JP4416962B2 - 荷電粒子リソグラフィ装置用の照明システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子リソグラフィ装置用の照明システムに関するものであり、そのような装置は、例えば半導体集積回路や他の集積デバイスの製造に用いることができる。本発明は、さらに、そのような照明システムを有するリソグラフィ装置に関するものである。そのようなリソグラフィ装置は、一般に、
放射線の投影ビームを供給するための照明システムと、
所望のパターンに従って投影ビームをパターン付けするように働く、マスクを保持するためのマスク・テーブルと、
基板を保持するための基板テーブルと、
基板のターゲット部分上にパターン付けされたビームを投影するための投影システムと、を有する。
【0002】
【従来の技術】
リソグラフィ投影装置は、例えば集積回路(IC)の製造に使用することができる。そのような場合には、マスクが、ICの個々の層に対応する回路パターンを含み、このパターンは、放射線感光材料(レジスト)の層で被覆された基板(シリコン・ウェハ)上のターゲット部分(例えば1つまたは複数のダイからなる)にイメージ(写像)される。一般に、1つのウェハが、1度に1つずつ投影システムによって連続的に照射される隣接ターゲット部分の回路網全体を含んでいる。あるタイプのリソグラフィ投影装置では、マスク・パターン全体を一括してターゲット部分に露光することによって各ターゲット部分を照射する。そのような装置は一般にウェハ・ステッパと呼ばれる。代替の装置(一般にステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれる)では、投影ビームの下でマスク・パターンを所与の基準方向(「スキャン」方向)に漸次スキャンし、それと同時にこの方向に平行に、または反平行に基板テーブルを同期してスキャンすることによって各ターゲット部分を照射する。一般に、投影システムが倍率M(通常M<1)を有するので、基板テーブルがスキャンされる速度Vは、マスク・テーブルがスキャンされる速度のM倍となる。ここに記述したリソグラフィ・デバイスに関するより多くの情報は、例えば参照により本明細書に組み込む米国特許第6046792号から得ることができる。
【0003】
リソグラフィ装置は、2つ以上の基板テーブル(および/または2つ以上のマスク・テーブル)を有するタイプのものであってよいことに留意されたい。そのような「多段」デバイスでは、追加のテーブルを並列して使用することができ、あるいは1つまたは複数のテーブルに関して予備ステップを行い、その一方で1つまたは複数の他のテーブルを露光に用いることもできる。2段リソグラフィ装置は、例えば米国特許第5969441号およびWO98/40791号に記載されている。
【0004】
リソグラフィ投影装置を用いた製造プロセスでは、マスク・パターンが、レジストの層によって少なくとも部分的にカバーされた基板上にイメージされる。このイメージング・ステップの前に、基板にプライミング、レジスト・コーティング、ソフト・ベークなど様々な処置を施すことができる。露光後に、露光後ベーク(PEB)、現像、ハード・ベーク、およびイメージしたフィーチャ(feature)の測定/検査など他の処置を基板に施すこともできる。この一連の処置は、例えばICといったデバイスの個々の層をパターン付けする基礎として使用される。次いで、そのようなパターン付き層に、エッチング、イオン注入(ドーピング)、メタライゼーション、酸化、化学的機械研磨など様々なプロセスを施すことができる。これらは全て個々の層を完成させるためのものである。複数の層が必要な場合、処置全体、またはその変形が、それぞれの新たな層ごとに繰り返されなければならない。最終的に、多くのデバイスが基板(ウェハ)上に存在することになる。次いで、これらのデバイスを、ダイシングやソーイングなどの技法によって互いに分離し、個々のデバイスを、例えばキャリアに取り付けたり、あるいはピンに接続することができる。そのようなプロセスに関する別の情報が、例えば参照により本明細書に組み込むピーター・ファン・ツァント(Peter van Zant)の著書「マイクロチップの製造;半導体処理のための実用ガイド(Microchip Fabrication:A Practical Guide to Semiconductor Processing)」第3版,マグローヒル出版社,1997,ISBN0−07−067250−4から得られる。
【0005】
荷電粒子露光ツール(例えば電子ビームを使用する)が、20年以上の間、半導体処理におけるリソグラフィのために用いられてきた。第1のそのような露光ツールは、オブジェクト上をラスタ・スキャン(ラスタ走査)される高度集束ビームの飛点概念に基づいていた。そのようなツールの(電子)ビームはスキャンする際に変調され、それによってビーム自体がリソグラフィ・パターンを生じる。これらのツールはリソグラフィのマスク作成といった高精度タスクに広く使用されているが、ラスタ・スキャン・モードは、半導体ウェハ処理に必要な高いスループット(処理能力)を実現するには遅すぎることが判明している。この機器における荷電粒子源は、電子マイクロスコープで使用されるもの、すなわち小さなスポット・ビームに焦点合わせされた高明度源と同様である。
【0006】
