JP2001326164A - 荷電粒子線装置及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニアモータの永久磁石が発生する磁場が、
荷電粒子線の軌道に与える影響をほぼ無くした荷電粒子
線装置を提供する。 【解決手段】 １つのリニアモーター３３、３４内にお
いては、永久磁石５の配置をリニアモータの中心断面に
対して対称に配置して片側の永久磁石のＮとＳを逆転さ
せた配置にし、リニアモータ３４は、リニアモータ３３
を光軸３２に対して軸対称に配置して、永久磁石５のＮ
とＳを逆転させた配置する。これにより、光軸３２上に
おいては、永久磁石５の発生する磁束がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸のどちらの方向についてもキャンセルされてお０とな
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描画装
置、荷電粒子線露光装置等の荷電粒子線装置、及びそれ
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】従来型の可変成形等の直描型荷電粒子線
露光装置では、その上に描画を行う感応基板をステージ
の上に載せて、荷電粒子線の走査を行うと共に、感応基
板を搭載したステージをＸ、Ｙ方向に移動させて、感応
基板全面への描画を行っていた。

【０００３】また、分割露光転写方式の荷電粒子線露光
装置においては、荷電粒子線を走査させると共に、マス
クステージに搭載されたマスクと、ウェハステージに搭
載されたウェハを同期して移動させ、ウェハ全面への露
光転写を行っていた。このような分割露光転写方式の荷
電粒子線露光装置の１例の概要を図８に示す。

【０００４】照明光学系よりの電子線１は、マスク２を
照射し、マスクパターンを通過した電子線は、主レンズ
磁極３によりレンズ作用を受けて、散乱アパーチャ５を
通過した後、感応基板６上にマスクパターンを結像す
る。電子線を偏向させてマスク上２のサブフィールドを
感応基板６の適当な位置に対応させるために、偏向器７
が設けられている。また、像の高さ方向の結像位置、回
転を補正するために、像調整用レンズ８が設けられてい
る。

【０００５】マスク２は、マスクステージ９上に載置さ
れる。マスクステージ９には反射鏡１０が取り付けら
れ、マスクステージ用レーザ干渉計１１は、レーザ光線
１２をこの反射鏡９に照射し、その反射光を受光するこ
とによりマスクステージ９の位置を測定する。図にはこ
のマスクステージ用レーザ干渉計１１は１セットしか図
示されていないが、水平方向に離れた２つの平行する位
置にそれぞれ平行に設置され、これら２つのマスクステ
ージ用レーザ干渉計により、マスクステージ９の位置を
２個所で測定することによって、マスクステージ９の回
転を測定するようになっている。

【０００６】又、マスクステージ用レーザ干渉計１１
は、Ｘ軸、Ｙ軸方向の各々に設けられている。マスク２
の高さ方向位置は、レーザ光源１３よりレーザ光線１４
をマスク２に照射し、その反射光をマスク高さセンサ１
５で受光することにより測定される。これらの各マスク
位置測定装置により測定されたマスク位置は、ステージ
制御及び補正装置１６に入力される。

【０００７】マスクステージ９は、マスクステージ駆動
用モータ１７により駆動される。図には１個しか示され
ていないが、実際にはマスクステージ駆動用モータ１７
は、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸（高さ方向）用、回転用の４
個が使用されている。これらマスクステージ駆動用モー
タ１７は、ステージ制御及び補正装置１６の指令により
駆動される。

【０００８】一方、感応基板６は、感応基板ステージ１
８上に載置される。感応基板ステージ１８には反射鏡１
９が取り付けられ、感応基板測定用レーザ干渉計２０
は、レーザ光線２１をこの反射鏡１９に照射し、その反
射光を受光することにより感応基板ステージ１８の位置
を測定する。図にはこの感応基板測定用レーザ干渉計２
０は１セットしか図示されていないが、水平方向に離れ
た２つの平行する位置にそれぞれ平行に設置され、これ
ら２つの感応基板測定用レーザ干渉計により、感応基板
６の位置を２個所で測定することによって、感応基板６
の回転を測定するようになっている。

【０００９】感応基板ステージ位置測定装置も、Ｘ軸、
Ｙ軸方向の各々に設けられている。感応基板６の高さ方
向位置は、レーザ光源２２よりレーザ光線２３を感応基
板６に照射し、その反射光を感応基板高さセンサ２４で
受光することにより測定される。これらの各感応基板位
置測定装置により測定された感応基板位置は、ステージ
制御及び補正装置１６に入力される。

