JP2000090870A - 冷却機構、それを備えた荷電粒子線露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

冷却機構、それを備えた荷電粒子線露光装置及びデバイスの製造方法

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JP2000090870A JP11264494A JP26449499A JP2000090870A JP 2000090870 A JP2000090870 A JP 2000090870A JP 11264494 A JP11264494 A JP 11264494A JP 26449499 A JP26449499 A JP 26449499A JP 2000090870 A JP2000090870 A JP 2000090870A
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deflector
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アーサー ケンドール ロドニー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】レンズや偏向器の振動や移動は偏向されるビー
ムの位置誤差を生じさせる。機械的な不安定性の一つの
要因は振動であり、これは偏向器に対しては特に問題と
なる。 【解決手段】荷電粒子線装置の荷電粒子光学系の冷却機
構であって、前記荷電粒子光学系と隔離して配置された
熱交換機と、前記荷電粒子線光学系からの熱を前記熱交
換機に伝達するための熱伝達機構とを有する事を特徴と
する冷却機構。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子線、イオン等の
荷電粒子線を用いた荷電粒子線装置(露光装置や走査型
顕微鏡等)の冷却機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特に集積回路デバイスの製造の為に数多
くのリソグラフィ技術が知られており、幅広く用いられ
ている。例えば、不純物の注入、プロセスの評価と開発
の為の構造検査(例えば、走査型顕微鏡によって)及び
基板のリソグラフィックなパターニングとその後の層の
堆積のために荷電粒子線は用いられている。本質的に、
リソグラフィプロセスは選択的な露光によって微小な領
域と形状を基板表面上に形成し、例えば、エッチング、
注入及び堆積等の処理を更に行う為に、レジスト層の一
部を剥離することによって基板表面を露出させるもので
ある。リソグラフィックなパターニングや検査のため
に、荷電粒子線の中でも電子線(e-beams)が用いられ
る。その理由は、電子は質量が小さいため、位置の制御
を高精度に行うことができ、他の粒子線に比べて低いエ
ネルギーであるため分解能が高いからである。
【0003】製造歩留まりを最大限向上させるためにデ
バイスの集積度を向上させる製造技術は強い関心を有す
る。集積密度の向上したデバイスアレーは性能を向上さ
せる。何故ならば、信号伝達時間が短縮され、配線の長
さ及び容量が減少する事に伴ってノイズが減少するから
である。更に、チップ内の集積度が向上すると言うこと
はより多くの機能を有するチップを可能にすると言うこ
とであり、それは与えられた面積のチップ上により多く
の数のデバイスを製造することができると言うことと同
様である。その結果として、もし製造歩留まりを維持で
きるのであれば、製造コストが安くなる。
【0004】リソグラフィックなパターニングでも検査
でも、デバイスのデザインルールによって規定される最
小形状サイズ(最小線幅)を露光する若しくは認識する
ために集積密度を向上させるときは、荷電粒子線の分解
能が最も重要となる。プローブフォーミングシステムと
呼ばれる装置はサブミクロンの分解能をもたらすために
開発されている。
【0005】プローブフォーミングシステムは露光に単
一の微小なスポットを用いており、微小スポットを各々
の露光要素を用いて偏向させなければならない。偏向は
速いスピードで行うことができるが、パターン形状の大
きさを減少させると露光スポットの数が多くなる。露光
スポットは与えられた全ての領域の集積回路デバイスの
各々のために形成され、そのため、集積密度を高める
と、生産量を維持するために一般的に許容可能なレベル
よりもスループットが低下してしまう。
【0006】代わりになるものとして、電子線投影装置
(プローブフォーミングシステムとは異なる)はレチク
ルの一部であるサブフィールドを投影する。サブフィー