近年、SCALPEL(SCattering with Angular Limitation Projection Electron−beam Lithography)の技法に基づく新たなEビーム露光ツール(リソグラフィ装置)が(Lucentによって)開発された。このツールでは、広域電子ビームがリソグラフィ・マスクを介してオブジェクト面上に投影される。半導体ウェハまたは他の基板の比較的広い面積(例えば1mm2)を一度に露光することができるので、スループットが許容できるようになる。このツールの高分解能が、ツールを、超精密線路リソグラフィ(すなわちサブミクロン)にとって魅力あるものにする。SCALPEL技法は、例えば米国特許第5079112号や5258246号により詳細に記述されている。
【0007】
いわゆる可変軸レンズ(VAL)または可変軸液浸レンズ(VAIL)を利用した、代替のEビーム・リソグラフィ露光ツール(IBMが開発)が存在する。これらのツールは、背面焦点面フィルタと共に拡散ステンシル・マスクを採用する。これらのシステムに関するより多くの情報は、例えば米国特許第5545902号、5466904号、5747814号、5793048号、および5532496号から得ることができる。
【0008】
別のタイプのEビーム・リソグラフィ装置(Nikonが開発)が、例えば米国特許第5567949号、5770863号、5747819号、5798196号に記述されている。
【0009】
Eビーム・リソグラフィ露光ツールでのビーム源に関する要件は、従来の集束ビーム露光ツール、または従来のTEMもしくはSEMの要件と大きく異なる。主要な目標は、やはり高分解能のイメージング(結像)であるが、経済的なウェハ・スループットを実現するために、それを比較的高い(10〜100μA)銃電流で達成しなければならない。必要とされる軸方向明度は、典型的な集束ビーム源に関する値106〜109Acm-2sr-1と比べると比較的小さく、例えば102〜104Acm-2sr-1である。ただし、より大きな面積にわたるビーム・フラックス(ビーム束)は、必要なリソグラフィ線量許容範囲およびCD制御を得るために非常に均一でなければならない。
【0010】
Eビーム・リソグラフィ・ツールの開発での大きな障害は、比較的大きな領域にわたって均一な電子フラックスを提供し、比較的低い明度を有し、D*αミクロン*ミリラジアンとして定義される高い「放射」を有する電子源の開発である。ここでDはビーム直径であり、αは広がり角である。従来、現況技術電子ビーム源は0.1〜400ミクロン*ミリラジアン範囲内の放射を有するビームを発生し、一方、例えばSCALPEL様式のツールは、1000〜5000ミクロン*ミリラジアン範囲内の放射を必要とする。
【0011】
さらに、従来のEビーム・リソグラフィ照明システムの設計は、ガウス銃ベースの、またはグリッド制御銃ベースのものであった。両タイプに共通の欠点は、ビーム放射が実際のウェーネルト・バイアスに依存し、ビーム電流制御に避けられない放射の変更が結び付くことである。システムの点からは、ビーム電流およびビーム放射の独立制御がはるかに有利である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、荷電粒子露光装置用の照明システム構成要素と、照明システム構成要素において「放射制御装置」として働くレンズ・アレイを配置することによって独立した放射制御を提供する荷電粒子リソグラフィ露光ツールとを対象とする。一実施形態では、負バイアス下の導電メッシュが、接地電位で維持されたリソグラフィ装置内に配置されて、光学的「フライズアイ(fly‘s eye;昆虫の目)」レンズに似た多数のマイクロレンズを形成する。メッシュは、入射する固体電子ビームを多数のサブビームに分割する多数の静電レンズレット(lenslet)を形成し、それによって出射ビームの放射が入射ビームの放射と異なるが、総ビーム電流は変わらず維持される。メッシュは、ビーム電流に影響を及ぼすことなくビーム放射制御を可能にする。別の実施形態では、照明システム構成要素が電子銃である。別の実施形態では、照明システム構成要素は、従来の電子銃に接続可能なライナ・チューブである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
メッシュのグリッドの光学的効果は、幾何学の点から記述することができる。メッシュにある各開口は、マイクロレンズまたはレンズレットとして働き、メッシュ・グリッドの片側に、直径dを有する独自の仮想源またはクロスオーバを作成する。各個別サブビームはLに近い幾何学空間を取り、ここでLはメッシュ・ピッチに等しい。メッシュ・グリッド後のビーム放射と、電子銃によって作成されたビーム放射との比(r)は、
r=(L/d)2
に等しい。
【0014】
本発明の別の実施形態では、メッシュ・グリッドが複数の(例えば2つ、3つ、またはそれより多い)メッシュを含む。奇数個(1よりも大きい)の構成では、外側の2つのメッシュが曲線形状を有することができる。そのようなレンズはビーム放射制御を可能にし、また球面収差を低減する。
【0015】
本発明の別の実施形態では、レンズ・アレイは箔からなる連続レンズである。
【0016】
本発明の別の態様では、ビーム制御装置が、四重極静電レンズレットのアレイを提供する。1つの好ましい実施形態では、四重極静電レンズレットは、平行に離隔された3つの平坦なメッシュによって形成される。これらのメッシュはそれぞれ、複数の平行ワイヤによって形成される。
【0017】
本発明は主に、四重極静電場パターンのアレイにビームを通すことによって荷電粒子ビームの放射を制御する方法を対象とする。本発明のこの態様はまた、集積デバイスを製造する方法に関するものであり、この方法は、四重極静電場パターンのアレイにビームを通すことを含む。
【0018】
本発明の他の目的および利点は、以下の概略図および添付の記述を用いて説明される。
【0019】
【発明の実施の形態】
図中、対応する参照符号が対応する部分を示す。
【0020】
