JP2005533365A - マスクレスの光子−電子スポット格子アレイ印刷装置 - Google Patents

Abstract

レチクル又は半導体ダイの層に記録されるべきパターンを表わす像が、電子ビームで基板を走査することにより形成されるような高解像度・高データレートのスポット格子アレイ印刷システムが提供される。実施形態は、複数の実質的に平行な光ビームで光子−電子コンバータを照射するための光放射源を備えた印刷装置を含み、光ビームは、基板上に記憶されるべき像に対応するように個々に変調される。光子−電子コンバータは、変調された光ビームに対応する電子ビームのアレイで構成された中間像を生み出す。中間像のサイズを減少するために光子−電子コンバータと基板との間に縮小装置が介在される。可動段は、電子ビームで基板を走査するように基板と光子−電子コンバータとの間に相対的移動を導入する。

Description

発明の分野

本発明は、マスクレスの光子−電子スポット格子アレイリソグラフィーシステムに係る。本発明は、半導体基板の像形成を行なうリソグラフィーに特に適用できる。

仮出願からの優先権の主張

本出願は、米国プロビジョナル特許出願第６０／３３１，０３５号から優先権を主張するものである。

フォトリソグラフィーとは、半導体デバイスに像を形成する技術である。通常、マスク又は「レチクル」に形成された像が半導体基板又はウェハに転写され、そこで、基板上に積層されたレジストを露光する。半導体基板上に益々小さい特徴部をパターン化することが望まれるが、これには、パターンの像形成に用いる益々短い波長の光を使用することが要求される。深紫外線（ＵＶ）波長の光を用いる光学リソグラフィーシステムは、約０．２５ミクロンの解像度でパターンを生成する。１９３ｎｍまで波長が更に減少すると、０．１８ミクロン及び０．１３ミクロンの解像度でパターンを像形成することができる。解像度を更に改善するには、もっと短い波長が必要であり、０．１ミクロン以下の解像度でパターンを像形成するために、更に短い波長の電子ビームを用いた多数のシステムが提案されている。

例えば、ＳＣＡＬＰＥＬ（Ｌ．Ｒ．ハリオット、Ｓ．Ｄ．バーガー、Ｊ．Ａ．リドル、Ｇ．Ｐ．ワトソン及びＭ．Ｍ．ムクロッチャン、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｂ１２、３５３３（１９９４年））における電子ビームマスク投影は、電子が照射される散乱マスクを使用して基板をパターン化する。このようなシステムは、高い解像度を可能にするが、多数の特殊なマスクを形成する必要があり、多数の電子レンズを含む必要があり、且つビーム内の個々の粒子間の確率論的クーロン相互作用が最終的に制限されるという制約がある。

慣習的な深紫外線縮小スキャナ−ステッパをベースとし、４Ｘマスクを使用するハイブリッド型光子−電子アレイ印刷装置が、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー、Ｂ１６（６）、１９９８年１１月／１２月、第３１７７ページの「High throughput electron lithography with multiple aperture pixel by pixel enhancement of resolution concept」に説明されている。この提案では、マイクロレンズアレイにより形成された１０６−１０８本の光学サブビームにより４Ｘマスクが照射される。縮小の後に、これらサブビームは、光子−電子コンバータプレートに収束される。各光子サブビームは、電子の細いビームの放出をトリガーする。電子ビームは、ウェハに個々に収束される。マスク及びウェハの両方が多数のビームにより走査され、ウェハ全体が露光される。光学像形成システムの使用は、像の形成を簡単化し、最終的な電子パターン化の使用は、解像度の改善を与える。更に、この概念は、ＳＣＡＬＰＥＬシステムに存在するクーロン相互作用の固有の問題を克服する。

不都合なことに、縮小設計ルールや、ＯＰＣ（光学的接近補正）及びＰＳＭ（位相シフトマスク）等のＲＥＴ（解像度向上技術）の広範囲な使用のために、像投影システムに使用されるマスクは、製造が益々困難及び高価なものとなっている。電子投影システムのためのマスクも、製造が非常に困難で且つ高価なものとなっている。集積回路の製造に必要な多数のパターンを形成するために多数のマスクが必要であるので、マスクを形成する際の時間遅れや、マスク自体が高価であることは、半導体製造において著しいコストとなる。これは、マスクのコストをデバイスの数に対して償却できない少量のデバイスの場合に特に言えることである。従って、高価なマスクの必要性を排除しながら半導体チップを製造するための高速装置を提供することが要望される。又、光学的リソグラフィーで得ることのできる解像度を改善することも要望される。更に、このような装置は、プロートタイプデバイスの生産のように少数の基板を直接パターン化したり、マスクを形成したりするのに有用であろう。

従って、電子像形成システムの高い解像度と、光学システムの簡単さ及び速度と、マスク又は大量並列書き込みシステムの高いスループットとを有するが、マスクの要件を伴わないハイブリッド型光子−電子システムを開発することが要望される。

発明の概要

本発明は、マスクレスの光子−電子スポット格子アレイリソグラフィーシステムを提供する。本発明によれば、空間光変調器（ＳＬＭ）アレイにより変調された光ビームの大きなアレイによりパターンが形成される。光ビームは、光子−電子コンバータに収束され、該コンバータは、電子ビームの対応するアレイを形成する。電子ビームは、基板に収束されて、電子感知レジストが積層された基板に希望のパターンを露光する。

