JP2001319844A - 荷電粒子線露光装置、荷電粒子線露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱媒体の温度変動による荷電粒子線束（ビー
ム）の位置ずれやフォーカスずれ等を低減でき、より安
定した露光を行うことができる荷電粒子線露光装置を提
供する。 【解決手段】 入側配管５１上の外壁４２から上流側に
１ｃｍ程の所には、温度センサ５５が取り付けられてい
る。温度センサ５５のさらに上流側に４ｃｍ程行った所
には、二次調整器（冷却器又は加熱器）５７が取り付け
られている。温度センサ５５で磁気回路４３及びコイル
４７等に流入する直前の熱媒体の温度を測定し、その値
を温調計６３で読み取り、二次調整器５７で熱媒体の温
度を制御する。このように、磁気回路４３及びコイル４
７等に供給される直前で、熱媒体の温度を所望の温度に
正確に制御することができ、磁気回路４３及びコイル４
７等に安定した温度の熱媒体を供給できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線やイオンビ
ーム等の荷電粒子線の収束・発散・偏向・補正等を行う
レンズ等の温度調整装置を有する荷電粒子線露光装置等
に関する。特には、熱媒体の温度変動による荷電粒子線
束（ビーム）の位置ずれやフォーカスずれ等を低減で
き、より安定した露光を行うことができる荷電粒子線露
光装置、荷電粒子線露光方法及びデバイス製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年は、半導体集積回路の更なる小線幅
化を可能にするため、スループットの高い縮小投影型の
荷電粒子線露光装置の開発が進められている。このよう
な露光装置の荷電粒子線光学系には、一般に、ソレノイ
ド型の電磁コイルを用いた電磁レンズやスティグマトー
ル（収差補正コイル）が装備されている。しかし、これ
らの電磁レンズ等においては、コイル自身の発熱や外的
要因によりコイル周辺の温度が変化すると、コイルの特
性やホールピース等の特性が変化して荷電粒子線の位置
ずれやフォーカスずれ等が生じることがある。このよう
な不具合を防止して高精度のパターン形成を行えるよう
にするためには、レンズ等の温度を一定に保つ必要があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】レンズ等の温度を一定
に保つ方法としては、温度制御装置により温度調整され
た熱媒体をレンズ等に循環させる方法がある。しかし、
高スループットをねらう投影型の露光装置ではパワーの
高い電磁レンズ等を多数用いるため、温度制御装置本体
も大型となる。さらに、温度制御装置における電源のス
イッチング等でノイズが発生する場合があったりするの
で、温度制御装置を電磁レンズ等から数ｍ程離れたとこ
ろに設置することになる。このように制御装置がレンズ
等から離れると、熱媒体の流路が長くなり、熱媒体の温
度変動が大きくなるとともに制御応答も悪くなるという
問題が発生する。なお、この種の露光装置では、電磁レ
ンズ等は±０．０１℃レベルの温度安定性が要求され
る。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、レンズ等と温度制御装置との間の管路等にお
ける熱媒体の温度変動を補正でき、より安定した露光を
行うことができる荷電粒子線露光装置、荷電粒子線露光
方法及びデバイス製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の荷電粒子線露光装置は、 感応基板上に荷
電粒子線を結像させてパターン形成する露光装置であっ
て； 荷電粒子線の収束・発散・偏向・補正等を行うレ
ンズや偏向器・補正器等（レンズ等）と、 該レンズ等
に熱媒体を循環供給して温度を調整する温度調整装置
と、を備え、 該温度調整装置が、 上記レンズ等を含
む熱媒体循環経路と、 該循環経路中で熱媒体を循環さ
せるポンプと、 該熱媒体の温度を一次的に調整する冷
却器又は加熱器（一次調整器）と、 該一次調整器を通
った熱媒体の温度を二次的に調整する、上記レンズ等の
上流側の近傍に設置された冷却器又は加熱器（二次調整
器）と、 上記レンズ等と該二次調整器との間に設置さ
れた、二次調整器出側の熱媒体の温度を検知する温度セ
ンサと、 を具備することを特徴とする。

【０００６】本発明の荷電粒子線露光方法は、 荷電粒
子線の収束・発散・偏向・補正等を行うレンズや偏向器
・補正器等（レンズ等）を用い、該レンズ等に熱媒体を
循環供給して温度を調整しながら、感応基板上に荷電粒
子線を結像させてパターン形成する際に、 該熱媒体の
温度を一次的に調整するとともに、該一次調整器を通っ
た熱媒体の温度を上記レンズ等の上流側の近傍において
二次的に調整することを特徴とする。

