JP5241195B2 - 荷電粒子露光装置 - Google Patents

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本発明は、投影システムの後方に配置されたターゲットに、PD手段によってパターン化されたビームを投影するために、照明システムとパターン決定(PD)手段と投影システムとを備える、高エネルギー荷電粒子のビームによってターゲットを照射するための粒子ビーム投影処理装置の改良に関する。照明システムは、高エネルギー粒子を発生させて、その高エネルギー粒子を、好ましくはPD手段の位置で実質的にテレセントリック/同心である(tele/homocentric)広域照明ビームに形成するように機能し、その広域照明ビームの直径は、照明ビームのテレセントリック/同心領域の長さよりも少なくとも1桁大きく、ビームの方向(すなわち下流)に沿って見た場合に照明システムの後方に配置されたPD手段は、照明ビームの経路の高エネルギー粒子に対して透過性の開口部からなる開口パターンを配置し、このようにして、開口パターンから出てくるパターン化されたビームを形成し、またパターン決定手段の後方に配置された投影システムは、前記パターン化されたビームを投影する。
この種類の処理装置の重要な1つの用途は、リソグラフィ装置として半導体技術に用いられる粒子ビームリソグラフィの分野にあり、この場合、基板表面の所望のパターンを規定するために、ウエハは照射感受性のフォトレジスト層で覆われ、所望の構造は、リソグラフィ装置によってフォトレジストに撮像され、次に、このフォトレジストは、先の露光ステップによって規定されたパターンに従った部分除去によってパターン化され、その次に、エッチングのようなさらなる構成処理のためのマスクとして用いられる。この種類の処理装置の他の重要な用途は、特に100nm以下の特徴サイズを有するナノスケール装置を製造するかまたは機能させるために用いられる、直接イオンビーム材料の変更あるいはイオンビームエッチングおよび/またはイオンビーム蒸着によるナノスケールパターンの分野にある。
特許文献1に記載されているようなIMS概念のPLM2(要するに「投影マスクなしのリソグラフィ」)は、マルチビーム直接書き込みの概念を実現し、また単一電子源から抽出される電子ビームを構成するためのPD装置として、プログラム可能な開口プレートシステム(APS)を使用する。APSにおいて、電子の運動エネルギーは5keVである。APSの後方において、電子は100keVに加速され、またAPSの画像は200倍に縮小されて基板に投影される。
粒子光学システムにおいて、レンズおよび/またはAPSおよび/または基板のような表面から散乱された粒子(電子またはイオン)は、広帯域のエネルギー散乱粒子(電子またはイオン)を発生させる可能性がある。特に、低エネルギー粒子(電子またはイオン)およびそれに関連する二次電子の放出により、残留ガスから吸着された原子または分子が表面に蒸着される化学作用が生じることがある。この理由から、例えば、真空照射の際に有機汚染が発生することによって、荷電光学システムにおいて極めて望ましくない絶縁層をしばしば形成する材料の蒸着を生じさせる可能性がある。また、ビームまたは大きな静電界によってイオン化された残留ガス原子を発生させることがある。二次電子およびイオンおよび散乱生成物の主因はターゲット自体である。これらの粒子は、電子光学システム(特に最後のレンズやAPSも)を汚染する可能性があり、さらに、ウエハを間接的に照射する可能性があり、このようにして、画像のコントラストを低下させるかまたはCD変異(ここで、CDは限界寸法を意味する)を生じさせるバックグラウンドドーズを形成する。以下において、間接照射は、例えば、対物レンズの下面によって(および/またはビームの近傍に配置されたステージ、測定システムまたはビーム診断装置から)散乱または再散乱される電子またはイオンの広範囲のエネルギーバンドにより生じる粒子の霧化と呼ばれる。再散乱とは、粒子が、以前に少なくとも1回、例えばビーム吸収要素または基板に衝突したときに散乱したことを意味する。粒子の霧化効果により、非局所的な追加の寄生露光が生じる。基板と対物レンズの下面との間の距離に応じて、霧化の横方向範囲はセンチメートルの範囲にあることができる。電子ビームリソグラフィの厳しいCD均一性の要件を満たし、またこの追加のドーズを補償するために、適切なソフトウェアツールを用いて、極めて集中的な計算を行わなければならない(P.フデック(P.Hudek)、D.ベイヤー(D.Beyer)の非特許文献1を参照)。
