JP4494734B2 - 荷電粒子線描画方法、荷電粒子線露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線をラスタースキャンして基板を露光する荷電粒子線描画方法に関する。このような荷電粒子線描画方法は、主に電子線露光装置およびイオンビーム露光装置等の荷電粒子線露光装置において半導体集積回路等、微細パターンを有するデバイスを露光するために適用される。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子線でウエハ上をラスタースキャンして描画する電子ビーム露光方法が知られている(例えば特許文献1)。従来のラスタースキャン型電子線露光装置を図6(A)に示す。同図において、Sは電子ビームを放射する電子源、Bはブランカーであり、電子源Sからの電子ビームは、電子レンズL1によって、ブランカーBの位置に電子源Sの像を形成する。その電子源像は、電子レンズL2、L3で構成される縮小電子光学系を介して、ウエハWに縮小投影される。ブランカーBは、電子レンズL1によって形成される電子源Sの像の位置にある静電型偏向器で、電子ビームをウエハに照射するか、しないかを制御する。すなわち、電子ビームをウエハに照射させない場合は、ブランカーBが電子ビームを偏向させて、縮小電子光学系の瞳上に位置するブランキングアパーチャBAで、電子ビームEBoffを遮断する。一方、電子ビーム照射時、ブランキングアパーチャBAを通過した電子ビームEBonは、静電型偏向器DEFによってウエハW上を走査される。
【0003】
次に、ラスタースキャンでウエハを描画する方法を図6(B)を用いて説明する。例えば文字「A」のパターンを描画したい場合、描画領域を複数のピクセル(画素)に分割する。そして、偏向器DEFによって電子ビームをX方向に走査しながら、ブランカーBによって、パターン(灰色)部分のピクセルでは電子ビームを照射し、それ以外のピクセルでは電子ビームを遮断するように制御している。そして、X方向の走査が終了すると、電子ビームはY方向にステップし、またX方向に走査しながら電子ビームの照射を制御してパターンを描画する。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−245708号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子ビームをラスタースキャンしてピクセルを露光する場合、図7に示すように、ラスタースキャン方向(X方向)の電子ビームの位置は、時間とともに変化するが、ラスタースキャン方向と直交する方向(Y方向)では、電子ビームの位置は変化しない。すなわち、ラスタースキャン方向(X方向)のピクセルの露光分布は、図7(B)に示すように、電子ビームがピクセル内を移動したときの平均値または積分値(以下、移動平均値という)となる。その結果として得られるピクセルの強度分布(移動平均値)を図7(C)に示す。この場合、例え、電子ビームが軸対象なガウス分布の強度分布であっても、ラスタースキャンで描画すると、ラスタースキャン方向(X方向)に強度分布が広がり、あたかも非点収差があるかのような強度分布になるため、所望の微細パターンをウエハ上に形成することが難しい。本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、所望の微細パターンを露光できる荷電粒子線露光装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決しようとする手段】
上記の課題を達成するため、本発明の一側面としての荷電粒子線描画方法は、複数の画素からなる描画データにより荷電粒子線をラスタースキャンして基板を露光する荷電粒子線描画方法であって、前記荷電粒子線を前記基板に照射したときの前記基板上における前記荷電粒子線のラスタースキャン方向の大きさを計測する第1の計測ステップと、前記荷電粒子線を前記基板に照射したときの前記基板上における前記荷電粒子線のラスタースキャン方向と直交する方向の大きさを計測する第2の計測ステップと、前記第1の計測ステップの結果と前記第2の計測ステップの結果とに基づいて前記荷電粒子線を調整して、調整後の前記基板上における前記荷電粒子線のラスタースキャン方向の大きさを、調整前の前記基板上における前記荷電粒子線の前記ラスタースキャン方向と直交する方向の大きさに比べて狭める調整ステップと、を有し、前記調整ステップでは、前記第1の計測ステップの結果を前記基板上における前記画素のラスタースキャン方向に移動したときの平均値と前記第2の計測ステップの結果とが一致するように、前記荷電粒子線を調整することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明に係る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。
【0010】
<電子線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、電子銃(図示せず)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により、非点収差を発生させることができる。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。
【0011】
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孔を有するアパーチャアレイ5を照射する。アパーチャアレイ5は、電子ビームを複数の開孔に1対1で対応する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。
【0012】
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。
【0013】
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、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、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。ステージ上にはウエハ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XおよびY方向に延びるシングル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。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。
【0014】
なお、本実施形態において、第2のスティグメータ11は、電子ビームを偏向することにより変化する非点収差を補正するために用いられ、前記第1のスティグメータ3は、装置組立時のレンズの偏心に起因するもの等、電子ビームの偏向によっては変化しない非点収差を補正するために用いられる。第1のスティグメータ3は、光軸上のどこに配置しても良いが、光源1とアパーチャアレイ5との間に配置することが好ましい。
【0015】