図1を参照すると、基部11と、カソード支持アーム12と、カソード・フィラメント13と、ウェーネルト水平方向支持アーム15を含むウェーネルト電極と、従来のウェーネルト・アパーチャ16とを備える従来のウェーネルト電子銃アセンブリが示されている。基部11はセラミックとすることができ、支持部材12は例えばタンタル、鋼、またはモリブデンを含んでいてもよい。フィラメント13はタングステン・ワイヤとすることができ、ウェーネルト支持アーム15を形成する材料は鋼またはタンタルとすることができ、電子エミッタ14は例えばタンタル・ディスクとすることができる。電子エミッタの実効面積は通常0.1〜5.0mm2の範囲にある。電子エミッタ14は、直径が0.05〜3.0mmの範囲にあるディスクであることが好ましい。アノードが参照番号17で概略的に示され、アノード・アパーチャ17aと、参照番号18での電子ビームと、参照番号19でのドリフト空間とを含む。図を見やすくするために、従来の、当業者に周知のビーム制御装置は図示していない。図での寸法が必ずしも一律の縮尺ではないことを当業者は理解されたい。Eビーム(例えばSCALPEL)露光ツールの電子源の重要な特徴は、前述したように、電子ビーム明度が比較的低いことである。最も効果的な露光では、ビーム明度が105Acm-2sr-1未満の値に制限されていることが好ましい。これは、通常は最大明度で最適化される従来のスキャン電子ビーム露光ツールと対照的である。例えば、米国特許第4588928号を参照されたい。
【0021】
本発明が図2に示されている。メッシュ・グリッド23が、ドリフト空間19内の電子放射18の経路内に配置されている。図2によれば、メッシュ・グリッド23は、静電場自由ドリフト空間19内に配置され、ドリフト・チューブまたはライナ20から隔離され、指定された電位Umにバイアスされる。メッシュ・グリッド23とライナ20の電位差が、メッシュ・グリッド23の各開口の外にマイクロレンズを作成する。電子ビーム18は、個別サブビーム(ビームレット)に分割され、各ビームレットが、その当該メッシュ・セルまたはマイクロレンズを介して進みながら集束される。メッシュ・グリッド23は、絶縁体24によってライナ20から離隔されている。メッシュ・グリッド23と絶縁体24はどちらもメッシュ・ホルダの一部分とすることができる。
【0022】
ドリフト空間19の1つの特徴は、実質的に電場が存在しないことである。実質的に電場が存在しないため電子の加速または減速が生じず、したがって電子は、場合によっては磁場の存在下で、「ドリフト」することが可能になる。これは、強い電場を有する真空ギャップ19aと対照的である。
【0023】
図2Aおよび図2Bは、図2に対する変形例を例示する。特に、図2Aと図2Bは共に、電子銃アセンブリ1に取り付けられたライナ20の内部にあるメッシュ・グリッド23を示している。図2Bでは、ライナ20は、ライナ・フランジ21および電子銃フランジ16によって電子銃アセンブリ1に取り付けられている。図2Aでは、ライナ20は、溶接部22で電子銃アセンブリ1に取り付けられている。ライナ20と電子銃アセンブリ1は、その取り付けが真空気密である限り、当業者に知られている他の技法によって取り付けることもできる。別法として、メッシュ・グリッド23がドリフト空間19内部に留まっている限り、メッシュ・グリッド23を、ライナ・フランジ21と電子銃フランジ16の境界の下方、または溶接部22の下方の、電子銃アセンブリ1内部に配置することができる。
【0024】
図2Aおよび図2Bに例示された実施形態の1つの利点は、それらが従来の非最適電子銃の使用を可能にしていることである。従来の電子銃は、リソグラフィ・ツールで最適に使用するには一般に狭すぎ、且つ不均一すぎるビームを発生する。図2Aおよび図2Bでの配置構成は、従来の電子銃を利用して高い性能を可能にする。これは、ライナ20内部に含まれるメッシュ・グリッド23が、ビーム放射をより広く、且つより均一にすることによって改良し、リソグラフィ適用例に、より適したものにするからである。メッシュ・グリッド23の効果は、図2Cにさらに明確に例示されており、ここでIBは入射ビームを指し、OBは出射ビームである。
【0025】
図1のウェーネルト銃からの電子放射パターンが図3に示されている。ウェーネルト・エミッタからの比較的不均一で、釣鐘形曲線状の出力が明らかである。図4は、メッシュ・グリッド23を介する電子ビーム放射を例示する。メッシュ・グリッド23の左側での放射は小さく、メッシュ・グリッド23を通過した後、電子ビームの放射がはるかに大きくなる。
【0026】
メッシュ・グリッド23を形成するスクリーン要素は、様々な形状を有していてもよい。最も簡単なものは、正方形アパーチャを有する従来の編組みスクリーンである。しかし、スクリーンは、例えば三角形状アパーチャ、六方稠密アパーチャ、さらには円形アパーチャを有していてもよい。編組み状であっても、編組み状でなくてもよい。連続層から適切なスクリーンを形成するための技法を当業者は想定できる。例えば、連続金属シートまたは箔の複数の開口を、例えばレーザ穴開けなどの技法によって形成することができる。電鋳技法によってファイン・メッシュを形成することもできる。メッシュ・グリッド23は導電性を有するべきであるが、メッシュの材料は、他の点はあまり重要でない。例えば当業者に知られているように、いくつかの合金と同様に、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、さらには鋼も適切な材料である。メッシュ・グリッド23は、40〜90%の範囲の透明度を有することが好ましく、透明度は、2次元間隙空間を全メッシュ・グリッド面積によって割った値として定義される。
