JP2012204723A - 荷電粒子線描画方法、およびそれを用いた物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばセルフアライメントを採用する上で好適となる荷電粒子線描画方法を提供する。
【解決手段】荷電粒子線を用いて被処理体にパターンを描画する荷電粒子線描画方法であって、被処理体の描画領域として第１領域と第２領域とを設定する工程と、第１領域の描画を行うとともに、該第１領域の描画の開始から終了までの間に荷電粒子線の位置ずれ量を補正するための第１キャリブレーションを行う工程（Ｓ１００〜Ｓ１０３）と、第２領域の描画を行うとともに、該第２領域の描画の開始から終了までの間に荷電粒子線の位置ずれ量を補正するための第２キャリブレーション（Ｓ１０４〜Ｓ１０７）を行う工程とを有する。このとき、第１キャリブレーションと第２キャリブレーションとを行う頻度が異なる。
【選択図】図３

Description

本発明は、荷電粒子線描画方法、およびそれを用いた物品の製造方法に関する。

従来、半導体デバイスなどの製造工程におけるリソグラフィー工程では、種々のリソグラフィー装置が用いられている。このリソグラフィー装置としては、例えば、ＡｒＦ、ｉ−ＡｒＦ、ＥＵＶなどによる露光装置、ＭＬ２などの荷電粒子線描画装置、またはインプリント装置などが挙げられる。このようなリソグラフィー装置では、荷電粒子線描画装置を除き、パターン付きの原版として、マスク、レチクル、またはモールド（テンプレートやスタンパー）などが採用されている。通常、この原版にパターンを形成する装置としては、荷電粒子線描画装置を用いることが多い。一般に、荷電粒子線描画装置は、荷電粒子線である電子ビームを発生する電子銃と、原版を載置して適宜移動させる移動ステージとを有する。この場合、移動ステージの位置は、別途設置された干渉計で計測され、移動ステージの位置に対して、電子ビームの照射位置を偏向器にて所定の位置に決めながら原版上に所望のパターンを描画する。

この位置決めの方法として、近年、ある描画領域（転写領域）にて重ね合わせ精度（例えば、ずれの許容度）を低くして自動でアライメントを行うことで、全体の位置決め時間を短縮させるセルフアライメントと呼ばれる技術が採用されている。例えば、特許文献１は、原版ではなく半導体デバイス（基板）のアライメントに関するものではあるが、セルフアライメントによるクロスポイントタイプのメモリー製造について開示している。

米国特許第７７９５１３２号明細書

しかしながら、特許文献１では、特に、原版に対してパターンを描画する場合の全体の位置決め時間を短縮させるような技術が提案されていない。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、例えば、セルフアライメントを採用する上で好適となる荷電粒子線描画方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、荷電粒子線を用いて被処理体にパターンを描画する荷電粒子線描画方法であって、被処理体の描画領域として第１領域と第２領域とを設定する工程と、第１領域の描画を行うとともに、該第１領域の描画の開始から終了までの間に荷電粒子線の位置ずれ量を補正するための第１キャリブレーションを行う工程と、第２領域の描画を行うとともに、該第２領域の描画の開始から終了までの間に荷電粒子線の位置ずれ量を補正するための第２キャリブレーションを行う工程と、を有し、第１キャリブレーションと第２キャリブレーションとを行う頻度が異なることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、セルフアライメントを採用する上で好適となる荷電粒子線描画方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る荷電粒子線描画装置の構成を示す図である。 原版に形成される描画領域の配置を示す概略図である。 本実施形態に係る描画方法の流れを示すフローチャートである。 描画経過時間に対するステージの熱変形を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

まず、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線描画装置（以下、単に「描画装置」と表記する）について説明する。以下、各実施形態において説明する描画装置は、単数の電子ビーム（荷電粒子線）の照射により、所定の描画データを被処理体である原版の所定の位置に描画するものである。なお、荷電粒子線は、本実施形態のような電子線に限定されず、イオン線などの他の荷電粒子線であってもよい。また、本実施形態における原版は、特にリソグラフィー装置である露光装置に採用されるマスクやレチクル、またはインプリント装置に採用されるモールドなどを想定しているが、製造物である半導体デバイスなどに使用される基板に対する描画にも適用可能である。

