(57)【要約】      （修正有）【課題】  縮小電子光学系と対物電子光学系とを有し、像回転補正時において総合倍率が所定値を維持し、ウエハ上の像面位置及び像倍率の変化が生じない電子線露光装置およびその電子線露光装置を用いるデバイス製造方法を提供する。【解決手段】  第１の磁界レンズ5、第２の磁界レンズ6から成る縮小電子光学系11と、第３の磁界レンズ7、第４の磁界レンズ8から成る対物電子光学系12とを有し、第１の磁界レンズの磁場中で、第２の磁界レンズの上方に設けられる第１の像回転レンズ9によって生じる像倍率の変化と、第３の磁界レンズの磁場中で、第４の磁界レンズの上方に設けられる第２の像回転レンズ10によって生じる像倍率の変化を加味した総合倍率が所定値を維持し、像回転補正時においても総合倍率が所定値を維持し、ウエハ上の像面位置及び像倍率の変化が生じない。【選択図】      図１
2007019249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を用いて被露光面にパターンを露光する電子線露光装置において、
上段側に配置された第１の磁界レンズおよび下段側に配置された第２の磁界レンズを有する第１の電子光学系と、
上段側に配置された第３の磁界レンズおよび下段側に配置された第４の磁界レンズを有し、前記第１の電子光学系の下方に設けられる第２の電子光学系と、
前記第１の磁界レンズからの磁場内で、かつ、前記第２の磁界レンズの上方に設けられる第１の像回転レンズと、
前記第３の磁界レンズからの磁場内で、かつ、前記第４の磁界レンズの上方に設けられる第２の像回転レンズと、を備え、
前記第１の像回転レンズによって生じる像倍率の変化と前記第２の像回転レンズによって生じる像倍率の変化を加味した総合倍率は所定値に維持されることを特徴とする電子線露光装置。
【請求項２】
前記第１の像回転レンズおよび前記第２の像回転レンズの光軸方向での位置は、前記総合倍率が前記所定値に維持されるように設定される請求項１記載の電子線露光装置。
【請求項３】
前記第１の像回転レンズおよび前記第２の像回転レンズの励磁電流は、前記総合倍率が前記所定値に維持されるように制御される請求項１または２記載の電子線露光装置。
【請求項４】
前記第１の磁界レンズおよび前記第２の磁界レンズの軸上磁場の極性と前記第３の磁界レンズおよび前記第４の磁界レンズの軸上磁場の極性は、互いに逆極性となるように設定され、前記第１の像回転レンズで発生する軸上磁場の極性と前記第２の像回転レンズで発生する軸上磁場の極性は、互いに同極性になるように設定される請求項１から３のいずれかに記載の電子線露光装置。
【請求項５】
前記第１の磁界レンズおよび前記第２の磁界レンズの軸上磁場の極性と前記第３の磁界レンズおよび前記第４の磁界レンズの軸上磁場の極性は、互いに同極性となるように設定され、前記第１の像回転レンズで発生する軸上磁場の極性と前記第２の像回転レンズで発生させる軸上磁場の極性は、互いに逆極性となるように設定される請求項１から３のいずれかに記載の電子線露光装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の電子線露光装置を用いて、被露光対象に露光を行う工程と、露光された前記被露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハの被露光面における描画パターンの回転誤差を補正する電子線露光装置およびその電子線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。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスの集積度の向上により微細化されたパターンを高速に露光する露光装置が必要とされている。解像性能に優れた電子線露光装置は微細パターンの描画であるが、スループット性能の点で従来の光露光装置に比べ劣っていた。
近年、この欠点を解決するために、マスクに形成されたパターンをウエハ上に転写する転写型電子線露光装置、複数の電子線を用いて同時に描画するマルチ・ビーム電子線露光装置が開発されている。これらの装置の特徴は、広い露光面積もしくは描画領域が得られるために、処理能力が高くなる。
しかし、露光面積が広くなると、繋ぎ精度に対する露光領域の回転誤差の影響が敏感になり、回転角の設定精度を向上させる必要がある。
