JP2006019437A - 荷電粒子線露光方法、荷電粒子線露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望パターンを露光できるラスタースキャン荷電粒子線描画方法を提供する。【解決手段】 荷電粒子線を走査して基板上の複数のピクセルからなるパターンを露光する荷電粒子線描画方法において、前記パターンのエッジに位置するピクセルの露光時間が他のピクセルの露光時間よりも小さくなるように指令値を生成する生成ステップと、前記指令値を直前のピクセルの指令値に基づいて補正する補正ステップとを有する。
【選択図】 図８

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、イオンビーム露光装置等の荷電粒子線露光（描画）方法に関するものである。特に、電子線で露光対象であるウエハ上を走査（ラスタースキャン）して描画する電子ビーム描画方法に適している。

従来のラスタースキャン型電子ビーム露光装置を図１０に示す。電子源Ｓが放射する電子ビームは、電子レンズＬ１によって、電子源Ｓの像を形成する。その電子源Ｓの像は、電子レンズＬ２，Ｌ３で構成される縮小電子光学系を介して、ウエハＷに縮小投影される。ブランカーＢは、電子レンズＬ１によって形成される電子源Ｓの像の位置にある静電型偏向器であって、電子ビームをウエハに照射するか、しないかを制御する。すなわち、電子ビームをウエハに照射させない場合、ブランカーＢが、電子ビームを偏向させて、縮小電子光学系の瞳上に位置するブランキングアパーチャＢＡで、電子ビームを遮断するのである。また、電子ビームは、静電型偏向器ＤＥＦによってウエハ上を走査される。 次にラスタースキャンでウエハを描画する方法を図１１で説明する。例えばパターンとして４８ｎｍ孤立ラインを描画したい場合、描画領域はピクセル（ピクセルピッチ＝１６ｎｍ）で分割する。そして、偏向器ＤＥＦによって電子ビームをＸ方向に走査しながら、パターン部分のピクセルで、ブランカーＢによって電子ビームを照射するように制御している。そして、Ｘ方向の走査が終了すると、電子ビームはＹ方向にステップし、またＸ方向に走査しながら電子ビームの照射を制御してパターンを描画する。 また、ラインパターンの線幅制御に関し、図１２を用いて説明する。図１２（ａ）は、４８ｎｍ孤立ラインを描画する場合を示している。４８ｎｍの線幅を形成するために、３ピクセルを用い、各ピクセルのドーズ（露光時間）は等しい。図１２（ｂ）は、４５ｎｍ孤立ラインを描画する場合を示している。４５ｎｍの線幅を形成するために、４８ｎｍ孤立ラインと同様に３ピクセルを用いているが、ラインのエッジに位置するピクセルのドーズ（露光時間）を他のピクセルと比較して１６分の１３に減少させている。 すなわち、ラインのエッジに位置するピクセルのドーズを可変にすることにより、そのピクセルがラインパターンに付与する線幅（線幅付与量）を制御して、パターンの線幅を所望のものに形成している。
特表平７−５０９５８９号公報

図１３はブランカーＢに印加される電圧信号の変化を示す図である。ブランカーＢは、電圧が印加されていると、ブランキングアパーチャＢＡで電子ビームを遮断され、電圧の印加を切ると、電子ビームがブランキングアパーチャＢＡを通過しピクセルを露光する。そして、電圧の印加を切っている時間を制御してそのピクセルでのドーズ（露光時間）を調整している。図１３では、露光時間を２ｎｓ、８ｎｓ＊８、２ｎｓの３段階としたときの指令値に対する実際電圧波形が現れている。ここで問題なのは、最初の２ｎｓの波形と最後の２ｎｓの波形とにおいて、電圧の降下値が異なることによって、対応するピクセルでのラインパターンに付与する線幅（線幅付与量）が異なってしまう。よって、所望のパターンがウエハ上に形成されることが難しいという問題点があった。
本発明の主な目的は、所望の線幅のパターンをウエハ等の基板上に容易に形成することができる荷電粒子線描画方法を提供することである。

