(57)【要約】【課題】荷電粒子線露光装置における磁界レンズの相互干渉による非対称収差を低減する。【解決手段】各マルチソースモジュール１の複数の電子源像は、複数の磁界レンズアレイ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。磁界レンズＭＬ１、ＭＬ３は多段の磁性体円板２５、２６により構成され、共通のコイル２７、２８で励磁される。各磁界レンズの磁極間長と磁極のボア径との比を１以下に設定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の荷電粒子線を用いて基板を露光する露光装置において、
前記複数の荷電粒子線の各々を前記基板に導く磁界レンズアレイと、
前記磁界レンズアレイを励磁する励磁手段とを備え、
前記磁界レンズアレイは、前記励磁手段により共通に励磁される複数の磁極により形成される複数のギャップを有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等を製造するために被露光体としてのウエハ等を電子ビームやイオンビームを用いて露光する荷電粒子線露光技術に関し、特に、複数の電子線を用いてパターン描画を行うマルチビーム方式の荷電粒子線露光技術やこの技術を用いたデバイス製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の荷電粒子線を用いたマルチ荷電粒子線露光装置として、例えば、第６２回応用物理学会学術講演会（講演ＮＯ．１１ａ−Ｃ−５）や特開２００２−１７５９６７号公報に提案されている電子ビーム露光装置がある。この電子ビーム露光装置の概略図を図１０に示す。同図において、電子を放射する複数の電子源ＥＳから放射される電子ビームの各々は、磁界レンズアレイＭＬＡの各磁界レンズＭＬを介して被露光体であるウエハＷに照射される。磁界レンズアレイＭＬＡは、複数の同一形状の開孔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によって励磁させる。その結果、各開孔部分が各磁界レンズＭＬの磁極となり、設計上同一のレンズ磁界を発生させる。
【０００３】
上記装置には、以下の（ｉ）、（ｉｉ）の特徴がある。即ち、
（ｉ）複数の電子ビームは、互いに交差することなくウエハＷに入射するので、複数の電子ビーム間のクーロン効果を無視でき、ウエハＷに大電流の電子線を照射できる。
（ｉｉ）励磁手段であるコイルを複数の磁極に対して共通にし、かつ複数の磁極の外側に配置したので、各磁界レンズＭＬを近接して配列でき、電子ビームの本数を多くできる。
【０００４】
上記のような２つの特徴により装置のスループットの向上が期待できる。
【０００５】
また、近年、高スループット性能が期待されるＥＰＬ（ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ  ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ）方式がある。このＥＰＬ方式の光学系は対称磁気ダブレットレンズが用いられている。この光学系は、理論的には、球面、等方性非点、像面湾曲、軸上色の各収差以外の他のザイデル収差と倍率色収差、回転を除去できる特徴があり、この光学系を用いることで大画角（数百ミクロン）の露光が可能となる。ダブレット光学系は図１１に示すような配置にする必要がある。即ち、光学系の縮小率は上段の磁界レンズ１１の設定焦点距離ｆ１と下段の磁界レンズ１２の設定焦点距離ｆ２との比で決まり、前述の収差除去のために、磁極寸法を焦点距離の比で決まる相似系にする必要がある。今、上段の磁界レンズ１１の磁極間隔（ギャップ長）をＳ１、磁極の開孔部分の孔径（ボア径）をＤ１とし、下段の磁界レンズ１２の磁極形状を同様に、Ｓ２、Ｄ２とすると、
倍率Ｍの時の磁極寸法は、
Ｓ２＝Ｍ×Ｓ１
Ｄ２＝Ｍ×Ｄ１
となる。
【０００６】
また、励磁コイルの条件は、上段のコイル１１ａの起磁力をＮＩ１とし、下段のコイル１２ａの起磁力をＮＩ２とすると、
ＮＩ１＝−ＮＩ２
となる。
【０００７】
しかしながら、図１１に示すようにマルチ荷電粒子線露光装置の磁界レンズの場合は、各カラム間隔が隣接しているために、Ｄ２＝Ｍ×Ｄ１の条件を満足する配置は困難で、上段と下段の各磁界レンズ１１、１２の磁極間のボア径は等しくする必要がある。しかし、この条件下でも、ある程度の収差を除去できることがシミュレーションで確認されている。
【０００８】
以上述べたように、マルチ荷電粒子線露光装置にダブレット光学系を用いることにより、大画角露光が可能となり、高スループット性能が得られる。
【０００９】
【非特許文献１】
第６２回応用物理学会学術講演会（講演ＮＯ．１１ａ−Ｃ−５）
【特許文献１】
特開２００２−１７５９６７号公報。
【００１０】
【発明が解決しようとしている課題】
上記マルチ荷電粒子線露光装置の場合、同一ウエハに複数の電子線で露光するために、各電子線の配列間隔が短くなり、各レンズ磁極によって形成する磁場が近接したレンズ磁場との相互干渉が起こり、非対称収差（コマ収差、非点収差）と電子線の位置シフト誤差が発生する問題がある。また、ダブレット光学系の場合には、倍率に応じて、上段のレンズ磁極間のギャップ長が大きくなるために、この磁場の相互干渉が顕著である。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、荷電粒子線露光装置における磁界レンズの相互干渉による非対称収差を低減することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するための、本発明の各態様を以下に列挙する。
