JP2002313705A - 荷電粒子線露光装置及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸上収差を小さくすることにより、より露光
転写精度の優れた荷電粒子線露光装置を提供する。 【解決手段】 軸上収差を小さくする像の回転量を設定
し、レチクル（マスク）ステージとウェハステージの相
対的な角度関係を、この回転量に応じて設定しておけ
ば、小さな軸上収差で露光転写を行うことができ、露光
転写精度を上げることができる。また、全体の露光転写
精度を従来と同程度に保つ場合には、露光転写の誤差
を、他の収差やボケに割り当てることができ、設計が容
易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線を用い
てマスク、又はレチクル上のパターンを感応基板面上に
露光転写する荷電粒子線露光装置に関するものであり、
さらに詳しくは、軸上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】近年、露光の解像度と高スループットの
両方を兼ね備えた荷電粒子線露光装置の方式の検討が進
められている。一度に１チップ又は複数のチップを露光
する一括転写方式は従来よく検討されてきたが、マスク
の制作が難しいこと、大きな光学フィールド内で収差を
必要な程度に抑制することが困難であることから、最近
では１チップを小さな領域に分割して転写露光する分割
転写方式が有望であると考えられ、開発が進められてい
る。

【０００３】このような分割転写方式を図６、図７に従
って説明する。図６は分割露光の単位を表す図である。
まず、転写体であるウェハ上には複数のチップが形成さ
れ、更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
割される。

【０００４】レチクルステージとウェハステージは、図
７に示すように、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。

【０００５】一方、電子線はステージの進行方向と約直
角な方向に偏向され、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。この際、サブフィールド毎に、
像の焦点や歪みなどの収差を補正することにより一括転
写に比べて広い光学フィールドに亘って精度と解像性能
の向上を図ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】分割転写方式において
精度・解像性能を劣化させるぼけや歪みの原因となる収
差には、サブフィールドの偏向距離に依存する偏向歪
み、偏向距離に依らずどのサブフィールドにおいても均
等に存在する軸上収差、ビームを構成する電子間の相互
作用に起因する収差などがある。より性能を向上するた
めには、これらの収差が小さいことが望ましい。

【０００７】今、軸上収差に着目すると、これは転写光
学系のレンズ場によって定まる。転写光学系のレンズ場
に要求される条件には、縮小倍率が所望通りであるこ
と、像の回転が180°であること、ビームの射出入射角
度がマスク・ウェハに対して垂直であること、収差が小
さいことなどがあげられる。

【０００８】上記の条件の内、像の回転を180°とし
て、図７に示すようにレチクルステージとウェハステー
ジを反対方向に移動させて露光を行うことは因習的なも
のであり、軸上収差を小さくするという意味では、必ず
しも最適な条件とは言い難い。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、軸上収差を小さくすることにより、より露光転
写精度の優れた荷電粒子線露光装置を提供すること、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。

【００１０】

【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、荷電粒子線を用いて、マスク、又はレ
チクル上のパターンを感応基板面上に露光転写する方式
の荷電粒子線露光装置であって、マスク又はレチクル上
のパターンと、感応基板上に形成されるその像のパター
ンの相対回転量が、180°以外の値とされていることを
特徴とする荷電粒子線露光装置（請求項１）である。

【００１１】発明者が軸上収差に与えるパターンの回転
量について検討した結果、パターンの回転量を180°と
しない場合の方が、軸上収差を小さくできる場合がある
ことを見出した。よって、軸上収差を小さくする像の回
転量を設定し、レチクル（マスク）ステージとウェハス
テージの相対的な角度関係を、この回転量に応じて設定
しておけば、小さな軸上収差で露光転写を行うことがで
き、露光転写精度を上げることができる。また、全体の
露光転写精度を従来と同程度に保つ場合には、露光転写
の誤差を、他の収差やボケに割り当てることができ、設
計が容易となる。

【００１２】なお、「相対回転量が、180°以外の値と
されている」というのは、意識的に、すなわち設計上、
180°以外の値とされていることをいい、製作誤差等に
より180°以外の値になっているようなものを含まな
い。

【００１３】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露光装置を使用して、
マスク、又はレチクル上のパターンを感応基板面上に露
光転写する工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２）である。

【００１４】本手段においては、半導体デバイスの製造
において、リソグラフィ工程に前記第１の手段である荷
電粒子線露光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歩留良く製造することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る荷電粒子線露
光装置の実施の形態１例における露光方法を、図を用い
て説明する。この例は、レチクル上に形成されたパター
ンを９０°回転させてウェハ上に露光転写する例を示す
ものである。

【００１６】図１は、レチクル上に形成されたパターン
とウェハ上に転写されたパターンの関係を示す図であ
り、（ａ）はレチクル上のパターン、（ｂ）はウェハ上
のパターンを示す。なお、実際には、露光転写は１／４
の縮小露光転写である場合が多いが、簡単化のため図で
は倍率を１：１としている。

【００１７】（ａ）に示すように、レチクル上では、
Ａ、Ｂ、Ｃ…のパターンが、図に示すような向きに形成
されている。一つの正方形はサブフィールドを示し、サ
ブフィールド間には、ストラットが形成されている。

【００１８】例えば、サブフィールドに形成されたＡの
パターンは、（ｂ）に示すようにウェハ上では、９０°
回転して横向きに転写される。次に、露光転写装置の照
明光学系で荷電粒子線を図の右側に偏向させてＢのパタ
ーンが形成されているサブフィールドを照明するが、こ
のとき、露光転写光学系でも偏向器により荷電粒子点
を、図の上側に偏向させて、Ａのパターンのサブフィー
ルドが転写された領域の上側にＢのパターンのサブフィ
ールドが露光転写されるようにする。そのとき、ストラ
ットの分が無くなり、Ａのパターンのサブフィールドと
Ｂのパターンのサブフィールドが重なるようにすること
は、従来の露光転写方法と同じである。

