JP4477434B2 - 荷電粒子線露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線露光装置およびデバイス製造方法に関するものである。

複数のマスクを持つ荷電粒子線露光装置において、絞りとしてのマスクの相対位置を補正する手段としては特開平７−１３０５９５号公報（特許文献１）に提案されている方法がある。特許文献１に記載の方法は、可変成型方式の電子線描画装置におけるマスク位置補正手段であり、第２マスク面に結像される第１マスク像と第２マスクとの相対位置を調整している。上記第１マスク像と第２マスクによって試料上に形成される像はマスク相対位置が変動するとビームサイズ変動を伴う。したがって試料上のビームサイズを測定することによって両マスクの相対位置変動を測定することができ、上記従来技術では第２マスクが配置されるマスクステージを移動させることによって、前記ビームサイズが規定値内に収まるように調整を行っている。
特開平７−１３０５９５号公報

しかしながら上記従来例では測定に使用するビームが描画（露光）に使用するビームと同一であるため、描画中には前記両マスクの相対位置変動を測定することができず、描画を一旦中止して測定を行うか、描画の前後に測定を行わなければならない。また、第１マスク像と第２マスク開口との相対回転、相対倍率の補正は非常に困難である。

本発明は、複数枚の絞りの相対位置の測定に有利な荷電粒子線露光装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、複数枚の絞りを有し、該複数枚の絞りを通過した荷電粒子線で試料を露光する荷電粒子線露光装置に係り、該荷電粒子線露光装置は、前記複数枚の絞りの相対位置を測定する測定手段を有し、前記測定手段は、前記複数枚の絞りのそれぞれに設けられた、前記試料の露光に使用する開口以外の標的を介して前記相対位置を測定し、前記標的は、前記複数枚の絞りのそれぞれに複数個配置され、複数個配置された前記標的の間隔は前記複数枚の絞りのそれぞれによって異なる。
前記標的は、開口、反射型マーク、及び透過型マークのいずれかでありうる。
前記荷電粒子線露光装置は、前記測定手段により測定された相対位置に基づいて前記複数枚の絞りの相対位置を補正する補正手段を有しうる。
前記補正手段による前記相対位置の補正は、前記試料の露光と並行して実行されうる。
前記荷電粒子線露光装置は、前記測定手段の測定結果が規定値を超えたことを作業者に通知する通知手段を有しうる。
前記補正手段は、前記複数枚の絞りの相対位置を補正するための偏向器および回転レンズ、または、前記複数枚の絞りの相対位置を補正するために前記複数枚の絞りのいずれかの位置を調整する微動機構を含みうる。
本発明の他の側面は、デバイス製造方法に係り、該デバイス製造方法は、上記の荷電粒子線露光装置を用いて試料を露光する工程と、前記工程で露光された試料を現像する工程とを含む。

以上説明したように本発明によれば、複数枚の絞りの相対位置の測定に有利な荷電粒子線露光装置を提供できる。

荷電粒子線の一例として本実施形態では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る。

（電子ビーム露光装置の構成要素の説明）
図１は本発明に係る電子ビーム露光装置の要部概略を示す断面図である。図１において、電子源１より放射状に放出される電子ビームは、レンズ２によって成形された後アパーチャアレイ３にほぼ垂直入射される。アパーチャアレイ３は、５０ミクロンの開口が１０行１０列に露光領域内に配置されており、マルチ電子ビーム１６を形成する。形成されたマルチ電子ビーム１６は、レンズアレイ４、及びマルチ偏向器５，６を用いて独立に成形され、位置微調整された後、ブランキングアレイ７を通過する。

ブランキングアレイ７はビームを独立に偏向することができ、偏向されたビームは制限絞り１２によって遮蔽される。ブランキングアレイ７を通過したマルチ電子ビーム１６は、レンズ８，９，１０，１１によって成形され、偏向器１３によって試料であるウエハ１４上の所望の位置に露光される。偏向器１８はアパーチャアレイ３とレンズアレイ４の間の相対位置を調整するための偏向器であり、レンズ４１は、アパーチャアレイ３とレンズアレイ４の間の相対回転を調整するための回転レンズである。調整用偏向器１８及び回転レンズ４１は、荷電粒子光学的相対位置を補正する補正手段を構成しており、共にアパーチャアレイ３を通過したビームがレンズアレイ４を通過するように調整される。

