JP2009064841A - 荷電粒子線描画装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 クーロン効果による荷電粒子線のボケを抑制しつつ高スループットの荷電粒子線描画装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、荷電粒子線を用いて投影系を介して基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置である。投影系は、対称型磁気ダブレットレンズと、対称型磁気ダブレットレンズが発生する磁場の中に配置された静電レンズとを備える。静電レンズは、少なくとも対称型磁気ダブレットレンズの瞳又はその付近に、対称型磁気ダブレットレンズへ入射される荷電粒子線のエネルギーを決定する電位よりも高い電位を与える電極を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線描画装置及びデバイス製造方法に関する。

従来から、荷電粒子線描画装置の一種である電子線描画装置において、高スループット化を目的とした開発が行われている。スループット性能を向上させるには、露光電流を増大させる必要があるが、その際に問題になるのがクーロン効果である。クーロン効果は、電子同士の斥力によって収束電子線のボケを生じさせ、解像度を劣化させる欠点を持つ。そのため、解像度とスループットとの間には、トレードオフの関係が存在する。

クーロン効果による収差を相当程度に抑えながら、露光電流を増大させる方法として、露光電流の平均密度をある程度低くする方法がある。この方法では、比較的大きな露光領域（サブフィールド、数百ミクロン角程度）を照射し電流密度を下げることで、クーロン効果が低減され、スループットが維持される。

別の方法として、試料面での電子線の収束角を大きく設定する方法がある。この方法では、投影レンズと試料との間に減速電界を加えることで、投影レンズの収差を低減する効果や、荷電粒子線が低速で試料面に入射してレジスト感度の低下や試料面の発熱、変質を抑制する効果が期待できる。減速電界による収差を低減させる方式は特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の方式は、減速電界が、電子線転写型露光装置の転写マスクと投影光学系と間、及び、投影光学系とウエハとの間に設けられている。
特開２０００−２３２０５２号公報

露光電流の平均密度を低くする方法は、電子線転写装置に適用されるが、転写マスクが必要となり、マスクのためのコストがかかる。

電子線の収束角を大きく設定する方法では、露光面積（画角）を大きくすると幾何学的収差が増大し、高解像度を実現するには投影レンズの収差性能に厳しい要求が課される。また、試料面の形状及びステージに配置された部材等によって減速電界の乱れが生じ、寄生収差や荷電粒子線の位置ずれが発生する問題があった。また、特許文献１に記載の方式では、ウエハ面及びその近傍の形状及びステージに配置された部材等によって減速電界の乱れが生じ、寄生収差が発生して解像性能を劣化させることが考えられる。

本発明の目的は、クーロン効果による荷電粒子線のボケを抑制しつつ高スループットの荷電粒子線描画装置を提供することにある。

本発明は、荷電粒子線を用いて投影系を介して基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置であって、投影系は、対称型磁気ダブレットレンズと、対称型磁気ダブレットレンズが発生する磁場の中に配置された静電レンズとを備え、静電レンズは、少なくとも対称型磁気ダブレットレンズの瞳又はその付近に、対称型磁気ダブレットレンズへ入射される荷電粒子線のエネルギーを決定する電位よりも高い電位を与える電極を含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、クーロン効果による荷電粒子線のボケを抑制しつつ高スループットの荷電粒子線描画装置を提供することができる。

［荷電粒子線描画装置の実施形態］
以下、本発明の荷電粒子線描画装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子線を用いて投影系を介して基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置の模式的断面図である。荷電粒子線描画装置の投影系は、対称型磁気ダブレットレンズと、対称型磁気ダブレットレンズが発生する磁場の中に配置された静電レンズとを備える。対称型磁気ダブレットレンズは、上段磁界レンズ１２と下段磁界レンズ１５とで構成される。静電レンズは、物面１０側から像面１１側に向かって順に配置される第１円筒電極１９、第２円筒電極２０及び第３円筒電極２１の３つの円筒電極を含んで構成されるユニポテンシャル静電レンズである。本実施形態における荷電粒子線描画装置は電子線描画装置であるが、本発明はイオン線描画装置等他の荷電粒子線描画装置にも適用可能である。

