JP2023529008A - サブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法、利用するリソグラフィシステム、ウェーハ及び電子ビームドリフトの測定方法 - Google Patents

サブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法、利用するリソグラフィシステム、ウェーハ及び電子ビームドリフトの測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】【解決手段】 フォトリソグラフィされるウェーハ（1）の表面に塗布されている感光性接着層（2）があること、感光性接着層（2）の表面が暴露してからその暴露グラフィックスに微小な凹凸構造が生じ、ナノ接触センサー（39）でこれらの凹凸構造グラフィックスを認識でき、それをその場アライメント座標マーク（8、10、44、45）にすることを含み、暴露前後及びウェーハ（1）の移動前後の書き込みフィールドの位置座標を比べてスプライシングのオフセットを算出し、ネガティブフィードバック制御方式でウェーハ（1）の高精度のリソグラフィスプライシングを行い、ウェーハワークベンチ機械式ムーブメント精度、電子ビーム（17）長期間のドリフトに影響を与えられた従来の非その場、書き込みフィールドを離れるブラインドオープンループリソグラフィスプライシング技術のスプライシング精度が悪いという欠陥を克服したサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法、サブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム、前処理ウェーハ（1）、電子ビーム（17）ドリフトの測定方法及びサブナノメートルスケール、高精度のフォトリソグラフィ書き込みフィールドの縦向きのスプライシング方法。【選択図】図８

Description

本発明は集積回路、光電子デバイスなどの製造技術におけるフォトリソグラフィ技術、具体的に、グラフィックス横向き及び・または縦向きのスプライシングにおける位置決め電子ビーム（ここでは、電子ビームは電子ビーム、光子ビーム、イオンビームまたは原子ビームの総称である）フォトリソグラフィ用の精密な位置合わせ技術、利用するリソグラフィシステム及びウェーハ、特に電子ビームフォトリソグラフィ・システムにおける書き込みフィールドスプライシングのスペースその場クローズドループ制御技術に基づくサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法、リソグラフィシステム及び前処理ウェーハに関わる。
マイクロエレクトロニクス及びオプトエレクトロニクスの成長は集積回路チップ、統合された光学及び量子コンピューティング産業の高速成長を引き起こしている。これらの産業は現代のコンピューター、ディスプレイないし情報産業の全体のコアデバイス及びチップの基礎となっている。現在、現代チップ工業の技術ノードは5nmないしその以下に達している。
チップのようなマイクロデバイス及びナノデバイスを製造する場合、フォトリソグラフィ技術がなければいけない。フォトリソグラフィ技術は電子ビームフォトリソグラフィ技術、通常の光学フォトリソグラフィ技術、EUV極端紫外線リソグラフィ技術、イオンビームフォトリソグラフィ技術及びスキャニングプローブリソグラフィ技術などを含む。これらの重要なフォトリソグラフィ技術がなければ精細なフォトリソグラフィグラフィックスないし包括的なマイクロ・ナノデバイス構造（集積回路チップ及び光電集積チップを含む）を製造できない。
現在、マルチマスクグラフィックス技術は半導体工業が大いに集積回路の集積程度を向上させるようにする同時に、チップ製造の複雑さも向上させている。28nm技術ノードのチップにマスクの40～50枚（縦横比率20mmの場合）が必要である。これから計算すると、14nm技術ノードでは、10nm技術ノードのチップにマスクの60枚が必要である（縦横比率20mmの場合）。そして、7nm技術ノードないし更に小さい寸法のチップに80～85枚まで多くのマスクが必要であり、5nm技術ノードでは更にマスクの100枚及びフォトリソグラフィ工程の120個が必要である。フォトリソグラフィにおけるスプライシングのアライメント誤差精度の課題及びこれらのマスクにおけるアライメントの一致性の課題を解決することはいつも大ウェーハ寸法及びチップ寸法のテンプレートの製作の上の大きな難題である。これによると、更に精確な（1nm以下まで）のチップフォトリソグラフィ製造技術が必要である。今まで、高精度のこんなに高いフォトリソグラフィ製造技術が世界にない。
従来の技術における電子ビームリソグラフィシステム (EBL)は広く科学研究、サンプル製作、工業テンプレートの製作及び生産に用いられるnm級のフォトリソグラフィ技術である。この電子ビームフォトリソグラフィ・システムに暴露用限られたな書き込みフィールドが1つしかないので、大きなグラフィックスの場合、隣り合う複数の書き込みフィールドに分けられ、ウェーハワークベンチの移動により一々に書き込みフィールドの暴露を行って将これらの一々の書き込みフィールドを逸脱させ、見事にスプライシングと合わせなければいけないが、実のところ、機械式ムーブメント及び電子ビームドリフトに誤差がないことがなく、且つ誤差が克服できないほど小さくないので、この誤差はスプライシング誤差と呼ばれる。
ここでは、ウェーハとはウェーハの上、ウェーハ及び非ウェーハ系サンプルの一部も含むことである。
フォトリソグラフィを行うまでウェーハに平らな感光性接着層が塗布されていて、その表面に他のいかなる構造もない。感光性接着層の表面で電子ビームのプリセットに基づくグラフィックスをスキャンして暴露させると、感光性接着層で化学反応が発生するようにすることができる。感光性接着層の表面で暴露されたグラフィックス部分が化学的現像により残されたり、除去されたりするので、電子ビームの暴露されたグラフィックスが感光性接着層のグラフィックスとなり、最終にエッチングによりウェーハに移転する。その場でのフィードバックの欠如（ここでは、その場は電子ビームのスキャン書き込みフィールド以内の座標位置を指す）により、従来の電子ビームフォトリソグラフィが開ループ制御の「ブラインド操作」であり、即ち、感光性接着層で塗布されると、電子ビームがウェーハの表面をスキャンできなくなる。それは電子ビームのスキャンがウェーハの感光性接着層の暴露を意味するからである。感光性接着層が現像してから暴露される位置が異所にある場合にしか見えないので、フォトリソグラフィ過程の一切の改善が遅すぎ、不可逆となる。書き込みフィールドグラフィックスのスプライシング品質は暴露まで測定され、ワークベンチにフィードバックして皿になる移動校正合わせを行うことができない。また、ウェーハワークベンチは機械的動作が緩すぎ、電子ビームのドリフトに適応し難く、それによる誤差を克服できない。
よって、現在、必要なグラフィックスのフォトリソグラフィ暴露の全過程にその場で測定を行い、アライメント誤差を校正できる方法を探し出すのは更にフォトリソグラフィ技術の精度レベルを向上させるためのルートである。但し、今まで、このような方法は探し出されていない。もちろん、この方法を実施するためのリソグラフィシステムもない。
本発明でこれから解決しようとする技術課題を便利に更に充分に開示し、容易に理解するために、本発明の技術策及び実例について説明するまで充分な説明及び容易な理解のための用語及び動作原理について説明を行う。
本発明に記載の電子ビームはガウスビームであってもいいし、変形ビームであってもいい。特に説明がある以外の場合、下記の電子ビームはガウス電子ビームを指し、変形ビームスポットが大きくない場合、変形ビームがであってもいい。
図1に原理からガウスビームの暴露過程を示す。ガウス電子ビームは感光性接着層の表面に焦点を当て、暴露を行う。電子ビームの座標は電子ビームに狙いを定められている感光性接着層の表面位置がある座標を指し、電子ビームが感光性接着層の表面で暴露する位置で現れる。
正しく電子ビーム座標に関する記録を残すために、ここで若干の特殊な座標の定義を示す。電子ビームに暴露されたばかりの感光性接着層における座標がCPJE、電子ビームに狙いを定められているが、暴露していない場合の座標がCPTEである。座標の2つに同じ特徴があり、即ち、電子ビーム座標が感光性接着層の表面位置の座標に貼り付けられている。
電子ビームリソグラフィシステムに対して、ウェーハワークベンチの移動による誤差は電子ビームの偏向により調節、補償でき、ウェーハにあるアライメントマークにより誤差を探すことができる。
電子ビームフォトリソグラフィ技術により、フォトリソグラフィグラフィックスは暴露されて感光性接着層に移転され、フォトリソグラフィグラフィックスエッチング技術によりウェーハに移転される。意識しなければならないものとして、従来の技術では、ウェーハに塗布された感光性接着層により、ウェーハは表面が滑らかであり、いかなるグラフィックス構造もない。ウェーハにある感光性接着層による表面が光を嫌うので、電子ビームは暴露を行うまで輻射（暴露）によりイメージングできない上、感光性接着層を貫通して感光性接着層の下にあるウェーハのグラフィックスを取得できない。また、リソグラフィシステムは暴露とグラフィックスの位置決めとの精密なアライメントが必要である。こんな位置決めは精度が各システム自身及び周囲上の要素の誤差に制限されるが、基本的な課題が大部分のリソグラフィシステムの開ループ制御にある。即ち、ウェーハにある電子ビームの位置は暴露前及び暴露中にトレースされては行けない。
従来の電子ビームフォトリソグラフィのアライメント本質的欠陥があり、アライメントマーク（図2）が書き込みフィールドから遠い場合、これらのアライメントマークはウェーハワークベンチの移動だけで電子ビームフォトリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング中の間接的アライメントを達成でき、精確、直接的な書き込みフィールドにおけるその場のアライメントではないので、アライメントの誤差につながる。精確なその場のアライメントとは電子ビームが書き込みフィールドでアライメントマークに狙いを定めているアライメントのことである。普通、暴露エリアの書き込みフィールドにおける電子ビームの重複位置決め精度が1nm以下にあり、電子ビームがどの暴露エリアの書き込みフィールドにおける座標位置に偏向しても精確さがこの領域にあるので、いわゆるその場のアライメントの概念は「暴露エリアの書き込みフィールドにおけるアライメントマークに対する電子ビームのアライメントでもその場のアライメントとみなされることができる」と拡張できる。
書き込みフィールド間のスプライシングアライメントの場合、ウェーハグラフィックスの座標と電子ビームの座標との一致を取得するために専門のアライメントマークを利用しなければいけない。電子ビームは感光性接着層が塗布されている表面に対して電子顕微鏡のイメージング機能を利用できなく、暴露前感光性接着層の下に対応するウェーハグラフィックス座標を発見できないので、ウェーハで書き込みフィールド以外の特殊な座標位置を選んで電子ビームがウェーハグラフィックスの位置を決めて合わせるようにしなければいけない。電子顕微鏡はウェーハワークベンチに連れて書き込みフィールドの以外の遠所にある特殊な座標位置から電子ビームの照射暴露点の位置までに移動し、機械式ムーブメント精度及び電子ドリフトによる位置誤差が大いに現在のウェーハ書き込みフィールドスプライシングの精度を制限している。
ビッググラフィックス電子ビームリソグラフィ
大面積グラフィックスリソグラフィは電子ビームグラフィックス・デザインをウェーハに移転し、これらのフォトリソグラフィグラフィックスは応用上の様々な需要を満たすことができる。これらの応用は巨大な市場に向いている。これらの応用は光格子、大面積フレネルレンズ、集積回路の極端紫外線フォトリソグラフィマスク、分散フィードバックレーザー、半導体レーザーアレイ、フォトニック結晶及びマスストレージなどを含み、グラフィックスの寸法（長さ）は10mm～300mm以上に達することができる。
書き込みフィールドがとても小さいで、大面積フォトリソグラフィの場合、書き込みフィールドの1つの一回のフォトリソグラフィが完成できないので、とても多くの電子ビーム書き込みフィールドのスプライシングが必要であり、スプライシング誤差が累積されて重大なシステム誤差となるので、スプライシング誤差精度に対する要求がとても高い。
アライメントマーク
