JP2015177032A - リソグラフィ装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スループットとオーバレイ精度との両立に有利なリソグラフィ装置を提供する。
【解決手段】 リソグラフィ装置は、それぞれが基板に荷電粒子線を照射する複数の荷電粒子光学系と、前記複数の荷電粒子光学系の間に配置されたアライメントセンサを含む複数のアライメントセンサとを有する。処理部は、パターン形成に並行して、前記複数のアライメントセンサの出力に基づき、基板上の領域の位置および形状のうちの少なくとも一つに関する情報を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リソグラフィ装置及び物品の製造方法に関する。

半導体デバイスの生産において、解像線幅の微細化は年々厳しくなっている。線幅数10nm以下の解像力を得る生産装置の一つとして、電子ビーム描画装置がある。特にマスクを用いずに複数本の電子ビームで同時にパターンを描画するマルチ電子ビーム描画装置の提案がなされている（特許文献１参照）。マルチ電子ビーム描画装置は、製造コスト要因の一つであるマスクが不要となること、プログラマブルに各電子ビームを制御でき多品種少量デバイスの製造に向いていること、など実用化に向けて多くの利点を備えている。

また、描画位置の目標値は、描画パターンデータをシフトさせることで変更することができ、描画の位置ずれを補正することができる（特許文献２参照）。あるいは、走査偏向器によって描画位置の目標値を変更することも可能である。

特表２０１１−５１３９０５号公報 特許第３９４０３１０号公報

しかし、一般に電子ビームリソグラフィは、光リソグラフィに比べ、同じフィールドサイズで約１０倍以上の描画時間がかかるため、スループットが悪い。その一方で、スループットを重視して同時に描画できるビーム数を増やすと、ビームの電子光学特性を均一化することが困難となり、解像力が低下する。また、ウエハ基板に照射される電子ビーム総量が増加することで、ウエハ基板の温度分布とその変動が生じ、それに伴うウエハ変形の分布と変動によってオーバレイ精度が低下する。

そこで、本発明は、スループットとオーバレイ精度との両立に有利なリソグラフィ装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面によれば、荷電粒子線でパターン形成を基板に行うリソグラフィ装置であって、それぞれが前記基板に荷電粒子線を照射する複数の荷電粒子光学系と、前記複数の荷電粒子光学系の間に配置されたアライメントセンサを含む複数のアライメントセンサと、前記パターン形成に並行して、前記複数のアライメントセンサの出力に基づき、前記基板上の領域の位置および形状のうちの少なくとも一つに関する情報を生成する処理部とを有することを特徴とするリソグラフィ装置が提供される。

本発明の構成によれば、例えば、スループットとオーバレイ精度の両立に有利なリソグラフィ装置が提供される。

マルチ電子ビームリソグラフィ装置の基本構成例を示す図。 実施形態におけるアライメントセンサアレイの配置例を説明する模式図。 実施形態におけるアライメントセンサアレイの配置例を説明する模式図。 実施形態における露光制御手順を示すフロー図。 ウエハ温度変動及び分布の計算例を示す図。 描画エリア内のｘ方向のウエハ変形変動の計算例を示す図。 描画エリア内のｙ方向ウエハ変形変動の計算例を示す図。 描画エリア内のｘ方向描画誤差の計算例を示す図。 描画エリア内のｙ方向描画誤差の計算例を示す図。 実施形態に係るマルチ電子ビームリソグラフィ装置の構成例を示す図。。 ウエハステージの構成例を示す図。 他の実施形態におけるアライメントセンサアレイの配置例を説明する模式図。 他の実施形態におけるアライメントセンサアレイの配置例を説明する模式図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。なお、各図において、同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１に、マルチ電子ビームリソグラフィ装置の構成例を示す。マルチ電子ビームリソグラフィ装置は、パターン形成を行う基板としてのウエハ１３０を保持して位置決めするウエハステージ１１０と、荷電粒子光学系１２０とで構成される。

