JP3697810B2

JP3697810B2 - 電子線を用いた転写装置

Info

Publication number: JP3697810B2
Application number: JP35374496A
Authority: JP
Inventors: 護中筋; 輝昭沖野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: JPH10177952A; US5933217A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を用いてレチクル（マスク）のパターンを試料（ウェハー等）に転写する転写装置に関する。特には、４ＧＤＲＡＭ以降の高密度・微細パターンをも高スループットで形成できる電子線を用いた転写装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子線露光装置としては、可変整形方式、セルプロ方式が用いられている。これらの露光機用の電子銃カソードには、通常ＬａＢ₆ が用いられており、このようなＬａＢ₆ 製カソードは空間電荷制限領域で動作している。このＬａＢ₆ 電子銃は、輝度が１０⁵ A/cm²・sr以上で、エミッタンスが数１０μm・mrad（加速電圧３０kV時）とれ、従来タイプの電子線露光装置用の電子銃としては十分な性能を発揮してきた。
【０００３】
しかしながら、最近では半導体集積回路の更なる高解像化・高集積化が要求されており、可変整形方式やセルプロ方式等の従来の電子線露光式では、露光装置のスループットが要求に追いつかなくなってきた。そこで近年新たに、露光の高解像度と高スループットの両方を兼ね備えた電子線露光方式の検討が進められている。このような方式の内で最近注目を集めている方式は、１ダイ又は複数ダイを一度に露光するのではなく、従来より大きな光学フィールドを持つ部分領域（小領域）にマスクを分割して転写露光するという方式である。このような方式を、ここでは分割転写方式と呼ぶこととする。この分割転写方式における１つの小領域の広さは、ウエハ上で数１００μm 角以上が要求され、従来露光方式の数１０倍以上の大きさである。
【０００４】
この分割転写タイプの露光方式で使われる電子銃の要求仕様は、加速電圧が１００kV以上で、輝度が１０³ A/cm²・sr程度、エミッタンスが数１，０００μm・mradといわれている。しかしながら、これらの要求仕様は、従来の空間電荷制限領域で使用されるＬａＢ₆ 電子銃と比べて、輝度が１／１００程度で、エミッタンスが１００倍以上という桁違いのものであり、この仕様を満足することは困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような分割転写方式の電子線露光装置用の電子線源として好適な低輝度・高エミッタンスの電子銃として、温度制限領域で動作するものが提案されている。しかし、温度制限領域で動作する電子銃は、カソード温度が変動すると電子銃電流等が変動して電子線量（ビーム電流）が変動する。そのため、レジストへの電子線ドーズ量が意図せぬ変動をきたして高精度の転写を行うことができなかった。
【０００６】
一方、空間電荷制限領域で動作する電子銃を有する転写装置にあっても、より高精度の転写を行うためには、電子線量の変動をより減少させたいとの要請は存在していた。具体的には、１時間当り１％程度の安定度のものは得られているが１時間当り０．５％あるいはそれ以下の安定度の電子銃が望ましい。
【０００７】
本発明は、電子線を用いてレチクルのパターンを試料に転写する転写装置であって、４ＧＤＲＡＭ以降の高密度・微細パターンをも高スループットで形成できる、安定的な電子線ドーズで高精度の電子線転写を行うことのできる転写装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１態様の電子線を用いた転写装置は、電子線を用いてレチクルのパターンを試料に転写する転写装置であって；電子銃と、電子銃から出た電子線の視野を制限する視野制限開口と、視野制限開口とレチクルとの間に配置されたブランキング開口と、を含み；ブランキング時にブランキング開口に吸収される電子線量を検出する手段と、検出した電子線量に対応して以後の転写露光時間を調整する制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第１態様の電子線を用いた転写装置においては、電子銃のカソードから放出された電子銃電流は一般にクロスオーバーを形成し、クロスオーバーからある角度分布を持ってビームが発散される。そして電子銃電流、クロスオーバー寸法、輝度、上記角度分布等が安定な値を保つわけではなく、常に変動している。このような状況で試料に塗布された電子線レジストに常に一定のドーズを与える必要がある。また、上記変動は視野制限開口に入る電流量が変動する場合と、視野制限開口で除去される電流量が変動する場合があり、本発明においては、視野制限開口で余分な電子線は除去されていて、レチクルを照射する電流がブランキング開口に入射していて、その電流によって露光時間を制御しているので、この電流が急激に変化しない限り、一定のドーズで転写が行える。
