JP2008027965A - 光学系、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】荷電ビームを発生する荷電粒子発生源101と、コンデンサーレンズ102と、複数個の同じ開口を有するアパーチャーアレイ103と、コンデンサーレンズ102とアパーチャーアレイ103との間の少なくとも2段の荷電ビームレンズアレイ111a,113aとを有する光学系を構成する。各荷電ビームレンズアレイ111a,113aの間でクロスオーバーを形成し、コンデンサーレンズ102に近い側の荷電ビームレンズアレイ111aの開口をアパーチャーアレイ103の開口よりも大きい直径にする。
【選択図】 図1
Description
一方、本発明の光学系は、露光装置以外に、検査装置、加工装置(エッチング、成膜)にも適用し得る。
いずれの露光装置も電子源から発生した電子ビームをコンデンサーレンズによって平行光にし、その後、複数の開口が形成されたアパーチャーアレイを通過させることで、複数本の平行な荷電ビームを形成している。
しかしながら、従来の露光装置に適用する光学系は、以下の課題を有する。
即ち、複数本の荷電ビームを使用する場合、荷電ビームの数が増加すればするほど荷電粒子発生源にはより高い出力が求められることが多く、荷電粒子発生源の出力限界が装置の限界を決定することも少なくない。
このことは、例えば電子線を用いた露光装置であれば、装置のスループットが下がるということになる。
また、荷電粒子発生源は長時間の安定性を求められることが多いため、すばやく出力を変化させることは難しく、また逆に出力が比較的短時間内でふらついたときに補正することも容易ではない。
また、本発明の光学系は、前記少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイの内、前記コンデンサーレンズから遠い側の前記荷電ビームレンズアレイの開口が、前記アパーチャーアレイの開口と同じ直径、あるいは、前記アパーチャーアレイの開口より大きい直径を有することを特徴とする。
また、本発明の光学系は、前記少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイは、レンズパワーが可変であることを特徴とする。
さらに、本発明の光学系は、前記クロスオーバーの両側に設置された前記少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイの前記レンズパワーは、前記アパーチャーアレイの開口を通過する前記荷電ビームが平行になるように、各々の合成焦点位置が一致するように決定されることを特徴とする。
本発明の露光装置は、荷電ビームを用いてウエハを露光する露光装置であって、前記荷電ビームを発生する荷電粒子発生源と、前記荷電粒子発生源の中間像を複数形成する第1の電子光学系と、前記第1の電子光学系によって形成される前記複数の中間像を前記ウエハ上に投影する第2の電子光学系と、前記ウエハを保持し駆動して位置決めする位置決め装置と、を有し、前記第1の電子光学系が、上記のいずれかに記載の光学系であることを特徴とする。
また、本発明の露光装置は、前記荷電ビームのエネルギー量を測定する手段を、上記のいずれかに記載の光学系の中に有することを特徴とする。
本発明のデバイス製造方法は、上記の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。
このため、荷電粒子発生源からの出力を容易に変えることにより、荷電粒子発生源のエネルギーの利用効率を高め、出力のふらつきを補正し、露光パターンに応じた最適な露光エネルギーへすばやく変化させることができる。
また、本発明の光学系によれば、少なくとも2段の荷電ビームレンズアレイの内、前記コンデンサーレンズに近い側の前記荷電ビームレンズアレイの開口が、前記アパーチャーアレイの開口よりも大きい直径を有する。
このため、荷電ビームエネルギーの利用効率を向上させるとともに、露光時間を適宜に短くし、かつスループットを向上させることができる。
また、本発明の光学系によれば、コンデンサーレンズから遠い側の前記荷電ビームレンズアレイの開口が、前記アパーチャーアレイの開口と同じ直径、あるいは、より大きい直径を有する。
