JP4416962B2 - 荷電粒子リソグラフィ装置用の照明システム - Google Patents

Description

【０００１】
【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ｄ_g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α_g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ｄ_i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α_i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、Ｅ_eff／Ｅ_gun＝Ｌ²／ｄ_i 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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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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