書き込まれるグラフィックスの変形が生じない場合、従来の電子ビームリソグラフィシステムは限られた書き込みフィールドのみでグラフィックスを書き込んだり、暴露したりすることができる。普通、この書き込みフィールドは寸法が100ミクロン×100ミクロンから1mm×1mmまでにある。この寸法は20mm×20mmから200mm×200mmまでの寸法が必要である多くのグラフィックス応用にとって小さすぎるものである。大きなグラフィックスの場合、ウェーハワークベンチの移動によりこれらの小さな書き込みフィールドを一つずつ大きな書き込みフィールドグラフィックスにスプライシングする以外に仕方がない。これにより、ある書き込みフィールドグラフィックスと隣り合うグラフィックスのアライメントスプライシング誤差は累積されてとても大きくなる。
ウェーハの全体が感光性接着層に覆われ、共に「役に立つ」エリアであるので、普通、電子ビームフォトリソグラフィのアライメントは書き込みフィールド以外ないしウェーハの全体以外、即ちウェーハのエッジをアライメント座標にしなければいけない。特にウェーハの全体のエッジでアライメント座標を選ぶ場合、言い換えれば、書き込みフィールドから遠い「役に立たない」エリアでアライメント座標を設置する。これらの書き込みフィールドから遠いアライメント座標が業界に認められるのはこれらのアライメント座標がグラフィックス暴露が必要であるウェーハエリアにないからである。そのために、電子ビームに暴露されてアライメント座標マーク（以下「アライメントマーク」と略す）にされてもいいし、繰り返して電子顕微鏡の電子ビームに観察・暴露されてもいい。
これらのアライメント座標マークはウェーハワークベンチの移動によりアライメント連結を行い、ウェーハワークベンチが移動する移動の制御精度はある意義から言うと書き込みフィールドスプライシング誤差の精度を決めるものである。書き込みフィールドスプライシングに対する高精度の要求の場合、高価の高精度レザー移動ワークベンチによる保障が必要である。それは主な位置決め精度オフセットが移動方向におけるウェーハワークベンチの位置決め誤差、この移動による他のウェーハ座標方向における関係変化及びこれらの移動に必要な長期間による電子ビームドリフトからのものであるから。
図3に従来の技術による「場外マーク」（ウェーハのエッジにあるアライメントマーク12、書き込みフィールド間にあるアライメントマーク14及び今まで利用されていない電子ビームでスキャンできる「場内マーク」 (IA mark)のアライメントマーク13を示す。
ウェーハのエッジにあるアライメントマーク12は書き込みフィールドから遠いウェーハのエッジに設定されている。
書き込みフィールド間にあるアライメントマーク14は書き込みフィールド間に設定されている（書き込みフィールド間にスペースがある場合）。実のところ、多くの場合、書き込みフィールド間のスペースが認められない。光格子またはフレネルレンズはその実例である。光格子線を切断してスペースを残しては行けない。
アライメントマーク12でもアライメントマーク14でもウェーハワークベンチの移動がなければ新規書き込みフィールドに電子ビーム照射の狙いを定めることはできない。ワークベンチの移動は移動アライメント誤差につながる上、更に長いアライメント時間にもつながるので、様々な不安定要素による電子ビームドリフト（温度ドリフト、湿度ドリフトなど。図7参照）を引き起こす。
アライメントマークを電子ビームがスキャンできる書き込みフィールドに設置する場合、アライメントはウェーハワークベンチの移動が不要である。このようなマークを利用すると、電子ビームの長期間のアライメント調節が不要であり、電子ビームのドリフトが降下できる。ここで、このようなアライメントマークに「場内マーク」 (IA mark)という名を付ける。しかしながら、従来の技術策によると、大きな面積が必要であるので、場内マーク13は今まで業界にそれにより徹底して書き込みフィールドスプライシング精度の難題を解決できると指摘したものがない。
場内マーク13を数nmから数百nmまでに小さくすることができれば、必要な面積がとても小さいで、非常に実用的なものとなるが、この課題の解決策が今まで登場していないし、場内マークを数nmから数百nmまで小さくし、それを認識できる技術もない。
この極小さな場内マーク13が電子ビーム書き込みフィールドで十分に小さく、電子ビームが狙いを定める感光性接着層の表面の座標と非常に近い場合（例えば、数nm～数十nm）、この場内座標は本発明に記載のその場アライメント座標マーク（ISAマーク）となる。
場内マーク13がちょうど電子ビーム座標にあり、即ち、感光性接着層・ウェーハにおける暴露グラフィックスの座標がちょうど電子ビームの暴露座標（目標座標）と重なり合う場合、この場内座標は本発明に記載の「重なり合うアライメント座標」マーク（OAマーク）となる。
書き込みフィールドにおける電子ビームの重複位置精度（普通、1nm以内にある）はとても高いので、書き込みフィールドにおけるマークは近似的にその場のアライメントマークと思われてもいい。
3D アライメントマーク
電子ビーム輻射でアライメントマークを認識、イメージングするものである。普通、これらのアライメントマークは平面のもの、即ち、2Dのものである。しかしながら、感光性接着層及びウェーハの表面にある3Dマークもアライメントマークにすることができる。例えば、3Dマークのピーク位置または低所位置を測定すると、精確にアライメント座標を確定できる。普通、ウェーハの表面にある凹凸構造はそれを覆っている感光性接着層の表面に凹凸構造が生じ、このような表面の凹凸構造及び位置が検出できるものである。
電子ビーム誘導感光性接着層変化
電子ビーム誘導変化（EIRC: Electron Beam Induced Change）とは感光性接着層の化学的及び・または物理的特性が電子ビームの輻射暴露の位置で変化したことである。化学的変化は電子ビームによる感光性接着層の表面の化学反応により輻射された感光性接着層の一部が溶解しない状態から現像の場合に溶解する状態（ポジティブグルー）に変化し、または溶解状態が暴露反応により溶解できない状態（ネガティブグルー）となることを含む。電子ビーム暴露による感光性接着層の物理的変化は感光性接着層の表面の幾何学寸法の極小さな変化を含む。例えば、サブナノメートルまたはナノメートルのスケールで膨らんだり、萎縮したりして凹凸構造（図2参照）を形成する。電子ビームが暴露して電子ビームのグラフィックス情報を感光性接着層に伝える場合、感光性接着層にある凹凸構造は変化する。
3Dマークの生成方法の1種として、電子ビーム誘導感光性接着層の特性変換により電子ビーム誘導感光性接着層変化を引き起こし、電子ビーム暴露による感光性接着層の物理的変化が感光性接着層の表面極小さな幾何学寸法的変化を含むようにする。例えば、サブナノメートルまたはナノメートルスケールで膨らんだり、萎縮したりして凹凸構造を形成する。図2a、2bのとおりに、暴露により、感光性接着層グラフィックスは高さで膨らんだり、萎縮したりして3D幾何学高さのグラフィックスを形成する。このような変形はナノ接触センサー（高さ敏感センサー）によりサブナノメートルスケールで検出して認識できる。
3Dマークの生成方法のもう1種として、ウェーハに3D構造をプレイセットすることである。例えば、3D突出体、ミニ円錐体、ミニピラミッドまたはミニ接触点。その直径スケールは数nm～数十nmにある。これらのミニ構造は電子ビームフォトリソグラフィ技術または電子ビーム誘起蒸着技術により達成できる。図4にある3Dマーク18、19はこのようなプリセットされた3D突出体である。これからそれをウェーハ突出アライメントマーク（HAMWマーク）と称す。
薄い感光性接着層が塗布された3D凸出アライメントマーク19では、例えば、感光性接着層は厚さが10nm～300nmにあり、ウェーハ3D凸出アライメントマーク19（HAMW）にある感光性接着層の表面にもそれに次いで3D構造が生じる。この3D構造の高さは相応しく数nm～数十nmにあり、正確に感光性接着層の表面にある3D アライメントマーク18としての位置（HAMR）を示す。この位置は垂直方向で垂直下部のウェーハ3D アライメントマークの位置と完全に同じである。この方法により正確にウェーハグラフィックス横座標を確定できる。重要なものとして、この横座標は書き込みフィールドに設置できる。これらの3D アライメントマークを設置すると、アライメントの精確さを決定でき、アライメントがウェーハワークベンチ移動の精確さに依頼しないようになり、移動位置決め精度が低いワークベンチの一台を利用できるようになる。例えば、位置決め精度要求が1nmであるワークベンチを位置決め精度1000nmのワークベンチに変更してもいいので、ワークベンチコストは大いに降下している。
横向きのスプライシングアライメント誤差(Lateral Stiching Alignment（LSA） Error)
電子ビームリソグラフィシステムに対する巨大なチャレンジの一は前の書き込みフィールドと次の隣接する書き込みフィールドとの間にある巨大のスプライシング誤差（図5a-5c）である。大面積のグラフィックスを暴露するために、ウェーハワークベンチの移動により書き込みフィールドを一つずつスプライシングして大きなグラフィックスを形成することはやむを得ないことである。今までの電子ビームフォトリソグラフィ技術では、書き込みフィールド間のスプライシングはウェーハワークベンチの移動により達成するものである。新規書き込みフィールドの位置決め精度は非常に大きな程度でワークベンチの位置決め精度及び電子ビームのドリフトに依頼する。普通、位置決め精度が数nm以上に達する非常に高い精度の高価のレザーワークベンチを利用する。しかしながら、非常に高い精度のレザーワークベンチさえも周囲変化（温度、湿度など）に極めて敏感であり、ナノメートルスケールの高精度を達成したり、重複したりし難い。
隣り合う書き込みフィールドの2つの間のスプライシング誤差が普通である場合、誤差は100KVの電子ビームリソグラフィシステムに対して+/-20nm、30KVの電子ビームリソグラフィシステムにたいして+/-35nmである。35nmの書き込みフィールドスプライシング誤差は一番悪い場合に700nmのスプライシング誤差を意味するので、この光格子配列は少しも役に立たない。このような大面積、高精度の応用に更に小さいスプライシング誤差（例えば、1nm以内）が特に必要である。
縦向きのアライメント誤差(Vertical Alignment (VA) Error)
垂直アライメントとは暴露エリアで電子ビームをアライメント暴露するところにある書き込みフィールド22（光格子23のフォトリソグラフィを例にする）に狙いを定め、今まで暴露されて移した前の書き込みフィールド22’のアライメント座標（図6a-6b）と合わせるようにする。この目的を達成するために困難なことは暴露されるウェーハが薄い感光性接着層に覆われていて隔てられていることある。普通、感光性接着層は厚さが10nm～500nmにある。電子ビームは感光性接着層に妨害されてその下のウェーハにあるグラフィックス構造を見えないので、ウェーハにあるグラフィックスに対するアライメントを達成できない。よって、代表的な方法として、アライメントのためのマークは電子ビーム書き込みフィールドの以外にあるアライメントマーク24である。これらのマークのアライメントを行うためにワークベンチの移動を利用しなければいけなく、そして、電子ビームフォトリソグラフィ開ループ制御の場合、書き込みフィールドの以外にあるこれらのアライメントは直接なアライメントではない。言い換えれば、その場のアライメントではない。ワークベンチの移動はウェーハが移動するまで書き込みフィールド22とウェーハが移動した後の書き込みフィールド22´との間の誤差を導入した。
書き込みフィールドの1つ以内のアライメント誤差
上記のとおりに、現在の電子ビームリソグラフィシステムは書き込みフィールド以外ないしウェーハエッジにあるアライメントマークが必要である。但し、これらのアライメント座標マークは直接的アライメントではなく（即ち間接的アライメント）、正確ではなく、その場ではなく、時間がかかる。改善の方法として書き込みフィールド以内にアライメントマーク13を設置する。しかしながら、現実の課題として、書き込みフィールド以内にアライメントマークを設置すると、相変わらず、感光性接着層に覆われて電子ビームに見えられない。よって、従来の技術では、「書き込みフィールド以内にアライメントマークを設置する」という方法を思い出したり、思い出しても利用したりしない。
電子ビームスポットの表現（図7）
電子ビーム感光性接着層の表面にある凹凸（電子ビーム誘導変化EIRC）グラフィックスにより逆に電子ビームの性能を表現、校正できる
a）：電子ビームスポットの測定。電子ビームが感光性接着層の表面に残し、暴露された凹凸形状はちょうど電子ビームスポットの形状である。
b）：電子ビームの時間に伴うドリフト。電子ビームが感光性接着層の表面に残し、暴露された凹凸形状は時間の推移に伴って接触検知システムで測定できる。このドリフトは電子ビーム書き込みフィールドの補償校正として利用できるが、従来の技術では類似的考え方を開示したことがないようである。