さらに、粒子をコラム内に加速させることが可能であり、これに対して、主に、PDシステムは、汚染に敏感であり、結果として、局所的な電荷効果の影響を受ける可能性がある。高いまたは極端に高い真空状態下においてのみ、APSを実際に使用でき、さもなければ、有機材料のビーム蒸着によって、開口部が固着する。しかし、必要な高真空段階には、PML2のようなリソグラフィシステム全体における大きな技術的問題およびコスト要因がある。このことは、PML2のような粒子光学システムが、高いまたは極端に高い真空状態下にAPS(PD装置)を保持することに対して多大な重要性を有する。さらに、半導体製造環境の重要な問題は、開口プレートまたは電子源の部分の故障に起因するであろう相互汚染およびそれに関連するシステムの故障の危険性に関連する。半導体製造ラインに関する装置の受容性は、粒子の純度に対するシステムの信頼性と作動中の故障の危険性とに強く依存する。
特許文献2において、本出願人(譲受人)は、PDシステムの後方のビームの領域において追加の箔電極を使用すること、すなわち、パターン決定手段と、投影システムによって形成された開口パターンの画像に近接するターゲットの位置との間の位置において、パターン化されたビームの経路を横切って配置された導電箔を使用することを提案している。画像は最終画像(ターゲットに形成された)または中間画像であり得る。上記箔が、ガス生成物または二次放射線のような汚染物質に対して効果的なバリアを形成することが明らかであるが、箔が、画像ビーム自体に対して厳しい障害となることも意味しており、それに応じて、画像ビームの強度を高くしなければならない。
特許文献3(ウォルデン(Walden))は、真空室を有する電子ビーム照射装置を開示しており、前記真空室から、電子ビームが、耐圧膜を有する窓を通って出てくる。当該第1の膜の後方には、第2の窓膜が設けられ、このようにして、冷却ガス流が2つの膜の間を通過できる。第2の膜は、冷却ガス流のガスに対して不透過性である必要がなく、照射すべきおよび第2の窓膜の後方に配置すべき材料の表面にガス流が影響を与えることを防止するのに十分である。
米国特許第6,768,125号明細書 国際公開第2006/086815号パンフレット 米国特許第3,624,391号明細書 英国特許第2389454A号明細書 米国特許第4,985,634号明細書 欧州特許第0344646号明細書 米国特許第2005−0104013−A1号明細書 Microel.Eng.83(2006年),780
本発明の目的は、パターン化されたビームの伝搬を阻止することなく、汚染物質および二次放射線(照射時にターゲットから出てくる可能性がある)が、投影システムおよび/または基板の粒子光学素子に到達することを抑制するための方法を提供することである。
この目的は、粒子ビームをターゲットに照射することによってターゲットを処理するための冒頭に述べたような粒子ビーム投影装置によって達成され、この場合、投影システムは、電界または電磁界を少なくとも1つの粒子光学レンズに成形するためのいくつかの光学素子を備え、前記光学素子の各々は、パターン化されたビームの経路を囲む中央開口部を有し、装置は、投影システムとターゲットステージ手段との間に配置され、かつパターン化されたビームの経路を囲む中央開口部を有する第1の隔壁をさらに備え、したがって、ターゲットは、投影システムの最後の光学素子の後方において、パターン化されたビームの経路を遮断するための(下流に見られる)第1の物体であり、また少なくとも、中央開口部を規定する第1の隔壁の部分は、投影システムの後方に配置されかつ最終画像が形成されるフィールドフリースペース内に配置される。本発明の関連において、フィールドフリースペースという用語は、荷電粒子電気光学レンズに寄与するであろう静電界または電磁界が存在しない領域のために用いられる。
