JP4647820B2 - 荷電粒子線描画装置、および、デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線露光装置及びデバイスの製造方法並びに荷電粒子線応用装置に係り、特に、複数の荷電粒子線を利用して基板にパターンを描画する荷電粒子線露光装置及びそれを利用したデバイスの製造方法、並びに荷電粒子線応用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置には、電子ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型、サイズ可変の矩形にして使用する可変矩形ビーム型、所望形状のビーム通過孔を有するステンシルマスクを作成しておき、そのステンシルによってビームを所望形状にして使用するステンシルマスク型等がある。
【０００３】
ポイントビーム型は、微細なパターンを形成するのに適しているが、非常にスループットが低いので、研究開発用にしか使用されない。可変矩形ビーム型は、これより１〜２桁スループットが高いが、100nm程度の微細パターンが高集積度で詰まったパターンを描画する場合には、やはりスループットが低い。
【０００４】
いかなるパターンでも描画が可能な方法として、２次元ブランキングアパーチャアレーを利用した露光方法がある（例えば、実公昭56−19402号公報参照）。これは、シリコン等の半導体結晶基板にビーム通路用の複数の開口を２次元的に多数配置し、各開口の両端に一対のブランキング電極を形成し、該電極間に電圧を印加するか否かをパターンデータに従って制御する方法である。すなわち、この方法では、複数の開口を各々通過した複数のビームを直進させるか偏向させるかを個別に制御することにより、該複数のビームを試料に照射するか否かを個別に制御する。例えば、開口の両端の電極のうち一方の電極をグランドに落とし、他方の電極に電圧を印加すると、該開口を通過した電子ビームは偏向されるので、ブランキングアパーチャアレーの下部に設置されたアパーチャストップで遮断されてビームが試料に照射されない。又、他方の電極に電圧を印加しないと、開口を通過した電子ビームは偏向されないので、ブランキングアパーチャアレーの下部に設置されたアパーチャストップで遮断されずにビームが試料面に照射される。
【０００５】
図９は、２次元ブランキングアパーチャアレーの構成を概略的に示す図である。２次元ブランキングアパーチャアレーでは、複数の開口（AP）が２次元に配置されており、各々の開口には一対の電極（EL）が形成されている。２次元ブランキングアパーチャアレーには、複数の開口の電極に印加する電圧をパターンデータに従って個別に制御するための配線及び素子が形成されている。例えば、開口（AP）は、直径が２０μｍ、配列ピッチが１００μｍであり、電極(EL)は、厚さが１０μｍ、幅が１０μｍ、長さ（深さ方向）が５０μｍ程度である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、試料上を電子ビームで走査して、１００ｎｍの線幅を有するパターンを描画する際、試料上の電子ビームのサイズを２５ｎｍ以下にすることが必要とされている。
【０００７】
しかしながら、現状では、製造上の理由により、ブランカーアレイの開口の大きさは、１０μｍ×１０μｍが限界である。したがって、そのような開口で形状が規定された電子ビームを縮小電子光学系で縮小して２５ｎｍ以下にするには、縮小電子光学系の縮小倍率を400倍にする必要があり、現実的に難しい。
【０００８】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、その１つの側面は、縮小光学系の性能を上げることなく、微小なパターンの描画を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの側面は、複数の荷電粒子線を利用して基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置に係り、前記荷電粒子線描画装置は、荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、前記荷電粒子源からの荷電粒子線を平行な荷電粒子線にするコンデンサーレンズと、前記平行な荷電粒子線を複数の荷電粒子線に分割するアパーチャアレイと、前記アパーチャアレイで得られた前記複数の荷電粒子線により前記荷電粒子源の複数の中間像を実質的に１つの平面上にそれぞれ形成する複数のレンズを有するレンズアレイと、前記複数の中間像をそれぞれ形成する複数の荷電粒子線をそれぞれ遮断するために偏向する複数のブランカーを前記平面上に有するブランカーアレイと、前記レンズアレイによって形成された前記複数の中間像を基板上に縮小投影する縮小電子光学系と、前記ブランカーアレイと前記縮小電子光学系との間に配置された補正レンズアレイとを備え、前記補正レンズアレイは、前記レンズアレイによって形成される前記複数の中間像の複数の虚像を前記縮小電子光学系の像面湾曲に応じた位置にそれぞれ形成する複数のレンズを有することを特徴とする。
本発明の好適な実施形態によれば、前記補正レンズアレイの各レンズは、前記レンズアレイによって形成される対応する中間像の位置から前記像面湾曲に応じてずらした位置に前側焦点を有しうる。
本発明の好適な実施形態によれば、前記補正レンズアレイは、前記ブランカーアレイにより偏向された荷電粒子線を遮断し、かつ、偏向されなかった荷電粒子線を通過させるストッパアレイを有しうる。
本発明の第２の側面は、デバイスの製造方法に係り、前記製造方法は、上記の荷電粒子線描画装置により基板にパターンを描画する工程と、前記工程でパターンを描画された前記基板を現像する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
