JP2007158235A - マルチビーム荷電粒子線装置及びマルチビーム荷電粒子線装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 描画中の解像度の変動を抑える。
【解決手段】 マルチビーム荷電粒子線装置において各ビームが描画する微小フィールドサイズを描画パターンサイズの偶数倍にしない為に、微小フィールドサイズを変更する手段を設ける。
【選択図】 図５

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や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、及び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するものである。特に複数の荷電粒子線を用いてパターン描画を行うマルチビーム荷電粒子線装置及びマルチビーム荷電粒子線装置の制御方法に関する。

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）を製造する際、試料上にパターンを形成するために荷電粒子線露光装置が用いられる。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ーンを試料上に形成している。多くの形態の露光装置では、荷電粒子を整形、縮小した後試料上に照射する。しかし、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生成され、各々独立に制御されることによって同時に複数のパターンを描画する方法が考案されている。
以上説明した荷電粒子線の制御方法として特許文献１に代表的な例が示されている。本従来例では、一つの電子源から放射された電子ビームを複数のビームに分割し試料上に照射しており、一つ一つのビームの照射、非照射はマルチブランカー及びブランキング制御回路によって制御されている。
特開平９−２４５７０８号公報

ところで、上記従来例においては、期待した解像度や描画精度が得られない場合がある。それは、本発明者の知見によると、次の理由による。
すなわち、上記従来例において、複数のビームが個々の微小フィールドを走査し、個々のビームをオンオフ制御することによって描画がなされる。ここで、あるパターンを描画する経過を考えると、個々のビームは偏向走査によって描画パターン位置に来るとビームオンとなり、描画パターン位置で無い場合にはビームオフとなる。この動作を全てのビームについて考えると、ウエハに到達する全ビーム電流は時系列に変動している。つまり全てのビームが描画に関わる時刻にはビーム電流最大となり、反対に全てのビームが描画を行わない場合にはビーム電流最小（ゼロ）となる。従ってビーム電流は常に０から最大値の間を変動しながら描画が進行する。
一方、試料上に収束されるビームの解像度はクーロン効果の影響により劣化し、ビーム電流とクーロン効果による解像度はほぼ比例関係にある。以上の２点を考慮すると、描画中のビーム走査及び個々のビームのオンオフに伴いビーム電流が変動し、ひいては解像度の変動を招くこととなる。個々のビームがランダムにオンオフを繰り返す場合、ビーム電流の変動はそれほど大きくはならないが、以下に示す特定の状況には非常に大きな電流変動を伴う。
例えば、ラインアンドスペースパターンを描画する場合を考える。偏向走査が行われる微小フィールドサイズがパターン寸法の偶数倍であると、あるピクセル描画では全てのビームが一斉にオン状態になり、また次のピクセルでは一斉にオフ状態となる。そしてオン状態のビーム電流は最大ビーム電流であり、解像度は最も悪い状態である。同様に一般のデバイスパターンを描画する場合を考えるとデザインルールの偶数倍に微小フィールドサイズが設定されると、上記とほぼ同様の現象が生じ、非常に大きなビーム電流変動を生ずる。つまりある時刻にはほぼ全てのビームが同時にオン状態となり、またある時刻にはほぼ全てのビームが同時にオフ状態となる。そしてほぼ全てのビームがオン状態の際に描画されたパターンと、ほぼ全てのビームが同時にオフ状態となった際に描画されたパターンの解像度は大きく異なる。これは解像度のみならず描画精度に大きな影響を及ぼす。
本発明は、上述の従来例における問題点を解消することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、マルチビーム荷電粒子線装置において、各ビームが描画する微小フィールドのサイズを可変にしている。そして、微小フィールドのサイズを好ましくは、微小フィールドサイズを描画パターンの描画寸法の偶数倍以外に、より好ましくは描画寸法の奇数倍に設定する。あるいは、微小フィールドサイズをピクセルサイズの偶数倍以外に設定してもよい。
微小フィールドサイズは描画パターンまたは描画パターンの一部を抽出したパターンに基づいて計算することができる。特に、これらの描画パターンまたは抽出パターンより計算される試料上へのビーム電流の時間変動が最小となる微小フィールドサイズを計算するとよい。
設定する手段が設けられている。
また、設定すべき微小フィールドサイズの変更量から光学系縮小率の補正量を計算し、それに伴いレンズ励磁、もしくはレンズ印加電圧を変更することが好ましい。

