JP2006032656A

JP2006032656A - 電子線露光装置における電子線の電流密度の推定方法、及び電子線露光装置

Info

Publication number: JP2006032656A
Application number: JP2004209432A
Authority: JP
Inventors: Takehisa Yahiro; 威久八尋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】露光転写を行っている途中でも、電子線の電流密度を推定することができる方法を提供する。
【解決手段】電子線源１から放出された電子線２は、照明光学系３を介してレチクル４の所定の領域を照明する。照明された領域にあるパターンの像が、投影光学系５を介して、ウエハ６上に形成されたレジスト上に形成される。それと共に、ウエハ６とレジストからは、反射電子７が発生するが、この反射電子７が電極板８ａに入射し、その電流値Ｉ_ｒが反射電子検出器８で検出される。反射電子検出器８で検出された電流値Ｉ_ｒは、制御装置０に送られ、制御装置９は、この値から、ウエハ６上のレジストに入射する電子線の電流密度を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、分割露光転写方式等、電子線によりレチクル上の所定の領域を照明し、照明された領域内に形成されているパターンを、投影光学系を介して一括してウエハ等の基板上のレジストに露光転写する一括露光転写型の電子線露光装置において、露光に使用される電子線の電流密度を推定する方法、及びこれを使用している電子線露光装置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、荷電粒子線や極短紫外線（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。

このような電子線露光装置の光学系の１例を図２に示す。図２は、電子線露光装置の光学系の概要図である。図２において、１１は電子線源、１２Ａ〜１２Ｃは照明用レンズ、１３はビーム成形アパーチャ、１４は開口絞り、１５はレチクル、１６Ａ、１６Ｂは投影用レンズ、１７は散乱アパーチャ、１８はウエハである。

電子線源１１から放出された電子線は、照明用レンズ１２Ａ、１２Ｂにより開口絞り１４の開口面を均一に照明し、レンズ１２Ｂ，１２Ｃによりビーム成形アパーチャ１３の開口面の像をレチクル１５上に形成する。この像の領域が照明領域となる。レチクル１５上に形成されたパターンの像は、投影用レンズ１６Ａ、１６Ｂによりウエハ１８上に結像し、ウエハ１８上のレジストを感光させる。照明電子線の開口角を制限するために開口絞り１４が設けられ、レチクル１５で散乱された散乱線をカットするために散乱アパーチャ１７が設けられている。

又、倍率、回転、焦点位置を微少量、迅速に調整するためにフォーカスコイル（ダイナミックフォーカスコイル）１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃが設けられており、非点ボケ、直交度、非等方倍率の調整のために２つのスティグメータ２０Ａ、２０Ｂが設けられている。パターン像の位置を調整するために、偏向器２１Ａ〜２１Ｄが設けられている。

このような電子線露光装置においては、レチクルに形成されたパターンを正確にレジスト上に露光転写することが要求され、レジストを現像した場合に形成されるパターンの許容精度は、パターンの線幅の１０％程度とされている。このような精度を確保するためには、露光転写精度を上げると共に、レジスト中に蓄積されるエネルギーを正確に制御する必要がある。

このうち、レジスト中に蓄積されるエネルギーは、基本的には露光に使用される電子線の電流密度と露光時間の積で決定される。よって、電子線の電流密度を制御する必要があるが、その許容精度は０．５％程度とされている。

電子線の電流密度は、電子銃からのエミッション電流の変動や、照明光学系のレンズの状態により変動する可能性がある。従来の電子線露光装置は、この変動を補正するために、電流計測センサを備えており、１枚のウエハの露光を行う前に、この電流計測センサを用いて実際の電子線の電流を測定し、それに応じて電子線源の制御を行うことにより、電子線の電流密度を一定に保つようにされていた。

しかしながら、このように、１枚のウエハの露光を行う前に、この電流計測センサを用いて実際の電子線の電流を測定し、それに応じて電子線源の制御を行うことにより、電子線の電流密度を一定に保つ方法では、電流密度が短い周期で変動し、１枚のウエハを露光する途中で変動するような場合には、その制御が不可能であるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、露光転写を行っている途中でも、電子線の電流密度を推定することができる方法、及びこの推定値を使用して、電子線の電流密度の制御が実施できる電子線露光装置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、電子線によりレチクル上の所定の領域を照明し、照明された領域内に形成されているパターンを、投影光学系を介して一括してウエハ等の基板上のレジストに露光転写する一括露光転写型の電子線露光装置であって、露光転写時に前記基板とレジストから発生する反射電子の量を測定し、それに基づいて、露光転写に用いられている電子線の電流密度を推定することを特徴とする電子線露光装置における電子線の電流密度の推定方法（請求項１）である。

電子線が基板上のレジスト上に照射された場合、基板及びレジストから反射電子が発生する。この反射電子の量は、レジスト上に照射される電子線の電流量に比例する。よって、発生する反射電子の量を測定し、それに所定の常数をかけることにより、露光中における電子線の電流密度を推定することができる。

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、測定された反射電子の量から、露光転写に用いられている電子線の電流密度を推定するにあたり、前記レジストの材質、基板の材質、露光転写されるパターンの密度、前記レジストの下側に形成された下地層の材質および下地層のパターン密度、のうち少なくとも一つを考慮することを特徴とするもの（請求項２）である。

