JP2007329220A - 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の制御方法およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチビーム荷電粒子線装置における個々のビームの照射タイミングをずらすことによって、クーロン効果による解像度の劣化を低減し、同時に高スループットを実現する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の制御方法およびデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】 所望の荷電粒子線を試料へ照射する時刻を制御する為のショットタイミング発生手段と、１クロック内における複数の荷電粒子線は、同時ではなく異なる時に試料へ到達するように制御する手段とを有するマルチビーム荷電粒子線装置である。このため、個々のビームの照射タイミングをずらすことによって、クーロン効果による解像度の劣化を低減し、高スループットを同時に実現する。
【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マルチビーム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の制御方法およびデバイス製造方法に関する。

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が、特に露光装置のスループットが要求される場合には前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開平９−２４５７０８号公報（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

露光装置においてはスループットが重要視されており、従来例に示した方法においてもさらにスループットを向上させる為にはビームを大電流化しなければならない。
一方、ビーム電流とビーム解像度との間にはクーロン収差によるトレードオフ関係があり、大電流ビームを使用した際には解像度の劣化を避けることができない。
前記従来例においては個々のビームを独立にオンオフさせることはできるが、そのオンオフのタイミングは全て同時であった。
すなわち、複数本のビームが同時に試料上に到達しているために、ある時間断面を取った場合にビーム電流が大きくなることを避けることができず、解像度の劣化を招いている。
一方、全てのビームがウエハに照射されない時間も存在し、時間軸に対して非効率なビームの使用方法であった。
そこで、本発明は、マルチビーム荷電粒子線装置における個々のビームの照射タイミングをずらすことによって、クーロン効果による解像度の劣化を低減し、同時に高スループットを実現する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の制御方法およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明に係るマルチビーム荷電粒子線装置は、
複数の荷電粒子線を生成する荷電粒子源と、
生成された前記荷電粒子線が照射される試料と、
前記荷電粒子線を生成する手段と前記試料との間に配置された、所望の荷電粒子線のみを前記試料へ照射するための手段と、
所望の前記荷電粒子線を前記試料へ照射する時刻を制御する為のショットタイミング発生手段と、を有するマルチビーム荷電粒子線装置において、
１クロック内における前記複数の荷電粒子線は、同時ではなく異なる時刻に前記試料へ到達するように制御する手段を有することを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線装置は、前記１クロック内における前記試料への前記荷電粒子線の到達制御は前記荷電粒子線毎に照射開始時刻を変更する手段によることを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更する手段はタイミング遅延手段によることを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更するのに伴い、前記荷電粒子線照射量を変化する手段を有することを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更するのに伴い、荷電粒子線照射位置を変化する手段を有することを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線が照射される前記試料への照射位置調整はステップ偏向手段によってなされることを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線装置は、前記荷電粒子線の照射開始時刻の変更は照射領域における荷電粒子線走査方向の荷電粒子線群に対しては、前記荷電粒子線の照射開始時刻が等しいことを特徴とする。

さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線の制御方法は、複数の荷電粒子線を生成し、
生成された前記荷電粒子線が試料へ照射され、
所望の前記荷電粒子線のみを前記試料へ照射し、
所望の前記荷電粒子線を前記試料へ照射する時刻を制御するマルチビーム荷電粒子線の制御方法において、
１クロック内における前記複数の荷電粒子線の前記試料への到達を、同時ではなく異なる時刻に到達するように制御を行うことを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線の制御方法は、前記１クロック内における前記試料への前記荷電粒子線の到達制御を荷電粒子線毎に前記照射開始時刻を変更する手段によって行うことを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線の制御方法は、前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更することを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線の制御方法は、前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更するのに伴い、前記荷電粒子線の照射量を変化させることを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線の制御方法は、前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更するのに伴い、前記荷電粒子線の照射位置を変化させることを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線の制御方法は、前記荷電粒子線が照射される前記試料への前記照射位置調整はステップ偏向によってなされることを特徴とする。
さらに、本発明のマルチビーム荷電粒子線の制御方法は、前記荷電粒子線の照射開始時刻の変更は、照射領域における前記荷電粒子線の走査方向の荷電粒子線群に対しては前記荷電粒子線の照射開始時刻を等しくす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、前記マルチビーム荷電粒子線装置は露光装置から成り、前記露光装置を用いてウエハを露光する工程と、
前記ウエハを現像する工程とを備えることを特徴とする。