本発明によれば、上記及び他の効果は、実質的に平行な光ビームのアレイを発生するステップと、個々の光ビームを変調して、基板上に記録されるべき像のサンプリングに対応するスポット格子パターンを形成するステップと、上記変調された光ビームを電子ビームへと変換して、電子ビームの対応スポット格子パターンを与えるステップと、上記発生、変調、変換及び走査ステップが実行される間に電子ビームに対して基板を走査して、基板に像が記録されるようにするステップとを備えた印刷方法により一部分達成される。

本発明の別の効果は、可動ステージにおける機械的な不正確さを補償するステップにある。

本発明の付加的な効果は、当業者であれば、本発明の好ましい実施形態のみを図示して説明した以下の詳細な説明から容易に明らかであろうが、これは、本発明を実施するために意図された最良の態様を単に例示するに過ぎない。明らかに、本発明は、他の及び異なる実施形態も考えられ、その多数の細部は、全て、本発明から逸脱せずに種々の明らかな観点において変更が可能である。従って、添付図面及び説明は、本発明を説明するためのもので、本発明をこれに限定するものではない。

全体を通じて同じ要素が同じ参照番号で示された添付図面を参照する。

発明の説明

本発明は、マスクレス直接書き込みのハイブリッド光学／電子像形成システムを含む印刷装置を提供する。プログラム可能な光学系は、光子−電子コンバータに個々に収束される光ビームの大きなアレイを形成する。収束された光ビームで形成されたスポット格子パターンは、電子ビームの対応スポット格子パターンに変換され、これらは、電子感知レジストが積層された半導体基板に収束されて、スポット格子アレイパターンでレジストを露光する。次いで、基板は、その後のパターンが基板に収束されるときに可動ステージにより電子ビームアレイに対して並進移動され、基板上に最終的な完全な像を作り上げる。

本発明のある実施形態では、本発明の印刷装置の光放射源は、実質的に平行な光ビームのアレイを発生するための光源を備え、プログラム可能な空間光変調器が、光ビームのアレイから光ビームを選択的に変調する。光源からの光を光子−電子コンバータに収束するためのマイクロレンズのアレイが設けられる。光学縮小装置のようなリレー光学系を空間光変調器とマイクロレンズアレイとの間に使用して、光学像のサイズを減少し、空間光変調器からの個々のピクセルをマイクロレンズアレイの対応素子へマップさせてもよい。マイクロレンズは、回折又は屈折マイクロレンズの二次元アレイでよい。光子−電子コンバータは、それに入射する光学像に対応するスポット格子アレイ電子像を、著しく縮小したスポットサイズで生み出す。この電子層は、次いで、適当な電子レンズで基板に収束される。

可動ステージは、電子ビームアレイの１つの軸に対して若干傾斜された実質的に直線的な走査方向に電子ビームアレイに対して基板を移動し、基板がその傾斜された電子ビームアレイを横切って走査されるときに基板の表面が完全に露光されるようにする。本発明の種々の実施形態において、可動ステージ及びアレイの構成は、重畳するパターン、重畳しないパターン、冗長性を与えるパターン、及び種々の程度のインターリーブを与えるパターンを含む別々の走査パターンを形成する。基板が電子ビームアレイに対して走査されるときに、光学及び電子システムにより発生されるパターンは、希望の最終的及び完全な像を基板上に作り上げるようにプログラムされる。

図１は、本発明の一実施形態による印刷装置を示す。図１を参照すれば、連続波レーザ又はパルスレーザでよい光源１０５は、光放射を供給し、これは、コリメートレンズ１１０によりコリメートされ、次いで、ビームスプリッター１１５により二次元の空間光変調器（ＳＬＭ）１２０へ反射される。

空間光変調器１２０は、光を変調して、希望のパターンに対応する変調光ビームの平行アレイを生み出す。本発明の一実施形態では、ＳＬＭ１２０は、テキサス州ダラスのテキサスインスツルーメンツから入手できるモデルＤＭＤのようなマイクロミラーのアレイで構成される。ＳＬＭ１２０の個々のマイクロミラーは、入力パターンデータ信号１００に応答し、各ＳＬＭ素子（ピクセルとも称される）から光が選択的に反射されて、平行な光ビームの希望のパターンを形成する。平行な光ビームは、ビームスプリッター１１５を通してリレー光学系１２５へと戻される。

リレー光学系１２５は、ＳＬＭ素子の各々をマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）１３０の対応マイクロレンズに像形成する。リレー光学系１２５は、ＳＬＭ１２０に対してマイクロレンズアレイ１３０の好ましい小さなサイズに対応するように光学パターンの全体的なサイズを縮小するのが好ましい。しかしながら、一般的に、リレー光学系１２５の機能は、ＳＬＭ１２０により生み出された光スポット格子パターン（「第１中間パターン」と称される）をマイクロレンズアレイ１３５にマップさせることである。従って、以下で詳細に述べるように、リレー光学系は、ＳＬＭ１２０及びマイクロレンズアレイ１３５の相対的なサイズにより要求されたときには１Ｘ以上の拡大を与えてもよい。