このため、同じく、荷電ビームエネルギーの利用効率を向上させるとともに、露光時間を適宜に短くし、かつスループットを向上させることができる。
また、本発明の光学系によれば、少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイは、レンズパワーの可変が容易である。
このため、少なくとも2段の荷電ビームレンズアレイのレンズパワーを調整することで照射される荷電ビームのエネルギーの荷電粒子発生源から照射されたエネルギーに対する効率をすばやくアクティブに変化させることができる。
また、本発明の光学系によれば、少なくとも2段の荷電ビームレンズアレイの前記レンズパワーを、前記アパーチャーアレイの開口を通過する前記荷電ビームが平行になるように、各々の合成焦点位置が一致するように決定する。
このため、前記アパーチャーアレイの開口を通過する前記荷電ビームの平行性の精度を向上させることができ、描画精度が向上する。
一方、本発明の露光装置によれば、上記の光学系を用いるため、上記の効果を享受でき、露光処理に際して、描画の動作性能が良く、かつ様々な露光パターン形成の効率が良く、したがって露光処理の信頼性を高めることができる。
また、本発明の露光装置によれば、上記のいずれかに記載の光学系の中に前記荷電ビームのエネルギー量を測定する手段を有する。
このため、荷電粒子発生源の出力のふらつきをモニターすることが可能になり、照射する荷電ビームエネルギーを一定に保つことができる。
また、本発明のデバイス製造方法によれば、上記の露光装置を適用するため、上記の露光装置が有する各効果を享受し、デバイス製造に際してその効率化及び信頼性を向上させることができる。
荷電粒子発生源101から発生した荷電粒子ビームは、コンデンサーレンズ102によって平行な荷電粒子ビームへと集束される。
平行に形成された荷電粒子ビームは、その後、コンデンサーレンズ102に近い側の荷電ビームレンズアレイ111aによって複数の荷電粒子ビームに分割されるとともに、各荷電粒子ビームにクロスオーバーAが形成される。
各荷電粒子ビームの各々のクロスオーバーAは、次に、コンデンサーレンズ102から遠い側の荷電ビームレンズアレイ113aによって、各々、平行な状態の荷電粒子ビームに戻される。
平行な状態の各々の荷電粒子ビームは、最後に、アパーチャーアレイ103を通過することで、アパーチャーアレイ103の例えば開口以下の特定の太さの複数本の平行な荷電粒子ビームとなる。
また、コンデンサーレンズ102から遠い側の荷電ビームレンズアレイ113aの開口は、アパーチャーアレイ103の開口と例えば同じ直径である。
また、2段に形成される荷電ビームレンズアレイ111a,113aは、各々、レンズパワーが可変であり、そのレンズパワーは、例えばアパーチャーアレイ103の開口を通過する荷電粒子ビームを平行とすべく合成焦点位置が一致するように決定される。
なお、実施例1の光学系には、詳しく図示しないが荷電粒子ビームのエネルギー量を測定する測定手段(センサ110:図5参照)を備え、荷電粒子発生源101の出力のふらつきをモニターすることで、ウエハ4上に照射されるエネルギーを一定に保つ。
例えば、最終的に形成したい荷電粒子ビームのピッチは100μm、太さはΦ50μmであるとする。最終的な太さがΦ50μmであるということは、アパーチャーアレイ103の各開口の太さがΦ50μmであることを意味する。
この場合、コンデンサーレンズ102で集束されて平行ビームになったエネルギーの内利用できるのは最大で約20%である。
このことは単純に例えれば、荷電ビーム露光装置の露光時間を60%短くし、かつスループットを2.5倍にする効果がある。
したがって、仮に荷電粒子発生源の出力が4割であったとしても従来と同様のスループットが得られることになる。
ところで、図1では、コンデンサーレンズ102、荷電ビームレンズアレイ111a,113aのいずれも電極3枚から構成された静電型のレンズを使用しているが、磁界レンズ等を用いても同様の効果が得られる。
なお、実施例1に示す光学系は、例えば、代表的には、電子ビーム露光装置(描画装置)の光学系に適用することができる。
実施例2に示す例の光学系は、例えば電子ビーム露光装置(描画装置)の光学系に適用する。なお、本例では、荷電粒子ビームとして電子ビームを採用した露光装置の光学系を例示する。
