(57)【要約】【課題】  電子ビーム露光の際に使用するマスク基板を有効使用し、半導体製造工程の露光に要するコストを低減することが可能な電子ビーム露光装置を提供する。【解決手段】  電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と、試料４０表面に露光するパターンに応じたマスクパターンを備えるマスク３０と、マスク３０を電子ビーム１５の経路中に配置して保持するマスク保持部３１と、電子ビーム１５がマスク３０上を走査するように電子ビーム１５を偏向する走査手段２１とを備え、前記マスク保持部３１が、前記マスク３０を、走査手段２１による前記電子ビーム１５の走査領域に対する相対位置を可変に保持するよう構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する電子ビーム源と、試料表面に露光するパターンに応じたマスクパターンを備えるマスクと、前記マスクを前記電子ビームの経路中に配置して保持するマスク保持部と、前記電子ビームが前記マスク上を走査するように前記電子ビームを偏向する走査手段とを備え、前記電子ビームを前記マスク上で走査し、前記マスクを通過した前記電子ビームで、前記試料表面に前記マスクパターンを露光する電子ビーム露光装置であって、
前記マスク保持部は、前記マスクが設けられるマスク基板を、前記走査手段による前記電子ビームの走査領域に対する相対位置を可変に保持することを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項２】
前記マスク基板は、前記電子ビームが照射される面上の複数の領域に前記露光パターンを備えることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項３】
前記マスクは、前記試料の表面に近接して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項４】
電子ビーム源から発生する電子ビームを、露光するパターンに対応する開口を有するマスク上で走査させて照射し、前記開口を通過する前記電子ビームで、試料表面に前記開口に対応する露光パターンを露光する電子ビーム露光方法であって、
前記マスクが設けられるマスク基板を、前記電子ビームの走査領域に対する相対位置を可変に保持することを特徴とする電子ビーム露光方法。
【請求項５】
前記マスクを、前記試料の表面に近接して配置することを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光方法。
【請求項６】
前記マスク基板は、表面の複数領域に前記露光パターンを設けられることを特徴とする請求項４又は５に記載の電子ビーム露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路などの製造工程で使用される微細パターンを露光する露光装置及び露光用マスクに関し、特に露光パターンを有するマスクを半導体ウエハなどの試料の表面に近接して配置し、マスクを通過した電子ビームで露光を行う電子ビーム近接露光装置及びそのマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化のニーズに伴い、回路パターンの一層の微細化が要望されている。現在、微細化の限界を規定しているのは主として露光装置であり、電子ビーム直接描画装置やＸ線露光装置などの新しい方式の露光装置が開発されている。
【０００３】
最近では新しい方式の露光装置として、量産レベルで超微細加工用に使用可能な電子ビーム近接露光装置が開示されている（例えば特許文献１、およびこれに対応する日本国特許出願の特許文献２）。
【０００４】
図１は、特許文献１に開示された電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。この図を参照して、従来の電子ビーム近接露光装置について簡単に説明する。
図示するように、電子ビーム近接露光装置１は、電子光学鏡筒（カラム）１０及び試料室（チャンバ）８を備えている。カラム１０内には、電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と整形アパチャ１６と電子ビーム１５を平行ビームにする照射レンズ１８とを有する電子銃１２、対となる主偏向器２２、２４と、対となる副偏向器５１、５２とを含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２１、露光するパターンに対応する開口を有するマスク３０、マスク３０を保持するマスクステージ３１、静電チャック４４とＸＹステージ４６とから構成される。試料（半導体ウエハ）４０は、表面にレジスト層４２が形成され、静電チャック４４上に保持されている。
【０００５】
