CN1580955A - 带电粒子束曝光装置和方法以及使用该装置的器件制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种带电粒子束曝光装置和方法以及使用该装置的器件制造方法。该带电粒子束曝光装置包括：使多条带电粒子束直接入射，计测其总电流的法拉第杯；以及具有使各带电粒子束直接入射、对入射电子进行倍增的功能，计测各带电粒子的电流的相对值的多检测器。

Description

带电粒子束曝光装置和方法 以及使用该装置的器件制造方法

技术领域

本发明主要涉及用于半导体集成电路等的曝光中的电子束曝光装置和离子束曝光装置等的带电粒子束曝光装置，特别涉及用多条带电粒子束对晶片等的基板直接进行图形曝光的带电粒子束曝光装置。

背景技术

在电子束曝光装置中，迄今，有把射束作成光斑状使用的点射束型和作成尺寸可变的矩形剖面使用的可变矩形射束型的装置。

点射束型的电子束曝光装置中，由于使用单一电子束进行曝光，故能够以高分辨率进行曝光，但由于生产率低故只能用于研究开发和曝光掩模制作等一定的用途中。可变矩形射束型的电子束曝光装置与点射束型相比生产率高1～2个数量级，但是，由于基本上使用单一电子束进行曝光，故在对于0.1μm左右的微细图形以高集成度密集的图形进行曝光等时，在生产率方面问题仍较多。

作为解决该问题的装置有模板掩模型的电子束曝光装置，该装置在模板掩模上把进行曝光的图形形成为透过孔，通过用电子束照射模板掩模，经过缩小电子光学系统把进行曝光的图形复制到试样面上。还有多电子束型曝光装置(参照例如特开平9-330680号公报(图1、2等))，该装置用电子束照射具有多个开口的基板，使透过多个开口进行曝光的多条电子束经过缩小电子光学系统器射到试样面上，在使该多条电子束偏转以扫描试样面的同时，根据进行曝光的图形分别使多条电子束ON/OFF，对所希望的图形进行曝光。这双方的特征都在于，由于一次曝光的面积，即曝光面积比现有的展宽了，故能够更加改善生产率。

但是，如后者那样，在用多条电子束进行曝光时，在对所希望的图形进行曝光方面，必须正确地计测各电子束的电流值以使照射到晶片上的剂量一样。但是，尽管各射束的电流为1nA左右，但因计测各电子束的单元为直接测定电流的法拉第杯或测定2次电子、反射电子的单元，故存在着由于暗电流等导致S/N比低的问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述现有的问题而提出的，其目的在于提供能够正确地测定各电子束的电流，能够以适当的曝光量对所希望的图形进行曝光的带电粒子束曝光装置。

为了达到上述目的，本发明的带电粒子束曝光装置的特征在于，使用多条带电粒子束对基板进行曝光，包括：使上述全部多条带电粒子束入射，计测其总电流值的第1计测单元；以及使上述带电粒子束入射，对入射的带电粒子束的电子进行倍增，计测上述多条各带电粒子的电流相对值的第2计测单元。

此外，也可以把全部带电粒子束分成由互相间强度离散小的带电粒子束构成的多个组，把从各组取样的、对单条或多条带电粒子束计测的相对值作为该组各带电粒子束的相对值。

此外，上述装置最好是还具有基于来自第1计测单元的总电流和来自第2计测单元的相对值，计算出各带电粒子束电流值的单元。

本发明的带电粒子束曝光方法的特征在于，使用多条带电粒子束对基板进行曝光，包括：第1步骤，使上述全部多条带电粒子束入射到可以检测入射电子产生的电流的绝对值的第1计测单元中，计测其总电流；第2步骤，使上述多条带电粒子束入射到具有电子倍增功能的第2计测单元中，计测各带电粒子束的电流的相对值；第3步骤，基于第1步骤计测的总电流和第2步骤计测的相对值，计算出各带电粒子束的电流的绝对值；以及第4步骤，基于计算出的绝对值，控制各带电粒子束产生的曝光量。各带电粒子束产生的曝光量的控制，通过控制进行扫描时的扫描速度、各曝光点(像素)上的电子束的ON时间、和用于加热产生电子束的电子枪的电压等来进行。

