを異なる領域に振り分けて配置したステンシルマスクを用い、
前記第１パターンあるいは前記第２パターンが配置された領域毎に前記荷電粒子線に異なる非点収差を生じさせ、前記第１パターンが配置された領域には第１方向に比べて第２方向のぼけが小さい荷電粒子線、前記第２パターンが配置された領域には第２方向に比べて第１方向のぼけが小さい荷電粒子線で露光する
露光方法。
【請求項５】
前記ステンシルマスクは、前記被露光体に対して重ねて露光されるマスク領域を少なくとも２つ有し、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる前記マスク領域に振り分けて配置されており、
前記マスク領域毎に異なる非点収差を生じさせた前記荷電粒子線で露光する
請求項４記載の露光方法。
【請求項６】
前記ステンシルマスクは、前記被露光体に対して重ねて露光されるマスク領域を少なくとも２つ有し、各マスク領域は、前記パターンが形成される荷電粒子線遮蔽膜と、前記荷電粒子線遮蔽膜を区画し当該荷電粒子線遮蔽膜を補強する梁部とを有し、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる前記荷電粒子線遮蔽膜の領域に振り分けて配置されており、
前記荷電粒子線遮蔽膜の領域毎に異なる非点収差を生じさせた前記荷電粒子線で露光する
請求項４記載の露光方法。
【請求項７】
被露光体に転写すべきパターンが第１の方向に延びる第１パターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２パターンとに分割され、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる領域に振り分けられて配置された
ステンシルマスク。
【請求項８】
前記被露光体に対して重ねて露光されるマスク領域を少なくとも２つ有し、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる前記マスク領域に振り分けられて配置された
請求項７記載のステンシルマスク。
【請求項９】
被露光体に対して重ねて露光されるマスク領域を少なくとも２つ有し、各マスク領域は、前記パターンが形成される荷電粒子線遮蔽膜と、前記荷電粒子線遮蔽膜を区画し当該荷電粒子線遮蔽膜を補強する梁部とを有し、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる前記荷電粒子線遮蔽膜の領域に振り分けられて配置された
請求項７記載のステンシルマスク。
【請求項１０】
被処理基板に被加工層を形成する工程と、前記被加工層上に感光膜を形成する工程と、前記感光膜に対してマスクのパターンを露光する露光工程と、パターン露光された感光膜をエッチングマスクとして前記被加工層をエッチングすることにより前記被加工層をパターン加工する工程とを繰り返すことにより、パターンの層を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記露光工程において、
前記感光膜に転写すべきパターンを第１の方向に延びる第１パターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２パターンとに分割し、前記第１パターンと前記第２パターンとを異なる領域に振り分けて配置したステンシルマスクを用い、
前記第１パターンあるいは前記第２パターンが配置された領域毎に前記荷電粒子線に異なる非点収差を生じさせ、前記第１パターンが配置された領域には第１方向に比べて第２方向のぼけが小さい荷電粒子線、前記第２パターンが配置された領域には第２方向に比べて第１方向のぼけが小さい荷電粒子線で露光する
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を用いる露光装置、露光方法、ステンシルマスクおよび半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低加速電子ビーム近接転写リソグラフィ（ＬＥＥＰＬ：low energy electron beam proximity projection lithography ）では、薄膜にパターンの貫通孔が形成されたステンシルマスクが用いられる（特許文献１参照）。ＬＥＥＰＬに使用されるステンシルマスクでは、ウエハに重ねて露光するための複数のマスク領域を設けており、各マスク領域にはウエハに転写する回路パターンを相補分割したパターンが配置されている（特許文献２，３，４参照）。