まとめて言うと、現在、フォトリソグラフィ技術では、由于加工（暴露）されるウェーハ1の表面に不透明の感光性接着層2が塗布されているので、アライメント座標マークが書き込みフィールド之外、特にウェーハの全体のアウトエッジ（即ち、その場ではない）に設置されて電子ビームが暴露されて直接なアライメントのその場を離れるようにしなければいけないので、各書き込みフィールドに機械的変位が生じて機械的誤差が生じ、すべての書き込みフィールドグラフィックスのスプライシングに誤差及び経時による電子ビームの長期間のドリフトによる暴露誤差が生じる。それによるシステム誤差はその場ではなく、ブラインド式の開ループ制御であるので、誤差システムにより補完したり、修理したりすることができなく、従来の技術のスプライシング誤差がとても大きく、克服できない。現在、従来の機電加工精度に限られて、リソグラフィシステムは精度が向上し難く、価格が高い。
上記の従来の技術にある欠陥を克服するために、本発明では下記の課題を解決しなければいけない。
１．従来のウェーハワークベンチの機電加工精度に限られなく、リアルタイム、正確に書き込みフィールドの暴露オフセットを検出でき、自動閉ループでスプライシングを制御し、修正を行う方法でフォトリソグラフィ処理を行うサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法を提供する。
２．この方法によりウェーハを加工するリソグラフィシステムを提供する。
３．上記の方法を実施するための前処理ウェーハを提供する。
４．電子ビームドリフトの測定方法を提供する。
５．サブナノメートルスケール、高精度のフォトリソグラフィ書き込みフィールドの縦向きのスプライシング方法を提供する。
一、下記のステップを含むサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
ステップ1：リソグラフィシステムの本体にメサ、電子顕微鏡用チューブ及びその電子ガン、移動ウェーハワークベンチ及びナノ接触センサーの少なくとも1台ウェーハワークベンチその移動を制御するためのCNCドライブ装置を設置しておき、ウェーハをリソグラフィシステムに設置するまでウェーハの全体に感光性接着層が塗布されているので、電子ビームがスキャンする領域が暴露エリアであり、暴露エリアを若干の書き込みフィールドに分け、感光性接着層における各書き込みフィールドに決まった暴露エリアで暴露すると予定の形状が現れるその場アライメント座標マークがあり、書き込みフィールドが相次ぎに書き込みフィールドNo.1、書き込みフィールドNo.2、......、書き込みフィールドNo.nである。
ステップ2:感光性接着層が塗布されたウェーハをワークベンチに設置し、ウェーハの書き込みフィールドNo.1が暴露エリアに落ち、電子顕微鏡の電子ビームチューブが垂直に暴露エリアに合わせるようにしてから電子ビームの焦点を書き込みフィールドに合わせるようにする。
ステップ3:暴露エリアにおける書き込みフィールドNo.1にあるウェーハの一部に対する暴露を行ってからこのウェーハの一部に塗布された感光性接着剤で化学反応が発生し、電子ビームによる変化を引き起こしてグラフィックスを構成する凹凸構造の少なくとも1つまたは1グループが生じるようにする。この凹凸構造の決まった形状は事前に設置したその場アライメント座標マークの特徴的な形状として暴露エリアにおけるその特徴点の座標値をその場アライメント座標にする。
ステップ4:ナノ接触センサーをスタートして前記の凹凸構造の表面形状を測定してからプリセットした決まった形状と照りあって前記のアライメント座標マークを認識し、ワークベンチの表面におけるその座標値を確定、記憶する。
ステップ5:書き込みフィールドNo.2の暴露までの準備を行い、移動ワークベンチが横向き及び・または縦向きで移動するウェーハを動かし、暴露されたばかりの書き込みフィールドNo.1エリアが暴露エリアから移し、書き込みフィールド22-1´とるようにしてから暴露エリアに入るウェーハの書き込みフィールドNo.2のためにスペースを空ける。
ステップ6:ナノ接触センサーをスタートして上記の暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.1にあるアライメント座標マークを認識し、それが移動してからワークベンチの表面にある書き込みフィールドNo.1の位置座標を確定し、記憶する。
ステップ7:移動した書き込みフィールドNo.1にあるアライメント座標マークのデータを閉ループフィードバック制御の根拠にして書き込みフィールド移動前後の実際な座標オフセットを算出して電子ビームの次の暴露エリア全体の座標校正値を確定する。
暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.1と隣接して暴露するところにある誤差校正された書き込みフィールドNo.2の座標をC1R1´、即ち、座標（XC1R1´、YC1R1´）にする。これは暴露するところにある書き込みフィールドNo.2の移動した書き込みフィールドNo.1にシームレス・スプライシングしなければいけない新規座標でもある。即ち、
（XC2L1´、YC2L1´）：XC2L1´＝XC1R1´、YC2L1´＝YC1R1´
この頃、電子ビームは暴露エリアにある誤差が校正されるまでの書き込みフィールドNo.2に対する座標が C2L1、即ち、座標（XC2L1、YC2L1）、この座標点は電子ビームに偏向電圧を印加して移動している書き込みフィールドNo.1のエッジ座標C1R1´にぴったりとくっついて書き込みフィールドNo.2の座標に対するスプライシング校正及び暴露を行い、校正された書き込みフィールドNo.2の関係座標点がC2L1´、C2L1´とC2L1との座標差が下記のとおりとなるようにしなければいけない。
ΔX1 ＝XC2L1´－XC2L1＝XC1R1´－XC2L1
ΔX1 ＝XC2L1´－XC2L1＝XC1R1´－XC2L1
書き込みフィールドNo.2及びその座標はワークベンチが移動していなく、暴露していない場合に取得できないので、電子ビームが暴露エリアで書き込みフィールドNo.1及び暴露書き込みフィールドNo.2を暴露する電子ビームドリフトの全体を無視し、暴露エリアにおける書き込みフィールドNo.2が暴露されるまで、及びが校正されるまでの座標が暴露エリアの書き込みフィールドNo.1が暴露する時の座標のXC2L1＝XC1L1、YC2L1＝YC1L1と同じようにする。この座標は書き込みフィールドNo.1が暴露してからワークベンチの移動の前に感光性接着層の表面の暴露による凹凸構造により検出できるようにして書き込みフィールドNo.2の電子ビーム座標点のすべての校正に補償が必要である座標差を取得する。
ΔX1 ＝XC1R1´－XC1L1
ΔY1 ＝YC1R1´－YC1L1
ステップ8:取得した校正の補償が必要である座標差に応じて電子ビームチューブの偏向電圧を調整し、電子ビームの暴露エリアを校正してそれから暴露エリアに入るウェーハの書き込みフィールドNo.2のスプライシング座標が移動した書き込みフィールドNo.1と隣接するスプライシング座標に校正され、校正された書き込みフィールドNo.2のスプライシング座標が移動した書き込みフィールドNo.1とシームレス・スプライシングを達成するようにする。
更になる措置は下記のステップも含む。
ステップ9:前記の電子ビームの暴露座標の校正された暴露エリアに移された書き込みフィールドNo.2のウェーハ部に対する電子ビーム暴露を行い、暴露されたこのウェーハの一部に塗布された感光性接着剤が化学反応を行って前記のプリセットされた決まった凹凸構造を特徴にするこの書き込みフィールドにあるアライメント座標マークが現れるようにする。
ステップ10:ナノ接触センサーをスタートしてプリセットした決まった形状と照りあって前記のアライメント座標マークを認識し、ワークベンチの表面にある校正された書き込みフィールドNo.2における特徴座標点の位置座標を確定し、記憶する。
ステップ11:書き込みフィールドNo.3の暴露前の準備を行い、もう一度移動ワークベンチが横向き及び・または縦向きで移動するウェーハを動かし、これまで移動したことのある書き込みフィールドNo.1及び暴露されたばかりの校正された書き込みフィールドNo.2が移動され、暴露されたばかりの校正された書き込みフィールドNo.2が暴露エリアから移すようにする。ワークベンチの移動により、これまで移動したことのある書き込みフィールドNo.1の位置座標が変化して2回に移動した書き込みフィールドNo.1となり、位置座標が（C1Lx´、C1Rx´）から（C1Lx´´、C1Rx´´）に変化し、校正されてから暴露エリアから移された書き込みフィールドNo.2の位置座標が（C2Lx´、C2Rx´）から（C2Lx´´、C2Rx´´）に変化し、この書き込みフィールドNo.2が移動した書き込みフィールドNo.2となり、次に書き込みフィールドNo.3から暴露エリアに移すウェーハにスペースを開ける。
ステップ12:もう一度ナノ接触センサーをスタートして上記の暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.2にあるアライメント座標マークを認識し、ワークベンチの表面に記憶される位置座標（C2L1´´、C2L2´´、C2L3´´、C2R1´´、C2R2´´、C2R3´´）を確定する。
ステップ13:移動した書き込みフィールドNo.2にあるアライメント座標マークのデータを閉ループフィードバック制御の根拠にして移動前後の実際な座標オフセットを算出して電子ビームの次の暴露エリアの書き込みフィールドの校正値Δ×2及びΔY2を確定する。
暴露エリアから移した移動した書き込みフィールドNo.2と隣接して暴露するところにある書き込みフィールドNo.3の座標はC2R1´´、即ち、座標（XC2R1´´、YC2R1´´）である。これは暴露するところにある書き込みフィールドNo.3がシームレスで移動した書き込みフィールドNo.2にスプライシングする校正座標でもある。即ち、
（XC3L1´´、YC3L1´´）：XC3L1´´＝XC2R1´´、YC3L1´´＝YC2 R1´´
この頃、電子ビームは暴露エリアにある書き込みフィールドNo.3に対する座標はが C3L1、即ち、座標（XC3L1、YC3L1）、スプライシングに従って暴露する移動している書き込みフィールドNo.2との座標差がこの座標点であり、電子ビーム付加偏向電圧により移動している書き込みフィールドNo.2のエッジC2 R1´´にぴったりとくっついてスプライシング暴露を行い、校正された書き込みフィールドNo.3の関係座標点がC3 L1´´、C3 L1´´とC3 L1´との座標差が下記のとおりである。
Δ×2 ＝XC3L1´´－XC3L1´＝XC2R1´´－XC3L1´
ΔY2 ＝YC3L1´´－YC3L1´＝YC2R1´´－YC3L1´
暴露エリアで書き込みフィールドNo.2及び書き込みフィールドNo.3を暴露する暴露エリアにある電子ビームドリフトの全体を無視し、書き込みフィールドNo.3が暴露エリア暴露座標が校正されるまでの座標書き込みフィールドNo.2の暴露の場合の座標のXC3L1´＝XC2L1´、YC3L1´＝YC2L1´と同等であるようにし、そしてこの座標書き込みフィールドNo.2が暴露してからワークベンチが移動するまで感光性接着層の表面の暴露による凹凸構造により検出できるようにして書き込みフィールド暴露点のすべての電子ビームの座標校正に補償が必要である座標差を取得する。
Δ×2 ＝XC2R1´´－XC2L1´
ΔY2 ＝YC2R1´´－YC2L1´
ステップ14:取得した校正値に応じて電子ビームチューブ（32）の偏向電圧を調整し、電子ビームの暴露エリアを校正してそれからウェーハの書き込みフィールドNo.3のすべての暴露点にある座標が移動した書き込みフィールドNo.2と隣接するスプライシング座標と一致してシームレス・スプライシングを達成するようにする。
ステップ15:繰り返してウェーハの全体の書き込みフィールドエリアの全部の暴露、移動及びスプライシングを完成する。
より一歩に、前記の電子ビームはイオンビームでも光子ビームでも原子ビームでも構わない。
前記のナノ接触センサーが原子力針先センサー、トンネル電子プローブセンサーまたはナノスケール表面仕事関数測定センサーのいずれかまたは複数の組み合わせである。
前記のウェーハは完全なウェーハ、ウェーハの一部またはフォトリソグラフィ書き込みフィールドスプライシングによる処理の必要である非ウェーハ材料を含む。
前記のその場アライメント座標マークが平面構成のグラフィックスマークである。
前記の平面構成のグラフィックスマークが平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くある。
前記の平面構成のグラフィックスマークが電子ビームがフォトレジスト表面を誘導して生じた微小のジオメトリ構造の変化によるグラフィックスマークを含む。
前記のその場アライメント座標マークは立体形のマークである。
前記の立体形のマークがピラミッド形または円錐形であり、このマークが平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くある。
