JP2004071786A - 荷電粒子線露光装置及び荷電粒子線露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンの転写精度や重ね合わせ精度を向上させた荷電粒子線露光方法及び装置を提供する。
【解決手段】レチクルステージ１１の静電チャック１３の上面の３ヶ所にＺ方向に延びる穴５１が開けられている。これらの穴５１内には、バネ５５で上方に付勢されたピン状のアース端子５３が配置されている。シリコン製のレチクル１０をレチクルステージ１１に載置する際に、アース端子５３をレチクル１０の表面に押し当てると、レチクル１０は静電チャック１３に静電吸着されるとともに、ピン状アース端子５３の先端がレチクル１０の酸化層１０ｃを突き破ってシリコン支持基板１０ａに達する。これにより、レチクル１０を確実にアースさせることができ、レチクルのチャージアップを防ぎ、ビームドリフトやフォーカスのズレを発生させない。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィに使用される荷電粒子線露光方法及び装置に関する。特には、レチクルの帯電に伴うパターン精度不良を防止しうるよう改良を加えたレチクルステージを備えた荷電粒子線露光装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデバイスパターンの微細化・高集積化に伴い、電子ビーム（ＥＢ）を用いた露光技術の開発が盛んになってきている。特に７０ｎｍノードに向けたリソグラフィ技術の開発として、電子線縮小投影露光方法（ＥＰＬ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）の他、等倍プロキシミティ転写露光法を特徴とするＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅ−ｂｅａｍ　Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、あるいは、Ｆ２レーザを光源とする光ステッパ等が開発されつつある。この内、ＥＰＬは高いスループットもねらえ、メモリ量産にも対応できるため、特に注目されている。また、ＥＰＬは、レチクル上の回路パターンをスキャニングしながら縮小転写してウェハ（感応基板）上に焼き付けることが可能で、７０ｎｍノード以降のデバイス作製に対応する量産技術として有望視されている。このＥＰＬには、ＰＲＥＶＡＩＬあるいはＳＣＡＬＰＥＬ（登録商標）と呼ばれる電子光学系あるいはシステム技術が報告されている。
【０００３】
このようなＥＢ露光技術は、単純な基本図形アパーチャのパターンを重ね合わせて所望のパターンを形成するセルプロジェクション等の従来の直接描画技術の延長と異なり、所望のパターンの拡大パターンをレチクルパターン（原版パターン）として、そのレチクルパターンをそのまま縮小投影露光してデバイスパターンを形成する。この技術には、レチクルを用いた縮小転写方法、及び、大口径ビームの照射が可能なＥＢ光学系が採用されている。これらの技術により、スループットを格段に向上させることができる。そして、パターンが形成されたレチクルを複数の小領域（サブフィールド）に分割し、サブフィールド毎に一括して露光していく方式（分割露光方式）が考え出された。
【０００４】
このような方式の露光装置に用いられるレチクルの一種として、散乱ステンシル型レチクルがある。散乱ステンシル型レチクルの基本構造は、電子散乱体となるメンブレンと、このメンブレンの保持構造とからなる。そして、メンブレンに、転写すべきパターンの個別要素図形の形状に対応したパターン開口が形成される。分割転写露光方式においては、電子線が１回露光されるサブフィールドの大きさは１ｍｍ角程度であり、レチクル全体に１ｍｍ角程度のメンブレンが多数配列されている。
【０００５】
このレチクルに電子線を照射すると、電子線はパターン部分である開口から透過し、非パターン部である電子散乱体では電子線を散乱させて透過させない。電子散乱体で散乱された電子は、散乱制限アパーチャでカットされ、ウェハ面上には開口を透過した電子のみが届く。そして、ウェハ上に散乱されなかった電子線を結像させてパターンのコントラストを得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら荷電粒子線を用いてウェハ上に投影を露光した場合、隣り合うサブフィールドの露光像の位置がずれたり、フォーカスレベルが管理範囲から外れることがあり、パターンの転写精度が劣化する。
【０００７】
この主な原因として、１）ウェハやレチクルのチャージアップとノイズ、２）装置補正係数（収差補正レンズ等の調整係数）の間違い、が挙げられる。この中で、２）装置補正係数の間違いは、装置性能に依存するものであってウェハ全面に影響し、ウェハの一部に発生するものではない。一方、ウェハ全面のほとんどが正常に露光されて、一部に露光位置のずれやフォーカスのずれが発生するのは、１）の「ウェハやレチクルのチャージアップ」によるものと考えられる。つまり、ウェハやレチクルがチャージアップして、ビームドリフトが起こって位置ずれが生じたり、ビーム軌道が変動してビーム毎の速度偏差が発生してボケる（フォーカスが外れる）ことがあると考えられる。
【０００８】
一般に、レチクルはシリコンウェハをベースとしたレチクルブランクス基板から作製される。レチクルブランクス基板は十分な導電性を有し、露光操作時には、レチクルステージへ面で接触してアースされていることを前提としている。しかし、レチクルは、使用状態や保存状態によっては表面（シリコン薄膜層側）が汚れることがある。また、シリコン製のレチクルを大気中で保存すると、シリコン表面が酸化する。表面が汚れたり酸化したレチクル表面をレチクルステージに面接触させても、両者の間に十分な導通が得られないため、レチクルが安定にアースされなくなる。この結果、レチクルのチャージアップが発生し、ビームドリフトやフォーカスのずれが発生する場合があり得る。