荷電粒子光学系１２０は概ね以下の構成を有する。すなわち、荷電粒子源１０１は電子ビームを生成する。マルチアパーチャアレイ１０２は、電子ビームを複数のアレイに分割する。コリメータレンズ１０３は、電子ビームを適切な角度にする。これらマルチアパーチャアレイ１０２とコリメータレンズ１０３とで補正荷電粒子光学系が構成される。ブランキング偏向器アレイ１０４は、マルチ電子ビームのＯＮ／ＯＦＦを制御する。ビームストップアパーチャアレイ１０５はＯＦＦされたマルチ電子ビームを遮蔽し、走査偏向器１０６はＯＮされたマルチ電子ビームを偏向する。投影光学系１０７は、ＯＮされたマルチ電子ビームを縮小する。

制御部１００は、ＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータで構成され、メモリに格納されたプログラムに従って装置全体を制御する。制御部１００は、上記した各部の動作を制御することでウエハ上にパターンを形成する描画処理を制御する。

さて、本実施形態におけるリソグラフィ装置は、上記したような荷電粒子光学系１２０をアレイ状に配置した構成を有する（詳細は後述する。）。すなわち本実施形態では、それぞれが基板に荷電粒子線を照射する複数の荷電粒子光学系を備える。また、本実施形態におけるリソグラフィ装置は、ウエハ１３０の表面に対するアライメント測定を行うための、複数のアライメントセンサ２２を含むアライメントセンサアレイを備える。処理部５０は、複数のアライメントセンサの出力に基づき、基板上の領域の位置および形状のうちの少なくとも一つに関する情報を生成する。これにより例えば、特徴部（例えはアライメントマーク）を検出することでウエハの変形を検出することができる。また、処理部５０は、上記情報に基づいて、ウエハおよび荷電粒子線のうちの少なくとも一方の位置を制御するための制御データを生成することができる。制御部１００は、このウエハの変形に対して、ウエハに対する荷電粒子線の入射位置を制御する。具体的には例えば、制御部１００は、検出された変形に基づいて、ウエハに対する描画目標位置のデータの補正を行う。

図２は、本実施形態におけるアライメントセンサアレイの配置例を説明する模式図である。図２に示されるように、描画エリアアレイは、ｘｙ面内方向に互いに離間した２つ以上の描画エリア２１として設定される。各描画エリアは、図示の拡大図に示すとおり、−ｚ方向を光軸とし、ｘｙ面内方向にアレイ状に配置された多数のマルチ荷電粒子ビームによって構成される。アライメントセンサアレイは、ｘｙ面内において、描画エリア２１に隣接した位置に配置された複数のアライメントセンサ２２から構成される。各マルチビーム光軸のｘｙ位置とアライメントセンサアレイとの相対位置は固定される。ただし、各マルチビームは、偏向器（不図示）により、各光軸から微小変位させることができる。また、ウエハ１３０は、ウエハ移動機構（不図示）により、ｘｙ面内方向に長距離移動することができ、各マルチビーム及びアライメントセンサアレイに対して相対位置を変更することができる。このような構成を用いて、描画エリアアレイによって、ウエハ１３０上のある部分領域に適切なパターンを描画し、次に、ウエハ１３０を移動させ、別の部分領域にパターンを描画する、ということを繰り返す。

このような描画工程は、前述のとおり、比較的時間がかかるため、ウエハ１３０の変形が生じやすい。しかし、描画エリア周辺のウエハ面内の変形をアライメントセンサアレイによって検出することができ、この検出値に基づいて、各マルチビーム位置もしくはウエハ位置を補正することにより、オーバレイ精度を高く維持することができる。

なお、描画工程時のウエハ１３０のｘｙ軌道を予め決めておけば、予めアライメントセンサ２２の画角に入る位置にアライメントマークを形成しておくことができる。こうすることによって、描画工程と同時に、アライメント計測工程を並行して行うことができ、アライメント計測工程によるスループットの低下を実質ゼロにすることができる。また、アライメント計測は、ある描画エリアの所要時間内に終了させればよい。比較的描画時間が長い分、アライメント計測精度を高く維持する時間を確保することができる。

また、アライメントマーク位置を、ウエハ軌道と整合させることができない場合は、一旦描画を中断し、アライメントマークがアライメントセンサ画角に入る位置にウエハ１３０を移動させ、アライメント計測工程を行ってもよい。この場合であっても、ウエハ基板の移動は、最大でも描画エリアのサイズ程度で済む。従って、本構成は有利に作用する。