しかし、荷電粒子ビームとしてイオンビーム等の他の種類の荷電粒子ビームを用いた露光装置の光学系にも同様に適用できる。
また、露光装置に限らず、複数本の平行な荷電ビームを形成する光学系を有する装置であれば、検査装置、加工装置等にも同様に適用できる。これらのことは実施例1の場合も同様である。
本例の場合、少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイ111b,113bの内、コンデンサーレンズ102に近い側の荷電ビームレンズアレイ111bの開口は、アパーチャーアレイ103の開口よりも大きい直径を有する。
また、コンデンサーレンズ102から遠い側の荷電ビームレンズアレイ113bの開口は、荷電ビームレンズアレイ111bの開口と例えば同じ直径であり、即ちアパーチャーアレイ103の開口よりも大きい直径である。
なお、実施例2の光学系には、詳しく図示しないが荷電粒子ビームのエネルギー量を測定する測定手段(センサ110:図5参照)を備え、荷電粒子発生源101の出力のふらつきをモニターすることで、ウエハ上に照射されるエネルギーを一定に保つ。
荷電粒子発生源101から発生した荷電粒子ビームは、コンデンサーレンズ102によって平行な荷電ビームへと集束された後、コンデンサーレンズ102に近い側の荷電ビームレンズアレイ111bによって複数のクロスオーバーBが形成される。
続いて、クロスオーバーB後の各々の荷電粒子ビームは、コンデンサーレンズ102から遠い側の荷電ビームレンズアレイ113bによって、平行な状態の荷電粒子ビームへ戻される。
この場合、2段の荷電ビームレンズアレイ111b,113bの各開口が、アパーチャーアレイ103の開口よりも大きい直径を有するため、実施例1と同様に荷電粒子発生源101から出てきたエネルギーの利用効率を高めることができる。
したがって、実施例1と同様に荷電ビーム露光装置の露光時間を短くし、かつスループットを向上させる効果がある。
図3に示す光学系の場合、複数のクロスオーバーCの高さ位置が、図2に示す複数のクロスオーバーBの高さ位置よりも高くなっており、クロスオーバーC後の荷電粒子ビームの広がりが荷電ビームレンズアレイ113bの開口よりも大きい状態にある。
この場合、コンデンサーレンズ102から遠い側の荷電ビームレンズアレイ113bの開口を通過する荷電粒子ビームのエネルギー利用効率は低くなり、アパーチャーアレイ103の開口を通過する荷電粒子ビームのエネルギー利用効率も低くなる。
換言すれば、2つの荷電ビームレンズアレイ111b、113bの焦点距離の和と、各荷電ビームレンズアレイ111b、113b間の距離が等しくなるようにレンズパワーを調整することで、エネルギーの利用効率をアクティブに制御することが可能である。
図4は、本発明による光学系を用いた電子ビーム露光装置の要部概略図である。
図4に示すように、マルチソースモジュール1は、例えば3×3に配列されており、複数の電子源像を形成し、その電子源像から電子ビームを放射する。詳しくは後述する。
磁界レンズアレイ21、22、23、24は、3×3に配列された同一形状の開口を有する磁性体円板MDを間隔を置いて上下に配置し、共通のコイルCCによって励磁されるものである。
即ち磁界レンズアレイ21、22、23、24は、各開口部分が各磁界レンズMLの磁極となり、設計上レンズ磁界を発生させる。
そして、ひとつのマルチソースモジュール1からの電子ビームがウエハ4に照射するまでに、その電子ビームに作用する光学系をカラムと定義する。即ち本例のカラムは、図4
に示すように、例えば3×3の9カラム(co1.1〜co1.9)の構成である。
磁界レンズアレイ21と磁界レンズアレイ22の対応する2つの磁界レンズで、一度、像を形成し、次にその像を磁界レンズアレイ23と磁界レンズアレイ24の対応する2つの磁界レンズでウエハ4上に投影する。
主偏向器3は、マルチソースモジュール1からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の電子源像をウエハ4上でX、Y方向に変位させる。
ステージ(位置決め装置)5は、ウエハ4を載置し(保持し)、光軸AX(Z軸)と直交するXY方向とZ軸回りの回転方向に移動可能であって、ステージ基準板6が固設されている。