以下において保護隔壁と呼ばれるこの隔壁(diaphragm)は、上記汚染物質がターゲット空間から光学コラム内の空間に逆方向に伝搬することがある領域が著しく縮小することにより散乱または再蒸着のような作用で生じる可能性がある基板からの光学システムの汚染、特に、戻り汚染を回避するように機能する。特に、高い電圧下にありかつ高い静電界強度を提供する電極、および精密回路(例えばAPSの精密回路)は上記汚染物質に敏感である。好ましくは、隔壁の開口部の幅(半径の2倍)は、パターン化されたビーム、すなわち、テレセントリックビームによってターゲットに形成された最終画像の直径よりもほんの僅かに大きい。例えば、隔壁の幅は、25μmのビームの直径に対して50μmであることが可能であり、このようにして、ビーム配置の補正または25μmの範囲の走査範囲が可能になる。保護隔壁の厚さは、典型的に、保護隔壁の中央開口部の幅よりも5分の1〜10分の1小さい。膜状構造の利点は、帯電または粒子散乱のような側壁の影響が最小限になることである。
さらに、保護隔壁は、ターゲット空間と、差動的にポンピングし得る光学コラムとの間の追加の分割手段として機能することが可能である。
本発明の有利な一発展形態では、中央開口部は、パターン化されたビームを横方向に規定するように適合される。このことは、ターゲットから再散乱された粒子の横方向分布を制限するように機能し、このような粒子は、保護隔壁の中央開口部の内径によって制限される。
第1の隔壁の開口部は、投影システムの最後の光学素子の中央開口部の幅よりも少なくとも5分の1小さい幅を有することが好ましい。
光学コラム内への粒子の伝搬をさらに阻止するために、投影システムは、パターン化されたビームを囲む中央開口部を有しかつ投影システムの光学素子の前方位置に配置される第2の隔壁をさらに備えることが可能である。この場合、第2の隔壁の中央開口部は、前記光学素子の中央開口部の幅よりも小さい幅を有することが適切である。
投影システムが、交差部を通して、パターン化されたビームを投影するように設計されている場合、第2の隔壁が、交差部にまたはそれに近接して、パターン化されたビームを囲む位置に第2の隔壁を配置することが適切な選択である。
さらに、第1の隔壁は、ビームがターゲットに衝突する位置の周囲の空間を規定し、また前記空間と周囲空間とを分割するように適合されたハウジング手段の構成要素であることが可能であり、この場合、ハウジング手段は、前記空間を真空にするためのポンプラインをさらに備える。このことは、特に、ハウジング手段が、ターゲットにビームが衝突する位置に向けて処理ガスのようなガスを方向付けるためのガス入口ノズルをさらに備えることが可能である場合、ターゲットおよび/またはビーム衝突位置の周囲の別個のガス状態を規定するのに役立つ。
一般に、投影システムは、粒子光学レンズを成形するために静電構成要素および/または電磁構成要素を備えることが可能である。特定の場合において、投影システムは、電界を電気光学レンズに成形するためのいくつかの電気光学素子(静電特性の)を備える電気光学システムであり得る。
第1の隔壁は、横方向に再配置可能であり得るので、ビームの方向に対して直角な横方向シフトによってのみ異なる種々の位置に前記第1の隔壁を装着できる。
多数のビームレットからなるビーム構成(例えばPML2構成のような)が用いられた場合、中央開口部は、アレイに配置された多数の開口部からなり得る。この場合、中央開口部の幅は、前記アレイの全幅によって構成される。
本発明の1つの特別な発展形態は、中央開口部の幅以下の厚さの膜部で中央開口部を囲むことによって、中央開口部の周囲に配置された部分的に透過する膜を実現する。この場合、膜部は、好ましくは、粒子ビームが中央開口部を通過しているときに粒子ビームの運動エネルギーよりも低い閾値エネルギーよりも低い運動エネルギーを有する衝突粒子に対して透過性であり得る。この措置によって、基板から放出された低エネルギー粒子は、部分的に透過する膜によって吸収され、これに対して、高エネルギー粒子(すなわち、ビームエネルギー自体)は透過される。