そこで、例えば、特開２００４−１９３１５７号公報（特許文献１）にて電子線露光装置における像回転の補正方法が提案され、像回転レンズを照射系の瞳面位置に配置することで像回転レンズの強度を変化させても倍率が常に一定の値に維持できる。
【特許文献１】特開２００４−１９３１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような従来の電子線露光装置における像回転レンズは、磁界レンズ間に比較的空間に余裕がある場合には配置が可能である。
しかし、近年、転写型露光装置に用いられている磁気ダブレット・レンズの場合、設定倍率が磁気ダブレット・レンズを構成している２段の磁界レンズの設定焦点距離に比で決定される。クーロン効果によるビームボケ量を考慮し物像間距離をできるだけ短く設計する必要があるため、高倍率のダブレット・レンズの場合、下段磁界レンズの設定焦点距離が２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度になる。
また、対称型磁気ダブレット・レンズでは、上下段の磁極のギャップ長、内径の比が倍率値に設定する必要があるため、下段磁界レンズ磁極の内径を小さくする必要がある。従って、この光学系の瞳面位置は下段磁界レンズの磁極の中に回転レンズを配置することになる。また、その個所には偏向器や偏向時の動的補正器を配置する必要があるために、回転コイルを配置する空間に確保することが難しい。
そこで、本発明は、上段側に配置された第１の磁界レンズおよび下段側に配置された第２の磁界レンズの磁気ダブレット・レンズから成る縮小電子光学系と、上段側に配置された第３の磁界レンズおよび下段側に配置された第４の磁界レンズの磁気ダブレット・レンズから成る対物電子光学系と、を有する電子線露光装置するにおいて、像回転補正時においても総合倍率が所定値を維持し、ウエハ上の像面位置及び像倍率の変化が生じない電子線露光装置およびその電子線露光装置を用いるデバイス製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために本発明の電子線露光装置は、電子線を用いて被露光面にパターンを露光する電子線露光装置において、
上段側に配置された第１の磁界レンズおよび下段側に配置された第２の磁界レンズを有する第１の電子光学系と、
上段側に配置された第３の磁界レンズおよび下段側に配置された第４の磁界レンズを有し、前記第１の電子光学系の下方に設けられる第２の電子光学系と、
前記第１の磁界レンズからの磁場内で、かつ、前記第２の磁界レンズの上方に設けられる第１の像回転レンズと、
前記第３の磁界レンズからの磁場内で、かつ、前記第４の磁界レンズの上方に設けられる第２の像回転レンズと、を備え、
前記第１の像回転レンズによって生じる像倍率の変化と前記第２の像回転レンズによって生じる像倍率の変化を加味した総合倍率は所定値に維持されることを特徴とする。
さらに、本発明の電子線露光装置は、前記第１の像回転レンズおよび前記第２の像回転レンズの光軸方向での位置は、前記総合倍率が前記所定値に維持されるように設定される。
【０００５】
さらに、本発明の電子線露光装置は、前記第１の像回転レンズおよび前記第２の像回転レンズの励磁電流は、前記総合倍率が前記所定値に維持されるように制御される。
さらに、本発明の電子線露光装置は、前記第１の磁界レンズおよび前記第２の磁界レンズの軸上磁場の極性と前記第３の磁界レンズおよび前記第４の磁界レンズの軸上磁場の極性は、互いに逆極性となるように設定され、前記第１の像回転レンズで発生する軸上磁場の極性と前記第２の像回転レンズで発生する軸上磁場の極性は、互いに同極性になるように設定される。
さらに、本発明の電子線露光装置は、前記第１の磁界レンズおよび前記第２の磁界レンズの軸上磁場の極性と前記第３の磁界レンズおよび前記第４の磁界レンズの軸上磁場の極性は、互いに同極性となるように設定され、前記第１の像回転レンズで発生する軸上磁場の極性と前記第２の像回転レンズで発生させる軸上磁場の極性は、互いに逆極性となるように設定される。
