JP4856073B2 - 荷電粒子ビーム露光システム - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビーム露光システムに関する。

従来、様々な荷電粒子ビーム露光システムが知られている。これらのシステムの大半は、非常に緻密なパターンを基板の露光表面上へと転写するために設けられる。リソグラフィーの要素がムーアの法則に従ってより小さくなっているので、この要素の現状からの更なる微細化に向けた動きを継続することが可能な電子ビームの高解像度が用いられ得る。

従来のガウス荷電粒子ビーム露光装置は、約１／１００ウェハ／時のスループットを有する。しかしながら、リソグラフィーでの使用のためには、少なくとも毎時数ウェハの商用的に許容され得るスループットが必要である。このような装置のスループットを増やすための様々なアイデアが提案されている。

例えば、US-A1-5.760.410およびUS-A1-6.313.476は、標的の露光面にパターンを転写する間に修正を施される断面を有する電子ビームを用いるリソグラフィーシステムを開示する。このビームの具体的な断面または形状は、動作中に、放射されたビームを静電偏向を用いてアパーチャ内で動かすことによって確立される。選択された開口が、一部、電子ビームを遮断し、これによりこの電子ビームを成形する。標的の露光面は、表面を新たにするためにビームの下方で移動させられる。このようにして、パターンが書き込まれる。このシステムのスループットは、依然、制限されている。

US-A1-20010028042、US-A1-20010028043、US-A1-20010028044では、それぞれが１つの電子ビームレットを生成するために設けられた複数のエミッタまたは供給源（source)を用いて、複数の電子ビームを用いる電子ビームリソグラフィーシステムが開示されている。そして、各ビームレットは、下方に位置する基板上にパターンを形成するために、個別に、成形および遮断される。これらの全てのエミッタが微妙に異なる放射特性を有するため、ビームレットの均一性が問題となっている。これは、個別のビーム電流を参照電流へと揃えることによって補正されていた。不一致に対する補正値は、計算するのが非常に困難であり、求めるのに多大な時間を要し、結果、システムのスループットを低下させる。このことは、約１３０００個までのビームレットを用いる際に、特に問題となる。

GB-A1-2.340.991では、複数の荷電粒子副ビーム（subbeam）を生成する１つの供給源照射システムを有する複ビーム荷電リソグラフィーシステムが開示されている。この照射システムは、副ビーム内のビームを分割するための開口板とともに１つのイオン源を用いるか、焦点を合わせられて放射されるビームをそれぞれが生成する複数の供給源を用いる。概して、開示されている供給源は、十分な輝度を有していない。

Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34 (1995) 6689-6695では、磁場内に配置されたエミッタチップ（tip）を有する１つの特定のＺｒＯ／Ｗ−ＴＦＥ熱放射供給源を有する、複数電子ビーム（“プローブ”）リソグラフィーシステムが開示されている。この放射供給源は、十分な輝度を有するが、このような供給源は、電流の総量が制限されていることが欠点である。“プローブ”の相互の均一性は、さらには言及されていない。また、供給源の強度は、約１３０００個のビームレットに対して十分ではない。

実際に、複数ビーム露光システムのための多くの異なる手法が提案されてきた。１つの手法では、１つの供給源が用いられる。この供給源から生まれたビームは、複数のビームレットへと分割される。この手法では、１つのコリメータレンズが用いられる。この手法は、幾つかの欠点を有する。１つは、大きなコリメータレンズは、ずれによる影響を受けることである。また、非常に明るく且つ沢山のビームレットを得るための十分な総放射電流を有する１つの供給源を得ることが難しい。

別の手法では、１つのコリメータレンズではなく、１つの供給源のビームが複数のビームレットへと分割される。そして、各ビームレットは、実質的に平行なビームレットが得られるように、個々に偏向制御される。このことは、幾つかのビームレットに対する変更角度が大きくなること、ひいては工学的に非常に困難な課題に繋がる。また、やはり、非常に明るく且つ沢山のビームレットを得るための十分な総放射電流を有する１つの供給源を得ることが難しい。

