JP2007019247A - 電子ビーム装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子ビームのウエハ面への垂直性であるテレセントリック度を高精度に検出して校正する電子ビーム装置およびその電子ビーム装置を用いるデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】ウエハと平行に設けられ、電子ビームを透過する単結晶から成る基板と、基板を透過した電子ビームを検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて電子ビームの基板への入射角度を制御する制御手段と、を有するため、信号強度が高く、Ｓ／Ｎの優れたチャンネリング信号が得られ、電子ビームのウエハ面への垂直性であるテレセントリック度を高精度に検出して校正できる。高精度に電子ビームのテレセントリック度を計測できるため電子ビーム描画の描画精度、特に、ＣＤ精度の優れた描画が可能となり、構成がシンプルであるためステージへの設置が容易となる。デバイス製造方法によれば、電子ビーム描画の描画精度、特に、ＣＤ精度の優れた描画が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子ビームのテレセントリック度を高精度に検出して校正する電子ビーム装置およびその電子ビーム装置を用いるデバイス製造方法に関する。

一般に、半導体メモリデバイス製造の量産段階においては、高い生産性を持つ光ステッパが用いられてきたが、線幅が０．１μｍ以下の４ＧＤＲＡＭ以降のメモリデバイスの生産においては、光露光方式に代わる露光技術の１つとして、解像度が高く、生産性の優れた電子ビーム露光法が期待されている。従来の電子ビーム露光法は、単一ビームのガウシアン方式と可変成形方式が用いられてきた。
近年、電子ビーム露光法の生産性を向上させる方法として、デバイス回路の繰り返しパターンをセルマスクとして備えた部分一括転写方式が開発され実用化されている。一方、全くマスクを使わないマスクレス露光装置として、ＢＡＡ（ブランキング・アパーチャー・アレー）を用いた電子描画方式が提案されている。
これらの電子ビーム露光装置は、単一の電子源から放射した電子ビームのエネルギーを５０ｋｅＶに加速した後、電子ビームを平行化するためのコリメータレンズ、そして、マルチ電子ビームをＯＮ／ＯＦＦするためのＢＡＡ（ビームブランキングアレー）、マルチビームをウエハ上に照射する縮小投影レンズからなる電子光学系で構成されている。そして、電子ビーム露光装置のスループットを向上させる方法として、電子光学系の収差補正機構を用いることで、一度に描画出来る領域を拡大するマルチビーム方式が提案されている。この様に、従来は、電子ビーム露光装置のスループットの向上を図るために露光面積を増大する工夫が行われている。
また、電子ビーム描画装置では電子ビームの電子間相互作用を低減するために、電子光学系で許される範囲で電子ビームの開き角（ＮＡ）の大きな値を設定することで、照射出来る電流を増大して高スループット化を図ってきた。
この様な電子ビーム描画の光学条件において、電子ビームの照射ターゲットであるウエハ面に対する電子ビームの入射角（ウエハ面への垂直性であるテレセントリック度）の設定は重要なパラメータであり、電子ビームの入射角を計測し、校正する方法として、一般的に用いられてきた段差マークや、単結晶に電子ビームを照射し、そこからの反射電子を検出することで結晶の方位に依存したチャンネリング像を校正に用いる方法が特開２００１−８５２９９号公報（特許文献１）で提案された。
また、特開２００４−２７３５４３公報（特許文献２）では、レチクルを照明する荷電粒子線のテレセントリック性を評価する方法が提案された。
特開２００１−８５２９９号公報 特開２００４−２７３５４３公報

しかし、上述のテレセントリック度測定において段差マークを用いた方法では、高い精度を求めようとすると高い段差が必要となるため、実用的には高精度で計測することが難しかった。
また、特開２００１−８５２９９号公報（特許文献１）の走査ビームを単結晶に照射して反射する電子を検出する検出器でチャンネリングパターンを観測する方法は、検出感度が悪く電子ビームの電流値が小さい条件で高精度な計測が難しかった。
そこで、本発明は、電子ビームのウエハ面への垂直性であるテレセントリック度を高精度に検出して校正する電子ビーム装置およびその電子ビーム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電子ビーム装置は、ウエハと平行に設けられ、電子ビームを透過する単結晶から成る基板と、
前記基板を透過した前記電子ビームを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記電子ビームの前記基板への入射角度を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
さらに、本発明の電子ビーム装置は、前記基板および前記検出手段は、前記電子ビームが照射される位置と照射されない待機位置に位置するように前記ウエハに対して平行に移動可能に設けられ、
前記制御手段は、
前記検出手段で検出された前記電子ビームの前記基板への入射角度を分析する信号処理装置と、
前記信号処理装置からの分析された信号により制御信号を出力する入射角度制御装置と、
前記制御信号により前記電子ビームの光軸を調整するアライメントユニットと、を有する。
さらに、本発明の電子ビーム装置は、前記制御手段は、前記アライメントユニットの代わりに、あるいは、前記アライメントユニットの他にさらに、前記制御信号により前記電子ビームの偏向角を制御する偏向器を有する。
さらに、本発明の電子ビーム装置は、前記制御手段は、事前に前記偏向器の偏向角と、前記基板を透過した前記電子ビームの強度のデータを記憶する記憶手段を有し、
前記データと前記検出結果に基づいて前記入射角度を制御する。
さらに、本発明の電子ビーム装置は、前記基板に入射する前記電子ビームは、前記偏向器により前記基板上を支点に偏向される。

