JP2001118765A - 荷電粒子線露光装置、荷電粒子線露光装置の調整方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 収差を補正する補正器を調整する手順の繰り
返し回数を低減することが可能で、その結果、偏向収差
の小さい荷電粒子線露光装置を提供する。 【解決手段】 照明光学系によりマスク３が照射され、
その上のパターンを通過した電子線が２つのレンズ１、
２によりウェハ上に結像され、マスク３上のパターンを
ウェハ４上に縮小転写する。非点補正器８は、偏向に伴
って発生する線形収差を消去するように働く。４重収差
補正器９は、偏向に伴って発生する非線形収差を消去す
るように働く。４重収差補正器９として、Cos[5θ]に比
例する磁場成分を発生させて４重収差を消去するものを
使用することにより、従来のようにCos[3θ]に比例する
磁場成分を発生させて４重収差を消去するものに比し
て、４重収差を消去した際に発生する線形収差を小さく
することができる。よって、繰り返し調整回数を少なく
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線を用い
て、マスク又はレチクルに形成されたパターンをウェハ
等の感応基板に露光転写する荷電粒子線露光装置、さら
に詳しくは、偏向収差の少ない荷電粒子線露光装置に関
するもの、およびその調整方法、およびそれを利用した
半導体デバイスの製造方法に関するものである。

【０００２】

【 従来の技術 】従来の荷電粒子線露光装置の露光方式
は概ね以下の３種に分類される。

【０００３】(1) スポットビーム露光方式 (2) 可変成形露光方式 (3)ブロック露光方式 これらの露光方式は従来の光による一括転写方式に比較
して、解像度において非常に優位性があるが、スループ
ットにおいて大きく劣っていた。特に(1)、(2)の露光方
式では、非常に小さいスポット径や矩形ビームでパター
ンをなぞるようにして露光を行うため、スループットは
制限される。また、(3)のブロック露光方式はスループ
ットを改善するために開発された方式であり、定型化さ
れたパターンをマスク化し、その部分については一括露
光することにより、スループットを改善している。とこ
ろが、この方式においてもマスク化されるパターン数が
制限されるため、可変成形露光方式を併用せざるを得
ず、そのため、スループットは期待ほどには向上できて
いない。

【０００４】このように従来の荷電粒子線露光装置の欠
点であるスループットを向上させるために、レチクルの
一部を一括して試料上に投影露光する分割投影転写方式
の露光装置の開発が進められている。

【０００５】この分割投影転写方式の露光装置を図６及
び図７に従って説明する。図６は分割露光の単位を示す
図である。まず、転写体（通常はウェハである）上には
複数のチップが形成され、さらにチップはストライプ
に、ストライプはサブフィールドに分割される。レチク
ル等の被転写体も同様に分割されている。

【０００６】分割投影露光装置では通常、図７に示すよ
うな方法で露光が行われる。まず、レチクルステージと
ウェハステージは対応するストライプの中心を縮小比に
従った速度で定速移動する。電子線はレチクル上のサブ
フィールドを照明し、レチクル上に形成されたパターン
は、投影光学系によって試料上に投影露光される。

【０００７】そして、電子線をレチクルステージの進行
方向と略直角な方向に偏向させ、順次、一列に配置され
たサブフィールドの投影露光を行う。一列のサブフィー
ルドの投影露光が終了すると、次の列のサブフィールド
の投影露光を開始するが、その際、図７に示すように電
子線の偏向方向を逆にして、順次サブフィールドの投影
露光を行うことにより、スループットを上げるようにし
ている。

【０００８】このような方法で露光が行われるため、従
来の荷電粒子線露光装置と比較すると、サブフィールド
領域が一括露光され、またレチクルには露光すべきパタ
ーンが全て形成されているため、非常にスループットを
向上させることができる。

