(57)【要約】まず、マスク１０上のメカニカルストライプＩをウエハ２３上に露光転写する。このとき、コンプリメンタリパターン領域Ａ１は、ウェハ２３上のメカニカルストライプの像Ｉの右端Ａ１’に転写される。次に、マスク１０上のメカニカルストライプＩＩをウェハ２３上に露光転写する。この際、マスクステージ及びウェハステージを走査して、メカニカルストライプの像ＩＩ’がＩ’と幅ｄだけ重なり合うようにすることにより、コンプリメンタリパターン領域Ａ２の像Ａ２’が、ウェハ２３上でＡ１’と重ね合わされる。これにより、分割すべきパターンが偏在する場合において、マスクのコストを抑え、スループットを高めるように改良した露光方法を実現することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板上に形成すべきデバイスパターンの原パターンを複数の一括露光領域に分割して原版上に形成し、
前記原版を、前記一括露光領域毎にエネルギービームで照明し、
各一括露光領域を通過したエネルギービームを前記感応基板上に投影結像させ、
前記感応基板上では、各一括露光領域のパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を形成する露光方法であって、
前記原パターン形成時にコンプリメンタリ分割が必要なパターンが前記デバイスパターン中に一部存在しているとき、前記原版の一部分だけにおいて前記一括露光領域を最小単位としてパターンをコンプリメンタリ分割し、
前記コンプリメンタリ分割した原パターンを前記感応基板上の対応領域に重ねて露光することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記原版と感応基板とを機械的に連続移動（メカ走査）させながら露光し、
１回のメカ走査で露光される領域（メカニカルストライプ）を複数設けて、一組のメカニカルストライプの端部にコンプリメンタリ分割した原パターンを配置しておき、その分割した原パターンを、前記感応基板上で重ねて露光することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の露光方法。
【請求項３】
前記エネルギービームが荷電粒子線であり、
荷電粒子線偏向器により前記感応基板上で重ねることが可能な原版上の領域にコンプリメンタリ原パターンを配置し、
前記荷電粒子線の偏向により、前記感応基板上での、コンプリメンタリパターン像の重ね合わせを行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の露光方法。
【請求項４】
前記エネルギービームが荷電粒子線であり、
１回のメカ走査で露光される領域の端部（又は途中）に、コンプリメンタリ分割した原パターンを走査方向に並べて配置しておき、
前記端部（又は途中）以外の領域においては、前記原版と感応基板との機械的な連続移動（メカ走査）と同期して一定の偏向動作をして、コンプリメンタリ分割していないパターン像を前記感応基板上に露光し、
前記端部（又は途中）においては、荷電粒子線偏向器の偏向動作を変えるとともに、前記メカ走査における前記原版と感応基板との速度比を変更して、前記コンプリメンタリパターン像が前記感応基板上で重なるように露光することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の露光方法。
【請求項５】
感応基板（ウェハ等）上に転写すべきデバイスパターンの原パターンを、原版（マスク、レチクル）上に格子状に配列した複数の一括露光領域（マスクサブフィールド）に分割して形成し、
前記サブフィールドに順次荷電粒子線（照明ビーム）を当て、
各サブフィールドを通過した荷電粒子線（投影ビーム）を前記感応基板上の対応する露光領域（ウェハサブフィールド）に順次投影結像させ、
前記格子状に配列された複数のサブフィールドの群をメカニカルストライプと呼び、その格子の一つの方向をＸ方向、他の方向をＹ方向とするとき、
Ｘ方向には前記照明ビームを偏向させてビーム走査するとともに、Ｙ方向には主に前記原版と感応基板とを機械的に連続移動（メカ走査）しながら露光し、
前記感応基板上では、各マスクサブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転写する荷電粒子線露光方法であって、
１又は複数の前記原版上に前記メカニカルストライプを複数配列し、  ２つの前記メカニカルストライプの端のＹ方向のマスクサブフィールドの列の各々にコンプリメンタリ分割した原パターンを配置し、
前記原版と感応基板のメカ走査により位置合わせして、各々のメカニカルストライプ端部のマスクサブフィールド列の前記コンプリメンタリ分割された一方の原パターンの転写像が、前記感応基板上の所定のウェハサブフィールド列の前記コンプリメンタリ分割された他方の原パターンの転写像に重なるように露光することを特徴とする露光方法。
【請求項６】
感応基板（ウェハ等）上に転写すべきデバイスパターンの原パターンを、原版（マスク、レチクル）上に格子状に配列した複数の一括露光領域（マスクサブフィールド）に分割して形成し、
前記サブフィールドに順次荷電粒子線（照明ビーム）を当て、
各サブフィールドを通過した荷電粒子線（投影ビーム）を前記感応基板上の対応する露光領域（ウェハサブフィールド）に順次投影結像させ、
前記格子状に配列された複数のサブフィールドの群をメカニカルストライプと呼び、その格子のーつの方向をＸ方向、他の方向をＹ方向とするとき、
