JP2004172428A

JP2004172428A - 電子線装置及びその装置を用いたデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2004172428A
Application number: JP2002337401A
Authority: JP
Inventors: Takao Kato; 隆男加藤; Toru Satake; 徹佐竹; Shinji Nomichi; 伸治野路
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: JP4308504B2

Abstract

【課題】チップの寸法が変化しても、それに対応して隣接する光学系の光軸間の距離を容易に調整可能にした電子線装置を供給する。
【解決手段】複数の光学系を一列又は複数列に直線状に配置し、試料Ｗ上の複数のチップＣの並びの方向と上記光学系ＯＳが配列されたラインＡ−Ａとの成す角度を調整し、前記複数のチップの隣接するチップ間のピッチ寸法と、光学系のチップの配列方向へ投影した寸法がｍ：ｎ（ｍ、ｎは整数）の関係を有することにより、試料の評価或いは加工を行うことを特徴とする電子線装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は最小線幅０．１μｍ以下のパターンを形成したり、或いは評価したりする作業を高い信頼性と、高いスループットで行える電子線装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、それぞれが一つの電子光学系（光学系）を内蔵した複数個の鏡筒を一枚のウエハのような試料に対して配置し、一枚の試料に対して複数のチップを同時に描画したり、或いは複数のチップの検査等の評価を同時に行う方法及び装置は既知である。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０―１３４７５７
複数の光学系を配置した電子線装置を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
既知の上記のような描画方法或いは評価方法では、複数の光学系が全て異なるチップの同じ場所を描画したり或いは評価したりできれば、パターンデータの転送が楽で、そのためのメモリーも小容量で済み、装置を簡素化できる。更に、ダイシングライン上等のパターン形成不要な領域や、検査を行う必要のない場所を処理する時刻が各ビームでほぼ共通であれば、その領域をスキップできる利点があり、それだけ高スループット化が可能になる。
【０００５】
このためには、試料上のチップに描画すべき配列或いは試料上に形成されたチップの配列のピッチ（隣接するチップ間のピッチ）と、複数の光学系の隣接する光学系の光軸間の距離との間には簡単な整数比の関係が必要である。しかしながら、描画したいチップ或いは評価したいチップの寸法が変わると、このような関係が崩れ無駄が生じる問題がある。しかしながら、従来においては、このような問題を解決する方策は何ら採られていなかった。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するために成されたものであって、その目的とするところは、チップの寸法が変化しても、それに対応して隣接する光学系の光軸間の距離を容易に調整可能にした電子線装置を提供することである。
本発明の他の目的は、鉛直軸線を中心に旋回可能な支持部材上に複数の光学系を一列又は複数列配置し、その支持部材を旋回角度を調整することによってチップの寸法が変化しても、それに対応して隣接する光学系の光軸間の距離を容易に調整可能にした電子線装置を提供することである。
本発明の別の目的は、上記電子線装置を使用したデバイスの製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の光学系を一列又は複数列に直線状に配置し、試料の評価或いは加工を行う電子線装置において、試料上の複数のチップの並びの方向と上記光学系が配列されたラインとの成す角度を調整し、前記複数のチップの隣接するチップ間のピッチ寸法と、光学系のチップの配列方向へ投影した寸法がｍ：ｎ（ｍ、ｎは整数）の関係を有する点に特徴を有する。
【０００８】
上記電子線装置において、上記光学系がビーム成形開口或いはキャラクターマスクを有し、上記角度を調整変化させる時、上記ビーム成形開口或いは上記キャラクターマスクの光軸の回りの姿勢を調整変化させるようにしてもよい。また、上記光学系が複数のビームを発生させる機能を有し、上記角度を調整変化させる時、上記複数のビームを光軸の回りに回転可能にしてもよい。
更に、試料台を上記チップの一方の並びの方向に連続移動し、他の方向へはステップアンドリピート移動するようにしてもよい。
本願の他の発明は、上記電子線装置を使用してデバイスを製造するデバイスの製造方法である。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、試料としてのウエハＷに対する本発明の電子線装置における電子光学系（以下光学系）の配置を示す図である。ここで、ウエハＷのサイズを３０．４８ｃｍ（１２インチ）とし、チップのサイズが１６ｍｍ×３２ｍｍの矩形であるとすると、ウエハＷにはチップＣが図に示されるように、Ｘ軸に沿う方向（以下Ｘ軸方向）に１４列、Ｙ軸に沿う方向（以下Ｙ軸方向）に７列配置される。一方、電子線装置の複数の光学系は、隣接する光学系の光軸間の間隔Ｌが３６ｍｍ（Ｌ＝３６ｍｍ）で配置可能であるとすると、ＯＳ１からＯＳ１４の１４台の光学系を配置することができ、その光学系の光軸をＯａｘ１〜Ｏａｘ１４とすると、図３のようになる。ウエハＷを載置したステージ装置の載置台をＹ軸に沿う方向に連続移動させ、Ｘ軸方向にはステップ・アンド・リピートの移動（Ｘ軸方向の１回の走査幅は非常に狭いので、１列（Ｙ軸方向に）に並んだチップＣにつき複数回ステップ移動して走査を行う移動）を行わせて、例えば、チップの欠陥検査のような評価を行うとする。また、光学系ＯＤ１ないしＯＤ１４のが配列されている配列ラインＡ−ＡとＸ軸との成す角度をθとする。各チップの内部には詳細に検査をしたい領域ａ１と粗い検査で十分な領域ａ２があるとすると、全ての光学系が詳細に検査したい領域ａ１をそろって検査しているという状況が最も効率が良いので、Ｘ軸上に投影した隣接する光学系の光軸間の距離が隣接するチップ間のＸ軸方向のピッチＰｘに等しくすれば良いことになる。
この場合、隣接する光学系の光軸間の距離をＬとすると、
【数１】

