JP4601146B2 - 電子ビーム露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造システム、電子ビーム露光装置に関する。特に本発明は、複数の電子ビームを用いてウェハに露光処理を行い、半導体素子を製造するための半導体素子製造システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電子ビームを用いて露光処理を行う従来の電子ビーム露光装置は、ウェハに照射する複数の電子ビームがある一定の間隔を隔てて照射し、ウェハに対して露光パターンを形成する。従来の電子ビーム露光装置は、ウェハに設けられるべきチップの全露光パターンデータを記憶し、当該露光パターンデータから複数の電子ビームのそれぞれが露光すべき領域における露光パターンデータである個別露光パターンデータを、複数の電子ビームのそれぞれを制御する制御系に指示する。制御系は、個別露光パターンデータに基づいて、各電子ビームを制御することによりウェハに対して露光処理を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子ビーム露光装置は、複数の電子ビーム毎に全露光パターンデータから抽出した個別露光パターンデータを記憶する記憶部を更に有する。当該記憶部は、例えば非常に高速な半導体メモリ等を必要とする。近年の電子デバイスはトランジスタなどの素子の高集積化が進んでおり、それに伴ってウェハに１つの電子デバイスに対して露光すべき露光パターンデータも膨大なデータ量となっている。そのため、従来の電子ビーム露光装置では、個別露光パターンデータを記憶するために、非常に高速且つ大容量の半導体メモリ等の記憶部を必要とするため、電子ビーム露光装置が極めて高価にならざるを得ないという問題が生じていた。
【０００４】
また、従来の電子ビーム露光装置は、ウェハに設けられるべきチップの幅が、複数の電子ビームの間隔より小さい場合であっても、１つのチップを複数の電子ビームにより露光する必要があり、所定の電子ビームが当該１つのチップにおいて露光する領域と、当該所定の電子ビームに隣接する他の電子ビームが当該１つのチップを露光する領域との境界において露光パターンの位置ずれが起こるという問題が生じていた。結果として、例えば露光パターンが電子デバイスの配線パターンである場合には、当該位置ずれが起きた箇所において、配線抵抗が増大する、あるいは配線の信頼性が大幅に低下するといった問題が生じていた。
【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる半導体素子製造システム、電子ビーム露光装置を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態によると、ウェハに半導体素子を製造する半導体素子製造システムであって、ウェハを所定の間隔でステップさせながら、光源を用いてウェハに露光処理を行う第１の露光装置と、複数の電子ビームを所定の間隔の実質的にＮ倍（Ｎは自然数）、又は１／Ｎ倍の間隔を隔ててウェハに照射することにより、ウェハに露光処理を行う第２の露光装置とを備えることを特徴とする半導体素子製造システムを提供する。
【０００７】
また、第２の露光装置は、複数の電子ビームを独立に収束する多軸電子レンズを更に備え、多軸電子レンズは、所定の間隔の実質的にＮ倍、又は１／Ｎ倍の間隔に設けられ、複数の電子ビームが通過するレンズ開口部を有してもよく、また、第２の露光装置は、複数の電子ビームを独立に偏向する偏向部を更に備え、偏向部は、所定の間隔の実質的にＮ倍、又は１／Ｎ倍の間隔に設けられ、複数の電子ビームを偏向する複数の偏向器を有してもよい。
【０００８】
本発明の第２の形態によると、光学式ステッパにより露光されたウェハに対して、複数の電子ビームを用いて露光処理を行う電子ビーム露光装置であって、複数の電子ビームを、光学式ステッパがウェハをステップさせた間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍の間隔を隔ててウェハに照射することによりウェハに露光処理を行う手段を備えたことを特徴とする電子ビーム露光装置を提供する。
【０００９】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体素子製造システム２００を示す。半導体素子製造システム２００は、半導体素子が設けられるウェハを所定の間隔でステップさせながら、光源を用いて当該ウェハに露光処理を行う第１の露光装置であるステッパ３００と、複数の電子ビームを当該所定の間隔の実質的にＮ倍（Ｎは自然数）、又は１／Ｎ倍の間隔を隔てて当該ウェハに照射することにより、前記ウェハに露光処理を行う第２の露光装置である電子ビーム露光装置１００とを備える。当該所定の間隔は、ウェハに設けられるべき電子デバイスのピッチに対して実質的にＭ倍又は１／Ｍ倍（Ｍは自然数）であってよい。
【００１２】
ステッパ３００は、所定の波長を有する光を照射する光源と、当該光のウェハに対する焦点を調整するレンズと、露光すべきウェハを載置し、所定の間隔で載置されたウェハをステップさせるウェハステージとを備える。当該光源は、レーザ光や紫外光を発生する光源であってよい。電子ビーム露光装置１００は、複数の電子ビームを生成する手段と、当該複数の電子ビームを独立に収束する多軸電子レンズと、当該複数の電子ビームを独立に偏向する偏向部とを備える。ステッパ３００は、例えばｉ線やｇ線を用いたステッパであってよく、また、エキシマレーザを用いたステッパであってもよい。
【００１３】
