JP2006019435A - 荷電粒子線露光装置及び該装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 投影レンズの低収差条件と、物面、及び像面における電子線のテレセン性を維持し、且つクーロン効果による電子線のボケ量を低減する。
【解決手段】 荷電粒子線を用い、縮小投影系を介して基板を露光する荷電粒子線露光装置において、前記縮小投影系に含まれている磁界レンズ１−３，１−４には間隔を置いてそれぞれの両補助磁極１−８，１−９を設け、その両補助磁極は磁界レンズ１−３，１−４の磁極中心位置に対して対称に配置され、前記両補助磁極の間隔は、対応する磁界レンズの磁極の間隔より大きく、且つ両補助磁極の内径Ｄｓ１は前記磁界レンズの磁極の内径Ｄ１より小さい。
【選択図】 図１

Description

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に関し、特に電子線でウエハ等の被露光基板を直接パターン描画する電子線露光装置に適している。

電子線を用いる露光は、高解像性能を有するが、スループットが低いのが欠点とされており、その欠点を解消すべく、様々な技術開発がなされてきた。近年では、飛躍的に高スループット性能を高めた電子線露光方式として、半導体チップ全体の回路パターンを備えたレチクルの一部領域に電子線を照射し、その照射領域のパターンの像を投影レンズによりウエハ上に縮小転写する電子線投影露光装置の開発が進められている。この種の装置では、マスクの全範囲に一括して電子線を照射して一度にパターンを転写できるほど低収差の広い視野は通常得られない。そこで、一の方式として、光学系の視野を多数の小領域に分割し、各小領域毎に電子線光学系の条件を変えながらパターンをウエハ上に順次転写し、露光する転写型露光方式がある。

また、他の方式として、複数の開口を有する絞り板を電子線で照明し、複数の開口を通過して形成される複数の電子線を個別に制御し、縮小投影電子光学系を介して試料面に照射して所望のパターンを描画するマルチ電子線型露光装置が提案されている（例えば、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー B18 2000年 第3061-3066頁:J. Vac. Sci. Technol. B 18 (6), Nov/Dec 2000, 3061-3066）。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比べて広いため、スループットがより改善できるという特徴がある。マルチ電子線露光方式の場合は、転写方式と違いマスクを必要としないため、電子線を用いた露光装置の大きな特徴であるパターン・データにより、所望の露光パターンが得られる利点を生かすことができ、マスクの製造費用がかからないため、転写型方式に比べてランニングコストの点でも優位である。

この種の装置は、従来の露光装置に比べて、露光領域が１桁〜２桁程度広い領域であるため、軸外収差を低減する必要がある。そのため、投影光学系の収差低減技術の一つとして、対称磁気タブレット型レンズが用いられている。この光学系は、２段の磁界レンズの形状（磁極ボーア径、レンズギャップ長）をクロス・オーバー像を中心として相似形点対称とし、両レンズの磁性を逆とし、両レンズの励磁コイルのアンペアターンを等しくとったものである。この光学配置により、すべてのθ方向収差と歪及び倍率色収差がキャンセルされて零と言われている。
特開平０９−２４５７０８号公報 ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー B18 2000年 第3061-3066頁:J. Vac. Sci. Technol. B 18 (6), Nov/Dec 2000, 3061-3066

一般に、磁界レンズの内径（磁極ボーア径）が大きいと、収差の点では有利であるが、レンズ外に磁場が漏れ出る傾向が強くなる。この磁場の漏れがウエハ側の投影レンズの下端面とウエハとの間で生じると、電子線のウエハへの垂直入射性（テレセン性）が悪くなってしまう。この垂直入射性が悪いと、ウエハ表面のＺ方向位置変化によるパターン位置ズレや寸法変化が生じる。テレセン性改善のためには、磁界レンズの内径を小さくすることが考えられが、その場合、磁界レンズの収差量が増大し、解像性能が低下する欠点がある。

