JP5048283B2 - 偏向器アレイ、描画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ビーム露光装置を構成する偏向器アレイに関するものである。
特に、複数の荷電ビームを用いてパターン描画を行う荷電ビーム露光装置に用いる偏向器アレイ、その偏向器アレイを有する露光装置、その露光装置を用いるデバイス製造方法に関するものである。

従来、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ビーム露光装置を構成する偏向器２００は、図１０に示されるように基板２１１、荷電ビームが通過する開口部２１２、対向する電極２１３を有する。
さらに、図１１の平面図に示されるように最近接して位置する偏向器２００の中心同士により形成される方向２２１と偏向器２００の対向する電極２１３によって荷電ビームが偏向される方向３００とが垂直になるようにアレイ化されて配列される。 この結果、偏向器２００の中心同士により形成される方向２２１ａと偏向器２００の対向する電極２１３によって荷電ビームが偏向される方向３００とは平行になる。
この場合、偏向器２００を構成する電極２１３の長さＬは方向２２１において最近接して位置する偏向器２００の中心同士の間の距離の最小値Ｄよりも長くすることができない。
さらに、複数の荷電ビームを用いてパターン描画を行う荷電ビーム露光装置に使用される偏向器アレイの偏向器２００は、荷電ビームのピッチ、例えば、数十ミクロンから数百ミクロンのピッチにより配置される必要がある。
このため、偏向器２００の電極２１３の長さを十分に確保できず、偏向収差が大きくなる。
しかし、荷電ビーム露光装置において、偏向器アレイの偏向器２００により偏向した荷電ビームを露光に使用する場合には、偏向収差を低減し、高い描画精度と信頼性を有する必要がある。
この偏向器アレイの偏向器２００の偏向収差を低減するためには、対向する電極２１３が長い程、効果的である。
このため、例えば、特開平７−２９７１０７号公報（特許文献１）にて信号遅延量の均一化を図るため偏向器の配列を変更するという従来例が提案されている。
特開平７−２９７１０７号公報

そこで、本発明は、偏向器によって生じる収差の小ささの点で有利な偏向器アレイ、その偏向器アレイを有する描画装置、および、その描画装置を用いた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、本発明の偏向器アレイは、基板と、複数の荷電ビームを偏向する前記基板上に配列された複数の偏向器とを有し、前記複数の偏向器は、前記基板に形成された複数の開口にそれぞれ設けられ、かつ、前記複数の偏向器のそれぞれは、荷電ビームを偏向する電極対を含む偏向器アレイであって、前記複数の偏向器は、該複数の偏向器のうちの互いに最も近くに配置された２つの偏向器の中心を結ぶ線分を一辺とする長方形を形成するように、それぞれの中心が配列され、前記電極対の長手方向は、前記一辺の方向に対して傾いていて、前記電極対の前記長手方向の長さは、前記複数の偏向器のうちの互いに最も近くに配置された２つの偏向器の中心間の距離以上である、ことを特徴とする。

本発明によれば、偏向器によって生じる収差の小ささの点で有利な偏向器アレイ、その偏向器アレイを有する描画装置、および、その描画装置を用いた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。

図１の平面図を参照して、本発明の実施例1の偏向器アレイについて説明する。
開口２１２ａは、基板２１１に形成される。電極２１３ａは、開口２１２ａの側壁に対向して配置され、荷電ビームを偏向する偏向器２００ａ、２００ｊが複数列配列される。
奇数列の電極と偶数列の偏向器２００ａ，２００ｊが、電極２１３ａの長手方向に１個づつ互いにずれて配置される。
さらに、最も近くに配置される偏向器２００ａと偏向器２００ｊの中心同士を結ぶ方向２３１、２３２と、荷電ビームが偏向される方向３００とが垂直以外に形成されて配置される。
このような配置にすることにより、電極２１３ａの長手方向の長さを、最も近くに配置される偏向器２００ａ，２００ｊの中心同士の間の距離の最小値以上にすることができる。
このため、この本発明の実施例１の偏向器アレイによって偏向される荷電ビームの偏向収差を低減することができる。
ここで、荷電ビームが偏向される方向３００と、電極２１３ａの長手方向とは垂直に形成される。
また、電極２１３ａの長手方向に互いに対称に曲線状に電極２１３ａは形成されるが、後述する本発明の実施例３の偏向器アレイのように互いに直線状に形成してもよい。
また、この実施例１の偏向器アレイを電子ビーム露光装置に適用することで、高い描画精度と信頼性を実現できる。

