JP2005056923A - マルチ荷電粒子線露光装置および方法ならびに該装置または方法を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各電子ビームの電流を正確に測定でき、所望パターンを露光できるマルチ荷電粒子線描画装置を提供する。
【解決手段】複数の荷電粒子線を用いてウエハ９を描画するマルチ荷電粒子線描画装置において、複数の荷電粒子線を直接入射させその総電流を計測するファラデーカップ１４と、各荷電粒子線を直接入射させ入射電子を増倍する機能を有し、各荷電粒子の電流の相対値を計測するマルチ検出器１５とを有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に半導体集積回路等の露光に用いられる電子線露光装置やイオンビーム露光装置等の荷電粒子線露光装置に関し、特に複数の荷電粒子線でウエハ等の被露光基板を直接パターン描画するマルチ荷電粒子線描画装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置には、従来、ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型やサイズ可変の矩形断面にして使用する可変矩形ビーム型の装置がある。
ポイントビーム型の電子ビーム露光装置では単一の電子ビームを用いて描画するため、高解像度で描画が行なえる反面、スループットが低いので、研究開発や露光マスク製作等の一定の用途にしか使用されていない。可変矩形ビーム型の電子ビーム露光装置は、ポイントビーム型と比べるとスループットが１〜２桁高いが、基本的には単一の電子ビームを用いて描画するため０．１μｍ程度の微細なパターンが高集積度で詰まったパターンを露光する場合などではやはりスループットの点で問題が多い。
【０００３】
この問題点を解決する装置として、描画するパターンをステンシルマスクにパターン透過孔として形成し、ステンシルマスクを電子ビームで照明することにより、縮小電子光学系を介して描画するパターンを試料面に転写するステンシルマスク型の電子ビーム露光装置がある。また、複数の開口を有する基板を電子ビームで照明し、複数の開口を透過して露光される複数の電子ビームを縮小電子光学系を介し、試料面に照射し、その複数の電子ビームを偏向させて試料面を走査させるとともに、描画するパターンに応じて複数の電子ビームを個別にオン／オフして所望のパターンを描画するマルチ電子ビーム型露光装置がある（例えば、特許文献１参照）。双方とも一度に露光する面積、すなわち露光面積が従来にくらべ広いため、スループットがより改善できるという特徴がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３３０６８０号公報（図１、２等）
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
ところで、後者のように、マルチの電子ビームで描画する際には、各電子ビームの電流値を正確に計測し、ウエハに照射するドーズを一様にすることが所望のパターンを描画する上で必要である。しかしながら、各ビームの電流が１ｎＡ程度にもかかわらず、各電子ビームを計測する手段が、直接電流を測定するファラデーカップであるか、もしくは２次電子、反射電子を測定するものであったので、暗電流等によりＳ／Ｎ比が低いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、各電子ビームの電流を正確に測定でき、適切な露光量で所望のパターンを露光できるマルチ荷電粒子線露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】
上記目的を達成するため、本発明のマルチ荷電粒子線描画装置は、複数の荷電粒子線を用いて被露光基板を描画するマルチ荷電粒子線描画装置において、前記複数の全荷電粒子線を入射させてその総電流を計測する第１の計測手段と、前記荷電粒子線を入射させ入射させた荷電粒子線の電子を増倍して前記複数の各荷電粒子の電流の相対値を計測する第２の計測手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、全荷電粒子線を相互間の強度のバラツキが少ないもの同士からなる複数のグループに分け、各グループからサンプリングした単数または複数の荷電粒子線について計測した相対値をそのグループの各荷電粒子線の相対値としても良い。
また、上記装置は、第１の計測手段からの総電流と第２の計測手段からの相対値とに基づいて、各荷電粒子線の電流値を算定する手段をさらに有するとよい。
【０００９】