さらに別の手法では、ｎ個の供給源とｎ個のコリメータレンズが用いられる。この手法の欠点は、基板表面の単位面積当たりで十分な数のビームレットを得ることが難しいことである。荷電粒子ビームのためのレンズは、たいてい、ビームの直径の約１０倍の直径を有する。よって、異なるビームレット群が、広い表面積に亘って分布することになる。

本発明の目的は、既知の荷電粒子ビーム露光装置の性能を改善することである。

別の目的は、既知の荷電粒子ビーム露光装置の解像度を改善することである。

本発明のさらに別の目的は、既知の荷電粒子ビーム露光装置のスループットを改善することである。

本発明のさらに別の目的は、従来技術での縮小方法およびクーロン相互作用に関する問題を克服することである。

本発明の別の目的は、特に書き込みの最中の、ビームレットの均一性の制御を簡略化することである。

本発明は、
実質的に１つの面内に位置し、それぞれが荷電粒子ビームを生成するように適合されたｎ個の複数の荷電粒子供給源を具備するビーム生成器と、
それぞれが１つの供給源と整列された複数の開口群を具備し、各ビームをｍ個の複数のビームレットへと分割して、結果、計ｎ×ｍ個のビームレットとする第１開口列と、
それぞれが１つの供給源および１つの開口群と整列された複数の偏向器群を具備する偏向器列と、
を具備し、
偏向器群内の各偏向器は対応する群の１つの開口と整列され、各偏向器群は対応するビームに対して平行化作用を及ぼすように動作可能である、標的の表面上へとパターンを転写するための荷電粒子ビーム露光装置に関する。

これによって、各ビームレット内で十分なビーム電流によって大きな面積を照射しながら、荷電粒子ビームのためのレンズの性質に特に関連し且つこれらのレンズのずれに起因するコリメータのずれに関する問題を回避できる。また、標的の表面上の単位面積当たりで十分なビームレットを供給することができる。

多くのビームレットを用いて１回で大きな面積を照射することによって大きなスループットを得ることができる。本発明の手法では、均一性と、標的の単位面積当たりの十分な電流の生成と、が同時に可能である。また、複数の供給源を用いて２６×２６ｍｍまでの大きな面積を照射することによって、開口角度に要求される問題が克服されることが可能である。

一実施形態では、各荷電粒子ビームはビーム軸を有し、各偏向器群はビーム軸と整列された中心を有する。別の実施形態では、偏向器群の各偏向器は、偏向器群の中心に向って荷電粒子を偏向するように動作可能とされている。さらに別の実施形態では、偏向器群内の各偏向器は、偏向器群の中心からの距離と等しい力を荷電粒子に与えるように適合されている。

別の実施形態では、上記の第１開口列は、上記の偏向器列の前に位置している。

別の実施形態では、本発明の本装置は、複数の開口群を具備する第２開口列を具備する。各開口列は偏向器群と整列され、各開口は１つの偏向器と整列されている。第２開口列は上記の偏向器列の前に位置しており、好ましくは第２開口の各々の面積が第１開口の面積より小さい。

本発明の別の実施形態では、本発明の本装置において、１つの群のビームレット間の距離であるビームレット間距離は、隣接する群の最も近いビーム間の距離である群間距離とほぼ等しい。

本発明の別の実施形態では、装置は、基板表面において１００ｎｍ未満、実用上２０ｎｍ未満の直径を有し、ビームレット間距離は１００乃至２００ミクロンであるビームレットを有する。このような実施形態では、ビーム生成器の供給源間の距離はほぼ１乃至２ｍｍである。

