JP2001319847A - 電子線露光装置及び半導体デバイスの製造方法。 - Google Patents

電子線露光装置及び半導体デバイスの製造方法。

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JP2001319847A
JP2001319847A JP2000133590A JP2000133590A JP2001319847A JP 2001319847 A JP2001319847 A JP 2001319847A JP 2000133590 A JP2000133590 A JP 2000133590A JP 2000133590 A JP2000133590 A JP 2000133590A JP 2001319847 A JP2001319847 A JP 2001319847A
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beam exposure
semiconductor device
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Atsushi Yamada
篤志 山田
Hiroyasu Shimizu
弘泰 清水
Koichi Kamijo
康一 上條
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    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 幾何収差、クーロン効果の双方を考慮した、
総合的な収差、ぼけの小さな電子線露光装置を提供す
る。 【解決手段】 鏡筒長が長くなると幾何収差は小さくな
るが、クーロン効果が大きくなりトータルで見た場合に
光学特性は劣化する。逆に鏡筒長が短くなると、クーロ
ン効果は小さくなるが幾何収差は大きくなりトータルで
見た場合に光学特性は劣化する。1/M倍露光の場合、
鏡筒長(レチクル・ウェハ間の距離)を250×M0.63±1
0%[mm](0<M<4、又は4<M)とすると、ぼけと
幾何歪を、それぞれ約70nm以下、約4nm以下程度とする
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、電子線描画装置、
電子線露光転写装置等の電子線露光装置、及びそれらを
使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】近年、半導体の微細加工技術は年々進歩
を遂げている。現在の露光装置は、光によるものが主流
であるが、さらなる微細加工を進める上では、光の短波
長化が要求される。しかしながら、その短波長化には限
界がある。また、X線を使用する露光装置も考えられて
はいるが、レチクルの製作が容易ではないなどといった
点から、現時点で実用化は成されていない。
【0003】このような背景から、電子線による転写装
置、露光転写装置等の電子線露光装置が注目されてい
る。電子線露光装置における光学系についても様々な提
案がなされている。MOL(Moving Objective Lens) (E. G
oto, et al. Optik 48, 255 (1977)) 、VAL(Variable A
xis Lens) (H.C.Pfeiffer and G.O.Langner, J. Vac. S
ci. Technol.19, 1058 (1981))、VAIL (Variable Axis
Immersion Lens) (M. A.Sturans, et al, J. Vac. Sci.
Technol. B8, 1682 (1990))などが、代表的なものであ
るが、未だに所望の性能は得られていない。
【0004】また、多段偏向理論に基づく解も理論的に
は可能であることが報告されている(T. Hosokawa, Opt
ik 56, 21 (1980).)。また歪、ぼけを小さくし良好な特
性を得る光学系としては、簡単な2段レンズと偏向器6
つを用い、偏向器の最適化(内径、角度、励磁電流、位
置)を行ったものも提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学系
の性能は、これらの従来技術で考慮されている幾何収差
や色収差のみならず、電子間のクーロン相互作用による
ぼけや歪(以下クーロン効果と記述する)の影響も受け
る。偏向領域及びサブフィールドサイズを固定した場合
には、鏡筒長が長ければ、幾何収差は小さくなるが、ク
ーロン効果は大きくなる。逆に鏡筒長が短くなれば、ク
ーロン効果は小さくなるが、幾何収差は大きくなる。幾
何収差、クーロン効果の双方を考慮したとき、その双方
に起因するボケや歪が最小となる鏡筒長は一意的に決定
される。逆に最適な鏡筒長を用いなければ、良好な光学
特性を得ることができない。
【0006】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、幾何収差、クーロン効果の双方を考慮した、総
合的な収差、ぼけの小さな電子線露光装置を提供するこ
と、その電子線露光装置を使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。
【0007】
【問題を解決するための手段】前記課題を解決する第1
の手段は、光軸外にあるレチクル上に入射された成型ビ
ームを光軸外のウェハ上に1/M倍にして露光する電子
線露光装置であって、鏡筒長(レチクル・ウェハ間の距
離)が 250×M0.63±10% [mm](0<M<4、又は4
<M)であることを特徴とする電子線露光装置(請求項
1)である。
【0008】鏡筒長が長くなると幾何収差は小さくなる
が、クーロン効果が大きくなりトータルで見た場合に光
学特性は劣化する。逆に鏡筒長が短くなると、クーロン
効果は小さくなるが幾何収差は大きくなりトータルで見
た場合に光学特性は劣化する。よって、光学特性にとっ
て最適な鏡筒長が存在する。発明者らの検討によれば、
上記鏡筒長は、厳密には光学系毎にそれぞれ異なった値
を示すが、簡便には露光倍率のみに依存すると考えても
大きなずれは生じないことがわかった。さらに、後に実
施例で示すように、鏡筒長を前記式で示される範囲にす
ると、幾何収差とクーロン効果を総合したぼけと、幾何
歪の双方が、最良の状態になることが分かった。
【0009】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段である電子線露光装置を使用してマスク
の製造又はマスクからウェハへのパターンの露光転写を
行うプロセスの少なくとも一方を有してなることを特徴
とする半導体デバイスの製造方法(請求項2)である。
【0010】本手段においては、前記第1の手段である
電子線露光装置を使用してマスクの製造を行うプロセ
ス、前記第1の手段である電子線露光装置を使用してマ
スクからウェハへのパターンの露光転写を行うプロセス
の少なくとも一方を使用している。よって、ぼけと歪の
少ない描画や露光転写ができるので、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。
