JPH10294255A - 電子ビーム照明装置、および該電子ビーム照明装置を備えた露光装置 - Google Patents

電子ビーム照明装置、および該電子ビーム照明装置を備えた露光装置

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JPH10294255A
JPH10294255A JP9100469A JP10046997A JPH10294255A JP H10294255 A JPH10294255 A JP H10294255A JP 9100469 A JP9100469 A JP 9100469A JP 10046997 A JP10046997 A JP 10046997A JP H10294255 A JPH10294255 A JP H10294255A
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electron beam
wafer
mask
arc
slit opening
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Masahiko Okunuki
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビームによる露光領域を拡大しつつも、
その露光領域に均一に電子ビームを照射する。 【解決手段】 電子ビーム照明装置２には、電子ビーム
５を照射する電子銃４と、電子銃４のビーム軸２４を中
心とする円弧状のスリット開口部９ａが形成されたスリ
ット板９と、電子ビーム５を偏向させ、さらにビーム軸
２４を中心に回転または往復させて、スリット開口部９
ａに沿って電子ビーム５を走査させる偏向器部７，８と
が備えられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造のリソグラフィ工程において用いられる電子ビーム照
明装置、および該電子ビーム照明装置を備えた露光装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体デバイス製造の量産段階に
おけるリソグラフィ工程では、光露光方式による露光技
術が用いられてきた。しかし、近年では、半導体デバイ
スの高集積化に伴い、デバイス内部における配線幅がま
すます小さくなってきている。特に、１Ｇ、４ＧＤＲＡ
Ｍ以上の容量を有する半導体メモリデバイスでは、配線
幅は０．２μｍ以下に形成されており、配線幅の狭小化
が顕著である。そこで、光露光方式に代わる露光技術と
して、より解像度が高い電子ビームを用いた露光装置が
用いられ始めている。
【０００３】しかし、これまでの電子ビーム露光装置
は、単一ビームによるガウシアン方式と可変成形方式と
が中心であるため、半導体デバイス製造におけるリソグ
ラフィ工程に多くの時間を要する。従って、半導体デバ
イスの生産性が低いという理由から、電子ビーム露光装
置の用途は、マスク描画や超ＬＳＩの研究開発、少量生
産のＡＳＩＣデバイスの露光等、電子ビーム露光装置の
優れた解像性能を特に必要とする用途に限られていた。
そのため、電子ビーム露光装置を半導体デバイスの量産
工程に導入するためには、半導体デバイスの生産性を如
何に向上させるかが大きな課題であった。
【０００４】そこで、近年では、上記の課題を解決する
１つの手段として、いわゆる部分一括転写方式が提案さ
れている。図１７は、従来の部分一括露光方式を用いた
露光装置を示す斜視図である。部分一括転写方式とは、
図１７に示すように、ウエハ１０２上に繰り返し形成さ
れる回路パターン１０１をセル化することにより、ウエ
ハ１０２上に配線を露光描画する際の生産性を向上させ
るものである。なお、セル化される回路パターン１０１
の領域は数μｍである。
【０００５】しかし、部分一括転写方式を用いてウエハ
を一度に露光できる最大領域は、可変成形方式と同じ数
μｍ程度であるため、より広い露光領域を得るために
は、２段ないし３段の複数の偏向器を用いたり、さらに
はＭＯＬ（移動収束レンズ系）を用いて偏向に伴う色収
差やひずみ等を除去する必要がある。また、半導体デバ
イスの生産性を向上させるためには露光領域を拡大する
ことが要求されるが、露光領域同士の重ね合わせ精度と
露光解像度との両方を維持しつつ露光領域を大きく拡大
することは困難である。例えば、露光領域同士の重ね合
わせ精度が２０〜３０ｎｍで露光解像度が０．２μｍ以
下である場合に、偏向によって拡大される露光領域は、
１ｍｍ前後である。
【０００６】このように、従来の電子ビーム露光装置で
は、ウエハを一度に露光できる領域がウエハ上の被露光
領域に対して狭いので、ウエハ上の被露光領域全体を露
光するために、電子ビームの走査、もしくはウエハや露
光マスクが載置されたステージの往復移動を行う手段が
用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように電子ビームの露光領域がウエハ上の被露光領域に
対して狭いので、ウエハ上の被露光領域全体を露光する
ためには、ウエハを多数回に渡って往復移動させたり、
電子ビームを繰り返し走査することが必要となる。その
ため、光露光方式の露光装置を用いた場合に比べて、ウ
エハの露光に多くの時間を要する。
【０００８】ウエハの露光時間を短縮するためには、電
子ビームの走査速度、もしくはウエハや露光マスクが載
置されたステージの移動速度をより高速にする手段と、
電子ビームの露光領域をより拡大する手段との、少なく
とも一方の手段による改善が必要である。
【０００９】ところが、電子ビームの走査速度、もしく
はステージの移動速度をより高速にする手段では、電子
ビームの照射量が不足して、ウエハに対する露光が不完
全になってしまうおそれがある。この場合には、電子ビ