【００１０】感応基板ステージ１８は、感応基板ステー
ジ駆動用モータ２５により駆動される。感応基板ステー
ジ駆動用モータ２５も、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸（高さ方
向）用、回転用の４個が使用されている。これらマスク
ステージ駆動用モータ２５は、ステージ制御及び補正装
置１６の指令により駆動される。

【００１１】反射電子検出器２６は、感応基板６に設け
られたチップ位置検出用マーク（アライメント測定用マ
ーク）からの反射電子を検出し、それによりチップの位
置を検出し、ステージ制御及び補正装置１６に出力す
る。

【００１２】像の高さ方向の結像位置、回転、及び水平
方向の結像位置を補正するために、像補正レンズ及び偏
向器制御装置２７、偏向器制御装置２８が設けられ、そ
の出力が、それぞれ像調整用レンズ８、偏向器コイル７
に結合されている。像補正レンズ及び偏向器制御装置２
７、偏向器制御装置２８はステージ制御及び補正装置１
６の出力により駆動される。

【００１３】このような構成の電子線露光装置のマスク
ステージ駆動用モータ１７、マスクステージ駆動用モー
タ２５のうち最も大型ものは、Ｘ軸用、Ｙ軸用のもので
あり、多くはリニアモーターで構成されている。リニア
モーター以外にも、非磁性のエアによるアクチュエータ
も考えられているが、制御・安定性の面で問題がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、荷電粒
子線装置においては、荷電粒子線の軌道は外部からの電
磁場の影響を大きく受ける。よって、所望の位置に所望
のサイズでの露光・描画をしようとする場合には、外場
からの影響を描画・露光の精度から決まる基準値よりも
小さくする必要がある。100nm程度以下の線幅露光を高
スループットで行うような荷電粒子線露光装置において
は、外部磁場の影響を極力小さくする必要がある。

【００１５】また、リニアモーターにはムービングマグ
ネット(MM)型とムービングコイル(MC)型の２種類がある
が、通常コイルによって誘起される磁場よりも永久磁石
に伴う磁場のほうが桁違いに大きい。したがって、磁場
の変動分が大きくなると予想されるMM型リニアモーター
よりもMC型のリニアモーターを使うことが望ましい。し
かしながら、MC型のリニアモーターを使った場合、変動
成分ではない（時間的に安定な成分）ものの、比較的大
きな磁場が露光・描画装置の周囲にできることになる。

【００１６】このような事情があるにもかかわらず、従
来、ステージを駆動するリニアモータは、他の機械部品
との取り合いで設計のしやすい場所に設置されており、
その永久磁石によって発生する磁場が荷電粒子線の軌道
に与える影響を極力小さくすることは考慮されていなか
った。

【００１７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、感応基板や、マスク・レチクルを搭載するステ
ージを駆動するリニアモータの永久磁石が発生する磁場
が、荷電粒子線の軌道に与える影響をほぼ無くした荷電
粒子線装置、及びそれ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。

【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、ムービングコイル型のリニアモーター
を使ったＸＹステージを有する荷電粒子線装置であっ
て、ＸＹステージ用のリニアモータは、リニアモーター
内の永久磁石の配置をリニアモータの中心断面に対して
対称に配置して片側の永久磁石のＮとＳを逆転させた配
置にし、鏡筒を挟んで両側に同一形状のリニアモータを
鏡筒軸（光軸）に対して軸対称に配置して、片側のリニ
アモータの永久磁石のＮとＳを逆転させた配置したこと
を特徴とする荷電粒子線装置（請求項１）である。

【００１９】このような構成にすることにより、リニア
モータの永久磁石の発生する磁界を永久磁石光軸上にお
いてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のいずれの方向においてもキ
ャンセルすることができるので、リニアモータの永久磁
石の発生する磁界が、荷電粒子線の軌道に与える影響を
ほとんど無くすることができる。よって、微細なパター
ンを正確に描画したり、露光転写したりすることができ
る。

【００２０】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段である荷電粒子線装置を使用して、感応
基板への描画を行う工程、又はマスク又はレチクルに形
成されたパターンをウェハに転写する工程を有してなる
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。

【００２１】本手段においては、第１の手段である荷電
粒子線装置を使用しているので、微細なパターンを有す
る半導体デバイスを製造することができる。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例について図１から図３を
用いて説明する。ここでは、たとえば100kVの電子線投
影露光装置のウェハステージを考えることにするが、10
0kVの電子線に限らず、任意の荷電粒子線に適用可能で
ある。また、ウェハステージに限らず、レチクルステー
ジにも適用可能である。

