JP5116996B2 - 荷電粒子線描画方法、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線をラスタースキャンして基板上に描画を行う荷電粒子線描画方法、露光装置、及びデバイス製造方法に関する。

従来より、例えば荷電粒子線をラスタースキャンすることによって、微細かつ高集積率の例えば半導体集積回路等の製作を可能にするという技術が一般に利用されている。
例えば特開２００５−３２８３８号公報により、基板上の荷電粒子線のラスタースキャン方向の大きさを、前記ラスター方向と直交する方向の大きさに比べ狭める調整を行うという荷電粒子線描画方法が知られている（特許文献１参照）。
この荷電粒子線描画方法は、ラスタースキャン型の電子ビームを出力する電子線露光装置に適用することが可能である。

一方、図１３は、従来の一般的なラスタースキャン型の電子線露光装置の一構成例を説明する説明図である。
従来のラスタースキャン型の電子線露光装置は、まず、電子源Ｓから電子ビームを照射する。その電子ビームは、電子レンズＬ１によって、電子源Ｓの像を形成する。
その電子源Ｓの像は、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あり、電子ビームのウエハＷ上への照射、非照射を制御する。
すなわち、例えば電子ビームをウエハＷに照射させない場合は、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、電子ビームを遮断する。また、電子ビームは、静電型偏向器ＤＥＦによってウエハＷ上を走査される。

次にラスタースキャンでウエハＷを描画する方法を図２を用いて説明する。図１４は、ラスタースキャンでウエハＷを描画する方法を説明する説明図である。
例えばパターンとして４８ｎｍ孤立ラインを描画したい場合、描画領域をピクセル（ピクセルピッチ＝１６ｎｍ）で分割する。
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、パターン部分のピクセルで、ブランカーＢによって電子ビームを照射するように制御する。
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。

次に、ラインパターンの線幅制御について図３を用いて説明する。図１５は、ラインパターンの線幅制御を説明するための説明図（グラフ）である。図１５の左図は、例えば４８ｎｍ孤立ラインを描画する場合の線幅制御の一例を示す。
例えば４８ｎｍの線幅を形成するために、３ピクセルを用い、各ピクセルのドーズ（露光時間）を等しくする。
図１５の右図は、例えば４５ｎｍ孤立ラインを描画する場合を示している。
４５ｎｍの線幅を形成するために、４８ｎｍ孤立ラインと同様に３ピクセルを用いているが、ラインのエッジに位置するピクセルのドーズ（露光時間）を他のピクセルと比較して例えば１６分１３に減少させている。
すなわち、ラインのエッジに位置するピクセルのドーズを可変にすることにより、そのピクセルがラインパターンに付与する線幅（線幅付与量）を制御して、パターンの線幅を所望のものに形成する。

しかし、パターンの線幅の制御に関しては、４５ｎｍ孤立ラインを描画する際、前述したようにラインのエッジに位置するピクセルのドーズ（露光時間）を他のピクセルと比較して必ずしも１６分１３にするというものではない。
すなわち、パターンが１ｎｍグリッドで設計されているとすると、１６種類のドーズパターンが考えられる。
ここで、露光周期が１０ｎｓで、最大露光時間を８ｎｓとすると、図１６に示すように、１６種類のドーズパターンがある。すべてのドーズパターンにおいて、その線幅が４５ｎｍで、その位置は１ｎｍずつ移動することが求められる。

しかしながら、実際はそうはならず、所望のパターンをウエハ上に形成することは一般には難しいという一面があり、それを補正する為には、各パターンの実際の線幅を測定する必要がある。
しかし、実際にレジストに露光し、現像したあとにオフラインで線幅を測定するのでは時間を有し、効率的でないという問題がある。
特開２００５−３２８３８号公報

そこで、本発明は、パターンを正確に形成するうえで有利な荷電粒子線描画方法、露光装置、及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の荷電粒子線描画方法は、荷電粒子線をラスタースキャンしてパターンを基板上に描画する荷電粒子線描画方法において、ナイフエッジを有し該ナイフエッジを介して荷電粒子線を検出する検出器に対して、線幅を求める対象のパターンを、該線幅を求める方向における複数の相対位置のそれぞれで描画する第１工程と、前記第１工程において前記複数の相対位置でそれぞれ前記検出器に対する描画により蓄積された複数の荷電粒子量を前記相対位置に関して微分することにより、前記線幅を求める第２工程と、互いに異なる複数の線幅にそれぞれ対応した複数のドーズ指令信号のそれぞれに関して前記第１工程及び前記第２工程を行って得られた線幅に基づいて前記複数のドーズ指令信号の補正値を決定する第３工程と、を有する。
また、本発明の露光装置は、上記荷電粒子線描画方法を行う。
また、本発明のデバイス製造方法は、上記露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記工程で露光された基板を現像する工程と、を有する。