第２円筒電極２０は、対称型磁気ダブレットレンズの上段磁界レンズ１２の鉛直方向における中心位置１４と下段磁界レンズ１５の鉛直方向における中心位置１７との間に配置される。２つの中心位置１４、１７で、上段磁界レンズ１２及び下段磁界レンズ１５によって形成される磁場強度が最大となる。第２円筒電極２０は、上端が上段磁界レンズ１２の下端を超え、下端が下段磁界レンズ１５の上端を超える長さを有する。対称磁気ダブレットレンズの瞳１８及びその付近には、第２円筒電極１９が存在しており、図１から分かるように、瞳１８の位置は、軸上電子線２５と軸外電子線２４とが収束し、電子線の電荷密度が高く、クーロン効果が大きい個所である。

図３は、静電レンズの第２円筒電極２０の電位とクーロン効果による荷電粒子線のボケ量との関係を示すグラフである。第２円筒電極２０の電位が高くなるに従って、クーロン効果によるボケ量は減少する傾向を示している。一般的に、クーロン効果によるボケ量δは、以下の数式１で示される。
δ∝Ｌ_ｃ×Ｉ／（Ｖ^1.5×α）・・・（数式１）
ただし、Ｌ_ｃ：物面−像面距離、Ｉ：荷電粒子線の電流量、Ｖ：荷電粒子線に対する加速電位、α：像面での収束半角
電子の発生源である電子銃において、電子線を高加速することでボケ量δを小さくすることはできるが、いくつかの欠点がある。高加速（高エネルギー）の電子線が感光基板上に照射された場合、感光材の実効的な感度が低下する。また、電子銃で高加速化すると電子光学レンズが大型化し、数式１の光路長Ｌｃが長くなり、ボケ量δが大きくなる。また、高加速された電子は感光基板内の散乱の領域が広くなり、近接効果が増大するといった問題がある。一方、本発明のように第２円筒電極１９の電位が高くされれば、数式１の加速電位Ｖの項が大きくなり、クーロン効果によるボケ量δが減少し、前述した電子銃で電子線を高加速化した場合の欠点がない。

図２に本実施形態に係る静電レンズの軸上電位分布３１を示す。軸上電位分布３１に示されるように、少なくとも対称型磁気ダブレットレンズの瞳１８又はその付近の電位を決定する第２円筒電極１９には、対称型磁気ダブレットレンズへ入射される荷電粒子線のエネルギーを決定する電位よりも高い電位が与えられる。そのため、第２円筒電極２０と第３円筒電極２１間には減速電界が発生する。この減速電界により、投影レンズを構成する対称型磁気ダブレットレンズの収差が低減される。物面側に配置される第１円筒電極１９及び像面側に配置される第３円筒電極２１は接地されて基板の電位と同一とされ基板との間に電位差が存在せず、第２円筒電極２０には基板の電位よりも高い電位が与えられる。そのため、従来の減速電界を用いた光学系のように、基板面の形状及びステージに配置された部材等によって減速電界の乱れが生じないので、寄生収差が発生して解像性能を劣化させることはない。

図４に第２円筒電極２０の長さと投影レンズである対称型磁気ダブレットレンズの幾何収差との関係を示す。図４に示されるように、第２円筒電極２０の長さが１００ｍｍ以上になると幾何収差の減少が顕著になり、減速電界による収差低減の効果が認められる。

本実施形態において、投影レンズは対称型磁気ダブレットレンズからなる光学系であり、この種の光学系では上段磁界レンズ１２及び下段磁界レンズ１５の磁場分布の磁場強度と半減値幅が設定倍率比で配分されている。そのため、光学収差の非等方成分がキャンセルされ、大きな画角に対して適している。

静電レンズを対称型磁気ダブレットレンズが発生する磁場の中に配置する場合、対称型磁気ダブレットレンズの収差特性が劣化しないように、静電レンズを構成する円筒電極の長さ及び配置を設定する必要がある。第１円筒電極１９と第２円筒電極２０との空隙２２の中心位置と上段磁界レンズ１２の磁極空隙の中心位置１４とを一致させる。同時に、第２円筒電極２０と第３円筒電極２１との空隙２３の中心位置と下段磁界レンズ１５の磁極空隙の中心位置１７とを一致させる。

第２円筒電極２０の上端から対称型磁気ダブレットレンズの瞳１８までの距離L1と第２円筒電極２０の下端から磁気ダブレットレンズの瞳１８までの距離L2との比は数式２を満足するように設定される。Ｍは対称型磁気ダブレットレンズの倍率である。
L２/L１＝M・・・（数式２）
数式２を満たすように第２円筒電極２０を配置すると、上段磁界レンズ１２及び下段磁界レンズ１５の像回転角が等しくなって像の回転がなくなり、非等方収差も発生せず、対称型磁気ダブレットレンズの光学特性が劣化しない。

