JP7216784B2 - 電子ビーム装置 - Google Patents

Description

本件開示は電子ビーム装置に関する。

（関連出願への相互参照）
本願は、２０１６年１月９日付米国暫定特許出願第６２／２７６８２４号に基づく優先権を主張する出願であるので、当該暫定特許出願の開示内容をこの参照を以て繰り入れるものとする。

ウェハ検査及び計量システムは、製造プロセス中に発生する欠陥を検出することで半導体製造業者を助け、集積回路（ＩＣ）チップの歩留まりを向上、維持させるものである。検査及び計量システムの目的の一つは、製造プロセスが仕様に合致しているか否かを監視することである。製造プロセスが確立済規範の範囲外にある場合、検査及び計量システムにより問題及び／又はその問題の源泉を指し示すことができ、半導体製造業者はそれを受けて対処することができる。

半導体製造業界の発展により、歩留まり管理、特に計量及び検査システムにはかつてなく大きな要請がのしかかっている。ウェハサイズが大きくなるにつれ限界寸法が縮小されつつある。経済情勢は、高歩留まり高付加価値生産を達成するための時間を縮める方向に業界を追いやりつつある。そのため、歩留まり問題を検出してからそれを正すまでの合計時間を縮めることが、半導体製造業者にとり投資収益率の決め手となっている。

ウェハの検査及び計量には電子ビームシステムが用いられている。動作中には、電子ビームシステムにより不断の電子ビームを静電偏向させて光軸から反らすことができ、それにより電子ビームを「オン」と「オフ」で「スイッチング」することができる。このプロセスは一般に「ブランキング」と呼ばれている。ブランキングは、通常、電子ビームの停止及び開始よりも高速である。ビームブランキングは、例えばリソグラフィ、試験、計量及び検査にて用いられる電子ビームシステムにおいて、必須な機能であろう。

ブランキングシステムは、通常、ハイパワー電子ビームを開口絞り（アパーチャダイアフラム）上へと偏向させることでその電子ビームをブランキングし、電子ビームがウェハに到達することを防いでいる。この高密度電子ビームは、大量の狭分布熱の態で、その開口絞りにて消散される。開口絞り上でのこうした急加熱は、開口（アパーチャ）又は開口絞りの歪み、開口又は開口絞りの損傷、或いは開口絞りの焼損を含め、多くの問題を引き起こす。開口絞りにもたらされる熱でその開口がシフトし、成形電子ビームの露出パターンのスティッチング（縫い合わせ）に際し寸法誤差が生じることもありうる。

半導体製造業者は集積密度及びデバイス近接度の向上を求めている。これらの要請に合致する効率的且つ直接的な手法の一つは、より大きな電子ビーム電流、より大きな電子ビームエネルギを用いることである。しかしながら、この手法は厳しい問題につながる。ＭＷ／ｃｍ^２級パワー密度の集束電子ビーム装置では、ブランキング中に開口又は開口絞りが損傷しかねず、またブランキング中に開口絞りが焼損しかねない。ｋＷ／ｃｍ^２級パワー密度の成形電子ビーム装置では、開口又は開口絞りの熱膨張効果による露出のパターンスティッチング誤差が生じかねない。パターンスティッチング誤差が生じうるのは、例えば、電子ビームリソグラフィ上の要請に合致させるのに十分なほど精密にはサブパターンを一体にスティッチングさせられないときであり、これは集積回路の誤動作につながりうる。歪み、シフト、傾斜、膨張その他、開口又は開口絞りの形状変化は、パターンスティッチング誤差の機会を増大させる。

図１は、ブランキングデフレクタプレート２０２を伴う開口絞り２０１の平面図である。それらデフレクタプレートのうち－ｘ軸をなすもの及び－ｙ軸をなすものは接地させることができるので、デフレクタプレート２０２のうち＋ｘ軸をなすもの及び＋ｙ軸をなすものに一対の単極ブランキング電圧（又は電流）が印加されている。集束電子ビームは、開口面内で、図１中の中心Ｏから位置Ａへと偏向されている。ＭＷ級パワー密度を有する集束電子ビームを、図１中の開口絞り２０１の位置Ａに駐留させると、局所的に開口絞り２０１が損傷し更には焼損することとなりかねない。不均等な加熱及び／又は温度分布に起因する引っ張り応力により、開口絞り２０１が横方向にシフトすることもある。図１中の位置Ａでの局所熱を減らすには、ブランキングシステム電圧Ｖｘ及びＶｙを用い任意の極角θにてビームをＢからＢ’へと往復スキャンさせればよいが、開口を巡り熱分布がなおも回転非対称となる。開口絞り２０１のエッジリムがやはりシフト、歪曲又は損傷されうる。

