JP2005057269A - デュアルモード電子ビームリソグラフィ機 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い解像度を際立たせるように、或いは高いスループットを際立たせるように、オペレーターの希望に応じて、作動する能力を有する電子ビームリソグラフィ機を提供する。
【解決手段】 デュアルモード電子ビームリソグラフィ機（１０）は、書き込み流れにより基板の表面にパターンを描画するために電子ビーム（１２）を発生するための電子ビームコラム（１１）を備えて成り、上記基板は、ビームに対して基板を変位するように可動なステージ（１３）に支持される。パターン書き込み精度（それゆえ解像度）のために最適化された所定の第１モードと当該第１モードとは異なりパターン書き込みスピード（スループット）のために最適化された所定の第２モードとの間で書き込み流れ、ステージ運動、ビーム偏向及びビーム遮蔽の各々を変更するための制御手段（１７〜２０）を備えて成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デュアルモード電子ビームリソグラフィ機に関する。

電子ビームリソグラフィ機は特に基板上に電気回路のようなパターンを書き込む（描画する）ために主として用いられる。そのようなプロセスにおいて、可動ステージ上に支持された基板の適切に準備された表面は、焦束された電子ビーム、特に、ビームの書き込みスポット又はプローブにさらされる。集束された電子ビームは、表面上に目的パターンをトレースして、例えば表面のレジスト被覆への対応する影響によってパターンを生じる。ビームの解像度（分解能）は実用目的のために限定される。原子サイズ０．１ｎｍで作動する透過型電子顕微鏡の領域において、集束された電子ビームの極限の解像度限界に直面する。これはリソグラフィ機のための実際のサイズよりも２〜４オーダー小さい大きさである。しかしながら、スループットに関して電子ビームリソグラフィは主流シリコンＶＬＳＩ製造のような適用にとって遅すぎた。これには二つの理由がある：
ｉ）電子ビーム露光がシリアルプロセスで、単独のビームが次から次へとパターン特徴を露光してパターン範囲を走査する。それに反して光学リソグラフィでは全体のパターンが同時に露光可能である。
ii）プローブ形成電子ビームシステムにおいて使用に適した流れがビーム路においてクーロン相互作用によって限定され、それで当該流れの増加によって書き込みスポットがぶれ、解像度が下がる。

一般的に使用される電子ビームリソグラフィ機全てはこれら特徴を呈する。露光プロセスのシリアル特性は平行に多数のピクセルを露光することによって改善され得る。ガウスビームシステムは一時に単に一つのピクセルを露光し、それゆえに生来的にシリアルである。可変に形づくられたビームシステムは例えば１６〜２５６ピクセルを同時に露光し、ピクセル平行度に基づいて必然的にガウスシステムよりも速い。同様にセル投射や電子ビーム投射は可変に形づくられたビームシステムよりも速い。なぜならこれらはより高度のピクセル平行度を利用するからである。

スループットは、書き込み（描画）プローブによって単位時間当たりに掃き取られた最大範囲として規定されるパターン書き込みスピードとして特徴づけられ得る。スループットを増加する一つの可能な方法は、書き込み流れ乃至電流（writing current）を増加することである。しかしながら、クーロン相互作用によって生じた解像度の損失又は書き込みスポットのぶれ（ぼけ）は、書き込み流れが増加するにつれて、より顕著になる。書き込まれたパターンの許容可能な明瞭さを得るために、スポットの側面ぶれはパターンの特徴の最小サイズの合理的に小さな小部分であることが必要である。書き込み流れの限界値を超えてぶれが所望のパターン特徴のサイズに対して受け入れられないように顕著になる。パターンの特徴が小さくなればなるほど、書き込み流れの限界値も小さくなる。これによって、解像度とスループットが折り合う。

可変に形づくられたビームにとってピクセル平行度を十分に有利とするために、ピクセル平行度に等しいファクターだけ書き込み流れを増加することが必要であろう。これは、クーロン相互作用が解像度を受け入れられないように下げるので、実用的でない。プローブ形成電子ビームシステムの全てが、クーロン相互作用によって使用可能な書き込み流れに関して制限され、高いピクセル平行度を用いるシステムは幾らか早めとなる。

