JPH09223659A

JPH09223659A - 荷電粒子線転写方法及び装置

Info

Publication number: JPH09223659A
Application number: JP8030252A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】マスク上のパターンを荷電粒子線で走査して
転写対象の基板上に転写する際に、マスク上での荷電粒
子線の照射量分布を一様にすると共に、高いスループッ
トでそのパターンをその基板上に転写する。【解決手段】マスクＭのパターンを境界領域３４Ａ，
３４Ｂ，…を挟んで主視野３３Ａ，３３Ｂ，…に分割
し、マスクＭ上の電子線が照射される矩形の副視野１２
内のパターンをウエハＷ上の露光領域２４に所定倍率で
反転転写する。マスクＭとウエハＷとをＹ方向に逆向き
に走査した状態で、マスクＭ上の主視野３３Ａ，３３
Ｂ，…をそれぞれ副視野１２で２回走査して、主視野３
３Ａ，３３Ｂ，…のパターンをウエハＷ上の部分転写領
域３６Ａ，３６Ｂ，…に転写する。その各２回の走査後
の照射量のＹ方向への分布が一様になるように電子線の
強度分布を切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体集積
回路等を製造するためのリソグラフィ工程で、電子線や
イオンビーム等の荷電粒子線の照射によりマスクパター
ンを感光性の基板上に転写するための荷電粒子線転写方
法及び装置に関し、特に例えば４ＧビットＤＲＡＭ以降
の高密度の微細パターンを高いスループットで半導体ウ
エハ上に転写する場合等に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、転写パターンの解像度の向上とス
ループット（生産性）の向上との両立を可能とした荷電
粒子線転写装置の検討が進められている。このような転
写装置としては、従来より１ダイ（１枚のウエハに形成
される多数の集積回路の１個分に相当する回路パター
ン。）又は複数ダイ分のパターンをマスクから、荷電粒
子線に感光するレジストが塗布されたウエハ等の基板上
へ一括して転写する一括転写方式の装置が検討されてい
た。ところが、一括転写方式は、転写の原版となるマス
クの製作が困難で、且つ１ダイ分以上の大きな光学フィ
ールド内で荷電粒子光学系（以下、単に「光学系」と呼
ぶ）の収差を所定値以下に収めることが難しい。そこ
で、最近では基板に転写すべきパターンを１ダイに相当
する大きさよりも小さい複数のスリット状の視野に分割
し、各視野毎のパターンを順次荷電粒子線で長手方向に
走査することによって基板上に転写する方式の装置が提
案されている（例えば特公平７−３２１１１号公報参
照）。

【０００３】図６は、そのように各視野毎のパターンを
走査して転写する方式の従来の電子線縮小転写装置を示
し、この図６において、電子光学系の光軸ＡＸに平行に
Ｚ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内の直交座標系をＸ軸及
びＹ軸としている。このとき、マスクＭの転写用パター
ンはＹ方向に境界領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，…を挟
んで、複数のＸ方向に細長い長方形の主視野５１Ａ，５
１Ｂ，５１Ｃ，…に分割されている。これらの主視野５
１Ａ，５１Ｂ，…にはそれぞれウエハに転写すべきパタ
ーン形状に対応する電子線の透過部が設けられ、境界領
域５２Ａ，５２Ｂ，…は、電子線を遮断しあるいは拡散
する非パターン領域である。

【０００４】そして、不図示の走査用偏向系を介してマ
スクＭ上の主視野５１ＡをＹ方向に覆う矩形の副視野５
３に電子線ＥＢが照射され、主視野５１Ａを通過した電
子線ＥＢは、不図示の投影レンズを経て光軸ＡＸ上に一
度クロスオーバ（電子線源の像）ＣＯを結ぶ。その後電
子線ＥＢは、不図示の対物レンズを経て所定の縮小倍率
β（βは例えば１／４）で反転縮小されて、電子線レジ
ストが塗布されたウエハＷ上の１つの転写領域５５Ａ内
の矩形の露光領域５６に垂直に入射する。この状態で、
不図示の走査用偏向系を介して、マスクＭ上を電子線Ｅ
Ｂの副視野５３が順次＋Ｘ方向、及び−Ｘ方向に走査さ
れる。

【０００５】また、その電子線ＥＢの走査と同期して、
マスクＭが−Ｙ方向に連続的に走査されると共に、ウエ
ハＷが＋Ｙ方向に連続的に走査される。その結果、マス
クＭ上を軌跡５４に沿って順次電子線ＥＢの副視野５３
が＋Ｘ方向、及び−Ｘ方向に交互に走査して、マスクＭ
上の主視野５１Ａ，５１Ｂ，…のパターンが順次、ウエ
ハＷ上の転写領域５５Ａ内で軌跡５７に沿ってＸ方向に
細長い長方形の部分転写領域５８Ａ，５８Ｂ，…に転写
される。その後、ウエハＷ上の隣接する転写領域５５Ｂ
にも同様にマスクＭのパターンが転写される。

【０００６】この際に、マスクＭ上の主視野５１Ａ，５
１Ｂ，…に対応するウエハＷ上の部分転写領域５８Ａ，
５８Ｂ，…はＹ方向に隙間なく接続されている。また、
マスクＭ上で転写されるパターンは、ほぼ光軸ＡＸを横
切る位置に達した各主視野５１Ａ，５１Ｂ，…であり、
ウエハＷ上の各部分転写領域毎に、投影されるパターン
像の焦点位置や投影像の歪み等の諸収差を補正しながら
転写が行われる。これにより、一括転写方式に比べて光
学的に広い領域に亘って、解像度及び位置精度の良好な
転写を行うことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、マスクＭ上の全ての主視野５１Ａ，５２
Ａ，…はそれぞれ電子線ＥＢ（副視野５３）によって＋
Ｘ方向、又は−Ｘ方向に１回走査されるのみであった。
この場合、電子線ＥＢの走査方向であるＸ方向に対して
は、マスクＭ上（最終的にはウエハＷ上）での電子線Ｅ
Ｂの照射量の分布は一様であるが、電子線ＥＢの走査方
向に直交するＹ方向の照射量の分布は電子線ＥＢの副視
野５３のＹ方向への強度分布で定まる。また、ビーム成
形を行う前の電子線ＥＢの強度分布は通常ガウス分布を
しており、電子線ＥＢの断面内で強度分布が一様とみな
せる範囲は狭い範囲である。

