特許 5988537 荷電粒子線露光装置及びデバイス製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5988537

(24)【登録日】2016年8月19日

(45)【発行日】2016年9月7日

(54)【発明の名称】荷電粒子線露光装置及びデバイス製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20160825BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 541W

   H01L21/30 541J

【請求項の数】16

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2010-133435(P2010-133435)

(22)【出願日】2010年6月10日

(65)【公開番号】特開2011-258842(P2011-258842A)

(43)【公開日】2011年12月22日

【審査請求日】2013年5月1日

【審判番号】不服2015-4122(P2015-4122/J1)

【審判請求日】2015年3月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100098165

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 聡

(72)【発明者】

【氏名】白石 直正

【合議体】

【審判長】 川端 修

【審判官】 松川 直樹

【審判官】 土屋 知久

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−０８０２２２号公報（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０７９４１１号公報（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８４２３０号公報（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２８４３７７号公報（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５０５１２４号公報（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１６６０８号公報（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９９８５３号公報（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１４７２０２号（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01L21/027

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子線でターゲットを露光する荷電粒子線露光装置であって、
前記荷電粒子線からなる複数のビームを発生するビーム発生系と、
前記ビームがそれぞれ照射される複数の長方形の開口が互いに長手方向が平行になるように形成されたアレイ部材と、
前記複数の開口から選択された開口を通過する前記ビームを前記ターゲットに導く変調装置と、
前記変調装置で選択された前記開口を通過した前記ビームによって前記開口を縮小した長方形の像を形成するとともに、前記開口を縮小した像を少なくとも該像の長手方向又は短手方向に沿った第１方向に偏向可能である偏向投影系と、
前記偏向投影系による前記ビームの露光領域に対して前記ターゲットを前記第１方向に直交する第２方向に相対的に走査移動する移動機構と、
を備え、
前記変調装置は、前記長方形の開口の短手方向に前記ビームを偏向する偏向部材と、前記偏向部材で前記短手方向に偏向された前記ビームを遮蔽するビーム遮蔽部材とを備え、
前記偏向投影系は、前記移動機構による前記走査移動時に前記開口を縮小した像を前記第１方向に偏向することを特徴とする荷電粒子線露光装置。

【請求項2】

前記開口の長手方向と前記開口を縮小した像の長手方向とは平行であり、
前記アレイ部材に形成された前記複数の開口は、ほぼ前記第１方向及び前記第２方向に沿って配列されるとともに、
ほぼ前記第２方向に沿って配列される前記複数の開口は、前記ターゲット上での前記偏向投影系による前記ビームの最大偏向量に対応する間隔で次第に前記第１方向にずれて配列されることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光装置。

【請求項3】

前記開口の長手方向と前記開口を縮小した像の長手方向とは平行であり、
前記アレイ部材の前記複数の長方形の開口の長手方向は、前記第１方向に平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子線露光装置。

【請求項4】

前記開口の長手方向と前記開口を縮小した像の長手方向とは平行であり、
前記アレイ部材の前記複数の長方形の開口の短手方向は、前記第１方向に平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子線露光装置。

【請求項5】

前記アレイ部材の前記複数の長方形の開口の前記偏向投影系による像の大きさは、短手方向の幅が１５〜２５ｎｍで、長手方向の幅が１２０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光装置。

【請求項6】

前記変調装置は、
前記アレイ部材に前記複数の開口に対応して設けられるとともに、前記開口の近傍に設けられた前記電極部材に印加される電圧を制御する複数の光電変換素子と、
前記ターゲットに露光されるパターンに応じて、前記複数の光電変換素子に選択的に光を照射する照射系とを備え、
前記偏向部材は、前記アレイ部材の前記複数の開口の近傍にそれぞれ設けられた電極部材を備え、
前記ビーム遮蔽部材は、前記アレイ部材の前記複数の開口に対応する位置にそれぞれ開口が形成されるとともに、前記アレイ部材の前記開口を通過した前記ビームのうちで、前記電極部材によって発生する電界によって偏向された前記ビームを停止させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光装置。

【請求項7】

前記電極部材は、それぞれ前記アレイ部材の前記長方形の開口の長手方向に沿って設けられることを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子線露光装置。

【請求項8】

ターゲットの表面に周期的パターンを形成する工程と、
前記ターゲットの表面の前記周期的パターンが形成された領域に、請求項１〜７のいずれか一項に記載の荷電粒子線露光装置を用いて、前記アレイ部材の前記複数の開口の像を選択的に露光することによって、前記周期的パターンを部分的に除去する工程と、を含み、
前記周期的パターンを部分的に除去する工程は、
前記ターゲットの前記周期的パターンが形成された領域に荷電粒子線に感光する感光材料を塗布する工程と、
前記感光材料を前記荷電粒子線露光装置で露光する工程と、
前記感光材料を現像する工程と、
現像後の前記感光材料をマスクとして前記周期的パターンをエッチングする工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

【請求項9】

前記周期的パターンを形成する工程は、
前記ターゲットの表面に前記周期的パターンの周期方向に周期性を持つ第１パターンを形成する工程と、
前記第１パターンに基づいて、前記周期方向に前記第１パターンのピッチに対して１／（２ｋ）（ｋは１以上の整数）のピッチを持つ前記周期的パターンとしての第２パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載のデバイス製造方法。

【請求項10】

前記周期的パターンを部分的に除去する工程において、
前記荷電粒子線露光装置の前記アレイ部材の前記複数の開口の像の長手方向に前記周期的パターンの周期方向が平行になるように、前記荷電粒子線露光装置に前記ターゲットがロードされることを特徴とする請求項８又は９に記載のデバイス製造方法。

【請求項11】

前記周期的パターンを部分的に除去する工程において、
前記荷電粒子線露光装置の前記アレイ部材の前記複数の開口の像の長手方向の長さが、前記周期的パターンのピッチの（ｎ−１／２）倍〜（ｎ＋１／２）倍（ｎは２以上の整数）であることを特徴とする請求項９に記載のデバイス製造方法。

【請求項12】

前記周期的パターンを部分的に除去する工程において、
前記荷電粒子線露光装置の前記アレイ部材の前記複数の開口の像の長手方向の長さが、該開口の像の短手方向の長さの（２ｎ−１）倍〜（２ｎ＋１）倍（ｎは２以上の整数）であることを特徴とする請求項９に記載のデバイス製造方法。

【請求項13】

ターゲットの表面に周期的パターンを形成することと、
複数の長方形の開口から選択された開口を通過した荷電粒子線よりなるビームによって前記開口の縮小された長方形の像が形成される露光領域を含む領域に、前記開口の像の長手方向に前記ターゲットの前記周期的パターンの周期方向が平行になるように、前記ターゲットを配置することと、
前記ターゲットの前記周期的パターンが形成された領域で、前記複数の長方形の開口から選択された開口の前記ビームによって形成される像を少なくとも前記開口の像の長手方向又は短手方向に沿った第１方向に偏向して前記ターゲットを露光することと、
前記露光領域を前記ターゲットの前記周期的パターンが形成された領域が通過するように、前記露光領域に対して前記ターゲットを前記第１方向に直交する第２方向に相対移動することと、
前記複数の開口から選択された開口の像によって前記ターゲットの前記周期的パターンが形成された領域に露光されたマスクパターンを用いて前記周期的パターンを部分的に除去することと、
を含み、
前記露光領域は前記周期的パターンのうち少なくとも２つのパターンを覆い、
前記露光することは、前記露光領域と前記ターゲットとの前記第２方向への相対移動中に、前記第１方向への偏向を行うことを特徴とするデバイス製造方法。

【請求項14】

前記周期的パターンを形成するときに、
前記ターゲットの表面に前記周期的パターンの周期方向に周期性を持つ第１パターンを形成し、
前記第１パターンに基づいて、前記周期方向に前記第１パターンのピッチに対して１／（２ｋ）（ｋは１以上の整数）のピッチを持つ前記周期的パターンとしての第２パターンを形成する、ことを特徴とする請求項１３に記載のデバイス製造方法。

【請求項15】

前記開口の像の長手方向の長さが、前記周期的パターンのピッチの（ｎ−１／２）倍〜（ｎ＋１／２）倍（ｎは２以上の整数）であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のデバイス製造方法。