【０００９】この露光方式で使用するレチクルは、光を
使用した露光装置の場合とは異なり、サブフィールド部
（パターン部）とその周辺の梁部（以下ストラットと呼
ぶ）に分割されている。梁部はレチクル自体の強度を保
つためや、照明ビームが確実に露光すべきサブフィール
ドのみを選択するための目的で設けられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】分割投影露光方式に代
表される転写型電子線露光装置の場合、高スループット
を得るためには、できるだけ偏向領域を広げることによ
り、感応基板が機械的にスキップする時間やスキャンを
折り返しする数を減らし、感応基板ステージが静止また
は駆動するのにかかるオーバーヘッド時間を減少する必
要がある。しかし、偏向距離を増大させると、電子線が
投影レンズ系の中心から離れた部分を通過するため、偏
向収差が発生する。このような収差は、露光転写される
ウェハ面上の像にボケや歪みを発生させ問題である。こ
のような収差は、偏向器の励磁電流を調整し、偏向収差
が小さくてすむような偏向軌道に設定する事により緩和
されるが、さらに、非点補正器などの補正光学系によ
り、消去できる収差を除去することは不可欠である。

【００１１】非点補正器は、例えば、２個の４極子を重
ねて４５°ずらして構成される。これらの強さを調整す
る事で、光軸周りの回転角をθとした円筒座標系(z,r,
θ)で磁場分布を表した時、Cos[2θ]に比例する磁場成
分を発生し、照射ビームの開き角に比例する収差や、照
射ビームのサブフィールドサイズに比例する収差を除去
できる。照射ビームの開き角に比例する収差には例え
ば、偏向非点収差があり、照射ビームのサブフィールド
サイズに比例する収差には、例えば偏向非点歪みがあ
る。

【００１２】偏向距離が大きい場合は、さらに高次の磁
場分布によって発生する、開き角とサブフィールドサイ
ズについて非線形な収差が無視できない大きさとなり問
題となる。Cos[3θ]、Sin[3θ]に比例する磁場成分は、
主に偏向器コイルの製造誤差に起因し、いわゆる４重収
差を発生してしまう。３θの磁場成分に起因する４重収
差は、そのパラメータ依存性により、以下の６種類に分
類できる。 (1) 偏向歪み：ビームの偏向位置にのみ依存し、偏向器
の偏向電流の再設定により消去可能である。 (2) 偏向非点収差：照射ビームの開き角に比例し、非点
補正器により除去可能である。 (3) 偏向非点歪み：サブフィールドサイズに比例し、非
点補正器により除去可能である。 (4) 偏向コマ収差：照射ビームの開き角の２乗に比例す
る。 (5) 偏向ハイブリッド非点収差：照射ビームの開き角と
サブフィールドサイズに比例する。 (6) 非線形歪み：サブフィールドサイズの２乗に比例す
る。

【００１３】これらのうち、偏向コマ収差、偏向ハイブ
リッド非点収差、非線形歪みは、偏向器や非点補正器で
消去することができない。これら３種類の４重収差の消
去には、Cos[3θ]に比例する磁場成分を発生する装置を
用いることが従来考えられてきた。これは例えば、２個
の６極子を重ねて３０°ずらすことで実現される。非点
補正器と同様に、これらの強さを調整することにより、
Cos[3θ]に比例する磁場成分を任意に発生して４重収差
を除去することができる。以下、この装置を３θ場によ
る４重収差補正器と呼ぶことにする。

【００１４】４重収差補正器の設定を変化させると、非
線形収差を消去できる一方、４重収差補正器自身が線形
収差を出すため、光学系全体における線形収差の値も変
化する。そこで、非点補正器と４重収差補正器の両方を
持つ光学系においては、例えば図８に示すような補正手
順がとられる。

【００１５】すなわち、ステップＳ１において、非点補
正器を調整して偏向非点収差及び、偏向ハイブリッド非
点歪みを消去する。続いて、ステップＳ２において、４
重収差補正器を調整して４重収差を消去する。そして、
ステップＳ３で、系の消去可能な収差が当該業者の所望
する範囲より大きいかどうかチェックし、所望する範囲
内であれば調整を終了する。所望する範囲外の場合、再
びステップＳ１にも度って、Ｓ１、Ｓ２の操作を繰り返
し実行する。

【００１６】このような従来の調整方法において、ステ
ップＳ１で一度消去した線形収差と比べて、ステップＳ
２で再発生する線形収差の大きさがあまり小さくない、
系の消去可能な収差の収束が遅く、Ｓ１、Ｓ２の操作を
繰り返す回数が多くなり問題である。この問題は、電子
線露光装置のみならず、荷電粒子を使用した荷電粒子線
露光装置に共通する。