【０００８】そのため、従来はマスクＭ上のＹ方向での
電子線の照射量の分布を一様にするためには、マスクＭ
上の複数の主視野５１Ａ，５１Ｂ，…のＹ方向への幅
（走査幅）ｄＹ３を狭くする必要があった。しかしなが
ら、各主視野５１Ａ，５１Ｂ，…のＹ方向の幅が狭い
と、マスクＭ上で電子線ＥＢを走査する回数が増加し
て、スループットが低下するという不都合があった。こ
れに関して、エミッタンス（電子線源の像の大きさと、
電子線の放出角度との積）の大きい電子銃を使用して、
ビーム成形前の電子線の断面を大きくすることによっ
て、実質的に強度分布が一様な範囲を広くした電子線を
使用する方法も考えられる。しかしながら、その場合で
も、電子線の中で実際の転写に使用できる部分の割合が
小さいため、電子線の使用効率が悪いという不都合があ
る。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、マスク上の転写
用のパターンを荷電粒子線で走査することによって、そ
のパターンを転写対象の基板上に転写する際に、マスク
上での荷電粒子線の照射量の分布を一様にした状態で、
且つ高いスループットでそのパターンをその基板上に転
写できる荷電粒子線転写方法を提供することを目的とす
る。また、本発明はそのような転写方法を実施できる荷
電粒子線転写装置を提供することをも目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による荷電粒子線
転写方法は、転写用のパターンが形成されたマスク
（Ｍ）を荷電粒子線で走査して、そのパターンを転写対
象の基板（Ｗ）上に転写する荷電粒子線転写方法におい
て、荷電粒子線でマスク（Ｍ）上の所定領域（３３Ａ）
を走査し、この走査の方向に垂直な方向（Ｙ方向）のマ
スク（Ｍ）上におけるその荷電粒子線の強度分布を変更
し、この強度分布変更後の荷電粒子線でその所定領域を
再走査することによって、その所定領域内における荷電
粒子線の照射量を均一化するものである。

【００１１】斯かる本発明によれば、その荷電粒子線の
ビーム成形前の断面での強度分布がほぼガウス分布であ
るとすると、例えば図４（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、先ずその荷電粒子線（ＥＢ）の断面の右半面から切
り出した荷電粒子線でマスク（Ｍ）の１回目の走査をし
た後、その荷電粒子線の断面の左半面から切り出した荷
電粒子線でマスク（Ｍ）の２回目の走査を行う。このと
き、その荷電粒子線の断面の右半面及び左半面での強度
分布は、それぞれ例えば図４（ｃ）の分布曲線（３１，
３２）で示すようにほぼ対称に傾斜しているため、その
ように２回の走査を行った後のマスク（Ｍ）上での荷電
粒子線の走査方向に垂直な方向（非走査方向）での照射
量の分布はほぼ一様となる。また、走査方向での照射量
の分布はほぼ一様である。この場合、１回の走査を行う
際の荷電粒子線の強度分布は傾斜していてもよく、マス
ク（Ｍ）に照射される荷電粒子線のその非走査方向の幅
を広くできるため、マスク（Ｍ）のパターンを基板
（Ｗ）上に高いスループットで転写できる。

【００１２】次に、本発明による荷電粒子線転写装置
は、転写用のパターンが形成されたマスク（Ｍ）上で所
定方向に沿って荷電粒子線を走査する走査系（１，２，
４，８〜１１）と、マスク（Ｍ）を通過した荷電粒子線
を転写対象の基板（Ｗ）上の対応する転写領域に導いて
結像する結像系（２１，２３）と、を有し、マスク
（Ｍ）上を荷電粒子線で走査することによってそのパタ
ーンを基板（Ｗ）上に転写する荷電粒子線転写装置にお
いて、マスク（Ｍ）上に照射される荷電粒子線のこの荷
電粒子線の走査方向に垂直な非走査方向（Ｙ方向）での
強度分布を変更する強度分布変更手段（５，６）を設
け、この強度分布変更手段により荷電粒子線のその非走
査方向の強度分布を変更しながら、マスク（Ｍ）上の所
定領域（３３Ａ）を荷電粒子線で複数回走査することに
よって、これら複数回の走査後の所定領域（３３Ａ）で
の荷電粒子線の照射量分布を一様な分布とするものであ
る。

【００１３】斯かる本発明の荷電粒子線転写装置によれ
ば、強度分布変更手段（５，６）を用いて荷電粒子線の
非走査方向での強度分布を変更しながら、マスク（Ｍ）
上の所定領域（３３Ａ）を複数回走査することによっ
て、上記の本発明の荷電粒子線転写方法が実施される。
この場合、その強度分布変更手段の一例は、その非走査
方向に対称な強度分布を有し、マスク（Ｍ）に照射され
る荷電粒子線（ＥＢ）を光軸（ＡＸ）を中心として対称
に偏向する偏向系（５）と、この偏向系によって偏向さ
れた荷電粒子線からその非走査方向に対応する方向に所
定幅を有する部分（６ａ）を切り出すビーム成形アパー
チャ（６）と、を有する手段であり、このとき、その偏
向系によってその光軸を中心として対称に偏向すること
によってその非走査方向の強度分布を変更した荷電粒子
線で、マスク（Ｍ）上の所定領域（３３Ａ）を２回走査
することが望ましい。これによって、少ない走査回数で
マスク（Ｍ）上での荷電粒子線の非走査方向の照射量の
分布が一様となる。