投影システムの最後の光学素子の後方において、明確なフィールドフリースペースを保証するために、前記最後の光学素子から最終画像までの距離の4分の1よりも小さい投影システムの最後の光学素子の中央開口部の幅を有することが適切である。
図面を参照して、本発明について以下により詳細に説明する。
以下に説明する本発明の好ましい実施形態は、本出願人(譲受人)の特許文献1(=特許文献4)に開示されているようなパターン決定(PD)システムを有し、かつ大型の縮小投影システムを有するPML2型の粒子ビーム露光装置に基づく。以下において、最初に、本発明に関する限り、装置の背景技術について説明し、次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明が以下の実施形態にもPDシステムにも限定されず、以下の実施形態およびPDシステムが、本発明の可能な実装の1つを示しているに過ぎず、本発明が、投影ステージで粒子ビームを用いる他の種類の処理システムにも適切であることを理解されたい。
PML2システム
本発明を使用しているマスクなしの粒子ビーム露光装置PML2の概略図が図1に示されている。以下において、本発明の開示の必要に応じて、それらの詳細のみが記載され、分かりやすくするために、構成要素は、図1に寸法通りには示されておらず、特に、粒子ビームの横幅が拡大されている。さらなる詳細については、特許文献1を参照されたい。
既述したように、照明システムによって発生される電子ビームがPML2システムに用いられる。照明システムは、ターゲット表面に投影すべきビームパターンを規定するために、規則的な開口部のアレイを有するPD手段を照明する。各開口部では、小ビームが規定され、またそれぞれの開口部を通ってターゲットに向かう粒子ビームの通過を可能にする(「行う」(switch on))かまたは効果的に遮断する(「阻止する」(switch off))ように、開口部への各ビームの通過を制御できる。開口部のアレイを透過する(またはより正確には、アレイの通過可能な開口部を通過する)ビームは、開口部の空間構成によって表されるようなパターン情報を伝えるパターン化された粒子ビームを形成する。次に、パターン化されたビームは、粒子光学投影システムによってターゲット(例えば半導体基板)に投影され、ここで、このようにして、開口部の画像が、照射された部分のターゲットを修正するように形成される。ビームによって形成された画像は、各ダイ領域の上方の直線路に沿って連続的に移動される。走査方向に対して直角方向のビームの追加の走査は不要である(必要な場合、走査ステージの横移動動作エラーを補償することを除いて)。
装置100の主構成要素は、本実施例において図1で垂直に下方に延びるリソグラフィビームlb、pbの方向に対応する、照明システム101、PDシステム102、投影システム103、およびターゲットまたは基板41を有するターゲットステーション104である。粒子光学システム101、103は、静電レンズまたは電磁レンズを使用して実現される。装置100の電気光学部101、102、103は、装置の光軸cxに沿ったビームlb、pbの伝搬が阻止されないことを保証するために高真空に保持された真空ハウジング(図示せず)内に収容される。
照明システム101は、例えば、電子源11とコンデンサレンズシステム13とを備える。しかし、電子の代わりに、一般に、他の荷電粒子も用いることができることに留意されたい。電子銃から放出される電子は別として、これらの電子は、例えば、水素イオンまたは重いイオンであることができ、本開示に関連して、重いイオンは、Cよりも重い元素、例えば、O、N、または希ガスNe、Ar、Kr、Xeのイオンを指す。
電子源11(原則としてイオンも可能である)は、すなわち、例えばΔE=1eVの比較的小さなエネルギー分散を有する典型的に数keV(例えば、PDシステム102で5keV)の規定された(運動)エネルギーを有する高エネルギー電子を放出する。電気光学コンデンサレンズシステム13によって、電子源11から放出された電子は、リソグラフィビームlbとして作用する実質的にテレセントリックの広域電子ビームに形成される。ビームのテレセントリックは、PD装置の位置の光軸から±25μradの範囲の偏差内にあり、ここで、縮小システムが200×であり、またPD装置および基板の粒子エネルギーが等しいと仮定すると、基板の位置の光軸から±5mradのテレセントリック範囲の偏差が生じる。