本発明のマルチ荷電粒子線描画方法は、複数の荷電粒子線を用いて被露光基板を描画するマルチ荷電粒子線描画方法において、入射電子による電流の絶対値を検出可能な第１の計測手段に前記複数の全荷電粒子線を入射させてその総電流を計測する第１のステップと、電子倍増機能を有する第２の計測手段に前記複数の荷電粒子線を入射させて各荷電粒子線の電流の相対値を計測する第２のステップと、第１のステップで計測された総電流と第２のステップで計測された相対値とに基づいて各荷電粒子線の電流の絶対値を算出する第３のステップと、算出された絶対値に基づいて各荷電粒子線による露光量を制御する第４のステップとを有することを特徴とする。各荷電粒子線による露光量の制御は、ラスタースキャンする場合の走査速度、各描画点（画素）における電子ビームのオン時間、電子ビームを発生する電子銃を加熱するための電圧等を制御することにより行なう。
【００１０】
ここで、第１の計測手段には、ファラデーカップ等のように、感度は低いが、絶対電流値を検出できる検出器を用いる。また、第２の計測手段には、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードまたはＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）等のように、電子倍増機能を有する感度の高い検出器を用いる。この検出器は、前記複数の全荷電粒子線のそれぞれに１対１で対応できる複数の検出素子を同一面上に配列したマルチ検出器を用いることが好ましい。この場合、各検出素子によって対応する一つの荷電粒子線の電流の相対値を計測することができる。また、各検出素子間の感度のバラツキを測定して計測値を補正することが好ましい。感度測定は、任意の一つの荷電粒子線を各検出素子に順次入射して行なっても良いが、スループットを上げるためには相互間の強度のバラツキが少ない中心部の複数の荷電粒子線を用いて検出素子の複数個ずつを測定するとよい。
【００１１】
本発明のマルチ荷電粒子線描画装置および方法は、特に、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の微小デバイスを製造するために好適に用いることができる。
【００１２】
【作用】
本発明によれば、第１の計測手段で計測された総電流を第２の計測手段で計測された相対値で按分することにより、上記した暗電流等による低Ｓ／Ｎという問題を解消でき、各荷電粒子線の電流を正確に測定可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
マルチ荷電粒子線露光装置の一例として、本実施形態では電子線露光装置の例を示す。なお、電子線に限らず、イオンビームを用いた露光装置にも同様に適用できる。
【００１４】
＜電子ビーム露光装置の構成要素説明＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電子線露光装置の要部概略図である。図１において、不図示の電子銃で発生した電子線はクロスオーバ像１を形成する（以下、このクロスオーバ像を電子源１と記す）。
【００１５】
この電子源１から放射される電子ビームは、ビーム整形光学系２を介して、電子源１の像ＳＩを形成する。その際、像ＳＩは磁界型の８極子スティグメータである第１のスティグメータ３により、非点収差を発生させることができる。この第１のスティグメータ３は、レンズ偏心等の装置の組み立て誤差に基づく静的非点を補正する目的で設けられている。像ＳＩからの電子ビームは、コリメータレンズ４によって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビームは、複数の開口を有するアパーチャアレイ５を照射する。なお、第１のスティグメータ３は、電子源１とアパーチャアレイ５の間であればどこに設けてもよく、電子源１は複数あってもよい。
【００１６】
アパーチャアレイ５は、複数の開孔を有し、略平行な電子ビームはこれらの開孔を通過することにより、複数の電子ビームに分割される。アパーチャアレイ５で分割された複数の電子ビームは、静電レンズが複数形成された静電レンズアレイ６により、像ＳＩの中間像を形成する。中間像面には、ブランカーが複数形成されたブランカーアレイ７が配置されている。
【００１７】
中間像面の下流には、２段の対称磁気タブレット・レンズ８１、８２で構成された縮小電子光学系８があり、複数の中間像がウエハ９上に投影される。このとき、ブランカーアレイ７で偏向された電子ビームは、ブランキングアパーチャＢＡによって遮断されるため、ウエハ９には照射されない。一方、ブランカーアレイ７で偏向されない電子ビームは、ブランキングアパーチャＢＡによって遮断されないため、ウエハ９に照射される。すなわち、ブランカーアレイ７は複数の電子ビームを個別にオン／オフする。
