(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段の静電レンズを含み、前記複数段の静電レンズのそれぞれが複数の電極基板を有する静電レンズ装置であって、
前記複数の電極基板は、複数の開口と、方向を規定するためのマークと、をそれぞれ具備し、
前記複数の電極基板は、形状が実質的に一致し、前記複数段の静電レンズのそれぞれでは、前記複数の電極基板にわたって前記マークにより規定される方向が揃っていて、
前記複数段の静電レンズのうち隣接する２つの静電レンズの間では、前記マークにより規定される方向が互いに９０度回転している、
ことを特徴とする静電レンズ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の静電レンズ装置を有し、前記静電レンズ装置を介して複数の荷電粒子線で露光対象を露光する、ことを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の露光装置を用いて露光対象を露光する工程と、前記工程で露光された前記露光対象を現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電レンズ装置や、該静電レンズ装置を含む荷電粒子線露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子ビーム露光装置に用いられている静電レンズでは、例えば、アインツェルレンズが一般的に用いられている。このアインツェルレンズを構成する３枚の電極基板のうち、上下両端の２電極基板には通常アース電位が付与されており、中間の電極基板に負または正の電位が印加されている。各電極基板には円の開口があいており、その開口を通過する電子ビームに対してアインツェルレンズは収束効果を発生する。
【非特許文献１】電子・イオンビーム光学 裏克巳著 共立出版 Ｐ．４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、静電レンズは、磁場レンズと比較して製作は容易だが、レンズ開口の製造誤差に対する光学収差の敏感度が高い。特に開口の真円度に対する非点収差が敏感である。半導体プロセスなどを用いて１ｍｍ以下の微小開口を作製する場合、作製途中のゴミなどの影響で、真円度が悪くなることがある。その結果、静電レンズによって収束された電子ビームは、非点収差やその他高次項の収差を持ってしまう。
【０００４】
特に電子ビームが複数本あり、個々のビームが異なる非点収差を持つ場合、通常の非点補正器を用いて補正することが出来ない。個々のビームの非点収差を個別に補正するためには、個々のビームが通過する光路上に独立に制御できる非点補正器を配置するなど、複雑な機構を必要とする。
【０００５】
本発明は、非点収差の小ささの点で有利な静電レンズ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面は、複数段の静電レンズを含み、前記複数段の静電レンズのそれぞれが複数の電極基板を有する静電レンズ装置であって、前記複数の電極基板は、複数の開口と、方向を規定するためのマークと、をそれぞれ具備し、前記複数の電極基板は、形状が実質的に一致し、前記複数段の静電レンズのそれぞれでは、前記複数の電極基板にわたって前記マークにより規定される方向が揃っていて、前記複数段の静電レンズのうち隣接する２つの静電レンズの間では、前記マークにより規定される方向が互いに９０度回転している、ことを特徴とする。
本発明の第２の側面は、露光装置に係り、前記露光装置は、前記静電レンズ装置を有し、前記静電レンズ装置を介して複数の荷電粒子線で露光対象を露光する、ことを特徴とする。
本発明の第３の側面は、デバイス製造方法に係り、前記デバイス製造方法は、前記露光装置を用いて露光対象を露光する工程と、前記工程で露光された前記露光対象を現像する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、非点収差の小ささの点で有利な静電レンズ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態について、マルチビーム方式（複数の荷電粒子線使用）の電子ビーム露光装置の実施例を挙げて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１に係るマルチビーム方式の電子ビーム露光装置の要部概略図である。
１０１から１０９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を構成している。そして、図１の場合、マルチソースモジュールは、５×５の２５個が２次元配列されている。１０１は、電子銃が形成する電子源（クロスオーバー像）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。１０３は、開口が２次元配列して形成されたアパーチャアレイである。１０４は、同一の光学パワーを有する静電レンズ（アインツェルレンズ）が２次元配列して形成されたレンズアレイである。１０５，１０６，１０７，１０８は、個別に駆動可能な静電偏向器が２次元配列して形成されたマルチ偏向器アレイである。１０９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ブランカーアレイである。