【００１４】また、ビーム成形アパーチャ（６）の像を
マスク（Ｍ）上に形成して臨界照明を行うようにしても
よい。この場合、荷電粒子線源としては、例えば荷電粒
子線の放出面が平坦な線源（１）が使用され、ビーム成
形アパーチャ（６）上に線源（１）の放出面の像が形成
される。このとき、その線源（１）のエミッタンスが大
きいため、マスク（Ｍ）に照射される荷電粒子線の利用
効率を高めることができると共に、マスク（Ｍ）上での
荷電粒子線の強度分布が一様である。

【００１５】更に、ビーム成形アパーチャ（６）上に照
射される荷電粒子線（ＥＢ）の断面の強度分布がガウス
分布である場合、ビーム成形アパーチャ（６）上での荷
電粒子線の強度分布の半値幅をＤ、ビーム成形アパーチ
ャ（６）のその非走査方向（Ｙ方向）に対応する方向の
幅をｄとしたとき、半値幅Ｄを幅ｄの１．１７７倍以上
にすることが望ましい。

【００１６】この場合、ビーム成形アパーチャ（６）の
中心での荷電粒子線の強度が最大値の６０％程度になる
か、あるいはビーム成形アパーチャ（６）の中心とその
荷電粒子線の断面での強度分布の変曲点（３次微分が０
になり、その前後で２次微分の符号が反転する点）とが
一致するように、偏向系（５）で荷電粒子線を偏向させ
るようにして、ビーム成形アパーチャ（６）上でその荷
電粒子線を対称に偏向すると共に、ビーム成形アパーチ
ャ（６）を通過した後の荷電粒子線でマスク（Ｍ）を２
回走査することによって、マスク（Ｍ）上の非走査方向
での荷電粒子線の照射量分布の一様性はほぼ９３％以上
になる。

【００１７】更に、ビーム成形アパーチャ（６）上に照
射される荷電粒子線（ＥＢ）の断面の強度分布がガウス
分布である場合、そのビーム成形アパーチャ（６）の幅
ｄに関係なく、ビーム成形アパーチャ（６）の中心での
荷電粒子線の強度が最大値の６０％程度になるか、ある
いはビーム成形アパーチャ（６）の中心とその荷電粒子
線の断面での強度分布の変曲点（３次微分が０になり、
その前後で２次微分の符号が反転する点）とが一致する
ように、偏向系（５）で荷電粒子線を偏向させることが
望ましい。

【００１８】これによって、荷電粒子線はそれぞれ強度
分布の上に凸の部分と下に凸の部分との境界（変曲点）
がビーム成形アパーチャ（６）の中心にほぼ合致する状
態で、ほぼ完全に対称に偏向される。従って、そのビー
ム成形アパーチャ（６）を通過した荷電粒子線でマスク
（Ｍ）上を２回走査することによって、マスク（Ｍ）上
での荷電粒子線の非走査方向への照射量分布の一様性が
良好となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による荷電粒子線転
写方法及び装置の実施の形態の一例につき図１〜図５を
参照して説明する。本例は、マスク上の複数のスリット
状の視野のパターンを、順次電子線で走査してウエハ上
に転写する電子線縮小転写装置に本発明を適用したもの
である。

【００２０】先ず、図１は本例の電子線縮小転写装置の
概略構成を示し、この図１において、光学系（電子光学
系）の光軸ＡＸに垂直にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面
内で図１の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ
軸を取って説明する。先ず、本例で使用される電子銃１
は、カソードの電子線の放出面１ａが平坦な円形となっ
ており、エミッタンス（電子線源の像の大きさと、電子
線の放出角度との積）が大きくなっているため、広い視
野を均一な強度分布で照射できるようになっている。ま
た、電子銃１から放出される電子線のクロスオーバ（電
子線源の像）の断面での強度分布は、通常の電子銃と同
様にガウス分布とみなすことができる。なお、電子銃１
の代わりに、通常の凸状の放出面を有する電子銃を使用
してもよい。

【００２１】電子銃１から放出された電子線ＥＢは、第
１コンデンサレンズ２を介して一度クロスオーバ３を形
成した後、第２コンデンサレンズ４を経てビーム成形ア
パーチャ６のＹ方向に細長い矩形の開口６ａ上にクロス
オーバ３の拡大像を形成する。このようにコンデンサレ
ンズ２，４を２段にすることによって、光軸ＡＸに沿っ
た方向（Ｚ方向）でのビーム成形アパーチャ６の位置を
変えることなく、クロスオーバ３の像の拡大率を調整す
ることができる。更に、ビーム成形アパーチャ６に対し
て電子銃１の側、即ちビーム成形アパーチャ６と第２コ
ンデンサレンズ４との間に、電子線ＥＢを＋Ｙ方向、及
び−Ｙ方向に交互に偏向するための強度分布切り換え用
の偏向器５が配置されている。

【００２２】ビーム成形アパーチャ６の開口６ａを通過
した電子線ＥＢは、第３コンデンサレンズ８、及び第４
コンデンサレンズ９を介してマスクＭ上にその開口６ａ
の像を形成する。この像がＹ方向に細長い矩形の副視野
１２であり、開口６ａはクロスオーバ３と共役であるた
め、本例では臨界照明が行われていることになる。ま
た、第４コンデンサレンズ９とマスクＭとの間に、電子
線ＥＢを主にＸ方向に走査するための走査用偏向器１
０，１１が配置されており、偏向器５、及び走査用偏向
器１０，１１における電子線の偏向量は、装置全体の動
作を統轄制御する主制御系１４が偏向量設定部１３を介
して設定する。

【００２３】その電子線用のマスクとしては、窒化シリ
コン（ＳｉＮ）等の薄膜にて電子線の透過部を形成し、
その薄膜の表面に設けたタングステン等の薄膜を散乱部
とする所謂散乱マスク、又はタングステン製の散乱基板
内に設けた抜き穴を電子線の透過部とする所謂穴空きス
テンシルマスク等が存在するが、本例のマスクＭとして
は何れのマスクでも使用できる。