【００１７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、消去可能な収差を補正する補正器を調整する手
順の繰り返し回数を低減することが可能で、その結果偏
向収差の小さい荷電粒子線露光装置、その調整方法及び
それを利用した半導体デバイスの製造方法を提供するこ
とを課題とする。

【００１８】

【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、マスク又はレチクル上のパターンを感
応基板上に転写する方式の荷電粒子線露光装置であっ
て、マスク又はレチクル上のパターンを感応基板上に転
写する荷電粒子線投影光学系中に、少なくとも１つ、Co
s[5θ]に比例する磁場成分を発生する装置を持つことを
特徴とする荷電粒子露光装置（請求項１）である。

【００１９】後に実施例の項で詳しく説明するように、
本発明者は、Cos[3θ]に比例する磁場成分を発生させて
非線形４重収差を消去した場合に起きる線形収差の変動
に比べて、Cos[5θ]に比例する磁場成分を発生させて非
線形４重収差を消去した場合に起きる線形収差の変動の
方が小さいことを発見した。本発明はこのような新しい
知見に基づくものである。以下では、本発明の装置を５
θ場による４重収差補正器と呼ぶことにする。

【００２０】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、Cos[5θ]に比例する磁場成分
を発生する装置が２つ以上の１０極子から構成されるも
の（請求項２）である。

【００２１】Cos[5θ]に比例する磁場成分を発生させる
には、２個の１０極子を重ねて１８°ずらすのが最も簡
単な方法である。もちろん、３個以上の１０極子を重ね
て用いてもよい。

【００２２】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段の調整方法であって、Co
s[5θ]に比例する磁場成分を発生する装置の出力を調整
することにより４重収差を抑制することを特徴とする荷
電粒子露光装置の調整方法（請求項３）である。

【００２３】後に実施例の項で詳しく説明するように、
Cos[3θ]に比例する磁場成分を発生させて非線形４重収
差を消去した場合に起きる線形収差の変動に比べて、Co
s[5θ]に比例する磁場成分を発生させて非線形４重収差
を消去した場合に起きる線形収差の変動の方が小さい。
よって、本手段により、従来例に比して、大きな線形収
差を発生させることなく非線形４重収差を消去すること
ができ、かつ、線形収差と非線形４重収差の繰り返し調
整を行う場合の収束が早くなる。

【００２４】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって非点補正器を併
せて有するものの調整方法において、Cos[5θ]に比例す
る磁場成分を発生する装置と非点補正器の両方を持つ装
置の出力を交互に調整することにより、偏向非点収差、
偏向ハイブリッド非点歪み及び４重収差のいずれもが許
容値以内となるようにすることを特徴とする荷電粒子露
光装置の調整方法（請求項４）である。

【００２５】後述のように、Cos[3θ]に比例する磁場成
分を発生させて非線形４重収差を消去した場合に起きる
線形収差の変動に比べて、Cos[5θ]に比例する磁場成分
を発生させて非線形４重収差を消去した場合に起きる線
形収差の変動の方が小さいので、Cos[5θ]に比例する磁
場成分を発生する装置と非点補正器の両方を持つ装置の
出力を交互に調整すれば、従来のCos[3θ]に比例する磁
場成分を発生する装置と非点補正器の両方を持つ装置の
出力を交互に調整する方法に比して、いずれの収差をも
許容値に入るようにするための繰り返し回数を少なくす
ることができると共に、いずれの収差も小さなものとす
ることができる。

【００２６】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段荷電粒子線露光装置を用
いて、マスク又はレチクル上のパターンを感応基板へ露
光転写する行程を有することを特徴とする半導体デバイ
スの製造方法（請求項５）である。