前記のナノ接触センサーが1つ、2つ、3つ、4つまたは更に多くであり、前記の暴露エリアの周りにある。
前記のナノ接触センサーにてこ式センサーアーム、タッチアームに列で並んでいる針先誘導コンタクターの1つまたは複数がある。
前記の電子ビームはガウスビームである。
前記の電子ビームは変形ビームである。
二、静止して設置された機器、及び機器にあるメサを含む二、サブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。メサの上部に電子顕微鏡、ナノ接触センサーの少なくとも1台及び移動ウェーハワークベンチ、電子顕微鏡に電子ビームチューブ、ウェーハワークベンチにそれを引いて前後及び・または左右及び・または上下の移動及び角度の変化を行うためのCNCドライブ装置がある。
前記のリソグラフィシステムはグラフィックジェネレーター、電子ビーム制御システム及び前記のウェーハワークベンチのCNCドライブ装置と接続している制御用コンピューターも含み、前記のナノ接触センサーは採集した検出されるウェーハにあるその場アライメント座標マーク信号及び・または電子ビームドリフト信号を制御用コンピューターに制御されてグラフィックジェネレーターに送信し、グラフィックジェネレーターは制御用コンピューターに制御されて演算処理された校正された電子ビームのスキャン・制御信号を電子ビーム制御システムに送信し、電子ビーム制御システムが電子ビームチューブのフォーカスシステムのシャッター及び電子ビームの偏向を制御するための偏向コイルを制御する。
採用について更になる検討できる技術策は下記のものもある。
前記の電子ビームチューブに採集した電子ビームにスキャンされた二次画像を前記の電子ビーム制御システムを通じて前記の制御用コンピューターにフィードバックする二次電子イメージング信号取得装置もある。
前記のナノ接触センサーは原子力針先センサー、トンネル電子プローブセンサーまたはナノスケール表面仕事関数測定センサーのいずれかまたは複数の組み合わせである。
前記のナノ接触センサーにてこ式センサーアーム、タッチアームに針先誘導コンタクターがある。
前記の各タッチアームに針先誘導コンタクターの1つまたは複数がある。
前記の各タッチアームに針先誘導コンタクターの少なくとも1列、各列に針先誘導コンタクターの1つ以上がある。
前記のナノ接触センサーが2列あり、列ごとに4つがあり、2列がそれぞれ前記の電子ビームチューブの両側にある。
前記の電子ビームチューブが前記のワークベンチにあるウェーハの暴露エリアに向いている。
三、暴露処理される感光性接着層が塗布された前処理ウェーハ。前記のウェーハ及び・またはその感光性接着層の書き込みフィールドエリアに電子ビームに暴露されてから現れ、凹及び・または凸からなり、決まった形状があり、ナノ接触センサーがその場座標を認識するためのその場アライメント座標マークがある。
前記のその場アライメント座標マークが平面構成のグラフィックスマークである。
前記の平面構成のグラフィックスマークが平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くある。
前記の平面構成のグラフィックスマークは電子ビームがフォトレジスト表面を誘導して生じた微小のジオメトリ構造の変化によるグラフィックスマークである。
前記のその場アライメント座標マークは立体形のマークである。
前記の立体形のマークは平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くある。
前記のウェーハは完全なウェーハ、ウェーハの一部またはフォトリソグラフィ書き込みフィールドスプライシングによる処理の必要である非ウェーハ材料を含む。
四、下記のステップを含む電子ビームドリフトの測定方法を提供する。リソグラフィシステムの本体にメサ、電子顕微鏡用チューブ及びその電子ガン、移動ウェーハワークベンチ及びナノ接触センサーを設置しておき、ウェーハワークベンチにその移動を制御するためのCNCドライブ装置を設置し、ウェーハに感光性接着層を塗布し、電子ガンで電子ビームを射出し、焦点を感光性接着層に当て、それを暴露し、暴露により感光性接着層の表面に電子ビームに誘導される凹凸構造の幾何学的形状の微小な変化が生じるようにし、この微小な変化を検出し、時間に応じる焦点のドリフトをトレースし、時間に応じる電子ビームのドリフト軌跡の座標値及びドリフト量を記録する。
より一歩に、この方法は下記のステップも含む。記録した時間に応じる電子ビームのドリフト軌跡の座標値及びドリフト量により開始から終止までの期間に時間のドリフトに応じる電子ビームの暴露座標値及び校正補償差値を算出し、次の書き込みフィールド暴露の校正座標を確定する。
五、サブナノメートルスケール、高精度のフォトリソグラフィ書き込みフィールドの縦向きのスプライシング方法を提供する。フォトリソグラフィ処理されるウェーハに突起構成のウェーハ3D アライメントマークを設置し、そこに感光性接着層を塗布し、3D アライメントマークのある位置にも当該する凸出構造の感光性接着層の3D アライメントマークが生じるようにしてからウェーハワークベンチにより3D アライメントマークのあるウェーハを電子ビームが暴露できる書き込みフィールドエリアに移し、電子ビームを感光性接着層の3D アライメントマークと合わせて点暴露を行い、感光性接着層の暴露点以外の処に実際にオフセットのある3Dマークが生じ、ナノ接触センサーの感光性接着層で3D アライメントマーク及びオフセットのある3Dマークの実際な座標値を測定し、そして書き込みフィールドの暴露エリアの校正値を算出し、縦向きの精確な合わせ及び暴露を達成するように電子ガンを制御し、縦向きの精確なスプライシングを達成する。
本発明の技術策によるリソグラフィシステムシステムは電子ビームにより暴露エリアにおける書き込みフィールド部のウェーハを暴露してから、この書き込みフィールド部のウェーハで凹及び・または凸からなり、決まった形状のあるその場アライメント座標マークが現れ、リソグラフィシステムにあるナノ接触センサーがそれによりこの書き込みフィールドの暴露エリアにおけるウェーハにあるその場座標を認識、記録し、このウェーハがウェーハワークベンチに連れて横向き、縦向きまたは複合の運動を行ってこの書き込みフィールド（例えば、書き込みフィールドNo.1）を書き込みフィールドの暴露エリアから移す時に、移したこの書き込みフィールド部のウェーハの実際な座標が新たにナノ接触センサーに認識、記録し、リソグラフィシステムにあるコンピュータシステムがワークベンチの移動及び電子ビームドリフトによる誤差に対する比較処理を行って次の書き込みフィールド（例えば、書き込みフィールドNo.2）の暴露エリアの誤差校正パラメータを算出し、次の書き込みフィールド（書き込みフィールドNo.2）のウェーハ部が暴露座標校正された電子ビームによりこの書き込みフィールドを暴露するようにする。このように、書き込みフィールドNo.2は電子ビームに校正された付加オフセットを前に暴露エリアから移した書き込みフィールド（書き込みフィールドNo.1）に貼り付けて精確に吻合スプライシングを行う。書き込みフィールドNo.2が暴露してからウェーハワークベンチは移動し、ウェーハ書き込みフィールドNo.2を書き込みフィールドの暴露エリアから移す。繰り返してウェーハを移動して毎度に暴露された各書き込みフィールドのウェーハ部が横向き及び・または縦向きの誤差校正が行われた閉ループ制御スプライシングを達成し、そして書き込みフィールドスプライシングがサブナノメートルスケールの精度のスプライシングを達成するようにして無理にリソグラフィシステムのワークベンチの機電加工精度の更になる向上を図らなく、現在の普通、低価のリソグラフィシステムに本発明のナノ接触センサー検出技術及びその場アライメント座標マーク検出技術からなる「明眼人」と呼ばれる閉ループスプライシング制御技術を加えても高精度のサブナノメートルウェーハなどのフォトリソグラフィスプライシングを達成でき、且つ、本発明のリソグラフィシステムはコストが安く、従来の技術に対する創造的改善である。
次に図及び実例と結び合わせて本発明に関する更になる説明を行う。言うまでもなく、これらの実例は概略的説明に過ぎなく、各請求項について説明することを目的にするので、請求項がこれらの実例に限られると解釈されてはいけない。
電子ビームフォトリソグラフィの原理図 その中、1-ウェーハ（バッキング）、2-感光性接着層、3-電子ビームに暴露されてから生じたグラフィックス（光格子を例にする）、4-電子顕微鏡用チューブにある電子ガンが射出した電子ビーム、5-暴露されたばかりの位置にある電子ビームの座標（CPJE）、6-暴露していないが、狙いを定めて暴露するところにある電子ビームの座標 本発明で電子ビームにより感光性接着層変化（EIRC）を誘導し、サブナノメートルまたはナノメートルスケールで膨らんだり、萎縮したりして凹凸構造を形成することに関する原理図の2種 その中、1-ウェーハ（バッキング）、2-感光性接着層、7-電子ビームに暴露されていない感光性接着層、8-電子ビームに暴露された感光性接着層EIRC（凹形の収縮が生じた）、10-電子ビームに暴露された感光性接着層EIRC（凸形の膨らみが生じた）、9、11はそれぞれ高さ方向の凹形収縮及び凸形の膨らみのスケールであり、サブナノメートル～数nmスケールが普通である。 アライメントマークの3種の位置のイメージ その中、1-ウェーハ、12-遠隔場外マーク（RA1）、13-場内マーク（IA）、14-書き込みフィールド間にある場外マーク（RA2）、15-書き込みフィールド、16-回転角度、X、Y-直角座標系。ウェーハはワークベンチによりXYZ方向またはXY、YZ、XZ平面の移動を行う。 従来の技術では、書き込みフィールドから遠いマーク12でも書き込みフィールド間マーク14でも書き込みフィールドの以外にあり、遠隔アライメントマーク（RAマーク）であり、ワークベンチの移動が書き込みフィールドから遠い場合にしか電子ビームに輻射されない。 場内マークは本発明に採用された場内マーク（IAマーク）であり、ウェーハワークベンチを移動しなくても書き込みフィールドで輻射できる。場内マークが精確に電子ビームマーク（CPJE、CPTE）の下にある感光性接着層/ウェーハに設置されたり、非常に近寄せたりすると、その場のアライメントマーク（ISA）にされることができる。これらの座標の2つが重なり合う場合、このその場のアライメントマークは一致アライメントマーク（OAマーク）を構成する。 本発明では凹凸構造が生じるもう一種の原理図 その中、1-ウェーハ、2-感光性接着層、392-ナノ接触センサー39の接触点、18-感光性接着層の3D凸出アライメントマーク（HAMR）、19-ウェーハの表面にプリセットされた3D凸出アライメントマーク（HAMW）、20-ウェーハの表面にプリセットされた3D凸出マークの高さ、感光性接着層2の下にあり、21-感光性接着層2の3D凸出マークの高さ、ウェーハ1の表面にプリセットされた3D凸出マークの移転による感光性接着層の3D凸出マークであり、この凹凸構造ナノ接触センサー39の接触点392でその形状の波動を検出できる。 従来の技術で前の書き込みフィールドと次の書き込みフィールドが横向きのスプライシングを行った書き込みフィールドとの間に巨大のスプライシング誤差があることに関する過程のイメージ 図5aの中、22-書き込みフィールドNo.1であり、書き込みフィールドの中のウェーハが暴露位置にあり、23-光格子（光格子を暴露グラフィックスにする例）、24-書き込みフィールドから遠いアライメントマーク 図に初めて暴露エリアに立ち入って電子ビームに暴露される書き込みフィールドNo.1(22)を示す。 図5bの中、22´-暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.1であり、22´となっていて、22-後継ぎに暴露エリアに移した書き込みフィールドNo.2の位置、27-ワークベンチ38の実際な移動方向、28-ワークベンチ38の計画移動方向 図の中、ワークベンチ38が移動し、書き込みフィールドNo.1を電子ビームが輻射できる書き込みフィールド領域から移し、次の書き込みフィールド（即ち、書き込みフィールドNo.2）のために電子ビームに暴露されるスペースを開け、ワークベンチ38の移動の機械的誤差がスプライシング誤差につながる。 図5cの中、29Xはワークベンチ38移動による横向（X方向）スプライシング誤差、29Yはワークベンチの38移動による縦向き（Y方向）のスプライシング誤差である。 従来の技術では、ウェーハが暴露エリアの書き込みフィールドNo.1(22)で暴露されてからその場で移されていないイメージ ウェーハが暴露エリアの書き込みフィールドNo.1(22)に設置されてから他の加工のために移されてから新たにワークベンチの暴露エリアに設置されてフォトリソグラフィを行ったり、2回目に暴露されたりすることのイメージ。