【請求項16】

前記ターゲットの前記周期的パターンが形成された領域で、前記複数の長方形の開口から選択された開口の像を少なくとも前記第１方向に偏向するときに、
前記複数の開口の近傍に設けられた電極板に印加される電圧を制御するために、前記複数の開口に対応してそれぞれ設けられた光電変換素子に選択的に光を照射することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、露光ビームとして電子ビーム等の荷電粒子線を用いる荷電粒子線露光装置、及び荷電粒子線露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィー工程で使用される、露光ビームとして遠紫外域から真空紫外域にかけての紫外光を用いる露光装置（以下、紫外光露光装置という）においては、解像度を高めるために、露光波長の短波長化、照明条件の最適化、及び投影光学系の開口数をさらに増大するための液浸法の適用等が行われてきた。最近では、紫外光露光装置の解像限界よりも微細なピッチの回路パターンを形成するために、ウエハに紫外光露光装置を用いてこの解像限界程度のピッチを持ち、線幅がピッチの１／２とは異なるライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）を形成した後、そのＬ＆Ｓパターンを用いてピッチが１／２のＬ＆Ｓパターンを形成するダブルパターニング法が提案されている。

【0003】

ダブルパターニング法は、ピッチ分割(Pitch Splitting)技術と、スペーサ・ピッチ・ダブリング（Spacer Pitch Doubling, Spacer transfer 又は SidewalL transfer）技術とに大別される（例えば、非特許文献１参照）。ピッチ分割技術では、Ｌ＆Ｓパターンの露光及び現像等によって、露光されるパターンのピッチの１／４の線幅の複数のラインパターンをウエハに形成する工程が、ウエハと露光されるパターンとの相対位置をその露光されるパターンのピッチの１／２だけずらして２回行われる。また、スペーサ・ピッチ・ダブリング技術では、Ｌ＆Ｓパターンの露光及び現像等によってウエハに線幅がピッチの１／４の複数のラインパターンを形成し、各ラインパターンのスペース部（側壁部）にパターンを堆積した後、例えばこの堆積されたパターンをマスクとしてピッチが１／２のＬ＆Ｓパターンが形成される。

【0004】

また、紫外光露光装置の解像限界よりも微細なパターンを形成するために、それぞれオン／オフ可能で、かつ偏向可能な紫外光露光装置の解像限界よりも小さい多数の電子ビームの円形スポットを長方形の露光領域内に配置し、この露光領域に対してウエハを走査しながら、その多数の電子ビームの円形スポットを偏向しながらオン／オフする電子ビーム露光装置が提案されている（例えば、非特許文献２及び特許文献１（これに対応する特表２００６−５０４１３４号公報）参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Y. K. Choi, et al.: "Sub-20nm CMOS Fin-FET Technologies" IEDM Tech. Dig. no. 19.1, pp. 421-424, Washington D. C., USA（米国）, Dec. (2001)

【非特許文献2】E. Slot, et al.: "MAPPER: HIGH THROUGHPUT MASKLESS LITHOGRAPHY" Proc. of SPIE (米国) Vol. 6921, 69211P (2008)

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第７，１７３，２６３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来のダブルパターニング法によれば、紫外光露光装置の解像限界よりも微細なピッチのＬ＆Ｓパターンを形成することが可能である。しかしながら、ダブルパターニング法のみでは、紫外光露光装置の解像限界よりも微細な非周期的な部分を含むパターンを形成することは困難である。
また、従来の多数の電子ビームの円形スポットを偏向しながらオン／オフする電子ビーム露光装置を用いて、その非周期的な部分を含むパターンの全部の露光を行うものとすると、露光時間（描画時間）が長くなり、スループット（単位時間当たりのウエハの処理枚数）が低下する。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑み、紫外光露光装置の解像限界よりも微細な非周期的な部分を含むパターンを効率的に形成できるデバイス製造方法、及びこのデバイス製造方法で使用できる荷電粒子線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】

【0009】

本発明の第１の態様によれば、荷電粒子線でターゲットを露光する荷電粒子線露光装置が提供される。この荷電粒子線露光装置は、その荷電粒子線からなる複数のビームを発生するビーム発生系と、そのビームがそれぞれ照射される複数の長方形の開口が互いに長手方向が平行になるように形成されたアレイ部材と、その複数の開口から選択された開口を通過するそのビームをそのターゲットに導く変調装置と、その変調装置で選択されたその開口を通過したそのビームによってその開口を縮小した長方形の像を形成するとともに、その開口を縮小した像を少なくとも該像の長手方向又は短手方向に沿った第１方向に偏向可能である偏向投影系と、その偏向投影系によるそのビームの露光領域に対してそのターゲットをその第１方向に直交する第２方向に相対的に走査移動する移動機構と、を備え、その変調装置は、その長方形の開口の短手方向にそのビームを偏向する偏向部材と、その偏向部材でその短手方向に偏向されたそのビームを遮蔽するビーム遮蔽部材とを備え、その偏向投影系は、その移動機構による走査移動時にその開口を縮小した像をその第１方向に偏向するものである。

【0010】

また、本発明の第２の態様によれば、ターゲットの表面に周期的パターンを形成する工程と、そのターゲットの表面のその周期的パターンが形成された領域に、本発明の荷電粒子線露光装置を用いて、そのアレイ部材のその複数の開口の像を選択的に露光することによって、その周期的パターンを部分的に除去する工程と、を含むデバイス製造方法が提供される。

【0011】

また、本発明の第３の態様によれば、ターゲットの表面に周期的パターンを形成することと、複数の長方形の開口から選択された開口を通過した荷電粒子線よりなるビームによってその開口の縮小された長方形の像が形成される露光領域を含む領域に、その開口の像の長手方向にそのターゲットのその周期的パターンの周期方向が平行になるように、そのターゲットを配置することと、そのターゲットのその周期的パターンが形成された領域で、その複数の長方形の開口から選択された開口のそのビームによって形成される像を少なくともその開口の像の長手方向又は短手方向に沿った第１方向に偏向してそのターゲットを露光することと、その露光領域をそのターゲットのその周期的パターンが形成された領域が通過するように、その露光領域に対してそのターゲットをその第１方向に直交する第２方向に相対移動することと、その複数の開口から選択された開口の像によってそのターゲットのその周期的パターンが形成された領域に露光されたマスクパターンを用いてその周期的パターンを部分的に除去することと、を含み、その露光領域はその周期的パターンのうち少なくとも２つのパターンを覆い、その露光することは、その露光領域とそのターゲットとのその第２方向への相対移動中に、その第１方向への偏向を行うデバイス製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0012】

本発明のデバイス製造方法によれば、例えば紫外光露光装置を用いて周期的パターンを形成した後、複数の長方形の開口から選択された開口を通過した荷電粒子線よりなるビームによって形成されるその開口の像を少なくとも第１方向に偏向し、かつそのビームの露光領域に対してターゲットを第２方向に相対移動することによって、その周期的パターン上にその長方形の開口の像又はこれより大きい任意の非周期的なパターンの像を露光できる。従って、紫外光露光装置の解像限界よりも微細な非周期的な部分を含むパターンを効率的に形成できる。

【0013】

また、本発明の荷電粒子線露光装置は、本発明のデバイス製造方法を実施するために使用できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態の一例に係る電子ビーム露光装置１０を示す一部が切り欠かれた図である。

【図2】（Ａ）は図１中のビームブランキングアレイ部材３０を示す平面図、（Ｂ）は図２（Ａ）中のＢ部を示す拡大図、（Ｃ）は図２（Ｂ）の開口３１の近傍に形成される偏向器５４を示す拡大図である。

【図3】（Ａ）は図１中の投影レンズアレイ３５による小ビーム３６の露光領域５２を示す拡大図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ部の拡大図、（Ｃ）はウエハと露光領域５２との相対移動の軌跡の一例を示す平面図である。

【図4】実施形態において製造される電子デバイスの或るレイヤの回路パターンの一部を示す拡大図である。

【図5】（Ａ）は電子デバイス用のウエハの一部を示す拡大断面図、（Ｂ）はそのウエハに露光されるパターンの光量分布を示す図、（Ｃ）はそのウエハの露光及び現像後の状態を示す拡大断面図、（Ｄ）はそのウエハのエッチング後の状態を示す拡大断面図、（Ｅ）はそのウエハからレジストを剥離した状態を示す拡大断面図、（Ｆ）は図５（Ｅ）のウエハの表面のパターンを示す拡大平面図である。

