JP2014120675A - 電子露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステージの移動制御に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することのできる電子露光装置を提供する。
【解決手段】 電子露光装置１は、平面的なパターンで電子を発生する面パターン電子発生部２と、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターンを制御する面パターン制御部３と、被露光部材が載置されるステージ７と、ステージ７の移動を制御するステージ移動制御部８と、面パターン電子発生部２から発生した電子を、被露光部材Ｓの被露光面上の結像位置に写像投影する写像投影部９を備える。ステージ７を連続的に移動させながら被露光面への電子露光を行うときに、面パターン制御部３は、ステージ７の移動に同期させて、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターンを変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被露光面上に電子を写像投影して露光を行う電子露光装置に関する。

従来から、半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハなどの被露光部材に電子を写像投影して露光を行う電子露光装置が用いられている。例えば、従来の電子露光装置として、光電面から平面的なパターン（二次元的なパターン）で電子を発生させ、その電子を被露光面上に写像投影することにより、露光が行われる（例えば特許文献１および特許文献２参照）。

そして、このような従来の電子露光装置を用いて露光を行う場合、一般的には、ステップ＆リピート方式が採用されていた。図６は、ステップ＆リピート方式の説明図である。例えば、矩形の光電面から発生した電子（矩形パターンの電子）を被露光面に写像投影すると、図６に示すように、露光されるエリアは矩形エリアとなる。ステップ＆リピート方式では、まず１つの矩形エリアの露光を行い、その露光が完了すると、ステージを移動させて、隣の矩形エリアの露光を行う。以降、この工程を繰り返すことになる。

特公平７−４４１４４号公報 特許第３３４０４６８号公報

しかしながら、従来の電子露光装置を用いてステップ＆リピート方式で露光を行う場合には、１回露光を行うごとにステージを移動させて次の位置にステージを制定する必要がある。仮に、被露光基板が直径３００ｍｍのウエハであり、その被露光基板の７０％が露光エリアである場合、露光エリアの面積は４９４８０ｍｍ²となる。１回に露光できるエリア（矩形エリア）の面積が２．５×１０^-3ｍｍ²とすると、露光回数は１．９８×１０⁷回となる。１回の露光のステージ移動とステージ制定に要する時間を合計３秒とすると、１枚の被露光基板を露光するために、ステージ移動とステージ制定の時間（露光時間を含まない、ステージの移動制御に要する時間）だけで５．９４×１０⁷秒（約１．６５×１０⁴時間）もの時間を要することになる。このように、従来のステップ＆リピート方式では、ステージの移動制御に多大な時間を要することになり、スループットが低いという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、従来のステップ＆リピート方式に比べて、ステージの移動制御に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することができる電子露光装置を提供することを目的とする。

本発明の電子露光装置は、平面的なパターンで電子を発生する面パターン電子発生部と、前記面パターン電子発生部から発生させる前記電子のパターンを制御する面パターン制御部と、被露光部材が載置されるステージと、前記ステージの移動を制御するステージ移動制御部と、前記面パターン電子発生部から発生した電子を、前記被露光部材の被露光面上の結像位置に写像投影する写像投影部と、を備え、前記ステージを連続的に移動させながら前記被露光面への電子露光を行うときに、前記面パターン制御部は、前記ステージの移動に同期させて、前記面パターン電子発生部から発生させる前記電子のパターンを変化させる。

このように、ステージの連続的な移動に同期させて電子のパターン（平面的なパターン）を連続的に変化させる。これにより、ステージを連続的に移動させながら被露光面への電子露光を連続的に行うことができる。そのため、従来のステップ＆リピート方式に比べて、ステージの移動制御に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することができる。

また、本発明の電子露光装置は、露光前に前記被露光面の位置を計測する位置計測部と、前記位置計測部によって計測された前記被露光面の位置を記憶する位置記憶部と、を備え、前記面パターン制御部は、前記位置記憶部に記憶された前記被露光面の位置にあわせて、前記面パターン電子発生部から発生させる前記電子のパターンの位置を調整してもよい。

