JP2002511197A - 電子ビームコラム用成形陰影投影 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 成形電子ビームコラムは電子源（１０２）からの電子を結像し、成形アパーチャ（１０４）の陰影像（１１４）を書込面（１０８）上に形成する。成形アパーチャの陰影像は成形アパーチャのデフォーカス像である。このデフォーカス陰影像は成形電子ビームコラムの対物面（１１２）内にある。書込面内の陰影像がデフォーカスされるのは、電子ビームレンズ（１０６）が電子源の集束像を書込面から離れた位置に形成するからである。書込面上の陰影像の大きさは、電子ビームレンズを調節し、電子源像と書込面間の距離、即ちデフォーカスを変えることにより変更できる。従って、通常の電子ビームコラムに較べて大きな成形アパーチャを使用できる。さらに、総リニア縮小率を小さくできるため、成形電子ビームコラムの長さを低減できる。その結果、電子−電子相互作用が低減され、書込面上の像のエッジ解像度が向上し、成形電子ビームコラム内の電流が増大でき、スループットが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】 電子ビームコラム用成形陰影投影 発明の分野 本発明は電子ビームコラム、特に成形電子ビームコラムに関する。 背景 電子ビームコラムは当業者にはよく知られている。図１は通常の成形ビームコ ラム１０を示す。このようなビームコラムは通常の電子ビームリソグラフィー装 置において、アパーチャにより規定される集束形状を書込面に結像するために使 用される。コラム１０はタングステン又はＬａＢ₆熱電子放射エミッタ（クロス オーバ１０〜２０μｍ（マイクロメートル））等の低輝度電子光源１２を有する 。低輝度電子光源１２は電子ビーム１３を発生し、電子ビーム１３は公知のよう にアパーチャ１６と電子ビームレンズ１８を介して投光照明１４に変換される。 投光照明１４は矩形アパーチャ２０上に投射される。磁気又は静電型の一連の電 子ビームレンズ２２、２４を使用して矩形アパーチャ２０を通過する電子を結像 し、矩形アパーチャ２０の縮小像を書込面２６に投影する。コラム１０をリソグ ラフィーツールとして使用する場合、書込面２６はマスクブランクの表面、ウェ ーハ上のレジスト等である 。 図１に示すように、通常の成形電子ビームコラム１０は矩形アパーチャ２０の 像を書込面２６上に結像する。典型的にはコラム１０内で使用される矩形アパー チャの寸法は小さく、矩形アパーチャ２０の像は大幅な総リニアコラム縮小率に より縮小されて書込面２６上に形成される。例えば矩形成形アパーチャ２０の寸 法が１０ｘ１０μｍの場合、書込面２６上に１００ｘ１００ｎｍ（ナノメートル ）の像を形成するためには１００の総リニアコラム縮小率が必要である。 コラム１０は一般的に複数の電子ビームレンズを使用して所望の総リニアコラ ム縮小率を達成している。しかし、多数の電子ビームレンズを用いると、コラム 長が長くなってしまう。例えば通常のコラム１０は典型的には約５０ｃｍ（セン チメートル）の長さを有する。その結果、電子−電子相互作用が大量に発生する 。当業者には明らかなように、電子−電子相互作用により、書込面２６に投影さ れた像のエッジ解像度が低下し、像エッジがぼやける。その結果、コラム１０内 で使用可能な電流が低下し、電子ビームリソグラフィーにおいて使用されるコラ ム１０のスループットが低下する。 通常のコラムの場合、エッジボケは最小寸法像の約２５％以下であることが望 ましい。これは例えば、コラム１０により約１００ｘ１００ｎｍの寸法の像を得 る場合、約２５ｎｍのエッジボケに相当する。 要約 本発明の一実施例における新規な成形ビーム光学装置は通常の電子ビームコラ ム又はマイクロ電子ビームコラムにおいて使用可能である。この新規な光学装置 は非常に小さい電子源からの電子を使用して、成形アパーチャの（集束像でなく ）陰影投影(shadow projection)を書込平面上に形成する。