本発明は前記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のある形態は、荷
電粒子線を走査して基板上の複数のピクセルからなるパターンを露光する荷電粒子線露光方法において、前記パターンのエッジに位置するピクセルの露光時間が他のピクセルの露光時間よりも小さくなるように指令値を生成する生成ステップと、前記指令値を直前のピクセルの指令値に基づいて補正する補正ステップとを有することを特徴とする。前記補正ステップは、例えば補正後の前記指令値によって所望の線幅付与量が得られるように、実行されることを特徴とする。

本発明のデバイス製造方法のある形態は、上記いずれかの特徴を有する荷電粒子線描画方法により露光を行う荷電粒子線露光装置を用いてデバイスを製造する。

また、本発明は、基板上にパターンを露光する荷電粒子線露光装置において、荷電粒子線を前記基板上に入射させる照射手段と、前記荷電粒子線が前記基板上の複数のピクセルで入射するように、前記荷電粒子線を走査する走査手段と、前記荷電粒子線の露光時間を制御する露光時間制御手段と、前記パターンのエッジに位置するピクセルの露光時間が前記パターンのエッジに位置しないピクセルの露光時間よりも小さくなるように設定するとともに、設定された前記パターンのエッジに位置するピクセルの露光時間をその直前のピクセルの露光時間に基づいて補正する制御手段と、を備えることを特徴としてもよい。
また、本発明は、かかる特徴を有する荷電粒子線露光装置を用いて、基板を露光するステップと、露光された前記基板を現像するステップと、を備えるデバイス製造方法であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、ラスタースキャン荷電粒子線露光装置において、所望の線幅のパターンを露光できる荷電粒子線描画方法を提供することができる。また、この描画方法により露光を行う荷電粒子線露光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。

本発明に係る描画方法により露光を行う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、本発明は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。

＜電子ビーム露光装置の構成要素の説明＞
図１は本発明の実施例１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、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１と記す）。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３（ＳＩ）を形成する。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チャ−アレイ５を照明する。

アパーチャアレイ５は、複数の開孔を有し、電子ビームを複数の電子ビームに分割する。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、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７が配置されている。

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。

下段のダブレット・レンズ８２内には、複数の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、及び複数の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。このステージ１３上には、ウエハ９を固着するための静電チャック１５と電子ビームの形状を測定するための電子ビーム入射側にナイフエッジを有する半導体検出器１４が配置されている。

＜システム構成及び描画方法の説明＞
本実施例のシステム構成図を図２に示す。ブランカーアレイ制御回路２１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である。偏向器制御回路２２は、偏向器１０を制御する回路であり、電子ビーム形状検出回路２３は、半導体検出器１４からの信号を処理する回路である。フォーカス制御回路２４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である。ステージ駆動制御回路２５は、ステージ１３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２６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。

図３は本実施例に係る描画方法を説明するための図である。主制御系２６は、露光制御データに基づいて、偏向制御回路２２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とともに、ブランカーアレイ制御回路２１に命じ、ウエハ９に露光すべきピクセルに応じた指令値に基づいてブランカーアレイ７のブランカーを個別にｏｎ／ｏｆｆさせる。各電子ビームは、図３に示すようにウエハ９上の対応する要素露光領域（ＥＦ）をラスタースキャン露光する。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。

主制御系２６は、サブフィールド（ＳＦ１）を露光後、次のサブフィールド（ＳＦ２）を露光する為に、偏向制御回路２２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。

＜ブランカー指令値作成の説明＞
図４にドーズ変化に対する線幅付与量を求めるためのブランカー指令値を示す。Ｒタイプは、最後のピクセルのドーズを変化させるブランカー指令値列であり、Ｌタイプは、最初のピクセルのドーズを変化させるブランカー指令値列である。各指令値列で描画した結果の例を図５に示す。表記された線幅は設計上の線幅であり、実際の線幅は異なるので、描画された各孤立ラインを測定し、ドーズ変化に対する実際の線幅の関係を図６のように求める。横軸は、ドーズを変化させないピクセルのドーズの１６分の１を単位としたドーズである。すなわち、設計上は１６分の１単位のドーズの変化によって１ｎｍずつ線幅が付与されてほしいのであるが、ドーズによる実際の線幅付与量は、図６の結果より求めた図７に示す値になる。図７に示すように、ドーズによる実際の線幅付与量は、ＲタイプとＬタイプでは異なる。さらに、図７は、縦軸が設計上のドーズ指令値、横軸が設計上の線幅付与量を与えるドーズ指令値となり、ドーズ指令値の補正関係を示す。