【００１２】
図２を用いて各機能を説明する。コンデンサーレンズ１０２（図１参照）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１０９の対応するブランカー上に、電子源１０１の中間像２０１を形成する。この時、マルチ偏向器アレイ１０５，１０６，１０７，１０８は、ブランカーアレイ１０９上に形成される電子源の中間像２０１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１０９で偏向された電子ビームは、図１のブランキングアパーチャ１１０によって遮断されるため、ウエハ１２０には照射されない。一方、ブランカーアレイ１０９で偏向されない電子ビームは、図１のブランキングアパーチャ１１０によって遮断されないため、ウエハ１２０には照射される。
【００１３】
図１に戻り、マルチソースモジュールで形成された電子源の複数の中間像２０１は、磁界レンズ１１５，１１６，１１７，１１８の縮小投影系を介して、ウエハ１２０に投影される。この時、複数の中間像がウエハ１２０に投影される際、焦点位置は、ダイナミックフォーカスレンズ（静電もしくは磁界レンズ）１１１，１１２で調整できる。１１３，１１４は、各電子ビームを露光すべき個所へ偏向させる主偏向器と副偏向器である。１１９は、ウエハ１２０上に形成された電子源の各中間像の位置を計測するための反射電子検出器である。１２１はウエハ１２０を移動させるためのステージである。１２２は電子ビームの位置およびビーム形状を検出するためのマークである。
【００１４】
次に、レンズアレイ１０４が、電子ビームを収束させる仕組みについて説明する。図３は、アインツェルレンアインツェルレンズを構成する３枚の電極基板のうち、電極基板３０１及び電極基板３０３にはアース電位が付与されており、電極基板３０２には負の電位が印加されている。また、図３は、アインツェルレンズの電子ビーム収束作用を説明するための図であり、アインツェルレンズを光軸と平行な平面で切断した時に横から見た図である。
【００１５】
その状態における電気力線を実線の矢印で示した。また、ＺがＺ１以下の領域を「領域１」、ＺがＺ１からＺ２までの領域を「領域２」、ＺがＺ２からＺ３までの領域を「領域３」、ＺがＺ３からＺ４までの領域を「領域４」、ＺがＺ４からＺ５までの領域を「領域５」、ＺがＺ５以上の領域を「領域６」とした。領域１及び領域６では電位はないものと仮定している。
【００１６】
ｒ＞０の領域におけるｒ方向の電位Ｅｒは、領域２では負、領域３では正、領域４では正、領域５では負、となっている。そのため、ある像高ｒ０を通過する電子ビームの軌道３０４は、点線の矢印に示すようになる。つまり、領域２では電子ビームは発散され、領域３では電子ビームは収束され、領域４では電子ビームは収束され、領域５では電子ビームは発散される。これは、Ｚ軸方向に光学的な凹レンズ・凸レンズ・凸レンズ・凹レンズが並んでいるのと等価である。
【００１７】
電子ビームが収束される理由は以下の２点である。第１の理由は、電子ビームが受ける力は像高が高いほど強くなるため、領域３と領域４における収束作用が領域２と領域５における発散作用を上回るからである。第２の理由は、電極基板３０２に負の電位を印加しているため、領域２と比較して領域３の方が、領域５と比較して領域４の方が電子ビームの走行時間が長いからである。運動量変化は力積に等しいため、走行時間が長い領域が電子ビームに与える効果は大きくなる。以上の理由から、電子ビームは収束される。なお、電極基板３０２に正の電位を印加した場合も、同様に電子ビームは収束される。
【００１８】
次に、凹レンズと凸レンズで光学収差が相殺されることについて説明する。一般的に、光学におけるレンズ設計では、凹レンズと凸レンズを組み合わせることで光学収差を補正する。これは、凹レンズ部分で生じる光学収差量と凸レンズ部分で生じる光学収差量を出来るだけ一致させ、足し合わせた光学収差量をゼロに近づける方法である。
【００１９】
電子ビームの場合も同様に、電極基板の開口形状を一致させて電位分布を光軸に対して等方的にすることで、光学収差の相殺が可能である。
【００２０】
アインツェルレンズにおける各電極基板の開口形状が一致していない場合、レンズ内での電位分布が等方的でなくなり、凹レンズ部分で生じる光学収差量と凸レンズ部分で生じる光学収差量が異なるため、光学収差を相殺できなくなる。その結果、収束された電子ビームは、非点収差やその他高次項の収差を持つ。
【００２１】
特に、複数の電子ビームそれぞれが異なる非点収差を持つ場合、通常の非点補正器を用いて補正することが出来ない。個々のビームの非点収差を個別に補正するためには、個々のビームが通過する光路上に独立に制御できる非点補正器を配置するなど、複雑な機構を必要とする。