上述したスループットに関する制約に加えて、様々な機能を果たす（その間、実際の書き込みが起こらない）ための全ての電子ビームシステムにとっての要件から他の制限が生じる。これら機能は、基板に負荷をかけエネルギー供給すること、支持ステージを新たな位置に移すこと、ビームを新たな走査位置へ偏向すること及びシステムを正しく調整することを含む。これら種類の作用によって、スループットから減じるオーバーヘッド時間となる。多くの場合、オーバーヘッド時間は基板を処理加工するのに必要とされる時間全体の著しい小部分（分画）を表す。これらの場合においてオーバーヘッド時間をできるだけ最小に減らすことが望まれる。

著しいオーバーヘッドは、大きな範囲での露光を果たすためにステージを新たな位置へ動かすのに要する時間によって表される。他のオーバーヘッドの多くが始まりにおいて電気的である一方、ステージの動きは機械的で、通常比較的かなりのステージ構造の惰性・慣性のために電気的オーバーヘッドよりも生来的に大きなオーバーヘッドとなる。比較的少ない或いは広く間隔をおいた特徴を備えたパターンの場合、書き込みゾーンにおいて特徴範囲の位置を確かめるべくステージ動作に関連したオーバーヘッド時間は、スループットに関して最も著しい限定を形成し得る。

電子ビームの高い解像度能力を十分に利用するために、パターン特徴の正確な配置を最小のパターン特徴サイズの小さな部分の範囲内に確実とすること、言い換えればパターン特徴をスキャンする正確なビーム偏向を備えることが必要である。ビーム偏向は通常、ノイズと帯域幅の間でトレードオフ（trade-off）をもたらす電子増幅器により動かされるビーム偏向板（デフレクター）によって制御される。帯域幅が狭ければ狭いほど、ノイズは低いなる。しかしながら、高いスループットは、ビーム偏向と関連したオーバーヘッド時間を最小にするために所望スピードを達成すべく高い（広い）帯域幅を必要とする。高い帯域幅によってノイズの程度が大きくなり、パターン特徴の配置精度を低下させる。この範囲、特にビーム偏向に結び付いた電子ノイズは、解像度とスループットの条件間の他の対立（不調和）を表す。

上述したファクタの全てによって、高い解像度又は高いスループットを得ることができるが、これらは両方が同時ではないという状況に至る。所定構造の既知の電子ビームシステムは、設計とシステム構成のために、高い解像度或いは高いスループットにとって有効である。高い解像度は通常、精密に焦点を合わせたビーム、高い電子精度及び高い機械安定性を必要とする。高いスループットは、高い書き込み流れ、高速電子機器及び最小オーバーヘッド時間を必要とする。現存する電子ビームシステムは、これら特性／属性全てを達成するように修正することができず、高い解像度から高いスループットに変えるために基礎コンポーネントの基本適合を必要とすることになる。

したがって、本発明の課題は、高い解像度を強調するように、或いは高いスループットを強調するように、オペレーターの希望に応じて、作動する能力を有する電子ビームリソグラフィ機を提供することである。本発明の副次的な課題は、その種類のビーム機に結び付く実質的投資コストを考慮して、基礎コンポーネントの交換又は複雑な適合を要することなく、異なる作動コンフィギュレーションの間で転換可能である電子ビーム機を提供することである。

本発明によれば、書き込み流れ乃至電流により基板（サブストレート）の表面にパターンを書き込む（描画する）ために電子ビームを発生するための電子ビームコラム、上記基板を支持して当該基板をビームに対して変位（移動）するための可動ステージ、書き込まれるべきパターンにしたがって基板表面を走査するビームを偏向するためのビーム偏向手段、書き込みを中断するためビームを隠す（遮蔽する）ためのビームブランキング（隠し乃至遮蔽、blanking）手段、並びにパターン書き込み精度のために最適化された所定の第１モードと当該第１モードとは異なりパターン書き込みスピードのために最適化された所定の第２モードとの間で書き込み流れ、ステージ運動、ビーム偏向及びビームブランキングの各々を変更するための制御手段を備えて成るデュアルモード電子ビームリソグラフィ機がもたらされる。