【図6】（Ａ）は図５（Ｅ）のウエハの表面にスペーサ層を堆積した状態を示す拡大断面図、（Ｂ）はそのウエハのスペーサ層に異方性エッチングを施した後の状態を示す拡大断面図、（Ｃ）はそのウエハから中間層を除去した後の状態を示す拡大断面図、（Ｄ）はそのウエハのデバイス層にエッチングを施した後の状態を示す拡大断面図、（Ｅ）は図６（Ｄ）のウエハの表面のＬ＆Ｓパターンの一部を示す拡大平面図である。

【図7】（Ａ）は図６（Ｅ）のウエハの表面のレジスト層に電子ビーム露光装置によって露光されるパターンを示す拡大平面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のレジストの現像後に得られるパターンを示す拡大平面図である。

【図8】実施形態のパターン形成方法の一例を示すフローチャートである。

【図9】電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

【図10】（Ａ）は変形例のビームブランキングアレイ部材を示す平面図、（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ部の拡大図である。

【図11】（Ａ）は変形例の露光領域を示す拡大平面図、（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施形態の一例につき図１〜図９を参照して説明する。
まず、本実施形態において半導体素子等を製造するためのリソグラフィー工程で使用される荷電粒子線露光装置としての電子ビーム露光装置の構成及び動作につき説明する。
図１は、本実施形態に係るマスクレスの電子ビーム露光装置１０の全体構成を概略的に示す図である。図１において、電子ビーム露光装置１０は、それぞれ個別に偏向可能な電子ビームよりなる多数の小ビーム３６が配列される露光領域５２でウエハＷ（ターゲット）を露光する電子ビーム光学系２０と、多数の小ビーム３６を個別にオン／オフする変調装置４０と、ウエハＷを静電吸着等によって保持して、露光領域５２に対してウエハＷを所定方向に走査（移動）するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系１２と、その他の制御系等とを備えている。電子ビーム光学系２０及びウエハステージＷＳＴは、不図示の真空チャンバ内に収納されている。以下、電子ビーム光学系２０の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本実施形態ではほぼ水平面である）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。本実施形態では、露光中のウエハＷの表面はほぼＸＹ平面に平行である。

【0016】

ウエハＷは、例えばシリコン等からなる円板状の基材の表面に電子線レジスト（感光材料）を塗布したものである。ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸に平行な軸の回り（θｚ方向）の回転角は、ステージ制御系１４内の複数軸のレーザ干渉計によって計測されている。この計測値及び主制御系１２からの制御情報に基づいて、ステージ制御系１４は、例えばリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置及び速度、並びにθｚ方向の回転角等を制御する。

【0017】

ウエハＷの表面の電子ビーム露光装置２０による露光領域５２は、図３（Ａ）に示すように、Ｘ方向の幅ＬＸが例えば２６ｍｍでＹ方向の幅ＬＹが例えば１０ｍｍ程度のＸ方向に細長い長方形の領域である。露光中のウエハＷの表面は、ウエハステージＷＳＴによって露光領域５２に対してＹ方向（＋Ｙ方向又は−Ｙ方向）に走査される。従って、Ｙ方向がウエハＷの機械的な走査方向ＳＤＹである。また、電子ビーム露光装置１０は、ウエハＷの各ショット領域（ダイ）に形成されているアライメントマークの位置を検出するウエハアライメント系（不図示）を備えている。

【0018】

図１において、電子ビーム光学系２０は、電子ビームＥＢよりなる多数の小ビーム３６をほぼＺ軸に平行に発生するマルチビーム発生系２０ａを備えている。マルチビーム発生系２０ａは、電子ビームＥＢを発生する電子ビーム発生装置２２と、電子ビームＥＢをほぼ平行ビームにする静電レンズよりなるコリメータレンズ系２４と、ほぼ平行ビームにされた電子ビームＥＢが照射される多数の開口２７が所定配列で形成された開口アレイ部材２６と、多数の開口２７から射出される小ビーム３６を集束する多数の静電レンズよりなるコンデンサーレンズアレイ２８とを有する。

【0019】

さらに、電子ビーム光学系２０は、それぞれ小ビーム３６が照射される多数の開口３１が開口２７と同じ配列で形成されたビームブランキングアレイ部材３０と、開口３１と同じ配列で多数の開口３３が形成されて、多数の開口３１を通過した小ビーム３６のうちで後述のように変調装置４０の一部である電極膜４８，５０間の電界によって偏向された小ビーム３６を停止させるビーム停止アレイ部材３２と、偏向投影系２０ｂとを備えている。偏向投影系２０ｂは、ビーム停止アレイ部材３２を通過した小ビーム３６を個別にＸ方向及びＹ方向に所定範囲内で偏向可能な多数の静電偏向器よりなるビーム偏向器アレイ３４と、ビーム偏向器アレイ３４を通過した多数の小ビーム３６をそれぞれ縮小してビームスポット３８（開口３１の像）を形成する多数の静電レンズよりなる投影レンズアレイ３５とを有する。ビーム偏向器アレイ３４の動作は、主制御系１２の制御下にある電子ビーム光学系の制御系１８によって制御される。

【0020】

投影レンズアレイ３５を構成する各静電レンズに関して、ビームブランキングアレイ部材３０の開口３１の形成面とウエハＷの表面とは共役であり、ビームブランキングアレイ部材３０の各開口３１の像の投影倍率βは、例えば１／５０〜１／２００程度の縮小倍率である。以下では、一例として投影倍率βは１／１００程度であるとする。本実施形態では、開口アレイ部材２６の開口２７の配列、ビームブランキングアレイ部材３０の開口３１の配列、ビーム停止アレイ部材３２の開口３３の配列、及びビーム偏向器アレイ３４による偏向がない場合の露光領域５２内のビームスポット３８の配列（図３（Ａ）参照）は互いに等しい。

【0021】

図２（Ａ）は、図１中のビームブランキングアレイ部材３０の多数の開口３１の配列を概略的に示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＢ部の拡大図である。図２（Ａ）において、例えばシリコン等の絶縁体よりなり、Ｘ方向に細長い薄い平板状のビームブランキングアレイ部材３０は、ウエハＷの表面の図３（Ａ）の露光領域５２とほぼ同じ形状のＸ方向の幅ＬＸでＹ方向の幅ＬＹの長方形のパターン形成領域５２Ａを有する。パターン形成領域５２Ａ内には、それぞれＸ方向にピッチＳＸで配列された多数の開口３１よりなる多数の列Ａｉ（ｉ＝１〜Ｉ：Ｉは整数）が、Ｙ方向に間隔ＳＹで配列されている。一例として、ピッチＳＸ及び間隔ＳＹは次のようにほぼ１５０μｍである。なお、ピッチＳＸ及び間隔ＳＹの値は任意である。

【0022】

ＳＸ＝ＳＹ＝１５０（μｍ） …（１）
図２（Ｂ）に拡大して示すように、各列Ａｉ内の各開口３１は、Ｘ方向の幅ａ１がＹ方向の幅ｂ１よりも大きい長方形である。また、各列Ａｉの一連の開口３１に対して、これに隣接する列Ａ（ｉ＋１）の一連の開口３１は、Ｘ方向に次第にδだけ位置がずれている。

【0023】

図２（Ａ）のビームブランキングアレイ部材３０の多数の開口３１を投影レンズアレイ３５によって投影倍率βで縮小した像（ビーム偏向器アレイ３４による偏向がない像）をウエハＷの表面に投影したものが、図３（Ａ）の露光領域５２内の多数の小ビーム３６によるビームスポット３８である。また、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ部の拡大図である。
図３（Ａ）において、露光領域５２内の多数のビームスポット３８の配列は、図２（Ａ９の多数の開口３１の配列と同じである。即ち、露光領域５２内には、それぞれＸ方向にピッチＳＸで配列された多数のビームスポット３８よりなる多数の列Ｂｉ（ｉ＝１〜Ｉ：Ｉは整数）がＹ方向に間隔ＳＹで配列されている。一例として、ピッチＳＸ及び間隔ＳＹは式（１）で表される。

【0024】

また、図３（Ｂ）に示すように、各列Ｂｉ内の各ビームスポット３８は、Ｘ方向の幅ａ２がＹ方向（機械的な走査方向ＳＤＹ）の幅ｂ２よりも大きい長方形である。なお、図３（Ｂ）において、各ビームスポット３８の大きさ（幅ａ２及びｂ２）は、配列のピッチＳＸ及び間隔ＳＹに比べて１０００倍程度大きく描かれている。投影レンズアレイ３５の投影倍率βを用いて、ビームスポット３８の幅ａ２及びｂ２は、次のように図２（Ｂ）の開口３１の幅ａ１及びｂ１のβ倍（ここでは例えば１／１００倍）である。

