JP2005285914A - 電子線露光装置、及び電子線露光装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏向器が発生する磁場を無くしたり小さくしたりして、露光特性の変動を小さく抑えることができる電子線露光装置を提供する。
【解決手段】 各電子源２が照明するレチクル６が位置する面上の位置は、各電子源２毎に定まっている。そして、図示しない成形開口により、各電子源２から放出される電子線３が照明する領域の大きさをレチクル６のサブフィールドの大きさに対応させ、各電子源２からの電子線３が、この成形開口を通して、レチクル６のサブフィールドを個別に照明するようにされている。よって、各電子源２を、順に右側から駆動すると、それらから放出される電子線３により、レチクル６のサブフィールドが順に左側から照明されることになり、従来の電子線露光装置で、偏向器により電子線を偏向し、異なるサブフィールドを照明していたのと同じ効果を奏する。すなわち、偏向器を使用せず、異なるサブフィールドを順次照明することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分割露光転写方式の電子線露光装置及びその使用方法に関するものである。

半導体デバイスを製造する工程においては、レチクル（本明細書、及び特許請求の範囲においてはマスクを含む意味で使用する）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工程が含まれる。近年、半導体デバイスの集積度の向上により微細化されたパターンは従来の紫外光を用いた露光方法では解像が困難になりつつあり、電子線や極短紫外線（ＥＵＶ）を用いた新しい露光方法が使用されるようになってきている。中でも電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である。

電子線露光装置においては、電子線光学系の収差や歪等のために、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、例えば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。

図４に分割露光転写方式の電子線露光装置の概要を示す。図４において、１００はレチクル、１００ａはレチクル１００上のサブフィールド、１００ｂはサブフィールド１００ａ間の境界領域、１１０はレジストを塗布したウエハ等の感応基板、１１０ａは感応基板１１０の１チップ分の領域、１１０ｂはサブフィールド１００ａそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域、ＡＸは電子線光学系の光軸（システム軸）、ＥＢは電子線、ＣＯは電子線光学系のクロスオーバポイントである。

レチクル１００上には、感応基板１１０に転写すべきパターンをメンブレン上にそれぞれ備えた多数のサブフィールド１００ａが、パターンが存在しない境界領域１００ｂにより区分されて存在している。そして、境界領域１００ｂに対応する部分には、格子状の支柱（桟）が設けられ、メンブレンを熱的及び強度的に保護している。

各サブフィールド１００ａは、感応基板１１０の１チップ分の領域１１０ａに転写すべきパターンを分割した部分パターンをそれぞれ備えており、分割した部分パターン毎に感応基板１１０に転写される。

感応基板１１０の外観形状は図４（ｂ）に示したとおりであり、図４（ａ）においては、感応基板１１０の一部（図４（ｂ）のＶａ部）を拡大して示してある。

図４において、電子線光学系の光軸ＡＸと平行にｚ軸をとり、サブフィールド１００ａの並び方向と平行にｘ軸、ｙ軸をとる。そして、矢印Ｆｍ、Ｆｗで示すように、レチクル１００及び感応基板１１０をｘ軸方向へ互いに逆向きに連続移動させながら、電子線をｙ軸方向にステップ的に走査して一列のサブフィールド１００ａのパターンを順次転写し、その列のパターン転写が終了した後に、ｘ軸方向に隣接する次のサブフィールド１００ａの列を電子線で走査し、以降同様にしてサブフィールド１００ａ毎に転写（分割露光転写）を繰り返して１チップ分のパターンを転写する。この矢印Ｆｍ、Ｆｗで示されるｘ軸方向を、ステージのスキャン方向と呼ぶ。なお、レチクル１００と感応基板１１０をｙ軸方向に走査させなくても、偏向器の偏向だけで露光転写ができる一列のサブフィールドの集まりを、メインフィールドと呼んでいる。