次に、図２の平面図を参照して、本発明の実施例２の偏向器アレイを説明する。
偏向器２００ｂの中心と、最も近接して配置される偏向器２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ、２００ｆの中心同士を結ぶ方向２４６、２４７と荷電ビームが偏向される方向３００が約４５度の角度となるように形成される。
実施例２の偏向器アレイにおいては、偏向器２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ、２００ｆの電極２１３ａの長手方向の長さを、偏向器２００ｂの中心と偏向器２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ、２００ｆの中心の間の距離の最小距離の√２倍程度に長くすることができる。
このため、偏向収差が小さい偏向器アレイを得ることができる。
また、この実施例２の偏向器アレイも電子ビーム露光装置に適用することで、高い描画精度と信頼性を実現できる。

図３の平面図を参照して、本発明の実施例３の偏向器アレイを説明する。
偏向器２００ｇの中心と、最も近くに配置される偏向器２００ｈの中心同士を結ぶ方向２９１、２９２のいずれかと、荷電ビームが偏向される方向３００が約６３．４度の角度を形成する。
この実施例３の偏向器アレイにおいては、偏向器２００ｇ、２００ｈの電極２１３ｂの長さを、偏向器２００ｇの中心と、最も近くに配置される偏向器２００ｈの中心とを結ぶ最小距離の√５倍程度に長くすることができる。
このため、偏向収差が小さい偏向器アレイを得ることができる。
また、この実施例３の偏向器アレイも電子ビーム露光装置に適用することで、高い描画精度と信頼性を実現できる。

次に本発明の実施例の偏向器アレイを用いた電子ビーム露光装置（描画装置）について説明する。
なお、以下の例は荷電ビームとして電子ビームを採用した露光装置であるが、本発明は、イオンビーム等の他の種類の荷電ビームを用いた露光装置にも同様に適用できる。
図４の要部概略図を参照して、本発明の偏向器アレイを用いた電子ビーム露光装置を説明する。
マルチソースモジュール１は、その電子源像（荷電粒子源）から電子ビームを放射し複数の電子源像を形成する装置である。
マルチソースモジュール１は、３ｘ３に配列され、その詳細については後述する。
電子光学系を構成する磁界レンズアレイ２１、２２、２３、２４は、３ｘ３に配列された同一形状の開口を有する磁性体円板MDを間隔を置いて上下に配置し、共通のコイルCCによって励磁したものである。
その結果、各開口部分が各磁界レンズMLの磁極となり、設計上レンズ磁界を発生させる。
各マルチソースモジュール１の複数の電子源像は、磁界レンズアレイ２１、２２、２３、２４の対応する４つの磁界レンズML1、ML2、ML3、ML4によって、ウエハ４上に投影される。

１個のマルチソースモジュール１からの電子ビームがウエハに照射するまでに、その電子ビームに作用する光学系をカラムと定義する。
すなわち、本実施例においては、９カラム（col.1〜col.9）の構成である。
この時、磁界レンズアレイ２１と磁界レンズアレイ２２の対応する２つの磁界レンズで、一度、像を形成し、次にその像を磁界レンズアレイ２３と磁界レンズアレイ２４の対応する２つの磁界レンズでウエハ４上に投影する。
磁界レンズアレイ２１、２２、２３、２４のそれぞれの励磁条件を共通コイルで個別に制御することにより、各カラムの光学特性（焦点位置、像の回転、倍率）のそれぞれを一様に言い換えれば同じ量だけ調整することができる。
主偏向器３は、マルチソースモジュール１からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の電子源像をウエハ４上でX、Y方向に変位させる位置決め装置である。
ステージ５は、ウエハ４を載置し、光軸AX(Ｚ軸)と直交するＸＹ方向とＺ軸回りの回転方向に移動可能な位置決め装置で、ステージ基準板６が固設される。
反射電子検出器７は、電子ビームによってステージ基準板６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装置である。