荷電粒子線を利用する露光装置の一例として、以下では電子ビーム露光装置の例を示す。なお、本発明は、電子ビームを利用する露光装置に限られず、例えばイオンビームを利用する露光装置にも同様に適用できる。
【００１８】
図１は、本発明の好適な実施形態に係る電子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。
【００１９】
この電子ビーム露光装置では、荷電粒子線のソースとして電子銃１が採用されている。電子銃１は、カソード1ａ、グリッド1b、アノード1cよりなり、カソード1aから放射された電子は、グリッド1bとアノード1cとの間でクロスオーバ像を形成する。以下では、このクロスオーバ像を電子源ESという。
【００２０】
この電子源ESから放射される電子線は、コンデンサーレンズ光学系2によりほぼ平行な電子ビームにされた後にマルチビーム形成光学系3に照射される。コンデンサーレンズ２は、典型的には3枚の開口電極からなる電子レンズ（ユニポテンシャルレンズ）で構成される。
【００２１】
マルチビーム形成光学系3は、光軸AXに沿って、電子銃１側から順に配置された、アパーチャアレイAA、デフレクターアレイDA、レンズアレイLA、ブランカーアレイBA、補正レンズアレイCLAで構成される。マルチビーム形成光学系3の詳細な構成については後述する。
【００２２】
マルチビーム形成光学系3は、電子源ESの中間像を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系4によってウエハ（試料）５上に縮小投影され、これによりウエハ5上に電子源ESの像が形成される。
【００２３】
縮小電子光学系4は、第１投影レンズ41(43)と第２投影レンズ42(44)とからなる対称磁気ダブレットで構成される。第１投影レンズ41(43)の焦点距離をf1、第２投影レンズ42(44)の焦点距離をf2とすると、この２つのレンズ間距離はf1+f2になっている。光軸上AX上の物点は第１投影レンズ41(43)の焦点位置にあり、その像点は第２投影レンズ42(44)の焦点位置にある。この像は-f2/f1に縮小される。また、２つのレンズ磁界を互いに逆方向に作用する様に決定することにより、理論上は、球面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収差、軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。
【００２４】
偏向器6は、マルチビーム形成光学系3からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の電子源ESの像をウエハ5上でX,Y方向に略同一の変位量だけ変位させる。偏向器6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とで構成されており、主偏向器は典型的には電磁型偏向器で、副偏向器は典型的には静電型偏向器である。
【００２５】
ダイナミックフォーカスコイル7は、偏向器6を作動させた際に発生する偏向収差による電子源ESの像のフォーカス位置のずれを補正し、ダイナミックスティグコイル8は、偏向により発生する偏向収差の非点収差を補正する。
【００２６】
θ-Ｚステージ９は、ウエハ5を載せて、光軸AX(Ｚ軸）方向とＺ軸回りの回転方向とに運動する。θ-Ｚステージ９には、ステージ基準板10が固設されている。
【００２７】
ＸＹステージ１1は、θ-Ｚステージ９を光軸AX(Ｚ軸）と直交するＸＹ方向に移動させる。
【００２８】
反射電子検出器12は、電子ビームによってステージ基準板10上のマークが照射された際に生じる反射電子を検出する。
【００２９】
次に、図２を参照しながら図１に示す電子ビーム露光装置に搭載されたマルチビーム形成光学系3について説明する。
【００３０】
図２に示すように、マルチビーム形成光学系3は、典型的には、アパーチャアレイAA、デフレクターアレイDA、レンズアレイLA、ブランカーアレイBA、補正レンズアレイCLAで構成される。
【００３１】
アパーチャアレイAAは、基板に複数の開口が形成されたものである。コンデンサーレンズ２によってほぼ平行にされた１つの電子ビームは、これらの複数の開口を通過する際に複数の電子ビームに分割される。
【００３２】
デフレクターアレイDAは、アパーチャアレイAAで分割された複数の電子ビームを個別に偏向する偏向器を一枚の基板上に複数形成したものである。この基板は、複数の開口を有する。また、この基板には、各開口を挟んでそれぞれ４対の電極が設けられている。つまり、各開口には、偏向機能を有する８極の偏向電極が設けられている。また、この基板上には、偏向電極を個別に動作させための配線が形成されている。
【００３３】
レンズアレイLAは、基本的には、各々複数の開口電極を有する３枚の基板で構成される。そして、上、中、下の各々１つの開口電極で１つの電子レンズ（いわゆるユニポテンシャルレンズ）が構成される。すなわち、レンズアレイLAは、二次元的に配列された複数の電子レンズを有する。これらの複数の電子レンズの光学特性（焦点距離等）が同一になるように、上、中、下の開口電極には各々同一の電位が与えられる。
【００３４】
ブランカーアレイBAは、複数の電子ビームを個別に偏向させる複数の偏向器を１枚の基板上に形成したものである。その１つの偏向器の詳細を図３に示す。基板31には、開口APと、該開口APを挟んだ一対の偏向電極32とが設けられている。また、基板31には、複数の偏向電極32を個別に制御して複数の電子ビームの偏向を個別に制御するための配線(W)が形成されている。
【００３５】