本発明のマルチビーム荷電粒子線装置およびマルチビーム荷電粒子線の制御方法によれば、１クロック内における複数の荷電粒子線は、同時ではなく異なる時に前記試料へ到達するように制御する。
このため、個々のビームの照射タイミングをずらすことによって、クーロン効果による解像度の劣化を低減し、高スループットを同時に実現する。

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。
荷電粒子線の一例として本実施形態ではマルチ電子ビーム露光装置の例を示す。
なお、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。

図１の要部概略図を参照して本発明の実施例１のマルチ電子ビーム露光装置を説明する。
電子源１（荷電粒子源）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は複数のパタンを持つマスクである。
マスク３を通して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、偏向されなかったビームはレンズ７により収束、ブランキング絞り９を通過し、レンズ８により収束、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、ブランキング制御回路１７は描画パタン発生回路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。

従来のブランキング制御回路１７が生成するブランキング信号の例を図２に示す。
図２においては２本のビーム制御の例であり、ブランカー１、ブランカー２の動作及び試料上への照射ビーム電流が示されている。
ブランカーは電圧が印加されている場合にビームはブランキング絞り９に遮蔽され、電圧が印加されていない場合に試料に照射される。
従って、ブランカー１、もしくはブランカー２の一方が動作している場合に対して、ブランカー１及びブランカー２の両者が動作していない場合には２倍のビーム電流が試料に照射される。
一方、ビーム電流とクーロン収差によるビーム解像度の劣化には関係があるため、ブランカー１もしくはブランカー２の一方が動作している場合に比べ、ブランカー１及びブランカー２の両者が動作していない場合には解像度の劣化が観察される。
つまり各々のショット毎に解像度の異なる描画が行われ、描画パタン精度の悪化の原因となる。

次に、図３を参照して、本実施例１を説明するためのブランカーの動作を説明する。
従来例においてはショットの開始時刻がブランカー１、ブランカー２間で同時であったが、本実施例１ではショットの開始時刻が異なっている。
ブランカー１の生成するショットとブランカー２の生成するショットが重なることがないため、どの時刻においても等しいビーム電流が試料に照射され、このためショットによって解像度が変化することがない。
また、ビーム本数が多くなった場合においてはショット同士の重なる場合も考えられるが、最もショットが重なった場合を考えても本実施例１は従来例より十分少ないビーム電流を実現することができる。

上述した信号を発生するためのブランキング制御回路を図４に示す。
本実施例によるブランキング制御回路にはブランキングドライバ２１−１，２１−２の上流に照射開始時刻設定回路２０−１，２０−２が作りこまれており、照射開始時刻をブランキング１、２に対して異なる時刻に設定することによって図３に示した如く各ビームに対して異なるショットタイミングを発生させることができる。
上述した露光方法を用いて実際に露光を行うと、従来のショット開始時間がすべてのビームについて等しい場合に比べ、２倍のビーム電流及びほぼ２倍のスループットを実現でき、解像度の悪化は全く無いことがわかった。

次に、本発明の実施例２について説明する。
実施例１ではブランカー１とブランカー２の照射開始時刻を異なるものとすることによって試料へ照射されるビーム量の均一化を図ったが、本実施例ではそれぞれのクロックを異なるものとすることによって同様の効果を得た。
本実施例２を説明するためのブランカーの動作を図５に示す。
実施例１においては、照射開始時刻設定回路によって照射時刻を設定したが、本実施例２では図５に示す如くブランカー１とブランカー２のクロックタイミングがずれている。
このタイミングのずれは図６に示すようにタイミング遅延回路２２−１、２２−２によって生成され、その結果実施例１と同様に均一な試料へのビーム照射を実現できた。
本実施例２においては２つのブランカーの動作を用いて説明したが、ブランカーが増加した場合においても適切なタイミング遅延を行うことにより同様の効果を実現することができる。
前記の露光装置を用いて露光実験を行ったところ、実施例１と同様従来の方法と比較してほぼ２倍のスループットを実現することができる一方、解像度の劣化は全く無い事がわかった。