となる。
なお、上記式においてＸ軸方向の隣接チップ間のピッチＰｘを２０ｍｍとしたのは、チップのＸ軸方向の寸法を１６ｍｍとし、隣接するチップ間の間隔を４ｍｍに取ったためである。
【００１０】
従来の複数の光学系の配列方式では、Ｘ軸に沿って配置されているので、Ｎ_１で示されたように７台の光学系しか配置できない。従来の場合では載置台をＹ軸方向にＬｙ_１＝２８０ｍｍ移動させるのみでよいが、本発明の方法ではＬｙ_１＝４９０ｍｍ移動させる必要がある。これは、図１から明らかなように、電子線装置の配列ラインＡ−Ａが一番左下端のチップＣの左下端にかかる位置と一番右上端のチップＣの右上端にかかる位置との間でＹ軸方向に移動する必要があるからである。しかしながら、光学系の台数が従来の７台に比べて２倍の１４台になるので、スループットを大きくできる。
【００１１】
次に、チップ間のＸ軸方向のピッチが２０ｍｍではなく２５ｍｍのウエハを検査する場合には、
【数２】

とすれば良いことになる。
【００１２】
θを可変にする具体的な方法は、例えば、図２に示されるように、全ての光学系を、ウエハをＸ軸に沿った方向及びＹ軸に沿った方向に移動させるステージ装置３０の鉛直の中心軸線（載置台が基準位置にあるときの載置台及びウエハの中心を通る軸線）を中心とする円周上にあるノック溝４１内で移動可能な一対のノックピン４２に支持台４３を設けて、その支持台を前記中心軸心Ｏを中心として旋回可能にし、その支持台に上記複数台（この実施形態では１４台）の光学系を配置すればよい。このような狭い間隔で光学系を配置するには、複数枚のセラミック基板をＺ軸に沿う方向（紙面に垂直な方向で以下Ｚ方向）に所定の間隔で隔てて配置し、そのセラミック基板に複数の光学系を直接形成することにより可能になり、この場合には、複数のセラミック基板に光学系の個数に相当する個数の穴をＺ軸方向に整合して設け、その複数のセラミック基板を前記ノックピンに取りつけて支持台と同様に軸心Ｏを中心に旋回可能にすれば良い。
【００１３】
図３において、本発明による電子線装置をリソグラフィ装置に適用した場合における、その電子線装置の１台の光学系１０（ＯＳ）の例が示されている。同図において、１１は電子銃、１２はコンデンサレンズ、１３は静電偏向器、１４はコンデンサレンズ、１５は縮小レンズ、１６は対物レンズ、Ｗは試料としてのウエハである。これらの各電子光学部品（以下単に光学部品）で構成される光学系を前述のように小さな間隔で複数台配置するには、前述及び図４に示されるように、Ｚ軸方向に隔てて配置された複数枚のセラミック基板に形成してもよい。この場合、各セラミック基板には前述のようにＺ軸に沿って整合する穴を形成し、そのセラミック基板の表面（穴の内面も含む）に金属を選択的にコーティングして形成すれば良い。図４において、上記光学部品に対応する参照番号が右側に示されている。
隣接するチップ間のピッチＰｘが異なるデバイスのパターンを描画する場合には、前述のように支持台を軸線Ｏを中心に旋回させてθを調整し、光学系のＸ軸方向の寸法とピッチＰｘとを一致させる。このとき、偏向器１３、１７及び１８も同時に光軸Ｏａｘを中心に旋回するので、電子線の走査方向も対応して変化させることが可能になる。成形開口板２０とキャラクタマスク２１は、図示しない公知の構造の回転機構により、図３［Ｂ］及び［Ｃ］に示されるように、光軸を中心として旋回させて、θの変化に対応させて調整し、描画するようにする。
【００１４】
図４において、マルチビーム式の光学系を複数台並べて本発明の電子線装置とする場合の１台の光学系５０ついて示したものである。同図において、５１は複数（この実施形態では６本）の電子線を放出可能な電子銃、５２はコンデンサレンズ、５５は縮小レンズ、５６は対物レンズ、５７は走査偏向器、５８はＥ×Ｂ分離器である。これらの光学機器は公知の構造のものでも良いが、前述のようにＺ軸方向に隔てて配置された複数枚のセラミック基板に形成してもよい。この場合、各セラミック基板には前述のようにＺ軸に沿って整合する穴を形成し、そのセラミック基板の表面（穴の内面も含む）に金属を選択的にコーティングして形成すれば良い。