さらに、本発明の電子ビーム装置は、前記基板に入射する前記電子ビームは、前記偏向器により前記電子ビームの偏向中心を支点に偏向される。
さらに、本発明の電子ビーム装置は、前記検出手段は、透過した前記電子ビームを検出するように前記電子ビームの軸上に配置される第１の検出器と、
散乱した前記電子ビームを検出するように前記電子ビームの軸外に配置された第２の検出器と、有する。
さらに、本発明の電子ビーム装置は、前記単結晶は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＳｂ，Ｃのいずれから成る。
さらに、本発明の電子ビーム装置は、前記基板を構成する前記単結晶は厚さ１０から１００ｎｍから成り、機械的な前記電子ビームの軸と前記基板の結晶方位が垂直になるように配置される。
さらに、本発明の電子ビーム装置は、前記電子ビームはマルチ電子ビームであり、前記マルチ電子ビームを各々個別に動作させ、前記マルチ電子ビームの前記基板に対する入射角度位置を調整する。
さらに、本発明のデバイス製造方法は、前記電子ビーム装置は露光装置であり、前記露光装置を用いて、露光対象に露光を行う工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明の電子ビーム装置によれば、ウエハと平行に設けられ、電子ビームを透過する単結晶から成る基板と、前記基板を透過した前記電子ビームを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記電子ビームの前記基板への入射角度を制御する制御手段と、を有する。このため、基板が電子ビームを透過する単結晶から成るため、特開２００１−８５２９９号公報（特許文献１）の反射型検出器によるチャンネリング信号の検出に較べて、信号強度が高く、Ｓ／Ｎの優れたチャンネリング信号が得られ、電子ビームのウエハ面への垂直性であるテレセントリック度を高精度に検出して校正できる。
高精度に電子ビームのテレセントリック度を計測できるため、電子ビーム描画の描画精度、特に、ＣＤ精度の優れた描画が可能となる。
さらに、従来例の段差計測によるテレセントリック度の計測と較べて構成がシンプルであるためステージへの設置が容易となる。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、前記電子ビーム装置は露光装置であり、前記露光装置を用いて、露光対象に露光を行う工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を具備するため、電子ビーム描画の描画精度、特に、ＣＤ精度の優れた描画が可能となる。

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。

図１を参照して本発明の実施例１のマルチ電子ビーム型露光装置を説明する。
このマルチ電子ビーム型露光装置は、電子銃１００、照明系を構成する照射レンズ１１１、マルチビーム形成ユニット１２０、縮小投影系１３０、及びステージ１４０を有する。電子銃１００は、ＬａＢ６等の熱電子源１０１、ウエネルト電極１０２、及びアノード電極１０３の３極型の電子銃で構成される。熱電子源１０１から放出された電子ビーム１は、クロースオーバーを形成して５０ｋＶに加速され、照射レンズ１１１に入射される。照射レンズ１１１により電子ビーム１は、略平行化されてマルチビーム形成ユニット１２０に入射される。
マルチビーム形成ユニット１２０は、単一光源の電子銃１００から放出された電子ビーム１をマルチビームに分割するためのアパーチャアレー１２１、マルチビームに分割されたそれぞれの電子ビームを収束する機能を備えたマルチレンズアレー１２２、このマルチビームを独立に偏向してビームブランキングを行うブランキングアレー１２３、及びブランキングされたマルチビームを遮断するビーム遮蔽電極１２４から構成される。
更に、マルチビーム形成ユニット１２０を出たマルチビームは、下段の縮小投影系１３０に入射され、レンズ１３１，１３２から成るダブレット型のレンズによって、レンズアレー１２２で形成されるマルチビームの２次光源像をステージ１４０上に静電吸着されたウエハ１４１上に投影する。

