JP2006019436A

JP2006019436A - 荷電粒子線露光装置、荷電粒子線露光方法及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2006019436A
Application number: JP2004194771A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Someta; 恭宏染田; Akiyoshi Tanimoto; 明佳谷本
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Canon Inc; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Canon Inc; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: JP4634076B2

Abstract

【課題】複数本のビームの一部に欠陥が生じた場合にも、再描画を行う必要がなく、スループットを落とさずに露光することができるようにする。
【解決手段】荷電粒子線源１と荷電粒子線レンズ２と、荷電粒子線偏向器５，６と、上記荷電粒子線源から発生した荷電粒子ビームを複数本のビーム１６に分割する分割手段３とを有し、前記複数本のビームのうち所定のビームが露光対象であるウエハ１４上に転写できない際に、代替ビームを用いてウエハ１４上に所望のパターンを転写する手段を設け、上記分割成形された複数本のビームをウエハ１４上に転写する。
【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ビーム露光装置、イオンビーム露光装置等の荷電粒子線露光装置及び露光方法に関するものである。特に、本発明は複数の荷電粒子線を用いてパターン露光（パタン描画）を行う荷電粒子線露光装置及びその露光方法に適している。

露光対象としての試料上にパタンを形成するための従来の荷電粒子線露光装置は、荷電粒子源から放出される荷電粒子を加速、成形、縮小し、試料上にビーム照射することによって所望のパタンを試料上に形成している。特に露光装置のスループットが要求される場合には、上記ビームは複数本存在し、同時に複数のパタンを描画する方法が存在する。
特開平９−２４５７０８号公報

しかしながら、上記従来例に係る荷電粒子線露光装置は、高スループットが実現できる反面、複数本のビームのうちの一本以上に不具合が生ずると、不具合ビームを補完するために、再描画を行わなければならず、スループットの大幅な低下を招く。

本発明は、複数本のビームの一部に欠陥が生じた場合にも、再描画を行う必要がなく、スループットを落とさずに露光することができる荷電粒子線露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明では、以下の方法を用いてスループットの低下を招かずに所望のパタンを描画する装置及び方法を提案する。本発明は、荷電粒子線源と、荷電粒子線レンズと、荷電粒子線偏向器と、前記荷電粒子源から発生した荷電粒子ビームを複数本のビームに分割する分割手段とを有し、前記分割された複数本のビームを露光対象上に転写する荷電粒子線露光装置であって、前記複数本のビームのうち所定のビームが前記露光対象上に転写できない際に、代替ビームを用いて前記露光対象上に所望のパターンを転写することを特徴とする。

また、本発明の荷電粒子線露光装置の一形態では、露光に用いられるビームはｍ行ｎ列のアレイ状であり、前記分割手段はｍ行ｎ+１列以上の開口アレイと、ｍ行ｎ+１列以上のアレイ状偏向器群を有することを特徴としている。

また、本発明の荷電粒子線露光装置の一形態では、ｍ行ｎ+１列以上のアレイ状ビームのうちｘ行ｙ列のビームが露光対象上に転写できない際に、ｘ＋１行ｙ列のビームがｘ行y列のビームの本来転写すべきパターンを転写し、ｘ＋２行ｙ列のビームがｘ＋１行ｙ列のビームの本来転写すべきパターンを転写することを特徴とする。

また、本発明の荷電粒子線露光装置の一形態では、ｍ行ｎ+１列以上のアレイ状ビームのうち転写できないビームを補完するように前記転写できないビームと同じ行のビーム群を少なくとも１列マイナス側にシフトする手段、前記転写できないビームと同じ行のビームを少なくとも１列プラス側にシフトする手段、前記転写できないビームと同じ列のビームを少なくとも１行プラス側にシフトする手段及び前記転写できないビームと同じ列のビームを少なくとも１行マイナス側にシフトする手段のうちの少なくとも１つの手段を有す
ることを特徴としている。