補正レンズアレイCLAは、同一平面内に複数の電子レンズを2次元的に配列して形成された電子レンズアレイである第１電子レンズアレイALA1及び第２電子レンズアレイALA２と、ストッパアレイSAとで構成される。
【００３６】
図４は、第１電子光学系アレイALA1を説明する図である。第１電子レンズアレイALA1は、複数の開口に各々対応して形成された複数のドーナツ状電極が配列された３枚の電極、すなわち上部電極板UE、中間電極板CE、下部電極板LEを有する。3枚の電極板は絶縁物を介在させて積層されている。XY座標が共通の上、中、下電極板の各ドーナツ状電極が、一つの電子レンズ（いわゆるユニポテンシャルレンズ）ULとして機能する。各電子レンズULの上、下電極板のドーナツ状電極の全てが共通の配線（ｗ）でCLA制御回路１１１に接続され、同一の電位に設定されている。なお、この例では、上部、下部のドーナツ状電極の電位は、電子ビームの加速電位として作用する。
【００３７】
一方、各電子レンズの中間電極板のドーナツ状電極は、個別の配線（ｗ）でCLA制御回路111に接続され、各々所望の電位に設定されている。これにより、各電子レンズULの電子光学的パワー（焦点距離）を所望の値に設定することができる。第２電子レンズアレイALA２も第１電子レンズアレイALA1と同様の構造及び機能を有する。
【００３８】
ストッパアレイSAは、アパーチャアレイAAと同様の構造を有する。
【００３９】
ここで、図２を参照しながらマルチビーム形成光学形３の機能について説明する。コンデンサーレンズ２を通過した略平行な電子ビームは、アパーチャアレイAAによって、複数の電子ビームに分割される。分割された複数の電子ビームは、それらに各々対応する、レンズアレイLAの複数の電子レンズを介して、ブランカーアレイBA上に、電子源ESの複数の中間像を形成する。これらの中間像は、アパーチャアレイAAの開口やデフレクターアレイDAの開口のサイズではなく、電子源（クロスオーバ像）ESのサイズに依存する。そして、電子源ESのサイズを小さくすることは比較的容易であるため、ウエハ５上に形成される電子源ESの像のサイズを例えば２５ｎｍ以下にすることができる。レンズアレイLAの複数の電子レンズにより、電子源ESの複数の中間像（実像）が略同一平面上に形成され、その平面上にブランカーアレイBAの偏向点が位置するようにブランカーアレイBAが配置されている。
【００４０】
ブランカーアレイBAの複数の開口を通過した複数の電子ビームは、それらに各々対応する補正レンズアレイCLAの複数の電子レンズを介して、縮小電子光学系４に入射する。ここで、補正レンズアレイCLAに配列された各電子レンズＵＬは、ブランカーアレイBAの面内に形成されている電子源ESの複数の中間像の虚像を形成する。すなわち、２つのレンズからなる各電子レンズULの前側焦点位置から外れた位置に電子源ESの中間像が形成される。さらに、電子ビームが縮小電子光学系４を通過する際に生じる像面湾曲をキャンセルする位置にそれらの中間像（実像）の虚像が形成されるように、各電子レンズＵＬを構成する2つのレンズの焦点距離が調整される。
【００４１】
ブランカーアレイBAで偏向された電子ビームは、補正レンズアレイCLA内に設けられたストッパアレイSAによって遮断されるため、ウエハ５には照射されない。一方、ブランカーアレイBAで偏向されない電子ビームは、補正レンズアレイCLA内に設けられたストッパアレイSAによって遮断されないため、ウエハ５には照射される。
【００４２】
次に、図５を参照しながら本実施形態の電子ビーム露光装置のシステム構成を説明する。DA制御回路１１0は、デフレクターアレイDAを構成する複数の偏向器（偏向電極）を個別に制御する制御回路、CLA制御回路１１１は、補正レンズアレイCLAを構成する複数の電子レンズULの焦点距離を個別に制御する制御回路、BA制御回路１１１は、ブランカーアレイBAを構成する複数のブランキング電極のon/offを個別に制御する制御回路である。
【００４３】
D_STIG制御回路１13は、ダイナミックスティグコイル8を制御して縮小電子光学系4の非点収差を制御する制御回路、D_FOCUS制御回路１14は、ダイナミックフォーカスコイル７を制御して縮小電子光学系4のフォーカスを制御する制御回路、偏向制御回路１15は偏向器6を制御する制御回路、光学特性制御回路１16は、縮小電子光学系4の光学特性（倍率、歪曲）を調整する制御回路である。反射電子検出回路１１７は、反射電子検出器１２からの信号より反射電子量を求める回路である。
【００４４】
ステージ駆動制御回路１１７は、θ-Zステージ９を駆動制御し、かつＸＹステージ１１の位置を検出するレーザ干渉計LIMと共同してＸＹステージ1１の駆動を制御する制御回路である。
【００４５】
制御系１20は、露光制御データ（例えば、描画パターンデータを含む）が記憶されたメモリ121から該データを読み出してそれに基づいて、上記複数の制御回路を制御する。制御系１20は、インターフェース122を介して電子ビーム露光装置全体をコントロールするCPU１23によって制御される。
【００４６】
図６を参照しながら本実施形態の電子ビーム露光装置の露光動作について説明する。
【００４７】
制御系120は、メモリ121から露光制御データに基づいて、偏向制御回路115に命じ、偏向器6によって、複数の電子ビームを偏向させるとともに、BA制御回路115に命じ、ウエハ5に描画すべきパターン（描画パターンデータ）に応じてブランカーアレイBAの複数のブランキング電極を個別にon/offさせる。この時、ＸＹステージ11はｙ方向に連続移動しており、ＸＹステージ11の移動に対して複数の電子ビームが追従するように、偏向器6によって複数の電子ビームを偏向させる。そして、各電子ビームは、図６に示すように、ウエハ5上の対応する要素露光領域（EF)を走査露光する。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おり、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）が同時に露光される。