本発明によれば、マルチビーム荷電粒子線装置において各ビームが描画する微小フィールドのサイズを可変にしているので、マルチビーム荷電粒子線装置におけるパターン寸法と微小フィールドサイズの関係を調整することができる。これにより、クーロン効果によるビーム電流変動を抑え良好なパターンを形成できるマルチビーム荷電粒子線装置を実現することができる。

以下、実施例を挙げて本発明の好ましい実施の形態を説明する。
以下においては、荷電粒子線の一例としてマルチ電子ビーム露光装置の例を示す。なお、以下の実施例は、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、また露光装置に限らず他のマルチビーム荷電粒子線装置についても同様の効果を得ることができる。

［第１の実施例］
以下、第１の実施例を説明する。
図１は本発明の一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、電子源１より放射状に放出される電子ビーム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は複数の開孔を持つマスクである。マスク３を通して複数個に分割され成形された電子ビーム１０はレンズ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、個々のビームを偏向することが出来る。ブランキングアレイ６によって偏向されたビームはブランキング絞り９によって遮蔽される。一方、偏向されなかったビームはレンズ７により収束され、ブランキング絞り９を通過する。さらに、レンズ８により収束され、偏向器５によって試料上への照射位置を調整された後、試料１１上に照射される。

偏向器５はラスタースキャンを行っており、偏向器５のスキャンタイミングとブランキングアレイ６の動作のタイミングによって所望の位置にビームが照射される。各レンズ２、４、７、８はレンズ制御回路１３によって制御され、偏向器５は偏向信号発生回路１８により発生されるラスター偏向信号を偏向アンプ１９に送信することによって制御される。ブランキングアレイ６はブランキング制御回路１７によって制御される。ブランキング制御回路１７は描画パターン発生回路１４、ビットマップ変換回路１５、露光時間制御回路１６によって生成されるブランキング信号により制御される。

次に試料上のビームの動きを図２及び図３を用いて説明する。
図２は試料上に到達する全てのビームの動きを説明している。各々のビーム１０は各々に割り当てられた微小フィールド２０内をラスタースキャンし、パターンを描画していく。また全てのビームが同時に同様のラスタースキャンを行い、パターンに応じて個々にビームのオンオフを行いフィールド２２内のパターンを描画する。
図３は一つの微小フィールド内のビームの動き及びピクセル構造を示している。一つのビーム１０は上述したように微小フィールド２０内をラスタースキャンするが、微小フィールド内はさらにピクセル２１に分割されており、ピクセル毎にビームのオンオフを行うことによってパターンを描画していく。

次に従来例における複数のビームの動きを２つの微小フィールドに関してのみ説明したものが図４である。図４（ａ）は図３にて説明した微小フィールドが２つ配置された例を示している。それぞれのビーム１０はそれぞれの微小フィールド２０をラスタースキャンしている。このとき図４（ｂ）に示すラインアンドスペースパターンの描画を行うことを考えると、各々のビームは個々にブランキングによってオンオフされるが、そのオンオフのタイミングは全く等しい。つまり同時にビームオンされ、同時にビームオフされる。この際の試料上へのビーム電流変動を示したものが図４（ｃ）である。ビーム電流はビームオン時に最大となり、ビームオフ時に０となる。

一方、ビーム電流とビーム解像度はクーロン効果によって関連付けられ、ビーム電流が大きいほどビーム解像度は悪化する。つまり、図４を用いて説明した例を全てのビームについて考えると、図４の如くラインアンドスペースパターンを描画した場合には試料上には最大電流が照射されることとなり、ビームの解像度は最も悪い状態にて描画されることとなる。また、上述ではラインアンドスペースパターンの描画のみにて説明したが、ラインアンドスペースパターン以外に別パターンが存在する場合には次の如くなる。つまり、ラインアンドスペースパターンは解像度が悪く、他のパターンは解像度良く描画されることとなる。これは解像度のみならず描画精度に大きな影響を及ぼす。上記問題の原因はパターン寸法の偶数倍に微小フィールドサイズが設定されていることが大きな原因である。