図１は、本実施形態に係る描画装置の構成を示す図である。なお、以下の各図では、原版に対する電子ビームの照射方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取っている。さらに、以下の各図では、図１と同一構成のものには同一の符号を付す。この描画装置１は、電子銃２と、該電子銃２から照射された電子ビーム（電子線）３を偏向および結像させる光学系４と、原版５を保持するステージ６と、描画装置１の各構成要素の動作などを制御する制御部７とを備える。なお、電子ビームは、大気圧雰囲気ではすぐに減衰し、また高電圧による放電を防止する意味もかねて、制御部７を除く上記構成要素は、不図示の真空排気系により内部圧力が適宜調整された空間内に設置される。例えば、電子銃２および光学系４は、高い真空度に保たれた電子光学鏡筒８内に設置される。同様に、ステージ６は、電子光学鏡筒８内よりも比較的低い真空度に保たれた描画室９内に設置される。

電子銃２は、熱や電界の印加により電子ビーム３を放出する機構である。光学系４は、不図示であるが、各種偏向器およびレンズを有する。偏向器としては、例えば、電子ビームの照射のＯＮ／ＯＦＦ動作を実施するもの（ブランキング偏向器）や、ステージ６上に載置された原版５の表面上の像をＸＹ方向に偏向するものなどがある。また、レンズとしては、コリメータレンズ、または、電子ビーム３のクロスオーバを形成したり、電子ビーム３を原版５の描画領域に結像させたりする静電レンズなどがある。ステージ６は、例えば静電吸着により原版５を保持しつつ、ＸＹ平面内を電子ビーム３の照射位置に対して適宜移動可能とする保持部である。また、ステージ６は、その側端部に反射ミラー１０を備え、一方、描画室９は、反射ミラー１０の設置位置に対向して、その内壁面に位置計測装置である干渉計（レーザー測長器）１１を備える。ステージ６の位置は、この干渉計１１により実時間で計測される。なお、本実施形態では、位置計測装置として干渉計１１を採用するが、この位置計測装置の種類は、特に限定するものではない。さらに、ステージ６は、電子ビーム３の位置を検出する電子ビーム検出器１２を備える。この電子ビーム検出器１２は、不図示であるが、検出素子（位置センサ）と該検出素子の検出面の一部を覆うナイフエッジとからなり、検出面に入射する電子ビーム３の強度（電流値）を制御部７に対して出力する。なお、電子ビーム検出器１２は、本実施形態ではステージ６に設置する構成としているが、例えば、電子ビーム３の経路上の１箇所以上に挿入可能に構成されていてもよい。または、電子ビーム検出器１２は、ステージ６上に限られず、別途専用のステージに設置されてもよい。さらに、ナイフエッジの設置も必須ではなく、電子ビーム３の入射量を適宜調節可能であれば、その構成は問わない。

次に、本実施形態に適用される原版５の構成について説明する。図２は、原版５の描画領域（４チップ分の１ショット）の内部配置を示す概略図である。原版５は、例えば石英ガラスからなる被処理体であり、描画領域上には感光性のレジストが塗布されている。特に、原版５上の１チップ分の領域Ａは、図２に示すようにパターンが描画される２種類のパターン群Ｐ１、Ｐ２で構成されている。このうち、第１パターン群Ｐ１は、３０ｎｍ以下の微細な線幅で構成され、ここでの重ね合わせ精度、すなわち、電子ビーム３の入射位置と所望の描画位置とのずれの許容度は、線幅よりも大きくてもよい領域である。次に、第２パターン群Ｐ２は、第１パターン群Ｐ１の線幅よりも数倍大きな線幅で構成され、ここでの重ね合わせ精度は、線幅の１／３以下とする領域である。さらに、領域Ａの外周部には、スクライブ領域Ｂが配置され、このスクライブ領域Ｂは、重ね合わせ検査用のマークや次の製造工程で使用するためのアライメントマークが形成される領域となる。なお、このスクライブ領域Ｂに形成されるマークには、ＣＤ検査用のマークなど厳しい位置精度が要求されないものも含む。

まず、第１パターン群Ｐ１は、本実施形態のセルフアライメントが適用される第１領域である。セルフアライメントは、例えば半導体デバイスの形成工程において、予め部分的に厚さの異なる膜を形成し、転写処理を行わずに全面をエッチングすることで、一部に穴を開けてベース領域とエミッタ領域と呼ばれるパターンを形成する際に適用されるものである。セルフアライメントは、この方法だけに限定するものでなく、前述のクロスポイントタイプのメモリーデバイスにも適用されている。これらのセルフアライメントを適用したデバイスにおいては、アライメントに要求される精度が低くなる。すなわち、近年のデバイス回路（半導体デバイス）では、最も細いパターンに対してその線幅の１／３以下の値となる重ね合わせ精度が既存のデザインルールとして要求されるが、この領域に関しては、要求精度は、既存のデザインルールよりも低い精度で良くなる。