Ｘ方向には前記照明ビームを偏向させてビーム走査するとともに、Ｙ方向には主に前記原版と感応基板とを機械的に連続移動（メカ走査）しながら露光し、
前記感応基板上では、各マスクサブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転写する荷電粒子線露光方法であって、
前記メカニカルストライプ内の任意のＹ方向のサブフィールドの列、及び／又は、任意のＸ方向の列にコンプリメンタリ分割したパターンを配置し、
前記Ｙ方向及び／又はＸ方向のサブフィールド列にコンプリメンタリ分割したパターンを露光モードを変更することにより、感応基板上で重なるように露光することを特徴とする露光方法。
【請求項７】
前記Ｙ方向のサブフィールド列における露光モードは、前記荷電粒子線のＸ方向の偏向動作を変えることにより、前記列の前記コンプリメンタリ分割された一方の原パターンの転写像が、前記感応基板上の所定のウェハサブフィールド列の前記コンプリメンタリ分割された他方の原パターンの転写像に重なるように変更し、
Ｘ方向のサブフィールド列における露光モードは、前記荷電粒子線のＹ方向への偏向動作を変更するとともに、前記メカ走査における前記原版と感応基板との速度比を変更して、前記列の前記コンプリメンタリ分割された一方の原パターンの転写像が、前記感応基板上の所定のウェハサブフィールド列の前記コンプリメンタリ分割された他方の原パターンの転写像に重なるように変更することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記コンプリメンタリ分割したパターンが配置されるサブフィールド列は、前記メカニカルストライプの端であることを特徴とする請求の範囲第６項又は第７項に記載の露光方法。
【請求項９】
感応基板（ウェハ等）上に転写すべきデバイスパターンの原パターンが、格子状に配列された複数の一括露光領域（マスクサブフィールド）に分割して形成された原版（レチクル、マスク）を移動・位置決めする原版ステージと、
前記原版の各サブフィールドに順次荷電粒子線（照明ビーム）を当てる照明光学系と、
前記原版の各サブフィールドを通過した荷電粒子線（投影ビーム）を前記感応基板上の対応する露光領域（ウェハサブフィールド）に順次投影結像させる投影光学系とを有し、
前記格子状に配列された複数のサブフィールドの群をメカニカルストライプと呼び、その格子の一つの方向をＸ方向、他の方向をＹ方向とするとき、
Ｘ方向には前記照明ビームを偏向させてビーム走査するとともに、Ｙ方向には主に前記原版と感応基板とを機械的に連続移動（メカ走査）しながら露光し、
前記感応基板上では、各マスクサブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転写する荷電粒子線露光装置であって、
前記原版上には、前記メカニカルストライプが複数配列されており、  隣り合う２つのメカニカルストライプ端部のマスクサブフィールド列の転写像が、前記感応基板上の１本のウェハサブフィールド列に重なるように、前記原版ステージと感応基板ステージとが位置合わせされることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項１０】
感応基板上に形成すべきデバイスパターンの原パターンを原版上に形成し、前記原版をエネルギービームで照明し、前記照明された原パターンを前記感応基板上に投影結像させ、前記感応基板上に前記デバイスパターン全体を形成する露光方法であって、
前記原パターン形成時に所望の処理が必要なパターンが前記デバイスパターン中に一部存在しているとき、前記原版の一部分だけにおいて前記所望の処理を施し、
前記所望の処理を施された原版を用いて露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
前記所望の処理が、コンプリメンタリ分割であることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記所望の処理が、位相シフト処理であることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の露光方法。
【請求項１３】
前記所望の処理が、二重露光処理であることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、半導体等の微細なデバイスパターンを露光転写する露光方法及び露光装置に関するものである。
【背景技術】  いわゆる分割転写方式の露光においては、マスク（原版）上に原パターンを多数の小領域に分割して形成し、荷電粒子線の偏向動作やステージの移動を行いながら、この小領域ごとに露光を行う。以下の説明では、この小領域を一括露光領域又はサブフィールドと呼び、マスク上の多数の一括露光領域の集合体を露光領域と呼ぶ。
ところで、投影転写型の露光に用いるマスク（原版）の一種として、原パターンをマスク上に開口として形成した穴あきマスク（ステンシルマスク）がある。このステンシルマスクを用いる場合には、線状の孔で囲まれて周囲の部分と接続のない離れ小島のようになったパターン（ドーナッツパターンという）等は形成することはできない。このような場合には、パターンをドーナッツパターンにならないような形状に分割して別々の露光領域に形成し（分割されたパターンを相補（コンプリメンタリ）パターンという）、各露光領域全体を感応基板（ウェハ）上で重ねて露光することにより、コンプリメンタリパターン同士をつなぎ合わせる。
