JP2000058448A - 電子ビ―ム転写装置及び半導体デバイス製造方法 - Google Patents

電子ビ―ム転写装置及び半導体デバイス製造方法

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JP2000058448A
JP2000058448A JP11156008A JP15600899A JP2000058448A JP 2000058448 A JP2000058448 A JP 2000058448A JP 11156008 A JP11156008 A JP 11156008A JP 15600899 A JP15600899 A JP 15600899A JP 2000058448 A JP2000058448 A JP 2000058448A
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electron beam
optical system
reticle
electron
illumination optical
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Mamoru Nakasuji
護 中筋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空間電荷効果によるボケを低減でき、より高
精度・高スループットでパターン形成できる電子ビーム
転写装置を提供する。 【解決手段】 本装置は、ウエハ16に転写するパター
ンを有するレチクル12を電子ビームで照明する照明光
学系と、レチクル12を通過してパターン化された電子
ビームをウエハ16上に投影結像させる投影光学系を備
える。照明光学系中に、電子ビームをリング状の断面に
成形する成形開口8が設けられており、リング状に成形
されたビームのクロスオーバ像でレチクル12を照明す
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、最小線幅0.1μ
m 以下の微細・高密度パターンをも高スループットで形
成することを意図したいわゆる分割転写方式の電子ビー
ム転写装置に関する。特には、空間電荷効果によるボケ
を低減でき、より高精度・高スループットでパターン形
成できるよう改良を加えた電子ビーム転写装置に関す
る。さらには、そのような電子ビーム転写装置を用いて
高精度の半導体デバイスを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子ビーム転写装置において、スループ
ットを向上させるためビーム電流を増加させると、ビー
ム中の電子相互間のクーロン反力(空間電荷効果)によ
りビームが広がり、転写像がボケることが知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みてなされたもので、空間電荷効果によるボ
ケを低減でき、より高精度・高スループットでパターン
形成できる電子ビーム転写装置を提供することを目的と
する。さらには、そのような電子ビーム転写装置を用
い、高精度の半導体デバイスを製造する方法を提供する
ことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】上
記課題を解決するため、本発明の第1態様の電子ビーム
転写装置は、 感応基板上に転写するパターンを有する
レチクルを電子ビームで照明する照明光学系と、レチク
ルを通過してパターン化された電子ビームを感応基板上
に投影結像させる投影光学系と、を備える電子ビーム転
写装置であって; 上記照明光学系が、電子ビームをリ
ング状の断面に成形する手段を備え、リング状に成形さ
れたビームのクロスオーバ像でレチクルを照明すること
を特徴とする。
【0005】また、本発明の第2態様の電子ビーム転写
装置は、 上記照明光学系が、電子銃の作るクロスオー
バの拡大像でレチクルを照明し、 上記投影光学系が、
2段の投影レンズと、その間に配置された円形又はリン
グ状のコントラスト開口を備え、 上記照明光学系又は
投影光学系中のコントラスト開口と光学的に共役な面
に、ビーム成形用のリング状の開口が設けられているこ
とを特徴とする。
【0006】本発明の1つの具体的態様の電子ビーム転
写装置は、 感応基板上に転写するパターンを有するレ
チクルを電子ビームで照明する照明光学系と、レチクル
を通過してパターン化された電子ビームを感応基板上に
投影結像させる投影光学系と、を備える電子ビーム転写
装置であって; 上記照明光学系が、リング状の電子放
出面を有する電子銃を備え、該電子銃が作るクロスオー
バの拡大像でレチクルを照明することを特徴とする。
【0007】リング状の電子放出面を持つ電子銃が作る
クロスオーバがガウス分布をすることが知られている。
また、電子銃をレンズ系とした時の収差が小さければ、
クロスオーバからのビーム放出角度分布は、中空の角度
方向にのみビームがあるいわゆる中空ビームが得られ
る。一方、電子銃の収差が大きければ、強度分布のエッ
ジがボケて、中空に近いが中央で凹みを持つビームにな
る。しかし、このようなビームもリング形の開口で成形
すれば中空ビームとなる。中空ビームにすると空間電荷
効果を受け難いことは参考文献に示されている(裏 克
己著、電子光学、共立、昭和54年)。
【0008】本発明の半導体デバイス製造方法は、上記
電子ビーム転写装置を用いてリソグラフィー工程の露光
を行うことを特徴とする。
【0009】以下、図面を参照しつつ説明する。図1
は、本発明の1実施例に係る電子ビーム転写装置の光学
系全体における結像関係を示す図である。光学系の最上
流に位置する電子銃1は、下方に向けて電子ビームを放
射する。この電子銃1は、カソード1a、ウェーネルト
1c及びアノード1dの3つの電極を有する。カソード
1aは、LaB6 の単結晶からなる径8〜4mm程度の棒
である。カソード1aの下面(電子放出面)は、リング
状の部分1bを残して、LaB6 表面にカーボンあるい