ワークベンチの移動による誤差により、書き込みフィールドNo.1の新規位置22’にオフセットが生じるが、この場合、電子ビーム暴露エリアの書き込みフィールドが書き込みフィールドNo.2、即ち、元の書き込みフィールド位置22である。書き込みフィールド22´と書き込みフィールドNo.2は一致しないので、垂直アライメント誤差が生じる。 電子ビーム誘導感光性接着層2変化（EIRC）により説明、表現した電子ビームのイメージ 図7aの中、1-ウェーハ、2-感光性接着層2、17-電子ビーム、29-感光性接着層2の暴露点で現れた電子ビームの焦点 図7bの中、1-ウェーハ、2-感光性接着層2、17-電子ビーム、17’-経時的にドリフトした電子ビームの位置、30-感光性接着層2の暴露点で現れたドリフトした電子ビーム照射の焦点。 本発明のサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステムの構成図 本発明で横向きのスプライシングを例にして示すスプライシングアライメント方法のイメージ 書き込みフィールドNo.1(22-1)のウェーハが暴露してから暴露エリアから移していなく、ナノ接触センサーでその場アライメント座標マークの6つの位置座標（例）のC1L1、C1L2、C1L3、C1R1、C1R2及びC1R3を測定する。その中、C1は書き込みフィールドNo.1、Lxは書き込みフィールドの左座標、Rxは書き込みフィールド右座標を代表する。 書き込みフィールドNo.1(22-1)のウェーハが暴露してから暴露エリア22から移して書き込みフィールド22－1´となっていて、ナノ接触センサーで測定した移動した上記のその場アライメント座標マークの位置座標のC1L1’-L3’とC1R1’-R3’、及び次に暴露エリア22に移した次の書き込みフィールドが書き込みフィールドNo.2（書き込みフィールド22-2）であり、電子ビームのスキャン暴露エリアが22-1、即ち、現在の書き込みフィールド22-2にある。 ウェーハワークベンチは移動し、次に書き込みフィールドNo.2がこの位置にあり、スプライシング誤差により暴露できなく、座標がC2L1-L3及びC2R1-R3である。ワークベンチが移動してから、書き込みフィールド22－1´関係のグラフィックスが次に暴露される書き込みフィールドNo.2の左に移動され、該当するナノ接触センサーで測定した座標がC1L1’-L3’及びC1R1’-R3’ である。 書き込みフィールドNo.1(22-1)が暴露されてから暴露エリアから移されて書き込みフィールド22-1´となっている実測座標値と書き込みフィールドNo.1(22-1)が暴露されてから暴露エリアから移していないで実測した座標値を比べてから取得した誤差校正値ネガティブフィードバックにより調整、校正された実際な暴露エリアの書き込みフィールドが校正された書き込みフィールドNo.2(22-2’) となっている位置のイメージ 校正された書き込みフィールドNo.2(22-2’)は座標がC2L1’、C2L2’、C2L3’及びC2R1’、C2R2’、C2R3’ であり、且つC2L1’がC1R1’と、C2L2’がC1R2’と、C2L3’がC1R3’と同等であり、即ち、校正された書き込みフィールドNo.2(22-2’)が書き込みフィールド22-1´と精確な合わせを達成した。 ワークベンチは1回目に移動していて、書き込みフィールドNo.2は書き込みフィールドNo.1とシームレス・スプライシングを達成している。この場合、ワークベンチは2回目に移動し、新規暴露エリアスペース22-3´を開けている。この場合、書き込みフィールドNo.1座標はワークベンチの2回目の移動によりC1Lx´´、C1Rx´´となっているが、書き込みフィールドNo.2座標もワークベンチの2回目の移動によりC2Lx´´、C2Rx´´となっている。22-3´は該当する座標がC3Lx´、C3Rx´である。電子ビーム暴露エリアは相変わらず22-2´に停留している。 電子ビームは暴露書き込みフィールドNo.3の座標オフセット値を取得し、電子ビームの座標補償により暴露エリアが書き込みフィールド22-2´´に近寄せるように移動する。次に書き込みフィールドNo.3の暴露を実施する。 ワークベンチは3回目に移動し、22-1´´は相応しく移動して22-1´´´、22-2´´は相応しく移動して22-2´´´、22-3´´は相応しく移動して22-3´´´となっていて、暴露スペース22-4´´（22-3´´にある位置）を開けている。 更に速い測定速度を達成するためにナノ接触センサーの2台でその場アライメント座標マークを測定してスプライシングアライメントを達成したイメージ その中、図10aの中で、ナノ接触センサー39は接触点392の2セットがそれぞれ書き込みフィールド22の両側に設置されているので、ワークベンチにより左へ移動したり、右へスプライシング移動を行ったりするウェーハに便利である。この場合、接触点392の2セットは書き込みフィールド22を暴露したが、暴露エリアから移していなく、書き込みフィールド22にプリセットされたその場アライメント座標マークのC1L1、C1L2、C1L3及びC1R1、C1R2、C1R3を測定する。例えば、セットあたりのナノ接触センサー39は縦向きの接触点392の3つを含む。 ナノ接触センサーの2セットは書き込みフィールド22-1´の両側に移動し、暴露してから暴露エリアから移して書き込みフィールド22-1´位置にあるウェーハにあるその場アライメント座標マークのC1L1’、C1L2’、C1L3’及びC1R1’、C1R2’、C1R3’を測定して次に立ち入った書き込みフィールド22-2のウェーハの誤差校正値を算出し、電子顕微鏡用チューブにある電子ガンの暴露偏向パラメータ及び焦点を調整し、校正された書き込みフィールド22-2’のスプライシング座標が書き込みフィールド22-1´と精確に吻合するようにする過程イメージ ウェーハ、感光性接着層にプリセットされた3D凸出構造43及び感光性接着層の3D構造44を3Dその場アライメント座標マークにして縦向き層のアライメントスプライシングを達成する方法のイメージ、電子ビーム4で暴露オフセット誤差を測定して縦向き層のアライメントスプライシングを達成する方法のイメージ フォトリソグラフィ処理されるウェーハに突起構成のウェーハ3D アライメントマーク43を設置し、そこに感光性接着層を塗布し、それが3D アライメントマークのある位置にも該当する凸出構造の感光性接着層の3D アライメントマーク44が生じるようにする。 ウェーハワークベンチ38により3D アライメントマークのウェーハを電子ビームが暴露できる書き込みフィールドエリアに移動し、電子ビームがアライメント感光性接着層の3D アライメントマーク44（位置1）に狙いを定めて点暴露を実施し、感光性接着層の暴露点にオフセットがあることがある3Dマーク45（位置2）が生じる。ナノ接触センサーで位置1及び位置2を測定して書き込みフィールドの暴露エリア校正値を算出し、縦向きの精確な合わせ及び暴露を達成するように電子ガンを制御し、そして精確にスプライシングを達成することができる。 各ナノ接触センサーに複数のナノメートル接触点があるナノ接触センサーにより快速のスプライシングアライメントを達成するイメージその中、ナノ接触センサー39は誘導アームが2列あり、各列にナノメートル接触点の4つがある。
図1及び図8のとおりに密閉、静止して設置された電子顕微鏡本体31、及び本体31にあるメサ37、電子顕微鏡用チューブ32、ナノ接触センサーの少なくとも1台39及びウェーハワークベンチ38を含むサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステムを構築する。その中、電子顕微鏡に電子ビームチューブ32、電子発射ガン372、フォーカスシステム33及び偏向コイル35など、ウェーハワークベンチ38にそれを引いて前後及び・または左右及び・または上下の移動及び角度の変化を行うためのCNCドライブ装置371がある。
制御用コンピューター42は電子ビーム制御システム34及びグラフィックジェネレーター46により電子顕微鏡用チューブ及びナノ接触センサー39と接続されていて、ナノ接触センサー39が採集した検出されるウェーハにあるその場アライメント座標マーク信号40及び・または電子ビームドリフト信号40を制御用コンピューター42に制御されてグラフィックジェネレーター46に送信し、グラフィックジェネレーター46が制御用コンピューター42に制御されて演算処理された校正された電子ビームのスキャン・制御信号を電子ビーム制御システム34に送信し、電子ビーム制御システム34が電子ビームチューブ32のフォーカスシステム33のシャッター及び電子ビームの偏向を制御するための偏向コイル35を制御する。電子顕微鏡及びナノ接触センサーの構成及び動作原理が公知となっているので、ここで電子顕微鏡及びナノ接触センサーについて更になる説明をしない。
電子ビームチューブ32に電子ビーム制御システム34により採集した電子ビームにスキャンされた二次画像を制御用コンピューター42にフィードバックしてビデオ表示を行うための二次電子イメージング信号取得装置36も設置できる。
ナノ接触センサー39はサブナノメートルスケールの測定精度があり、原子力針先センサー、トンネル電子プローブセンサーまたはナノスケール表面仕事関数測定センサーのいずれかまたは複数にしてもいい。ナノ接触センサー39は電子ビームリソグラフィシステムのサンプルキャビティーに設置されていて、サブナノメートルスケールの精度及び素晴らしいスペース重複性で表面の3D形状を測定できる。ナノ接触センサーは電子ビームチューブ32の傍、電子ビーム焦点の近く及び感光性接着層の表面の上部にある。
ナノ接触センサー39にてこ式センサーアーム391、タッチアーム391に針先誘導コンタクター392（図8参照）がある。
各タッチアーム391に針先誘導コンタクター392の少なくとも1列、各列に針先誘導コンタクター392の1つ以上がある。
図10を例にして、その中に針先誘導コンタクター392の2列、各列に針先誘導コンタクター392の1つがあり、2列がそれぞれ前記の電子ビームチューブ372の両側にある。
図12を例にして、その中に針先誘導コンタクター392の2列、各列に針先誘導コンタクター392の4つがある。
電子ビームチューブ32はちょうどウェーハワークベンチ38にあるウェーハの暴露エリア22と合わせている。
本発明の方法を実施するまでウェーハに対する前処理が必要である。即ち、ウェーハ1に暴露処理される感光性接着層2を塗布し、ウェーハ1及び・またはその感光性接着層2の書き込みフィールドの内部に電子ビームに暴露されてから表現でき、凹及び・または凸からなり、決まったがあり、ナノ接触センサー39がその場座標を認識するためのその場アライメント座標マーク8、その場アライメント座標マーク10、その場アライメント座標マーク44またはその場アライメント座標マーク45がある。
このその場アライメント座標マークは平面構成のグラフィックスマークであってもよく、平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くに設置してもよく、言うまでもなく、更に多くであってもいい。この実例では、平面構成のグラフィックスマークは望ましく電子ビームでフォトレジスト表面を誘導して生じた微小のジオメトリ構造の変化によるグラフィックスマークを採用し、他の公知技術による類似的効果の平面構成のグラフィックスマークを採用してもいいが、ここで贅言しない。
その場アライメント座標マークは立体形状のマークにしてもよく、平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くに設置してもよく、言うまでもなく、更に多くであってもいい。立体形状のマークは望ましく電子認識に便利なピラミッド形または円錐形の立体形状にするが、他の形状にしてもいい。
上記の稼働周囲を構築してから実施本発明の下記のステップを含むサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法を実施できる。
ステップ1：リソグラフィシステムの本体31にメサ37、電子顕微鏡及びその電子顕微鏡用チューブ32、電子ガン372、ウェーハ移動ワークベンチ38及びナノ接触センサー39の少なくとも1台を設置しておき、ウェーハワークベンチ38にその移動を制御するためのCNCドライブ装置371を設置し、ウェーハをリソグラフィシステムに設置するまでウェーハ1の全体に感光性接着層2を塗布し、電子ビームがスキャンする領域である暴露エリア22を若干の書き込みフィールドに分け、感光性接着層における各書き込みフィールドに決まった暴露エリアで暴露すると予定の形状が現れるその場アライメント座標マーク8、その場アライメント座標マーク10、その場アライメント座標マーク18、その場アライメント座標マーク43、その場アライメント座標マーク44があり、書き込みフィールドが相次ぎに書き込みフィールドNo.1(22-1)、書き込みフィールドNo.2(22-2)、......、書き込みフィールドNo.n(22-n)である。例えば、書き込みフィールドの1000個がある場合、nが1000となり、書き込みフィールドの1000個のウェーハに対する暴露、移動及びスプライシングが必要である。