そして、この実施形態の電子線装置を用いて試料としてのウエハに形成されたチップの欠陥検査を行う場合にはステージ装置の載置台をＹ軸方向に連続移動させながら行う。各光学系に対しては、Ｅ×Ｂ分離器５８により偏向された二次電子（試料であるウエハから放出された電子）を検出するＭＣＰ検出器６１とアノード６２とが設けられ、複数本の電子線を独立して検出できるようになっている。検出された電子線の電気信号は増幅器６３で増幅され、画像形成回路６４で試料の像を電子線の数（この実施形態では６）×光学系の数（この実施形態では１４）の数だけ形成し、高いスループットで検査を行う。
なお、６本の電子線は図４に示したように、Ｘ軸上に投影した場合のみビーム間の間隔Ｌ_１が皆等しくなるので、光学系のＸ軸方向のピッチと検査されるチップ間のピッチとを一致させるため、△θだけ複数の光学系を前記のように軸線Ｏを中心として旋回させた場合、マルチ開口板５３を△θだけ回転させ、ビーム間の間隔のＸ成分が等間隔になるようにして検査を行う。
同じ場所を必ずしも検査する必要がない場合には、複数の光学系の配列を２列或いは３列に平行に配置してもよい。
【００１５】
次に図５及び図６を参照して本発明による半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
図５は、本発明による半導体デバイスの製造方法の一実施例を示すフローチャートである。この実施例の製造工程は以下の主工程を含んでいる。
（１）ウエハを製造するウエハ製造工程（又はウエハを準備するウエハ準備工程）
（２）露光に使用するマスクを製造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）
（３）ウエハに必要な加工処理を行うウエハプロセッシング工程
（４）ウエ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
（５）できたチップを検査するチップ検査工程
なお、上記のそれぞれの主工程は更に幾つかのサブ工程からなっている。
【００１６】
これらの主工程中の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼすのが（３）のウエ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エハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウエハプロセッシング工程は以下の各工程を含んでいる。
（Ａ）絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或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）
（Ｂ）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（Ｃ）薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストパターンを形成するリソグラフィー工程
（Ｄ）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）
（Ｅ）イオン・不純物注入拡散工程
（Ｆ）レジスト剥離工程
（Ｇ）加工されたウエハを検査する工程
なお、ウエ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。
【００１７】
図６は、図５のウエ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。
（ａ）前段の工程で回路パターンが形成されたウエハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程
（ｂ）レジストを露光する工程
（ｃ）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
（ｄ）現像されたレジストパターンを安定化するためのアニール工程
