JP5031345B2 - マルチ荷電粒子線装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路等の露光に用いられる電子ビーム露光装置やイオンビーム露光装置、試料の分析等に用いられる電子顕微鏡、加工に用いられる収束イオンビーム装置等の荷電粒子線装置に関する。特に、複数の荷電粒子線を用いてパターン描画や試料分析や加工を行うマルチ荷電粒子線装置に関する。

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）を製造する際、試料上にパターンを形成するために荷電粒子線露光装置が用いられる。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特定のパター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。なお、特に露光装置のスループットが要求される場合には上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ーンを描画する（マルチビーム方式）。

以上説明した荷電粒子線の制御方法として特許文献１（特開平９−２４５７０８号公報）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（マルチビーム）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およびブランキング制御回路によって制御されている。
特開平９−２４５７０８号公報

マルチビームを用いた露光装置の場合には各ビームが描画する微小フィールドがずれなく繋がることが要求される。このため上記従来例においては、一度テスト描画を行い、各微小フィールドの相対位置ずれ量を測定し、位置ずれ量を補正量として描画装置内に用意されている補正量テーブルに入力している。
しかしながら、マルチビーム装置のビーム本数が多くなるにつれ測定、補正すべき点の数は急激に増加する。例えば、３２×３２本のアレイ状マルチビームを用いた場合には測定点は１９８４点にものぼり、測定時間が非常に長くなるという問題があった。
本発明は、複数の荷電粒子線の相対位置を測定する時間および精度の点で有利なマルチ荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明のマルチ荷電粒子線装置は、荷電粒子線源および荷電粒子線整形手段によって生成されて試料に照射される複数の荷電粒子線の相対位置を測定する測定手段を有するマルチ荷電粒子線装置であって、
前記測定手段は、
荷電粒子線を遮るためのマークと、
前記複数の荷電粒子線のうち少なくとも２本の荷電粒子線を偏向して該少なくとも２本の荷電粒子線と前記マークとを相対移動させる偏向器と、
前記少なくとも２本の荷電粒子線を同時に検出可能な大きさを有し、前記マークで遮られなかった荷電粒子線を検出する検出器と、
前記少なくとも２本の荷電粒子線と前記マークとの間の前記偏向器による相対移動量と前記検出器による検出結果とに基づいて前記少なくとも２本の荷電粒子線の相対位置を求める手段と、
を有することを特徴とするマルチ荷電粒子線装置である。

本発明によれば、複数の荷電粒子線の相対位置を測定する時間および精度の点で有利なマルチ荷電粒子線装置を提供することができる。

本発明の好ましい実施の一形態では、前記相対位置の測定中に該荷電粒子線検出用マークを移動させないことを特徴とする。この場合、前記荷電粒子線相対位置測定手段は、前記試料上を前記２本以上の荷電粒子線によって走査させるための偏向器を用いた１回の走査によって前記相対位置を測定することを特徴とする。
なお、前記相対位置の測定中に前記ビーム検出用マークが移動することを特徴とすることもできる。

本発明の好ましい実施の他の形態では、荷電粒子線を４本以上生成するとともに前記荷電粒子線相対位置測定手段によって得られた結果を用い荷電粒子線位置を補正するための位置補正手段を有する。そして、該位置補正手段は前記相対位置が測定されていない部分においても周囲の測定された相対位置データを用いて補間および補正する手段を有することを特徴とする。
また、個々の荷電粒子線をオンオフするブランキング手段を有し、前記荷電粒子線相対位置測定中は常にいずれか１つの荷電粒子線のみを前記荷電粒子線検出用マークおよび荷電粒子線検出器へ向けて照射することもできる。

前記荷電粒子線相対位置測定手段は、例えば、前記荷電粒子線検出器の出力信号波形より個々の荷電粒子線中心位置を算出することにより前記相対位置を求めることができる。または、前記荷電粒子線検出器の出力信号波形より個々の荷電粒子線重心位置を算出することにより前記相対位置を求めることもできる。
また、前記荷電粒子線相対位置測定手段は、前記荷電粒子線検出器の出力信号波形より個々の荷電粒子線波形周辺部の波形同士のマッチングを行うことにより前記相対位置を求めることができる。または、前記荷電粒子線検出器の出力信号波形とあらかじめ記憶されたテンプレート波形とのマッチング処理を行うことにより前記相対位置を求めることもできる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
以下の実施例では、マルチ荷電粒子線装置の一例としてマルチ電子ビーム露光装置の例を示す。但し、本発明は、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。

［第１の実施例］
以下、実施例１を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装置の要部概略図である。
図１において、電子源１（荷電粒子線源）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によって特定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は複数のパターンを持つマスクであり、コリメータレンズ２とともに荷電粒子線整形手段を構成している。マスク３を通して複数個に分割整形された電子ビームはレンズ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、複数の電子ビーム（以下、単にビームと称する）を個々に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によって遮蔽される。一方、偏向されなかったビームはレンズ７により収束され、ブランキング絞り９を通過する。ブランキング絞り９を通過したビームは、レンズ８、１０、１１により収束され、偏向器５によって試料２０上への照射位置を調整された後、試料２０上に照射される。偏向器５はラスタスキャン（ラスタ走査）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特定の位置にビームが照射される。レンズ２、４、７、８、１０、１１はレンズ制御回路１３によって制御される。また、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によって制御される。ブランキング制御回路１７は描画パターン発生回路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。コントローラ１２は、図１の露光装置全体の動作を制御する。