パターンのコンプリメンタリ分割を行う際には、分割すべきパターンが露光領域全体に分散している場合には、パターン全部についてコンプリメンタリ分割するしかない。一方、コンプリメンタリ分割を要するパターンが一部に偏在している場合にも、パターン全体を分割するとすれば、マスクの製造コストやスループットの面で、分散している場合と同様に不利になる。また、チップの周囲では露光精度（位置及び寸法の精度）は要求されないがコンプリメンタリ分割する必要が生じる場合がある。これに対して、チップ内部は、コンプリメンタリ分割は不要であるが、露光精度が要求される場合がある。コンプリメンタリ分割すると、つなぎ合わせ精度等に応じて露光精度が低くなる可能性がある。したがって、コンプリメンタリ分割する必要がなく、露光精度が要求されるチップ内部のパターンまでコンプリメンタリ分割されることはマスクの製造コストやスループットの面で不利になるのみではなく、露光精度の面でも不利となる可能性がある。
また、近年は、高分解能な露光を達成するために、マスクの全面に位相シフト処理や二重露光処理が施されるようになってきている。しかしながら、マスクの全面に亘って複雑な処理を施すと、マスク価格が高くなったり、露光処理時間が長くなったりするという問題点が発生する。
【発明の開示】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、所望の処理を施すべきパターンが偏在する場合において、マスクのコストを抑え、かつ、露光時のスループットを高めるように改良した露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。
本発明の露光方法は、感応基板上に形成すべきデバイスパターンの原パターンを複数の一括露光領域に分割して原版上に形成し、前記原版を、前記一括露光領域毎にエネルギービームで照明し、各一括露光領域を通過したエネルギービームを前記感応基板上に投影結像させ、前記感応基板上では、各一括露光領域のパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を形成する露光方法であって、前記原パターン形成時にコンプリメンタリ分割が必要なパターンが前記デバイスパターン中に一部存在しているとき、前記原版の一部分だけにおいて前記一括露光領域を最小単位としてパターンをコンプリメンタリ分割し、前記コンプリメンタリ分割した原パターンを前記感応基板上の対応領域に重ねて露光することを特徴とする。
本発明によれば、コンプリメンタリ分割の必要な一部のパターンのみコンプリメンタリ分割して、デバイスパターン全体をコンプリメンタリ分割しないので、マスクの製作コストを低減し、露光時のスループットの低下を防ぐことができる。
本発明の露光方法においては、前記原版と感応基板とを機械的に連続移動（メカ走査）させながら露光し、１回のメカ走査で露光される領域（メカニカルストライプ）を複数設けて、一組のメカニカルストライプの端部にコンプリメンタリ分割した原パターンを配置しておき、その分割した原パターンを、前記感応基板上で重ねて露光することができる。この場合、ステージの機械的な位置決めを調整して、コンプリメンタリパターンの重ね合わせを行う。
本発明の露光方法においては、前記エネルギービームが荷電粒子線であり、荷電粒子線偏向器により前記感応基板上で重ねることが可能な原版上の領域にコンプリメンタリ原パターンを配置し、前記荷電粒子線の偏向により、前記感応基板上での、コンプリメンタリパターン像の重ね合わせを行うことができる。
この場合、コンプリメンタリパターンの重ね合わせをする際に、必ずしもメカ走査によらなくてもよい。また、メカ走査と荷電粒子線の偏向を併用して、コンプリメンタリパターンの重ね合わせをすることもできる。
本発明の露光方法においては、前記エネルギービームが荷電粒子線であり、１回のメカ走査で露光される領域の端部（又は途中）に、コンプリメンタリ分割した原パターンを走査方向に並べて配置しておき、前記端部（又は途中）以外の領域においては、前記原版と感応基板との機械的な連続移動（メカ走査）と同期して一定の偏向動作をして、コンプリメンタリ分割していないパターン像を前記感応基板上に露光し、前記端部（又は途中）においては、荷電粒子線偏向器の偏向動作を変えるとともに、前記メカ走査における前記原版と感応基板との速度比を変更して、前記コンプリメンタリパターン像が前記感応基板上で重なるように露光することとできる。
本発明の露光方法は、感応基板（ウェハ等）上に転写すべきデバイスパターンの原パターンを、原版（マスク、レチクル）上に格子状に配列した複数の一括露光領域（マスクサブフィールド）に分割して形成し、前記サブフィールドに順次荷電粒子線（照明ビーム）を当て、各サブフィールドを通過した荷電粒子線（投影ビーム）を前記感応基板上の対応する露光領域（ウェハサブフィールド）に順次投影結像させ、前記格子状に配列された複数のサブフィールドの群をメカニカルストライプと呼び、その格子の一つの方向をＸ方向、他の方向をＹ方向とするとき、Ｘ方向には前記照明ビームを偏向させてビーム走査するとともに、Ｙ方向には主に前記原版と感応基板とを機械的に連続移動（メカ走査）しながら露光し、前記感応基板上では、各マスクサブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転写する荷電粒子線露光方法であって、１又は複数の前記原版上に前記メカニカルストライプを複数配列し、２つの前記メカニカルストライプの端のＹ方向のマスクサブフィールドの列の各々にコンプリメンタリ分割した原パターンを配置し、前記原版と感応基板のメカ走査により位置合わせして、各々のメカニカルストライプ端部のマスクサブフィールド列の前記コンプリメンタリ分割された一方の原パターンの転写像が、前記感応基板上の所定のウェハサブフィールド列の前記コンプリメンタリ分割された他方の原パターンの転写像に重なるように露光することを特徴とする。
