(57)【要約】【課題】  現在考えられている方式の荷電粒子線露光装置の主要部分をそのまま使用しながらも、より微細なパターンを露光転写可能なレチクルを提供する。【解決手段】  レチクル１は、SiＮ等の基板２から形成され、基板２には、穴部からなるパターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２が等ピッチで形成されている。そして、各パターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の側壁部には、電極３が設けられ、図に示すような電圧が印加されている。よって、パターンＡ１、Ａ２を通過する電子と、パターンＢ１、Ｂ２を通過する電子との間には、軌道の距離の差はほとんど無いが、電子の速度差のために、電子の波長に違いができて、位相差ができる。よって、ウエハ上でのボケが重なり合う部分が打ち消しあって、解像度が高くなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線光学系を用いてレチクル上のパターンをウエハ上に転写する荷電粒子線露光装置に用いられるレチクルであって、隣り合うパターンを通過する荷電粒子の位相が、交互に（2n+1）πずれるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線露光装置用レチクル。ただし、ｎはゼロまたは正の整数である。
【請求項２】
請求項１に記載のレチクルであって、穴あき散乱型ステンシルからなり、前記パターンを形成する穴部には、その穴部に沿って電極が配置され、隣り合うパターンの電極には、異なる電位の電圧が印加されるようにされていることを特徴とする荷電粒子線露光装置用レチクル。
【請求項３】
請求項１に記載のレチクルであって、穴あき散乱型ステンシルからなり、前記パターンを形成する穴部には、その穴部に沿って電極が配置され、当該電極には、パターンの一つおきに所定の電位の電圧が印加され、他の電極は接地されるようにされていることを特徴とする荷電粒子線露光装置用レチクル。
【請求項４】
荷電粒子線光学系を用いてレチクル上のパターンをウエハ上に転写する荷電粒子線露光装置であって、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のレチクルが使用可能とされていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線光学系を用いてレチクル上のパターンをウエハ上に露光転写する荷電粒子線露光装置に用いるためのレチクル、及び荷電粒子線露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する工程においては、レチクル（本明細書、及び請求の範囲においてはマスクを含む意味で使用する）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工程が含まれる。近年、半導体デバイスの集積度の向上により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解像が困難になりつつあり、荷電粒子線や極短紫外線（ＥＵＶ）を用いた新しい露光方法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である。
【０００３】
荷電粒子線露光装置においては、荷電粒子線光学系の収差や歪等のために、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、例えば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】
図１０に分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置の概要を示す。図１０において、１００はレチクル、１００ａはレチクル１００上のサブフィールド、１００ｂはサブフィールド１００ａ間の境界領域、１１０はレジストを塗布したウエハ等の感応基板、１１０ａは感応基板１１０の１チップ分の領域、１１０ｂはサブフィールド１００ａそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域、ＡＸは荷電粒子線光学系の光軸（システム軸）、ＥＢは荷電粒子線、ＣＯは荷電粒子光学系のクロスオーバポイントである。
【０００５】
レチクル１００上には、感応基板１１０に転写すべきパターンをメンブレン上にそれぞれ備えた多数のサブフィールド１００ａが、パターンが存在しない境界領域１００ｂにより区分されて存在している。そして、境界領域１００ｂに対応する部分には、格子状の支柱（桟）が設けられ、メンブレンを熱的及び強度的に保護している。
【０００６】
各サブフィールド１００ａは、感応基板１１０の１チップ分の領域１１０ａに転写すべきパターンを分割した部分パターンをそれぞれ備えており、分割した部分パターン毎に感応基板１１０に転写される。
【０００７】
感応基板１１０の外観形状は図１０（ｂ）に示したとおりであり、図１０（ａ）においては、感応基板１１０の一部（図１０（ｂ）のＶａ部）を拡大して示してある。