ステッパ３００は、フォトレジストが塗布されたウェハを所定の間隔でステップさせながら所望のパターンを露光する。そして、ステッパ３００による露光処理後、ステッパ３００から当該ウェハを搬送し、例えばエッチングやイオン注入などの所定のプロセスを行う。そして当該所定のプロセスを行った後、当該ウェハに電子線レジストを塗布し、電子ビーム露光装置１００に搬送する。電子ビーム露光装置１００は、ステッパ３００が当該ウェハをステップさせた当該所定の間隔を隔てて複数の電子ビームを照射して当該ウェハに所望のパターンを露光する。
【００１４】
図２は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００を示す。電子ビーム露光装置１００は、電子ビームによりウェハ４４に所定の露光処理を施すための露光部１５０と、露光部１５０に含まれる各構成の動作を制御する制御系１４０を備える。
【００１５】
露光部１５０は、筐体８内部で、複数の電子ビームを発生し、電子ビームの断面形状を所望に整形する電子ビーム整形手段１１０と、複数の電子ビームをウェハ４４に照射するか否かを、電子ビーム毎に独立に切替える照射切替手段１１２と、ウェハ４４に転写されるパターンの像の向き及びサイズを調整するウェハ用投影系１１４を含む電子光学系を備える。また、露光部１５０は、パターンを露光すべきウェハ４４を載置するウェハステージ４６と、ウェハステージ４６を駆動するウェハステージ駆動部４８とを含むステージ系を備える。
【００１６】
電子ビーム整形手段１１０は、複数の電子ビームを発生させる電子銃１０と、電子ビームを通過させることにより、電子ビームの断面形状を整形する複数の開口部を有する第１整形部材１４および第２整形部材２２と、複数の電子ビームを独立に収束し、電子ビームの焦点を調整する第１多軸電子レンズ１６と、第１整形部材１４を通過した複数の電子ビームを独立に偏向する第１整形偏向部１８および第２整形偏向部２０とを有する。第１多軸電子レンズ１６に含まれ、複数の電子ビームが通過し、各電子ビームを独立に収束するレンズ開口部が設けられる間隔、複数の電子銃１０が設けられる間隔、第１整形部材１４に含まれる開口部、及び第２整形部材２２に含まれる開口部が設けられる間隔は、ステッパ３００がステップする間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍であることが好ましい。
【００１７】
照射切替手段１１２は、複数の電子ビームを独立に収束し、電子ビームの焦点を調整する第２多軸電子レンズ２４と、複数の電子ビームを、電子ビーム毎に独立に偏向させることにより、電子ビームをウェハ４４に照射するか否かを、電子ビーム毎に独立に切替えるブランキング電極アレイ２６と、電子ビームを通過させる複数の開口部を含み、ブランキング電極アレイ２６で偏向された電子ビームを遮蔽する電子ビーム遮蔽部材２８とを有する。第２多軸電子レンズ２４に含まれ、複数の電子ビームが通過し、各電子ビームを独立に収束するレンズ開口部が設けられる間隔、及びブランキング電極アレイ２６に含まれる電子ビームを通過させる複数の開口部が設けられる間隔は、ステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍であることが好ましい。また、他の例においてブランキング電極アレイ２６は、ブランキング・アパーチャ・アレイであってもよい。
【００１８】
ウェハ用投影系１１４は、複数の電子ビームを独立に収束し、電子ビームの照射径を縮小する第３多軸電子レンズ３４と、複数の電子ビームを独立に収束し、電子ビームの焦点を調整する第４多軸電子レンズ３６と、複数の電子ビームを、ウェハ４４の所望の位置に、電子ビーム毎に独立に偏向する偏向部３８と、ウェハ４４に対する対物レンズとして機能し、複数の電子ビームを独立に収束する第５多軸電子レンズ５２とを有する。第３多軸電子レンズ３６及び第４多軸電子レンズに含まれ、複数の電子ビームが通過し、各電子ビームを独立に収束するレンズ開口部が設けられる間隔、及び偏向部３８に含まれ、複数の電子ビームを独立に偏向する複数の偏向器が設けられる間隔はステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍であることが好ましい。
【００１９】
制御系１４０は、統括制御部１３０及び個別制御部１２０を備える。個別制御部１２０は、電子ビーム制御部８０と、多軸電子レンズ制御部８２と、整形偏向制御部８４と、ブランキング電極アレイ制御部８６と、偏向制御部９２と、ウェハステージ制御部９６とを有する。統括制御部１３０は、例えばワークステーションであって、個別制御部１２０に含まれる各制御部を統括制御する。電子ビーム制御部８０は、電子ビーム発生部１０を制御する。多軸電子レンズ制御部８２は、第１多軸電子レンズ１６、第２多軸電子レンズ２４、第３多軸電子レンズ３４、第４多軸電子レンズ３６および第５多軸電子レンズ５２に供給する電流を制御する。
【００２０】
整形偏向制御部８４は、第１整形偏向部１８および第２整形偏向器２０を制御する。ブランキング電極アレイ制御部８６は、ブランキング電極アレイ２６に含まれる偏向電極に印加する電圧を制御する。偏向制御部９２は、偏向部３８に含まれる複数の偏向器が有する偏向電極に印加する電圧を制御する。ウェハステージ制御部９６は、ウェハステージ駆動部４８を制御し、ウェハステージ４６を所定の位置に移動させる。
【００２１】
本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の動作について説明する。まず、電子ビーム発生部１０が、複数の電子ビームを生成する。電子ビーム発生部１０において、発生された電子ビームは、第１整形部材１４に照射され、整形される。
【００２２】