別の実施形態では、本装置は、複数のレンズ列をさらに具備する。各レンズ列は複数のレンズ群を具備する。各レンズ群は１つの偏向器群と整列されており、各レンズはビームレットを受け取るために１つの偏向器と整列されている。各レンズは、ビームレットを標的の表面上で１００ｎｍ未満の断面積へと焦点合わせする。

別の実施形態では、荷電粒子供給源は、ショットキーエミッタのような電子供給源である。本発明の一実施形態では、この供給源は、仕事関数を減ずる材料によって覆われたチップの列と、このチップを加熱する少なくとも１つのヒータを具備する。本発明の一実施形態では、上記の供給源は仕事関数を減ずる材料を貯蔵するための少なくとも１つの貯蔵器をさらに具備する。貯蔵器は、仕事関数を減ずる材料が貯蔵器からチップへと拡散できるように配置されている。これらのチップは、上記の列内で規則的に配置されており、チップは約１００乃至２０００ｎｍの半径を有する。

本発明は、複数の電子ビームを生成するための電子ビーム生成器に関する。この電子ビーム生成器は、１つの面において実質的に規則的に配置され且つ各々が仕事関数を減ずる材料によって覆われたチップを具備する複数のショットキーエミッタと、エミッタを加熱するためのヒータと、仕事関数を減ずる材料を貯蔵するための貯蔵器と、を具備する。貯蔵器は、仕事関数を減ずる材料が貯蔵器からチップへと拡散できるように配置される。

具体的には、各エミッタは、本願と同じ出願人のPCT/NL2004/00112において記載されているように構成されることが可能である。このPCT/NL2004/00112書類は、全てが記載されているのと同等に本明細書において包含される。

このようなビーム生成器は、特に、上記した装置に適している。

本発明は、また、上記のような装置を用いて標的の露光面へとパターンを転写するための方法、および本発明の装置を用いて処理されたウェハに関する。本装置は、また、例えば最チップの光学リソグラフィーシステムにおいての使用のような、マスクの製造において用いられることが可能である。

本明細書において記載された様々な特徴は、組み合わされることが可能である。これらの特徴の幾つかは、１つ以上の分割出願の基礎となり得る。

以下の、本発明に係る電子ビーム露光装置の実施形態において、本発明はより明確になるであろう。

本発明の実施形態が、図１に概略的に示されている。電子が、複数の電子供給源１から放射される。本装置のビーム生成器は、それぞれが電子ビームを放射する複数の供給源１を有する。

照射システム（４、６、８）は、１つまたは複数の開口板４上の所望の領域を均一に照射するために、放射された電子ビーム２の各々を焦点整合および平行化する。

照射システムは、出願人の同時係属特許出願である、２００３年３月１０日のUS 60/453,745、２００３年６月２０のUS 10/600,953、２００３年１０月２４日のUS 10/692,632、２００３年７月３０日のUS 60/491,475、２００３年５月２８日のUS 60/473,810、２００３年１０月３０日のUS 10/699,246、または、これら米国特許出願のファミリーメンバー出願または継続出願に記載されている全ての要素によって実現されることが可能である。これらの米国特許出願、およびファミリーメンバー出願、継続出願は、参照することによって、全てが記載されているのと同意に全て本明細書に包含される。多くの場合１つのビーム系について説明されている、全ての装置、それらの組み合わせ、具体的な要素が、本システムにおいて用いられることが可能である。

本発明のシステムにおいて、ある実施形態では、１つの開口列４、１つのコリメータ６、１つの焦点レンズ列８が、用いられることができる。これらの装置の全てが、複数の所定の構成要素を有し、この構成要素が、各組が１つのビームについて機能するように複数の組に分けられていても良い。

別の実施形態では、各ビームは、自身用の装置（４、６、８）の組を有することが可能であり、これらの装置は、性能を最適化するために、適切なビームと整列されることが可能である。

図１において、各エミッタまたは放射供給源１は、光学軸３に対して広がるビームを生成する。図１の実施形態では、各ビームは、後述の光学システムを有する。この光学システムは、上記のように、用いることが可能な（荷電粒子）光学システムの１つの例である。

