JP4458372B2 - マルチビーム荷電粒子線装置及びマルチビーム荷電粒子線の制御方法およびデバイス製造方法 - Google Patents
マルチビーム荷電粒子線装置及びマルチビーム荷電粒子線の制御方法およびデバイス製造方法 Download PDFInfo
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Description
特に、複数の荷電粒子線を用いてパタン描画を行うマルチビーム荷電粒子線装置及びマルチビーム荷電粒子線の制御方法およびデバイス製造方法に関する。
荷電粒子線露光装置は荷電粒子源から放出される荷電粒子を加速、成形、縮小し、試料上にビーム照射することによって所望のパタンを試料上に形成している。
多くの形態の露光装置では、荷電粒子を整形、縮小した後試料上に照射するが、特に露光装置のスループットが要求される場合には前記ビームは複数本生成され、各々独立に制御されることによって同時に複数のパタンを描画する方法が考案されている。
以上説明した荷電粒子線の制御方法として特開平9−245708号公報(特許文献1)に代表的な例が示されている。
本従来例では、一つの電子源から放射された電子ビームを複数のビームに分割し試料上に照射しており、一つ一つのビームの照射、非照射はマルチブランカー及びブランキング制御回路によって制御されている。
一方、ビーム電流とビーム解像度との間にはクーロン収差によるトレードオフ関係があり、大電流ビームを使用した際には解像度の劣化を避けることができない。
前記従来例においては個々のビームを独立にオンオフさせることはできるが、そのオンオフのタイミングは全て同時であった。
すなわち、複数本のビームが同時に試料上に到達しているために、ある時間断面を取った場合にビーム電流が大きくなることを避けることができず、解像度の劣化を招いている。
一方、全てのビームがウエハに照射されない時間も存在し、時間軸に対して非効率なビームの使用方法であった。
そこで、本発明は、マルチビーム荷電粒子線装置における個々のビームの照射タイミングをずらすことによって、クーロン効果による解像度の劣化を低減し、同時に高スループットを実現するマルチビーム荷電粒子線装置及びマルチビーム荷電粒子線の制御方法およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明のデバイス製造方法は、前記荷電粒子線装置は露光装置から成り、前記露光装置を用いてウエハを露光する工程と、前記ウエハを現像する工程と、を備えることを特徴とする。
このため、個々のビームの照射タイミングをずらすことによって、クーロン効果による解像度の劣化を低減し、高スループットを同時に実現する。
荷電粒子線の一例として本実施形態ではマルチ電子ビーム露光装置の例を示す。
なお、電子ビーム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、また露光装置に限らず他のマルチビーム荷電粒子線装置についても同様の効果を得ることができる。
電子源1(荷電粒子源)より放射状に放出される電子ビームはコリメータレンズ2によって所望の大きさを持った面積ビームに成形された後、マスク3にほぼ垂直入射される。マスク3は複数のパタンを持つマスクである。
マスク3を通して成形された電子ビーム10はレンズ4によってそれぞれブランキングアレイ6に収束される。
ブランキングアレイ6は偏向板アレイであり、個々のビームを偏向することが出来る。
ブランキングアレイ6によって偏向されたビームはブランキング絞り9によって遮蔽され、偏向されなかったビームはレンズ7により収束、ブランキング絞り9を通過し、レンズ8により収束、偏向器5によって試料上への照射位置を調整された後、試料11上に照射される。
偏向器5はラスタースキャンを行っており、偏向器5のスキャンタイミングとブランキングアレイ6の動作のタイミングによって所望の位置にビームが照射される。
各レンズ2,4,7,8はレンズ制御回路13によって制御され、偏向器5は偏向信号発生回路18により発生されるラスター偏向信号を偏向アンプ19に送信することによって制御される。
ブランキングアレイ6はブランキング制御回路17によって制御され、ブランキング制御回路17は描画パタン発生回路14、ビットマップ変換回路15、露光時間制御回路16によって生成されるブランキング信号により制御される。
図2においては2本のビーム制御の例であり、ブランカー1、ブランカー2の動作及び試料上への照射ビーム電流が示されている。
ブランカーは電圧が印加されている場合にビームはブランキング絞り9に遮蔽され、電圧が印加されていない場合に試料に照射される。
従って、ブランカー1、もしくはブランカー2の一方が動作している場合に対して、ブランカー1及びブランカー2の両者が動作していない場合には2倍のビーム電流が試料に照射される。
一方、ビーム電流とクーロン収差によるビーム解像度の劣化には関係があるため、ブランカー1もしくはブランカー2の一方が動作している場合に比べ、ブランカー1及びブランカー2の両者が動作していない場合には解像度の劣化が観察される。
つまり各々のショット毎に解像度の異なる描画が行われ、描画パタン精度の悪化の原因となる。
従来例においてはショットの開始時刻がブランカー1、ブランカー2間で同時であったが、本実施例1ではショットの開始時刻が異なっている。
ブランカー1の生成するショットとブランカー2の生成するショットが重なることがないため、どの時刻においても等しいビーム電流が試料に照射され、このためショットによって解像度が変化することがない。