第１多軸電子レンズ１６は、矩形に整形された複数の電子ビームを独立に収束し、第２整形部材２２に対する電子ビームの焦点調整を、電子ビーム毎に独立に行う。第１整形偏向部１８は、矩形に整形された複数の電子ビームを、電子ビーム毎に独立して、第２整形部材に対して所望の位置に偏向する。第２整形偏向部２０は、第１整形偏向部１８で偏向された複数の電子ビームを、電子ビーム毎に独立に第２整形部材２２に対して略垂直方向に偏向する。矩形形状を有する複数の開口部を含む第２整形部材２２は、各開口部に照射された矩形の断面形状を有する複数の電子ビームを、ウェハ４４に照射されるべき所望の矩形の断面形状を有する電子ビームにさらに整形する。
【００２３】
第２多軸電子レンズ２４は、複数の電子ビームを独立に収束して、ブランキング電極アレイ２６に対する電子ビームの焦点調整を、電子ビーム毎に独立に行う。第２多軸電子レンズ２４より焦点調整された電子ビームは、ブランキング電極アレイ２６に含まれる複数のアパーチャを通過する。
【００２４】
ブランキング電極アレイ制御部８６は、ブランキング電極アレイ２６に形成された、各アパーチャの近傍に設けられた偏向電極に電圧を印加するか否かを制御する。ブランキング電極アレイ２６は、偏向電極に印加される電圧に基づいて、電子ビームをウェハ４４に照射させるか否かを切替える。
【００２５】
ブランキング電極アレイ２６により偏向されない電子ビームは、第３多軸電子レンズ３４により電子ビーム径を縮小されて、電子ビーム遮蔽部材２８に含まれる開口部を通過する。第４多軸電子レンズ３６が、複数の電子ビームを独立に収束して、偏向部３８に対する電子ビームの焦点調整を、電子ビーム毎に独立に行い、焦点調整をされた電子ビームは、偏向部３８に含まれる偏向器に入射される。
【００２６】
偏向制御部９２が、偏向部３８に含まれる複数の偏向器を独立に制御する。偏向部３８は、複数の偏向器に入射される複数の電子ビームを、電子ビーム毎に独立にウェハ４４の所望の露光位置に偏向する。偏向部３８を通過した複数の電子ビームは、第５多軸電子レンズ５２により、ウェハ４４に対する焦点が調整され、ウェハ４４に照射される。
【００２７】
露光処理中、ウェハステージ制御部９６は、一定方向にウェハステージ４８を動かす。ブランキング電極アレイ制御部８６は露光パターンデータに基づいて、電子ビームを通過させるアパーチャを定め、各アパーチャに対する電力制御を行う。ウェハ４４の移動に合わせて、電子ビームを通過させるアパーチャを適宜、変更し、さらに偏向部３８により電子ビームを偏向することによりウェハ４４に所望の回路パターンを露光することが可能となる。
【００２８】
図３は、電子ビーム露光装置１００が有する多軸電子レンズ（１６、２４、３４、３６、５２）の上面図を示す。各多軸電子レンズ（１６、２４、３４、３６、５２）は、略同じ構造を有してよく、以下においては第１多軸電子レンズ１６について説明する。
【００２９】
第１多軸電子レンズ１６は、複数の電子ビームが通過するレンズ部２０２、およびレンズ部２０２の周囲に設けられ、磁界を発生するコイル部２００を備える。レンズ部２０２は、電子ビームが通過するレンズ開口部２０４を有する。電子ビームが通過するレンズ開口部２０４は、各レンズ開口部２０４の中心点間の距離が所定の間隔を有するように配置される。当該所定の間隔は、図１を参照して、ステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍の間隔であることが望ましい。また、レンズ開口部２０４は、ブランキング電極アレイ２６に含まれるアパーチャ、および偏向部３８に含まれる偏向器の位置に対応して配置されるのが好ましい。更に、電子ビームが通過するレンズ開口部２０４の外周に、複数のレンズ開口部２０４の形成される磁界を均一にするように、電子ビームが通過しない複数のダミー開口部を有してもよい。また、複数のダミー開口部は、レンズ領域２０６の外周に多重に含まれてもよい。また、複数のレンズ開口部２０４は、異なる開口径を有してもよい。このとき、所定のレンズ開口部２０４の開口径は、当該所定のレンズ開口部２０４よりレンズ部２０２の中心に近い位置に設けられたレンズ開口部の開口径より大きいことが好ましい。レンズ部２０２は、ダミー開口部を有したり、異なる開口径を有するレンズ開口部２０４を有することにより、複数のレンズ開口部２０４に形成される磁場強度を均一にすることができる。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、レンズ開口部２０４は、ウェハ４４の全面に対して均一に電子ビームを照射するように設けられるのが好ましく、また、図３（ｂ）に示すように、帯状に設けられてもよい。いずれの場合であっても、レンズ開口部２０４は、ステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍の間隔に設けられるのが望ましい。
【００３１】
図４は、第１多軸電子レンズ１６の断面図を示す。図４（ａ）に示すように、コイル部２００は、磁性導体部材であるコイル部磁性導体部材２１２、および磁界を発生するコイル２１４を有する。また、レンズ部２０２は、磁性導体部材である複数のレンズ部磁性導体部材２１０と、複数のレンズ開口部２０４とを有する。レンズ開口部２０４において、第１レンズ部磁性導体部材２１０ａおよび第２レンズ部磁性導体部材２１０ｂにより磁界が形成される。レンズ開口部２０４に入射した電子ビームは、複数のレンズ部磁性導体部材２１０間において発生する磁界の影響を受けて、それぞれ独立に収束する。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、レンズ部２０２は、レンズ部磁性導体部材２１０におけるレンズ開口部２０４が設けられた以外の領域において、複数のレンズ部磁性導体部材２１０の間に非磁性導体部材２０８を有することが好ましい。非磁性導体部材２０８は、レンズ部磁性導体部材２１０におけるレンズ開口部２０４が設けられた以外の領域において、複数のレンズ部磁性導体部材２１０の間を充填するように設けられてもよく、また、一部に設けられてもよい。第１レンズ部磁性導体部材２１０ａおよび第２レンズ部磁性導体部材２１０ｂは、非磁性導体部材２０８を挟んで、略平行に配置されることが好ましい。非磁性導体部材２０８は、レンズ開口部２０４を通過する複数の隣接する電子ビーム間に働くクーロン力を遮蔽する機能を有する。また、非磁性導体部材２０８は、レンズ部２０２を形成するときに、第１レンズ部磁性導体部材２１０ａおよび第２レンズ部磁性導体部材２１０ｂのスペーサとしての機能も有する。