在此，在第1计测单元中，如法拉第杯等那样，使用灵敏度低但能检测绝对电流值的检测器。此外，在第2计测单元中，如PIN光二极管、雪崩光二极管或MCP(微沟道板)等那样，使用具有电子倍增功能的灵敏度高的检测器。优选地，该检测器使用在同一平面上把能够与上述全部多条带电粒子束的每一条一一对应的多个检测元件排列起来的多检测器。此时，能够利用各检测元件计测对应的一条带电粒子束的电流的相对值。此外，优选地，测定各检测元件间的灵敏度的离散来修正计测值。虽然也可以把任意一条带电粒子束依次入射到各检测元件上来测定灵敏度，但是，为了提高生产率，最好是使用互相间强度离散小的中心部的多条带电粒子束来测定多个检测元件的每一个。

特别是，为了制造IC或LSI等半导体芯片、液晶屏、CCD、薄膜磁头、微机等微小器件，可优选地使用本发明的带电粒子束曝光装置和方法。

按照本发明，基于第1计测单元计测的总电流和第2计测单元计测的相对值计算出各带电粒子束的电流值，由此，可消除暗电流等引起的S/N低的问题，能够正确地测定各带电粒子束的电流。

根据下面的结合附图的描述，本发明的其它特征和优点更加明显。在所有的图中，相同的附图标记标出相同或类似的部件。

附图说明

构成说明书的一部分的附图用来说明本发明的实施例，并且与详述一起用来解释本发明的原理。

图1为示出本发明优选的一实施方式的电子曝光装置的主要部分概略的图。

图2为说明本实施方式的绝对检测器和相对检测器的图。

图3为说明本实施方式的系统的图。

图4为说明本实施方式的曝光方法的图。

图5为说明本实施方式的曝光工作的图。

图6为说明器件的制造工艺的流程的图。

图7为说明图6中的晶片处理的图。

具体实施方式

本实施方式中示出电子束曝光装置的例子，来作为带电粒子束曝光装置的一个例子。另外，不限定于电子束，也能同样应用于使用离子束的曝光装置。

<电子束曝光装置的结构要素说明>

图1为本发明优选的一实施方式的电子束曝光装置的主要部分概略图。图1中，用未图示的电子枪产生的电子束形成交叠像1(下面，把该交叠像记为电子源1)。

从电子源1射出的电子束通过射束整形光学系统2形成电子源1的像SI。像SI通过作为磁场型8极像散校正装置的第1像散校正装置3可产生像散。以校正基于透镜偏心等装置装配误差的静像散为目的，设有第1像散校正装置3。来自像SI的电子束通过准直透镜4成为大致平行的电子束。该大致平行的电子束照射到具有多个开口的孔阑阵列5上。另外，第1像散校正装置3只要在电子源1与孔阑阵列5之间就设置在哪里都可以，也可以有多个电子源1。

孔阑阵列5具有多个开孔，大致平行的电子束由于通过这些开孔而被分割成多条电子束。被孔阑阵列5分割的多条电子束通过形成多个静电透镜的静电透镜阵列6形成像SI的中间像。在中间像平面上配置有形成多个消隐装置的消隐装置阵列7。

在中间像平面的下游，有由两级对称磁性双合透镜81、82构成的缩小电子光学系统8，多个中间像投影到晶片9上。此时，由于被消隐装置阵列7偏转的电子束被消隐孔阑BA切断，故该电子束不能照射到晶片9上。另一方面，由于不被消隐装置阵列7编转的电子束不被消隐孔阑BA切断，故该电子束能够照射在晶片9上。即，消隐装置阵列7对多条电子束分别进行ON/OFF。

在下级双合透镜82内，配置有：用于使全部多条电子束同时移位到X、Y方向上所希望的位置上的偏转器10；同时调整全部多条电子束的像散的、作为静电型8极像散校正装置的第2像散校正装置11；以及同时调整全部多条电子束的聚焦的聚焦线圈12。XY台13可安装晶片9，可在与光轴正交的XY方向上移动。在XY台13上配置有：用于对晶片9进行静电吸附的静电吸盘16；使多条电子束直接入射，计测其总电流的法拉第杯14；以及具有使多条电子束的每一条直接入射、对入射电子进行倍增的功能，计测各电子束的电流相对值的多检测器15。

