JP3956680B2 - Exposure method, exposure apparatus, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光方法、露光装置および半導体装置の製造方法と、それらに用いられるマスクに関する。
【0002】
【従来の技術】
電子ビームやイオンビームといった荷電粒子ビームを用いるリソグラフィーには、ビームの走査によりパターンをウェハ上に直接描画する直描型と、パターンが形成されたマスクを介して露光を行い、マスク上のパターンをウェハに転写する投影型とがある。スループットは後者の方が優れている(滝川他「ULSIリソグラフィー技術の革新」(サイエンスフォーラム(1994)))。
【0003】
投影型リソグラフィーで用いられるマスクには、パターン部分が空孔になっているステンシルマスク(H. C. Pfeiffer, Jpn. J. Appl. Phys. 34, 6658 (1995))と、パターン以外の部分に重金属を含む薄膜を形成した散乱マスク(L. R. Harriott, J. Vac. Sci. Technol B 15, 2130 (1997))とがある。
【0004】
図6は従来の露光方法の原理を示す概略図であり、例えば、イオンや電子といった荷電粒子を用いる投影型露光装置の一部を示す。図6に示すように、荷電粒子線源101から荷電粒子が放出され、マスク前段光学系102によってビームBが平行化あるいは集束され、マスク103が露光される。
【0005】
図6においては、一般化して説明するため、マスク前段光学系102を単一の光学レンズとして図示しているが、実際には、単一または複数の静電レンズや磁場レンズのように、荷電粒子にレンズ作用を及ぼすものを用いる。同様に、マスク後段光学系104も簡略化のため単一の光学レンズとして図示しているが、単一の光学レンズに限定されない。
【0006】
また、図6にはマスク103として、所定のパターンで孔103aを有するステンシルマスクを示したが、ステンシルマスクのかわりに散乱マスクであってもよい。マスク103に入射したビームBは孔103a部分を透過して、実線aで軌跡を示すように、マスク後段光学系104によって像面105に結像される。像面105はウェハ表面に対応する。マスクパターンは上記の転写原理でウェハに転写される。したがって、理想的には、像面105にはマスクパターンを正確に反映したパターン(図6に斜線で示すようなパターン)が転写される。
【0007】
あるいは、特許第2957669号公報には、荷電ビームを反射する反射パターンが形成された反射マスクおよびこれを用いた荷電ビーム露光装置が開示されている。さらに、特開2000−182943号公報には、表面に2次電子放出効率の異なる材料で所望のパターンが形成されているマスクと、これを用いた荷電ビーム露光装置および荷電ビーム露光方法が開示されている。これらの公報に記載されているように、荷電ビームが透過しないマスクを用いて、リソグラフィーを行うことも可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来のマスクによれば、いずれも荷電粒子ビームがマスクを透過する時に、荷電粒子がマスクで散乱される。これにより、ビームのエネルギーと方向が変化するだけでなく、励起された2次粒子がマスクから放出され、ウェハに入射するビームの単色性と平行性が低下する(M. Kotera et al., Jpn. J. Appl. Phys. 39, 6861 (2000))。
【0009】
例えば、図6に示す縮小投影系においては、モンテカルロシミュレーションで示されているように(M. Kotera et al., Jpn. J. Appl. Phys. 39, 6861 (2000))、マスクに入射した荷電粒子はマスクにより散乱され、エネルギーや進行方向が変化し、2次粒子を発生させる。マスク後段光学系104はマスク103に入射するビームと同じエネルギーをもつ荷電粒子線を結像させるために最適化されている。
【0010】
したがって、マスクにおける散乱によりエネルギーを一部損失した荷電粒子は、図6に点線で示すような軌跡で像面105に入射し、実線aで示す理想的な軌跡から外れる。このような色収差のため、実際にウェハに転写されるパターンは、実線bで示すようにぼやけて、パターンのコントラストと解像度が低くなる。
【0011】
電子ビーム投影型リソグラフィーのうち、近接転写法ではマスクとウェハが近接して配置され、マスク上のパターンが通常、等倍でウェハに転写される。したがって、マスクを透過したビームの単色性や平行性が低下すると、パターンの解像度が顕著に低下する(T. Utsumi, J. Vac. Sci. Technol B 17, 2897 (1999))。
【0012】
縮小投影系や反射型あるいは2次電子放出型の露光系においても、ビームエネルギーの拡がりは電子光学系の色収差を引き起こし、パターンの解像限界が制限されてしまう(裏克巳「電子光学」(共立全書 (1979)))。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、したがって本発明は、微細パターンの解像度を飛躍的に向上させることが可能である露光方法、露光装置、半導体装置の製造方法およびマスクを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、所定のパターンで荷電粒子線透過部が形成されたマスクに、荷電粒子線を入射させる工程と、前記マスクを透過した荷電粒子のうち、特定のエネルギーをもつ荷電粒子を選別する工程と、選別された特定のエネルギーをもつ荷電粒子を感光面に入射させる工程とを有することを特徴とする。
【0014】
あるいは、本発明の露光方法は、電子ビームを透過させる薄膜と、前記薄膜の一部に所定のパターンで、前記薄膜を貫通するように形成された、前記薄膜と異なる物質からなるパターン部とを有するマスクに、所定のエネルギーの電子ビームを入射させる工程と、前記マスクを透過した電子のうち、前記パターン部を透過した電子ビームの電子エネルギー損失スペクトルのみに現れるピークのエネルギーをもつ電子を選別する工程と、選別された電子を感光面に入射させる工程とを有することを特徴とする。
【0015】
あるいは、本発明の露光方法は、薄膜と、前記薄膜の一部に所定のパターンで形成された、前記薄膜と異なる物質からなるパターン部とを有し、所定のエネルギーのX線を照射したときに発生する電子のエネルギーが、前記薄膜と前記パターン部とで異なるマスクに、所定のエネルギーのX線を入射させる工程と、前記パターン部にX線が照射されることにより発生した電子を選別する工程と、選別された電子を感光面に入射させる工程とを有することを特徴とする。
【0016】
上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、感光面に荷電粒子線を照射して、前記感光面にパターンを転写する露光装置であって、荷電粒子線を出射する荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源から出射された前記荷電粒子線が入射するマスクであって、前記パターンで荷電粒子線透過部が形成されたマスクと、前記マスクを透過した荷電粒子のうち、特定のエネルギーをもつ荷電粒子を選別して前記感光面に入射させるエネルギー選別手段とを有することを特徴とする。
【0017】
あるいは、本発明の露光装置は、感光面に電子ビームを照射して、前記感光面にパターンを転写する露光装置であって、電子ビームを出射する電子ビーム源と、前記電子ビーム源から出射された前記電子ビームが入射するマスクであって、電子ビームを透過させる薄膜と、前記薄膜の一部に所定のパターンで、前記薄膜を貫通するように形成された、前記薄膜と異なる物質からなるパターン部とを有し、所定のエネルギーの電子ビームを透過させて得られる電子エネルギー損失スペクトルが、前記薄膜と前記パターン部とで異なる前記マスクと、前記マスクを透過した電子ビームのうち、前記パターン部を透過した電子ビームの電子エネルギー損失スペクトルに現れるピークのエネルギーをもつ電子を選別して前記感光面に入射させるエネルギー選別手段とを有することを特徴とする。
【0018】
あるいは、本発明の露光装置は、感光面に電子ビームを照射して、前記感光面にパターンを転写する露光装置であって、X線を出射するX線源と、前記X線源から出射された前記X線が入射するマスクであって、薄膜と、前記薄膜の一部に所定のパターンで形成された、前記薄膜と異なる物質からなるパターン部とを有し、前記X線を照射したときに発生する電子のエネルギーが前記薄膜と前記パターン部とで異なる前記マスクと、前記パターン部にX線が照射されることにより発生した電子を選別して前記感光面に入射させるエネルギー選別手段とを有することを特徴とする。
【0019】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、所定のパターンで荷電粒子線透過部が形成されたマスクに、荷電粒子線を入射させる工程と、前記マスクを透過した荷電粒子のうち、特定のエネルギーをもつ荷電粒子を選別する工程と、選別された特定のエネルギーをもつ荷電粒子をレジストに入射させ、前記レジストに前記パターンを転写する工程とを有することを特徴とする。
【0020】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、電子ビームを透過させる薄膜と、前記薄膜の一部に所定のパターンで、前記薄膜を貫通するように形成された、前記薄膜と異なる物質からなるパターン部とを有するマスクに、所定のエネルギーの電子ビームを入射させる工程と、前記マスクを透過した電子のうち、前記薄膜を透過した電子ビームの電子エネルギー損失スペクトルに現れず、前記パターン部を透過した電子ビームの電子エネルギー損失スペクトルに現れるピークのエネルギーをもつ電子を選別する工程と、選別された電子をレジストに入射させ、前記レジストに前記パターンを転写する工程とを有することを特徴とする。
