JP4761508B2 - 荷電粒子露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に半導体集積回路等の露光に用いられる電子ビーム露光装置、イオンビーム露光装置等の荷電粒子線露光装置に関し、特に、複数の荷電粒子線を用いてパターン描画を行うラスタースキャン型の荷電粒子線露光装置およびその荷電粒子線露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

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）を製造する際、試料上にパターンを形成するための従来の荷電粒子線露光装置は、荷電粒子源から放出される荷電粒子を加速、成形、縮小し、試料上にビーム照射することによって所望のパターンを試料上に形成している。ある形態の露光装置では上記ビームは一定面積を有し、所望の矩形、所望のパターン、もしくは所望の複数本ビームに成形され、試料に照射される。
以上の多くの形態の荷電粒子線露光装置では試料上のある部分の露光を行った後一旦ビーム照射を中止し、次に照射すべき試料上の位置を計算し、さらに補正を加え、偏向器に所望の電流もしくは電圧を印加し、更に前記電流もしくは電圧値が安定した後に再びビーム照射を行う。
一枚の試料の描画は以上の動作の繰り返しである。近年では荷電粒子線露光装置のスループット向上が望まれており、そのために上記サイクルを短縮するための工夫が各々なされている。試料へのビーム照射時間はビーム電流の増加、レジスト感度の向上等によって短縮が図られているが、試料にビームを露光しない時間の短縮については特にラスタースキャン型露光装置に関して最適化が図られていなかった。
また、特開２００５−３２８８８号公報（特許文献１）にて「荷電粒子線露光装置及び荷電粒子線露光方法」が提案され、露光装置の照明光学系中は、照明ビームをレチクルの各サブフィールドに向けて偏向する主偏向器と、照明ビームをレチクルに当てないようにブランキングするブランキング偏向器と、を有し、ブランキング偏向器を制御してブランキング時間を変えて、ウェハステージとレチクルステージの加減速中にも露光を行うことができるため、装置のスループットを向上できる。
特開２００５−３２８８８号公報

ラスタースキャン型露光装置ではビームをオンオフするクロックが一定であったため、荷電粒子線ビーム電流量の変化、レジスト感度の変化、更に近接効果補正による露光量変化に対して充分な考慮がなされていなかった。
すなわち露光量が変化してもクロックが一定であるため、荷電粒子線ビーム照射量が短縮されても荷電粒子線ビームの照射される時間と荷電粒子線ビームの照射されない時間の和は常に一定であり、描画時間が短縮されなかった。
そこで、本発明は、試料への荷電粒子線の照射されない時間を短縮することにより試料の描画時間を短縮し、スループットが向上するラスタースキャン型の荷電粒子露光装置およびその荷電粒子線露光装置を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の荷電粒子線露光装置は、荷電粒子源からのビームをレジストが塗布された試料上に照射して露光を行う荷電粒子線露光装置であって、前記ビームを偏向し、前記ビームの前記試料上への照射を制御するブランキング手段と、前記ビームを偏向し、前記ビームを前記試料上で走査させる偏向器と、を備え、前記ブランキング手段および前記偏向器は、前記ビームが前記試料上に照射される時間と前記ビームが前記試料上に照射されない時間の和で表される露光サイクルで動作し、前記露光サイクルは、ビーム電流データ、レジスト感度データおよび近接効果補正データより前記ビームが前記試料上に照射される時間を求め、その結果に応じて前記ビームが前記試料上に照射されない時間を小さくするように、可変に設定されることを特徴とする。

本発明の荷電粒子線露光装置によれば、１枚の前記試料を露光する時間内での試料への荷電粒子線の照射されない時間を小さくするように、ブランカーと偏向器を制御し露光サイクルを変化させるため、試料の描画時間を短縮し、スループットが向上する。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、上記荷電粒子線露光装置を用いるため、試料の描画時間を短縮し、スループットが向上し、デバイス製造能率が向上する。

以下、本発明を、その実施例に基づいて、図面を参照して説明する。

以下、本発明の実施例１の荷電粒子線露光装置を説明する。
本発明の本実施例１のラスタースキャン型の荷電粒子線露光装置として、ラスタースキャン型マルチ電子ビーム露光装置が示される。
なお、電子ビームである荷電粒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、マルチ電子ビームに限らずシングルビームについても同様の効果が得られる。
図１は本発明の実施例１の荷電粒子線露光装置の要部概略構成図である。
電子源１より放射状に放出される電子ビームである荷電粒子線１０はコリメータレンズ２によって所望の大きさを持った面積ビームに成形された後、マスク３にほぼ垂直入射される。マスク３は複数のパターンを持つマスクである。マスク３を通して成形された荷電粒子線１０はレンズアレイ４によって、各々ブランキングアレイ６に収束される。ブランキングアレイ６は偏向板アレイであり、ビームを個別に偏向することが出来る。ブランキングアレイ６によって偏向されたビームはブランキング絞り９によって遮蔽されるが、ブランキングアレイ６によって偏向されないビームはレンズ７，８によって縮小され、偏向器５によって試料１１上の所望の位置に照射される。
一方、描画を行うための描画データはコントローラ１２から描画パターン発生回路１４に転送され、その後ビットマップ変換回路１５によってビットマップに変換し、露光時間制御回路１６によって個々のビームのブランキング時間が計算され、ブランキング制御回路１７により制御信号が各々のブランキングアレイ６に印加される。また、レンズ２，４、７、８にはレンズ制御回路１３から所望のレンズ電流及びレンズ電圧が、偏向器５には偏向信号発生回路１８、偏向アンプ１９によって計算された、試料１１の所望の位置に荷電粒子線１０を照射するべき偏向電圧が印加される。