【００２２】
光学収差を相殺させるためには、静電レンズにおける各電極基板の開口形状を一致させる必要がある。以下、静電レンズにおける各電極基板の開口形状を一致させる方法について説明する。図４は、方向を規定できるマークを有するレンズアレイ１０４の要部概略図である。レンズアレイ１０４は、レンズ開口が５×５並んでおり、３枚の電極基板４０１，４０２，４０３から成る。それぞれの電極基板４０１，４０２，４０３には方向を規定できるマーク４０４，４０５，４０６が具備されている。図５に、レンズアレイ１０４の製造フローを示す。
【００２３】
（ステップ５１）では、図５に示すように、電極基板のレンズ開口と干渉しない部分に方向を規定できるマークを作製する。マーク作製後、ステップ５２に移行する。
【００２４】
（ステップ５２）では、機械加工・放電加工・半導体プロセスなどの手段を用いて、同一の条件で全ての電極基板を加工する。もしくは、全ての電極基板を同一の条件で一体加工する。電極基板を加工した後、ステップ５３に移行する。
【００２５】
（ステップ５３）では、各電極基板４０１，４０２，４０３のマーク４０４，４０５，４０６の方向を揃えて組み立てる。組み立て後、ステップ５４に移行する。
【００２６】
（ステップ５４）では、静電レンズが複数段あるかどうかを判断する。静電レンズが複数段ある場合、ステップ５５に、静電レンズが１段のみの場合、処理終了に移行する。
【００２７】
（ステップ５５）では、複数段ある静電レンズのうち、各段の静電レンズを交互に９０度ずらして組み立てる。例えば、３段静電レンズがある場合、１段目は０度回転、２段目は９０度回転、３段目は０度回転させて組み立てる。
【００２８】
上記の方法によって、各電極基板のマーク方向を揃えて組み立てることができ、静電レンズにおける各電極基板の開口形状を一致させることが出来る。
【００２９】
つまり、複数の電極基板からなる静電レンズを有する荷電粒子線露光装置において、方向を規定できるマークと、光軸に対して垂直な面内におけるマークの方向を揃えて作製された開口とを具備し、光軸に対して垂直な面内においてマークの方向に基づき複数の電極基板を組み立て形成した静電レンズを有する荷電粒子線露光装置を作製することが出来る。
【００３０】
さらに、複数の静電レンズを、光軸に対して垂直な面内において、電極基板のマーク方向をそれぞれ９０度回転させて光軸方向に並べることも出来る。
【００３１】
図６に、静電レンズの電極基板形状を一致させない場合と一致させた場合の、非点収差の計算結果を示す。
Ｎｏ.１が静電レンズの電極基板形状を一致させない場合であり、Ｎｏ.２が静電レンズの電極基板形状を一致させた場合である。静電レンズは３段あり、各静電レンズの電極基板は３枚、各電極基板の開口形状は楕円とした。開口の大きさは８０マイクロメートル、真円度は５０ナノメートルである。Ｎｏ.１は、各静電レンズの中電極基板における開口の楕円方向を、それぞれ３０度、６０度、９０度回転させた場合の、像面における非点収差量を示している。Ｎｏ.２は、各静電レンズの全ての電極基板における開口の楕円方向を揃えた場合の、像面における非点収差量ＡＳ.（ｎｍ）を示している。静電レンズの電極基板形状を一致させないＮｏ.１と比較して、静電レンズの電極基板形状を一致させたＮｏ.２では、非点収差量ＡＳ.（ｎｍ）が１／１２程度になっていることが分かる。
【００３２】
さらに、複数段の静電レンズのマーク方向を揃えた場合と交互に９０度ずらした場合の、非点収差の計算結果を示す。
Ｎｏ.２が複数段の静電レンズのマーク方向を揃えた場合で、Ｎｏ.３が複数段の静電レンズのマーク方向を交互に９０度ずらした場合である。静電レンズは３段あり、各静電レンズの電極基板は３枚、各電極基板の開口形状は楕円とした。開口の大きさは８０マイクロメートル、真円度は５０ナノメートルである。Ｎｏ.２は、各静電レンズの全ての電極基板における開口の楕円方向をそろえた場合の、像面における非点収差量ＡＳ.（ｎｍ）を示している。
【００３３】
Ｎｏ.３は、３段の静電レンズのうち中段レンズを９０度回転させた場合の、像面における非点収差量ＡＳ.（ｎｍ）を示している。複数段の静電レンズのマーク方向を揃えたＮｏ.２と比較して、複数段の静電レンズのマーク方向を交互に９０度ずらしたＮＯ.３では、非点収差量ＡＳ.（ｎｍ）が１／５程度になっていることが分かる。
【００３４】
つまり、静電レンズの電極基板形状を一致させないＮｏ.１と比較して、電極基板形状を一致させた静電レンズを交互に９０度ずらしたＮｏ.３では、非点収差量ＡＳ.（ｎｍ）が約１／６０になることが分かる。
【００３５】
上記の方法は、走査型電子顕微鏡や電子線測長装置、イオン顕微鏡や収束イオンビーム装置、２次イオン質量分析器の静電レンズにも適用可能である。
【実施例２】
【００３６】
次に、上記実施例１で説明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を、本発明の実施例２として説明する。