【0021】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、薄膜と、前記薄膜の一部に所定のパターンで形成された、前記薄膜と異なる物質からなるパターン部とを有し、前記X線を照射したときに発生する電子のエネルギーが前記薄膜と前記パターン部とで異なるマスクに、所定のエネルギーのX線を入射させる工程と、前記パターン部にX線が照射されることにより発生した電子を選別する工程と、選別された電子をレジストに入射させ、前記レジストに前記パターンを転写する工程とを有することを特徴とする。
【0022】
上記の目的を達成するため、本発明のマスクは、電子ビームを透過させる薄膜と、前記薄膜の一部に所定のパターンで、前記薄膜を貫通するように形成された、前記薄膜と異なる物質からなるパターン部とを有し、所定のエネルギーの電子ビームを透過させて得られる電子エネルギー損失スペクトルが、前記薄膜と前記パターン部とで異なることを特徴とする。
【0023】
あるいは、本発明のマスクは、薄膜と、前記薄膜の一部に所定のパターンで形成された、前記薄膜と異なる物質からなるパターン部とを有し、所定のエネルギーのX線を照射したときに発生する電子のエネルギーが、前記薄膜と前記パターン部とで異なることを特徴とする。
【0024】
これにより、マスクで散乱されてエネルギーと軌跡が変化した荷電粒子が、感光面(またはレジスト)に入射するのを防止することが可能となる。本発明の露光方法、露光装置、半導体装置の製造方法およびマスクによれば、感光面に入射するビームの単色性と平行性が改善し、露光の解像度を飛躍的に向上させることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の露光方法、露光装置、半導体装置の製造方法およびマスクの実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の露光方法の基本的原理を、図6に示す従来の露光方法と対比させて説明する。
【0026】
図1は本発明の露光方法の原理を示す概略図であり、例えば、イオンや電子といった荷電粒子を用いる投影型露光装置の一部を示す。図1に示すように、荷電粒子線源1から荷電粒子が放出され、マスク前段光学系2によってビームBが単色化される。また、マスク前段光学系2によってビームBが平行化あるいは集束され、マスク3が露光される。
【0027】
図1においては、一般化して説明するため、マスク前段光学系2を単一の光学レンズとして図示しているが、実際には、単一または複数の静電レンズや磁場レンズのように、荷電粒子にレンズ作用を及ぼすものを用いる。同様に、マスク後段光学系4も簡略化のため単一の光学レンズとして図示しているが、単一の光学レンズに限定されない。
【0028】
また、図1にはマスク3として、所定のパターンで孔3aを有するステンシルマスクを示したが、ステンシルマスクのかわりに散乱マスクであってもよい。マスク3に入射したビームBは孔3a部分を透過して、実線aで軌跡を示すように、マスク後段光学系4によって集束される。
【0029】
マスク後段光学系4はマスク3に入射するビームと同じエネルギーをもつ荷電粒子線を結像させるために最適化されているため、マスクで発生した2次粒子は、実線aで示すビームBの理想的な軌跡から外れる。本発明の露光方法によれば、マスク3を透過した荷電粒子とマスクで発生した2次粒子は、マスク後段光学系4で集束されて、分光系5に入射する。
【0030】
荷電粒子は分光系5によりエネルギー選別され、分光系5で設定された特定のエネルギー(パスエネルギー)を持つ荷電粒子のみが像面6に結像される。マスクで発生した2次粒子は、パスエネルギーとは異なるエネルギーを持つため、点線で示すように分光系5のプリズム5aおよび絞り5bによって排除され、像面6に到達しない。したがって、像面6にはマスクパターンを正確に反映したパターン(図1に斜線で示すようなパターン)が転写される。
【0031】
図1には、簡略化のため分光系5をプリズム5aと絞り5bの組み合わせで示したが、分光系5はこのような構成に限定されず、荷電粒子に対して用いられる様々なエネルギーフィルターやエネルギーアナライザーを用いることができる。このような分光系5の詳細は後述する。
【0032】
本発明の露光方法および露光装置によれば、パスエネルギーを持たない2次粒子等が分光系5によって排除されるため、マスク後段光学系4の色収差が小さくなる。また、像面6での解像度も向上する。上記のようなエネルギー選別を含む露光方法を、以下、スペクトロ・リソグラフィーとも称する。
【0033】
(実施形態1)
通常の投影型荷電粒子ビーム露光装置にエネルギーフィルター光学系を組み込む場合、荷電粒子とエネルギーフィルターとの主要な組み合わせは、表1のようになる(日本学術振興会マイクロビームアナリシス第141委員会編「マイクロビームアナリシス」(朝倉書店 (1985) ))。
【0034】
【表1】
【0035】
表1に示すエネルギーフィルターは電子顕微鏡や2次イオン質量分析器などに広く用いられているものであり、多くのバリエーションがある。また、表1で挙げた以外にもエネルギーを選別する光学系は数多くある。これらのエネルギーフィルターを露光に用いると、露光される荷電粒子の量(電流量)が減少し、スループットが低下する可能性がある。
【0036】
しかしながら、すべてのパターンの露光にこのようなエネルギーフィルターを用いる必要はなく、極めて微細なパターンを露光する必要があるときのみ、スペクトロ・リソグラフィーを行えば、スループットを大幅に低下させることなく、解像度を飛躍的に向上させることができる。
【0037】
一例として、表1で挙げたエネルギーフィルターのうち、Ω型エネルギーフィルター(Ωフィルター)を用いる場合について説明する。図2はΩフィルターの概略図である。図2に示すように、Ωフィルター11は4個のセクター型電磁石12a〜12dを有する。セクター型電磁石12bとセクター型電磁石12cとの間には対称面13が存在する。
【0038】
入射絞り面(エントランスアパーチャー)14に入射した電子ビームは、セクター型電磁石12a〜12dによって、エネルギー選択スリット15に至るまでの軌道がΩ字状に偏向する。Ωフィルター11によれば、電子のエネルギーの違いに応じて、電子ビームの軌道を分離させることができる。これにより、特定のエネルギーを持つ電子を選別できる。
【0039】
図3は図2のΩフィルターを用いた露光方法を示す概略図である。図3に示すように、マスク3を透過した電子ビームBは、対物・中間レンズ4aを通過してビーム方向が制御され、エントランスアパーチャー14に入射する。対物・中間レンズ4aは図1のマスク後段光学系4に対応する。図示しないが、マスク3の前段には図1と同様にマスク前段光学系2が設けられる。
【0040】
マスク3で散乱された電子のうち、進行方向を電子ビームBの方向から大きく変えた電子は、対物・中間レンズ4aによって電子ビームBと同じ位置に結像されず、エントランスアパーチャー14を通過しない。すなわち、マスク3での散乱により大きく方向を変えた電子は、対物・中間レンズ4aとエントランスアパーチャー14によって電子ビームBから排除される。
【0041】
エントランスアパーチャー14を通過した電子ビームBは、Ωフィルター11を通過する。Ωフィルター11を通過した電子は、エネルギーに応じてエネルギー選択スリット15のスリット面上に分散し、特定のエネルギーを持つ電子のみがエネルギー選択スリット15を通過する。したがって、エネルギー選択スリット15の後段で行われるウェハの露光には、マスク3で散乱されずにマスク3を透過した電子のみが寄与する。
【0042】
上記の本実施形態の露光方法および露光装置によれば、特定のエネルギーを持つ電子のみをウェハに入射させることができるため、対物・中間レンズ4aの色収差が小さくなる。これにより、露光の解像度が向上し、マスクパターンを正確にウェハに転写することが可能となる。
【0043】
図示しないが、上記の本実施形態において、Ωフィルターを表1に示す他のエネルギーフィルターに変更してもよい。Castaing型フィルターは、磁気プリズムの作用により、エネルギーの異なる電子ビームを分散させ、特定のエネルギーをもつ電子ビームのみをスリットにより選別する。
ウィーンフィルターは、フィルター内部の電場と磁場が直交する場を電子ビームが通過すると、エネルギーの異なる電子の軌道がずれることを利用して、電子のエネルギー選別を行うものである。
【0044】
四重極質量フィルターは、四重極電極に直流と高周波交流を重ね合わせた電圧を印加して、四重極電極内を通過するイオンの選別を行うものである。四重極電極に入ったイオンは高周波電場の影響を受け、振動しながら電極内を進行する。印加電圧と電流の周波数に応じて、特定のイオンのみ振幅が増大せずに安定に振動して電極間を通過する。これにより、イオンは選別されて四重極質量フィルターから出射する。
【0045】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、ウェハ表面に塗布されたレジストに、上記の露光方法で露光を行い、パターンを転写する工程を含む。本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、従来よりも微細化されたパターンをレジストに高精度に転写できる。したがって、半導体装置をさらに高集積化できる。
【0046】
(実施形態2)
本実施形態の露光方法によれば、マスク透過後の荷電粒子をセクター型アナライザーで偏向させ、エネルギー選別する。この方法は、荷電ビーム露光に用いられた例はないが、光電子分光や2次イオン質量分析等の分光分析法においては広く用いられている。荷電粒子とエネルギーアナライザーとの主要な組み合わせを、表2に示す(前述の「マイクロビームアナリシス」(1985)参照)。