そこで、実際の線幅付与量が設計上のものと同一になるように、図７より下記のようなＲタイプとＬタイプ毎のドーズ指令値の補正式を求める。
Ｒタイプ Ｄ１＝Ｒ（Ｄ０） ・・・（式１）
Ｌタイプ Ｄ１＝Ｌ（Ｄ０） ・・・（式２）
Ｄ０：設計上のドーズ指令値
Ｄ１：補正されたドーズ指令値
ただし、ドーズ指令値は、ドーズを変化させないピクセルのドーズの１６分の１を単位とする。

次に、図８を用いて、ブランカーの指令値の作成方法について説明する。（ステップ２１）では、描画されるパターンに基づいて、ピクセルごとのドーズ指令値を設定する。（ステップ２２）では、露光の際、直前に描画されるピクセルのドーズ指令値が１の場合はステップ２３に進む。このドーズ指令値が０の場合はステップ２４に進む。
（ステップ２３）では、式１を用いてドーズ指令値を補正する。（ステップ２４）では、式２を用いてドーズ指令値を補正する。

図９に上記補正による結果を示す。従来のラスタースキャン型電子ビーム露光装置では、指令値通りにドーズを与えるようにしていたが、実際のドーズはその指令値通りにならない。本実施例では、従来の指令値を補正し、その補正結果に基づいてドーズを与えるようにすることで、実際のドーズが所望の値になる。

（デバイスの生産方法）
次に、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の例を実施例２として説明する。

図１４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（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。

図１５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。

本実施例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。

本発明の実施例に係る電子線露光装置の要部概略を示す図である。 本発明の実施例に係る描画方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係るラスタースキャンによるピクセル強度分布を説明するための図である。 本発明の実施例に係るドーズ変化に対する線幅付与量を求めるためのブランカー指令値を説明するための図である。 本発明の実施例に係る各指令値列で描画した結果を説明するための図である。 本発明の実施例に係るドーズ変化に対する実際の線幅の関係を示す図である。 本発明の実施例に係るドーズによる実際の線幅付与量を説明するための図である。 本発明の実施例に係るブランカーの指令値の作成方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係る補正結果を説明するための図である。 従来のラスタースキャン型電子ビーム露光装置を説明するための図である。 従来のラスタースキャンによるピクセル強度分布を説明するための図である。 従来の線幅制御を説明するための図である。 従来のブランカーの電圧信号を説明するための図である。 デバイスの製造フローを示す図である。 ウエハ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：ビーム整形光学系、３：光源像、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、１２：フォーカスコイル、１３：ＸＹステージ、１４：半導体検出器、１５：静電チャック、８１，８２：対称磁気タブレット・レンズ。

Claims (5)

1. 荷電粒子線を走査して基板上の複数のピクセルからなるパターンを露光する荷電粒子線露光方法において、
   前記パターンのエッジに位置するピクセルの露光時間が他のピクセルの露光時間よりも小さくなるように指令値を生成する生成ステップと、
   前記指令値を直前のピクセルの指令値に基づいて補正する補正ステップとを有することを特徴とする荷電粒子線露光方法。
2. 前記補正ステップは、補正後の前記指令値によって所望の線幅付与量が得られるように、実行されることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光方法。
3. 請求項１または２に記載の荷電粒子線露光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。
4. 基板上にパターンを露光する荷電粒子線露光装置において、
   荷電粒子線を前記基板上に入射させる照射手段と、
   前記荷電粒子線が前記基板上の複数のピクセルで入射するように、前記荷電粒子線を走査する走査手段と、
   前記荷電粒子線の露光時間を制御する露光時間制御手段と、
   前記パターンのエッジに位置するピクセルの露光時間が前記パターンのエッジに位置しないピクセルの露光時間よりも小さくなるように設定するとともに、設定された前記パターンのエッジに位置するピクセルの露光時間をその直前のピクセルの露光時間に基づいて補正する制御手段と、を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
5. 請求項４に記載の荷電粒子線露光装置を用いて、基板を露光するステップと、
   露光された前記基板を現像するステップと、を備えるデバイス製造方法。

Images