次に、本実施例に係る描画方法を図５に示す。図５では上記問題を避ける為、描画パターン寸法の奇数倍に微小フィールドパターンサイズを設定している。一つの微小フィールドと隣接する微小フィールドを考えると、一方のビームがオン状態の際にはもう一方のビームがオフ状態となり、常にビームのオンオフ状態が反転している。つまり、試料上には常時一定のビームが照射されていることとなる。本説明は全てのビームに拡張した場合においても同様であり、パターン寸法の奇数倍に微小フィールドパターンサイズを設定することによって、試料上に常時一定のビームが照射される状態にて描画が行われる。ビームの解像性を考えた場合にも、全ビーム電流が前記方法に対して半減する為、解像度が向上する。また、パターン毎の解像度のばらつきも無く、精度の良い描画が可能となる。

本実施例では、上記方法を実現する為に描画パターン寸法の奇数倍に微小フィールドサイズを自動設定する為の制御手段をコントローラ１２に導入した。本実施例は描画パターンのパターン寸法を評価し、その奇数倍に微小フィールドサイズを設定する手段を設けている。また描画パターンが大きい場合には一部の代表パターンを抽出する手段を設けている。

上に説明した方法を用いて実際に露光を行った。第一の実験ではピクセルサイズは５０ナノメートル、微小フィールドサイズは２ミクロンにて１００ナノメートルピッチのラインアンドスペースパターンを描画した。第二の実験ではピクセルサイズは５０ナノメートル、微小フィールドサイズは２．０５ミクロンにて１００ナノメートルピッチのラインアンドスペースパターンを描画した。その結果、第一の実験ではパターン解像度７０ナノメートルであった描画結果が第二の方法では５０ナノメートルと解像度を向上させることができた。

なお、本実施例においては描画パターン寸法の奇数倍に微小フィールドサイズを設定することによって解像度を向上させることができた。しかし、描画パターン寸法の奇数倍に限らず、偶数倍でなければ上記と同様の効果を得ることができる。同様に、微小フィールドサイズをピクセルサイズの偶数倍にならないように設定することによっても同様の効果を得ることができる。さらに描画パターンに基づく微小フィールドサイズを、描画パターンより計算される試料上へのビーム電流の時間変動が最小となるように計算、設定することによってさらに良好な効果を得ることができる。
また、上述において、電子源は１個の例を示したが、２個以上であってもよい。

［第２の実施例］
次に第２の実施例について説明する。
第１の実施例においてはデータ制御によって微小フィールドサイズの変更を行ったが、本実施例においては光学パラメータの変更によって同様の効果を実現する。
第１の実施例において微小フィールドサイズの変更を行い、従来の微小フィールドサイズに対して１ピクセル大きい微小フィールドサイズを設定することを考える。すると、図２に示す如く微小フィールド２０は８×８配列されているため、最外周微小フィールドでは３ピクセル分のシフトが必要となり、フィールドサイズ２２は６ピクセルだけ大きくなる。さらに微小フィールドサイズの拡大を行っていくことを考えると、最外周微小フィールドのシフト量は拡大に従って大きくなり、最後には最外周微小フィールドのスキャン可能領域を越えてしまう。従って、微小フィールドサイズの変更量が大きい場合には第１の実施例では不十分である。

そこで、第２の実施例では微小フィールドサイズの変更に伴い、光学系の縮小率を変更する。つまり、レンズ７、８の励磁を変更する。光学系の縮小率の変更は、微小フィールドのピッチの変更を意味する。したがって、光学系の縮小率をｘ％拡大すれば微小フィールドをシフトすることなく微小フィールドサイズをｘ％拡大することができる。各ビームのラスタースキャン及びオンオフ制御を第１の実施例と同様に行うことにより、第１の実施例と同様の描画を行うことができる。
上記縮小率の変更のために本実施例では、微小フィールドサイズ変更量を第１の実施例と同様に計算した後に、コントローラ１２によってレンズの変更量を計算し、レンズデータをレンズ制御回路１３に転送する。さらに光学系の微小な調整にはビーム校正手段を用いて微調整を行う。

上に説明した方法を用いて実際に露光を行った。第一の実験ではピクセルサイズは５０ナノメートル、微小フィールドサイズは２ミクロンにて１００ナノメートルピッチのラインアンドスペースパターンを描画した。第二の実験ではピクセルサイズは５０ナノメートル、微小フィールドサイズは２．１５ミクロンにて１００ナノメートルピッチのラインアンドスペースパターンを描画した。微小フィールドサイズ変更の際には上に説明した通りレンズ７、８の励磁を変更させた。その結果、第１の実施例と同様に第一の実験ではパターン解像度７０ナノメートルであった描画結果が第二の方法では５０ナノメートルと解像度を向上させることができた。