【0025】

ａ２＝β・ａ１ …（２Ａ）、 ｂ２＝β・ｂ１ …（２Ｂ）
本実施形態では、ビームスポット３８を用いてウエハＷが露光されるため、電子ビーム露光装置１０のＸ方向の解像限界は幅ａ２であり、Ｙ方向の解像限界は幅ｂ２である。幅ａ２及び幅ｂ２は、電子ビームの解像限界又はこれよりも大きい値であれば、幅ａ２が幅ｂ２よりも広いという条件下で任意の値を取ることができる。

【0026】

また、電子ビーム露光装置１０は、一つの用途として、図４に示すように、ウエハＷ上にそれまでの工程で形成されている線幅ｄのラインパターン７２をピッチ２ｄでＸ方向に配列したライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）７３のラインパターン７２を部分的に除去するために使用可能である。即ち、Ｌ＆Ｓパターン７３を覆うように塗布される電子線レジストのうち、ラインパターン７２を除去する部分を露光するために電子ビーム露光装置１０が使用される（詳細後述）。なお、図４のＸ方向及びＹ方向は、図４のパターンが形成されたウエハを図１のウエハステージＷＳＴにロードしたときの方向を表している。

【0027】

この場合、Ｌ＆Ｓパターン７３の周期方向（図４ではＸ方向）がビームスポット３８の長手方向に平行に設定され、ビームスポット３８の一度の照射でｎ本（ｎは２以上の整数）のラインパターン７２を覆うように露光するものとする。このとき、ビームスポット３８のＸ方向の長さａ２は、ビームスポット３８が点線の形状３８Ｓであるときに最も短い（２ｎ−１）ｄとなり、ビームスポット３８が点線の形状３８Ｌであるときに最も長い（２ｎ＋１）ｄとなる。即ち、ビームスポット３８のＸ方向（長手方向）の長さａ２の範囲は、Ｌ＆Ｓパターン７３のピッチ２ｄを用いて以下のようになる。

【0028】

（ｎ−１／２）２ｄ≦ａ２≦（ｎ＋１／２）２ｄ …（３）
従って、ビームスポット３８（開口３１の像）の長手方向の長さａ２が式（３）の条件を満たすときには、ビームスポット３８の一度の照射によって、ピッチ２ｄのＬ＆Ｓパターン７３のｎ本のラインパターン７２を部分的に除去するための露光を効率的に行うことができる。さらに、電子ビームの微小な円形のスポット光でウエハＷを露光する場合に比べて、ビーム偏向器アレイ３４及びウエハステージＷＳＴ等の制御も容易である。

【0029】

また、Ｌ＆Ｓパターン７３中でラインパターン７２が部分的に除去される離間部７４のＹ方向の幅の最小値はラインパターン７２の線幅ｄ程度であるため、離間部７４のＹ方向の幅（ひいては線幅ｄ）の最小値はビームスポット３８のＹ方向の線幅ｂ２に等しいとみなすことができる。このとき、式（３）においてピッチ２ｄの代わりに２・ｂ２とおくと次の条件が得られる。

【0030】

（２ｎ−１）ｂ２≦ａ２≦（２ｎ＋１）ｂ２ …（４）
従って、ビームスポット３８（開口３１の像）のＸ方向（長手方向）の線幅ａ２の好ましい値は、次のように式（４）の中央値（線幅ｂ２の２ｎ倍）である。
ａ２＝２ｎ・ｂ２ …（５）
また、ビームスポット３８のＹ方向（短辺方向）の線幅ｂ２を、例えば現在ダブルパターニング等で製造可能な最小の線幅である２０ｎｍとして、ビームスポット３８が一度に照射されるラインパターン７２の本数ｎを通常の工程の最小値である４とすると、式（５）のビームスポット３８のＸ方向の幅ａ２は１６０ｎｍになる。

【0031】

また、線幅ｂ２が例えば１５〜２５ｎｍである場合、ｎ＝４とすると、式（５）から長手方向の線幅ａ２は次の範囲であればよい。
１２０（ｎｍ）≦ａ２≦２００（ｎｍ） …（６）
次に、図２（Ｂ）のビームブランキングアレイ部材３０の開口３１の配列と同じく、露光領域５２内のビームスポット３８の配列は、図３（Ｂ）に示すように、各列Ｂｉの一連のビームスポット３８に対して、これに隣接する列Ｂ（ｉ＋１）の一連のビームスポット３８は、Ｘ方向に次第にδだけ位置がずれている。本実施形態において、各列Ｂｉのビームスポット３８のＸ方向への位置ずれ量δは、図１のビーム偏向器アレイ３４による各ビームスポット３８（小ビーム３６）の電子的な走査方向ＳＤＸである±Ｘ方向への偏向量の最大値δに等しく設定されている。なお、ビーム偏向器アレイ３４は、各ビームスポット３８を±Ｙ方向へも最大値がδとなるように偏向可能である。また、ビーム偏向器アレイ３４による各ビームスポット３８のＸ方向への最大偏向量は±δ／２でもよい。

【0032】

具体的に、位置ずれ量δ（最大偏向量）は一例として２μｍ程度に設定されている。また、一連のビームスポット３８の列Ｂｉの数Ｉは、ビームスポット３８のＸ方向の配列のピッチＳＸを位置ずれ量δで割った値以上に設定されている。これによって、露光領域５２に対してウエハＷをＹ方向に移動するときに、露光領域５２内の各ビームスポット３８のビーム偏向器アレイ３４によるＸ方向の最大の偏向量がδであっても、ウエハＷの表面の任意の点を、いずれかの列Ｂｉ内のいずれかのビームスポット３８で露光することが可能となる。従って、ウエハＷの表面にビームスポット３８以上の大きさの任意の回路パターンを露光することが可能である。

【0033】

本実施形態においては、ピッチＳＸはほぼ１５０μｍ、位置ずれ量δはほぼ２μｍであるため、ビームスポット３８の列Ｂｉの数Ｉはほぼ７５であればよい。このとき、列ＢｉのＹ方向の間隔ＳＹはほぼ１５０μｍであるため、露光領域５２のＹ方向の幅ＬＹは、ほぼ１５０×７４（μｍ）＝１１．２５（ｍｍ）となる。また、露光領域５２のＸ方向の幅ＬＸは２６ｍｍであるため、各列Ｂｉのビームスポット３８の数は、ほぼ２６／０．１５（ｍｍ）≒１７３となる。従って、露光領域５２内に配列される全部のビームスポット３８をオンにしたときのビームスポット３８の数ＮＢＳ（即ちビームブランキングアレイ部材３０の開口３１の数）は、次のようにほぼ１３０００となる。

【0034】

ＮＢＳ＝１７３×７５＝１２９７５≒１３０００ …（７）
本実施形態では、露光領域５２内の全部のビームスポット３８は、互いに独立にビーム偏向器アレイ３４によってＸ方向及びＹ方向に±δの範囲内で偏向可能である。さらに、全部のビームスポット３８は、図１の変調装置４０によって、互いに独立にオン／オフすることが可能である。

【0035】

図１において、変調装置４０は、主制御系１２からの制御情報によって、上記のＮＢＳ個のビームスポット３８（開口３１）と同じ個数の光ファイバーの入射端に選択的に例えば可視域から近赤外域にかけての照明光を供給する光ファイバー選択装置１６と、その選択的に供給される照明光ＩＬＡ，ＩＬＢをビームブランキングアレイ部材３０に照射する選択用照射系４１Ａ，４１Ｂとを備えている。光ファイバー選択装置１６内の多数の光ファイバーは第１組の光ファイバーケーブル４２Ａ及び第２組の光ファイバーケーブル４２Ｂに分岐している。そして、選択用照射系４１Ａ，４１Ｂは、それぞれ可撓性を持つ光ファイバーケーブル４２Ａ，４２Ｂと、光ファイバーケーブル４２Ａ，４２Ｂの多数の光ファイバーの射出端４４Ａａ，４４Ｂａをビームブランキングアレイ部材３０の多数の開口３１の配列に対応させて配列して固定した光ファイバーアレイ４４Ａ，４４Ｂと、光ファイバーアレイ４４Ａ，４４Ｂから射出される照明光ＩＬＡ，ＩＬＢをビームブランキングアレイ部材３０の対応する開口３１の近傍のフォトダイード６０（図２（Ｃ）参照）に照射するレンズ系４６Ａ，４６Ｂとを有する。

