JP4356064B2 - 荷電粒子線露光装置および該装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線露光装置やイオンビーム露光装置等の荷電粒子線露光装置に関し、特に、縮小電子光学系を介して基板を露光する荷電粒子線露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置には、従来、ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型やサイズ可変の矩形断面にして使用する可変矩形ビーム型の装置がある。
【０００３】
ポイントビーム型の電子ビーム露光装置では単一の電子ビームを用いて描画するため、高解像度で描画が行なえる反面、スループットが低いので、研究開発用や露光マスク製作用等の一定の用途にしか使用されていない。可変矩形ビーム型の電子ビーム露光装置では、ポイントビーム型と比べるとスループットが１〜２桁高いが、基本的には単一の電子ビームを用いて描画するため０．１μｍ程度の微細なパターンが高集積度で詰まったパターンを露光する場合などではやはりスループットの点で問題が多い。
【０００４】
この問題点を解決する装置として、描画するパターンをステンシルマスクにパターン透過孔として形成し、ステンシルマスクを電子ビームで照明することにより、縮小電子光学系を介して描画するパターンを試料面に転写するステンシルマスク型の電子ビーム露光装置がある。また、複数の開口を有する基板を電子ビームで照明し、複数の開口を透過して照射される複数の電子ビームを縮小電子光学系を介し、試料面に照射し、その複数の電子ビームを偏向させて試料面を走査させるとともに、描画するパターンに応じて複数の電子ビームを個別にオン／オフして所望のパターンを描画するマルチ電子ビーム型露光装置がある（例えば、特許文献１参照）。双方とも一度に露光する面積、すなわち露光面積が従来にくらべ広いため、スループットがより改善できるという特徴がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２４５７０８号公報（図１等）
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、一度に露光する面積すなわち露光面積が従来にくらべ広いため、縮小電子光学系の非点収差を補正する際、縮小電子光学系内に設けられた非点補正器を用いると、他の収差（特に歪曲）が発生する。そのため、所望のパターンをウエハ上に形成することが難しい。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、縮小電子光系の非点収差を、他の収差の発生を低減しつつ、低減することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】
上記目的を達成するため、本発明の荷電粒子線露光装置は、荷電粒子線を用いて基板を露光する荷電粒子線露光装置において、荷電粒子線を放射する荷電粒子源の像を形成する第１形成手段と、アパーチャアレイを含み、前記荷電粒子源の像から複数の荷電粒子源の像を形成する第２形成手段と、前記複数の荷電粒子源の像を前記基板に縮小投影する縮小電子光学系と、前記荷電粒子源と前記アパーチャアレイとの間に配置され、前記第１形成手段が形成する前記荷電粒子源の像の非点収差を調整する第１非点調整手段と、を有し、前記縮小電子光学系は、複数の荷電粒子線を偏向する偏向手段と、非点収差を調整する第２非点調整手段とを含み、前記偏向手段による前記複数の荷電粒子線の偏向によって変動する非点収差の量の最大量と最小量との平均量は、前記第１非点調整手段によって補正し、前記変動する非点収差の量から前記平均量を差し引いた量は、前記第２非点調整手段によって補正する、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の荷電粒子線露光装置は、特に、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の微小パターンを有するデバイスを製造するために好適に用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
荷電粒子線露光装置の一例として、本実施形態では電子線露光装置の例を示す。なお、本実施形態は、電子線に限らず、イオンビームを用いた露光装置にも同様に適用できる。
【００１３】
