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電子ビーム露光装置

国内特許コード P09S000201
整理番号 725
掲載日 2009年5月15日
出願番号 特願2007-516201
登録番号 特許第4945763号
出願日 平成17年11月18日(2005.11.18)
登録日 平成24年3月16日(2012.3.16)
国際出願番号 JP2005021299
国際公開番号 WO2006123447
国際出願日 平成17年11月18日(2005.11.18)
国際公開日 平成18年11月23日(2006.11.23)
優先権データ
  • 特願2005-144049 (2005.5.17) JP
発明者
  • 木村 建次郎
  • 小林 圭
  • 山田 啓文
  • 松重 和美
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 電子ビーム露光装置
発明の概要

本発明の電子ビーム露光装置は、二次元の光パターン(13)を発生するためのプロジェクター(8)と、入射された光パターン(13)に基づく電子ビームアレイを生成し、その電子ビームアレイを増幅し、増幅電子ビームアレイ(14)として出射するためのマイクロチャネルプレート(11)と、増幅電子ビームアレイ(14)を集束するための電子ビームレンズ部(12)とを有する。上記電子ビーム露光装置は、電子ビームによる露光によって、より微細加工されて性能が向上した半導体素子を製造できる。また、上記電子ビーム露光装置は、上記露光を二次元パターンによる一括露光できるから、上記製造を低コスト化できる。