【０００８】
図１０において、荷電粒子線光学系の光軸ＡＸと平行にｚ軸をとり、サブフィールド１００ａの並び方向と平行にｘ軸、ｙ軸をとる。そして、矢印Ｆｍ、Ｆｗで示すように、レチクル１００及び感応基板１１０をｘ軸方向へ互いに逆向きに連続移動させながら、荷電粒子線をｙ軸方向にステップ的に走査して一列のサブフィールド１００ａのパターンを順次転写し、その列のパターン転写が終了した後に、ｘ軸方向に隣接する次のサブフィールド１００ａの列を荷電粒子線で走査し、以降同様にしてサブフィールド１００ａ毎に転写（分割露光転写）を繰り返して１チップ分のパターンを転写する。この矢印Ｆｍ、Ｆｗで示されるｘ軸方向を、ステージのスキャン方向と呼ぶ。
【０００９】
このときのサブフィールド１００ａの走査順序及び感応基板１１０への転写順序は、それぞれ矢印Ａｍ、Ａｗで示すとおりである。なお、レチクル１００と感応基板１１０の連続移動方向が逆なのは、一対の投影レンズによりレチクル１００と感応基板１１０とでｘ軸、ｙ軸がそれぞれ反転するためである。
【００１０】
このような手順で転写（分割転写）を行う場合、ｙ軸方向の一列のサブフィールド１００ａのパターンを一対の投影レンズで感応基板１１０にそのまま投影するだけでは、サブフィールド１００ａそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域１１０ｂそれぞれの間に、境界領域１００ｂに対応する隙間が生じる。これに対する対策として、各サブフィールド１００ａを通過した荷電粒子線ＥＢを境界領域１００ｂの幅Ｌｙに相当する分だけｙ軸方向に偏向してパターン転写位置を補正している。
【００１１】
ｘ軸方向に関しても、パターン縮小率比及びサブフィールド間隔Ｌｘを考慮した一定速度で散乱透過レチクル１００と感応基板１１０を移動させるだけでなく、サブフィールド１００ａの像と感応基盤１１０との相対速度がゼロになるように偏向しながら露光し、被転写領域１１０ｂ同士の間にｘ軸方向の隙間が生じないように、パターン転写位置を補正している。
【００１２】
以上説明したように、分割露光転写方式においては、レチクル１００上の１チップに対応するパターンが多数のサブフィールド１００ａに分割され、各サブフィールド１００ａ間に形成された境界領域１００ｂに格子状の支柱（ストラット）が設けられているので、荷電粒子線照射によるレチクル基板のたわみや熱歪みを抑制することができ、精度のよい露光転写を行うことができる。
【００１３】
また、このような方法で露光が行われるため、従来の荷電粒子線露光装置と比較すると、サブフィールド領域が一括露光され、またレチクルには露光すべきパターンが全て形成されているため、非常にスループットを向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
露光装置の投影光学系における解像限界は、投影光学系の開口数ＮＡに逆比例し、使用する光又は荷電粒子線の波長に比例する。荷電粒子として電子を使用した場合、加速電圧が100kVの場合で波長は3.88×10−６μｍと、光に対して非常に短い。しかし、一方開口数ＮＡは、10−５のオーダであり、光を使用した場合に比して非常に小さく、結局、露光装置における解像限界は、数百nmであるとされている。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、現在考えられている方式の荷電粒子線露光装置の主要部分をそのまま使用しながらも、より微細なパターンを露光転写可能なレチクル、及びそれを使用可能な荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するための第１の手段は、荷電粒子線光学系を用いてレチクル上のパターンをウエハ上に転写する荷電粒子線露光装置に用いられるレチクルであって、隣り合うパターンを通過する荷電粒子の位相が、交互に（2n+1）πずれるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線露光装置用レチクル（請求項１）である。ただし、ｎはゼロまたは正の整数である。
【００１７】
露光装置において解像限界があるのは、露光面においてパターン像の輪郭がぼけ、ぼけが重なり合ってレジストにエネルギーが蓄積される結果、パターン部分でない部分までが現像されてしまうからである。本手段においては、隣り合うパターンを通過する荷電粒子の位相が、交互に（2n+1）πずれるように構成されているので、隣り合うパターンのボケ部分が重なり合っても、その位相が（2n+1）πずれているために打ち消し合うことになり、パターン部分でない部分までが現像されてしまうことを防止できる。よって、従来、解像が不可能であった微細なパターンの露光転写を行うことが可能となる。
【００１８】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、穴あき散乱型ステンシルからなり、前記パターンを形成する穴部には、その穴部に沿って電極が配置され、隣り合うパターンの電極には、異なる電位の電圧が印加されるようにされていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１９】