【0047】
【表2】
【0048】
荷電粒子が電子の場合とイオンの場合のいずれも、静電型または磁場型のセクターアナライザーを組み合わせることが可能である。アナライザーの形状は特に限定されず、例えば半球型やトロイダル型のアナライザーを用いることができる。
【0049】
表2で挙げたアナライザーのうち、静電半球型アナライザーを用いる場合について、図面を参照して説明する。図4に示すように、マスク3を透過した電子ビームは、入射レンズ系21によりアナライザー22の入口に導かれる。アナライザー22は内球と外球の半径および電圧差で定まる特定のエネルギー(パスエネルギー)を持つ電子のみを通過させる。
【0050】
したがって、アナライザー22の出口で電子ビームは単色化されている。これを出射レンズ系23でウェハ24上に結像する。例えば、パスエネルギーをマスク3に入射する電子のエネルギーに設定すれば、マスク3で散乱されずにマスク3を透過した電子のみが、ウェハ24へのパターン転写に寄与することになる。
【0051】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、ウェハ表面に塗布されたレジストに、上記の露光方法で露光を行い、パターンを転写する工程を含む。本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、従来よりも微細化されたパターンをレジストに高精度に転写できる。したがって、半導体装置をさらに高集積化できる。
【0052】
(実施形態3)
本実施形態の露光方法によれば、マスク透過後の荷電粒子を減速電界法によりエネルギー選別する。この方法によれば、板状またはメッシュ状の電極を配置することにより、荷電粒子ビームの径路上に荷電粒子の阻止電場を形成する。これにより、特定のエネルギー以下の荷電粒子がウェハに入射するのを抑制できる。本実施形態の方法は、実施形態1および2の方法に比較するとエネルギー分解能は劣るが、エネルギー選別を行わない従来の露光に比較すれば、パターンの解像度を向上させることができる。
【0053】
(実施形態4)
実施形態1〜3においては、マスクで散乱されずにマスクを透過した荷電粒子を選別し、ウェハの露光に用いる。それに対し、本実施形態においては、マスクで荷電粒子が散乱される際のエネルギー損失を利用して、荷電粒子のエネルギー選別を行う。
【0054】
図5は本実施形態のマスクの平面図である。本実施形態のマスクは電子ビームが入射するマスクの例である。図5に示すように、基材31の一部にパターン部32が形成されている。基材31は電子ビームが透過する厚さの薄膜であり、パターン部32は基材31を貫通するように設けられる。パターン部32は周囲の基材31によって支持されている。パターン部32も電子ビームが透過する厚さで形成される。
【0055】
パターン部32は第1の相補パターン部33、第2の相補パターン部34および非分割パターン部35を含む。パターン部32の形状や分布によっては、必ずしもこのように3種類のパターン部33〜35を形成する必要はなく、パターン部を2種類以下としてもよい。あるいは、必要に応じて4種類以上のパターン部を形成してもよい。後述するように、複数の種類のパターン部を設けた場合、露光装置に取り付けたマスクを交換せずに、異なるパターンの多重露光を行うことができる。
【0056】
本実施形態のマスクは基材31、第1の相補パターン部33、第2の相補パターン部34および非分割パターン部35が互いに異なる物質からなる。これらのパターン部33〜35のそれぞれには、基材31に含まれず、かつ他のパターン部に含まれない少なくとも1種類の元素を含有させる。但し、これらのパターン部のうちの少なくとも一つと基材31が同一の元素を含有しても、その元素の化学結合の状態が異なっていればよい。
【0057】
例えば、第1の相補パターン部33の材料がシリコン(Si)で、基材31の材料が酸化シリコン(SiO2 )とすると、これらは同一の元素を含有するが、Siの化学結合の状態は異なる。したがって、第1の相補パターン部33と基材31における電子ビームのエネルギー損失は互いに異なる。これにより、電子ビームのエネルギー選別が可能となる。
【0058】
従来の露光方法に用いられるステンシルマスクは、孔以外の部分で電子ビームを物理的に遮蔽する。それに対し、本実施形態のマスクは、パターン部と非パターン部での材料の化学的性質の違いを利用して、パターン部を透過する電子と非パターン部を透過する電子とをエネルギー選別する。このように基材と化学的性質の異なる材料でパターン部が形成されたマスクを、以下、化学マスクとも称する。
【0059】
本実施形態の化学マスクに電子ビームが入射すると、基材31および各パターン部33〜35にそれぞれ含有される元素によって、電子が散乱される。このとき、電子は衝突した元素あるいはその元素の化学結合の状態(化学的環境)に応じた固有のエネルギー損失を起こす。したがって、化学マスクを透過した電子ビームは、透過した部分の材料に応じて特有のエネルギー損失スペクトルを示す。
【0060】
これらのエネルギー損失スペクトル間でのピーク位置のずれは、化学シフトと呼ばれる。原子核に特定のエネルギーの電磁波を照射すると、共鳴吸収が起こる。同種の原子核であっても、その周囲の化学的環境が異なった場合、共鳴吸収が起こるエネルギーは異なる。
【0061】
これは主に、原子核の周辺に存在する電子や隣接する原子核によって小磁場が形成されることに起因する。化学シフトは、原子核の周囲の電子雲の密度だけでなく、例えば電子雲の球対称からのずれによる常磁性電流等、多様な因子の総和によって決定される。
【0062】
材料に固有なエネルギー損失スペクトルを測定し、このスペクトルから材料に含有される元素を分析する方法は、電子エネルギー損失分光法(EELS;electron energy loss spectroscopy)として広く知られている。図5の化学マスクの例では、各パターン部33〜35を透過した電子は、それぞれ異なるエネルギー分布を示す。
【0063】
各パターン部33〜35のうち、特定のパターン部を含む領域を透過した電子ビームのエネルギー損失スペクトルには、他のパターン部または基材31を透過した電子ビームのエネルギー損失スペクトルに現れない損失ピークが現れる。図3あるいは図4に示したスペクトロ・リソグラフィー装置で、パスエネルギーをそのような損失ピークのエネルギーに設定する。これにより、化学マスクのうちの特定のパターン部を透過した電子のみをエネルギー選別できる。したがって、単色化された電子を用いて高精度にパターン転写を行うことができる。
【0064】
本実施形態の化学マスクによれば、スペクトロ・リソグラフィー装置に取り付けられたマスクを交換せずに、異なるパターンをウェハに多重露光することも可能である。例えば、図5に示す平行なライン状パターンを1枚のステンシルマスクに形成し、電子ビーム露光を行うと、パターン間隔が狭い場合には、孔を透過した電子が干渉し合い、パターンの解像度が低下することがある(近接効果)。
【0065】
あるいは、ステンシルマスクの場合には、メンブレンのすべての部分が連続している必要があるために、例えばドーナツ状パターンのように1枚のマスクでは形成できないパターンがある。また、パターンの形状によっては、孔の形状に異方性の歪みが生じたり、メンブレンが破損しやすくなったりする。
【0066】
このような場合、パターンを分割して2枚の相補マスクに振り分け、多重露光により相補的にパターンを転写する(例えば、U. Behringer and H. Engelke, J. Vac. Sci. Technol. B 11, 2400 (1993))。これらの相補パターンを転写するには、露光装置での相補マスクの交換が必要となる。
【0067】
一方、本実施形態の化学マスクによれば、図5に示すように、間隔の狭いパターンを第1の相補パターン部33と第2の相補パターン部34に分割し、それぞれのパターン部を異なる材料で形成する。一方のパターン部で特徴的な損失ピークが現れるように、第1の電子ビーム露光を行ってから、他方のパターン部で特徴的な損失ピークが現れるように、第2の電子ビーム露光を行う。したがって、マスクを交換せずに多重露光を行うことができる。
【0068】
また、本実施形態の化学マスクによれば、メンブレンに孔を形成する場合と異なり、パターン部分が基材31と異なる材料で埋め込まれる。したがって、パターン間隔が狭い場合にも、メンブレンの機械的強度が低下しにくく、パターンの位置ずれや歪みが抑制される。さらに、ステンシルマスクではパターンの分割が不可欠であるような形状のパターンであっても、1枚のマスクに形成することが可能となる。
【0069】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、ウェハ表面に塗布されたレジストに、上記の露光方法で露光を行い、パターンを転写する工程を含む。化学マスクに何種類のパターン部が形成されるかに関わらず、各パターン部に特徴的な損失ピークのエネルギーを持つ電子ビームが単色化される。したがって、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、従来よりも微細化されたパターンをレジストに高精度に転写でき、半導体装置をさらに高集積化できる。
【0070】
(実施形態5)
本実施形態によれば、実施形態4の化学マスクに電子ビームではなくX線を照射して、パターン部32から材料に応じた光電子を発生させる。発生した光電子を、例えば図4に示した偏向エネルギーアナライザーによりエネルギー選別する。偏向エネルギーアナライザーにより単色化された電子ビームを露光に用いることにより、パターンの解像度を向上させることができる。
【0071】