【0036】

光ファイバー選択装置１６は、全部の光ファイバーに個別に選択的に照明光を極めて短い時間であっても供給可能である。このような光ファイバー選択装置１６は、光通信技術を用いて容易に製造可能である。光ファイバーアレイ４４Ａ，４４Ｂからの照明光ＩＬＡ，ＩＬＢは、ビームブランキングアレイ部材３０の異なる領域を照明する。一例として、照明光ＩＬＡ，ＩＬＢは、図２（Ａ）のビームブランキングアレイ部材３０の中心に対して＋Ｘ方向側及び−Ｘ方向側の半分の領域を照明する。光ファイバーアレイ４４Ａ，４４Ｂの各射出端４４Ａａ，４４Ｂａは、レンズ系４６Ａ，４６Ｂに関してビームブランキングアレイ部材３０の異なる開口３１の近傍のフォトダイード６０と光学的に共役である。なお、光ファイバーアレイ４４Ａ，４４Ｂの射出面とビームブランキングアレイ部材３０とは、レンズ系４６Ａ，４６Ｂに関していわゆるシャインプルーフの条件を満たすように配置してもよい。また、光ファイバー選択装置１６内の多数の光ファイバーを３組以上の光ファイバーケーブルに分岐し、これらの光ファイバーケーブルの射出端からの照明光でビームブランキングアレイ部材３０の異なる領域を照明してもよい。

【0037】

また、変調装置４０は、それぞれビームブランキングアレイ部材３０の対応する領域内の各開口３１をＹ方向に挟むように設けられた電極膜４８及び５０を含む偏向器５４（図２（Ｃ）参照）と、ビーム停止アレイ部材３２とを備えている。図２（Ｃ）は、ビームブランキングアレイ部材３０内のＸ方向に２行でＹ方向に２列の開口３１の近傍にそれぞれ設けられた偏向器５４を示す。

【0038】

図２（Ｃ）において、ビームブランキングアレイ部材３０の表面に、ほぼＹ方向に配列されたＸ方向に細長い複数の開口３１をそれぞれＸ方向に挟むようにグラウンドレベル（０Ｖ）の接地ライン５５と、例えば＋１０〜１５Ｖ程度の電圧ＶＣが印加される電源ライン５６とが設けられている。また、ビームブランキングアレイ部材３０表面において、各開口３１をＹ方向に挟むように、かつ各開口５１の長手方向（Ｘ方向）の側面に沿って長方形の導電性の電極膜４８及び５０が設けられ、一方の電極膜４８は接地ライン５５に接続され、他方の電極膜５０は抵抗器５８を介して電源ライン５６に接続されている。

【0039】

また、ビームブランキングアレイ部材３０の表面において、各開口３１の近傍に例えばＰＩＮ型のフォトダイード６０が固定され、フォトダイオード６０と電極膜５０との間に増幅用のＦＥＴ型のトランジスタ６２が固定されている。フォトダイオード６０は抵抗器６４及び６６を介して電源ライン５６及び接地ライン５５に例えば逆バイアスで連結され、トランジスタ６２のソースが調整用の抵抗器６８を介して接地ライン５５に接続され、トランジスタ６２のドレインが電極膜５０に接続されている。さらに、フォトダイード６０と抵抗器６６との連結部がトランジスタ６２のゲートに接続されている。電極膜４８，５０、フォトダイード６０、トランジスタ６２、抵抗器５８，６４〜６８、及びこれらを連結する信号ラインより、偏向器５４が構成されている。偏向器５４は、例えばＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)技術を用いても製造可能である。

【0040】

例えば位置Ｐ４及びＰ５の開口３１に対応する偏向器５４のフォトダイード６０には照明光が照射されていない。この場合、位置Ｐ４及びＰ５の開口３１に隣接する電極膜５０はほぼ電圧ＶＣになるため、電極膜５０と接地された電極膜４８との間に電界ＥＹが発生し、電界ＥＹによって開口３１を通過した小ビーム３６は＋Ｙ方向に偏向されて図１のビーム停止アレイ部材３２によって遮蔽され、小ビーム３６（ビームスポット３８）は露光領域５２内でオフになる。本実施形態では、長方形の電極膜４８，５０が開口３１の長手方向の辺に沿って配置されており、電極膜４８，５０の間隔を最も狭くできるため、電極膜５０に比較的低い電圧を印加するのみで開口３１を通過する小ビーム３６をオフにできる。

【0041】

一方、位置Ｐ３及びＰ６の開口３１に隣接するフォトダイード６０を含む領域Ｐ３１及びＰ６１には照明光ＩＬＡが照射されている。この場合、領域Ｐ３１，Ｐ６１内のフォトダイード６０に電流が流れ、位置Ｐ３及びＰ６の開口３１に隣接する電極膜５０の電圧は接地レベル程度まで低下する。従って、位置Ｐ３及びＰ６の開口３１には電極膜４８，５０間の電界が殆ど作用しないため、小ビーム３６はそのまま開口３１を通過して、ウエハＷの表面の露光領域５２に照射されて、ビームスポット３８がオンになる。この際に、電極膜５０に印加する電圧の変化は比較的小さいため、開口３１の近傍のフォトダイード６０を小型化しても、小ビーム３６のオン／オフを高速に切り替えることができる。

【0042】

従って、図１において、変調装置４０を用いることによって、ビームブランキングアレイ部材３０の任意の開口３１の近傍のフォトダイードに照明光ＩＬＡ（又はＩＬＢ）が照射されていない期間では、位置Ｐ２の開口３１で示すように、その開口３１を通過する小ビーム３６はＹ方向に偏向されてビーム停止アレイ部材３２によって遮蔽される。従って、位置Ｐ２の開口３１の像であるビームスポット３８はオフ状態になる。一方、任意の開口３１の近傍のフォトダイードに照明光ＩＬＡ（又はＩＬＢ）が照射されている期間では、位置Ｐ１の開口３１で示すように、その開口３１を通過する小ビーム３６は偏向されることがなくビーム停止アレイ部材３２によって遮蔽されない。従って、位置Ｐ１の開口３１の像であるビームスポット３８はオン状態になる。

【0043】

なお、図３（Ｂ）に示すように、ビームスポット３８のＹ方向の幅ｂ２が例えば２０ｎｍである場合、ビーム偏向器アレイ３４によるビームスポット３８のＹ方向への最大偏向量±δは例えば±２μｍであり、ビームスポット３８の幅ｂ２の２００倍程度である。従って、ウエハＷ上の或る点をビームスポット３８で露光するときには、一例として、ビーム偏向器アレイ３４によってビームスポット３８（この状態ではオフである）をウエハＷと同期してＹ方向に移動している期間中に、対応する開口３１の近傍のフォトダイードに照明光を照射して、必要な露光時間だけそのビームスポット３８をオンにすればよい。その点に対する露光が終わると、一例として、ビームスポット３８はオフの状態でＹ方向の端部（機械的な走査方向ＳＤＹと逆方向の端部）に戻される。なお、小ビーム３６の強度が大きい場合には、ビーム偏向器アレイ３４によるビームスポット３８のＹ方向への偏向量は狭くともよい。

【0044】

このように、本実施形態の電子ビーム露光装置１０によれば、変調装置４０によってビームブランキングアレイ部材３０の任意の開口３１を通過する小ビーム３６を個別にオン又はオフに設定できる。さらに、ビームブランキングアレイ部材３０の多数の開口３１を通過した小ビーム３６のうちでオンにされた小ビーム３６（ビームスポット３８）をビーム偏向器アレイ３４によって個別にＸ方向及びＹ方向に偏向するとともに、図３（Ｃ）に示すように、ビームスポット３８が照射される露光領域５２に対してウエハステージＷＳＴによってウエハＷをＹ方向に走査することによって、ウエハＷの全部のショット領域（ダイ）ＳＡｊ（ｊ＝１〜Ｊ：Ｊはショット領域の個数を表す整数）内に、それぞれビームスポット３８よりも大きい任意の形状の多数のパターンを任意に組み合わせた回路パターンをほぼ連続的に露光できる。