【００２４】図１において、マスクＭの副視野１２内の
パターンを通過した電子線ＥＢは、投影レンズ２１によ
り一度光軸ＡＸ上でフーリエ変換パターン２２を形成し
た後、対物レンズ２３を介して縮小倍率β（βは例えば
１／４）で反転縮小されて、電子線レジストが塗布され
たウエハＷ上の露光領域２４に副視野１２内のパターン
の像を形成する。なお、本例ではマスクＭ上の照射領域
である副視野１２は、電子線源の像と共役であるため、
フーリエ変換パターン２２は強度分布がガウス型ではな
く余弦分布になっている。そして、フーリエ変換パター
ン２２の近傍に開口絞り（不図示）が配置される。

【００２５】また、投影レンズ２１とマスクＭとの間に
電子線ＥＢの位置をＸ方向、Ｙ方向に調整するための偏
向器１９及び２０が配置されている。偏向器１９，２０
における電子線の偏向量は、主制御系１４が偏向量設定
部２５を介して設定する。更に、図１において、強度分
布切り換え用の偏向器５の偏向中心７は、光軸ＡＸ方向
でマスクＭのパターンのフーリエ変換パターン２２と共
役な位置に設定されている。従って、偏向器５を動作さ
せてビーム成形アパーチャ６上で電子線ＥＢをＹ方向に
偏向した場合でも、フーリエ変換パターン２２の位置で
の電子線の移動は無いため、偏向器５を動作させてもフ
ーリエ変換パターン２２の近傍での電子線のけられ量が
変化することがない。そのため、ウエハＷ上での電子線
の強度はほぼビーム成形アパーチャ６によって定められ
る。

【００２６】次に、マスクＭはマスクステージ１５内に
ＸＹ平面と平行に取り付けられ、マスクステージ１５
は、マスクベース１６に連結されたマスクステージ駆動
部１８によりＹ方向に連続移動し、Ｘ方向にステップ移
動できるように構成されている。マスクステージ１５の
Ｙ方向の位置、及び回転角は２箇所のレーザ干渉計１７
Ｙ１，１７Ｙ２で検出されて主制御系１４に出力され
る。

【００２７】一方、ウエハＷは、可動ステージ２７に載
置された試料台２６上にＸＹ平面と平行に保持されてい
る。試料台２６は、可動ステージ２７に連結されたウエ
ハステージ駆動部２９によりＸ方向に連続移動できると
共に、Ｙ方向にステップ移動できるように構成されてい
る。試料台２６のＹ方向の位置及び回転角は、２箇所の
レーザ干渉計２８Ｙ１，２８Ｙ２で検出されて主制御系
１４に出力される。

【００２８】図２は図１の転写装置をＹ方向に見た一部
を断面とした側面図を示し、この図２に示すように、マ
スクステージ１５のＸ方向の位置はレーザ干渉計１７Ｘ
で検出されて、図１の主制御系１４に出力される。同様
に、試料台２６のＸ方向の位置もレーザ干渉計２８Ｘで
検出されて、図１の主制御系１４に出力されている。な
お、図１ではウエハＷ上の１点に集束する電子線の軌跡
が示されているのに対して、図２ではウエハＷ上で光軸
ＡＸに平行に入射する電子線（主光線）の軌跡が示され
ている。図２より分かるように、マスクＭ上の電子線Ｅ
Ｂの副視野１２は走査用偏向器１０，１１によってＸ方
向に走査され、マスクＭを通過した電子線ＥＢは、投影
レンズ２１及び対物レンズ２３を介して縮小倍率βで反
転縮小されて、ウエハＷ上の対応する露光領域２４に転
写されている。この際に、走査用偏向器１０，１１が２
段であるため、マスクＭに照射される電子線ＥＢは光軸
ＡＸに平行な状態で走査される。

【００２９】図１に戻り、不図示の露光データ記憶装置
より、露光対象のマスクＭのパターン構成や、ウエハＷ
上の複数の転写領域の配列の情報等の露光データが主制
御系１４に供給される。この露光データに基づいて、主
制御系１４は偏向量設定部１３，２５を介して電子線Ｅ
Ｂのビーム成形アパーチャ６上での偏向量、及び電子線
ＥＢのマスクＭ上での走査速度等を制御すると共に、マ
スクステージ１５及びウエハ側の試料台２６の位置及び
走査速度等を制御することによって、ウエハＷ上の各転
写領域にそれぞれマスクＭの転写用のパターンの縮小像
を転写する。

【００３０】次に、本例のマスクＭのパターン配置及び
ウエハＷ上の転写領域の配置等について説明する。図３
は本例の電子線縮小転写装置におけるマスクＭとウエハ
Ｗとの関係を示し、この図３において、マスクＭの転写
用のパターンは境界領域３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，…を
挟んで複数個のそれぞれＸ方向に細長い長方形の主視野
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，…に分割され、主視野３３
Ａ，３３Ｂ，…のＹ方向の幅ｄＹ１に対して、電子線の
照射領域である副視野１２のＹ方向の幅は或る程度広く
設定されている。そのマスクＭ上の副視野１２内のパタ
ーンが、ウエハＷ上の矩形の露光領域２４に転写され
る。また、副視野１２は、主視野３３Ａ，３３Ｂ，…の
何れかをＹ方向に覆った状態で、図１の走査用偏向器１
０，１１によって＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向の何れにも走
査できるように構成され、それに応じてウエハＷ上では
矩形の露光領域２４が−Ｘ方向、又は＋Ｘ方向に走査さ
れる。

