JP2005026487A - 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

【課題】倍率調整手段の倍率によらずボケを小さくすることのできる荷電粒子線露光装置を提供する。
【解決手段】レンズ８は、レンズ６と協働して、成形開口５の像をマスク９上に結像させると共に、成形開口５の像のマスク９への投影倍率を可変とする機能を有している。さらに、レンズ８は、単独では倍率調整機能を有している。レンズ８の倍率を調整することで、第２開口絞り７の径によって一次的に決定される照明光の開き角を可変にすることができる。よって、レンズ６とレンズ８によって、成形開口５の像のマスク９への投影倍率を変化させると共に、それに合わせて照明光の開き角を調整することができる。従って、マスク９を照明する輪帯照明の輪帯の径に合わせて開き角を調整することにより、ボケ量を小さくすることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク（本明細書においてマスクとはレチクルを含む概念である）に形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する荷電粒子線露光装置、及びこの荷電粒子線露光装置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】
半導体デバイスを製造する工程においては、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程が含まれる。近年、半導体デバイスの集積度の向上に伴って微細化されたパターンは、従来の紫外光を用いた露光装置では満足な解像度で露光転写を行うことが困難になりつつあり、荷電粒子線やＸ線を用いた新しい露光装置が使用されるようになってきている。中でも荷電粒子線を用いた露光装置は、電気的手段による制御性が良い等の利点を持ち、次世代の露光手段として有望視されている。
【０００３】
荷電粒子線露光装置においては、光学系の幾何収差や幾何歪み等のために、広い領域を一度に露光転写することができない。このため、たとえば１つのチップに相当する領域を、複数のサブフィールドと呼ばれる領域に分けて、サブフィールドごとに露光転写を行い、露光転写されたパターンをつなぎ合わせて１つのチップのパターンを得る、分割露光転写方式が採用されるようになってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置において、スループットを上げ、単位時間当たりに生産できる半導体デバイスの個数を増加させることが、１つの課題となっている。
【０００５】
荷電粒子線露光装置においてスループットを向上させるには、荷電粒子線の電流量を増やし、単位時間あたりにウエハに与えられるエネルギーを増やすことによって、１回の露光に要する時間を短縮させればよい。しかし電流量を単純に増やすとマスク・ウエハ間を飛行する荷電粒子が互いに斥力を及ぼし合うことにより起きるクーロン効果によって、ウエハ上の露光転写像にボケや歪みが発生するという別の問題が発生する。
【０００６】
電流量を増やしつつクーロン効果を抑制するには、１回に露光する領域であるサブフィールドの面積を拡大すればよい。サブフィールドの面積を拡大することによりウエハに到達する電流量が同じであっても鏡筒における荷電粒子の空間分布密度を減らすことができる。しかし、サブフィールドの面積を拡大すると幾何収差ボケが増加し、これも解像性能の劣化につながるため、サブフィールド面積を増加させることには限界がある。
【０００７】
発明者の同僚は、このような問題点を解決する手段として、サブフィールドの形状を決定する成形開口を輪帯又は輪帯の一部である円弧から形成し、この成形開口像をマスクに露光転写する照明光学系に倍率調整手段を設け、この倍率調整手段の倍率を逐次変化させることにより感応基板面上の所定の露光領域を露光可能とした荷電粒子線露光装置の発明を行い、この発明は特願２００３−５５６３１号として、本願出願人と同一出願人より特許出願されている（以下、「先願発明」という）。
【０００８】
先願発明の実施の形態の一例を図４に示す。図４（ａ）において図示されない線源から照射されたビーム束２１の内、成形開口２２に形成された、システム軸２３（光軸）から等距離にある開口２４を通過するもののみが、成形開口２２を通過する。成形開口２２は、図４（ｂ）に示されるように、輪帯状の開口２４を有している。図４（ｂ）では輪帯状の開口２４は梁部によって３つの開口となっている。この梁部がマスク上に結像されると照明均一性が劣化したり、マスクの一部が照明されないと言う不具合が生じる可能性がある。そのため、梁部がマスク上で十分にボケるようにして、照明に寄与させないことが好ましく、具体的には成形開口２２とは光軸に沿って十分に離れた位置に梁部が配置されるようにする。また、梁部の幅もパターン結像に影響を及ぼさない程度に狭くすることが好ましい。成形開口２２の像は照明光学系２５によりマスク２６に投影される。この投影された部分がサブフィールドに対応する。照明光学系２５には倍率調整手段２７が備えられており、成形開口２２の像を任意の倍率でマスク２６上に形成することができる。
【０００９】
マスク２６を通過したビームは、転写光学系２８により、ウエハ２９上に結像し、マスク２６のサブフィールドに形成されたパターンの像をウエハ２９に露光転写する。図では簡単のため、転写光学系２８の倍率を１：１として図示している。このとき、破線３０に示されたような焦点（像面）の移動が像面湾曲収差により発生するが、像面湾曲補正手段（図示せず）により、ちょうどビーム束２１のシステム軸２３からの距離に応じて補正される。３１はこのような輪帯状の光束により像が結像される結像面である。補正をかけない当初の結像面３２は、システム軸２３上で焦点が形成される位置にあるが、実際には輪帯状の光束では結像面３１に像が結像するので、図においては、像面湾曲調整手段が、この位置までウエハ２９を持ち上げることにより像面湾曲の補正を行っている。
【００１０】
像面湾曲調整手段による補正の方法としては、図に示すように物理的にウエハ２９をこの高さまで持ち上げてもよいし、逆にこれと同様の作用をもたらすように焦点補正コイルを駆動して、焦点（像面）位置を移動させてもよい。応答速度の面、可動部分が無くて済む面からは後者の方が好ましい。