【０００３】
従来、薄膜に貫通孔からなるパターンを形成するため、貫通孔により形成できないパターンを分割したり、薄膜の強度を保つためパターン密度を均一にするように振り分けることが行われている。
【特許文献１】特許第２９５１９４７号
【特許文献２】特開２００２−３６７８８５号公報
【特許文献３】特開２００２−３７３８４５号公報
【特許文献４】特開２００３−１５１８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、低加速電子ビーム近接転写リソグラフィでは、２ｋＶで加速された低エネルギー電子を用いることから、クーロン反発による電子ビームのぼけが大きく、大ビーム電流では十分な解像性が得られなかった。
【０００５】
例えば、図１１に示すように、ビーム電流１μＡにおいて３０ｎｍであったビームぼけが、ビーム電流を２０μＡにすることで８０ｎｍまで悪化してしまう。パターンの解像性はビームぼけに比例するため、十分な解像性を得るためにはビームぼけを低減する必要があった。
【０００６】
この問題を解決するために、ビーム電流を小さくすることが考えられるが、露光のスループットはビーム電流に依存するため、ビーム電流が小さいと単位時間当たりのウエハ処理枚数が下がってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、ビーム電流を下げることなく、微細なパターンを転写することができる露光装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、ビーム電流を下げることなく、高いスループットで微細なパターンを転写することができる露光方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、微細なパターンを転写し得るパターン配置をもつステンシルマスクを提供することにある。
本発明の第４の目的は、微細かつ線幅均一性の良いパターンを形成することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の第１の目的を達成するため、本発明の露光装置は、被露光体に転写すべきパターンが第１の方向に延びる第１パターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２パターンとに分割され、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる領域に振り分けられて配置されたステンシルマスクと、前記ステンシルマスクに荷電粒子線を走査する荷電粒子線走査手段と、前記第１パターンあるいは前記第２パターンが配置された領域毎に前記荷電粒子線に異なる非点収差を生じさせ、前記第１パターンが配置された領域には第１方向に比べて第２方向のぼけが小さい荷電粒子線、前記第２パターンが配置された領域には第２方向に比べて第１方向のぼけが小さい荷電粒子線となるように非点収差を調整する非点収差調整手段とを有する。
【０００９】
上記の本発明の露光装置では、荷電粒子線走査手段によるステンシルマスクへの荷電粒子線の走査の際に、非点収差調整手段により荷電粒子線の非点収差が調整される。
すなわち、非点収差調整手段により、第１パターンが配置された領域には第１方向に比べて第２方向のぼけが小さい荷電粒子線が照射される。これにより、第１の方向に延びる第１パターンの場合には、パターンの解像性が要求されるパターンの幅方向、すなわち第２方向の解像度が向上する。パターンぼけが小さいほど、パターンの解像性が向上するからである。
同様に、第２パターンが配置された領域には第２方向に比べて第１方向のぼけが小さい荷電粒子線が照射される。これにより、第２の方向に延びる第２パターンの場合には、パターンの解像性が要求されるパターンの幅方向、すなわち第１方向の解像度が向上する。
以上のように、パターンの解像性が要求される方向に荷電粒子線を絞ることにより、荷電粒子線のビーム電流を下げることなく、微細なパターンが転写される。
【００１０】