【０００７】本発明のデバイス製造方法は、 リソグラ
フィー工程において、 荷電粒子線の収束・発散・偏向
・補正等を行うレンズや偏向器・補正器等（レンズ等）
を用い、該レンズ等に熱媒体を循環供給して温度を調整
しながら、感応基板上に荷電粒子線を結像させてパター
ン形成する際に、 該熱媒体の温度を一次的に調整する
とともに、該一次調整器を通った熱媒体の温度を上記レ
ンズ等の上流側の近傍において二次的に調整することを
特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず、荷電粒子線の一種である電
子線を用いる露光装置全体の構成例について説明する。
図２は、分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全
体における結像関係及び制御系の構成例を示す図であ
る。光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方
に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には２段の
コンデンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、
これらのコンデンサレンズ２、３によって収束され、ブ
ランキング開口７にクロスオーバーC.O.を結像する。

【０００９】コンデンサレンズ３の下には、矩形開口４
が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開
口）４は、マスク１０の一つのサブフィールド（単位露
光パターン領域）を照明する照明ビームのみを通過させ
る。具体的には、開口４は、照明ビームをマスクサイズ
換算で１mm角強の寸法の正方形に成形する。この開口４
の像は、レンズ９によってマスク１０に結像される。

【００１０】ビーム成形開口４の下方には、ブランキン
グ偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時
に、照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開
口部に当て、ビームがマスク１０に当たらないようにす
る。ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器８
が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを
図２のＸ方向に順次走査して、照明光学系の視野内にあ
るマスク１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器
８の下方には、コンデンサレンズ９が配置されている。
コンデンサレンズ９は、電子線を平行ビーム化してマス
ク１０に当て、マスク１０上にビーム成形開口４を結像
させる。

【００１１】マスク１０は、図２では光軸上の１サブフ
ィールドのみが示されているが、実際には光軸垂直面内
（Ｘ−Ｙ面）に広がっており多数のサブフィールドを有
する。マスク１０上には、全体として一個の半導体デバ
イスチップをなすパターン（チップパターン）が形成さ
れている。照明光学系の視野内で各サブフィールドを照
明するため、上述のように偏向器８で電子線を偏向する
ことができる。照明光学系の視野を越えて各サブフィー
ルドを照明するため、マスク１０はＸＹ方向に移動可能
なマスクステージ１１上に載置されている。

【００１２】マスク１０の下方には投影レンズ１２及び
１４並びに偏向器１３が設けられている。そして、マス
ク１０のあるサブフィールドに照明ビームが当てられ、
マスク１０のパターン部を通過した電子線は、投影レン
ズ１２、１４によって縮小されるとともに、偏向器１３
により偏向されてウェハ１５上の所定の位置に結像され
る。ウェハ１５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マスク
上のパターンが縮小されてウェハ１５上に転写される。

【００１３】なお、マスク１０とウェハ１５の間を縮小
率比で内分する点にクロスオーバーC.O.が形成され、同
クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けら
れている。同開口１８は、マスク１０の非パターン部で
散乱された電子線がウェハ１５に到達しないよう遮断す
る。

【００１４】ウェハ１５は、静電チャック１６を介し
て、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ１７上に載置
されている。上記マスクステージ１１とウェハステージ
１７とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、
チップパターン内において光学系の視野よりも広い範囲
に多数配列されたサブフィールドを順次露光することが
できる。なお、両ステージ１１、１７には、レーザ干渉
計を用いた正確な位置測定システムが装備されており、
ステージ位置は正確に測定され、その結果でビーム位置
がコントロールされる。

【００１５】上記各レンズ２、３、９、１２、１４及び
各偏向器５、８、１３は、各々のコイル電源２ａ、３
ａ、９ａ、１２ａ、１４ａ及び５ａ、８ａ、１３ａを介
して制御部２１によりコントロールされる。また、マス
クステージ１１及びウェハステージ１７も、ステージ駆
動モータ制御部１１ａ、１７ａを介して、制御部２１に
よりコントロールされる。静電チャック１６は、静電チ
ャック制御部１６ａを介して、メインコントローラ２１
によりコントロールされる。正確なステージ位置と光学
系のコントロールにより、ウェハ１５上でマスク１０上
のサブフィールドの縮小像が正確に繋ぎ合わされ、マス
ク上のチップパターン全体がウェハ上に転写される。

【００１６】次に、本発明の荷電粒子線露光装置におけ
るレンズの冷却システムについて説明する。図１は、本
発明の１実施例に係る電子線露光装置のレンズ部とその
温度調整装置の詳細を示す模式的な図である。図１に
は、図２に図示してある大きいマスク側レンズ１２と小
さいウェハ側レンズ１４の内、マスク側レンズ１２のみ
が示されている。以下、マスク側レンズ１２についての
み説明するが、ウェハ側レンズ１４も同様に構成されて
いる。また、同図中で、温度調整装置は系統図あるいは
ブロック図で示されており、レンズ部は断面図として示
されている。