米国特許第６４８３１１７号 米国特許出願公開第２０１０／０１４８０８７号

従って、必要とされているのは改良された電子ビーム装置及びブランキング技術である。

第１実施形態では電子ビーム装置が提供される。本電子ビーム装置は、それを介し電子ビームが投射される開口を画定する開口絞りと、その電子ビームをその開口に向かって集束させるよう構成されたレンズと、その電子ビームを開口絞り上で偏向させるよう構成されたデフレクタと、複数個の電源モジュールと、を備える。デフレクタは複数枚のプレートを有する。電源モジュールは、開口全体を取り巻くパターンをなし電子ビームが開口絞りに向かうようにそのプレートをバイアスするよう構成される。

一例に係るデフレクタは上記プレートを少なくとも８枚有する。別例に係るデフレクタは上記プレートを４枚有し、本電子ビーム装置が上記電源モジュールを４個有する。

本電子ビーム装置は、電子ビームの経路沿いでウェハを保持するよう構成されたステージを、有するものとすることができる。

電子ビームの焦点は、上記開口の中心から距離を置いたところにある。

上記レンズはガンレンズとすることができ、本電子ビーム装置は、ビーム制限開口を画定するプレートと、コンデンサレンズと、対物レンズと、を有するものとすることができる。

上記電源モジュールは、上記プレートをバイアスすることで電子ビームを上記開口絞りに向かわせその電子ビームに上記開口の周囲を継続的にスキャンさせるよう、構成することができる。

第２実施形態では方法が提供される。本方法においては、開口内に電子ビームを向かわせる。その開口は開口絞りにより画定されたものである。その開口絞りの周囲には、複数枚のプレートを有するデフレクタを配する。デフレクタ内プレートのうち少なくとも１枚をバイアスする。上記開口全体を取り巻くパターンをなし電子ビームが上記開口絞りへと向かうよう、上記デフレクタを用いその電子ビームを偏向させる。そのパターンは円、正方形又は多角形とすることができる。そのパターンは対開口可変軌跡を呈し円、正方形又は多角形たるパターンを有するものと、することができる。

第３実施形態では電子ビーム装置が提供される。本電子ビーム装置は、それを介し電子ビームが投射される開口を画定する開口絞りと、その電子ビームをその開口に向かって集束させるよう構成されたレンズと、その電子ビームをその開口絞り上で偏向させるよう構成されたデフレクタと、プレートに接続された複数個の電源モジュールと、そのプレートのうち少なくとも１枚に対するバイアスを制御するよう編成されており、それにより、上記開口全体を取り巻くパターンをなし電子ビームを上記開口絞りへと向かわせるコントローラと、を備える。デフレクタはプレートを複数枚有する。

上記コントローラは、更に、上記電源モジュールの電圧を制御することで上記プレートのうち少なくとも１枚をバイアスするよう、編成することができる。

上記コントローラは、更に、電子ビームを円、正方形又は多角形をなし向かわせるよう、編成することができる。

上記コントローラは、更に、対開口可変軌跡を呈するように電子ビームを向かわせるよう、編成することができる。

一例に係るデフレクタは上記プレートを少なくとも８枚有する。別例に係るデフレクタは上記プレートを４枚有し、本電子ビーム装置が電源モジュールを４個有する。

本電子ビーム装置は、その電子ビームの経路沿いでウェハを保持するよう構成されたステージを、有するものとすることができる。

上記電源モジュールは、上記プレートをバイアスすることで電子ビームを上記開口絞りに向かわせその電子ビームに上記開口の周囲を継続的にスキャンさせるよう、構成することができる。

本件開示の性質及び目的についてのより遺漏なき理解のため、後掲の詳細記述と併せ、以下の如き添付図面を参照されたい。

ブランキングデフレクタプレートを伴う開口絞りの平面図である。 ブランキングシステムを伴う電子ビーム装置における光学系の断面図である。 円形電子軌跡を呈する単極ブランキング方法を示す、開口絞りの平面図である。 図３の円形電子軌跡向けのブランキングデフレクタ電圧信号を示す図である。 正方形電子軌跡を呈する単極ブランキング方法を示す、開口絞りの平面図である。 図５の正方形電子軌跡向けのブランキングデフレクタ電圧信号を示す図である。 本件開示の一実施形態に係る単極高速ブランキング制御用機能要素のブロック図である。 本件開示の一実施形態に係るブランキングシステム駆動用電子回路を示す図である。 多角形電子軌跡を呈する単極ブランキング方法を示す、開口絞りの平面図である。 図９の多角形電子軌跡向けのブランキングデフレクタ電圧信号を示す図である。 可変軌跡を呈する単極ブランキング方法を示す、開口絞りの平面図である。 電子ビームパワーがバルク素材内に吸収された後の温度分布のモデルを、Ｔ_０を飽和温度、ａを電子ビームの半径として示す図である。 本件開示の一実施形態を示すフローチャートである。

特許請求の範囲記載の主題を特定の諸実施形態により記述するけれども、本願中で説明される長所及び特徴全てを提供しない諸実施形態を含め、他の諸実施形態もまた本件開示の技術的範囲内にある。様々な構造的、論理的、処理ステップ的及び電子的変更を、本件開示の技術範囲から離隔せずになしうる。従って、本件開示の技術的範囲は添付する特許請求の範囲への参照によってのみ定義される。