【００１０】
本発明の第２態様の電子線を用いた転写装置は、電子線を用いてレチクルのパターンを試料に転写する転写装置であって；電子銃と、電子銃から出た電子線の視野を制限する視野制限開口と、視野制限開口とレチクルとの間に配置されたブランキング開口と、を含み；ブランキング時にブランキング開口に吸収される電子線量を検出する手段と、検出した電子線量が、予め定められている標準値となるように上記電子銃のカソード加熱電源をフィードバック制御する制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
カソード温度を±１℃以下の精度で測定することは１，２００℃程度のカソード温度の場合きわめて困難である。本発明ではカソード温度ではなく、実際に露光に使われるビーム電流を測定し、その変動を無くすようカソード加熱電源を制御する。カソードが温度制限条件で動作している場合には、カソード加熱電源のフィードバック制御（ＰＩＤ制御等）を行うことによって電子線量を安定に制御できる。
【００１２】
本発明の第３態様の電子線を用いた転写装置は、電子線を用いてレチクルのパターンを試料に転写する転写装置であって；電子銃と、電子銃から出た電子線の視野を制限する視野制限開口と、視野制限開口とレチクルとの間に配置されたブランキング開口と、を含み；ブランキング時にブランキング開口に吸収される電子線量を検出する手段と、検出した電子線量が、予め定められている標準値となるように上記電子銃のウエーネルト電圧又はアノード電圧をフィードバック制御する制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
電子銃が空間電荷制限領域で動作している場合には、ビーム電流を大きくする場合にはウエーネルトバイアスを浅くするか、アノード電圧を高くすればよく、逆の場合はこの逆の方向へ制御すればよい。
【００１４】
本発明の第４態様の電子線を用いた転写装置は、電子線を用いてレチクルのパターンを試料に転写する転写装置であって；温度制限領域で動作している電子銃と、電子銃から出た電子線の視野を制限する視野制限開口と、視野制限開口とブランキング開口との間に配置されたコンデンサレンズと、を含み；ブランキング時にブランキング開口に吸収される電子線量を検出する手段と、検出した電子線量の長期変動分は上記電子銃のカソード加熱電源にフィードバックし、短期変動分は、ウエーネルト電圧、コンデンサレンズ励磁電圧、アノード電圧又は転写露光時間にフィードバックして、電子線量を一定に保つ制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
電子銃のカソード加熱電源を介してカソードの温度をコントロールし最終的に電子線量をコントロールする動作には時間遅れ要素があって、短期変動に対する追随性は必ずしも良くない。しかし、電子線量の制御範囲は広く取れるので、累積的な値の大きい電子線量変動を打ち消す効果は高い。一方、ウエーネルト電圧、コンデンサレンズ励磁電圧、アノード電圧又は転写露光時間の変更は、比較的応答性が早く、電子線量の短期変動の是正に向いている。そこで、前者と後者とを組み合わせて、好適なコントロールを行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記転写装置がクリティカル照明光学系を有する場合が、より十分にその特性を発揮できる。カソードの一部分の仕事関数が酸化や汚染等の理由により大きくなって、その部分からの電子線放出が著しく小さくなった場合にも、試料表面には一様なドーズを与えながら転写を行うことができる。クリティカル照明光学系の場合は、電子銃が作るクロスオーバーの拡大像がレチクル上に結像し、ビーム開口を決めるアパーチャ上にはビーム強度の角度依存性の強度分布が現れる。前者はカソード表面の強度分布には無関係で常にガウス関数となり、後者はカソード表面の強度分布に依存する。レチクル上の照射分布が一様であればビーム開口を決めるアパーチャ上での分布が異常でも問題はない。
【００１７】
以下、図面を参照しつつより詳しく説明する。