【００１３】
［態様１］
複数の荷電粒子線を用いて基板を露光する露光装置において、前記複数の荷電粒子線の各々を前記基板に照射させる磁界レンズアレイと、前記磁界レンズアレイを励磁する励磁手段とを備え、前記磁界レンズアレイは、前記励磁手段により共通に励磁される複数の磁極により形成される複数のギャップを有する。
【００１４】
［態様２］
上記態様１において、前記磁界レンズアレイを複数有する。
【００１５】
［態様３］
上記態様２において、前記複数の磁界レンズアレイによりダブレット光学系を構成する。
【００１６】
［態様４］
上記態様１から３のいずれかにおいて、前記磁界レンズアレイの光軸と平行な方向の磁極間の距離と磁極のボア径との比を１以下に設定する。
【００１７】
［態様５］
上記態様１から４のいずれかの露光装置を用いてデバイスを製造する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
尚、本実施形態では、荷電粒子線の一例として電子ビームを用いた露光装置を例示するが、電子ビーム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ことは言うまでもない。
【００２０】
［電子ビーム露光装置の構成要素説明］
図１は、本発明に係る実施形態のマルチビーム方式の電子ビーム露光装置の要部を示す概略図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【００２１】
図１において、１は複数の電子源像を形成し、その電子源像から電子ビームを放射するマルチソースモジュールで、図１の場合、マルチソースモジュールは３×３に２次元配列された電子源を有している。その詳細については後述する。
【００２２】
２１、２２、２３、２４は、複数の電子ビームの各々を個別にウエハ４に導く複数の磁界レンズアレイである。磁界レンズアレイ２１、２３は３×３に２次元配列された同一形状の開孔を有する多段の磁性体円板２５、２６を所定の間隔を置いて光軸ＡＸと平行な方向に沿うように配置し、共通のコイル２７、２８によってそれぞれ励磁するものである。各磁性体円板２５、２６に形成された開孔は各マルチソースモジュール１の光軸ＡＸに対応している。また、磁界レンズアレイ２２、２４は３×３に２次元配列された同一形状の開孔を有する磁性体円板２９，３０を有し、共通のコイル３１、３２によって励磁するものである。各磁性体円板２５、２６、２９、３０に形成された開孔は各マルチソースモジュール１の光軸ＡＸに対応している。上記構成により、上下一対の磁性体円板の開孔部分に挟まれた領域が各磁界レンズＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３、ＭＬ４の磁極となり、設計上レンズ磁界を発生させる。
【００２３】
各マルチソースモジュール１の複数の電子源像は、各磁界レンズアレイ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。そして、マルチソースモジュールのうちの一つの電子源から放射された電子ビームがウエハ４に到達するまでに、その電子ビームに電磁界を作用させる光学系をカラムと定義する。すなわち、本実施形態は、９カラム（ｃｏｌ．１〜ｃｏｌ．９）の構成である。
【００２４】
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ＭＬ１、ＭＬ２により、一旦、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ＭＬ３、ＭＬ４でウエハ４上に投影させる。そして、磁界レンズアレイ２１、２２、２３、２４のそれぞれの励磁条件を各々の共通の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）のそれぞれを略一様に、言い換えれば同じ量だけ調整することができる。
【００２５】
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軸方向及びＹ軸方向に変位させる主偏向器である。
【００２６】
５は、ウエハ４を載置し、光軸ＡＸ（Ｚ軸）と直交するＸ軸及びＹ軸方向とＺ軸回りの回転方向に移動可能なステージであって、ステージ基準板（マーク）６が固設されている。
【００２７】
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反射電子検出器である。
【００２８】
図２は、図１に示す１つのカラムの詳細図である。
【００２９】
以下に、同図を用いてマルチソースモジュール１とマルチソースモジュール１からウエハ４に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。
【００３０】
１０１は、電子銃が形成する電子源（クロスオーバ像）である。この電子源１０１から放射される電子ビームは、コンデンサーレンズ１０２によって略平行な電子ビームとなる。本実施形態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。
【００３１】
１０３は開孔が２次元配列して形成されたアパーチャアレイ、１０４は静電レンズが２次元配列して形成されたレンズアレイ、１０５及び１０６は電子ビームの各々のウエハ４に対する入射位置（光軸と直交する面内の位置）を独立に偏向するように駆動可能な静電の８極偏向器が２次元配列して形成された偏向器アレイ、１０７は電子ビームの各々の位置及び出射方向を独立に偏向するよう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ブランカーアレイである。