【００３３】
図４（ｃ）に示すように、コイル部磁性導体部材２１２と、レンズ部磁性導体部材２１０とは異なる透磁率を有する磁性導体材料により形成されてもよい。望ましくは、コイル部磁性導体部材２１２を形成する材料は、レンズ部磁性導体部材２１０を形成する材料より高い透磁率を有する。例えば、コイル部磁性導体部材２１２は純鉄により形成され、レンズ部磁性導体部材２１０はパーマロイにより形成される。コイル部磁性導体部材２１２およびレンズ部磁性導体部材２１０を透磁率の異なる材料により形成することにより、複数のレンズ開口部２０４に形成される磁場強度を均一にすることができる。
【００３４】
本発明による半導体素子製造システムは、ステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍の間隔を隔てて、ウェハに電子ビームを照射することにより、ウェハに設けられるべきチップのピッチの実質的にＭ倍又は１／Ｍ倍の間隔を隔ててウェハに電子ビームを照射することができる。即ち、それぞれの電子ビームがウェハに照射すべきパターン及びタイミングを等しくすることができるため、電子ビーム露光装置が記憶すべき露光パターンデータを大幅に減らすことができる。そのため、当該露光パターンデータを記憶する記憶部の容量を大幅に低減させることができ、非常に安価な電子ビーム露光装置を提供することができる。また、ウェハに設けられるべき１つのチップを、同一の電子ビームを用いて露光することができるため、１つのチップを複数の電子ビームを用いて露光した場合に起こる露光位置ずれを大幅に低減、または除去することができる。また、複数の電子ビームが露光すべき露光パターンに対応する個別露光パターンデータを共有することができる。
【００３５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３６】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば安価で露光位置精度の良い電子ビーム露光装置および半導体素子製造システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体素子製造システム２００を示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００を示す。
【図３】電子ビーム露光装置１００が有する多軸電子レンズ（１６、２４、３４、３６、５２）の上面図を示す。
【図４】第１多軸電子レンズ１６の断面図を示す。
【符号の説明】
８・・筐体、１０・・電子銃、１４・・第１整形部材、１６・・第１多軸電子レンズ、１８・・第１整形偏向部、２０・・第２整形偏向部、２２・・第２整形部材、２４・・第２多軸電子レンズ、２６・・ブランキング・アパーチャ・アレイ・デバイス、２８・・電子ビーム遮蔽部材、３４・・第３多軸電子レンズ、３６・・第４多軸電子レンズ、４４・・ウェハ、４６・・ウェハステージ、４８・・ウェハステージ駆動部、６０・・偏向部、６２・・第５多軸電子レンズ、８０・・電子ビーム制御部、８２・・多軸電子レンズ制御部、８４・・整形偏向制御部、８６・・ブランキング電極アレイ制御部、９２・・偏向制御部、９６・・ウェハステージ制御部、１００・・電子ビーム露光装置、１１０・・電子ビーム整形手段、１１２・・照射切替手段、１１４・・ウェハ用投影系、１２０・・個別制御系、１３０・・統括制御部、１４０・・制御系、１５０・・露光部、２００・・コイル部、２０２・・レンズ部、２０４・・レンズ開口部、２０８・・非磁性導体部材、２１０・・レンズ部磁性導体部材、２１２・・コイル部磁性導体部材、２１４・・コイル、３００・・ステッパ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造システム、電子ビーム露光装置に関する。特に本発明は、複数の電子ビームを用いてウェハに露光処理を行い、半導体素子を製造するための半導体素子製造システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電子ビームを用いて露光処理を行う従来の電子ビーム露光装置は、ウェハに照射する複数の電子ビームがある一定の間隔を隔てて照射し、ウェハに対して露光パターンを形成する。従来の電子ビーム露光装置は、ウェハに設けられるべきチップの全露光パターンデータを記憶し、当該露光パターンデータから複数の電子ビームのそれぞれが露光すべき領域における露光パターンデータである個別露光パターンデータを、複数の電子ビームのそれぞれを制御する制御系に指示する。制御系は、個別露光パターンデータに基づいて、各電子ビームを制御することによりウェハに対して露光処理を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子ビーム露光装置は、複数の電子ビーム毎に全露光パターンデータから抽出した個別露光パターンデータを記憶する記憶部を更に有する。当該記憶部は、例えば非常に高速な半導体メモリ等を必要とする。近年の電子デバイスはトランジスタなどの素子の高集積化が進んでおり、それに伴ってウェハに１つの電子デバイスに対して露光すべき露光パターンデータも膨大なデータ量となっている。そのため、従来の電子ビーム露光装置では、個別露光パターンデータを記憶するために、非常に高速且つ大容量の半導体メモリ等の記憶部を必要とするため、電子ビーム露光装置が極めて高価にならざるを得ないという問題が生じていた。