反射電子検出器7は、電子ビームによってステージ基準板6上のマークが照射された際に生じる反射電子を検出する。
図5に示すように、電子銃が形成する電子源(クロスオーバー像)101から放射される電子ビームは、コンデンサーレンズ102によって平行な電子ビームとなる。本例のコンデンサーレンズ102は、3枚の開口電極からなる静電レンズである。
また、本例の光学系は、個別に駆動可能な静電の偏向器が2次元配列して形成された偏向器アレイ105,106、個別に駆動可能な静電のブランカーが2次元配列して形成されたブランカーアレイ107を有する。
さらに、本例の光学系は、露光に使用しない部分の荷電ビームの強度を測定するセンサー110を有する。荷電ビームレンズアレイ111,113によってクロスオーバー112を形成する。
特に、コンデンサーレンズ102、荷電ビームレンズアレイ111,113、アパーチャーアレイ103、レンズアレイ104、及びブランカーアレイ107で第1の電子光学系が構成されている。
ここで、第1の電子光学系の内、荷電ビームレンズアレイ111,113、及びアパーチャーアレイ103の構成は、実施例1又は実施例2に示す荷電ビームレンズアレイ、及びアパーチャーアレイと同様の構成である。
コンデンサーレンズ102からの平行な電子ビームは、荷電ビームレンズアレイ111と113によってクロスオーバー112を形成した後、アパーチャーアレイ103によって特定の太さの複数の電子ビームとなる。
電子ビームは、対応するレンズアレイ104の静電レンズを介して、ブランカーアレイ107の対応するブランカー上に、電子源の中間像101bを形成する。
また、ブランカーアレイ107で偏向された電子ビームは、ブランキングアパーチャAPによって遮断されるため、ウエハ4には照射されない。
一方、ブランカーアレイ107で偏向されない電子ビームは、ブランキングアパーチャAPによって遮断されないため、ウエハ4に照射される。
この時、荷電ビームレンズアレイ111,113のレンズパワーを調整することでウエハ4上に照射される電子ビームのエネルギーの荷電粒子発生源から照射されたエネルギーに対する効率をアクティブに変化させることができる。
また、線幅が太いときはエネルギー効率を高め、線幅が細いときはエネルギー効率を低下させるという制御によって、荷電粒子発生源の出力を変化させることなく、露光スピードの最適化が図れ、装置のスループットを上げることが可能になる。
この時、複数の中間像101bがウエハ4に投影される際の光学特性の内、像の回転、倍率は、ブランカーアレイ上の各中間像101bの位置を調整できる偏向器アレイ105,106で調整できる。
電子ビームの焦点位置は、カラム(co1.1〜co1.9)毎に設けられたダイナミックフォーカスレンズ(静電若しくは磁界レンズ)108,109で調整できる。
なお、磁界レンズアレイ21,22,23,24、ダイナミックフォーカスレンズ108,109、及び主偏向器3により、第2の電子光学系が構成されている。
ブランカーアレイ制御回路41は、ブランカーアレイ107を構成する複数のブランカーを個別に制御する。偏向器アレイ制御回路42は、偏向器アレイ104,105を構成する偏向器を個別に制御する。
D_FOCUS制御回路43は、ダイナミックフォーカスレンズ108,109を個別に制御する。主偏向器制御回路44は、主偏向器3を制御する。反射電子検出回路45は、反射電子検出器7からの信号を処理する。
これらのブランカーアレイ制御回路41、偏向器アレイ制御回路42、D_FOCUS制御回路43、主偏向器制御回路44、反射電子検出回路45は、カラムの数(co1.1〜co1.9)と同じだけ、即ち所謂各カラム毎に設けられている。
ステージ駆動制御回路47は、ステージの位置を検出する不図示のレーザ干渉計と共同してステージ5を駆動制御する。
主制御系48は、上記複数の制御回路41〜47を制御し、電子ビーム露光装置全体を管理する。
したがって、実施例の電子ビーム露光装置は、露光処理に際して、荷電粒子発生源のエネルギー利用効率を向上させるため、描画の動作性能が良く、かつ様々な露光パターン形成の効率が良く、その信頼性を高めることを実現する。
次に、図8及び図9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8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。