従来の磁気ダブレット・レンズ系を図３に示す。図３において、磁界レンズ３−３及び３−４によって、光軸上に磁場分布３−５，３−６が形成される。電子線の軸外収差量を所望の値以下にするには、磁界レンズ３−３，３−４の磁極内径を大きく設定する必要があり、その場合、図３に示された軸上磁場分布３−５，３−６が物面３−１、及び像面３−２上に残存してしまう。また、絞り３−７において、上段の磁界レンズ３−３の磁場分布３−５と下段の磁界レンズ３−４の磁場分布３−６が重なり、２段の磁界レンズのそれぞれの磁場の対称性が崩れ、対称型磁気ダブレット光学系の特徴が失われる。レンズ外の磁場を除去し、収差を所望の値に収めようとすると、物面−像面間距離（カラム長）が長くなる。

高スループットを上げるためには、露光電流量を従来に比べて上げる必要があり、その際、問題になるのが、クーロン効果による電子線のボケ量と電子線の位置ずれである。一般的に、クーロン効果による電子線のボケ量は近似的に下式（数式１）で示される。

δ＝Ｋ＊Ｉ＊Ｌ／（Ｖ＊α） （式１）
Ｋ：カラムによって決まる定数
Ｉ：電子線露光電流量
Ｌ：カラム長
Ｖ：電子線の入射エネルギー
α：電子線の像面における収束半角
数式１より、クーロン効果によるボケ量を低減するには、カラム長をできるだけ短くする必要があることが分かる。

以上、述べたことから明らかなように、本発明は、投影レンズの低収差条件と、物面、及び像面における電子線のテレセン性を維持し、且つクーロン効果による電子線のボケ量を低減できる電子線露光装置を提供することを課題とし、その課題の解決を目的とする。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明は、荷電粒子線を用い、縮小投影系を介して基板を露光する荷電粒子線露光装置において、前記縮小投影系に含まれている磁界レンズに両補助磁極を設け、前記両補助磁極は前記磁界レンズの磁極中心位置に対して対称に配置され、前記両補助磁極の間隔は前記磁界レンズの磁極の間隔より大きく、且つ前記両補助磁極の内径は前記磁界レンズの磁極の内径より小さいことを特徴とする。

また、本発明では、例えば上記補助磁極の設定条件として、前記磁界レンズの磁極の内径径Ｄに対する前記補助磁極の内径Ｄｓとの比Ｄｓ／Ｄを０．３程度に設定することを特徴としてもよい。

また、本発明は、荷電粒子線を用い、磁界レンズを介して基板を露光する荷電粒子線露光装置において、前記磁界レンズは、励磁コイルと、前記励磁コイルの内径よりも小さい荷電粒子線通過開口を有する２つの補助磁極板とを備え、前記２つの補助磁極板は、前記励磁コイルの両側にそれぞれ配置されていることを特徴としてもよい。

また、本発明は、荷電粒子線を用い、タブレットレンズを介して基板を露光する荷電粒子線露光装置において、前記タブレットレンズは、２つの磁界レンズを有し、各磁界レンズは、励磁コイルと、前記励磁コイルの内径よりも小さい荷電粒子線通過開口を有する２つの補助磁極板とを備え、前記２つの補助磁極板は、前記励磁コイルの両側にそれぞれ配置されていることを特徴としてもよい。この場合、前記２つのの磁界レンズの間に絞りを配置することが好ましい。

本発明のある形態に係るデバイス製造方法は、上記いずれかの特徴を備える電子線露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された前記基板を現像する工程とを備えてデバイスを製造する方法である。

以上説明したように本発明によれば、投影レンズに用いられている対称型磁気ダブレットレンズのレンズ磁極に補助磁極を設けることで、電子線のテレセン性を維持した状態で、カラム長を短くでき、クーロン効果による電子線のボケを抑制でき、高スループットを確保し、高解像性能を有する電子線露光装置を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態について、以下に実施例を挙げて図面を参照しながら詳細に説明する。

＜電子線露光装置の構成要素の説明＞
図１は本発明の実施例に係る対称型磁気ダブレット・レンズ系を示す断面図であり、図２は本発明の実施例に係る対称型磁気ダブレット・レンズ系を用いた電子線露光装置の要部概略図である。

まず、本実施例に係る電子線露光装置の構成について説明する。図２において、電子銃（図示せず）で発生した電子線はクロス・オーバ像を形成する（以下、このクロス・オーバ像を電子源２−１と記す）。この電子源２−１から放射される電子線は、整形光学系２−２及び第１のスティグメータ２−３を介して、電子源２−１の像ＳＩを形成する。像ＳＩからの電子線は、コリメータレンズ２−４によって略平行の電子線となる。略平行な電子線は複数の開口を有するアパチャ−アレイ２−５を照明する。