图2示出本实施方式的法拉第杯14和多检测器15。法拉第杯14由具有其大小能够使多条电子束的电流汇总入射的开孔的限制光阑141、和能够直接检测通过限制光阑141的多条电子束的电流检测杯142构成。法拉第杯14能够通过测定电子束(EB)曝光束的总电流，解决成为现有问题的、分别测定各射束的电流时S/N比低的问题。

多检测器15由形成与多条电子束对应的多个限制光阑的光阑151、和与各限制光阑一一对应的检测器152构成。另外，不一定必须使限制光阑的个数与电子束的条数一致，例如比电子束的条数少也没有关系。此时，把1条射束的相对电流值，作为在可以看做是电流相同的、比较窄的范围内的多条电子束的每一条的相对值来使用。此外，对于一个检测器，也可以把使上述范围的多条电子束入射时的其计测值或者以电子束的条数除该计测值所得的值，作为该范围的各电子束的相对值来使用。检测器152由于具有对直接入射的电子进行倍增的功能，故可使用PIN光二极管、雪崩光二极管或MCP(微沟道极)。此外，使用把电子变换成光的闪烁体也没有关系。那时，使变换的光通过光纤抽出到真空表面，变换成电信号也没有关系。它也具有对电子进行倍增的功能。

<系统结构和曝光方法的说明>

图3示出本实施方式的系统结构图。第1像散校正装置控制电路21为通过调整第1像散校正装置3在正交方向上的焦距之差，对电子源像SI的像散进行控制的控制电路；消隐装置阵列控制电路22为对于构成消隐装置阵列7的多个消隐装置分别进行控制的控制电路；偏转器控制电路23为对偏转器10进行控制的控制电路；第2像散校正装置控制电路24为通过调整第2像散校正装置11在正交方向上的焦距之差，对缩小电子光学系统8的像散进行控制的控制电路；电子束电流检测电路25为对来自法拉第杯14和多检测器15的信号进行处理的检测电路；聚焦控制电路26为通过调整聚焦线圈12的焦距，对缩小电子光学系统8的焦点位置进行控制的控制电路；台驱动控制电路27为与检测台的位置的未图示的激光干涉仪共同对台13进行驱动控制的控制电路。主控制系统28控制上述多个控制电路，管理电子束曝光装置全体的工作。

图4示出本实施方式的曝光方法的说明图。主控制系统28基于曝光控制数据命令偏转控制电路23，在利用偏转器10使多条电子束偏转的同时命令消隐装置阵列控制电路22，根据在晶片9上应该曝光(描绘)的图形使消隐装置阵列7的消隐装置分别ON/OFF。各电子束如图4所示，扫描并曝光晶片9上的、作为对应的曝光区的要素场(EF)。由于把各电子束的要素场(EF)配置成二维相邻，故由同时曝光的多个要素场(EF)构成的子场(SF)被曝光。例如，如图4所示，在想曝光文字“A”的图形时，把曝光区分割成多个像点(像素)。然后，利用偏转器10使电子束在X方向上扫描，同时利用消隐装置进行控制使电子束照射在图形(灰色)部分的像点上，在除此以外的像点上切断电子束。例如，电子束的条数为32×32＝1024条，各电子束对约2μm见方的要素场(EF)进行曝光。在此，在晶片上1条电子束的直径约为60nm。由32×32＝1024个该要素场构成1个子场(SF)。1个子场(SF)的大小，例如为64μm见方。

主控制系统28为在对1个子场(SF1)进行曝光以后，对下一个子场(SF2)进行曝光，命令偏转控制电路23，利用偏转器10使多条电子束偏转。此时，子场由于偏转而改变，由此，各电子束在通过缩小电子光学系统8进行缩小投影时的像差也改变。第2像散校正装置控制电路24基于来自主控制系统28的指令进行校正，以使该像差恒定。在对于由32×32＝1024个约64μm见方的子场构成的、约2mm见方的子场组进行曝光时，使XY台移动约2mm来进行下一个1024个的子场组的曝光。