図１は、本発明の１実施例に係る電子線を用いた転写装置の主要部の構成を示す。
図１では、図の上下に延びる光軸Ｚに沿って、転写装置の光学系を構成する各機器が配置されている。
【００１８】
光軸Ｚの最上部において、カソード１、ヒーター２、ウエーネルト３とアノード４が電子銃を構成している。カソード１を、２mm以上の大きい直径の電子放出面を持つＬａＢ₆ 等で構成すると、カソード１から放出された電子線は、カソード１の直下で、一度クロスオーバー（図中Ｃ．Ｏ．）を形成し、そのクロスオーバーからある角度分布を持つ電子線が放出される。
【００１９】
電子銃のヒーター２は、カソード１の回りに巻回された発熱コイルを有する。ヒーター２はヒーター電源２１（カソード加熱電源）に接続されており、同電源２１から電力供給を受ける。カソード１、ウエーネルト（グリッド）３及びアノード４にも、電子銃電極制御装置２２から各々電圧が印加されている。カソード１及びウエーネルト３にはマイナス電圧が印加されており、アノード４（アノード４とカソード１間）にはプラス電圧（加速電圧）が印加されている。
【００２０】
電子銃の下方には、３段のコンデンサレンズ５、７、８が配置されている。電子銃から放出され、クロスオーバーを結んで広がった電子線は、コンデンサレンズ５、７、８を通る。この際に、クロスオーバーは拡大されて、その拡大像は視野制限開口１０に結像される。ここで、第１コンデンサレンズ５には、電子銃から特に大きい角度方向（外側）へ放出される電子線を取り除くアパーチャ６が設けられている。
【００２１】
視野制限開口１０は、電子線束の外形を、レチクル１３の副視野（分割小領域）の形と寸法に整形するためのものである。視野制限開口１０とレチクル１３との間には、コンデンサレンズ１１が設置されており、視野制限開口１０の形は、コンデンサレンズ１１によってレチクル１３に結像される。レチクル１３の下には、２段の投影レンズ１４、１６が配置されている。レチクル１３を出た電子線は、投影レンズ１４で平行ビームとなり、投影レンズ１６で試料（ウエーネルト）面１７上に結像される。試料面１７には電子線レジストが塗布されており、レチクル１３を通った電子線のドーズがレジストに与えられ、レチクル１３のパターンがレジストに転写される。
【００２２】
視野制限アパーチャ１０のすぐ上にはブランキング偏向器９が設けられており、コンデンサレンズ１１の近傍にはブランキング開口１２が設けられている。ブランキング開口１２にはビーム電流測定器１８が接続されており、ブランキング開口１２に吸収させる電子線量を測定できるようになっている。ビームが試料面１７に行かないようブランキングされた時には、開口１０を通過した電子線はすべてブランキング開口１２の上面に入射する。ブランキング開口１２に入射した電子線は、一定の割合でこの開口で吸収され、ビーム電流測定器１８で測定される。
【００２３】
ブランキング偏向器９と視野制限開口１０はごく近くにあり、視野制限開口１０の位置でのクロスオーバーの寸法は、視野制限開口１０の寸法より十分大きい。そのため、ブランキングした時も視野制限開口１０は一定の強度で照射されている。一方、レチクル１３の下方の２つの投影レンズ１４、１６間にも、両投影レンズ間を縮小率で内分する点１５にクロスオーバー開口２２が設けられている。この開口の寸法は、開口６を通過した電子線はすべて通過する大きさに設計されている。
【００２４】
ビーム電流測定器１８には、ビーム電流の標準値が与えられて記憶されている。ビーム電流測定器１８は、この標準値から測定値を引いた値に対応する信号を出力し、ブランキング電源制御装置１９とヒーター電源制御装置２０にこの出力信号を送る。
【００２５】
ブランキング電源制御装置１９は、露光時間を制御するモードのときは、ビーム電流測定器１８からの信号に基づいて、ブランキングの解放時間、すなわち１視野当りの露光時間を増減する。具体的には、ビーム電流が低いときには露光時間を長くし、ビーム電流が高いときには露光時間を短くして、試料面１７へのドーズ量が一定となるように動作する。
【００２６】
ヒーター電源制御装置２０は、ＰＩＤ制御方式によりヒーター電源２１からヒーター２に印加される電圧をコントロールし、それによって、カソード１の温度、最終的にはカソードから放出される電子線のビーム電流が一定となるように制御する。ヒーター電源制御装置２０とブランキング電源制御装置１９との制御の組み合わせは、様々に切り替えることができるようになっている。例えば、測定値が標準値からずれている程度に応じて、いずれか一方に切り替えて制御を行うパターン、ビーム電流の長期変動分はヒーター電源にフィードバックし、短期変動分はブランキング電源にフィードバックするパターンを利用できる。