次に、図５は、ひとつのカラムの詳細図で、図５を用いてマルチソースモジュール１およびマルチソースモジュール１から保持されたウエハ４の照射される電子ビームの光学特性の調整機能について説明する。
電子銃が形成する電子源１０１（荷電粒子源）は、電子ビームを放射し、クロスオーバ像を形成するものである。
この電子源１０１から放射される電子ビームは、電子光学系を構成するコンデンサーレンズ１０２によって平行な電子ビーム１０１あとなる。
本実施例のコンデンサーレンズ１０２は、３枚の開口電極からなる静電レンズである。
アパーチャアレイ１０３は、開口が2次元配列して形成された、１０４は、同一の光学パワーを有する静電レンズが２次元配列して形成された電子光学系を構成するレンズアレイである。
電子光学系を構成する偏向器アレイ１０５、１０６は、個別に駆動可能な静電の偏向器が２次元配列して形成される装置である。
電子光学系を構成するブランカーアレイ１０７は、個別に駆動可能な静電のブランカーが２次元配列して形成された装置である。
本発明の偏向器アレイは偏向器アレイ１０５、１０６、ブランカーアレイ１０７に使用できる。

次に、図６を用いて各機能を説明する。
コンデンサーレンズ１０２からの平行な電子ビームは、アパーチャアレイ103によって複数の電子ビームに分割される。
分割された電子ビームは、対応するレンズアレイ１０４の静電レンズを介して、ブランカーアレイ１０７の対応するブランカー上に、電子源（荷電粒子源）の中間像を形成する。
この時、偏向器アレイ１０５、１０６は、ブランカーアレイ１０７上に形成される電子源の中間像の位置（光軸と直交する面内の位置）を個別に調整する。
また、ブランカーアレイ１０７で偏向された電子ビームは、図５のブランキングアパーチャAPによって遮断されるため、ウエハ４には照射されない。
一方、ブランカーアレイ１０７で偏向されない電子ビームは、図５のブランキングアパーチャAPによって遮断されないため、ウエハ４には照射される。

図６に戻り、マルチソースモジュール１で形成された電子源（荷電粒子源）の複数の中間像は、磁界レンズアレイ２１と磁界レンズアレイ２２の対応する２つの磁界レンズを介して、ウエハ４に投影される。
この時、複数の中間像がウエハ４に投影される際の光学特性のうち、像の回転、倍率は、ブランカーアレイ上の各中間像の位置を調整できる偏向器アレイ105、106で調整でき、焦点位置は、カラム毎に設けられたダイナミックフォーカスレンズ（静電若しくは磁界レンズ）１０８、１０９で調整できる。

次に図７のシステム構成図を参照して、本発明の実施例のシステム構成を説明する。
ブランカーアレイ制御回路４１は、ブランカーアレイ１０７を構成する複数のブランカーを個別に制御する回路である。
偏向器アレイ制御回路４２は、偏向器アレイ１０４、１０５を構成する偏向器を個別に制御する回路である。
D_FOCUS制御回路４３は、ダイナミックフォーカスレンズ１０８、１０９を個別に制御する回路である。
主偏向器制御回路４４は、主偏向器３を制御する回路である。
反射電子検出回路４５は、反射電子検出器７からの信号を処理する回路である。
これらのブランカーアレイ制御回路４１、偏向器アレイ制御回路４２、D_FOCUS制御回路４３、主偏向器制御回路４４、反射電子検出回路４５は、カラムの数（col.1〜col.9）と同じ数だけ装備される。
磁界レンズアレイ制御回路４６は、磁界レンズアレイ２１、２２、２３、２４のそれぞれの共通コイルを制御する回路である。
ステージ駆動制御回路４７は、ステージの位置を検出する不図示のレーザ干渉計と共同してステージ５を駆動制御する制御回路である。
主制御系４８は、上記複数の制御回路を制御し、電子ビーム露光装置全体を管理する装置である。
なお、本発明の実施例１の偏向器アレイも本実施例と同様に電子ビーム露光装置に適用でき、高い描画精度と信頼性を実現できる。

次に、図８及び図９を参照して、上述の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８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップＳ３（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Ｓ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置により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。
ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図９は、ステップ４の上はプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。
ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。
ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。
ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。
ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。
ステップＳ１８（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Ｓ１９（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。

本発明の実施例１の偏向器アレイの平面図である。 本発明の実施例２の偏向器アレイの平面図である。 本発明の実施例２の偏向器アレイの平面図である。 本発明の電子ビーム露光装置の要部概略を示す図である。 本発明の電子ビーム露光装置を構成するカラム毎の電子光学系を説明する図である。 本発明の電子ビーム露光装置を構成するマルチソースモジュールの機能を説明する図である。 図４に示される本発明の電子ビーム露光装置のシステムの構成を説明する図である。 本発明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８に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 従来例の偏向器アレイを構成する偏向器の断面図である。 従来例の偏向器アレイの平面図である。