ームの照射強度を高めるという対策手段が考えられる
が、露光像がぼけてしまうという欠点が生じる。
【００１０】一方、電子ビームの露光領域を拡大する手
段にあっては、ウエハ上に形成する配線幅を一様にする
ために、露光領域内における電子ビームの照射強度が均
一であることも要求される。しかし、ウエハ上における
単一電子ビームによる露光領域は数μｍであり、偏向器
を有する従来のエミッタンスＬａＢ６電子銃を用いた場
合でも、エミッタンス（クロスオーバと電子ビーム取り
出し角との積）値は数１０μｍ・ｍｒａｄ程度である。
そのため、従来の電子ビーム照明系を用いた場合では、
露光領域をさらに拡げ、かつその露光領域に均一に電子
ビームを照射することは困難である。
【００１１】そこで本発明は、電子ビームによる露光領
域を拡大しつつも、その露光領域に均一に電子ビームを
照射することができる電子ビーム照明装置を提供するこ
とを目的とする。また、このような電子ビーム照明装置
を用いることによって、ウエハへの露光走査回数を減少
させ、露光時間を短縮することができる露光装置を提供
することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電子ビーム照明装置は、電子ビームを照射
する電子銃と、前記電子銃から照射された前記電子ビー
ムの軌道の延長線を中心とする円弧状のスリット開口部
が形成されたスリット板部と、前記電子銃から照射され
た電子ビームを前記スリット板部に照射される前に偏向
させ、さらに前記電子ビームの軌道の延長線を中心に回
転または往復させて、前記スリット開口部に沿って前記
電子ビームを走査させる偏向手段とを有する。
【００１３】これにより、スリット開口部に沿って走査
された電子ビームのうち、スリット開口部を通過した電
子ビームによって、円弧状の電子ビーム帯が形成され、
照明領域が拡大する。
【００１４】また、前記電子ビームが前記スリット開口
部を走査する速度は、前記電子ビームが前記スリット開
口部を通過したときに形成される円弧状電子ビーム帯の
照射強度が、該円弧状電子ビーム帯の全域において均一
となる速度であることにより、電子ビームが照射される
マスクやウエハの熱的なひずみの発生が低減される。
【００１５】さらに、前記スリット板部は、円弧状の凸
縁が形成された凸ブレードと前記凸縁と同じ径からなる
円弧状の凹縁が形成された凹ブレードとを有し、各前記
ブレードが互いの円弧縁部を対向配置されて前記スリッ
ト開口部が形成されているとともに、各前記ブレードの
うち少なくとも一方には、各前記ブレード間の間隔を調
節するための駆動部が取り付けられていることにより、
円弧状電子ビーム帯の円弧幅が調節される。
【００１６】加えて、前記スリット板部には、前記凸ブ
レードと前記凹ブレードとで形成される前記スリット開
口部の長さを調節するための遮光ブレードが備えられて
いることにより、円弧状電子ビーム帯の円弧長さが調節
される。
【００１７】さらに、前記スリット開口部を走査する前
記電子ビームの回転中心または往復中心が、前記偏向手
段によって前記スリット開口部の中心軸に沿って該スリ
ット開口部の中心からシフトされていることにより、ス
リット開口部を走査する電子ビームはスリット開口部の
片側のエッジにのみかかり、円弧状電子ビーム帯の円弧
幅が狭くなるため、円弧状電子ビーム帯の円弧幅の調節
がなされる。
【００１８】本発明の露光装置は、マスクに描かれた回
路パターンをウエハに投影するための照明装置が備えら
れ、前記ウエハと前記マスクとを同期させて移動させつ
つ前記回路パターンを前記ウエハに投影露光する露光装
置において、前記照明装置として、上記本発明の電子ビ
ーム照明装置のうちいずれかの電子ビーム照明装置を用
いたことを特徴とする。
【００１９】また、前記スリット開口部への前記電子ビ
ームの走査周期は、前記スリット開口部を通過した前記
電子ビームにより形成された前記円弧状電子ビーム帯が
前記マスクに投影されたときの前記円弧状電子ビーム帯
の幅と同じ分だけ前記マスクが移動する時間よりも短
く、かつ、該時間を整数で等分できる周期であることに
より、ウエハの露光もれや二重露光等の露光不良が防止
される。
【００２０】さらに、前記電子ビームが照射された前記
マスクから放出される電子を検出する電子検出部と、前
記電子検出部から得られた情報に基づいて前記マスクへ
の電子ビームの照射を制御するブランキング電極部とが
備えられていることにより、マスクのうち回路パターン
が形成されていない部分への不必要な電子ビームの照射
が抑制される。
【００２１】さらには、前記マスクに設けられている位
置基準マークを検出するためのマスク基準マーク検出手
段と、前記ウエハに設けられている位置基準マークを検
出するためのウエハ基準マーク検出手段とが備えられて
いることにより、マスク上およびウエハ上に形成されて
いる位置基準マークの位置が検出される。この検出結果
に基づいてマスクとウエハとが相対的に移動され、両者
の位置合わせが行われる。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。
【００２３】図１は、本発明の露光装置の一実施形態の
全体構成図である。図１に示すように、本実施形態の露
光装置１は、電子ビーム５による照明源である電子ビー
ム照明装置２と、電子ビーム照明装置２からの照明をウ
エハ３２上に投影するための投影装置３とから構成され
ている。
【００２４】ここで、図１および図２を用いて、電子ビ
ーム照明装置を説明する。図２は、図１に示した電子ビ
ーム照明装置の全体構成図である。
【００２５】図１および図２に示すように、電子ビーム
照明装置２は、電子ビーム５を照射する電子銃４と、電
子銃４から放射された電子ビーム５を収束させる収束レ
ンズ６ａ，６ｂと、電子ビーム５を偏向させる磁界型ま
たは電界型の偏向器部７，８と、円弧状のスリット開口