従来例および本発明の実施例１のラスタースキャン型の荷電粒子線露光装置を構成するブランキングアレイ６及び偏向器５の動作の詳細を図２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。ブランキングアレイ６に印加される電圧の時間変化が図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示される。
ブランキングアレイ６に電圧を印加しない場合には荷電粒子線１０は試料１１に到達するため描画が行われるが、電圧を印加した場合にはビームはブランキング絞り９によって遮蔽されるため描画は行われない。
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、全ての塗りつぶしパターンの場合を示しているが、他のパターンの場合においても同様である。
ブランキングアレイ６は決められた露光サイクル２１で動作し、１クロック内である時間設定されたビーム照射時間２０ａ，２０ｂの間、荷電粒子線１０の照射を行う。
図２（ａ）に示されるようにビーム照射時間２０ａが１クロック時間とほぼ同一である場合効率的に描画を行うことが出来る。
しかし、ビーム電流の増加、レジスト感度の向上等により、図２（ｂ）に示される従来例のラスタースキャン型の荷電粒子線露光装置においては、短いビーム照射時間２０ｂが要求された場合にはクロック時間である露光サイクル２１に対してビーム照射時間２０ｂが短く荷電粒子線１０の照射されない時間２０ｃが増加する。荷電粒子線１０の照射されない時間２０ｃは待ち時間であり、待ち時間が長くなるほど装置の使用効率は落ちる。しかしながら露光サイクル２１が一定の場合には試料１１へのビーム照射時間の制御を行うことが出来るが、描画に要する総時間を短縮することが出来ない。
上記問題を解決するための本発明の実施例１の荷電粒子線露光装置のブランキング制御例を図２（ｃ）に示す。
本実施例１ではビーム電流、レジスト感度に従い、露光クロックの最適化を行う。つまり大ビーム電流、高レジスト感度の系においては図２（ｃ）に示されるように露光サイクル２１ａを高速に変化させ、小ビーム電流、低感度の系においては図２（ａ）に示されるように露光サイクル２１を低速に変化させ、荷電粒子線１０が照射されない時間２０ｄを極力短くするよう変化させる。最適露光サイクル２１，２１ａはビーム電流、レジスト感度から計算され、設定される。即ち、偏向器は、荷電粒子線が試料上に照射される時間と照射されない時間の和で表される露光サイクルで動作し、該露光サイクルは可変に設定することができる。

本発明の実施例１の荷電粒子線露光装置の最適露光クロック２１，２１ａを計算するための制御回路の詳細を図３に示す。
ビットマップ変換回路１５より転送されたビットマップデータ及びあらかじめ設定されたレジスト感度データ２３と、あらかじめ設定もしくは測定されたビーム電流データ２２より必要な露光時間計算２４を行う。露光時間が計算されると、露光時間に基づいた最適露光サイクル２１，２１ａを最適露光サイクル計算２５により計算し、個々のブランキング制御回路１７に転送する。同時に露光サイクルが変化すると、荷電粒子線１０の走査時間も変化するため、データは偏向信号発生回路１８にも送られる。
以上の一連の動作は荷電粒子線１０の１走査毎に行われ、走査ごとに露光サイクル２１，２１ａの最適化が図られる。
以上の構成によるマルチ電子ビーム露光装置を用い描画を行ったところ、総ビーム電流１マイクロアンペア、７マイクロアンペアの何れの場合にも１時間要していた描画時間がビーム電流１マイクロアンペアの場合には１時間、７マイクロアンペアの場合には１０分と大幅な向上を図ることが出来た。
なお、以上の本発明の実施例１においては荷電粒子線１０の走査毎に露光サイクル２１，２１ａを計算していたが、描画前にビーム電流データ、レジスト感度データから最適露光サイクル２１，２１ａを計算し設定する方法、また偏向器の偏向領域ごとに露露光サイクル２１，２１ａを計算する方法の他、決められた露光領域ごとに最適露光サイクル２１，２１ａを計算し設定する方法を用いても同様の効果をあげることが出来る。

