JP4468752B2 - 荷電粒子線露光方法、荷電粒子線露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に半導体集積回路等の露光に用いられる電子線露光装置、イオンビーム露光装置等に適した荷電粒子線露光（描画）方法に関するものである。

荷電粒子線露光装置には、ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型、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、及びステンシルを使用して所望断面形状にするステンシルマスク型等の装置がある。

ポイントビーム型の電子ビーム露光装置では、スループットが低いので、研究開発用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、ポイント型と比べるとスループットが１〜２桁高いが、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。他方、ステンシルマスク型の電子ビーム露光装置は、可変矩形アパーチャに相当する部分に複数の繰り返しパターン透過孔を形成したステンシルマスクを用いる。従って、ステンシルマスク型の電子ビーム露光装置では、繰り返しパターンを露光する場合のメリットが大きいが、１枚のステンシルマスクに納まらない多数の転写パターンが必要な半導体回路に対しては、複数牧のステンシルマスクを作成しておいて、それを１枚ずつ取り出して使用する必要があり、マスク交換の時間が必要になるため、著しくスループットが低下するという問題点がある。

この問題点を解決する装置として、複数の電子ビームを設計上の座標に沿って試料面に照射し、設計上の座標に沿って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ｏｎ／ｏｆｆして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。マルチ電子ビーム型露光装置は、ステンシルマスクを用いずに任意の描画パターンを描画できるのでスループットがより改善できるという特徴がある。

図５（Ａ）に、従来のマルチ電子ビーム型露光装置の概要を示す。５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃは、個別に電子ビームをｏｎ／ｏｆｆできる電子銃である。５０２は、電子銃５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃからの複数の電子ビームをウエハ５０３上に縮小投影する縮小電子光学系であり、５０４は、ウエハ５０３に縮小投影された複数の電子ビームを偏向させる偏向器である。

図５（Ｂ）に示すように、電子銃５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃからの電子ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３は、偏向器５０４によって同一の偏向量を与えられる。それにより、それぞれのビーム基準位置を基準として、各電子ビームは偏向器５０４が定める配列（要素露光領域）に従ってウエハ上での位置を順次整定して移動する。すなわち、同一の配列に従って露光すべきパターンを露光する様子を示している。各電子ビームは、同時刻の配列上の位置を（１，１）、（１，２）、．．．．（１，１６）、（２，１）、（２，２）、．．．．（２，１６）、（３，１）、．．となるように位置を整定して移動していく。ここで、それぞれの電子ビームの小露光領域ＥＳ１，ＥＳ２，ＥＳ３は、偏向器５０４によって定まり、各要素露光領域は隣接される。そして、各小露光領域では、電子ビームを偏向するとともに電子ビームの照射を制御することによって露光すべきパターン（Ｐ_ｌ，Ｐ_２，Ｐ_３）が露光される。
特開平１０−６４８１２号公報

各電子ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３が露光するパターンＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３によって図５（Ｂ）のような連続するパターンＰ_Ｏを露光しようとする場合がある。しかしながら、偏向器５０４の偏向精度もしくは縮小電子光学系５０２の経時変化等により、図５（Ｃ）のように各小露光領域ＥＳ１，ＥＳ２，ＥＳ３が隣接せず、互いに離れることがある。その結果、連続するべきパターンＰ_Ｏは、互いに接しないＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３に分断されて、露光される。よって、このようなパターンが露光されたウエハから製造された半導体素子においては、配線の断線等により所望の動作を達成できず、半導体素子製造の歩留まりを著しく低下させるという問題点がある。

本発明は、繋ぎを確実に行うことができ、所望パターンを的確に露光することができる荷電粒子線描画方法を提供することを主な目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の荷電粒子線露光方法は、複数の荷電粒子線を基板上の異なる位置に入射させ、前記複数の荷電粒子線を偏向する偏向器によって定められる各荷電粒子線の要素露光領域内で荷電粒子線を偏向させるとともに、各荷電粒子線の前記基板上への照射を制御することで、前記基板上の複数の要素露光領域内にパターンを露光する荷電粒子線露光方法であって、前記複数の要素露光領域のうち隣接する第１要素露光領域と第２要素露光領域とを重複させて多重露光領域を設定する工程と、前記多重露光領域のみに存在するパターン、及び、前記多重露光領域と前記第１要素露光領域又は前記第２要素露光領域における前記多重露光領域以外の領域とにまたがって存在するパターンは多重露光せず、前記多重露光領域と前記第１要素露光領域及び前記第２要素露光領域における前記多重露光領域以外の領域とにまたがって存在するパターンは多重露光する工程と、を有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、ラスタースキャン荷電粒子線露光装置において、繋ぎが確実に行え、所望のパターンを露光できる荷電粒子線露光方法を提供することができる。また、この方法を用いてデバイスを製造すれば、従来以上に歩留まりの高いデバイスを製造することができる。

荷電粒子線露光装置の一例として本発明の実施例では電子線露光装置を示す。なお、本発明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。

＜電子ビーム露光装置の構成要素の説明＞
図１は本発明の実施例１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、電子銃（図示せず）で発生した電子線はクロスオーバ像を形成する（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３（ＳＩ）を形成する。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、複数の開口を有し、電子ビームを複数の電子ビームに分割する。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、静電型偏向器である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。