電子ビーム１のウエハ１４１面への垂直性であるテレセントリック度である入射角度を調整する手段として、ステージ１４０上にウエハ１４１と平行に設けられた電子ビーム１のテレセントリック度計測ユニット１０、電子ビーム１の縮小投影系１３０の光軸を調整するアライメントユニット４０、電子ビーム１を偏向する偏向器２０を有する。
図２に示されるようにテレセントリック度計測ユニット１０は、ウエハ１４１と平行に設けられ電子ビーム１を透過する単結晶から成る基板１１と、透過した電子ビーム１を検出する図５に示される検出手段である第１の検出器１２および第２の検出器１３で構成される。
テレセントリック度計測ユニット１０を構成する基板１１および検出手段である第１の検出器１２および第２の検出器１３は、電子ビーム１が照射される位置と照射されない待機位置に位置するようにウエハ１４１に対して平行に移動可能に設けられる。
検出手段である第１の検出器１２および第２の検出器１３の検出結果に基づいて電子ビーム１の基板１１への入射角度を制御する制御手段は、検出手段である第１の検出器１２および第２の検出器１３により検出された電子ビーム１の基板１１への入射角度を分析する信号処理装置３０と、信号処理装置３０からの分析された信号Ｓ１により制御信号Ｓ２を出力する入射角度制御装置５０と、制御信号Ｓ２により電子ビーム１の縮小投影系１３０による電子ビーム１の光軸を調整するアライメントユニット４０と、を有する。

検出手段である第１の検出器１２および第２の検出器１３で受ける透過された電子ビーム１は、信号処理装置３０でテレセントリック度の状態を分析され、その分析された信号Ｓ１に基づいて入射角度制御装置５０からアライメントユニット４０に制御信号Ｓ２を出力する。
この制御手段は、アライメントユニット４０の代わりに、あるいは、アライメントユニット４０の他にさらに、制御信号Ｓ２により電子ビーム１の偏向角を制御する手段として、偏向器２０を用いても良い。
この制御手段は、事前に偏向器２０の偏向角と、基板１１を透過した電子ビーム１の強度のデータを記憶する図示されない記憶手段を有し、このデータと検出結果に基づいて入射角度を制御する場合もある。
第１の検出器１２に入射する電子ビーム１は、偏向器２０によって基板１１上の一点を支点として走査するように偏向される。電子ビーム１を基板１１に入射すると、この電子ビーム１は基板１１内の回折現象により、結晶の原子構造の周期性に反映して、原子間に局在した周期的に変化する波（ブロッホ波）となり、原子の配列に衝突しないため結晶をよく透過する。この現象は電子チャンネリング現象と言われるもので、本発明の実施例１である電子ビーム１のテレセントリック度を測定する装置にこの透過される電子ビーム１を用いる。
本実施例１においては５０ｋＶに加速された電子ビーム１を、数十ｎｍの単結晶のＳｉから成る基板に（１００）（１１０）、（１１１）等の低次の指数から成る結晶面に垂直に照射する。

電子ビーム１の入射位置が結晶面から外れた場合は、電子チャンネリング現象がないため透過する電子ビーム１の強度が大幅に減衰する。この現象を用いて図２に示されるように偏向器２０で電子ビーム１を偏向して電子ビーム４を形成すると、その偏向器２０の偏向角に対して第１の検出器１２で検出される信号から、基板１１の原子配列の方向と電子ビーム１の入射方向の位置関係を正確に知ることが出来る。
また、基板１１に入射した電子ビーム１は、入射角度以外の領域に散乱されるため、電子チャンネル信号と合わせて電子散乱によるバックグランドが信号として検出されることになる。
図２に示される検出手段は、電子ビーム１の入射位置に設けた第１の検出器１２および中心から外れた位置の第２の検出器１３から成り、第２の検出器１３は散乱した電子ビーム１を検出し、電子ビーム１の光軸上の第１の検出器１２のバックグランド補正を行い、電子チャンネリング信号のＳ／Ｎを向上する。
図５には円周状の第１の検出器１２の周囲を円周状の第２の検出器１３に配置された検出手段が示される。
図３には電子ビーム１の光軸から外れた電子ビーム５に対して、テレセントリック度を計測する場合が示され、図２の場合と同様に偏向器２０で更に基板１１上のある点を支点に偏向ビーム８を形成することで、偏向角度に依存した電子チャンネリング信号を得る。
ここで、図示されないが基板１１に入射する電子ビーム１は、偏向器２０により電子ビーム１の偏向中心を支点に偏向される場合もある。