【0045】

次に、本実施形態において電子ビーム露光装置１０を用いるデバイス製造方法の一例につき説明する。ここでは、電子ビーム露光装置１０の露光領域５２に照射される多数のビームスポット３８の大きさはＹ方向の幅ｂ２が２０ｎｍ、Ｘ方向の幅ａ２が１６０ｎｍであるとする。また、本実施形態で製造対象とする半導体素子の回路パターンは、図４の部分拡大図で示すように、ＳＲＡＭ(Static RAM)のゲートセル用の回路パターン７０である。回路パターン７０は、線幅ｄのラインパターン７２をＸ方向にピッチ２ｄで配列したＬ＆Ｓパターン７３から、部分的に複数本のラインパターン７２をＹ方向の幅ｄで除去して複数の離間部７４（非周期的な部分）を形成したものである。一例として、線幅ｄを２２ｎｍとする。また、図４では、説明の便宜上、離間部７４のＸ方向の幅はラインパターン７２を２本含む幅であるが、実際には離間部７４のＸ方向の幅はラインパターン７２を４本含む幅、即ち（３×２＋１）ｄ＝１５４ｎｍであるとする。この場合、図２（Ｂ）のビームスポット３８の大きさは２０ｎｍ×１６０ｎｍと仮定されているため、図４に点線で示すように、ビームスポット３８のＸ方向の幅は離間部７４よりも僅かに広く、ビームスポット３８のＹ方向の幅は離間部７４よりも僅かに狭い。

【0046】

また、現状の露光ビームとしてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）等を用いる露光装置（紫外光露光装置）に、例えば米国特許出願公開第２００５／２５９２３４号明細書に開示されているような液浸法を適用した場合でも、その解像限界は線幅で４４ｎｍ程度である。従って、回路パターン７０は、紫外光露光装置の解像限界よりも微細な非周期的な部分（離間部７４）を含むパターンの一例である。

【0047】

以下、リソグラフィー工程で電子ビーム露光装置１０を用いて、ウエハの表面の各ショット領域に図４の回路パターン７０を形成する方法の一例につき図８のフローチャートを参照して説明する。本実施形態では、第１段階として、スペーサ・ピッチ・ダブリング（Spacer Pitch Doubling, Spacer transfer 又は SidewalL transfer）技術を用いるダブルパターニング法によってウエハの表面の各ショット領域に線幅ｄでピッチ２ｄのＬ＆Ｓパターン７３を形成する。そして、第２段階として、その各ショット領域において、Ｌ＆Ｓパターン７３から電子ビーム露光装置１０による露光及びエッチングによって部分的にラインパターン７２を除去する。

【0048】

まず、上記の第１段階として、図８のステップ１０２において、図５（Ａ）の拡大断面図で示すように、不図示の処理装置において、ウエハのシリコン等の基材７１の表面にデバイス層７６及び中間層７８を形成し、不図示のコータ・デベロッパにおいて、そのウエハの中間層７８の表面にポジ型のフォトレジスト層８０を形成する。なお、図５（Ａ）〜図７（Ｂ）においては、形成されるパターンの周期方向をＸ方向、その周期方向に直交する方向をＹ方向としている。次のステップ１０４において、上記のように液浸型で、露光ビームとしてＡｒＦエキシマレーザ光を用いる紫外光露光装置（不図示）を用意し、その照明条件を例えばＸ方向の２極照明に設定する。そして、その紫外光露光装置を用いてそのウエハのフォトレジスト層８０に、図５（Ｂ）の拡大した投影像の光量分布８２Ｄで示すように、最終的に形成するラインパターン７２の２倍の線幅で２倍のピッチ、即ちＸ方向に線幅２ｄでピッチ４ｄのＬ＆Ｓパターンとなる像８２（図５（Ａ）参照）を所定の露光量で露光する。その線幅２ｄは４４ｎｍである。その所定の露光量とは、１ピッチ分の像８２のうちで、現像後に感光レベルを超える部分のＸ方向の幅が３ｄとなる露光量である。

【0049】

次のステップ１０６において、コータ・デベロッパ（不図示）において、そのウエハのフォトレジスト層８０を現像することより、図５（Ｃ）に示すように、線幅ｄのレジストパターン８０ＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターンが形成される。その後、不図示のエッチング装置において、図５（Ｄ）に示すように、レジストパターン８０Ａをマスクとして中間層７８のエッチングを行ってから、レジストパターン８０Ａを剥離する。これにより、図５（Ｅ）及び図５（Ｆ）の拡大平面図で示すように、そのウエハのデバイス層７６の表面に、中間層７８の線幅ｄのラインパターン７８ＡをＸ方向にピッチ４ｄで配列したＬ＆Ｓパターン７９が形成される。

【0050】

次のステップ１０８において、不図示の処理装置において、図６（Ａ）に示すように、そのウエハの中間層７６及びラインパターン７８Ａを覆うようにスペーサ層８４を堆積することにより、凸の部分のＸ方向の幅が３ｄで凹の部分のＸ方向の幅がｄのＬ＆Ｓパターンが形成される。そして、ステップ１１０に移行して不図示のエッチング装置において、図６（Ｂ）に示すように、ウエハのスペーサ層８４に対して表面に垂直な方向に異方性エッチングを行う。これにより、線幅ｄの中間層のラインパターン７８ＡのＸ方向の両端部に、スペーサ層８４の線幅ｄのスペーサ部８４Ａ（ラインパターン）が残される。その後、不図示の処理装置において、そのウエハの中間層のラインパターン７８Ａを除去することにより、図６（Ｃ）に示すように、デバイス層７６の表面に線幅ｄのスペーサ部８４ＡをＸ方向にピッチ２ｄで配列したＬ＆Ｓパターンが形成される。次のステップ１１２において、不図示のエッチング装置において、そのウエハの線幅ｄのスペーサ部８４ＡよりなるＬ＆Ｓパターンをマスクとしてデバイス層７６のエッチングを行う。この結果、図６（Ｄ）及び図６（Ｅ）の拡大平面図で示すように、ウエハの基材７１の表面にデバイス層７６の線幅ｄのラインパターン７６ＡをＸ方向にピッチ２ｄで配列したＬ＆Ｓパターン７３が形成される。ラインパターン７６Ａは、図４のラインパターン７２に対応する。なお、Ｌ＆Ｓパターン７３とともに、アライメントマーク（不図示）も形成されている。

【0051】

次に、上記の第２段階として、ステップ１１４において、不図示のコータ・デベロッパにおいて、図６（Ｄ）のウエハのデバイス層の線幅ｄ（ピッチ２ｄ）のＬ＆Ｓパターン７３の表面にポジ型の電子線レジストを塗布する。その後、そのウエハ（ウエハＷとする）を図１の電子ビーム露光装置１０のウエハステージＷＳＴにロードし、不図示のウエハアライメント系を用いてウエハＷのアライメントを行う。この結果、図７（Ａ）に示すように、ウエハＷに形成されているＬ＆Ｓパターン７３（これを覆うように電子線レジストＰＲが塗布されている）の周期方向が、電子ビーム露光装置１０の各ビームスポット３８の長手方向（Ｘ方向）に平行になるように、ウエハＷの回転角が調整される。

【0052】

次にステップ１１６に移行して、電子ビーム露光装置１０において、ウエハステージＷＳＴを介して、電子ビームの露光領域５２に対するウエハＷのＹ方向への移動を開始する。図３（Ｃ）に示すように、ウエハＷのショット領域ＳＡ１を含む一列のショット領域に露光する場合、ウエハＷは露光領域５２に対して＋Ｙ方向に移動する（露光領域５２はウエハＷに対して相対的に−Ｙ方向に移動する）。その後、ステップ１１８において、ウエハＷの一列のショット領域において、図４のＬ＆Ｓパターン７３の離間部７４に相当する部分で、対応するビームブランキングアレイ部材３０の開口３１の近傍のフォトダイードに選択用照射系４１Ａ，４１Ｂ（変調装置４０）から照明光を照射して、その開口３１を通過する小ビーム３６をオンにする。さらに、ステップ１２０において、オンにされた複数の小ビーム３６（ビームスポット３８）をビーム偏向器アレイ３４によってそれぞれＸ方向、Ｙ方向に偏向して、Ｌ＆Ｓパターン７３の離間部７４に相当する複数の被露光部８６を露光する。