マイクロレンズアレイ１３０は、１つのマイクロレンズがＳＬＭ１２０の各素子に対応するようなマイクロレンズのアレイで構成される。各マイクロレンズは、それに入射する光ビームを、光子−電子コンバータ１４５の表面の光スポット１４０に収束させる。従って、格子−電子コンバータ１４５の表面に形成された光スポット格子パターン（「第２中間パターン」と称される）は、その全体的なサイズがリレー光学系１２５により拡大（又は縮小）されると共に、個々のビームのサイズがマイクロレンズアレイ１３０の収束作用により小さなスポットへ減少されたことを除くと、第１中間パターンに対応する。

光子−電子コンバータ１４５に収束されたスポット１４０は、ビーム間のクロストーク又は干渉を防止するために互いに充分に分離される。好ましい実施形態では、光子−電子コンバータ１４５は、入射光ビームに応答して電子ソース１５０のアレイを発生するフォトカソードで構成される。従って、光子−電子コンバータ１４５により生み出された電子ソースのスポット格子パターン（第３中間パターンと称される）は、光子−電子コンバータ１４５の表面に収束された第２中間パターンに対応する。

電子光学系１５５は、光子−電子コンバータ１４５の個々の電子ソースから現われる電子を基板１６０上のポイントに収束させる。その結果、スポット格子パターンが基板１６０上に像形成される（第４中間パターンと称される）。以下に述べる実施形態では、電子光学系１５５の異なる形態が設けられ、これらは、第３中間パターンと第４中間パターンの像サイズ間に種々の縮小程度を与えるものである。（図１Ａ−図１Ｄ及びそれに対応する説明を参照されたい。）しかしながら、全ての場合に、第４中間パターンのスポットは、ＳＬＭ１２０により発生された第１中間パターンのスポットに対してサイズが著しく減少される。好ましい実施形態では、基板１６０上に電子で像形成されるスポット１６５のサイズは、典型的な大きさが２５ナノメーターである。スポットサイズのこの著しい減少により本発明の解像度改善が生じる。

電子光学系１５５の別の実施形態が図１Ａに示されている。図１Ａに示された別の実施形態では、電子光学系１５５は、アパーチャー１７０のアレイと、アインツェルレンズ１７２のアレイとを備えている。アインツェルレンズは、電子ビームを収束するための静電レンズとして良く知られている。図１Ａに示されたように、アインツェルレンズは、３枚の平行プレートより成り、上下のプレート（１７２Ａ及び１７２Ｃ）が同じ電位を有する。電子ビームは、３枚の各プレートに形成されたホールを貫通し、基板１６０上のスポットへと収束される。この実施形態では、基板１６０上の隣接スポット間の間隔は、光子−電子コンバータ１４５に入射する光スポット間の対応間隔に等しいが、個々のスポットのサイズは著しく減少されて、解像度の著しい改善となっている。

光子−電子コンバータ１４５の別の実施形態が図１Ｂに示されている。この別の実施形態では、マイクロレンズアレイ１３０により発生された第２中間パターンが、マイクロティップ７４の対応アレイに収束される。電子顕微鏡の電子ソースとして使用されるもののような光学的に活性化されるマイクロティップは、物理的に小さくて先鋭に方向付けされた電子ソースである。各マイクロティップは、入射する光学照射に応答して電子を発生し、電子ソースのサイズは、マイクロティップの物理的サイズにより決定される。これらソースの「ティップのティップ」は、顕微鏡的に小さなものであり、マイクロティップの電子放出ティップの物理的サイズは、マイクロティップに入射する光スポットのサイズより遥かに小さい。従って、第３中間パターンのスポットサイズは、第２中間パターンよりも遥かに小さい。それ故、この実施形態では、マイクロティップは、スポットサイズの著しい減少及びそれに対応する解像度の改善を与える。マイクロティップソース１７４のアレイからの電子は、電子光学系１５６により電子ビーム１７６のアレイへと収束され、これは、基板１６０に第４中間パターンを形成する。電子光学系１５６は、個々のマイクロティップから生じる電子を収束すると共にそれらを基板１６０に向って加速しなければならない。このような電子光学系は、良く知られており、例えば、均一な磁界を静電界と結合してその両方をｚ軸（基板の表面に直角）に沿って整列させたもので構成されてもよい。

電子光学系１５５の別の実施形態が図１Ｃに示されている。この実施形態では、電子光学系１５５は、例えば、電子顕微鏡の分野で良く知られた縮小レンズ１８０を備えている。この実施形態では、縮小により、第４中間パターンの全体的サイズ、隣接スポット間の距離及び個々のスポットのサイズが減少される。個々のスポットサイズの減少は、解像度を改善する。しかしながら、この実施形態では、広い視野の対物光学系の設計を必要とし、これは、歪で悩まされることがある。

電子光学系１５５の別の実施形態が図１Ｄに示されている。図１Ｄの実施形態は、電子偏向アレイ１９０をマイクロ電子レンズアレイ１９２と結合して使用するものである。電子偏向アレイ１９０は、更に、図１Ｅにも示されており、電子ビームの各々をポイント「ｆ」へ偏向するための四極偏向器のアレイで構成される。図示されたように、電子偏向アレイ１９０は、個々の電子ビームを通過するためのアパーチャーのアレイと、各アパーチャーの周りに配置された４つの静電プレート１９３ａ、１９３ｂ、１９３ｃ及び１９４ｄとを備えている。ポイントｆを通して電子ビームを偏向するために各プレートに電圧信号が印加される。図１Ａに示されたアインツェルレンズ１７２のアレイと構造的に同様の各マイクロ電子レンズアレイ１９２は、電子ビームを再コリメートして縮小像を形成するように配置される。即ち、第４中間パターンは、全体的なサイズが小さく、且つ第３中間像に対して個々のスポットサイズも小さい。従って、この偏向アレイを使用すると、図１Ｃのように広い視野の対物系を設計する必要なく、スポットサイズ及びスポット間距離（全体的な像サイズ）の両方が減少される。