上記の露光方法においては、感応基板（ウェハ等）上に転写すべきデバイスパターンの原パターンを、原版（マスク、レチクル）上に格子状に配列した複数の一括露光領域（マスクサブフィールド）に分割して形成し、前記サブフィールドに順次荷電粒子線（照明ビーム）を当て、各サブフィールドを通過した荷電粒子線（投影ビーム）を前記感応基板上の対応する露光領域（ウェハサブフィールド）に順次投影結像させ、ここで、前記格子状に配列された複数のサブフィールドの群をメカニカルストライプと呼び、その格子の一つの方向をＸ方向、他の方向をＹ方向とするとき、Ｘ方向には前記照明ビームを偏向させてビーム走査するとともに、Ｙ方向には主に前記原版と感応基板とを機械的に連続移動（メカ走査）しながら露光し、前記感応基板上では、各マスクサブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転写する荷電粒子線露光方法であって、前記メカニカルストライプ内の任意のＹ方向のサブフィールドの列、及び／又は、任意のＸ方向の列にコンプリメンタリ分割したパターンを配置し、前記Ｙ方向及び／又はＸ方向のサブフィールド列にコンプリメンタリ分割したパターンを露光モードを変更することにより、感応基板上で重なるように露光することができる。
上記の露光方法においては、Ｙ方向のサブフィールド列における露光モードは、前記荷電粒子線のＸ方向の偏向動作を変えることにより、前記列の前記コンプリメンタリ分割された一方の原パターンの転写像が、前記感応基板上の所定のウェハサブフィールド列の前記コンプリメンタリ分割された他方の原パターンの転写像に重なるように変更し、Ｘ方向のサブフィールド列における露光モードは、前記荷電粒子線のＹ方向への偏向動作を変更するとともに、前記メカ走査における前記原版と感応基板との速度比を変更して、前記列の前記コンプリメンタリ分割された一方の原パターンの転写像が、前記感応基板上の所定のウェハサブフィールド列の前記コンプリメンタリ分割された他方の原パターンの転写像に重なるように変更することができる。
上記の露光方法においては、前記コンプリメンタリ分割したパターンが配置されるサブフィールド列は、前記メカニカルストライプの端に形成することもできる。
本発明の荷電粒子線露光装置は、感応基板（ウェハ等）上に転写すべきデバイスパターンの原パターンが、格子状に配列された複数の一括露光領域（マスクサブフィールド）に分割して形成された原版（レチクル、マスク）を移動・位置決めする原版ステージと、前記原版の各サブフィールドに順次荷電粒子線（照明ビーム）を当てる照明光学系と、前記原版の各サブフィールドを通過した荷電粒子線（投影ビーム）を前記感応基板上の対応する露光領域（ウェハサブフィールド）に順次投影結像させる投影光学系とを有し、前記格子状に配列された複数のサブフィールドの群をメカニカルストライプと呼び、その格子の一つの方向をＸ方向、他の方向をＹ方向とするとき、Ｘ方向には前記照明ビームを偏向させてビーム走査するとともに、Ｙ方向には主に前記原版と感応基板とを機械的に連続移動（メカ走査）しながら露光し、前記感応基板上では、各マスクサブフィールドのパターンの像を繋ぎ合わせることにより前記デバイスパターン全体を転写する荷電粒子線露光装置であって、前記原版上には、前記メカニカルストライプが複数配列されており、隣り合う２つのメカニカルストライプ端部のマスクサブフィールド列の転写像が、前記感応基板上の１本のウェハサブフィールド列に重なるように、前記原版ステージと感応基板ステージとが位置合わせされることを特徴とする。
本発明の露光方法は、感応基板上に形成すべきデバイスパターンの原パターンを原版上に形成し、前記原版をエネルギービームで照明し、前記照明された原パターンを前記感応基板上に投影結像させ、前記感応基板上に前記デバイスパターン全体を形成する露光方法であって、前記原パターン形成時に所望の処理が必要なパターンが前記デバイスパターン中に一部存在しているとき、前記原版の一部分だけにおいて前記所望の処理を施し、前記所望の処理を施された原版を用いて露光を行うことを特徴とする。
前記所望の処理の例として、コンプリメンタリ分割、位相シフト処理、二重露光処理がある。
これらの本発明によれば、コンプリメンタリパターン同士の重ね露光をデバイスパターン全体の一部にとどめることにより、マスク作製にかかるコストや、スループットの低下を抑えることができる。また、チップの周辺にコンプリメンタリ分割すべきパターンが偏在し、チップの内部に高い露光精度が要求されるパターンの場合には、チップの内部のパターンの露光精度の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、マスク上の２つの露光領域を模式的に示す平面図（Ａ）、及びマスク上の２つの露光領域がウェハ上に転写された像を示す平面図（Ｂ）である。
図２は、本発明の第一の実施の形態に係る露光方法における結像関係を模式的に示す図である。
図３は、本発明の第二の実施の形態に係る露光方法を模式的に示す図である。
図４は、マスク上の露光領域を模式的に示す平面図（Ａ）、及びウェハ上に転写された露光領域の像を示す平面図（Ｂ）である。
図５は、本発明の第二の実施の形態に係る露光方法における結像関係を模式的に示す図である。