はレニウムを、スパッタでコーティングし(厚さ例10
0nm)リング状の電子放射が行われるようにしている。
LaB6 は大抵の金属と高温で反応して結果的に腐触さ
れるが、カーボンやレニウムとは反応しない。また、カ
ーボンやレニウムは、LaB6 より仕事関数がはるかに
高く、LaB 6 が電子放出を行う温度では電子放出をほ
とんど起こさない。
【0010】カソード1aには、一例として−100kV
の負電圧(加速電圧)が印加される。アノード1dは、
中央に電子線の通過する孔を有し、通常、0V(グラウ
ンドレベル)である。ウェーネルト1cは、リング状に
カソード1aを囲んでおり、−100.02kVの負電圧
が印加されている。このウェーネルト1cは、カソード
1aから放出される電子線を光軸方向に寄せる作用をす
る。
【0011】この電子銃1は、電子放出面リング部1b
からホロービームを放射し、該ビームはアノード1d直
下にクロスオーバ5を作る。電子銃の下方には、2段の
コンデンサレンズ6、7が配置されている。また、コン
デンサレンズ7と同じ位置には、円環状のビーム成形開
口8が配置されている。この成形開口8は、円形の中央
板8aと、同板8aの外周をある間隔を開けて取り囲む
外周板8cを備える。中央板8aと外周板8cの間に円
環状の開口8bが形成されている。なお、中央板8a
は、円周上に3、4カ所設けられているブリッジ8dに
よって支持されている。上記クロスオーバ5から出たビ
ームは、コンデンサレンズ6でビーム放出方向を拡大
し、コンデンサレンズ7の内部に設けた成形開口8を通
してクロスオーバを2段で拡大し、後述するビーム成形
開口10を照射する。
【0012】成形開口8の下方には、コンデンサレンズ
9、照明ビームの外形を成形する開口10及びコンデン
サレンズ11が設けられている。ビーム外形成形開口1
0の像は、レチクル12上の一つの副視野(パターン小
領域)に結像される。またビーム外形成形開口10上で
のクロスオーバ寸法は、コンデンサレンズ7と9のズー
ム作用で拡大率を制御される。レチクルを照明するのは
クロスオーバ像であるから、カソード表面での電流密度
に場所変動があってもレチクルは均一に照明できる。ま
た、カソードは温度制限条件で使えるので、輝度はカソ
ード温度で調整できる。
【0013】ビーム外形成形開口10の下方には、図示
せぬ副視野選択偏向器が配置されており、主に照明光を
図の横方向に順次走査して、レチクル上の偏向を含む光
学的視野内の全ての副視野の照明を行う。さらに、レチ
クルステージとウエハステージを走査して、光学系の視
野を越える広い領域を露光することもできる。
【0014】レチクル12の下方には、投影レンズ1
3、14(対物レンズ)、コントラスト開口15及び偏
向器(図示されず)が設けられている。そして、レチク
ル12の一つの副視野が電子ビーム照射され、レチクル
12でパターン化された電子ビームは、投影レンズ1
3、14によって縮小されるとともに偏向され、ウエハ
16上の所定の位置に結像される。ウエハ16上には、
適当なレジストが塗布されており、レジストに電子ビー
ムのドーズが与えられてレチクル像の縮小パターンがウ
エハ16上に転写される。
【0015】投影レンズ13、14間を縮小率で内分す
る位置には、コントラスト開口15が配置されている。
このコントラスト開口15は、上述の円環状のビーム成
形開口8と光学的に共役な面に設けられている。成形開
口15は、円形の中央板15aと、同板15aの外周を
ある間隔を開けて取り囲む外周板15cを備える。中央
板15aと外周板15cの間には、円環状の開口15b
が形成されている。この開口15bは、光軸に対して8
mradから10mradの間のみリング状に開口している。な
お、中央板15aは、円周上に3、4カ所設けられてい
るブリッジ15dによって支持されている。このコント
ラスト開口15は、レチクル12で散乱された非パター
ンビームがウエハ16に到達しないよう遮断する。
【0016】次に本発明の露光装置の使用形態の一例を
説明する。図2は、本発明の半導体デバイス製造方法の
一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は
以下の各主工程を含む。 ウエハを製造するウエハ製造工程(又はウエハを準備
するウエハ準備工程) 露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程(又
はマスクを準備するマスク準備工程) ウエハに必要な加工処理を行うウエハプロセッシング
工程 ウエハ上に形成されたチップを1個づつ切り出し、動
作可能にならしめるチップ組立工程 できたチップを検査するチップ検査工程 なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程から
なっている。
【0017】この主工程の中で、半導体のデバイスの性
能に決定的な影響を及ぼす主工程がウエハプロセッシン
グ工程である。この工程では、設計された回路パターン
をウエハ上に順次積層し、メモリやMPUとして動作す
るチップを多数形成する。このウエハプロセッシング工
程は以下の各工程を含む。 絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を
形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程(CVDや
スパッタリング等を用いる) この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程 薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためにマス
ク(レチクル)を用いてレジストのパターンを形成する
リソグラフィー工程 レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエ
ッチング工程(例えばドライエッチング技術を用いる) イオン・不純物注入拡散工程 レジスト剥離工程 さらに加工されたウエハを検査する検査工程 なお、ウエハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り