従来技術、競合技術の概要
【0002】
現在、半導体素子の性能は、図12に示すように、半導体リソグラフィー技術による微細加工の精度(つまり、最小加工寸法の低減化)に委ねられているといっても過言ではない。これまでの可視光帯域の光(電磁波)を利用したリソグラフィー技術による微細加工は、その光の波長に依存して解像度が決まる。このため、微細加工のより微細化を進めるためには、図13に示すように、可視光領域からEUV(Extreme Ultra Violet rays、極紫外線)やX線などの、より短波長帯域の光を利用する必要があった。
【0003】
しかし、それらの短波長帯域の光は、その光の発生装置の実現や光ビームの縮小などに用いる光学系の実現が容易ではない。
【0004】
このことから、発生や制御が比較的容易である電子ビーム(電子線)を半導体リソグラフィー技術による微細加工に用いることが考えられた。
【0005】
しかしながら、電子ビームを用いた既存の半導体製造(リソグラフィー)装置は、一本の電子ビームにて、半導体素子の回路パターンを直接描画するので、高集積度の半導体素子における回路パターンの全てを描画するのに多大な露光時間(数時間から数十時間)を要することが問題であった。つまり、光の波長に依存した微細加工限界を打ち破る電子ビーム露光方式は、”一筆書き”の一次元的な露光方式であるが故に直接ウェハー全体を露光するには多大な露光時間を要し、実用的でないという問題を生じている。
【0006】
近年、電子ビームを用いた露光方法において、露光時間を短縮化するために、上記パターンを一括描画する二次元電子ビームによる一括露光方法が開発されている。そのような二次元電子ビーム一括露光方式としては、SCALPEL方式(AT&T)や、PRIVAIL方式(IBM)が提案されている。
【0007】
SCALPEL方式では、図14(a)に示すように、メンブレン32aの表面上にパターン化された散乱部32bを備えるレチクル32に対し、電子ビーム31を照射する。出射電子ビームを電子レンズ33およびバックフォーカルプレーンフィルタ34を有する光学系により電子線レジストを塗布した金属薄膜35に照射・露光して上記パターンの回路を形成する方式である。SCALPEL方式については、特許文献1にも記載されている。
【0008】
PRIVAIL方式においては、図15(a)および図15(b)に示すように、前記パターンに応じた空孔44aを形成したSi基板44をレチクルとして用い、上記Si基板44に電子ビーム41を照射する。このとき、空孔44aを通過した電子ビーム41を、光学系を用いて、電子線レジストが塗布された金属薄膜を備えたウェハー47上にそれぞれ照射・露光する方式である。上記光学系としては、電子レンズ42、電子ビーム軸偏向用ヨーク43aを備えたイルミネーションレンズ43、コリメーションレンズ45、およびコントラストアパーチャ46を備えたプロジェクションレンズ46が挙げられる。ただし、PRIVAIL方式は、図15(c)に示すような、中空の部分を備えたSi基板44を作製できないという不都合を有している。PRIVAIL方式については、特許文献2にも記載されている。
【特許文献1】
米国特許第5,260,151号(Date of Patent:1993年11月09日)
【特許文献2】
米国特許第5,466,904号(Date of Patent:1995年11月14日)
産業上の利用分野
【0001】
本発明は、LSIといった半導体装置の製造において、上記半導体装置における半導体素子の微細加工が可能な、電子ビーム露光装置に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 二次元の光パターンを発生するための光パターン発生部と、
入射された前記光パターンに基づく電子ビームアレイを生成し、前記電子ビームアレイを増幅し、増幅電子ビームアレイとして一括出射するための電子増幅部と、
前記増幅電子ビームアレイを、電子線レジスト上に集束するための電子ビームレンズ部と、を有し、
前記増幅電子ビームアレイは、複数の各マイクロ電子ビームを集合したものであり、
前記電子増幅部は、電子を増幅する、筒状のマイクロチャネルを、前記マイクロチャネルの軸方向を前記光パターンの光軸方向に対し沿うように、複数、それぞれ、前記光軸方向に対し直交する方向に互いに平行に隣り合って形成して、
前記複数の各マイクロ電子ビームは、互いに離間しており、かつ、前記光パターンの光路方向に沿っていることを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項2】 前記電子ビームレンズ部は、さらに、前記増幅電子ビームアレイを、加速、アライメントおよび投影することの、少なくとも一つをできるようになっている請求項1に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項3】 前記マイクロチャネルの直径が、1μm~100μmであり、前記マイクロチャネルの直径に対する長さの比(L/d)が、20~200である請求項1に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項4】 前記電子増幅部は、前記光パターンの入射側に、入射してくる光子を電子に変換して出射する光電膜を備えている請求項1に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項5】 前記光パターン発生部は、前記電子増幅部における光パターンの入射部において多光子励起状態とするためのフェムト秒レーザと、上記フェムト秒レーザからのレーザ光を前記二次元の光パターンにて反射するためのマイクロミラーアレイ部とを有している請求項1に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項6】 さらに、前記増幅電子ビームアレイによって描画されたパターンに生じる歪を低減するように前記光パターンを補正するための補正部を有している請求項1に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項7】 前記補正部は、前記光パターン発生部を制御して、前記増幅電子ビームアレイに生じる歪を相殺するように逆歪光パターンを生成するための逆歪光パターン生成部を備えている請求項6に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項8】 前記補正部は、前記光パターン発生部を制御して、前記光パターンを、互いに補間し合う複数の分割光パターンをそれぞれ生成するための分割光パターン生成部を備えており、
前記複数の分割光パターンに基づく、互いに隣り合う各マイクロ電子ビームの間隔は、前記光パターンに基づく、互いに隣り合う各マイクロ電子ビームの間隔より広いものである請求項6に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項9】 さらに、前記電子増幅部からの増幅電子ビームアレイの出射角度のバラツキを抑制するため、電子増幅部の出射側にグリッド状静電レンズ部を有している請求項1に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項10】 前記マイクロチャネルは、前記電子増幅部からの増幅電子ビームアレイの出射角度のバラツキを抑制するように、前記増幅電子ビームアレイの出射口側端部の内周面が、前記マイクロチャネルの出射端に向かって末広がりとなるように形成されている請求項に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項11】 前記マイクロチャネルは、前記増幅電子ビームアレイの電子を間欠的に出射するものである請求項に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項12】 前記補正部は、前記各分割光パターンをそれぞれ時分割にて生成するものである請求項8に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項13】 前記光パターン発生部は、二次元パターンデータから前記二次元の光パターンを発生するものである請求項1に記載の電子ビーム露光装置。
【請求項14】 前記二次元の光パターンは、半導体素子の回路パターンに応じたものである請求項1に記載の電子ビーム露光装置。
産業区分
  • 固体素子
  • 電子管
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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