図１の光学システムでは、各ビームに対して、ビームレット５の群を提供するためのビーム分離器４が設けられる。ビームレット群の各々に対して、コリメータ６が設けられる。一実施形態では、コリメータは、偏向器群からなる。この偏向器群は、一体として、ビームレット５の群に対して平行化作用を及ぼす。コリメータ後は、ビームレット７の光学軸は、実質的に平行となっている。

コリメータの後、本装置には、ビームレット群のそれぞれに対して１つが設けられるレンズ列８の群が設けられる。レンズ列８は、ビームレットの各々を基板１０上での断面が１００ｎｍ未満となるまで焦点合わせを行うためのものである。図１において、ビームレット間の距離はｄ１によって指し示されており、群間の距離はｄ２によって指し示されている。好適な実施形態では、ｄ２はｄ１とほぼ同じである。本発明の一実施形態では、１つの群の中のビームレットは六角形状に配置される。これらの六角形の群は、容易に、密な状態へと纏め上げられることが可能である。

図１のシステムは、また、各供給源についての引き出し電極１０２を有する。各引き出し電極は、オペレータ１００によって操作される。本システムは、また、各供給源１の強度および電流密度が制御されるようにオペレータ１００を操作するためのコントローラ１０１を有する。本システムは、また、各供給源１の強度および（または）電流密度を測定するための測定装置（図示せぬ）が設けられていても良い。測定装置は、コントローラ１０１に入力を供給する。

図２において、本発明のシステムの別の実施形態が示されている。この実施形態では、ビーム分離器群４、コリメータ群６、レンズ列群６が相互に結び付けられている。一実施形態では、これらの装置のそれぞれは、１つのプレート上に設けられている。別の実施形態では、これらのプレートは、例えばこれらのプレートを相互に接続することによって一体化されることが可能である。これらのプレートは、例えば、公知の技術および工程を用いてエッチングおよび加工された（シリコン）ウェハから製造されることが可能である。

本発明では、供給源の組み合わせ、ひいては図３、４に示すように供給源を設けることが行われることが可能である。好ましくは、図１、２に示されるように、別個のショットキーエミッタの列が用いられる。

図３に示す実施形態では、電子供給源は１つの基板１２上において様々な供給源１３を有している。これらの供給源は、典型的には、約０．１乃至２平方ミクロンで１０００Ａ／ｃｍ²を供給する。一実施形態では、熱イオン供給源が用いられる。好ましくは、電子は、空間電荷による均一性作用による利点を得ることを目的として、空間電荷制限放出領域において放出される。このような供給源の例は、ＬａＢ₆結晶、酸化バリウムを具備するディスペンサ供給源、酸化スカンジウムを具備する混合物によって覆われたタングステンまたはバリウムの層を具備するディスペンサ供給源、酸化ジルコニウム領域を有する結晶性タングステン１２を具備する供給源、である。

好適な実施形態では、図４に示されるように、例えば規則的に隔離され且つ機能的に同様の物質の酸化ジルコニウムの層１３によって覆われた結晶性タングステンチップ１を供給源として用いたタングステン基板１２を具備するディスペンサ供給源が用いられる。ビーム生成器１１は、また、この物質の貯蔵器を具備している。別の実施形態では、規則的に隔離された結晶性ＬａＢ₆チップを供給源として有するＬａＢ₆基板１２が用いられる。

別の実施形態では、PCT/NL2004/00112に記載されている供給源の幾つかが、本発明の供給源を提供するために、列内で規則的に隔離されている。

上の記載は、好適な実施形態の動作を説明するために本明細書に含まれているのであり、本発明の範囲を規定することを意図されていないことに留意されたい。上の記載から、やはり本発明の範疇および思想によって規定される多くの変形例が当業者にとって明らかであろう。