【０００４】
また、従来の電子ビーム露光装置は、ウェハに設けられるべきチップの幅が、複数の電子ビームの間隔より小さい場合であっても、１つのチップを複数の電子ビームにより露光する必要があり、所定の電子ビームが当該１つのチップにおいて露光する領域と、当該所定の電子ビームに隣接する他の電子ビームが当該１つのチップを露光する領域との境界において露光パターンの位置ずれが起こるという問題が生じていた。結果として、例えば露光パターンが電子デバイスの配線パターンである場合には、当該位置ずれが起きた箇所において、配線抵抗が増大する、あるいは配線の信頼性が大幅に低下するといった問題が生じていた。
【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる半導体素子製造システム、電子ビーム露光装置を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態によると、ウェハに半導体素子を製造する半導体素子製造システムであって、ウェハを所定の間隔でステップさせながら、光源を用いてウェハに露光処理を行う第１の露光装置と、複数の電子ビームを所定の間隔の実質的にＮ倍（Ｎは自然数）、又は１／Ｎ倍の間隔を隔ててウェハに照射することにより、ウェハに露光処理を行う第２の露光装置とを備えることを特徴とする半導体素子製造システムを提供する。
【０００７】
また、第２の露光装置は、複数の電子ビームを独立に収束する多軸電子レンズを更に備え、多軸電子レンズは、所定の間隔の実質的にＮ倍、又は１／Ｎ倍の間隔に設けられ、複数の電子ビームが通過するレンズ開口部を有してもよく、また、第２の露光装置は、複数の電子ビームを独立に偏向する偏向部を更に備え、偏向部は、所定の間隔の実質的にＮ倍、又は１／Ｎ倍の間隔に設けられ、複数の電子ビームを偏向する複数の偏向器を有してもよい。
【０００８】
本発明の第２の形態によると、光学式ステッパにより露光されたウェハに対して、複数の電子ビームを用いて露光処理を行う電子ビーム露光装置であって、複数の電子ビームを、光学式ステッパがウェハをステップさせた間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍の間隔を隔ててウェハに照射することによりウェハに露光処理を行う手段を備えたことを特徴とする電子ビーム露光装置を提供する。
【０００９】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体素子製造システム２００を示す。半導体素子製造システム２００は、半導体素子が設けられるウェハを所定の間隔でステップさせながら、光源を用いて当該ウェハに露光処理を行う第１の露光装置であるステッパ３００と、複数の電子ビームを当該所定の間隔の実質的にＮ倍（Ｎは自然数）、又は１／Ｎ倍の間隔を隔てて当該ウェハに照射することにより、前記ウェハに露光処理を行う第２の露光装置である電子ビーム露光装置１００とを備える。当該所定の間隔は、ウェハに設けられるべき電子デバイスのピッチに対して実質的にＭ倍又は１／Ｍ倍（Ｍは自然数）であってよい。
【００１２】
ステッパ３００は、所定の波長を有する光を照射する光源と、当該光のウェハに対する焦点を調整するレンズと、露光すべきウェハを載置し、所定の間隔で載置されたウェハをステップさせるウェハステージとを備える。当該光源は、レーザ光や紫外光を発生する光源であってよい。電子ビーム露光装置１００は、複数の電子ビームを生成する手段と、当該複数の電子ビームを独立に収束する多軸電子レンズと、当該複数の電子ビームを独立に偏向する偏向部とを備える。ステッパ３００は、例えばｉ線やｇ線を用いたステッパであってよく、また、エキシマレーザを用いたステッパであってもよい。
【００１３】
ステッパ３００は、フォトレジストが塗布されたウェハを所定の間隔でステップさせながら所望のパターンを露光する。そして、ステッパ３００による露光処理後、ステッパ３００から当該ウェハを搬送し、例えばエッチングやイオン注入などの所定のプロセスを行う。そして当該所定のプロセスを行った後、当該ウェハに電子線レジストを塗布し、電子ビーム露光装置１００に搬送する。電子ビーム露光装置１００は、ステッパ３００が当該ウェハをステップさせた当該所定の間隔を隔てて複数の電子ビームを照射して当該ウェハに所望のパターンを露光する。
【００１４】
図２は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００を示す。電子ビーム露光装置１００は、電子ビームによりウェハ４４に所定の露光処理を施すための露光部１５０と、露光部１５０に含まれる各構成の動作を制御する制御系１４０を備える。
【００１５】
露光部１５０は、筐体８内部で、複数の電子ビームを発生し、電子ビームの断面形状を所望に整形する電子ビーム整形手段１１０と、複数の電子ビームをウェハ４４に照射するか否かを、電子ビーム毎に独立に切替える照射切替手段１１２と、ウェハ４４に転写されるパターンの像の向き及びサイズを調整するウェハ用投影系１１４を含む電子光学系を備える。また、露光部１５０は、パターンを露光すべきウェハ４４を載置するウェハステージ４６と、ウェハステージ４６を駆動するウェハステージ駆動部４８とを含むステージ系を備える。