【００１８】
下段のタブレット・レンズ８２内には、複数の全電子ビームを同時にＸ，Ｙ方向の所望の位置に変位させるための偏向器１０、複数の全電子ビームの非点を同時に調整する静電型の８極子スティグメータである第２のスティグメータ１１、および複数の全電子ビームのフォーカスを同時に調整するフォーカスコイル１２が配置されている。１３はウエハ９を搭載し、光軸と直交するＸＹ方向に移動可能なＸＹステージである。ＸＹステージ１３上には、ウエハ９を固着するための静電チャック１６と、複数の電子ビームを直接入射させその総電流を計測するファラデーカップ１４と、複数の電子ビームの各々を直接入射させ入射電子を増倍する機能を有し、各電子ビームの電流の相対値を計測するマルチ検出器１５が配置されている。
【００１９】
図２に本実施形態に係るファラデーカップ１４とマルチ検出器１５を示す。
ファラデーカップ１４は、複数の電子ビームの電流を一括に入射できるほどの大きさの開孔を有する制限絞り１４１と、制限絞り１４１を通過した複数の電子ビームの電流を直接検出できる検出カップ１４２で構成される。このファラデーカップ１４は、電子ビーム（ＥＢ）描画線の全てについての総電流を測定することで、従来問題とされていた各ビームの電流を個別に測定する際のＳ／Ｎが低いという問題を解決する。
【００２０】
マルチ検出器１５は、複数の電子ビームに対応した複数の制限絞りが形成された絞り１５１と、各制限絞りと１対１で対応する検出器１５２で構成される。なお、制限絞りの数は、電子ビームの数と一致する必要はなく、間引いても構わない。この場合、１本のビームの相対電流値を電流が同一とみなせる比較的狭い範囲の複数の電子ビームそれぞれの相対値として扱う。または、１つの検出器に対し上記範囲の複数の電子ビームを入射してその計測値またはその計測値を電子ビーム数で除算した値をその範囲の各電子ビームの相対値として扱う。検出器１５２は、直接入射した電子を増倍する機能を有するもので、例えば、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードまたはＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）を用いることができる。また、電子を光に変換するシンチレータでも構わない。その場合、変換された光をファイバーを介して、真空外に取り出し、電気信号に変換しても構わない。これも、一種の電子を増倍する機能を有するものである。
【００２１】
＜システム構成及び描画方法の説明＞
本実施形態のシステム構成図を図３に示す。
第１スティグメータ制御回路２１は、第１のスティグメータ３の直交する方向の焦点距離の差を調整することにより、電子源像ＳＩの非点を制御する回路、ブランカーアレイ制御回路２２は、ブランカーアレイ７を構成する複数のブランカーを個別に制御する回路、偏向器制御回路２３は、偏向器１０を制御する回路、第２スティグメータ制御回路２４は、第２のスティグメータ１１の直交する方向の焦点距離の差を調整することにより、縮小電子光学系８の非点を制御する回路、電子ビーム電流検出回路２５は、ファラデーカップ１４およびマルチ検出器１５からの信号を処理する回路、フォーカス制御回路２６は、フォーカスコイル１２の焦点距離を調整することにより縮小電子光学系８の焦点位置を制御する回路、ステージ駆動制御回路２７は、ステージの位置を検出する不図示のレーザ干渉計と共同してステージ１３を駆動制御する制御回路である。主制御系２８は、上記複数の制御回路を制御し、電子ビーム露光装置全体を管理する。
【００２２】
本実施形態の描画方法の説明図を図４に示す。
主制御系２８は、露光制御データに基づいて、偏向制御回路２３に命じ、偏向器１０によって、複数の電子ビーム偏向させるとともに、ブランカーアレイ制御回路２２に命じ、ウエハ９に露光（描画）すべきパターンに応じてブランカーアレイ７のブランカーを個別にオン／オフさせる。各電子ビームは、図４（ａ）に示すように、ウエハ９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いるので、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）が露光される。例えば、図４（ａ）に示すように、文字「Ａ」のパターンを描画したい場合、描画領域を複数のピクセル（画素）に分割する。そして、偏向器１０によって電子ビームをＸ方向に走査しながら、ブランカーによって、パターン（灰色）部分のピクセルでは電子ビームを照射し、それ以外のピクセルでは電子ビームを遮断するように制御する。１つの実施例において、電子ビームの数は３２×３２＝１０２４本であり、各電子ビームは約２μｍ角の要素露光領域（ＥＦ）を描画する。ここで、１本の電子ビーム径は、ウエハ上では約６０ｎｍとなる。この要素露光領域が３２×３２＝１０２４個で１つのサブフィールド（ＳＦ）が構成される。１つのサブフィールド（ＳＦ）の大きさは６４μｍ角である。