［第３の実施例］
次に、上記の露光装置を利用した微小デバイス（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）の製造プロセスを説明する。
図６は半導体デバイス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（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る。後工程は、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、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ステップを有する。また、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露光する露光ステップを有する。さらに、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を有する。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。

本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装置の要部概略を示す図である。 本発明の第１の実施例に係るフィールド内の微小フィールド及びビームの動きを説明するための図である。 図２における微小フィールド内のピクセル及びビームの動きを説明する為の図である。 従来例における二つの微小フィールド内のビームの動き、パターン描画、及びビーム電流変動を説明する為の図である。 前記第１の実施例に係る二つの微小フィールド内のビームの動き、パターン描画、及びビーム電流変動を説明する為の図である。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。

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：偏向器
６：ブランキングアレイ
７、８：レンズ
９：ブランキング絞り
１０：ビーム
１１：試料
１２：コントローラ
１３：レンズ制御回路
１４：描画パターン発生回路
１５：ビットマップ変換回路
１６：露光時間制御回路
１７：ブランキング制御回路
１８：偏向信号発生回路
１９：偏向アンプ
２０：微小フィールド
２１：ピクセル
２２：描画フィールド

Claims (17)

1. 複数の荷電粒子線ビームを生成し、該複数の荷電粒子線ビームの各々に微小フィールドを描画させるマルチビーム荷電粒子線装置であって、
   前記微小フィールドのサイズを可変する手段を有することを特徴とするマルチビーム荷電粒子線装置。
2. 前記微小フィールドサイズを描画パターンの描画寸法の偶数倍以外に設定する手段を有することを特徴とする請求項１記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
3. 前記微小フィールドサイズを描画パターンの描画寸法の奇数倍に設定する手段を有することを特徴とする請求項１記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
4. 可変または設定すべき微小フィールドサイズを描画パターンに基づき計算する手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
5. 前記微小フィールドサイズを計算する手段は、描画パターンの一部を抽出する手段を備え、該抽出パターンに基づいて前記微小フィールドサイズを計算することを特徴とする請求項４記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
6. 前記微小フィールドサイズを計算する手段は、描画パターンより計算される試料上へのビーム電流の時間変動が最小となる微小フィールドサイズを計算することを特徴とする請求項４または５記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
7. 前記微小フィールドサイズをピクセルサイズの偶数倍以外に設定する手段を有することを特徴とする請求項１記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
8. 可変または設定すべき微小フィールドサイズへの変更量から光学系縮小率の変更量を計算する手段と、該光学系縮小率の変更量に伴いレンズの励磁量または印加電圧を変更する手段とを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
9. 複数の荷電粒子線ビームを生成し、該複数の荷電粒子線ビームの各々に微小フィールドを描画させるマルチビーム荷電粒子線装置の制御方法であって、
   前記微小フィールドのサイズを可変制御することを特徴とするマルチビーム荷電粒子線装置の制御方法。
10. 前記微小フィールドサイズを描画パターンの描画寸法の偶数倍以外に設定することを特徴とする請求項９記載の制御方法。
11. 前記微小フィールドサイズを描画パターンの描画寸法の奇数倍に設定することを特徴とする請求項９記載の制御方法。
12. 制御または設定すべき微小フィールドサイズを描画パターンに基づき計算するステップを有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載の制御方法。
13. 前記微小フィールドサイズを計算するステップは、描画パターンの一部を抽出するステップを備え、該抽出パターンに基づいて前記微小フィールドサイズを計算することを特徴とする請求項１２記載の制御方法。
14. 前記微小フィールドサイズを計算するステップでは、描画パターンより計算される試料上へのビーム電流の時間変動が最小となる微小フィールドサイズを計算することを特徴とする請求項１２または１３記載の制御方法。
15. 前記微小フィールドサイズをピクセルサイズの偶数倍以外に設定することを特徴とする請求項９記載の制御方法。
16. 制御または設定すべき微小フィールドサイズへの変更量から光学系縮小率の変更量を計算し、該光学系縮小率の変更量に伴いレンズの励磁量または印加電圧を変更制御することを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１つに記載の制御方法。
17. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の荷電粒子線露光装置または請求項９〜１６のいずれか１つに記載の方法により微小フィールドサイズを制御される荷電粒子線露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光した前記基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。

Images