WO2006123447A1 - 電子ビーム露光装置 - Google Patents

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WO2006123447A1
WO2006123447A1 PCT/JP2005/021299 JP2005021299W WO2006123447A1 WO 2006123447 A1 WO2006123447 A1 WO 2006123447A1 JP 2005021299 W JP2005021299 W JP 2005021299W WO 2006123447 A1 WO2006123447 A1 WO 2006123447A1
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electron beam
light pattern
array
amplified
exposure apparatus
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PCT/JP2005/021299
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Kenjiro Kimura
Kei Kobayashi
Hirofumi Yamada
Kazumi Matsushige
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Kyoto University
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    • H01J2237/3175—Lithography
    • H01J2237/31793—Problems associated with lithography
    • H01J2237/31794—Problems associated with lithography affecting masks

Definitions

  • the present invention relates to an electron beam exposure apparatus capable of finely processing semiconductor elements in the semiconductor device in the manufacture of a semiconductor device such as an LSI.
  • the existing semiconductor manufacturing (lithography) apparatus using an electron beam directly draws the circuit pattern of the semiconductor element with a single electron beam
  • the circuit in the highly integrated semiconductor element is The problem was that it took a lot of exposure time (several hours, tens of hours) to draw all of the patterns.
  • the electron beam exposure method that breaks down the microfabrication limit depending on the wavelength of light is a one-dimensional exposure method of "one-stroke writing" and therefore requires a large exposure time to directly expose the entire wafer, The problem is that it is not practical.
  • the SCALPEL method is also described in Patent Document 1.
  • the Si substrate 44 in which the holes 44a corresponding to the pattern are formed is used as a reticle, and the Si substrate 44 is The beam 41 is irradiated.
  • the electron beam 41 which has passed through the holes 44a is exposed and exposed on the wafer 47 provided with the metal thin film coated with the electron beam resist using an optical system.
  • the optical system include an electron lens 42, an illumination lens 43 having an electron beam axis deflection yoke 43a, a collimation lens 45, and a projection lens 46 having a contrast aperture 46.
  • the PRIVAIL method has the disadvantage that the Si substrate 44 having a hollow portion can not be produced as shown in FIG. 15 (c).
  • the PRIVAIL method is also described in Patent Document 2.
  • Patent Document 1 US Patent No. 5, 260, 151 (Date of Patent: November 09, 1993)
  • Patent Document 2 US Patent No. 5,466,904 (Date of Patent: November 14, 1995) Disclosure of the Invention
  • the electron beam 31 needs to pass through the membrane 32a, so that there is a problem that the resolution is significantly reduced in that portion.
  • each small pattern obtained by dividing the pattern is placed on the wafer 47. Irradiate. For this reason, in the above-mentioned method, alignment between the above-mentioned small patterns is required, and due to the accuracy of the alignment, the resolution is remarkably reduced as in the SCALPEL method (the resolution is limited to lOOnm). There is an issue.
  • An object of the present invention is to provide an electron beam exposure apparatus capable of forming a high definition drawing pattern by electron beam, and rapidly realize formation of a desired two-dimensional drawing pattern by two-dimensional collective exposure. It is an object of the present invention to provide an electron beam exposure apparatus which can be formed at low cost.
  • an electron beam exposure apparatus generates a light pattern generation unit for generating a two-dimensional light pattern, and an electron beam array based on the incident light pattern.
  • An electron amplification unit for amplifying the electron beam array and emitting the amplified electron beam array; and an electron beam lens unit for focusing the amplified electron beam array on an electron beam resist. It is characterized by
  • the electron beam lens unit may further perform at least one of accelerating, alignment, and projecting the amplified electron beam array. Better ,.
  • the amplified electron beam array based on the two-dimensional light pattern is exposed and exposed onto the electron beam resist on the substrate provided with the metal thin film coated with the electron beam resist.
  • two-dimensional exposure patterns can be drawn at once and the exposure time can be shortened.
  • the above configuration uses an amplified electron beam array obtained by amplifying an electron beam array based on a light pattern, the electron beam intensity irradiated to the electron beam resist can be increased. As a result, the exposure time can be further shortened, and the drawing speed can be improved.
  • the minimum processing dimension of the semiconductor element is 5 nm or less.
  • Ultra-high density LSIs with highly integrated semiconductor devices of 5 nm scale or less can be manufactured at lower cost.
  • the electron beam lens unit can be further accelerated to accelerate the amplified electron beam array, the electron beam can be shortened in wavelength, so that the drawing pattern can be further miniaturized.
  • the accuracy and drawing speed of the drawing pattern can be improved.
  • the electron beam lens unit is further capable of aligning the amplified electron beam array, the accuracy of the drawing pattern can be further improved.
  • the electron amplification unit amplifies a plurality of electron, and a plurality of tubular micro channel forces so that the axial direction of the microchannel is along the optical axis direction of the light pattern, Preferably, they are formed adjacent to each other in a direction orthogonal to the optical axis direction.
  • the drawing speed of the drawing pattern can be further improved. From this, it is possible to more rapidly realize finer processing accuracy, for example, the minimum processing dimension of the semiconductor element is 5 nm or less, and to realize ultra-high density LSI having semiconductor elements with high integration of 5 nm scale or less. It can be manufactured at low cost.
  • the electron amplification unit may include a photoelectric film which converts incident photons into electrons and emits the electrons on the incident side of the light pattern.
  • the photoelectric unit is provided on the incident side of the light pattern in the electron amplification unit even if the light intensity of the light pattern of the light pattern generation unit is small, so that the light pattern is generated according to the light pattern.
  • the electron pattern is incident on the electron amplification unit and amplified to obtain an amplified electron beam array more reliably.
  • the light pattern generation unit includes a femtosecond laser, and a micro mirror array unit for reflecting laser light from the femtosecond laser with the two-dimensional light pattern. Have it ,.
  • the above configuration can be made as high definition and speed as in the case of using the photoelectric film.
  • a semiconductor element can be formed according to the drawing pattern.
  • the above configuration can omit the photoelectric film, it is possible to suppress an increase in size and cost of the apparatus, such as maintaining a vacuum state required for the photoelectric film.
  • the electron beam exposure apparatus further comprises a correction unit for correcting the light pattern so as to reduce distortion generated in the pattern drawn by the amplified electron beam array. ,.
  • the correction unit for correcting the light pattern is provided to reduce the distortion generated in the pattern drawn by the amplified electron beam array, the pattern drawn by the amplified electron beam array is By making corrections from the light pattern side, it is possible to make sure that the desired drawing pattern is brought close to the image pattern and quickly.
  • the correction unit controls the light pattern generation unit to generate a reversely distorted light pattern so as to cancel a distortion generated in the amplified electron beam array.
  • the reverse distortion light pattern generation unit for generating the reverse distortion light pattern so as to offset the distortion generated in the amplified electron beam array is provided. Can improve the accuracy of
  • the correction unit controls the light pattern generation unit to generate a plurality of divided light patterns in which the light patterns are interpolated with each other. Even with a split light pattern generator for.
  • the split light pattern generation unit for generating the plurality of split light patterns that interpolate each other, the plurality of split light patterns interpolate each other, A plurality of divided pattern electron beam arrays can be obtained.
  • a drawing pattern corresponding to the light pattern can be formed on the electron beam resist.
  • the micro electron beams and electron beam resists in close proximity to each other in each divided pattern electron beam array are It is possible to reduce the electrostatic interaction force between the scattered electrons inside the gate.
  • the electron beam exposure apparatus further has a grid-like electrostatic lens portion on the emission side of the electron amplification portion in order to suppress the variation in the emission angle of the amplified electron beam array from the electron amplification portion.
  • the amplified electron beam array can be parallel to each other by passing the grid-like parts in the grid-like electrostatic lens part, and the variation of the emission angle can be suppressed. It is possible to reduce the reduction in resolution caused by it. In addition, since the variation of the emission angle can be suppressed, the similarity with the light pattern can be improved, and the drawing pattern can be made more accurate.
  • the micro-channel is located at the exit side of the exit side of the amplification electron beam array so as to suppress the variation of the emission angle of the amplification electron beam array of the electron amplification unit. Circumferential force It may be formed to be divergent toward the exit end of the microchannel.
  • the emission directions of the respective micro electron beams of the emitted amplified electron beam array are the same as in the case where the grid-like electrostatic lens portion is provided due to the diverging shape. It can be close to be parallel to the central axis of the channel.
  • the electron beam exposure apparatus of the present invention generates an electron beam array based on a two-dimensional light pattern, amplifies the electron beam array, and emits the electron beam array as an amplified electron beam array.
  • the above-described configuration allows writing patterns to be generated by the patterned amplified electron beam array.
  • One can be drawn and formed with high resolution, high accuracy, and programmable.
  • a finer force for example, a minimum dimension of 5 nm or less, and to produce an ultra-high density LSI having a semiconductor element of 5 nm scale or less. Play.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an electron beam exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 It is a perspective view of the principal part fracture in the microchannel of MCP used for the said electron beam exposure apparatus.
  • FIG. 3 It is a perspective view of the principal part fracture of the above-mentioned MCP.
  • FIG. 4 It is a principal part top view of said MCP.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the MCP and the gain.
  • FIG. 6 (a) is a perspective view showing an electron beam lens portion of the electron beam exposure apparatus.
  • FIG. 6 (b) is a front view showing an electron beam lens portion of the electron beam exposure apparatus.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a state in which an amplified electron beam array is generated from a light pattern, focused, and projected in the MCP and the electron lens beam portion.
  • FIG. 8 (a) is a perspective view showing a state in which the amplified electron beam array is focused.
  • FIG. 8 (b) is a perspective view showing the state of the amplified electron beam array focused on the electron beam resist.
  • FIG. 8 (c) is a schematic front view showing the interaction between each electron beam in the focused amplified electron beam array.
  • FIG. 9 (a) shows an example for reducing the interaction between each micro electron beam of the above-mentioned amplified electron beam array, and the light patterns for forming the above-mentioned amplified electron beam array are divided and formed, It is a top view which shows the example of each division
  • FIG. 9 (b) is a plan view showing an amplified electron beam array when the divided light patterns are combined.
  • FIG. 10 (a) It is a principal part fracture perspective view which shows the grid-like electrostatic lens part for shaping the amplification electron beam array of said MCP force.
  • FIG. 10 (b) is a cross-sectional view of the grid-like electrostatic lens portion.
  • FIG. 11 (a) is a schematic front view showing an amplified electron beam of the present invention.
  • FIG. 11 (b) is a schematic front view showing a conventional electron beam.
  • FIG. 12 A graph showing the change over time in a general decrease in the minimum dimension of a microprocessor or a DRAM as a semiconductor element.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between exposure wavelength and resolution in X-ray exposure, EUV exposure, and electron beam exposure.
  • FIG. 14 (a) is a cross-sectional view showing an example of conventional electron beam exposure.
  • FIG. 14 (b) It is a principal part expanded sectional view of the example of exposure by the conventional electron beam shown in FIG. 14 (a).
