JP2007019244A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１の偏向手段及び第２の偏向手段よりも試料側で荷電粒子レンズよりも荷電粒子源側での荷電粒子線の光軸が荷電粒子レンズの光軸と平行に維持されないことに起因する収束用の荷電粒子レンズの収差の悪化を防止して荷電粒子線の劣化を防止する荷電粒子線装置、露光装置およびその露光装置を用いるデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】第１の偏向手段によって偏向され第２の偏向手段によって偏向された荷電粒子線を通過させる開口を有する遮蔽板と、遮蔽板を通過した荷電粒子線を収束して試料上に照射する荷電粒子レンズと、を備え、第１の偏向手段及び第２の偏向手段よりも試料側で荷電粒子レンズよりも荷電粒子源側での荷電粒子線の光軸が荷電粒子レンズの光軸と平行に維持され、収束用の荷電粒子レンズの光軸との平行状態が維持されないことに起因する収束用の荷電粒子レンズの収差の悪化を防止して荷電粒子線の劣化を防止する。

【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、試料の分析等に用いられる電子顕微鏡、加工に用いられる収束イオンビーム装置等の荷電粒子線装置に関し、特に、複数の荷電粒子線を用いてパターン描画を行う荷電粒子線装置、露光装置およびその露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

一般に、荷電粒子線装置では荷電粒子線を所望の方向に照射するために偏向器が設けられている。また、荷電粒子線の試料への照射を制御するために試料とは別に荷電粒子線遮蔽板を配置し、試料への照射と遮蔽板への照射を偏向器によって切り替えその目的を達している。この場合、偏向器に電圧、もしくは電流が印加された場合に遮蔽板に荷電粒子線が照射され、電圧もしくは電流が印加されない場合に試料に荷電粒子線が照射される。また、偏向器に電圧もしくは電流が印加された場合に試料に荷電粒子線が照射され、印加されない場合に遮蔽板に荷電粒子線が照射される荷電粒子線装置も存在する。通常、荷電粒子線の直進方向に試料を配置するが、この場合には目的を達するために遮蔽板と試料の位置関係を工夫するか、偏向器を複数配置している。
一方、荷電粒子線装置には荷電粒子を収束させるための静電、電磁レンズが配置されており各々のレンズの中心を荷電粒子が通ることがレンズ特性上好ましい。つまり試料に荷電粒子が照射される場合にはレンズの中心を荷電粒子が通過するように通常設計される。
また、荷電粒子線が複数本存在する場合には複数個の偏向器が設けられ、上記と同様の荷電粒子線の通過、遮断が制御される。

以上説明した荷電粒子線の制御方法として特願２００３-３４８３５４号にて代表的な従来例が提案されている。
本従来例の一方法では、複数個の第２の偏向手段と、第２の偏向手段とは別に第１の偏向手段が設けられ、第２の偏向手段に電圧もしくは電流が印加された場合に試料に荷電粒子線が照射され、印加されない場合に遮蔽板に荷電粒子線が照射されるよう、第１の偏向手段には常時偏向信号を印加し、第２の偏向手段に信号が印加された場合に荷電粒子線が試料に到達するよう設計されている。これは複数個配置されている第２の偏向手段の何れかが故障した場合であっても荷電粒子線が試料に到達せず遮蔽板によって遮蔽されることを主な目的としている。
また、特開２００２−２９６３３３号公報（特許文献１）にて、電子顕微鏡を含む荷電粒子線光学系を用いた装置において、試料に印加する磁場の方向（光軸と平行、もしくは、垂直）に係らず、荷電粒子線の光軸からのずれが生じないようにする「磁場印加試料観察システム」が提案され、照射光学系と試料との間に、荷電粒子線の進行方向に沿って順に第１及び第２の荷電粒子線偏向系と、試料と結像レンズ系との間に第３及び第４の荷電粒子線偏向系とを備え、各偏向系による荷電粒子線の偏向量及びその方向と該試料に印加する磁場の強さ及び方向とを所定の関係に従って連動させる。
特開２００２−２９６３３３号公報

