JP4843679B2 - 荷電粒子ビーム曝露システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、リソグラフィ方法において使用される荷電粒子ビーム曝露システムに関する。

リソグラフィプロセスは、半導体素子、集積回路、液晶素子、微細パターン部材及び微細機械部品などの微細化構造の製造において、一般に使用されている。

リソグラフィプロセスは、複数のリソグラフィステップを含み、基板上に形成しようとするパターン又は構造を基板上に結像させて、基板上に設けられた照射感受性層を曝露させる。一般にレジストと呼ばれる照射感受性層は、可視光又は紫外光などの光学的放射によって、あるいは、イオン又は電子などの荷電粒子によって曝露され得る。荷電粒子を使用してパターンを結像する場合、従来の方法では、レジスト上にパターンを書き込むために複数の荷電粒子ビーム又はビームレットが使用される。ここで、ビーム又はビームレットのオン・オフが選択可能に切り替えられるとともに、その切り替え可能なビーム配列に対してレジストを載せた基板が移動される。

切り替え可能なビームは、ビームが横断する複数の開孔を有するデフレクタプレートによって制御される。各開孔は、それに対応づけられたデフレクタを有し、このデフレクタは、開孔を横断するビームを選択的に十分な角度だけ偏向させて、ビームがレジストを載せた基板に到達しないようにする。このような種類の多孔プレートは、当該分野においてブランキング開孔プレート（ＢＡＡ）とも呼ばれる。ブランキング開孔配列によって制御される複数の荷電粒子ビームを使用する荷電粒子ビーム曝露システムについての背景情報は、米国特許出願公開第２００３／００２５０８８号（特許文献１）によって得ることができ、その内容は、参照により本明細書に援用される。

１時間当たりにつき曝露されるウェハの数について高いスループットが得られることが望ましい。この数は、ウェハ上の位置をレジストの閾値を超える曝露量で曝露するために利用可能な荷電粒子ビーム電流によって制限される。しかし、１回の曝露ビーム当たりの最大電流は、クーロン相互作用及び曝露されるパターンの最大解像度を低下させる他の効果によって制限される。

米国特許第５，１４４，１４２号（特許文献２）及びベリーら（Berry et al.）、J.Vac.Sci.Technol.B 15.6.、11月/12月 1997 0734-211X/97/15.6./2382/5/$10.00 (C)1997 American Vacuum Society、2382〜2386頁（特許文献３）に開示された従来のシステムは、ウェハ上の各位置を曝露させるための大規模並列ビームを使用して、個々のビーム当たりの電流を比較的低くしつつ必要な曝露量を確保する。複数の開孔がブランキング開孔プレート上のラインに沿って配置され、開孔に対応づけられたデフレクタがシフトレジスタの各段の出力によって駆動される。シフトレジスタの入力に供給される曝露パターンは、クロック信号にしたがってシフトされ、その結果、曝露ビームのパターンがシステムの結像面にわたって平行移動される。ウェハは、平行移動するパターンに同期して移動され、曝露しようとするウェハ上の位置は、シフトレジスタに接続されたラインにおける開孔の数に対応する数の個々のビームからの曝露を受ける。曝露されないウェハ上の他の位置は、曝露量を全く受けない。

ライン状に配置され、シフトレジスタの各段によって制御される開孔を使用する従来のシステムは、リソグラフィプロセスにおいて所望の構造を製造するのに適する曝露パターンを提供する際の柔軟性に制限があることが分かってきた。
米国特許出願公開第２００３／００２５０８８号 米国特許第５，１４４，１４２号 ベリーら（Berry et al.）、J.Vac.Sci.Technol.B 15.6.、11月/12月 1997 0734-211X/97/15.6./2382/5/$10.00 (C)1997 American Vacuum Society、2382〜2386頁

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものである。

本発明の実施の形態は、荷電粒子ビームシステムを提供する。この荷電粒子ビームシステムは、複数の開孔を有する多孔プレートであって、開孔のグループが多孔プレート上でラインに沿って配置される、多孔プレートと、複数のビームレット操作電極であって、各開孔が前記開孔を横断するビームレットを調整するための、その開孔に対応づけられた少なくとも１つのビームレット操作電極を有する、複数のビームレット操作電極と、複数のシフトレジスタを含む制御システムであって、各開孔の前記少なくとも１つのビームレット操作電極が前記シフトレジスタの少なくとも１つの段によって、この段の出力状態に依存して、制御される、制御システムとを含む。ラインに沿って配置されるグループの開孔は、少なくとも１つのシフトレジスタに供給される複数の入力に依存して制御される。それぞれの入力に依存して制御されるグループの開孔の数は、入力ごとに異なる。

このように、曝露信号が供給される入力の選択に基づいて曝露量を決定することができる。異なる入力が異なる数の開孔に影響を与えるので、曝露処理にかかわる開孔の数は、入力を適切に選択することによって調節され得る。

従来のシステムとは異なり、ラインに沿って配置されるグループのすべての開孔が曝露処理にかかわる必要はない。上記例示の実施の形態によれば、曝露処理にかかわる開孔の数は、曝露量が調節され得るように選択的に低減され得る。