本願記載の諸実施形態では、上述した諸問題に円形、正方形又は多角形ブランキング技術で以て電子ビーム装置内で対処する、熱拡散型ブランキングシステムが提供される。それらの技術は対称的なもの又は対称パターンを用いるものとされうる。本願記載の諸実施形態では、開口絞り上へのハイパワー吸熱によりもたらされるブランキング問題に対し、解決策が提供される。開口絞り上での吸熱を瞬時且つ均等に拡散させることができる。スループットを向上させること及び電子ビーム装置（集束電子ビームでも成形電子ビームでもよい）の分解能を改善することができる。ブランキング中における開口への損傷のリスクが低減又は解消されるので、スループット又は分解能を、ビーム電流又はビームエネルギを増大させつつ向上させることができる。本願記載の諸実施形態は既存システム内に容易に実装することができる。

図２は、ブランキングシステムを伴う電子ビーム装置１００における光学系の断面図である。レンズ例えばガンレンズ１０２は、電子源１０１の放出チップからの電子ビーム１０３を、開口絞り１０４の周囲にあるクロスオーバに向かい集束させる。その最大ビーム電流はビーム制限開口１０５により制限され、ターゲット（例．半導体ウェハ１０６）に向かう最終的なビーム電流が、ガンレンズ１０２の合焦強度を変化させることで開口絞り１０４により更に選択される。コンデンサレンズ１０７及び対物レンズ１０８の合焦強度を最適化することで最適な数値開口（ＮＡ）、即ちターゲットにおける電子ビーム１０３のスポットサイズが最高分解能時に小さくなる数値開口を、選択することができる。ブランキングデフレクタ１０９は、電子ビームがターゲット（例．ウェハ１０６）に到達することを止めるべき場合に、その電子ビーム１０３を開口絞り１０４上へと偏向させる。

本願中の用語「ウェハ」は、大略、半導体又は非半導体素材で形成された基板のことを指している。そうした半導体又は非半導体素材の例としては、これに限られるものではないが、単結晶シリコン、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、燐化インジウム、サファイア及びガラスがある。そうした基板は半導体製造設備にてよく目にされ及び／又は処理されよう。

ウェハが基板上に形成された１個又は複数個の層を有することもある。そうした層の例としては、これに限られるものではないがフォトレジスト、誘電体、導電体及び半導体素材がある。本件技術分野ではそうした層について多様な種類が知られており、本願中の用語ウェハは、いずれの種類であれそうした層を有するウェハを包括する意図を有している。

ウェハ上に形成された１個又は複数個の層がパターンを有していても有していなくてもよい。例えば、ウェハが複数個のダイを有し各ダイが可反復パターン化特徴又は周期構造を有していてもよい。そうした素材層の形成及び処理により、最終的にはデバイスの完成品が得られよう。多種類のデバイスをウェハ上に形成しうるところ、本願中の用語ウェハは、いずれの種類であれ本件技術分野で既知なデバイスがその上に作り込まれるウェハを包括する意図を有している。

開口絞り１０４の素材を選りすぐることで、ブランキングの影響を更に減らすことができる。例えば、開口絞り１０４内素材を、耐燃焼性としてもよいし、高い溶融温度を有するものとしてもよいし、或いはシフトや歪みが減るよう選択してもよい。一例に係る開口絞り１０４にはモリブデン又はモリブデン化合物が含まれる。別例に係る開口絞り１０４は、モリブデン又はモリブデン化合物により構成され又は本質的に構成される。集束電子ビームの場合、開口絞り１０４は、例えばその直径が１０μｍ～１００μｍの開口を有するものとすることができる。成形電子ビームの場合、開口絞り１０４は、例えばその辺の長さが１μｍ以上のスケールの正方形開口を有するものに、することもできる。

図２では断面として示したが、複数枚のプレートをブランキングデフレクタ１０９内に設けるとよい。ある例では、開口絞り１０４の周囲に配されたブランキングデフレクタ１０９内に４枚のプレートが設けられる。４枚超のプレートがブランキングデフレクタ１０９内にあってもよい。また別の例では、開口絞り１０４の周囲に配されたブランキングデフレクタ１０９内に、図３中に描いた４枚のプレートと同じ要領で８枚以上のプレートが設けられる。更に別の例では、開口絞り１０４の周囲に配されたブランキングデフレクタ１０９内に、図３中に描いた４枚のプレートと同じ要領で１２枚以上のプレートが設けられる。４枚超のプレートならより均質な偏向場を提供できるが、４枚のプレートで所望の性能を提供することができる。

ブランキングデフレクタ１０９内の各プレートは電源１１０に接続されている。各プレートが個別電源を有していてもよいし、２枚以上のプレートが同じ電源に接続されていてもよい。ある例では全プレートが同じ電源に接続される。