【００２７】
電子銃が空間電荷制限領域で動作している場合には、ビーム電流測定器１８の信号を、同装置１８に接続されている電子銃電極制御装置２２に与えて、ウエーネルト電圧あるいはアノード電圧をコントロールしてビーム電流を安定させる。
【００２８】
上述のブランキング時間のコントロールに対する代替として、あるいはそれと並行して、コンデンサレンズ５、７、８の拡大倍率をズームレンズのように操作して、視野制限開口１０を通る電子線のビーム電流（密度）をコントロールすることもできる。すなわち、ビーム電流測定器１８の出力をコンデンサレンズ励磁制御装置２３に与えて各コンデンサレンズ５、７、８の励磁を変えて像の倍率を変えるのである。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、４ＧＤＲＡＭ以降の高密度・微細パターンをも高スループットで形成できるような、安定的な電子線ドーズで高精度の電子線転写を行うことのできる転写装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係る電子線を用いた転写装置の主要部の構成を示す。
【符号の説明】
１カソード２ヒーター
３ウエーネルト４アノード
５、７、８コンデンサレンズ６アパーチャ
９ブランキング偏向器１０視野制限開口
１１コンデンサレンズ１２ブランキング開口
１３レチクル１４、１６投影レンズ
１５内分する点１７試料面
１８ビーム電流測定器１９ブランキング電源制御装置
２０ヒーター電源制御装置２１ヒーター電源
２２電子銃電極制御装置２３コンデンサレンズ励磁制御装置

Claims

電子線を用いてレチクルのパターンを試料に転写する転写装置であって；
電子銃と、
電子銃から出た電子線の視野を制限する視野制限開口と、
視野制限開口とレチクルとの間に配置されたブランキング開口と、を含み；
ブランキング時にブランキング開口に吸収される電子線量を検出する手段と、
検出した電子線量に対応して以後の転写露光時間を調整する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする電子線を用いた転写装置。
電子線を用いてレチクルのパターンを試料に転写する転写装置であって；
電子銃と、
電子銃から出た電子線の視野を制限する視野制限開口と、
視野制限開口とレチクルとの間に配置されたブランキング開口と、を含み；
ブランキング時にブランキング開口に吸収される電子線量を検出する手段と、検出した電子線量が、予め定められている標準値となるように上記電子銃のカソード加熱電源をフィードバック制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする電子線を用いた転写装置。
電子線を用いてレチクルのパターンを試料に転写する転写装置であって；
電子銃と、
電子銃から出た電子線の視野を制限する視野制限開口と、
視野制限開口とレチクルとの間に配置されたブランキング開口と、を含み；
ブランキング時にブランキング開口に吸収される電子線量を検出する手段と、検出した電子線量が、予め定められている標準値となるように上記電子銃のウエーネルト電圧又はアノード電圧をフィードバック制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする電子線を用いた転写装置。
上記フィードバック制御がＰＩＤ（比例、積分、微分）制御であることを特徴とする請求項２又は３いずれか１項記載の電子線を用いた転写装置。
上記電子銃が温度制限領域で動作していることを特徴とする請求項２記載の電子線を用いた転写装置。
上記電子銃が空間電荷制限領域で動作していることを特徴とする請求項３記載の電子線を用いた転写装置。
上記転写装置がクリティカル照明光学系を有することを特徴とする請求項２記載の電子線を用いた転写装置。
電子線を用いてレチクルのパターンを試料に転写する転写装置であって；
温度制限領域で動作している電子銃と、
電子銃から出た電子線の視野を制限する視野制限開口と、
視野制限開口とブランキング開口との間に配置されたコンデンサレンズと、を含み；
ブランキング時にブランキング開口に吸収される電子線量を検出する手段と、検出した電子線量の長期変動分は上記電子銃のカソード加熱電源にフィードバックし、短期変動分は、ウエーネルト電圧、コンデンサレンズ励磁電圧、アノード電圧又は転写露光時間にフィードバックして、電子線量を一定に保つ制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする電子線を用いた転写装置。