このように、露光前に予め被露光面の位置を計測しておき、計測しておいた位置にあわせて電子のパターン（平面的なパターン）の位置を調整するので、被露光面の位置（ｘｙ方向の位置）がずれていた場合に、電子のパターンを制御することによって、そのずれを補正することができる。

また、本発明の電子露光装置では、前記面パターン電子発生部は、平面的なパターンで光を発生する面パターン光発生部と、前記光を透過する透明基材と、前記透明基材を透過した光を受けて電子を放射する光電変換部材とで構成され、前記面パターン制御部は、前記面パターン光発生部から発生させる前記光のパターンを制御してもよい。

このように、面パターン電子発生部を、面パターン光発生部と透明基材と光電変換部材で構成することにより、面パターン光発生部から発生させる光のパターンを制御することによって、面パターン電子発生部から発生させる電子のパターン（平面的なパターン）を制御することができる。

また、本発明の電子露光装置では、前記面パターン電子発生部は、平面的に配置された複数の電子源のアレイで構成され、前記面パターン制御部は、前記複数の電子源からの電子の発生を制御して、平面的なパターンで電子を発生させてもよい。

このように、面パターン電子発生部を、複数の電子源のアレイで構成することにより、複数の電子源からの電子の発生を制御することによって、面パターン電子発生部から発生させる電子のパターン（平面的なパターン）を制御することができる。

本発明によれば、従来のステップ＆リピート方式に比べて、ステージの移動制御に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することができる。

本発明の第１の実施の形態における電子露光装置の構成の説明図である。 本発明の第１の実施の形態におけるダイの配列の説明図である。 本発明の第１の実施の形態における電子露光装置の動作（露光工程）の説明図である。 本発明の第１の実施の形態における電子露光装置の動作（露光工程）の説明図である。 本発明の第２の実施の形態における電子露光装置の構成の説明図である。 従来の露光工程（ステップ＆リピート方式）の説明図である。

以下、本発明の実施の形態の電子露光装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、半導体プロセス等に用いられる電子露光装置の場合を例示する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の電子露光装置の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の電子露光装置の構成を示す説明図である。図１に示すように、電子露光装置１には、平面的な（二次元的な）パターンで電子を発生する面パターン電子発生部２と、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターンを制御する面パターン制御部３が備えられている。

本実施の形態では、面パターン電子発生部２は、平面的な（二次元的な）パターンで光を発生する面パターン光発生部４と、光を透過する透明基材５と、透明基材５を透過した光を受けて電子を放射する光電変換部材６とで構成されている。面パターン制御部は、面パターン光発生部４から発生させる光のパターンを制御する。面パターン光発生部４は、二次元的に選択的な明暗のある面パターン光を照射する。光電変換部材６は、例えば、光を受けて光電効果により電子を放出する薄膜（光電変換膜）である。面パターン光発生部４と光電変換部材６とが離間している場合には、面パターン光発生部４から発生したパターン光を光電変換部材６の上に投影するための光学系が設けられる。なお、面パターン光発生部４と光電変換部材６が密着している場合、あるいは、直進性の良い光（レーザー光など）を用いる場合には、光学系は不要である。

また、電子露光装置１には、被露光部材Ｓが載置されるステージ７と、ステージ７の移動を制御するステージ移動制御部８と、面パターン電子発生部２から発生した電子を被露光部材Ｓの被露光面上の結像位置に写像投影する写像投影部９が備えられている。被露光部材Ｓは、半導体ウエハなどの被露光基板である。ステージ７は、基板ステージと呼ぶこともできる。

写像投影部９は、円筒形状で電位印加可能な等電位管１０と、等電位管１０の外側に等電位管１０と同軸に形成される電磁レンズ１１と、結像電子光学系の開き角を規定する開口絞り１２を備えている。等電位管１０は、面パターン電子発生部２と離間して配置されている。等電位管１０と面パターン電子発生部２と直流電源に接続されており、等電位管１０が面パターン電子発生部２に対して正の電位になるように電圧Ｖａｃｃが印加されている。また、等電位管１０は、被露光基板Ｓとも離間して配置されている。そして、等電位管１０と被露光基板Ｓは直流電源に接続されており、等電位管１０が被露光基板Ｓに対して正の電位になるように電圧Ｖｒｔｄが印加されている。電磁レンズ１１は、面パターン電子発生部２から放出された電子を、被露光基板Ｓの被露光表面に結像するようにコイルに電流を印加する。