図３は、別の実施形態に係るアライメントセンサアレイの配置例を説明する模式図である。図３に示すように、描画エリアは、ｙ方向に複数配置される。また、ｙ方向に隣接した描画エリア間に少なくとも１つのアライメントセンサ２２が配置される。このとき、ウエハ１３０の移動のｘｙ軌道は、主にｙ方向を連続して行うことが望ましい。

図４は、実施形態における１枚のウエハに対する露光制御手順を示すフロー図である。ここで、ｎは１枚のウエハに対する露光ステップ番号を示す。

工程n.1において、以下に示すように、各マルチビームの目標座標を並べた座標群（第１領域）：
について、描画を行う。

一方、工程n.2において、次の描画対象である座標群(x,y)_n+1（第２領域）についてアライメント計測を行う。このアライメント計測結果は、ステップnのときの、座標群(x,y)_n+1におけるウエハ変形を表している。

また、工程n.3において、座標群(x,y)_n+1に関する詳細な描画目標位置を指示する。この目標位置から、前記アライメント計測結果を引いた情報を、次のステップn+1における描画目標位置として用いる。これにより第２領域への描画に係る描画目標位置のデータの補正が行われる。

以上の工程を、ウエハ全面を描画するまで繰り返す。なお、１つのステップの時間内に、工程n.1、n.2、n.3は、並列処理されうる。そのため、ウエハ位置の空間分布及びその時間変動に影響されずに、ウエハ全面に望ましいパターンを描画することができる。

（数値例）
図３の構成及び、図４の工程の効果を示す数値例を以下に示す。ウエハには、外径450[mm]の単結晶Ｓｉ、ウエハステージはＳｉＣの物性を用いた。描画速度及びステージ速度13[mm/sec]、描画エリアの大きさ26mm×26mm、描画エリア数10、描画エリアへの単位面積あたりの入熱量300[W/m2]を想定する。また、ウエハステージは均一な温度に安定化されていると仮定する。この際、ウエハ一枚あたり総ショット数221、約66[sec]を要する。従って、φ450mmウエハに対して、約毎時55枚(55wph)のスループットとなる。これは、従来の光露光装置と同程度の値である。

この際、ＦＥＭ（有限要素法）による過渡熱伝導解析結果を図５に示す。ウエハ１枚描画する間に、ウエハの温度分布は、約0から25[mK]の範囲で時間に依存して変動する。また、各時刻における温度分布は、描画位置に応じて変化する。この温度変動により生じる、各描画エリアの熱応力変形解析結果を図６、図７に示す。図６、図７はそれぞれ、ｘ方向変形、ｙ方向変形を表す。図示のとおり、時刻及び描画位置に依存して、描画エリア内の変形は、空間分布及び変動が複雑に生じる。数値的には、｜Ｍ｜＋３σで、
ｘ方向：2.1[nm]、ｙ方向：3.4[nm]、
となる。従来の光露光装置のように、ウエハ露光工程より先にオーバレイ計測工程を行っても、温度条件が異なるため、上記の誤差は検出できない。従って、上記の誤差はそのまま描画誤差となる。近年、高解像リソグラフィ装置のオーバレイ精度に対する、市場からの要求は、少なくとも５[nm]以下が一般的であり、上記の誤差は十分大きい値である。

一方、本実施形態の構成及び工程によれば、次のステップの変形量を計測し、補正することができる。このときの描画誤差を図８、図９に示す。図８、図９はそれぞれ、ｘ方向、ｙ方向を表す。図示のとおり、｜Ｍ｜＋３σで、
ｘ方向：0.6[nm]、ｙ方向：0.5[nm]、
とサブnm以下とすることができる。計算で仮定した１ステップに要する時間は2[sec]であり、計測及び補正の周期は2[sec]以内であればよい。これは十分実施可能な値である。

また、さらに、１ステップに要する時間の差、及び、描画位置と入熱位置の差を考慮した物理モデルと、予測モデルを用いて補正してもよい。また、描画位置及び入熱量の少なくとも一方に依存する予測モデルを用いて変形を補正するようにしてもよい。これらの場合、上記誤差をより低減することができる。