ルドは一回の露光に含まれる像の要素がとても多く、例
えパターン形状が小さく、集積密度が高くても相対的な
スループットは高くなる。ターゲット(ウエハ)上の像
は一般的にはレチクル上のパターン形状のサイズと比べ
て実質的に縮小され、一般的に1/4か1/5に縮小さ
れる。そのため、ビームの断面積は最小形状サイズと比
較して大きく、(一般的にはプローブフォーミングシス
テムでは最小形状サイズはビームサイズと同じである)
ビーム内にはパターンが含まれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】マイクロリソグラフィ
ーに用いられる荷電粒子線装置においては、装置を構成
する荷電粒子レンズや偏向器が装置の動作中に機械的に
安定すること(言い換えるならば、相対的に固定された
位置が保持されること)は本質的である。何故ならば、
レンズや偏向器の振動や移動は偏向されるビームの位置
誤差を生じさせるからである。機械的な不安定性の一つ
の要因は振動であり、これは偏向器に対しては特に問題
となる。
【0008】本発明は上記問題点を鑑みてなされたもの
であり、荷電粒子線露光装置を構成する荷電粒子線光学
系の冷却機構及びそれを備えた荷電粒子線露光装置及び
デバイスの製造方法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、荷電粒子線装置の荷電粒子光学系の冷
却機構であって、前記荷電粒子光学系と隔離して配置さ
れた熱交換機と、前記荷電粒子線光学系からの熱を前記
熱交換機に伝達するための熱伝達機構とを有する事を特
徴とする冷却機構(請求項1)である。
【0010】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段であって、前記荷電粒子線光学系は静的
な冷却液体に浸されており、前記熱伝達機構は前記冷却
液体中まで達している事を特徴とする冷却機構(請求項
2)である。前記課題を解決するための第3の手段は、
前記第1の手段であって、前記荷電粒子線光学系は静的
な冷却液体に浸されており、前記熱伝達機構は前記熱伝
達機構から前記冷却機構まで達している事を特徴とする
冷却機構(請求項3)である。
【0011】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第1〜第3の手段であって、前記熱伝達機構は前記
荷電粒子線光学系に近接して配置されることを特徴とす
る冷却機構(請求項4)である。前記課題を解決するた
めの第5の手段は、前記第1〜第5の手段であって、前
記熱交換機を冷却するための第1の冷却液体と、前記荷
電粒子線光学系を冷却するための第2の冷却液体とを有
し、前記第2の冷却液体から伝達する熱を前記第1及び
前記第2の冷却液体の間に介在させた物体を通して前記
第1の液体へ伝達させることを特徴とする冷却機構(請
求項5)である。
【0012】前記課題を解決するための第6の手段は、
前記第1〜第5の手段であって、前記荷電粒子線光学系
は偏向器であることを特徴とする冷却機構(請求項6)
である。前記課題を解決するための第7の手段は、前記
第1〜第6の手段を備えた荷電粒子線露光装置(請求項
7)である。
【0013】前記課題を解決するための第8の手段は、
前記第7の手段を用いた半導体デバイスの製造方法(請
求項8)である。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を用いながら説明する。図1は荷電粒子線露光装置の荷
電粒子線光学系の部分、特に偏向器とレンズの部分を示
す概略断面図である。図1は本発明が解決しようとする
問題点を明らかにするために示した。図2は本発明の実
施形態を示す図であり、図1に比べて冷却機構を改良し
たモノであり、熱交換機構と冷却板がレンズや偏向器と
一体化されて配置されている。 (問題点)図1は荷電粒子線装置のレンズや偏向器を構
成するサブシステム10の一部の断面図を示すモノであ
りポールピースLHを含む。レンズコイルLCはポール
ピースLHの内部に配置され、レンズコイルLCは水冷
コイルWCによって周囲を覆われている。水冷コイルW
Cは振動の問題を生じない。レンズコイルLCの内側に
配置された偏向器Dは不活性液体CFによって冷却され
る。不活性液体CFは入力管IPから供給され、流出口
12よりマニホールドMNに向けて流される。
【0015】マニホールドMNは不活性液体を高い流速
にし、温度の広がりと偏向器Dの振動を防止する。偏向
器Dははめ込みパイプIPを通って偏向器Dを囲む冷却
容器D内の他の経路中へ円状の流れCFを作る温度を制