例示的な一実施の形態によれば、荷電粒子ビームシステムは、少なくとも１つの荷電粒子ビームを生成するための荷電粒子源と、複数の開孔を有する多孔プレートと、前記多孔プレートの開孔を横断する荷電粒子ビームレットを荷電粒子感受性基板上へ導くように構成された荷電粒子光学系と、複数のビームレット操作電極であって、各開孔が前記開孔を横断する前記荷電粒子ビームレットを調整するための前記開孔に対応づけられた少なくとも１つのビームレット操作電極を有する、複数のビームレット操作電極と、複数のシフトレジスタを含む制御システムであって、各シフトレジスタが少なくとも１つの入力及び複数の段を有し、各開孔の前記少なくとも１つのビームレット操作電極が前記シフトレジスタの少なくとも１つの段によって、前記少なくとも１つの段の出力状態に依存して、制御される、制御システムとを含む。各入力は、それに対応づけられた１グループの段を有し、前記グループの段だけの出力状態がそれぞれの入力の状態に依存し、前記複数の開孔は、複数のグループの開孔を含み、各グループの開孔は、前記多孔プレート上に直線に沿って配置され、各グループの開孔の電極は、複数のグループの段によって制御され、前記複数のグループの段の第１のグループによって制御される電極を有する開孔の数は、前記複数のグループの段の第２のグループによって制御される電極を有する開孔の数と異なる。

例示的な一実施の形態によれば、前記第１のグループの段によって制御される電極を有する開孔の数は、前記第２のグループの段によって制御される電極を有する開孔の数の５倍よりも大きい。２つの異なる入力によって制御される開孔の数のこのような大きな違いは、ウェハ上の位置に印加される曝露量の範囲を大きくし得る。

例示的な一実施の形態によれば、１つのグループの段によって制御される電極を有する開孔の数は、２のべき乗の整数倍である。

さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記グループの開孔の電極は、１つのグループの段だけによって制御される。

さらなる例示的な一実施の形態によれば、各シフトレジスタは、ちょうど１つの入力を有する。

別の一実施の形態によれば、前記第２のグループの段によって制御される電極を有する開孔は、前記第１のグループの段によって制御される電極を有する開孔の１サブセットである。このような実施の形態において、複数の開孔を制御する１つのシフトレジスタは、１つよりも多くの入力を有し、１つの入力に依存する１サブセットの段は、また別の入力に依存する。

本明細書中の特定の実施の形態によれば、前記グループのすべての開孔の電極は、１つのシフトレジスタの段によって制御される。

さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記シフトレジスタが、前記多孔プレート上に設けられる。本明細書中の特定の実施の形態によれば、前記シフトレジスタは、前記開孔のパターンが前記シフトレジスタの機能を提供する１パターンの回路でインターレースされるように隣り合う開孔間に配置される。

前記シフトレジスタの入力には、種々のやり方で入力信号が供給され得る。例示的な一実施の形態によれば、前記入力信号は、前記入力信号を生成し、基板からある距離だけ離れて配置された制御器に接続される導電体によって入力に供給される。

さらなる一実施の形態によれば、前記入力は、光感受性素子を含み、前記入力信号を生成するための制御器は、前記入力信号を入力に供給するための光感受性素子に導かれる光ビームを調整する。

さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記シフトレジスタが、前記多孔プレートから所定距離だけ離れて配置される回路基板上に設けられる。

前記開孔の前記電極は、種々のやり方で前記シフトレジスタの前記出力に接続され得る。例示的な一実施の形態によれば、導電体がこの目的のために使用される。別の一実施の形態によれば、前記段の前記出力は、発光素子を含み、前記電極は、それに対応づけられた受光素子を有し、発光素子によって生成され、対応する受光素子によって受け取られる光信号が電極の励起状態を制御する。

本明細書中の特定の一実施の形態によれば、前記回路基板上の前記発光素子のパターンを前記多孔プレート上の対応する受光素子のパターンに結像するための結像光学系が提供される。

例示的な一実施の形態によれば、前記荷電粒子ビームシステムは、前記多孔プレートの前記開孔を横断する前記荷電粒子ビームレットを荷電粒子感受性基板上へ導くように構成された荷電粒子光学系を含む。

本明細書中の例示的な一実施の形態によれば、前記荷電粒子光学系は、前記荷電粒子感受性基板を前記多孔基板上の隣り合う開孔間の距離よりも著しく小さいパターンに曝露することを可能にする縮小あるいは低減光学系である。

さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記荷電粒子光学系は、前記シフトレジスタに供給されるクロック信号にしたがって前記荷電粒子感受性基板にわたって前記複数の荷電粒子ビームレットをスキャンするためのスキャンデフレクタを含む。さらなる例示的な一実施の形態によれば、前記荷電粒子感受性基板を変位可能に装着するためのステージが、前記多孔プレートに対して移動可能である。