【0027】
図4Aを参照すると、メッシュ・グリッドは、幅が約50μmのバー「b」と、幅「C」が約200μmの正方形セルとを有する。このメッシュ・グリッドは、約65%の透明度を有する。適切であることが判明したメッシュ・グリッド構造の例を、以下の表に例として表す。
【表1】
【0028】
セル寸法「C」は、正方形開口を有するメッシュでの開口の幅である。長方形メッシュ・グリッドでは、寸法「C」は、ほぼ開口の面積の平方根になる。開口は正方形や円形などほぼ対称であることが好ましい。
【0029】
メッシュ・グリッドの厚さtは、開口のアスペクト比C/tが好ましくは1よりも大きいことを除き、それほど重要ではない。メッシュ・グリッド・パラメータ間の望ましい関係は以下の式によって与えられる。
C:t>1.5
【0030】
別の実施形態では、レンズ・アレイが複数のメッシュを含むことができる。一実施形態では、レンズ・アレイは3つのメッシュを含む。外側の2つのメッシュは、曲線形状を有するように準備することができる。そのようなレンズはビーム放射制御を提供すると共に、球面収差を低減する。
【0031】
さらに、外側の2つのメッシュを、厚さ約0.1μmのSiN箔などの箔で置き換えることもできる。そのような被膜(箔)は、物理的な相互作用(非弾性衝突)をほぼなくすることができ、それにより透明度が100%に近づく。レンズ・アレイ(メッシュまたは連続被膜)を大きな電流が通過するため、透明度は重要である。高いパーセンテージのビームがメッシュまたは連続被膜の構造に衝撃する場合、高電流がメッシュまたは連続被膜を溶融する可能性が高い。
【0032】
図5は、本発明の光学系の、より一般的な表現である。参照番号81は、標準的な高明度電子銃、例えばW「ヘアピン」、または例えば陰極線管で使用されるLaB6結晶またはBaO銃のカソードである。参照番号82は、ウェーネルト電極および抽出場によって形成される銃レンズである。参照番号83は、直径dgを有する銃クロスオーバである。参照番号84は、銃から発する電子ビームであり、ビームが100kVまで加速された点から後退する半アパーチャ角αgを有する。ここで、銃の放射は、
【数1】
である。個々のレンズレット85の直径よりもかなり大きい直径までビームが拡大された後ろに、レンズ・アレイ80が位置決めされる。各レンズレット85が、サイズdiを有する銃クロスオーバの像86を作成する。ここで、各サブビーム87は半開口角αiを有する。
【0033】
レンズ・アレイ80によって生ずる放射の増大は導出することができる。Liouvilleの理論は、例えばレンズに存在する保存力を用いて6次元位相空間における粒子密度が変えられないことを述べている。これは、1つのレンズレットを通過する各サブビーム内部の放射が保存されることを意味し、したがって、
【数2】
となる。ここでNはサブビームの数である。
【0034】
ビームの放射は、
【数3】
と表すことができ、ここで、Lはレンズレット85のピッチであり、したがって
【数4】
は、レンズ・アレイ80の総面積である。新たなビーム放射を実効放射と呼ぶ。放射の増大は、Eeff/Egun=L2/di 2である。
【0035】
レンズレット・アレイと共に実際のクロスオーバを作成する必要はない。このとき放射の増大の計算は異なる形で進められるが、依然としてこの原理が働く。
【0036】
大きな放射増大では、大きなピッチのメッシュ・グリッド23を使用するのが有利である。しかし、新たに形成されるビームは、かなり大きな数のサブビームを含み、それによってサブビームがマスクなどシステム内の重要な位置で重なり合う。実施例1は、典型的な値を例示する。
【0037】
(実施例1)
直径0.2mmのLaB6銃が使用される。銃レンズ後のクロスオーバは60μmとすることができ、したがって放射の増大は、表1のグリッド#1を使用すると8倍である。
【0038】
レンズ・アレイ80は、図6に示されるように、電位V0のライナ20間にある電位V1のメッシュ・グリッド23とすることができ、あるいは図6Aに例示される電位での2つのグリッド23および23’、もしくは図6Bに例示される電位での3つのグリッド23、23’、23”、またはグリッド面に垂直な静電場を有するグリッド・メッシュを含む任意の他の構成を含むことができる。
【0039】
図5におけるレンズレット85の焦点距離は通常、4×Vacc/Efield程度であり、ここでVaccは電子ビームの加速電位であり、Efieldは静電場の強さである。実施例1では、銃クロスオーバとレンズ・アレイとの距離を通常100mmにすることができ、縮小された像を形成するために約50mmの焦点距離を必要とする。したがって100kV加速では、場を10kV/mmとすべきである。
【0040】
1つの代替実施形態では、特定の構成が強い場を必要とする場合、カソードとアノードの間にある銃の加速ユニット内にメッシュ・グリッド23を組み込むことができる。これは、ビームがその点で完全に100kVまで加速されていないという追加の利点を有する。
【0041】
1つの代替実施形態では、図2のウェーネルト・アパーチャ16において電子銃内にメッシュ・グリッド23を組み込むこともできる。メッシュ・ピッチは、ここでも、カソード直径よりもはるかに小さくなければならない。これにより、レンズレット・サイズはμm程度になる。
【0042】