【００４８】
制御系120は、サブフィールド(SF1)を露光後、次のサブフィールド(SF2)を露光する為に、偏向制御回路115に命じ、偏向器6によって、ステージ走査方向（ｙ方向）と直交する方向（x方向）に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４を介して縮小投影される際の収差も変わる。そこで、制御系120は、LAU制御回路112、D_STIG制御回路113、及びD_FOCUS制御回路114に命じ、変化した収差を補正するように、レンズアレイユニットLAU、ダイナミックスティグコイル8、及びダイナミックフォーカスコイル７を調整する。そして、再度、前述したように、各電子ビームが対応する要素露光領域（EF）を露光することにより、サブフィールド２(SF2)を露光する。そして、図６に示すように、サブフィールド（SF1〜SF6）を順次露光してウエハ5にパターンを露光する。その結果、ウエハ5上において、ステージ走査方向（ｙ方向）と直交する方向（ｘ方向）に並ぶサブフィールド（ SF1〜SF6）で構成されるメインフィールド（MF）が露光される。
【００４９】
制御系120は、図６に示すメインフィールド１（MF1）を露光後、偏向制御回路115に命じ、順次、ステージ走査方向（ｙ方向）に並ぶメインフィールド（MF2、MF3、MF4…）に複数の電子ビームを偏向させると共に露光し、その結果、図６に示すように、メインフィールド（ MF2、 MF3、MF4…）で構成されるストライプ（STRIPE1）を露光する。そして、 ＸＹステージ11をｘ方向にステップさせ、次のストライプ（STRIPE2）を露光する。
【００５０】
次に上記の電子ビーム露光装置に代表される本発明の露光装置を利用したデバイスの生産方法を説明する。
【００５１】
図７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。
【００５２】
図８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。
【００５３】
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。
【００５４】
本発明の他の応用分野として、例えば図２に示すような構成により生成される複数の荷電粒子線を用いて、半導体基板上に形成されたパターンの寸法を計測する測長装置、パターンの状態を観察する顕微装置並びにパターンの欠陥を検査する検査装置等の荷電粒子線応用装置が上げられる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の１つの側面によれば、例えば、縮小光学系の性能を上げずに、微小なパターンの描画が可能な荷電粒子線描画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態の電子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すマルチビーム電子光学系３の詳細構成を説明する図である。
【図３】デフレクターアレイDAの１つの偏向器を説明する図である。
【図４】第１電子光学系アレイALA1を説明する図である。
【図５】図１に示す電子ビーム露光装置のシステム構成を説明する図である。
【図６】露光領域及び露光方法を説明する図である。
【図７】微小デバイスの製造フローを説明する図である。
【図８】ウエハプロセスを説明する図である。
【図９】従来のマルチ荷電粒子線露光装置のブランカーアレイを説明する図である。
【符号の説明】
１ 電子銃
２ コンデンサーレンズ
３ 補正電子光学系
４ 縮小電子光学系
５ ウエハ
６ 偏向器
７ ダイナミックフォーカスコイル
８ ダイナミックスティグコイル
９ θ-Ｚステージ
１０ 基準板
１１ XYステージ
２１、２２ ユニポテンシャルレンズ
１１0 DA制御回路
１１1 CLA制御回路
１１２ BA制御回路
１１３ D_STIG制御回路
１１４ D_FOCUS制御回路
１１５ 偏向制御回路
１１６ 光学特性制御回路
１１７ ステージ駆動制御回路１７
１２０ 制御系
１２１ メモリ
１２２ インターフェース
１２３ CPU
AA アパーチャアレイ
DA デフレクターアレイ
LA レンズアレイ
CLA 補正レンズアレイ
BA ブランカーアレイ
SA ストッパアレイ
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線露光装置及びデバイスの製造方法並びに荷電粒子線応用装置に係り、特に、複数の荷電粒子線を利用して基板にパターンを描画する荷電粒子線露光装置及びそれを利用したデバイスの製造方法、並びに荷電粒子線応用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置には、電子ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型、サイズ可変の矩形にして使用する可変矩形ビーム型、所望形状のビーム通過孔を有するステンシルマスクを作成しておき、そのステンシルによってビームを所望形状にして使用するステンシルマスク型等がある。
【０００３】
ポイントビーム型は、微細なパターンを形成するのに適しているが、非常にスループットが低いので、研究開発用にしか使用されない。可変矩形ビーム型は、これより１〜２桁スループットが高いが、100nm程度の微細パターンが高集積度で詰まったパターンを描画する場合には、やはりスループットが低い。