【００３２】
次に、図３を用いて上記各要素の機能について説明する。
【００３３】
コンデンサーレンズ１０２からの略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が配置されている位置に、電子源の中間像を形成する。
【００３４】
この時、偏向器アレイ１０５，１０６は、ブランカーアレイ１０７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２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２のブランキングアパーチャＡＰによって遮断されされないため、ウエハ４に照射される。
【００３５】
図２に戻り、ブランカーアレイ１０７に形成される複数の中間像は、磁界レンズアレイ２１，２２の対応する２つの磁界レンズＭＬ１、ＭＬ２を介してウエハ４に投影される。
【００３６】
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１０７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。
【００３７】
次に、本実施形態のシステム構成図を図４に示す。
【００３８】
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、偏向器アレイ制御回路４２は、偏向器アレイ１０５，１０６を個別に制御する回路、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、主偏向制御回路４４は、主偏向器３を制御する回路、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、カラムごとに（ｃｏｌ．１〜ｃｏｌ．９）同じものが装備されている。
【００３９】
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、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。
【００４０】
［本実施形態の特徴点の説明］
本実施形態の電子ビーム露光装置のダブレット光学系を図５に示す。同図に示すように、磁極間のギャップが大きい上段の磁界レンズアレイ２１は励磁コイル（励磁手段）、ヨーク（図示せず）、多段の磁性体円板２５を有する。磁性体円板２５を光軸方向に３枚以上配列し、ギャップＳ１を複数とすることで隣接するレンズ場による場の干渉を低減することができる。
【００４１】
図６は磁性体円板の枚数（ギャップ数＋１）とレンズ場の干渉よって生じる非対称収差（コマ収差、非点収差）の関係を示す。但し、スケールは同一ではない。図６の結果は、図５に示した光学系において、レンズを２×２の２次元配列とし、Ｓ１＝２６０ｍｍ、Ｄ１＝２０ｍｍ、Ｓ２＝２６ｍｍ、Ｄ２＝２０ｍｍ、レンズ間隔が２２ｍｍで上段レンズ設定焦点距離ｆ１＝２００ｍｍ、下段レンズ設定焦点距離ｆ２＝２０ｍｍの条件で得られたものである。
【００４２】
図６のＳ１／Ｄ１＝１３（シングルギャップ、中間に磁性体円板なし）の場合のスポットダイヤグラムから、大きな非点収差収差が認められる。Ｓ１／Ｄ１＝３．２５（マルチギャップ、中間に磁性体円板あり）の場合は、非点収差は低減しているが残存している。Ｓ１／Ｄ１＝１．７５（マルチギャップ、中間に磁性体円板あり）の場合では非点収差は除去されてほぼ真円の電子線が得られる。
【００４３】
このスポットダイヤグラムから分かるように、磁界レンズアレイを光軸と平行な方向に沿って多段に配列し、複数の磁極により構成することで隣接したレンズとの磁場干渉によって生じる非対称収差（主に非点収差）を低減できることが分かる。
【００４４】
図７は磁界レンズアレイ２１の磁界レンズＭＬ１を構成する多段の磁性体円板２５の各開孔（磁極）の光軸と平行な方向の磁極間距離Ｓ１と磁極のボア径Ｄ１との比Ｓ１／Ｄ１と非対称収差（コマ収差、非点収差）量の関係を示した図である。この結果から、Ｓ１／Ｄ１≦１に設定することで、非対称収差をほぼ無視できる量まで低減することが可能である。つまり、本実施形態の磁界レンズアレイのように、磁界レンズアレイの磁界レンズを構成する磁性体円板が多段で構成された電子ビーム露光装置において、上記磁極間距離と磁極のボア径の比を１以下に設定することで、磁界レンズの相互干渉による非対称収差を低減でき、従来以上に高精度な半導体デバイスを製造することができる。
【００４５】
［デバイスの生産方法］
次に、上述した電子ビーム露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施形態について説明する。
【００４６】
図８に微小デバイス（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Ｓ２１（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Ｓ２２（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Ｓ２３（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Ｓ２４（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Ｓ２５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ２４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Ｓ２６（検査）ではステップＳ２５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Ｓ２７）される。