本発明は、Charged Particle Optics(CPO,Bowring Consultant,Ltd.,およびManchester University)およびSOURCE(MEBS,Ltd.による)モデルを用いたコンピュータ・シミュレーションによって確認されている。SOURCEモデルでは、メッシュ・グリッド23が、一連の円形スリットによって近似される。CPOプログラムとSOURCEプログラムのどちらにおいても、2つの接地シリンダであってバイアスされたメッシュがシリンダ間のギャップ内に設けられた接地シリンダを含むレンズがシミュレートされる。図7は、SOURCEモデルの詳細を場を用いて示す。レンズ場は、メッシュの開口内に明らかに見ることができる。
【0043】
さらに、3次元シミュレーション・プログラムCPO3dを用いてモデル化を行った。図8は、メッシュの平面で取り得る分布を例示する。ここでも、メッシュ・グリッドの複数レンズ効果を明らかに見ることができる。
【0044】
上述したように、本発明の電子銃は、電子ビーム・リソグラフィ機械で電子源として利用するのが最も有利である。現行の業界に適用される方法における半導体ウェハ上での半導体デバイスの製造は、光化学放射線、この場合は電子ビーム放射線の微細線路パターンによるポリマー・レジスト材料の露光を企図している。これは、リソグラフィ・マスクを介してレジスト被覆基板に光化学放射線を向けることによって従来の適用方法で達成される。マスクのイメージは基板に投影されて、投影印刷される。
【0045】
電子ビーム・リソグラフィ・ツールは、非常に小さな線幅、すなわち0.1μm以下での高コントラスト・パターンを特徴とする。それらのツールは、光学投影システムの高いスループットと共に、広いプロセス許容範囲を有する高分解能イメージを生成する。高スループットは、電子のフラッド・ビームを使用してウェハの比較的広い面積を露光することによって可能になる。標準的な磁場ビーム操舵および集束を備える電子ビーム光学系を使用して、フラッド・ビームをリソグラフィ・マスク上にイメージし、その後、基板すなわちレジスト被覆ウェハ上にイメージする。リソグラフィ・マスクは、高電子散乱の区域と、低電子散乱の区域とからなり、これらの区域がマスク・パターン内に所望のフィーチャを画定する。適切なマスク構造の詳細は、例えば米国特許第5079112号および5258246号で見ることができる。
【0046】
SCALPEL(およびVAL/VAIL)ツールの重要な特徴は、リソグラフィ・マスクと基板との間に配置された背面焦点面フィルタである。背面焦点面フィルタは、大きく散乱された電子を阻止し、弱く散乱された電子を通し、それにより基板上にイメージ・パターンを形成するように機能する。このとき、阻止フィルタが、イメージ中の望ましくない放射線を吸収する。これは、イメージ中の望ましくない放射線がマスク自体によって吸収され、マスクの加熱および歪曲、ならびにマスク寿命の低減の原因となる従来のリソグラフィ・ツールと対照的である。
【0047】
Eビーム・リソグラフィ・システム操作に関する原理が図9に例示される。リソグラフィ・マスク52が、図2の電子銃によって生成される100keV電子の均一なフラッド・ビーム51と共に例示されている。膜マスク52は、高散乱材料の区域53と、低散乱材料の区域54とからなる。ビームの弱く散乱された部分、すなわち放射線51aが、磁気レンズ55によって、背面焦点面阻止フィルタ56のアパーチャ57を介して集束される。背面焦点面フィルタ56は、電子を遮るのに適したシリコン・ウェハまたは他の材料であってよい。放射線51bおよび51cによってここに表される電子ビームの大きく散乱された部分は、背面焦点面フィルタ56によって阻止される。背面焦点面阻止フィルタ56を通過する電子ビーム・イメージは、参照番号59によって表される光学面に位置するレジスト被覆基板(すなわち「ワークピース」)上に集束される。区域60は、リソグラフィ・マスク52のフィーチャ54、すなわち露光すべき区域を複製し、区域61は、リソグラフィ・マスクのフィーチャ53、すなわち露光しない区域を複製する。これらの区域は、当技術分野で周知のように交換可能であり、負または正のレジスト・パターンを生成する。
【0048】
米国特許第5258246号は、図9Aに例示される電子ビーム・リソグラフィ装置200の一般的な構成を記述する。電子ビーム・リソグラフィ装置200は、加速電子源202と、集光レンズ系204と、マスク・ホルダに取り付けられたマスク206と、オブジェクトレンズ系208と、背面焦点面フィルタ210と、投影レンズ系212と、基板ホルダに取り付けられた露光媒体(基板)214とを、電子ビーム経路に沿ってこの順序で有する。電子ビーム・リソグラフィ装置200は通常、位置合わせおよび配列システム216を含む。チャンバは、電子ビームの経路に沿って全ての構成要素を含み、真空ポンプ218の使用によって真空に維持される。
【0049】
本発明の別の実施形態が図10に例示され、図2〜図9を参照して記述した本発明の他の実施形態に関して上述した構成と同一の多くの構成を含む。しかし、本発明のこの実施形態は、メッシュ・グリッドではなく、複数の静電四重極パターンを形成する構造を有する荷電粒子ビーム放射制御装置100を使用する。本明細書における教示に鑑みて、静電荷を形成することができる導体の使用により、四重極場パターンを生成することができるいくつかの方法があることを当業者は理解できよう。特定の実施形態では、放射制御装置100の構造が、図10に参照番号102、103、および104として示される複数(好ましくは3つ)の平坦なメッシュを備える。外側メッシュ102および104のワイヤはy軸方向に延在し、内側メッシュ103のワイヤはx軸方向に延在する。荷電粒子ビーム放射制御装置の基本原理は、荷電粒子ビームが電子ビームであれ、原子イオンのビームなど他のタイプの荷電粒子ビームであれ同じである。本出願では電子のビームが好ましい。しかし、本発明の一般的な概念は、単なる電子ビーム以外の荷電粒子ビームヘの適用も企図している。