  • FIG. 15 (a) is a cross-sectional view showing another example of conventional electron beam exposure.
  • FIG. 15 (b) is an enlarged sectional view of an essential part of another example of exposure by the conventional electron beam shown in FIG. 15 (a).
  • FIG. 15 (c) is a front view showing an example of vacancies in a Si substrate as a reticle, which is impossible in the above other example.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing an electron beam exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view of an essential part of a DMD (digital mirror device, registered trademark, micro mirror array unit) in the electron beam exposure apparatus of the second embodiment.
  • DMD digital mirror device, registered trademark, micro mirror array unit
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a modification of a microchannel of an MCP in the electron beam exposure apparatus of the first and second embodiments of the present invention.
  • the semiconductor manufacturing device having the above-described electron beam exposure light device as shown in FIG. 1, a vacuum switch members 1 a box-like capable of maintaining a vacuum state in the interior, the vacuum 10- 6 ⁇ : less It is provided to be In this embodiment, it sets the degree of vacuum in the 10- 8 Torr.
  • a stage (mounting table) 2 for mounting a substrate 5 to be exposed is mounted movably in a two-dimensional horizontal direction.
  • a mechanical drive 3 for moving and driving the stage 2 is provided controllably by a controller 17 described later, inside or outside the vacuum chamber 1.
  • a stage position monitor 4 for monitoring the position of the stage 2 (that is, the movement position) is attached so as to notify a controller 17 described later of the monitor position.
  • a thin film 6 such as a metal thin film, a semiconductor film, or an insulating film for forming a circuit of a semiconductor element is formed on the surface of the substrate 5 mounted on the stage 2.
  • An electron beam resist 7 is applied on the surface of the substrate.
  • Examples of the electron beam resist 7 include positive resists and negative resists.
  • As the positive resist a polymer having quaternary carbon in the main chain has a large ratio of cleavage of the main chain by electron beam (in radiation chemistry, the G value representing the number of reactions per lOOeV) is large. I like it.
  • Examples of positive resist polymers include polymethyl methacrylate (PMMA), polyhexafluorobutyl methacrylate (FBM), and poly (trifluorinated ⁇ chloroatarilate) ( ⁇ R-9). There may be mentioned halogenated polyatarylates and copolymers of each with methyl atalylate.
  • positive resist polymers include poly (butene 1-sulfone, 1 C Zcm 2 sensitive), DNQ novolac resin.
  • examples of DNQ novolac resin are polymethylpentene sulfone (PMPS) and those made of novolac resin.
  • a positive resist is one that uses an acid catalyzed deprotection reaction, which is a chemically amplified resist.
  • poly (glycidyl methacrylate) (PGMA), glycidyl methacrylate and ethyl acetate utilizing the fact that a polymer containing an epoxy group has a high crosslinking reaction sensitivity to an electron beam is used.
  • Copolymers with atarilate (COP) and polystyrene based resists may be mentioned.
  • the polystyrene based resist is a copolymer of a monomer containing an epoxy group and a monomer containing an aromatic ring.
  • at least one of halogen, chloromethyl group and aryl group is introduced as a chemical structure to improve sensitivity.
  • a projector (light pattern generation unit) 8 for generating the light pattern 13 is provided so as to emit the light pattern 13 of the projector 18 to the outside.
  • Examples of the projector 8 include a transmissive liquid crystal method and a single-plate DLP (Digital Light Processing) method. A small amount of photons present in the dark part of the light pattern 13 is multiplied by a factor of 1000 or more by MCPl 1 described later, and finally the photosensitive part of the electron beam resist 7 is exposed. Single-plate DLP method is more desirable.
  • a mask for blocking light is disposed on the upper surface (light incident side surface) of the MCP 1
  • the projector 8 By installing a photo mask (including a liquid crystal shutter etc.) on the back surface of the MCP 11 (the incident side of the light pattern 13) and irradiating the entire surface of the MCP 11 with light, the projector 8 becomes unnecessary. In this case, it is necessary to set a photomask for each light pattern 13. Finally, in order to focus the patterned amplified electron beam array 14 by the electron beam lens unit 12 described later, no high resolution is required for the photomask.
  • EL organic light emitting element luminescence
  • the EL light emitting portion is integrated with the photoelectric film 10 described later, and the EL light emitting portion light beam pattern 13 is directly projected onto the photoelectric film 10 at the same magnification. It is also conceivable to inject a corresponding patterned electron beam array into MCPl 1 described later. Even if the light pattern 13 is irradiated to the photoelectric film 10 described later (in other words, the incident position to the MCP 11 described later), it is sufficient that the light pattern 13 has m level accuracy.
  • an electron beam array patterned based on the incident light pattern 13 is generated, and the electron beam array is up to several thousand times or several tens of millions of times.
  • a convex or concave lens 9 for efficiently entering the light pattern 13 on the incident side of the MCP 11 may be provided as necessary. Good.
  • a photoelectric film 10 is provided on the incident side of the MCP 11 to convert incident light into electrons and emit the electrons.
  • multi-alkali Na—K—Sb—Cs
  • no alkali etc.
  • Typical examples thereof include (Sb-Rb-Ce, Sb-K-Cs), Ce-Te ⁇ Ag-O-Cs ⁇ GaAs ⁇ GaAsP, and the like.
  • CdS In the visible region, CdS is widely used, and (Cu, Ag, Sb, etc.) is generally added to increase sensitivity. In the present embodiment, CdS is used.
  • the photoelectric film 10 can be omitted. Also, when the light pattern 13 of UV having a short wavelength of 200 nm or less is irradiated to the inside of the MCP 11, secondary electrons are generated from the semiconductor portion of the inner surface, and an amplified electron beam according to the light pattern 13 is generated. Photoelectric film 10 is unnecessary because an array 14 can be obtained. If the UV photo mask is placed on the top surface (light incident side) of the MCP 11 to produce the light pattern 13 by the above-mentioned UV.
  • the MCP 11 As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the MCP 11 amplifies electrons, and the tubular microchannel 11 a is incident on the MCP 11 in the axial direction of the microchannel 11 a in an axial direction, and the optical axis of the light pattern 13.
  • a plurality of members are formed in parallel with each other in the direction orthogonal to the optical axis direction so as to be parallel to the direction.
  • the cylindrical shape include a cylindrical shape, a square cylindrical shape, and a hexagonal cylindrical shape, but in the present embodiment, a cylindrical shape is used because of ease of manufacture.
  • MCP 11 The fabrication of MCP 11 will be described below, taking one microchannel 11a of MCP 11 as an example.
  • a plurality of cylindrical parts are formed in parallel in the thickness direction on the main body lib of a lead glass plate.
  • the diameter of the cylindrical portion is set to 1 111 to 100 111
  • the ratio (LZd) of the length of the cylindrical portion to the diameter of the cylindrical portion is set to 20 to 200, more preferably 40 to L00.
  • the diameter is set to 2 to 10 / ⁇ , and the ratio (LZd) to 40 to 80.
  • the axial direction of the cylindrical portion is parallel to the normal direction of the surface of the lead glass plate. Although it may be inclined to about 8 °, it is parallel in the present embodiment.
  • a semiconductor portion 11c having a structure for emitting a plurality of secondary electrons in the direction along the collision direction is formed.
  • the semiconductor portion 11c is formed as a resistive semiconductor portion on the surface of the main body 11b by reduction of the main body l i b at a high temperature of 250 ° C. to 450 ° C. in a hydrogen atmosphere.
  • the resistance value of the semiconductor portion 11c in the thickness direction of the main body l ib is set to 10 8 ⁇ to 10 1 () ⁇ .
  • the semiconductor portion 1 lc may be a damon dry carbon film deposited by plasma CVD (chemical vapor deposition).
  • Each of the electrodes l ld and l ie is formed on both surfaces of a main body 1 lb of a lead glass plate in which cylindrical semiconductor portions 1 lc are formed in the thickness direction, respectively, by vapor deposition of nichrome or inconel. As a result, a microchannel 11a as shown in FIG. 4 is produced.
  • a DC voltage of 600 V to 1100 V is applied between the electrodes l ld and l ie, with the electron incident side as negative and the electron outgoing side as positive.
  • a plurality of secondary electrons are made in the direction along the collision direction.
  • 27 and the emitted electrons 27 respectively collide with the semiconductor portion 11c and repeatedly emitting more electrons, so that one electron 25 is 5 ⁇ 10 2 to 3 It will be emitted as X 10 5 electron beams 29.
  • CHEVRON shown in FIG. 5 is formed by forming MC P 11 in two stages.
  • each electron of each electron beam 29 from each microchannel 11 a is intermittently emitted from the charge and discharge characteristics of MCP 11, each electron power of each electron beam 29 is adjacent to each other.
  • the probability of being adjacent to each other at a distance between the central axes is sufficiently small.
  • the repulsion that the electrons of each electron beam 29 repel each other is small! /.
  • the above-mentioned amplified electron beam array 14 is a collection of a plurality of micro electron beams respectively corresponding to the above-mentioned microchannels 11 a.
  • the plurality of micro electron beams are spaced apart from each other, and are along the optical path direction of the light pattern 13 and the longitudinal direction of each of the microchannels 11 a described above.
  • the plurality of microphone electron beams are not necessarily parallel to the light path direction or the longitudinal direction. If it is focused on the electron beam resist surface, it may be inclined.
  • a HARP (High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) film can be used as an avalanche-type photoconductor film as a substitute for the photoelectric film 10 + MCP 11 described above.
  • the HARP film means a film of amorphous selenium to which a high pressure is applied.
  • photoelectric conversion occurs in the HARP film, and the charge is further amplified by avalanche in the film to emit electrons. Therefore, the pattern light 13 is incident on one surface of the HARP film, whereby the patterned amplified electron beam array 14 is obtained by being emitted from the other surface of the HARP film.
  • another device can be used in place of the combination of the light pattern generation unit 8, the photoelectric film 10 and the MCP 11.
  • any device capable of generating an amplified electron beam array 14 patterned by voltage control and exposing a resist can be used.
  • SEDs surface-conduction electron-emitting devices
  • microdip arrays with tip portions with sharp edges made of silicon or molybdenum carbon nanotube arrays
  • diamond thin films And at least one device group selected from electron emission sources for field emission displays (FEDs, etc.).
  • the amplified electron beam along the optical path of the patterned amplified electron beam array 14 from which MCP 11 force is also emitted.
  • An electron beam lens portion 12 is provided to accelerate, focus, align and project the array 14.
  • the electron beam lens unit 12 includes an accelerating tube 12a, a focusing lens 12b, a multipolar deflection electrode 12c for alignment, and a projection lens 12d, respectively, along the traveling direction of the amplified electron beam array 14.
  • the focusing lens unit 12b may be provided, but if necessary, at least one of the acceleration tube unit 12a, the multipole deflection electrode unit 12c for alignment, and the projection lens unit 12d. May be provided.
  • the accelerating tube portion 12 a is for accelerating the amplified electron beam array 14, shortening the wavelength of the electron beam, and finally improving the drawing resolution with the electron beam resist 7. Ru.