【００３１】そして、本例では、マスクＭ上の転写用の
パターンがそれぞれウエハＷ上の転写領域３５Ａ，３５
Ｂ，…に転写され、例えばウエハＷ上の転写領域３５Ａ
では、後述のようにマスクＭ上の主視野３３Ａ，３３
Ｂ，３３Ｃ，…内のパターンが、それぞれＸ方向に細長
い長方形の部分転写領域３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，…に
転写される。この際に、マスクＭ上の主視野３３Ａ，３
３Ｂ，…は境界領域３４Ａ，３４Ｂ，…で仕切られてい
るのに対して、対応するウエハＷ上の部分転写領域３６
Ａ，３６Ｂ，…は隙間なく接続されている。このよう
に、ウエハＷ上で部分転写領域３６Ａ，３６Ｂ，…をＹ
方向に隙間なく接続するために、主に図１の偏向器１
９，２０が使用される。

【００３２】次に、本例の電子線縮小転写装置の基本的
な転写動作につき説明する。本例において、マスクＭの
転写用のパターンをウエハＷ上の各転写領域に転写する
際には、図１に示すように、マスクＭを−Ｙ方向（又は
＋Ｙ方向）に速度ＶＭで走査するのと同期して、ウエハ
Ｗを＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶＷで走査する。
マスクＭの走査方向とウエハＷの走査方向とが逆である
のは、投影レンズ２１及び対物レンズ２３によりウエハ
Ｗ上に反転像が投影されるからである。

【００３３】この場合、マスクＭからウエハＷへの縮小
倍率はβであるため、図３に示すように、マスクＭ上の
主視野３３Ａ，３３Ｂ，…のＹ方向の幅をｄＹ１、境界
領域３４Ａ，３４Ｂ，…のＹ方向の幅をｄＹ２とする
と、ウエハＷ上では境界領域３４Ａ，３４Ｂ，…の幅分
だけパターンが位置ずれされて転写されるため、図１に
おけるウエハＷの走査速度ＶＷは、マスクＭの走査速度
ＶＭに対して次のように設定される。

【００３４】ＶＷ＝β｛ｄＹ１／（ｄＹ１＋ｄＹ２）｝ＶＭ（１）そして、本例では図３に示すように、マスクＭ及びウエ
ハＷを同期して機械的にＹ方向に走査すると共に、マス
クＭ上の主視野３３Ａ，３３Ｂ，…の内でほぼ光軸ＡＸ
を横切る位置に達した主視野（図３では主視野３３Ａ）
上で、電子線ＥＢの副視野１２が軌跡３７に沿って＋Ｘ
方向、及び−Ｘ方向に計２回走査される。このように副
視野１２が＋Ｘ方向、及び−Ｘ方向に走査されるとき
に、それぞれ図１において偏向器５によって電子線ＥＢ
がビーム成形アパーチャ６に対して−Ｙ方向、及び＋Ｙ
方向に偏向されて、図３の副視野１２内のＹ方向での電
子線ＥＢの強度分布が切り換えられる。図３において、
主視野３３Ａ，３３Ｂ，…内でそれぞれ往復する軌跡３
７は、各主視野内での電子線ＥＢの強度分布のＹ方向の
重心位置に対応している。

【００３５】マスクＭ上を副視野１２が軌跡３７に沿っ
て走査されるのに応じて、ウエハＷ上では矩形の露光領
域２４が軌跡３８に沿って走査されて、ウエハＷ上の部
分転写領域３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，…に順次、マスク
Ｍ上の主視野３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，…のパターンが
転写される。次に、本例の転写装置における図１の強度
分布切り換え用の偏向器５及びビーム成形アパーチャ６
の動作につき詳細に説明する。本例では、図３において
マスクＭ上の例えば主視野３３Ａを電子線ＥＢの副視野
１２が＋Ｘ方向、及び−Ｘ方向に走査される際に、それ
ぞれ図１の偏向器５によってビーム成形アパーチャ６上
で電子線ＥＢが−Ｙ方向、及び＋Ｙ方向に偏向される。

【００３６】図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、電子線
ＥＢがビーム成形アパーチャ６上で−Ｙ方向及び＋Ｙ方
向に偏向された状態を示し、これら図４（ａ）及び
（ｂ）においてビーム成形アパーチャ６の開口６ａのＸ
方向の幅をｈ、Ｙ方向の幅をｄとして、開口６ａの中心
を光軸ＡＸが通っているものとする。開口６ａのＸ方向
の幅ｈは、Ｙ方向の幅ｄよりも小さい値に設定される。
また、本例では図１で示したように、ビーム成形アパー
チャ６上に電子線ＥＢのクロスオーバが形成されている
ため、ビーム成形アパーチャ６上での電子線ＥＢの強度
分布はガウス分布とみなすことができる。そして、本例
では偏向器５によってその電子線ＥＢの強度分布の中心
を、光軸ＡＸを通りＹ軸に平行な直線に沿って偏向する
と共に、電子線ＥＢをビーム成形アパーチャ６上で静止
させたときに、電子線ＥＢの強度分布のＹ方向での変曲
点、即ちその強度分布の位置Ｙに関する３次微分が０に
なり、且つその前後で位置Ｙに関する２次微分の符号が
反転する位置をそれぞれ光軸ＡＸに一致させる。

【００３７】これによって、図４（ａ）に示すように、
ビーム成形アパーチャ６に対して電子線ＥＢを−Ｙ方向
に偏向した場合の、開口６ａ内のＹ方向での電子線の強
度分布Ｅ（Ｙ）は、図４（ｃ）の実線の曲線３１のよう
になる。なお、図４（ｃ）及び（ｄ）では、横軸をＹ軸
（ｍｍ）として、光軸ＡＸ上にＹ軸の原点（０）を取っ
ている。一方、図４（ｂ）に示すように、ビーム成形ア
パーチャ６に対して電子線ＥＢを＋Ｙ方向に偏向した場
合の、開口６ａ内のＹ方向での電子線の強度分布Ｅ
（Ｙ）は、図４（ｃ）の点線の曲線３２のようになる。
この場合、曲線３１及び３２は対称であると共に、それ
ぞれの変曲点が光軸（Ｙ＝０）上にあるため、曲線３１
及び３２の和はほぼ平坦となる。また、図１に示すよう
に、ビーム成形アパーチャ６の開口６ａとマスクＭ上の
副視野１２とはほぼ共役であるため、副視野１２内での
電子線の強度分布は、開口６ａ内での強度分布に比例し
たものとみなすことができる。