次に、リソグラフィビームlbは、位置を保持する必要がある装置と共にPDシステム102を形成するPD装置を照射する。PD装置は、リソグラフィビームlbの経路の特定の位置に保持され、このようにして、前記リソグラフィビームは、複数の開口部21によって形成された開口パターンを照射する。既述したように、ビームレットがそれぞれの開口部を通過してターゲットに到達することを可能にすべく、開口部の各々を「通過可能」にするかまたは「開放」することができる(ここで、開口部が入射ビームに対して透過性であることを述べておく)。さもなければ、開口部は「通過不能」であるかまたは「閉鎖」され、この場合、それぞれのビームレットが、ターゲットに到達できる前にビーム経路から吸収され、さもなければ除去されるように、それぞれのビームレットのビーム経路が影響を受ける(このようにして、開口部は、ビームに対して効果的に不透過性であるかまたは不透明である)。通過可能な開口部のパターンは、基板に露光すべきパターンに従って選択され、これらの開口部は、ビームlbに対して透過性のPD装置の唯一の部分であるので、このようにして、前記ビームlbは、開口部から出てくるパターン化されたビームpb(すなわち、図1でPDシステム102の下方にある)に形成される。PD装置の構造および作動、特に、PD装置のブランキングプレートの構造に関する詳細については、(特許文献1)を参照されたい。図1には、5つのみのビームレットが、パターン化されたビームpbで示されており、ここで、左から2番目のビームレットは、吸収プレート17に吸収されるように阻止され、他方、通過可能なビームレットは、プレート17の中央開口部を通過し、このようにして、ターゲットに投影される。
次に、パターン化されたビームpbによって表されるようなパターンは、電気光学投影システム103によって基板41に投影され、この電気光学投影システムにより、通過可能なマスク開口部の画像が前記基板に形成される。投影システム103により、例えば200×の縮小が実現される。基板41は、例えば、フォトレジスト層で覆われたシリコンウエハである。ウエハ41は、ターゲットステーション104のウエハステージ40によって保持および配置される。
図1に示されている本発明の実施形態では、投影システム103は、交差部c1、c2をそれぞれ有する連続する2つの電気光学投影ステージからなる。静電画像システムの技術的実現が、例えば、本出願人の特許文献5(=(特許文献6))のような従来技術で周知であるので、プロジェクタを実現するために使用される静電レンズ33は、符号形態のみで図1に示されている。第1の投影ステージは、PD装置の開口部の面を中間画像に撮像し、次に、この中間画像は、第2の投影ステージによって基板表面に撮像される。両方のステージにより、交差部c1、c2を通して縮小画像が用いられ、このようにして、中間画像が反転されている間、基板に形成される最終画像は垂直である(反転されない)。縮小係数は、両方のステージについて約14×であり、全体で200×の縮小が生じる。このオーダの縮小は、特に、PD装置の小型化の問題に対処するために、リソグラフィ設定で特に適切である。
小さな横方向シフトを画像に、すなわち、ビームbp自体の横幅以下の大きさだけ、光軸cxに対して直角方向に沿って導入するための手段として、投影ステージの一方または両方に、偏向手段(図示せず)を設け得る。このような偏向手段は、例えば、多電極システムとして実現することができ、(特許文献1)で説明されているように、必要な場合、さらに、磁気コイルを使用して、基板面のパターンの回転を発生させることが可能である。電気光学レンズは、主に、静電電極からなるが、磁気レンズを使用することも可能である。