基板１６０を支持する機械ステージ１６７が図１に示されている。機械ステージ１６７は、第４中間パターンの電子ビームアレイの軸ｙの１つに実質的に平行なｙ方向に基板１６０を並進移動する。平行からのずれは、基板１６０がビームアレイに対して並進移動され且つビームアレイが逐次のスポット格子パターンを形成するように変調されたときに、スポット格子パターンが、機械的交差走査方向（ｘ方向）にギャップを残さないようインターレース又はインターリーブするように選択される。このようにして、基板１６０上に完全な像が走査される。この傾斜走査を実施できる方法は多数ある。例えば、ビームは、中心間が１ピクセル巾離間された経路をたどってもよいし、或いはビームが、半ピクセル巾離間された経路をたどり且つ隣接トラック上のスポットがｙ軸に沿って半ピクセル巾（又はそれ以下）だけオフセットされて、より密接に詰め込まれたスポットのアレイを基板上に形成してもよい。更に、走査線間に１ピクセル未満のピッチを持つ走査パターンをインターリーブすることもできる。

図２を参照して、本発明の別の実施形態を以下に説明する。図２の印刷装置は、光源１０５及びコリメートレンズ１１０を含む図１の印刷装置の上記要素を備えている。この実施形態では、ＳＬＭ２２０は、パターンデータ信号１００に応答して、ＳＬＭ１２０と同様にビームの平行アレイを変調する選択的透過空間光変調器である。即ち、各素子又はピクセルに入射する光は、そのピクセルに対するオン又はオフ状態に対応して選択的に透過又は阻止される。この機能に適したマイクロシャッターのアレイが、「A proposal for maskless, zone-plate-array nanolithography」、スミス、ヘンリーＩ、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏ．Ｂ１４（６）、１９９６年１１月／１２月、及び１９９９年５月４日にヘンリーＩ．スミス氏に発行された「Maskless Lithography Using a Multiplexed Array of Fresnel Zone Plates」と題する米国特許第５，９００，６３７号に説明されている。

図２を参照すれば、ＳＬＭ２２０からの光ビーム２２５は、ビーム整形装置２３０により整形され、該整形装置は、ビームを狭めてから、収束光学系２３５へ伝送する。収束光学系２３５は、各ビームを光学縮小装置２４０に収束するためのマイクロレンズで構成される。収束光学系２３５は、変調された光ビーム２２５を、ＳＬＭ２２０により生み出されたオリジナル像と実質的に同じサイズの像に収束するが、個々のスポットサイズは相当に減少される。

光学縮小装置２４０は、ＳＬＭ２２０により生み出されたパターンの全像サイズを減少すると共に、個々のスポットサイズも減少する。光学縮小装置２４０は、縮小された像を光子−電子コンバータ１４５の表面に収束する。

図２の構成は、開口数（ＮＡ）が比較的小さいマイクロレンズのような比較的低コストの収束光学系２３５を使用することができる。屈折型又は回折型の標準レンズ又はマイクロレンズといった多数の形式のレンズを収束光学系２３５に使用することができる。これは、巾数十ｃｍ又はそれ以上のＦＯＶを許す。高ＮＡの用途では、マイクロレンズアレイ（通常、巾数十ミクロン）を使用することができる。回折型レンズ素子が使用される場合には、レンズアレイは、回折素子により生じる高い散乱次数を裁断するためにアパーチャーアレイ（即ちピンホールアレイ）を更に含むことができる。回折レンズは、本発明を実施するために、約１３ｎｍの極紫外線（ＥＵＶ）のような短い光波長に関連して使用されたときに特に適している。

マイクロレンズアレイの例は、文献に多数あり、「Microlens array with spatial variations of the optical functions」、ヘスラー氏等、Ｐｕｒｅ Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．６（１９９７年）６７３−６８１、及び「A Microlens Direct-Write Concept for Lithography」、ダビドソン氏、ＳＰＩＥ３０４８、第３４６ページを含む。

更に、マイクロレンズアレイ１３０及び収束光学系２３５のようなここで取り上げるマイクロレンズアレイは、従来の光学技術のように、レンズの単一アレイでもよいし、シリーズに配置された多数のアレイでもよく、従って、個別のアレイからの個々のレンズ素子の光学経路は、複合レンズを形成する。このような構成は、単一レンズのアレイで得ることのできる高い開口数を有する複合レンズのアレイを形成する。このような複合マイクロレンズアレイは、個々のレンズアレイを積み重ねることにより機械的に組み立てることもできるし、或いは例えば良く知られたＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロメカニカルシステム）製造技術により製造することもできる。