しかしながら上記特願２００３-３４８３５４号の従来例では荷電粒子線の照射、非照射は良好に制御できるものの、光軸には充分な考慮が払われていなため、第１の偏向手段及び第２の偏向手段によって荷電粒子線が試料に照射される場合、第１の偏向手段及び第２の偏向手段より電子源側の第１の光軸と、第１の偏向手段と第２の偏向手段より試料側の第２の光軸がずれて、第１の偏向手段及び第２の偏向手段より電子源側でレンズ中心を荷電粒子線が通過しても、第１の偏向手段及び第２の偏向手段より試料側ではレンズ中心を通らず収差が悪化し、荷電粒子線の収束作用に悪影響を及ぼし、荷電粒子線が劣化した。
そこで、本発明は、第１の偏向手段及び第２の偏向手段よりも試料側で荷電粒子レンズよりも荷電粒子源側での荷電粒子線の光軸が荷電粒子レンズの光軸と平行に維持されないことに起因する収束用の荷電粒子レンズの収差の悪化を防止して荷電粒子線の劣化を防止する荷電粒子線装置、露光装置およびその露光装置を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明の荷電粒子線装置は、荷電粒子源と、
前記荷電粒子源からの荷電粒子線を偏向制御する第１の偏向手段及び第２の偏向手段と、
前記第１の偏向手段によって偏向され前記第２の偏向手段によって偏向された前記荷電粒子線を通過させる開口を有する遮蔽板と、
前記遮蔽板を通過した前記荷電粒子線を収束して試料上に照射する荷電粒子レンズと、を備え、
前記第１の偏向手段及び前記第２の偏向手段よりも前記試料側で前記荷電粒子レンズよりも前記荷電粒子源側での前記荷電粒子線の光軸が前記荷電粒子レンズの光軸と平行に維持されることを特徴とする。

さらに、本発明の荷電粒子線装置は、前記第1の偏向手段と前記第２の偏向手段のいずれかが動作している場合には、前記遮蔽板に前記荷電粒子線が照射されるように前記第1の偏向手段及び前記第２の偏向手段に電圧又は電流が印加される。
さらに、本発明の荷電粒子線装置は、前記第１の偏向手段及び前記第２の偏向手段は両者共に静電偏向を行い、もしくは、両者共に電磁偏向を行う。
さらに、本発明の荷電粒子線装置は、前記レンズの内径に対する前記光軸変化量の比が１％以下であるよう、第１偏向手段及び第２の偏向手段が配置され、また電圧が印加される請求項２記載の荷電粒子線装置。
さらに、本発明の荷電粒子線装置は、前記第１の偏向手段より前記電子源側に第２の偏向手段が設けられ、前記第１の偏向手段より前記試料側に第３の偏向手段が設けられ、
前記全ての第１の偏向手段、第２の偏向手段及び第３の偏向手段が動作している場合には、前記第２の偏向手段及び第３の偏向手段は前記第１の偏向手段の荷電粒子線偏向方向とは逆方向に荷電粒子線を偏向し、
前記第２の偏向手段より前記電子源側の光軸と、前記第３の偏向手段より前記試料側の光軸とが、前記レンズの光軸と平行状態を維持し、前記レンズの収差が悪化しないように前記電圧もしくは電流が印加される請求項２記載の荷電粒子線装置。
さらに、本発明の荷電粒子線装置は、前記第１の偏向手段はビーム進行方向に垂直な同一平面上に複数個配置され、前記第２の偏向手段はビーム進行方向に垂直な同一平面上に一つ以上配置される請求項１から請求項５のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
さらに、本発明の荷電粒子線装置は、前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段はビーム進行方向に垂直な同一平面上に配置される請求項６記載の荷電粒子線装置。
さらに、本発明の露光装置は、前記荷電粒子線装置から成ることを特徴とする。
さらに、本発明のデバイス製造方法は、前記露光装置を用いて試料を露光する工程と、露光された前記試料を現像する工程と、を備える。

本発明の荷電粒子線装置によれば、第１の偏向手段によって偏向され第２の偏向手段によって偏向された荷電粒子線を通過させる開口を有する遮蔽板と、前記遮蔽板を通過した前記荷電粒子線を収束して試料上に照射する荷電粒子レンズと、を備え、前記第１の偏向手段及び前記第２の偏向手段よりも前記試料側で前記荷電粒子レンズよりも前記荷電粒子源側での前記荷電粒子線の光軸が前記荷電粒子レンズの光軸と平行に維持される。
このため、収束用の荷電粒子レンズの光軸との平行状態が維持されないことに起因する収束用の荷電粒子レンズの収差の悪化を防止して荷電粒子線の劣化を防止する。
さらに、本発明の露光装置によれば、前記荷電粒子線装置から成るため、収束用の荷電粒子レンズの光軸との平行状態が維持されないことに起因する収束用の荷電粒子レンズの収差の悪化を防止して荷電粒子線の劣化を防止する。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、前記露光装置を用いるため収束用の荷電粒子レンズの光軸との平行状態が維持されないことに起因する収束用の荷電粒子レンズの収差の悪化を防止して荷電粒子線の劣化を防止する。