さらに、本発明のデバイス製造方法は、前記電子線露光装置を用いて、被露光対象に露光を行う工程と、露光された前記被露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の電子線露光装置によれば、上段側に配置された第１の磁界レンズおよび下段側に配置された第２の磁界レンズを有する第１の電子光学系と、上段側に配置された第３の磁界レンズおよび下段側に配置された第４の磁界レンズを有し、前記第１の電子光学系の下方に設けられる第２の電子光学系と、前記第１の磁界レンズからの磁場内で、かつ、前記第２の磁界レンズの上方に設けられる第１の像回転レンズと、前記第３の磁界レンズからの磁場内で、かつ、前記第４の磁界レンズの上方に設けられる第２の像回転レンズと、を備え、
前記第１の像回転レンズによって生じる像倍率の変化と前記第２の像回転レンズによって生じる像倍率の変化を加味した総合倍率は所定値に維持されるため、像回転補正時においても総合倍率が所定値を維持し、ウエハ上の像面位置及び像倍率の変化が生じない。
さらに、本発明の電子線露光装置によれば、前記第１の像回転レンズおよび前記第２の像回転レンズの光軸方向での位置は、前記総合倍率が前記所定値に維持されるように設定されるため、縮小電子光学系および対物電子光学系の非点収差と倍率色収差の非等方成分を減少することができる。
さらに、本発明の電子線露光装置によれば、前記第１の像回転レンズおよび前記第２の像回転レンズの励磁電流は、前記総合倍率が前記所定値に維持されるように制御されるため、倍率の変化がなく、広範囲の像回転角を補正可能となる。
さらに、本発明の電子線露光装置によれば、前記第１の磁界レンズおよび前記第２の磁界レンズの軸上磁場の極性と前記第３の磁界レンズおよび前記第４の磁界レンズの軸上磁場の極性は、互いに逆極性となるように設定され、前記第１の像回転レンズで発生する軸上磁場の極性と前記第２の像回転レンズで発生する軸上磁場の極性は、互いに同極性になるように設定されるため、縮小電子光学系および対物電子光学系の非点収差と倍率収差の非等方成分を減少することができる。
さらに、本発明の電子線露光装置によれば、前記第１の磁界レンズおよび前記第２の磁界レンズの軸上磁場の極性と前記第３の磁界レンズおよび前記第４の磁界レンズの軸上磁場の極性は、互いに同極性となるように設定され、前記第１の像回転レンズで発生する軸上磁場の極性と前記第２の像回転レンズで発生させる軸上磁場の極性は、互いに逆極性となるように設定されるため、倍率の変化がなく、広範囲の像回転角を補正可能となる。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、前記電子線露光装置を用いて、被露光対象に露光を行う工程と、露光された前記被露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とするため、像回転補正時においても総合倍率が所定値を維持し、ウエハ上の像面位置及び像倍率の変化が生じない。このため、半導体デバイスを効率よく製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【実施例１】
【０００８】
次に、図１を参照して本発明の実施例１の電子線露光装置を説明する。
縮小電子光学系１１は、上段側に配置された第１の磁界レンズ５および下段側に配置された第２の磁界レンズ６の磁気ダブレット・レンズから成り、物面１から射出された電子線３を縮小し、中間像面４に結像する光学系である。上段側に配置された第１の磁界レンズ５の内径は、下段側に配置された第２の磁界レンズ６の内径よりも広い空間を有する。
対物電子光学系１２は、縮小電子光学系１１の下方に設けられ、上段側に配置された第３の磁界レンズ７および下段側に配置された第４の磁界レンズ８の磁気ダブレット・レンズから成り、ウエハ面２に結像させる光学系である。上段側に配置された第３の磁界レンズ７の内径は、下段側に配置された第４の磁界レンズ８の内径よりも広い空間を有する。
上段側に配置された第１の像回転レンズ９は、第１の磁界レンズ５の磁場中で、かつ、第２の磁界レンズ６の上方に設けられる。第１の像回転レンズ９を広い内径空間を有する第１の磁界レンズ５の磁場中に設けるため、第１の像回転レンズ９の励磁コイルの巻き数を多くとることが可能となり、補正可能な像回転角が広がる。
下段側に配置された第２の像回転レンズ１０は、第３の磁界レンズ７の磁場中で、かつ、第４の磁界レンズ８の上方に設けられる。第２の像回転レンズ１０を広い内径空間を有する第３の磁界レンズ７の磁場中に設けるため、第２の像回転レンズ１０の励磁コイルの巻き数を多くとることが可能となり、補正可能な像回転角が広がる。