【００１１】
これと同時に、転写光学系２８に備えられた回転倍率補正手段３３が像の歪みを補正するために駆動される。この実施の形態では、回転倍率補正手段３３を電磁レンズで実現している。回転倍率補正用電磁レンズは、ある電流を流したとき、これに応じた回転と拡縮を像に与え、既に像に生じている回転と倍率を打ち消す。
【００１２】
しかしながら、このような先願発明において、倍率調整手段の倍率が小さいとき、すなわち、マスクを照明する輪帯又は円弧の半径が小さいときは、クーロン効果によるボケが大きくなり、倍率調整手段の倍率が大きいとき、すなわち、マスクを照明する輪帯又は円弧の半径が大きいときは、幾何収差によるボケが大きくなるので、ボケを小さくするような調整が困難であるという問題点があった。
【００１３】
本手段はこのような事情に鑑みてなされたもので、このような先願発明の問題点を改良し、倍率調整手段の倍率によらずボケを小さくすることのできる荷電粒子線露光装置、及びこの荷電粒子線露光装置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。
【００１４】
【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、マスク上の露光領域を複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置であって、前記サブフィールドの形状を決定する成形開口が輪帯又は輪帯の一部である円弧からなり、前記成形開口像を前記マスクに露光転写する照明光学系が倍率調整手段を備え、前記倍率調整手段の倍率を逐次変化させることにより前記感応基板面上の所定の露光領域が露光可能とされているものにおいて、前記照明光学系が照明光の開き角を調整する開き角調整手段を有し、前記開き角調整手段は、前記倍率調整手段による倍率変化に合わせて、照明光の開き角を調整する機能を有することを特徴とするもの（請求項１）である。
【００１５】
本手段においては、開き角調整手段は、前記倍率調整手段による倍率変化に合わせて、照明光の開き角を調整する機能を有するので、マスクを照明する輪帯又は円弧の半径に応じて、最適な照明光の開き角とすることができ、よって、ボケを小さくすることができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記照明光学系が、固定開口絞りを有し、前記開き角調整手段が、前記固定開口絞りよりマスク側に設けられたレンズであることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１７】
固定開口絞りよりマスク側に設けられたレンズの倍率を調整することにより、照明光の開き角を調整することができる。
【００１８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段であって、前記開き角調整手段が、前記照明光学系内に設けられた可変開口絞りであることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１９】
本手段においては、開口絞りが可変開口絞りとなっているので、開口の大きさを調整することにより、照明光の開き角を調整することができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかである荷電粒子線露光装置により、マスクに形成されたパターンを感応基板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４）である。
【００２１】
本手段においては、露光転写の際の像面湾曲や歪みを小さくすることができ、かつ、ボケを小さくすることができるので、微細なパターンでも解像度良く露光転写を行うことができ、よって、高集積度の半導体デバイスを製造することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例である電子線露光装置の光学系の１例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態である電子線露光装置の光学系の概要を示す図である。電子線源１から放出された電子ビームの主光線は、レンズ２により絞られてクロスオーバを形成する。このクロスオーバ位置に第１開口絞り３が設けられ、開き角を制限する。電子ビームはさらにレンズ４の作用により、電子線源１の電子放出面の像を、成形開口５上に結像する。
【００２３】
成形開口５を通過した電子ビームは、レンズ６、８の作用を受けて、電子線源１の電子放出面の像を、マスク９上に結像する。すなわち、電子線源１の電子放出面と、成形開口５と、マスク９面は光学的に共約になっている。成形開口５の開口は、先願発明の説明で述べたように、輪帯状となっている。
【００２４】
レンズ６とレンズ８の間で、前述のクロスオーバと共約な位置には、第２開口絞り７が設けられている。マスク９上に形成されたパターンの像は、投影用レンズ１０、１２の作用によりウエハ１３上に結像し、ウエハ１３上のレジストを感光させる。ウエハに入射する電子ビームの開き角を制限し、かつ、マスク９で散乱された散乱線をカットするために散乱アパーチャ１１が設けられている。なお、図１において、各レンズは一つのレンズとして表しているが、実際は、必要に応じてこれらの各レンズは複数のレンズから構成されている。
【００２５】
レンズ６は、第２開口絞り７の位置に形成されるクロスオーバの位置を一定に保ちながら、レンズ８と協働して、成形開口５の像をマスク９上に結像させると共に、成形開口５の像のマスク９への投影倍率を可変とする機能を有している。この作用により、レンズ６のパワーを変えることで、マスク９を照明する輪帯状の照明光の輪帯の径を変えることができる。これにより、マスク上を、輪帯の径の異なるサブフィールドに分け、各サブフィールド毎の一括露光を行うことができる。
【００２６】
レンズ８は、レンズ６と協働して、成形開口５の像をマスク９上に結像させると共に、成形開口５の像のマスク９への投影倍率を可変とする機能を有している。さらに、レンズ８は、単独では倍率調整機能を有している。レンズ８の倍率を調整することで、第２開口絞り７の径によって一次的に決定される照明光の開き角を可変にすることができる。