【００３８】従って、図４（ａ）及び（ｂ）のように偏
向された電子線による副視野１２で計２回走査された後
のマスクＭ上のＹ方向への積算強度分布（照射量分布）
Ｆ（Ｙ）は、比例係数を除いて図４（ｃ）の曲線３１及
び３２の和で表されるため、その積算強度分布Ｆ（Ｙ）
は図４（ｄ）に示すようにほぼ平坦となる。即ち、本例
によれば、図３において、マスクＭ上の各主視野３３
Ａ，３３Ｂ，…をそれぞれ強度分布を切り換えた電子線
の副視野１２で計２回走査することによって、各主視野
３３Ａ，３３Ｂ，…での電子線の照射量のＹ方向への分
布はほぼ一様（平坦）となる。また、マスクＭ上の電子
線の走査方向（Ｘ方向）での照射量の分布は一様である
ため、ウエハＷ上での電子線の照射量の分布は、転写用
のパターンに依存する部分を除いて２次元的に一様とな
る。

【００３９】また、従来のように１回のみの走査を行う
場合には、電子線ＥＢの強度分布が平坦とみなせる部分
をビーム成形アパーチャで切り出して使用する必要があ
るため、マスクＭでの電子線の照射領域（副視野）のＹ
方向への幅は非常に狭くなってしまう。これに対して本
例では、図４（ｃ）に示すように、曲線３１と曲線３２
との和がほぼ平坦となればよいため、ビーム成形アパー
チャ６の開口６ａのＹ方向の幅ｄを広くすることができ
る。そのため、図３において、マスクＭ上の主視野３３
Ａ，３３Ｂ，…でのＹ方向への電子線の照射量分布の一
様性を従来例よりも悪くすることなく、それら主視野３
３Ａ，３３Ｂ，…のＹ方向の幅ｄＹ１を、従来例に対し
て２倍を超えるように設定できる。従って、主視野３３
Ａ，３３Ｂ，…をそれぞれ２回走査しても、最終的にマ
スクＭの全部のパターンをウエハＷ上に転写するまでの
時間が従来例よりも短縮され、転写工程のスループット
が向上する。

【００４０】次に、電子線ＥＢのクロスオーバでの強度
分布がガウス分布の場合について、図４（ａ）に示すビ
ーム成形アパーチャ６の開口６ａのＹ方向の幅ｄと、マ
スクＭ上での電子線の２回走査後のＹ方向への照射量分
布の一様性との関係について定量的に説明する。ここ
で、電子線の照射量とは、電子線の強度に照射時間を乗
じて得られる照射エネルギーである。

【００４１】先ず、Ｙ方向の位置ｙでの電子線の強度分
布をｆ（ｙ）とすると、ガウス分布の強度分布ｆ（ｙ）
は比例係数を除いて次のように表される。但し、ガウス
分布の中心が原点（ｙ＝０）であるとして、ガウス分布
の変曲点（Ｙ＝Ｙａである位置とする）で１となるよう
に位置ｙは規格化してある。

【００４２】ｆ（ｙ）＝｛１/(２π)^1/2｝exp(−ｙ²/２）（２）図５の曲線は、その（２）式の強度分布ｆ（ｙ）を表
し、この図５において、横軸は位置ｙであり、ｙの値が
０，０．２５，０．５，…，１．７５，２となる位置で
の強度分布ｆ（ｙ）の値がその曲線上に示されている。
図５より分かるように、強度分布ｆ（ｙ）の値が最大値
の９９％となるのは、ｙ≒０．１４２となる位置であ
る。そこで、マスク上で電子線を１回走査したときにＹ
方向への電子線の照射量分布のむらを１％以下に抑えた
いものとして、従来例のようにその強度分布の中心（ｙ
＝０）をビーム成形アパーチャの開口の中心に合わせた
場合には、位置ｙの範囲はほぼ次のように狭い範囲とな
る。

【００４３】｜ｙ｜≦０．１４２（３）即ち、図４（ａ）において、ビーム成形アパーチャ６の
開口６ａの中心を電子線ＥＢの強度分布の中心に合わせ
た場合、開口６ａの長手方向（Ｙ方向）の幅ｄを変曲点
の位置Ｙａを単位として０．２８４以下に設定すること
によって、電子線の照射量のＹ方向での一様性が９９％
以上となる。

【００４４】次に、図５の強度分布ｆ（ｙ）を示す曲線
は、ｙ≒１．１７７での値が最大値の１／２となってい
るため、その分布の半値幅Δｙはほぼ次のようになる。 Δｙ＝１．１７７×２＝２．３５４（４）また、強度分布ｆ（ｙ）を示す曲線は、ｙ＝１（Ｙ＝Ｙ
ａ）の点が変曲点となっており、その曲線はｙ＜１で上
に凸で、且つｙ＞１で下に凸となっている。そこで、本
例ではその変曲点をビーム成形アパーチャの開口の中心
に合わせる。なお、（２）式より分かるように、変曲点
（ｙ＝１）での強度分布ｆ（ｙ）の値は最大値の約６
０．６５％であるため、その変曲点をビーム成形アパー
チャの開口の中心に合わせるためには、電子線の断面で
強度が最大値の約６０％となる位置をその開口の中心に
合わせるようにしてもよい。