次に試料上における２本のビームの位置（相対位置）の測定方法を図２に説明する。本実施例においては２本のビームの場合について説明するが、ビームが３本以上の場合にも同様の方式にて同様の効果を得ることができる。ビーム位置の測定には試料上へのビーム照射位置またはその周辺部に配置されたマーク２４（荷電粒子線検出用マーク）と、ビームの進行方向においてマーク２４より後段に配置されている検出器２５（荷電粒子線検出器）を用いる。ビーム２３をマーク２４に向けて横方向（ビームの進行方向と垂直方向）に走査（ビーム２３とマーク２４とを相対移動）し、検出器２５に達したビーム電流を測定（検出）する。その結果得られたビーム電流波形（検出結果）を図３（ａ）に示す。ビーム２３がマーク２４によって遮られないときには最大電流が得られ、次にビーム１本が遮られて電流は１／２となり、さらにビーム２本が遮られて電流は０となり、ビーム電流波形３１は階段状となる。図３（ａ）において、ビーム位置はビーム２３とマーク２４との相対移動量である。

このビーム電流波形を微分することにより図３（ｂ）に示すような各々のビーム位置波形３２を取得することができる。ここで各ビームの位置を算出するために波形のｐ−ｐ（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）の５０％の位置にスライスレベル３３を設け、スライスレベル３３と波形３２との交点３５を算出する。さらに４つの交点の２つずつを平均することにより各々の波形の中心位置、すなわちビーム位置３６を求めることができる。実際にビームを用い測定を行ったところ、ビーム２３の設計上のピッチは２ミクロンであったが上記測定方法を用いて測定されたビームピッチは１．９７ミクロンであった。つまり設計ピッチと測定結果との差分０．０３ミクロンが接続ずれであるため、本データを露光装置内に設けられている補正テーブル（補間および補正する手段）に書き込み、実際の描画時の補正データ（位置補正手段）とした。

本方式においてはマーク、検出器は測定中に移動することがないためにマーク、検出器移動に伴う誤差は測定データに含まれない。また、一つのマークを使用して測定を行っているため、帯電、エッジラフネスなどマークに特有の問題も影響を及ぼさず高精度な測定を可能としている。

なお、本実施例では測定波形に対してスライスレベルを設けることによってビーム位置の算出を行った。しかし、各々の波形の重心位置を用いた場合、波形同士のパターンマッチングを用いビーム位置を算出した場合においても同様の効果が得られる。さらに、テンプレート波形に対するパターンマッチングを行うことによりビーム位置を算出した場合およびその他何らかの波形処理によってビーム位置を求める場合においても同様の効果が得られる。

［第２の実施例］
次に第２の実施例について説明する。第１の実施例においては、２本のビームは常に検出器もしくはマークに照射されているが、本実施例ではビームをオンオフすることによってＳ／Ｎを改善させた例について説明する。実施例１においてはすべてのビームが常にオンになっているため、ビーム本数が増えるに従い得られる階段状ビーム波形のｐ−ｐが高くなり、検出系に極めて高いダイナミックレンジが要求されることとなる。この問題を回避するために本実施例では、相対位置測定中、検出器に照射されるビームは常に１つとなるようにビームのオンオフ動作を行っている。

オンオフ動作の概要を図４に説明する。ビーム２３−１、２３−２がマーク２４に向かい走査されるにあたり、マーク２４に最も近いビーム２３−２がオン、その他のビーム２３−１がオフ動作し、まずビーム２３−２に対する波形を取得する。次に、ビーム２３−２がマーク２４によって遮蔽された後にビーム２３−２をオフ、ビーム２３−１をオンにすることによりビーム２３−１の波形を取得する。ビームオンオフの動作はブランキングアレイ６によって行う。上記操作によって得られたビーム波形を図５に示す。ビーム毎に階段状の波形が生成され、かつｐ−ｐはビーム本数が増えても常にビーム１本分のｐ−ｐであるため、Ｓ／Ｎの改善が見込まれる。

実際にビームを用い測定を行った。ビーム２３−１、２３−２の設計上のピッチは２ミクロンであったが、上記測定方法を用いて測定したところビームピッチは１．９７ミクロンであった。つまり設計ピッチと測定結果との差分０．０３ミクロンが接続ずれであるため、本データを露光装置内に設けられている補正テーブルに書き込み、実際の描画時の補正データとした。
なお、本実施例ではビーム２本の場合を説明したがビームがｎ本になっても常にマーク２４に近く、検出器に検出されるビームのみをオン、その他のビームをオフにすることによって本実施例と同様の検出を行うことができる。