露光用のマスク３０は、図２に示すように、厚い外縁部３４内の中央に薄膜部３２を有しており、薄膜部３２には露光するパターンに対応する開口３３が設けられている。そして静電チャック４４に吸着された試料４０の表面に近接するように（マスク３０と試料４０とのギャップが、例えば、５０μｍとなるように）配置される。この状態で、マスクに垂直に電子ビームを照射すると、マスクの開口を通過した電子ビームが試料４０の表面のレジスト層４２に照射される。
【０００６】
電子ビーム１５は、走査手段２１の主偏向器２２、２４により偏向制御されて、図３に示すようにマスク３０の薄膜部３２上を走査して全面にわたって露光する。これにより、マスク３０のマスクパターンがウエハ４０上のレジスト層４２に等倍転写される。
【０００７】
また、走査手段２１中の副偏向器５１、５２は、マスク歪みを補正するように電子ビームのマスクパターンへの入射角度を制御（傾き補正）する。いま図４に示すように電子ビーム１５の露光用のマスク３０への入射角度をα、露光用のマスク３０と試料４０とのギャップをＧとすると、入射角度αによるマスクパターンの転写位置のずれ量δは、次式、
δ＝Ｇ・ｔａｎα
で表される。
【０００８】
図４上でマスクパターンは、ずれ量δだけ正規の位置からずれた位置に転写される。したがって、露光用のマスク３０に例えば図５（Ａ）に示されるようなマスク歪みがある場合には、電子ビーム走査位置におけるマスク歪みに応じて電子ビームの傾き制御を行うことにより、図５（Ｂ）に示されるようにマスク歪みのない状態でのマスクパターンが転写される。
【０００９】
ＸＹステージ４６は、静電チャック４４に吸着された試料４０を水平の直交２軸方向（ＸＹ方向）に移動させるもので、マスクパターンの等倍転写が終了する毎に試料４０を所定量移動させ、これにより１枚の試料４０に複数のマスクパターンを転写できるようにしている。なおＸＹステージ４６は、垂直方向（Ｚ方向）を回転軸にして、試料４０を回転させることも可能である。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第5,831,272号公報（全体）
【特許文献２】日本特許第2951947号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のような電子ビーム露光装置では、図３に示す電子ビーム１５の走査範囲に制約があり、マスクパターンはマスク３０中心付近に制限された範囲にしか設けることができない。例えば現行の電子ビーム近接露光装置の場合には、直径約２００ｍｍ（約８インチ）のシリコン基板の中心部分の３３ｍｍ×２６ｍｍの領域にのみパターンを設けて、マスクに使用している。
したがって、電子ビーム露光のマスクに使用されるシリコン基板は、僅かな部分の領域だけが使用され他の大部分の領域は使用されることがなく、高価なシリコン基板の全面を有効に利用していない。このようなマスク基板の利用方法は半導体集積回路などの製造工程のコストの増加を招来する一因となる。
【００１２】
シリコン基板の全面を有効に利用するためには、前記マスクステージ３１側に、マスク面（水平面）上に動くステージ構造を設けることも考えられるが、これには電子ビーム露光装置自体のコスト上昇や、可動部分の増加に伴うパーティクル発生の防止という点で、コスト面及び技術面上の問題がある。
【００１３】
上記問題点を鑑みて、本発明では、電子ビーム露光の際に使用するマスク基板を有効使用し、もって半導体製造工程の露光に要するコストを低減することが可能な電子ビーム露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明では、マスクを電子ビームの走査領域に対する相対位置を任意に変えて、電子ビーム露光装置に装着することとする。
【００１５】
すなわち、本発明の第１形態に係る電子ビーム露光装置は、電子ビームを発生する電子ビーム源と、試料表面に露光するパターンに応じたマスクパターンを備えるマスクと、マスクを電子ビームの経路中に配置して保持するマスク保持部と、電子ビームがマスク上を走査するように電子ビームを偏向する走査手段とを備え、電子ビームをマスク上で走査し、マスクを通過した電子ビームで、試料表面に前記マスクパターンを露光する電子ビーム露光装置であって、前記マスク保持部が、前記マスクが設けられるマスク基板を、前記走査手段による前記電子ビームの走査領域に対する相対位置を任意に変えて保持する。
【００１６】
また、本発明の第２形態に係る電子ビーム露光方法は、電子ビーム源から発生する電子ビームを、露光するパターンに対応する開口を有するマスク上で走査させて照射し、開口を通過する電子ビームで、試料表面に開口に対応する露光パターンを露光する電子ビーム露光方法であって、マスクが設けられるマスク基板を、電子ビームの走査領域に対する相対位置を任意に変えて保持する。
【００１７】