上記の第２の目的を達成するため、本発明の露光方法は、被露光体に転写すべきパターンを第１の方向に延びる第１パターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２パターンとに分割し、前記第１パターンと前記第２パターンとを異なる領域に振り分けて配置したステンシルマスクを用い、前記第１パターンあるいは前記第２パターンが配置された領域毎に前記荷電粒子線に異なる非点収差を生じさせ、前記第１パターンが配置された領域には第１方向に比べて第２方向のぼけが小さい荷電粒子線、前記第２パターンが配置された領域には第２方向に比べて第１方向のぼけが小さい荷電粒子線で露光するものである。
【００１１】
上記の本発明の露光方法では、第１パターンあるいは第２パターンが配置された領域毎に異なる非点収差をもつ荷電粒子線で露光する。
すなわち、第１パターンが配置された領域には第１方向に比べて第２方向のぼけが小さい荷電粒子線で露光する。これにより、第１の方向に延びる第１パターンの場合には、パターンの解像性が要求されるパターンの幅方向、すなわち第２方向の解像度が向上する。パターンぼけが小さいほど、パターンの解像性が向上するからである。
同様に、第２パターンが配置された領域には第２方向に比べて第１方向のぼけが小さい荷電粒子線で露光する。これにより、第２の方向に延びる第２パターンの場合には、パターンの解像性が要求されるパターンの幅方向、すなわち第１方向の解像度が向上する。
以上のように、パターンの解像性が要求される方向に荷電粒子線を絞って露光することにより、荷電粒子線のビーム電流を下げることなく、微細なパターンが転写される。
【００１２】
上記の第３の目的を達成するため、本発明のステンシルマスクは、被露光体に転写すべきパターンが第１の方向に延びる第１パターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２パターンとに分割され、前記第１パターンと前記第２パターンとが異なる領域に振り分けられて配置されたものである。
【００１３】
上記の本発明のステンシルマスクでは、第１パターンと第２パターンとが異なる領域に振り分けられて配置されていることから、露光の際に、第１パターンあるいは第２パターンが配置された領域毎に異なる非点収差をもつ荷電粒子線で露光することが可能となる。
【００１４】
上記の第４の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、被処理基板に被加工層を形成する工程と、前記被加工層上に感光膜を形成する工程と、前記感光膜に対してマスクのパターンを露光する露光工程と、パターン露光された感光膜をエッチングマスクとして前記被加工層をエッチングすることにより前記被加工層をパターン加工する工程とを繰り返すことにより、パターンの層を形成する半導体装置の製造方法であって、前記露光工程において、前記感光膜に転写すべきパターンを第１の方向に延びる第１パターンと、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２パターンとに分割し、前記第１パターンと前記第２パターンとを異なる領域に振り分けて配置したステンシルマスクを用い、前記第１パターンあるいは前記第２パターンが配置された領域毎に前記荷電粒子線に異なる非点収差を生じさせ、前記第１パターンが配置された領域には第１方向に比べて第２方向のぼけが小さい荷電粒子線、前記第２パターンが配置された領域には第２方向に比べて第１方向のぼけが小さい荷電粒子線で露光するものである。
【００１５】
上記の本発明の半導体装置の製造方法では、被処理基板に被加工層を形成し、被加工層上に感光膜を形成した後に、感光膜に対してマスクのパターンを露光する露光工程が実施される。
露光工程では、第１パターンと第２パターンとが異なる領域に振り分けられて配置されたステンシルマスクを用いる。そして、第１パターンあるいは第２パターンが配置された領域毎に異なる非点収差をもつ荷電粒子線で露光する。
すなわち、第１パターンが配置された領域には第１方向に比べて第２方向のぼけが小さい荷電粒子線で露光する。これにより、第１の方向に延びる第１パターンの場合には、パターンの解像性が要求されるパターンの幅方向、すなわち第２方向の解像度が向上する。パターンぼけが小さいほど、パターンの解像性が向上するからである。