【００１６】
電子ビーム整形手段１１０は、複数の電子ビームを発生させる電子銃１０と、電子ビームを通過させることにより、電子ビームの断面形状を整形する複数の開口部を有する第１整形部材１４および第２整形部材２２と、複数の電子ビームを独立に収束し、電子ビームの焦点を調整する第１多軸電子レンズ１６と、第１整形部材１４を通過した複数の電子ビームを独立に偏向する第１整形偏向部１８および第２整形偏向部２０とを有する。第１多軸電子レンズ１６に含まれ、複数の電子ビームが通過し、各電子ビームを独立に収束するレンズ開口部が設けられる間隔、複数の電子銃１０が設けられる間隔、第１整形部材１４に含まれる開口部、及び第２整形部材２２に含まれる開口部が設けられる間隔は、ステッパ３００がステップする間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍であることが好ましい。
【００１７】
照射切替手段１１２は、複数の電子ビームを独立に収束し、電子ビームの焦点を調整する第２多軸電子レンズ２４と、複数の電子ビームを、電子ビーム毎に独立に偏向させることにより、電子ビームをウェハ４４に照射するか否かを、電子ビーム毎に独立に切替えるブランキング電極アレイ２６と、電子ビームを通過させる複数の開口部を含み、ブランキング電極アレイ２６で偏向された電子ビームを遮蔽する電子ビーム遮蔽部材２８とを有する。第２多軸電子レンズ２４に含まれ、複数の電子ビームが通過し、各電子ビームを独立に収束するレンズ開口部が設けられる間隔、及びブランキング電極アレイ２６に含まれる電子ビームを通過させる複数の開口部が設けられる間隔は、ステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍であることが好ましい。また、他の例においてブランキング電極アレイ２６は、ブランキング・アパーチャ・アレイであってもよい。
【００１８】
ウェハ用投影系１１４は、複数の電子ビームを独立に収束し、電子ビームの照射径を縮小する第３多軸電子レンズ３４と、複数の電子ビームを独立に収束し、電子ビームの焦点を調整する第４多軸電子レンズ３６と、複数の電子ビームを、ウェハ４４の所望の位置に、電子ビーム毎に独立に偏向する偏向部３８と、ウェハ４４に対する対物レンズとして機能し、複数の電子ビームを独立に収束する第５多軸電子レンズ５２とを有する。第３多軸電子レンズ３６及び第４多軸電子レンズに含まれ、複数の電子ビームが通過し、各電子ビームを独立に収束するレンズ開口部が設けられる間隔、及び偏向部３８に含まれ、複数の電子ビームを独立に偏向する複数の偏向器が設けられる間隔はステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍であることが好ましい。
【００１９】
制御系１４０は、統括制御部１３０及び個別制御部１２０を備える。個別制御部１２０は、電子ビーム制御部８０と、多軸電子レンズ制御部８２と、整形偏向制御部８４と、ブランキング電極アレイ制御部８６と、偏向制御部９２と、ウェハステージ制御部９６とを有する。統括制御部１３０は、例えばワークステーションであって、個別制御部１２０に含まれる各制御部を統括制御する。電子ビーム制御部８０は、電子ビーム発生部１０を制御する。多軸電子レンズ制御部８２は、第１多軸電子レンズ１６、第２多軸電子レンズ２４、第３多軸電子レンズ３４、第４多軸電子レンズ３６および第５多軸電子レンズ５２に供給する電流を制御する。
【００２０】
整形偏向制御部８４は、第１整形偏向部１８および第２整形偏向器２０を制御する。ブランキング電極アレイ制御部８６は、ブランキング電極アレイ２６に含まれる偏向電極に印加する電圧を制御する。偏向制御部９２は、偏向部３８に含まれる複数の偏向器が有する偏向電極に印加する電圧を制御する。ウェハステージ制御部９６は、ウェハステージ駆動部４８を制御し、ウェハステージ４６を所定の位置に移動させる。
【００２１】
本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の動作について説明する。まず、電子ビーム発生部１０が、複数の電子ビームを生成する。電子ビーム発生部１０において、発生された電子ビームは、第１整形部材１４に照射され、整形される。
【００２２】
第１多軸電子レンズ１６は、矩形に整形された複数の電子ビームを独立に収束し、第２整形部材２２に対する電子ビームの焦点調整を、電子ビーム毎に独立に行う。第１整形偏向部１８は、矩形に整形された複数の電子ビームを、電子ビーム毎に独立して、第２整形部材に対して所望の位置に偏向する。第２整形偏向部２０は、第１整形偏向部１８で偏向された複数の電子ビームを、電子ビーム毎に独立に第２整形部材２２に対して略垂直方向に偏向する。矩形形状を有する複数の開口部を含む第２整形部材２２は、各開口部に照射された矩形の断面形状を有する複数の電子ビームを、ウェハ４４に照射されるべき所望の矩形の断面形状を有する電子ビームにさらに整形する。
【００２３】
第２多軸電子レンズ２４は、複数の電子ビームを独立に収束して、ブランキング電極アレイ２６に対する電子ビームの焦点調整を、電子ビーム毎に独立に行う。第２多軸電子レンズ２４より焦点調整された電子ビームは、ブランキング電極アレイ２６に含まれる複数のアパーチャを通過する。
【００２４】
ブランキング電極アレイ制御部８６は、ブランキング電極アレイ２６に形成された、各アパーチャの近傍に設けられた偏向電極に電圧を印加するか否かを制御する。ブランキング電極アレイ２６は、偏向電極に印加される電圧に基づいて、電子ビームをウェハ４４に照射させるか否かを切替える。
【００２５】