  • the focusing lens portion 12 b is for focusing notches in an in-plane direction orthogonal to the optical path direction of the not-amplified amplified electron beam array 14.
  • the multipole deflection electrode unit 12c is for correcting distortion of the amplified electron beam array 14 after passing through the focusing lens unit 12b.
  • the projection lens unit 12 d projects the amplified electron beam array 14 after passing through the multipole deflection electrode unit 12 c onto the electron beam resist 7 in a desired size to form a drawing pattern 14 a corresponding to the amplified electron beam array 14. It is to do.
  • the electron beam of the amplified electron beam array 14 is shortened to a wavelength of about 0. Olnm at lOO keV by the force-boosting tube part 12a such as an accelerating lens or accelerating electrode, the amplified electrons are shortened in wavelength.
  • the beam array 14 makes it possible to draw a finer drawn pattern 14 a of 5 nm scale or less on the electron beam resist 7 to expose the electron beam resist 7. Thereafter, a highly integrated semiconductor device having a fine pattern is formed by a normal semiconductor manufacturing process.
  • a controller (compensation unit) 17 for controlling the drive 3 is provided by the computer.
  • a display 18 as a display output unit and an input unit 19 such as a keyboard / mouse.
  • the controller 17 corrects the light pattern 13 so as to reduce distortion caused in the drawing pattern 14 a drawn by the acceleration, focusing, alignment, and the projected amplified electron beam array 14. It is also set to function.
  • correction of distortion in the electron beam lens unit 12 can be mentioned as a first example of the above correction. Since the electric field generated by the electron beam lens unit 12 has a spatial intensity distribution, the reduction ratio differs near the center of the patterned amplified electron beam array 14 to be focused and near the outer edge of the pattern.
  • the controller 17 controls the projector 8 so as to generate an incident light pattern (inverse distortion light pattern) which is the product of the inverse function of the distortion generated in the electron beam lens unit 12 with the desired pattern. Do. Therefore, the controller 17 is provided with the reverse distortion light pattern generation unit.
  • the amplified electron beam is
  • the distortion caused in the drawing pattern 14a drawn by the array 14 can be offset by the above-mentioned incident light pattern, and on the electron beam resist 7, at the normal resolution of the electron beam, a two-dimensional batch along the desired circuit pattern.
  • a drawn pattern 14a drawn by the focused and projected amplified electron beam array 14 is obtained.
  • the drawn pattern 14 a which is the exposure pattern drawn by the amplified electron beam array 14, is drawn with high accuracy and programmable by correcting the force on the side of the light pattern 13. be able to. Therefore, for example, it is possible to realize a finer force, such as a minimum force dimension of 5 nm or less, and to manufacture an ultra-high density LSI with a semiconductor element of 5 nm scale or less with high accuracy, low cost and programmable. .
  • the amplified electron beam array 14 is focused on the electron beam resist 7 by the electron beam lens unit 12.
  • the interaction force between the adjacent micro electron beams 14b becomes larger, and the scattering caused by the interaction force is caused.
  • FIG. 9 (a) from the light pattern 13 incident on each microchannel 1 la which is each matrix of the MCP 11, a plurality of divided light patterns 1 composed of respective dots which are interpolated with each other
  • the projector 8 is controlled by the controller 17 so as to generate la-1 to la-3 in a time division manner. Since the divided light patterns 11a-1 to 1 la-3 are formed to interdigitate each other, the original light pattern 13 can be obtained by overlapping each other as shown in FIG. 9 (b). It has become Thus, the controller 17 is provided with the split light pattern generation unit.
  • the micro electron beams 14 b based on each of the divided light patterns 11 a-1 to 1 la-3 irradiated onto the electron beam resist 7 are widely spaced from one another. Therefore, the inconvenience due to the above interaction can be further suppressed. As a result, even in the second example of the correction, since the reduction of the resolution can be avoided, the ultra high density LSI can be manufactured with higher accuracy, lower cost and programmatically.
  • split light patterns 1 la-1 to 1 la-3 are exemplified, for example, 100 split light patterns may be used.
  • Each divided light beam Since the turn is controlled by light, even if these 100 pieces are drawn in sequence, the entire drawing time can be in the order of milliseconds.
  • a grid-shaped electrostatic lens unit 16 may be provided on the exit side of the MCP 11.
  • grid-like space portions 16a respectively corresponding to the microchannels 11a of the MCP 11 are in the traveling direction of the amplified electron beams from the microchannels 1 la. Each is formed to have a space along it.
  • an attractive force is generated with respect to the amplified electron beam array 14 from the MCP 11 to accelerate the amplified electron beam array 14 into a grid shape.
  • By passing through the respective space portions 16a it is possible to make them parallel to each other, to suppress the notching of the emission angle, to reduce the reduction in resolution due to the above-mentioned variation, and to be similar to the light pattern 13 described above. As a result, the drawing pattern 14a can be made more accurate.
  • the microchannels 11 a having a diameter of 10 m and each electrode 11 of the MCP 11 have a rating of 2 keV.
  • the total exposure current is 20 mA by applying to ld and lie, as shown in FIG. 11A
  • the micro electron beam 14b of 0.5 A is obtained per microchannel 11a of MCP 11. It was found that the exposure speed was 40000 times faster than that of lithography using a conventional electron beam 14c using an exposure current.
  • This figure corresponds to the formation number of each microchannel 11 a of MCP 11, and it is considered that the exposure speed (drawing speed) will increase in proportion to that when MCP having a large number of microchannels 11 a is used.
  • the resolution of the conventional electron beam lithography is improved 40000 times if the total amount of electrons and the wavelength of the entire electrons used for sensitization of the electron beam resist 7 are assumed to be the same. This is based on the assumption that the resolution, ie the spread of the electron beam, is proportional to the current to one. From the above results, the electron beam exposure apparatus of the present invention It can be seen that body manufacturing equipment has great potential.
  • the present invention uses an electron beam capable of fine exposure and processing exceeding the wavelength limit of light, it is possible to perform exposure of the resist and direct fine processing in the manufacturing process of semiconductor devices and micromachines. Become.
  • the present invention by collectively irradiating a two-dimensional pattern of an electron beam, a reticle is not required, and high-speed, programmable exposure and exposure can be realized. Since the wavelength of the electron beam depends on the accelerating voltage, if a high voltage is applied and the electron beam used is accelerated, fine processing can be performed according to the speed.
  • the present invention can fundamentally solve the conventional problems that have not been put to practical use, and significantly advances LSI manufacturing technology.
  • an excimer laser wavelength of 193 nm is used.
  • microfabrication can be performed with an exposure wavelength of 1 / 10,000 or less (a DRAM of 1 OT is possible), and even if electron scattering is taken into consideration, significant LSI performance can be obtained. An improvement is expected.
  • FIGS. 16 and 17 An electron beam exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 16 and 17.
  • the same member numbers are given to members having the same functions as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • the photoelectric film 10 is used.
  • the photoelectric film 10 can not be exposed to the atmosphere because it is necessary to maintain a vacuum state. Since the photoelectric film 10 was used, the entire apparatus such as the vacuum chamber 1 and the vacuum pump was upsized.
  • another light pattern generation unit 21 is provided instead of the projector 8 in order to omit the photoelectric film 10.
  • the light pattern generation unit 21 has a femtosecond laser 22 and a micro mirror array unit 23 for reflecting the laser light from the femtosecond laser 22 with the two-dimensional light pattern.
  • the femtosecond laser 22 may have, for example, a repetition frequency of 50 MHz and a pulse width of 90.
  • a femtosecond laser of fsec (femtoseconds) to 180 fsec in the visible region, for example 780 nm, may be used.
  • a titanium sapphire laser or a Yb: YAG laser can be used.
  • the output of the femtosecond laser 22 one having an average output of 10 mW to 60 mW can be applied.
  • the micro mirror array unit 23 includes a substrate 23 a, a plurality of driving units 23 b on the substrate 23 a, and micro mirrors 23 c driven by a plurality of driving units.
  • Examples of the micro mirror array unit 23 include digital mirror devices (registered trademark).
  • Each micro mirror 23c is a square plate-like mirror that reflects light in the visible portion, and 480.000 to 1.13.000 sheets are arranged adjacent to each other and densely in a matrix.
  • two-dimensional light patterns 13 can be formed in a grid pattern, arranged in a row direction and a column direction crossing each other (preferably orthogonal).
  • each micro mirror 23c uses a 16 ⁇ 64 block micro mirror array unit 23 divided by data transmission unit blocks (64 ⁇ 16)!
  • each drive unit 23b is provided for each micro mirror 23c, and for example, each micro mirror 23c can be rotationally driven by about ⁇ 12 degrees with the central axis along the row direction as the rotation axis. ing. Furthermore, each drive unit 23 b is set to be able to repeat rotational driving of each micro mirror 23 c several thousand times per second.
  • each drive unit 23 b as described above is as follows, similarly to the image display control in the liquid crystal panel.
  • the two-dimensional pattern data for the light pattern 13 is latched (LATTHES, held for data synchronization) in a shift register, and for each block of the matrix of each micro mirror 23 c Data is loaded.
  • 0 or 1 that is, for example, minus 12 degrees or plus 1 is applied to the row block element of the address specified by the row decoding device (ROW DECODER) for each micro mirror 23 c.
  • each drive unit 23b transmits each micro mirror 23c to each micro mirror 23c,
  • each micro mirror 23c 1 or each micro mirror 23c and so on. Thereafter, the laser light 22a from the femtosecond laser 22 is irradiated onto each of the micromirrors 23c, and the reflected light from each of the micromirrors 23c is used as a light pattern 13 to irradiate each microchannel 1 la of the MCP 11. Do.
  • the semiconductor portion 11c on the inner surface of each of the microchannels 11a the sum of the energy of the plurality of photons of the light pattern 13 exceeds the work function of the semiconductor portion 11c.
  • electrons are mainly emitted in the direction along the incident direction of the photons.
  • secondary electrons are generated in the semiconductor portion 11c as described above, and the similarly patterned amplified electron beam array 14 is focused on the electron beam resist 7 as described above. It can draw.
  • a drawing pattern 14 a having a line width of 5 nm or less can be formed by programmable exposure on the electron beam resist 7 of the amplified electron beam array 14, and photoelectric conversion is required to maintain a vacuum state. Since the film 10 can be omitted, the exposure apparatus can be miniaturized, the vacuum pump can be miniaturized, and cost can be reduced.
  • the micro mirror array unit 23 is used to individually control the micro mirrors 23 c to correct the light pattern 13 according to the first embodiment of the present invention. It will be possible as well.
  • the inner surface of each of the microchannels 11a has a straight cylindrical shape whose inner diameter is constant up to the light incident side force, for example, as shown in FIG.
  • the light emitting side end may be an electron beam shaping unit l lh having a diverging shape. The end-spreading shape is directed toward the light emitting end of the light, and the inner diameter gradually increases.