本明細書及び特許請求の範囲において、「穴部に沿って」とは、穴部の側壁を覆うように電極が配置されている場合、レチクルの、荷電粒子線の入側、出側の少なくとも一方の、穴部の周りに電極が配置されている場合、及び、穴部の側壁を覆うように電極が配置され、かつレチクルの、荷電粒子線の入側、出側の少なくとも一方の、穴部の周りに電極が配置されている場合をいう。
【００２０】
このように電極を配置し、しかも、隣り合うパターン同士の電極には、異なる電位の電圧を印加すると、荷電粒子が持つ電荷と同極性の電位を印加された電極に対応するパターン中を通過する荷電粒子は、その通過速度が遅くなり、荷電粒子が持つ電荷と反対の極性の電位を印加された電極に対応するパターン中を通過する荷電粒子は、その通過速度が速くなる。よって、印加する電圧を調整することにより、容易に、隣り合う周期パターンを通過する荷電粒子の位相が、交互に（2n+1）πずれるようにすることができる。
【００２１】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段であって、穴あき散乱型ステンシルからなり、前記パターンを形成する穴部には、その穴部に沿って電極が配置され、当該電極には、パターンの一つおきに所定の電位の電圧が印加され、他の電極は接地されるようにされていることを特徴とするもの。（請求項３）である。
【００２２】
前記第２の手段においては、対象とするパターン全部に電極を配置し、隣り合うパターン同士については異なる極性の電圧を印加していたが、本手段においては、パターン一つおき毎に同極性の電圧を印加し、その他の電極を接地電位としている。このようにしても、高い電圧を印加することにより、前記第２の手段と同等の作用効果が得られる。
【００２３】
前記課題を解決するための第４の手段は、荷電粒子線光学系を用いてレチクル上のパターンをウエハ上に転写する荷電粒子線露光装置であって、前記第１の手段から第３の手段のいずれかのレチクルが使用可能とされていることを特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項４）である。
【００２４】
本手段においては、通常の荷電粒子線露光装置では露光転写が不可能であった微細なパターンの露光転写を行うことができる。このような荷電粒子線露光装置は、従来考えられている荷電粒子線露光装置に、レチクルに設けられた電極に電圧を印加する手段を設けるだけで実現することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、現在考えられている方式の荷電粒子線露光装置の主要部分をそのまま使用しながらも、より微細なパターンを露光転写可能なレチクル、及びそれを使用可能な荷電粒子線露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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は本発明の実施の形態である電子線露光装置用レチクル（以下、単に「レチクル」という）の断面を示す図である。
【００２７】
図１（ａ）に示す例においては、レチクル１は、SiＮ等の基板２から形成され、基板２には、穴部からなるパターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２が等ピッチで形成されている。そして、各パターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の側壁部には、電極３が設けられ、図に示すような電圧が印加されている。なお、図１（ａ）においては、図示の都合上、電極３の厚さを基板２の幅方向厚さと同等に描いているが、実際には電極３の厚さは極薄いもので構わない。なお、レチクル１から離れた空間の電位はゼロであるとする。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、パターンＡ１、Ａ２の側壁の電極には正の電圧が印加されている。よって、パターンＡ１、Ａ２を通過する電子ｂ１、ｂ３は、パターンＡ１、Ａ２に近づくに従って加速され、パターンＡ１、Ａ２を通過した後で減速されてもとの速さに戻る。又、パターンＢ１、Ｂ２の側壁の電極には負の電圧が印加されている。よって、パターンＢ１、Ｂ２を通過する電子ｂ２、ｂ４は、パターンＢ１、Ｂ２に近づくに従って減速され、パターンＢ１、Ｂ２を通過した後で加速されてもとの速さに戻る。
【００２９】
パターンＡ１、Ａ２を通過する電子と、パターンＢ１、Ｂ２を通過する電子との間には、軌道の距離の差はほとんど無いが、電子の速度差のために、電子の波長に違いができて、位相差ができる。すなわち、電子の質量をｍ、電子の速度をｖ、プランクの定数をｈとすると、電子の波長λは、
λ＝ｈ／（ｍｖ）
となる。従って、パターンを通過するときの速度の違いにより、通過中の波長が異なり、位相が異なるようになる。
【００３０】