【００４５】そのように強度分布ｆ（ｙ）の変曲点をビ
ーム成形アパーチャの開口の中心に合わせ、その開口の
Ｙ方向の幅を位置ｙを単位として順次、０．５（領域３
９Ａ）、１．０（領域３９Ｂ）、１．５（領域３９
Ｃ）、及び２．０（領域３９Ｄ）に設定する。更に、上
述の実施の形態のように対称な強度分布の電子線で２回
走査を行う場合に対応させるため、それらの領域３９Ａ
〜３９Ｄでの右下がりの強度分布ｆ（ｙ）に対して、そ
の強度分布ｆ（ｙ）を変曲点（ｙ＝１）を軸として左右
反転させた分布、即ち右上がりの分布を加算して積算強
度分布を求めた。その結果、領域３９Ａ〜３９Ｄで２つ
の分布を加算して得られた積算強度分布（照射量分布）
のＹ方向に対する一様性は、それぞれ９９．９７％、９
９．５％、９７．７％、及び９３．６％となった。

【００４６】例えば、本例において、マスク上での照射
量分布のＹ方向に対する一様性を９９．５％以上に設定
したいときには、図４（ａ）におけるビーム成形アパー
チャ６の開口６ａのＹ方向の幅ｄは、変曲点の位置Ｙａ
を単位として、１に設定すればよいことになる。これに
対して、従来例のように電子線の強度分布の中心付近を
使用して、１回の走査で照射量分布の一様性を９９．５
％以上にするためには、（２）式より開口６ａの幅ｄ
を、変曲点の位置Ｙａを単位としてほぼ０．２０以下に
設定する必要があるため、本例によれば照射量分布に関
して従来例と同じ一様性を得るための開口６ａの幅ｄ
を、従来例の５倍程度にも設定できることになる。即
ち、電子線の強度分布の変曲点をビーム成形アパーチャ
６の開口６ａの中心に合わせることによって、同じ強度
分布の電子線でも従来例より５倍長い長方形の開口６ａ
が使えることになる。そのため、マスクＭ上の各主視野
をそれぞれ２回走査するとしても、全体でスループット
を２．５倍程度にも高めることができる。

【００４７】また、本例において、２回走査した後のマ
スクＭ上での電子線のＹ方向の照射量分布の一様性を９
３．６％以上、即ち照射量分布のむらを±３．２％より
良くしたいときには、図５の領域３９Ｄより分かるよう
に、図４（ａ）におけるビーム成形アパーチャ６の開口
６ａのＹ方向の幅ｄを、変曲点の位置Ｙａを単位として
２．０以下に設定すればよい。この場合、（４）式より
電子線の強度分布の半値幅Δｙは１．１７７×２である
ため、図４（ａ）において電子線ＥＢの半値幅をＤとす
ると、半値幅Ｄの値は、変曲点の位置Ｙａを単位とする
とΔｙ（＝１．１７７×２）となる。従って、変曲点の
位置Ｙａを単位として、半値幅Ｄの値を固定して開口６
ａの幅ｄを２．０以下に設定することは、開口６ａの幅
ｄを固定して、電子線ＥＢの強度分布の半値幅Ｄをその
開口６ａの幅ｄに対して１．１７７倍以上に設定するこ
とと等価である。

【００４８】例えば図１において、コンデンサレンズ
２，４における倍率を調整することによって、ビーム成
形アパーチャ６上における電子線ＥＢの強度分布の半値
幅Ｄを調整することができる。そこで、ビーム成形アパ
ーチャ６の開口６ａのＹ方向の幅ｄに対して、電子線Ｅ
Ｂの強度分布の半値幅Ｄを１．１７７倍以上に設定する
ことによって、マスクＭを電子線で２回走査した後のマ
スクＭ上での電子線の照射量のＹ方向への一様性を９
３．６％以上に、即ち照射量のむらを±３．２％以下に
設定できることになる。

【００４９】なお、上述の実施の形態では、電子線の放
出面１ａが平坦な電子銃１を使用して、マスクＭを臨界
照明法で照明しているが、通常の電子銃を使用してマス
クＭをケーラー照明法で照明してもよい。また、上述の
実施の形態では、図３に示すように、マスクＭ上の各主
視野を電子線で２回走査しているが、最終的な照射量の
Ｙ方向への分布が一様になるように、各主視野を電子線
で３回以上走査するようにしてもよい。

【００５０】また、上述の実施の形態では電子線の断面
での強度分布はガウス分布であるとされているが、その
強度分布がガウス分布でない場合であっても、本発明を
適用して複数回走査後の照射量分布が一様になるよう
に、例えばビーム成形アパーチャで電子線を切り出す領
域を切り換えればよい。更に、本発明はイオンビーム等
を用いた荷電粒子線転写装置にも適用できる。このよう
に、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【００５１】

【発明の効果】本発明の荷電粒子線転写方法によれば、
強度分布変更後の荷電粒子線でマスク上の所定領域を再
走査して、その所定領域内での荷電粒子線の照射量を均
一化しているため、１回の走査時における荷電粒子線の
断面での強度分布は一様である必要はなく、荷電粒子線
の断面内から切り出された非走査方向に長い領域からの
荷電粒子線でマスクを照射できる。従って、マスク上の
転写用のパターンを荷電粒子線で走査することによっ
て、そのパターンを転写対象の基板上に転写する際に、
各走査毎の非走査方向の幅を広くできるため、マスク上
での荷電粒子線の照射量の分布を一様にした状態で、且
つ高いスループットでそのパターンをその基板上に転写
できる利点がある。

【００５２】また、本発明の荷電粒子線転写装置によれ
ば、その荷電粒子線転写方法を実施できる。更に、この
荷電粒子線転写装置において、強度分布変更手段が、非
走査方向に対称な強度分布を有し、マスクに照射される
荷電粒子線を光軸を中心として対称に偏向する偏向系
と、この偏向系によって偏向された荷電粒子線からその
非走査方向に対応する方向に所定幅を有する部分を切り
出すビーム成形アパーチャと、を有し、その偏向系によ
ってその光軸を中心として対称に偏向することによって
その非走査方向の強度分布を変更した荷電粒子線で、そ
のマスク上の所定領域を２回走査する場合には、簡単な
構成で、且つ少ない走査回数でそのマスク上での照射量
の非走査方向への分布を一様にできる利点がある。