本実施形態においても、実施形態4と同様に、化学マスクに形成されるパターン部32は3種類に限定されない。ここでは、説明を容易とするため、図5に示すように3種類のパターン部33〜35が形成された化学マスクを用いることとする。
【0072】
化学マスクにX線を照射すると、基材31および各パターン部33〜35に含有される元素に固有なエネルギーを持った光電子が放出される。すなわち、基材31および各パターン部33〜35から放出される光電子は、それぞれ異なるエネルギー分布を持つ。このような光電子をエネルギー分析すれば、含有されている元素を判別できる。これは光電子分光法(PES;photoelectron spectroscopy)として広く知られている。
【0073】
本実施形態の露光方法によれば、図4に示す偏向エネルギーアナライザーを有するスペクトロ・リソグラフィー装置を用いる。偏向エネルギーアナライザーのアナライザー22に印加する電圧を調整し、パスエネルギーを特定のパターン部から放出される光電子のエネルギーに設定しておく。
【0074】
スペクトロ・リソグラフィー装置において、図5に示す化学マスクにX線を照射して、光電子を放出させる。放出された光電子は、偏向エネルギーアナライザーの入射レンズ系21に取り込まれ、単色化された電子ビームが出射レンズ系23から出射する。単色化された電子ビームによりウェハ24が露光される。
【0075】
本実施形態においても、相補パターンの多重露光を行うことができる。例えば、図5の第1の相補パターン部33で光電子が発生するように、化学マスクに対して第1のX線照射を行ってから、第2の相補パターン部34で光電子が発生するように、化学マスクに対して第2のX線照射を行う。これにより、スペクトロ・リソグラフィー装置に取り付けられた化学マスクを交換せずに、多重露光を行い、パターンを相補的に転写することができる。
【0076】
上記の本実施形態の露光方法によれば、図4に示すように、化学マスクの一方の面にX線を照射して、他方の面から放出される光電子を偏向エネルギーアナライザーに入射させる。あるいは、図示しないが、化学マスクの一方の面にX線を照射して、その面から放出される光電子を偏向エネルギーアナライザーに入射させ、光電子のエネルギー選別を行うこともできる。
【0077】
この構成は、電子ビームがマスクを透過しない点で、前述した特許第2957669号公報記載の反射マスクおよび特開2000−182943号公報記載の2次電子を放出するマスクと共通する。しかしながら、これらの公報に記載されたマスクには荷電粒子ビームが照射されるのに対し、本実施形態の化学マスクにはX線が照射され、これにより光電子が放出される。したがって、上記の公報に記載された従来のマスクと本実施形態の化学マスクとは本質的に異なる。
【0078】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、ウェハ表面に塗布されたレジストに、上記の露光方法で露光を行い、パターンを転写する工程を含む。化学マスクに何種類のパターン部が形成されるかに関わらず、各パターン部で固有のエネルギーを持つ光電子を発生させる。
したがって、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、従来よりも微細化されたパターンをレジストに高精度に転写でき、半導体装置をさらに高集積化できる。
【0079】
本発明の露光方法、露光装置、半導体装置の製造方法およびマスクの実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、実施形態5のスペクトロ・リソグラフィー装置において、図4に示すような電子光学系を採用するかわりに、光電子顕微鏡(PEEM;photoelectron energy microscope)に用いられるような拡大結像レンズ系を採用することも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0080】
【発明の効果】
本発明の露光方法および露光装置によれば、マスクを透過したビームの単色性が改善され、パターンの解像度が向上する。本発明の半導体装置の製造方法によれば、微細パターンを高精度に転写できるため、半導体装置を高集積化できる。本発明のマスクによれば、リソグラフィー工程において微細パターンを高精度に転写することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の露光方法の原理を示す概略図である。
【図2】図2は本発明の実施形態1に係る露光装置の一部を示す概略図である。
【図3】図3は本発明の実施形態1に係る露光装置の一部を示す概略図である。
【図4】図4は本発明の実施形態2に係る露光装置の一部を示す概略図である。
【図5】図5は本発明の実施形態4および5に係るマスクの平面図である。
【図6】図6は従来の露光方法の原理を示す概略図である。
【符号の説明】
1、101…荷電粒子線源、2、102…マスク前段光学系、3、103…マスク、4、104…マスク後段光学系、4a…対物・中間レンズ、5…分光系、6、105…像面、11…Ωフィルター、12a〜12d…セクター型電磁石、13…対称面、14…エントランスアパーチャー、15…エネルギー選択スリット、21…入射レンズ系、22…アナライザー、23…出射レンズ系、24…ウェハ、31…基材、32…パターン部、33…第1の相補パターン部、34…第2の相補パターン部、35…非分割パターン部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure method, an exposure apparatus, a method for manufacturing a semiconductor device, and a mask used for them.
[0002]
[Prior art]
In lithography using a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam, exposure is performed through a mask on which a pattern is directly formed and a pattern is directly drawn on a wafer by scanning the beam. There are projection types that transfer to a wafer. The latter is superior in throughput (Takikawa et al. “Innovation of ULSI Lithography Technology” (Science Forum (1994))).
[0003]
Masks used in projection lithography include stencil masks (HC Pfeiffer, Jpn. J. Appl. Phys. 34, 6658 (1995)) in which the pattern part is a hole, and heavy metal in parts other than the pattern. There is a scattering mask (LR Harriott, J. Vac. Sci. Technol B 15, 2130 (1997)) in which a thin film is formed.
[0004]
FIG. 6 is a schematic view showing the principle of a conventional exposure method, and shows a part of a projection exposure apparatus using charged particles such as ions and electrons. As shown in FIG. 6, charged particles are emitted from the charged
[0005]
In FIG. 6, the mask pre-stage
[0006]
6 shows a stencil
[0007]
Alternatively, Japanese Patent No. 2957669 discloses a reflection mask on which a reflection pattern for reflecting a charged beam is formed and a charged beam exposure apparatus using the same. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-182943 discloses a mask having a surface on which a desired pattern is formed of a material having different secondary electron emission efficiency, and a charged beam exposure apparatus and a charged beam exposure method using the mask. ing. As described in these publications, lithography can be performed using a mask through which a charged beam does not pass.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above conventional masks, charged particles are scattered by the mask when the charged particle beam passes through the mask. This not only changes the energy and direction of the beam, but the excited secondary particles are emitted from the mask, reducing the monochromaticity and parallelism of the beam incident on the wafer (M. Kotera et al., Jpn J. Appl. Phys. 39, 6861 (2000)).