本電子ビーム装置１００はコントローラ１１１と通信する。コントローラ１１１は、例えば、ブランキングデフレクタ１０９、電源１１０その他、本電子ビーム装置１００を構成する部材と通信することができる。コントローラ１１１は、プロセッサ１１２と、そのプロセッサ１１２と電子通信する格納デバイス１１３と、同プロセッサ１１２と電子通信する通信ポート１１４と、を有するものとすることができる。お察し頂けるように、コントローラ１１１は、実際上、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの任意の組合せにより実現すればよい。また、その機能のうち本願記載のものを、単一ユニットで実行してもよいし、他方で諸部材間で分かち合い各機能をハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの任意の組合せにより実現してもよい。本願記載の諸方法及び諸機能をコントローラ１１１に実行・実現させるためのプログラムコード又は命令は、コントローラ可読格納媒体例えば格納デバイス１１３のメモリ内に格納すればよく、またその媒体はコントローラ１１１内のものでもコントローラ１１１外のものでもその組合せでもよい。コントローラ１１１は、本電子ビーム装置１００の構成部材により生成された出力をそのコントローラ１１１が受け取れるよう、任意の好適な要領で（例．１個又は複数個の伝送媒体、例えば「有線」及び／又は「無線」伝送媒体を含むそれを介し）本電子ビーム装置１００のそれら構成部材に結合させればよい。

コントローラ１１１により電子ビーム１０３のパターンを制御することができる。例えば、コントローラ１１１により図１３の諸ステップを実行すればよく、或いは図３、図５、図９又は図１１のパターンを呈するよう電子ビームを制御すればよい。コントローラ１１１により本願記載の他ステップ又は他技術を実行してもよい。

コントローラ１１１や本願記載の他システム（群）又は他サブシステム（群）は、パーソナルコンピュータシステム、イメージコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネットワーク機器、インターネット機器その他の装置を含め、様々な形態を採りうる。一般に、語「コントローラ」は、記憶媒体から得た命令を実行するプロセッサを１個又は複数個有するデバイス全てが包括されるよう、広く定義されうる。そのサブシステム（群）又はシステム（群）には、本件技術分野で既知なあらゆる好適プロセッサ例えばパラレルプロセッサも含まれうる。加えて、そのサブシステム（群）又はシステム（群）には、スタンドアロンかネットワークツールかを問わず、高速処理プラットフォーム及びソフトウェアが含まれうる。

そのシステムが複数個のサブシステムを有している場合、別々のサブシステム同士を結合させ、画像、データ、情報、命令等々がそれらサブシステム間で送られるようにすればよい。例えば、任意の好適な伝送媒体、例えば本件技術分野で既知で好適な任意の有線及び／又は無線伝送媒体により、サブシステムを他サブシステム（群）に結合させればよい。そうしたサブシステムのうち２個以上を、コンピュータ可読な共有格納媒体（図示せず）により実効的に結合させてもよい。

更なる実施形態は、コントローラ上で実行可能なプログラム命令であり本願記載の如く電子ビーム１０３のパターンを制御するためのものが格納される、非一時的コンピュータ可読媒体に関する。特に、図２に示すように、格納デバイス１１３その他の格納媒体を非一時的コンピュータ可読媒体を含むものとし、コントローラ１１１上で実行可能なプログラム命令をそこに入れたものであろう。このコンピュータ実施方法には本願記載の任意の方法（群）の任意のステップ（群）を組み込みうる。

それらプログラム命令は様々な形態のうちいずれか、なかでも手続きベース技術、要素ベース技術及び／又はオブジェクト指向技術により実装されよう。それらプログラム命令の実装には、例えば、ＡｃｔｉｖｅＸ（登録商標）コントロール、Ｃ＋＋オブジェクト、ＪａｖａＢｅａｎｓ（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＣｌａｓｓｅｓ（“ＭＦＣ”）、ＳＳＥ（ストリーミングＳＩＭＤエクステンション）その他のテクノロジ又は方法論を、随意に用いればよい。

コントローラ１１１は、本願記載の諸実施形態のうちいずれかに従い構成すればよい。ある例では、本願記載の諸方法のうちいずれかに従いプロセッサ１１２が編成される。

電子ビーム１０３のエネルギは３０ｋＶ以上、電子ビーム１０３の電流は１００ｎＡ以上とされうる。クロスオーバにおけるパワー密度は等式１により算出することができる。
ｑ＝（ＢＥ×ＢＣ）／（０．２５πｄ^２） 等式１

等式１中、ＢＥはビームエネルギ、ＢＣはビーム電流、ｄはビームスポットの直径である。例えば、１５０ｎｍの電子ビームスポット内における平均パワー密度は１７ＭＷ／ｃｍ^２となる。

最大ビーム電流を選択するに当たっては、図２中の開口を巡る電子ビーム１０３のクロスオーバサイズを、サブミクロン級～ミクロン級の域内にすることができる（ミクロン＝μｍ）。例えば、開口校正動作の際には、電子ビーム１０３を開口面内に集束させ、そのビームにより開口エッジ全体をスキャンすればよい。開口面における合焦スポットサイズは約０．１μｍにし或いは更に小さくすることができる。この場合、クロスオーバ内パワー密度は２０ＭＷ／ｃｍ^２超となる。