［デバイス製造の実施形態］
図５及び図６を参照して、上述の荷電粒子線描画装置を利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。図５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Ｓ（ＥＢデータ変換）では設計した回路パターンを荷電粒子線描画装置用のデータへ変換する。ステップＳ（基板製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、荷電粒子線描画装置用のデータに従ってリソグラフィ技術を利用して基板上に回路を形成する。具体的には、まず、感光材が塗布された基板を荷電粒子線描画装置内にローディングする。そして、アライメントユニットで基板上のグローバルアライメント用のデータを読み取り、その結果に基づいて基板ステージを駆動して所定の位置に次々とパターンを描画する。そして、パターンが描画された基板に対して現像処理を施す。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基板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、それが出荷（ステップ７）される。

図６は、ステップ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、基板にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、基板に感光材を塗布する。ステップ１６（描画）では、上記の荷電粒子線描画装置によっての回路パターンを基板に描画する。ステップ１７（現像）では、パターンが描画された基板に現像処理を施す。ステップ１８（エッチング）では、現像した像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となった感光材を取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって基板上に多重に回路パターンが形成される。

本発明に係る荷電粒子線露光装置の一例の断面図である。 対称型磁気ダブレットレンズの軸上磁場分布と静電レンズの軸上電位分布を示す図である。 第２円筒電極の電位とクーロン効果によるビームのボケ量との関係を示す図である。 第２円筒電極の長さと幾何収差との関係を示す図である。 荷電粒子線描画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５に示すフローチャートにおけるステップ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１０：投影レンズの物面、１１：投影レンズの像面、１２：磁気ダブレットレンズの上段磁界レンズ、１３：上段磁界レンズの励磁コイル、１４：上段磁界レンズの磁極空隙の中心位置、１５：磁気ダブレットレンズの下段磁界レンズ、１６：下段磁界レンズの励磁コイル、１７：下段磁界レンズの磁極空隙の中心位置、1８：磁気ダブレットレンズの瞳面、１９：第１円筒電極、２０：第２円筒電極、２１：第３円筒電極、２２：静電レンズの第１空隙、２３：静電レンズの第２空隙、２４：軸外荷電粒子線、２５：軸上荷電粒子線、３０：対称型磁気ダブレットレンズの軸上磁場分布、３１：静電レンズの軸上電位分布

Claims (6)

1. 荷電粒子線を用いて投影系を介して基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置であって、
   前記投影系は、対称型磁気ダブレットレンズと、前記対称型磁気ダブレットレンズが発生する磁場の中に配置された静電レンズとを備え、
   前記静電レンズは、少なくとも前記対称型磁気ダブレットレンズの瞳又はその付近に、前記対称型磁気ダブレットレンズへ入射される荷電粒子線のエネルギーを決定する電位よりも高い電位を与える電極を含む、ことを特徴とする荷電粒子線描画装置。
2. 前記静電レンズは、３つの円筒電極を含んで構成されるユニポテンシャル静電レンズであり、
   前記３つの円筒電極のうち、物面側に配置される第１円筒電極と像面側に配置される第３円筒電極に与えられる電位は前記基板の電位と同一とされ、前記対称型磁気ダブレットレンズの瞳又はその付近の電位を決定する第２円筒電極に、前記基板の電位よりも高い電位が与えられることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線描画装置。
3. 前記第２円筒電極は、前記対称型磁気ダブレットレンズの上段磁界レンズの鉛直方向における中心位置と前記対称型磁気ダブレットレンズの下段磁界レンズの鉛直方向における中心位置との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線描画装置。
4. 前記第２円筒電極は、前記第２円筒電極の上端が前記上段磁界レンズの下端を超え、前記第２円筒電極の下端が前記下段磁界レンズの上端を超える長さであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の荷電粒子線描画装置。
5. 前記第２円筒電極の上端から前記対称型磁気ダブレットレンズの瞳までの距離と前記第２円筒電極の下端から前記瞳までの距離との比が前記対称型磁気ダブレットレンズの倍率と等しくなるように、前記第２円筒電極が配置されることを特徴する請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の荷電粒子線描画装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の荷電粒子線描画装置を用いて基板にパターンを描画する工程と、
   前記パターンが描画された基板に現像処理を施す工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

Images