PDシステム102に形成されたパターンを制御することによって、任意のビームパターンを発生させて基板に転送することができる。基板が入射ビームの下に移動される走査ストライプ露光方法が適切に利用されるので、ビームの位置が永続的に変更され、このようにして、ビームが、単一の集光ビームシステムの場合と同様に、(ほぼ静止している)ターゲット表面にわたって効果的に走査されるビーム走査方法が不要である。
保護隔壁
再び図1を参照すると、以下で「保護隔壁」とも呼ばれる隔壁手段15は、光学コラムの後方のおよびターゲット空間の前方のフィールドフリースペースに設けられる。このようにして、保護隔壁15は、ターゲットにわたる空間(「ターゲット空間」)と光学システムとを分割し、また狭い開口部の開口直径が基板位置のビーム寸法のオーダである狭い開口部を有する。保護隔壁の直径は、後方散乱粒子および二次粒子(図1の短い破線矢印)が、多数の電極の側壁に到達することを排除するようにできるだけ小さく適切に選択される。このことは、ビームの位置が、ほとんど変化せず、本発明による保護隔壁15を設けることが実現可能な光学コラムに対してほぼ固定されるということに起因する。
図2は、最後の電気光学レンズの電極23の下方の保護隔壁25およびその幾何学的構成の縦断面詳細図を示している。保護隔壁は、装着リング24に装着され、また取り外し可能な廃棄部として容易に交換できる。
図6a、図6bおよび図6cは、保護隔壁の好ましい実装を概略縦断面図として示している。図6aに示されている第1の別形態65aは、所望の厚さの吸収膜61aを形成するようにウエハの内側部分が薄くなっているウエハである。幅dw1の中央開口部60aにより、ビームの通過が可能になる。
霧化の低減をさらに向上させるために、特に、低エネルギー粒子が、再散乱後に基板に到達することを回避するために、部分的に透過する膜が中央開口部の周囲に近接する範囲に存在するように、保護隔壁を形成できる。図6bは、このような部分的に透過する膜62を有する別形態65bを示している。第1の別形態とは対照的に、中央開口部60bは、より小さい幅dw2を有すると共に、膜61bよりも一層薄くなっており、このようにして、部分的に透過する膜を形成する部分62によって囲まれる。
図6bの隔壁65bにおいて、中央開口部の幅dw2を、図6aの別形態と比較してより小さく形成でき、ここで、部分的に透過する膜により、ビームが、膜に接触することなく基板に到達することが可能になる。部分的に透過する膜62により、基板から来る粒子が、それほど後方散乱することなく膜に侵入することが可能になり、これにより、膜から生じる追加の寄生露光が発生する。しかし、対物レンズおよびそれに関連する輪郭の下面で(および/またはビームの近傍に配置されたステージ、測定システムまたはビーム診断装置から)再散乱された、侵入の閾値エネルギーよりも低い運動エネルギーを有する粒子は、部分的に透過する膜によって吸収される。したがって、部分的に透過する膜62は、再散乱工程によって基板に到達する全ての粒子の流れをさらに低減するように機能する。
図6cは、中央開口部が開口部のアレイ60cに細分化される他の別形態65cを示している。ビームレットアレイの形状と膜の機械的安定性とに応じて、1つの(通過可能な)ビームレットまたは一群のビームレットのために、開口部の各々を設計し得る。関連する幅dw3はアレイ60cの全幅である。この別形態65cは、図6bの別形態65bに基づいているが、部分的に透過する膜なしの別形態65に由来することも可能である。
特に、隔壁装置が、リソグラフィシステムの光軸に対して偏心して装着された場合に、中央開口部60a、60b、60cを必ずしも隔壁装置の中央内に配置する必要がないという価値があることに留意されたい(用語「中央」は、光軸に対する位置を指す)。