【０００４】
いかなるパターンでも描画が可能な方法として、２次元ブランキングアパーチャアレーを利用した露光方法がある（例えば、実公昭56−19402号公報参照）。これは、シリコン等の半導体結晶基板にビーム通路用の複数の開口を２次元的に多数配置し、各開口の両端に一対のブランキング電極を形成し、該電極間に電圧を印加するか否かをパターンデータに従って制御する方法である。すなわち、この方法では、複数の開口を各々通過した複数のビームを直進させるか偏向させるかを個別に制御することにより、該複数のビームを試料に照射するか否かを個別に制御する。例えば、開口の両端の電極のうち一方の電極をグランドに落とし、他方の電極に電圧を印加すると、該開口を通過した電子ビームは偏向されるので、ブランキングアパーチャアレーの下部に設置されたアパーチャストップで遮断されてビームが試料に照射されない。又、他方の電極に電圧を印加しないと、開口を通過した電子ビームは偏向されないので、ブランキングアパーチャアレーの下部に設置されたアパーチャストップで遮断されずにビームが試料面に照射される。
【０００５】
図９は、２次元ブランキングアパーチャアレーの構成を概略的に示す図である。２次元ブランキングアパーチャアレーでは、複数の開口（AP）が２次元に配置されており、各々の開口には一対の電極（EL）が形成されている。２次元ブランキングアパーチャアレーには、複数の開口の電極に印加する電圧をパターンデータに従って個別に制御するための配線及び素子が形成されている。例えば、開口（AP）は、直径が２０μｍ、配列ピッチが１００μｍであり、電極(EL)は、厚さが１０μｍ、幅が１０μｍ、長さ（深さ方向）が５０μｍ程度である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、試料上を電子ビームで走査して、１００ｎｍの線幅を有するパターンを描画する際、試料上の電子ビームのサイズを２５ｎｍ以下にすることが必要とされている。
【０００７】
しかしながら、現状では、製造上の理由により、ブランカーアレイの開口の大きさは、１０μｍ×１０μｍが限界である。したがって、そのような開口で形状が規定された電子ビームを縮小電子光学系で縮小して２５ｎｍ以下にするには、縮小電子光学系の縮小倍率を400倍にする必要があり、現実的に難しい。
【０００８】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、その１つの側面は、縮小光学系の性能を上げることなく、微小なパターンの描画を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの側面は、複数の荷電粒子線を利用して基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置に係り、前記荷電粒子線描画装置は、荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、前記荷電粒子源からの荷電粒子線を平行な荷電粒子線にするコンデンサーレンズと、前記平行な荷電粒子線を複数の荷電粒子線に分割するアパーチャアレイと、前記アパーチャアレイで得られた前記複数の荷電粒子線により前記荷電粒子源の複数の中間像を実質的に１つの平面上にそれぞれ形成する複数のレンズを有するレンズアレイと、前記複数の中間像をそれぞれ形成する複数の荷電粒子線をそれぞれ遮断するために偏向する複数のブランカーを前記平面上に有するブランカーアレイと、前記レンズアレイによって形成された前記複数の中間像を基板上に縮小投影する縮小電子光学系と、前記ブランカーアレイと前記縮小電子光学系との間に配置された補正レンズアレイとを備え、前記補正レンズアレイは、前記レンズアレイによって形成される前記複数の中間像の複数の虚像を前記縮小電子光学系の像面湾曲に応じた位置にそれぞれ形成する複数のレンズを有することを特徴とする。
本発明の好適な実施形態によれば、前記補正レンズアレイの各レンズは、前記レンズアレイによって形成される対応する中間像の位置から前記像面湾曲に応じてずらした位置に前側焦点を有しうる。
本発明の好適な実施形態によれば、前記補正レンズアレイは、前記ブランカーアレイにより偏向された荷電粒子線を遮断し、かつ、偏向されなかった荷電粒子線を通過させるストッパアレイを有しうる。
本発明の第２の側面は、デバイスの製造方法に係り、前記製造方法は、上記の荷電粒子線描画装置により基板にパターンを描画する工程と、前記工程でパターンを描画された前記基板を現像する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
荷電粒子線を利用する露光装置の一例として、以下では電子ビーム露光装置の例を示す。なお、本発明は、電子ビームを利用する露光装置に限られず、例えばイオンビームを利用する露光装置にも同様に適用できる。
【００１８】
図１は、本発明の好適な実施形態に係る電子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。
【００１９】
この電子ビーム露光装置では、荷電粒子線のソースとして電子銃１が採用されている。電子銃１は、カソード1ａ、グリッド1b、アノード1cよりなり、カソード1aから放射された電子は、グリッド1bとアノード1cとの間でクロスオーバ像を形成する。以下では、このクロスオーバ像を電子源ESという。
【００２０】
この電子源ESから放射される電子線は、コンデンサーレンズ光学系2によりほぼ平行な電子ビームにされた後にマルチビーム形成光学系3に照射される。コンデンサーレンズ２は、典型的には3枚の開口電極からなる電子レンズ（ユニポテンシャルレンズ）で構成される。
【００２１】