部９ａおよび電子ビーム通過穴９ｂが形成されたスリッ
ト板９とを有する。なお、スリット開口部９ａは電子ビ
ーム照明装置２のビーム軸２４（すなわち、電子銃４か
ら照射された電子ビーム５の軌道の延長線）を中心とす
る円弧状のスリットであり、また、電子ビーム通過穴９
ｂは電子ビーム照明装置２のビーム軸２４上に形成され
ている。さらに、収束レンズ６ａと収束レンズ６ｂとの
間には、必要に応じて電子ビーム５の照射を制御するブ
ランキング電極１０と、収束レンズ６ａ，６ｂでの電子
ビームの収束を補助するアパーチャ１１とが備えられて
いる。
【００２６】図３は、図２に示した電子ビーム照明装置
の偏向器部をさらに詳細に示した構成図である。
【００２７】図３に示すように、偏向器部７，８は、そ
れぞれ、Ｘ軸方向に対向して設置された偏向器７ａ，８
ａと、Ｙ軸方向に対向して設置された偏向器７ｂ，８ｂ
との４つの偏向器７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂによって構成
されている。上段の偏向器部７においては、Ｘ軸方向に
対向する偏向器７ａに偏向信号の正弦成分が入力され、
Ｙ軸方向に対向する偏向器７ｂに偏向信号の余弦成分が
入力される。また、下段の偏向器部８においても、Ｘ軸
方向に対向する偏向器８ａに正弦成分の偏向信号、Ｙ軸
方向に対向する偏向器８ｂに余弦成分の偏向信号が入力
される。
【００２８】この構成により、図１および図２に示すよ
うに、偏向器部７，８は、収束レンズ６ａ，６ｂによっ
て収束された電子ビーム５を電子ビーム照明装置２のビ
ーム軸２４を中心にして回転させ、スリット開口部９ａ
に沿って走査させる。
【００２９】図４は、図２に示した電子ビーム照明装置
のスリット板の詳細な構成を示す上面図である。
【００３０】図４に示すように、円弧状の凸縁１２ａが
形成された凸ブレード１２と、凸縁１２ａの円弧と同じ
径で形成された円弧状の凹縁１３ａを有する凹ブレード
１３とが、互いの円弧縁１２ａ，１３ａを対向させて配
置されていることにより、スリット開口部９ａのスリッ
ト幅が一定に設けられている。また、凸ブレード１２お
よび凹ブレード１３には、それぞれ、各ブレード１２，
１３をＸ軸方向に移動させるための駆動部１４が取り付
けられている。従って、駆動部１４を作動させて凸凹ブ
レード１２，１３の少なくとも一方を移動させることに
より、円弧状電子ビーム帯の円弧幅を調節することがで
きる。
【００３１】さらに、凸凹ブレード１２，１３の上方
（図面の手前側）には、スリット開口部９ａの長さを調
節するための遮光ブレード１５，１６が設けられてい
る。遮光ブレード１５，１６には、それぞれ、各遮光ブ
レード１５，１６をＹ軸方向に移動させるための駆動部
１７が取り付けられている。従って、駆動部１７を作動
させて遮光ブレード１５，１６を移動させることによっ
てスリット開口部９ａの長さが調節できるので、スリッ
ト開口部９ａのスリット長さを、ウエハ３２（図１参
照）上の被露光領域の大きさに応じた最適な長さに設定
し、円弧状電子ビーム帯の円弧長さを調節することがで
きる。
【００３２】次に、再び図１を用いて、投影装置３の構
成を説明する。
【００３３】図１に示すように、投影装置３は、電子ビ
ーム透過部と電子ビーム不透過部とで回路パターン（不
図示）が形成されたマスク１８と、回路パターンを透過
した電子ビーム５に映し出されたパターン像をウエハ３
２上に結像させるための投影レンズ１９ａ，１９ｂで構
成される縮小電子光学系２０とを有する。
【００３４】マスク１８には、電子ビーム５を透過する
メンブレン上に電子ビーム５を散乱させるための散乱体
パターンが設けられた散乱型マスク、もしくは電子ビー
ム５を遮断または減衰させる吸収体パターンが設けられ
たステンシル型マスクのどちらを用いることも可能であ
る。本実施形態のマスク１８には、散乱型マスクが用い
られている。また、マスク１８は、少なくともＸＹ方向
に移動可能なマスクステージ２１上に載置されている。
【００３５】投影装置３には、さらに、電子ビーム５が
マスク１８に照射されたときにマスク１８から放出され
る２次電子や反射電子を検出するための第１の電子検出
器２２がマスク１８の近傍に配設されている。また、マ
スク１８と上段の投影レンズ１９ａとの間には、電子ビ
ーム５が縮小電子光学系２０を通過する際に生じる収差
（特に非点収差）を予め補正する収差補正光学系２３が
配設されている。
【００３６】また、投影レンズ１９ａと投影レンズ１９
ｂとの間には、電子ビーム５をビーム軸２４を中心に回
転させる回転補正レンズ２５と、マスク１８の散乱体パ
ターンを透過して散乱した電子ビーム５を遮断し、散乱
体パターン以外の箇所を透過してきた電子ビーム５を透
過する散乱電子遮断アパーチャ２６と、ウエハ３２に投
影されるパターン像の位置を補正する位置補正偏向器２
７とが配設されている。
【００３７】さらに、縮小電子光学系２０の下部には、
縮小電子光学系２０の焦点を補正する焦点補正レンズ２
８が配設されており、ウエハ３２の近傍には、電子ビー
ム５がウエハ３２に照射されたときにウエハ３２から放
出される２次電子や反射電子を検出するための第２の電
子検出器２９が配設されている。
【００３８】ＸＹ方向に移動可能でかつＸＹ平面内で回
転可能なウエハステージ３０の上には、ウエハ３２を固
定するウエハチャック３１が搭載されており、ウエハ３
２はウエハチャック３１上に載置されている。
【００３９】ここで、図５および図６を用いて、収差補
正光学系２３の構成を詳しく説明する。図５は、図１に
示した収差補正光学系の上面図、図６は、図５に示した
収差補正光学系のＡ−Ａ線における断面図である。
【００４０】図５に示すように、収差補正光学系２３に
は、スリット板９のスリット開口部９ａ（図１参照）と
同様に、ビーム軸２４（図１参照）を中心とした円弧状