＜電子ビーム露光装置の構成要素説明＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電子線露光装置の要部概略図である。図１において、不図示の電子銃で発生した電子線はクロスオーバ像１を形成する（以下、このクロスオーバ像を電子源１と記す）。この電子源１から放射される電子ビームは、ビーム整形光学系２を介して、電子源１の像ＳＩを形成する。その際、像ＳＩは磁界型の８極子スティグメータである第１のスティグメータ３（第１非点調整手段）により、非点収差を発生させる（調整する）ことができる。この非点収差により、後述のウエハ９上に投影される電子ビーム像の非点収差を補正することができる。
【００１４】
像ＳＩからの電子ビームは、コリメータレンズ４によって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビームは複数の開口を有するアパーチャアレイ５を照明する。アパーチャアレイ５は、複数の開孔を有し、略平行な電子ビームはこれらの開孔を通過することにより、複数の電子ビームに分割される。アパーチャアレイ５で分割された複数の電子ビームは、静電レンズが複数形成された静電レンズアレイ６により、像ＳＩの中間像を形成する。中間像面には、ブランカーが複数形成されたブランカーアレイ７が配置されている。
【００１５】
中間像面の下流には、２段の対称磁気タブレット・レンズ８１、８２で構成された縮小電子光学系８があり、複数の中間像がウエハ９上に投影される。このとき、ブランカーアレイ７で偏向された電子ビームは、ブランキングアパーチャＢＡによって遮断されるため、ウエハ９には照射されない。一方、ブランカーアレイ７で偏向されない電子ビームは、ブランキングアパーチャＢＡによって遮断されないため、ウエハ９に照射される。すなわち、ブランカーアレイ７は、アパーチャアレイ５で分割された複数の電子ビームを個別に、ウエハ９に照射させるか否か制御（オン・オフ）する。
【００１６】
下段のタブレット・レンズ８２内には、複数の電子ビームを同時にＸ，Ｙ方向の所望の位置に変位させるための偏向器１０、複数の電子ビームの非点収差を同時に調整する静電型の８極子スティグメータである第２のスティグメータ１１（第２非点調整手段）、および複数の電子ビームのフォーカスを同時に調整するフォーカスコイル１２が配置されている。１３はウエハ９を搭載し、光軸と直交するＸＹ方向に移動可能なＸＹステージである。ＸＹステージ１３上には、ウエハ９を固着するための静電チャック１５と、電子ビームの形状を測定するためのＸおよびＹ方向に延びるシングルナイフエッジを電子ビーム入射側に有する半導体検出器１４が配置されている。電子ビームをＸ方向に延びるシングルナイフエッジに対しＹ方向に走査したときの半導体検出器１４の出力変化により、電子ビームのＸ方向の形状を計測することができ、Ｙ方向に延びるシングルナイフエッジに対しＸ方向に走査することにより、電子ビームのＹ方向の形状を計測することができる。
【００１７】
なお、第１のスティグメータ３は、光源１とアパーチャアレイ５との間のどこに配置しても良いが、光源１と像ＳＩが形成される位置との間に配置することが好ましい。この場合、第１スティグメータ３は、ビーム整形光学系２が荷電粒子源像ＳＩを形成する際、非点収差を発生させることになる。
【００１８】
＜システム構成および描画方法の説明＞
本実施形態のシステム構成図を図２に示す。
第１スティグメータ制御回路２１は、第１のスティグメータ３の直交する方向の焦点距離の差を調整することにより、電子源像ＳＩの非点を制御する回路、ブランカーアレイ制御回路２２は、ブランカーアレイ７を構成する複数のブランカーを個別に制御する回路、偏向器制御回路２３は、偏向器１０を制御する回路、第２スティグメータ制御回路２４は、第２のスティグメータ１１の直交する方向の焦点距離の差を調整することにより、縮小電子光学系８の非点を制御する回路、電子ビーム形状検出回路２５は、半導体検出器１４からの信号を処理する回路、フォーカス制御回路２６は、フォーカスコイル１２の焦点距離を調整することにより縮小電子光学系８の焦点位置を制御する回路、ステージ駆動制御回路２７は、ステージ１３の位置を検出する不図示のレーザ干渉計と共同してＸＹステージ１３を駆動制御する制御回路である。主制御系２８は、上記複数の制御回路を制御し、電子ビーム露光装置全体を管理する。
【００１９】
本実施形態の描画方法の説明図を図３に示す。
主制御系２８は、露光制御データに基づいて、偏向制御回路２３に命じ、偏向器６によって、複数の電子ビーム偏向させるとともに、ブランカーアレイ制御回路２２に命じ、ウエハ９に露光（描画）すべきパターンに応じてブランカーアレイ７のブランカーを個別にオン・オフさせる。各電子ビームは、図３（ａ）に示すようにウエハ９上の対応する要素露光領域（ＥＦ）を走査露光する。各電子ビームの要素露光領域（ＥＦ）は、２次元に隣接するように設定されているので、その結果、同時に露光される複数の要素露光領域（ＥＦ）で構成されるサブフィールド（ＳＦ）が露光される。
【００２０】