マルチビーム形成光学系3は、光軸AXに沿って、電子銃１側から順に配置された、アパーチャアレイAA、デフレクターアレイDA、レンズアレイLA、ブランカーアレイBA、補正レンズアレイCLAで構成される。マルチビーム形成光学系3の詳細な構成については後述する。
【００２２】
マルチビーム形成光学系3は、電子源ESの中間像を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系4によってウエハ（試料）５上に縮小投影され、これによりウエハ5上に電子源ESの像が形成される。
【００２３】
縮小電子光学系4は、第１投影レンズ41(43)と第２投影レンズ42(44)とからなる対称磁気ダブレットで構成される。第１投影レンズ41(43)の焦点距離をf1、第２投影レンズ42(44)の焦点距離をf2とすると、この２つのレンズ間距離はf1+f2になっている。光軸上AX上の物点は第１投影レンズ41(43)の焦点位置にあり、その像点は第２投影レンズ42(44)の焦点位置にある。この像は-f2/f1に縮小される。また、２つのレンズ磁界を互いに逆方向に作用する様に決定することにより、理論上は、球面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収差、軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。
【００２４】
偏向器6は、マルチビーム形成光学系3からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の電子源ESの像をウエハ5上でX,Y方向に略同一の変位量だけ変位させる。偏向器6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とで構成されており、主偏向器は典型的には電磁型偏向器で、副偏向器は典型的には静電型偏向器である。
【００２５】
ダイナミックフォーカスコイル7は、偏向器6を作動させた際に発生する偏向収差による電子源ESの像のフォーカス位置のずれを補正し、ダイナミックスティグコイル8は、偏向により発生する偏向収差の非点収差を補正する。
【００２６】
θ-Ｚステージ９は、ウエハ5を載せて、光軸AX(Ｚ軸）方向とＺ軸回りの回転方向とに運動する。θ-Ｚステージ９には、ステージ基準板10が固設されている。
【００２７】
ＸＹステージ１1は、θ-Ｚステージ９を光軸AX(Ｚ軸）と直交するＸＹ方向に移動させる。
【００２８】
反射電子検出器12は、電子ビームによってステージ基準板10上のマークが照射された際に生じる反射電子を検出する。
【００２９】
次に、図２を参照しながら図１に示す電子ビーム露光装置に搭載されたマルチビーム形成光学系3について説明する。
【００３０】
図２に示すように、マルチビーム形成光学系3は、典型的には、アパーチャアレイAA、デフレクターアレイDA、レンズアレイLA、ブランカーアレイBA、補正レンズアレイCLAで構成される。
【００３１】
アパーチャアレイAAは、基板に複数の開口が形成されたものである。コンデンサーレンズ２によってほぼ平行にされた１つの電子ビームは、これらの複数の開口を通過する際に複数の電子ビームに分割される。
【００３２】
デフレクターアレイDAは、アパーチャアレイAAで分割された複数の電子ビームを個別に偏向する偏向器を一枚の基板上に複数形成したものである。この基板は、複数の開口を有する。また、この基板には、各開口を挟んでそれぞれ４対の電極が設けられている。つまり、各開口には、偏向機能を有する８極の偏向電極が設けられている。また、この基板上には、偏向電極を個別に動作させための配線が形成されている。
【００３３】
レンズアレイLAは、基本的には、各々複数の開口電極を有する３枚の基板で構成される。そして、上、中、下の各々１つの開口電極で１つの電子レンズ（いわゆるユニポテンシャルレンズ）が構成される。すなわち、レンズアレイLAは、二次元的に配列された複数の電子レンズを有する。これらの複数の電子レンズの光学特性（焦点距離等）が同一になるように、上、中、下の開口電極には各々同一の電位が与えられる。
【００３４】
ブランカーアレイBAは、複数の電子ビームを個別に偏向させる複数の偏向器を１枚の基板上に形成したものである。その１つの偏向器の詳細を図３に示す。基板31には、開口APと、該開口APを挟んだ一対の偏向電極32とが設けられている。また、基板31には、複数の偏向電極32を個別に制御して複数の電子ビームの偏向を個別に制御するための配線(W)が形成されている。
【００３５】
補正レンズアレイCLAは、同一平面内に複数の電子レンズを2次元的に配列して形成された電子レンズアレイである第１電子レンズアレイALA1及び第２電子レンズアレイALA２と、ストッパアレイSAとで構成される。
【００３６】
図４は、第１電子光学系アレイALA1を説明する図である。第１電子レンズアレイALA1は、複数の開口に各々対応して形成された複数のドーナツ状電極が配列された３枚の電極、すなわち上部電極板UE、中間電極板CE、下部電極板LEを有する。3枚の電極板は絶縁物を介在させて積層されている。XY座標が共通の上、中、下電極板の各ドーナツ状電極が、一つの電子レンズ（いわゆるユニポテンシャルレンズ）ULとして機能する。各電子レンズULの上、下電極板のドーナツ状電極の全てが共通の配線（ｗ）でCLA制御回路１１１に接続され、同一の電位に設定されている。なお、この例では、上部、下部のドーナツ状電極の電位は、電子ビームの加速電位として作用する。
【００３７】
一方、各電子レンズの中間電極板のドーナツ状電極は、個別の配線（ｗ）でCLA制御回路111に接続され、各々所望の電位に設定されている。これにより、各電子レンズULの電子光学的パワー（焦点距離）を所望の値に設定することができる。第２電子レンズアレイALA２も第１電子レンズアレイALA1と同様の構造及び機能を有する。