の開口部２３ｄが形成されており、その開口部２３ｄ
は、スリット板９およびマスク１８（図１参照）を透過
してきた電子ビーム５を遮らない位置に配置されてい
る。
【００４１】また、図６に示すように、収差補正光学系
２３は３枚の電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃで構成される
ユニポテンシャルレンズである。電極２３ａと電極２３
ｃとは加速電極（不図示）と同電位のＶ0に設定され、
前記２つの電極２３ａと電極２３ｃとの間に配設されて
いる電極２３ｂは、Ｖ0と異なる電位Ｖ1に設定されてい
る。これにより、収差補正光学系２３は、円弧状の開口
部２３ｄでの円周方向と径方向とで発散作用または収斂
作用が異なる（すなわち焦点距離が異なる）電子レンズ
として機能する。なお、本実施形態の収差補正光学系２
３には、上記のような３枚の電極２３ａ，２３ｂ，２３
ｃからなるユニポテンシャルレンズが用いられている
が、スリット板およびマスクを透過してきた電子ビーム
を加速または減速させて、円弧状の開口部での円周方向
と径方向とでの発散作用または収斂作用を異ならせるこ
とができるのであれば、１枚の電極で構成された電子レ
ンズを用いてもよい。
【００４２】図７は、本発明の露光装置の一実施形態の
主要な構成を示すブロック図である。
【００４３】図７に示すように、露光装置１は、収束レ
ンズ６ａ，６ｂおよび偏向器部７，８を制御する照明分
布制御回路３３と、図４に示す各ブレード１２，１３，
１５，１６を移動させる駆動部１４，１７を制御するア
パーチャ制御回路３４と、マスクステージ２１の移動を
制御するためのマスクステージ駆動制御回路３５と、マ
スクステージ２１の位置をリアルタイムに測定する第１
のレーザ干渉計３６と、収差補正光学系２３の収差補正
特性を制御する収差制御回路３７と、ウエハ３２に投影
されるパターン像の位置を補正する位置補正偏向器２７
を制御する偏向位置補正回路３８とを有する。
【００４４】また、露光装置１は、縮小電子光学系２０
の縮小倍率を制御する倍率制御回路３９と、焦点位置や
像の回転などの光学特性を調節するための回転補正レン
ズ２５と焦点補正レンズ２８とを制御する光学特性制御
回路４０と、ウエハステージ３０の移動を制御するウエ
ハステージ駆動制御回路４１と、ウエハステージ３０の
位置をリアルタイムに測定する第２のレーザ干渉計４２
と、各電子検出器２２，２９で検出した検出信号を後述
する制御系４４に伝達する電子検出回路４３とを有す
る。
【００４５】さらに、露光装置１は、上記に説明した各
構成を制御する制御系４４と、制御系４４を介して上記
の各構成を統括して制御するＣＰＵ４５と、制御系４４
の制御データを記憶するメモリ４６と、ＣＰＵ４５と制
御系４４との間の情報伝達媒体であるインターフェース
４７とを備えている。
【００４６】続いて、電子ビーム照明装置２の動作を、
主に図１、図８、および図９を用いて説明する。
【００４７】まず、電子銃４から照射された電子ビーム
５は、マスク１８上に収束するように収束レンズ６ａ，
６ｂに調整される。次いで、電子ビーム５は偏向器部７
によって偏向され、ビーム軸２４から離れる向きで下段
の偏向器部８に入射する。電子ビーム５は、偏向器部８
によって再び偏向され、スリット板９のスリット開口部
９ａを通過し、マスク１８を垂直に照射する。なお、図
３を用いて説明したように、偏向器部７，８の各偏向器
７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂには、電子ビーム５がビーム軸
２４を中心に回転するような偏向信号が入力されてい
る。従って、電子ビーム５は、図８に示すように、ビー
ム軸２４を中心にしてスリット開口部９ａ上を走査しな
がら回転するので、スリット開口部９ａを通過した電子
ビーム５は、擬似的に、円弧状の電子ビーム帯を形成す
る。
【００４８】また、図９に示すように、ビーム軸２４を
中心としてスリット開口部９ａを往復走査するように電
子ビーム５を偏向制御して円弧状の電子ビーム帯を形成
してもよい。しかし、この場合には、偏向器７，８（図
１参照）のヒステリシス特性により、スリット開口部９
ａ上における電子ビームの走査速度が一様ではなくなる
おそれがある。そのため、電子ビーム５の照射強度が一
様な円弧状電子ビーム帯をより確実に形成するには、上
記のように電子ビーム５を回転走査させることが望まし
い。
【００４９】なお、円弧状電子ビーム帯の円弧幅は収束
レンズ６ａ，６ｂによって調節することができ、その円
弧幅は、マスク１８上において数μｍ〜数１００μｍに
なるように調節されることが望ましい。
【００５０】また、電子ビーム５の走査に伴って、マス
ク１８やウエハ３２に熱的ひずみが生じるという問題が
ある。しかし、この熱的ひずみは、スリット開口部９ａ
全域が一括に照射される場合と熱的に等価になる走査速
度、つまり、円弧状電子ビーム帯の全域において電子ビ
ーム５の照射強度が熱的に均一になる走査速度でスリッ
ト開口部９ａを走査することにより、低減させることが
できる。なお、その走査速度は、約数マイクロ秒以下で
あることが望ましい。
【００５１】以上説明したように、スリット開口部９ａ
に沿って電子ビーム５を高速に走査して円弧状電子ビー
ム帯を擬似的に形成することにより、単一電子ビームや
従来のエミッタンスＬａＢ６電子銃を用いた場合でも、
マスク１８上の電子ビーム５照射領域およびウエハ３２
上の露光領域を拡大することができ、かつ、その領域に
電子ビーム５を均一な照射強度で照射することができ
る。
【００５２】上記に説明してきた電子ビーム照明装置２
では、図８に示すように、電子ビーム５がスリット開口
部９ａの両側のエッジにかかるように走査されるため、
スリット開口部９ａを通過して形成される円弧状電子ビ
ームの円弧幅は、スリット開口部９ａのスリット幅に依