上述の電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光方法では、マスク基板はその表面の複数領域に露光パターンを設けられる。なお、本発明の電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光方法は、あらゆる種類の電子ビーム露光に適用可能であるが、特に、マスクが試料の表面に近接して配置されて、露光が行われる、電子ビーム近接露光装置及び電子ビーム近接露光方法に好適に適用される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光方法において、露光マスクが設けられるマスク基板を電子ビームの走査範囲に対する相対位置を任意に変化させて配置することができるので、マスク基板の中央部付近にだけでなく、その周辺部にも露光パターンを設けることが可能となる。これによりマスク基板の全面を有効利用することが可能となり、もって半導体製造工程の露光に要するコストを低減することが可能となる。
【００１９】
また、複数のパターン領域に同一パターンを設けることにより、一つのパターン領域に設けられたマスクに汚染（コンタミネーション）や薄膜部（メンブレン）の脱落などが生じたときにマスク基板全体を交換することなく、マスク基板上の他のパターン領域に設けられた同じマスクを電子ビームの走査範囲内にロードし直すだけで対応することが可能となる。これによりマスクコンタミネーションやメンブレン脱落発生時の対応を迅速に行うことが可能となる。
【００２０】
また、前記複数のパターン領域の何れかに、転写精度測定用のスケールパターンを設けておくことが可能となる。露光パターンと同一の製造工程でスケールパターンをマスク基板に設け、このようなスケールパターンの試料上転写パターンの測定結果に基づいて解像性を評価することにより、電子ビーム露光装置の露光条件の設定をより精度良く行うことが可能となり、露光精度の向上に資する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。本発明の実施例に係る電子ビーム近接露光装置の基本構成は、図１に示した構成及び上記の文献１に開示された構成に類似した構成を有している。よって、図１と同一の機能部分には同一の参照番号を付して表し、詳しい説明は省略する。
【００２２】
図１に示すように、電子ビーム近接露光装置１は、カラム１０及びチャンバ８を備えている。カラム１０内には、電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と整形アパチャ１６と電子ビーム１５を平行ビームにする照射レンズ１８とを有する電子銃１２、対となる主偏向器２２、２４と、対となる副偏向器５１、５２とを含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２１、露光するパターンに対応する開口を有するステンシルマスク３０（またはマスク基板３０）、マスク３０を保持するマスクステージ３１、静電チャック４４とＸＹステージ４６とから構成される。試料（半導体ウエハ）４０は、表面にレジスト層４２が形成され、静電チャック４４上に保持されている。
そして静電チャック４４に吸着された試料４０の表面に近接するように（マスク３０と試料４０とのギャップが、例えば、５０μｍとなるように）配置される。
【００２３】
図６（Ａ）に、本発明の実施例に係る電子ビーム近接露光装置に使用されるマスク保持手段であるマスクステージ３１を示す。マスクステージ３１は、ステージ内部に埋め込まれた電極３６と、ステージ中央部に設けられた電子ビームを通過するための開口３５を有する静電チャックを備えている。そしてマスク３０は、電極３６との間に生じた電荷の静電力によって、マスクステージ３１に吸着される。
【００２４】
マスクステージ３１及び電極３６は、マスクの電子ビーム照射面上の何れかの方向に長手方向を有する細長の形状（例えば長方形）を有しており、その長手方向長さをマスク直径に比較して大きく設けられる（例えば約２倍程度）。したがって、マスクステージ３１は図６（Ｂ）に示すように、マスク３０をその長手方向にその位置を変えて、すなわち電子ビーム１５の光軸方向に垂直平面上の１方向に偏移させて（オフセットさせて）吸着保持することが可能である。
【００２５】
ここで、電子ビーム近接露光装置１の走査手段２１によって電子ビーム１５がマスク上を走査しても、マスクステージ３１によって電子ビーム１５が遮蔽されることがないように、マスクステージ３１の開口３５は走査手段２１による電子の走査範囲（すなわち転写領域）を含むように設けられている。
したがって、図６（Ｂ）から理解できるように、マスク３０をマスクステージ３１の長手方向に偏移して保持することにより、マスク３０上の電子ビーム１５の走査範囲を、その中央部分の限られた領域から、マスクステージ３１の長手方向に移動した周辺領域へと移動させることが可能となる。
【００２６】
図７は、本発明に係る電子ビーム近接露光装置１に使用されるマスク基板の上面図である。図示するとおり、マスク基板３０は、その表面の複数のパターン領域３３ａ〜３３ｆに露光パターン（マスクパターン）を設けられる。ここに各領域内には、１回の露光工程で試料に転写するべきマスクパターン１個分がそれぞれ設けられている。
