JP2002319532A - 荷電粒子線露光装置及びデバイスの製造方法並びに荷電粒子線応用装置 - Google Patents
荷電粒子線露光装置及びデバイスの製造方法並びに荷電粒子線応用装置Info
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Abstract
ルチ荷電粒子線露光装置を提供する。 【解決手段】荷電粒子線を放射する荷電粒子源ESと、
荷電粒子源ESからの荷電粒子線を複数の荷電粒子線に
分割する複数の開口が配列されたアパーチャアレイAA
と、アパーチャアレイAAからの複数の荷電粒子線によ
り略同一平面上に荷電粒子線源ESの複数の中間像を形
成するための複数の電子レンズが配列されたレンズアレ
イLAと、複数の中間像が形成される平面上に位置し、
複数のブランカーを有するブランカーアレイBAと、荷
電粒子源ESの像を基板に縮小投影する縮小電子光学系
とを有する。
Description
置及びデバイスの製造方法並びに荷電粒子線応用装置に
係り、特に、複数の荷電粒子線を利用して基板にパター
ンを描画する荷電粒子線露光装置及びそれを利用したデ
バイスの製造方法、並びに荷電粒子線応用装置に関す
る。
スポット状にして使用するポイントビーム型、サイズ可
変の矩形にして使用する可変矩形ビーム型、所望形状の
ビーム通過孔を有するステンシルマスクを作成してお
き、そのステンシルによってビームを所望形状にして使
用するステンシルマスク型等がある。
成するのに適しているが、非常にスループットが低いの
で、研究開発用にしか使用されない。可変矩形ビーム型
は、これより1〜2桁スループットが高いが、100nm程
度の微細パターンが高集積度で詰まったパターンを描画
する場合には、やはりスループットが低い。
して、2次元ブランキングアパーチャアレーを利用した
露光方法がある(例えば、実公昭56−19402号公報参
照)。これは、シリコン等の半導体結晶基板にビーム通
路用の複数の開口を2次元的に多数配置し、各開口の両
端に一対のブランキング電極を形成し、該電極間に電圧
を印加するか否かをパターンデータに従って制御する方
法である。すなわち、この方法では、複数の開口を各々
通過した複数のビームを直進させるか偏向させるかを個
別に制御することにより、該複数のビームを試料に照射
するか否かを個別に制御する。例えば、開口の両端の電
極のうち一方の電極をグランドに落とし、他方の電極に
電圧を印加すると、該開口を通過した電子ビームは偏向
されるので、ブランキングアパーチャアレーの下部に設
置されたアパーチャストップで遮断されてビームが試料
に照射されない。又、他方の電極に電圧を印加しない
と、開口を通過した電子ビームは偏向されないので、ブ
ランキングアパーチャアレーの下部に設置されたアパー
チャストップで遮断されずにビームが試料面に照射され
る。
レーの構成を概略的に示す図である。2次元ブランキン
グアパーチャアレーでは、複数の開口(AP)が2次元に
配置されており、各々の開口には一対の電極(EL)が形
成されている。2次元ブランキングアパーチャアレーに
は、複数の開口の電極に印加する電圧をパターンデータ
に従って個別に制御するための配線及び素子が形成され
ている。例えば、開口(AP)は、直径が20μm、配列
ピッチが100μmであり、電極(EL)は、厚さが10μ
m、幅が10μm、長さ(深さ方向)が50μm程度で
ある。
ビームで走査して、100nmの線幅を有するパターン
を描画する際、試料上の電子ビームのサイズを25nm
以下にすることが必要とされている。
より、ブランカーアレイの開口の大きさは、10μm×
10μmが限界である。したがって、そのような開口で
形状が規定された電子ビームを縮小電子光学系で縮小し
て25nm以下にするには、縮小電子光学系の縮小倍率
を400倍にする必要があり、現実的に難しい。
のであり、その1つの側面は、縮小電子光学系を性能を
上げることなく、微小なパターンの描画を実現すること
を目的とする。
系の性能を上げることなく、複数の制御可能な微細な荷
電粒子線を得ることを目的とする。
複数の荷電粒子線を利用して基板にパターンを描画する
荷電粒子線露光装置に係り、荷電粒子線を放射する荷電
粒子源と、前記荷電粒子線源の複数の中間像を実質的に
1つの平面上に形成する電子光学素子と、前記複数の中