<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の非点収差を制御する回路、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の非点収差を制御する回路、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、電子線露光装置全体を管理する。
【0016】
本実施形態の描画方法の説明図を図3に示す。図3を参照しながら、図1および図2に示す装置による描画動作を説明する。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10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に露光すべきピクセル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。
【0017】
1つの実施例において、アパーチャアレイ5により分割された電子ビームの数は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。
【0018】
主制御系28は、1つのサブフィールド(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の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。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、次のサブフィールド群の露光を行なう。
【0019】
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。上記要素露光領域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。
【0020】
<動作の説明>
図4を用いて本実施形態の電子線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28は下記のステップを実行する。
(ステップ1)主制御系28は、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方向のビーム形状を測定する。
(ステップ2)ステップ1により、ラスタースキャン方向であるX方向のビーム形状をピクセルの幅分移動平均し、その形状を記憶する。
(ステップ3)X方向の移動平均ビーム形状とY方向のビーム形状が略一致する非点量を算出する。
(ステップ4)算出した非点量を第1のスティグメータで補正する。結果的には、基板上の電子ビームのラスタースキャン方向(X方向)における大きさを、ラスター方向と直交する方向(Y方向)における大きさに比べ狭めるように非点収差を調整する。
【0021】
補足として、第1のスティグメータの機能を、図5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9上の複数の電子源像は、略円形となる。また、非点収差を補正する際、元の電源像SIに非点収差を発生させるので、縮小電子光学系8の他の収差が発生することがない。
【0022】
(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)露光対象のサブフィールドを描画する。
(ステップ8)すべてのサブフィールドの描画が完了したらステップ9に進み、そうでない場合はステップ6に戻る。
(ステップ9)ウエハ9をステージ13から搬出する。
【0023】
以上説明したように本実施形態によれば、ラスタースキャン荷電粒子線露光装置において、ラスタースキャンに起因する電子ビームの歪を低減し、所望のパターンを露光することができる。また、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の高いデバイスを製造することができる。
【0024】
(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例を説明する。
図8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。
【0025】
図9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。
【0026】
【発明の適用範囲】
なお、上述の実施形態においては、複数の電子ビームで描画するマルチ電子線露光装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、1本の電子ビームを用いる場合に適用しても同様の好適な効果を奏するものである。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、荷電粒子線をラスタースキャンして描画を行なう際に、ラスタースキャンに起因する電子ビームの歪を低減し、所望の微細なパターンを露光することができる。また、本発明を適用したラスタースキャン荷電粒子線描画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。
【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】 第1スティグメータの機能を説明する図である。
【図6】 従来のラスタースキャン型電子線露光装置を説明する図である。
【図7】 従来のラスタースキャンによるピクセル強度分布を説明する図である。
【図8】 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9】 図8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)
- 複数の画素からなる描画データにより荷電粒子線をラスタースキャンして基板を露光する荷電粒子線描画方法であって、
前記荷電粒子線を前記基板に照射したときの前記基板上における前記荷電粒子線のラスタースキャン方向の大きさを計測する第1の計測ステップと、
前記荷電粒子線を前記基板に照射したときの前記基板上における前記荷電粒子線のラスタースキャン方向と直交する方向の大きさを計測する第2の計測ステップと、
前記第1の計測ステップの結果と前記第2の計測ステップの結果とに基づいて前記荷電粒子線を調整して、調整後の前記基板上における前記荷電粒子線のラスタースキャン方向の大きさを、調整前の前記基板上における前記荷電粒子線の前記ラスタースキャン方向と直交する方向の大きさに比べて狭める調整ステップと、を有し、
前記調整ステップでは、前記第1の計測ステップの結果を前記基板上における前記画素のラスタースキャン方向に移動したときの平均値と前記第2の計測ステップの結果とが一致するように、前記荷電粒子線を調整することを特徴とする荷電粒子線描画方法。 - 請求項1に記載の荷電粒子線描画方法を用いて基板を露光することを特徴とする荷電粒子線露光装置。
- 請求項1に記載の荷電粒子線描画方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
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