このときのサブフィールド１００ａの走査順序及び感応基板１１０への転写順序は、それぞれ矢印Ａｍ、Ａｗで示すとおりである。なお、レチクル１００と感応基板１１０の連続移動方向が逆なのは、一対の投影レンズによりレチクル１００と感応基板１１０とでｘ軸、ｙ軸がそれぞれ反転するためである。

このような手順で転写（分割転写）を行う場合、ｙ軸方向の一列のサブフィールド１００ａのパターンを一対の投影レンズで感応基板１１０にそのまま投影するだけでは、サブフィールド１００ａそれぞれに対応した感応基板１１０の被転写領域１１０ｂそれぞれの間に、境界領域１００ｂに対応する隙間が生じる。これに対する対策として、各サブフィールド１００ａを通過した電子線ＥＢを境界領域１００ｂの幅Ｌｙに相当する分だけｙ軸方向に偏向してパターン転写位置を補正している。

ｘ軸方向に関しても、パターン縮小率比に応じた一定速度で散乱透過レチクル１００と感応基板１１０を移動させているが、一列のサブフィールド１００ａの転写が終わって次の列のサブフィールド１００ａの転写に移る際に、境界領域１００ｂの幅Ｌｘだけ電子線ＥＢをｘ軸方向に偏向して、被転写領域１１０ｂ同士の間にｘ軸方向の隙間が生じないような一定速度に保たれている。

以上説明したように、分割露光転写方式においては、レチクル１００上の１チップに対応するパターンが多数のサブフィールド１００ａに分割され、各サブフィールド１００ａ間に形成された境界領域１００ｂに格子状の支柱（ストラット）が設けられているので、電子線照射によるレチクル基板のたわみや熱歪みを抑制することができ、精度のよい露光転写を行うことができる。

このような、従来の分割露光転写方式の電子線露光装置における照明光学系の概要図を図５に示す。電子銃２１において、カソード２２からアノードによって引き出された電子線２３は、加速電極２４によって加速され、電子レンズ２５，２６を介してレチクル２７のサブフィールドに対応する領域をケーラー照明する。なお、電子線の照明領域をレチクル２７上のサブフィールドの大きさに合わせるためにレチクル２７と共役な位置に成形開口２８が設けられ、図示を省略しているが、レチクル２７に入射する電子線の開き角を制限するために開口絞りが設けられている。偏向器２９は、電子線２３を偏向させるものであり、その偏向量を変えることにより、一つのメインフィールド内に含まれるサブフィールドを、順次露光できるようになっている。

図５に示すような電子線露光装置においては、メインフィールド内の異なったサブフィールドの照明を行うために偏向器２９を用いている。そして、大偏向システムになるほど、偏向器２８に大電流が必要になるが、この電流値が大きいほど制御性が悪く、安定するまでの時間も長くなり、スループットや露光時間に影響を及ぼすという問題点がある。

又、一つのカソード２２から放出される電子線を使用して一つのサブフィールドを照明しているために、照明むらが発生することが避けられない。そのため、カソード２２から放出される電子線の中心部のみを使用し、かつ、放出角が０度に近い電子線のみを使用するように、成形開口や開口絞りを設けているが、それでも、ある程度の照明むらが発生するのは避けられないという問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、偏向器が発生する磁場を無くしたり小さくしたりして、露光特性の変動を小さく抑えることができる電子線露光装置、これに加えてサブフィールドを均一に照明できる電子線露光装置、及びそれらの使用方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、電子源から放出され電子線により、レチクルに形成されたサブフィールドを照明し、照明されたサブフィールド中に形成されたパターンを、電子線投影光学系を介してウエハ等の感応基板に露光転写する分割露光転写方式の電子線露光装置であって、独立に制御可能な複数の電子源を有し、これらの各々の電子源は、レチクル面の異なる位置を照明するものであることを特徴とする電子線露光装置（請求項１）である。