虽未图示，但偏转器10由偏转宽度宽时使用的主偏转器和偏转宽度窄时使用的副偏转器构成，主偏转器为电磁型偏转器，副偏转器为静电型偏转器。上述要素场的扫描用静电型的副偏转器进行，子场的切换用电磁型的主偏转器进行。

<工作说明>

使用图5，说明本实施方式的电子束曝光装置的工作。为了进行曝光装置的晶片处理，主控制系统22执行下述步骤。

(步骤1)图3示出的主控制系统28对消隐装置阵列控制电路22(参照图3)进行控制，只使通过孔阑阵列5(参照图1)的多条电子束中的大致位于中心的中心射束成为ON，使电子束依次入射到多检测器15(图1、图2)的各检测器152上，以测定电流。之所以只使中心射束成为ON，是因为在中心射束互相间曝光量的离散小。由此，求出各检测器灵敏度的不均匀(5(n)，n：射束号码)。在检测器152的个数为与电子束的条数相同的1024个时，在假定例如使用8×8＝64条中心射束一次求出64个检测器152的灵敏度不均匀时，通过使该64条中心射束依次移动，经过16次操作就能够求出64×16＝1024个检测器152的灵敏度不均匀。

即，把各检测器的检测结果定为(V(n)，n：射束号码)时，灵敏度不均匀度S(n)如下述来定义。

s(n)＝V(n)/V(1)

(步骤2)主控制系统28通过消隐装置阵列控制电路22使通过孔阑阵列5的多条电子束全部成为ON，使各电子束分别入射到多检测器15的对应的各检测器152上，用各检测器152同时测定全部电子束的各电流的测定值k(n)。基于其测定值K(n)和在步骤1中求出的各检测器的灵敏度不均匀度S(n)，求出多条电子束的相对强度(k(n)/s(n))。

(步骤3)用法拉第杯14对全部多条电子束进行汇总检测，测定总电流(I)。

(步骤4)基于总电流(1)和多条的各电子束的相对强度(k(n)/s(n))，求出各电子束的绝对电流(i(n)＝I*(k(n)/s(n))/(Zk(n)/s(n)))。

(步骤5)从最小的电子束的绝对电流和抗蚀剂灵敏度，确定扫描要素场(EF)时的偏转速度。

(步骤6)把晶片9搬入台13。

(步骤7)主控制系统28通过偏转器控制电路23，把多条电子束偏转到曝光对象的子场。

(步骤8)对曝光对象的子场进行曝光。

(步骤9)如果全部子场的曝光结束则进行到步骤10，否则，返回步骤7。

(步骤10)从台13搬出晶片9。

另外，在本实施形态中，还基于步骤4中求出的各电子束的绝对电流，控制各像素上的电子束ON时间(消隐的OFF时间)以使各电子束产生的曝光量恒定，由此可进行精度更高的曝光。此外，图1中，光源1只图示了1个，但是，也可以有多个光源。

<器件的生产方法>

接着，说明利用上面说明的电子束曝光装置的器件生产方法的实施方式。

图6示出微小器件(IC或LSI等的半导体芯片、液晶屏、CCD、薄膜磁头、微机等)的制造流程。在步骤11(电路设计)中，进行半导体器件的电路设计。在步骤12(作成曝光控制数据)中，基于设计的电路图形，作成上述带电粒子束曝光装置的曝光控制数据。另一方面，在步骤13(晶片制造)中，使用硅等材料制造晶片。步骤14(晶片处理)称为前工序，使用输入上述准备的曝光控制数据的曝光装置和晶片，利用蚀刻技术在晶片上形成实际的电路。下一个步骤15(装配)称为后工序，是使用通过步骤14制作的晶片进行半导体芯片化的工序，包含安装工序(切块，焊接)、封装工序(封入芯片)等工序。在步骤16(检查)中，对于在步骤15中制作的半导体器件进行工作确认测试、耐久性测试等检查。经过这样的工序完成半导体器件，将其出厂(步骤17)。