  • the electron beam shaping section l lh having such a diverging shape is used to align (collimate) the electron beam emitted from each of the microchannels 11a more closely along the central axis direction of each of the microchannels 11a. Is possible.
  • the electron amplification unit further includes an avalanche type photocopier. It may be a inductor film.
  • the light pattern generation unit may include a light source and a mask pattern for generating the light pattern by the light from the light source.
  • the mask pattern by using the mask pattern, the light pattern generation part can be simplified and the cost can be reduced as a whole.
  • the distortion when distortion occurring in the drawing pattern can be predicted to a certain extent, the distortion can be suppressed by using the mask pattern corrected according to the prediction, and the accuracy of the drawing pattern is improved. It is possible to
  • a semiconductor manufacturing apparatus includes a vacuum chamber, the electron beam exposure apparatus according to any of the above, provided in the vacuum chamber, and the vacuum chamber.
  • An electron beam resist provided on the inside of the substrate, the amplified electron beam array being focused on the surface, and a mounting table for mounting a substrate on which the electron beam resist is formed on the surface;
  • the light pattern generation unit generates a two-dimensional light pattern according to the circuit pattern of the semiconductor element!
  • the light pattern generation unit generates a two-dimensional light pattern according to the circuit pattern of the semiconductor element
  • the light pattern force can also produce a patterned electron beam array.
  • By accelerating the electron beam array it is possible to shorten the wavelength of the electron beam of the electron beam array to the limit.
  • a finer force for example, having a processing dimension of 5 nm or less, and it is possible to manufacture an ultra high density LSI provided with a semiconductor element of 5 nm scale or less.
  • the semiconductor manufacturing apparatus further includes a substrate moving unit that moves the substrate in a direction orthogonal to the irradiation direction of the amplified electron beam array focused on the substrate.
  • the substrate moving unit for moving the substrate for example, a wafer with a diameter of 100 mm or a diameter of 500 mm
  • Move the board and draw according to each circuit pattern An image pattern can be formed, and a drawing pattern corresponding to the circuit pattern can be formed on a large area substrate.
  • the above configuration can reduce distortion of the pattern drawn by the patterned electron beam array by performing correction on the light pattern side by the correction unit included in the exposure apparatus used.
  • the manufacture of ultra-highly integrated semiconductor devices can be made more reliable and faster.
  • the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention includes the electron beam exposure apparatus according to the present invention, and the light pattern generation unit generates a two-dimensional light pattern according to the circuit pattern of the semiconductor element. It is a configuration to become!
  • the configuration described above can be formed by drawing a desired circuit pattern drawn by the amplified electron beam array with high resolution, high accuracy, and programmability.
  • a finer force such as a minimum dimension of 5 nm or less
  • an ultra-high density LSI having a semiconductor element of 5 nm scale or less.
  • the electron beam exposure apparatus of the present invention can accelerate pattern exposure using an electron beam which can be more finely processed. From this, it is possible to manufacture at low cost a semiconductor device which has been further finely processed to improve the performance.
  • the electron beam exposure apparatus of the present invention can easily and rapidly manufacture a high-definition semiconductor device, and therefore, the field of semiconductor manufacturing apparatuses such as semiconductor lithography apparatuses and LSIs, and the above-described LSI
  • the present invention can be suitably used in the field of communication devices such as mobile phones using the above, and in the field of computers using many semiconductor elements such as the above-mentioned LSIs.

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Abstract

　本発明の電子ビーム露光装置は、二次元の光パターン（１３）を発生するためのプロジェクター（８）と、入射された光パターン（１３）に基づく電子ビームアレイを生成し、その電子ビームアレイを増幅し、増幅電子ビームアレイ（１４）として出射するためのマイクロチャネルプレート（１１）と、増幅電子ビームアレイ（１４）を集束するための電子ビームレンズ部（１２）とを有する。上記電子ビーム露光装置は、電子ビームによる露光によって、より微細加工されて性能が向上した半導体素子を製造できる。また、上記電子ビーム露光装置は、上記露光を二次元パターンによる一括露光できるから、上記製造を低コスト化できる。

Description

明 細 書
電子ビーム露光装置
技術分野
[0001] 本発明は、 LSIといった半導体装置の製造において、上記半導体装置における半 導体素子の微細加工が可能な、電子ビーム露光装置に関するものである。
背景技術
[0002] 現在、半導体素子の性能は、図 12に示すように、半導体リソグラフィー技術による 微細加工の精度（つまり、最小加工寸法の低減化）に委ねられているといっても過言 ではな 、。これまでの可視光帯域の光 (電磁波）を利用したリソグラフィー技術による 微細加工は、その光の波長に依存して解像度が決まる。このため、微細加工のより微 細化を進めるためには、図 13に示すように、可視光領域から EUV (Extreme Ultra Vi olet rays,極紫外線)や X線などの、より短波長帯域の光を利用する必要があった。
[0003] しかし、それらの短波長帯域の光は、その光の発生装置の実現や光ビームの縮小 などに用いる光学系の実現が容易ではない。
[0004] このことから、発生や制御が比較的容易である電子ビーム (電子線)を半導体リソグ ラフィー技術による微細加工に用いることが考えられた。
[0005] し力しながら、電子ビームを用いた既存の半導体製造 (リソグラフィー）装置は、一 本の電子ビームにて、半導体素子の回路パターンを直接描画するので、高集積度の 半導体素子における回路パターンの全てを描画するのに多大な露光時間（数時間 力 数十時間）を要することが問題であった。つまり、光の波長に依存した微細加工 限界を打ち破る電子ビーム露光方式は、"一筆書き"の一次元的な露光方式である が故に直接ウェハー全体を露光するには多大な露光時間を要し、実用的でないとい う問題を生じている。