このようにして、レチクル１を通過する際に、隣合うパターンを通過する電子の位相が、ｎを０又は正の整数として、(2n+1)πだけ異なるようにしておくと、前述のように、ウエハ上でのボケが重なり合う部分が打ち消しあって、解像度が高くなる。
【００３１】
図１（ｂ）に示すものは、図１（ａ）の変形例であり、パターンＢ１、Ｂ２の側壁の電極３に負の電圧を印加する代わりに、これらの電極を接地電位にしている。このようにしても、パターンＡ１、Ａ２の側壁の電極３に印加する電圧を高くすることにより、図１（ａ）の場合と同様の作用効果が得られることは説明するまでもないであろう。
【００３２】
図２は、本発明の他の実施の形態であるレチクルの断面図である。レチクル１においては、Siからなる基板２の表面にSiＯ２絶縁膜４が形成され、これらを貫通した穴部からなるパターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２が等ピッチで形成されている。そして、SiＯ２絶縁膜４の表面には、パターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の穴の周りに電極３が形成され、図に示すような電圧が印加されている。
【００３３】
このような構成のレチクルにおいても、パターンＡ１、Ａ２を通過する電子は加速された状態で通過し、パターンＢ１、Ｂ２を通過する電子は減速された状態で通過するので、図１（ａ）に示したレチクルと同等の作用効果を奏する。なお、図２において、負の電圧を印加している電極を接地電位とすれば、図１（ｂ）に示したレチクルと同等の作用効果を奏する。
【００３４】
図３は、本発明の実施の形態の1例である電子線露光装置の光学系の概要図である。電子線源１１から放出された電子線は、照明用レンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃにより、レチクル１５上を均一に照明する。レチクル１５上に形成されたパターンの像は、投影用レンズ１６ａ、１６ｂにより、ウエハ１８上に結像し、ウエハ１８上のレジストを感光させる。開口角を制限するために開口絞り１４が設けられ、レチクル１５で散乱された散乱線をカットするために散乱アパーチャ１７が設けられている。また、レチクル１５と光学的に共役な位置に、ビーム成形アパーチャ１３が設けられ、サブフィールドに対応する領域が照明領域となるように照明領域を制限している。
【００３５】
本発明の実施の形態である電子線露光装置においては、レチクル１５として、図１、図２に示されたようなレチクルを使用するが、レチクル１５に設けられた電極に電圧を印加するような電源装置が設けられている。
【００３６】
以下、図１（ａ）、（ｂ）に示すようなレチクルの製造方法を説明する。まず、SiＮのような絶縁度の高い基板２に、リソグラフィ工程により、パターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２を孔開け加工する。そして、基板２の表面にレジストを塗布し、配線パターンを露光してレジストを現像し、配線パターンに対応するレジストを除去する。その後、スパッタリングにより、パターンのＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２穴部と基板２表面に電極となる金属（Al等）薄膜を形成した後、レジストを溶解して、レジストの上に形成された金属薄膜を除去することにより、電極３と配線が形成できる。
【００３７】
又、図２に示すようなレチクルは、以下のようにして製造できる。まずSiからなる基板２の表裏面を熱酸化してSiＯ２絶縁膜４を形成する。そして、リソグラフィ工程により、パターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２を孔開け加工する。続いて、SiＯ２絶縁膜４の上にレジストを塗布し、電極３と配線パターンに対応する部分を露光してレジストを現像し、電極３と配線パターンに対応するレジストを除去する。その上に、スパッタリングにより、金属（Al等）薄膜を形成した後、レジストを溶解して、レジストの上に形成された金属薄膜を除去することにより、電極３と配線が形成できる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
図１（ａ）に示すようなレチクルを通過する電子の位相差を数値計算により求めた。パターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の幅は、いずれも0.1μｍとし、レチクル１の厚さは0.6μｍとした。レチクル１から離れた空間の電位をゼロとし、Ａ１、Ａ２の電極の電圧を＋0.275Ｖ、Ｂ１、Ｂ２の電極の電圧を−0.275Ｖとした。その結果、加速電圧100kVで加速された電子（波長3.88×10−６μｍ）が、パターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２を通過したときのｂ１、ｂ３とｂ２、ｂ４で示す電子の位相差はほぼπとなった。
【００３９】
図４に、パターン幅、パターン間隔が0.1μｍ、電子の波長が3.88×10−６μｍ、投影光学系の開口数ＮＡが0.000015の場合の、ウエハ面での電子線の強度分布のシミュレーション結果を示す。図４から、パターンが解像できていないことが分かる。