ブランキング電極アレイ２６により偏向されない電子ビームは、第３多軸電子レンズ３４により電子ビーム径を縮小されて、電子ビーム遮蔽部材２８に含まれる開口部を通過する。第４多軸電子レンズ３６が、複数の電子ビームを独立に収束して、偏向部３８に対する電子ビームの焦点調整を、電子ビーム毎に独立に行い、焦点調整をされた電子ビームは、偏向部３８に含まれる偏向器に入射される。
【００２６】
偏向制御部９２が、偏向部３８に含まれる複数の偏向器を独立に制御する。偏向部３８は、複数の偏向器に入射される複数の電子ビームを、電子ビーム毎に独立にウェハ４４の所望の露光位置に偏向する。偏向部３８を通過した複数の電子ビームは、第５多軸電子レンズ５２により、ウェハ４４に対する焦点が調整され、ウェハ４４に照射される。
【００２７】
露光処理中、ウェハステージ制御部９６は、一定方向にウェハステージ４８を動かす。ブランキング電極アレイ制御部８６は露光パターンデータに基づいて、電子ビームを通過させるアパーチャを定め、各アパーチャに対する電力制御を行う。ウェハ４４の移動に合わせて、電子ビームを通過させるアパーチャを適宜、変更し、さらに偏向部３８により電子ビームを偏向することによりウェハ４４に所望の回路パターンを露光することが可能となる。
【００２８】
図３は、電子ビーム露光装置１００が有する多軸電子レンズ（１６、２４、３４、３６、５２）の上面図を示す。各多軸電子レンズ（１６、２４、３４、３６、５２）は、略同じ構造を有してよく、以下においては第１多軸電子レンズ１６について説明する。
【００２９】
第１多軸電子レンズ１６は、複数の電子ビームが通過するレンズ部２０２、およびレンズ部２０２の周囲に設けられ、磁界を発生するコイル部２００を備える。レンズ部２０２は、電子ビームが通過するレンズ開口部２０４を有する。電子ビームが通過するレンズ開口部２０４は、各レンズ開口部２０４の中心点間の距離が所定の間隔を有するように配置される。当該所定の間隔は、図１を参照して、ステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍の間隔であることが望ましい。また、レンズ開口部２０４は、ブランキング電極アレイ２６に含まれるアパーチャ、および偏向部３８に含まれる偏向器の位置に対応して配置されるのが好ましい。更に、電子ビームが通過するレンズ開口部２０４の外周に、複数のレンズ開口部２０４の形成される磁界を均一にするように、電子ビームが通過しない複数のダミー開口部を有してもよい。また、複数のダミー開口部は、レンズ領域２０６の外周に多重に含まれてもよい。また、複数のレンズ開口部２０４は、異なる開口径を有してもよい。このとき、所定のレンズ開口部２０４の開口径は、当該所定のレンズ開口部２０４よりレンズ部２０２の中心に近い位置に設けられたレンズ開口部の開口径より大きいことが好ましい。レンズ部２０２は、ダミー開口部を有したり、異なる開口径を有するレンズ開口部２０４を有することにより、複数のレンズ開口部２０４に形成される磁場強度を均一にすることができる。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、レンズ開口部２０４は、ウェハ４４の全面に対して均一に電子ビームを照射するように設けられるのが好ましく、また、図３（ｂ）に示すように、帯状に設けられてもよい。いずれの場合であっても、レンズ開口部２０４は、ステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍の間隔に設けられるのが望ましい。
【００３１】
図４は、第１多軸電子レンズ１６の断面図を示す。図４（ａ）に示すように、コイル部２００は、磁性導体部材であるコイル部磁性導体部材２１２、および磁界を発生するコイル２１４を有する。また、レンズ部２０２は、磁性導体部材である複数のレンズ部磁性導体部材２１０と、複数のレンズ開口部２０４とを有する。レンズ開口部２０４において、第１レンズ部磁性導体部材２１０ａおよび第２レンズ部磁性導体部材２１０ｂにより磁界が形成される。レンズ開口部２０４に入射した電子ビームは、複数のレンズ部磁性導体部材２１０間において発生する磁界の影響を受けて、それぞれ独立に収束する。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、レンズ部２０２は、レンズ部磁性導体部材２１０におけるレンズ開口部２０４が設けられた以外の領域において、複数のレンズ部磁性導体部材２１０の間に非磁性導体部材２０８を有することが好ましい。非磁性導体部材２０８は、レンズ部磁性導体部材２１０におけるレンズ開口部２０４が設けられた以外の領域において、複数のレンズ部磁性導体部材２１０の間を充填するように設けられてもよく、また、一部に設けられてもよい。第１レンズ部磁性導体部材２１０ａおよび第２レンズ部磁性導体部材２１０ｂは、非磁性導体部材２０８を挟んで、略平行に配置されることが好ましい。非磁性導体部材２０８は、レンズ開口部２０４を通過する複数の隣接する電子ビーム間に働くクーロン力を遮蔽する機能を有する。また、非磁性導体部材２０８は、レンズ部２０２を形成するときに、第１レンズ部磁性導体部材２１０ａおよび第２レンズ部磁性導体部材２１０ｂのスペーサとしての機能も有する。
【００３３】
図４（ｃ）に示すように、コイル部磁性導体部材２１２と、レンズ部磁性導体部材２１０とは異なる透磁率を有する磁性導体材料により形成されてもよい。望ましくは、コイル部磁性導体部材２１２を形成する材料は、レンズ部磁性導体部材２１０を形成する材料より高い透磁率を有する。例えば、コイル部磁性導体部材２１２は純鉄により形成され、レンズ部磁性導体部材２１０はパーマロイにより形成される。コイル部磁性導体部材２１２およびレンズ部磁性導体部材２１０を透磁率の異なる材料により形成することにより、複数のレンズ開口部２０４に形成される磁場強度を均一にすることができる。