【００１７】マスク側レンズ１２の構成について説明す
る。マスク側レンズ１２の中心部には、パイプ状の真空
壁４５が、軸芯を光軸に合わせて立てられている。真空
壁４５の中央空間はビーム通路であり、１．３×１０^-4
Ｐａ（１０^-6Ｔｏｒｒ）程度の真空となっている。真空
壁４５の外側には中空円筒状のコイル４７が、真空壁４
５を取り巻くように配置されている。コイル４７の周囲
は、磁気回路４３で覆われている。この磁気回路４３
は、強磁性体からなり、中心に貫通した中空部を存する
缶状のものである。さらに、磁気回路４３は、外壁４２
で覆われている。なお、レンズ１２の内部には図示せぬ
偏向コイルや補正コイル（スティグマトール）等も設け
られている。

【００１８】外壁４２と真空壁４５との間には、Ｏリン
グ４１、４９が配置されており、磁気回路４３及びその
内に納められているコイル４７等の周囲を密封してい
る。なお、Ｏリング４１、４９は、真空壁４５の外周面
にはめ込まれており、荷電粒子が直接当たらないような
構造をしている。なお、真空壁４５の下部にある符号２
２は、マスク側レンズ１２とウェハ側レンズ１４の間の
真空封止のためのＯリングである。

【００１９】続いて、レンズの冷却装置について説明す
る。なお、説明はマスク側レンズ１２について行うが、
ウェハ側レンズ１４についても同様である。磁気回路４
３及びコイル４７等は、上述のように、真空壁４５と外
壁４２とによって密封された空間内に置かれている。外
壁４２の胴部には、冷却液孔５９が上下に何箇所かずつ
開けられている（図では、上下各一箇所のみについて示
してある）。下側の冷却液孔５９´には、コイル冷却液
の入側配管５１が接続されており、上側の冷却液孔５９
には出側配管５３が接続されている。このような管路内
に熱媒体（冷却液）を循環させて、磁気回路４３及びコ
イル４７等の温度を一定に保つ。熱媒体としては、例え
ば、フッ素不活性液体であるフロリナート等が利用でき
る。

【００２０】入側配管５１上の外壁４２から上流側に１
ｃｍ程の所には、白金抵抗体等の温度センサ５５が取り
付けられている。温度センサ５５のさらに上流側に４ｃ
ｍ程行った所には、二次調整器（冷却器又は加熱器）５
７が取り付けられている。入側配管５１の先には、露光
装置から数ｍ程離れたところに温度制御装置６１が接続
されている。温度制御装置６１には、温調計６３、流量
可変ポンプ６５、一次調整器（冷却器）６７等が具備さ
れている。一次調整器６７にはライン冷却液等の冷却液
配管６９が導かれており、冷却液を冷却している。

【００２１】二次調整器５７については、加熱器として
は抵抗ヒータ等が利用でき、また、冷却と加熱の両方を
行うのであれば、ペルチェ素子等を利用することもでき
る。なお、センサ５５や二次調整器５７は、電磁レンズ
１２に近接して配置されるので、電源のスイッチング等
で発生するノイズを電子光学系に与えないものが好まし
い。具体的には、SSR（ソリッド・ステート・リレー）等
を用いる。

【００２２】次に、熱媒体の温度制御の詳細について説
明する。熱媒体は、まず、一次調整器６７で定常的な温
度（例えば、２１℃）となるように制御される。続い
て、流量可変ポンプ６５によって入側配管５１に送り出
され、磁気回路４３及びコイル４７等に向けて供給され
る。磁気回路４３及びコイル４７等の手前では、直前の
熱媒体の温度がセンサ５５で測定される。センサ５５の
値を温調計６３で読み取り、熱媒体の温度が所望の温度
（例えば、２３℃）となるようにＰＩＤ制御等によっ
て、アナログ的に二次調整器５７（この場合電気抵抗）
を連続制御する。

【００２３】こうして、磁気回路４３及びコイル４７等
に送り込まれた熱媒体は、磁気回路４３及びコイル４７
等やその周囲で発生した熱を冷ましつつ循環し、上側の
出側配管５３に流出する。続いて、出側配管５３を通っ
て、同配管に連結されている一次調整器６７に戻ってい
く。このように、磁気回路４３及びコイル４７等に供給
される直前で、熱媒体の温度を所望の温度に正確に制御
することができ、磁気回路４３及びコイル４７等に安定
した温度の熱媒体を供給できる。

【００２４】次に上述の電子ビーム転写露光装置を利用
したデバイス製造方法の実施例を説明する。図３は、微
小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネ
ル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製
造フローを示す。

【００２５】ステップ１（回路設計）では、半導体デバ
イスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）で
は、設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。この時、パターンについて局部的にリサイズを施す
ことにより近接効果や空間電荷効果によるビームボケの
補正を行ってもよい。一方、ステップ３（ウェハ製造）
では、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