また、ビーム本数が多くなった場合においてはショット同士の重なる場合も考えられるが、最もショットが重なった場合を考えても本実施例1は従来例より十分少ないビーム電流を実現することができる。
本実施例によるブランキング制御回路にはブランキングドライバ21−1,21−2の上流に照射開始時刻設定回路20−1,20−2が作りこまれており、照射開始時刻をブランキング1、2に対して異なる時刻に設定することによって図3に示した如く各ビームに対して異なるショットタイミングを発生させることができる。
上述した露光方法を用いて実際に露光を行うと、従来のショット開始時間がすべてのビームについて等しい場合に比べ、2倍のビーム電流及びほぼ2倍のスループットを実現でき、解像度の悪化は全く無いことがわかった。
実施例1ではブランカー1とブランカー2の照射開始時刻を異なるものとすることによって試料へ照射されるビーム量の均一化を図ったが、本実施例ではそれぞれのクロックを異なるものとすることによって同様の効果を得た。
本実施例2を説明するためのブランカーの動作を図5に示す。
実施例1においては、照射開始時刻設定回路によって照射時刻を設定したが、本実施例2では図5に示す如くブランカー1とブランカー2のクロックタイミングがずれている。
このタイミングのずれは図6に示すようにタイミング遅延回路22−1、22−2によって生成され、その結果実施例1と同様に均一な試料へのビーム照射を実現できた。
本実施例2においては2つのブランカーの動作を用いて説明したが、ブランカーが増加した場合においても適切なタイミング遅延を行うことにより同様の効果を実現することができる。
前記の露光装置を用いて露光実験を行ったところ、実施例1と同様従来の方法と比較してほぼ2倍のスループットを実現することができる一方、解像度の劣化は全く無い事がわかった。
実施例1及び実施例2においてはビームの試料への到達をビーム毎に異なるものとすることによってクーロン効果による解像度の劣化を抑制することができた。
しかしながらビームの照射タイミングをずらすことによってその照射される位置がずれてしまい、描画精度の劣化を招く。
本実施例3は以上の点を鑑み、ビームの照射タイミングをずらしても照射される位置のずれない露光装置の例を説明する。
本実施例3を説明するための図を図1、図7及び図8に示す。
図7(a)は各々のビームが描画する描画領域を示しており、23−1、23−2‥‥はそれぞれビーム1、ビーム2‥‥が描画する描画領域である。
本実施例3では本実施例1および本実施例2と同様、ビーム1、ビーム3、ビーム5‥‥とビーム2、ビーム4、ビーム6‥‥の試料へのビーム照射タイミングをずらすことによってクーロン効果による解像度劣化を抑制している。
具体的にはビーム1、ビーム3、ビーム5‥‥のビーム照射時刻をビーム2、ビーム4、ビーム6のビーム照射時刻より遅らせることによってショットがなるべく重ならないようにしている。
しかしながら、ビームの照射タイミングをずらすことによってその照射される位置がずれてしまう。
例えば、ビーム1の照射領域とビーム2の照射領域はビーム2の照射時刻が早い為に、描画データの通りに描画すると照射領域23−1と照射領域23−2は図7(b)の如く1ピクセル以下ではあるが重なりができる。
一方、照射開始時刻のずらし量はあらかじめわかっている為、重なり量はあらかじめ予測、補正することができる。
また、この重なり量は1ピクセル以下である為、パタンエッジ部の露光量補正を行うことによって照射領域の重なりを無くし、精度の良い描画を行うことができる。
図8(a),(b)はそれぞれあるパタン描画のブランカーの動作及び蓄積エネルギー分布を示している。本パタンの描画に際して、ビーム照射開始時間を(c)の如く変化させた場合パタンも(d)の如くシフトしてしまう。
しかしながら(e)の如くパタンエッジ部の露光量を照射開始時間に応じて変化させることによって(f)の如く(b)と同様の描画結果を得ることができる。
照射開始時間に応じた露光量の変化は図1中露光時間制御回路16内にて計算を行うことによって実現できる。
なお、本実施例では露光量を変化させることによって照射開始時間変化に伴うビーム照射位置の変動を補正したが、露光量の変化だけでなく、露光パタンを露光領域毎にシフトさせることによっても同様の効果を得ることができる。
また、本実施例においては、照射時刻開始時間の変化は、図7(a)に示す如く各照射領域に対して市松状に分布させたが、行ごとに変化させた場合には露光量の計算もしくは露光パタンのシフト量の計算をより簡便に行うことができ、同様の効果を実現することができる。
本実施例3による照射位置の補正を行い描画実験を行ったところ、実施例1、2においてはそれぞれの露光フィールドが1/2ピクセル、すなわち4ナノメートル重なり精度が悪化していたものが本実施例3では露光フィールドの重なりをゼロにすることができた。
実施例1、2、3についてはビームの照射タイミングがずれることによってその試料への照射位置がずれ、実施例3についてはその補正方法について説明したが、本実施例4では補正の不要な露光装置の説明を行う。
本実施例3において、図1中の偏向信号発生回路18及び偏向アンプ19によってビームはラスタースキャンされていたが、本実施例4では偏向信号発生回路18及び偏向アンプ19によりビームをステップ偏向する。
すなわち、クロック毎にビームの照射位置が固定される為に、クロック内のビーム照射タイミングを変えたとしても常に同じ位置に露光され、露光精度が悪化することがない。