图7示出上述晶片处理的详细流程。在步骤21(氧化)中，使晶片的表面氧化。在步骤22(CVD)中，在晶片表面上形成绝缘膜。在步骤23(形成电极)中，利用蒸镀在晶片上形成电极。在步骤24(离子注入)中，把离子注入晶片中。在步骤25(抗蚀剂处理)中，在晶片上涂布感光剂。在步骤26(曝光)中，利用上面说明的曝光装置，在晶片上对电路图形进行曝光。在步骤27(显影)中，使曝光的晶片显影。在步骤28(蚀刻)中，对显影的抗蚀剂像以外的部分进行蚀刻。在步骤29(剥离抗蚀剂)中，去除蚀刻结束后不需要的抗蚀剂。通过重复进行这些步骤，可在晶片上以多层形成电路图形。

使用本实施方式的制造方法，能够以低成本来制造现在难以制造的高集成度的半导体器件。

正如上面说明的那样，按照本发明可提供能够正确地测定各电子束的电流，能够以适当的曝光量对所希望的图形进行曝光的带电粒子束曝光装置。此外，使用该装置制造器件时，能够以比过去高的成品率来制造器件。

由于本发明可以作出很多明显且不同的实施例而不脱离其精神和范围，故本发明不局限于其具体的实施例，其保护范围由权利要求规定。

Claims (9)

1.一种带电粒子束曝光装置，使用多条带电粒子束对基板进行曝光，包括：

使上述多条带电粒子束入射，计测其总电流值的第1计测单元；以及

使上述多条带电粒子束入射，对该入射的各带电粒子束的电子进行倍增，计测上述各带电粒子束的电流相对值的第2计测单元。

2.根据权利要求1所述的带电粒子束曝光装置，其特征在于：上述第2计测单元与上述多条带电粒子束的每一条对应地包括具有电子倍增功能的多个检测器，计测与每一个检测器对应的带电粒子束的电流相对值。

3.根据权利要求1所述的带电粒子束曝光装置，其特征在于：上述第2计测单元包括具有电子倍增功能的多个检测器，把上述多条带电粒子束分成多个带电粒子束组，使该分组后的各带电粒子束组与上述检测器对应，通过计测与每一个检测器对应的带电粒子束组内的单条或多条带电粒子束的电流来计测上述各带电粒子束的电流相对值。

4.根据权利要求1所述的带电粒束曝光装置，其特征在于：还具有基于第1计测单元计测的总电流和第2计测单元计测的电流相对值，计算出各带电粒子束电流值的单元。

5.一种器件制造方法，其特征在于：包括使用根据权利要求1所述的带电粒子束曝光装置对基板进行曝光的工序、和对已曝光的上述基板进行显影的工序。

6.一种带电粒子束曝光方法，使用多条带电粒子束对基板进行曝光，包括：

使上述多条带电粒子束入射到可以检测入射电子产生的电流的绝对值的第1计测单元中，计测其总电流的第1步骤；

使上述多条带电粒子束入射到具有电子倍增功能的第2计测单元中，计测各带电粒子束的电流的相对值的第2步骤；

基于第1步骤计测的总电流和第2步骤计测的相对值，计算出各带电粒子束的电流的绝对值的第3步骤；以及

基于计算出的绝对值，控制各带电粒子束产生的曝光量的第4步骤。

7.一种带电粒子束曝光装置，使用多条带电粒子束对基板进行曝光，包括：

使多条带电粒子束入射，检测其总电流值的第1检测器；

使多条带电粒子束入射，检测各带电粒子束的电流值的第2检测器；

以及

基于第1检测器的检测结果和第2检测器的检测结果，对各带电粒子束的曝光量进行控制的控制器。

8.根据权利要求7所述的带电粒子束曝光装置，其特征在于：上述第1检测器包含1个法拉第杯，上述第2检测器包含多个PIN光二极管、雪崩光二极管或微沟道板。

9.一种器件制造方法，其特征在于：包括使用根据权利要求7所述的带电粒子束曝光装置对基板进行曝光的工序、和对已曝光的上述基板进行显影的工序。

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