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。
以上、実施例のデバイス製造方法によれば、上記の電子ビーム露光装置を適用するため、ウエハ上への回路パターンの形成に際して、上記の電子ビーム露光装置が有する効果を享受することができる。
このため、実施例のデバイス製造方法によれば、デバイス製造の効率化及び信頼性を向上させることができる。
4 ウエハ 5 ステージ
6 ステージ基準板 7 反射電子検出器
21、22、23、24 磁界レンズアレイ
41 ブランカーアレイ制御回路 42 偏向器アレイ制御回路
43 D_FOCUS制御回路 44 主偏向器制御回路
45 反射電子検出回路 46 磁界レンズアレイ制御回路
47 ステージ駆動制御回路 48 主制御系
101 荷電粒子発生源(電子源) 102 コンデンサーレンズ
103 アパーチャーアレイ 104 レンズアレイ
105、106 偏向器アレイ 107 ブランカーアレイ
108、109 ダイナミックフォーカスレンズ
111,111a,111b,113,113a,113b,荷電ビームレンズアレイ
A,B,C クロスオーバー
ML1,ML2,ML3,ML4 磁界レンズ
MD 磁性体円板 CC 共通コイル
Claims (7)
- 複数本の平行な第1の直径を有する荷電ビームを形成する光学系であって、
前記荷電ビームを発生する荷電粒子発生源と、
前記荷電ビームを平行に集束する位置に設けられるコンデンサーレンズと、
前記平行に集束された荷電ビーム内に設けられ、複数個の開口を有し、前記開口は前記第1の直径と同じ直径を有するアパーチャーアレイと、
前記コンデンサーレンズと前記アパーチャーアレイの間に配置される少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイと、を有し、
前記少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイの間でクロスオーバーが形成され、
前記少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイの内、前記コンデンサーレンズに近い側の前記荷電ビームレンズアレイの開口が、前記アパーチャーアレイの開口よりも大きい直径を有することを特徴とする光学系。 - 前記少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイの内、前記コンデンサーレンズから遠い側の前記荷電ビームレンズアレイの開口が、前記アパーチャーアレイの開口と同じ直径、あるいは、前記アパーチャーアレイの開口より大きい直径を有することを特徴とする請求項1記載の光学系。
- 前記少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイは、レンズパワーが可変であることを特徴とする請求項1又は2記載の光学系。
- 前記クロスオーバーの両側に設置された前記少なくとも2段に形成される荷電ビームレンズアレイの前記レンズパワーは、前記アパーチャーアレイの開口を通過する前記荷電ビームが平行になるように、各々の合成焦点位置が一致するように決定されることを特徴とする請求項3記載の光学系。
- 荷電ビームを用いてウエハを露光する露光装置であって、
前記荷電ビームを発生する荷電粒子発生源と、
前記荷電粒子発生源の中間像を複数形成する第1の電子光学系と、
前記第1の電子光学系によって形成される前記複数の中間像を前記ウエハ上に投影する第2の電子光学系と、
前記ウエハを保持し駆動して位置決めする位置決め装置と、を有し、
前記第1の電子光学系が、請求項1から4のいずれかに記載の光学系であることを特徴とする露光装置。 - 前記荷電ビームのエネルギー量を測定する手段を、請求項1から4のいずれかに記載の光学系の中に有することを特徴とする請求項5記載の露光装置。
- 請求項5又は6記載の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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