以下、本発明を、その実施例に基づいて、図面を参照して説明する。

本発明の実施例１の荷電粒子線装置としてマルチ電子ビーム露光装置の例を示す。
なお、本発明の荷電粒子線露光装置は、荷電粒子線である電子ビーム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、マルチ電子ビームに限らずシングルビームについても適用できる。
以下、図１の要部概略図を参照して本発明の実施例１の荷電粒子線装置である露光装置を説明する。
電子源１より放射状に放出される荷電粒子線１０はコリメータレンズ２によって所望の大きさを持った面積ビームに成形された後、マスク３にほぼ垂直入射される。マスク３は複数のパターンを持つマスクである。マスク３を通して成形された荷電粒子線子１０はレンズアレイ４によってそれぞれブランキングアレイ６に収束される。ブランキングアレイ６は偏向板アレイであり、個々の荷電粒子線１０を偏向することが出来る。ブランキングアレイ６の直下には静電型の偏向器５が配置されており、全ての荷電粒子線１０を同時に偏向する。ブランキングアレイ６、偏向器５によって偏向された荷電粒子線１０はブランキング絞り９によって遮蔽され、ブランキングアレイ６、偏向器５によって偏向されない荷電粒子線１０は荷電粒子レンズ７，８によって収束された後に試料１１上に照射される。

偏向器５を使用せずに、荷電粒子線１０のオンオフをブランキングアレイ６のみ使用して行った場合、図２（ａ）に示されるようにブランキングアレイ６に電圧を印加するとブランキング絞り９に荷電粒子線１０が照射され、電圧を印加しないと試料１１に荷電粒子線１０が照射される。
しかしながら、ブランキングアレイ６は複数の偏向器を持ち、図２（ｂ）に示されるようにブランキングアレイ６内の１つの偏向器でも故障すると試料１１上に常時、荷電粒子線１０が照射される。
そこで、図２（ｃ）に示されるように偏向器５を使用して常時、荷電粒子線１０を偏向した状態におくと、ブランキングアレイ６が動作している場合に試料への荷電粒子線１０の照射が行われ、ブランキングアレイ６が動作していない場合にはブランキング絞り９に荷電粒子線１０が照射される。
すなわち、例えブランキングアレイ６の何れかが故障した場合においても、荷電粒子線１０が試料１１に照射されることがない。
しかし、上記の場合においては、図２（ｃ）に示されるように偏向器５、ブランキングアレイ６の上下において荷電粒子線１０の位置がシフトしてしまう。偏向器５、ブランキングアレイ６の上下にはそれぞれレンズアレイ４、荷電粒子レンズ７等が配置されており、それぞれのレンズ中心に荷電粒子線１０を通すことが出来ず解像度の劣化が避けられない。
図２（ｃ）ではブランキングアレイ６の上に偏向器５が配置されているが、ブランキングアレイ６の下に図１に示されるようにブランキングアレイ６の下に偏向器５が配置されている形態においても同様の問題が生ずる。

この荷電粒子線１０の位置シフト量はレンズ８の収差に影響するため、レンズ収差に影響しない程度であれば問題無いと考えられる。つまり、レンズ内径の１％以下であれば収差への影響はほぼ無視することが出来る。
本発明の実施例１では偏向器５、ブランキングアレイ６より上側では荷電粒子線１０のビーム軸とレンズ軸は一致するよう調整されているため、偏向器５、ブランキングアレイ６より下流での軸ずれ量がレンズ内径の１％以下、つまりレンズ７の内径は１００ｍｍであるため１ｍｍ以下の軸ずれ量をめざすべく偏向器５、ブランキングアレイ６の偏向角度をそれぞれ１ｍｒａｄ、偏向器５とブランキングアレイ６の偏向中心間距離を２０ｍｍとしている。この場合軸ずれ量は２０ミクロンであり、収差に対しては充分無視できる量である。
上記の偏向器配置において荷電粒子線１０のビーム径を試料１１上にて測定したところ、偏向器５、ブランキングアレイ６を動作させない場合ではビーム径は５０ｎｍであったが、偏向器５、ブランキングアレイ６の両者を動作させた場合には５２ｎｍであり、ほぼ無視できる量であることがわかった。
なお、上記実施例１においては偏向器５、ブランキングアレイ６は静電型の例を用いて説明したが、電磁型偏向器を用いても同様の効果を得ることが出来る。