１つの実施例において、電子ビームの数は３２×３２＝１０２４本であり、各電子ビームは約２μｍ角の要素露光領域（ＥＦ）を描画する。ここで、１本の電子ビーム径は、ウエハ９上では約６０ｎｍとなる。この要素露光領域が３２×３２＝１０２４個で１つのサブフィールド（ＳＦ）が構成される。１つのサブフィールド（ＳＦ）の大きさは約６４μｍ角である。
【００２１】
主制御系２８は、サブフィールド（ＳＦ１）を露光後、次のサブフィールド（ＳＦ２）を露光するために、偏向制御回路２３に命じ、偏向器１０によって、複数の電子ビームを偏向させる。この時、偏向によってサブフィールドが変わることにより、各電子ビームが縮小電子光学系８を介して縮小投影される際の収差も変わる。第２スティグメータ制御回路２４は、主制御系２８からの指令に基づき、この収差が一定となるように補正を行なう。この収差は、半導体検出器１４とＸＹ方向に延びたナイフエッジとを用いて、電子ビームの形状として計測することができる。予め偏向位置とビーム形状との関係を求めておき、描画中にサブフィールド切換等による偏向によって変化する非点収差は、第２スティグメータ制御回路２４の指令の下で、第２のスティグメータ１１を用いて補正する。
【００２２】
上記実施例において、約６４μｍ角のサブフィールドの３２×３２＝１０２４個からなる約２ｍｍ角のサブフィールド群を露光すると、ＸＹステージを約２ｍｍ移動して、次の１０２４個のサブフィールド群の露光を行なう。偏向器１０は、図示はされていないが、偏向幅が広い場合に用いられる主偏向器と偏向幅が狭い場合に用いられる副偏向器で構成されていて、主偏向器は電磁型偏向器で、副偏向器は静電型偏向器である。描画時の走査は静電型の副偏向器で行ない、サブフィールドの切換は電磁型の主偏向器で行なう。
【００２３】
＜動作の説明＞
図４を用いて本実施形態の電子ビーム露光装置の動作について説明する。露光装置のウエハ処理のために、主制御系２２は下記のステップを実行する。
【００２４】
（ステップ１） 主制御系２８は、偏向器制御回路２３によって、複数の電子ビームをサブフィールドＳＦ１に偏向し、電子ビーム形状検出回路２５によって、サブフィールドの略中心に位置する中心ビームだけを半導体検出器１４のナイフエッジ上を走査し、そのビームのＸ方向およびＹ方向のビーム径を測定する。さらにフォーカス制御回路２６によって、フォーカスを変え、そのビームのＸ方向およびＹ方向のビーム径を測定する。そして、Ｘ方向のビーム径が最小となるフォーカス位置をＦｘとし、Ｙ方向のビーム径が最小となるフォーカス位置をＦｙとし、そのサブフィールドの非点量をＦｘ−Ｆｙとする。順次、サブフィールドを変更して、サブフィールド毎の中心ビームの非点量を検出する。
【００２５】
（ステップ２） ステップ１により、図５に示すようなサブフィールド毎の中心ビームの非点量が得られる。これから、最大非点量（Ｈ＿ＡＳ）と最小非点量（Ｌ＿ＡＳ）を求め、平均非点量（Ｍ＿ＡＳ＝（Ｈ＿ＡＳ＋Ｌ＿ＡＳ）／２）を算出する。
【００２６】
（ステップ３） サブフィールド毎の非点量から平均非点量を差し引いた非点量をサブフィールド毎の変動非点量とする。その結果、平均非点量は、サブフィールドの変更がある描画中、変動しない非点量とみなせ、また、変動非点量は、変動する非点量とみなせる。
【００２７】
（ステップ４） 平均非点量を第１のスティグメータ３で補正する。第１のスティグメータの機能を、図６を用いて説明する。第１のスティグメータの駆動がオフのとき、電子源像ＳＩは、略円形で、ブランカーアレイ上の複数の電子源像も略円形である。しかし、縮小電子光学系８の非点収差のため、ウエハ９上の複数の電子源像は、楕円となる。一方、第１のスティグメータの駆動をオンすると、縮小電子光学系８の非点収差をキャンセルするように、電子源像ＳＩは楕円となり、同時に、ブランカーアレイ上の複数の電子源像も楕円になる。その結果、ウエハ上の複数の電子源像は、略円形となる。また、非点を補正する際、元の電子源像ＳＩに非点を発生させるので、縮小電子光学系８の他の収差が発生することがない。
【００２８】
第１のスティグメータ３は、電子源像ＳＩが縮小される前に非点量を調整するので、縦倍率の関係から、同じ縮小電子光学８の非点を補正する場合、第２スティグメータ１１に比べ、より大きな非点量を付加しなればならない。そこで、第１のスティグメータ３は、非点駆動量が大きくできる電磁型にしている。一方、第２のスティグメータは、静電型にしている。電磁型は、静電型に比べ応答が悪い。そこで、本実施形態では、平均非点量は磁界型の第１スティグメータ３で、変動非点量は静電型の第２スティグメータ１１で補正している。
【００２９】
（ステップ５） ウエハ９をステージ１３に搬入する。
（ステップ６） 主制御系２８は、偏向器制御回路２３によって、複数の電子ビームを露光対象のサブフィールドに偏向する。
（ステップ７） 主制御系２８は、ステップ５と同時に、露光対象のサブフィールドに対応した変動非点量を、第２スティグメータに命じ、補正させる。