同様に、第２パターンが配置された領域には第２方向に比べて第１方向のぼけが小さい荷電粒子線で露光する。これにより、第２の方向に延びる第２パターンの場合には、パターンの解像性が要求されるパターンの幅方向、すなわち第１方向の解像度が向上する。
以上のように、パターンの解像性が要求される方向に荷電粒子線を絞って露光することにより、荷電粒子線のビーム電流を下げることなく、微細なパターンが露光される。
その後、パターン露光された感光膜をエッチングマスクとして被加工層をエッチングすることにより、被加工層をパターン加工する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の露光装置によれば、ビーム電流を下げることなく、微細なパターンを転写することができる。本発明の露光方法によれば、ビーム電流を下げることなく、高いスループットで微細なパターンを転写することができる。本発明のステンシルマスクによれば、微細なパターンの転写に寄与することができる。本発明の半導体装置の製造方法によれば、微細かつ線幅均一性の良いパターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るステンシルマスク１の平面図である。
図１に示すステンシルマスク１は、基板２の中央領域に、ＸＹ座標系の第１象限に位置する第１マスク領域１１と、第２象限に位置する第２マスク領域１２と、第３象限に位置る第３マスク領域１３と、第４象限に位置する第４マスク領域１４とを有する。
【００１９】
各マスク領域１１〜１４は、いわゆる相補マスク領域である。すなわち、ウエハ等の被処理基板に転写するためのデバイスパターンが相補分割されたパターンがいずれかのマスク領域１１〜１４に振り分けられて配置され、全てのマスク領域１１〜１４を順次重ねて露光することにより、被処理基板に分割前のデバイスパターンが転写される。
【００２０】
図２は、１つのマスク領域の要部斜視図である。
マスク領域には、図示しない貫通孔からなるパターンが形成される電子線遮蔽膜（荷電粒子線遮蔽膜）３と、電子線遮蔽膜３を複数の小領域に区画することで電子線遮蔽膜３の強度を補強する梁部４とが形成されている。
【００２１】
上記のステンシルマスクは、例えばＳＯＩウエハを用いて作製される。ＳＯＩウエハを用いてステンシルマスクを作製した場合には、電子線遮蔽膜３はシリコンからなるＳＯＩ層により構成され、基板２および梁部４はＳＯＩ層／酸化シリコン膜／シリコン基板の積層体により構成される。この場合、例えば電子線遮蔽膜３の膜厚は５００ｎｍ程度であり、基板２および梁部４の膜厚は７００μｍ程度である。
【００２２】
上記のステンシルマスク１の電子線遮蔽膜３には、上記したようにウエハ等の被処理基板に転写するデバイスパターンを相補分割して、分割後のパターンを各マスク領域１１〜１４の電子線遮蔽膜３に振り分けて形成する。
【００２３】
図３および図４は、相補分割処理について説明するための図である。
【００２４】
例えばゲートパターンや配線パターン等のデバイスパターンＰは、通常、Ｘ方向（第１の方向）およびＹ方向（第２の方向）に延びるパターンの組み合わせにより構成されている。図３（ａ）では、一例として、Ｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンと、Ｙ方向に延びるラインアンドスペースパターンを示す。
【００２５】
本実施形態では、パターンＰのＸＹ座標に基づいて、パターンＰがＸ方向に延びるＸ方向パターン（第１パターン）かＹ方向に延びるＹ方向パターン（第２パターン）かを判断して、図３（ｂ）に示すＸ方向パターンＰ１と、図３（ｃ）に示すＹ方向パターンＰ２とに相補分割する。
【００２６】
また、ラインアンドスペースパターン以外にも、例えば、図４（ａ）に示すようなデバイスパターンの場合についても同様に、パターンのＸＹ座標に基づいてＸ方向パターンとＹ方向パターンとに分割する。図４（ａ）では、点線により分割線を示している。これにより、図４（ｂ）に示すようなＸ方向パターンＰ１と、図４（ｃ）に示すようなＹ方向パターンＰ２とに相補分割される。
【００２７】
上記のようにして相補分割されたＸ方向パターンＰ１とＹ方向パターンＰ２とを異なるマスク領域１１〜１４に選択的に振り分けて形成する。例えば、図５に示すように、Ｘ方向パターンＰ１を第１マスク領域１１に配置し、Ｙ方向パターンＰ２を第２マスク領域１２に配置したステンシルマスク１を作製する。