間像を各々形成している複数の荷電粒子線を遮断するか
否かを個別に制御する複数のブランカーが配列されたブ
ランカーアレイと、前記電子光学素子によって形成され
た中間像を基板上に縮小投影する縮小電子光学系とを備
え、前記ブランカーアレイは、前記平面上に配置されて
いることを特徴とする。
荷電粒子線露光装置は、前記ブランカーアレイと前記縮
小電子光学系との間に配置された補正レンズアレイを更
に備え、前記補正レンズアレイには、前記電子光学素子
によって形成される複数の中間像の虚像を前記縮小電子
光学系の収差に応じた位置に各々形成する複数の電子レ
ンズが配列されていることが好ましい。
ば、前記ブランカーアレイに配列された各ブランカー
は、遮断すべき荷電粒子線を偏向させる一方で遮断すべ
きでない荷電粒子線を偏向させず、前記補正レンズアレ
イは、前記ブランカーアレイに配列された複数のブラン
カーを各々通過した複数の荷電粒子線のうち偏向された
荷電粒子線を遮断する一方で偏向されなかった荷電粒子
線を通過させるストッパアレイを有することが好まし
い。
ば、前記ブランカーアレイに配列された各ブランカー
は、遮断すべき荷電粒子線を偏向させる一方で遮断すべ
きでない荷電粒子線を偏向させず、前記荷電粒子線露光
装置は、前記ブランカーアレイに配列された複数のブラ
ンカーを各々通過した複数の荷電粒子線のうち偏向され
た荷電粒子線を遮断する一方で偏向されなかった荷電粒
子線を通過させるストッパアレイを更に備えることが好
ましい。
ば、前記電子光学素子は、前記荷電粒子線から放射され
る荷電粒子線を通過させる複数の開口が配列されたアパ
ーチャアレイと、前記複数の開口を各々通過した複数の
荷電粒子線により前記平面上に前記複数の中間像を形成
する複数の電子レンズが配列されたレンズアレイとを有
することが好ましい。
法に係り、基板に感光材を塗布する工程と、上記の荷電
粒子線露光装置により前記感光材が塗布された基板にパ
ターンを描画する工程と、パターンが描画された前記基
板上の感光材を現像する工程とを含むことを特徴とす
る。
置に係り、荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、前記荷
電粒子線源の複数の中間像を実質的に1つの平面上に形
成する電子光学素子と、前記複数の中間像を各々形成し
ている複数の荷電粒子線を遮断するか否かを個別に制御
する複数のブランカーが配列されたブランカーアレイ
と、前記電子光学素子によって形成された中間像を基板
上に縮小投影する縮小電子光学系とを備え、前記ブラン
カーアレイは、前記平面上に配置されていることを特徴
とする。
一例として、以下では電子ビーム露光装置の例を示す。
なお、本発明は、電子ビームを利用する露光装置に限ら
れず、例えばイオンビームを利用する露光装置にも同様
に適用できる。
子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。
のソースとして電子銃1が採用されている。電子銃1
は、カソード1a、グリッド1b、アノード1cよりなり、
カソード1aから放射された電子は、グリッド1bとアノー
ド1cとの間でクロスオーバ像を形成する。以下では、こ
のクロスオーバ像を電子源ESという。
ンデンサーレンズ光学系2によりほぼ平行な電子ビーム
にされた後にマルチビーム形成光学系3に照射される。
コンデンサーレンズ2は、典型的には3枚の開口電極か
らなる電子レンズ(ユニポテンシャルレンズ)で構成さ
れる。
って、電子銃1側から順に配置された、アパーチャアレ
イAA、デフレクターアレイDA、レンズアレイLA、ブラン
カーアレイBA、補正レンズアレイCLAで構成される。マ
ルチビーム形成光学系3の詳細な構成については後述す
る。
中間像を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学
系4によってウエハ(試料)5上に縮小投影され、これ
によりウエハ5上に電子源ESの像が形成される。
3)と第2投影レンズ42(44)とからなる対称磁気ダブレッ
トで構成される。第1投影レンズ41(43)の焦点距離をf
1、第2投影レンズ42(44)の焦点距離をf2とすると、こ
の2つのレンズ間距離はf1+f2になっている。光軸上AX
上の物点は第1投影レンズ41(43)の焦点位置にあり、そ