本発明の上記及びその他の有利な特徴は、添付図面を参照した、本発明の例示的な実施の形態の以下の詳細な説明からより明らかとなる。尚、本発明の可能な実施の形態の全てが本明細書中に記載の利点のそれぞれ、全て、又はいずれかを必ずしも示すとは限らない。

図１は、本発明の一実施の形態における荷電粒子ビームシステムを模式的に示す。

図２は、図１に示す荷電粒子ビームシステムのビーム操作装置の一部拡大断面図である。

図３は、図２に示すビーム操作装置の一部の立面図である。

図４は、複数のシフトレジスタに接続された図３に示す装置（arrangement）の１ラインの開孔の模式図である。

図５は、図１に示す荷電粒子ビームシステムを用いて生成される曝露量分布の一例を示す図である。

図６は、図４に示すシフトレジスタの回路部分の模式図である。

図７は、本発明のさらなる実施の形態における荷電粒子ビームシステムを模式的に示す。

図８は、複数の入力を有するシフトレジスタによって制御されるライン状に配置された開孔を有する荷電粒子ビームシステムのさらなる実施の形態の模式図である。

以下の例示的な実施の形態において、機能及び構造が同様の構成要素は、できる限り同様の参照符号によって示される。従って、特定の実施の形態の個々の構成要素の特徴を理解するためには、本発明の他の実施の形態及び課題を解決するための手段の記載を参照されたい。

図１は、パターンを半導体ウェハなどの基板上へ曝露するための複数の電子ビームレットを使用する荷電粒子ビーム曝露システムを示す。

このシステムは、複数のビームを個別に制御するための複数の開孔及びそれに対応づけられたデフレクタを有するデフレクタプレートを使用する。このような種類の曝露システム並びに特にその動作方法及びそれに組み込まれる多孔プレートの製造方法の背景情報は、米国特許出願公開第２００３／００２５０８８号、米国特許第５，１４４，１４２号、米国特許第５，２６２，３４１号、米国特許第５，８１４，４２３号、及び米国特許第６，４６５，７９６号から得ることができ、それらの内容は参照により本明細書に援用される。

図１に模式的に示される荷電粒子ビーム曝露システム１は、発散電子ビーム５を出射する電子ビーム源３を含む。発散電子ビーム５は、磁気レンズ装置又は静電レンズ装置などの適切なレンズ装置７によって平行化され、ビーム操作装置１１に入射する平行電子ビーム９を形成する。

ビーム操作装置１１は、電子ビーム９が横断する複数の開孔を規定するプレートを含み、複数の電子ビームレット１３がビーム操作装置１１の下流に形成されるようにする。図１の模式図は、例として、ビーム操作装置１１を横断する７つのビームレット１３を示す。実際には、ビーム１３の数はより大きく、数百ビーム、１千よりも多いビーム、又は十万よりも多いビームレットがビーム操作装置の下流に形成される。

ビーム操作装置１１の下流に形成されるビームレット配列１３は、レンズ装置１５によって集束され、開孔プレート１９の中心穴１７を横断し、そして対物レンズ装置２１によって半導体ウェハ２５の表面２３上へ投射される。半導体ウェハ２５の表面２３は、レジストによって被覆される。レジストは、開孔プレート１９を横断したビームレット１３のパターンに曝露される。集束レンズ装置１５及び対物レンズ装置２１は、ビームレット１３がビーム操作装置１１内に形成される開孔の縮小像を生成するように構成される。図１の模式図において、対物レンズ装置２１は、縮小像を生成するための２つのレンズ２７及び２８を含む。しかし、対物レンズ装置は、複数の重なり合う電磁界を生成する３つ以上の個別のレンズを含み得る。また、集束レンズ１５は、磁気レンズ装置又は静電レンズ装置によって形成され得る。

以下により詳細に示されるように、ビーム操作装置１１内に設けられる開孔のそれぞれは、それぞれの開孔を横断するビームレット１３を偏向するように制御され得るデフレクタに対応づけられる。デフレクタが作動されない場合、ビームレット１３は、ビーム操作装置１１を実質的に直線に沿って横断する。デフレクタが作動される場合、開孔及びデフレクタを横断するそれぞれのビームレットは、十分な角度だけ偏向され、ビームが開孔プレート１９内に形成された中心穴１７を横断できないようにする。図１の模式図は、参照符号１３’でこのような偏向されたビームレットの１つを示す。ビームレット１３’は、開孔プレート１９によって阻止され、ウェハ１５の表面２３上へ投射されない。図１に示す全ての他の例示的なビームレット１３は、それぞれの開孔に対応づけられたデフレクタによる偏向を受けず、これらのビームレットは、ウェハ２５の表面２３上に投射される。

デフレクタは、ウェハ２５に到達する個別のビームレット１３のオン・オフが選択的に切り替えられ得るようにパターン制御システム３１によって制御され、ウェハ上に現在形成されている曝露パターンがパターン制御システム３１によって制御され得るようにする。