図１は、本発明に係る装置を示している。 図２は、本発明に係る別の装置を示している。 図３は、本発明の別の側面に係る電子供給源を示している。 図４は、本発明の別の側面に係る電子供給源の別の実施形態を示している。

Claims (9)

1. 標的の表面上へとパターンを転写するための荷電粒子ビーム露光装置であって、
   荷電粒子供給源を具備し、荷電粒子ビームを生成するよう適合されたビーム生成器と、
   前記ビームをｍ個の複数のビームレットへと分割するための第１の開口列であって、前記第１の開口列は前記荷電粒子ビームの広がり部分内に位置する、第１の開口列と、
   偏向器列と、
   を具備し、
   前記ビーム生成器はｎ個の前記荷電粒子供給源を実質的に１つの平面内で具備し、
   前記開口列は、結果、ビームレットがｎ×ｍ個となる複数の開口群を具備し、
   前記偏向器列は、各々が１つの供給源および１つの開口群と整列された複数の偏向器群を具備し、１つの群内の各偏向器は対応する群の１つの開口と整列されており、各偏向器群は自身の対応するビームに対して平行化作用を及ぼすように動作可能である、
   荷電粒子ビーム露光装置。
2. 各荷電粒子ビームがビーム軸を有し、各偏向器群がビーム軸と整列された中心を有し、前記偏向器群が一体としてビームレット群に対して前記ビームレットの光軸が実質的に平行になるように偏向作用を与える、
   請求項１の荷電粒子ビーム露光装置。
3. 前記第１の開口列が前記偏向器列の前に配置されている、
   請求項１の荷電粒子ビーム露光装置。
4. 複数の開口群を具備する第２の開口列をさらに具備し、
   各開口群が１つの偏向器群と整列されており、
   各開口が１つの偏向器と整列されており、
   前記第２の開口列が前記偏向器列の後ろに配置されており、
   好ましくは、前記第２の開口の各々の面積が前記第１の開口の面積より小さい、
   請求項１乃至３のいずれか１項の荷電粒子ビーム露光装置。
5. １つの群のビームレット間の距離であるビームレット間距離が隣接する群の隣接するビームレット間の距離である群間距離とほぼ同じオーダーの大きさを有し、
   好ましくは、前記ビームレット間距離と前記群間距離とがほぼ同じ大きさを有する、
   請求項１乃至４のいずれか１項の荷電粒子ビーム露光装置。
6. 複数のレンズ群を具備するレンズ列をさらに具備し、
   各レンズ群が１つの偏向器群と整列されており、
   各レンズがビームレットを受け取るために偏向器と整列されており、
   各レンズがビームレットを標的の表面上で１００ｎｍ未満の断面積へと焦点合わせするように動作可能である、
   請求項１乃至５のいずれか１項の荷電粒子ビーム露光装置。
7. 前記荷電粒子供給源がショットキーエミッタであり、
   好ましくは、前記供給源が、仕事関数を減ずる材料によって覆われたチップの列と、前記チップを熱するためのヒータと、を具備し、
   好ましくは、前記供給源が仕事関数を減ずる材料の少なくとも１つの貯蔵器をさらに具備し、前記貯蔵器が仕事関数を減ずる材料が前記貯蔵器から前記チップへと拡散できるように配置されている、
   請求項１乃至６のいずれか１項の荷電粒子ビーム露光装置。
8. 前記チップが前記列内で規則的に配置され、
   前記チップが１００乃至２０００ｎｍの半径を有する、
   請求項７の荷電粒子ビーム露光装置。
9. 前記第１の開口列が１つの基板上に配置されているか、
   前記偏向器列が１つの基板上に配置されているか、
   前記第１の開口列が１つの基板上に配置され且つ前記偏向器列が１つの基板上に配置されている、
   請求項１乃至８のいずれか１項の荷電粒子ビーム露光装置。

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