返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造す
る。
【0018】図3は、図2のウエハプロセッシング工程
の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャート
である。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含
む。 前段の工程で回路パターンが形成されたウエハ上にレ
ジストをコートするレジスト塗布工程 レジストを露光する露光工程 露光されたレジストを現像してレジストのパターンを
得る現像工程 現像されたレジストパターンを安定化させるためのア
ニール工程 上記露光工程に本発明の露光装置を用いると、リソグラ
フィー工程のパターン形成の精度が大幅に改善される。
特に、必要な最小線幅、及びそれに見合った重ね合わせ
精度を実現することに係わる工程はリソグラフィー工
程、その中でも位置合わせ制御を含めた露光工程であ
り、本発明の適用により、今まで困難であった半導体デ
バイスの製造が可能になる。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、空間電荷効果によるボケを低減でき、より高
精度・高スループットでパターン形成できる電子ビーム
転写装置を提供できる。さらには、そのような電子ビー
ム転写装置を用い、高精度の半導体デバイス製造を行う
方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例に係る電子ビーム転写装置の
光学系全体における結像関係を示す図である。
【図2】本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示す
フローチャートである。
【図3】図2のウエハプロセッシング工程の中核をなす
リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 電子銃 1a カソード 1b リング部 1c ウェーネルト 1d アノード 5 クロスオーバ 6,7 コンデンサレンズ 8 成形開口 9 コンデンサレンズ 10 照明ビーム外形
成形開口 11 コンデンサレンズ 12 レチクル 13,14 投影レンズ 15 コントラスト
開口 16 ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/30 541S

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感応基板上に転写するパターンを有する
    レチクルを電子ビームで照明する照明光学系と、レチク
    ルを通過してパターン化された電子ビームを感応基板上
    に投影結像させる投影光学系と、を備える電子ビーム転
    写装置であって;上記照明光学系が、電子ビームをリン
    グ状の断面に成形する手段を備え、リング状に成形され
    たビームのクロスオーバ像でレチクルを照明することを
    特徴とする電子ビーム転写装置。
  2. 【請求項2】 感応基板上に転写するパターンを有する
    レチクルを電子ビームで照明する照明光学系と、レチク
    ルを通過してパターン化された電子ビームを感応基板上
    に投影結像させる投影光学系と、を備える電子ビーム転
    写装置であって;上記照明光学系が、リング状の電子放
    出面を有する電子銃を備え、該電子銃が作るクロスオー
    バの拡大像でレチクルを照明することを特徴とする電子
    ビーム転写装置。
  3. 【請求項3】 上記電子銃のカソードの電子放出面が光
    軸回りに対称の形状を有し、該面の中央部に仕事関数の
    高い材料からなる部分を有することを特徴とする請求項
    2記載の電子ビーム転写装置。
  4. 【請求項4】 感応基板上に転写するパターンを有する
    レチクルを電子ビームで照明する照明光学系と、レチク
    ルを通過してパターン化された電子ビームを感応基板上
    に投影結像させる投影光学系と、を備える電子ビーム転
    写装置であって;上記照明光学系が、電子銃の作るクロ
    スオーバの拡大像でレチクルを照明し、上記投影光学系
    が、2段の投影レンズと、その間に配置された円形又は
    リング状のコントラスト開口を備え、 上記照明光学系又は投影光学系中のコントラスト開口と
    光学的に共役な面に、ビーム成形用のリング状の開口が
    設けられていることを特徴とする電子ビーム転写装置。
  5. 【請求項5】 上記電子銃と、レチクル照明ビームの視
    野制限開口間に少なくとも2段のレンズが設けられてお
    り、電子銃のクロスオーバ像あるいはコントラスト開口
    上のビームの大きさを制御することを特徴とする請求項
    2、3又は4記載の電子ビーム転写装置。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の電子ビ
    ーム転写装置を用いてリソグラフィー工程の露光を行う
    ことを特徴とする半導体デバイス製造方法。
JP11156008A 1998-06-05 1999-06-03 電子ビ―ム転写装置及び半導体デバイス製造方法 Pending JP2000058448A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008166265A (ja) * 2006-12-04 2008-07-17 Denki Kagaku Kogyo Kk 電子放出源
WO2010123007A1 (ja) * 2009-04-20 2010-10-28 独立行政法人物質・材料研究機構 希土類六ホウ化物冷陰極電界放出型電子源

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