御する不活性液体で浸される。ヨーク支持手段YSは冷
却容器CVの中に配置されている。冷却液は冷却容器C
Vを通って出力パイプOPから排出される。この方法の
問題は、マニホールドMNを通過する液体の流れが乱れ
を生じさせることである。この乱れは偏向器Dに機械的
な振動を生じさせ、リソグラフィの性能を劣化させる。
【0016】発明者は、偏向器Dは不活性液体で囲む必
要があるということを見出した。何故ならば熱交換の要
求のためには冷却液を直接偏向器に接触させなければな
らないからである。何故、不活性液体を使うかは水の様
な冷却液を偏向器Dに接触させると偏向器Dが腐食し有
害となるからである。 (実施の形態)図2は本発明の実施の形態による荷電粒
子線装置のレンズや偏向器を構成するサブシステム20
の一部の断面図を示すモノでありポールピースLH’を
含む。図1に比較すると冷却容器CVが改良されてお
り、熱交換構造HE及び冷却板CPがサブシステム20
に一体化されて配置されている。図1と同様な働きを示
す構成については同様な符号を付してここでは説明は省
略する。レンズコイルLCはポールピースLH’内に配
置されている。流れによる乱れが生じないように本実施
の形態では静的な冷却液を用いる方法を使用している。
そのため、偏向器Dは容器SC内の不活性液体(例え
ば、弗素化過フルオロ(fluorinated perfluoro)を含む
3M社から販売されているフロリナート(Fluorinert Br
and ElectronicLiquids))内に配置され振動を生じな
い対流によって偏向器Dは冷却される。
【0017】不活性液体(例:フロリナート)を所定の
温度に維持し、それによって偏向器Dの温度を所定の温
度にするために、液体と液体との熱交換機HEが冷却容
器CV’の外側に配置されている。注入パイプIP’と
排出パイプOP’は短いチューブLで接続され、このル
ープは熱交換構造HEを通る。熱交換機HEに接続され
た冷却板CPは冷却容器CV’内まで延び、フロリナー
トで満たされている容器SCまで延びている。熱交換機
HE用の冷却液は水で良い。何故ならば、熱交換機は偏
向器Dのように水による腐食の問題は重要ではないから
である。熱交換機HEは機械的に偏向器Dから隔離され
ているので、熱交換機HE内の注入パイプIP’から排
出パイプOP’への水の流れを高くすることによって生
じる振動は偏向器Dまで到達しない。冷却板CPは効率
的に偏向器Dからの熱を伝達する。この方法によって動
的な液体冷却装置の利点は保ちつつ偏向器Dの振動を生
じさせる冷却液の流れによる不具合は除去することがで
きる。尚、冷却板CPは熱伝導率が高く、偏向器及びレ
ンズコイルが生成する磁場に影響を与えない適当な材料
を用いれば良い。
【0018】尚、機械的な振動の影響が大きいため、本
件発明は偏向器に用いると効果が大きいが、本件発明は
偏向器の為の冷却機構に限られるわけではなくレンズ等
の他の荷電粒子線光学系に用いても良い。レンズコイル
においても位置が変化するとビームに与える磁場の影響
が変化するため本件発明が有効となる。次に本発明の露
光装置の使用形態を説明する。図3は本発明を適用する
半導体デバイス製造方法を示すフローチャートである。
製造工程は、ウェハを製造するウェハ製造工程、(また
はウェハを準備するウェハ準備工程)、次工程で使用す
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)、ウェハに必要な加工処理を行う
ウェハプロセッシング工程、ウェ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、出来たチップを検査する、チップ検査工程を主
工程とし、それぞれの工程は更に幾つかのサブ工程から
なっている。この主工程の中で半導体のデバイスの性能
に決定的な影響を有する主工程がウェハプロセッシング
工程である。この工程では、設計された回路パターンを
ウェハ上に順次積層し、メモリーやMPUとして動作す
るデバイスチップを多数形成することである。このため
に、ウェハプロセッシング工程では、絶縁層となる誘電
体薄膜や配線部、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)、この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程、薄
膜層やウェ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)やイオン・不純物注入拡散工程、レジス
ト剥離工程、更に加工されたウェハを検査する検査工程
を有している。尚、ウェハプロセッシング工程は必要な