【0050】
荷電粒子放射制御装置100が荷電粒子、好ましくは電子のビーム内に配置されて、「放射」が変更された荷電粒子の出射ビームを生み出す。荷電粒子のビームを、放射制御装置によって生成される四重極場パターンに通して、荷電粒子ビームの一部分を集束させ、それにより複数の2次荷電粒子源(実効源)を形成する。1つの好ましい実施形態では、荷電粒子ビーム放射制御装置100は、絶縁体24によってライナ20に接続されたドリフト空間19内に配置される(図2参照)。この好ましい実施形態では、荷電粒子ビーム放射制御装置100が、図2に例示されたメッシュ・グリッド23の代わりとなる。同様に、荷電粒子ビーム放射制御装置100は、図2A、2B、2C、6、6A、および6Bに例示される他の好ましい実施形態でのメッシュ・グリッド23,23’,23”の代わりとなる。メッシュ・グリッド23,23’,23”と同様に、荷電粒子ビーム放射制御装置100も、図2に例示されるウェーネルト・アパーチャ16において電子銃内に組み込むことができる。
【0051】
図11Aは、本発明の1つの好ましい実施形態における荷電粒子ビーム放射制御装置100の一部を例示する。図11Aは、上から見た荷電粒子ビーム放射制御装置の一部の断面図(X,Z平面)である。
【0052】
図11Bは、図11Aに例示される荷電粒子ビーム放射制御装置100の一部に対応する断面側面図(Y,Z平面)である。図示されるように、第1の外側ワイヤ・メッシュ102と第2の外側ワイヤ・メッシュ104は平坦であり、互いにほぼ平行に配列されている。内部ワイヤ・メッシュ103もほぼ平坦な形態を有し、第1の外側ワイヤ・メッシュ102と第2の外側ワイヤ・メッシュ104との間に、ほぼ平行に配列されている。好ましくは、内側ワイヤ・メッシュ103と第1の外側ワイヤ・メッシュ102との距離が、内側ワイヤ・メッシュ103と第2の外側ワイヤ・メッシュ104との距離にほぼ等しい。
【0053】
この好ましい実施形態では、第1の外側ワイヤ・メッシュ102が複数の導電部材を有し、そのうちの2つのみが例示され、参照番号112および114を付されている。好ましくは、導電部材112および114は長方形断面を有する金属ワイヤまたはバーである。好ましくは、第1の外側ワイヤ・メッシュ102の金属ワイヤまたはバーは、(図示されるバー112および114に関しては図11Aの紙面に鉛直な)中心に沿って延在する長手方向軸線をそれぞれ有する。第1の外側ワイヤ・メッシュ102のワイヤまたは金属バーの長手方向軸線は、図11Bに例示されたバー112および114に関しては紙面の平面内で縦方向に沿って延在する。好ましくは、第1の外側ワイヤ・メッシュ102内の金属ワイヤは、寸法がほぼ等しく、ほぼ等しい距離だけ離隔されている。
【0054】
この好ましい実施形態では、第2の外側メッシュ104が第1の外側メッシュ102とほぼ同じ構成および配列を有する。この好ましい実施形態では、内側ワイヤ・メッシュ103は、第1および第2の外側ワイヤ・メッシュ102,104の構成とほぼ同一の構成を有し、しかし図11Aおよび図11Bに例示されるように、第1および第2の外側ワイヤ・メッシュ102,104に関して90度回転されている。
【0055】
1つまたは複数の電圧源(図示せず)が、第1の外側ワイヤ・メッシュ102と、第2の外側ワイヤ・メッシュ104と、内側ワイヤ・メッシュ103とのそれぞれにおいて金属バーに電気的に接続されている。好ましくは、第1の外側ワイヤ・メッシュ102と第2の外側ワイヤ・メッシュ104はどちらも接地電位にあり、内側ワイヤ・メッシュ103は、その接地に対して電圧ΔVを有する。好ましくは、電圧ΔVは負の電圧である。
【0056】
図11Aおよび図11Bは、荷電粒子ビーム放射制御装置100の局所区域内にある四重極電場パターン116の一例を例示する。局所的な四重極場パターン116を発生する導電部材(「電極」)112、117、および119の近傍の空間が静電四重極レンズレット118を提供する。
【0057】
図12は、メッシュ102と103の間のスペーシング(空間)、およびメッシュ103と104の間のスペーシングが0.5mmであり、各メッシュ内部の金属バーが幅20μmであり、且つ200μm離隔されている四重極アレイに関してCPO3dコンピュータ・モデルから得られた結果を例示する。外側メッシュは接地され、中心メッシュは−4kVである。図12に例示される向きでの焦点距離は5mm未満である。
【0058】
静電四重極レンズレットの集束作用は、アパーチャ・レンズ・アレイの場合とは異なり非回転対称である。放射制御装置100と成形アパーチャとの距離に関してレンズレットの焦点距離が小さいとき、電荷ビーム放射制御装置100の四重極レンズレットのアレイの集束動作が非回転対称であることによる不利な効果が十分に小さくなることが判明した。ここで成形アパーチャは、電子ビームによって照明される平面と定義される。制御装置100と成形アパーチャとの距離は、制御装置100から出る個々のビームレットが互いに重なり合い、混ざり合うことができるようにするのに十分な長さであるべきであり、これがソリッドで均一なビームを生成する。
【0059】
動作中、四重極レンズレットは、中央電極での電位ΔVとレンズの向きとに応じて、一方向(ビーム軸線に向かう方向、またはそこから離れる方向)に常に作用する力を荷電粒子に加える。有利には、1次効果として、四重極レンズレットの焦点距離が電場に依存し、2次効果として、アパーチャ・レンズが荷電粒子に対する集束作用を生み出す。その結果、レンズレットの四重極アレイは、効率をより良くし、レンズ領域内部にある異なる電極間での電圧破壊に関する問題を低減する。
【0060】