[0006] 近年、電子ビームを用いた露光方法にお!、て、露光時間を短縮化するために、上 記パターンを一括描画する二次元電子ビームによる一括露光方法が開発されている 。そのような二次元電子ビーム一括露光方式としては、 SCALPEL方式 (AT&T)や 、 PRIVAIL方式（IBM)が提案されている。 [0007] SCALPEL方式では、図 14 (a)〖こ示すように、メンブレン 32aの表面上にパターン化 された散乱部 32bを備えるレチクル 32に対し、電子ビーム 31を照射する。出射電子 ビームを電子レンズ 33およびバックフォーカルプレーンフィルタ 34を有する光学系に より電子線レジストを塗布した金属薄膜 35に照射 '露光して上記パターンの回路を形 成する方式である。 SCALPEL方式については、特許文献 1にも記載されている。
[0008] PRIVAIL方式においては、図 15 (a)および図 15 (b)〖こ示すように、前記パターン に応じた空孔 44aを形成した Si基板 44をレチクルとして用い、上記 Si基板 44に電子 ビーム 41を照射する。このとき、空孔 44aを通過した電子ビーム 41を、光学系を用い て、電子線レジストが塗布された金属薄膜を備えたウェハー 47上にそれぞれ照射' 露光する方式である。上記光学系としては、電子レンズ 42、電子ビーム軸偏向用ョ ーク 43aを備えたイルミネーションレンズ 43、コリメーシヨンレンズ 45、およびコントラス トアパーチャ 46を備えたプロジェクシヨンレンズ 46が挙げられる。ただし、 PRIVAIL方 式は、図 15 (c)に示すような、中空の部分を備えた Si基板 44を作製できないという不 都合を有している。 PRIVAIL方式については、特許文献 2にも記載されている。 (特許文献 1)米国特許第 5, 260,151号（Date of Patent: 1993年 11月 09日）
(特許文献 2)米国特許第 5,466,904号（Date of Patent: 1995年 11月 14日） 発明の開示
[0009] (発明が解決しょうとする課題）
前記の SCALPEL方式は、図 14 (b)に示すように、電子ビーム 31がメンブレン 32a を通過する必要があるため、その部分で著しく解像度が低下してしまうという課題を 生じている。
[0010] 前記の PRIVAIL方式は、複雑なパターン、例えば図 15 (c)に示すような中空を備 えたパターンを形成するときには、上記パターンを分割した各小パターンを上記ゥェ ハー 47上にそれぞれ照射する。このため、上記方式は、上記各小パターンの相互間 での位置あわせが必要となり、この位置あわせの精度が原因で SCALPEL方式と同 様に解像度が著しく低下する (解像度としては lOOnmが限界)という課題を生じてい る。
[0011] また、上記両方式においては、レチクルの製作や真空室内への上記レチクルの設 置など面倒な操作が必要であるという課題も生じている。このように各方式にでは、上 述した根本的な課題がある。
[0012] 本発明の目的は、電子ビームによる高精細な描画パターンを形成できる電子ビー ム露光装置を提供すると共に、所望する二次元の描画パターンの形成を、二次元一 括露光によって迅速に実現できて上記形成を低コストィ匕できる、電子ビーム露光装 置を提供することである。
[0013] (課題を解決するための手段）
本発明に係る電子ビーム露光装置は、上記課題を解決するために、二次元の光パ ターンを発生するための光パターン発生部と、入射された前記光パターンに基づく電 子ビームアレイを生成し、前記電子ビームアレイを増幅し、増幅電子ビームアレイとし て出射するための電子増幅部と、前記増幅電子ビームアレイを、電子線レジスト上に 集束するための電子ビームレンズ部と、を有していることを特徴としている。
[0014] 上記電子ビーム露光装置では、前記電子ビームレンズ部は、さらに、前記増幅電 子ビームアレイを、加速、ァライメントおよび投影することの、少なくとも一つをできるよ うになって 、ることが好まし 、。
[0015] 上記構成によれば、二次元の光パターンに基づく増幅電子ビームアレイを、電子線 レジストが塗布された金属薄膜を備えた基板上の上記電子線レジスト上に照射 '露光 する。このことにより、二次元の露光パターンを一括して描画でき、露光時間を短縮 化できる。さらに、上記構成は、光パターンに基づく電子ビームアレイを増幅した増幅 電子ビームアレイを用いているので、上記電子線レジストに照射される電子ビーム強 度を大きくできる。この結果、上記露光時間をさらに短縮ィ匕できて、描画速度を向上 できる。
[0016] これにより、上記構成は、上記描画パターンの精度および描画速度を向上できるか ら、例えば半導体素子の最小加工寸法が、 5nm以下といった、より微細な加工精度 をより迅速に実現できて、 5nmスケール以下の高集積度の半導体素子を有する超高 密度の LSIを、より低コストにて製造できる。
[0017] また、前記電子ビームレンズ部力 さらに、前記増幅電子ビームアレイを加速できる ようになっていると、電子線を短波長化できるので、描画パターンを、より微細化でき て、上記描画パターンの精度および描画速度を向上できる。また、前記電子ビームレ ンズ部が、さらに、前記増幅電子ビームアレイをァライメントできるようになっていると、 上記描画パターンの精度をより向上できる。
[0018] 上記電子ビーム露光装置では、前記電子増幅部は、電子を増幅する、筒状のマイ クロチャネル力 前記マイクロチャネルの軸方向を前記光パターンの光軸方向に対し 沿うように、複数、それぞれ、前記光軸方向に対し直交する方向に互いに隣り合って 形成されて ヽることが好ま ヽ。
[0019] 上記構成によれば、上記各マイクロチャネルを設けたことにより、照射した光パター ンを分割化した各マイクロ電子ビームの集合体である増幅電子ビームアレイをより確 実に形成できる。
[0020] この結果、上記構成は、増幅された増幅電子ビームアレイを、より確実に得ることが できるので、上記描画パターンの描画速度をより向上させることができる。このことから 、例えば半導体素子の最小加工寸法が、 5nm以下といった、より微細な加工精度を より迅速に実現できて、 5nmスケール以下の高集積度の半導体素子を有する超高 密度の LSIを、より低コストにて製造できる。
[0021] 上記電子ビーム露光装置においては、前記電子増幅部は、前記光パターンの入 射側に、入射してくる光子を電子に変換して出射する光電膜を備えていてもよい。
[0022] 上記構成によれば、光パターン発生部力 の光パターンの光強度が小さくとも、光 電部を、電子増幅部における、光パターンの入射側に設けたことで、上記光パターン に応じた電子パターンを電子増幅部に入射し増幅して、増幅電子ビームアレイを、よ り確実に得ることが可能となる。
[0023] 上記電子ビーム露光装置では、前記光パターン発生部は、フェムト秒レーザと、上 記フェムト秒レーザからのレーザ光を前記二次元の光パターンにて反射するための マイクロミラーアレイ部とを有して 、てもよ 、。
[0024] 上記構成によれば、マイクロミラーアレイ部により二次元の光パターンとなった、フエ ムト秒レーザからのレーザ光は、電子増幅部に照射されると、上記電子増幅部にお V、て、上記光パターンに準じた電子ビームアレイを生成できる。
[0025] これにより、上記構成は、光電膜を用いた場合と同様な、高精細で、迅速化できる 描画パターンによる半導体素子を形成できる。その上、上記構成は、光電膜を省くこ とが可能であるから、光電膜に必要な真空状態の維持という、装置の大型化や高コス ト化を抑制できる。
[0026] 上記電子ビーム露光装置においては、さらに、前記増幅電子ビームアレイによって 描画されたパターンに生じる歪を低減するように前記光パターンを補正するための補 正部を備えて 、ることが望ま 、。
[0027] 上記構成によれば、増幅電子ビームアレイによって描画されたパターンに生じる歪 を低減するように光パターンを補正するための補正部を設けたので、増幅電子ビー ムアレイにより描画されるパターンを、光パターン側から補正することで、所望する描 画パターンに近づけることが確実ィ匕および迅速ィ匕できる。
[0028] 上記電子ビーム露光装置では、前記補正部は、前記光パターン発生部を制御して 、前記増幅電子ビームアレイに生じる歪を相殺するように逆歪光パターンを生成する ための逆歪光パターン生成部を備えて 、てもよ!/、。
[0029] 上記構成によれば、増幅電子ビームアレイに生じる歪を相殺するように逆歪光パタ ーンを生成するための逆歪光パターン生成部を設けたことで、上記相殺によって描 画パターンの精度を改善できる。
[0030] 上記電子ビーム露光装置にお!、ては、前記補正部は、前記光パターン発生部を制 御して、前記光パターンを、互いに補間し合う複数の分割光パターンをそれぞれ生 成するための分割光パターン生成部を備えて 、てもよ 、。
[0031] 上記構成によれば、互いに補間し合う複数の分割光パターンをそれぞれ生成する ための分割光パターン生成部を備えたことにより、複数の各分割光パターンから、互 いに補間し合う、複数の各分割パターン電子ビームアレイを得ることができる。それら の各分割パターン電子ビームアレイを時間軸に沿って互いに異なる時間に電子線レ ジストの同一エリアに照射することで、前記光パターンに対応した描画パターンを電 子線レジスト上に形成できる。
[0032] このとき、時分割にて用いられる、各分割パターン電子ビームアレイにおける、互い に隣り合うマイクロ電子ビームの間隔を大きくできる。これにより、各分割パターン電 子ビームアレイにおける、互いに近接したマイクロ電子ビーム間および電子線レジス ト内部での散乱電子間の静電相互作用力を軽減することができる。
[0033] その結果、上記構成は、所望の描画パターンによる歪の少ない感光パターンが電 子線レジスト上に得られるので、分割パターン電子ビームアレイによる上記感光パタ ーンにおける描画の高精度化が可能となる。
[0034] 上記電子ビーム露光装置では、さらに、前記電子増幅部からの増幅電子ビームァ レイの出射角度のバラツキを抑制するため、電子増幅部の出射側にグリッド状静電レ ンズ部を有していてもよい。
[0035] 上記構成によれば、増幅電子ビームアレイをグリッド状静電レンズ部におけるグリツ ド状部を通過させることで、互いに平行ィ匕できて前記出射角度のバラツキを抑制して 、上記バラツキに起因する解像度の低下を軽減できる。その上、前記出射角度のバ ラツキを抑制できるから、前述の光パターンとの相似性を向上できて、描画パターン の高精度化が可能となる。
[0036] 上記電子ビーム露光装置においては、前記マイクロチャネルは、前記電子増幅部 力 の増幅電子ビームアレイの出射角度のバラツキを抑制するように、前記増幅電子 ビームアレイの出射口側端部の内周面力 前記マイクロチャネルの出射端に向かつ て末広がりとなるように形成されて 、てもよ 、。
[0037] 上記構成によれば、上記末広がりの形状により、グリッド状静電レンズ部を設けた場 合と同様に、出射された増幅電子ビームアレイの各マイクロ電子ビームの各出射方 向を上記マイクロチャネルの中心軸に対し平行となるように近づけることができる。
[0038] この結果、前記出射角度のバラツキを抑制できるから、上記バラツキに起因する解 像度の低下を軽減できる。その上、前記出射角度のバラツキを抑制できるから、前述 の光パターンとの相似性を向上できて、描画パターンの高精度化が可能となる。
[0039] (発明の効果）
本発明の電子ビーム露光装置は、以上のように、二次元の光パターンに基づぐ電 子ビームアレイを生成し、前記電子ビームアレイを増幅し、増幅電子ビームアレイとし て出射するための電子増幅部と、前記増幅電子ビームアレイを電子線レジスト上に 集束するための電子ビームレンズ部とを有している構成である。
[0040] それゆえ、上記構成は、パターン化された増幅電子ビームアレイにより、描画パタ 一ンを高分解能、高精度かつプログラマブルに描画して形成することができる。この 結果、前述したように、例えば最小カ卩ェ寸法が 5nm以下といった、より微細な力卩ェが 実現でき、 5nmスケール以下の半導体素子を備えた超高密度 LSIが製造できると ヽ う効果を奏する。
図面の簡単な説明
[図 1]本発明に係る実施の第一形態の電子ビーム露光装置を示す概略要部断面図 である。
[図 2]上記電子ビーム露光装置に用いる MCPのマイクロチャネルにおける要部破断 の斜視図である。
[図 3]上記 MCPの要部破断の斜視図である。