の像点は第2投影レンズ42(44)の焦点位置にある。この
像は-f2/f1に縮小される。また、2つのレンズ磁界を互
いに逆方向に作用する様に決定することにより、理論上
は、球面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面
湾曲収差、軸上色収差の5つの収差を除いて他のザイデ
ル収差および回転と倍率に関する色収差が打ち消され
る。
の複数の電子ビームを偏向させて、複数の電子源ESの像
をウエハ5上でX,Y方向に略同一の変位量だけ変位させ
る。偏向器6は、図示はされていないが、偏向幅が広い
場合に用いられる主偏向器と、偏向幅が狭い場合に用い
られる副偏向器とで構成されており、主偏向器は典型的
には電磁型偏向器で、副偏向器は典型的には静電型偏向
器である。
器6を作動させた際に発生する偏向収差による電子源ES
の像のフォーカス位置のずれを補正し、ダイナミックス
ティグコイル8は、偏向により発生する偏向収差の非点
収差を補正する。
軸AX(Z軸)方向とZ軸回りの回転方向とに運動する。
θ-Zステージ9には、ステージ基準板10が固設されて
いる。
軸AX(Z軸)と直交するXY方向に移動させる。
ステージ基準板10上のマークが照射された際に生じる反
射電子を検出する。
ビーム露光装置に搭載されたマルチビーム形成光学系3
について説明する。
系3は、典型的には、アパーチャアレイAA、デフレクタ
ーアレイDA、レンズアレイLA、ブランカーアレイBA、補
正レンズアレイCLAで構成される。
が形成されたものである。コンデンサーレンズ2によっ
てほぼ平行にされた1つの電子ビームは、これらの複数
の開口を通過する際に複数の電子ビームに分割される。
イAAで分割された複数の電子ビームを個別に偏向する偏
向器を一枚の基板上に複数形成したものである。この基
板は、複数の開口を有する。また、この基板には、各開
口を挟んでそれぞれ4対の電極が設けられている。つま
り、各開口には、偏向機能を有する8極の偏向電極が設
けられている。また、この基板上には、偏向電極を個別
に動作させための配線が形成されている。
の開口電極を有する3枚の基板で構成される。そして、
上、中、下の各々1つの開口電極で1つの電子レンズ
(いわゆるユニポテンシャルレンズ)が構成される。す
なわち、レンズアレイLAは、二次元的に配列された複数
の電子レンズを有する。これらの複数の電子レンズの光
学特性(焦点距離等)が同一になるように、上、中、下
の開口電極には各々同一の電位が与えられる。
を個別に偏向させる複数の偏向器を1枚の基板上に形成
したものである。その1つの偏向器の詳細を図3に示
す。基板31には、開口APと、該開口APを挟んだ一対の偏
向電極32とが設けられている。また、基板31には、複数
の偏向電極32を個別に制御して複数の電子ビームの偏向
を個別に制御するための配線(W)が形成されている。
数の電子レンズを2次元的に配列して形成された電子レ
ンズアレイである第1電子レンズアレイALA1及び第2電
子レンズアレイALA2と、ストッパアレイSAとで構成さ
れる。
する図である。第1電子レンズアレイALA1は、複数の開
口に各々対応して形成された複数のドーナツ状電極が配
列された3枚の電極、すなわち上部電極板UE、中間電極
板CE、下部電極板LEを有する。3枚の電極板は絶縁物を
介在させて積層されている。XY座標が共通の上、中、下
電極板の各ドーナツ状電極が、一つの電子レンズ(いわ
ゆるユニポテンシャルレンズ)ULとして機能する。各電
子レンズULの上、下電極板のドーナツ状電極の全てが共
通の配線(w)でCLA制御回路111に接続され、同一
の電位に設定されている。なお、この例では、上部、下
部のドーナツ状電極の電位は、電子ビームの加速電位と
して作用する。
ツ状電極は、個別の配線(w)でCLA制御回路111に接続
され、各々所望の電位に設定されている。これにより、
各電子レンズULの電子光学的パワー(焦点距離)を所望
の値に設定することができる。第2電子レンズアレイAL
A2も第1電子レンズアレイALA1と同様の構造及び機能
を有する。
と同様の構造を有する。
形成光学形3の機能について説明する。コンデンサーレ
ンズ2を通過した略平行な電子ビームは、アパーチャア
レイAAによって、複数の電子ビームに分割される。分割
された複数の電子ビームは、それらに各々対応する、レ