アパーチャアレイ３、レンズアレイ４、マルチ偏向器５，６、及びブランキングアレイ７はマルチソースモジュール１００と呼ばれる。アパーチャアレイ３の開口径が５０ミクロン、レンズアレイ４の開口径が８０ミクロン、マルチ偏向器５，６、及びブランキングアレイ７の径が５０ミクロンであることから、各素子間の光学的な合
わせ精度はその約１／１０、すなわち５ミクロン程度は必要とされるが、これはマルチソースモジュール１００の高精度組立、さらには、調整用の偏向器１８及び回転レンズ４１によって実現することができる。

（素子合わせの構成要素及び方法の説明）
以下に、本発明の実施例１を説明する。組立後のマルチソースモジュール１００の電子光学的な合わせ精度は、コンタミネーションや、外部振動などの環境要因によって逐次変動するため、常に測定できるようにする必要がある。図１には、複数枚の絞り（基板）を構成するアパーチャアレイ３とレンズアレイ４の合わせ精度を測定するための手段の例が示されている。測定は描画用の開口群が配置された領域の外側に（露光領域外に）、測定用の開口（測定マーク）をアパーチャアレイ３上の標的として測定用開口２０、レンズアレイ４上の標的として測定用開口２２の如く設け、その透過電流を測定手段としてのファラデーカップ１７にて測定する。測定用開口のアパーチャアレイ３と、レンズアレイ４の関係を図２及び図３に示す。アパーチャアレイ３上の測定用開口２０とレンズアレイ４上の測定用開口２２は幾何的に同じ場所に配置され、その径も同一となっている。従って、両者の電子光学的な相対位置がずれると各々の透過電流を測定するファラデーカップ１７−ａ〜１７−ｄによる測定電流が減少する結果となる。

そこで、調整用偏向器１８を用いて測定電流が最大となるように調整する。調整用偏向器の走査とファラデーカップ１７−ａ〜１７−ｄの出力信号強度を図４（ａ）〜（ｄ）に示す。調整用偏向器１８の走査によって各々のファラデーカップ１７−ａ〜１７−ｄの出力信号強度はピーク２４〜２７を持つ。ピーク位置はレンズ２の条件等によって必ずしも一致しないが、４点の平均を取り、調整用偏向器１８の調整位置とする。以上によりアパーチャアレイ３とレンズアレイ４の電子光学的な相対位置を最適な状態に調整することができる。

また、アパーチャアレイ３とレンズアレイ４の間に回転成分があると、偏向器１８で操作した場合のファラデーカップ１７−ａ〜１７−ｄのピーク位置は一致しない。その場合には、回転レンズ４１を動作させ、ピーク位置がなるべく近い位置となるように設定することによって、アパーチャアレイ３とレンズアレイ４の間の相対回転を調整することができる。

次に、さらに高精度な調整を可能とする本発明の実施例２について説明する。本実施例にて測定対象として使用される複数枚の絞り（基板）としてのアパーチャアレイ３、及びレンズアレイ４を図５及び図６に示す。本実施例ではアパーチャアレイ３上の測定用開口２０、レンズアレイ４上の測定用開口２２、及びファラデーカップ１７はアレイの四隅に複数個配置されている。さらに、アパーチャアレイ３上の測定用開口２０とレンズアレイ４上の測定用開口２２の開口ピッチは異なっている。その詳細を示したものが図７である。アパーチャアレイ３及びレンズアレイ４の測定用開口ピッチが異なっているため、アパーチャアレイ３の測定用開口２０を通過し、さらにレンズアレイ４の測定用開口２２を通過するビームは開口ごとによって異なり、図７（ａ）にて示された一番右の開口では各開口の重なり部分２８を通過したビームのみが測定手段としてのファラデーカップ１７によって計測される。従って、各開口を通過したビーム電流を測定することによって相対位置の測定をすることができる。例えば、図７（ｂ）に示す測定用開口の相対位置の場合、開口の重なり部分３２にてビーム電流は最大となるために、開口の相対位置はＸ方向にずれていることがわかるため、開口の重なり部分３１が極大となるように調整用偏向器１８を動作させればよい。

また、本実施例では測定に際して補正手段としての調整用偏向器１８を走査する必要が無いため、描画中であっても補正することができる。すなわち、露光と並行して補正を実行することができる。描画中の補正のためのブロック図を図８に示す。各々のファラデーカップ１７によって吸収された電子ビームは電流計測回路群３９により電流計測され、計測結果は制御計算機４０に送られる。制御計算機４０は、各々の電流値、及びあらかじめ登録されている開口２０，２２の相対位置からアパーチャアレイ３とレンズアレイ４の相対位置ずれを計算し、さらに相対位置ずれを補正量として変換し調整用偏向器１８に調整電圧を与える。以上の補正プロセスは描画中に実施されるため、常に高精度な描画を行うことが可能である。電流計測回路３９は高速な測定を必要としない場合にはファラデーカップと同数ある必要は無く、切替器によって各ファラデーカップを選択するように制御することも可能である。