次に、本発明の実施例２の荷電粒子線装置について説明する。
実施例１では偏向器５とブランキングアレイ６との距離を規定することにより、偏向器５、ブランキングアレイ６が動作した場合においても収差特性を殆ど損なうことなく試料１１への荷電粒子線１０のビーム照射を行うことが出来たが、ブランキングアレイ６と偏向器５の距離をいかに小さくしてもレンズ収差への影響は少なからず残る。
そこで、本実施例２では偏向器５、ブランキングアレイ６の上下において軸ずれを完全に無くし、偏向器５、ブランキングアレイ６の動作によってレンズ収差の特性が損なわれない構成を目指した。
図３に本発明の実施例２の荷電粒子線装置を構成する偏向器５、ブランキングアレイ６の配置を示す。
本実施例２ではブランキングアレイ６の上下に静電型の偏向器５−１、偏向器５−２が配置される。偏向器５−１、５−２は全ての荷電粒子線１０に共通の偏向器であり、ブランキングアレイ６−１、６−２は個々の荷電粒子線１０を偏向するための偏向器である。偏向器５−１、５−２は荷電粒子線１０を右側に偏向する作用を持ち、ブランキングアレイ６は荷電粒子線１０を左側に偏向する。それぞれの偏向角度は偏向器５−１、５−２が５００μｒａｄ、ブランキングアレイ６が１ｍｒａｄである。また、偏向器５−１、５−２はブランキングアレイ６に対して対称に配置されている。
以上の構成では、偏向器５−１、５−２のみを動作させた場合には荷電粒子線１０はブランキング絞り９に照射され、さらにブランキングアレイ６を動作させた場合には荷電粒子線１０は試料１１に照射される。
また、ブランキングアレイ６−２の如くブランキングアレイ６中の一部のブランカーが故障した場合にも荷電粒子線１０は試料１１に到達することなくブランキング絞り９によって遮断される。
以上の構成では荷電粒子線１０は偏向器５、ブランキングアレイ６の上下で軸ずれを起こさず、荷電粒子線１０のビーム特性の劣化を招くことが無い。
上記の偏向器配置において荷電粒子線１０のビーム径を試料１１上にて測定したところ、偏向器５、ブランキングアレイ６を動作させない場合ではビーム径は５０ｎｍであったが、偏向器５、ブランキングアレイ６の両者を動作させた場合でも５０ｎｍであり、偏向器動作によるビーム径の劣化は観測されることが無かった。
なお、上記実施例２においては偏向器５、ブランキングアレイ６は静電型の例を用いて説明したが、電磁型偏向器を用いても同様の効果を得ることが出来る。
また、上記実施例２では偏向器５−１、５−２はブランキングアレイ６に対して対称な位置に配置したが、非対称な位置であっても偏向器５−１、５−２、ブランキングアレイ６の偏向感度と位置関係を調節することによって同様の効果を得ることが出来る。

次に、本発明の実施例３の荷電粒子線装置について説明する。
上述の本発明の実施例２では偏向器５−１、５−２をブランキングアレイ６の上下に配置することによって、偏向器５、ブランキングアレイ６の上下において軸ずれをなくすことが出来たが、図３に示されるようにブランキングアレイ６の中心を通っていない。これはブランキングアレイ６を通過する荷電粒子線１０のビーム位置の許容誤差を狭めることとなり、偏向器５−１の偏向量によっては荷電粒子線１０がブランキングアレイ６を通過させることが困難となる。
そこで本実施例３では以下に示す方法にてブランキングアレイ６中心を荷電粒子線１０が通り、かつブランキングアレイ６の上下において荷電粒子線１０の軸ずれを生じない方法を実現した。
図４に本発明の実施例３の荷電粒子線装置を構成する偏向器５、ブランキングアレイ６の配置を示す。
本実施例３の場合、偏向器５は電磁偏向器、ブランキングアレイ６−１，６−２は静電偏向器である。そして偏向器５とブランキングアレイ６の荷電粒子線１０の各ビームに対する偏向中心は一致するよう、同一面上に配置される。また、偏向器５とブランキングアレイの偏向感度は同じく、向きが反対になるように構成される。
この場合偏向器５のみが動作している場合はビームが偏向され、偏向器５とブランキングアレイ６が動作している場合には荷電粒子線１０が偏向されないため、前記実施例２と同様偏向器５を常時動作させ、ブランキングアレイ６をオンオフすることにより荷電粒子線１０の試料１１、ブランキング絞り９への照射を制御することができ、ブランキングアレイ６を動作させた場合に荷電粒子線１０を試料１１に照射することが出来る。
また、前実施例２と同様、ブランキングアレイ６−２のようにブランキングアレイ６の一部が故障しても荷電粒子線１０が試料１１へ常時、照射されることが無い。さらに偏向器５とブランキングアレイ６の偏向位置が同じであるため、偏向器５、ブランキングアレイ６の上下のみならず全ての位置において荷電粒子線１０の軸ずれを生ずることが無い。
上記の偏向器配置において荷電粒子線１０のビーム径を試料１１上にて測定したところ、偏向器５、ブランキングアレイ６を動作させない場合では荷電粒子線１０のビーム径は５０ｎｍであったが、偏向器５、ブランキングアレイ６の両者を動作させた場合でも５０ｎｍであり、偏向器動作による荷電粒子線１０のビーム径の劣化は観測されることが無かった。