存する。従って、円弧状電子ビームの円弧幅は、凹凸ブ
レード１２，１３同士の間隔を変えることにより調節さ
れていた。このように凹凸ブレード１２，１３同士の間
隔を変える方法に代えて、下段の偏向器部８にオフセッ
ト信号を入力することにより、図１０に示すように、電
子ビーム５の回転中心をスリット開口部９ａの中心軸の
Ｘ軸方向にΔｘだけシフトさせ、電子ビーム５がスリッ
ト開口部９ａの片側のエッジにのみかかるように走査さ
せてもよい。このように電子ビーム５を走査して円弧状
電子ビーム帯の円弧幅を制御することにより、円弧状電
子ビーム帯の照射強度の微小調節ができるとともに、パ
ターン像の解像度を調節することもできる。
【００５３】次に、本実施形態の露光装置１の動作につ
いて説明する。
【００５４】まず、電子ビーム照明装置２のビーム軸２
４に対するマスク１８とウエハ３２の位置合わせについ
て、図１１を用いて説明する。
【００５５】最初に、電子銃４から電子ビーム５を照射
し、収束レンズ６ａ，６ｂによってマスク１８上に電子
ビーム５を収束させる。このとき、電子ビーム５は、ス
リット板９に形成されている電子ビーム通過穴９ｂを通
過する。次に、偏向器部７，８により電子ビーム５をス
リット開口部９ａに沿って走査し、電子ビーム５が照射
されたマスク１８から放出される２次電子や反射電子を
第１の電子検出器２２で検出する。このようなマスク基
準マーク検出手段により、マスク１８上に形成されてい
る位置基準マーク（不図示）の位置が検出される。
【００５６】次に、ビーム軸２４上からマスク１８を取
り除き、投影レンズ１９ａ，１９ｂによってウエハ３２
上に電子ビーム５を収束させる。続いて、電子ビーム５
を位置補正偏向器２７によって偏向させてウエハ３２上
を走査し、ウエハ３２から放出される２次電子や反射電
子を第２の電子検出器２９で検出する。このようなウエ
ハ基準マーク検出手段により、ウエハ３２上に形成され
ている位置基準マーク（不図示）の位置が検出される。
【００５７】このように検出された各位置基準マークの
位置情報に基づいて、マスクステージ２１ないしはウエ
ハステージ３０の位置決めを行うことにより、電子ビー
ム照明装置２のビーム軸２４に対するマスク１８および
ウエハ３２の位置合わせがなされる。
【００５８】次に、露光装置１の露光動作について、主
に図１および図７を用いて説明する。
【００５９】ＣＰＵ４４から「露光」が指令された制御
系４４は、アパーチャ制御回路３４を介して駆動部１
４，１７を作動させ、各ブレード１２，１３，１５，１
６を移動させる。これにより、スリット開口部９ａにお
けるスリット幅とスリット長さが、露光条件に応じて設
定される。
【００６０】スリット開口部９ａでの円弧形状が設定さ
れると、照明分布制御回路３３によって収束レンズ６
ａ，６ｂと偏向器部７，８とが制御され、スリット開口
部９ａを走査する電子ビーム５が、設定されたスリット
開口部９ａの円弧形状に応じた走査速度および照射強度
となるように調整される。
【００６１】電子ビーム照明装置２により形成された円
弧状電子ビーム帯は、マスク１８に形成されている回路
パターンを投影してウエハ３２上に結像され、ウエハ３
２を露光する。このとき、マスクステージ２１とウエハ
ステージ３０とが、縮小電子光学系２０の縮小倍率に相
当する速度差で同期移動し、マスク１８に形成されてい
る回路パターン全体がウエハ３２に露光される。
【００６２】図１２は、ウエハ上に投影された円弧状電
子ビーム帯の露光領域を示す上視図である。なお、図１
２中におけるＳｘは、円弧状電子ビーム帯の円弧幅を示
し、Ｓｙは、円弧状電子ビーム帯の長さを示す。本実施
形態の露光装置１によって形成される円弧状電子ビーム
帯は、各ブレード１２，１３，１５，１６（図４参照）
の移動によって、円弧幅Ｓｘは約０．０１ｍｍ〜１ｍ
ｍ、帯長さＳｙは約１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で調節が可
能である。
【００６３】一般に、ウエハ上に投影されたパターン像
は、ビーム軸から離れるに従って収差（特に像面湾曲、
非点）が大きくなる。しかしながら、図１に示すよう
に、本実施形態の電子ビーム照明装置２で形成される円
弧状電子ビーム帯は、ビーム軸２４を中心に走査された
電子ビーム５からなるため、ビーム軸２４からの距離は
一定である。そのため、パターン像の像面湾曲は考慮す
る必要がない程に微小である。また、図１３に示すよう
に、非点収差の影響はビーム軸２４から離れるに従って
大きくなる。しかし、その影響はわずかであるため、図
６に示すような収差補正光学系２３を用いて非点収差を
補正することにより、非点収差の影響を解消することが
できる。その結果、ウエハ３２上に投影されるパターン
像（すなわち露光領域）を、従来の電子ビーム法によっ
て形成される露光領域より広くするとともに、収差の影
響をなくし、かつ電子ビーム５の照射強度を一定にする
ことができる。
【００６４】なお、スリット開口部９ａを走査する電子
ビーム５の周期は、マスク１８上に照射された円弧状電
子ビーム帯の円弧幅と同じ分だけマスク１８が移動する
時間よりも短く、かつ、その移動時間を整数で等分でき
る周期であることが望ましい。これにより、露光もれや
二重露光などの露光不良を防ぎ、ウエハ３２を均質に露
光することができる。
【００６５】また、投影装置３には、電子ビーム５が照
射されたマスク１８から放出される２次電子等を検出す
る第１の電子検出器２２が備えられているので、その２
次電子等を検出することにより、電子ビーム５が照射さ
れているマスク１８の部分に回路パターンが形成されて
いるか否かを認識することができる。さらに、電子ビー
ム照明装置２には、第１の電子検出器２２からの情報に
基づいて、必要に応じてマスク１８への電子ビーム５の
照射を制御するブランキング電極１０が備えられている