そして、本実施の形態では、ステージ７を連続的に移動させながら被露光面への電子露光を行うときに、面パターン制御部３が、ステージ７の移動に「同期」させて、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターンを変化させる。ステージ７は、等電位管１０の中心軸に垂直な方向に移動可能である。ステージ移動制御部８は、基板ステージ７を一方向に連続的に移動させる。面パターン制御部３は、基板ステージ７の移動方向と移動速度に同期させて、等電位管１０の中心軸の延長線が被露光基板Ｓの被露光面と交差する位置（結像位置）に、露光したいパターンを面パターン電子発生部２に発生させる。

また、電子露光装置１は、露光前に被露光面の位置を計測する位置計測部１３と、位置計測部１３によって計測された被露光面の位置を記憶する位置記憶部１４を備えている。面パターン制御部３は、位置記憶部１４に記憶された被露光面の位置にあわせて、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターンの位置を調整する。位置計測部１３は、例えば、光学顕微鏡またはＳＥＭなどで構成される。

例えば、位置計測部１３は、被露光面の各ダイの位置（ｘｙ方向の位置）を計測し、位置記憶部１４は、計測された各ダイの位置を記憶する（図２参照）。面パターン制御部３は、位置記憶部１４に記憶された各ダイの位置にあわせて、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターンの位置（ｘｙ方向の位置）をシフトさせる。なお、位置計測部１３は、被露光面のｚ方向の位置を計測し、位置記憶部１４は、計測されたｚ方向の位置を記憶してもよい。その場合、位置記憶部１４に記憶されたｚ方向の位置にあわせて、写像投影部９の電磁レンズ１０のフォーカスを調整する。電磁レンズ１０の内周側にミニレンズ（記載なし）を配置して、ミニレンズに印加する電流を調整することによって、フォーカスを調整してもよい。

以上のように構成された電子露光装置１について、図３および図４を参照してその動作（露光工程）を説明する。

図３では、本実施の形態の露光装置で一括露光可能なエリアが「矩形エリア」として示されている。面パターン電子発生部の諸元は、例えば、横１０ｍｍ、縦１０ｍｍの矩形形状であり、横方向、縦方向にそれぞれ１００００分割された、横１μｍ、縦１μｍの矩形形状個々に電子の放出・非放出を制御可能なものである。また、写像投影部の投影倍率は、例えば０．００５である。その時、面パターン電子発生部から発生した電子パターンは、被露光基板上に、画素分解能５ｎｍで、５０μｍ×５０μｍのサイズで投影される。個々に制御可能な矩形形状は、縦横共に同一寸法であることが望ましいが、分割数は縦横同数である必要はなく、したがって矩形エリアは正方形である必要はない。

本実施の形態では、図３に示すように、ステージ７を連続的に移動させながら露光を行う。したがって、１回の露光でカバーできるエリアは、短冊状のエリアになる。上記の例の場合、短冊状のエリアの幅は、矩形エリア縦方向長さを写像投影した５０μｍである。また、図３の例では、ステージ７を左方向に移動させている。

そして、図４に示すように、１つの短冊状のエリアの露光が完了すると、ステージ７を隣の短冊状のエリアに移動させる。図４の例では、ステージ７を下方向に移動させている。この場合、短冊状のエリアは、ステージ７に対して相対的に上方向に移動することになる。ステージ７の移動が完了すると、再びステージ７の連続的に移動させながら露光を行う。この場合、ステージ７を逆方向（図４における右方向）に移動させている。そして、この短冊状のエリアの露光が完了すると、ステージ７をさらに隣の短冊状のエリアに移動させる。以下、この工程を繰り返して、露光すべきパターン（全パターン）の露光を行う。

連続的に露光させるために、上記の例の場合、ステージ７が５ｎｍ走行した信号を受信して、面パターン制御部３は面パターン電子発生部２から発生する電子のパターンを切り替える。本来であれば、面パターン電子発生部２はステージ移動方向に垂直に１列に配列される「線パターン電子発生部」でも構わないが、「面」の方が一括露光面積を増加させて電流密度を減らすことによって空間電荷効果の影響を極力少なくすることができる。