次に、図５を参照して、本発明の実施例の露光装置を用いて半導体デバイスを製造する本発明の実施例４のデバイス製造方法を説明する。
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（露光制御データ作成）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。

本発明の実施例１の荷電粒子線装置である電子ビーム露光装置の要部概略図である。 本発明の実施例１を構成する偏向器、ブランキングアレイの偏向作用の説明図である。 本発明の実施例２を構成する偏向器、ブランキングアレイの偏向作用の説明図である。 本発明の実施例３を構成する偏向器、ブランキングアレイの偏向作用の説明図である。 本発明の実施例４のデバイス製造方法のフローの説明図である。

符号の説明

１ 電子源 ２ コリメータレンズ
３ マスク ４ レンズアレイ
５、５−１、５−２ 偏向器
６、６−１，６−２ ブランキングアレイ
７、８ 荷電粒子レンズ ９ ブランキング絞り
１０ 荷電粒子線 １１ 試料

Claims (9)

1. 荷電粒子源と、
   前記荷電粒子源からの荷電粒子線を偏向制御する第１の偏向手段及び第２の偏向手段と、
   前記第１の偏向手段によって偏向され前記第２の偏向手段によって偏向された前記荷電粒子線を通過させる開口を有する遮蔽板と、
   前記遮蔽板を通過した前記荷電粒子線を収束して試料上に照射する荷電粒子レンズと、を備え、
   前記第１の偏向手段及び前記第２の偏向手段よりも前記試料側で前記荷電粒子レンズよりも前記荷電粒子源側での前記荷電粒子線の光軸が前記荷電粒子レンズの光軸と平行に維持されることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 前記第1の偏向手段と前記第２の偏向手段のいずれかが動作している場合には、前記遮蔽板に前記荷電粒子線が照射されるように前記第1の偏向手段及び前記第２の偏向手段に電圧又は電流が印加される請求項１記載の荷電粒子線装置。
3. 前記第１の偏向手段及び前記第２の偏向手段は両者共に静電偏向を行い、もしくは、両者共に電磁偏向を行う請求項１記載の荷電粒子線装置。
4. 前記レンズの内径に対する前記光軸変化量の比が１％以下であるよう、第１偏向手段及び第２の偏向手段が配置され、また電圧が印加される請求項２記載の荷電粒子線装置。
5. 前記第１の偏向手段より前記電子源側に第２の偏向手段が設けられ、前記第１の偏向手段より前記試料側に第３の偏向手段が設けられ、
   前記全ての第１の偏向手段、第２の偏向手段及び第３の偏向手段が動作している場合には、前記第２の偏向手段及び第３の偏向手段は前記第１の偏向手段の荷電粒子線偏向方向とは逆方向に荷電粒子線を偏向し、
   前記第２の偏向手段より前記電子源側の光軸と、前記第３の偏向手段より前記試料側の光軸とが、前記レンズの光軸と平行状態を維持し、前記レンズの収差が悪化しないように前記電圧もしくは電流が印加される請求項２記載の荷電粒子線装置。
6. 前記第１の偏向手段はビーム進行方向に垂直な同一平面上に複数個配置され、前記第２の偏向手段はビーム進行方向に垂直な同一平面上に一つ以上配置される請求項１から請求項５のいずれかに記載の荷電粒子線装置。
7. 前記第１の偏向手段と前記第２の偏向手段はビーム進行方向に垂直な同一平面上に配置される請求項６記載の荷電粒子線装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の荷電粒子線装置から成ることを特徴とする露光装置
9. 請求項８記載の露光装置を用いて試料を露光する工程と、露光された前記試料を現像する工程と、を備えるデバイス製造方法。

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