図６は、マスク上の露光領域を示す平面図（Ａ）、及びウェハ上に転写された露光領域の像を示す平面図（Ｂ）である。
図７は、Ｙ方向に伸びるコンプリメンタリパターン領域を設けた例を示す図である。
図８は、分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
図９は、電子線投影露光用のマスクの構成例を模式的に示す図であり、（Ａ）は全体の平面図、（Ｂ）は一部の斜視図、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。
図１０は、マスクからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
図１１は、マスク上に形成されたウェハヘ転写すべきチップパターンの概略を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図８は、分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束されブランキング開口７にクロスオーバーＣ．Ｏ．を結像する。
二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開口）４は、マスク（レチクルを含む）１０の一つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９によってマスク１０に結像される。
ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、ビームがマスク１０に当たらないようにする。
ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器（主偏向器）８が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを図８の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあるマスク１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、マスク１０上にビーム成形開口４を結像させる。
マスク１０は、実際には（図９を参照しつつ後述）光軸垂直面内（ＸＹ面）に広がっており、多数のサブフィールドを有する。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（チップパターン）が形成されている。もちろん、複数のマスクに１個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置しても良い。
マスク１０は移動可能なマスクステージ１１上に載置されており、マスク１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるマスク上の各サブフィールドを照明することができる。
マスクステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、マスクステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
マスク１０の下方には投影レンズ１５及び１９並びに偏向器１６が設けられている。マスク１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、偏向器１６によってウェハ２３上の所定の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、マスク上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。
マスク１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。同開口１８は、マスク１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断する。
ウェハ２３の直上には反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えばマスク１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、マスク１０とウェハ２３の相対的位置関係を知ることができる。
ウェハ２３は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。上記マスクステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のマスクステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。
上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。また、マスクステージ１１及びウェハステージ２４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェイス１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフェイス２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差やパターンビームの位置誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正する。これにより、マスク１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に正確に転写される。そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わされて、マスク上のチップパターン全体がウェハ上に転写される。