以上の実施例では描画中、もしくは非常に高速な処理によって２枚のアレイ基板の相対位置を調整したが、変動要因によっては高速な処理を必要としない場合もある。本発明の実施例３では機械的な調整によって各基板の相対位置を調整する方法を説明する。装置校正を図９に図示する。基本的な構成は実施例１、２と同様であるが、偏向器１８、レンズ４１が無く、微動機構４３が搭載されている。微動機構４３はＸ，Ｙ，θにレンズアレイ４を移動することができる。位置ずれ量の測定方法は実施例１、２と同様であるが、測定された位置ずれ量に従って、微動機構４３を動作させ、レンズアレイ４の位置ずれと、回転を調整する。本実施例は、描画が行われていない場合に調整を行うが、初期調整、及びビームの変動が描画時間に比べて長い場合には本実施例で十分な調整が可能である。

なお、本実施例３ではレンズアレイ４を設け調整を行ったが、アパーチャアレイ３に微動機構を設け調整を行っても同様の効果を得ることが可能である。

次に、複数枚の絞り（基板）を構成するアパーチャアレイ３とブランキングアレイ７との相対位置測定を行った場合の実施例４を説明する。図１０は本実施例に係る要部の断面図であり、ブランキングアレイ７の詳細を図１１に図示する。装置構成は実施例１とほぼ同様であるが、マルチソースモジュール１００部分の構成が異なっている。アパーチャアレイ３とブランキングアレイ７の相対位置を測定するため、測定手段としてのファラデーカップ３６はブランキングアレイ７の下に設けられている。またブランキングアレイ７上では、ビームはレンズアレイ４によって収束されるため、ブランキングアレイ７上の測定用開口３５は図１１（ａ）に示す如く１ミクロンとなっている。また、ファラデーカップ３６はブランキングアレイの裏面図である図１１（ｂ）に示す如く、実施例１と同様に測定用開口３５の下部に配置されている。また、本実施例ではレンズアレイ４の測定用開口は１５０ミクロンと、アパーチャアレイ３のビームが当たらない様になっている。また、走査にはマルチ偏向器６，７を使用する。本構成を用い実施例１と同様の測定を行うことによって、アパーチャアレイ３とブランキングアレイ４との相対位置を測定することができる。なお、本実施例は実施例１と同様の測定用開口の配置であるが、実施例２と同様、複数の開口を用いることによってさらに高精度な測定を行うこともできる。

実施例１〜４では開口を使用して各アパーチャの相対位置を測定したが、本発明の実施例５では反射型マークを使用した測定例を説明する。本実施例では複数枚の絞り（基板）を構成するアパーチャアレイ３とブランキングアレイ７との相対位置を測定した例を示す。装置構成は実施例４と同様であるが、ブランキングアレイの構造が異なっている。図１２に本実施例にて使用されるブランキングアレイの図を示す。ブランキングアレイ３４の周囲には実施例３と異なり、重金属マーク３７が設けられており、アパーチャアレイ上の測定用開口との相対位置が一致するよう製作されている。本マーク上をマルチ偏向器６，７にて走査し、その反射電子を反射電子検出器３８にて検出する。アパーチャアレイ３の測定用開口２０の像が重金属マーク３７に一致した場合に、反射電子強度は最大となるため、各マルチ偏向器を同じく走査し、その反射電子強度が最大となるように補正手段としてのマルチ偏向器の調整を行う。また、本実施例ではブランキングアレイ上の重金属マークを使用して反射電子強度の測定を行ったが、透過型マークである薄膜上の重金属マークを用いた透過電子強度の測定、または段差マークを用いた反射電子強度の測定を行った場合にも、同様の効果を得ることができる。

以上、各実施例において、各々のアパーチャの測定、及び補正方法を説明したが、レンズアレイ４とブランキングアレイ７の相対位置測定、また以上の実施例の組み合わせ、すなわち測定用開口の位置を工夫することによって、アパーチャアレイ３、レンズアレイ４、及びブランキングアレイ７の３つの相対位置の測定を行うことも可能である。また、以上の実施例では、調整用偏向器１８を用いて２つの絞りの電子光学的な相対位置を測定し、補正したが、測定結果によっては倍率変動が観測されることも考えられる。その際にはレンズ２を最適な値に調整することによって倍率の調整を実施することができる。一部前記したが回転変動についても同様に回転レンズ４１，４２によって最適な調整を行うことができる。