ブランキング中に電子ビーム１０３の偏向を止めると、ビームが集中して多分にブランキング開口構造が損傷されかねないので、これは避けるのが望ましかろう。そこで、開口絞り１０４の開口の周囲で電子ビーム１０３を動かし続け、熱を対称的に拡散させるようにする。電子ビーム１０３のブランキング偏向パターンを、その開口の周囲に対称配置された、閉じた幾何学的図形にすることができる。対称パターンを有する移動軌跡は最良の熱拡散をもたらすであろうし、また制御が最も容易になるであろうが、他パターンの構成でもかまわない。開口絞り１０４への損傷を防ぐ以外にも、このことは、十分なスループットを実現する役に立ちうる。

本願記載の実施形態を用いることで、ブランキングプロセスを例えば５ｎｓ～１０ｎｓ以内で発生させることが可能となる。ブランキング時には、電子ビーム１０３のブランキングが始まる時点からその電子ビーム１０３がブランキングされるときまでに開口絞り１０４の開口を通る電子を、１０個未満にすることが望ましかろう。他の速度及びしきい値でもかまわない。

開口絞りへの損傷は、開口ボアのエッジのより近く（即ち開口からより遠く）に電子ビームを駐留させることで減らせるかもしれない。しかしながら、これではブランキング時間やブランキング電圧が増大しかねない。ブランキング中に電子ビームが開口から動く距離、ブランキング時間及び／又はブランキング電圧は、特定の用途向けに最適化させることができる。

図３は、円形電子軌跡を呈する単極ブランキング方法を示す、開口絞り１０４の平面図である。電子ビームを開口１１５内の位置Ｏから開口絞り１０４上の位置Ａへと偏向させた後、円形軌跡Ａ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ａをなしその電子ビームで継続的にスキャンすると、放熱及び温度分布が開口１１５の周囲で回転対称となる。従って、パワーの消散による熱的な引っ張り応力が対称的に解消され、その結果、開口のシフト及び歪みが低減又は解消される。

集束電子ビームに係る円形電子軌跡は熱を回転対称的に拡散させるものであり、これは開口形状と調和しているので、開口の歪みを避けることができる。回転対称な円形軌跡が丸い開口と併用されることで温度差が減ることとなろう。開口絞り１０４へのどのような損傷も減らすことができ又は無視できるものとなろう。

図３では円として描いたが、２個以上の正方形開口を用い成形電子ビーム投射装置にて成形電子ビームを形成することが可能である。高スループット時の成形ビームのパワー密度は、数百平方ミクロンの領域に亘りｋＷ／ｃｍ^２級の範囲内となる。電子ビームリソグラフィ装置等における露出パターンのスティッチング問題に開口シフト誤差が直結しうるので、正方形開口の寸法的安定性が重要であろう。スティッチング誤差は、約数百ｎｍの最小フィーチャサイズより大きくなるべきではなかろう。とはいえ、開口絞り上での放熱が瞬時に拡散されない場合は、ｋＷ級パワー密度の電子ビームによる熱的な引っ張り応力に起因した開口シフトが、数サブミクロン以上の大きさになりうる。円形電子軌跡を正方形開口と併用することができる。

図４は、図３の円形電子軌跡にて用いられるブランキングデフレクタ電圧信号を示す図である。より精密には、図３中のブランキングシステムデフレクタプレート上に印加される電圧は等式２、３及び４にて与えられる。
Ｖｘ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｃｏｓ（（２π／Ｔ）ｔ） 等式２
Ｖｙ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｓｉｎ（（２π／Ｔ）ｔ） 等式３
Ａ（ｔ） ＝Ａｍ［１－ｅｘｐ（－ｔ／τ）］ 等式４

Ｖｘ（ｔ）及びＶｙ（ｔ）はそれぞれ図３中のｘ軸及びｙ軸デフレクタプレート向けのブランキング偏向電圧信号であり、ｔは時間変数である。Ａｍは、その許で電子ビームを中心Ｏから位置Ａへと偏向させうるピーク偏向電圧である。比較される周期Ｔが１００μｓ～１０００μｓである場合、中心Ｏから位置Ａへの偏向には、等式４のＡ（ｔ）に反映されている時間（例．約３τ即ち約３０ｎｓ）がかかる。

等式２及び３中の時間周期Ｔは、開口絞り上の熱が回転方向に均等分布するよう選べばよい。Ｔは所望の熱分布を実現しながら短くすることができる。等式４中の時定数τは、中心Ｏから位置Ａへと電子ビームを高速で偏向させ及び／又はブランキングすることができるように選べばよい。時定数τは所望の偏向／ブランキングを実現しながら短くすることができる。時定数τを約１０ｎｓのオーダにすることで、数個の電子しかターゲットへと到達しないようにすることができる。時定数τは時間周期Ｔに比べかなり短くなろう。例えば、τを１０ｎｓとしＴを１００ｎｓ～１０００μｓとして、電子ビームをブランキングすることができる。