次に、図４を参照して本発明の実施例２の荷電粒子線露光装置を説明する。
本発明の実施例１においてはビーム電流とレジスト感度によって露光時間、露光サイクル２１，２１ａを決定する方法を説明したが、本実施例２ではさらに近接効果補正による影響を考慮した方式について説明する。
図４に本実施例２を説明するための最適クロックを設定する回路を示す。
ビットマップ変換回路１５より転送されたビットマップデータ及びあらかじめ設定されたレジスト感度データ２３、あらかじめ設定、もしくは測定されたビーム電流データ２２、あらかじめ計算された近接効果補正データ２５より必要な露光時間計算を２４により行う。露光時間の計算は、荷電粒子線のビーム電流、レジスト感度及び近接補正値のうちの少なくとも１つに基づいて行うことも可能である。露光時間が計算されると、露光時間に基づいた最適露光サイクル２１，２１ａを最適露光サイクル計算２５により計算し、個々のブランキング制御回路１７に転送する。
以上の一連の動作はビームの１走査毎に行われ、露光サイクル２１，２１ａの計算、最適化が図られる。また、１走査内の各ピクセルの露光量は近接効果補正によって増減するが、露光サイクルは１走査内の最大露光量によって規定される。また同時に露光サイクル２１，２１ａが変化すると、ビームの走査時間も変化するため、データは偏向信号発生回路１８にも送られる。
以上の構成によるマルチ電子ビーム露光装置を用い近接効果補正描画を行ったところ、総ビーム電流１マイクロアンペア、７マイクロアンペアの何れも場合にも１時間要していた描画時間がビーム電流１マイクロアンペアの場合には１時間、７マイクロアンペアの場合には９分と大幅な向上を図ることが出来た。
なお、以上の説明ではビームの走査毎に露光サイクル２１，２１ａを計算していたが、描画前にビーム電流データ、レジスト感度データ、近接効果補正データから走査毎の最適露光サイクル２１，２１ａを計算し設定する方法、また偏向器の偏向領域ごとに最適露光サイクル２１，２１ａを計算する方法の他、決められた露光領域ごとに最適露光サイクル２１，２１ａを計算し設定する方法を用いても各方式に応じたデータ、記憶領域を用意することによって同様の効果をあげることが出来る。
また近接効果補正に限らず、露光量補正データを同様に最適露光サイクル計算２５に適用することによって本実施例２と同様の効果をあげることが出来る。

次に、本発明の実施例３として、上記実施例１に係る荷電粒子線露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。
図５は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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（ＥＢデータ変換）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、上記露光制御データが入力された露光装置とウエハを用い、リソグラフィ技術を利用し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）等の組み立て工程を含む。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、ステップ７でこれを出荷する。
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに焼付け露光する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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を形成する。

従来例および本発明の実施例１の荷電粒子線露光装置の要部概略構成図である。 従来例および本発明の実施例１の荷電粒子線露光装置を構成するブランキングアレイの動作の説明図である。 本発明の実施例１の荷電粒子線露光装置の露光時間、露光サイクル計算の流れの説明図である。 本発明の実施例２の荷電粒子線露光装置の露光時間、露光サイクル計算の流れの説明図である。 本発明の実施例１の荷電粒子線露光装置を用いた半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

符号の説明

１ 電子源 ２ コリメータレンズ
３ マスク ４ レンズアレイ
５ 偏向器 ６ ブランキングアレイ
７、８ レンズ ９ ブランキング絞り
１０ 荷電粒子線 １１ 試料
１２ コントローラ １３ レンズ制御回路
１４ 描画パターン発生回路 １５ ビットマップ変換回路
１６ 露光時間制御回路 １７ ブランキング制御回路
１８ 偏向信号発生回路 １９ 偏向アンプ
２０ 露光時間 ２１，２１ａ 露光サイクル
２２ ビーム電流データ ２３ レジスト感度データ
２４ 露光時間計算 ２５ 最適露光サイクル計算
２６ 近接効果補正露光量マップ

Claims (4)

1. 荷電粒子源からのビームをレジストが塗布された試料上に照射して露光を行う荷電粒子線露光装置であって、
   前記ビームを偏向し、前記ビームの前記試料上への照射を制御するブランキング手段と、
   前記ビームを偏向し、前記ビームを前記試料上で走査させる偏向器と、を備え、
   前記ブランキング手段および前記偏向器は、前記ビームが前記試料上に照射される時間と前記ビームが前記試料上に照射されない時間の和で表される露光サイクルで動作し、
   前記露光サイクルは、ビーム電流データ、レジスト感度データおよび近接効果補正データより前記ビームが前記試料上に照射される時間を求め、その結果に応じて前記ビームが前記試料上に照射されない時間を小さくするように、可変に設定されることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
2. 前記ビームが前記試料上に照射される時間は、前記ビームが前記試料上で１走査する領域内において近接効果補正によって増減する露光量のうち最大となる露光量から求められることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線露光装置。
3. 前記試料上に照射される前記ビームが複数本存在するマルチビーム型である請求項１または２に記載の荷電粒子線露光装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷電粒子線露光装置を用いて試料に露光を行う工程と、露光された前記試料を現像する工程と、を具備することを特徴とするデバイス製造方法。

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