【００２７】
よって、レンズ６とレンズ８によって、成形開口５の像のマスク９への投影倍率を変化させると共に、それに合わせて照明光の開き角を調整することができる。従って、マスク９を照明する輪帯照明の輪帯の径に合わせて開き角を調整することにより、ボケ量を小さくすることができる。
【００２８】
なお、図１において、第２開口絞り７をカメラに用いられているような多数枚の構成要素からなる絞りとし、開口径が可変な可変開口絞りとしてもよい。このようにすれば、第２開口絞り７の開口径を変えることにより、マスク９を照明する輪帯照明の輪帯の径に合わせて開き角を調整することができ、ボケ量を小さくすることができる。
【００２９】
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２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。
▲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）
▲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、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。
【００３０】
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む。
▲１▼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）
▲２▼この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
▲３▼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）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程
▲４▼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）
▲５▼イオン・不純物注入拡散工程
▲６▼レジスト剥離工程
▲７▼さらに加工されたウエハを検査する検査工程
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。
【００３１】
図３は、図２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。
▲１▼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
▲２▼レジストを露光する露光工程
▲３▼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
▲４▼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
【００３２】
以上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。本発明においては、リソグラフィー工程における▲２▼のレジストを露光する露光工程に、本発明の荷電粒子線露光装置を使用しているので、露光転写の際の像面湾曲や歪みを小さくすることができ、かつ、ボケを小さくすることができるので、微細なパターンでも解像度良く露光転写を行うことができ、よって、高集積度の半導体デバイスを製造することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、倍率調整手段の倍率によらずボケを小さくすることのできる荷電粒子線露光装置、及びこの荷電粒子線露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である電子線露光装置の光学系の概要を示す図である。
【図２】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３】リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【図４】先願発明の実施の形態の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…電子線源、２…レンズ、３…第１開口絞り、４…レンズ、５…成形開口、６…レンズ、７…第２開口絞り、８…レンズ、９…マスク、１０…投影用レンズ、１１…散乱アパーチャ、１２…投影用レンズ、１３…ウエハ

Claims (4)

1. マスク上の露光領域を複数のサブフィールドに分割し、前記サブフィールド毎のパターンをウエハ等の感応基板面上に露光転写する分割露光転写方式の荷電粒子線露光装置であって、前記サブフィールドの形状を決定する成形開口が輪帯又は輪帯の一部である円弧からなり、前記成形開口像を前記マスクに露光転写する照明光学系が倍率調整手段を備え、前記倍率調整手段の倍率を逐次変化させることにより前記感応基板面上の所定の露光領域が露光可能とされているものにおいて、前記照明光学系が照明光の開き角を調整する開き角調整手段を有し、前記開き角調整手段は、前記倍率調整手段による倍率変化に合わせて、照明光の開き角を調整する機能を有することを特徴とする荷電粒子線露光装置。
2. 前記照明光学系が、固定開口絞りを有し、前記開き角調整手段が、前記固定開口絞りよりマスク側に設けられたレンズであ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。
3. 前記開き角調整手段が、前記照明光学系内に設けられた可変開口絞りであることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
4. 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の荷電粒子線露光装置により、マスクに形成されたパターンを感応基板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。

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