次に、本発明の実施例３について説明する。
実施例１及び実施例２においてはビームの試料への到達をビーム毎に異なるものとすることによってクーロン効果による解像度の劣化を抑制することができた。
しかしながらビームの照射タイミングをずらすことによってその照射される位置がずれてしまい、描画精度の劣化を招く。
本実施例３は以上の点を鑑み、ビームの照射タイミングをずらしても照射される位置のずれない露光装置の例を説明する。
本実施例３を説明するための図を図１、図７及び図８に示す。
図７（ａ)は各々のビームが描画する描画領域を示しており、２３−１、２３−２‥‥はそれぞれビーム１、ビーム２‥‥が描画する描画領域である。
本実施例３では本実施例１および本実施例２と同様、ビーム１、ビーム３、ビーム５‥‥とビーム２、ビーム４、ビーム６‥‥の試料へのビーム照射タイミングをずらすことによってクーロン効果による解像度劣化を抑制している。
具体的にはビーム１、ビーム３、ビーム５‥‥のビーム照射時刻をビーム２、ビーム４、ビーム６のビーム照射時刻より遅らせることによってショットがなるべく重ならないようにしている。
しかしながら、ビームの照射タイミングをずらすことによってその照射される位置がずれてしまう。
例えば、ビーム1の照射領域とビーム２の照射領域はビーム２の照射時刻が早い為に、描画データの通りに描画すると照射領域２３−１と照射領域２３−２は図７（ｂ）の如く１ピクセル以下ではあるが重なりができる。
一方、照射開始時刻のずらし量はあらかじめわかっている為、重なり量はあらかじめ予測、補正することができる。
また、この重なり量は１ピクセル以下である為、パタンエッジ部の露光量補正を行うことによって照射領域の重なりを無くし、精度の良い描画を行うことができる。

図８にその詳細を示す。
図８（ａ），(ｂ)はそれぞれあるパタン描画のブランカーの動作及び蓄積エネルギー分布を示している。本パタンの描画に際して、ビーム照射開始時間を（ｃ）の如く変化させた場合パタンも(ｄ)の如くシフトしてしまう。
しかしながら(e)の如くパタンエッジ部の露光量を照射開始時間に応じて変化させることによって（ｆ）の如く（ｂ）と同様の描画結果を得ることができる。
照射開始時間に応じた露光量の変化は図１中露光時間制御回路１６内にて計算を行うことによって実現できる。
なお、本実施例では露光量を変化させることによって照射開始時間変化に伴うビーム照射位置の変動を補正したが、露光量の変化だけでなく、露光パタンを露光領域毎にシフトさせることによっても同様の効果を得ることができる。
また、本実施例においては、照射時刻開始時間の変化は、図７(a)に示す如く各照射領域に対して市松状に分布させたが、行ごとに変化させた場合には露光量の計算もしくは露光パタンのシフト量の計算をより簡便に行うことができ、同様の効果を実現することができる。
本実施例３による照射位置の補正を行い描画実験を行ったところ、実施例１、２においてはそれぞれの露光フィールドが１／２ピクセル、すなわち４ナノメートル重なり精度が悪化していたものが本実施例３では露光フィールドの重なりをゼロにすることができた。

次に、本発明の実施例４について説明する。
実施例１、２、３についてはビームの照射タイミングがずれることによってその試料への照射位置がずれ、実施例３についてはその補正方法について説明したが、本実施例４では補正の不要な露光装置の説明を行う。
本実施例３において、図１中の偏向信号発生回路１８及び偏向アンプ１９によってビームはラスタースキャンされていたが、本実施例４では偏向信号発生回路１８及び偏向アンプ１９によりビームをステップ偏向する。
すなわち、クロック毎にビームの照射位置が固定される為に、クロック内のビーム照射タイミングを変えたとしても常に同じ位置に露光され、露光精度が悪化することがない。
本実施例４によるステップ偏向方式を用いて露光実験を行ったところ、従来の方式に比べほぼ２倍のスループットを実現できる一方、解像度の劣化、位置精度の劣化は殆ど観察されないことがわかった。

次に、図９及び図１０を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップＳ３（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Ｓ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置により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。
ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１０は、ステップ４の上はプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。
ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。
ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。
ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。
ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。
ステップＳ１８（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Ｓ１９（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。