【００３４】
本発明による半導体素子製造システムは、ステッパ３００がウェハをステップさせる間隔の実質的にＮ倍又は１／Ｎ倍の間隔を隔てて、ウェハに電子ビームを照射することにより、ウェハに設けられるべきチップのピッチの実質的にＭ倍又は１／Ｍ倍の間隔を隔ててウェハに電子ビームを照射することができる。即ち、それぞれの電子ビームがウェハに照射すべきパターン及びタイミングを等しくすることができるため、電子ビーム露光装置が記憶すべき露光パターンデータを大幅に減らすことができる。そのため、当該露光パターンデータを記憶する記憶部の容量を大幅に低減させることができ、非常に安価な電子ビーム露光装置を提供することができる。また、ウェハに設けられるべき１つのチップを、同一の電子ビームを用いて露光することができるため、１つのチップを複数の電子ビームを用いて露光した場合に起こる露光位置ずれを大幅に低減、または除去することができる。また、複数の電子ビームが露光すべき露光パターンに対応する個別露光パターンデータを共有することができる。
【００３５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３６】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば安価で露光位置精度の良い電子ビーム露光装置および半導体素子製造システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体素子製造システム２００を示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００を示す。
【図３】電子ビーム露光装置１００が有する多軸電子レンズ（１６、２４、３４、３６、５２）の上面図を示す。
【図４】第１多軸電子レンズ１６の断面図を示す。
【符号の説明】
８・・筐体、１０・・電子銃、１４・・第１整形部材、１６・・第１多軸電子レンズ、１８・・第１整形偏向部、２０・・第２整形偏向部、２２・・第２整形部材、２４・・第２多軸電子レンズ、２６・・ブランキング・アパーチャ・アレイ・デバイス、２８・・電子ビーム遮蔽部材、３４・・第３多軸電子レンズ、３６・・第４多軸電子レンズ、４４・・ウェハ、４６・・ウェハステージ、４８・・ウェハステージ駆動部、６０・・偏向部、６２・・第５多軸電子レンズ、８０・・電子ビーム制御部、８２・・多軸電子レンズ制御部、８４・・整形偏向制御部、８６・・ブランキング電極アレイ制御部、９２・・偏向制御部、９６・・ウェハステージ制御部、１００・・電子ビーム露光装置、１１０・・電子ビーム整形手段、１１２・・照射切替手段、１１４・・ウェハ用投影系、１２０・・個別制御系、１３０・・統括制御部、１４０・・制御系、１５０・・露光部、２００・・コイル部、２０２・・レンズ部、２０４・・レンズ開口部、２０８・・非磁性導体部材、２１０・・レンズ部磁性導体部材、２１２・・コイル部磁性導体部材、２１４・・コイル、３００・・ステッパ
Claims (6)
- 複数の電子ビームを予め定められた間隔を隔ててウェハに照射することにより、前記ウェハに露光処理を行う電子ビーム露光装置であって、
前記複数の電子ビームを独立に収束する多軸電子レンズを備え、
前記多軸電子レンズは、
前記複数の電子ビームがそれぞれ通過する複数のレンズ開口部と、電子ビームが通過しないダミー開口部とを有するレンズ部と、
前記レンズ部の周囲に設けられ、磁界を発生するコイル部と、
を含み、
前記レンズ部の外周に複数の前記ダミー開口部を有することを特徴とする電子ビーム露光装置。 - 複数の電子ビームを予め定められた間隔を隔ててウェハに照射することにより、前記ウェハに露光処理を行う電子ビーム露光装置であって、
前記複数の電子ビームを独立に収束する多軸電子レンズを備え、
前記多軸電子レンズは、
前記複数の電子ビームがそれぞれ通過する複数のレンズ開口部を有するレンズ部と、
前記レンズ部の周囲に設けられ、磁界を発生するコイル部とを含み、
前記複数のレンズ開口部は、異なる開口径を有する、
ことを特徴とする電子ビーム露光装置。 - 予め定められたレンズ開口部の開口径は、前記レンズ部の中心に近い位置に設けられたレンズ開口部の開口径より大きいことを特徴とする請求項２記載の電子ビーム露光装置。
- 複数の電子ビームを予め定められた間隔を隔ててウェハに照射することにより、前記ウェハに露光処理を行う電子ビーム露光装置であって、
前記複数の電子ビームを独立に収束する多軸電子レンズを備え、
前記多軸電子レンズは、
前記複数の電子ビームがそれぞれ通過する複数のレンズ開口部を有するレンズ部と、
前記レンズ部の周囲に設けられ、磁界を発生するコイル部とを含み、
前記コイル部のコイル部磁性導体部材と、前記レンズ部のレンズ部磁性導体部材とは異なる透磁率を有する磁性導体材料により形成され、
前記コイル部磁性導体部材を形成する材料は、レンズ部磁性導体部材を形成する材料より高い透磁率を有することを特徴とする電子ビーム露光装置。 - 前記コイル部磁性導体部材は純鉄により形成され、前記レンズ部磁性導体部材はパーマロイにより形成されることを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。
- 前記複数の電子ビームは、ウェハに設けられるべきチップのピッチの実質的にＭ倍又は１／Ｍ倍（Ｍは自然数）の間隔を隔てて前記ウェハに照射することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電子ビーム露光装置。
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