【００２７】本手段においては、線形収差と４重収差の
いずれをも小さくすることができるので、露光転写の際
の像のボケや歪みを小さくすることができ、微細なパタ
ーンを正確に露光転写することができる。よって、微細
なパターンを有する半導体デバイスを歩留よく製造する
ことができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図を用いて
説明する。図１は本発明の１実施例である電子線露光装
置の転写光学系を示す概要図である。図１において１、
２はレンズ、３はマスク、４は感応基板面であるウェ
ハ、５は散乱アパーチャー、６は光軸、７は偏向器、８
は非点補正器、９は５θ場による４重収差補正器、１０
は電子線の軌道である。

【００２９】図示されない照明光学系によりマスク３が
照射され、その上のパターンを通過した電子線が２つの
レンズ１、２によりウェハ上に結像され、マスク３上の
パターンをウェハ４上に縮小転写する。レンズ１とレン
ズ２の間には、散乱線をカットするための散乱アパーチ
ャー５が設けられている。偏向器７は、散乱アパーチャ
ー５よりマスク側にＣ１〜Ｃ８の８個が、散乱アパーチ
ャー５よりウェハ側にＰ１〜Ｐ４の４個が設けられてい
る。これらの偏向器は、マスク３の所定の位置から出発
した電子線が、所定の電子線の軌道１０上に乗って、散
乱アパーチャー５を通過し、ウェハ４の所定の位置に結
像するように電子線を偏向させるほか、像の歪みや収差
を取り除く作用を行っている。

【００３０】非点補正器８は、偏向に伴って発生する線
形収差を消去するものであり、４重収差補正器（非線形
４重収差補正器）９は、偏向に伴って発生する非形収差
を消去するものである。この実施例においては、後述す
るように、図３に示すような、見込み半角１８°のコイ
ルを１０個、等角度間隔で配置した装置２個を、互いに
コイルの間隔を１８°ずつずらせて配置したものを用い
て、５θ成分が発生するようにしている。

【００３１】この実施例においては、マスク３とウェハ
４間の距離を600mmとし、マスク３におけるパターンが
ウェハ４上で0.25mm角になるようにレンズ１、２の励磁
電流を設定し、４分の１の縮小露光転写を行った。以下
の評価では、開き角６mradのビームでマスク上のパター
ンを光軸６から2.5mm離れたウェハー４面上の位置に照
射して行った。

【００３２】各偏向器のコイルの見込み半角は、本来重
ね収差が発生しないように設定されているが、その一部
を１°ずらすことにより、系全体で27nmの４重収差非線
形歪みを補正対象としてわざと発生させ、これを補正し
た時の線形収差の変化量で４重収差補正器の性能を評価
した。

【００３３】まず、比較例として、５θ場による４重収
差補正器９の代わりに、図２に示すような３θ場による
４重収差補正器を使用した。この４重収差補正器は、３
０度の見込み半角を有するコイルを６個、等角度間隔で
配置した装置２個を、互いにコイルの間隔を３０度ずつ
ずらせて配置したもので、各々の装置は別電源で駆動さ
れるようになっている。４重収差補正器のコイルの寸法
は、光軸方向の長さ４５mm、内半径３０mm、外半径３５
mmである。４重収差補正器は、その光軸方向の中心をマ
スク３から200mmの位置として、光軸６と軸を共有する
ように設置した。

【００３４】次に、実施例として、図３に示すような５
θ成分が発生する４重収差補正器を使用した。すなわ
ち、この４重収差補正器は、見込み半角１８°のコイル
を１０個、等角度間隔で配置した装置２個を、互いにコ
イルの間隔を１８°ずつずらせて配置したもので、各々
の装置は別電源で駆動されるようになっている。実施例
の４重収差補正器のコイルの光軸方向の長さ、内半径、
外半径、位置は比較例と等しく設定した。これらをまと
めて表１に表す。

【００３５】

【表１】（表１）

【００３６】比較例の３θ場による４重収差補正器を使
用した場合では、４重収差非線形歪みを消去した場合に
偏向非点収差、偏向非点歪みは、それぞれ約420nm、約9
40nm変化する。これに対して、実施例の５θ場による４
重収差補正器を使用した場合では、４重収差非線形歪み
を消去した場合に変化する偏向非点収差、偏向非点歪み
の量は、それぞれ約140nm、約320nmと、比較例のおよそ
３分の１にとどまっている。

