JP2005032838A - 荷電粒子線描画方法および装置ならびにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望パターンを露光できるラスタースキャン荷電粒子線描画方法を提供する。
【解決手段】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おいて、基板上の荷電粒子線のラスタースキャン方向における大きさを、前記ラスター方向と直交する方向における大きさに比べ狭める調整ステップを有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【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、本発明では、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おいて、基板上の荷電粒子線のラスタースキャン方向における大きさを、前記ラスター方向と直交する方向における大きさに比べ狭める調整ステップを有することを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、さらに、基板上の荷電粒子線のラスタースキャン方向における大きさを計測する第１の計測ステップと、基板上の荷電粒子線のラスタースキャン方向と直交する方向における大きさを計測する第２の計測ステップと、第１の計測ステップの結果を移動して平均した結果と第２の計測ステップの結果とを評価し、その評価結果に基づいて前記調整ステップを実行する。
【０００８】
また、本発明のデバイス製造方法は、上記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。
【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)

1. 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おいて、
   基板上における荷電粒子線のラスタースキャン方向の大きさを、該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を有することを特徴とする荷電粒子線描画方法。
2. 基板上における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、
   基板上における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
   をさらに備え、
   第１の計測ステップの結果を移動平均した結果と第２の計測ステップの結果を評価して、その評価結果に基づいて前記調整ステップを実行することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線描画方法。
3. 請求項１または２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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