【００４０】
図５に、上記と同じ条件で、隣り合うパターンを通過する電子がπの位相差を有する場合の、ウエハ面での電子線の強度分布のシミュレーション結果を示す。図５から分かるように、隣り合うパターンを通過する電子にπだけの位相差を持たせることにより、位相差が無い場合に解像できなかったパターンが解像可能となっている。
【００４１】
図６に、実施例１の条件でレチクルを通過させた電子のウエハ面での強度分布のシミュレーション結果を示す。図５と図６を比べると分かるように、実施例１の条件での電子の強度分布は、理想的な条件である図５の結果とほとんど差が無く、0.1μｍピッチのＬ／Ｓパターンを十分に解像できている。
【００４２】
図７に、実施例１における各パターンに対応する位相シフトの分布状態を、パターンＡ１を通過した電子を基準にして示す。パターンが無限に連続するものであれば、位相シフトは、パターン一つおきに０とπになるはずであるが、図１（ａ）においてはパターンが４つしかないため、位相シフトは完全にこのようにはなっていない。しかし、この程度の誤差があっても、図６に示すように、解像度にはほとんど影響が無い。
（実施例２）
図１（ｂ）に示すようなレチクルを通過する電子の位相差を数値計算により求めた。パターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の幅は、いずれも0.1μｍとし、レチクル１の厚さは0.6μｍとした。レチクル１から離れた空間の電位をゼロとし、Ａ１、Ａ２の電極の電圧を＋0.55Ｖ、Ｂ１、Ｂ２の電極の電圧を０Ｖとした。その結果、加速電圧100kVで加速された電子（波長3.88×10−６μｍ）が、パターンＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２を通過したときのｂ１、ｂ３とｂ２、ｂ４で示す電子の位相差はほぼπとなった。
【００４３】
図８に、上記の条件でレチクルを通過させた電子のウエハ面での強度分布のシミュレーション結果を示す。図５と図８を比べると分かるように、実施例２の条件での電子の強度分布は、理想的な条件である図５の結果とほとんど差が無く、0.1μｍピッチのＬ／Ｓパターンを十分に解像できている。
【００４４】
図９に、実施例２における各パターンに対応する位相シフトの分布状態を、パターンＡ１を通過した電子を基準にして示す。パターンが無限に連続するものであれば、位相シフトは、パターン一つおきに０とπになるはずであるが、図１（ｂ）においてはパターンが４つしかないため、位相シフトは完全にこのようにはなっていない。しかし、この程度の誤差があっても、図８に示すように、解像度にはほとんど影響が無い。
【００４５】
なお、実施例２においては、パターンの電極の符号が、正とゼロの繰り返しであったが、勿論、負とゼロの繰り返しであっても、電子線による露光の解像力を向上させることが可能である。
【００４６】
また、実施例１、実施例２においては、位相差がπとなるような電子の波長とレチクルのパターンの幅とレチクルの厚さと電極の電圧の組み合わせであったが、位相差が(2n+1)π（ただし、ｎは正の整数）となるような組み合わせであっても、電子線による露光の解像力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態である電子線露光装置用レチクルの断面を示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態である電子線露光装置用レチクルの断面を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の1例である電子線露光装置の光学系の概要図である。
【図４】通常のレチクルを用いた場合のウエハ面での電子線の強度分布の例を示す図である。
【図５】隣り合うパターンを通過する電子にπの位相差を持たせた場合の、ウエハ面での電子線の強度分布の例を示す図である。
【図６】実施例１におけるウエハ面での電子線の強度分布の例を示す図である。
【図７】実施例１における位相シフトを示す図である。
【図８】実施例２におけるウエハ面での電子線の強度分布の例を示す図である。
【図９】実施例２における位相シフトを示す図である。
【図１０】分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…レチクル、２…基板、３…電極、４…SiＯ２絶縁膜、１１…電子線源、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…照明用レンズ、１３…ビーム成形アパーチャ、１４…開口絞り、１５…レチクル、１６ａ、１６ｂ…投影用レンズ、１７…散乱アパーチャ、１８…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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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