本発明を具現化する電子ビームリソグラフィ機は、高解像度コンフィギュレーション（形態／構成）、即ち、パターン書き込み精度のために最適化されたモードと、高スループットコンフィギュレーション、即ち、パターン書き込みスピードのために最適化されたモードの間の切り換えを、達成可能な書き込み精度や書き込みスピードのレベルに主として影響を与える機械コンポーネントの交換又は部分変更をすることなく、行うことができる。もっと言えば、四つの特定された変数が各々、それぞれのタスクのために各々最適化された二つのモードの選択可能な一つにおいて同じ基本コンポーネントを用いて書き込みを可能にするために制御手段によって、例えば機械制御システムのソフトウエアを介して、制御可能である。更に、四つの変数、即ち、書き込み流れ、ステージ運動、ビーム偏向及びビームブランキングが、これらパラメータのいずれか一つの無視乃至軽視が所望程度の解像度やスループットを達成する機械能力を弱めるほどまでに、非常に相互作用することが本発明によって認められる。

好ましくは制御手段が、第１モードのための低めの値と第２モードのための高めの値の間で書き込み流れを変えるように作動可能である。一般に、低い流れ乃至電流は高い解像度と調和するがスループットが減少し、高い流れ乃至電流は高いスループットと調和するが解像度が低下する。しかしながら、書き込み流れが例えばステージスピードやブランキング率と調和可能でそれ故に機械機能の同期性をもたらし得るために、ステージ運動、ビーム偏向及びビームブランキング（遮蔽）の少なくとも一つのパラメータとの関連によって各モードにおいて書き込み流れの値を決めるように制御手段が作動可能であることが望ましい。好ましくは同様に制御手段が、基板の所定特性、例えば基板表面のレジスト被覆の感度との関連によって各モードにおいて書き込み流れの値を決定するように作動可能である。

書き込み流れは様々な方法によって、例えばコラムの電子源からの流れ乃至電流或いはコラムの少なくとも一つのビーム偏向開口を通って伝えられる流れを（制御手段を介して）変更することによって容易に調整可能である。書き込み流れはモードにおいて固定値に維持されなければならない必要はなく、また高い解像度及び／又は高スループットの特有条件に対するコラムの適合可能性を高めなければならない必要はない。少なくとも一つのモードにおいて且つそのモードに関する範囲内で流れ乃至電流の値を変更するように制御手段は作動可能である。

ステージ運動に関して、制御手段は好ましくは、第１モードのための段階的な動きと第２モードのための実質的に連続的な動きの間でこの運動を変えるように作動可能である。段階的な動きにおいて、書き込みは新たな位置におけるステージの各移転後に且つステージが静止している際に行われ、異なる位置の間でステージの動きは通常、ビーム書き込みスポットの所定走査域における異なる範囲基板、より具体的にはパターンのフィールドの位置を突き止めることになる。ステージを動かし確定するのに要する時間の間、書き込みが起こらないので、これはスループットを損ねるオーバーヘッド時間を表す。他方、高い解像度の達成にとり潜在的に分裂的な或るファクター、例えばステージ運動に関連した振動や、ステージが静止していない間に書き込みが行われる場合に起こる動的なビームトラッキングエラーは除去されるか、少なくとも著しく減らされる。それ故、ステージの段階的な動きとつながった条件はパターン配置の高い精度に役立ち、したがって高解像度作動と調和する。反対に連続的なステージの動きの場合には、ステージが動いている間に書き込みが行われる。したがって書き込みは、パターン特徴の正確な配置を達成するために、瞬間的なステージ位置と同期しなければならない。このモードの作動は、パターン書き込みとステージの動きが同時に起こるので、新たな位置へのステージの動き、即ち、段階的なステージ動作に関連したオーバーヘッドを最小限にする。したがって、それは高いスループットに役立つ。しかしながら連続的なステージ運動は、パターン配置の精度を減少するという欠点がある。これは二つの原因に起因する：先ず、連続的なステージ運動は必然的に振動を、とりわけステージ行程の方向変更でのそれら運動局面の間に伴う。次に、配置エラーの類が、連続して動くステージによって運ばれる基板を絶えずたどるため電子ビームの必要から生じる。このため、制御手段が好ましくは、第２モードでのステージの動き中にその瞬間位置を検出して、検出位置に応じてビーム偏向手段とステージ駆動手段の一方に影響を与える手段を有する。それ故、瞬間的なステージ位置を連続的に測定され位置情報をビーム偏向の制御にフィードバックするフィードバックループが備えられる。