ステージ７が右方向に移動している時は、被露光部材Ｓに投影された像も右に移動するように、面パターン電子発生部２から発生する電子のパターンをシフトし、ステージ７が左方向に移動している時は、被露光部材Ｓに投影された像も左に移動するように、面パターン電子発生部２から発生する電子のパターンをシフトさせる。このように動作させることによって、パターン電子発生部を１列に配置した時に比べて、矩形エリアの横方向分割数分だけ露光時間が増加するため、総ドーズを変えなければ、横方向分割数分の１に電流密度を低減させることが可能になる。

なお、ステージを連続で移動させながら露光させる際、ヨーイングのような、ステージ走り方向に対して垂直方向の位置ずれを生じることがある。それに対して何も対策を施さないと、投影位置ずれや投影像のボケにつながる。その場合、ステージ位置をリアルタイムに位置計測部１３で計測し、ＥＯ補正制御部に信号を送出し、電子パターンの投影位置ずれを補正するように、フィードフォワード制御にて写像投影部９の電磁偏向器（図示せず）への印加電流を調整することにより、ステージ走り方向に対する垂直方向の位置ずれを補正することができる。

このように、面パターン電子発生部２から発生する電子のパターン（矩形エリア内のパターンに相当する）は、露光すべき全パターンの一部を構成する部分パターンであり、面パターン制御部３は、ステージ７の移動（矩形エリアの移動）に応じて、全パターン内における部分パターンの位置を移動させるように、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターンを変化（スクロール）させている、と言うこともできる。

このような本発明の第１の実施の形態の電子露光装置１によれば、従来のステップ＆リピート方式に比べて、ステージ７の移動制御に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することができる。

すなわち、本実施の形態では、ステージ７の連続的な移動に同期させて電子のパターン（平面的なパターン）を連続的に変化させる。これにより、ステージ７を連続的に移動させながら被露光面への電子露光を連続的に行うことができる。そのため、従来のステップ＆リピート方式に比べて、ステージ７の移動制御に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することができる。

例えば、被露光基板Ｓが直径３００ｍｍのウエハであり、その被露光基板Ｓの７０％が露光エリアである場合、露光エリアの面積は４９４８０ｍｍ²となる。従来のステップ＆リピート方式で１回に露光できるエリア（矩形エリア）の面積が２．５×１０^-3ｍｍ²とすると、露光回数は１．９８×１０⁷回となる。そして、ステップ＆リピート方式では、１つの矩形エリアの露光が完了すると、ステージ７を移動させて隣の矩形エリアの露光を行うので、１回露光を行うごとにステージ７を移動させて次の位置にステージ７を制定する必要がある。１回の露光のステージ移動とステージ制定に要する時間を合計３秒とすると、１枚の被露光基板Ｓを露光するために、ステージ移動とステージ制定の時間（露光時間を含まない、ステージ７の移動制御に要する時間）だけで５．９４×１０⁷秒（約１．６５×１０⁴時間）もの時間を要することになる。

これに対して、本発明では、ステージ７を連続的に移動させながら被露光面への電子露光を行うことができる。例えば、本実施の形態では、５０μｍ幅の短冊状のエリアを１回の露光でカバーすることができる。そして、１つの短冊状のエリアの露光が完了すると、ステージ７を移動させて隣の短冊状のエリアの露光を行う。したがって、１枚の被露光基板Ｓを露光する場合、ステージ移動とステージ制定に要する時間は１８０００秒（３秒×６０００回）となり、従来のステップ＆リピート方式に比べて、ステージ７の移動制御に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することができる。

また、本実施の形態では、露光前に予め被露光面の位置を計測・記憶しておき、記憶しておいた位置にあわせて電子のパターン（平面的なパターン）の位置を調整するので、被露光面の位置（ｘｙ方向の位置）がずれていた場合に、電子のパターンを制御することによって、そのずれを補正することができる。なお、被露光面の高さに変化がある際には、露光面の位置に於ける記憶しておいた高さに合わせて、写像投影部９のフォーカスを調整することにより、ジャストフォーカスで電子のパターンを被露光面に投影させることができる。