[0009]
For example, in the reduced projection system shown in FIG. 6, as shown in the Monte Carlo simulation (M. Kotera et al., Jpn. J. Appl. Phys. 39, 6861 (2000)), the charge incident on the mask. The particles are scattered by the mask, the energy and the traveling direction are changed, and secondary particles are generated. The post mask
[0010]
Therefore, the charged particles whose energy has been partially lost due to scattering in the mask enter the
[0011]
Of the electron beam projection lithography, the proximity transfer method places the mask and the wafer close to each other, and the pattern on the mask is usually transferred to the wafer at the same magnification. Therefore, when the monochromaticity or parallelism of the beam transmitted through the mask is lowered, the resolution of the pattern is significantly lowered (T. Utsumi, J. Vac. Sci. Technol B 17, 2897 (1999)).
[0012]
Even in a reduction projection system, a reflection type, or a secondary electron emission type exposure system, the spread of beam energy causes chromatic aberration of the electron optical system, which limits the resolution limit of the pattern (Katsuaki Ura “Electron Optics” (Kyoritsu) Complete book (1979)).
The present invention has been made in view of the above problems, and therefore the present invention provides an exposure method, an exposure apparatus, a method for manufacturing a semiconductor device, and a mask capable of dramatically improving the resolution of a fine pattern. The purpose is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an exposure method of the present invention includes a step of making a charged particle beam incident on a mask having a charged particle beam transmission portion formed in a predetermined pattern, and among charged particles transmitted through the mask, The method includes a step of selecting charged particles having a specific energy and a step of causing charged particles having the selected specific energy to enter a photosensitive surface.
[0014]
Alternatively, the exposure method of the present invention includes a thin film that transmits an electron beam, and a pattern portion that is formed in a part of the thin film so as to penetrate the thin film in a predetermined pattern and is made of a material different from the thin film. A step of allowing an electron beam having a predetermined energy to enter a mask having the mask, and selecting electrons having a peak energy appearing only in an electron energy loss spectrum of the electron beam transmitted through the pattern portion from among the electrons transmitted through the mask And a step of causing the selected electrons to enter the photosensitive surface.
[0015]
Alternatively, the exposure method of the present invention has a thin film and a pattern portion formed in a predetermined pattern on a part of the thin film and made of a substance different from the thin film, and is irradiated with X-rays having a predetermined energy. The step of making X-rays of a predetermined energy incident on a mask in which the energy of electrons generated in the thin film and the pattern part is different, and the electrons generated by irradiating the pattern part with X-rays are selected. And a step of causing the selected electrons to enter the photosensitive surface.
[0016]
In order to achieve the above object, an exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus that irradiates a photosensitive surface with a charged particle beam and transfers a pattern onto the photosensitive surface, and is a charged particle beam source that emits a charged particle beam. A mask on which the charged particle beam emitted from the charged particle beam source is incident, and a mask in which a charged particle beam transmitting portion is formed in the pattern, and among the charged particles transmitted through the mask, And energy sorting means for sorting charged particles having energy and making them enter the photosensitive surface.