【0053】

具体的に、図７（Ａ）において、各ビームスポット３８のＸ方向の幅ａ２は１６０ｎｍ、Ｙ方向の幅ｂ２は２０ｎｍであり、ラインパターン７６Ａの線幅ｄ（ひいては被露光部８６のＹ方向の幅）は２２ｎｍである。さらに、被露光部８６は、実際には４本のラインパターン７６Ａを覆う領域であるため、アライメント誤差を考慮すると、被露光部８６のＸ方向の幅ａ３は、一例として、１７６（＝８×２２）ｎｍであると良い。そこで、被露光部８６を露光するために、ビーム偏向器アレイ３４によってビームスポット３８を±Ｘ方向にそれぞれ８（＝（ａ３−ａ２）／２）ｎｍ偏向し、ウエハステージＷＳＴのＹ方向への移動に同期してビーム偏向器アレイ３４によってビームスポット３８をＹ方向に移動している期間内に、ビームスポット３８を２（＝ｄ−ｂ２）ｎｍだけＹ方向にシフトすればよい。なお、ビームスポット３８のＹ方向への偏向量が小さい場合には、Ｙ方向にほぼ静止しているビームスポット３８に対してウエハステージＷＳＴによってウエハＷが２ｎｍだけ移動する期間内で、ビームスポット３８をオンにしてもよい。ステップ１１８及び１２０は、ウエハＷの各ショット領域内の離間部７４に対応する部分でそれぞれ繰り返される。

【0054】

その後、ステップ１２２において、図３（Ｃ）に示すように、ウエハＷのショット領域ＳＡ１を含む一列のショット領域の露光が終了すると、ウエハＷの露光が終了したかどうかを判定する。ここでは、露光は終了していないため、動作はステップ１２４に移行して、ウエハステージＷＳＴによるウエハＷのＸ方向へのステップ移動によって、ウエハＷの次の一列のショット領域が露光領域５２のＹ方向の手前に移動する。そして、ウエハステージＷＳＴの１回目の走査露光時とは逆の−Ｙ方向への移動が開始される。その後、ステップ１１８〜１２４が繰り返される。このように、ウエハＷの走査露光とステップ移動とを繰り返すことによって、ウエハＷの全部のショット領域ＳＡｊ（ｊ＝１〜Ｊ）への露光が終了する。

【0055】

その後、動作はステップ１２２からステップ１２６に移行し、ウエハステージＷＳＴからウエハＷがアンロードされる。その後、ステップ１２８において、不図示のコータ・デベロッパにおいてウエハＷの電子線レジストの現像を行うことで、図７（Ｂ）に示すように、ラインパターン７６Ａを覆う電子線レジストＰＲのうち、被露光部８６に対応する部分が開口部８６Ａとなる。そして、不図示のエッチング装置において、開口部８６Ａが形成された電子線レジストＰＲをマスクとしてデバイス層７６のラインパターン７６Ａ（７２）のエッチングを行うことによって、図４の回路パターン７０が完成する。

【0056】

本実施形態によれば、第１段階でダブルパターニング法を用いて微細なＬ＆Ｓパターン７３を形成した後、第２段階で電子ビーム露光装置１０を用いて非周期的な部分を露光することによって、紫外光露光装置の解像限界よりも微細な非周期的な部分（離間部７４）を含む回路パターン７０を効率的に形成できる。
この際に、図４の回路パターン７０の離間部７４に対応する被露光部８６は、電子ビーム露光装置１０のビームスポット３８を少なくともＸ方向に僅かに偏向するのみで効率的に露光できるとともに、各小ビーム３６（ビームスポット３８）のオン／オフの制御が容易であり、ビーム偏向器アレイ３４の制御も容易である。

【0057】

さらに、上記のパターン形成方法を用いてＳＲＡＭ等の半導体デバイス（電子デバイス）を製造する場合、半導体デバイスは、図９に示すように、半導体デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）及び電子ビーム露光装置１０用の露光パターンデータを製作するステップ２２２、半導体デバイス用の基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、及び検査ステップ２２６等を経て製造される。また、その基板処理ステップ２２４は、紫外光露光装置でレチクルのパターンを基板に露光する工程、電子ビーム露光装置１０でその露光パターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、並びに現像した基板の加熱（キュア）及びエッチングを行う工程などを含んでいる。

【0058】

このデバイスの製造方法によれば、紫外光露光装置の解像限界よりも微細な非周期的な部分を含む回路パターンを含む半導体デバイスを効率的に製造できる。
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の電子ビーム露光装置１０は、電子ビームでウエハＷ（ターゲット）を露光する露光装置である。電子ビーム露光装置１０は、電子ビームからなる多数（複数）の小ビーム３６（ビーム）をほぼ平行に発生するマルチビーム発生系２０ａと、小ビーム３６がそれぞれ照射される多数の長方形の開口３１が互いに長手方向が平行になるように形成されたビームブランキングアレイ部材３０（アレイ部材）と、多数の開口３１から選択された開口３１を通過する小ビーム３６をウエハＷに導く変調装置４０と、を備えている。

【0059】

さらに、電子ビーム露光装置１０は、変調装置４０で選択された開口３１を通過した小ビーム３６を少なくとも開口３１の長手方向に沿ったＸ方向（第１方向）に偏向可能であり、かつ小ビーム３６によって開口３１を縮小したビームスポット３８（像）を形成する偏向投影系２０ｂと、偏向投影系２０ｂによる小ビーム３６の露光領域５２に対してウエハＷをＸ方向に直交するＹ方向（第２方向）に相対移動するウエハステージＷＳＴ（移動機構）と、を備えている。
なお、小ビーム３６とは、一例として、それぞれビームブランキングアレイ部材３０に形成された多数の開口３１のうちの一つの開口３１をほぼ覆うことが可能で、かつ隣接する２つの開口３１を同時に照射することがない大きさの断面積を持つ電子ビームであればよい。

【0060】

また、電子ビーム露光装置１０を用いるデバイス製造方法は、ウエハＷ（ターゲット）の表面にＬ＆Ｓパターン７３（周期的パターン）を形成するステップ１０２〜１１２と、ウエハＷのＬ＆Ｓパターン７３が形成された領域に、電子ビーム露光装置１０を用いて、ビームブランキングアレイ部材３０の多数の開口３１の像（ビームスポット３８）を選択的に露光することによって、Ｌ＆Ｓパターン７３中のラインパターン７６Ａを部分的に除去するステップ１１４〜１２８と、を含んでいる。

【0061】

本実施形態によれば、電子ビーム露光装置１０を用いることによって、紫外光露光装置の解像限界よりも微細な非周期的な部分（離間部７４）を含む回路パターン７０を効率的に形成できる。
（２）また、ビームブランキングアレイ部材３０に形成された多数の開口３１は、Ｘ方向及びほぼＹ方向に沿って配列されるとともに、ほぼＹ方向に沿って配列される多数の開口３１は、ウエハＷ上でのビーム偏向器アレイ３４による小ビーム３６の最大偏向量と同じ位置ずれ量δで次第にＸ方向にずれて配列されている。従って、多数の開口３１の像であるビームスポット３８が配列される露光領域５２に対して、ウエハステージＷＳＴによってウエハＷをＹ方向に走査することによって、ウエハＷの表面の任意の点をいずれかの開口３１の像（ビームスポット３８）で露光可能である。

【0062】

（３）また、変調装置４０は、ビームブランキングアレイ部材３０の多数の開口３１の近傍にそれぞれ設けられた電極膜４８，５０（電極部材）と、多数の開口３１に対応して設けられるとともに、電極膜５０に印加される電圧を制御する多数のフォトダイード６０（光電変換素子）と、ウエハＷに露光されるパターンに応じて、多数のフォトダイード６０に選択的に照明光ＩＬＡ，ＩＬＢを照射する選択用照射系４１Ａ，４１Ｂと、ビームブランキングアレイ部材３０の多数の開口３１に対応する位置にそれぞれ開口３３が形成されるとともに、開口３１を通過した小ビーム３６のうちで、電極膜４８，５０によって発生する電界によって偏向された小ビーム３６を停止させるビーム停止アレイ部材３２（停止用アレイ部材）と、を備えている。

【0063】

変調装置４０によれば、露光領域５２内に照射される多数の小ビーム３６（ビームスポット３８）のオン／オフを高速に切り替えることができる。また、この切り替えの際に、照明光ＩＬＡ，ＩＬＢを照射しているため、他の開口３１を通過する小ビーム３６に影響を与えることがない。
（４）また、電極膜４８，５０は各開口３１の長手方向に沿って設けられているため、電極膜４８，５０間の電位差が小さい場合でも小ビーム３６のオン／オフの切り替えを高速に行うことができる。