この記述と共に含まれている図は概略的なものであり、必ずしも一律の縮尺ではないことを理解されたい。デバイス構成などは、本明細書に記述したデバイス構造に何らかの制限を与えることを意図していない。
【0061】
本明細書での定義のために、且つ頭記の特許請求の範囲において、ウェーネルト・エミッタは、実質的に平坦な放射面を有する固体金属体を定義するものと意図し、前記平坦な放射面は対称的であり、すなわち円形または正多角形の形状を有する。また、定義のために、用語「基板」は、本明細書では、電子ビーム露光システムのオブジェクト面を定義するものとして使用し、その平面上に存在する(半導体)ワークピースがあるかどうかに関わらない。用語「電子光学面」は、電子銃内の空間でx−y平面を記述するために使用することができ、その面に電子ビーム・イメージが集束される。すなわち半導体ウェハが位置されるオブジェクト面である。
【0062】
上述したように、本発明では、電子光学レンズ・アレイが荷電粒子露光ツールの照明光学系内に挿入される。このレンズ・アレイ、すなわちフライズアイ・レンズの位置は、各レンズレットが、レンズレット間の距離Lよりも小さな直径dを有するビーム・クロスオーバを作成するようになっており、それが、ビームの実効放射を(L/d)2倍に高める。電子光学レンズ・アレイは、グリッドに垂直な静電場を有するメッシュ・グリッドである。従来のシステムに勝る1つの利点は、本発明が標準的な高明度電子銃の使用を可能にすることである。別の利点は、ビーム成形アパーチャで電子流の大部分を止めることなく実効放射を変えることができることであり、これは現在、放射を変更するための唯一の方法である。別の利点は、マスクの一様な照明を得ることができることである。
【0063】
本明細書では、IC製造において本発明による装置を使用することに特に言及する場合があったが、そのような装置が多くの他の可能な適用例を有することを明確に理解されたい。例えば、それらを集積光学系、磁区メモリ用の誘導および検出パターン、液晶表示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造に使用することができる。そのような代替適用例の文脈では、この本文における用語「焦点板」、「ウェハ」、または「ダイ」の使用を、より一般的な用語「マスク」、「基板」、および「ターゲット部分」でそれぞれ置き代えることができることを当業者は理解されよう。
【0064】
本明細書では、特にEビーム装置で存在する状況に多くの記述を当てているが、本発明を一般的に荷電粒子リソグラフィに適用することができるとみなせることを明確に留意されたい。したがってイオンビーム・リソグラフィを包含する。
【0065】
本発明の様々な追加の変更が当業者によって想定され得る。従来技術を発達させる上記原理およびその等価のものに基本的に依拠した、本明細書の特定の教示からの全ての逸脱が、ここに記述および請求する本発明の範囲内にあると適切にみなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】タンタル・ディスク・エミッタを有する1つの従来のウェーネルト電子銃の概略図。
【図2】本発明によって修正された電子銃の概略図。
【図2A】本発明の変形形態を例示する図。
【図2B】本発明の変形形態を例示する図。
【図2C】電子ビームに対するメッシュ・グリッドの効果を例示する図。
【図3】従来のウェーネルト電子銃からの電子放射プロファイルの概略図。
【図4】本発明の一実施形態におけるメッシュ・グリッドの効果を例示する図。
【図4A】関連寸法を示す本発明のメッシュ・グリッドの概略図。
【図5】本発明の光学系の、より一般的な図。
【図6】メッシュ・グリッドの両端間での電位を例示する図。
【図6A】代替メッシュ・グリッド構成の両端間での電位を例示する図。
【図6B】代替メッシュ・グリッド構成の両端間での電位を例示する図。
【図7】−40kVのバイアス電圧で、SOURCEコンピュータ・シミュレーション・モデルによって計算された、メッシュ・グリッドの周りの等電位場を例示する図。
【図8】−40kVのバイアス電圧で、CPO3dコンピュータ・シミュレーション・モデルを使用して計算された、メッシュ・グリッドの複数レンズ効果を例示する図。
【図9】SCALPEL露光システムの原理を例示する概略図。
【図9A】本発明の特定の実施形態によるリソグラフィ装置の一般的な特徴の概略図。
【図10】本発明による荷電粒子ビーム放射制御装置の1つの好適な実施形態の概略図。
【図11A】本発明の1つの好適な実施形態による荷電粒子ビーム放射制御装置の一部分の上面断面図。
【図11B】図11Aに対応する側面断面図。
【図12】本発明の特定の実施例での電子ビームに対する荷電粒子ビーム放射制御装置の効果に関するコンピュータ・モデルからの結果を例示する図。
【符号の説明】
1 電子銃アセンブリ
11 基部
12 カソード支持アーム
13 カソード・フィラメント
14 電子エミッタ
15 ウェーネルト水平方向支持アーム
16 ウェーネルト・アパーチャ、電子銃フランジ
17a アノード・アパーチャ
18 電子ビーム
19 ドリフト空間
20 ドリフト・チューブ、ライナ
21 ライナ・フランジ
22 溶接部
23 メッシュ・グリッド
24 絶縁体
100 放射制御装置
102、103、104 平坦メッシュ
Claims (10)
- 加速荷電粒子源と、
前記粒子源に近接して配置された集光レンズ系であって、荷電粒子のビームを形成するために前記粒子源から発せられた粒子の経路を変えるようになっている集光レンズ系と、
前記ビームの経路内にマスクを保持するように構成および配置されたマスク・ホルダと、
前記マスクを通過した荷電粒子の経路内に配置された基板とを有する荷電粒子リソグラフィ装置において、