本発明にかか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にかかるブランキングアレイの動作説明図である。 本発明の実施例１にかかるブランキングアレイの動作説明図である。 本発明の実施例１にかかる各ビームの照射開始時刻を設定する方法の説明図である。 本発明の実施例２にかかるブランキングアレイの動作説明図である。 本発明の実施例２にかかる各ビームの照射開始時刻を設定する方法の説明図である。 本発明の実施例３にかかる各ビームの照射領域と照射開始時刻の分布を示す図、及び照射領域の重なりを示す図である。 本発明の実施例３にかかるブランキングアレイの動作及び照射エネルギー分布を説明する為の図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図９に示すフローチャートのステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 電子源（荷電粒子源） 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
２０−１、２０−２ 照射開始時刻設定回路
２１−１、２１−２ ブランキングドライバ
２２−１、２２−２ タイミング遅延回路
２３−１〜２３−４ ビーム１〜４がそれぞれ描画する領域

Claims (15)

1. 複数の荷電粒子線を生成する荷電粒子源と、
   生成された前記荷電粒子線が照射される試料と、
   前記荷電粒子線を生成する手段と前記試料との間に配置された、所望の荷電粒子線のみを前記試料へ照射するための手段と、
   所望の前記荷電粒子線を前記試料へ照射する時刻を制御する為のショットタイミング発生手段と、を有するマルチビーム荷電粒子線装置において、
   １クロック内における前記複数の荷電粒子線は、同時ではなく異なる時刻に前記試料へ到達するように制御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１クロック内における前記試料への前記荷電粒子線の到達制御は前記荷電粒子線毎に照射開始時刻を変更する手段によ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. 前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更する手段はタイミング遅延手段によることを特徴とする請求項２記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
4. 前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更するのに伴い、前記荷電粒子線照射量を変化する手段を有することを特徴とする請求項２記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
5. 前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更するのに伴い、荷電粒子線照射位置を変化する手段を有することを特徴とする請求項２記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
6. 前記荷電粒子線が照射される前記試料への照射位置調整はステップ偏向手段によってなされることを特徴とする請求項２記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
7. 前記荷電粒子線の照射開始時刻の変更は照射領域における荷電粒子線走査方向の荷電粒子線群に対しては、前記荷電粒子線の照射開始時刻が等しいことを特徴とする請求項２記載のマルチビーム荷電粒子線装置。
8. 複数の荷電粒子線を生成し、
   生成された前記荷電粒子線が試料へ照射され、
   所望の前記荷電粒子線のみを前記試料へ照射し、
   所望の前記荷電粒子線を前記試料へ照射する時刻を制御するマルチビーム荷電粒子線の制御方法において、
   １クロック内における前記複数の荷電粒子線の前記試料への到達を、同時ではなく異なる時刻に到達するように制御を行うことを特徴とするマルチビーム荷電粒子線の制御方法。
9. 前記１クロック内における前記試料への前記荷電粒子線の到達制御を荷電粒子線毎に前記照射開始時刻を変更する手段によって行うことを特徴とする請求項７記載のマルチビーム荷電粒子線の制御方法。
10. 前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更することを特徴とする請求項８記載のマルチビーム荷電粒子線の制御方法。
11. 前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更するのに伴い、前記荷電粒子線の照射量を変化させることを特徴とする請求項８記載のマルチビーム荷電粒子線の制御方法。
12. 前記荷電粒子線の照射開始時刻を変更するのに伴い、前記荷電粒子線の照射位置を変化させることを特徴とする請求項８記載のマルチビーム荷電粒子線の制御方法。
13. 前記荷電粒子線が照射される前記試料への前記照射位置調整はステップ偏向によってなされることを特徴とする請求項１２記載のマルチビーム荷電粒子線の制御方法。
14. 前記荷電粒子線の照射開始時刻の変更は、照射領域における前記荷電粒子線の走査方向の荷電粒子線群に対しては前記荷電粒子線の照射開始時刻を等しくすることを特徴とする請求項８記載のマルチビーム荷電粒子線の制御方法。
15. 請求項1から８のいずれか記載のマルチビーム荷電粒子線装置は、露光装置から成り、
    前記露光装置を用いてウエハを露光する工程と、
    前記ウエハを現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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