次に、第２パターン群Ｐ２は、要求される重ね合わせ精度が高いため、本実施形態のセルフアライメントが適用されない領域（非セルフアライメント領域：第２領域）である。例えば、この第２パターン群Ｐ２は、メモリーデバイスにおける呼び出しまたは読み込みのための周辺回路を形成するための領域となる。ここで、セルフアライメントを適用するデバイス回路においては、その重ね合わせ精度は、他の領域と比較して微細な線幅を有する第１パターン群Ｐ１で決定せずに、それほど微細でない線幅を有する第２パターン群Ｐ２に関して決定される。例えば、第２パターン群Ｐ２の線幅は、現状のデザインルールでみると、上述のとおり第１パターン群Ｐ１の最も微細な線幅の数倍である。具体的には、第１パターン群Ｐ１では、ハーフピッチ３０ｎｍで重ね合わせ精度が３０ｎｍとすると、第２パターン群Ｐ２では、ハーフピッチ６０ｎｍで重ね合わせ精度が２０ｎｍである。この第２パターン群Ｐ２を原版５上に形成するときには、描画装置１のアドレスを最小とする必要がなく、また、第１パターン群Ｐ１と比較すると、描画面積が１／５程度と少ないため、ここでの描画時間は、数十分程度である。一方、重ね合わせ検査用のマークなどが形成されるスクライブ領域Ｂも、非セルフアライメント領域（第２領域）である。このスクライブ領域Ｂにおいても、要求される重ね合わせ精度は、第２パターン群Ｐ２と同様の精度でよく、ここでの描画時間は、数分程度となる。したがって、セルフアライメントを適用する原版５では、第２パターン群Ｐ２およびスクライブ領域Ｂを描画する数十分程度の時間内で、最も重ね合わせ精度を出す必要がある。

次に、描画装置１による描画方法について説明する。図３は、本実施形態に係る描画処理の流れを示すフローチャートである。まず、制御部７は、描画処理を開始すると、非セルフアライメント領域である第２パターン群Ｐ２およびスクライブ領域Ｂに対する描画を実施させる（ステップＳ１００）。次に、制御部７は、このステップＳ１００の描画において、あるインターバル時間（第１時間）Ｔ１が経過したら（ステップＳ１０１）、一旦描画を中止させる（ステップＳ１０２）。ここで、電子ビーム３は、インターバル時間Ｔ１の間に、周囲の熱や磁場の影響などに起因し、基準位置に対してずれが生じる。そこで、このインターバル時間Ｔ１は、そのずれ量が、必要とされる重ね合わせ精度よりも小さくなるように予め設定される。次に、制御部７は、電子ビーム３の第１キャリブレーション（位置の補正）を実施させる（ステップＳ１０３）。この場合、制御部７は、まずステージ６を走査させて、該ステージ６上に設置された電子ビーム検出器１２を電子ビーム３の照射位置に向けて移動させ、このとき検出素子が検出した出力と、干渉計１１の計測値との関係を取得する。そして、制御部７は、この検出素子の出力が所定の値となるステージ６の位置において、干渉計１１の計測値がゼロになるように干渉計１１の計測値を補正し、第１キャリブレーションを終了する。次に、制御部７は、この第１キャリブレーションが終了した後、ステップＳ１００の描画を再開し、再度、ステップＳ１０１以下の工程を実行する。そして、制御部７は、このステップＳ１００からステップＳ１０３までの一連の工程を所定の回数で繰り返した後、４チップ領域分の非セルフアライメント領域の描画処理を終了する。

上記非セルフアライメント領域に対する描画処理が終了した後、次に、制御部７は、セルフアライメント領域である第１パターン群Ｐ１に対する描画を実施させる（ステップＳ１０４）。次に、制御部７は、このステップＳ１０４の描画において、あるインターバル時間（第２時間）Ｔ２が経過したら（ステップＳ１０５）、一旦描画を中止させる（ステップＳ１０６）。このインターバル時間Ｔ２の間においても、インターバル時間Ｔ１の間と同様に電子ビーム３のずれが生じる。したがって、上記と同様に、インターバル時間Ｔ２は、そのずれ量が、必要とされる重ね合わせ精度よりも小さくなるように予め設定される。ここで、インターバル時間Ｔ２は、インターバル時間Ｔ１よりも長いので、インターバル時間Ｔ２の間に生ずる電子ビーム３のずれ量は、インターバル時間Ｔ１の間に生じるずれ量よりも大きくなる。しかしながら、このセルフアライメント領域では、非セルフアライメント領域よりも要求される重ね合わせ精度が低いので、ずれ量が大きくなったとしても許容され得る。次に、制御部７は、ステップＳ１０３と同様の電子ビーム３の第２キャリブレーションを実施させる（ステップＳ１０７）。なお、第１パターン群Ｐ１のようなセルフアライメント領域では、描画装置１の動作が安定している場合には、制御部７は、第２キャリブレーションを実施させなくてもよい場合もある。次に、制御部７は、この第２キャリブレーションが終了した後、ステップＳ１０４の描画を再開し、再度、ステップＳ１０４以下の工程を実行する。そして、制御部７は、このステップＳ１０４からステップＳ１０７までの一連の工程を所定の回数で繰り返した後、４チップ領域分のセルフアライメント領域の描画処理を終了し、４チップ領域全体の描画処理が終了する。なお、この図３に示すフローチャートの流れでは、一例として非セルフアライメント領域に対する描画を先に実施し、その後セルフアライメント領域に対する描画を実施するものとしたが、逆の順番でもよい。