【００２３】また、レチクルステージに限らず、鏡筒周
りに存在するすべてのMC型リニアモーターによる駆動系
に適用可能である。本実施例に用いたリニアモーター内
の永久磁石の配置を図１に示す。使用した永久磁石の保
磁力は13kOe、残留磁束密度は13kgaussである。モータ
ー周囲に設けたシールド材はPermalloy Cを用いた。

【００２４】リニアモータにおける永久磁石の配置は、
その上下方向における中心断面に対して面対象に配置
し、その一方側の永久磁石のＮ極とＳ極の配置を逆転し
た構成としている。図１に示すものが固定体であり、上
側磁石と下側磁石の間をコイルを有した可動体が図の左
右方向に移動してステージを駆動する。

【００２５】このリニアモーターを電子鏡筒に対して配
置した図を図２に示す。図２において、３１は鏡筒、３
２は光軸、３３、３４はリニアモータ固定体、３５は永
久磁石、３６はヨーク、３７はシールド材である。

【００２６】リニアモータ固定体３４は、リニアモータ
固定体３３を光軸３２に対して軸対象に配置し、永久磁
石３５のＮ極とＳ極を逆転した配置とされている。この
ような配置にすれば、光軸上のどの位置においても、Ｘ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向とも、２つのリニアモータ固定体３
３の永久磁石３５によって形成される磁界が打ち消され
て０となる。

【００２７】図３に、横軸に光軸上の位置、縦軸に磁束
密度の計算値を示すが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向
の磁束密度Ｂ_x、Ｂ_y、Ｂ_zともほぼ０となっている。

【００２８】比較例として、図４（符号は図２と同じ）
に示すように、リニアモータ固定体３４を、リニアモー
タ固定体３３に対して光軸３２を中心として軸対象に配
置した場合の光軸上の磁束密度を図５に示す。この場合
でも磁束密度のｚ成分とｘ成分は消えているが、ｙ成分
が消えずに残ってしまうことがわかる。

【００２９】以上の説明から分かるように、本発明の実
施例においては、光軸上の磁束密度を０にすることがで
きることが確認できた。ここでは、一方向のみの移動を
行うステージの場合を記述したが、ここに記述したステ
ージのリニアモータをそのまま鏡筒を回転軸にして90ー
回転したものを同時に設置することにより、Ｘ−Ｙステ
ージとすることができる。Ｘ軸駆動用リニアモータとＹ
軸駆動用のリニアモータのＺ軸方向位置は一致していな
くてもよいことは言うまでもない。

【００３０】

【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。

【００３１】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。

【００３２】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ポ
ストベーク工程

【００３３】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。
本実施の形態においては、図８で説明したような構成の
マスクステージ、ウェハステージの駆動に、前述のよう
な構成のリニアモータを使用した荷電粒子線露光装置を
用いてマスクからウェハへの露光転写を行っているの
で、微細な線幅を有する半導体デバイスの回路パターン
でも正確に露光転写することができ、微細構造を有する
半導体デバイスを製造できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明によれば、リニアモータの永久磁石の発
生する磁界が、荷電粒子線の軌道に与える影響をほとん
ど無くすることができるので、微細なパターンを正確に
描画したり、露光転写したりすることができる。

【００３５】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製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるリニアモーター内の永
久磁石の配置を示す図である。

【図２】本発明の実施例におけるリニアモーターの鏡筒
に対する配置を示す図である。

【図３】図２に示したリニアモータの永久磁石が形成す
る光軸上の磁束密度を示す図である。

【図４】比較例におけるリニアモーターの鏡筒に対する
配置を示す図である。

【図５】図４に示したリニアモータの永久磁石が形成す
る光軸上の磁束密度を示す図である。

【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。

【図８】分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置の概要
を示す図である。

【符号の説明】

３１…鏡筒 ３２…光軸 ３３、３４…リニアモータ固定体 ３５…永久磁石 ３６…ヨーク ３７…シールド材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ムービングコイル型のリニアモーターを
   使ったＸＹステージを有する荷電粒子線装置であって、
   ＸＹステージ用のリニアモータは、リニアモーター内の
   永久磁石の配置をリニアモータの中心断面に対して対称
   に配置して片側の永久磁石のＮとＳを逆転させた配置に
   し、鏡筒を挟んで両側に同一形状のリニアモータを鏡筒
   軸に対して軸対称に配置して、片側のリニアモータの永
   久磁石のＮとＳを逆転させた配置したことを特徴とする
   荷電粒子線装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の荷電粒子線装置を使用
   して、感応基板への描画を行う工程、又はマスク又はレ
   チクルに形成されたパターンをウェハに転写する工程を
   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。