ので、マスク１８のうち回路パターンが形成されていな
い部分に電子ビーム５が照射されるときには、ブランキ
ング電極１０を作動させることにより、不必要な電子ビ
ーム５の照射を抑制し、マスク１８の熱的ひずみを防止
することができる。
【００６６】図１４は、パターン像（露光領域）がウエ
ハを露光する際の露光経路を示す斜視図である。図１４
に示すウエハ３２には、１チップの大きさが３５ｍｍ
（Ｘ方向）×２０ｍｍ（Ｙ方向）のチップが４チップ形
成される。
【００６７】露光を開始する前に、まず、ウエハ３２上
での円弧状のパターン像の長さ（Ｙ方向寸法）を５ｍｍ
に設定する。この場合には、露光走査回数は、２０ｍｍ
／５ｍｍ＝４より、４回となる。図１４中の円弧ａの位
置から露光を開始する場合には、ウエハステージ２１お
よびマスクステージ３０（共に図１参照）をＸ方向に同
期移動させ、円弧ａがチップ領域の右端に達すると１回
目の走査が完了する。１回目の走査が終ると、ウエハス
テージ３０をＹ方向に５ｍｍ、マスクステージ２１をＹ
方向に２０ｍｍのステップで移動させ、円弧ａを２回目
の走査開始位置にセットする。続いて、ウエハステージ
３０およびマスクステージ２１を１回目の走査とは逆の
方向に同期移動させて、２回目の走査を行う。上記の動
作を繰り返して、計４回の走査を行うと、１チップの露
光が完了する。そして、この露光動作を４チップ分につ
いて行うと、１枚のウエハの露光が完了する。
【００６８】なお、上記の説明において、ウエハステー
ジ２１のステップ移動が５ｍｍであるのに対してマスク
ステージ３０のステップ移動は２０ｍｍであるが、これ
は、投影装置３に設けられた縮小電子光学系２０（図１
参照）の縮小倍率が１／４であることによる。ただし、
本実施形態の縮小電子光学系２０の縮小倍率は１／４に
限られず、１／４〜１／２程度の縮小倍率に任意に設定
することができ、この設定によってマスクステージ２１
のステップ移動距離が変動する。
【００６９】このように、本実施形態の露光装置１には
前述の電子ビーム照明装置２が用いられ、拡大された露
光領域を走査してウエハ３２を露光するため、従来の単
一電子ビームを用いた露光装置に比べてウエハ３２への
露光走査回数を大幅に減少させることができ、露光時間
を短縮することができる。
【００７０】また、露光装置１には、図７を用いて説明
したように、マスクステージ２１の位置を検出する第１
のレーザ干渉計３６と、ウエハステージ３０の位置を検
出する第２のレーザ干渉計４１とが備えられているの
で、本来の位置からのマスクステージ２１およびウエハ
ステージ３０の位置ずれを検出することができる。さら
に、投影装置３には、図１に示すように、ウエハ３２に
投影されるパターン像の位置を補正する位置補正偏向器
２７が設けられているので、たとえマスクステージとウ
エハステージとが本来の位置からずれていても、位置補
正偏向器２７によってパターン像を本来の位置に投影す
ることができる。
【００７１】ところで、通常の露光工程では、ウエハに
予め形成されている回路パターンにマスクの回路パター
ンを重ね合わせて露光する。その際には、各パターン同
士が精度良く重ね合わされることが必要である。しかし
ながら、ウエハにパターンを形成する際には、ウエハを
成膜する工程を経る必要がある。ウエハは、成膜工程を
経ると伸縮するため、マスクに形成された投影パターン
を本来の縮小率で縮小してウエハ上に投影しても、各パ
ターンが精度よく重ね合わされなくなる。そこで、制御
系４４（図７参照）は、ウエハ３２の伸縮率を予め収得
し、その伸縮率に基づいて、倍率制御回路３９（図７参
照）を介して縮小電子光学系２０の縮小倍率を調整す
る。同時に、制御系４４は、調整後の縮小電子光学系２
０の縮小倍率に対応させるために、ウエハステージ３０
の移動速度が調整後の縮小倍率に対応した速度となるよ
うにウエハステージ駆動制御回路４１の設定を変更する
とともに、ウエハステージ３０のステップ移動距離を変
更する。
【００７２】次に、上記説明した露光装置を利用した半
導体デバイスの生産方法の実施形態を説明する。図１５
は、微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液
晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
等）の製造工程を示すフローチャートである。ステップ
１（回路設計）では、半導体デバイスの回路設計を行
う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パター
ンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウ
エハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造
する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ば
れ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフ
ィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次の
ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４
によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディ
ング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を
含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された
半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検