アパーチャアレイ２−５は、複数の開口を有し、電子線を複数の電子線に分割する。アパーチャアレイ２−５で分割された複数の電子線は、静電レンズが複数形成された静電レンズ・アレイ２−６により、像ＳＩの中間像を形成する。中間像面には、静電型偏向器であるブランカーが複数形成されたブランカーアレイ２−７が配置されている。

中間像面の下流には、本発明の実施例に係る２段の対称型磁気タブレット・レンズ２−８１，２−８２で構成された縮小投影光学系２−８があり、複数の中間像がウエハ２−９上に投影される。このとき、ブランカーアレイ２−７で偏向された電子線は、ブランキングアパーチャＢによって遮断されるため、ウエハ２−９には照射されない。一方、ブランカーアレイ２−７で偏向されない電子線は、ブランキングアパーチャＢによって遮断されないため、ウエハ２−９に照射される。

下段の対称型磁気ダブレット・レンズ２−８２内には、複数の電子線を同時にＸ，Ｙ方向の所望の位置に変位させるための偏向器２−１０、複数の電子線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２−１１、及び複数の電子線のフォーカスを同時に調整するフォーカスコイル２−１２が配置されている。２−１３はウエハ２−９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。このステージ２−１３の上には、ウエハ２−９を固着するための静電チャック２−１５と電子線の形状を測定するための電子線入射側にナイフエッジを有する半導体検出器２−１４が配置されている。

＜本発明の実施例に係る磁界レンズの説明＞
次に、本発明の実施例に係る補助磁極を有する対称型磁気ダブレット・レンズ系を図１
に示す。まず、磁界レンズの特徴を図１を参照しつつ説明する。 本磁界レンズ１−３，１−４は、励磁コイル１−１２及び１−１３に電流を流すことにより磁極ギャップ１−１０及び１−１１から磁場が漏れ、光軸上に磁場分布１−５，１−６が形成される。その際、レンズ磁場がレンズ外に拡がらないようにレンズ磁極の内径より小さな径を有する補助磁極１−８，１−９を設けてある。この補助磁極の間隔は、レンズ磁場を形成する磁極ギャップ１−１０，１−１１より大きな値に設定されている。そのため、レンズ磁極ギャップを含む磁界レンズの磁気回路の磁気抵抗は、補助磁極を含む磁気回路の磁気抵抗よりかなり小さな値となり、レンズ中心部の磁場分布は、磁極ギャップ１−１０，１−１１がある大きな内径のレンズ磁極で決定され、比較的磁場強度の弱いレンズ外の磁場強度は補助磁極１−８，１−９によって決定される。そのため、収差特性の劣化は小さい。また、レンズ外への磁場の漏れは補助磁極１−８，１−９の内径で決まるため、磁極径を数十ｍｍ程度に設定すると、物面１−１、及び像面１−２上の磁場強度はかなり低減できる。また、同様に絞り１−７において、上段磁界レンズ１−３と下段磁界レンズ１−４の磁場の干渉がなくなり、対称型磁気ダブレット条件を作ることができる。

図４に補助磁極の内径と物面上の磁場強度と広い露光面積の場合に重要な収差である像歪量の関係を示す。補助磁極１−８，１−９の内径が小さい場合、物面上の磁場強度はほぼ零になり、テレセン性に影響を与えない。一方、像歪量は、補助磁極径が大きい程、減少するが、ある値以上では、ほぼ一定となる。この図から分かるように、物面１−１上の磁場強度と像歪量が共に小さい最適な補助磁極径が存在する条件があり、図４の例では、磁界レンズ磁極径Ｄ１は１００ｍｍ、補助磁極径Ｄｓ１は３０ｍｍである。Ｄｓ１／Ｄ１＝０．３程度である。この数値例の磁界レンズの設定焦点距離は１００ｍｍの条件で、従来の補助磁極がない磁界レンズを用い、ほぼ同一の歪量が得られる磁極内径の場合、物面１−１上の磁場強度は２桁程度大きくなり、テレセン性は大きく崩れてしまう。これを防ぐには、設定焦点距離を２倍程度長くする必要があり、カラム長が長くなってしまう。