図示されない制御手段は、第１の像回転レンズ９によって生じる像倍率の変化と第２の像回転レンズ１０によって生じる像倍率の変化を加味した総合倍率が所定値を維持するように制御する。第１の像回転レンズ９と第２の像回転レンズ１０の光軸方向の位置は、総合倍率が所定値を維持するように配置される。さらに、図示されない制御手段は、総合倍率が所定値を維持するように第１の像回転レンズ９および第２の像回転レンズ１０の励磁コイルの励磁電流を制御する。
【０００９】
第１の像回転レンズ９および第２の像回転レンズ１０による総合倍率Ｍｔは下式で示される。
Ｍｔ= ( Ｍ１ + ΔＭ１)（Ｍ２＋ΔＭ２）=  
Ｍ１＊Ｍ２＋Ｍ１ΔＭ２＋Ｍ２ΔＭ１＋ΔＭ１ΔＭ２・・・ (数式１)
ここで、Ｍ１は縮小光学系の所望の設定倍率、Ｍ２は対物光学系の所望の設定倍率、ΔＭ１、ΔＭ２は２つの像回転コイルによる像倍率変化を示す。
ΔＭ１ΔＭ２＝０が考えられるから、
Ｍｔ＝Ｍ１＊Ｍ２＋Ｍ１ΔＭ２＋Ｍ２ΔＭ１・・・（数式２）
Ｍｔが変化しない条件は
Ｍ１ΔＭ２＝−Ｍ２ΔＭ１・・・（数式３）
図３より第１の像回転レンズ９および第２の像回転レンズ１０の励磁電流（Ｉｃｏｉｌ１、２）と倍率変化の関係は、次式で示される。
ΔＭ１＝Ｋ１＊Ｉｃｏｉｌ１、ΔＭ２＝−Ｋ２＊Ｉｃｏｉｌ２・・・
（数式４）
総合倍率Ｍｔが不変となる条件が得られる第１の像回転レンズ９および第２の像回転レンズ１０の励磁電流比は、（数式３）、（数式４）より
Iｃｏｉｌ１／Iｃｏｉｌ２＝−（Ｍ１＊Ｋ２）／（Ｍ２＊Ｋ１）・・・
（数式５）となる。
従って、第１の像回転レンズ９および第２の像回転レンズ１０の設定励磁比を数式５で示される値を維持した状態で、第１の像回転レンズ９および第２の像回転レンズ１０の励磁電流を図示されない制御手段により可変することで、ウエハ面２上での像回転角を調整することが可能となる。
【００１０】
次に、図２を参照して縮小電子光学系１１および対物電子光学系１２の軸上磁場１１ａ，１２ａと上段側に配置された第１の像回転レンズ９および下段側に配置された第２の像回転レンズ１０の軸上磁場９ａ，１０ａを説明する。
図示されない制御手段は、総合倍率が所定値を維持するように、縮小電子光学系１１を構成する第１の磁界レンズ５および第２の磁界レンズ６で発生する軸上磁場１１ａの極性と対物系電子光学系１２を構成する第３の磁界レンズ７および第４の磁界レンズ８で発生する軸上磁場１２ａの極性を互いに逆極性に設定し、かつ、第１の像回転レンズ９と第２の像回転レンズ１０で発生させる軸上磁場９ａと磁場１０ａを互いに同極性に設定する。
これは、理論的には、対称型磁気ダブレット・レンズである第１の磁界レンズ５、第２の磁界レンズ６および第３の磁界レンズ７、第４の磁界レンズ８においては、軸外収差の非等方成分と像歪曲収差は相殺される。
しかし、実際の磁気ダブレット・レンズである第１の磁界レンズ５、第２の磁界レンズ６および第３の磁界レンズ７、第４の磁界レンズ８においては、設計上の配置の制限や、機械的誤差等により、前述の軸外収差の非等方成分や像歪曲収差が残る。
本実施例１に示したように、上段側あるいは下段側に配置される磁気ダブレット・レンズである第１の磁界レンズ５、第２の磁界レンズ６および第３の磁界レンズ７、第４の磁界レンズ８の磁場を互いに逆極性に設定することで、残存した非等方収差の中で非点収差と倍率色収差が上段側あるいは下段側に配置されるダブレット・レンズ第１の磁界レンズ５、第２の磁界レンズ６および第３の磁界レンズ７、第４の磁界レンズ８で相互に打ち消しあう効果がある。その結果、縮小電子光学系１１および対物電子光学系１２の収差量が低減し、解像性能が向上する。
ここで、図示されない制御手段は、総合倍率が所定値を維持するように、縮小電子光学系１１を構成する第１の磁界レンズ５および第２の磁界レンズ６で発生する軸上磁場の極性と対物系電子光学系１２を構成する第３の磁界レンズ７および第４の磁界レンズ８で発生する軸上磁場の極性を互いに同極性になるように設定し、かつ、上段側に配置される第１の像回転レンズ９と下段側に配置される第２の像回転レンズ１０で発生する軸上磁場９ａと軸上磁場１０ａを互いに逆極性になるように設定してもよい。
【００１１】