また、領域３３ａ〜領域３３ｄはマスク基板電子ビーム照射面上の第１の方向（図のｘ方向）に沿って配置されており、領域３３ｅ、領域３３ｆは電子ビーム照射面上の第２の方向（図のｙ方向）に沿って配置されている。
【００２７】
いま、図７に図示するマスク基板３０を、マスクステージ３１上の図８（Ａ）に示す位置にロード及び保持する。またマスク基板３０の方向は、前記第１の方向をマスクステージ３１の長手方向に方向付けする。この図８（Ａ）に示す位置では、前記複数領域３３ａ〜３３ｆのうち、領域３３ａがマスクステージ３１の開口３５の領域、すなわち走査手段２１による電子の走査範囲にロード及び保持されることになる。
【００２８】
次に、マスク基板３０を、マスクステージ３１上の図８（Ｂ）に示す位置にロード及び保持する。この図８（Ｂ）に示す位置では、前記複数領域３３ａ〜３３ｆのうち、領域３３ｄがマスクステージ３１の開口３５の領域にロード及び保持されることになる。このように、静電チャックを備えるマスクステージ３１と、その電極３６とを細長の形状に設け、その長手方向にその位置を変えてマスク３０を吸着保持することにより、従来中央部分付近のみ設けることが可能であったマスクパターンを、マスク基板３０の電子ビーム照射面上の前記第１の方向に沿って周辺部分にまで設けることが可能となる。
【００２９】
領域３３ｂ及び３３ｃをマスクステージ３１の開口３５の領域にロード及び保持するためには、マスクステージ３１の開口３５（すなわち電子ビーム１５の走査領域）に対して、領域３３ａ〜３３ｄの配置ピッチに応じて偏移量を変えてロード及び保持する。
【００３０】
さらに、図９（Ａ）に示す配置では、図７に図示するマスク基板３０を、９０度回転させ、前記第２の方向をマスクステージ３１の長手方向に方向付けし、マスクステージ３１上にロード及び保持する。この図９（Ａ）に示す位置では、前記複数領域３３ａ〜３３ｆのうち、領域３３ｅがマスクステージ３１の開口３５の領域にロード及び保持されることになる。
【００３１】
そして、マスク基板３０を、マスクステージ３１上の図９（Ｂ）に示す位置にロード及び保持する。この図９（Ｂ）に示す位置では、前記複数領域３３ａ〜３３ｆのうち、領域３３ｆがマスクステージ３１の開口３５の領域にロード及び保持されることになる。
このように、マスクを回転させて保持することにより、マスクパターンを、マスク基板３０の電子ビーム照射面上の前記第２の方向に沿って周辺部分にまで設けることが可能となる。
このように、本発明に係る電子ビーム近接露光装置１が備えるマスクステージ３１によれば、マスクパターンが設けられる領域を、マスク基板３０の電子ビーム照射面上の複数方向に沿って配置することが可能となる。これによりマスク基板３０の前記照射面の全面を有効利用することが可能となる。
【００３２】
なお、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにマスク基板３０を回転させて、マスクステージ３１上にロード及び保持する場合には、その回転角によって、マスク基板３０の各パターン領域に設けられたマスクパターンのマスクステージ３１座標に対する回転角も変化する。
このように、マスク基板３０を回転させて、マスクステージ３１上にロード及び保持する場合には、マスクパターンのマスクステージ３１座標に対する回転角に応じて（すなわち、マスク基板３０のロード及び保持方向に応じて）、ＸＹステージ４６によって試料４０を回転制御し、試料４０上へのマスクパターンの転写方向を一定に保つ必要がある。
【００３３】
または、マスク基板３０に、複数のパターン領域を、その電子ビーム照射面上の複数方向を有する複数の方向線上に沿って配置する場合に、この複数のパターン領域に設けられる各転写パターンを、当該パターン領域が配置される方向線の方向に応じて、転写パターンの向きを傾けて（即ち角度を変えて）設けることとしてよい。このように転写パターンをレイアウトしたマスク基板３０の一例の上面図を図１０に示す。
【００３４】
図示するとおり、マスク基板３０は複数のパターン領域３３ａ〜３３ｌを、電子ビーム照射面上の複数の方向線３７ａ〜３７ｃに沿って配置して備えている。ここにパターン領域３３ａ〜３３ｄは方向線３７ａに沿って配置されており、パターン領域３３ｅ〜３３ｈは方向線３７ｂに沿って配置されており、パターン領域３３ｉ〜３３ｌは方向線３７ｃに沿って配置されている。ここに便宜のため、方向線３７ａが電子ビーム照射面上の基準方向（ｘ方向）とする。
【００３５】
パターン領域３３ｅ〜３３ｈに設けられるマスクパターンは、方向線３７ａと方向線３７ｂとがなす角度βに応じて、パターン領域３３ａ〜３３ｄに設けられるマスクパターンに対して、マスク基板３０の電子ビーム照射面上で角度βだけ傾けて設けられている。