また、本発明は、前記分割手段にて分割された複数本のビームを個別に偏向する手段及び前記複数本のビームを個別に収束する手段の少なくとも１つの手段を有することを特徴としてもよい。

また、本発明の一形態では、ビームを露光対象上に照射して所望のパターンを露光する荷電粒子線露光装置であって、荷電粒子線源と、ｍ行ｎ列に配置された複数の開口とその外側に配置された少なくとも１つの開口を有し、前記荷電粒子線源からの荷電粒子線ビームを複数本のビームに分割するアパーチャアレイと、前記ｍ行ｎ列に配置された複数の開口からの複数本のビームのうち所定のビームが前記露光対象上に照射されない際に、前記所定のビームの代替ビームとして、前記その外側に配置された少なくとも１つの開口からのビームを用いるためのビーム偏向器と、を備えることを特徴とする同時に描画されるパタンがｍ行ｎ列のアレイ状であって、前記複数本のビームがｍ行ｎ列以上のアレイ状であり、ｍ行ｎ列以上のアレイ状偏向器群を用いて描画することを特徴とする。

また、本発明の荷電粒子線露光方法の一形態では、荷電粒子線源と、荷電粒子線レンズと、荷電粒子線偏向器と、前記荷電粒子源から発生した荷電粒子ビームを複数本のビームに分割する分割手段とを有し、前記分割された複数本のビームを露光対象上に転写する荷電粒子線露光装置を用いる荷電粒子線露光方法であって、前記複数本のビームのうち所定のビームが露光対象上に転写できない際に、代替ビームを用いて露光対象上に所望のパターンを転写する工程を含むことを特徴とする。

本発明の荷電粒子線露光装置または露光方法の一形態では、通常に描画使用する通常ビーム領域の外側に代替ビーム領域をあらかじめ作成したおき、該代替ビーム領域のビームを通常ビーム領域内の位置へずらす手段または工程を含んでいることを特徴とする。

また、本発明のデバイス製造方法は、上記いずれかの特徴を備える荷電粒子線露光装置を用いて露光対象を露光する工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を含む。

以上説明したように、本発明によれば、代替ビームを使用することによって、スループットが低下すること無く、ビームの欠陥を補完することが可能な荷電粒子線露光装置及び露光方法を提供することができる。

本発明の実施形態では、荷電粒子線の一例として電子ビームを用いた電子ビーム露光装置の例を示す。なお、本発明は電子ビームに限らずイオンビーム等荷電粒子線を用いた露光装置にも同様に適用できる。

（電子ビーム露光装置の構成要素の説明）
以下、本発明の実施例1を説明する。図１は本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の要部概略図である。

図１において、荷電粒子線源としての電子源１より放射状に放出される電子ビームは、レンズ２によって成形された後、アパーチャアレイ３にほぼ垂直入射される。アパーチャアレイ3は、50ミクロンの開口が12行12列に配置されており、マルチ電子ビーム16を形成する。形成されたマルチ電子ビーム１６はレンズアレイ４によって収束される。レンズア
レイ４は12行12列のアレイ状の静電レンズ群である。

さらにビームはマルチ偏向器５，６を用い独立に位置微調整された後、ブランキングアレイ７を通過する。ブランキングアレイ７はビームを独立に偏向することができ、偏向されたビームは制限絞り１２によって遮蔽される。また、ブランキングアレイ７は10行10列のアレイ状偏向器群である。ブランキングアレイ７を通過したマルチ電子ビーム１６はレンズ8,9,10,11によって成形され、偏向器１３によって露光対象であるウエハ14上の所望の位置に露光される。

アパーチャアレイ３、レンズアレイ4、マルチ偏向器５，６、及びブランキングアレイ7は、マルチソースモジュール１００と呼ばれる。アパーチャアレイ３の開口径が50ミクロン、レンズアレイ４の開口径が80ミクロン、マルチ偏向器５，６、及びブランキングアレイ７の径が50ミクロンである。以上の構成によると、10行10列のアレイ状ビームを一度にウエハ14上に露光することができる。