【００３８】
ストッパアレイSAは、アパーチャアレイAAと同様の構造を有する。
【００３９】
ここで、図２を参照しながらマルチビーム形成光学形３の機能について説明する。コンデンサーレンズ２を通過した略平行な電子ビームは、アパーチャアレイAAによって、複数の電子ビームに分割される。分割された複数の電子ビームは、それらに各々対応する、レンズアレイLAの複数の電子レンズを介して、ブランカーアレイBA上に、電子源ESの複数の中間像を形成する。これらの中間像は、アパーチャアレイAAの開口やデフレクターアレイDAの開口のサイズではなく、電子源（クロスオーバ像）ESのサイズに依存する。そして、電子源ESのサイズを小さくすることは比較的容易であるため、ウエハ５上に形成される電子源ESの像のサイズを例えば２５ｎｍ以下にすることができる。レンズアレイLAの複数の電子レンズにより、電子源ESの複数の中間像（実像）が略同一平面上に形成され、その平面上にブランカーアレイBAの偏向点が位置するようにブランカーアレイBAが配置されている。
【００４０】
ブランカーアレイBAの複数の開口を通過した複数の電子ビームは、それらに各々対応する補正レンズアレイCLAの複数の電子レンズを介して、縮小電子光学系４に入射する。ここで、補正レンズアレイCLAに配列された各電子レンズＵＬは、ブランカーアレイBAの面内に形成されている電子源ESの複数の中間像の虚像を形成する。すなわち、２つのレンズからなる各電子レンズULの前側焦点位置から外れた位置に電子源ESの中間像が形成される。さらに、電子ビームが縮小電子光学系４を通過する際に生じる像面湾曲をキャンセルする位置にそれらの中間像（実像）の虚像が形成されるように、各電子レンズＵＬを構成する2つのレンズの焦点距離が調整される。
【００４１】
ブランカーアレイBAで偏向された電子ビームは、補正レンズアレイCLA内に設けられたストッパアレイSAによって遮断されるため、ウエハ５には照射されない。一方、ブランカーアレイBAで偏向されない電子ビームは、補正レンズアレイCLA内に設けられたストッパアレイSAによって遮断されないため、ウエハ５には照射される。
【００４２】
次に、図５を参照しながら本実施形態の電子ビーム露光装置のシステム構成を説明する。DA制御回路１１0は、デフレクターアレイDAを構成する複数の偏向器（偏向電極）を個別に制御する制御回路、CLA制御回路１１１は、補正レンズアレイCLAを構成する複数の電子レンズULの焦点距離を個別に制御する制御回路、BA制御回路１１１は、ブランカーアレイBAを構成する複数のブランキング電極のon/offを個別に制御する制御回路である。
【００４３】
D_STIG制御回路１13は、ダイナミックスティグコイル8を制御して縮小電子光学系4の非点収差を制御する制御回路、D_FOCUS制御回路１14は、ダイナミックフォーカスコイル７を制御して縮小電子光学系4のフォーカスを制御する制御回路、偏向制御回路１15は偏向器6を制御する制御回路、光学特性制御回路１16は、縮小電子光学系4の光学特性（倍率、歪曲）を調整する制御回路である。反射電子検出回路１１７は、反射電子検出器１２からの信号より反射電子量を求める回路である。
【００４４】
ステージ駆動制御回路１１７は、θ-Zステージ９を駆動制御し、かつＸＹステージ１１の位置を検出するレーザ干渉計LIMと共同してＸＹステージ1１の駆動を制御する制御回路である。
【００４５】
制御系１20は、露光制御データ（例えば、描画パターンデータを含む）が記憶されたメモリ121から該データを読み出してそれに基づいて、上記複数の制御回路を制御する。制御系１20は、インターフェース122を介して電子ビーム露光装置全体をコントロールするCPU１23によって制御される。
【００４６】
図６を参照しながら本実施形態の電子ビーム露光装置の露光動作について説明する。
【００４７】
制御系120は、メモリ121から露光制御データに基づいて、偏向制御回路115に命じ、偏向器6によって、複数の電子ビームを偏向させるとともに、BA制御回路115に命じ、ウエハ5に描画すべきパターン（描画パターンデータ）に応じてブランカーアレイBAの複数のブランキング電極を個別にon/offさせる。この時、ＸＹステージ11はｙ方向に連続移動しており、ＸＹステージ11の移動に対して複数の電子ビームが追従するように、偏向器6によって複数の電子ビームを偏向させる。そして、各電子ビームは、図６に示すように、ウエハ5上の対応する要素露光領域（EF)を走査露光する。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おり、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）が同時に露光される。
【００４８】
制御系120は、サブフィールド(SF1)を露光後、次のサブフィールド(SF2)を露光する為に、偏向制御回路115に命じ、偏向器6によって、ステージ走査方向（ｙ方向）と直交する方向（x方向）に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４を介して縮小投影される際の収差も変わる。そこで、制御系120は、LAU制御回路112、D_STIG制御回路113、及びD_FOCUS制御回路114に命じ、変化した収差を補正するように、レンズアレイユニットLAU、ダイナミックスティグコイル8、及びダイナミックフォーカスコイル７を調整する。そして、再度、前述したように、各電子ビームが対応する要素露光領域（EF）を露光することにより、サブフィールド２(SF2)を露光する。そして、図６に示すように、サブフィールド（SF1〜SF6）を順次露光してウエハ5にパターンを露光する。その結果、ウエハ5上において、ステージ走査方向（ｙ方向）と直交する方向（ｘ方向）に並ぶサブフィールド（ SF1〜SF6）で構成されるメインフィールド（MF）が露光される。