回折型光学素子のアレイは、例えば、フレネルゾーンプレートである。これらは、いかなる波長で働くように設計することもでき、フレネルゾーンプレートのアレイは、ゾーン・プレート・アレイリソグラフィー（ＺＰＡＬ）と称されるプロセスでリソグラフィーに使用されている。これらのアレイ及びその使用については、「Lithographic patterning and confocal imaging with zone plates」、ギル氏等、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１８（６）、２０００年１１月／１２月、及び「Maskless, parallel patterning with zone-plate array lithography」、カーター氏等、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１７（６）、１９９９年１１月／１２月に説明されている。一般に、これらの回折型ゾーンプレートアレイは、屈折型光学マイクロレンズアレイに対する適当な代用品である。

図４に示す本発明の別の実施形態では、個々に制御されるレーザのアレイが光源４００として使用されて、ＳＬＭ４０５に入射するビームのアレイを生成する。本発明のこの実施形態では、個々のレーザを希望の強度（即ちグレーレベル）まで変調して、像の書き込みを更に微細に制御することができる。光源４００は、コロラドのバンドギャップエンジニアリングから入手できる垂直空洞表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイで構成することができる。このＶＣＳＥＬは、チップの頂部からまっすぐに光を放射する半導体レーザである。

走査パターンの例が図３に示されている。図示されたように、スポットのアレイ（第４中間パターン）が基板１６０に入射する。簡単化のために、図３は、巾８（ａ−ｈ）ｘ奥行き６（１−６）のスポットアレイを示す。本発明を実施するときには、このスポットアレイは、通常、数百、数千又はそれ以上の電子ビームより成る。連続する線におけるスポットの中心間の機械的交差走査ｘ方向のシフトは、ｘ方向におけるピクセルサイズ（即ち、第１線ｅ１におけるｅ番目のスポットと、第２線ｅ２におけるｅ番目のスポットとの間の距離のｘ軸上の投影ｐｘ）を決定する。基板１６０の連続的なカバレージを得るために、列の最後のスポットｄ６は、その隣接列の最初のスポット（ｃ１）の接線から交差走査ｘ方向に１ピクセル以下しか離れない経路をたどらねばならない。機械的走査ｙ方向ｐｙ（図示せず）におけるピクセルサイズは、基板１６０の２つの連続する照射の間に所与のスポットのスポット中心間を横断した距離により決定され、即ち時間０におけるスポットｆ４の中心（「ｆ４ｔ０」）と、１照射インターバル後の同じスポット（「ｆ４ｔ１」）との間の距離により決定される。この距離は、ステージの速度と照射インターバルとを乗算することにより決定される。

本発明の更に別の実施形態では、パルスレーザソース（例えば、Ｅｘｃｉｍｅｒレーザ又はＱレーザ）が光源１０５に使用されるときに、基板１６０の次々の照射中に、２つの次々のスポット間のピッチより大きな距離を各スポットが移動するときにインターレースパターンを形成するように基板１６０がビームアレイに対して並進移動される。

基板１６０の移動は、ニューヨークのアノラッドコーポレーションから商業的に入手できるリニアモータ及びエアベアリング付きの従来の干渉計制御型ステージから得られるような正確な直線的運動を確保する手段によって達成することができる。更に、本発明の別の実施形態では、基板を固定に保持し、ビームアレイを発生する光学系を基板又はウェハに対して並進移動することもできる。

ステージの機械的振動により生じるような残留する不正確さを修正するために、ステージの移動の不正確さを補償する補償装置が設けられる。図２を参照すれば、ステージの一部であるか又は付加的な要素である二次元干渉計装置２３５は、ステージに結合されてその位置を検出すると共に、位置エラー信号を発生することができる。これらのエラーは、多数の種々の手段により補償することができる。第１に、補償装置２５０をビーム整形装置２３０及び収束光学系２３５に結合し、ステージの位置エラーを補償するに充分な量だけそれらを移動することができる。第２に、補償装置２６０を縮小装置２４０に結合し、ステージの位置エラーを補償するための量だけそれを移動することができる。第３に、印刷装置の光学素子の１つに対する光源の入射角を変更するために２つの軸上を移動できるミラーに補償装置を結合して、ステージの位置エラーを補償することもできる。例えば、光学経路がビーム整形装置２３０と収束光学系２３５との間で９０°折り曲げられ、可動のミラーがビーム整形装置２３０から収束光学系２３５へ光を向けるように配置された場合には、ミラーの角度を変えると、収束光学系２３５に対する光の入射角が変化して、収束像の並進移動が生じる。

本発明の更に別の実施形態では、本発明の印刷装置は、光子−電子コンバータ１４５の前にリミッターを備えている。このリミッターは、反射された光ビーム、非平行な光ビーム、サイドローブ等との干渉から生じる光子−電子コンバータ１４５への書き込みエラーを防止するか又は大巾に減少する。図５ａを参照すれば、リミッター５００は、光子−電子コンバータ１４５に当たるように発生された光ビームアレイの光ビームにピンホール５０１が対応するようなピンホールアレイを備えている。図５ｂに示す本発明の別の実施形態では、リミッター５１０は、光ビームアレイの光ビームに対応するアパーチャー５１１のアレイを備え、各アパーチャー５１１は、その巾ｗが各光ビームの波長の少なくとも半分である。