なお、ビームドリフトは、電磁ノイズや電磁波等の外的要因によっても発生する。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、パターンの転写精度や重ね合わせ精度を向上させた荷電粒子線露光方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の荷電粒子線露光装置は、　感応基板上に転写すべきデバイスパターンを有するレチクルを荷電粒子線照明する照明光学系と、　該レチクルを載置して移動・位置決めするレチクルステージと、　前記レチクルを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影結像する投影光学系と、　前記感応基板を載置して移動・位置決めする感応基板ステージと、を具備する荷電粒子線露光装置であって、　前記レチクルの表面に押し当てられる突起状のアース端子が前記レチクルステージ上に設けられていることを特徴とする。
レチクルをレチクルステージに載置する際に、突起状のアース端子をレチクルの表面に押し当てることにより、レチクルとレチクルステージとを確実に導通させて、レチクルをアースさせることができる。このため、レチクルのチャージアップを防ぎ、ビームドリフトやフォーカスのズレを発生させない。
【００１１】
本発明においては、　前記レチクルがシリコン基板からなり、前記アース端子が該シリコン基板の表面酸化膜を突き破って安定したアースを取ることとすれば、確実にレチクルをアースできる。
【００１２】
本発明においては、　前記レチクルがアースされたことを確認する手段をさらに備えることとすれば、レチクルがアースされたことを確実に知ることができる。
【００１３】
本発明の荷電粒子線露光方法は、　感応基板上に転写すべきデバイスパターンをシリコン基板からなるレチクル上に形成し、　該レチクルを荷電粒子線照明し、　該レチクルを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影して前記パターンを転写する荷電粒子線露光方法であって、　前記レチクルを載置して移動・位置決めするレチクルステージに突起状のアース端子を設け、　該アース端子を前記レチクルのシリコン基板の表面酸化膜を突き破らせることにより、該レチクルを安定してアースすることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、　前記レチクルがアースされたことを確認後、露光操作を行うこととしてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、図２を参照して荷電粒子線露光装置の構成を説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。この図は、分割転写方式の荷電粒子線露光装置を示す。
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。
【００１６】
二段目のコンデンサレンズ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、レチクル（マスク）１０の一つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９によってレチクル１０に結像される。
【００１７】
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、ビームがレチクル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（照明光学系の主偏向器）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４の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあるレチクル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、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、レチクル１０上にビーム成形開口４を結像させる。
【００１８】
レチクル１０は、実際には光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっている。レチクル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。もちろん、複数のレチクルに１個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置しても良い。レチクル１０上のパターンは、多数のサブフィールドに分割されている。
【００１９】
レチクル１０は、移動可能なレチクルステージ１１上に載置されており（詳細後述）、レチクル１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル上の各サブフィールドを照明することができる。
レチクルステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、レチクルステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