本手段においては、独立に制御可能な複数の電子源を有し、これらの各々の電子源は、レチクル面の異なる位置を照明するものであるので、偏向器を使用せずに、これら複数の電子源を切り換えて、レチクル面の異なる位置に位置するサブフィールドを照明したり、偏向量を少なくし、偏向量を超える範囲については、これら複数の電子源を切り換えて、レチクル面の異なる位置に位置するサブフィールドを照明したりすることができる。

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、前記独立に制御可能な電子源は、その各々が、複数の電界放出型のエミッタで構成され、各エミッタの特性のばらつきに起因する照明むらが、露光転写特性に問題とならない程度に、各エミッタの特性のばらつきが小さく抑えられ、かつ、エミッタの密度が大きくされていることを特徴とするもの（請求項２）である。

本手段においては、電子源を構成する複数のエミッタを密に配列して形成し、かつ、各エミッタに流す電流を別々に調整すること等により、各エミッタの特性をそろえて、各エミッタの特性のばらつきに起因する照明むらが、露光転写特性に問題とならないようにすることができる。よって、こうしたフィールドエミッタで電子源を構成することにより、各電子源が独立に制御可能となると共に、各電子源で照明される領域での照明むらを小さくすることができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である電子線露光装置の使用方法であって、前記独立に制御可能な電子源を、順次駆動して、各々の電子源に対応するレチクル面の照明位置にあるサブフィールドを順次照明し、照明されたサブフィールド中に形成されたパターンを、電子線投影光学系を介してウエハ等の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もの（請求項３）である。

本手段においては、照明光学系において偏向器を使用しないで異なるサブフィールドの露光転写が行えるので、照明光学系の偏向器が投影光学系に与えるノイズを無くすることができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である電子線露光装置の使用方法であって、前記独立に制御可能な電子源の一つを駆動すると共に、偏向器を使用してその電子源から放出される電子線を偏向させ、所定範囲のレチクル面の照明位置にあるサブフィールドを順次照明し、偏向器の偏向限界に達したら、駆動していた電子源の駆動を停止し、それと異なる電子源を駆動すると共に、偏向器を使用してその電子源から放出される電子線を偏向させ、前記所定範囲とは異なる所定範囲のレチクル面の照明位置にあるサブフィールドを順次照明する動作を繰り返して、これらの所定範囲が複数個集まってなる範囲のレチクル面の照明位置にあるサブフィールドを照明し、照明されたサブフィールド中に形成されたパターンを、電子線投影光学系を介してウエハ等の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もの（請求項４）である。

本手段においては、照明光学系の偏向器の偏向量を小さくすることができるので、照明光学系の偏向器が投影光学系に与えるノイズを小さくすることができる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第３の手段又は第４の手段である電子線露光装置の使用方法であって、前記電子源の電流量をリアルタイムに変化させて、レチクルと感応基板の走査速度を一定とした場合に、露光時のドーズ量が目標値となるように調整することを特徴とするもの（請求項５）である。

サブフィールド毎に、パターン密度やパターン形状に応じて最適な露光量が存在するが、従来はこれらのことが考慮されないか、露光時間の調整で調整されていた。露光時間で調整を行う場合、電子線光学系の設定や、レチクルと感応基板の走査速度を変則的に制御する等、システム上困難な問題が生じていた。

本手段においては、電子源が複数あって単独に調整が可能な電子線露光装置を使用しているので、電子源の電流量をリアルタイムに変化させて、露光時のドーズ量を、電子線光学系の条件を一定とし、レチクルと感応基板の走査速度を定速に制御した場合でも、露光時のドーズ量が目標値となるように調整することができる。これにより、露光時のシステム上の制御にかかる負担を減らすことができる。

本発明によれば、偏向器が発生する磁場を無くしたり小さくしたりして、露光特性の変動を小さく抑えることができる電子線露光装置、これに加えてサブフィールドを均一に照明できる電子線露光装置、及びそれらの使用方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す図である。電子線源１には、複数の電子源２が設けられており、各電子源２は、後に図２において説明するような構造を有する、フィールドエミッタから構成されており、全体としてフィールドエミッタアレイの構造を有している。