【００２８】
本実施形態では、このようにして、Ｘ方向パターンＰ１とＹ方向パターンＰ２とを異なる領域に振り分けて作製したステンシルマスク１を用いて露光を行う。
【００２９】
図６は、露光処理を実施する本実施形態に係る露光装置の概略構成図である。図６に示す露光装置は、ＬＥＥＰＬ技術に適用される露光装置である。
【００３０】
図６に示す露光装置は、電子銃２１と、スティグメータ２２と、コンデンサレンズ２３と、アパーチャ２４と、一対の主偏向器２５ａ，２５ｂと、一対の副偏向器２６ａ，２６ｂと、装置全体の動作を制御する制御部２７とを有する。
【００３１】
電子銃２１は、２ｋＶ程度の加速電圧で電子線ＥＢを出射する。電子銃２１から出射された電子線ＥＢは、スティグメータ２２により非点収差が調整されて、コンデンサレンズ２３を通って平行ビームに収束する。この平行ビームに収束した電子線ＥＢの不要部分は、アパーチャ２４によって遮断される。
【００３２】
電子線ＥＢは、主偏向器２５ａによって、電子線ＥＢを照射する目標に向けて振られた後、主偏向器２５ｂによって、光軸に平行な方向になるように振り戻される。これによって、電子線ＥＢは、ステンシルマスク１に対して略垂直に向けられる。主偏向器２５ａ，２５ｂにより、電子線ＥＢが走査される。
【００３３】
副偏向器２６ａ，２６ｂは、被露光体であるウエハ等の被処理基板３０に転写されるパターンの位置を補正すべく電子線ＥＢのステンシルマスク１への入射角を制御する。電子線ＥＢを僅かに傾けることにより、正確な位置から変位しているステンシルマスク１のパターンを、被処理基板３０上の正しい位置に補正して転写する。
【００３４】
制御部２７は、スティグメータ２２、主偏向器２５ａ，２５ｂ、副偏向器２６ａ，２６ｂ等の電子光学系の動作を制御する。特に本実施形態では、制御部２７は、スティグメータ２２に制御信号を出力し、スティグメータ２２は当該制御信号を受けて電子線ＥＢの非点収差を調整する。スティグメータ２２と制御部２７とが、本発明の非点収差調整手段に相当する。また、主偏向器２５ａ，２５ｂと制御部２７とが、本発明の荷電粒子線走査手段に相当する。
【００３５】
ステンシルマスク１の電子線遮蔽膜に形成された貫通孔からなるパターンを通過した電子線ＥＢにより、被処理基板３０上のレジスト膜３２が露光される。図６に示す露光装置では、等倍露光を採用しており、ステンシルマスク１と被処理基板３０は近接して配置される。
【００３６】
本実施形態では、Ｘ方向パターンＰ１が配置されたマスク領域には、Ｙ方向のぼけが小さい電子線ＥＢとなるようにスティグメータ２２により非点収差を調整する。また、Ｙ方向パターンＰ２が配置されたマスク領域には、Ｘ方向のぼけが小さい電子線ＥＢとなるようにスティグメータ２２により非点収差を調整する。
【００３７】
スティグメータ２２は、主偏向器２５ａ，２５ｂによる電子線ＥＢの走査中に、制御部２７からの入力値（制御信号）に応じて電子線に異なる非点収差を生じさせることができる。図７は、スティグメータ２２の入力値と電子線のビームぼけとの関係を示す図である。
【００３８】
例えば、スティグメータ２２の入力値を１２００に設定することで、Ｘ方向のビームぼけ３０ｎｍ、Ｙ方向のビームぼけ８０ｎｍの、Ｙ方向に比べてＸ方向のぼけが小さい非点収差をもつ電子線となる。当該電子線ＥＢをＹ方向パターンＰ２の配置された第２マスク領域１２に走査する。
【００３９】
同様に、スティグメータ２２の入力値を８００に設定することで、Ｘ方向のビームぼけ８０ｎｍ、Ｙ方向のビームぼけ３０ｎｍの、Ｘ方向に比べてＹ方向のぼけが小さい非点収差をもつ電子線となる。当該電子線ＥＢをＸ方向パターンＰ１の配置された第１マスク領域１１に走査する。
【００４０】
ここで、ビームぼけとビーム径について定義する。ビーム径とは、ステンシルマスク上に投影される電子線ＥＢの直径のことである。ＬＥＥＰＬでは、直径５００μｍの電子線ＥＢがステンシルマスク上に走査される。ビームぼけとは、例えばステンシルマスク上のピンホール開口から抜け出た電子線が被処理基板３０上に転写された際のビームの広がりである。例えば、ビームぼけが無い状態とは、ステンシルマスク上のピンホール開口を抜け出た直後のビーム形状と、被処理基板３０上に転写されたビーム形状が等しいことを示す。ビームぼけがあると、ステンシルマスクのパターン開口を抜け出た直後は矩形状のビーム形状であっても、被処理基板３０上では、例えばガウス関数に近い形状にビームがぼけることになる。