[0017]
Alternatively, the exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus that irradiates a photosensitive surface with an electron beam and transfers a pattern onto the photosensitive surface. The exposure apparatus emits an electron beam, and is emitted from the electron beam source. A mask on which the electron beam is incident, a thin film that transmits the electron beam, and a pattern made of a material different from the thin film, formed in a predetermined pattern on a part of the thin film so as to penetrate the thin film The mask has different electron energy loss spectra obtained by transmitting an electron beam of a predetermined energy between the thin film and the pattern portion, and the pattern portion of the electron beam transmitted through the mask. The energy having the peak energy appearing in the electron energy loss spectrum of the electron beam transmitted through the screen is selected and made incident on the photosensitive surface. And having a chromatography selection means.
[0018]
Alternatively, the exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus that irradiates a photosensitive surface with an electron beam and transfers a pattern onto the photosensitive surface, and emits an X-ray from the X-ray source and the X-ray source. A mask on which the X-ray is incident, the mask having a thin film and a pattern portion formed in a predetermined pattern on a part of the thin film and made of a material different from the thin film, and irradiated with the X-ray The mask having different energy of electrons generated in the thin film and the pattern portion, and energy selecting means for selecting electrons generated by irradiating the pattern portion with X-rays and causing the electrons to enter the photosensitive surface. It is characterized by having.
[0019]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of causing a charged particle beam to enter a mask having a charged particle beam transmission portion formed in a predetermined pattern, and a charged particle transmitted through the mask. Among these, the method includes a step of selecting charged particles having a specific energy, and a step of causing the charged particles having the selected specific energy to enter a resist and transferring the pattern to the resist.
[0020]
Alternatively, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a thin film that transmits an electron beam, and a pattern made of a material different from the thin film, which is formed in a part of the thin film so as to penetrate the thin film. A step of allowing an electron beam having a predetermined energy to enter a mask having a portion, and among the electrons transmitted through the mask, the electron beam transmitted through the thin film does not appear in the electron energy loss spectrum and transmitted through the pattern portion. The method includes a step of selecting an electron having a peak energy appearing in an electron energy loss spectrum of an electron beam, and a step of causing the selected electron to enter a resist and transferring the pattern to the resist.
[0021]
Alternatively, when the semiconductor device manufacturing method of the present invention has a thin film and a pattern portion formed in a predetermined pattern on a part of the thin film and made of a material different from the thin film, the X-ray is irradiated A step of causing X-rays of a predetermined energy to enter a mask in which energy of electrons generated in the thin film and the pattern portion is different, and a step of selecting electrons generated by irradiating the pattern portion with X-rays And a step of causing the selected electrons to enter the resist and transferring the pattern to the resist.
[0022]
In order to achieve the above object, a mask of the present invention comprises a thin film that transmits an electron beam, and a material different from the thin film formed in a predetermined pattern in a part of the thin film so as to penetrate the thin film. And an electron energy loss spectrum obtained by transmitting an electron beam having a predetermined energy is different between the thin film and the pattern portion.
[0023]
Alternatively, the mask of the present invention has a thin film and a pattern portion formed in a predetermined pattern on a part of the thin film and made of a material different from the thin film, and is irradiated with X-rays having a predetermined energy. The energy of generated electrons is different between the thin film and the pattern portion.
[0024]
This makes it possible to prevent charged particles that have been scattered by the mask and whose energy and locus have changed from entering the photosensitive surface (or resist). According to the exposure method, exposure apparatus, semiconductor device manufacturing method, and mask of the present invention, the monochromaticity and parallelism of the beam incident on the photosensitive surface can be improved, and the exposure resolution can be dramatically improved.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an exposure method, an exposure apparatus, a semiconductor device manufacturing method, and a mask according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the basic principle of the exposure method of the present invention will be described in comparison with the conventional exposure method shown in FIG.
[0026]
FIG. 1 is a schematic view showing the principle of the exposure method of the present invention, and shows, for example, a part of a projection type exposure apparatus using charged particles such as ions and electrons. As shown in FIG. 1, charged particles are emitted from the charged particle beam source 1, and the beam B is monochromatic by the pre-mask optical system 2. Further, the beam B is collimated or focused by the pre-mask optical system 2 and the
[0027]
In FIG. 1, for the sake of generalization, the mask pre-stage optical system 2 is illustrated as a single optical lens. However, in actuality, as in the case of a single or a plurality of electrostatic lenses or magnetic lenses, charging is performed. A particle that has a lens effect is used. Similarly, the mask post-stage
[0028]
Moreover, although the stencil mask which has the
[0029]
Since the post mask
[0030]
The charged particles are subjected to energy selection by the
[0031]
In FIG. 1, for the sake of simplicity, the
[0032]
According to the exposure method and the exposure apparatus of the present invention, secondary particles or the like that do not have pass energy are eliminated by the
[0033]
(Embodiment 1)
When an energy filter optical system is incorporated into a normal projection type charged particle beam exposure apparatus, the main combinations of charged particles and energy filters are as shown in Table 1 (edited by the Japan Society for the Promotion of Science, Microbeam Analysis No. 141 Committee, “ Microbeam Analysis "(Asakura Shoten (1985))).
[0034]
[Table 1]
[0035]
The energy filter shown in Table 1 is widely used in electron microscopes and secondary ion mass spectrometers, and has many variations. In addition to those listed in Table 1, there are many optical systems for selecting energy. When these energy filters are used for exposure, the amount of charged particles to be exposed (current amount) is reduced, and the throughput may be reduced.
[0036]
However, it is not necessary to use such an energy filter for exposure of all patterns. Spectrolithography can be used only when it is necessary to expose very fine patterns, and resolution can be reduced without significantly reducing throughput. It can be improved dramatically.
[0037]
As an example, the case where an Ω type energy filter (Ω filter) is used among the energy filters listed in Table 1 will be described. FIG. 2 is a schematic diagram of an Ω filter. As shown in FIG. 2, the
[0038]
The electron beam that has entered the entrance diaphragm surface (entrance aperture) 14 is deflected in an Ω shape by the
[0039]
FIG. 3 is a schematic view showing an exposure method using the Ω filter of FIG. As shown in FIG. 3, the electron beam B that has passed through the
[0040]
Among the electrons scattered by the
[0041]
The electron beam B that has passed through the
[0042]
According to the exposure method and the exposure apparatus of the present embodiment, since only electrons having specific energy can be incident on the wafer, the chromatic aberration of the objective /
[0043]
Although not shown, in the above-described embodiment, the Ω filter may be changed to another energy filter shown in Table 1. The castaing type filter disperses electron beams having different energies by the action of a magnetic prism, and selects only electron beams having a specific energy by slits.
The Wien filter performs electron energy selection by utilizing the fact that the trajectory of electrons having different energies shifts when an electron beam passes through a field in which the electric field and magnetic field inside the filter are orthogonal to each other.
[0044]
The quadrupole mass filter applies a voltage obtained by superimposing direct current and high frequency alternating current to the quadrupole electrode, and selects ions passing through the quadrupole electrode. Ions entering the quadrupole electrode are affected by the high-frequency electric field and travel in the electrode while vibrating. Depending on the frequency of the applied voltage and current, only specific ions do not increase in amplitude and vibrate stably and pass between the electrodes. As a result, ions are sorted and emitted from the quadrupole mass filter.
[0045]
The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment includes a step of transferring a pattern by exposing the resist applied to the wafer surface by the exposure method described above. According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, a finer pattern than before can be transferred to a resist with high accuracy. Therefore, the semiconductor device can be further highly integrated.