査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７３】図１６は、上記ウエハプロセスの詳細な工
程を示すフローチャートである。ステップ１１（酸化）
では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶ
Ｄ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３
（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成す
る。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオ
ンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエ
ハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上
記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウ
エハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光し
たウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では
現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１
９（レジスト剥離）ではエッチングが済んでから不要と
なったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返
し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが
形成される。本実施形態の生産方法を用いれば、マスク
の回路パターンをウエハに露光する時間が短縮され、ひ
いては、半導体デバイスの生産性を向上させることがで
きる。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子ビー
ム照明装置は、電子銃と、円弧状のスリット開口部が形
成されたスリット板部と、スリット開口部に沿って電子
ビームを走査させる偏向手段とを有するので、マスク上
の電子ビーム照射領域およびウエハ上の露光領域を拡大
することができ、かつ、その領域に電子ビームを均一な
照射強度で照射することができる。
【００７５】また、電子ビームが前記スリット開口部を
走査する速度は、円弧状電子ビーム帯の照射強度がその
円弧状電子ビーム帯の全域において均一となる速度であ
ることにより、電子ビームの走査に伴ってマスクやウエ
ハに生じる熱的ひずみを低減することができる。
【００７６】さらに、スリット板部は凸ブレードと凹ブ
レードとを有し、各ブレードが互いの円弧縁部を対向さ
せて配置されてスリット開口部をが形成し、さらに各ブ
レードのうち少なくとも一方には、各ブレード間の間隔
を調節するための駆動部が取り付けられていることによ
り、円弧状電子ビーム帯の円弧幅を調節することができ
る。
【００７７】加えて、スリット板部には、凸ブレードと
凹ブレードとで形成されるスリット開口部の長さを調節
するための遮光ブレードが備えられていることにより、
円弧状電子ビーム帯の円弧長さを調節することができ
る。
【００７８】さらに、スリット開口部を走査する電子ビ
ームの回転中心または往復中心が、偏向手段によってス
リット開口部の中心軸に沿ってスリット開口部の中心か
らシフトされていることにより、円弧状電子ビーム帯の
円弧幅が狭くなり、これによって円弧状電子ビーム帯の
円弧幅の調節をすることができる。
【００７９】本発明の露光装置は、回路パターンをウエ
ハに投影するための照明装置として上記本発明の電子ビ
ーム照明装置を用いているので、拡大された露光領域を
走査してウエハを露光するため、ウエハへの露光走査回
数を減少させることができ、露光時間を短縮することが
できる。
【００８０】また、スリット開口部への電子ビームの走
査周期は、マスクに投影されたときの円弧状電子ビーム
帯の幅と同じ分だけマスクが移動する時間よりも短く、
かつ、その移動時間を整数で等分できる周期であること
により、ウエハの露光もれや二重露光等の露光不良を防
止することができる。
【００８１】さらに、電子ビームが照射されたマスクか
ら放出される電子を検出する電子検出部と、電子検出部
から得られた情報に基づいてマスクへの電子ビームの照
射を制御するブランキング電極部とが備えられているこ
とにより、不必要な電子ビームの照射を抑制し、マスク
の熱的ひずみを防止することができる。
【００８２】さらには、マスク基準マーク検出手段とウ
エハ基準マーク検出手段とが備えられていることによ
り、電子ビーム照明装置のビーム軸に対するマスクおよ
びウエハのより正確な位置合わせを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置の一実施形態の全体構成図で
ある。
【図２】図１に示した電子ビーム照明装置の全体構成図
である。
【図３】図２に示した電子ビーム照明装置の偏向器部を
さらに詳細に示した構成図である。
【図４】図２に示した電子ビーム照明装置のスリット板
の詳細な構成を示す上面図である。
【図５】図１に示した投影装置の収差補正光学系の上面
図である。
【図６】図５に示した収差補正光学系のＡ−Ａ線におけ
る断面図である。
【図７】本発明の露光装置の一実施形態の主要な構成を
示すブロック図である。
【図８】スリット開口を走査する電子ビームを示す上視
図である。
【図９】スリット開口を走査する電子ビームを示す上視
図である。
【図１０】スリット開口を走査する電子ビームを示す上
視図である。
【図１１】電子ビーム照明装置のビーム軸に対するマス