【００３７】本発明の４重収差補正器を使用して、図８
に示したような補正手順を実行した場合、非点補正器と
４重収差を所望の大きさ以下に収束させるのに必要な繰
り返し回数が低減されることは当該業者にとって容易に
理解できるであろう。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体デバイ
スの製造方法の実施の形態の例を説明する。図４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。 ウェハを製造するウェハ製造工程（又はウェハを準備
するウェハ準備工程） 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ブを１個ずつ切り出し、動
作可能にならしめるチップ組立工程 できたチッブ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。

【００３９】これらの主工程の中で、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、メモリやＭＰＵとして動
作するチッブを多数形成する。このウェハプロセッシン
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ェハを検査する検査工程 なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り
返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造す
る。

【００４０】図５は、図４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 以上の半導体デバイス製造工程、ウェハプロセッシング
工程、リソグラフィー工程については、周知のものであ
り、これ以上の説明を要しないであろう。

【００４１】上記露光工程に本発明に係る荷電粒子線露
光装置を用いると、露光転写の際の像のボケや歪みを小
さくすることができるので、微細なパターンを正確に露
光転写することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、非線形４重収差を消去した
場合に起きる線形収差の変動を、従来方式に比して小さ
くすることができるので、線形収差と非線形４重収差を
共に許容値に入れるための調整が容易になると共に、線
形収差と非線形４重収差を共に小さくすることが可能と
なる。

【００４３】請求項２に係る発明においては、簡単な構
成の装置により、５θ場による４重収差補正器を構成す
ることができる。請求項３に係る発明においては、従来
例に比して、大きな線形収差を発生させることなく非線
形４重収差を消去することができる。

【００４４】請求項４に係る発明においては、線形収差
と非線形４重収差を共に許容値に入れるための調整の回
数を少なくすることができる。請求項５に係る発明にお
いては、露光転写の際の像のボケや歪みを小さくするこ
とができるので、微細なパターンを正確に露光転写する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例である電子線露光装置の転写
光学系を示す概略図である。

【図２】比較例として使用した３θ場による４重収差補
正器コイルを示す図である。

【図３】実施例として使用した５θ場による４重収差補
正器コイルを示す図である。

【図４】本発明の１実施例を使用した半導体デバイスの
製造方法を示す図である。

【図５】リソグラフィー行程の概要を示す図である。

【図６】分割投影転写方式の露光の単位を示す図であ
る。

【図７】分割投影露光装置における露光方法を示す図で
ある。

【図８】４重収差補正器と非点補正器を用いて転写光学
系の消去可能な収差を低減させる手順を表した図であ
る。

【符号の説明 】

１、２…レンズ ３…マスク ４…ウェハ ５…散乱アパーチャー ６…光軸 ７…偏向器 ８…非点補正器 ９…５θ場による４重収差補正器 １０…電子線の偏向軌道

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク又はレチクル上のパターンを感応
   基板上に転写する方式の荷電粒子線露光装置であって、
   マスク又はレチクル上のパターンを感応基板上に転写す
   る荷電粒子線投影光学系中に、少なくとも１つ、Cos[5
   θ]に比例する磁場成分を発生する装置を持つことを特
   徴とする荷電粒子露光装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の荷電粒子露光装置であ
   って、前記Cos[5θ]に比例する磁場成分を発生する装置
   が２つ以上の10極子から構成されることを特徴とする荷
   電粒子露光装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子
   露光装置の調整方法であって、Cos[5θ]に比例する磁場
   成分を発生する装置の出力を調整することにより４重収
   差を抑制することを特徴とする荷電粒子露光装置の調整
   方法。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子
   露光装置であって非点補正器を併せて有するものの調整
   方法において、Cos[5θ]に比例する磁場成分を発生する
   装置と非点補正器の両方を持つ装置の出力を交互に調整
   することにより、偏向非点収差、偏向ハイブリッド非点
   歪み及び４重収差のいずれもが許容値以内となるように
   することを特徴とする荷電粒子露光装置の調整方法。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子
   線露光装置を用いて、マスク又はレチクル上のパターン
   を感応基板へ露光転写する行程を有することを特徴とす
   る半導体デバイスの製造方法。