本発明の１つの効果は、高次の縮小レンズの必要性を排除することである。より詳細には、マスクをベースとするリソグラフィーシステムは、通常、希望の最終的パターンのサイズの４倍又は５倍（４Ｘ又は５Ｘ）のマスクを使用する。これは、通常かなり高価な「ステッパーレンズ」と一般に称される縮小レンズの使用を必要とする。これは、「High throughput electron lithography with multiple aperture pixel by pixel enhancement of resolution concept」、クルートＰ、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１６（６）、１９９８年１１月／１２月に述べられたような現在のマスクベースのハイブリッド光子−電子システムにおいてもそうである。これとは対照的に、本発明の種々の実施形態のように、プログラム可能なマスクレスソースが使用されたときには、ソースパターンと基板との間の倍率が同じ制約を受けず、光学系及び電子光学系の両方に対して１つでよい。低歪の光学系が低い倍率で容易に設計される。従って、低歪で光学系を設計し、それに応じて入力データ信号パターンをロードすればよい。即ち、本発明の解像度は、像の縮小ではなくスポットサイズにより決定されるので、基板にマップされるべきパターンデータは、光子光学系、電子光学系及び書き込み戦略に対して選択された構成に基づいて適切な時間に適切な位置においてプログラム可能なソースアレイにロードされるだけでよい。

書き込み戦略及び他の設計事項は、倍率に対する設計選択に影響を及ぼす。例えば、若干回転される走査の簡単な直線的走査が使用され、格子がピッチＤでＮｘＮ個のピクセルを備え、且つウェハにおけるアドレス単位のサイズがｄである場合には、必要な縮小率ＭがＭ＝Ｄ／（ｄ＊Ｎ）となる。これは、ある場合に、若干の拡大を招くことがある。例えば、Ｄ＝１５ミクロン、Ｎ＝１０００及びｄ＝２５ｎｍである場合には、Ｍ＝０．６である。（若干の縮小）。しかしながら、この若干の縮小に対応するコスト及び歪は、現在の４Ｘ及び５Ｘステッパーレンズより著しく低い。

その結果、より簡単で且つ歪のない光学系となる。実際に、最終像と同じサイズのＳＬＭ像、即ち１Ｘの倍率を使用することにより最良の光学系が得られる。マスクが希望の最終像より著しく大きいマスクシステムではこのような縮小素子が要求され、このような縮小素子又は「ステッパーレンズ」は、通常、かなり高価である。しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、この素子が好都合なものである。

以下の計算は、本発明の実施形態による印刷装置のスループットを示す。
定義：
ＦＯＶ−基板上の視野、単位ミクロン（方形を仮定）
Ｄ−基板上のスポットとスポットとの間のピッチ、単位ミクロン
ｐ−基板上のピクセルサイズ、単位ミクロン
ｎｙ及びｎｘ−各々アレイにおける行及び列の数
Ｎ−アレイにおける全スポット数
ＤＲ−データレート要求（ピクセル／秒／アレイ）
ＦＲ−フレームレート要求（アレイ読み取り／秒）
Ｖ−ｙ方向のステージ速度、単位ミクロン／秒
ＦＯＶ＝Ｄ＊ｎｘであり、且つインターリーブがないと、ｎｙ＝Ｄ／ｐであるから、スポットの全数Ｎは、次のようになる。
Ｎ＝ｎｘ＊ｎｙ＝（ＦＯＶ／Ｄ）＊（Ｄ／ｐ）＝ＦＯＶ／ｐ
所与のデータレート要求（ＤＲ）に対して、フレームレート（ＦＲ）、ひいては、要求されるステージ速度は、次の通りである。
ＦＲ＝ＤＲ／Ｎ＝ＤＲ＊ｐ／ＦＯＶ、及び
Ｖ＝ＦＲ＊ｐ＝ＤＲ＊ｐ２／ＦＯＶ
実施例：
ＦＯＶ＝１０ｍｍ＝１００００ミクロン
ＤＲ＝１０テラピクセル／秒＝１０^１２ピクセル／秒
Ｐ＝１０ｎｍ＝０．０１ミクロン
Ｎ＝１００００／０．０１＝１００００００＝１０^６≧１００ｘ１００アレイ
ＦＲ＝１０^１０／１０^４＝１０^６＝１メガフレーム／秒
Ｖ＝１０^６＊０．０１ミクロン＝１０ｍｍ／秒
本発明は、種々の形式の半導体デバイス、特に、約０．１８□以下のデザインルールを有する高密度半導体デバイスの製造に適用できる。

本発明は、従来の材料、方法及び装置を使用することにより実施できる。従って、このような材料、装置及び方法の詳細は、ここでは述べない。以上の説明では、本発明を完全に理解するために、特定の材料、構造、化学成分、プロセス等の多数の特定の詳細を述べた。しかしながら、本発明は、このような詳細に基づかずに実施できることを認識されたい。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、良く知られた処理構造は詳細に説明しなかった。

ここでは、本発明の実施形態とその幾つかの応用例のみを図示して説明した。本発明は、種々の他の組み合せ及び環境にも使用することができると共に、本発明の概念の範囲内で変更又は修正がなされ得ることを理解されたい。更に、上記説明は、本発明を例示するものであって、それに限定するものではない。例えば、本発明の説明は、光源を参照し、光学ソース及び光学放射を光及び光像に関して検討した。しかしながら、本発明者は、「光」を言及するときには電磁放射の全波長を包含し、可視波長に限定するつもりはない。例えば、紫外線、深紫外線、極紫外線、Ｘ線等と称される短波長の光は、全て、光子及び電磁放射を指すので、「光」の範囲内であるとみなされ、放射の波長のみで区別される。