【００２６】ステップ４（酸化）では、ウェハの表面を
酸化させる。ステップ５（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ６（電極形成）では、ウェ
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ７（イオ
ン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステッ
プ８（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布す
る。ステップ９（電子ビーム露光）では、ステップ２で
作ったマスクを用いて電子ビーム転写装置によって、マ
スクの回路パターンをウェハに焼付露光する。その際、
上述の露光装置を用いる。ステップ１０（光露光）で
は、同じくステップ２で作った光露光用マスクを用い
て、光ステッパーによってマスクの回路パターンをウェ
ハに焼付露光する。この前又は後に、電子ビームの後方
散乱電子を均一化する近接効果補正露光を行ってもよ
い。

【００２７】ステップ１１（現像）では、露光したウェ
ハを現像する。ステップ１２（エッチング）では、レジ
スト像以外の部分を選択的に削り取る。ステップ１３
（レジスト剥離）では、エッチングがすんで不要となっ
たレジストを取り除く。ステップ４からステップ１３を
繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。

【００２８】ステップ１４（組立）は、後工程と呼ば
れ、上の工程によって作製されたウェハを用いて半導体
チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシン
グ、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ１５（検査）では、ステ
ップ１４で作製された半導体デバイスの動作確認テス
ト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て
半導体デバイスが完成しこれが出荷（ステップ１６）さ
れる。

【００２９】

【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、レンズ等と温度制御装置との間の冷却液流路
における外的要因による冷却液の温度変動を補正でき
る。その結果、冷却液の温度変動による荷電粒子の位置
ずれやフォーカスずれ等の不具合を軽減でき、より安定
した露光を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る電子線露光装置のレン
ズ部とその温度調整装置の詳細を示す模式的な図であ
る。

【図２】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全
体における結像関係及び制御系の構成例を示す図であ
る。

【図３】微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チッ
プ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマ
シン等）の製造のフローを示す。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２，３ コンデ
ンサレンズ ４ 照明ビーム成形開口 ５ ブランキ
ング偏向器 ７ ブランキング開口 ８ 照明ビー
ム偏向器 ９ コンデンサレンズ １０ マスク １１ マスクステージ １２ マスク側
レンズ １３ 偏向器 １４ ウェハ側
レンズ １５ ウェハ １６ 静電チャ
ック １７ ウェハステージ １８ コントラ
スト開口 ２１ 制御部 ２２、４１、４９ Ｏリング ４２ 外壁 ４３ 磁気回路 ４５ 真空壁 ４７ コイル ５１ 入側配管 ５３ 出側配管 ５５ 温度セン
サ ５７ 二次調整器 ５９ 冷却液孔 ６１ 温度制御装置 ６３ 温調計 ６５ 流量可変ポンプ ６７ 一次調整
器 ６９ 冷却液配管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感応基板上に荷電粒子線を結像させてパ
   ターン形成する露光装置であって；荷電粒子線の収束・
   発散・偏向・補正等を行うレンズや偏向器・補正器等
   （レンズ等）と、 該レンズ等に熱媒体を循環供給して温度を調整する温度
   調整装置と、を備え、 該温度調整装置が、 上記レンズ等を含む熱媒体循環経路と、 該循環経路中で熱媒体を循環させるポンプと、 該熱媒体の温度を一次的に調整する冷却器又は加熱器
   （一次調整器）と、 該一次調整器を通った熱媒体の温度を二次的に調整す
   る、上記レンズ等の上流側の近傍に設置された冷却器又
   は加熱器（二次調整器）と、 上記レンズ等と該二次調整器との間に設置された、二次
   調整器出側の熱媒体の温度を検知する温度センサと、 を具備することを特徴とする荷電粒子線露光装置。
2. 【請求項２】 荷電粒子線の収束・発散・偏向・補正等
   を行うレンズや偏向器・補正器等（レンズ等）を用い、
   該レンズ等に熱媒体を循環供給して温度を調整しなが
   ら、感応基板上に荷電粒子線を結像させてパターン形成
   する際に、 該熱媒体の温度を一次的に調整するとともに、該一次調
   整器を通った熱媒体の温度を上記レンズ等の上流側の近
   傍において二次的に調整することを特徴とする荷電粒子
   線露光方法。
3. 【請求項３】 リソグラフィー工程において、 荷電粒子線の収束・発散・偏向・補正等を行うレンズや
   偏向器・補正器等（レンズ等）を用い、該レンズ等に熱
   媒体を循環供給して温度を調整しながら、感応基板上に
   荷電粒子線を結像させてパターン形成する際に、 該熱媒体の温度を一次的に調整するとともに、該一次調
   整器を通った熱媒体の温度を上記レンズ等の上流側の近
   傍において二次的に調整することを特徴とするデバイス
   製造方法。