ウェハ２５は、ウェハステージ３３に装着される。ウェハステージ３３は、主制御器３７によって制御されるステージ駆動制御機構３５によって対物レンズ装置２１に対して変位され得る。ステージ駆動制御機構は、また曝露システム１の他の構成要素（対物レンズ２１など）に対するステージ３３の位置を連続して測定するレーザ干渉計（図１に図示せず）を含む。ここで、ステージ３３及びウェハ２５の現在位置を示す信号が主制御器３７に供給される。

荷電粒子ビーム曝露システム１は、ビームレット１３を偏向し、かつ従って、ビームレット１３のパターンをウェハ表面２３にわたってスキャンするための主制御器３７によって制御されるデフレクタ７０（静電デフレクタなど）を含む。主制御器３７は、ステージ駆動制御機構３５、スキャンデフレクタ及びパターン制御システム３１を制御して、対物レンズ２１に対してウェハ２５を連続して移動し、かつ、ウェハ表面２３上に投射されるビーム１３のオン・オフを選択的に切り替えることによって所望のパターンがウェハ表面２３上に曝露されるようにする。

図２は、電子ビーム曝露システム１のビーム操作装置１１の詳細図である。

ビーム操作装置１１は、電子ビーム９のビーム経路内に配置された保護プレート４１を含む。保護プレート４１は、単結晶シリコン基板１２からなり、約２０μｍ〜約５０μｍの厚さｄ₁を有する中心部４３を有する。中心部４３は、本実施例における内径が約５μｍである複数の開孔４５あるいは貫通穴を規定する。電子ビーム９の電子は、保護プレート４１の上部表面４７によって吸収されるか、あるいは、貫通穴４５を横断して、保護プレート４１の下流に複数のビームレット１３を形成する。本実施例における厚さｄ₃が約５０μｍの中心部５１を有するデフレクタプレート４９は、本実施例における幅ｄ₂が約１０００μｍの間隙が保護プレート４１及びデフレクタプレート４９の中心部４３、５１間に形成されるように保護プレート４１の中心部４３の下流に配置される。デフレクタプレート４９は、開孔４５及び５３の各対が共通の中心軸５５を有するように保護プレートの開孔４５に位置合わせされた複数の開孔５３を有する。開孔５３は、本実施例において、保護プレートの開孔４５の直径よりも大きい約７μｍの直径を有し、開孔４５によって形成されるビーム１３がデフレクタプレート４９の開孔５３を開孔５３の側壁に触れずに横断するようにする。

さらなる貫通穴（図２に図示せず）が、デフレクタプレート４９及び／又は保護プレート４１内に形成され得る。さらなる穴は、電子ビーム９が保護プレート４１上に入射する領域の外側に配置され、保護プレート４１とデフレクタプレート４９との間に形成された間隙の真空を向上させる機能を有する。このために、さらなる穴は、電子ビーム１３が横断する開孔４５及び５３よりも大きい直径を有し得る。例えば、直径が１００μｍの複数のさらなる貫通穴は、総面積が約１ｍｍ²〜１００ｍｍ²となるように形成され得る。

デフレクタプレート４９は、デフレクタプレート４９の中心部５１の上部表面５９からデフレクタプレート４９と保護プレート４１との間に形成された間隙中へ延びる複数のビームレット操作電極５７、５８を搭載する。各開孔５３は、それに対応づけられた一対の電極５７、５８を有し、スイッチ回路に接続され、図３において矢印６１によって示される電界が電極５７、５８の各対間で選択的に生成されるようにする。電界６１は、電子ビームレット１３’を開孔４５及び５３の共通軸５５に対して角度αだけ偏向する。偏向角度αは、ビームレット１３’が開孔プレート１９の中心穴１７を横断することを防止するのに十分であり、従って、ビームレット１３’はウェハ表面２３上の曝露パターンの生成に寄与しない。電界がオンに切り替えられていない電極５７、５８間を横断するビーム１３は、開孔５３を共通軸５５に沿って実質的に偏向せずに横断する。これらのビームレット１３は、開孔プレート１９の中心穴１７を横断し、ウェハ表面２３上の曝露パターンの生成に寄与する。

図３は、多孔プレート４９の下部表面６８の一部の立面図である。図３は、開孔５３が規則的なパターンにしたがって配置される領域Ｉを示す。領域Ｉにおいて、開孔５３は、複数のカラム及び複数のラインを有するアレイ状となるように配置される。複数の開孔が直線７３に沿って配置される。ここで、隣り合うライン間の距離は、一定であり、隣り合うカラム間の距離は、一定であり、隣り合うライン７３の開孔は、ラインごとにライン７３の方向へ、隣り合うカラム間の距離に対応しかつ開孔５３の幅の２倍に対応する距離だけずれる。

図３の領域IIにおいて、開孔５３は、領域Ｉと同じパターンにしたがって配置される。ここで、領域IIのパターンは、領域Ｉのパターンの規則的な延長に対して右上へ（to the right and to the top）開孔幅の半分のずれ量だけずらされる。図示を簡単にするために、領域Ｉのパターンの規則的な延長に一致するパターンは、領域IIにおいて陰をつけた正方形５３’によって示す。