ある例では、図４中の周期Ｔがミリ秒又はサブミリ秒のオーダ（即ち約１０００～１００００回転／秒）とされよう。周期Ｔの選択次第で、熱を十分且つ均等に拡散させることが可能になる。

成形電子ビーム装置では、開口１１６のボアを図５に示す如く正方形にすることがある。開口１１６の形状と調和させ熱を対称的に吸収及び拡散させるには、ブランキング偏向時に閉じた正方形電子軌跡を用いればよい。電子ビームを開口１１６内の位置Ｏから開口絞り１０４上の位置Ａへと偏向させた後、正方形軌跡Ａ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ｅ－Ｆ－Ｇ－Ｈ－Ａをなし電子ビームで継続的にスキャンすると、開口１１５を巡り放熱及び温度分布が回転対称となる。この正方形パターンを開口１１６の形状にマッチさせればよい。図５は正方形電子軌跡を呈する単極ブランキング方法を示しており、図６は正方形電子軌跡の場合にブランキングデフレクタプレートに印加される電圧信号を示している。

成形電子ビームに係る正方形電子軌跡は熱を対称的に拡散させるためのものであり、これを開口形状と調和させることで、露出のスティッチングパターンにおける寸法誤差を排することができる。正方形電子軌跡では隅部又はその付近にホットスポットが生じることがある。しかしながら、それらのホットスポットには、開口絞りへの損傷を減らしつつ対処することができる。例えば、ホットスポットが存在している場合でも、開口絞り１０４の不平衡加熱を対称パターンにより妨げることができる。正方形開口システム向け正方形軌跡の例では軌跡・開口リム間距離を一定に保つことができる。また、正方形開口システム向け円形軌跡の例では、その距離が回転方向に沿い変化し、正方形開口の隅部にて距離が最短になる。

図７は、円形電子軌跡での単極ブランキングを制御する機能要素の例の模式的ブロック図である。図７に示すように、それらの要素のなかには、４個の電源モジュール４０６～４０９を制御する４個のディジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）４０２～４０５が含まれている。フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）４０１により、ＤＡＣデータを、低速正弦波を規定するのに十分な速度で生成することができる。ＦＰＧＡ４０１によりＤＡＣデータを生成することで、例えば四象限正弦波を規定することができる。ＤＡＣ４０２～４０５それぞれにより０Ｖ～＋１０Ｖの制御電圧を供給することができる。位相１～位相４の出力電圧は例えば０Ｖ～＋２００Ｖとすることができる。＋２００Ｖなる任意電圧レベルを必要に応じ選択してもよい。同様のシステムを正方形電子パターン又は他形状を有する電子パターンと併用することができる。

図８はブランキングシステム駆動用電子回路を示す図である。この電子回路は４チャネルスティッチングドライバを有している。４個のゲートドライバ５０１～５０４、例えば光結合されているそれが４個のゲート５０５～５０８に接続されている。そのゲート５０５～５０８はデフレクタ１０９内プレートに接続されている。デフレクタ１０９内の各プレートを別々のゲートに接続してもよい。ロー出力レベルは常に接地しておけばよい（例．０Ｖ）。相異なる四通りのハイ出力レベルにより電子ビームをブランキングすることができる。デフレクタ１０９に備わるプレートにおける全ての出力を、可能な限り最高の旋回速度で以て同時にスイッチングすることができる。それら出力を低速正弦波とし、ＤＡＣ制御型電源とすることができる。それら出力を０、９０、１８０、２７０°の位相関係とすることができる。論理レベル制御信号たるアンブランク信号により任意時点でトグルしてもよい。アンブランキング時にはその出力を一時停止させ、ブランキング時には低速正弦波を再開させればよい。

本願記載の諸実施形態によれば、閉じた二次元多角形軌跡により、開口１１５の周囲で均等に熱を拡散させることができる。多角形の辺の個数を無限個にしたと考えれば、円形電子軌跡は特殊な多角形的形状であろう。４辺、６辺、８辺、１２辺、１６辺又はより多数の辺を有する多角形でもかまわない。開口１１５内の位置Ｏから開口絞り１０４上の位置Ａへと電子ビームを偏向させた後、多角形軌跡Ａ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ｅ－Ｆ－Ｇ－Ｈ－Ｉ－Ａをなしその電子ビームで継続的にスキャンすると、開口１１５を巡り放熱及び温度分布が回転対称となる。例えば、図９及び図１０に示すように八角形軌跡を呈する単極ブランキング方法からは、その多角形の辺の個数が比較的大きいときには電子軌跡及び電圧信号波形双方が円形ブランキング特性に近くなることを見いだせよう。

多角形電子軌跡、典型的には八角形軌跡は、電子ビームのどういった組合せでも、開口絞り上で熱を拡散させる。多角形電子軌跡では隅部又はその付近にホットスポットが生じることがある。しかしながら、それらのホットスポットには、開口絞りへの損傷を減らしつつ対処することができる。例えば、ホットスポットが存在している場合でも、開口絞り１０４の不平衡加熱を対称パターンにより妨げることができる。