前述の通り、露光時に発生する反射電子に基づいて電流密度を推定するため、測定される反射電子量とレジスト上に照射される電子線の電流量との関係が変化すると推定される電流密度も変化してしまう。従って、この変化要因を考慮することによって電流密度の推定精度を向上させることができる。この変化要因としては(1)レジストの材質、(2)基板の材質、(3)露光転写されるパターンの密度、(4)レジストの下側に形成された下地層の材質、及び(5)下地層のパターン密度がある。

発生する反射電子の量は、レジスト上に照射される電子線の電流量に比例するため、レジスト上に照射される電流量が変化すると、推定すべき電流密度が変化してしまう。一括転写されるパターンの密度が変化すると、レチクル上に照射される電子線の電流密度及び電流量が一定であってもレジスト上に照射される総電流量は変化するため、その結果反射電子量が変化し、推定すべき電流密度に変化が生じる。なお、このレジストに照射される電流量は電子線の電流密度とパターン密度の積に比例する。従って、パターン密度の変化を考慮することにより、より精度の高い推定を行うことができる。

又、同じ電流量の電子線がレジスト上に入射した場合でも、発生する反射電子の量は、レジストと基板の材質、前記レジストの下側に形成された下地層の材質と密度によって変化するので、検出される反射電子とレジスト上に入射する電子の電流値との比例常数が変化することになる。これら、露光転写されるパターン密度、レジストと基板の材質、前記レジストの下側に形成された下地層の材質と密度は予め分かっているので、これらが変化する場合には、これらを考慮することにより、電子線の電流密度をより正確に求めることができる。なお、これらの変化要因は全て考慮するとより精度の高い推定を行うことができるが、要求される精度に応じて考慮すべき変化要因の数を決めればよい。

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における電子線の電流密度の推定方法によって推定された電子線の電流密度に基づいて、露光転写に使用される電子線の電流密度を目標値に制御する機能を有することを特徴とする一括露光転写型の電子線露光装置（請求項３）である。

本手段においては、露光を行いながら電子線の電流密度を推定し、これを目標値に保つように制御を行うことができるので、形成されるレジストパターンの精度を高精度に保つことができる。

本発明によれば、露光転写を行っている途中でも、電子線の電流密度を推定することができる方法、及びこの推定値を使用して、電子線の電流密度の制御が実施できる電子線露光装置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概要を示す図である。この電子線露光装置の光学系の概要は、図２に示すものと同じである。

電子線源１から放出された電子線２は、照明光学系３を介してレチクル４の所定の領域を照明する。照明された領域にあるパターンの像が、投影光学系５を介して、ウエハ６上に形成されたレジスト上に形成される。それと共に、ウエハ６とレジストからは、反射電子７が発生するが、この反射電子７が電極板８ａに入射し、その電流値Ｉ_ｒが反射電子検出器８で検出される。

反射電子検出器８で検出された電流値Ｉ_ｒは、制御装置９に送られ、制御装置９は、この値から、ウエハ６上のレジストに入射する電子線の電流密度を算出する。今、露光転写されるパターンのパターン密度をｐ、レジストの材質をＡ、ウエハ６の材質をＢ、レジストの下に形成されているパターン（下地層）の材質をＣ、そのパターン密度をρとすると、レジストに入射する電子線電流密度Ｉ_ｄは、
Ｉ_ｄ＝ｋ：Ｉ_ｒ＊ｆ（Ａ，Ｂ，Ｃ，ρ）／ｐ
で示される。ここにｋは定数、ｆはＡ，Ｂ，Ｃ，ρの関数であり、予め実測により求められている。

制御装置９は、測定時に電流密度制御装置１０が、電子線源１に出力している目標電流密度を読み込み、その値がＩ_ｄ０であったとすると、Ｉ_ｄ０／Ｉ_ｄの値を計算し、これをαとする。

そして、次の領域の露光転写を行うときの目標電流密度がＩ_ｄ０’であったとすると、この値を補正し、α＊Ｉ_ｄ０’を、新しい目標電流密度とするように、電流密度制御装置１０に出力を出す。これにより、電流密度制御装置１０、電子線源１に変動があったり、照明光学系３の状態が変化しても、レジスト上に実際に入射する電子線の電流密度を目標値に保つことができる。

本発明の実施の形態の１例である電子線露光装置の概要を示す図である。電子線露光装置の光学系の１例を示す図である。

符号の説明

１…電子線源、２…電子線、３…照明光学系、４…レチクル、５…投影光学系、６…ウエハ、７…反射電子、８…反射電子検出器、８ａ…電極板、９…制御装置、１０…電流密度制御装置

Claims

電子線によりレチクル上の所定の領域を照明し、照明された領域内に形成されているパターンを、投影光学系を介して一括してウエハ等の基板上のレジストに露光転写する一括露光転写型の電子線露光装置であって、露光転写時に前記基板とレジストから発生する反射電子の量を測定し、それに基づいて、露光転写に用いられている電子線の電流密度を推定することを特徴とする電子線露光装置における電子線の電流密度の推定方法。
測定された反射電子の量から、露光転写に用いられている電子線の電流密度を推定するにあたり、前記レジストの材質、基板の材質、露光転写されるパターンの密度、前記レジストの下側に形成された下地層の材質、および下地層のパターン密度、のうち少なくとも一つを考慮することを特徴とする請求項１に記載の電子線露光装置における電子線の電流密度の推定方法。
請求項１又は請求項２に記載の電子線露光装置における電子線の電流密度の推定方法によって推定された電子線の電流密度に基づいて、露光転写に使用される電子線の電流密度を目標値に制御する機能を有することを特徴とする一括露光転写型の電子線露光装置。