書き込み流れの場合でのように、少なくとも一つのモードにおいて且つそのモードに関する範囲内でステージの動きの進度・比率を変えるように制御手段が作動可能ならば、コラムの万能性が増大しうる。その場合に、制御手段は、例えば動きの段階間のインターバルを変えることによって、第１モードでのステージの動きの進度を変えるように作動可能である。

望ましくは、制御手段は、第１モードのためのベクトル偏向と第２モードのためのラスタ偏向の間でビーム偏向を変えるように作動可能である。連続的なステージ運動は、偏向に関連した位置エラーがより繰り返し可能で測定と較正によって訂正され得るので、ラスタ偏向を好みがちである。ラスタ偏向は、最小のグリッド増分がラスタ期間に密接に左右され、それ故にこの形式の偏向が、パターン配置精度を落としがちな粗いグリッド増分を固有に有することを欠点としてもつ。したがってラスタ偏向は高い解像度と調和しない。代わりに、ベクトル偏向は細かなグリッド増分が可能であるが、ラスタ偏向よりも緩慢である。ゆっくりしたスピードの理由は、エラーが偏向履歴に左右されがちでリピータブルでないことである。繰り返し性を実現可能とする唯一のやり方は、よりゆっくりと作動することであり、これはスループットを弱めがちである。

好ましくは、ビーム偏向手段は、パターンを特徴付けるデータの供給に応じてビームを偏向するように作動可能であり、ビーム偏向の二つの形式の各々においてデータ供給とのビーム偏向の同期性を維持するように制御可能である。同期性は、例えば機械の制御ソフトウエアを適切に体系化する能力によって達成可能である。同じ電気・電子回路がビーム偏向の両方の形式に用いられ得、補整が異なる帯域幅条件のために備えられる。

更に、制御手段は、少なくとも一つのモードにおいて且つそのモードに関する範囲内でビーム偏向の比率を変更するように作動可能であってもよい。
解像度に関して又はスループットに関して最適化するためビームブランキングについて所望の影響は、例えば第1モードのための低い値と第２モードのための高い値の間でビームブランキングの比率を変えるように制御手段が作動可能ならば、達成され得る。一般に、高いブランキング比率が高い書き込み流れ、高いステージスピード及び基板の感度の良いレジスト被覆に関連して望ましい。これら属性は高いスループットと調和するが、高い解像度と画像忠実度を弱めがちである。好ましくは、少なくとも一つのモードにおいて且つそのモードに関する範囲内でビームブランキングの比率を変更するように制御手段が作動可能である。よりはっきり限定すれば、ビームブランキング比率は、例えばシステム構成に応じて最大比率まで機械の電子制御システムの調整によって調子を合わせることが可能である。書き込みモードの両方を適応調節するために、最大比率ができるだけ高いこと、例えば３００ＭＨｚか更に高いことが望ましい。これによってなかんずく書き込み流れと基板レジスト感度の全ての合理的な組み合わせが可能である。

本発明の好適な実施形態を、添付図面に関する例示を介してより詳細に記載する。図面は本発明を具現化したデュアルモード電子ビームリソグラフィ機の概略立面図である。

極めて概略的な形式で示された図面に関して、電子ビームリソグラフィ機１０は電子ビームコラム１１を備えて成り、これは頂部で電子ビームを生じるための電子ビーム発生手段１２を一部に包含している。ビームは、コラムの下の真空室内に配されＸ方向、Ｙ方向に可動なステージ１３の方へ指向される。基板１４、例えば半導体ウエハやウエハマスクは、位置決め・クランプ手段（図示せず）によって固定位置においてステージ１３上に取り外し可能に据え付けられている。基板のビームに向いた表面には電子感応性レジスト被覆を有する。