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。

下段のダブレット・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、及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。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電子ビーム入射側にナイフエッジを有する半導体検出器１４が配置されている。

＜システム構成及び露光方法の説明＞
本実施例に係るシステム構成図を図２に示す。ブランカーアレイ制御回路２１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であり、偏向器制御回路２２は、偏向器１０を制御する回路である。電子ビーム形状検出回路２３は、半導体検出器１４からの信号を処理する回路であり、フォーカス制御回路２４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であり、ステージ駆動制御回路２５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ステージ１３を駆動制御する制御回路である。主制御系２６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。

本実施例に係る露光方法の説明図を図３に示す。図３にはニ点鎖線で表した円内の部分拡大図が含まれでいる。 主制御系２６は、露光制御データに基づいて、偏向制御回路２２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とともに、ブランカーアレイ制御回路２１に命じ、ウエハ９に露光すべきピクセルＰＸに応じた指令値に基づいてブランカーアレイ７のブランカーを個別にｏｎ／ｏｆｆさせる。各電子ビームは、図３に示すように、ウエハ９上の対応する要素露光領域（ＥＦ）をラスタースキャン露光する。各電子ビームＥＢ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。

主制御系２６は、サブフィールド（ＳＦ１）を露光後、次のサブフィールド（ＳＦ２）
を露光する為に、偏向制御回路２２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。

本実施例に係る描画方法では、図４において、隣接する実線で表した要素露光領域１と点線で表した要素露光領域２とは重複させ、隣接の要素露光領域１及び要素露光領域２の双方で描画（露光）する多重描画領域（多重露光領域）を設定している。そして、要素露光領域１内の実線で表した部分は要素露光領域１で描画し、要素露光領域２内の点線で表した部分は要素露光領域２で描画し、破線で表した部分は要素露光領域１及び要素露光領域２で描画し、かつ多重描画領域では多重描画を行う。

そのため、たとえ要素露光領域同士の相対的位置関係が設計上の関係から多少ずれても、その形状が歪むだけで、連続パターンは連続パターンとして露光できる。また、多重描画領域の幅は、描画するパターンの中でその線幅の一様性が厳しい例えばゲートのようなパターンを注目パターンとして設定する。そして、その長辺をＬとした時、多重描画領域の幅をＬ以上、すなわち長辺以上に設定している。その結果、多重描画領域に位置する注目パターンは、どちらか一方の要素領域のみで存在するので、繋ぎなしのパターンとして露光できる。

（デバイスの製造方法）
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製造方法の例を実施例２として説明する。 図６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（ＥＢデータ変換）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。

図７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。

本実施例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。

本発明の実施例に係る電子線露光装置の要部概略を示す図である。 本発明の実施例に係るシステムを説明するための図である。 本発明の実施例に係る描画方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係る多重描画を説明するための図である。 従来のマルチ電子ビーム露光装置を説明するための図である。 本発明の実施例に係るデバイスの製造フローを示す図である。 本発明の実施例に係るウエハプロセスのフローを示す図である

符号の説明

１：電子源、２：ビーム整形光学系、３（ＳＩ）：電子源の像、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、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、８１,８２：タブレット・レンズ。

Claims (5)

1. 複数の荷電粒子線を基板上の異なる位置に入射させ、前記複数の荷電粒子線を偏向する偏向器によって定められる各荷電粒子線の要素露光領域内で荷電粒子線を偏向させるとともに、各荷電粒子線の前記基板上への照射を制御することで、前記基板上の複数の要素露光領域内にパターンを露光する荷電粒子線露光方法であって、
   前記複数の要素露光領域のうち隣接する第１要素露光領域と第２要素露光領域とを重複させて多重露光領域を設定する工程と、
   前記多重露光領域のみに存在するパターン、及び、前記多重露光領域と前記第１要素露光領域又は前記第２要素露光領域における前記多重露光領域以外の領域とにまたがって存在するパターンは多重露光せず、前記多重露光領域と前記第１要素露光領域及び前記第２要素露光領域における前記多重露光領域以外の領域とにまたがって存在するパターンは多重露光する工程と、
   を有することを特徴とする荷電粒子線露光方法。
2. ゲートパターンを注目パターンとして設定する工程と、
   前記多重露光領域の幅が前記注目パターンの長辺以上となるように、前記多重露光領域を設定する工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光方法。
3. 請求項１または２に記載の荷電粒子線露光方法を用いてデバイスを製造する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。
4. 複数の荷電粒子線を基板上の異なる位置に入射させる照射手段と、
   各荷電粒子線を各要素露光領域内で偏向させる偏向手段と、
   各荷電粒子線の前記基板への照射を制御する照射制御手段と、
   前記基板上の複数の要素露光領域のうち隣接する第１要素露光領域と第２要素露光領域とを重複させて多重露光領域を設定するとともに、前記多重露光領域のみに存在するパターン、及び、前記多重露光領域と前記第１要素露光領域又は前記第２要素露光領域における前記多重露光領域以外の領域とにまたがって存在するパターンは多重露光せず、前記多重露光領域と前記第１要素露光領域及び前記第２要素露光領域における前記多重露光領域以外の領域とにまたがって存在するパターンは多重露光するように制御する手段と、
   を備える荷電粒子線露光装置。
5. 請求項４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、露光された前記基板を現像する工程と、を備えるデバイス製造方法。

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