ステップ2:感光性接着層2が塗布されているウェーハ1をワークベンチ38に設置し、ウェーハの書き込みフィールドNo.1(22-1)が暴露エリア22に落ち込み、電子顕微鏡の電子ビームチューブ32が垂直にちょうど暴露エリア22と合わせるようにしてから電子ビームが焦点をこの書き込みフィールドに絞るようにする。書き込みフィールドNo.1(22-1)は書き込みフィールドNo.1、書き込みフィールドNo.2(22-2)は書き込みフィールドNo.2、書き込みフィールドNo.3(22-3)は書き込みフィールドNo.3を指す。「22-1´」にある「´」はワークベンチが1回、「22-1´´」にある「´´」はワークベンチが2回に移動したことを意味する。即ち、「22-1´´」は書き込みフィールドNo.1を指し、ワークベンチが書き込みフィールドNo.1を2回に移動したことを意味し、その他についてこのように類推する。
ステップ3:暴露エリア22にある書き込みフィールドNo.1(22-1)にあるウェーハの一部に対して暴露を実施してからこのウェーハの一部に塗布された感光性接着剤で化学反応が発生し、電子ビームによる変化を引き起こしてグラフィックスを構成する凹凸構造の少なくとも1つまたは1グループが生じるようにする。この凹凸構造の決まった形状は事前に設置したその場アライメント座標マークの特徴的な形状として暴露エリアにおけるその特徴点の座標値をその場アライメント座標にする。
ステップ4:ナノ接触センサー（39）をスタートして前記の凹凸構造の表面形状を測定してからプリセットした決まった形状と照りあって前記のアライメント座標マークを認識してからワークベンチの表面に記憶される座標値（例えば、C1L1、C1L2、C1L3、C1R1、C1R2、C1R3）を確定する。原則として、これらの座標点は書き込みフィールドで任意に1つ以上を選出できる（以下同じ）。
ステップ5:書き込みフィールドNo.2の暴露前準備。移動ワークベンチ38は横向き及び・または縦向きで移動するウェーハ1を動かして暴露されたばかりの書き込みフィールドNo.1エリア22-1が暴露エリアとなっている書き込みフィールド22-1´から移すようにして次に暴露エリアに立ち入るウェーハの書き込みフィールドNo.2(22-2)のためにスペースを開ける。
ステップ6:ナノ接触センサー39をスタートして上記の暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.1(22-1´)にあるアライメント座標マークを認識し、それが移動してからワークベンチの表面にある書き込みフィールドNo.1の位置座標（C1L1’、C1L2’、C1L3’、C1R1’、C1R2’、C1R3’）標を確定し、記憶する。
ステップ7:移動した書き込みフィールドNo.1(22-1´)にあるアライメント座標マークのデータを閉ループフィードバック制御の根拠にして書き込みフィールド移動前後の実際な座標オフセットを算出して電子ビームの次の暴露エリア全体の座標校正値を確定する。
暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.1(22-1´)と隣接して暴露するところにある誤差校正された書き込みフィールドNo.2(22-2´)の座標をC1R1´、即ち、座標XC1R1´、YC1R1´にする。これは暴露するところにある書き込みフィールドNo.2(22-2´)の移動した書き込みフィールドNo.1(22-1)´にシームレス・スプライシングする新規座標でもある。即ち、
（XC2L1´、YC2L1´）：XC2L1´＝XC1R1´、YC2L1´＝YC1R1´
この頃、電子ビームはちょうど暴露エリア22にある誤差校正までの書き込みフィールドNo.2(22-2)に当てる座標が C2L1、即ち、座標（XC2L1、YC2L1）である。この座標点は電子ビームに偏向電圧を印加して移動している書き込みフィールドNo.1(22-1´)のエッジ座標C1R1´にぴったりとくっついて書き込みフィールドNo.2(22-2)の座標に対してスプライシング校正及び暴露を行うので、校正された書き込みフィールドNo.2の関係座標点がC2L1´、C2L1´とC2L1との座標差が下記のとおりとなるようにしなければいけない。
ΔX1 ＝XC2L1´－XC2L1＝XC1R1´－XC2L1
ΔY1 ＝YC2L1´－YC2L1＝YC1R1´－YC2L1
書き込みフィールドNo.2及びその座標XC2L1、YC2L1はワークベンチが移動していなく、暴露していない場合に取得できないので、電子ビームが暴露エリアで書き込みフィールドNo.1及び暴露書き込みフィールドNo.2を暴露する電子ビームドリフトの全体を無視し、暴露エリアにおける書き込みフィールドNo.2(22-2)の暴露、校正されるまでの座標が暴露エリアの書き込みフィールドNo.1(22-1)が暴露される場合の座標のXC2L1＝XC1L1、YC2L1＝YC1L1と同等であるようにし、そしてこの座標は書き込みフィールドNo.1が暴露してからワークベンチの移動の前に感光性接着層の表面の暴露による凹凸構造により検出できるようにして書き込みフィールドNo.2の電子ビーム座標点のすべての校正に補償が必要である座標差を取得する。
ΔX1 ＝XC1R1´－XC1L1
ΔY1 ＝YC1R1´－YC1L1
ステップ8:取得した校正の補償が必要である座標差（ΔX1、ΔY1）に応じて電子ビームチューブ32の偏向電圧を調整し、電子ビームの暴露エリアを校正してそれから暴露エリアに入るウェーハの書き込みフィールドNo.2(22-2)のスプライシング座標（C2L1、C2L2、C2L3、C2R1、C2R2、C2R3;）を移動した書き込みフィールドNo.1の隣り合うスプライシング座標（C2L1´、C2L2´、C2L3´、C2R1´、C2R2´、C2R3´）に校正し、校正された書き込みフィールドNo.2(22-2´)のスプライシング座標が移動した書き込みフィールドNo.1とシームレス・スプライシングを達成するようにする。
ステップ9:前記の電子ビームの暴露座標の校正された暴露エリアに移された書き込みフィールドNo.2(22-2´)のウェーハ部に対する電子ビーム暴露を行い、暴露されたこのウェーハの一部に塗布された感光性接着剤で化学反応が生じて前記のプリセットした凹凸構造を特徴にするこの書き込みフィールドにあるアライメント座標マークが現れるようにする。
ステップ10:ナノ接触センサー39をスタートしてプリセットした決まった形状と照りあって前記のアライメント座標マークを認識し、ワークベンチの表面にある校正された書き込みフィールドNo.2(22-2´)における特徴座標点の位置座標（C2L1´、C2L2´、C2L3´、C2R1´、C2R2´、C2R3´）を確定し、記憶する。
ステップ11:書き込みフィールドNo.3の暴露前の準備を行い、もう一度ワークベンチ38を移動して横向き及び・または縦向きで移動するウェーハ1を動かしてこれまで移動したことのある書き込みフィールドNo.1(22-1´)及び暴露されたばかりの校正された書き込みフィールドNo.2(22-2´)が移動され、暴露されたばかりの校正された書き込みフィールドNo.2が暴露エリアから移すようにする。ワークベンチの移動により、これまで移動したことのある書き込みフィールドNo.1(22-1´)の位置座標が変化して二回に移動した書き込みフィールドNo.1(22-1´)となり、位置座標が（C1Lx´、C1Rx´）から（C1Lx´´、C1Rx´´）、校正されてから暴露エリアから移された書き込みフィールドNo.2の位置座標が（C2Lx´、C2Rx´）から（C2Lx´´、C2Rx´´）、この書き込みフィールドNo.2が移動した書き込みフィールドNo.2（22-2´´）となって、次に暴露エリアに移すウェーハの書き込みフィールドNo.3（22-3´）のためにスペースを開ける。
ステップ12:もう一度ナノ接触センサー39をスタートして上記の暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.2(22-2´´)にあるアライメント座標マークを認識し、その在ワークベンチ38の表面にある位置座標（C2L1´´、C2L2´´、C2L3´´、C2R1´´、C2R2´´、C2R3´´）を確定し、記憶する。
ステップ13:移動した書き込みフィールドNo.2にあるアライメント座標マークのデータを閉ループフィードバック制御の根拠にして移動前後の実際な座標オフセットを算出して電子ビームの次の暴露エリアの書き込みフィールドの校正値Δ×2及びΔY2を確定する。
暴露エリアから移した移動した書き込みフィールドNo.2と隣接して暴露するところにある書き込みフィールドNo.3の座標をC2R1´´、即ち、座標（XC2R1´´、YC2R1´´）にする。これは暴露するところにある書き込みフィールドNo.3の移動した書き込みフィールドNo.2にシームレス・スプライシングする校正座標、即ち、（XC3L1´´、YC3L1´´）：XC3L1´´＝XC2R1´´、YC3L1´´＝YC2 R1´´でもある。
この頃、電子ビームは暴露エリアにある書き込みフィールドNo.3に対する座標はが C3L1、即ち、座標（XC3L1、YC3L1）、スプライシングに従って暴露する移動している書き込みフィールドNo.2との座標差がこの座標点であり、電子ビーム付加偏向電圧により移動している書き込みフィールドNo.2(22-2´´)のエッジC2 R1´´にぴったりとくっついてスプライシング暴露を行い、校正された書き込みフィールドNo.3(22-3´´)の関係座標点がC3 L1´´、C3 L1´´とC3 L1´の座標差が下記のとおりである。
Δ×2 ＝XC3L1´´－XC3L1´＝XC2R1´´－XC3L1´
ΔY2 ＝YC3L1´´－YC3L1´＝YC2R1´´－YC3L1´
暴露エリアで書き込みフィールドNo.2及び書き込みフィールドNo.3を暴露する暴露エリアにある電子ビームドリフトの全体を無視し、書き込みフィールドNo.3が暴露エリア暴露座標が校正されるまでの座標書き込みフィールドNo.2の暴露の場合の座標XC3L1´＝XC2L1´、YC3L1´＝YC2L1´と同等であるようにし、そしてこの座標が書き込みフィールドNo.2が暴露してからワークベンチが移動するまで感光性接着層の表面の暴露による凹凸構造により検出できるようにして書き込みフィールド暴露点のすべての電子ビームの座標校正に補償が必要である座標差を取得する。
Δ×2 ＝XC2R1´´－XC2L1´
ΔY2 ＝YC2R1´´－YC2L1´
ステップ14:取得した校正値により電子ビームチューブ32の偏向電圧を調整し、電子ビームの暴露エリアを校正してそれからウェーハの書き込みフィールドNo.3のすべての暴露点にある座標が移動した書き込みフィールドNo.2と隣接するスプライシング座標と一致してシームレス・スプライシングを達成するようにする。
ステップ15:繰り返してウェーハの全体の書き込みフィールドエリアの全部の暴露、移動及びスプライシングを完成する。
この実例の中
電子ビームはイオンビーム、光子ビーム及び原子ビームのいずれかであってもいい。
ナノ接触センサー39は原子力針先センサー、トンネル電子プローブセンサーまたはナノスケール表面仕事関数測定センサーのいずれかまたは複数の組み合わせであってもいい。
その場アライメント座標マーク8、その場アライメント座標マーク10はその場アライメント座標マーク18は平面構成のグラフィックスマークであってもよく、平面の一つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つまたは6つがあり、実際な需要に応じて更に多くしてもいい。ここで、いわゆる平面構成のグラフィックスマークは広義のものであり、特に電子ビームがフォトレジスト表面を誘導して生じた微小のジオメトリ構造の変化によるグラフィックスマークも含む。
この実例では、電子ビームがフォトレジスト表面を誘導して生じた微小のジオメトリ構造の変化によるグラフィックスマークを平面構成のグラフィックスマークにする。
その場アライメント座標マーク43及びその場アライメント座標マーク44は立体形状のマークであってもよく、具体的な形状をピラミッド形または円錐形にしたほうが望ましく、同様に平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多く設置してもいい。
この実例では、ナノ接触センサー39は1～4台が望ましく、暴露エリアの周りにある。
ナノ接触センサー39にてこ式センサーアーム391があり、タッチアーム391に列で並んでいる針先誘導コンタクター392の1つまたは複数がある。
電子ビームはガウスビームでも変形ビームでもいい。