［第３の実施例］
次に実施例３においてビーム本数が増加した場合の補正方法について説明する。実施例１、２によってビーム同士の位置ずれ量を求めることができるが、ビーム本数が増大することによって検査時間も増大する。そこで、代表点のみをビーム検出することとし、得られたデータからすべてのビーム位置を算出することとした。本実施例におけるビームおよびフィールド配置の様子を図６に示す。ビーム２３−１はフィールド２６−１が偏向領域となっているが如く、各々のビームが各々の偏向領域を持っている。図６においては１６本のビームと１６個の偏向領域が例として示されている。しかし、すべてのビームについて位置ずれ量を算出すると長い検査時間を要することから、ビーム２３−２の如く点線にて示されているビームについては検査を行わないようにした。つまり点線にて示されているビームに隣接するビームとの相対位置は測定しないこととした。しかし、実線にて示されているビーム同士が隣接する接続位置に関しては実施例１、２に示された方法によって接続精度の測定、データ取得を行った。そしてこれら得られたデータより測定されていないデータを計算によって求めることとした。データの算出方法は直線補間、３次式、５次式による補間によって行った。実際に図６に示されているビームを選択し、接続精度の測定および補間を行ったところ、どの補間方法を用いた場合においてもすべてのビームを測定したときに対し接続精度の劣化は０．２ｎｍ以下となりほぼ無視できる結果となった。なお、本実施例でのビームの選択以外にも測定しない接続点の選択方法はあるが、それにふさわしい補間方法を用いることによって本実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、上述の実施例においては、ビーム２３を偏向器により走査することにより、ビーム２３とマーク２４とを相対移動させているが、マーク２４を移動させることにより、前記相対移動させるようにしても良い。

［第４の実施例］
次に、この露光装置を利用した微小デバイス（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）の製造プロセスを説明する。
図７は半導体デバイス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（基板ともいう）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（組立）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る。後工程は、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）等の組立工程を含む。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、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ステップを有する。また、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、上記の露光装置を用いて、レジスト処理ステップ後のウエハを描画露光する露光ステップを有する。さらに、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を有する。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。

本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装置の要部概略を示す図である。 本発明の実施例１に係る検出器系およびビームの動きを説明するための図である。 本発明の実施例１に係る取得ビーム波形および１次微分ビーム波形を説明するための図である。 本発明の実施例２に係る検出器系およびビームの動きを説明するための図である。 本発明の実施例２に係る取得ビーム波形および１次微分ビーム波形を説明するための図である。 本発明の実施例３に係るビームおよび偏向領域を説明するための図である。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。

符号の説明

１ 電子源
２ コリメータレンズ
３ マスク
４、７、８、１０、１１ レンズ
５ 偏向器
６ ブランキングアレイ
９ ブランキング絞り
１２ コントローラ
１３ レンズ制御回路
１４ 描画パターン発生回路
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 試料
２３、２３−１、２３−２ ビーム
２４ マーク
２５ 検出器
２６−１ ビーム偏向領域

Claims (8)

1. 荷電粒子線源および荷電粒子線整形手段によって生成されて試料に照射される複数の荷電粒子線の相対位置を測定する測定手段を有するマルチ荷電粒子線装置であって、
   前記測定手段は、
   荷電粒子線を遮るためのマークと、
   前記複数の荷電粒子線のうち少なくとも２本の荷電粒子線を偏向して該少なくとも２本の荷電粒子線と前記マークとを相対移動させる偏向器と、
   前記少なくとも２本の荷電粒子線を同時に検出可能な大きさを有し、前記マークで遮られなかった荷電粒子線を検出する検出器と、
   前記少なくとも２本の荷電粒子線と前記マークとの間の前記偏向器による相対移動量と前記検出器による検出結果とに基づいて前記少なくとも２本の荷電粒子線の相対位置を求める手段と、
   を有することを特徴とするマルチ荷電粒子線装置。
2. 前記測定手段によって得られた結果を用いて荷電粒子線の位置を補正するための補正手段を有し、かつ該補正手段は前記測定手段により得られた相対位置を補間する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子線装置。
3. 個々の荷電粒子線をオンオフするブランキング手段を有し、前記相対移動中は、前記ブランキング手段により、いずれか１つの荷電粒子線のみが前記検出器に照射されるようにすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマルチ荷電粒子線装置。
4. 前記測定手段は、前記検出器の出力信号波形より個々の荷電粒子線の中心位置を算出することにより前記相対位置を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のマルチ荷電粒子線装置。
5. 前記測定手段は、前記検出器の出力信号波形より個々の荷電粒子線の重心位置を算出することにより前記相対位置を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のマルチ荷電粒子線装置。
6. 前記測定手段は、前記検出器の出力信号波形より波形部分同士のマッチングを行うことにより個々の荷電粒子線の位置を求めて前記相対位置を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のマルチ荷電粒子線装置。
7. 前記測定手段は、前記検出器の出力信号波形とあらかじめ記憶されたテンプレート波形とのマッチング処理を行うことにより個々の荷電粒子線の位置を求めて前記相対位置を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のマルチ荷電粒子線装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載のマルチ荷電粒子線装置を用いて基板を露光するステップと、前記ステップで露光された基板を現像するステップ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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