クとウエハの位置合わせ動作を示すための露光装置の全
体構成図である。
【図１２】ウエハ上に投影された円弧状電子ビーム帯の
露光領域を示す上視図である。
【図１３】ウエハ上に投影されたパターン像におけるビ
ーム軸からの距離と非点収差との関係を示す関係図であ
る。
【図１４】投影パターン像がウエハを露光する際の露光
経路を示す斜視図である。
【図１５】微小デバイスの製造工程を示すフローチャー
トである。
【図１６】図１５に示したウエハプロセスの詳細な工程
を示すフローチャートである。
【図１７】従来の部分一括露光方式を用いた露光装置を
示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 露光装置 ２ 電子ビーム照明装置 ３ 投影装置 ４ 電子銃 ５ 電子ビーム ６ａ，６ｂ 収束レンズ ７，８ 偏向器部 ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ 偏向器 ９ スリット板 ９ａ スリット開口部 ９ｂ 電子ビーム通過穴 １０ ブランキング電極 １１ アパーチャ １２ 凸ブレード １２ａ 凸縁 １３ 凹ブレード １３ａ 凹縁 １４，１７ 駆動部 １５，１６ 遮光ブレード １８ マスク １９ａ，１９ｂ 投影レンズ ２０ 縮小電子光学系 ２１ マスクステージ ２２ 第１の電子検出器 ２３ 収差補正光学系 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 電極 ２３ｄ 開口部 ２４ ビーム軸 ２５ 回転補正レンズ ２６ 散乱電子遮断アパーチャ ２７ 位置補正偏向器 ２８ 焦点補正レンズ ２９ 第２の電子検出器 ３０ ウエハステージ ３１ ウエハチャック ３２ ウエハ ３３ 照明分布制御回路 ３４ アパーチャ制御回路 ３５ マスクステージ駆動制御回路 ３６ 第１のレーザ干渉計 ３７ 収差制御回路 ３８ 偏向位置補正回路 ３９ 倍率制御回路 ４０ 光学特性制御回路 ４１ ウエハステージ駆動制御回路 ４２ 第２のレーザ干渉計 ４３ 電子検出回路 ４４ 制御系 ４５ ＣＰＵ ４６ メモリ ４７ インターフェース

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子ビームを照射する電子銃と、 前記電子銃から照射された前記電子ビームの軌道の延長
    線を中心とする円弧状のスリット開口部が形成されたス
    リット板部と、 前記電子銃から照射された電子ビームを前記スリット板
    部に照射される前に偏向させ、さらに前記電子ビームの
    軌道の延長線を中心に回転または往復させて、前記スリ
    ット開口部に沿って前記電子ビームを走査させる偏向手
    段とを有する電子ビーム照明装置。
  2. 【請求項２】 前記電子ビームが前記スリット開口部を
    走査する速度は、前記電子ビームが前記スリット開口部
    を通過したときに形成される円弧状電子ビーム帯の照射
    強度が、該円弧状電子ビーム帯の全域において均一とな
    る速度である請求項１記載の電子ビーム照射装置。
  3. 【請求項３】 前記スリット板部は、円弧状の凸縁が形
    成された凸ブレードと前記凸縁と同じ径からなる円弧状
    の凹縁が形成された凹ブレードとを有し、各前記ブレー
    ドが互いの円弧縁部を対向配置されて前記スリット開口
    部が形成されているとともに、各前記ブレードのうち少
    なくとも一方には、各前記ブレード間の間隔を調節する
    ための駆動部が取り付けられている請求項１または２記
    載の電子ビーム照明装置。
  4. 【請求項４】 前記スリット板部には、前記凸ブレード
    と前記凹ブレードとで形成される前記スリット開口部の
    長さを調節するための遮光ブレードが備えられている請
    求項３記載の電子ビーム照明装置。
  5. 【請求項５】 前記スリット開口部を走査する前記電子
    ビームの回転中心または往復中心が、前記偏向手段によ
    って前記スリット開口部の中心軸に沿って該スリット開
    口部の中心からシフトされている請求項１から４のいず
    れか１項記載の電子ビーム照明装置。
  6. 【請求項６】 マスクに描かれた回路パターンをウエハ
    に投影するために前記マスクを照明する照明装置が備え
    られ、前記ウエハと前記マスクとを同期させて移動させ
    つつ前記回路パターンを前記ウエハに投影露光する露光
    装置において、前記照明装置として、請求項１から５の
    いずれか１項記載の電子ビーム照明装置を用いたことを
    特徴とする露光装置。
  7. 【請求項７】 前記スリット開口部への前記電子ビーム
    の走査周期は、前記スリット開口部を通過した前記電子
    ビームにより形成された前記円弧状電子ビーム帯が前記
    マスクに投影されたときの前記円弧状電子ビーム帯の幅
    と同じ分だけ前記マスクが移動する時間よりも短く、か
    つ、該時間を整数で等分できる周期である請求項６記載
    の露光装置。
  8. 【請求項８】 前記電子ビームが照射された前記マスク
    から放出される電子を検出する電子検出部と、 前記電子検出部から得られた情報に基づいて前記マスク
    への電子ビームの照射を制御するブランキング電極部と
    が備えられている請求項６または７記載の露光装置。
  9. 【請求項９】 前記マスクに設けられている位置基準マ
    ークを検出するためのマスク基準マーク検出手段と、 前記ウエハに設けられている位置基準マークを検出する
    ためのウエハ基準マーク検出手段とが備えられている請
    求項６から８のいずれか１項記載の露光装置。
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