【００５３】また、そのビーム成形アパーチャの像をそ
のマスク上に形成して臨界照明を行う場合には、マスク
上での荷電粒子線の強度を大きくできる利点がある。更
に、そのビーム成形アパーチャ上に照射される荷電粒子
線の強度分布がガウス分布である場合、そのビーム成形
アパーチャ上での荷電粒子線の強度分布の半値幅をＤ、
そのビーム成形アパーチャのその非走査方向に対応する
方向の幅をｄとしたとき、半値幅Ｄを幅ｄの１．１７７
倍以上にしたときには、そのビーム成形アパーチャの中
心とその荷電粒子線の断面での強度分布の変曲点とが一
致するように、その偏向系で荷電粒子線を偏向させるよ
うにして、そのビーム成形アパーチャ上でその荷電粒子
線を対称に偏向すると共に、そのビーム成形アパーチャ
を通過した後の荷電粒子線でそのマスクを２回走査する
ことによって、そのマスク上の非走査方向での荷電粒子
線の照射量分布の一様性をほぼ９３％以上にできる。

【００５４】なお、荷電粒子線のクロスオーバの断面で
の強度分布は通常ガウス分布であり、且つクロスオーバ
以外での荷電粒子線の断面での強度分布もガウス分布に
近い形状であることが多いため、通常は、半値幅Ｄを幅
ｄの１．１７７倍以上にすることによって、そのマスク
上での荷電粒子線の照射量分布の一様性をほぼ９３％以
上にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の電子線縮小転写装
置を示す一部を断面図とした構成図である。

【図２】図１の電子線縮小転写装置をＹ方向に見たとき
の一部を断面図とした側面図である。

【図３】その実施の形態における転写動作の説明に供す
る斜視図である。

【図４】（ａ）は図１のビーム成形アパーチャ６上で電
子線を−Ｙ方向に偏向した状態を示す図、（ｂ）はその
ビーム成形アパーチャ６上で電子線を＋Ｙ方向に偏向し
た状態を示す図、（ｃ）は１回の走査時の電子線の強度
分布を示す図、（ｄ）は２回の走査後の電子線の照射量
分布を示す図である。

【図５】強度分布がガウス分布の電子線の位置ｙと強度
ｆ（ｙ）との関係を示す図である。

【図６】従来のマスクのパターンを走査してウエハ上に
転写する方式の電子線縮小転写装置の転写動作の説明に
供する斜視図である。

【符号の説明】

ＭマスクＷウエハ１電子銃２，４，８，９コンデンサレンズ５強度分布切り換え用の偏向器６ビーム成形アパーチャ１０，１１走査用偏向器１３，２５偏向量設定部１５マスクステージ１９，２０偏向器２１投影レンズ２３対物レンズ２６試料台２７可動ステージ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ主視野３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ境界領域３５Ａ，３５Ｂ転写領域３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ部分転写領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写用のパターンが形成されたマスクを
荷電粒子線で走査して、前記パターンを転写対象の基板
上に転写する荷電粒子線転写方法において、前記荷電粒子線で前記マスク上の所定領域を走査し、該走査の方向に垂直な方向の前記マスク上における前記
荷電粒子線の強度分布を変更し、該強度分布変更後の荷電粒子線で前記所定領域を再走査
することによって、前記所定領域内における荷電粒子線
の照射量を均一化することを特徴とする荷電粒子線転写
方法。
【請求項２】転写用のパターンが形成されたマスク上
で所定方向に沿って荷電粒子線を走査する走査系と、前記マスクを通過した荷電粒子線を転写対象の基板上の
対応する転写領域に導いて結像する結像系と、を有し、前記マスク上を荷電粒子線で走査することによって前記
パターンを前記基板上に転写する荷電粒子線転写装置に
おいて、前記マスク上に照射される荷電粒子線の該荷電粒子線の
走査方向に垂直な非走査方向での強度分布を変更する強
度分布変更手段を設け、該強度分布変更手段により荷電粒子線の前記非走査方向
の強度分布を変更しながら、前記マスク上の所定領域を
荷電粒子線で複数回走査することによって、該複数回の
走査後の前記所定領域での荷電粒子線の照射量分布を一
様な分布とすることを特徴とする荷電粒子線転写装置。
【請求項３】請求項２記載の荷電粒子線転写装置であ
って、前記強度分布変更手段は、前記非走査方向に対称な強度
分布を有し、前記マスクに照射される荷電粒子線を光軸
を中心として対称に偏向する偏向系と、該偏向系によって偏向された荷電粒子線から前記非走査
方向に対応する方向に所定幅を有する部分を切り出すビ
ーム成形アパーチャと、を有し、前記偏向系によって前記光軸を中心として対称に偏向す
ることによって前記非走査方向の強度分布を変更した荷
電粒子線で、前記マスク上の前記所定領域を２回走査す
ることを特徴とする荷電粒子線転写装置。
【請求項４】請求項３記載の荷電粒子線転写装置であ
って、前記ビーム成形アパーチャの像を前記マスク上に形成し
て臨界照明を行うことを特徴とする荷電粒子線転写装
置。
【請求項５】請求項４記載の荷電粒子線転写装置であ
って、前記ビーム成形アパーチャ上に照射される荷電粒子線の
強度分布がガウス分布である場合、前記ビーム成形アパーチャ上での荷電粒子線の強度分布
の半値幅をＤ、前記ビーム成形アパーチャの前記非走査
方向に対応する方向の幅をｄとしたとき、半値幅Ｄを幅
ｄの１．１７７倍以上にすることを特徴とする荷電粒子
線転写装置。