上記のように、セルフアライメント領域を描画中のインターバル時間Ｔ２は、非セルフアライメント領域を描画中のインターバル時間Ｔ１よりも長い。したがって、キャリブレーションの頻度は、非セルフアライメント領域を描画中のときよりも、セルフアライメント領域を描画中のときの方が少ない。すなわち、本実施形態の総キャリブレーション頻度は、描画領域の全てを非セルフアライメント領域とする従来の描画におけるキャリブレーション頻度と比較すると少なくなる。これにより、描画装置１は、総キャリブレーション時間を短くすることができるので、位置決め時間を短縮させることで原版５全体への描画時間も短くすることができ、結果的に、生産性を向上させることが可能となる。一般に、原版に対して描画を実施するには、その描画装置の最小アドレスで、１枚の原版に対して数十時間以上を要する。したがって、本実施形態のように、総キャリブレーション時間を短くできることの効果は、非常に大きい。

以上のように、本実施形態によれば、位置決め時間の短縮により生産性を向上させることができるなど、セルフアライメントを採用する上で好適となる描画方法を提供することができる。

なお、上記実施形態に示した描画方法に加え、ステージ６の熱変形も考慮し得る。図４は、描画経過時間に対するステージ６の熱変形を示すグラフである。図４に示すように、ステージ６の熱変形は、描画経過時間に対して１次遅れの形で表現される。ここで、描画が開始された初期の過渡状態では、ステージ６の熱変形の変化量が大きく、以後、時間の経過に伴い変化量が小さくなる。通常、熱変形の変化量が大きい時間帯では、電子ビーム３のずれ量も大きくなるため、特にこの時間帯に、重ね合わせ精度の低いセルフアライメント領域の描画を行うことが望ましい。このセルフアライメント領域に対する描画が終了した後、重ね合わせ精度の高い非セルフアライメント領域の描画を行う。これにより、さらにキャリブレーションの頻度を少なくすることができる。

（物品の製造方法）
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板（原版）の該感光剤に上記の描画装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、該工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含み得る。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含み得る。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ 荷電粒子線描画装置
３ 電子ビーム
５ 原版
６ ステージ
Ａ 領域
Ｂ スクライブ領域
Ｐ１ 第１パターン群
Ｐ２ 第２パターン群

Claims (5)

1. 荷電粒子線を用いて被処理体にパターンを描画する荷電粒子線描画方法であって、
   前記被処理体の描画領域として第１領域と第２領域とを設定する工程と、
   前記第１領域の描画を行うとともに、該第１領域の描画の開始から終了までの間に前記荷電粒子線の位置ずれ量を補正するための第１キャリブレーションを行う工程と、
   前記第２領域の描画を行うとともに、該第２領域の描画の開始から終了までの間に前記荷電粒子線の位置ずれ量を補正するための第２キャリブレーションを行う工程と、
   を有し、
   前記第１キャリブレーションと前記第２キャリブレーションとを行う頻度が異なることを特徴とする荷電粒子線描画方法。
2. 前記第１領域と前記第２領域とで、前記荷電粒子線の入射位置と前記被処理体の表面上の描画位置との重ね合わせ精度が異なり、
   前記第１領域、または前記第２領域のいずれか一方の領域では、該領域に形成されるパターンの線幅に対して要求される前記重ね合わせ精度が低く、一方、
   他の領域では、該領域に形成されるパターンの線幅に対して要求される前記重ね合わせ精度が高いことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線描画方法。
3. 前記重ね合わせ精度が低い方の領域は、セルフアライメント領域であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線描画方法。
4. 前記重ね合わせ精度が高い方の領域は、非セルフアライメント領域であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線描画方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の荷電粒子線描画装置を用いて被処理体に描画を行う工程と、
   前記工程で描画を行われた被処理体を現像する工程と、
   を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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