本実施例4によるステップ偏向方式を用いて露光実験を行ったところ、従来の方式に比べほぼ2倍のスループットを実現できる一方、解像度の劣化、位置精度の劣化は殆ど観察されないことがわかった。
図9は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
ステップS1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行う。
ステップS2(マスク製作)では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップS3(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S4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。
ステップS5(組み立て)は、後工程と呼ばれ、ステップS4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)等の組み立て工程を含む。
ステップS6(検査)では、ステップS5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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷(ステップS7)される。
ステップS11(酸化)では、ウエハの表面を酸化させる。
ステップS12(CVD)では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップS14(イオン打ち込み)では、ウエハにイオンを打ち込む。
ステップS15(レジスト処理)では、ウエハに感光剤を塗布する。
ステップS16(露光)では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。
ステップS17(現像)では、露光したウエハを現像する。
ステップS18(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S19(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。
4 レンズアレイ 5 偏向器 6 ブランキングアレイ
7、8 レンズ 9 ブランキング絞り
10 ビーム 11 試料 12 コントローラ
13 レンズ制御回路 14 描画パタン発生回路
15 ビットマップ変換回路 16 露光時間制御回路
17 ブランキング制御回路 18 偏向信号発生回路
19 偏向アンプ
20−1、20−2 照射開始時刻設定回路
21−1、21−2 ブランキングドライバ
22−1、22−2 タイミング遅延回路
23−1〜23−4 ビーム1〜4がそれぞれ描画する領域
Claims (5)
- 試料を照射する荷電粒子線装置において、
複数の荷電粒子線を生成する生成手段と、
前記生成手段と前記試料との間に配置され、前記生成手段により生成された前記複数の荷電粒子線のうち第1の荷電粒子線および前記第1の荷電粒子線に隣接する第2の荷電粒子線を前記試料に到達させるブランキング手段と、
前記第1の荷電粒子線および前記第2の荷電粒子線を偏向する偏向手段と、
前記第1の荷電粒子線が前記試料に到達する第1の照射タイミングと、前記第2の荷電粒子線が前記試料に到達する第2の照射タイミングをずらすように制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段の照射タイミングずらしによって生じる、前記第1の荷電粒子線が前記偏向手段により偏向されて前記試料に到達する第1の照射領域と、前記第2の荷電粒子線が前記偏向手段により偏向されて前記試料に到達する第2の照射領域との、重なりを補正することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 前記制御手段の制御に伴い、荷電粒子線照射量を変化させることを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。
- 前記制御手段の制御に伴い、荷電粒子線照射位置を変化させることを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。
- 複数の荷電粒子線を生成し、生成された前記複数の荷電粒子線のうち第1の荷電粒子線および前記第1の荷電粒子線に隣接する第2の荷電粒子線を試料に到達させて、前記試料を照射する荷電粒子線装置の制御方法において、
前記第1の荷電粒子線および前記第2の荷電粒子線を偏向する偏向ステップと、
前記第1の荷電粒子線が前記試料に到達する第1の照射タイミングと、前記第2の荷電粒子線が前記試料に到達する第2の照射タイミングをずらすように制御する制御ステップと、
前記制御ステップの照射タイミングずらしによって生じる、前記第1の荷電粒子線が前記偏向ステップで偏向されて前記試料に到達する第1の照射領域と、前記第2の荷電粒子線が前記偏向ステップで偏向されて前記試料に到達する第2の照射領域との、重なりを補正する補正ステップと、を備えることを特徴とする荷電粒子線装置の制御方法。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の荷電粒子線装置は、露光装置から成り、
前記露光装置を用いてウエハを露光する工程と、
前記ウエハを現像する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
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