ンズアレイLAの複数の電子レンズを介して、ブランカー
アレイBA上に、電子源ESの複数の中間像を形成する。こ
れらの中間像は、アパーチャアレイAAの開口やデフレク
ターアレイDAの開口のサイズではなく、電子源(クロス
オーバ像)ESのサイズに依存する。そして、電子源ESの
サイズを小さくすることは比較的容易であるため、ウエ
ハ5上に形成される電子源ESの像のサイズを例えば25
nm以下にすることができる。レンズアレイLAの複数の
電子レンズにより、電子源ESの複数の中間像(実像)が
略同一平面上に形成され、その平面上にブランカーアレ
イBAの偏向点が位置するようにブランカーアレイBAが配
置されている。
た複数の電子ビームは、それらに各々対応する補正レン
ズアレイCLAの複数の電子レンズを介して、縮小電子光
学系4に入射する。ここで、補正レンズアレイCLAに配
列された各電子レンズULは、ブランカーアレイBAの面
内に形成されている電子源ESの複数の中間像の虚像を形
成する。すなわち、2つのレンズからなる各電子レンズ
ULの前側焦点位置から外れた位置に電子源ESの中間像が
形成される。さらに、電子ビームが縮小電子光学系4を
通過する際に生じる像面湾曲をキャンセルする位置にそ
れらの中間像(実像)の虚像が形成されるように、各電
子レンズULを構成する2つのレンズの焦点距離が調整
される。
ムは、補正レンズアレイCLA内に設けられたストッパア
レイSAによって遮断されるため、ウエハ5には照射され
ない。一方、ブランカーアレイBAで偏向されない電子ビ
ームは、補正レンズアレイCLA内に設けられたストッパ
アレイSAによって遮断されないため、ウエハ5には照射
される。
子ビーム露光装置のシステム構成を説明する。DA制御回
路110は、デフレクターアレイDAを構成する複数の偏
向器(偏向電極)を個別に制御する制御回路、CLA制御
回路111は、補正レンズアレイCLAを構成する複数の
電子レンズULの焦点距離を個別に制御する制御回路、BA
制御回路111は、ブランカーアレイBAを構成する複数
のブランキング電極のon/offを個別に制御する制御回路
である。
ィグコイル8を制御して縮小電子光学系4の非点収差を制
御する制御回路、D_FOCUS制御回路114は、ダイナミッ
クフォーカスコイル7を制御して縮小電子光学系4のフ
ォーカスを制御する制御回路、偏向制御回路115は偏向
器6を制御する制御回路、光学特性制御回路116は、縮
小電子光学系4の光学特性(倍率、歪曲)を調整する制
御回路である。反射電子検出回路117は、反射電子検
出器12からの信号より反射電子量を求める回路であ
る。
ージ9を駆動制御し、かつXYステージ11の位置を検
出するレーザ干渉計LIMと共同してXYステージ11の駆
動を制御する制御回路である。
描画パターンデータを含む)が記憶されたメモリ121か
ら該データを読み出してそれに基づいて、上記複数の制
御回路を制御する。制御系120は、インターフェース12
2を介して電子ビーム露光装置全体をコントロールするC
PU123によって制御される。
ム露光装置の露光動作について説明する。
タに基づいて、偏向制御回路115に命じ、偏向器6によっ
て、複数の電子ビームを偏向させるとともに、BA制御回
路115に命じ、ウエハ5に描画すべきパターン(描画パタ
ーンデータ)に応じてブランカーアレイBAの複数のブラ
ンキング電極を個別にon/offさせる。この時、XYステ
ージ11はy方向に連続移動しており、XYステージ11の
移動に対して複数の電子ビームが追従するように、偏向
器6によって複数の電子ビームを偏向させる。そして、
各電子ビームは、図6に示すように、ウエハ5上の対応
する要素露光領域(EF)を走査露光する。各電子ビーム
の要素露光領域(EF)は、2次元に隣接するように設定
されており、その結果、同時に露光される複数の要素露
光領域(EF)で構成されるサブフィールド(SF)が同時
に露光される。
後、次のサブフィールド(SF2)を露光する為に、偏向制
御回路115に命じ、偏向器6によって、ステージ走査方向
(y方向)と直交する方向(x方向)に複数の電子ビー
ムを偏向させる。この時、偏向によってサブフィールド
が変わることにより、各電子ビームが縮小電子光学系4
を介して縮小投影される際の収差も変わる。そこで、制