その狭い加熱リングを開口絞り１０４上のより広い領域へと拡げるため、軌跡可変ブランキング方法を実行してもよい。これを図１１に示す。軌跡可変ブランキングでは、図４におけるＶｘ（ｔ）及びＶｙ（ｔ）の時間周期Ｔのほぼ２倍以上の時間周期を有する２個の方形波信号が、一体に重ね合わされる。軌跡可変ブランキング方法では、電子軌跡が、ＡＢＣＤＡ、Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’Ａ’、ＡＢＣＤＡ、Ａ”Ｂ”Ｃ”Ｄ”Ａ”、ＡＢＣＤＡなる周期的形態で変転する。図１１に示すように、Ａ”Ｂ”Ｃ”Ｄ”Ａ”はＡＢＣＤＡ・開口１１５間にある。Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’Ａ’は、開口１１５から見て、ＡＢＣＤＡやＡ”Ｂ”Ｃ”Ｄ”Ａ”よりも遠いところにある。ＡＢＣＤＡ、Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’Ａ’及びＡ”Ｂ”Ｃ”Ｄ”Ａ”のほか、開口１１５から見て様々な距離のところに更なるパターンがあってもよい。

軌跡可変ブランキング方法はより広い領域内に熱を拡散させるものであり、閉じた電子軌跡がブランキングに適用されている場合でも電子パワー吸収熱を基本的には狭分布リング内で消散させ過剰加熱リスクを局所的なものに留める、といった概念と調和している。

図１１には円形パターンの態で描いたが、軌跡可変な方法は他形状、例えば正方形又は多角形と併用することができる。

上述の通り、開口面内クロスオーバスポットサイズは、図２中の集束電子ビーム装置では小さくなろう。そのため、高密度パワーを、図１２に示す如く、開口絞りの狭い領域内で消散させることができる。電子・素材間相互作用を踏まえ、電子ビームパワーと熱との変換が図１２の如くモデル化及び模擬される。電子ビーム吸熱温度Ｔは、主として、２ａ又は４ａ内の狭い領域内に分布する（「ａ」はサブミクロン単位のクロスオーバスポット半径）。円形軌跡（又は正方形軌跡）の要領で電子ビームがブランキングされた場合でも、熱はやはり狭い円形（又は正方形）リング内に分布する。

図１２の温度モデルでは、電子ビームの４ａ（これは電子ビームスポットサイズの２倍、但しａは電子ビームスポットの半径）外領域にて、飽和温度が７５％超も下降する。従って、軌跡Ａ”・Ａ間或いは軌跡Ａ・Ａ’間の間隙距離を、少なくとも１０ａ超とすればよい。ブランキングされた電子ビームが高パワー密度で以て集束される場合、スポット半径が例えば７５ｎｍであるなら、間隙距離を大きめに設定し１００ａ超（即ち７．５μｍ超）にすることができる。間隙距離を定めることで、ある種の実施形態では高い偏向電圧を排することができる。

他パターンの電子ビームで本願記載の利益を提供するも可能である。従って、ブランキング時の電子ビームのパターンは円形や正方形や多角形には限定されない。例えば、数学的ルーレット曲線（例．内転トロコイド、外転トロコイド、サイクロイド、外転サイクロイド、内転サイクロイド又はトロコイド）を発現させることができる。

図１３は電子ビームブランキング実施形態のフローチャートである。開口内に電子ビームを向かわせる（３００）。少なくとも１枚のデフレクタ内プレートをバイアスする（３０１）。あるパターンをなし電子ビームが開口絞りに向かうよう電子ビームを偏向させる（３０２）。そのパターンは開口全体を取り巻くものとすることができる。そのパターンは円、正方形又は多角形とすればよい。そのパターンを、対開口可変軌跡を呈するものとすることもできる。

本方法の各ステップは本願中に子細に記載の如く実行すればよい。本方法には、本願記載の電子ビーム装置サブシステム及び／又はコンピュータサブシステム（群）若しくはシステム（群）により実行可能な、いずれの他ステップ（群）を含めてもよい。それらのステップを実行する１個又は複数個のコンピュータシステムは、本願記載の諸実施形態のいずれかに従い構成してもよい。加えて、本願記載の諸方法を本願記載の諸システム実施形態のいずれにより実行してもよい。

本件開示に関し特定の１個又は複数個の実施形態との関連で記述してきたが、ご理解頂けるように、本件開示の技術的範囲から離隔することなく本件開示の他実施形態をなすことができる。即ち、本件開示は添付する特許請求の範囲及びその合理的な解釈のみにより限定されるものと認められる。

Claims (20)