多孔プレート４９は、パターン構成が領域Ｉにおける構成に対して左上、左下、及び右下へそれぞれ開孔幅の半分だけずらされるようなさらなる領域を含む（図３に図示せず）。多孔プレート４９上にこのような構成の開孔５３を設ければ、ウェハ２５の表面５３上に高解像度の曝露パターンを生成することができる。

図４は、開孔５３がパターン制御システム３１によってどのように制御されるかを示す。１グループ１５個の開孔５３が図３における各ライン７３に沿って配置される。開孔５３の電極５８のそれぞれは、共通のグランドに接続され、その他の電極５７は、１つのレジスタ７５₀並びにシフトレジスタ７５₁、７５₂及び７５₃の出力段（output stages）によって個別に制御される。シフトレジスタ７５₁は、２つの段７７、シフトレジスタ７５₂は、４つの段、シフトレジスタ７５₃は、８つの段７７を有する。すべてのシフトレジスタ７５₁、７５₂、７５₃及びそれらの段には、共通のクロック信号ＣＬＫが供給される。

入力Ｃ₀、Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃に入力信号を印加せずに、偏向電圧を電極５７に印加して、開孔５３を横断するビームレットが偏向されてレジストの曝露に寄与しないようにする。

曝露信号がシフトレジスタ７５₃の入力Ｃ₃に供給されると、非偏向電圧（すなわち、本実施例におけるグランド）がシフトレジスタ７５₃の第１の（左）段７７に接続された電極５７にクロック信号の次の先頭エッジで印加される。次のクロック周期において、非偏向電圧がシフトレジスタ７５₃の第２の段７７に接続された電極５７に印加され、他方、第１の段７７に接続された電極５７には、次のクロック周期内で入力Ｃ₃の入力状態に一致する電圧が供給される。すなわち、入力信号が入力Ｃ₃に供給される場合、電極には、非偏向電圧が供給され、入力信号が次のクロック周期において入力Ｃ₃に供給されない場合には、グランド電位が電極５７に供給される。

次のクロック周期で、シフトレジスタ５３の左から３番目の段７７は、非偏向電圧が８クロック周期後にシフトレジスタ７５₃の８番目の（右）段７７に供給されるまで、非偏向電圧を対応の開孔５３の電極５７などに供給する。

８つの開孔５３は、シフトレジスタ７５₃に接続されるので、これら８つの開孔は、シフトレジスタ５７₃の入力Ｃ₃に供給される入力信号に依存する。シフトレジスタ７５₃ではなくシフトレジスタ７５₀、７５₁及び７５₂に接続されるライン７３のその他の開孔５３は、入力Ｃ₃に供給される入力信号に依存しない。しかし、これらの残りの７つの開孔５３のうちの、４つの開孔５３は、シフトレジスタ７５₂の４つの段７７のグループに接続され、これらの開孔は、シフトレジスタ７５₂の入力Ｃ₂に供給される入力信号に依存する。同様に、２つの開孔５３は、シフトレジスタ７５₁の２つの段７７のグループに接続され、これら２つの開孔は、シフトレジスタ７５₁の入力Ｃ₁に供給される入力信号に依存する。最後に、図４に示されるライン７３上の最も右に配置された１つの開孔５３は、入力信号がシフトレジスタ７５₀の入力Ｃ₀に供給され、次いで、シフトレジスタ７５₀がクロック信号の次の立ち上がりエッジにしたがって非偏向電圧を最も右の開孔５３の電極５７に供給する場合にのみ依存となる。

パターン制御システム３１の一部のこのような構成を用いれば、入力信号が第１のクロック周期において入力Ｃ₃に供給され、入力信号が第１のクロック周期の後の第９のクロック周期において入力Ｃ₂に供給され、入力信号が第９のクロック周期の後の第１３のクロック周期において入力Ｃ₁に入力され、入力信号が第１３のクロック周期の後の第１５のクロック周期において入力Ｃ₀に供給される場合に、基板表面２３上の位置を１５単位量（fifteen unit doses）に対応する曝露量に曝露することができる。このように、ライン７３の開孔５３を横断するビームレットのそれぞれは、その後に偏向され、基板表面２３に達して曝露状態を起こす。しかも、ビームレットは、クロック信号と同期してデフレクタ７０によってスキャンされるので、基板表面２３の１つの位置は、ライン７３の１５個の開孔５３を横断するビームレットの曝露単位量によってその後に曝露される。

例えば、上記に示した入力信号が入力Ｃ₀、Ｃ₁及びＣ₂だけに供給されるように、入力Ｃ₀、Ｃ₁、Ｃ₂及びＣ₃に供給される入力信号のパターンが変更されると、同じ位置が７単位量だけに曝露されることになる。例えば、上記に示したタイミングにしたがう入力信号が入力Ｃ₁及びＣ₃だけに供給される場合、その位置は１０単位量の曝露を受けることになる。

１つのグループの段７７に接続されるライン７３の開孔５３の各数は、２のべき乗、すなわち、１、２、４、８、に対応するので、単位量の各整数倍（１〜１５）が表面２３上の各位置に供給され得る。上記に示したタイミングで入力Ｃ₀、Ｃ₁、Ｃ₂及びＣ₃に入力信号が供給されない場合、基板表面２３上の対応する位置は、曝露を全く受けることがない。