【0064】

（５）ラインパターン７６Ａを部分的に除去するステップ１１４〜１２８は、ウエハＷのＬ＆Ｓパターン７３が形成された領域に電子線レジストＰＲ（感光材料）を塗布するステップ１１４と、電子線レジストＰＲを電子ビーム露光装置１０で露光するステップ１２０と、電子線レジストＰＲを現像するステップ１２８と、現像後の電子線レジストをマスクとしてＬ＆Ｓパターン７３をエッチングするステップ１２８と、を含んでいる。

【0065】

これにより、電子ビーム露光装置１０によって露光された部分のラインパターン７６Ａのみを正確に除去できる。
（６）また、本実施形態の電子ビーム露光装置１０を用いるデバイス製造方法は、ウエハＷ（ターゲット）の表面にＬ＆Ｓパターン７３（周期的パターン）を形成するステップ１０２〜１１２と、多数（複数）の長方形の開口３１から選択された開口を通過した小ビーム３６（電子ビーム）によって開口３１の縮小された像（ビームスポット３８）が形成される露光領域５２を含む領域に、開口３１の像の長手方向（Ｘ方向）にウエハＷのＬ＆Ｓパターン７３の周期方向が平行になるように、ウエハステージＷＳＴにウエハＷを配置するステップ１１４と、を含んでいる。さらに、そのデバイス製造方法は、ウエハＷのＬ＆Ｓパターン７３が形成された領域で、多数の開口３１から選択された開口の小ビーム３６によって形成される像を少なくとも開口３１の像の長手方向に沿ったＸ方向（第１方向）に偏向してウエハＷを露光するステップ１２０と、露光領域５２をウエハＷのＬ＆Ｓパターン７３が形成された領域が通過するように、露光領域５２に対してウエハＷをＸ方向に直交するＹ方向に相対移動するステップ１１６と、多数の開口３１から選択された開口の像によってウエハＷのＬ＆Ｓパターン７３が形成された領域に露光されたマスクパターン（被露光部８６）を用いてＬ＆Ｓパターン７３を部分的に除去するステップ１２８とを含んでいる。

【0066】

本実施形態によれば、電子ビームの小ビーム３６による多数の長方形の開口３１の像（ビームスポット３８）でウエハＷのＬ＆Ｓパターン７３が形成された領域を露光することによって、紫外光露光装置の解像限界よりも微細な非周期的な部分（離間部７４）を含む回路パターン７０を効率的に形成できる。
（７）また、Ｌ＆Ｓパターン７３を形成するステップ１０２〜１１２は、紫外光露光装置を用いてウエハＷの表面にＬ＆Ｓパターン７３の周期方向（Ｘ方向）に周期性を持つＬ＆Ｓパターン７９（第１パターン）を形成するステップ１０２〜１０６と、Ｌ＆Ｓパターン７９に基づいて、Ｘ方向にＬ＆Ｓパターン７９のピッチ（４ｄ）に対して１／２のピッチを持つＬ＆Ｓパターン７３（第２パターン）を形成するステップ１０８〜１１２とを有する。

【0067】

このようにダブルパターニング法を用いることによって、紫外光露光装置を用いて、紫外光露光装置の解像限界よりも微細なピッチの周期的パターンを形成できる。
なお、Ｌ＆Ｓパターン７９からピッチが１／２のＬ＆Ｓパターンを形成する代わりに、Ｌ＆Ｓパターンからこのピッチに対して１／（２ｋ）（ｋは１以上の整数）のピッチを持つＬ＆Ｓパターンを形成することも可能である。この場合には、最終的に形成されたＬ＆Ｓパターンの一部を除去するために電子ビーム露光装置１０を用いて露光を行えばよい。

【0068】

次に、上記の実施形態については以下のような変形が可能である。
（１）上記の実施形態では、図２（Ｂ）に示すように、ビームブランキングアレイ部材３０の長方形の開口３１の長手方向がビーム偏向器アレイ３４によって少なくとも偏向される方向（電子的な走査方向ＳＤＸ）であるＸ方向（第１方向）に平行である。
これに対して、図１０（Ａ）のビームブランキングアレイ部材３０Ａのパターン形成領域５２Ａ内にＸ方向、Ｙ方向に配列された多数の長方形の開口３１Ａは、図１０（Ｂ）に示すように、開口３１Ａの短手方向が図１のビーム偏向器アレイ３４によって少なくとも偏向される方向（電子的な走査方向ＳＤＸ）であるＸ方向（第１方向）に平行である。即ち、開口３１ＡのＸ方向の幅ｂ１はＹ方向の幅ａ１よりも小さい。また、隣接する列の開口３１Ａの位置は、次第にＸ方向にδだけずれている。また、開口３１Ａを通過する小ビーム３６をオフにするための長方形の１対の電極膜４８，５０は、開口３１ＡをＸ方向に挟むように、開口３１Ａの長手方向（Ｙ方向）に沿って配置され、電極膜５０の電圧は不図示のフォトダイードによって制御される。このビームブランキングアレイ部材３０Ａは、図１のビームブランキングアレイ部材３０と交換して電子ビーム光学系２０内に配置可能である。なお、このようにビームブランキングアレイ部材３０Ａを用いる場合には、開口アレイ部材２６も、開口２７を９０°回転した形状の開口が形成された開口アレイ部材と交換してもよい。

【0069】

ビームブランキングアレイ部材３０Ａを電子ビーム光学系２０内に配置した場合、図１１（Ａ）に示すように、ウエハＷの表面の露光領域５２に多数の開口３１Ａの小ビーム３６による像であるビームスポット３８Ａが照射される。図１１（Ｂ）に示すように、ビームスポット３８Ａの形状はＸ方向の幅ｂ２でＹ方向の幅ａ２の長方形、即ち図３（Ｂ）のビームスポット３８を９０°回転した形状である。図１１（Ｂ）において、各ビームスポット３８Ａは、図１の変調装置４０によって個別にオン又はオフに切り替え可能であり、かつビーム偏向器アレイ３４によってＸ方向（電子的な走査方向ＳＤＸ）に±δ及びＹ方向に±δの範囲内で偏向可能である。なお、Ｙ方向の偏向量はこれより狭くともよい。

【0070】

このビームスポット３８Ａを用いて図６（Ｅ）のＬ＆Ｓパターン７３の一部のパターンを除去するための露光を行う場合には、Ｌ＆Ｓパターン７３が形成されたウエハを、Ｌ＆Ｓパターン７３の周期方向が図１１（Ｂ）のビームスポット３８Ａ（開口３１Ａの像）の長手方向であるＹ方向に平行になるように、ウエハステージＷＳＴに載置すればよい。
（２）上記の実施形態では、Ｌ＆Ｓパターン７３を形成するためのダブルパターニング法として、スペーサ・ピッチ・ダブリング技術を用いている。しかしながら、ダブルパターニング法としては、他の任意の方法、例えば紫外光露光装置を用いて線幅ｄでピッチ４ｄのＬ＆Ｓパターンを形成する工程を、位相を１８０°ずらして２回繰り返すダブルパターニング法等を使用できる。

【0071】

また、Ｌ＆Ｓパターン７３を、紫外光露光装置を用いる通常のリソグラフィー工程で形成する場合、又はＬ＆Ｓパターン７３を露光ビームとして波長が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度のＥＵＶ光（Extreme Ultraviolet Light）を用いるＥＵＶ露光装置等を用いて形成する場合にも、上記実施形態及びその変形例が適用可能である。
（３）上記の実施形態では、変調装置４０は、選択用照射系４１Ａ，４１Ｂを用いてビームブランキングアレイ部材３０の開口３１の選択を行っている。その外に、例えば液晶表示素子と同様に、マトリックス状に配置された選択線を用いて開口３１内の電界の切り替えを行うようにしてもよい。

【0072】

なお、上述の実施形態では、荷電粒子線として電子ビームを使用する電子ビーム露光装置１０を用いているが、露光用の荷電粒子線としてイオンビーム等を用いる露光装置にも上記実施形態及びその変形例を適用することができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、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。

【符号の説明】

【0073】

１０…電子ビーム露光装置、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、１２…主制御系、２０ａ…マルチビーム発生系、２０ｂ…偏向投影系、２２…電子ビーム発生装置、３０…ビームブランキングアレイ部材、３２…ビーム停止アレイ部材、３４…ビーム偏向器アレイ、３５…投影レンズアレイ、４０…変調装置、４１Ａ，４１Ｂ…選択用照射系、４４Ａ，４４Ｂ…光ファイバーアレイ、４８，５０…電極膜、７３…Ｌ＆Ｓパターン、７４…離間部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】