本発明によれば、パターンを正確に形成するうえで有利な荷電粒子線描画方法、露光装置、及びデバイス製造方法を提供することができる。

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。

荷電粒子線露光装置の一例として実施例では電子線露光装置の例を示す。尚、本発明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。
＜電子線露光装置の構成要素の説明＞
図１は本発明の実施例に係る電子線露光装置の要部構成の概略を示す概略図である。
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）３を形成する。

像（ＳＩ）３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口を有するアパーチャアレイ５を照明する。
アパーチャアレイ５は、複数の開孔を有し、電子ビームを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）３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。

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。

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、及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。
ＸＹステージ１３はウエハ９を搭載し、光軸と直交するＸＹ方向に移動可能である。
ＸＹステージ１３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。

＜システム構成及び描画方法の説明＞
実施例のシステム構成を図２に示す。図２は、実施例の露光装置のシステム構成を示すブロック図である。
ブランカーアレイ制御回路２１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。偏向器制御回路２２は、偏向器１０を制御する。電子ビーム形状検出回路２３は、半導体検出器１４からの信号を処理する。
フォーカス制御回路２４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。ステージ駆動制御回路２５は、ＸＹ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ＸＹステージ１３を駆動制御する。
主制御系２６は、例えばＣＰＵもしくはＭＰＵであり、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。

実施例の描画方法（荷電粒子線描画方法）の一例を図３に示す。図３は、実施例の描画方法（荷電粒子線描画方法）の一例を説明する説明図である。
本例の描画方法は、まず複数の電子ビームを偏向させるとともに、ブランカーアレイ制御回路２１に命じ、ウエハ９に露光すべきピクセルに応じた指令値に基づいてブランカーアレイ７のブランカーを個別にｏｎ／ｏｆｆさせる。
主制御系２６は、露光制御データに基づいて、偏向制御回路２２に命じ、偏向器１０によって、図４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（描画工程）。
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（第１の描画工程）。

主制御系２６は、サブフィールド（ＳＦ１）を露光後、偏向制御回路２２に命じ、偏向器１０によって、複数の電子ビームを偏向させ、即ちパターンの描画位置を線幅の測定方向への移動を含め、次のサブフィールド（ＳＦ２）を露光する（第２の描画工程）。
このとき、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。

＜ドーズ補正量の説明＞
ドーズパターンに対する線幅付与量を求めるためのドーズパターンの一例を図５に示す。図５は、各ドーズパターンの実際の線幅を計る際の偏向位置座標とドーズパターンの関係を説明する説明図である。
ドーズパターンは、図５に示すように、偏向位置の移動に同期し、かつ所定のクロックパルスのカウントとともに所定時間の間の露光処理を行うものである。
一方、電子ビームの偏向位置は、偏向器１０により制御されるものであり、ドーズパターンはブランカーアレイ７によって制御される。

図６は、ナイフエッジ上のドーズパターンを説明する説明図である。図６の横軸は、指令により形成したい線幅を示し、縦軸は実際の線幅を示す。
電子ビームは、図６に示すように、図５の偏向時間ｔ内にナイフエッジ上にドーズパターンに対応した描画パターンを形成する。
そして、例えば主制御系２６は、偏向時間内ｔ内に半導体検出器（ＳＳＤ）に蓄積された電荷粒子量を測定（測定工程）し、順次、次の偏向時間ｔ内の電荷粒子量を測定する（測定工程）。
それにより、描画パターンがナイフエッジ上の位置を移動させたときの電荷粒子量を測定することと等価となる。

そのため位置対計測の関係、即ち測定された荷電粒子線量と描画位置とに基づいて電荷粒子量を位置に関して微分することで、描画パターンのプロファイル及びその線幅を求めることが可能となる（線幅決定工程）。
さらに図４に示す他のドーズパターンについても同様の計測を行う（線幅決定工程）。その結果、ドーズパターンに対する実際の線幅の関係が図７に示すように求めることが可能となる。
従って、実際の線幅は、図７に示すように、指令線幅（例えばドーズ指令値）の増加に比例することが分る。

一方、図８は、ドーズ指令値の具体的な補正関係を説明する説明図である。図８の縦軸は設計上のドーズ指令値（指令時間）を示し、横軸は設計上の線幅付与量を与えるドーズ指令値（実行時間）を示す。
ドーズ指令値（指令時間）、及びドーズ指令値（実行時間）の双方は、互いに比例する関係にあることが分る。
そこで、実際の線幅付与量が設計上のものと同一になるように、図８に示す関係を一例として下記のようなドーズ指令値の補正式を求める。
Ｄ１＝ｆ（Ｄ０） ・・・（式１）
Ｄ０：設計上のドーズ指令値
Ｄ１：補正されたドーズ指令値