前記粒子源が、カソードと、該カソードに近接して配置されたアノードと、荷電粒子ビーム放射制御装置とを有し、
前記荷電粒子ビーム放射制御装置が複数の静電四重極レンズレットを有し、
前記アノードがドリフト・チューブを画定しており、前記荷電粒子ビーム放射制御装置が、前記ドリフト・チューブによって画定されたドリフト空間内に配置され、且つ前記荷電粒子ビーム放射制御装置と前記ドリフト・チューブの間の導電接続から自由であることを特徴とする荷電粒子リソグラフィ装置。 - 前記マスクと前記基板との間に配置されたオブジェクト・レンズ系と、
前記オブジェクト・レンズ系と前記基板との間に配置された投影レンズ系と、
前記オブジェクト・レンズ系と前記投影レンズ系との間に配置された背面焦点面フィルタと、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載のリソグラフィ装置。 - 前記荷電粒子ビーム放射制御装置が、
実質的に平坦な形状を有する第1の外側ワイヤ・メッシュと、
実質的に平坦な形状を有し、且つ前記第1の外側ワイヤ・メッシュに実質的に平行に配置された第2の外側ワイヤ・メッシュと、
実質的に平坦な形状を有し、且つ前記第1の外側ワイヤ・メッシュと第2の外側ワイヤ・メッシュとの間に実質的に平行に配置された内側ワイヤ・メッシュと、
前記内側ワイヤ・メッシュと前記第1の外側ワイヤ・メッシュとの第1の電圧差が前記内側ワイヤ・メッシュと前記第2の外側ワイヤ・メッシュとの第2の電圧差にほぼ等しくなるように、前記内側ワイヤ・メッシュ、前記第1の外側ワイヤ・メッシュ、および前記第2の外側ワイヤ・メッシュのうちの少なくとも1つに接続された電圧源とを有し、
前記第1および第2のワイヤ・メッシュと、前記内側ワイヤ・メッシュとが、前記複数の実質的に共面の静電レンズレットを画定しており、前記複数の実質的に共面の静電レンズレットが、該複数の実質的に共面の静電レンズレットの各レンズレットそれぞれに近接する局所区域に、実質的に四重極の電場パターンを発生する請求項1または2に記載のリソグラフィ装置。 - 前記第1の外側ワイヤ・メッシュが、それぞれが長手方向軸を有する第1の複数の導電部材を備え、前記第1の複数の導電部材が、全ての長手方向軸が互いに実質的に平行になるように位置合わせされ、
前記第2の外側ワイヤ・メッシュが、それぞれが長手方向軸を有する第2の複数の導電部材を備え、前記第2の複数の導電部材が、前記第2の複数の導電部材の全ての長手方向軸が互いに実質的に平行であり、且つ前記第1の外側ワイヤ・メッシュの前記長手方向軸に実質的に平行であるように位置合わせされており、
前記内側ワイヤ・メッシュが、それぞれが長手方向軸を有する第3の複数の導電部材を備え、前記第3の複数の導電部材が、前記第3の複数の導電部材の全ての長手方向軸が互いに実質的に平行であり、且つ前記第1および第2の外側ワイヤ・メッシュの前記長手方向軸に実質的に垂直であるように位置合わせされている請求項3に記載のリソグラフィ装置。 - 前記第1および第2の外側ワイヤ・メッシュが接地されている請求項3または請求項4に記載のリソグラフィ装置。
- 前記内側ワイヤ・メッシュが負の電圧にある請求項5に記載のリソグラフィ装置。
- 前記第1、第2、および第3の複数の導電部材が、実質的に均一な幅および間隔を有する金属ワイヤである請求項4から請求項6までのいずれか1項に記載のリソグラフィ装置。
- 前記第1の外側ワイヤ・メッシュと前記内側ワイヤ・メッシュとの距離が、前記第2の外側ワイヤ・メッシュと前記内側ワイヤ・メッシュとの距離に実質的に等しい請求項3から請求項7までのいずれか1項に記載のリソグラフィ装置。
- カソードと、
前記カソードに近接して配設されたアノードと、
荷電粒子ビーム放射制御装置とを有する、電子ビーム・リソグラフィ装置用の電子源であって、
前記荷電粒子ビーム放射制御装置が複数の静電四重極レンズレットを有し、
前記アノードがドリフト・チューブを画定しており、前記荷電粒子ビーム放射制御装置が、前記ドリフト・チューブによって画定されたドリフト空間内に配置され、且つ前記荷電粒子ビーム放射制御装置と前記ドリフト・チューブの間の導電接続から自由であることを特徴とする電子源。 - カソードと、
前記カソードに近接して配設されたアノードと、
ビーム制御装置とを有する荷電粒子ビーム源および制御装置において、
前記アノードがドリフト・チューブを画定しており、前記ビーム制御装置が、前記ドリフト・チューブによって画定されたドリフト空間内に配置され、且つ前記ビーム制御装置と前記ドリフト・チューブの間の導電接続から自由であり、
前記ビーム制御装置が、
実質的に平坦な形状を有する第1の外側ワイヤ・メッシュと、
実質的に平坦な形状を有し、且つ前記第1の外側ワイヤ・メッシュに実質的に平行に配置された第2の外側ワイヤ・メッシュと、
実質的に平坦な形状を有し、且つ前記第1の外側ワイヤ・メッシュと第2の外側ワイヤ・メッシュとの間に実質的に平行に配置された内側ワイヤ・メッシュとを備え、
前記ワイヤ・メッシュがそれぞれ、離隔された複数の平行ワイヤを備え、前記第1の外側ワイヤ・メッシュの前記平行ワイヤと前記第2の外側ワイヤ・メッシュの前記平行ワイヤとが第1の軸線方向に延び、前記内側ワイヤ・メッシュの前記平行ワイヤが、前記第1の軸線方向に実質的に垂直な第2の軸線方向に延び、
前記第1および第2の外側ワイヤ・メッシュが第1の電位にあり、前記内側ワイヤ・メッシュが、前記第1の電位とは異なる第2の電位にあることを特徴とする荷電粒子ビーム源および制御装置。
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