【００４１】
通常、パターンの解像度は、パターンの幅方向に要求される。従って、Ｘ方向に延びるＸ方向パターンＰ１にＸ方向に比べてＹ方向のぼけが小さい電子線ＥＢを照射し、Ｙ方向に延びるＹ方向パターンＰ２にＹ方向に比べてＸ方向のぼけが小さい電子線ＥＢを照射することにより、パターンの幅方向の解像度を向上させることができる。パターンの解像性は、ビームぼけに比例するためである。これにより、Ｘ方向パターンＰ１およびＹ方向パターンＰ２ともに、３０ｎｍのパターンを解像することができる。
【００４２】
これに対し、本実施形態を実施せずに、従来通りＸ方向のビームぼけとＹ方向のビームぼけとが等しくなるようにスティグメータ２２の入力値を一律に１０００として非点収差を調整しないと、ビームぼけがＸＹ方向ともに６０ｎｍとなり、例えば６０ｎｍ以下のパターン解像度が得られない。
【００４３】
以上のように、本実施形態では、Ｘ方向パターンＰ１あるいはＹ方向パターンＰ２が配置されたマスク領域毎に電子線ＥＢに異なる非点収差を生じさせ、Ｘ方向パターンＰ１が配置されたマスク領域にはＸ方向に比べてＹ方向のぼけが小さい電子線ＥＢ、Ｙ方向パターンＰ２が配置されたマスク領域にはＹ方向に比べてＸ方向のぼけが小さい電子線ＥＢで露光する。
【００４４】
このように、パターンの解像度の要求される方向に応じて、当該方向に絞った電子線ＥＢで露光することにより、クーロン効果が顕著な大ビーム電流によっても微細なパターンを形成することができる。ビーム電流を下げる必要がないことから、高いスループットで微細なパターンを転写することができる。
【００４５】
また、パターンの幅方向の光学プロファイル（強度分布）のコントラストが大きくなることから、解像度が要求される幅方向の線幅均一性が向上する。これについて、図８を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、電子線ＥＢの光学プロファイルＢＰのうち、レジストＲの感度を越える部分が最終的にパターンとして解像されると考えられる。図８（ａ）のＡ部の拡大図である図８（ｂ）に示すように、絞られたビームの光学プロファイルＢＰ１は、ぼけたビームの光学プロファイルＢＰ２よりも急峻となる。
【００４６】
従って、レジスト膜厚のばらつきによりレジストの感度がＲ１からＲ２へ変化した場合に、ぼけたビームでは線幅差ｄ２（より詳細には両側を含めて２×ｄ２）が発生するが、絞られたビームではｄ２より小さい線幅差ｄ１（より詳細には両側を含めて２×ｄ１）しか発生しない。
【００４７】
従って、被処理基板３０の面内でレジスト膜３２の膜厚のばらつきがある場合であっても、解像度が要求される幅方向に絞った電子線ＥＢで露光することにより、被処理基板面内での転写パターンの線幅均一性を向上させることができる。
【００４８】
本実施形態に係るステンシルマスク１は、被処理基板３０に転写すべきパターンがＸ方向に延びるＸ方向パターンＰ１と、Ｙ方向に延びるＹ方向パターンＰ２とに分割され、Ｘ方向パターンＰ１とＹ方向パターンＰ２とが異なる領域に振り分けられて配置されていることから、上記の本実施形態に係る露光方法に用いることができ、微細なパターンの転写に寄与することができる。
【００４９】
本実施形態に係る露光装置、露光方法およびステンシルマスクは、半導体装置の製造における露光工程において好適に使用される。
【００５０】
半導体装置の製造においては、図９（ａ）に示すように、例えば、被処理基板３０上にポリシリコンや酸化シリコン等の被加工層３１を形成し、被加工層３１上に電子線レジストからなるレジスト膜３２を形成する。
【００５１】
次に、図９（ｂ）に示すように、上記した本実施形態に係る露光方法を実施する。これにより、電子線遮蔽膜３に形成された貫通孔からなるパターンＰ１，Ｐ２を通過した電子線ＥＢにより被処理基板３０のレジスト膜３２が露光される。
【００５２】
次に、図９（ｃ）に示すように、レジスト膜３２を現像することにより、例えばレジスト膜３２がポジ型であれば電子線照射部分が除去されて、レジスト膜３２にパターンが形成される。
【００５３】