【００２０】
レチクル１０の下方には、投影レンズ１５及び１９並びに投影光学系の主偏向器（像位置調整偏向器）１６が設けられている。レチクル１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、主偏向器１６によって感応基板（ウェハ）２３上の所定の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。
【００２１】
レチクル１０とウェハ２３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。コントラスト開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断する。
【００２２】
ウェハ２３は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。上記レチクルステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。
【００２３】
ウェハ２３の直上には、反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えばレチクル１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、レチクル１０とウェハ２３の相対的位置関係や電子線（ビーム）の性状を知ることができる。
【００２４】
上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。また、レチクルステージ１１及びウェハステージ２４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。
【００２５】
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差を把握し、その誤差を主偏向器１６で補正する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に合わせるよう制御できる。そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わされて、レチクル１０上のチップパターン全体がウェハ２３上に転写される。
【００２６】
次に、図１の荷電粒子線露光装置のレチクル及びレチクルステージの構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置のレチクルステージ近傍を拡大して示す図である。
レチクル１０は、シリコン支持基板１０ａとシリコン薄膜層１０ｂとを有するレチクルブランクスから作製される。そして、このレチクルブランクスからシリコン支持基板を部分的に除去して残されたシリコン薄膜層１０ｂがメンブレン４１となり、除去されなかったシリコン支持基板１０ａが保持構造（メインストラット４５とマイナーストラット４７）となる。このメンブレン４１にサブフィールドのパターン形状に対応した形状のパターン開口４３が形成される。
このシリコン薄膜層１０ｂの表面（図の下面）が酸化して、酸化層１０ｃが形成されることがある。
【００２７】
レチクル１０は、通常、シリコン支持基板１０ａを上側（電子銃側）、シリコン薄膜層１０ｂを下側（感応基板側）として、レチクルステージ１１の静電チャック１３上に静電吸着により保持されている。このとき、レチクル１０のメインストラット４５の部分の下面側（シリコン薄膜層１０ｂ側）が静電チャック１３に面で接触する。静電チャック１３とレチクルステージ１１とは導通しており、レチクルステージ１１は鏡筒を介してアースされている。
【００２８】
静電チャック１３はリング状で、上面の周囲に沿って複数箇所（この例では３ヶ所）に、Ｚ方向に延びる穴５１が開けられている。これらの穴５１内には、ピン状のアース端子５３が配置されている。アース端子５３は、導電性の材料で作製され、先端（上側）が先細のピン状で、基端は平坦である。そして基端と穴５１の底との間には、導電性材料で作製されたバネ５５が介装されている。アース端子５３はバネ５５によって、先端が静電チャック１３の上面より上方につき出すように付勢されている。
【００２９】
レチクル１０をレチクルステージ１１の静電チャック１３に載置すると、レチクル１０は静電チャック１３に静電吸着されるとともに、ピン状アース端子５３の先端がレチクル１０の酸化層１０ｃを突き破ってシリコン支持基板１０ａに達する。これによりレチクル１０と静電チャック１３は、面同士のみでなくアース端子５３、バネ５５を介しても導通するため、レチクル１０を、静電チャック１３、レチクルステージ１１を介してアースさせることができる。これにより、レチクル表面（シリコン薄膜層１０ｂ）にゴミが付着したり、同表面が酸化した状態でも、レチクル本体は確実にアースできる。
【００３０】
静電チャック１３には、さらに、アース確認手段が設けられている。アース確認手段として、微小電流を流して、その抵抗値をモニターするテスター５７を使用できる。このテスター５７でレチクル１０が完全にアースされたことを確認した後、露光操作を行う。
【００３１】
次に、本発明の荷電粒子線露光方法の実施例について説明する。
まず、散乱ステンシルレチクルを作製した。レチクルブランクスとして、シリコン基板としてＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハを用い、応力制御用にボロンを適当量注入した。このＳＯＩウェハをエッチング等で処理して、メインストラット４５とマイナーストラット４７を作製し、レチクルブランクスとした。このレチクルブランクスのメンブレン上にＥＢレジスト（ＺＥＰ５２０）を厚さ０．５μｍで塗布し、ＥＢ描画機を使用して目的のパターンを描画した。