以上、説明したように従来の磁界レンズに、間隔がレンズ磁極のギャップ長より大きく、且つ内径が小さな補助磁極を設けることで、テレセン性、収差量を劣化することなくカラム長を短くでき、クーロン効果にボケ量を抑え、高スループット、高解像性能が得られる。

＜デバイスの生産方法＞
次に、本発明の実施例２として、上記説明した実施例１に係る電子線露光装置を利用したデバイスの生産方法を説明する。
図５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う。ステップ２（ＥＢデータ変換）では設計した回路パターンに基づいて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。

図５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）では上記説明した電子線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。

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て製造することができる。

本発明の実施例に係る対称型磁気ダブレット光学系を構成する磁界レンズを示す断面図である。 本発明の実施例に係る電子線露光装置の要部を示す概略図である。 従来の対称型磁気ダブレット光学系を示す図である。 本発明の実施例に係る磁界レンズ補助磁極の内径と物面上の磁場強度及び収差である像歪量の関係をグラフで示した図である。 微小デバイスの製造フローを説明するための図である。 ウエハプロセスを説明するための図である。

符号の説明

１−１：投影レンズの物面、１−２：投影レンズの像面、１−３：磁気ダブレット・レンズ系の上段の磁界レンズ、１−４：磁気ダブレット・レンズ系の下段の磁界レンズ、１−５：磁気ダブレット・レンズ系の上段の磁界レンズの軸上磁場分布、１−６：磁気ダブレット・レンズ系の下段の磁界レンズの軸上磁場分布、１−７：絞り、１−８：磁気ダブレット・レンズ系の上段の磁界レンズの補助磁極、１−９：磁気ダブレット・レンズ系の下段の磁界レンズの補助磁極、１−１０，１−１１：磁極ギャップ、１−１２，１−１３：励磁コイル、２−１：電子源、２−２：ビーム整形光学系、２−３：第1のスティグメータ、２−４：コリメータレンズ、２−５：アパーチャアレイ、２−６：静電レンズ・アレイ、２−７：ブランカーアレイ、２−８：縮小投影光学系、２−９：ウエハ、２−１０：偏向器、２−１１：第２のスティグメータ、２−１２：フォーカスコイル、２−１３：ＸＹステージ、２−１４：半導体検出器、２−１５：静電チャック、２−８１，２−８２：対称型磁気タブレット・レンズ、３−１：投影レンズの物面、３−２：投影レンズの像面、３−３：磁気ダブレット・レンズ系の上段の磁界レンズ、３−４：磁気ダブレット・レンズ系の下段の磁界レンズ、３−５：磁気ダブレット・レンズ系の上段の磁界レンズの軸上磁場分布、３−６：磁気ダブレット・レンズ系の下段の磁界レンズの軸上磁場分布。

Claims (6)

1. 荷電粒子線を用い、縮小投影系を介して基板を露光する荷電粒子線露光装置において、前記縮小投影系に含まれている磁界レンズに両補助磁極を設け、前記両補助磁極は前記磁界レンズの磁極中心位置に対して対称に配置され、前記両補助磁極の間隔は前記磁界レンズの磁極の間隔より大きく、且つ前記両補助磁極の内径は前記磁界レンズの磁極の内径より小さいことを特徴とする荷電粒子線露光装置。
2. 前記磁界レンズの磁極の内径径Ｄに対する前記補助磁極の内径Ｄｓとの比Ｄｓ／Ｄを０．３程度に設定す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. 荷電粒子線を用い、磁界レンズを介して基板を露光する荷電粒子線露光装置において、
   前記磁界レンズは、励磁コイルと、前記励磁コイルの内径よりも小さい荷電粒子線通過開口を有する２つの補助磁極板とを備え、前記２つの補助磁極板は、前記励磁コイルの両側にそれぞれ配置されていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
4. 荷電粒子線を用い、タブレットレンズを介して基板を露光する荷電粒子線露光装置において、
   前記タブレットレンズは、２つの磁界レンズを有し、
   各磁界レンズは、励磁コイルと、前記励磁コイルの内径よりも小さい荷電粒子線通過開口を有する２つの補助磁極板とを備え、前記２つの補助磁極板は、前記励磁コイルの両側にそれぞれ配置されていることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
5. 前記２つのの磁界レンズの間に絞りを配置したことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子線露光装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の荷電粒子線露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。
   
   
   

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