図7a、7bのとおりに、電子ビームドリフトの測定方法は下記のステップを含む。リソグラフィシステムの本体31にメサ37、電子顕微鏡用チューブ32及びその電子ガン372、ウェーハ移動ワークベンチ38及びナノ接触センサー39を設置しておき、ウェーハワークベンチ38にその移動を制御するためのCNCドライブ装置371を設置し、ウェーハに感光性接着層を塗布してから電子ガン372で電子ビーム17を射出し、焦点を感光性接着層に当て、それを暴露し、暴露により感光性接着層の表面に電子ビームに誘導される凹凸構造の幾何学的形状の微小な変化が生じるようにし、この微小な変化を検出し、時間に応じる焦点のドリフトをトレースし、時間に応じる電子ビームのドリフト軌跡30の座標値及びドリフト量を記録し、そして記録した時間に応じる電子ビームのドリフト軌跡30の座標値及びドリフト量により開始から終止までの期間に時間のドリフトに応じる電子ビームの暴露座標値及び校正補償差値を算出し、次の書き込みフィールド暴露の校正座標を確定する。
図8のとおりに、ナノ接触センサー39にてこ式センサーアームがあり391、タッチアーム391に列で並んでいる針先誘導コンタクター392の1つまたは複数がある。
図11のとおりに、サブナノメートルスケール、高精度のフォトリソグラフィ書き込みフィールドの縦向きのスプライシング方法として、フォトリソグラフィ処理されるウェーハに突起構成のウェーハ3D アライメントマーク43を設置し、そこに感光性接着層2を塗布し、3D アライメントマークのある位置でも該当する凸出構造の感光性接着層の3D アライメントマーク44が生じるようにしてからウェーハワークベンチ38により3D アライメントマークのあるウェーハ1を電子ビーム4が暴露できる書き込みフィールドエリアに移動し、電子ビーム4の狙いをアライメント感光性接着層の3D アライメントマーク44の位置に定めて点暴露を実施し、感光性接着層の暴露点以外の処に実際にオフセットのある3Dマーク45が生じ、ナノ接触センサーの感光性接着層で3D アライメントマーク44及びオフセットのある3Dマーク45の実際な座標値を測定し、そして書き込みフィールドの暴露エリアの校正値を算出し、縦向きの精確な合わせ及び暴露を達成するように電子ガンを制御し、縦向きの精確なスプライシングを達成する。
図12各ナノ接触センサー39にナノメートル接触点392の複数のあるナノ接触センサーで快速のスプライシングアライメントを達成することのイメージ

Claims (33)

  1. 下記のステップを含むことを特徴とするサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法、
    ステップ1：リソグラフィシステムの本体（31）にメサ（37）、電子顕微鏡用チューブ（32）及びその電子ガン（372）、移動ウェーハワークベンチ（38）及びナノ接触センサー（39）の少なくとも1台、ウェーハワークベンチ（38）にその移動を制御するためのCNCドライブ装置（371）を設置しておき、ウェーハをリソグラフィシステムに設置するまでウェーハ（1）の全体に感光性接着層（2）を塗布し、電子ビームがスキャンする領域が暴露エリア（22）である。暴露エリアを若干の書き込みフィールドに分け、感光性接着層における各書き込みフィールドに決まった暴露エリアで暴露すると予定の形状が現れるその場アライメント座標マーク（8、10、18、43、44）があり、書き込みフィールドが相次ぎに書き込みフィールドNo.1（22-1）、書き込みフィールドNo.2（22-2）、......、書き込みフィールドNo.n（22-n）である、
    ステップ2:感光性接着層（2）が塗布されたウェーハ（1）をワークベンチ（38）に設置し、ウェーハの書き込みフィールドNo.1（22-1）が暴露エリア（22）に落ち込むようにし、電子顕微鏡の電子ビームチューブ（32）が垂直に暴露エリア（22）に向くようにしてから電子ビームの焦点を書き込みフィールドに合わせるようにする、
    ステップ3:暴露エリアにおける書き込みフィールドNo.1（22-1）にあるウェーハの一部に対する暴露を行ってからこのウェーハの一部に塗布された感光性接着剤で化学反応が発生し、電子ビームによる変化を引き起こしてグラフィックスを構成する凹凸構造の少なくとも1つまたは1グループが生じるようにする。この凹凸構造の決まった形状は事前に設置したその場アライメント座標マークの特徴的な形状として暴露エリアにおけるその特徴点の座標値をその場アライメント座標にする、
    ステップ4:ナノ接触センサー（39）をスタートして前記の凹凸構造の表面形状を測定してからプリセットした決まった形状と照りあって前記のアライメント座標マークを認識し、ワークベンチの表面におけるその座標値（C1L1、C1L2、C1L3、C1R1、C1R2、C1R3）を確定、記憶する、
    ステップ5:書き込みフィールドNo.2の暴露までの準備を行い、移動ワークベンチ（38）が横向き及び・または縦向きで移動するウェーハ（1）を動かし、暴露されたばかりの書き込みフィールドNo.1エリア（22-1）が暴露エリアから移して出て書き込みフィールド22-1´となるようにし、次に暴露エリアに入るウェーハの書き込みフィールドNo.2(22-2)のためにスペースを空ける、
    ステップ6:ナノ接触センサー（39）をスタートして上記の暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.1（22-1´）にあるアライメント座標マークを認識し、それが移動してからワークベンチの表面にある書き込みフィールドNo.1の位置座標（C1L1’、C1L2’、C1L3’、C1R1’、C1R2’、C1R3’）を確定し、記憶する、
    ステップ7:移動した書き込みフィールドNo.1（22-1´）にあるアライメント座標マークのデータを閉ループフィードバック制御の根拠にして書き込みフィールド移動前後の実際な座標オフセットを算出して電子ビームの次の暴露エリア全体の座標校正値を確定する、
    暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.1（22-1´）と隣接して暴露するところにある誤差校正された書き込みフィールドNo.2（22-2´)の座標をC1R1´、即ち、座標（XC1R1´、YC1R1´）にする。これは暴露するところにある書き込みフィールドNo.2（22-2´）の移動した書き込みフィールドNo.1（22-1´）にシームレス・スプライシングしなければいけない新規座標でもある、即ち、
    （XC2L1´、YC2L1´）：XC2L1´＝XC1R1´、YC2L1´＝YC1R1´
    この頃、電子ビームは暴露エリア（22）にある誤差が校正されるまでの書き込みフィールドNo.2（22-2）に対する座標が C2L1、即ち、座標（XC2L1、YC2L1）である。この座標点は00電子ビームに偏向電圧を印加して移動している書き込みフィールドNo.1（22-1´）のエッジ座標C1R1´にぴったりとくっついて書き込みフィールドNo.2（22-2）の座標に対するスプライシング校正及び暴露を行い、校正された書き込みフィールドNo.2の関係座標点がC2L1´、C2L1´とC2L1との座標差が下記のとおりとなるようにしなければいけない、
    ΔX1 ＝XC2L1´－XC2L1＝XC1R1´－XC2L1
    ΔY1 ＝YC2L1´－YC2L1＝YC1R1´－YC2L1
    書き込みフィールドNo.2及びその座標（XC2L1、YC2L1）はワークベンチが移動していなく、暴露していない場合に取得できないので、電子ビームが暴露エリアで書き込みフィールドNo.1及び暴露書き込みフィールドNo.2を暴露する電子ビームドリフトの全体を無視し、暴露エリアにおける書き込みフィールドNo.2（22-2）の暴露、校正されるまでの座標が暴露エリアの書き込みフィールドNo.1（22-1）が暴露される場合の座標のXC2L1＝XC1L1、YC2L1＝YC1L1と同等となるようにしてこの座標は書き込みフィールドNo.1が暴露してからワークベンチの移動の前に感光性接着層の表面の暴露による凹凸構造により検出できるようにして書き込みフィールドNo.2の電子ビーム座標点のすべての校正に補償が必要である座標差を取得する、
    ΔX1 ＝XC1R1´－XC1L1
    ΔY1 ＝YC1R1´－YC1L1
    ステップ8:取得した校正の補償が必要である座標差（ΔX1、ΔY1）に応じて電子ビームチューブ（32）の偏向電圧を調整し、電子ビームの暴露エリアを校正してそれから暴露エリアに入るウェーハの書き込みフィールドNo.2（22-2）のスプライシング座標（C2L1、C2L2、C2L3、C2R1、C2R2、C2R3;）が移動した書き込みフィールドNo.1と隣接するスプライシング座標に校正され、校正された書き込みフィールドNo.2（22-2´）のスプライシング座標が移動した書き込みフィールドNo.1とシームレス・スプライシングを達成するようにする。
  2. 下記のステップも含むことを特徴とする請求項1に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法、
    ステップ9:前記の電子ビームの暴露座標の校正された暴露エリアに移された書き込みフィールドNo.2（22-2´）のウェーハ部に対する電子ビーム暴露を行い、暴露されたこのウェーハの一部に塗布された感光性接着剤が化学反応を行って前記のプリセットされた決まった凹凸構造を特徴にするこの書き込みフィールドにあるアライメント座標マークが現れるようにする、
    ステップ10:ナノ接触センサー（39）をスタートしてプリセットした決まった形状と照りあって前記のアライメント座標マークを認識し、ワークベンチの表面にある校正された書き込みフィールドNo.2（22-2´）における特徴座標点の位置座標（C2L1´、C2L2´、C2L3´、C2R1´、C2R2´、C2R3´）を確定し、記憶する、
    ステップ11:書き込みフィールドNo.3の暴露前の準備を行い、もう一度移動ワークベンチ（38）が横向き及び・または縦向きで移動するウェーハ（1）を動かし、これまで移動したことのある書き込みフィールドNo.1（22-1´）及び暴露されたばかりの校正された書き込みフィールドNo.2（22-2´）が移動され、暴露されたばかりの校正された書き込みフィールドNo.2が暴露エリアから移すようにする。ワークベンチの移動により、これまで移動したことのある書き込みフィールドNo.1（22-1´）は位置座標が変わり、二回に移動したことのある書き込みフィールドNo.1（22-1´）となり、位置座標が（C1Lx´、C1Rx´）から（C1Lx´´、C1Rx´´）に変わり、校正されてから暴露エリアから移された書き込みフィールドNo.2の位置座標により（C2Lx´、C2Rx´）から（C2Lx´´、C2Rx´´）に変わる。この書き込みフィールドNo.2は移動した書き込みフィールドNo.2（22-2´´）となり、それから暴露エリアに移すウェーハの書き込みフィールドNo.3（22-3´）にスペースを開ける、
    ステップ12:もう一度ナノ接触センサー（39）をスタートして上記の暴露エリアから移した書き込みフィールドNo.2（22-2´´）にあるアライメント座標マークを認識し、ワークベンチ（38）の表面にある位置座標（C2L1´´、C2L2´´、C2L3´´、C2R1´´、C2R2´´、C2R3´´）を確定し、記憶する、
    ステップ13:移動した書き込みフィールドNo.2にあるアライメント座標マークのデータを閉ループフィードバック制御の根拠にして移動前後の実際な座標オフセットを算出して電子ビームの次の暴露エリアの書き込みフィールドの校正値のΔ×2及びΔY2を確定する、
    暴露エリアから移した移動した書き込みフィールドNo.2と隣接して暴露するところにある書き込みフィールドNo.3の座標をC2R1´´、即ち、座標（XC2R1´´、YC2R1´´）にする。これは暴露するところにある書き込みフィールドNo.3がシームレスで移動した書き込みフィールドNo.2にスプライシングする校正座標でもある、即ち、
    （XC3L1´´、YC3L1´´）：XC3L1´´＝XC2R1´´、YC3L1´´＝YC2 R1´´
    この頃、電子ビームは暴露エリアにある書き込みフィールドNo.3に対する座標が C3L1、即ち、座標（XC3L1、YC3L1）であり、スプライシングに従って暴露する移動している書き込みフィールドNo.2との座標差がこの座標点であり、電子ビーム付加偏向電圧により移動している書き込みフィールドNo.2（22-2´´）のエッジC2 R1´´にぴったりとくっついてスプライシング暴露を行い、校正された書き込みフィールドNo.3（22-3´´）の関係座標点がC3 L1´´、C3 L1´´とC3 L1´との座標差が下記のとおりである、