【００３２】
この散乱ステンシルレチクルを、露光装置としてニコンで開発されたＥＢステッパプロト機を用いて露光した。ここで同プロト機のレチクルステージは、図１に示す構造を有する。同機の主要なスペックは、電子線加速電圧１００ｋＶ、縮小倍率４倍、一括露光エリア０．２５ｍｍ角とし、露光基板には８インチＳｉウェハ（Ｐ型、抵抗率４〜６Ωｃｍ、結晶軸（１００）面）を用いた。同８インチウェハは、上面に化学増幅型ＥＢレジストを０．３μｍ厚で塗布し、プリベーク処理を行った後、露光装置に搬送した。ＥＢレジストとして、住友化学株式会社製の化学増幅型ネガ型レジストＮＥＢシリーズ（登録商標）を用いた。
【００３３】
搬送後、ウェハとレチクルのアライメントを行った。ウェハ上にはＦＩＡマークを配し、レチクル重ね合わせアライメントを行った。その後、順次露光した。このときの電子線加速電圧１００ｋＶでの最適露光ドーズ量は約３０μＣ／ｃｍ^２であった。レチクル上ビーム電流は１５μＡで、レチクル開口率をレイヤー全体で約１０％としたため、ウェハ上ビーム電流は１．５μＡであった。
【００３４】
露光終了後、露光装置からウェハを取り出し、ホットプレートでＰＥＢ（ＰｏｓｔＥｘｐｏｓｕｒｅ　Ｂａｋｅ）処理した。処理温度は１００℃、処理時間は２分間である。その後、ウェハを現像した。現像液には２．３８ｗｔ％ＴＭＡＨを使用し、現像時間は１分間とした。続けて純水でリンス処理した。
【００３５】
現像後のウェハ上の露光パターンの解像性、サブフィールド重ね合わせ精度をＣＤ−ＳＥＭ機で観察して評価した。その結果、ウェハ全面の露光パターンにおいて安定した解像性が得られており、サブフィールド間の重ね合わせ精度も許容範囲内に収まっていることが確認された。
【００３６】
【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、ピン状のアース端子でレチクルとレチクルステージを導通させてレチクルをアースすることにより、レチクルを安定してアースでき、レチクルのチャージアップを防止できる。これにより、ビームドリフトやフォーカスのズレを防止でき、ウェハ全面で安定した解像性やサブフィールド間の重ね合わせ精度を向上できる。したがって、半導体デバイスの量産ラインの歩留まりを向上でき、デバイスを精度よく安価に製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置のレチクルステージ近傍を拡大して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【符号の説明】
１　電子銃　　　　　　　　　　　２、３　コンデンサレンズ
４　矩形開口　　　　　　　　　　５　ブランキング偏向器
７　ブランキング開口　　　　　　９　レンズ
８　照明ビーム偏向器　　　　　１０　レチクル（マスク）
１１　レチクルステージ　　　　　１３　静電チャック
１２　位置検出器　　　　　　　１５、１９　投影レンズ
１６　主偏向器　　　　　　　　１８　コントラスト開口
２２　反射電子検出器　　　　　２３　感応基板（ウェハ）
２４　ウェハステージ　　　　　２５　ステージ位置検出器
３１　コントローラ
４１　メンブレン　　　　　　　　４３　パターン開口
４５　メインストラット　　　　　４７　マイナーストラット
５１　穴　　　　　　　　　　　　５３　アース端子
５５　バネ　　　　　　　　　　　５７　テスター

Claims (5)

1. 感応基板上に転写すべきデバイスパターンを有するレチクルを荷電粒子線照明する照明光学系と、
   該レチクルを載置して移動・位置決めするレチクルステージと、
   前記レチクルを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影結像する投影光学系と、
   前記感応基板を載置して移動・位置決めする感応基板ステージと、
   を具備する荷電粒子線露光装置であって、
   前記レチクルの表面に押し当てられる突起状のアース端子が前記レチクルステージ上に設けられていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
2. 前記レチクルがシリコン基板からなり、前記アース端子が該シリコン基板の表面酸化膜を突き破って安定したアースを取ることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線露光装置。
3. 前記レチクルがアースされたことを確認する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子線露光装置。
4. 感応基板上に転写すべきデバイスパターンをシリコン基板からなるレチクル上に形成し、
   該レチクルを荷電粒子線照明し、
   該レチクルを通過した荷電粒子線を前記感応基板上に投影して前記パターンを転写する荷電粒子線露光方法であって、
   前記レチクルを載置して移動・位置決めするレチクルステージに突起状のアース端子を設け、
   該アース端子で前記レチクルのシリコン基板の表面酸化膜を突き破ることにより、該レチクルを安定してアースすることを特徴とする荷電粒子線露光方法。
5. 前記レチクルがアースされたことを確認後、露光操作を行うことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線露光方法。

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