コラム１１は、ビーム発生手段から離れて、書き込みスポットを生じるべくビームを焦点に合わせるための焦点合わせ手段（図示せず）を有する。それは、基板レジスト被覆の面での設定可能な書き込み流れ（writing current）、ビーム１２を隠すように、即ち、ビームをオン・オフ切り換えするように作動可能なビームブランキング板１５、及びビーム１２を偏向するように、より具体的には基板レジスト被覆一面にそのパターンの特徴をトレースすべく書き込みスポットを変位するようにビーム偏向板１６によって特徴付けられる。そのようなパターンは例えば集積フォーマットの電子回路である。

基板を走査するビーム１２の偏向は、書き込みスポットの行程やビームの偏向の所定範囲（そのような範囲はＸ方向、Ｙ方向でのパターン寸法よりも通例小さい）によって表される書き込み域における基板の飛び飛びの範囲を位置決めするよう、Ｘ方向、Ｙ方向でのステージ１３の変位によって補われる。

機械の様々なビーム影響システムの制御は、書き込み流れの値を設定するビーム電流（beam currentビーム流れ）電子制御ブロック１７、ブランキング板１５によってビーム１２のブランキング比率を制御するビームブランキング電子制御ブロック１８、基板走査を行うべく偏向板１６を介してビーム偏向を制御するビーム偏向電子制御ブロック１９、及びビームに対するステージ１３の動きを生じるステージの駆動手段（図示せず）を制御するステージ運動制御ブロック２０を備えて成る制御システムによって取り扱われる。

制御システムは更に、パターン発生ブロック２１を有する。これは、基板上に書き込まれるべき所定パターンを示す作動信号を発生し、ビーム書き込みスポットによりパターンを書き込むべく、ビームブランキング、ビーム偏向及びステージ運動を同期的に個々の制御ブロック１８〜２０で制御する。書き込み流れを左右する制御ブロック１７が同様にパターン発生ブロック２１によって制御され得るが、分離して制御可能である。ブロック１８〜２０が原因である動的変化とは違って、ブロック１７による書き込み流れの設定は静的調整を表す。

制御ブロック１７〜２０は各々、それぞれの条件に応じて二つのモードの選択可能な一つにおいて果たされる四つの述べられた機能のそれぞれ関連した一つを引き起こすことができる。モードの最初のものは、パターン特徴（それ故、解像度）の実行における精度が最高で書き込みスピードが二番目に重要である基板上でのパターン書き込みの場合に用いられる。モードの二番目のものは、書き込みスピード（それ故、連続する基板でのパターンの実行におけるスループット）が一次的事柄である場合に用いられる。これらモードを達成するため、制御ブロック１７が書き込み流れを第１モードのために低い値に、第２モードのために高い値に設定するように作動し、制御ブロック１８がブランキング板１５によるビームブランキングを第１モードのために低い比率で、第２モードのために高い比率でなすべく作動可能である。同様に、制御ブロック１９は、第１モードのためにベクトル偏向を、第２モードのためにラスタ偏向をもたらすべく偏向板１６に影響するように作動可能であり、制御ブロック２０は、第１モードのために段階・繰り返し的に、第２モードのために連続的にステージをステージ駆動手段が動かすように作動可能である。異なるレベルの書き込み流れ、ビームブランキングの比率、ビーム偏向の形式及びステージ運動の形式への有利な結びつきは明細書の導入部分において既に説明した。二つのモードの各々における作動（オペレーション）は、制御ブロック１７〜２０によって形成された制御システムにおいて適切なコンフィギュレーションのソフトウエアによりなされ得る。