図５は、２つの隣り合う位置が同じ量（例えば、１０単位量）に曝露されると仮定した場合のウェハ表面２３上のレジストに印加される曝露量Ｄ分布を例示的に示している。ビームレットをわたる粒子強度分布によれば、第１の位置に供給される量分布８１は、ガウス分布に類似した釣鐘形であり、第１の位置から２５ｎｍ離れた隣接位置に印加される量分布８２は、同様の釣鐘形である。図５におけるライン８３は、分布８１及び８２を合わせた結果得られる合成統合量分布（combined integral dose distribution）を示す。図５におけるライン８５は、レジストの閾値量を表す。その閾値は、統合量８３がその閾値を超えるレジストの領域８７が曝露状態であり、レジストの領域８７の外側の領域が非曝露状態であることを意味する。曝露領域８７は、約４５ｎｍの幅を有する。

図５から明らかなように、強度分布８１及び８２のいずれか又は両方が適切な量の単位量だけ増加されると、曝露領域８７の幅を５ｎｍなどの少量だけ増加させることができる。さらに、分布８１及び８２のうちの１つを適切な量の単位量だけ低減し、他方を適切な量の単位量だけ増加させると、曝露領域８７は、左又は右へ少量だけずらされ得る。

このように、ウェハ上の曝露領域８７の位置及び幅は、隣り合うビームレット間の距離２５ｎｍに比べて比較的少量だけ制御され得ることが明らかである。

図６は、シフトレジスタ７５₃の左３つの段７７のより詳細な図である。各段は、クロック入力Ｃ、データインＤ、出力Ｑ及び否定出力Ｑ’を有するＤ−フリップフロップを含む。左段７７のデータインＤは、シフトレジスタ７５₃の入力Ｃ₃に接続され、各段７７の出力Ｑは、その右隣りの段７７のデータインＤに接続される。否定出力Ｑ’は、ドライバ９１に接続される。ドライバ９１は、段７７の入力Ｃ₃及び対応のデータインＤに入力信号が供給されていない状態で偏向電圧をそれぞれの電極５７に供給して、ビームレットが偏向されて基板表面２３に到達しないようにする。入力信号が段７７のデータインＤに供給されると、否定出力Ｑ’は、ドライバ９１を制御して、非偏向電圧が電極５７に印加されるようにし、その結果、ビームレットが電極４７、４８の対によって偏向されずに基板表面５３に到達し、１クロックサイクルの間、単位量だけレジストを曝露する。本実施の形態のシフトレジスタ７５は、開孔５３とデフレクタ５７、５８との間の表面５９の領域における多孔プレート４９の基板表面５９上に設けられる。入力Ｃ₀、Ｃ₁、Ｃ₂及びＣ₃は、表面５９上に設けられた導電データ・ラインによってそれぞれの段７７に供給される。各ライン７３の開孔の入力Ｃ₀、Ｃ₁、．．．に供給される入力信号は、電子光学系及びビーム操作装置が配置される真空チャンバの外側に配置されるパターン制御システム３１の一部によって生成される。

図７は、図１〜図６を参照しながら上記に示したシステムと同様であるが、ビーム操作装置１１及びその多孔プレート４９ａからある距離離れて配置される回路基板９５上に形成された複数のラインのシフトレジスタを有する荷電粒子ビーム曝露システム１ａの一実施の形態を示す。回路基板９５上に設けられたシフトレジスタの構成は、多孔プレートについて上記に示したものと同様である。しかし、図４を参照すると、ＬＥＤなどの光生成素子が、回路基板９５上に設けられたシフトレジスタの段に接続される。

多孔プレート５９上の電極５７のそれぞれは、それに対応づけられたフォトダイオードなどの受光素子を有し、その光感受性素子が光を受け取るかどうかに依存して偏向電圧がそれぞれの電極５７に印加されるようにする。

回路基板上の光生成素子は、多孔プレート４９ａ上の受光素子の構成パターンに一致するパターンに配置される。１つ以上のレンズ９７及び１つのミラー９８を含む結像光学系が回路基板９５上の光生成素子の構成パターンを多孔プレート４９上の受光素子の構成パターンに結像させるために設けられ、回路基板９５上の光生成素子によって生成される光ビーム９９が多孔プレート４９ａの開孔を横断するビームレットの偏向状態を制御するために使用されるようにする。

このような構成を用いれば、多孔プレート上のシフトレジスタ及び対応づけられた配線の複雑な実装を避けることができる。さらに、回路基板９５は、曝露システム１ａの真空チャンバの外側に設けられ得、光ビーム９９は、真空システムのウィンドウを通って真空システムに入り、多孔プレート４９ａ上に入射し得る。