同様に、パターン領域３３ｉ〜３３ｌに設けられるマスクパターンは、方向線３７ａと方向線３７ｃとがなす角度γに応じて、パターン領域３３ａ〜３３ｄに設けられるマスクパターンに対して、マスク基板３０の電子ビーム照射面上で角度γだけ傾けて設けられている。このように、各パターン領域の配置方向線に応じてマスクパターンの配置方向を変化させて設けることにより、上記ＸＹステージ４６による試料４０の回転制御なしに、試料４０上へのマスクパターンの転写方向を一定に保つことが可能となる。
【００３６】
また、図７に図示するマスク基板３０のように、マスク基板３０上に複数のパターン領域を設ける場合、露光しようとするパターン領域の周辺部分を照射する電子ビーム１５が、他のパターン領域にまでかかって照射することが考えられる。
このように、露光対象外のパターン領域にまで電子ビーム１５が照射されると、この露光対象外のパターン領域の開口を通過した電子ビーム１５が試料４０に照射されて、試料に転写されるパターンに影響を与える不都合がある。
【００３７】
このような不都合を回避するために、マスク基板３０上に複数のパターン領域を設ける場合には、図１１に示すように複数のパターン領域３３ａ〜３３ｃの相互の間隔を、電子ビーム１５の半径よりも大きく設けることが好適である。すなわちパターン領域相互の間隔ｗｍは、
【００３８】
ｗｍ＞ｗｂ＋ｃ
【００３９】
に設ける。ここにｗｂは電子ビーム１５のビーム径とし、ｃは余剰スキャン分とする。
【００４０】
複数のパターン領域３３ａ〜３３ｃの相互の間隔を上式で定まる間隔より狭めて、マスク基板３０上に設けるパターン領域の数を増加させる場合には、マスクステージ３１に絞り機構を設けることが好適である。図１２に、このような絞り機構を備えた電子ビーム近接露光装置の基本構成図を示す。
【００４１】
図１２に示すように、電子ビーム近接露光装置１はマスクステージ３１及びマスク３０の上方（即ち電子ビーム源１４側）に、絞り機構であるアパチャ部材３８を備える。アパチャ部材３８の開口部分３９は、アパチャ部材３８の電子ビーム照射面内の、走査手段２１による電子ビーム１５の走査範囲内に設けられている。これによりアパチャ部材３８は、開口部分３９の領域内に照射する電子ビームを通過させる一方で、開口部分３９以外の領域内に照射する電子ビームを遮蔽する。
【００４２】
開口部分３９の寸法は、使用するマスク３０に設けられるパターン領域の寸法に応じて設けられる。すなわち、パターン領域のｘ方向及びｙ方向の寸法をＷｘ及びＷｙとし、各パターン領域間のｘ方向及びｙ方向の間隔をＭｘ及びＭｙとすると、開口部分３９のｘ方向及びｙ方向の寸法Ｏｘ及びＯｙは次式により与えられるのが好適である。
【００４３】
Ｗｘ≦  Ｏｘ  ≦  Ｗｘ＋Ｍｘ
Ｗｙ≦  Ｏｙ  ≦  Ｗｙ＋Ｍｙ
【００４４】
さらにアパチャ部材３８は、上式に基づいて使用するマスク３０に設けられるパターン領域の寸法に応じて、その開口部の寸法を可変制御可能な機構とすることとしてよい。
【００４５】
このようなアパチャ部材３８を設けることにより、電子ビーム近接露光装置１の電子ビーム径によらず、複数のパターン領域３３ａ〜３３ｃの相互の間隔を狭めてマスク基板３０上に設けることが可能となり、マスク基板３０の電子ビーム表面面積に対するパターン領域の面積を増加させて、よりマスク基板３０の利用効率の向上に資する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】電子ビーム近接露光装置の基本構成図である。
【図２】露光用マスクの上面図である。
【図３】電子ビームの走査方法の説明図である。
【図４】電子ビームの傾き制御の説明図である。
【図５】マスク歪み補正の説明図である。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の実施例に係る電子ビーム近接露光装置のマスクステージの上面図であり、図６（Ｂ）は、マスクステージの長手方向に位置を変えて配置されるマスク配置の説明図である。
【図７】本発明に係る露光マスクの上面図である。
【図８】図８（Ａ）、（Ｂ）は、マスクステージの長手方向に位置を変えて配置される本発明に係るマスクの配置の説明図である。
【図９】図９（Ａ）、（Ｂ）は、マスクを回転させて、マスクステージの長手方向に位置を変えて配置される本発明に係るマスクの配置の説明図である。
【図１０】マスク面上の複数方向に沿ってパターン領域を有する露光マスクの上面図である。
【図１１】マスク面上のパターン領域間の間隔の説明図である。
【図１２】絞り機構を備えた電子ビーム近接露光装置の基本構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…電子ビーム近接露光装置
８…チャンバ
１０…カラム
１２…電子銃
１５…電子ビーム
２１…走査手段
３０…マスク
３１…マスクステージ
４０…試料
【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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