次に、分割転写方式の電子線投影露光に用いられるマスクの詳細例について、図９を参照しつつ説明する。
図９は、電子線投影露光用のマスクの構成例を模式的に示す図である。図９（Ａ）は全体の平面図であり、図９（Ｂ）は一部の斜視図であり、図９（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。このようなマスクは、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことにより製作できる。
図９（Ａ）には、マスク１０における全体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域を含む小メンブレン領域（上述の一括露光領域に相当、厚さ０．１μｍ〜数μｍ）である。図９（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィールド４２は転写すべきパターンの形成された部分である。スカート４３はパターンの形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。
一つのサブフィールド４２は、現在検討されているところでは、マスク上で１ｍｍ角程度の大きさを有する。投影の縮小率は１／４であり、サブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、０．２５ｍｍ角である。小メンブレン領域４１の周囲の直交する格子状のマイナーストラットと呼ばれる部分４５は、マスクの機械強度を保つための、例えば厚さ０．５〜１ｍｍ程度の梁である。マイナーストラット４５の幅は、例えば０．１ｍｍ程度である。なお、スカート４３の幅は、例えば０．０５ｍｍ程度である。
図９（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ方向）に多数の小メンブレン領域４１が並んで一つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、そのようなエレクトリカルストライプ４４が図の縦方向（Ｙ方向）に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９（上述の露光領域に相当）を形成している。エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプ４９の幅）は照明光学系の偏向可能視野の大きさによって制限される。
メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存在する。
隣り合うメカニカルストライプ４９の間にメジャーストラット４７として示されている幅の太い梁は、マスク全体のたわみを小さく保つためのものである。メジャーストラット４７はマイナーストラット４５と一体である。
現在有力と考えられている方式によれば、１つのメカニカルストライブ４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（エレクトリカルストライプ４４）は電子線偏向により順次露光される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続ステージ走査により順次露光される。
図１０は、マスクからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
図の上部にマスク１０上の１つのメカニカルストライプ４９が示されている。上述のように、メカニカルストライプ４９には多数のサブフィールド４２（スカートについては図示省略）及びマイナーストラット４５が形成されている。図の下部には、マスク１０と対向するウェハ２３が示されている。
この図では、マスク１０上のメカニカルストライプ４９の一番手前のエレクトリカルストライプ４４の左隅のサブフィールド（マスクサブフィールド）４２−１が上方からの照明ビームＩＢにより照明されている。そして、マスクサブフィールド４２−１を通過したパターンビームＰＢが、２段の投影レンズ（図８の符号１５、１９）と像位置調整偏向器（図８の符号１６）の作用によりウェハ２３上の所定の領域（ウェハサブフィールド）５２−１に縮小投影されている。
ウェハ２３上におけるマスクサブフィールド像の転写位置は、マスク１０とウェハ２３との間の光路中に設けられた上記の像位置調整偏向器により、各パターン小領域４２に対応する被転写小領域（ウェハサブフィールド）５２が互いに接するように調整される。すなわち、マスク上のパターン小領域４２を通過したパターンビームＰＢを第１投影レンズ及び第２投影レンズでウェハ２３上に収束させるだけでは、マスク１０のパターン小領域４２のみならずマイナーストラット４５やスカートの像までも所定の縮小率で転写することとなり、マイナーストラット４５等の非パターン領域に相当する無露光領域が各被転写小領域５２の間に生じる。このようにならないよう、非パターン領域の幅に相当する分だけ像の転写位置をずらしている。
以下、第１の例であるコンプリメンタリ分割方式のマスクを使用した本発明の実施の形態である露光方法について説明する。