御系120は、LAU制御回路112、D_STIG制御回路113、及び
D_FOCUS制御回路114に命じ、変化した収差を補正するよ
うに、レンズアレイユニットLAU、ダイナミックスティ
グコイル8、及びダイナミックフォーカスコイル7を調
整する。そして、再度、前述したように、各電子ビーム
が対応する要素露光領域(EF)を露光することにより、
サブフィールド2(SF2)を露光する。そして、図6に示
すように、サブフィールド(SF1〜SF6)を順次露光して
ウエハ5にパターンを露光する。その結果、ウエハ5上に
おいて、ステージ走査方向(y方向)と直交する方向
(x方向)に並ぶサブフィールド( SF1〜SF6)で構成
されるメインフィールド(MF)が露光される。
ド1(MF1)を露光後、偏向制御回路115に命じ、順次、
ステージ走査方向(y方向)に並ぶメインフィールド
(MF2、MF3、MF4…)に複数の電子ビームを偏向させる
と共に露光し、その結果、図6に示すように、メインフ
ィールド( MF2、 MF3、MF4…)で構成されるストライ
プ(STRIPE1)を露光する。そして、 XYステージ11を
x方向にステップさせ、次のストライプ(STRIPE2)を
露光する。
る本発明の露光装置を利用したデバイスの生産方法を説
明する。
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。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(露光制御データ作成)では設計した回路パタ
ーンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。
一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料
を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセ
ス)は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御データが
入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技
術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステ
ップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によ
って作製されたウエ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6(検査)ではステップ5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7)される。
を示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン
打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では上記説明した露光装置によって回
路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ17(現
像)では露光したウエハを現像する。ステップ18(エ
ッチング)では現像したレジスト像以外の部分を削り取
る。ステップ19(レジスト剥離)ではエッチングが済
んで不要となったレジストを取り除く。これらのステッ
プを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路
パターンが形成される。
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コスト
に製造することができる。
に示すような構成により生成される複数の荷電粒子線を
用いて、半導体基板上に形成されたパターンの寸法を計
測する測長装置、パターンの状態を観察する顕微装置並
びにパターンの欠陥を検査する検査装置等の荷電粒子線
応用装置が上げられる。
縮小電子光学系の性能を上げずに、微小なパターンの描
画が可能な荷電粒子線描画装置を提供することができ
る。また、この装置を利用してデバイスを製造すれば、
従来以上に高精度なデバイスを製造することができる。
れる複数の荷電粒子線により短時間で測長、観察、検査