【0011】
【実施例1】以下本発明による実施例について図1から
図5を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の実施例
である電子線露光装置の投影光学系を示す概要図であ
る。マスク1に形成されたパターンの像は、コリメータ
レンズ2、プロジェクタレンズ3により1/M倍とされ
てマスク4上に投影される。5はウェハ4に入射する電
子線の開き角を制限するアパーチャであり、6、7は偏
向器、8は光軸である。アパーチャ5を境にしてマスク
側にあるコリメータレンズ2、偏向器6とプロジェクタ
レンズ3、偏向器7とは、電子軌道がアパーチャ5の中
心に対してM:1のSMD対象性を有するような形状、
配置とされている。
【0012】本実施例では、光軸をz軸にとり、ビーム
開き角を6mrad、サブフィールドサイズを0.25mm角、ウ
ェハ面での最大主偏向位置を2.375mm×0.375mm、電子線
の電流値は24μAとした。また、ビームエネルギー100ke
V、電子ビームのエネルギーの広がり5eVとした。
【0013】鏡筒長600mm、1/4縮小の場合のプロジ
ェクターレンズ、偏向器の形状を図2に示す。図2にお
いて、9はコイル、10は軟鉄、11(ハッチング部)
はフェライトである。
【0014】1/M倍縮小の場合、鏡筒長Lの場合には
プロジェクターレンズ3のサイズは、図2に示す形状を
L/{(1+M)×120} 倍したものを利用した。偏向器7に
ついても同様である。またコリメーターレンズ2のサイ
ズは、プロジェクターレンズ3をM倍し、図2に示す形
状を L×M/{(1+M)×120} 倍とした。偏向器6のサイ
ズも同様である。
【0015】このような光学系において、プロジェクタ
ー側、コリメータ側にそれぞれ3つづつの偏向器6、7
を配置し、位置と励磁電流の最適化を行なった。この光
学系において、幾何・色収差とクーロン相互作用からく
るボケを計算したところ、1/6縮小、1/8縮小、1
/10縮小でそれぞれ図3、図4、図5のような結果を得
た。これらの図において、丸を伴う線は幾何色収差によ
るぼけ、四角を伴う線はクーロン効果によるぼけ、三角
を伴う線は幾何色収差とクーロン効果を総合したぼけ、
×を伴う線は幾何歪を示し、無印の実線は鏡筒長600m
m、1/4縮小の場合の幾何色収差とクーロン効果を総
合したぼけ、無印の一点鎖線は鏡筒長600mm、1/4縮
小の場合の幾何歪を示す。なお、ぼけはBlurで表してい
る。
【0016】既に公知である1/4縮小系において満足
すべきものとして得られているぼけと幾何歪は、図3〜
図5にそれぞれ無印の実線、無印の一点鎖線で示される
ように、それぞれ約70nm以下、約4nm以下である。図
3、図4、図5において、これらの値が共に得られる鏡
筒長の中心値を求めると、1/6縮小では800mm、1/
8縮小では920mm、1/10縮小では1110mmとなる。これ
は、250×M0.63 [mm]に一致する。
【0017】発明者らの研究の結果によれば、実用的な
範囲でレンズの形状等が変化した場合、最適な鏡筒長の
変化は±10%である。よって、本発明においては、最適
な鏡筒長を 250×M0.63±10% [mm]とする。
【0018】
【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6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プを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。
【0019】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
作するチップを多数形成する。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。
【0020】図7は、図6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(ポストベーク)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。
【0021】この発明の実施の形態においては、本発明
に係る電子線露光装置をリソグラフィー工程に使用して
いるので、微細なパターンを有する半導体デバイスを歩
留良く製造することができる。
【0022】
【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、ぼけと歪の双方を小さくす
ることができるので、正確な描画、露光転写を行うこと
ができる。請求項2に係る発明においては、微細なパタ
ーンを有する半導体デバイスを歩留良く製造することが
できる。
【0023】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における光学系の概略図であ
る。
【図2】1/4縮小系におけるプロジェクタレンズと偏
向器の図である。
【図3】本発明の実施例における1/6縮小系での光学
特性の鏡筒長依存性を示す図である。
【図4】本発明の実施例における1/8縮小系での光学
特性の鏡筒長依存性を示す図である。
【図5】本発明の実施例における1/10縮小系での光学
特性の鏡筒長依存性を示す図である。
【図6】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7】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…マスク 2…コリメータレンズ 3…プロジェクタレンズ 4…ウェハ 5…アパーチャ 6、7…偏向器 8…光軸 9…コイル 10…軟鉄 11…フェライト
フロントページの続き (72)発明者 上條 康一 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 Fターム(参考) 2H097 AA03 CA16 5C034 BB02 5F056 CB29 CB30 CC14 EA08 EA12 FA04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光軸外にあるレチクル上に入射された成
    型ビームを光軸外のウェハ上に1/M倍にして露光する
    電子線露光装置であって、鏡筒長(レチクル・ウェハ間
    の距離)が 250×M0.63±10% [mm](0<M<4、又
    は4<M)であることを特徴とする電子線露光装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電子線露光装置を使用
    してマスクの製造又はマスクからウェハへのパターンの
    露光転写を行うプロセスの少なくとも一方を有してなる
    ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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