図１（Ａ）は、マスク上の２つの露光領域を模式的に示す平面図であり、図１（Ｂ）は、それらがウェハ上に転写された像を示す平面図である。なお、縮小率は１として描いてある。
図１（Ａ）に示すマスク上の露光領域は、２つのメカニカルストライプＩ、ＩＩ（１回のステージスキャン動作で露光できる領域）から構成されている。メカニカルストライプＩの左端及びＩＩの右端には、コンプリメンタリ露光が必要なパターン（各々コンプリメンタリパターン領域Ａ１、Ａ２と呼ぶ）が配置されている。
図２は、このように構成されたマスクを使用した露光方法における結像関係を模式的に示す図である。なお、図２において、メカニカルストライプ（Ｉ、ＩＩ）は実際にはウェハに縮小転写されるが、便宜上メカニカルストライプの像（Ｉ’、ＩＩ’）と同じ大きさで示してある。図２で、ウェハ上におけるメカニカルストライプＩ、ＩＩの像（Ｉ’、ＩＩ’）の幅をＷ、コンプリメンタリパターン領域Ａ１、Ａ２の像（Ａ１’、Ａ２’）の幅をｄとする。
まず、図２（Ａ）に示すように、マスク１０上のメカニカルストライプＩをウェハ２３上に露光転写する。このとき、コンプリメンタリパターン領域Ａ１は、ウェハ２３上のメカニカルストライプの像Ｉ’の右端Ａ１’に転写される。
次に、図２（Ｂ）に示すように、マスク１０上のメカニカルストライプＩＩをウェハ２３上に露光転写する。この際、マスクステージ及びウェハステージを図のＸ方向に走査して、メカニカルストライプの像ＩＩ’がＩ’と幅ｄだけ重なり合うようにする。これにより、コンプリメンタリパターン領域Ａ２の像Ａ２’が、ウェハ２３上でＡ１’と重ね合わされる。
図１（Ａ）に示すように、各コンプリメンタリパターン領域Ａ１、Ａ２には、コンプリメンタリ分割されたパターンＰ１及びＰ２（図の例では、破線状に単純化して示している）が形成されている。図１（Ｂ）に示すように、ウェハ上に転写されると、互いの破線の隙間を埋めるように重ね合わされて１本の直線状のパターン（Ｐ１’＋Ｐ２’）が形成される。
なお、本実施の形態においては、図の縦方向の辺にコンプリメンタリパターン領域を設けているが、横方向に設けてもよい。メカニカルストライプの途中にチップの境界が存在する場合（メカニカルストライプの途中で１つのチップに相当するパターンが終わる場合）には、メカニカルストライプの縦方向の長さをチップの大きさに合わせる必要がある場合もある。
図３は、第２の例であるコンプリメンタリ分割方式のマスクを使用した本発明の実施の形態である露光方法を説明するための図である。
図３（Ａ）においては、マスク（レチクル）上の偏向領域端部のサブフィールドａ１、ａ２にコンプリメンタリ分割されたパターンが形成されており、このａ１、ａ２の像がウェハ上で互いに重なり合うように露光する。例えば、図３（Ｂ）に示すような、マスク上のサブフィールド（マスクサブフィールド）ａ１、ａ２に含まれるコンプリメンタリパターン（図では、半円弧状）ＣＰ１とＣＰ２の像がウェハ上で繋ぎ合わされて、ウェハ上のサブフィールド（ウェハサブフィールド）ａ１’＋ａ２’に円周状のパターンＣＰ１’＋ＣＰ２’が形成される。
なお、コンプリメンタリパターン領域中に、重ね露光の不要なサブフィールド（コンプリメンタリ分割する必要のないパターン）が含まれる場合については、露光の不要なサブフィールドへの照明ビームをブランキングすることとしてもよい。この場合、図３（Ｃ）に示すように、マスクサブフィールドａ１にはパターンを形成せず（空白パターンＣＰ４とする）、マスクサブフィールドａ２にのみＣＰ３を形成する。そして、マスクサブフィールドａ１が走査されるときには、照明ビームをブランキングし、マスクサブフィールドａ２のみを露光する。これにより、ウェハサブフィールドａ１’＋ａ２’にパターンＣＰ３’が形成される。
図４（Ａ）は、マスク上の露光領域を模式的に示す平面図であり、図４（Ｂ）は、ウェハ上に転写された露光領域の像を示す平面図である。
本実施の形態は、図４（Ｂ）に示すような、チップの周縁部を廻る四角い配線パターンＷＰを形成するのに適している。なお、本実施の形態においては、簡単のため、１つのメカニカルストライプを露光して１つのチップを製造する場合について説明する。
図４（Ａ）に示すメカニカルストライプの４辺には、コンプリメンタリパターン領域（左辺Ｉ１、Ｉ２、右辺Ｊ１、Ｊ２、上の辺Ｋ１、Ｋ２、下の辺Ｌ１、Ｌ２）が配置されている。
図５は、このようなマスクを用いた露光方法における結像関係を模式的に示す図である。なお、図５において、露光領域は実際にはウェハに縮小転写されるが、便宜上露光領域の像とほぼ同じ大きさで示してある。
以下、このようなマスクを用いた露光方法について説明する。まず、図４（Ａ）の上端からメカニカルストライプを露光していく。コンプリメンタリパターン領域Ｋ１を露光した後、光学系の偏向モード、及び、マスクステージ及びウェハステージの速度比（以下、露光モードという）を一時的に変更し、ウェハ上に転写されたＫ１の像Ｋ１’に重なるようにＫ２を露光する。
その後、露光モードを調整して、コンプリメンタリパターン領域Ｉ１、Ｉ２及びＪ１、Ｊ２の像が、互いに重なり合うように露光する。図５の＋Ｘ方向に露光が進行する際には、コンプリメンタリパターン領域Ｉ１を露光した後、ウェハ上のＩ１の像Ｉ１´に重なるようにＩ２を露光する。そして、Ｉ２とＪ２の間のサブフィールドについては順番に露光して行き、Ｊ２を露光した後、ウェハ上のＪ２の像Ｊ２’に重なるようにＪ１を露光する。