図７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７１（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７２（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７３（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７４（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７５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ７４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７６（検査）ではステップ７５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７７）される。
【００３７】
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８１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ８２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ８３（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８４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ８５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ８６（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８７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ８８（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８９（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。
【００３８】
本実施例の製造方法を用いれば、高集積度の半導体デバイスをパターン寸法精度良く製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１に係る、マルチビーム方式の電子ビーム露光装置の要部概略を説明する図である。
【図２】図１における、マルチソースモジュールの機能を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例１に係る、アインツェルレンズの電子ビーム収束作用を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１に係る、方向を規定できるマークを有するレンズアレイの要部概略を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係る、レンズアレイの製造フローを説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１に係る、静電レンズの非点収差を比較説明するための図である。
【図７】本発明の実施例２に係る、微小デバイスの製造フローを説明するための図である。
【図８】図７におけるウエハプロセスを説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１：電子源（クロスオーバー像）、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：マルチ偏向器アレイ、１０６：マルチ偏向器アレイ、１０７：マルチ偏向器アレイ、１０８：マルチ偏向器アレイ、１０９：ブランカーアレイ、１１０：ブランキングアパーチャ、１１１：ダイナミックフォーカスレンズ、１１２：ダイナミックフォーカスレンズ、１１３：主偏向器、１１４：副偏向器、１１５：磁界レンズ、１１６：磁界レンズ、１１７：磁界レンズ、１１８：磁界レンズ、１１９：反射電子検出器、１２０：ウエハ、１２１：ステージ、１２２：マーク、２０１：電子源の中間像、３０１：アインツェルレンズの電極基板、３０２：アインツェルレンズの電極基板、３０３：アインツェルレンズの電極基板、３０４：電子ビームの軌道、４０１：アインツェルレンズの電極基板、４０２：アインツェルレンズの電極基板、４０３：アインツェルレンズの電極基板、４０４：方向を規定できるマーク、４０５：方向を規定できるマーク、４０６：方向を規定できるマーク。
【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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