次に、図９（ｄ）に示すように、レジスト膜３２をマスクとして被加工層３１をエッチングすることにより、被加工層３１がパターン加工されて、回路パターンが形成される。回路パターンとしては、例えばゲートパターンや他の配線パターンがある。
【００５４】
その後、図９（ｅ）に示すように、レジスト膜３２を除去することにより、被加工層３１のパターン加工が終了する。
【００５５】
半導体装置の製造においては、さらに上層を堆積させて、上記の図９（ａ）〜図９（ｅ）に示す工程を繰り返すことにより、集積回路が形成される。
【００５６】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、全ての層の加工に電子線露光を用いる場合だけでなく、ゲート等のクリティカルな層のみを電子線露光を用いて加工して、他の層を光露光を用いて加工するといった、ミックスアンドマッチ露光により半導体装置を製造する場合も含む。
【００５７】
上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、上記の露光工程において、パターンの解像度の要求される方向に応じて、当該方向に絞った電子線ＥＢで露光することにより、クーロン効果が顕著な大ビーム電流によっても微細なパターンを形成することができる。ビーム電流を下げる必要がないことから、高いスループットで微細なパターンを転写することができる。
【００５８】
また、被処理基板３０の面内でレジスト膜３２の膜厚のばらつきがある場合であっても、解像度が要求される幅方向に絞った電子線ＥＢで露光することにより、被処理基板面内での転写パターンの線幅均一性を向上させることができる。
【００５９】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。例えば、図１０に示すように、Ｘ方向に延びるＸ方向パターンＰ１とＹ方向に延びるＹ方向パターンＰ２とを、同じマスク領域内の異なる電子線遮蔽膜３の領域に振り分けて配置してもよい。この場合には、電子線遮蔽膜３の領域毎に異なる非点収差を生じさせた電子線ＥＢで露光する。一つの電子線遮蔽膜３は１ｍｍ角程度の大きさはある。電子線のビーム径は５００μｍ程度であることから、電子線のビーム径以上の領域であれば、領域毎に非点収差を異ならせることが可能である。
【００６０】
また、電子線以外にもイオンビーム等の荷電粒子線であれば適用可能である。さらに、本実施形態では、電子線等倍露光の例について説明したが、電子線縮小投影露光に適用することも可能である。また、ステンシルマスクは、少なくとも２つ以上のマスク領域を有していればよく、マスク領域の数に限定はない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態に係るステンシルマスクの平面図である。
【図２】１つのマスク領域の要部斜視図である。
【図３】相補分割処理について説明するための図である。
【図４】相補分割処理について説明するための図である。
【図５】分割後のパターンのステンシルマスクへの配置を説明するための平面図である。
【図６】本実施形態に係る露光装置の概略構成図である。
【図７】スティグメータの入力値と電子線のビームぼけとの関係を示す図である。
【図８】電子線の強度分布とレジスト感度との関係を説明するための図である。
【図９】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図１０】ステンシルマスクの他の構成例を示す平面図である。
【図１１】ビーム電流値とビームぼけとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…ステンシルマスク、２…基板、３…電子線遮蔽膜、４…梁部、１１…第１マスク領域、１２…第２マスク領域、１３…第３マスク領域、１４…第４マスク領域、２０…露光装置、２１…電子銃、２２…スティグメータ、２３…コンデンサレンズ、２４…アパーチャ、２５ａ，２５ｂ…主偏向器、２６ａ，２６ｂ…副偏向器、２７…制御部、３０…被処理基板、３１…被加工層、３２…レジスト膜、Ｐ…パターン、Ｐ１…Ｘ方向パターン、Ｐ２…Ｙ方向パターン
【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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