[図 4]上記 MCPの要部平面図である。
[図 5]上記 MCPの印加電圧とゲインとの関係を示すグラフである。
[図 6(a)]上記電子ビーム露光装置の電子ビームレンズ部を示す斜視図である。
[図 6(b)]上記電子ビーム露光装置の電子ビームレンズ部を示す正面図である。
[図 7]上記 MCPと電子レンズビーム部とにおける、光パターンから増幅電子ビームァ レイが生成され、集束され、投影される状態を示す斜視図である。
[図 8(a)]上記増幅電子ビームアレイが集束される状態を示す斜視図である。
[図 8(b)]集束されて電子線レジスト上での上記増幅電子ビームアレイの状態を示す 斜視図である。
[図 8(c)]集束された上記増幅電子ビームアレイでの各電子ビーム間の相互作用を示 す概略正面図である。
[図 9(a)]上記増幅電子ビームアレイの各マイクロ電子ビーム間の相互作用を緩和する ための一例を示し、上記増幅電子ビームアレイを生成するための光パターンを分割 して形成した、互いに補間する各分割光パターンの例を示す平面図である。
[図 9(b)]上記各分割光パターンを合わせたときの増幅電子ビームアレイを示す平面 図である。
[図 10(a)]上記 MCP力 の増幅電子ビームアレイを整形するためのグリッド状静電レ ンズ部を示す要部破断斜視図である。 [図 10(b)]上記グリッド状静電レンズ部の断面図である。
[図 11(a)]本発明の増幅電子ビームを示す概略正面図である。
[図 11(b)]従来の電子ビームを示す概略正面図である。
[図 12]半導体素子としての DRAM、マイクロプロッセッサの最小カ卩ェ寸法における、 経年的で、一般的な減少の変化を示すグラフである。
[図 13]X線露光、 EUV露光、電子線露光における露光波長と解像度との関係を示す グラフである。
[図 14(a)]従来の電子ビームでの露光の例を示す断面図である。
[図 14(b)]図 14 (a)に示す従来の電子ビームでの露光の例の要部拡大断面図である
[図 15(a)]従来の電子ビームでの露光の他の例を示す断面図である。
[図 15(b)]図 15 (a)に示す従来の電子ビームでの露光の他の例の要部拡大断面図で ある。
[図 15(c)]上記他の例では不可能な、レチクルとしての Si基板での空孔の例を示す正 面図である。
[図 16]本発明に係る実施の第二形態の電子ビーム露光装置を示す概略要部断面図 である。
[図 17]上記実施の第二形態の電子ビーム露光装置における、 DMD (デジタルミラー デバイス、登録商標、マイクロミラーアレイ部）の要部斜視図である。
[図 18]本発明に係る実施の第一形態および第二形態の電子ビーム露光装置におけ る MCPのマイクロチャネルの一変形を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
(実施の第一形態）
本発明に係る電子ビーム露光装置、半導体製造装置の一実施形態につ!ヽて図 1 ないし図 11に基づいて説明すると以下の通りである。すなわち、上記電子ビーム露 光装置を備えた半導体製造装置では、図 1に示すように、内部での真空状態を維持 できる箱状の真空チ ンバー 1が、その真空度を 10— 6Τοπ:以下となるように設けられ ている。本実施の形態では、上記真空度を 10— 8Torrに設定した。 [0043] 真空チェンバー 1内の底部には、露光される基板 5を載置するためのステージ (載 置台） 2が、二次元の水平方向に移動可能に取り付けられている。真空チ ンバー 1 の内部または外部には、ステージ 2を移動駆動するためのメカ-カルドライブ 3が、後 述するコントローラ 17により制御可能に設けられている。また、上記ステージ 2の位置 (つまり移動位置）をモニタするためのステージ位置モニタ 4力 そのモニタ位置を後 述するコントローラ 17に通知するように取り付けられて 、る。
[0044] 上記ステージ 2に載置される基板 5の表面上には、半導体素子の回路を形成する ための金属薄膜、半導体膜または絶縁膜といった薄膜 6が形成されており、さらに、 上記薄膜 6の表面上にぉ 、ては電子線レジスト 7が塗布されて 、る。
[0045] 電子線レジスト 7としては、ポジ型レジスト、ネガ型レジストが挙げられる。上記ポジ 型レジストとしては、主鎖に 4級炭素を有する高分子が、電子線により主鎖切断の割 合 (放射線ィ匕学では lOOeV当たりの反応数を表す G値を用いる）が大き ヽので好ま しい。ポジ型レジストの高分子の例は、ポリメチルメタタリレート（PMMA)、ポリへキサ フルォロブチルメタタリレート（FBM)、ポリ（トリフルオロー α クロロアタリレート）（ΕΒ R— 9)などのハロゲン化ポリアタリレートや、それれとメチルアタリレートの共重合体が 挙げられる。ポジ型レジストの高分子の他の例は、ポリ（ブテン 1ースルホン、 1 C Zcm2と感度が高い）、 DNQ ノボラック榭脂が挙げられる。 DNQ ノボラック榭脂 の例は、ポリメチルペンテンスルホン（PMPS)とノボラック榭脂力 なるものである。ポ ジ型レジストのさらに他の例は、化学増幅系レジストである、酸触媒脱保護反応を利 用したものが挙げられる。
[0046] 前記ネガ型レジストとしては、エポキシ基を含む高分子が電子線に対する、架橋の 反応感度が高いことを利用したポリ（グリシジルメタタリレート）（PGMA)や、グリシジ ルメタタリレートとェチルアタリレートとの共重合体（COP)、ポリスチレン系レジストが 挙げられる。ポリスチレン系レジストは、エポキシ基を含むモノマーと芳香環を含むモ ノマーとの共重合体である。上記各レジストには、感度向上のために、化学構造とし て、ハロゲンや、クロルメチル基、およびァリル基の少なくとも一つが導入されていて ちょい。
[0047] 真空チェンバー 1内の頂部近傍には、半導体素子の回路パターンに応じた二次元 の光パターン 13を生成するためのプロジェクター（光パターン発生部） 8が、プロジェ クタ一 8の発光表面力 上記光パターン 13を外部に対して出射するように設けられて いる。
[0048] 上記プロジェクター 8としては、透過型液晶方式と単板式 DLP (Digital Light Proces sing)方式とが挙げられる。光パターン 13のダーク部分に存在する微量の光子は、後 述する MCPl 1により 1000倍以上に増倍され、最終的に電子線レジスト 7の被感光 箇所を感光するため、コントラスト比が一般に高いとされる単板式 DLP方式がより望 ましい。
[0049] プロジェクター 8のコントラスト比が問題となる程度の十分な感光感度を持つレジスト 材料を電子線レジスト 7として使用する場合は、光を遮るマスクを MCPl 1の上面 (光 の入射側面）に配置し、プロジェクター 8に代えて使用することも可能である。フォトマ スク (液晶シャッター等含む)を MCP11の背面 (光パターン 13の入射側）に設置し、 MCP11の背面に対し、全面光を照射することで、プロジェクター 8を不必要となる。 この場合、光パターン 13毎にフォトマスクを設置する必要がある。最終的には、後述 する電子ビームレンズ部 12で、パターンィ匕された増幅電子ビームアレイ 14を集束さ せるため、フォトマスクに高い解像度は必要ない。
[0050] また、有機エレクト口ルミネッセンス（以下、 ELと略記する）発光素子をマトリクス上に 配置した EL発光部をプロジェクター 8と後述のレンズ 9の代わりに利用できる。この場 合、 EL発光部を後述する光電膜 10と集積し、 EL発光部力ゝら光パターン 13を、直接 、光電膜 10に等倍投射して、上記光電膜 10から上記光パターン 13に応じた、バタ ーン化された電子ビームアレイを後述する MCPl 1に入射することも考えられる。 ヽ ずれにせよ、光パターン 13を、後述する光電膜 10に照射する段階 (言い換えると、 後述する MCP11への入射位置）では、上記光パターン 13は、 mレベルの精度が あれば充分である。
[0051] 上記光パターン 13の光路上には、入射された光パターン 13に基づぐパターンィ匕 された電子ビームアレイを生成し、その電子ビームアレイを数千倍カゝら数千万倍まで に増幅した、パターン化された増幅電子ビームアレイ 14を出射するためのマイクロチ ャネルプレート（以下、 MCPと略記する、電子増幅部） 11が、上記増幅電子ビームァ レイ 14の光路を上記光パターン 13の光路方向にほぼ沿うように設けられて 、る。
[0052] 上記プロジェクター 8と MCP11との間の光路中には、必要に応じて、光パターン 1 3を MCP11の入射側に効率よく入射するための凸または凹のレンズ 9が設けられて いてもよい。また、 MCP11の入射側に、入射した光を電子に変換して出射する光電 膜 10が設けられて 、ることが望ま 、。
[0053] 上記光電膜 10の素材としては、マルチアルカリ（Na—K—Sb— Cs)、ノ ィアルカリ
(Sb-Rb-Ce, Sb— K— Cs)、 Ce— Teゝ Ag— O— Csゝ GaAsゝ GaAsP等が代表 的なものとして挙げられる。可視領域では、 CdSが広く用いられ、感度を増すために 一般に（Cu、 Ag、 Sb等）が添加される。本実施形態では、 CdSを用いている。
[0054] なお、上記光パターン 13の光子が MCP11のマイクロチャネルにおける内面の半 導体部の仕事関数を上回るエネルギーを持つ場合、光電膜 10を省くことができる。 また、 200nm以下の短波長の UVによる光パターン 13を MCP11の内側に照射した 場合も、上記内面の半導体部から二次電子 (secondary electron)が発生し、上記光 パターン 13に応じた増幅電子ビームアレイ 14を得ることができるので、光電膜 10は 不必要となる。上記 UVによる光パターン 13の作製には、 UVフォトマスクを MCP11 の上面 (光の入射側）に設置すればょ 、。
[0055] 次に、前記 MCP11について説明する。 MCP11は、図 2および図 3に示すように、 電子を増幅する、筒状のマイクロチャネル 11aが、マイクロチャネル 11aの軸方向を、 MCP11に向力つて入射してくる前記光パターン 13の光軸方向に対し沿うように、複 数、それぞれ、前記光軸方向に対し直交する方向に互いに平行に隣り合って形成さ れている。上記筒状としては、円筒状や、四角筒状、六角筒状が挙げられるが、製作 の容易さから、本実施形態では、円筒状が用いられている。
[0056] MCP11の作製については、 MCP11の 1つのマイクロチャネル 11aを取り上げて 以下に説明する。まず、例えば鉛ガラス板の本体 l ibに、その厚さ方向に複数の筒 状部を互いに平行に形成する。上記筒状部の直径は、 1 111〜100 111に、その直 径に対する筒状部の長さの比 (LZd)は、 20〜200、より好ましくは 40〜： L00に設定 されている。本実施形態では、直径を 2 〜 10 /ζ πι、比（LZd)を 40〜80に設定し ている。また、筒状部の軸方向は、鉛ガラス板の表面の法線方向に沿った平行として もよいし、 8° 程度まで傾斜していてもよいが、本実施形態では平行としている。
[0057] 次に、各筒状部の内面に、一個の電子が衝突すると、上記衝突方向に沿った方向 に複数の二次電子を放出する構造を備えた半導体部 11cを形成する。上記半導体 部 11cは、本体 l ibを水素雰囲気下、 250°C〜450°Cの高温での還元により本体 11 bの表面状に抵抗性の半導体部として形成される。上記半導体部 11cの本体 l ibの 厚さ方向での抵抗値は、 108 Ω〜101()Ωに設定されている。
[0058] なお、上記半導体部 1 lcとしては、プラズマ CVD (ィ匕学的気相成長法）により堆積 されたダイモンドライクカーボン膜であってもよ 、。
[0059] 続、て、筒状の各半導体部 1 lcが厚さ方向に形成された鉛ガラス板の本体 1 lbの 両表面に、ニクロムまたはインコネルの蒸着により各電極 l ld、 l ieをそれぞれ形成 して、図 4に示すようなマイクロチャネル 11aが作製される。
[0060] このようなマイクロチャネル 11aでは、各電極 l ld、 l ie間に、電子の入射側をマイ ナス、電子の出射側をプラスとして、図 5に示すように、 600V〜1100Vの直流電圧 を印加しておくと、電子の入射側の電極 l id側から、マイクロチャネル 11a内の半導 体部 11cに一個の電子 25が衝突すると、上記衝突方向に沿った方向に複数の二次 電子 27を放出し、その放出された各電子 27が半導体部 11cにそれぞれ衝突して、さ らに多くの電子を放出することを繰り返すことにより、 1個の電子 25が 5 X 102個〜 3 X 105個の電子ビーム 29となって出射することになる。図 5に示す CHEVRONとは、 MC P 11を二段に形成したものである。