例えば、複数の被露光部材Ｓを連続で露光するような場合、ステージ７に載置される被露光部材Ｓのダイ位置（ｘｙ方向の位置）が僅かにずれることもあり得る。そのような場合に、電子のパターンを制御することによって、そのずれを補正することができる。なお、被露光部材Ｓの高さ方向の位置（ｚ方向の位置）が僅かにずれることもあり得る。その場合には、ｚ方向の位置に応じて写像投影部９の電磁レンズ１１のフォーカスを調整することによって、そのずれを補正することができる。

また、本実施の形態では、面パターン電子発生部２を、面パターン光発生部４と透明基材５と光電変換部材６で構成している。したがって、面パターン光発生部４から発生させる光のパターンを制御することによって、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターン（平面的なパターン）を制御することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の電子露光装置１について説明する。ここでは、第２の実施の形態の電子露光装置１が、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。

図５は、本実施の形態の電子露光装置１の構成を示す説明図である。図５に示すように、本実施の形態では、面パターン電子発生部２が、平面的に配置された複数の電子源のアレイ２０で構成される。そして、面パターン制御部３は、複数の電子源からの電子の発生を制御して、平面的なパターンで電子を発生させる。つまり、面パターン電子発生部２は、二次元的に配置され、個々に選択的に電子を放出／非放出可能な電子源アレイ２０である。そして、面パターン制御部３は、電子源アレイ２０の各電子源の放出／非放出を制御する。

このような本発明の第２の実施の形態の電子露光装置１によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。

本実施の形態では、面パターン電子発生部２を、複数の電子源のアレイ２０で構成している。そのため、複数の電子源からの電子の発生を制御することによって、面パターン電子発生部２から発生させる電子のパターン（平面的なパターン）を制御することができる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

以上のように、本発明にかかる電子露光装置は、従来のステップ＆リピート方式に比べて、ステージの移動制御に要する時間を大幅に削減することができ、スループットを大幅に向上することができるという効果を有し、半導体デバイスの製造工程等で用いられ、有用である。

１ 電子露光装置
２ 面パターン電子発生部
３ 面パターン制御部
４ 面パターン光発生部
５ 透明基材
６ 光電変換部材
７ ステージ
８ ステージ移動制御部
９ 写像投影部
１０ 等電位管
１１ 電磁レンズ
１２ 開口絞り
１３ 位置計測部
１４ 位置記憶部
２０ アレイ
Ｓ 被露光部材

Claims (4)

1. 平面的なパターンで電子を発生する面パターン電子発生部と、
   前記面パターン電子発生部から発生させる前記電子のパターンを制御する面パターン制御部と、
   被露光部材が載置されるステージと、
   前記ステージの移動を制御するステージ移動制御部と、
   前記面パターン電子発生部から発生した電子を、前記被露光部材の被露光面上の結像位置に写像投影する写像投影部と、
   を備え、
   前記ステージを連続的に移動させながら前記被露光面への電子露光を行うときに、前記面パターン制御部は、前記ステージの移動に同期させて、前記面パターン電子発生部から発生させる前記電子のパターンを変化させることを特徴とする電子露光装置。
2. 露光前に前記被露光面の位置を計測する位置計測部と、
   前記位置計測部によって計測された前記被露光面の位置を記憶する位置記憶部と、
   を備え、
   前記面パターン制御部は、前記位置記憶部に記憶された前記被露光面の位置にあわせて、前記面パターン電子発生部から発生させる前記電子のパターンの位置を調整する、請求項１に記載の電子露光装置。
3. 前記面パターン電子発生部は、平面的なパターンで光を発生する面パターン光発生部と、前記光を透過する透明基材と、前記透明基材を透過した光を受けて電子を放射する光電変換部材とで構成され、
   前記面パターン制御部は、前記面パターン光発生部から発生させる前記光のパターンを制御する、請求項１または請求項２に記載の電子露光装置。
4. 前記面パターン電子発生部は、平面的に配置された複数の電子源のアレイで構成され、
   前記面パターン制御部は、前記複数の電子源からの電子の発生を制御して、平面的なパターンで電子を発生させる、請求項１または請求項２に記載の電子露光装置。