この新規な成形電子 ビームコラムは、高輝度電子源を有し、該電子源により矩形アパーチャ等の成形 アパーチャが照射される。電子ビームレンズは成形アパーチャを通過する電子を 結像し、電子源の像を形成する。但し、電子源像は書込面から離れて結像される 。電子源が成形形状よりも相当小さければ、成形形状の陰影像が書込面に生ずる 。電子源像は電子ビームレンズにより書込面の上又は下に結像できる。 書込面上の成形像の大きさを変化させたい場合は、電子ビームレンズを調節し て電子源像と書込面間の距離を変化させる。従って、本発明による成形電子ビー ムコラムにおいては、通常の電子ビームコラムにおけるよりも大きな成形アパー チャを使用できる。さらに本発明による成形電子ビームコラムでは、電子源と電 子源像間の総リニア縮小率を小さくできるため、必要なレンズ数および成形電子 ビームコラムの長さを低減することが可能である。成形電子ビームコラムの長さ が低減されることにより、電子−電子相互作用が減少し、書込面に投影された像 のエッジ解像度が向上する。電子−電子相互作用の低減により、成形電子ビーム コラム内の電流を通常のコラムに比較して高めることができる。従って、本発明 の成形電子ビームコラムをリソグラフィーツールとして使用することにより、ス ループットを向上させることができる。 図面の簡単な説明 本発明の上述およびその他の特徴、構成および有利な点は以下の説明、請求の 範囲および図面を参照すれば、より詳細に理解される。 図１は電子ビームリソグラフィーツールとして使用される通常の成形電子ビー ムコラム１０である。 図２は成形アパーチャの陰影投影を使用する成形電子ビームコラムである。 図３は、図２の成形電子ビームコラムにより書込面より上に投影された電子源 像の電流密度分布Ｊ_ESである。 図４は、図２の成形電子ビームコラムにより基板の書込面に投影された矩形陰 影投影像の、エッジボケを含む電流密度分布Ｊ_SSである。 図５は、成形アパーチャの陰影投影を使用する成形電子ビームコラムの別の実 施例であり、電子源像は書込面より下に結像される。 詳細な説明 図２に、成形アパーチャの陰影投影を使用する成形電子ビームコラム１００を 示す。成形アパーチャの陰影投影を使用することにより、総リニア縮小率を通常 の成形電子ビームコラムの場合に比較して小さくすることができる。総リニア縮 小率が小さいことによりコラム長を短くすることが可能となる。従って、電子− 電子相互作用が減少しスループットを増大できる。 電子源１０２としては、電界放出、ショットキー放出源、光電陰極等の高輝度 電子フィールドエミッタ（図示しない）を使用する。当業者には明らかなように 、電界放出又はショットキー放出源は引き出し電極（図示しない）の結像および 加速作用により約１５ｎｍの直径を有する実質電子源１０２を構成することがで きる。電子源１０２は投影像の分解能を向上させるために高輝度・小型であるこ とが望ましい。例えば、電子源１０２の輝度が１０⁸Amp/(cm²sr)の場合、コラム １００内の電流は約０．５〜３μＡとなる。使用可能な電子源の一例として、オ レゴン州ヒルズボロのFEI Inc.社から入手可能なショットキー放出源がある。成 形電子ビームコラム１００は通常の電子源を使用するものとして説明するが、同 様な方法でより小さいマイクロ電子ビームコラムも使用可能である。マイクロコ ラムはＴ．Ｈ．Ｐ．Ｃｈａｎｇ他による文献「リソグラフィーおよび関連応用分 野のための電子ビームマイクロコラム(Electron-Beam Microcolumns for Lithog raphy and Related Applications)」 (Journal of Vacuum Science Technology Bulletin 14(6)，pp．3774-81，Nov．/Dec．1996)に概説されている。 電子源１０２は矩形成形アパーチャ１０４を照射する。矩形成形アパーチャ１ ０４は例えば通常のイオンミリングにより形成されたアパーチャであり、約１〜 １００μｍの矩形を有する。