【００４７】
図９は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップＳ３１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ３２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ３３（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Ｓ３４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ３５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ３６（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Ｓ３７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップＳ３８（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Ｓ３９（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。
【００４８】
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。
【００４９】
［他の実施形態］
本発明は、前述した実施形態のパターン露光フローを実現するソフトウェアのプログラムを、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形態は、プログラムである必要はない。
【００５０】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明のクレームでは、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【００５１】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
【００５２】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ）などがある。
【００５３】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明のクレームに含まれるものである。
【００５４】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【００５５】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【００５６】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、荷電粒子線露光装置における磁界レンズの相互干渉による非対称収差を低減できる。また、この装置を用いてデバイスを製造すれば、従来以上に高精度なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の電子ビーム露光装置の要部を示す概略図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】カラム毎の電子光学系を説明する図である。
【図３】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】本実施形態のシステム構成を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施形態の複数の磁極を有するダブレット光学系を説明する図である。
【図６】電子線のスポットダイヤグラムを示す図である。
【図７】ダブレットレンズの磁極間距離／磁極ボア径と非対称収差の関係を示す図である。
【図８】微小デバイスの製造フローを説明する図である。
【図９】ウエハプロセスを説明する図である。
【図１０】従来例の電子ビーム露光装置の要部を示す概略図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図１１】従来例の電子ビーム露光装置のダブレットレンズを説明する図である。
【符号の説明】
１  マルチソースモジュール
３  主偏向器
４  ウエハ
５  ステージ
６  ステージ基準板
７  反射電子検出器
２１、２２、２３、２４  磁界レンズアレイ
２５、２６、２９、３０  磁界レンズアレイの中間磁極
２７、２８、３１、３２  コイル
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
ＥＳ  電子源
ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３、ＭＬ４  磁界レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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