以下、荷電粒子ビーム曝露システムのさらなる実施の形態を、図８を参照しながら説明する。

図８は、ライン７３ｂ上に配置された１グループの開孔５３ｂを制御するためのパターン制御システム３１ｂの一部を示す。ライン７３ｂ上に配置される８つの開孔５３ｂは、１つのシフトレジスタ７５ｂの８つの段７７ｂによって制御される。シフトレジスタ７５ｂは、入力Ｃ₀、Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃を有する。ここで、入力Ｃ₃は、最も左の段７７ｂに接続され、入力Ｃ₂は、左から５番目の段７７ｂに接続され、入力Ｃ₁は、左から７番目の段７７ｂに接続され、入力Ｃ₀は、左から８番目であり、シフトレジスタ７４ｂの最も右の段である段７７ｂに接続される。

シフトレジスタ７５ｂへのさらなる入力Ｃ₂及びＣ₁は、例えば、入力Ｃ₂、Ｃ₁を図６に示すシフトレジスタの隣り合う段の間のＱとＤとの間の接続点に接続することによって実装され得る。さらに、Ｃ₂及びＣ₁などのさらなる入力は、隣り合う段の間の出力ＱとデータインＤとの間に接続される比較器又は他の回路に接続され得る。さらに、隣り合う段の間を伝播するシフト動作を阻止する停止信号を入力するためにさらなる入力が隣り合う段の間に設けられ得る。このようなさらなる入力は、ウェハ上の特定の位置が曝露される強度をさらに調節するために使用され得る。

本実施の形態において、最も右の段は、入力Ｃ₀、Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃のそれぞれに供給される入力信号に依存する。なぜなら、シフトレジスタ７５ｂのシフト方向が右方向だからである。左から７番目の段は、入力Ｃ₁、Ｃ₂及びＣ₃に供給される入力信号に依存し、入力Ｃ₀には依存しない。同様に、１〜６番目の段は、入力Ｃ₀及びＣ₁に供給される入力信号に依存せず、１〜４番目の段は、入力Ｃ₀、Ｃ₁及びＣ₂に供給される入力信号に依存しない。このように、１グループ８つの段が入力Ｃ₃に依存し、Ｃ₃に依存する８つの段の１サブセットである１グループ４つの段が入力Ｃ₂に依存し、Ｃ₂に依存する４つの段の１サブセットである１グループ２つの段がＣ₁に依存し、Ｃ₁に依存する２つの段の１サブセットである最も右の段だけを含む１グループがＣ₀に依存する。第１のクロックサイクルで入力Ｃ₃に入力信号を供給することにより、ウェハ表面上の対応する位置は、８量単位（eight dose units）を受け取る。５サイクル後に入力Ｃ₂に入力信号を供給することにより、同じ位置で４曝露単位の曝露量が生成される。さらに、６クロックサイクル後に入力Ｃ₁又は７クロックサイクル後に入力Ｃ₀に入力信号に供給することにより、それぞれ２量単位又は１量単位がこの位置で生成され得る。

また、この実施の形態を用いても、ウェハの位置に曝露される曝露量を調節することができる。しかし、個別入力に依存する段のグループは、１つのシフトレジスタに設けられた互いに重複するグループ又はサブセットであるので、曝露量を単位量の整数倍に調節することはできない。上記の図１〜図６を参照した実施の形態において、これは可能であった。

図８は、受光素子１０１が入力Ｃ₀、Ｃ₁、Ｃ₂及びＣ₃のそれぞれに接続されることにより、開孔５３ｂを多孔プレートから離間した回路基板上に設けられた対応の発光素子によって生成される光ビームによって制御することが可能となることをさらに示す。このように、この実施の形態において、シフトレジスタは多孔プレート上に設けられるが、入力信号のシフトレジスタへの供給は、光学ビームによって行われる。発光素子を載せた回路基板は、真空チャンバの外側に配置され得る。ここで、光学ビームは、ウィンドウを通って多孔プレートが配置される真空チャンバに入る。

図４を参照しながら説明した実施の形態は、複数のシフトレジスタのそれぞれに対して設けられた１つの入力を有し、図８を参照しながら説明した実施の形態は、１つのシフトレジスタに対して設けられた複数の入力を有するが、両方の実施の形態を組み合わせて、１つのラインに沿って配置される開孔を制御するための複数のシフトレジスタを有し、その複数のシフトレジスタのうちの１つ以上が１つより多くの入力を有するような実施の形態にすることができる。

本発明をある特定の例示的な実施の形態に関して説明したが、多くの代替、変更、変形が当業者にとって明らかであることは明白である。従って、本明細書中に記載した本発明の例示的な実施の形態は、例示を目的とし、いかなる限定も意図しない。特許請求の範囲に記載されるような本発明の意図及び範囲を逸脱せずに種々の変更がなされ得る。

図１は、本発明の一実施の形態における荷電粒子ビームシステムを模式的に示す図である。 図２は、図１に示す荷電粒子ビームシステムのビーム操作装置の一部拡大断面図である。 図３は、図２に示すビーム操作装置の一部の立面図である。 図４は、複数のシフトレジスタに接続された図３に示す装置の１ラインの開孔の模式図である。 図５は、図１に示す荷電粒子ビームシステムを用いて生成される曝露量分布の一例を示す図である。 図６は、図４に示すシフトレジスタの回路部分の模式図である。 図７は、本発明のさらなる実施の形態における荷電粒子ビームシステムを模式的に示す図である。 図８は、複数の入力を有するシフトレジスタによって制御されるライン状に配置された開孔を有する荷電粒子ビームシステムのさらなる実施の形態の模式図である。