（不良ビーム発生時における救済法の説明）
しかしながら、レンズアレイ4のレンズ群のうち、１つのレンズが製作ミス、ごみの付着等により不良になった場合を考えると、10×10即ち100個のレンズのうち、99個のレンズしか使用することができない。これは不良となった1レンズ分のパタン不良を引き起こす。また、パタン不良を避けるために、正常な99レンズのうちの１個のレンズを使用して不良レンズの本来描画すべきパタンを描画すると、スループットの低下が避けられない。そこで、本実施例では以下の方法を用いて、スループットの低下を招かずに所望のパタンを描画可能とした。

本実施例に係るマルチソースモジュール100の拡大図を図２に示す。図２（ａ）では全てのレンズが正常に動作している場合を示し、図２（ｂ）では開口不良１７が発生した場合を示している。開口不良１７が発生すると、本来描画に使用すべきビーム１８が遮蔽され、正常な描画を行うことができなくなる。そこで本実施例では開口不良１７より外側の代替ビーム群１９は、マルチ偏向器５，６を用いて、１開口分内側にシフトさせる。以上の調整を行うことにより、スループットを落とすことなく通常の描画と全く同様の描画を行うことができる。

本発明の実施例１ではレンズアレイ４に不良が生じた場合の代替ビーム調整法を述べたが、実施例２では、アパーチャアレイ３に不良が生じた場合の例を説明する。図２（ｃ）に示す如く、本実施例も実施例１と同様、不良開口１７より外側のビームを、マルチ偏向器５，６を用いて１開口分内側にずらすことによって、スループットを落とすことなく通常の描画と全く同様の描画を行うことができる。

また、本実施例ではアパーチャアレイ３に不良開口１７が発生した場合を説明したが、この場合図２（ｄ）に示す如く、アパーチャアレイ３とレンズアレイ４との間にマルチ偏向器２０，２１を配置し、上記実施例と同様に不良開口１７より外側のビームを、マルチ偏向器２０，２１を用いて偏向器の１開口分内側にずらすことによっても、スループットを落とすことなく通常の描画と全く同様の描画を行うことができる。

上記実施例では欠陥が１つの場合を示したが、欠陥が複数個存在した場合の実施例３を以下に説明する。図３（a）〜（ｃ）はビームアレイを上から書き表した平面図であり、欠陥ビームが生じた場合の代替ビーム作成法をそれぞれあらわしている。複数の欠陥が一つの行に無い場合には、図３（a）に示す如く、実施例１，２で用いた手法を用いる。通
常描画に使用するビーム領域２２の外側に代替ビーム領域を設け、欠陥ビームに従って代替ビームを、マルチ偏向器を用いて矢印に示すように１ビーム分シフトさせることによって、代替ビームを作成することができる。

欠陥が１行または１列に２個以上発生した場合には、図３（ｂ）に示す如く、マルチ偏向器を用い、X+,X-,Y+,Y-方向にそれぞれビーム群をシフトさせることによって１行、もしくは１列内に多くの欠陥があっても代替ビームによって対応することができる。

また、欠陥がクラスタ状に発生した場合には、図３（ｃ）に示す如く、マルチ偏向器の偏向感度を向上させ、２開口分離れたビーム、及びXY斜めに1開口分離れたビームを用い、代替ビームを作成することによって、対応することが可能である。また図３（ｄ）に示す如く、通常描画に使用するビーム領域２２の外側に２開口分の代替ビーム列をあらかじめ作成しておき、２開口分ビームをずらすことによっても対応できる。以下同様に、代替ビームの増加及び偏向感度の向上によって、より多数の欠陥に対応することが可能である。

以上の実施例では何らかの欠陥によってビームが欠損する例を説明したが、実施例４ではビームの制御が不可能になった場合を説明する。図４に本実施例によるマルチソースモジュール１００内のビーム制御例を示す。