1. それを介し電子ビームが投射される開口を画定する開口絞りと、
   その電子ビームを上記開口に向かって集束させるよう構成されたレンズと、
   その電子ビームを上記開口絞り上で偏向させるよう構成されたデフレクタであり、複数枚のプレートを有するデフレクタと、
   複数個の電源モジュールであり、上記開口全体を取り巻くパターンをなし電子ビームが上記開口絞りに向かい、上記電子ビームが上記開口の周囲をスキャンするように上記プレートをバイアスするよう構成され、上記電子ビームの上記開口の周囲の軌跡は上記開口の形状と調和するような閉じた可変軌跡であり、上記閉じた可変軌跡と上記開口との距離が時間周期的に変動する、電源モジュールと、
   を備える電子ビーム装置。
2. 請求項１に記載の電子ビーム装置であって、上記デフレクタが上記プレートを４枚有する電子ビーム装置であり、上記電源モジュールを４個有する電子ビーム装置。
3. 請求項１に記載の電子ビーム装置であって、上記デフレクタが上記プレートを少なくとも８枚有する電子ビーム装置。
4. 請求項１に記載の電子ビーム装置であって、更に、その電子ビームの経路沿いでウェハを保持するよう構成されたステージを備える電子ビーム装置。
5. 請求項１に記載の電子ビーム装置であって、その電子ビームの焦点が上記開口の中心から距離を置いたところにある電子ビーム装置。
6. 請求項１に記載の電子ビーム装置であって、上記レンズがガンレンズである電子ビーム装置であり、更に、
   ビーム制限開口を画定するプレートと、
   コンデンサレンズと、
   対物レンズと、
   を備える電子ビーム装置。
7. 請求項１に記載の電子ビーム装置であって、上記電源モジュールが、上記プレートをバイアスすることで電子ビームを上記開口絞りに向かわせその電子ビームに上記開口の周囲を継続的にスキャンさせるよう構成されている電子ビーム装置。
8. 開口内に電子ビームを向かわせるステップであり、その開口が開口絞りにより画定されていて、その開口絞りの周囲には複数枚のプレートを有するデフレクタが配されているステップと、
   上記デフレクタ内のプレートのうち少なくとも１枚をバイアスするステップと、
   上記開口全体を取り巻くパターンをなして上記電子ビームが上記開口絞りへと向かい、上記電子ビームが上記開口の周囲をスキャンするように、上記デフレクタを用い上記電子ビームを偏向させるステップと、
   を有し、上記パターンは上記開口の形状と調和するような閉じた可変パターンであり、上記閉じた可変パターンと上記開口との距離が時間周期的に変動する、方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、上記パターンが円である方法。
10. 請求項８に記載の方法であって、上記パターンが正方形である方法。
11. 請求項８に記載の方法であって、上記パターンが多角形である方法。
12. 請求項８に記載の方法であって、上記パターンが対開口可変軌跡を呈し、そのパターンが円、正方形又は多角形である方法。
13. それを介し電子ビームが投射される開口を画定する開口絞りと、
    その電子ビームを上記開口に向かって集束させるよう構成されたレンズと、
    その電子ビームを上記開口絞り上で偏向させるよう構成されたデフレクタであり、複数枚のプレートを有するデフレクタと、
    上記プレートに接続された複数個の電源モジュールと、
    上記プレートのうち少なくとも１枚に対するバイアスを制御するよう編成されており、それにより、上記開口全体を取り巻くパターンをなし電子ビームを上記開口絞りへと向かい、上記電子ビームが上記開口の周囲をスキャンさせるコントローラと、
    を備え、上記電子ビームの上記開口の周囲の軌跡は上記開口の形状と調和するような閉じた可変軌跡であり、上記閉じた可変軌跡と上記開口との距離が時間周期的に変動する、電子ビーム装置。
14. 請求項１３に記載の電子ビーム装置であって、上記コントローラが、更に、上記電源モジュールの電圧を制御することで上記プレートのうち少なくとも１枚をバイアスするよう、編成されている電子ビーム装置。
15. 請求項１３に記載の電子ビーム装置であって、上記コントローラが、更に、その電子ビームを円、正方形又は多角形をなし向かわせるよう、編成されている電子ビーム装置。
16. 請求項１３に記載の電子ビーム装置であって、上記コントローラが、更に、対開口可変軌跡を呈するように電子ビームを向かわせるよう、編成されている電子ビーム装置。
17. 請求項１３に記載の電子ビーム装置であって、上記デフレクタが上記プレートを４枚有する電子ビーム装置であり、上記電源モジュールを４個有する電子ビーム装置。
18. 請求項１３に記載の電子ビーム装置であって、上記デフレクタが上記プレートを少なくとも８枚有する電子ビーム装置。
19. 請求項１３に記載の電子ビーム装置であって、更に、その電子ビームの経路沿いでウェハを保持するよう構成されたステージを備える電子ビーム装置。
20. 請求項１３に記載の電子ビーム装置であって、上記電源モジュールが、上記プレートをバイアスすることで電子ビームを上記開口絞りに向かわせその電子ビームに上記開口の周囲を継続的にスキャンさせるよう、構成されている電子ビーム装置。

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