【００１９】このような露光転写を行うための荷電粒子
線の偏向順序と、レチクルステージとウェハステージの
移動方法を図２に示す。図７に示す従来の方法において
は、レチクルステージとウェハステージは、互いに１８
０°異なる方向に移動するようになっていたが、図２に
示す実施の形態では、互いに９０°異なる方向に移動す
るようになっている。

【００２０】荷電粒子線は、ステージの進行方向とは直
角な方向に偏向され、順次一列に配置されたサブフィー
ルドの露光転写を行う。このとき、レチクルとウェハの
間では、像が９０°回転されて露光転写され、レチクル
上での荷電粒子線の走査方向とウェハ上での荷電粒子線
の走査方向は９０°異なっている。このような荷電粒子
線の走査と、各ステージの移動を行うことにより、図１
に示すような方式の露光転写が可能となる。

【００２１】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３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。

【００２２】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。

【００２３】図４は、図３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。

【００２４】本発明の実施の形態においては、このう
ち、ウェハプロセッシング工程のの工程に本発明に係
る荷電粒子線露光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歩留良く製造することが
できる。

【００２５】

【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５は本発明の実施例で用いた電子線露光装置
の転写光学系の概要を示す図である。図示されない電子
線源からの電子線２は、レンズ群１のうちの照明光学系
レンズＡ、Ｂ等の作用により、レチクル３のサブフィー
ルドを照明する。サブフィールドに形成されたパターン
を通過した電子線２は、投影光学系を構成するレンズＣ
〜Ｑの作用により、レチクル３のパターンをウェハ４上
に結像する。なお、図５において、５は散乱線を吸収す
る散乱アパーチャ、６はシステム軸、７、８は偏向器、
９、１０はフェライトスタックである。

【００２６】この実施例においては、マスク３とウェハ
４の間の距離を400mmとし、マスク３における１mm角の
パターンがウェハ４上で0.25mm角になるようにレンズ群
１の励磁電流を設定し、４分の１の縮小露光転写を行っ
た。以下の評価は、開き角６mradのビームでレチクル上
のパターンをシステム軸６を中心とするウェハ４面上の
位置に照射して行った。

【００２７】この光学系において、レンズ群１を構成す
る１７個の小レンズＡ〜Ｑの励磁電流の最適化を行い、
像の回転量が180°となる条件下における最適化結果を
比較例とし、像の回転量が180°以外の、０°、90°、2
70°のいずれかとなってもよい条件下における最適化結
果を実施例とした。最適化においては、縮小転写倍率が
1/4であること、マスク・ウェハ面に対するビームの射
出入角度が 0.1mrad 以下であることを条件とした。実
施例において像の回転量を０°、90°、270°に限定し
たのは、レチクルステージとマスクステージの相対回転
関係をこのような値に保てば、電子線露光装置の機械的
な設計が容易であると考えたからである。もちろん、本
発明の範囲が、このような像の回転量に限定されるもの
ではない。

【００２８】小レンズであるシステム軸と同軸な円形コ
イルの寸法は、１７個とも共通であり、その鉛直方向の
長さは18mm、内側半径は20mm、外半径は40mmである。

【００２９】実施例、比較例の最適化の結果として得ら
れた励磁電流と、対応する光学系の収差を表１に示し
た。このときの実施例における像の回転量は90°であ
る。表１において、レンズの鉛直方向位置は、レチクル
位置を原点とし、光軸のウェハ側を正として表してい
る。

【００３０】表１を見ると、実施例の場合、球面収差が
比較例に対して大幅に小さくなっていると共に、ボケの
量も小さくなっていることが分かる。他の収差について
は、大同小異である。歪みについては、実施例の方が大
きくなっているが、４nm以下であれば問題とならない量
であるので、実施例の量であっても問題はない。

【００３１】このように、本実施例においては、露光転
写における収差を大幅に低減することができた。また、
このようにレンズ場に課する制約条件が緩まった分だ
け、その自由度を光学系の収差の低減に振り分けること
ができる。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明においては、小さな軸上収差で露光転写を行うことが
でき、露光転写精度を上げることができる。

【００３４】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】レチクル上に形成されたパターンとウェハ上に
転写されたパターンの関係を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態における、荷電粒子線の偏
向順序と、レチクルステージとウェハステージの移動方
法とを示す図である。

【図３】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４】リソグラフィー工程を示すフローチャートであ
る。

【図５】本発明の実施例で用いた電子線露光装置の転写
光学系の概要を示す図である。

【図６】分割露光の単位を表す図である。

【図７】分割露光方式を示す概要図である。

【符号の説明】

１…レンズ群 ２…電子線 ３…レチクル ４…ウェハ ５…散乱アパーチャ ６…システム軸 ７、８…偏向器 ９、１０…フェライトスタック Ａ〜Ｑ…レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H097 CA16 LA10 5C033 JJ01 5C034 BB02 BB07 BB08 5F056 AA20 CB25 CB30 CB31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子線を用いて、マスク、又はレチ
   クル上のパターンを感応基板面上に露光転写する方式の
   荷電粒子線露光装置であって、マスク又はレチクル上の
   パターンと、感応基板上に形成されるその像のパターン
   の相対回転量が、180°以外の値とされていることを特
   徴とする荷電粒子線露光装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の荷電粒子線露光装置を
   使用して、マスク、又はレチクル上のパターンを感応基
   板面上に露光転写する工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。