次に、図９を用いて、ブランカーの指令値の作成方法について説明する。図９は、ブランカーの指令値の作成方法を説明するフローチャートである。
（ステップ１）まずパターンエッジに位置するピクセルのドーズ指令信号が異なる複数のパターンを描画する（第１、第２の描画工程）。
（ステップ２）複数のパターンの荷電粒子量の測定に基づいてパターンの線幅を測定する（測定工程）。
（ステップ３）前記異なるドーズ指令信号とそれに対応する前記測定ステップの測定結果とに基づいてドーズ指令信号の補正値を決定してパターンの線幅を決定する（線幅決定工程）。

図１０は、図４に示すドーズパターンを上記補正方法によって補正した結果の具体例を示す。図１０の縦軸は線幅変化を示し、横軸はパターンの移動量を示す。
ドーズパターン（露光時間）は、図１０にも示すように、例えばパターンの移動量が増加しても変化量が少ない方が好ましい。
これに対しドーズ指令信号に補正を行わない場合は、図１０に示すように、線幅が大きく変化し、補正を行う場合は線幅の変化が少なくなるという結果を得ることができた。
すなわち、従来のように補正がない場合は、指令値通りにドーズを与えるべきであるが、実際のドーズはその通りにならないという傾向があった。
しかし、実施例の荷電粒子線描画方法では、上記指令値に沿うドーズを得るように、指令値を上述の如く補正しているので、パターンの移動による線幅変化が小さくなり、パターン形成の信頼性が向上するという明らかな改善が見られた。

即ち、実施例の荷電粒子線描画方法においては、荷電粒子線の線幅の測定及び補正を効率的に行うため、所望の微細な描画が容易に可能であり、かつ所望の描画に際してその効率と信頼性を向上させることが可能である。
また、実施例の露光装置（電子線露光装置）においては、その荷電粒子線描画方法を適用するため、所望の露光処理を行うことができ、かつ微細な露光処理に際してその歩留まりを向上させ、露光処理の効率化と信頼性を向上させることが可能である。

（デバイス製造方法の実施例）
次に上記説明した電子線露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１１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。
まずステップ４（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５（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６（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７（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８（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ７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９（検査）ではステップ８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１０）される。

図１２は上記ウエハプロセス（ステップ７）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。
以上の結果から、実施例のデバイス製造方法においては、上述の電子線露光装置を適用するため、製造の歩留まりが向上し、かつ微細加工の効率化と信頼性を高めることが可能となった。

本発明に係る実施例の電子線露光装置の要部概略を説明する説明図である。 本発明の実施例の光装置のシステム構成図を示すブロック図である。 本発明の実施例の描画方法（荷電粒子線描画方法）を説明する説明図である。 本発明の実施例のドーズパターンに対する線幅付与量を求めるためのドーズパターンを説明する説明図である。 本発明の実施例の各ドーズパターンの実際の線幅を計る際の偏向位置座標とドーズパターンを説明する説明図である。 本発明の実施例のナイフエッジ上のドーズパターンを説明する説明図である。 本発明の実施例のドーズパターンに対する実際の線幅の関係を示す説明図である。 本発明の実施例のドーズ指令値の補正関係を示す説明図である。 本発明の実施例のブランカーの指令値の作成方法を説明する説明図である。 本発明の実施例のドーズパターンの補正結果を説明する説明図である。 本発明の実施例の露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１１に示すフローチャートのウエハプロセス（ステップ７）の詳細なフローチャートである。 従来のラスタースキャン型の電子線露光装置を説明する説明図である。 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説明図である。 従来の線幅制御を説明する説明図である。 従来のドーズパターンを説明する説明図である。

符号の説明

１ 電子源
２ ビーム整形光学系
３ 光源像
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
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 (4)

1. 荷電粒子線をラスタースキャンしてパターンを基板上に描画する荷電粒子線描画方法において、
   ナイフエッジを有し該ナイフエッジを介して荷電粒子線を検出する検出器に対して、線幅を求める対象のパターンを、該線幅を求める方向における複数の相対位置のそれぞれで描画する第１工程と、
   前記第１工程において前記複数の相対位置でそれぞれ前記検出器に対する描画により蓄積された複数の荷電粒子量を前記相対位置に関して微分することにより、前記線幅を求める第２工程と、
   互いに異なる複数の線幅にそれぞれ対応した複数のドーズ指令信号のそれぞれに関して前記第１工程及び前記第２工程を行って得られた線幅に基づいて前記複数のドーズ指令信号の補正値を決定する第３工程と、を有することを特徴とする荷電粒子線描画方法。
2. 前記第１工程は、前記基板を搭載するステージ上に配置された前記検出器を用いて行う、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または請求項２に記載の荷電粒子線描画方法を行うことを特徴とする露光装置。
4. 請求項３に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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