[0046]
(Embodiment 2)
According to the exposure method of the present embodiment, the charged particles after passing through the mask are deflected by the sector type analyzer, and energy selection is performed. Although this method has not been used for charged beam exposure, it is widely used in spectroscopic methods such as photoelectron spectroscopy and secondary ion mass spectrometry. The main combinations of charged particles and energy analyzers are shown in Table 2 (see the aforementioned “microbeam analysis” (1985)).
[0047]
[Table 2]
[0048]
In both cases where the charged particles are electrons and ions, it is possible to combine an electrostatic or magnetic sector analyzer. The shape of the analyzer is not particularly limited, and for example, a hemispherical or toroidal analyzer can be used.
[0049]
Of the analyzers listed in Table 2, the case of using an electrostatic hemispherical analyzer will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 4, the electron beam transmitted through the
[0050]
Therefore, the electron beam is monochromatized at the outlet of the
[0051]
The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment includes a step of transferring a pattern by exposing the resist applied to the wafer surface by the exposure method described above. According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, a finer pattern than before can be transferred to a resist with high accuracy. Therefore, the semiconductor device can be further highly integrated.
[0052]
(Embodiment 3)
According to the exposure method of this embodiment, the charged particles after passing through the mask are subjected to energy selection by the deceleration electric field method. According to this method, a blocking electric field of charged particles is formed on the path of the charged particle beam by arranging plate-like or mesh-like electrodes. Thereby, it can suppress that the charged particle below specific energy injects into a wafer. The method of this embodiment is inferior in energy resolution to the methods of Embodiments 1 and 2, but can improve the resolution of the pattern as compared to conventional exposure that does not perform energy selection.
[0053]
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments, charged particles that are transmitted through the mask without being scattered by the mask are selected and used for wafer exposure. On the other hand, in the present embodiment, energy selection of charged particles is performed using energy loss when charged particles are scattered by a mask.
[0054]
FIG. 5 is a plan view of the mask of this embodiment. The mask of this embodiment is an example of a mask on which an electron beam is incident. As shown in FIG. 5, a pattern portion 32 is formed on a part of the
[0055]
The pattern portion 32 includes a first
[0056]
In the mask of the present embodiment, the
[0057]
For example, the material of the first
[0058]
The stencil mask used in the conventional exposure method physically shields the electron beam at a portion other than the hole. On the other hand, the mask of this embodiment uses the difference in the chemical properties of the material in the pattern portion and the non-pattern portion to select energy between electrons that pass through the pattern portion and electrons that pass through the non-pattern portion. A mask having a pattern portion formed of a material having a chemical property different from that of the base material is also referred to as a chemical mask hereinafter.
[0059]
When an electron beam is incident on the chemical mask of this embodiment, electrons are scattered by the elements contained in the
[0060]
The shift in peak position between these energy loss spectra is called chemical shift. When an atomic nucleus is irradiated with electromagnetic waves of a specific energy, resonance absorption occurs. Even in the case of the same kind of nucleus, if the chemical environment around it is different, the energy at which resonance absorption occurs differs.
[0061]
This is mainly due to the formation of a small magnetic field by electrons existing around the nucleus and adjacent nuclei. The chemical shift is determined not only by the density of the electron cloud around the nucleus, but also by the sum of various factors such as the paramagnetic current due to the deviation of the electron cloud from the spherical symmetry.
[0062]
A method of measuring an energy loss spectrum specific to a material and analyzing elements contained in the material from this spectrum is widely known as electron energy loss spectroscopy (EELS). In the example of the chemical mask of FIG. 5, electrons transmitted through the
[0063]
The loss peak that does not appear in the energy loss spectrum of the electron beam transmitted through the other pattern unit or the
[0064]
According to the chemical mask of this embodiment, it is possible to perform multiple exposure of different patterns on the wafer without replacing the mask attached to the spectrolithography apparatus. For example, when the parallel line pattern shown in FIG. 5 is formed on one stencil mask and electron beam exposure is performed, when the pattern interval is narrow, electrons transmitted through the holes interfere with each other and the pattern resolution is reduced. May decrease (proximity effect).
[0065]
Alternatively, in the case of a stencil mask, since all parts of the membrane need to be continuous, there are patterns that cannot be formed with a single mask, such as a donut-shaped pattern. Further, depending on the shape of the pattern, anisotropic distortion may occur in the shape of the hole, or the membrane may be easily damaged.
[0066]
In such a case, the pattern is divided and assigned to two complementary masks, and the pattern is transferred complementarily by multiple exposure (for example, U. Behringer and H. Engelke, J. Vac. Sci. Technol.
[0067]
On the other hand, according to the chemical mask of the present embodiment, as shown in FIG. 5, a pattern having a narrow interval is divided into a first
[0068]
In addition, according to the chemical mask of the present embodiment, the pattern portion is embedded with a material different from that of the
[0069]
The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment includes a step of transferring a pattern by exposing the resist applied to the wafer surface by the exposure method described above. Regardless of how many types of pattern portions are formed on the chemical mask, an electron beam having a characteristic loss peak energy in each pattern portion is monochromatized. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, a pattern finer than the conventional one can be transferred to a resist with high accuracy, and the semiconductor device can be further highly integrated.
[0070]
(Embodiment 5)
According to the present embodiment, the chemical mask of the fourth embodiment is irradiated with X-rays instead of an electron beam, and photoelectrons corresponding to the material are generated from the pattern portion 32. The generated photoelectrons are subjected to energy selection using, for example, a deflection energy analyzer shown in FIG. The resolution of the pattern can be improved by using an electron beam monochromatized by the deflection energy analyzer for exposure.
[0071]
Also in this embodiment, the pattern part 32 formed in a chemical mask is not limited to three types similarly to
[0072]
When the chemical mask is irradiated with X-rays, photoelectrons having energy specific to the elements contained in the
[0073]
According to the exposure method of the present embodiment, the spectrolithography apparatus having the deflection energy analyzer shown in FIG. 4 is used. The voltage applied to the
[0074]
In the spectrolithography apparatus, the chemical mask shown in FIG. 5 is irradiated with X-rays to emit photoelectrons. The emitted photoelectrons are taken into the
[0075]
Also in this embodiment, multiple exposure of complementary patterns can be performed. For example, so that photoelectrons are generated in the first
[0076]
According to the exposure method of this embodiment described above, as shown in FIG. 4, one surface of the chemical mask is irradiated with X-rays, and photoelectrons emitted from the other surface are incident on the deflection energy analyzer. Alternatively, although not shown, X-rays can be irradiated to one surface of the chemical mask, and photoelectrons emitted from the surface can be incident on a deflection energy analyzer to perform photoelectron energy selection.
[0077]
This configuration is common to the above-described reflective mask described in Japanese Patent No. 2957669 and the mask emitting secondary electrons described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-182943 in that the electron beam does not pass through the mask. However, the masks described in these publications are irradiated with a charged particle beam, whereas the chemical mask of the present embodiment is irradiated with X-rays, whereby photoelectrons are emitted. Therefore, the conventional mask described in the above publication is essentially different from the chemical mask of the present embodiment.
[0078]
The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment includes a step of transferring a pattern by exposing the resist applied to the wafer surface by the exposure method described above. Regardless of how many types of pattern portions are formed on the chemical mask, each pattern portion generates photoelectrons having specific energy.
Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, a pattern finer than the conventional one can be transferred to a resist with high accuracy, and the semiconductor device can be further highly integrated.
[0079]
Embodiments of the exposure method, exposure apparatus, semiconductor device manufacturing method, and mask of the present invention are not limited to the above description. For example, in the spectrolithographic apparatus of the fifth embodiment, instead of using an electron optical system as shown in FIG. 4, an enlargement imaging lens system used in a photoelectron microscope (PEEM) is adopted. Is also possible. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0080]
【The invention's effect】
According to the exposure method and the exposure apparatus of the present invention, the monochromaticity of the beam transmitted through the mask is improved, and the resolution of the pattern is improved. According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since a fine pattern can be transferred with high accuracy, the semiconductor device can be highly integrated. According to the mask of the present invention, a fine pattern can be transferred with high accuracy in a lithography process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing the principle of an exposure method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a part of an exposure apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a part of an exposure apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a part of an exposure apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a mask according to
FIG. 6 is a schematic view showing the principle of a conventional exposure method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Charged particle beam source, 2,102 ... Mask front stage optical system, 3, 103 ... Mask, 4, 104 ... Mask back stage optical system, 4a ... Objective / intermediate lens, 5 ... Spectral system, 6, 105 ...
Claims (13)
前記パターンに対応するように荷電粒子線透過部が形成されたマスクに、前記荷電粒子線を出射する荷電粒子線源と、
前記マスクを透過した荷電粒子のうち、特定のエネルギーをもつ荷電粒子を選別して前記感光面に入射させるエネルギー選別手段と
を有する露光装置であって、
前記エネルギー選別手段は、
前記マスクを透過した荷電粒子が入射され、当該入射された荷電粒子において前記マスクにて散乱された荷電粒子を排除する入射絞り面と、
前記入射絞り面を透過した荷電粒子の軌道をエネルギーに応じて分離するエネルギーフィルターと、
前記エネルギーフィルターによってエネルギーに応じて軌道が分離された荷電粒子において、特定のエネルギーを持つ荷電粒子を通過させるエネルギー選択スリットと
を含む
露光装置。 An exposure apparatus that irradiates a photosensitive surface with a charged particle beam and transfers a pattern onto the photosensitive surface,
A charged particle beam source that emits the charged particle beam to a mask in which a charged particle beam transmitting portion is formed so as to correspond to the pattern ; and
An exposure apparatus comprising: energy sorting means for sorting charged particles having a specific energy out of charged particles transmitted through the mask and causing the particles to enter the photosensitive surface ;
The energy selecting means includes
An incident aperture surface that receives charged particles that have passed through the mask and excludes charged particles scattered by the mask in the incident charged particles;
An energy filter that separates orbits of charged particles that have passed through the entrance diaphragm surface according to energy;
In the charged particles whose orbits are separated according to the energy by the energy filter, an energy selection slit for passing charged particles having a specific energy;
including
Exposure device.
請求項1に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 1, wherein the charged particles include electrons, and the energy filter includes an Ω filter.
請求項1に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 1, wherein the charged particles include electrons, and the energy filter includes a Castaing type filter.
請求項1に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 1, wherein the charged particles include electrons, and the energy filter includes a Wien filter.
請求項1に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 1, wherein the charged particles include ions, and the energy filter includes a quadrupole mass filter.
請求項1に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 1, wherein the energy filter includes a deflection energy analyzer.
請求項6に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 6, wherein the charged particles include electrons, and the deflection energy analyzer includes an electrostatic deflection sector.
請求項6に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 6, wherein the charged particles include electrons, and the deflection energy analyzer includes a magnetic field deflection sector.
請求項6に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 6, wherein the charged particles include ions, and the deflection energy analyzer includes an electrostatic deflection sector.
請求項6に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 6, wherein the charged particles include ions, and the deflection energy analyzer includes a magnetic field deflection sector.
請求項6に記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 6, wherein the deflection energy analyzer is a hemispherical energy analyzer that allows charged particles having passed through the mask to pass charged particles having energy determined by a radius and a voltage difference between an inner sphere and an outer sphere.
前記マスクを透過した荷電粒子のうち、特定のエネルギーをもつ荷電粒子を選別する工程と、
選別された特定のエネルギーをもつ荷電粒子を感光面に入射させる工程と
を有する露光方法であって、
前記マスクに荷電粒子線を入射させる工程においては、特定のエネルギーの荷電粒子線を前記マスクに入射させ、
前記マスクを透過した荷電粒子を選別する工程においては、
前記マスクを透過した荷電粒子において前記マスクにて散乱された荷電粒子を、入射絞り面に排除させ、
前記入射絞り面を透過した荷電粒子の軌道をエネルギーフィルターによってエネルギーに応じて分離させ、
前記エネルギーフィルターによってエネルギーに応じて軌道が分離された荷電粒子において、特定のエネルギーを持つ荷電粒子をエネルギー選択スリットに通過させる
露光方法。A step of causing a charged particle beam to enter a mask in which a charged particle beam transmitting portion is formed in a predetermined pattern;
Selecting charged particles having specific energy among charged particles transmitted through the mask;
And a step of causing charged particles having specific energy to be incident on a photosensitive surface .
In the step of causing the charged particle beam to be incident on the mask, a charged particle beam having a specific energy is incident on the mask,
In the step of selecting charged particles that have passed through the mask,
In the charged particles that have passed through the mask, the charged particles scattered by the mask are eliminated on the entrance diaphragm surface,
The trajectory of the charged particles transmitted through the entrance diaphragm surface is separated according to energy by an energy filter,
In charged particles whose orbits are separated according to energy by the energy filter, charged particles having specific energy are passed through the energy selection slit.
Exposure method .
前記マスクを透過した荷電粒子のうち、特定のエネルギーをもつ荷電粒子を選別する工程と、
選別された特定のエネルギーをもつ荷電粒子をレジストに入射させ、前記レジストに前記パターンを転写する工程と
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記マスクに荷電粒子線を入射させる工程においては、特定のエネルギーの荷電粒子線を前記マスクに入射させ、
前記マスクを透過した荷電粒子を選別する工程においては、
前記マスクを透過した荷電粒子において前記マスクにて散乱された荷電粒子を、入射絞り面に排除させ、
前記入射絞り面を透過した荷電粒子の軌道をエネルギーフィルターによってエネルギーに応じて分離させ、
前記エネルギーフィルターによってエネルギーに応じて軌道が分離された荷電粒子において、特定のエネルギーを持つ荷電粒子をエネルギー選択スリットに通過させる
半導体装置の製造方法。A step of causing a charged particle beam to enter a mask in which a charged particle beam transmitting portion is formed in a predetermined pattern;
Selecting charged particles having specific energy among charged particles transmitted through the mask;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of causing charged particles having specific energy selected to enter a resist and transferring the pattern onto the resist ,
In the step of causing the charged particle beam to be incident on the mask, a charged particle beam having a specific energy is incident on the mask,
In the step of selecting charged particles that have passed through the mask,
In the charged particles that have passed through the mask, the charged particles scattered by the mask are eliminated on the entrance diaphragm surface,
The trajectory of the charged particles transmitted through the entrance diaphragm surface is separated according to energy by an energy filter,
In charged particles whose orbits are separated according to energy by the energy filter, charged particles having specific energy are passed through the energy selection slit.
A method for manufacturing a semiconductor device .
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