本発明の一実施形態による印刷装置を示す図である。 図１の電子光学系１５５の一実施形態を示す図である。 光子−電子コンバータ１４５の別の実施形態を示す図である。 電子光学系１５５の別の実施形態を示す図である。 電子光学系１５５の別の実施形態を示す図である。 図１Ｄの電子偏向アレイを示す図である。 本発明の別の実施形態による印刷装置の断面図である。 傾斜走査パターンの一実施例を示す図である。 本発明の別の実施形態による印刷装置の断面図である。 ピンホールアレイリミッターを示す図である。 アパーチャーのアレイを示す図である。

符号の説明

１００・・・パターンデータ信号、１０５・・・光源、１１０・・・コリメートレンズ、１１５・・・ビームスプリッター、１２０・・・空間光変調器（ＳＬＭ）、１２５・・・リレー光学系、１３０・・・マイクロレンズアレイ、１４０・・・光スポット、１４５・・・光子−電子コンバータ、１５０・・・電子ソース、１５５・・・電子光学系、１６０・・・基板、１６７・・・機械ステージ、１７０・・・アパーチャー、１７２・・・アインツェルレンズ、１７４・・・マイクロティップ、１７６・・・電子ビーム、１８０・・・縮小レンズ、１９０・・・電子偏向アレイ、１９２・・・マイクロ電子レンズアレイ、１９３ａ、１９３ｂ、１９３ｃ、１９４ｄ・・・静電プレート、２２０・・・ＳＬＭ、２２５・・・光ビーム、２３０・・・ビーム整形装置、２３５・・・収束光学系、２４０・・・光学縮小装置、２５０・・・補償装置

Claims (35)