図４（a）はレンズアレイ４内の一つのレンズ２３が何らかの理由により、ビームの収束作用ができなくなった場合を示している。この場合、欠陥レンズ２３を通過するビームのみ十分な収束を行うことができていないため、該ビームの描くパタンは欠陥となる。

そこで、本実施例では図４（ｂ）に示す如く、欠陥レンズを通過するビームを、マルチ偏向器５を用いて偏向し、ビーム経路途中で遮蔽すると共に、同行もしくは同列のビーム１９を１開口分ずらすことによって代替ビームを作成している。以上の調整により欠陥レンズの無い場合と同様の描画を行うことができる。

なお、本実施例ではマルチ偏向器５を用いて欠陥ビームの退避を行ったが、マルチ偏向器６、及びブランキングアレイ７を用いて退避を行っても同様の効果を得ることができる。

以上の実施例ではアパーチャアレイ３、またはレンズアレイ４に欠陥が生じた場合の代替ビーム作成法を説明したが、実施例５ではブランキングアレイ７に欠陥が生じた場合の代替ビーム作成法を説明する。図５に本実施例によるマルチソースモジュールを示す。前記実施例に加えて、ブランキングアレイ７よりも露光対象側にマルチ偏向器２４，２５が追加設置されている。

図５（a）では、ブランキングアレイ７の一つの開口が開口不良１７が生じた場合を示している。この場合、前記実施例と同様、マルチ偏向器２４，２５を使用して同行、もしくは同列のビーム１９を１開口分ずらすことによって代替ビームを作成することによって正常な描画を行うことができる。

また図５（ｂ）では、ブランキングアレイ７の一つの開口のブランカー２６がオンオフ不可能になった場合を示している。欠陥ブランカー２６のオンオフができなくなるため、該ビームは常時ウエハ上に到達し、不良描画パタンを発生させる。そこで本実施例ではマルチ偏向器２４を用いて該ビーム１８を偏向し、途中で遮蔽を行うとともにマルチ偏向器
２４，２５を使用して同行、もしくは同列のビーム１９を１開口分ずらすことによって、代替ビームを作成して正常な描画を行うことができる。

なお、該ビーム１８は、マルチ偏向器２５の一部を用いて遮蔽しているが、制限絞り１２等を用いて遮蔽しても同様の効果を得ることができる。また本実施例ではマルチ偏向器２４を用いて欠陥ビームの退避を行ったが、マルチ偏向器２５を用いて退避を行っても同様の効果を得ることができる。

次に、上記実施例１〜５のいずれかに係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図６は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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、上記露光制御データが入力された露光装置とウエハを用い、リソグラフィ技術を利用し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）等の組み立て工程を含む。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、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに焼付け露光する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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を形成する。

本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の要部概略を一部断面にて示す図である。本発明の実施例１を説明するためのマルチソースモジュールを示す断面図である。本発明の実施例１を説明するためのマルチソースモジュールの欠陥の発生、及び代替ビームの作成法を示す断面図である。本発明の実施例２を説明するためのマルチソースモジュールの欠陥の発生、及び代替ビームの作成法を示す断面図である。本発明の実施例２を説明するためのマルチソースモジュールの欠陥の発生、及び代替ビームの作成法を示す断面図である。本発明の実施例３を説明するためのビームアレイを上から書き表した平面図である。本発明の実施例３を説明するためのビームアレイを上から書き表した平面図である。本発明の実施例３を説明するためのビームアレイを上から書き表した平面図である。本発明の実施例３を説明するためのビームアレイを上から書き表した平面図である。本発明の実施例４を説明するためのマルチソースモジュールを示す断面図である。本発明の実施例４を説明するためのマルチソースモジュール、欠陥レンズの発生、代替ビームの作成法を示す断面図である。本発明の実施例５を説明するためのマルチソースモジュール、欠陥、欠陥ブランカーの発生、及び代替ビームの作成法を示す断面図である。本発明の実施例５を説明するためのマルチソースモジュール、欠陥、欠陥ブランカーの発生、及び代替ビームの作成法を示す断面図である。半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