その他の形状および寸法のアパーチャも使用可能で ある。 電子ビームレンズ１０６は矩形アパーチャ１０４を通過する電子を集束する。 図２では電子ビームレンズ１０６は単純化してー一枚のレンズとして示してある 。当業者には明らかなように、必要であれば複数の電子ビームレンズを使用する こともできる。しかし、コラム１００はほとんど総リニア縮小率を必要としない ため、一枚の電子レンズ１０６により矩形アパーチャ１０４を通過する電子を集 束することができる。電子ビームレンズを使用してアパーチャを通過する電子を 集束する技術は当業者には公知である。 図２に示すように、電子ビームレンズ１０６は矩形アパーチャ１０４を通過す る電子を集束し、所望の縮小率に応じて書込面１０８の上、約５〜５０μｍの距 離において交差させる。この交差点において集束電子源像１１０が形成される。 このように、電子源像１１０は書込面１０８から離れて形成される。図２に示す ように、電子源像１１０は書込面１０８の上に形成さ れる。書込面１０８は例えば露光されるウェーハ（図示しない）上のレジスト表 面であり、この場合、成形電子ビームコラム１００はリソグラフィーツールとし て使用される。成形アパーチャ１０４より小さい電子源１０２により成形アパー チャ１０４が照射されると、成形アパーチャ１０４の高解像度の陰影が電子ビー ムレンズ１０６の対物面１１２に位置する。電子ビームレンズ１０６はこの対物 面１１２上の「仮想」矩形を投影することにより、基板表面の書込面１０８上の 、電子源像１１０よりわずかに下に矩形陰影像１１４を形成する。 矩形陰影像１１４の大きさを変えたい時は、電子レンズ１０６を用いて電子源 像１１０の結像点の書込面１０８に対する距離を調節する。矩形アパーチャ１０ ４自体の像を書込面１０８に投影する通常のコラムと異なり、コラム１００は矩 形陰影像１１４を書込面１０８に投影する。コラム１００では比較的大きい成形 アパーチャを使用し、書込面１０８上の陰影投影像の大きさを調節する際には電 子ビームレンズ１０６の焦点を調節する。 コラム１００では電子源１０２と電子源像１１０間の総リニア縮小率は約１で ある。しかし電子源放射特性とのマッチングのために必要であれば、該縮小率は その他の値に設定することもできる。コラム１００ではほとんど総リニア縮小率 を必要としない為、電子ビ ームレンズ１０６は通常のコラムにおけるレンズ装置に比してシンプルに構成す ることができる。さらに、コラム１００はほとんど総リニア縮小率を必要としな いため、コラム１００の長さを通常のコラムの約４割ないし５割にすることがで き、なおかつ書込面において同等の像パラメータを得ることができる。 コラム１００は通常のコラムに比して長さが短いため、コラム１００内の電子 −電子相互作用が少ない。従って、電子−電子相互作用により生じる、書込面１ ０８上に投影された矩形陰影像１１４のエッジボケが低減される。その結果、通 常のコラムに較べてより大きい電流の電子ビームを使用することが可能となり、 コラム１００をリソグラフィーツールとして使用した場合のスループットが向上 する。 図３と４はそれぞれ、コラム１００の電流密度分布Ｊ_ESとＪ_SSを示す。図示の ように、Ｙ軸は電流密度分布Ｊ_ESとＪ_SSを表し、Ｘ軸は図２に示すＸ軸の位置を 表す。図３は、電子源像１１０の電流密度分布Ｊ_ESを示す。図３に示すように、 電子源像１１０はおよそガウス分布に従った強度分布Ｊ_ESを発生する。これは、 電子源像１１０が電子ビームレンズ１０６により結像されるからである。 図４は書込面１０８上の矩形陰影像１１４の電流密度分布Ｊ_SSであり、矩形陰 影像１１４の焦点はずれ（デフォーカス）によるエッジボケＥＢが示されてい る。矩形陰影像１１４の電流密度分布Ｊ_SSは、図３の電子源像１１０のガウス分 布と矩形アパーチャ１０４を通過する電子の矩形伝達関数の畳み込み積分である 。従って、エッジボケは、電子源像１１０の大きさに等しいか又はそれより小さ い幅を有した半影である。