1. 電子ビームのアレイにより形成された像で基板を露光するためのマスクレスのリソグラフィー装置において、
   入力データ信号に応答して変調された光ビームのアレイを供給して、一連の光学的パターンを形成するためのプログラム可能な光放射源と、
   上記光ビームを電子ビームに変換して、一連の電子ビームパターンを形成するための光子−電子コンバータと、
   上記電子ビームを上記基板に収束させるための電子光学系と、
   上記像を形成する一連の電子ビームパターンで上記基板を露光するように上記基板と上記電子ビームとの間に相対的移動を導入するための並進移動装置と、
   を備えたマスクレスのリソグラフィー装置。
2. 上記電子光学系は、上記電子ビームパターンを縮小する、請求項１に記載の装置。
3. 上記プログラム可能な光放射源と上記光子−電子コンバータとの間に介在された光学マイクロレンズアレイを更に備えた、請求項１に記載の装置。
4. 上記プログラム可能な光放射源は、個々に変調されたレーザのアレイで構成される、請求項１に記載の装置。
5. 上記光放射源は、
   光源と、
   上記入力データ信号に応答して個々に変調された光ビームのアレイを供給するためのプログラム可能な空間光変調器と、
   を備えた、請求項１に記載の装置。
6. 上記プログラム可能な光放射源と上記光子−電子コンバータとの間に介在された光学マイクロレンズアレイであって、上記光ビームと上記マイクロレンズアレイの素子との間に１対１の対応が存在するように配置された光学マイクロレンズアレイを更に備えた、請求項４に記載の装置。
7. 上記プログラム可能な光放射源と上記光子−電子コンバータとの間に介在された光学マイクロレンズアレイであって、上記光ビームと上記マイクロレンズアレイの素子との間に１対１の対応が存在するように配置された光学マイクロレンズアレイを更に備えた、請求項５に記載の装置。
8. 上記マイクロレンズは、回折型である、請求項３に記載の装置。
9. 上記並進移動装置は、上記電子ビームパターンの１つの軸に対して傾斜された軸に沿って上記基板を移動させる、請求項１に記載の装置。
10. 上記可動段は、上記基板が走査方向に上記電子ビームアレイの長さに実質的に等しい距離だけ移動されたときに、上記電子ビームが機械的交差走査方向に上記基板の表面上の実質的に連続する経路をたどるように上記基板を移動させる、請求項９に記載の装置。
11. 上記光ビームのアレイは、二次元である、請求項３に記載の装置。
12. 上記可動段の移動における不正確さを補償するための補償装置を更に備えた、請求項９に記載の装置。
13. 上記補償装置は、上記段の移動における機械的な不正確さを補償するように上記電子ビームアレイを移動させるサーボを備えた、請求項１２に記載の装置。
14. 上記可動段における機械的な不正確さを補償するように上記レンズアレイへの上記光源の入射角を変更するために可動ミラー、電気−光学素子及び音響−光学素子より成るグループから選択された補償装置を更に備えた、請求項１２に記載の装置。
15. 上記可動段は、上記電子ビームが上記基板の表面上の上記連続経路をたどるときに上記電子ビームが重畳するように上記基板を移動させる、請求項１０に記載の装置。
16. 上記光子−電子コンバータへの書き込みエラーを減少するために上記光放射源と上記光子−電子コンバータとの間に介在されたリミッターを更に備えた、請求項１に記載の装置。
17. 上記リミッターは、上記光放射源からの上記光ビームのアレイに対応するピンホールを有するピンホールアレイを備えた、請求項１６に記載の装置。
18. 上記リミッターは、上記光放射源からの上記光ビームのアレイに対応するアパーチャーのアレイを備え、上記アパーチャーの各々は、その巾が上記光ビームの各々の波長の少なくとも半分である、請求項１６に記載の装置。
19. 基板を像で露光する方法において、
    光ビームのアレイを発生するステップと、
    入力データ信号に応答して上記光ビームを個々に変調するステップと、
    上記光ビームを電子ビームに変換して、中間電子ビームアレイを供給するステップと、
    上記電子ビームを上記基板に収束して、上記基板を上記電子ビームのパターンに曝すステップと、
    上記発生、変調、変換及び収束ステップが実行されている間に上記電子ビームに対して上記基板を移動させて、一連の電子ビームパターンで構成された像で上記基板を露光するステップと、
    を備えた方法。
20. 上記移動ステップにおける機械的な不正確さを補償するステップを更に備えた、請求項１９に記載の方法。
21. 光源と、
    上記光源からの光を受けるように配置され、入力データ信号に応答して個々に変調された光ビームのアレイを供給するための空間光変調器と、
    上記光ビームの各々を収束するためのレンズのアレイと、
    上記光ビームの焦点に配置されて、上記光ビームの各々を電子ビームに変換するための光子−電子コンバータと、
    上記空間光変調器と上記レンズのアレイとの間に介在されて、上記ビームを上記レンズに１対１の対応でマッピングさせる光学系と、
    上記光子−電子コンバータと上記基板との間に介在されて、上記個々の電子ビームを上記基板に収束させる電子レンズと、
    上記電子ビームのアレイで上記基板に上記像が記録されるように上記基板と上記光子−電子コンバータとの間に相対的移動を与えるステージと、
    を備えたマスクレスのリソグラフィー装置。
22. 上記可動ステージは、上記電子ビームのアレイの１つの軸に対して若干傾斜された方向に上記基板を並進移動する、請求項２１に記載の装置。
23. 光源と、
    上記光源からの光を受けるように配置され、入力信号に応答して個々に変調された光ビームのアレイを供給するための空間光変調器と、
    上記変調された光ビームの各々を収束するためのレンズのアレイと、
    上記変調された光ビームの焦点に配置されて、上記変調された光ビームの各々を電子ビームに変換するための光子−電子コンバータと、
    上記光子−電子コンバータと上記基板との間に介在された電子縮小装置と、
    上記基板を支持すると共に、上記電子ビームのアレイで上記基板に上記像が記録されるように上記基板と上記光子−電子コンバータとの間に相対的移動を導入するための可動ステージと、
    を備えたマスクレスのリソグラフィー装置。
24. 上記可動ステージは、上記電子ビームのアレイの１つの軸に対して若干傾斜された方向に上記基板を並進移動する、請求項２３に記載の装置。
25. 上記空間光変調器は、マイクロミラーアレイである、請求項２４に記載の装置。
26. 電子ビームのアレイにより形成された像で基板を露光するためのマスクレスのリソグラフィー装置において、
    入力データ信号に応答して変調された光ビームのアレイを供給して、一連の光学的パターンを形成するためのプログラム可能な光放射源と、
    光学的感知マイクロティップのアレイを含み、上記光ビームを電子スポットに変換して、一連の電子スポットパターンを形成するための光子−電子コンバータと、
    上記電子スポットから放出された電子を上記基板に収束させるための電子光学系と、
    上記像を形成する一連の収束された電子スポットパターンで上記基板を露光するように上記基板と上記収束された電子スポットとの間に相対的移動を導入するための並進移動装置と、
    を備えたマスクレスのリソグラフィー装置。
27. 上記プログラム可能な光放射源と上記光子−電子コンバータとの間に介在された光学マイクロレンズアレイを更に備えた、請求項２６に記載の装置。
28. 上記プログラム可能な光放射源は、個々に変調されたレーザのアレイで構成される、請求項２６に記載の装置。
29. 上記光放射源は、
    光源と、
    上記入力データ信号に応答して個々に変調された光ビームのアレイを供給するためのプログラム可能な空間光変調器と、
    を備えた、請求項２６に記載の装置。
30. 上記プログラム可能な光放射源と上記光子−電子コンバータとの間に介在された光学マイクロレンズアレイであって、上記光ビームと上記マイクロレンズアレイの素子との間に１対１の対応が存在するように配置された光学マイクロレンズアレイを更に備えた、請求項２８に記載の装置。
31. 上記プログラム可能な光放射源と上記光子−電子コンバータとの間に介在された光学マイクロレンズアレイであって、上記光ビームと上記マイクロレンズアレイの素子との間に１対１の対応が存在するように配置された光学マイクロレンズアレイを更に備えた、請求項２９に記載の装置。
32. 上記マイクロレンズは、回折型である、請求項２７に記載の装置。
33. 上記並進移動装置は、上記電子ビームパターンの１つの軸に対して傾斜された軸に沿って上記基板を移動させる、請求項２６に記載の装置。
34. 上記光ビームのアレイは、二次元である、請求項２７に記載の装置。
35. 上記光学マイクロレンズアレイと上記光子−電子コンバータとの間に介在された光学縮小装置を更に備えた、請求項３に記載の装置。
    

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