次に、図３を参照して本発明の実施例１を構成する上段側に配置された第１の像回転レンズ９および下段側に配置された第２の像回転レンズ１０の補正特性を説明する。
図３の横軸は、第１の像回転レンズ９および第２の像回転レンズ１０の励磁強度を示し、縦軸は像回転角度と倍率の変化を示す。第１の像回転レンズ９および第２の像回転レンズ１０の励磁強度を変化させると、その値に比例して像回転角は変化する。
一方、倍率は上段の第１の像回転レンズ９の回転コイル９ｂは比例して変化するが、下段側に配置された第２の像回転レンズ１０の回転コイル１０ｂは逆比例の関係である。
これは図２に示された縮小電子光学系１１の軸上磁場１１ａと上段側に配置された第１の像回転レンズ９の軸上磁場９ａは互いに同極性であるために、第１の像回転レンズ９の励磁強度を増加させると、中間像面４の位置が物面１側に移動し、縮小電子光学系１１および対物電子光学系１２の総合倍率が小さくなる。
一方、下段側に配置された第２の像回転レンズ１０の回転コイル１０ｂの軸上磁場１０ａは対物電子光学系１２の軸上磁場１２ａと互いに逆極性であるために、ウエハ面２の位置を固定した状態で、第２の像回転レンズ１０の回転コイル１０ｂの励磁強度を増加すると中間像面４がウエハ面２側に移動し、総合倍率が増加する。
像回転角は第１の像回転レンズ９および第２の像回転レンズ１０の軸上磁場９ａと軸上磁場１０ａが互いに同極性であるために、像回転角の変化が同一傾向を示す。
このような特性より、上段側に配置された第１の像回転レンズ９および下段側に配置された第２の像回転レンズ１０の倍率の変化を打ち消し、かつ，上段側に配置された第１の像回転レンズ９および下段側に配置された第２の像回転レンズ１０の補正像回転角が２段の像回転角が加算され広い範囲を補正することが可能となる。
【実施例２】
【００１２】
次に、図４を参照して本発明の実施例２の電子線露光装置を説明する。
第１の像回転レンズ９の位置が、第１の磁界レンズ５よりも上方に位置し、また、第２の像回転レンズ１０の位置が、第４の磁界レンズ８よりも上方ではあるが、第３の磁界レンズ７よりも下方に位置する点が、本発明の実施例１とは異なる。
【実施例３】
【００１３】
次に、本発明の実施例３として、上記実施例１の電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４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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１の電子線露光装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１の電子線露光装置を構成する縮小電子光学系および対物電子光学系の軸上磁場及び第１の像回転レンズおよび第２の像回転レンズの軸上磁場を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の電子線露光装置を構成する第１の像回転レンズおよび第２の像回転レンズの励磁強度と像回転角度と倍率の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例２の電子線露光装置の構成図である。
【図５】本発明の実施例１の電子ビーム露光装置を用いた本発明の実施例３の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】
【００１５】
１  縮小対物系の物面位置  ２  ウエハ面
３  電子線  ４  中間像面
５  第１の磁界レンズ  ６  第２の磁界レンズ
７  第３の磁界レンズ  ８  第４の磁界レンズ
９  第１の像回転レンズ  
９ａ  第１の像回転レンズの軸上磁場  ９ｂ  回転コイル    
１０  第２の像回転レンズ  
１０ａ  第２の像回転レンズの軸上磁場  １０ｂ  回転コイル
１１  縮小電子光学系  １１ａ  縮小電子光学系の軸上磁場
１２  対物電子光学系  １２ａ  対物電子光学系の軸上磁場
【図１】
2007019249.tif 000003
【図２】
2007019249.tif 000004
【図３】
2007019249.tif 000005
【図４】
2007019249.tif 000006
【図５】
2007019249.tif 000007