上記の半導体デバイス製造工程、ウエ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。
上記（Ｇ）の検査工程に本発明に係る欠陥検査方法、欠陥検査装置を用いると、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、スループット良く検査できるので、全数検査が可能となり、製品の歩留まりの向上、欠陥製品の出荷防止が可能と成る。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（イ）光学系の間隔をあまり小さくできない場合でも、多くの光学系を一枚のウエハ上に配置できる。
（ロ）光学系のＸ軸方向のピッチとチップのピッチとを一致させること或いはそれらを整数倍の関係にすることができるので、全ての光学系がチップの同一箇所を描画或いは評価できるので、描画のためのデータ転送回路簡略化でき、また評価のための検査データを転送する回路も簡単になる。一つのチップに２台の光学系で描画或いは検査できる場合には、２倍のデータ転送回路で良いことになる。
（ハ）光学系がキャラクタープロジェクション型であっても、光学系が配列されている直線とＸ軸との成す角度θをΔθ変化させた場合も、キャラクターマスクを−Δθ変化させ、Ｘ軸とキャラクターマスクの座標変化を無くすことができるので、パターン形成誤差は生じない。
（ニ）光学系が複数の電子線（マルチビーム）を用いている電子線装置を欠陥検査装置として使用した場合でも、１台の光学系内のマルチビーム間のビーム間隔のＸ軸方向の成分は等間隔にできる。
（ホ）データ転送回路に余裕があれば、光学系の配列を２列、３列と複数にすることによって、更にスループットを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子線装置の一つの実施形態の概念図である。
【図２】図１の電子線装置の一列に並べられた複数の光学系を旋回させる手段の概略説明図である。
【図３】［Ａ］は本発明による電子線装置の光学系の一実施形態の模式図であり、［Ｂ］は成形開口板の概略平面を示す図であり、［Ｃ］はキャラクタマスクの概略平面を示す図である。
【図４】光学系の複数の光学要素をＺ軸方向に重ねて並べられたセラミック板によってつくる場合の例を示す図である。
【図５】［Ａ］は本発明による電子線装置の光学系の他の実施形態の模式図であり、［Ｂ］はマルチ開口板の開口の位置をＸ軸上に投影した時の開口間のＸ軸方向の間隔を示す図である。
【図６】本発明による半導体デバイスの製造方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図７】図５のウエ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。
【符号の説明】
１電子線装置
ＯＳ、１０５０光学系Ｃチップ

Claims

複数の光学系を一列又は複数列に直線状に配置し、試料の評価或いは加工を行う電子線装置において、試料上の複数のチップの並びの方向と上記光学系が配列されたラインとの成す角度を調整し、前記複数のチップの隣接するチップ間のピッチ寸法と、光学系のチップの配列方向へ投影した寸法がｍ：ｎ（ｍ、ｎは整数）の関係を有することを特徴とする電子線装置。
請求項１に記載の電子線装置において、更に、上記光学系にはビーム成形開口或いはキャラクターマスクを有し、上記角度を調整変化させる時、上記ビーム成形開口或いは上記キャラクターマスクの光軸の回りの姿勢を調整変化させることを特徴とする電子線装置。
請求項１に記載の電子線装置において、更に上記光学系には複数のビームを発生させる機能を有し、上記角度を調整変化させる時、上記複数のビームを光軸の回りに回転可能にしたことを特徴とする電子線装置。
請求項１に記載の電子線装置において、試料台を上記チップの一方の並びの方向に連続移動し、他の方向へはステップアンドリピート移動することを特徴とする電子線装置。
請求項１ないし４に記載された電子線装置を使用してデバイスを製造するデバイスの製造方法。