Claims (19)

1. 少なくとも１つの荷電粒子ビームを生成するための荷電粒子源と、
   複数の開孔を有する多孔プレートと、
   前記多孔プレートの開孔を横断する荷電粒子ビームレットを荷電粒子感受性基板上へ導くように構成された荷電粒子光学系と、
   複数のビームレット操作電極であって、各開孔が前記開孔を横断する前記荷電粒子ビームレットを調整するための前記開孔に対応づけられた少なくとも１つのビームレット操作電極を有する、複数のビームレット操作電極と、
   複数のシフトレジスタを含む制御システムであって、各シフトレジスタが少なくとも１つの入力及び複数の段を有し、各開孔の前記少なくとも１つのビームレット操作電極が前記シフトレジスタの少なくとも１つの段によって、前記少なくとも１つの段の出力状態に依存して、制御される、制御システムと
   を含む荷電粒子ビームシステムであって、
   各入力は、それに対応づけられた１グループの段を有し、前記グループの段だけの出力状態がそれぞれの入力の状態に依存し、
   前記複数の開孔は、複数のグループの開孔を含み、各グループの開孔は、前記多孔プレート上に直線に沿って配置され、
   各グループの開孔の電極は、複数のグループの段によって制御され、
   前記複数のグループの段の第１のグループによって制御される電極を有する開孔の数は、前記複数のグループの段の第２のグループによって制御される電極を有する開孔の数と異なることを特徴とする荷電粒子ビームシステム。
2. 前記第１のグループの段によって制御される電極を有する開孔の数は、前記第２のグループの段によって制御される電極を有する開孔の数の５倍よりも大きい、請求項１に記載の荷電粒子ビームシステム。
3. 各グループの開孔の電極は、少なくとも３つのグループの段によって制御され、１つのグループの段によって制御される電極を有する開孔の数は、前記少なくとも３つのグループの段のそれぞれについて異なる、請求項１又は２に記載の荷電粒子ビームシステム。
4. １つのグループの段によって制御される電極を有する開孔の数は、２のべき乗の整数倍である、請求項３に記載の荷電粒子ビームシステム。
5. 各開孔の電極は、１つのグループの段だけによって制御される、請求項１〜４のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
6. 各シフトレジスタは、ちょうど１つの入力を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
7. 前記第２のグループの段によって制御される電極を有する開孔は、前記第１のグループの段によって制御される電極を有する開孔の１サブセットである、請求項１〜４のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
8. 前記グループのすべての開孔の電極は、１つのシフトレジスタの段によって制御される、請求項７に記載の荷電粒子ビームシステム。
9. 前記グループの開孔の電極を制御する前記段には、共通のクロック信号が供給される、請求項１〜８のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
10. 前記シフトレジスタが、前記多孔プレート上に設けられた、請求項１〜９のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
11. 前記シフトレジスタの入力が、光感受性素子に接続されている、請求項１０に記載の荷電粒子ビームシステム。
12. 前記シフトレジスタが、前記多孔プレートから所定距離だけ離れて配置される回路基板上に設けられた、請求項１〜９のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
13. 前記制御システムは、前記回路基板から前記多孔プレートにわたる複数の導電体を含み、前記導電体のそれぞれが、シフトレジスタの段の出力に接続された、請求項１２に記載の荷電粒子ビームシステム。
14. 前記制御システムは、前記シフトレジスタの段の出力に接続される複数の発光体（photo-emitter）と、前記発光体からの照射を受け取るための前記多孔プレート上に配置される複数の光感受性素子とを含む、請求項１２に記載の荷電粒子ビームシステム。
15. 前記制御システムは、前記発光体の構成パターン（arrangement pattern）を前記光感受性素子の構成パターン上に結像させるための結像光学系を含む、請求項１４に記載の荷電粒子ビームシステム。
16. 前記荷電粒子光学系は、縮小（de-magnifying）光学系を含み、前記荷電粒子感受性基板上に入射する隣り合う荷電粒子ビームレット間の距離が前記多孔プレートを横断する隣り合う荷電粒子ビームレット間の距離よりも小さくなるようにする、請求項１〜１５のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
17. 前記荷電粒子光学系は、前記荷電粒子感受性基板にわたって前記複数の荷電粒子ビームレットをスキャンするためのスキャンデフレクタを含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
18. 前記荷電粒子光学系に対して変位可能に前記荷電粒子感受性基板を装着するためのステージをさらに含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
19. 前記荷電粒子光学系は、前記荷電粒子光学系に対する前記荷電粒子感受性基板の変位の方向を横切る方向に前記荷電粒子感受性基板にわたって前記複数の荷電粒子ビームレットをスキャンするためのスキャンデフレクタを含む、請求項１８に記載の荷電粒子ビームシステム。

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