【００３０】
（ステップ８） 露光対象のサブフィールドを描画する。
（ステップ９） すべてのサブフィールドの描画が完了したらステップ１０に進み、そうでない場合はステップ６に戻る。
（ステップ１０） ウエハ９をステージ１３から搬出する。
【００３１】
本実施形態によれば、他の収差の発生を抑えながら縮小電子光学系の非点を補正することができる。これにより、ウエハ上に所望の微細パターンを露光することができる。したがって、この装置を用いてデバイスを製造すれば、従来以上に歩留まり高くデバイスを製造することができる。
【００３２】
＜デバイスの生産方法＞
次に上記説明した電子線露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施形態を説明する。
【００３３】
図７は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。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なう。ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ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ウエハ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なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００３４】
図８は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト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レジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００３５】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の荷電粒子線露光装置によれば、縮小電子光学系の非点収差を、他の収差の発生を低減しつつ、低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る電子露光装置の要部概略を示す図である。
【図２】 本実施形態のシステムを説明する図である。
【図３】 本実施形態の描画方法を説明する図である。
【図４】 本実施形態の露光動作を説明する図である。
【図５】 平均非点量を説明する図である。
【図６】 第１スティグメータの機能を説明する図である。
【図７】 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【図８】 図７におけるウエハプロセスを説明する図である。
【符号の説明】
１：電子源、２：ビーム整形光学系、３：第１のスティグメータ、４：コリメータレンズ、５：アパーチャアレイ、６：静電レンズアレイ、７：ブランカーアレイ、８：縮小電子光学系、９：ウエハ、１０：偏向器、１１：第２のスティグメータ、１２：フォーカスコイル、１３：ＸＹステージ、１４：半導体検出器、１５：静電チャック。

Claims (3)

1. 荷電粒子線を用いて基板を露光する荷電粒子線露光装置において、
   荷電粒子線を放射する荷電粒子源の像を形成する第１形成手段と、
   アパーチャアレイを含み、前記荷電粒子源の像から複数の荷電粒子源の像を形成する第２形成手段と、
   前記複数の荷電粒子源の像を前記基板に縮小投影する縮小電子光学系と、
   前記荷電粒子源と前記アパーチャアレイとの間に配置され、前記第１形成手段が形成する前記荷電粒子源の像の非点収差を調整する第１非点調整手段と、を有し、
   前記縮小電子光学系は、複数の荷電粒子線を偏向する偏向手段と、非点収差を調整する第２非点調整手段とを含み、
   前記偏向手段による前記複数の荷電粒子線の偏向によって変動する非点収差の量の最大量と最小量との平均量は、前記第１非点調整手段によって補正し、前記変動する非点収差の量から前記平均量を差し引いた量は、前記第２非点調整手段によって補正する、
   ことを特徴とする荷電粒子線露光装置。
2. 前記第１非点調整手段は、電磁型の調整手段であり、前記第２非点調整手段は、静電型の調整手段である、ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光装置。
3. 請求項１または２に記載の荷電粒子線露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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