符号の説明

１：電子源、２：レンズ、３：アパーチャアレイ、４：レンズアレイ、５，６：マルチ偏向器、７：ブランキングアレイ、８，９，１０，１１：レンズ、１２：制限絞り、１３：偏向器、１４：ウエハ、１５：反射電子検出器、１６：マルチ電子ビーム、１７：欠陥による開口不良、１８：欠陥ビーム、１９：代替ビーム、２０，２１：マルチ偏向器、２２：欠陥の無い場合に使用されるビーム領域、２３：欠陥レンズ、２４，２５：マルチ偏向器、２６：欠陥ブランカー、100：マルチソースモジュール。

Claims

荷電粒子線源と、荷電粒子線レンズと、荷電粒子線偏向器と、前記荷電粒子源から発生した荷電粒子ビームを複数本のビームに分割する分割手段とを有し、前記分割された複数本のビームを露光対象上に転写する荷電粒子線露光装置であって、前記複数本のビームのうち所定のビームが前記露光対象上に転写できない際に、代替ビームを用いて前記露光対象上に所望のパターンを転写することを特徴とする荷電粒子線露光装置。
露光に用いられるビームはｍ行ｎ列のアレイ状であり、前記分割手段はｍ行ｎ+１列以上の開口アレイと、ｍ行ｎ+１列以上のアレイ状偏向器群を有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。
ｍ行ｎ+１列以上のアレイ状ビームのうちｘ行ｙ列のビームが露光対象上に転写できない際に、ｘ＋１行ｙ列のビームがｘ行y列のビームの本来転写すべきパターンを転写し、ｘ＋２行ｙ列のビームがｘ＋１行ｙ列のビームの本来転写すべきパターンを転写することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線露光装置。
ｍ行ｎ+１列以上のアレイ状ビームのうち転写できないビームを補完するように前記転写できないビームと同じ行のビーム群を少なくとも１列マイナス側にシフトする手段、前記転写できないビームと同じ行のビームを少なくとも１列プラス側にシフトする手段、前記転写できないビームと同じ列のビームを少なくとも１行プラス側にシフトする手段及び前記転写できないビームと同じ列のビームを少なくとも１行マイナス側にシフトする手段のうちの少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線露光装置。
前記分割手段にて分割された複数本のビームを個別に偏向する手段及び前記複数本のビームを個別に収束する手段の少なくとも１つの手段を有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。
ビームを露光対象上に照射して所望のパターンを露光する荷電粒子線露光装置であって、
荷電粒子線源と、
ｍ行ｎ列に配置された複数の開口とその外側に配置された少なくとも１つの開口を有し、前記荷電粒子線源からの荷電粒子線ビームを複数本のビームに分割するアパーチャアレイと、
前記ｍ行ｎ列に配置された複数の開口からの複数本のビームのうち所定のビームが前記露光対象上に照射されない際に、前記所定のビームの代替ビームとして、前記その外側に配置された少なくとも１つの開口からのビームを用いるためのビーム偏向器と、を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
荷電粒子線源と、荷電粒子線レンズと、荷電粒子線偏向器と、前記荷電粒子源から発生した荷電粒子ビームを複数本のビームに分割する分割手段とを有し、前記分割された複数本のビームを露光対象上に転写する荷電粒子線露光装置を用いる荷電粒子線露光方法であって、前記複数本のビームのうち所定のビームが露光対象上に転写できない際に、代替ビームを用いて露光対象上に所望のパターンを転写する工程を含むことを特徴とする荷電粒子線露光方法。
請求項１〜６のいずれか１つに記載の荷電粒子線露光装置を用いて露光対象を露光する工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。