を行うことが可能になる。
の概略構成を示す図である。
成を説明する図である。
る図である。
る。
を説明する図である。
る。
アレイを説明する図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 複数の荷電粒子線を利用して基板にパタ
ーンを描画する荷電粒子線露光装置であって、 荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、 前記荷電粒子線源の複数の中間像を実質的に1つの平面
上に形成する電子光学素子と、 前記複数の中間像を各々形成している複数の荷電粒子線
を遮断するか否かを個別に制御する複数のブランカーが
配列されたブランカーアレイと、 前記電子光学素子によって形成された中間像を基板上に
縮小投影する縮小電子光学系と、 を備え、前記ブランカーアレイは、前記平面上に配置さ
れていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。 - 【請求項2】 前記ブランカーアレイと前記縮小電子光
学系との間に配置された補正レンズアレイを更に備え、
前記補正レンズアレイには、前記電子光学素子によって
形成される複数の中間像の虚像を前記縮小電子光学系の
収差に応じた位置に各々形成する複数の電子レンズが配
列されていることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒
子線露光装置。 - 【請求項3】 前記ブランカーアレイに配列された各ブ
ランカーは、遮断すべき荷電粒子線を偏向させる一方で
遮断すべきでない荷電粒子線を偏向させず、 前記補正レンズアレイは、前記ブランカーアレイに配列
された複数のブランカーを各々通過した複数の荷電粒子
線のうち偏向された荷電粒子線を遮断する一方で偏向さ
れなかった荷電粒子線を通過させるストッパアレイを有
することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の荷
電粒子線露光装置。 - 【請求項4】 前記ブランカーアレイに配列された各ブ
ランカーは、遮断すべき荷電粒子線を偏向させる一方で
遮断すべきでない荷電粒子線を偏向させず、 前記荷電粒子線露光装置は、前記ブランカーアレイに配
列された複数のブランカーを各々通過した複数の荷電粒
子線のうち偏向された荷電粒子線を遮断する一方で偏向
されなかった荷電粒子線を通過させるストッパアレイを
更に備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
載の荷電粒子線露光装置。 - 【請求項5】 前記電子光学素子は、 前記荷電粒子線から放射される荷電粒子線を通過させる
複数の開口が配列されたアパーチャアレイと、 前記複数の開口を各々通過した複数の荷電粒子線により
前記平面上に前記複数の中間像を形成する複数の電子レ
ンズが配列されたレンズアレイと、 を有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいず
れか1項に記載の荷電粒子線露光装置。 - 【請求項6】 デバイスの製造方法であって、 基板に感光材を塗布する工程と、 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の荷電粒子
線露光装置により前記感光材が塗布された基板にパター
ンを描画する工程と、 パターンが描画された前記基板上の感光材を現像する工
程と、 を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。 - 【請求項7】 荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、 前記荷電粒子線源の複数の中間像を実質的に1つの平面
上に形成する電子光学素子と、 前記複数の中間像を各々形成している複数の荷電粒子線
を遮断するか否かを個別に制御する複数のブランカーが
配列されたブランカーアレイと、 前記電子光学素子によって形成された中間像を基板上に
縮小投影する縮小電子光学系と、 を備え、前記ブランカーアレイは、前記平面上に配置さ
れていることを特徴とする荷電粒子線応用装置。
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