[0061] 各マイクロチャネル 11aからの各電子ビーム 29の各電子は、 MCP11の充放電特 性から間欠的に出射するので、互いに隣り合うに各電子ビーム 29の各電子力 上記 各電子ビーム 29の中心軸間の距離にて、互いに隣り合う確率は十分小さぐ上記各 電子ビーム 29の各電子が互 、に反発する斥力は小さ!/、。
[0062] よって、前述の増幅電子ビームアレイ 14は、上記の各マイクロチャネル 11aにそれ ぞれ対応した複数の各マイクロ電子ビームが集合したものである。複数の各マイクロ 電子ビームは、互いに離間しており、かつ、前記光パターン 13の光路方向、および 上記の各マイクロチャネル 11aの長手方向に沿ったものである。ただし、複数の各マ イク口電子ビームは、上記光路方向や長手方向に対して、必ずしも平行となっていな くともよく、電子線レジスト表面で集束すれば、傾斜していてもよい。
[0063] なお、上述した光電膜 10 + MCP11の代用品として HARP(High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor)膜をァバランシュ型フォトコンダクタ膜として利用 することができる。 HARP膜とは、高圧を印加したアモルファスセレンの膜を意味する 。 HARP膜の表面に光が入射すると、 HARP膜にて光電変換が起こり、さらに膜中 で電荷がなだれ増幅し、電子を出射する。したがって、パターン光 13を HARP膜の 一方の表面に入射することで、パターン化された増幅電子ビームアレイ 14が HARP 膜の他方の表面から出射して得られる。
[0064] また、本実施形態では、光パターン発生部 8と光電膜 10と MCP11との組み合わせ に代えて、他のデバイスを用いることができる。上記他のデバイスとしては、電圧制御 によりパターンィ匕された増幅電子ビームアレイ 14を生成し、レジストを感光させること ができるものであればよい。上他のデバイスとして、表面伝導型電子放出素子 (SED: Surface-conduction Electron- emitter),シリコンやモリブデンから成る先端を尖らせた 先端部を備えたマイクロディップアレイ、カーボンナノチューブアレイ、およびダイヤモ ンド薄膜等の電界放出ディスプレイ (FED, Field Emission Display)用電子放出源から なるデバイス群カゝら選択された少なくとも一つを利用することが挙げられる。
[0065] 上記真空チェンバー 1内においては、図 1、図 6および図 7に示すように、 MCP11 力も出射される、パターンィ匕された増幅電子ビームアレイ 14の光路に沿って、上記増 幅電子ビームアレイ 14を加速、集束、ァライメント、および投影するための電子ビーム レンズ部 12が設けられて 、る。
[0066] 電子ビームレンズ部 12は、加速管部 12a、集束レンズ部 12b、ァライメント用の多重 極偏向電極部 12c、および投影レンズ部 12dを、それぞれ、上記増幅電子ビームァ レイ 14の進行方向に沿って有している。電子ビームレンズ部 12では、少なくとも集束 レンズ部 12bが設けられていればよいが、必要に応じて、加速管部 12a、ァライメント 用の多重極偏向電極部 12c、および投影レンズ部 12dの少なくとも何れかが設けら れていてもよい。
[0067] 加速管部 12aは、増幅電子ビームアレイ 14を加速させ、その電子線の波長を短波 長化させ、最終的に、電子線レジスト 7での描画解像度を向上させるためのものであ る。集束レンズ部 12bは、ノ ターンィ匕された増幅電子ビームアレイ 14の光路方向に 直交する面内方向において、ノターンを集束させるためのものである。多重極偏向 電極部 12cは、集束レンズ部 12bを通過後の増幅電子ビームアレイ 14の歪みを補正 するためのものである。投影レンズ部 12dは、多重極偏向電極部 12cの通過後の増 幅電子ビームアレイ 14を所望のサイズにて電子線レジスト 7上に投影して増幅電子 ビームアレイ 14に対応する描画パターン 14aを形成するためのものである。
[0068] 加速レンズまたは加速電極といった力卩速管部 12aによって、増幅電子ビームアレイ 14の電子線は lOOkeVにおいて約波長 0. Olnm程度まで短波長化されるので、短 波長化された上記増幅電子ビームアレイ 14により、より微細な、 5nmスケール以下の 描画パターン 14aを電子線レジスト 7上に描いて上記電子線レジスト 7を露光すること が可能となる。以下、通常の半導体製造の工程により、微細パターンを有する高集積 度の半導体素子が形成される。
[0069] 図 1〖こ示すよう〖こ、プロジェクター 8での二次元の光パターン 13を発生させるたり、 電子ビームレンズ部 12を制御したり、また、前述のステージ 2を移動駆動するメカ- カルドライブ 3を制御したりするためのコントローラ (補正部） 17がコンピュータにより設 けられている。コントローラ 17には、表示出力部としてのディスプレイ 18と、キーボー ドゃマウス等の入力部 19とが接続されている。
[0070] そして、コントローラ 17は、加速、集束、ァライメント、および投影された増幅電子ビ ームアレイ 14によって描画される描画パターン 14aに生じる歪を低減するように前記 光パターン 13を補正するための補正部としても機能するように設定されている。
[0071] まず、上記補正の第一の例として、電子ビームレンズ部 12における歪の補正が挙 げられる。電子ビームレンズ部 12により発生する電界は、空間的に強度分布を示す ため、集束される、パターン化された増幅電子ビームアレイ 14の中心付近とパターン の外郭付近では縮小率が異なる。これを解決するために、所望パターンに対する、 電子ビームレンズ部 12にて生じる歪の逆関数の積である入射光パターン (逆歪光パ ターン）を生成するように、コントローラ 17はプロジェクター 8を制御する。よって、コン トローラ 17は、逆歪光パターン生成部を備えていることになる。
[0072] これにより、上記第一の例では、電子ビームレンズ部 12において、増幅電子ビーム アレイ 14によって描画される描画パターン 14aに生じる歪を、上記入射光パターンに より相殺できて、電子線レジスト 7上に、通常の電子ビームの解像度で、所望する回 路パターンに沿った二次元一括の、集束され投影された増幅電子ビームアレイ 14に よって描画される描画パターン 14aが得られる。
[0073] この結果、上記第一の例においては、上記増幅電子ビームアレイ 14により描画さ れる露光パターンである描画パターン 14aを、光パターン 13側力も補正することで、 高精度かつプログラマブルに描画することができる。それゆえ、たとえば最小力卩ェ寸 法が 5nm以下といった、より微細な力卩ェが実現でき、 5nmスケール以下の半導体素 子を備えた超高密度 LSIが高精度、低コストかつプログラマブルに製造できる。
[0074] 次に、上記補正の第二の例として、図 8 (a)および図 8 (b)に示すように、増幅電子 ビームアレイ 14が電子ビームレンズ部 12により電子線レジスト 7上に集束されて、電 子線レジスト 7に近づくに伴い、図 8 (c)に示すように、互いに隣り合うマイクロ電子ビ ーム 14b間での相互作用力が大きくなり、上記相互作用力による散乱に起因した解 像度が低下するという不都合を回避する例を挙げる。
[0075] そこで、図 9 (a)に示すように、 MCP11の各マトリクスである各マイクロチャネル 1 la に入射する光パターン 13から、互いに補間し合う各ドットからなる複数の各分割光パ ターン 1 la— 1〜1 la— 3を、時分割的にそれぞれ生成するようにプロジェクター 8が コントローラ 17により制御される。各分割光パターン 11a— 1〜1 la— 3は、互いに補 間し合うように形成されているので、図 9 (b)に示すように、互いに重ねると元の光パタ ーン 13となるようになつている。よって、コントローラ 17は、分割光パターン生成部を 備えていることになる。
[0076] このように補正の第二例においては、電子線レジスト 7上に照射される、各分割光 パターン 11a— 1〜1 la— 3に基づくマイクロ電子ビーム 14bは、互いの間隔が広くな るために、上記相互作用力による不都合をさらに抑制できる。この結果、補正の第二 の例においても、解像度の低下を回避できるので、超高密度 LSIが、より高精度、低 コストかつプログラマブノレに製造できる。
[0077] なお、本実施の第一形態では、各分割光パターン 1 la— 1〜1 la— 3を 3枚の例を 挙げたが、それらを例えば 100枚の各分割光パターンとしてもよい。上記各分割光パ ターンは光にて制御されることから、それら 100枚を順次描写しても、その全描写時 間をミリセカンドオーダーにできる。
[0078] また、本発明の電子ビーム露光装置や半導体製造装置において、 MCP11からの 増幅電子ビームアレイ 14の出射角度のバラツキに起因した解像度の低下を防止す るために、図 10 (a)および図 10 (b)に示すように、 MCP11の出射側にグリッド状静 電レンズ部 16を設けてもよい。
[0079] グリッド状静電レンズ部 16には、 MCP11の各マイクロチャネル 11aにそれぞれ対 応したグリッド (格子)状の各空間部 16aが各マイクロチャネル 1 laからの各増幅電子 ビームの進行方向に沿った空間を備えるようにそれぞれ形成されて 、る。これにより、 上記グリッド状静電レンズ部 16に電圧を印加しておくと、 MCP11からの増幅電子ビ ームアレイ 14に対し引力を発生し、加速ィ匕させた上記増幅電子ビームアレイ 14をグ リツド状の各空間部 16a内を通過させることで、互いに平行化できて前記出射角度の ノ ツキを抑制して、上記バラツキに起因する解像度の低下を軽減でき、かつ、前述 の光パターン 13との相似性を向上できて、描画パターン 14aの高精度化が可能とな る。
[0080] このように直径が 10 mのマイクロチャネル 11aを、互いに隣り合う各マイクロチヤ ネル 11 aの中心間の間隔が 12 mの MCP 11を用いて、定格 2ke Vを MCP 11の各 電極 l ld、 l ieに印加して露光電流の合計が 20mAとすると、図 11 (a)に示すように 、 MCP11の 1マイクロチャネル 11a当たり 0. 5 Aのマイクロ電子ビーム 14bが得ら れるので、同じ露光電流を利用した従来の電子ビーム 14cを用いたリソグラフィ一の 4 0000倍の露光速度になることが分力つた。
[0081] この数値は MCP11の各マイクロチャネル 11aの形成数に相当し、さらに多数のマ イクロチャネル 11aを備えた MCPを利用すれば、露光速度 (描画速度）はそれに比 例して上昇すると考えられる。
[0082] また、計算結果から、電子線レジスト 7の感光に利用する全体の電子の総量と波長 を同一と仮定した場合、従来の電子ビームリソグラフィの解像度の 40000倍向上する と考えられる。これは、解像度つまり電子ビームの拡がりが電流の 1次に比例している という仮定に基づいている。以上の結果から、本発明の電子ビーム露光装置、半導 体製造装置は、大きな可能性を備えて ヽることが分かる。
[0083] また、本発明は、光の波長限界を超えた微細な露光や加工が可能な電子ビームを 用いるので、半導体素子やマイクロマシンの製造過程におけるレジストの露光や直接 的な微細加工が可能となる。
[0084] その上、本発明は、電子ビームの二次元パターンを一括照射することで、レチクル が不要となり、高速、かつプログラマブル露光や力卩ェが実現できる。電子ビームは、 その波長が加速電圧に依存するため、高圧を印加し、使用する電子線を加速させれ ば、その速度に応じて微細な加工が可能になる。本発明は、従来、実用化に至らせ な力つた課題を根本的に解決し得るものであり、 LSI製造技術を大幅に進展させるも のである。
[0085] 例えば、従来、 180nm〜150nmスケールのルールを用いた 1Gの DRAMの製造 においては、エキシマレーザ'波長 193nmを利用している。本発明による二次元一 括露光では、理想的にはその 1万分の 1以下の露光波長で微細加工が可能となり（1 OTの DRAMが可能）、電子散乱を考慮しても大幅な LSI性能の向上が見込まれる。