    Δ×2 ＝XC3L1´´－XC3L1´＝XC2R1´´－XC3L1´
    ΔY2 ＝YC3L1´´－YC3L1´＝YC2R1´´－YC3L1
    暴露エリアで書き込みフィールドNo.2及び書き込みフィールドNo.3を暴露する暴露エリアにある電子ビームドリフトの全体を無視し、暴露エリアの暴露座標が校正されるまでの書き込みフィールドNo.3の座標が書き込みフィールドNo.2が暴露される場合の座標のXC3L1´＝XC2L1´、YC3L1´＝YC2L1´と同等であるようにし、この座標書き込みフィールドNo.2が暴露してからワークベンチが移動するまで感光性接着層の表面の暴露による凹凸構造により検出できるようにして書き込みフィールド暴露点のすべての電子ビームの座標校正に補償が必要である座標差を取得する、
    Δ×2 ＝XC2R1´´－XC2L1´
    ΔY2 ＝YC2R1´´－YC2L1´
    ステップ14:取得した校正値に応じて電子ビームチューブ（32）の偏向電圧を調整し、電子ビームの暴露エリアを校正してそれからウェーハの書き込みフィールドNo.3のすべての暴露点にある座標が移動した書き込みフィールドNo.2と隣接するスプライシング座標と一致してシームレス・スプライシングを達成するようにする、
    ステップ15:繰り返してウェーハの全体の書き込みフィールドエリアの全部の暴露、移動及びスプライシングを完成する。
  3. 前記の電子ビームがイオンビームでも光子ビームでも原子ビームでも構わないことを特徴とする請求項1に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  4. 前記のナノ接触センサー（39）が原子力針先センサー、トンネル電子プローブセンサーまたはナノスケール表面仕事関数測定センサーのいずれかまたは複数の組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  5. 前記のウェーハが完全なウェーハ、ウェーハの一部またはフォトリソグラフィ書き込みフィールドスプライシングによる処理の必要である非ウェーハ材料を含むであることを特徴とする請求項1に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  6. 前記のその場アライメント座標マーク（8、10、18）が平面構成のグラフィックスマークであることを特徴とする請求項1に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  7. 前記の平面構成のグラフィックスマークが平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くあることを特徴とする請求項6に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  8. 前記の平面構成のグラフィックスマークが電子ビームがフォトレジスト表面を誘導して生じた微小のジオメトリ構造の変化によるグラフィックスマークを含むことを特徴とする請求項6に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  9. 前記のその場アライメント座標マーク（43、44）が立体形のマークであることを特徴とする請求項1に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  10. 前記の立体形のマークがピラミッド形または円錐形であり、このマークが平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くあることを特徴とする請求項9に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  11. 前記のナノ接触センサー（39）が1つ、2つ、3つ、4つまたは更に多くであり、前記の暴露エリアの周りにあることを特徴とする請求項1～10のいずれかに記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  12. 前記のナノ接触センサー（39）にてこ式センサーアーム（391）があり、タッチアーム（391）に列で並んでいる針先誘導コンタクター（392）があることを特徴とする請求項11に記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  13. 前記の電子ビームはガウスビームであることを特徴とする請求項1～10のいずれかに記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  14. 前記の電子ビームは変形ビームであることを特徴とする請求項1～10のいずれかに記載のサブナノメートルスケール、高精度のリソグラフィ書き込みフィールドのスプライシング方法。
  15. 静止して設置された機器（31）及び機器にあるメサ（37）を含み、メサの上部に電子顕微鏡、ナノ接触センサー（39）の少なくとも1台及び移動ウェーハワークベンチ（38）、電子顕微鏡に電子ビームチューブ（32）、ウェーハワークベンチ（38）にそれを引いて前後及び・または左右及び・または上下の移動及び角度の変化を行うためのCNCドライブ装置（371）があるサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。
  16. 前記のリソグラフィシステムがグラフィックジェネレーター（46）、電子ビーム制御システム（34）及び前記のウェーハワークベンチ（38）のCNCドライブ装置（371）とつながっている制御用コンピューター（42）も含み、前記のナノ接触センサー(39)が採集した検出されるウェーハにあるその場アライメント座標マーク信号（40）及び・または電子ビームドリフト信号（40）を制御用コンピューター（42）に制御されてグラフィックジェネレーター（46）に送信し、グラフィックジェネレーター（46）制御用コンピューター（42）に制御されて演算処理された校正された電子ビームのスキャン・制御信号を電子ビーム制御システム（34）に送信し、電子ビーム制御システム（34）が電子ビームチューブ（32）のフォーカスシステム（32）のシャッター及び電子ビームの偏向を制御するための偏向コイル（35）を制御することを特徴とする請求項15に記載のサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。
  17. 前記の電子ビームチューブ（32）に採集した電子ビームにスキャンされた二次画像を前記の電子ビーム制御システム（34）を通じて前記の制御用コンピューター（42）にフィードバックする二次電子イメージング信号取得装置（36）もあることを特徴とする請求項15に記載のサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。
  18. 前記のナノ接触センサー（39）が原子力針先センサー、トンネル電子プローブセンサーまたはナノスケール表面仕事関数測定センサーのいずれかまたは複数の組み合わせであることを特徴とする請求項15に記載のサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。
  19. 前記のナノ接触センサー（39）にてこ式センサーアーム（391）、タッチアーム（391）に針先誘導コンタクター（392）があることを特徴とする請求項15に記載のサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。
  20. 前記の各タッチアーム（391）に針先誘導コンタクター（392）の1つまたは複数があることを特徴とする請求項19に記載のサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。
  21. 前記の各タッチアーム（391）に針先誘導コンタクターの少なくとも1列、各列に針先誘導コンタクター（392）の1つ以上があることを特徴とする請求項19に記載のサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。
  22. 前記のナノ接触センサー（39）が2列あり、列ごとに4つがあり、2列がそれぞれ前記の電子ビームチューブ（32）の両側にあることを特徴とする請求項15～21のいずれかに記載のサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。
  23. 前記の電子ビームチューブ（32）が前記のワークベンチ（38）にあるウェーハの暴露エリア（22）に向いていることを特徴とする請求項22に記載のサブナノメートルスケール、高精度の書き込みフィールドスプライシングリソグラフィシステム。
  24. 前記のウェーハ及び・またはその感光性接着層の書き込みフィールドエリアに電子ビームに暴露されてから現れ、凹及び・または凸からなり、決まった形状があり、ナノ接触センサー（39）がその場座標を認識するためのその場アライメント座標マーク（8、10、18、43、44）があることを特徴とする暴露処理される感光性接着層が塗布された前処理ウェーハ。
  25. 前記のその場アライメント座標マーク（8、10、18）が平面構成のグラフィックスマークであることを特徴とする請求項24に記載の前処理ウェーハ。
  26. 前記の平面構成のグラフィックスマークが平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くあることを特徴とする請求項25に記載の前処理ウェーハ。
  27. 前記の平面構成のグラフィックスマークが電子ビームがフォトレジスト表面を誘導して生じた微小のジオメトリ構造の変化によるグラフィックスマークであることを特徴とする請求項26に記載の前処理ウェーハ。
  28. 前記のその場アライメント座標マーク（43、44）が立体形のマークであることを特徴とする請求項24に記載の前処理ウェーハ。
  29. 前記の立体形のマークが平面の1つに1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つまたは更に多くあることを特徴とする請求項28に記載の前処理ウェーハ。
  30. 前記のウェーハが完全なウェーハ、ウェーハの一部またはフォトリソグラフィ書き込みフィールドスプライシングによる処理の必要である非ウェーハ材料を含むことを特徴とする請求項24～29のいずれかに記載の前処理ウェーハ。
  31. 下記のステップを含むことを特徴とする電子ビームドリフトの測定方法。リソグラフィシステムの本体（31）にメサ（37）、電子顕微鏡用チューブ（32）及びその電子ガン（372）、移動ウェーハワークベンチ（38）及びナノ接触センサー（39）を設置しておき、ウェーハワークベンチ（38）にその移動を制御するためのCNCドライブ装置（371）を設置し、ウェーハに感光性接着層を塗布し、電子ガン（372）で電子ビーム（17）を射出し、焦点を感光性接着層に当て、それを暴露し、暴露により感光性接着層の表面に電子ビームに誘導される凹凸構造の幾何学的形状の微小な変化が生じるようにし、この微小な変化を検出し、時間に応じる焦点のドリフトをトレースし、時間に応じる電子ビームのドリフト軌跡（30）の座標値及びドリフト量を記録する。
  32. 下記のステップを含むことを特徴とする請求項31に記載の電子ビームドリフトの測定方法。記録した時間に応じる電子ビームのドリフト軌跡（30）の座標値及びドリフト量により開始から終止までの期間に時間のドリフトに応じる電子ビームの暴露座標値及び校正補償差値を算出し、次の書き込みフィールド暴露の校正座標を確定する。
  33. フォトリソグラフィ処理されるウェーハに突起構成のウェーハ3D アライメントマーク（43）を設置してからそこに感光性接着層（2）を塗布し、3D アライメントマークのある箇所にも該当する突起構成の感光性接着層の3D アライメントマーク（44）が生じるようにしてからウェーハワークベンチ（38）により3D アライメントマークのあるウェーハ（1）を電子ビーム(4)が暴露できる書き込みフィールドエリアに移し、電子ビーム(4)を感光性接着層の3D アライメントマーク(44)と合わせて点暴露を行い、感光性接着層の暴露点以外の処に実際にオフセットのある3Dマーク（45）が生じ、ナノ接触センサーの感光性接着層で3D アライメントマーク(44)及びオフセットのある3Dマーク（45）の実際な座標値を測定し、そして書き込みフィールドの暴露エリアの校正値を算出し、縦向きの精確な合わせ及び暴露を達成するように電子ガンを制御し、縦向きの精確なスプライシングを達成することを特徴とするサブナノメートルスケール、高精度のフォトリソグラフィ書き込みフィールドの縦向きのスプライシング方法。
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