符号の説明

２１１ 基板 ２１２ａ 開口部
２１３ａ 電極 Ｌ：電極の長さ
Ｄ：最も近くに配置される偏向器の中心同士の距離の最小値
２３１，２３２，２４６，２４７，２９１，２９２ 最も近くに配置される偏向器の中心同士を結ぶ方向
３００ 偏向器によって荷電ビームが偏向される方向
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，２００ｅ，２００ｆ，２００ｇ，２００ｈ，２００ｊ 偏向器
１：マルチソースモジュール
２１、２２、２３、２４：磁界レンズアレイ
３：主偏向器 ４：ウエハ ５：ステージ
６：ステージ基準板 １０１：電子源 １０２：コンデンサーレンズ
１０３：アパーチャアレイ １０４：レンズアレイ
１０５、1０６：偏向器アレイ １０７：ブランカーアレイ
１０８、１０９：ダイナミックフォーカスレンズ
４１：ブランカーアレイ制御回路 ４２：偏向器アレイ制御回路
４３：D_FOCUS制御回路 ４４：主偏向制御回路
４５：反射電子検出回路 ４６：磁界レンズアレイ制御回路
４７：ステージ駆動制御回路 ４８：主制御系
MLA：磁界レンズアレイ ML：磁界レンズ
MD：磁性体円板 CC：共通コイル

Claims (10)

1. 基板と、複数の荷電ビームを偏向する前記基板上に配列された複数の偏向器とを有し、前記複数の偏向器は、前記基板に形成された複数の開口にそれぞれ設けられ、かつ、前記複数の偏向器のそれぞれは、荷電ビームを偏向する電極対を含む偏向器アレイであって、
   前記複数の偏向器は、該複数の偏向器のうちの互いに最も近くに配置された２つの偏向器の中心を結ぶ線分を一辺とする長方形を形成するように、それぞれの中心が配列され、前記電極対の長手方向は、前記一辺の方向に対して傾いていて、前記電極対の前記長手方向の長さは、前記複数の偏向器のうちの互いに最も近くに配置された２つの偏向器の中心間の距離以上である、ことを特徴とする偏向器アレイ。
2. 前記長方形は、正方形であり、前記複数の偏向器のそれぞれが荷電ビームを偏向する方向が前記２つの偏向器の中心同士を結ぶ方向に対して４５度の角度をなすように、前記複数の偏向器は形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の偏向器アレイ。
3. 前記複数の偏向器のそれぞれが荷電ビームを偏向する方向が前記２つの偏向器の中心同士を結ぶ方向に対して６３．４度の角度をなすように、前記複数の偏向器は形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の偏向器アレイ。
4. 基板と、複数の荷電ビームを偏向する前記基板上に配列された複数の偏向器とを有し、前記複数の偏向器は、前記基板に形成された複数の開口にそれぞれ設けられ、かつ、前記複数の偏向器のそれぞれは、１つの荷電ビームを偏向する電極対を含む偏向器アレイであって、
   前記複数の偏向器は、該複数の偏向器のうちの互いに最も近くに配置された２つの偏向器の中心を結ぶ線分を一辺とする平行四辺形を形成するように、それぞれの中心が配列され、前記２つの偏向器にそれぞれ対応する前記複数の開口のうちの２つの開口は、前記電極対の長手方向において互いに重なり合う部分を含み、前記電極対の前記長手方向の長さは、前記２つの偏向器の中心間の距離以上である、ことを特徴とする偏向器アレイ。
5. 前記複数の偏向器のそれぞれが荷電ビームを偏向する方向は、前記長手方向に対して直交している、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の偏向器アレイ。
6. 前記電極対は、互いに平行である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の偏向器アレイ。
7. 前記電極対は、該電極対間の距離が該電極対の中心から端部に向かって小さくなるように、形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の偏向器アレイ。
8. 前記複数の偏向器は、３行３列の偏向器を含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の偏向器アレイ。
9. 複数の荷電ビームでウエハに描画を行う描画装置であって、
   前記複数の荷電ビームをそれぞれ偏向する請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の偏向器アレイ、
   を有することを特徴とする描画装置。
10. 請求項９に記載の描画装置を用いてウエハに描画を行うステップと、
    前記ステップで描画が行われた前記ウエハを現像するステップと、
    を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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