各電子源２から放出された電子線３は、加速電極４にかけられた電圧により加速され、電子レンズ５を介して、各電子源２の位置に対応するレチクル６上の位置を照明する。すなわち、各電子源２が照明するレチクル６が位置する面上の位置は、各電子源２毎に定まっている。そして、図示しない成形開口により、各電子源２から放出される電子線３が照明する領域の大きさをレチクル６のサブフィールドの大きさに対応させ、各電子源２からの電子線３が、この成形開口を通して、レチクル６のサブフィールドを個別に照明するようにされている。

よって、図１に示される各電子源２を、順に右側から駆動すると、それらから放出される電子線３により、レチクル６のサブフィールドが順に左側から照明されることになり、従来の電子線露光装置で、偏向器により電子線を偏向し、異なるサブフィールドを照明していたのと同じ効果を奏する。すなわち、偏向器を使用せず、異なるサブフィールドを順次照明することができる。

図２に、電子源２の例を示す。なお、以下の図においては、本欄における前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。図２（ａ）においては、電子源２が３個示されている。各々の電子源２はフィールドエミッタから構成されており、絶縁体１１の中に形成されたカソード電極１２上に、円錐状のエミッタ１３が複数形成されている。絶縁体１１の上部にはアノード１４が設けられており、アノード１４にかけられた正電位により、エミッタ１３から電子を放出させるようになっている。

カソード電極１２には、配線を介してＦＥＴ１５がつながれており、ＦＥＴ１５のゲート電圧を制御することにより、カソード電極１２へ供給できる電流量を制限し、エミッタ１３から放出される電子の数を調節している。このとき、カソード電極１２の電位が、電流量が常にＦＥＴゲート電圧で制限を受ける範囲に収まるように、ＦＥＴのソース電圧を適切に設定する。

図２（ａ）は断面図であるが、エミッタ１３が形成される凹部は円形又は正方形をしており、この中に複数のエミッタ１３が形成されている。エミッタ１３から放出された電子は、エミッタ１３の先端から少し離れた位置で集合しクロスオーバを形成するが、エミッタ１３を密に配列し、かつ、その特性をそろえることにより、このクロスオーバ位置での電子線の分布を、レチクル６を照明するときに照明均一性が問題とならない程度に均一化する。そして、このクロスオーバ位置がレチクル６面と共役になるように、電子レンズ５の特性を合わせる。

図２（ａ）においては、３個のフィールドエミッタを示しているが、実際にはこれを多数配列してフィールドエミッタアレイを構成する。なお、フィールドエミッタを２次元的に配置し、２次元フィールドエミッタアレイとしてもよい。

図２（ｂ）は、電子源２の他の例を示す図である。この電子源の構造は、基本的には図２（ａ）に示したものと同じであるが、一つのエミッタ１３に対して一つのカソード電極１２が設けられ、その各々のエミッタからの電子放出量を、ＦＥＴ１５で調節できるようになっているところが異なっている。

図２（ａ）に示すものでは、クロスオーバ位置における電子線の分布は、エミッタ１３の機械的な構造でほぼ決まってしまう場合があり、十分均一な分布が得られない場合がある。このような場合に図２（ｂ）に示すような構造とし、個々のエミッタ１３からの電子放出量を調整可能にしておけば、クロスオーバ位置における電子線の分布を均一化することが可能になる。

図３に、本発明の実施の形態の他の例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す。この投影光学系は図１に示すものとほぼ同じであるが、電子源２の数が少なく、電子源２同士の間隔が広くされており、かつ、偏向器７が設けられているところが異なっている。

電子源２からの電子線は、偏向器７により偏向され、その偏向量に応じてレチクル６の異なったサブフィールドを照明する。しかし、図５に示した従来の照明光学系とは異なり、偏向量は少なく、レチクル６面における偏向量８も小さくされている。