【００２３】
主制御系２８は、１つのサブフィールド（ＳＦ１）を露光後、次のサブフィールド（ＳＦ２）を露光するために、偏向制御回路２３に命じ、偏向器１０によって、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８を介して縮小投影される際の収差も変わる。第２スティグメータ制御回路２４は、主制御系２８からの指令に基づき、この収差が一定となるように補正を行なう。約６４μｍ角のサブフィールドの３２×３２＝１０２４個からなる約２ｍｍ角のサブフィールド群を露光すると、ＸＹステージを約２ｍｍ移動して、次の１０２４個のサブフィールド群の露光を行なう。
【００２４】
偏向器１０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で構成されていて、主偏向器は電磁型偏向器で、副偏向器は静電型偏向器である。上記要素露光領域の走査は静電型の副偏向器で行ない、サブフィールドの切換は、電磁型の主偏向器で行なう。
【００２５】
＜動作の説明＞
図４を用いて本実施形態の電子ビーム露光装置の動作について説明する。露光装置のウエハ処理のために、主制御系２２は下記のステップを実行する。
【００２６】
（ステップ１） 主制御系２８は、ブランカーアレイ制御回路２２によって、複数の電子ビームの略中心に位置する中心ビームだけをオンして、マルチ検出器１５の各検出器に順次に入射し、電流を測定する。中心ビームだけをオンするのは、中心ビーム相互間では露光量のバラツキが少ないからである。これにより、各検出器の感度ムラ（ｓ（ｎ），ｎ：ビーム番号）を求める。上記実施例において、検出器１５２は電子ビームと同数の１０２４個あり、８×８＝６４本の中心ビームを用いて１度に６４個の検出器１５２の感度ムラを求める。この６４本の中心ビームを順次移動することにより、１６回の操作で３２×３２＝１０２４個の検出器１５２の感度ムラを求める。
【００２７】
（ステップ２） 主制御系２８は、ブランカーアレイ制御回路２２によって、複数の全電子ビームをオンして、各電子ビームをマルチ検出器１５の対応する各検出器１５２に入射し、複数の全電子ビームの各電流の測定値ｋ（ｎ）を同時に測定する。その結果と各検出器の感度ムラに基づいて、複数の電子ビームの相対強度（ｋ（ｎ）／ｓ（ｎ））を求める。
【００２８】
（ステップ３） ファラデーカップ１４で、複数の全電子ビームを一括検出して総電流（Ｉ）を測定する。
（ステップ４） 総電流（Ｉ）と複数の各電子ビームの相対強度（ｋ（ｎ）／ｓ（ｎ））に基づいて、各電子ビームの絶対電流（ｉ（ｎ）＝Ｉ＊（ｋ（ｎ）／ｓ（ｎ））／（Σｋ（ｎ）／ｓ（ｎ））を求める。
（ステップ５） 最小の電子ビームの絶対電流とレジスト感度より、要素フィールド（ＥＦ）を走査する際の偏向速度を決定する。
【００２９】
（ステップ６） ウエハ９をステージ１３に搬入する。
（ステップ７） 主制御系２８は、偏向器制御回路２３によって、複数の電子ビームを露光対象のサブフィールドに偏向する。
【００３０】
（ステップ８） 露光対象のサブフィールドを描画する。
（ステップ９） すべてのサブフィールドの描画が完了したらステップ１０に進み、そうでない場合はステップ７に戻る。
（ステップ１０） ウエハ９をステージ１３から搬出する。
【００３１】
なお、本実施形態では、さらに、ステップ４で求められた各電子ビームの絶対電流に基づき、各電子ビームによる露光量が一定になるように各画素での電子ビームのオン時間（ブランキングのオフ時間）を制御することにより、より高精度な露光が可能である。また、上述において、光源１は１個であるが、光源は複数あってもよい。
【００３２】
＜デバイスの生産方法＞
次に、上記説明した電子線露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施形態を説明する。
図６は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、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なう。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上記の荷電粒子線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なう。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。