層数だけ繰り返し行われ、設計通り動作する半導体デバ
イスが製造される。図4はこのウェハプロセッシング工
程の中核をなすリソグラフィ工程を示すフローチャート
である。前段の工程で回路パターンが形成されたウェハ
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を有してい
る。露光工程(リソグラフィ工程)に本発明の露光装置
を用いるとリソグラフィ工程の精度、収率、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、今まで不可能であった半
導体デバイスの製造が可能になる。
【0019】
【発明の効果】上述したように、本発明に寄れば冷却機
構によりレンズや偏向器の機械的な位置が変動すること
を低減させることが可能である。そのため、リソグラフ
ィの性能を向上させることができる。また、高価な冷却
液の使用を少なくすることができるため装置のコストを
低減させることができる。また、循環させる冷却液の流
れを速くすることも可能となる。更にこのような装置を
用いて半導体デバイスを製造するとリソグラフィ工程の
精度が向上し、収率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】問題点を説明するためのレンズ、偏向器を含む
サブシステムの概略断面図である。
【図2】本発明の実施の形態によるレンズ、偏向器を含
むサブシステムの概略断面図である。
【図3】半導体デバイス製造方法を示すフローチャート
である。
【図4】リソグラフィ工程を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
CV、CV’・・・冷却容器 LH、LH’・・・ポールピース LC・・・レンズ D・・・偏向器 WC・・・水冷用チューブ IP・・・注入パイプ OP・・・排出パイプ YS・・・ヨーク(偏向器)支持機構
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年9月21日(1999.9.2
1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】冷却機構、それを備えた荷電粒子線露光
装置及びデバイスの製造方法

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】荷電粒子線装置の荷電粒子光学系の冷却機
    構であって、 前記荷電粒子光学系と隔離して配置された熱交換機と、 前記荷電粒子線光学系からの熱を前記熱交換機に伝達す
    るための熱伝達機構とを有する事を特徴とする冷却機
    構。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の冷却機構であって、 前記荷電粒子線光学系は静的な冷却液体に浸されてお
    り、 前記熱伝達機構は前記冷却液体中まで達している事を特
    徴とする冷却機構。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の冷却機構であって、 前記荷電粒子線光学系は静的な冷却液体に浸されてお
    り、 前記熱伝達機構は前記熱伝達機構から前記冷却機構まで
    達している事を特徴とする冷却機構。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3に記載の冷却機構であ
    って、 前記熱伝達機構は前記荷電粒子線光学系に近接して配置
    されることを特徴とする冷却機構。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれか1項に記載の冷
    却機構であって、 前記熱交換機を冷却するための第1の冷却液体と、 前記荷電粒子線光学系を冷却するための第2の冷却液体
    とを有し、 前記第2の冷却液体から伝達する熱を前記第1及び前記
    第2の冷却液体の間に介在させた物体を通して前記第1
    の液体へ伝達させることを特徴とする冷却機構。
  6. 【請求項6】請求項1乃至5のいずれか1項に記載の冷
    却機構であって、 前記荷電粒子線光学系は偏向器であることを特徴とする
    冷却機構。
  7. 【請求項7】請求項1乃至6のいずれか1項に記載の冷
    却機構を備えた荷電粒子線露光装置。
  8. 【請求項8】請求項7に記載の荷電粒子線露光装置を用
    いて半導体デバイスを製造する方法。
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