一つの電子源２を使用して、偏向器７により範囲Ａのサブフィールドを順次照明し、この動作を終了したとき、偏向器７を初期状態に戻し、隣に位置する電子源２を駆動して、同様に範囲Ｂに位置するサブフィールドの照明を行う。続いて、さらにその隣に位置する電子源２を使用して範囲Ｃに位置するサブフィールドの照明を行う。

このようにして、狭い範囲のサブフィールドを順次露光する際には偏向器７により照明位置を変更し、それ以上の範囲の露光位置の切換には、電子源２を切り換え使用する。これにより、電子源２の数を少なくできる。そして、偏向器７が発生する磁界を小さくすることができるので、この磁界に起因して投影光学系に発生するノイズを小さくすることができる。

なお、図２に示されるように、各電子源２は、ＦＥＴ１５によって制御されるため、それらから発生する電子線の電流値を調節することができる。よって、サブフィールド毎に必要とされる露光量が異なる場合でも、この電流量を調整することにより、レチクル６や感応基板の走査速度を一定に保ちながら露光を行い、かつ露光量を目的とする値にすることができる。よって、レチクル６や感応基板の走査速度を一定に保ちながら露光を行うことができる。

本発明の実施の形態の１例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す図である。 電子源の例を示す図である。 本発明の実施の形態の他の例である電子線露光装置の照明光学系の概要を示す図である。 分割露光転写方式の電子線露光装置の概要を示す図である。 従来の分割露光転写方式の電子線露光装置における照明光学系の概要を示す図である。

符号の説明

１…電子線源、２…電子源、３…電子線、４…加速電極、５…電子レンズ、６…レチクル、７…偏向器、８…偏向量

Claims (5)

1. 電子源から放出され電子線により、レチクルに形成されたサブフィールドを照明し、照明されたサブフィールド中に形成されたパターンを、電子線投影光学系を介してウエハ等の感応基板に露光転写する分割露光転写方式の電子線露光装置であって、独立に制御可能な複数の電子源を有し、これらの各々の電子源は、レチクル面の異なる位置を照明するものであることを特徴とする電子線露光装置。
2. 前記独立に制御可能な電子源は、その各々が、複数の電界放出型のエミッタで構成され、各エミッタの特性のばらつきに起因する照明むらが、露光転写特性に問題とならない程度に、各エミッタの特性のばらつきが小さく抑えられ、かつ、エミッタの密度が大きくされていることを特徴とする請求項１に記載の電子線露光装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電子線露光装置の使用方法であって、前記独立に制御可能な電子源を、順次駆動して、各々の電子源に対応するレチクル面の照明位置にあるサブフィールドを順次照明し、照明されたサブフィールド中に形成されたパターンを、電子線投影光学系を介してウエハ等の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電子線露光装置の使用方法。
4. 請求項１又は請求項２に記載の電子線露光装置の使用方法であって、前記独立に制御可能な電子源の一つを駆動すると共に、偏向器を使用してその電子源から放出される電子線を偏向させ、所定範囲のレチクル面の照明位置にあるサブフィールドを順次照明し、偏向器の偏向限界に達したら、駆動していた電子源の駆動を停止し、それと異なる電子源を駆動すると共に、偏向器を使用してその電子源から放出される電子線を偏向させ、前記所定範囲とは異なる所定範囲のレチクル面の照明位置にあるサブフィールドを順次照明する動作を繰り返して、これらの所定範囲が複数個集まってなる範囲のレチクル面の照明位置にあるサブフィールドを照明し、照明されたサブフィールド中に形成されたパターンを、電子線投影光学系を介してウエハ等の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電子線露光装置の使用方法。
5. 請求項３又は請求項４に記載の電子線露光装置の使用方法であって、前記電子源の電流量をリアルタイムに変化させて、レチクルと感応基板の走査速度を一定とした場合に、露光時のドーズ量が目標値となるように調整することを特徴とする電子線露光装置の使用方法。
   
   
   

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