レンズ収差を無視すれば、電子源像は約１０〜２５ｎ ｍである。 電子ビームレンズ１０６とコラム１００内の電子−電子相互作用による収差に より、電子源像１１０の大きさが増大する。収差の一部は矩形陰影像１１４のエ ッジボケを増大させる。しかし、幾何学的収差、例えば球面収差はエッジボケで なく形状の歪みを生じさせる。図２の装置において、達成可能なエッジ解像度は 球面収差により制限されない。例えば、長さが数ミリメートルの成形ビームマイ クロコラムにおいてコラム１００の構造を用いた場合、１００ｘ１００ｎｍの矩 形陰影像１１４を形成する場合、エッジボケは約２５ｎｍ以下にすることができ る。 図５は成形アパーチャの陰影投影を使用する成形電子ビームコラム２００の別 の実施例を示す。コラム２００の構成と作用は図２のコラム１００に類似してお り、共通の要素は共通の部材名を有する。この実施例では電子ビームレンズ１０ ６は矩形陰影像２１４を書込面２０８に投影する。但しコラム２００では、電子 ビームレンズ１０６は電子源像２１０を書込面２０８ の下に結像する。電子ビームレンズ１０６の仮想対物面２１２は電子源１０２の 上にある。矩形アパーチャ１０４と書込面２０８の間には電子の交差は存在しな い。 以上、成形電子ビームコラムの実施例を詳細に説明したが、他の実施例も可能 である。例えば矩形アパーチャ１０４の代わりに別の形状のアパーチャを使用し たり、必要であれば複数の電子ビームレンズを使用することもできる。さらに、 本発明による成形電子ビームコラムを通常の電子源と通常ないしマイクロ電子ビ ームコラムの両方又は一方と共に使用することもできる。従って、請求項に記載 された発明の精神の範囲は図示された形態に限定されるものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 マリアン マンコス アメリカ合衆国 カリフォルニア サンフ ランシスコ プレシディオ ナンバー３ 333

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 電子を発生する電子源と、電子の通過路中に配置された成形アパーチャと、 成形アパーチャを通過する電子を電子源像に結像する電子ビームレンズと、書込 面を有した成形電子ビームコラムにおいて、 電子は対物面内に成形アパーチャの陰影を形成し、前記成形アパーチャの陰 影像が書込面に形成される、成形電子ビームコラム。 2. 電子ビームレンズは電子源像を書込面から離れた位置に結像する、請求項１ 記載の成形電子ビームコラム。 3. 電子源が電界放出源である、請求項１記載の成形電子ビームコラム。 4. 電子源がショットキー放出源である、請求項１記載の成形電子ビームコラム 。 5. 電子源が光電陰極である、請求項１記載の成形電子ビームコラム。 6. 成形アパーチャが矩形を有する、請求項１記載の成形電子ビームコラム。 7. 電子ビームレンズが単一の電子ビームレンズ素子から構成されている、請求 項１記載の成形電子ビームコラム。 8. 電子源像が電子ビームレンズと書込面の間に結像される、請求項１記載の成 形電子ビームコラム。 9. 電子源像が書込面の下に結像される、請求項１記載の成形電子ビームコラム 。 10．成形電子ビームコラムが成形電子ビームマイクロコラムである、請求項１記 載の成形電子ビームコラム。 11．成形アパーチャに電子を照射し、成形アパーチャの陰影を対物面内に形成し 、成形アパーチャを通過する電子を、成形アパーチャの前記陰影の像として書込 面上に結像することを特徴とする、成形電子ビームコラム形成方法。 12．書込面上の前記成形アパーチャの陰影の像がデフォーカスされる、請求項１ １記載の方法。 13．成形アパーチャを電子で照射する電子源が発生される、請求項１１記載の方 法。 14．成形アパーチャを通過する電子が、書込面の上又は下において電子源の像に 結像される、請求項１３記載の方法。 15．成形アパーチャを通過する電子が、書込面と電子源の間において電子源の像 に結像される、請求項１３記載の方法。