[0086] (実施の第二形態）
本発明の実施の第二形態に係る、電子ビーム露光装置を図 16および図 17に基づ いて以下に説明する。なお、本実施の第二形態では、前記実施の第一形態と同様な 機能を有する部材については、同一の部材番号を付与してそれらの説明を省いた。
[0087] まず、前記実施の第一形態では、光電膜 10を用いていた。光電膜 10は、真空状 態を維持する必要から、大気中に露出できないものである。このような光電膜 10を用 Vヽて 、たため、真空チェンバー 1や真空ポンプ等の装置全体の大型化を招来して ヽ た。
[0088] そこで、本実施の第二形態においては、図 16に示すように、光電膜 10を省くため に、プロジェクタ 8に代えて、別の光パターン発生部 21が設けられている。光パター ン発生部 21は、フェムト秒レーザ 22と、上記フェムト秒レーザ 22からのレーザ光を前 記二次元の光パターンにて反射するためのマイクロミラーアレイ部 23とを有している
[0089] フェムト秒レーザ 22としては、例えば、繰り返し周波数が 50MHzで、パルス幅が 90 fsec (フェムト秒）〜 180fsec、波長が可視部、例えば 780nmのフェムト秒レーザで あればよい。その具体例として、例えばチタン サファイアレーザ、 Yb :YAGレーザ を用いることができる。また、フェムト秒レーザ 22の出力としては、平均出力 10mWか ら 60mWまでのものが適用できる。
[0090] マイクロミラーアレイ部 23は、図 17に示すように、基板 23aと、基板 23a上の複数の 各駆動部 23bと、各駆動複数によりそれぞれ駆動される各マイクロミラー 23cと有して いる。マイクロミラーアレイ部 23としては、デジタルミラーデバイス (登録商標）が挙げ られる。
[0091] 各マイクロミラー 23cは、可視部の光を反射する正方形板状のミラーであり、互いに 隣り合って密にマトリクス状に、 48万枚〜 131万枚配置されている。マトリクス状とは、 碁盤目状に、互いに交差 (好ましくは直交)する行方向と列方向とに配列されて 2次 元の前記光パターン 13を形成できるものである。本実施の第二形態では、各マイクロ ミラー 23cは、データ伝送単位ブロック（64 X 16枚）で分割された 16 X 64ブロックの マイクロミラーアレイ部 23が用いられて!/、る。
[0092] また、各駆動部 23bは、マイクロミラー 23c毎にそれぞれ設けられ、例えば、各マイ クロミラー 23cを、行方向に沿った中心軸を回転軸として ± 12度程度回動駆動できる ようになつている。さらに、各駆動部 23bは、各マイクロミラー 23cを、 1秒間に数千回 の回動駆動を繰り返せるように設定されている。
[0093] このような各駆動部 23bの制御は、液晶パネルでの画像表示制御と同様に以下の 通りである。
[0094] まず、前記光パターン 13のための二次元パターンデータは、シフトレジスタにてラッ チ (LATHES、データの同期をとるために保持すること）され、各マイクロミラー 23c の行列のブロック毎にデータがロードされる。
[0095] 続いて、各マイクロミラー 23cのための行復号機器 (ROW DECODER)で指定さ れた番地の行ブロック要素に、 0または 1 (つまり、例えばマイナス 12度またはプラス 1
2度)の情報を伝送する。
[0096] この情報により、各駆動部 23bは、各マイクロミラー 23cを、各マイクロミラー 23c、ま
1 たは、各マイクロミラー 23cというようにそれぞれ傾斜させる。 [0097] その後、上記各マイクロミラー 23c上に、フェムト秒レーザ 22からのレーザ光 22aを 照射し、上記各マイクロミラー 23cからの反射光を光パターン 13として MCP11の各 マイクロチャネル 1 laに対し照射する。
[0098] 各マイクロチャネル 11aにおける内面の半導体部 11cでは、上記光パターン 13の 複数個の光子のエネルギーの総和が上記半導体部 11cの仕事関数を上回るェネル ギーであるので、多光子励起状態となって電子を、上記光子の進入方向に沿った方 向に主に放出する。このように放出された電子は、前述したように、上記半導体部 11 cにおいて二次電子が発生し、以下、同様にパターンィ匕された増幅電子ビームアレイ 14を電子線レジスト 7上に集束させて描画できる。
[0099] 本実施の第二形態では、増幅電子ビームアレイ 14を電子線レジスト 7上に 5nm以 下の線幅の描画パターン 14aをプログラマブル露光により形成できると共に、真空状 態の維持が必要な光電膜 10を省くことができるので、露光装置の小型化や、真空ポ ンプの小型化ができ、低コストィ匕できる。
[0100] また、本実施の第二形態では、マイクロミラーアレイ部 23を用いたことにより、上記 各マイクロミラー 23cを個々に制御して、光パターン 13の補正が前記実施の第一形 態と同様に可能となる。
[0101] なお、前記実施の第一形態および第二形態では、各マイクロチャネル 11aの内面 形状を、光の入射側力も出射側まで内径が一定な直筒状の例を挙げたが、例えば 図 18の変形例に示すように、光の出射側端部を、末広がりの形状とした電子ビーム 整形部 l lhとしてもよい。末広がりの形状とは、光の出射側端に向力つて、順次、内 径が大きくなるものである。
[0102] このような末広がり形状の電子ビーム整形部 l lhにより、各マイクロチャネル 11aか ら出射され電子ビームを、より各マイクロチャネル 11aの中心軸方向に沿わせる、コリ メート (平行化)することが可能となる。
[0103] これにより、本変形例では、前述のグリッド状静電レンズ部 16を省いても、それを設 けた場合と同様な効果を発揮できて、小型化を図りながら、描画パターンの高精細化 が可能となる。
[0104] 上記電子ビーム露光装置では、さらに、前記電子増幅部は、ァバランシュ型フォトコ ンダクタ膜であってもよい。
[0105] 上記電子ビーム露光装置においては、前記光パターン発生部は、光源と、前記光 源からの光により前記光パターンを生成するためのマスクパターンとを備えていても よい。上記構成によれば、マスクパターンを用いることで、光パターン発生部を簡素 ィ匕できて、全体でのコストダウンが可能となる。また、上記構成は、描画パターンに生 じる歪が、ある程度まで予測できる場合、その予測に応じて補正されたマスクパター ンを用いることで、上記歪を抑制できて、描画パターンの精度の向上を図ることが可 能となる。
[0106] 本発明に係る半導体製造装置は、上記課題を解決するために、真空チェンバーと 、前記真空チェンバー内に設けられた、上記の何れかに記載の電子ビーム露光装置 と、前記真空チ ンバー内に設けられ、前記増幅電子ビームアレイが表面上に集束 される、電子線レジスト、および前記電子線レジストが表面上に形成された基板を載 置する載置台とを有し、前記露光装置の光パターン発生部は、半導体素子の回路パ ターンに応じた二次元の光パターンを発生するようになって!/、ることを特徴として 、る
[0107] 上記構成によれば、本発明に係る電子ビーム露光装置を備えることで、光パターン 発生部が、半導体素子の回路パターンに応じた二次元の光パターンを発生するよう になっており、その光パターン力もパターンィ匕された電子ビームアレイを生成できる。 その電子ビームアレイを、加速することにより、電子ビームアレイの電子線を極限まで 短波長化させることが可能となる。これにより、上記構成は、例えば加工寸法が 5nm 以下といった、より微細な力卩ェが実現でき、 5nmスケール以下の半導体素子を備え た超高密度 LSIが製造できる。
[0108] 上記半導体製造装置においては、さらに、前記基板に集束される前記増幅電子ビ ームアレイの照射方向に対し直交する方向に前記基板を移動させる基板移動部を 有していることが望ましい。
[0109] 上記構成によれば、増幅電子ビームアレイの照射方向に対し直交する方向、例え ば水平方向に基板（例えば 100mm径ゃ 500mm径のウェハー）を移動させる基板 移動部を設けたので、上記基板を移動させて、それぞれの回路パターンに応じた描 画パターンを形成できて、大面積の基板上にも回路パターンに対応した描画パター ンを形成できる。
[0110] また、上記構成は、用いた露光装置に備えた補正部により、光パターン側に補正を 加えることで、パターンィ匕された電子ビームアレイによって描画されたパターンの歪み を低減させることができ、超高集積度の半導体素子の製造をより確実ィ匕および迅速 化できる。
[0111] 本発明の半導体製造装置は、以上のように、本発明に係る電子ビーム露光装置を 備え、光パターン発生部が、半導体素子の回路パターンに応じた二次元の光パター ンを発生するようになって!/ヽる構成である。
[0112] それゆえ、上記構成は、前述したように、増幅電子ビームアレイにより描画される所 望の回路パターンを、高分解能、高精度かつプログラマブルに描画して形成すること ができる。この結果、例えば最小カ卩ェ寸法が 5nm以下といった、より微細な力卩ェが実 現でき、 5nmスケール以下の半導体素子を備えた超高密度 LSIが製造できると 、う 効果を奏する。
産業上の利用の可能性
[0113] 本発明の電子ビーム露光装置は、より微細加工が可能な電子ビームを用いたバタ ーン露光を迅速化できる。このことから、より微細加工されて性能が向上した半導体 素子を低コストにて製造できる。
[0114] この結果、本発明の電子ビーム露光装置は、より高精細な半導体素子の製造を容 易ィ匕、迅速ィ匕できるので、半導体リソグラフィー装置、 LSIといった半導体製造装置 の分野や、上記 LSIを使用する携帯電話などの通信機分野や上記 LSIといった半導 体素子を多用するコンピュータ分野に好適に利用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 二次元の光パターンを発生するための光パターン発生部と、
入射された前記光パターンに基づく電子ビームアレイを生成し、前記電子ビームァ レイを増幅し、増幅電子ビームアレイとして出射するための電子増幅部と、
前記増幅電子ビームアレイを、電子線レジスト上に集束するための電子ビームレン ズ部と、を有して 、ることを特徴とする電子ビーム露光装置。
[2] 前記電子ビームレンズ部は、さらに、前記増幅電子ビームアレイを、加速、ァラィメ ントおよび投影することの、少なくとも一つをできるようになって!/、る請求項 1に記載の 電子ビーム露光装置。
[3] 前記電子増幅部は、電子を増幅する、筒状のマイクロチャネル力 前記マイクロチ ャネルの軸方向を前記光パターンの光軸方向に対し沿うように、複数、それぞれ、前 記光軸方向に対し直交する方向に互いに隣り合って形成されて 、る請求項 1に記載 の電子ビーム露光装置。
[4] 前記電子増幅部は、前記光パターンの入射側に、入射してくる光子を電子に変換 して出射する光電膜を備えて!/、る請求項 1に記載の電子ビーム露光装置。
[5] 前記光パターン発生部は、フェムト秒レーザと、上記フェムト秒レーザからのレーザ 光を前記二次元の光パターンにて反射するためのマイクロミラーアレイ部とを有して
V、る請求項 1に記載の電子ビーム露光装置。
[6] さらに、前記増幅電子ビームアレイによって描画されたパターンに生じる歪を低減 するように前記光パターンを補正するための補正部を有して 、る請求項 1に記載の 電子ビーム露光装置。
[7] 前記補正部は、前記光パターン発生部を制御して、前記増幅電子ビームアレイに 生じる歪を相殺するように逆歪光パターンを生成するための逆歪光パターン生成部 を備えて!/、る請求項 6に記載の電子ビーム露光装置。
[8] 前記補正部は、前記光パターン発生部を制御して、前記光パターンを、互いに補 間し合う複数の分割光パターンをそれぞれ生成するための分割光パターン生成部を 備えて!/、る請求項 6に記載の電子ビーム露光装置。
[9] さらに、前記電子増幅部からの増幅電子ビームアレイの出射角度のバラツキを抑制 するため、電子増幅部の出射側にグリッド状静電レンズ部を有している請求項 1に記 載の電子ビーム露光装置。
前記マイクロチャネルは、前記電子増幅部からの増幅電子ビームアレイの出射角 度のバラツキを抑制するように、前記増幅電子ビームアレイの出射口側端部の内周 面力 前記マイクロチャネルの出射端に向力つて末広がりとなるように形成されている 請求項 3に記載の電子ビーム露光装置。
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