【００３３】
図７は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００３４】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は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。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各電子ビームの電流を正確に測定でき、適切な露光量で所望のパターンを露光できる荷電粒子線露光装置を提供することができる。また、この装置を用いてデバイスを製造すれば、従来以上に歩留まりの高いデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子露光装置の要部概略を示す図である。
【図２】本実施形態に係る絶対検出器と相対検出器を説明する図である。
【図３】本実施形態のシステムを説明する図である。
【図４】本実施形態の描画方法を説明する図である。
【図５】本実施形態の露光動作を説明する図である。
【図６】デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【図７】図６におけるウエハプロセスを説明する図である。
【符号の説明】１：電子源、２：ビーム整形光学系、３：第１のスティグメータ、４：コリメータレンズ、５：アパーチャアレイ、６：静電レンズアレイ、７：ブランカーアレイ、８：縮小電子光学系、９：ウエハ、１０：偏向器、１１：第２のスティグメータ、１２：フォーカスコイル、１３：ＸＹステージ、１４：ファラデーカップ、１５：マルチ検出器、１６：静電チャック。

Claims (6)

1. 複数の荷電粒子線を用いて被露光基板を描画するマルチ荷電粒子線描画装置において、
   前記複数の全荷電粒子線を入射させてその総電流を計測する第１の計測手段と、
   前記荷電粒子線を入射させ入射させた荷電粒子線の電子を増倍して前記複数の各荷電粒子線の電流の相対値を計測する第２の計測手段と
   を有することを特徴とするマルチ荷電粒子線描画装置。
2. 前記第２の計測手段は、電子増倍機能を有する複数の検出器を前記複数の全荷電粒子線のそれぞれに対応して備え、検出器ごとに対応する荷電粒子線の電流の相対値を計測するものであることを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子線描画装置。
3. 前記第２の計測手段は、電子増倍機能を有する複数の検出器を備え、前記複数の全荷電粒子線を照射領域および照射強度で複数の荷電粒子線群にグループ分けして各荷電粒子線群を前記検出器に対応させ、検出器ごとに対応する荷電粒子線群内の単数または複数の荷電粒子線の電流を計測することにより前記各荷電粒子線の電流の相対値を計測するものであることを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子線描画装置。
4. 第１の計測手段で計測された総電流と第２の計測手段で計測された相対値とに基づいて、各荷電粒子線の電流値を算定する手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のマルチ荷電粒子線描画装置。
5. 複数の荷電粒子線を用いて被露光基板を描画するマルチ荷電粒子線描画方法において、
   入射電子による電流の絶対値を検出可能な第１の計測手段に前記複数の全荷電粒子線を入射させてその総電流を計測する第１のステップと、
   電子倍増機能を有する第２の計測手段に前記複数の荷電粒子線を入射させて各荷電粒子線の電流の相対値を計測する第２のステップと、
   第１のステップで計測された総電流と第２のステップで計測された相対値とに基づいて各荷電粒子線の電流の絶対値を算出する第３のステップと、
   算出された絶対値に基づいて各荷電粒子線による露光量を制御する第４のステップと
   を有することを特徴とするマルチ荷電粒子線描画方法。
6. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載のマルチ荷電粒子線描画装置または請求項１に記載のマルチ荷電粒子線描画方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。

Images