そして、下端のコンプリメンタリパターン領域Ｌ２を露光した後、再び露光モードを変更して、ウェハ上のＬ２の像Ｌ２’に重なるようにＬ１を露光する。なお、コンプリメンタリ分割は、必ずしも全てのサブフィールドにおいて行われるわけではない。したがって、例えば、領域１２の一部のサブフィールドにコンプリメンタリ分割されないパターンを形成し、このサブフィールドに対応する領域Ｉ１内のサブフィールド転写では露光モードの変更は行わずに、ブランキング動作でビームが照明されないようにしておき、コンプリメンタリ分割されたパターンが配置された他のサブフィールドのみ露光モードを変更して重ね合わせを行えばよい。
図４（Ａ）に示すように、各コンプリメンタリパターン領域Ｉ１、Ｉ２、Ｊ１、Ｊ２、Ｋ１、Ｋ２、Ｌ１、Ｌ２には、破線状のコンプリメンタリパターンが形成されている。これらのコンプリメンタリパターンが、ウェハ上で、互いの破線の隙間を埋めるように重ね合わされて図４（Ｂ）に示すような、チップの周縁部を廻る額縁状の配線パターンＷＰ（Ｉ１´＋Ｉ２’、Ｊ１’＋Ｊ２’、Ｋ１’＋Ｋ２’、Ｌ１’＋Ｌ２’）を形成することができる。
本実施の形態によれば、自由度の高いチップのレイアウトを実現することができる。
以下、本発明の実施の形態の第３の例であるコンプリメンタリ分割方式のマスクを使用したである露光方法を説明する。
図６（Ａ）は、マスク上の露光領域を示す平面図であり、図６（Ｂ）は、ウェハ上に転写された露光領域の像を示す平面図である。
図６（Ａ）に示すように、コンプリメンタリパターン領域（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２）は、Ｘ方向に伸びるように設けられており、メカニカルストライプの端部ではなく、内部に設けられている。本実施の形態では、メカニカルストライプの途中でウェハ上の同じ行に露光するモードに切り替えて、コンプリメンタリパターンの露光を行う。すなわち、コンプリメンタリパターン領域（Ｕ１とＵ２、Ｖ１とＶ２）を露光する際には、光学系の偏向モード、及び、マスクステージ及びウェハステージの速度比を一時的に変更することにより、コンプリメンタリパターン露光を行う。
本実施の形態においては、まず、図６（Ａ）の上端からメカニカルストライプを露光していく。そして、コンプリメンタリパターン領域Ｕ１を露光した後、光学系の偏向モード、及び、マスクステージ及びウェハステージの速度比（以下、露光モードという）を一時的に変更し、ウェハ上のＵ１の像Ｕ１´に重なるようにＵ２を露光する。その後、露光モードを元に戻して露光を続け、コンプリメンタリパターン領域Ｖ１を露光した後、再び露光モードを一時的に変更し、ウェハ上のＶ１の像Ｖ１’に重なるようにＶ２を露光する。そして、再び露光モードを元に戻して露光を行う。これにより、図６（Ｂ）に示すように、ウェハ上にパターン領域Ｕ１’＋Ｕ２’及びＶ１’＋Ｖ２’が形成される。
なお、本実施の形態においては、マスク上のコンプリメンタリパターン領域をＸ方向に伸びるように設けたが、Ｙ方向に伸びるようなコンプリメンタリパターン領域としてもよい。
図７は、Ｙ方向に伸びるコンプリメンタリパターン領域を設けた例を示す図である。
この場合、マスク上で照明ビームをＸ方向に走査しながら露光するときに、コンプリメンタリパターン領域Ｐ１、Ｐ２がウェハ上で重なり合うように、露光モードを調整しながら露光する。なお、この実施の形態でも、前述のように、コンプリメンタリパターン領域の全てのサブフィールドにコンプリメンタリ分割されたパターンを形成する必要はなく、コンプリメンタリ分割されたパターンが形成されていないサブフィールドではブランキング動作を行う。
また、このようなサブフィールドに他のコンプリメンタリ領域のコンプリメンタリ分割されたパターンを配置し、他の領域のパターンとの重ね合わせに用いてもよい。例えば、Ｐ１領域にそのような領域がある場合にＰ２領域と反対側の領域のサブフィールド列のコンプリメンタリ分割パターンを配置することができる。
図１１は、本発明の第４の実施の形態の例である露光方法に使用されるマスク上に形成されたウェハヘ転写すべきチップパターンの概略を示す図である。近年の半導体チップは様々な機能を一つのチップ内に入れ込むため、場所によって精度の高い露光が必要となり、また、他の場所ではそれほど精度の高い露光が不要な場合がある。領域Ａは精度の高い露光が要求される領域であり、所定の処理を施して高解像な露光を行う必要があり、領域Ｂは相対的に精度の低い露光で十分な領域である。所定の処理とは、前述したコンプリメンタリ分割の他、公知の高解像露光の為のマスク処理であり、位相シフト処理（例えば、米国特許６２４９３３５を参照されたい）や二重露光処理（例えば、日本登録特許３０８４７６１号を参照されたい）等の処理である。位相シフト処理の場合はマスクは一枚で済むが、二重露光処理やコンプリメンタリ分割処理の場合はマスクが複数枚になることがある。このように全体を一つの処理にするのではなく、領域毎にマスクの処理を変えることによって、マスクの価格を抑えることができ、また、露光処理時間も短縮化できる。
二重露光処理の場合には、請求の範囲の各項における、２つのコンプリメンタリなパターンを。２重露光する２つのパターンに置き換えることによって、コンプリメンタリ分割処理の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【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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【国際調査報告】
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