次に図４を参照してマルチ電子ビーム２，３，４に対するテレセントリック度を計測する本発明の実施例２の電子ビーム装置を説明する。
図１に示されるマルチ電子ビーム描画装置で形成されたマルチ電子ビーム２，３，４に対し、計測対象の電子ビームがＯＮとなるようにブランキングアレー１２３でマルチ電子ビーム２，３，４の制御を行いながら、偏向器２０を動作させてマルチ電子ビーム２，３，４全体のテレセントリック度を計測する。ここで計測されたマルチ電子ビーム２，３，４のテレセントリック度の状態は信号処理装置３０で解析され、その結果に基づいて、入射角度制御装置５０によって最適なテレセントリック度の設定が行われる。
尚、上記の本発明の実施例１では単結晶から成る基板１１として、Ｓｉ基板を用いたが、電子ビーム１，２，３，４が透過する単結晶から成る基板として、Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＳｂ，Ｃ等を選択することが出来る。
また、単結晶から成る基板１１の厚さは、基板材料と電子ビームの加速エネルギーにもよるが、５０ｋＶから１００ｋＶの電子ビームの対しては、電子ビームの基板内での平均自由行程から基板厚は１０ｎｍから１００ｎｍが電子ビームの透過効率を高め好適である。

次に、本発明の実施例３として、上記実施例１の電子ビーム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１および２の電子ビーム装置の概略構成図である。 本発明の実施例１の電子ビーム装置の詳細な構成図である。 本発明の実施例１の電子ビーム装置の詳細な構成図である。 本発明の実施例２の電子ビーム装置の詳細な構成図である。 本発明の実施例１および２の電子ビーム装置を構成する検出器の構成図である。 本発明の実施例１の電子ビーム露光装置を用いた本発明の実施例３の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、２，３，４，５、６ 電子ビーム
１０ テレセントリック度計測ユニット １１ 基板
２０ 偏向器 ３０ 信号処理装置 ４０ アライメントユニット
５０ 入射角度制御装置 １００ 電子銃 １１１ 照射レンズ
１２０ マルチビーム形成ユニット １２１ アパーチャ−アレー
１２２ レンズアレー １２３ ブランキングアレー
１２４ 遮蔽電極 １３０ 縮小投影系 １３１，１３２ レンズ
１４０ ステージ １４１ ウエハ

Claims (11)

1. ウエハと平行に設けられ、電子ビームを透過する単結晶から成る基板と、
   前記基板を透過した前記電子ビームを検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて前記電子ビームの前記基板への入射角度を制御する制御手段と、を有することを特徴とする電子ビーム装置。
2. 前記基板および前記検出手段は、前記電子ビームが照射される位置と照射されない待機位置に位置するように前記ウエハに対して平行に移動可能に設けられ、
   前記制御手段は、
   前記検出手段で検出された前記電子ビームの前記基板への入射角度を分析する信号処理装置と、
   前記信号処理装置からの分析された信号により制御信号を出力する入射角度制御装置と、
   前記制御信号により前記電子ビームの光軸を調整するアライメントユニットと、を有する請求項１記載の電子ビーム装置。
3. 前記制御手段は、前記アライメントユニットの代わりに、あるいは、前記アライメントユニットの他にさらに、前記制御信号により前記電子ビームの偏向角を制御する偏向器を有する請求項２記載の電子ビーム装置。
4. 前記制御手段は、事前に前記偏向器の偏向角と、前記基板を透過した前記電子ビームの強度のデータを記憶する記憶手段を有し、
   前記データと前記検出結果に基づいて前記入射角度を制御する請求項１から３のいずれかに記載の電子ビーム装置。
5. 前記基板に入射する前記電子ビームは、前記偏向器により前記基板上を支点に偏向される請求項１から４のいずれかに記載の電子ビーム装置。
6. 前記基板に入射する前記電子ビームは、前記偏向器により前記電子ビームの偏向中心を支点に偏向される請求項１から４のいずれかに記載の電子ビーム装置。
7. 前記検出手段は、透過した前記電子ビームを検出するように前記電子ビームの軸上に配置される第１の検出器と、散乱した前記電子ビームを検出するように前記電子ビームの軸外に配置された第２の検出器と、有する請求項１から６のいずれかに記載の電子ビーム装置。
8. 前記単結晶は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＳｂ，Ｃのいずれから成る請求項１から７のいずれかに記載の電子ビーム装置。
9. 前記基板を構成する前記単結晶は厚さ１０から１００ｎｍから成り、機械的な前記電子ビームの軸と前記基板の結晶方位が垂直になるように配置される請求項１から８のいずれかに記載の電子ビーム装置。
10. 前記電子ビームはマルチ電子ビームであり、前記マルチ電子ビームを各々個別に動作させ、前記マルチ電子ビームの前記基板に対する入射角度位置を調整する請求項１から９のいずれかに記載の電子ビーム装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の電子ビーム装置は露光装置であり、前記露光装置を用いて、露光対象に露光を行う工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とするデバイス製造方法。

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