ただし、上記は効果を確認するための計算例であり、本発明は、特定の描画エリアの形状やサイズに限定されない。例えば描画エリア形状は、長方形、多角形、円形であってもよい。また、本発明は、１つの描画エリア内に更に複数のサブ描画エリアが形成されている場合にも適用可能である。また、描画エリア数も限定しないが、ウエハ外径に応じて、適切な数にすることが望ましい。

また、本発明は、ウエハ変形の要因を入熱に限定しておらず、他の変動要因についても有効である。例えば、ウエハ変形は、その他の応力に依存して生じたり、ウエハ基板とウエハチャックとのスティックスリップなどによっても生じ得る。そのような不可逆的であったり、確率的な変動に対しても、本発明は従来と比べ、効果的である。

（実施例）
図１０、図１１に基づいて、詳細な実施例について説明する。図１０は、図３を実現するための構成例を示す。この例では、それぞれ描画エリアに対応する複数の荷電粒子光学系１２０を構成し、荷電粒子光学系アレイとアライメントセンサアレイを支持構造体１５０で支持する。支持構造体１５０は、各支持物の相対位置を安定させることが望ましい。そのため、ゼロ膨張材やその組合せ、あるいは適切に温度制御された構造が望ましい。

アライメントセンサアレイのうちの少なくとも１つは、複数の荷電粒子光学系のうちの少なくとも２つの間に配置される。これにより、図３に示したように、描画エリア間にアライメントセンサが配置される。

各荷電粒子光学系は、図１に示した荷電粒子光学要素を含む。従って、描画エリア毎に荷電粒子源１０１を有する。描画エリアは、数10[mm]を想定している。その場合、荷電粒子ビームを並行にするコリメータレンズのサイズはその倍以上の外形が必要となる。このように、コリメータレンズのサイズに制約があるという観点においても、描画エリア間を離間することが妥当である。また荷電粒子光学系１２０は、高さ数100[mm]のサイズを想定している。

ウエハ１３０はウエハステージ１１０によって保持、移動することができる。図１１に示すように、ウエハ１３０の剛体位置を微調整する６軸微動ステージと、ウエハサイズ程度の長ストロークを移動するｘｙ粗動ステージを構成することが望ましい。

＜その他の実施形態＞
その他の例として、複数のアライメントセンサが、複数の荷電粒子光学系の外周部に配置されてもよい。これにより、図１２に示すように、描画エリアアレイの外周、及び、ｘ方向の中間位置にアライメントセンサが配置される。また、図１３に示すように、ｘ位置の異なるｙ方向アレイが、互いにｙ方向に異なる位置に配置されていてもよい。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された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、かかる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む。更に、かかる製造方法は、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、パッケージング等）を含む。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。

Claims (6)

1. 荷電粒子線でパターン形成を基板に行うリソグラフィ装置であって、
   それぞれが前記基板に荷電粒子線を照射する複数の荷電粒子光学系と、
   前記複数の荷電粒子光学系の間に配置されたアライメントセンサを含む複数のアライメントセンサと、
   前記パターン形成に並行して、前記複数のアライメントセンサの出力に基づき、前記基板上の領域の位置および形状のうちの少なくとも一つに関する情報を生成する処理部と、
   を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記処理部は、前記情報に基づいて、前記基板および前記荷電粒子線のうちの少なくとも一方の位置を制御するための制御データを生成することを特徴とするリソグラフィ装置。
3. 前記処理部は、
   前記基板上の第１領域に関する前記複数の荷電粒子光学系を介した前記パターン形成の制御と、
   前記基板上の第２領域に関する前記複数のアライメントセンサを介した前記情報の生成と、
   を並行して行うことを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記処理部は、前記パターン形成のためのデータおよび前記情報に依存する予測モデルに基づいて前記制御データを生成することを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ装置。
5. 前記複数のアライメントセンサは、前記複数の荷電粒子光学系の外周部に配置されたアライメントセンサを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置を用いてパターン形成を基板に行う工程と、
   前記工程でパターン形成を行われた前記基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とする物品の製造方法。