さらに以上の実施例では測定、及び調整方法について説明したが、定期的に測定値をモニタし、その変動量が規定値以上となった場合作業者に通知し、補正と、調整の選択ができるようにすることも運用上好ましい。

さらに、以上の実施例ではマルチ電子ビームを用いた露光装置の絞りの相対位置調整について説明したが、複数のアパーチャを用いるポイントビーム方式の露光装置、可変成形方式の露光装置、部分一括方式の露光装置、マスク転写方式の露光装置、などのいずれにおいても同様に露光に使用する開口周辺に測定用開口を設けることによって高精度な調整を実施することが可能である。

次に、上記実施例１〜５のいずれかに係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１３は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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、リソグラフィ技術を利用し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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに焼付露光する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジス
ト剥離ステップ。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を形成する。

本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置の要部概略を示す断面図である。 本発明の実施例１に係るアパーチャアレイ絞り及び開口を説明するための平面図である。 本発明の実施例１に係るレンズアレイ及び測定用開口を説明するための図である。 本発明の実施例１に係るビーム測定波形を説明するための図である。 本発明の実施例２に係るアパーチャアレイ絞り及び開口を説明するための平面図である。 本発明の実施例２に係るレンズアレイ及び測定用開口を説明するためのための図である。 本発明の実施例２に係るアパーチャアレイとレンズアレイの測定用開口の相対位置を説明するための図である。 本発明の実施例２に係る電流検出、補正系を説明するためのブロックダイアグラムである。 本発明の実施例３に係る電子ビーム露光装置の要部概略を示す断面図である。 本発明の実施例４に係るマルチソースモジュールを説明するための断面図である。 本発明の実施例４に係るブランキングアレイを説明するための図である。 本発明の実施例５に係るブランキングアレイを説明するための図であって、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が斜視図である。 半導体デバイスの全体的な製造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：レンズ、３：アパーチャアレイ、４：レンズアレイ、５，６：マルチ偏向器、７：ブランキングアレイ、８，９，１０，１１：レンズ、１２：制限絞り、１３：偏向器、１４：ウエハ、１５：反射電子検出器、１６：電子ビーム、１７：ファラデーカップ、１８：調整用偏向器、１９：アパーチャアレイ上の描画に使用する開口群、２０：アパーチャアレイ上の測定用開口、２１、２３：レンズアレイ上の描画に使用する開口群、２２：レンズアレイ上の測定用開口、２４，２５，２６，２７：信号強度最大位置、２８：アパーチャアレイ上の測定用開口とレンズアレイ上の測定用開口の重なり部分、２９，３０，３１，３２，３３：各開口の重なり部分、３４：ブランキングアレイ、３５：ブランキングアレイ上の測定用開口、３６：ブランキングアレイ下のファラデーカップ、３７：重金属マーク、３８：反射電子検出器、３９：電流計測回路、４０：制御計算機、４１，４２：回転レンズ、４３：微動機構、１００：マルチソースモジュール。

Claims (7)

1. 複数枚の絞りを有し、該複数枚の絞りを通過した荷電粒子線で試料を露光する荷電粒子線露光装置において、
   前記複数枚の絞りの相対位置を測定する測定手段を有し、
   前記測定手段は、前記複数枚の絞りのそれぞれに設けられた、前記試料の露光に使用する開口以外の標的を介して前記相対位置を測定し、
   前記標的は、前記複数枚の絞りのそれぞれに複数個配置され、
   複数個配置された前記標的の間隔は前記複数枚の絞りのそれぞれによって異なる、
   ことを特徴とする荷電粒子線露光装置。
2. 前記標的は、開口、反射型マーク、及び透過型マークのいずれかである、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. 前記測定手段により測定された相対位置に基づいて前記複数枚の絞りの相対位置を補正する補正手段を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子線露光装置。
4. 前記補正手段による前記相対位置の補正を前記試料の露光と並行して実行する、ことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線露光装置。
5. 前記測定手段の測定結果が規定値を超えたことを作業者に通知する通知手段を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の荷電粒子線露光装置。
6. 前記補正手段は、前記複数枚の絞りの相対位置を補正するための偏向器および回転レンズ、または、前記複数枚の絞りの相対位置を補正するために前記複数枚の絞りのいずれかの位置を調整する微動機構を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子線露光装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の荷電粒子線露光装置を用いて試料を露光する工程と、前記工程で露光された試料を現像する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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