【００４９】
制御系120は、図６に示すメインフィールド１（MF1）を露光後、偏向制御回路115に命じ、順次、ステージ走査方向（ｙ方向）に並ぶメインフィールド（MF2、MF3、MF4…）に複数の電子ビームを偏向させると共に露光し、その結果、図６に示すように、メインフィールド（ MF2、 MF3、MF4…）で構成されるストライプ（STRIPE1）を露光する。そして、 ＸＹステージ11をｘ方向にステップさせ、次のストライプ（STRIPE2）を露光する。
【００５０】
次に上記の電子ビーム露光装置に代表される本発明の露光装置を利用したデバイスの生産方法を説明する。
【００５１】
図７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。
【００５２】
図８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。
【００５３】
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。
【００５４】
本発明の他の応用分野として、例えば図２に示すような構成により生成される複数の荷電粒子線を用いて、半導体基板上に形成されたパターンの寸法を計測する測長装置、パターンの状態を観察する顕微装置並びにパターンの欠陥を検査する検査装置等の荷電粒子線応用装置が上げられる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の１つの側面によれば、例えば、縮小光学系の性能を上げずに、微小なパターンの描画が可能な荷電粒子線描画装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態の電子ビーム露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すマルチビーム電子光学系３の詳細構成を説明する図である。
【図３】デフレクターアレイDAの１つの偏向器を説明する図である。
【図４】第１電子光学系アレイALA1を説明する図である。
【図５】図１に示す電子ビーム露光装置のシステム構成を説明する図である。
【図６】露光領域及び露光方法を説明する図である。
【図７】微小デバイスの製造フローを説明する図である。
【図８】ウエハプロセスを説明する図である。
【図９】従来のマルチ荷電粒子線露光装置のブランカーアレイを説明する図である。
【符号の説明】
１ 電子銃
２ コンデンサーレンズ
３ 補正電子光学系
４ 縮小電子光学系
５ ウエハ
６ 偏向器
７ ダイナミックフォーカスコイル
８ ダイナミックスティグコイル
９ θ-Ｚステージ
１０ 基準板
１１ XYステージ
２１、２２ ユニポテンシャルレンズ
１１0 DA制御回路
１１1 CLA制御回路
１１２ BA制御回路
１１３ D_STIG制御回路
１１４ D_FOCUS制御回路
１１５ 偏向制御回路
１１６ 光学特性制御回路
１１７ ステージ駆動制御回路１７
１２０ 制御系
１２１ メモリ
１２２ インターフェース
１２３ CPU
AA アパーチャアレイ
DA デフレクターアレイ
LA レンズアレイ
CLA 補正レンズアレイ
BA ブランカーアレイ
SA ストッパアレイ
Claims (4)
- 複数の荷電粒子線を利用して基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置であって、
荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源からの荷電粒子線を平行な荷電粒子線にするコンデンサーレンズと、
前記平行な荷電粒子線を複数の荷電粒子線に分割するアパーチャアレイと、
前記アパーチャアレイで得られた前記複数の荷電粒子線により前記荷電粒子源の複数の中間像を実質的に１つの平面上にそれぞれ形成する複数のレンズを有するレンズアレイと、
前記複数の中間像をそれぞれ形成する複数の荷電粒子線をそれぞれ遮断するために偏向する複数のブランカーを前記平面上に有するブランカーアレイと、
前記レンズアレイによって形成された前記複数の中間像を基板上に縮小投影する縮小電子光学系と、
前記ブランカーアレイと前記縮小電子光学系との間に配置された補正レンズアレイと、
を備え、
前記補正レンズアレイは、前記レンズアレイによって形成される前記複数の中間像の複数の虚像を前記縮小電子光学系の像面湾曲に応じた位置にそれぞれ形成する複数のレンズを有する、
ことを特徴とする荷電粒子線描画装置。 - 前記補正レンズアレイの各レンズは、前記レンズアレイによって形成される対応する中間像の位置から前記像面湾曲に応じてずらした位置に前側焦点を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線描画装置。
- 前記補正レンズアレイは、前記ブランカーアレイにより偏向された荷電粒子線を遮断し、かつ、偏向されなかった荷電粒子線を通過させるストッパアレイを有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷電粒子線描画装置。
- デバイスの製造方法であって、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の荷電粒子線描画装置により基板にパターンを描画する工程と、
前記工程でパターンを描画された前記基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
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