したがって、ビームパラメータとステージ基板運動のための第１モード又は第２モードの選択に応じて、リソグラフィ機１０は、当該機械の基礎コンポーネントの変更や別の基本的適合を必要とせずに、解像度又はスループットのために最適化可能である。

本発明に係るデュアルモード電子ビームリソグラフィ機の概略図である。

符号の説明

１０ デュアルモード電子ビームリソグラフィ機
１１ 電子ビームコラム
１２ 電子ビーム
１３ ステージ
１４ 基板
１５ ブランキング板
１６ 偏向板
１７〜２０ 制御手段

Claims (16)

1. 書き込み流れを介して基板の表面にパターンを書くために電子ビームを発生するための電子ビームコラム、上記基板を支持して当該基板をビームに対して変位するための可動ステージ、書き込まれるべきパターンにしたがって基板表面を走査するビームを偏向するためのビーム偏向手段、書き込みを中断するためビームを隠すためのビームブランキング手段、並びにパターン書き込み精度のために最適化された所定の第１モードと当該第１モードとは異なりパターン書き込みスピードのために最適化された所定の第２モードの間で書き込み流れ、ステージ運動、ビーム偏向及びビームブランキングの各々を変更するための制御手段を備えて成るデュアルモード電子ビームリソグラフィ機。
2. 上記制御手段が、書き込み流れを、第１モードのための低めの値と第２モードのための高めの値との間で変更するように作動可能である、請求項１に記載のリソグラフィ機。
3. 上記制御手段が、各モードでの書き込み流れの値を、ステージ運動、ビーム偏向及びビームブランキングの少なくとも一つのパラメータとの関連によって決定するように作動可能である、請求項１又は２に記載のリソグラフィ機。
4. 上記制御手段が、各モードでの書き込み流れの値を、基板の所定特徴との関連によって決定するように作動可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリソグラフィ機。
5. 上記制御手段が、コラムの電子源からの流れを変えることによって書き込み流れを変更するように作動可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリソグラフィ機。
6. 上記制御手段が、コラムの少なくとも一つのビーム偏向開口を通って伝わる流れを変えることによって書き込み流れを変更するように作動可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のリソグラフィ機。
7. 上記制御手段が、少なくとも一つのモードにおいて且つそのモードに関する範囲内で流れの値を変更するように作動可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のリソグラフィ機。
8. 上記制御手段が、ステージ運動を、第１モードのための段階的な動きと第２モードのための実質的に連続的な動きの間で変更するように作動可能である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のリソグラフィ機。
9. 上記制御手段が、第２モードでのステージの運動中のその瞬間位置を検出して、検出された位置に応じてステージ駆動手段とビーム変更手段の一つに影響を及ぼすための手段を備えて成る、請求項８に記載のリソグラフィ機。
10. 上記制御手段が、ステージの運動の比率を、少なくとも一つのモードにおいて且つそのモードに関する範囲内で変更するように作動可能である、請求項８又は９に記載のリソグラフィ機。
11. 上記制御手段が、第１モードでのステージの運動の比率を、当該運動の段階間のインターバルを変えることによって変更するように作動可能である、請求項１０に記載のリソグラフィ機。
12. 上記制御手段が、ビーム偏向を、第１モードのためのベクトル偏向と第２モードのためのラスタ偏向の間で変更するように作動可能である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のリソグラフィ機。
13. 上記ビーム偏向手段が、パターンを特徴付けるデータの供給に応じてビームを偏向するように作動可能であり、二つの形式のビーム偏向の各々でのデータ供給とのビーム偏向の同期性を維持するように制御可能である、請求項１２に記載のリソグラフィ機。
14. 上記制御手段が、ビーム偏向の比率を、少なくとも一つのモードにおいて且つそのモードに関する範囲内で変更するように作動可能である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のリソグラフィ機。
15. 上記制御手段が、ビームブランキングの比率を、第１モードのための低めの値と第２モードのための高めの値の間で変更するように制御可能である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のリソグラフィ機。
16. 上記制御手段が、ビームブランキングの比率を、少なくとも一つのモードにおいて且つそのモードに関する範囲内で変更するように制御可能である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のリソグラフィ機。

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