図7は、霧化によって生じる3種類のドーズ分布を示している。垂直軸はドーズを表し、水平軸は横方向変位であり、ここで、垂直な矢印はビーム(光軸)を示しており、両方の軸は任意の単位にある。D0は、本発明による隔壁なしに存在するバックグラウンドドーズである。D1aは、隔壁65aによるバックグラウンドドーズであり、またD1bは、部分的に透過する膜を有する隔壁65bによるバックグラウンドドーズである。粒子の霧化に関する本発明の主な改良は、ドーズ分布D1aとD1bが、コンボリューション関数であり、すなわち、有効な状態(例えば、粒子の霧化を生じさせる表面の形状および構造)によって提供された開口部およびポイント分散機能によるドーズ分布ステップ関数のコンボリューションから生じることである。ガウス型の分布D0とは対照的に、コンボリューション関数D1aとD1bは、基板に見られるように、保護隔壁の開口部によって規定された空隙領域外における有限値からゼロまでの霧化ドーズの明確かつ急速な減少を生じさせる。最新技術によるドーズ分布を表す分布D0は、衝突するビーム位置から等しいセンチメートルの距離にある関連する非ゼロ値を表示している。結果として、基板にわたって走査している間の集積ドーズは基板のパターン密度分布の合成関数であり、有効な状態(例えば、霧化の性質の異方性)を正確に考慮しなければならない。このことは、最新技術において、再散乱された粒子により、さらに隣接するダイ領域に大きな影響を与えることが可能であり、すなわち、本発明による保護隔壁を使用することによって克服される状況であることを意味する。
図8は、種々の典型的な後方散乱過程、すなわち、基板で後方散乱された、保護隔壁の吸収膜で停止された、および保護隔壁の部分的に透過する膜に侵入している/それに吸収されている粒子(例えば、軽いイオンまたは電子)の模範的な軌道を示している。粒子p1は、ターゲットから蒸発または離脱され、また保護隔壁の下面で、この場合、部分的に透過する膜で停止される。粒子p2は、対物レンズ電極の下面から再散乱されて、吸収膜によって停止され、一方、粒子p3は再散乱されて、さらに、部分的に透過する膜に侵入する。粒子p4は、対物レンズ電極の下面から再散乱されて、部分的に透過する膜によって停止される。最後に、粒子p5はレンズ電極から再散乱されるが、そうでなければ、p2と同一の動作である。
保護隔壁の形状
基板と保護隔壁と対物レンズの下面との間の開口直径および距離について、2つの例を分類することが適切である。
1)軽いイオンおよび電子の使用
この場合、制御すべき主な影響は、後方散乱された粒子と光学システムの重要な要素との望ましくない衝突、および/または基板から蒸発されるかまたはガス放出する材料の蒸着による光学システムの汚染である。さらに、基板における粒子の霧化の強度を大幅に低減できる。吸収膜を使用することにより、再散乱された粒子およびビーム自体の拡散部が、開口直径によって制限された領域外の基板に到達することが防止される。吸収膜と共に、部分的に透過する膜を使用することにより、基板から来る(例えば、ガス抜け、離脱によって)低エネルギー粒子および成分が、光学システムの重要な要素に到達することを防止することがさらに可能になり、一方、高エネルギー粒子が、部分的に透過する膜に侵入することが妨げられない。これらの高エネルギー粒子の流れは、対物レンズの下面から再散乱された後に、同一の吸収膜を反対方向に通過したときに大幅に希釈される。
したがって、基板と保護隔壁との間の短い距離、および吸収膜の開口部の直径をできるだけ大きく選択することが極めて適切である。部分的に透過する膜の開口部は、できるだけ小さく選択される。例えば、ビームの直径が25μmであり、また最後の電極と基板との間の距離(=隔壁を不使用の場合の作用距離)が2mmであった場合、隔壁25は、基板よりも0.1mm高い位置に配置することが可能であり、また約1mmの吸収膜の開口直径dwと、50〜100μmの部分的に透過する膜の開口直径とを有する。吸収膜の厚さは、ビームエネルギーに応じて5〜50μmであり得る。例えば、100keVの電子ビームの場合、再散乱後の最大可能なエネルギーは100keVであり、またSiの侵入深さは50μmを僅かに上回る範囲にある。侵入深さを浅くするために、重金属(例えば、Mo、Pt、Au)成分を有する薄膜コーティングを使用することが有用であり、これに対して、コーティングは、再散乱された粒子を吸収すべき表面に製造される(典型的に、この上面は対物レンズの下面に対面している)。基板から光軸に沿って保護隔壁の中央開口部を通して放出される粒子は、光学システム内部の第2の隔壁16によって停止されるので、汚染を生じさせない。部分的に透過する膜の厚さは、100〜5000nmであり、典型的に、原子量と粒子エネルギーとに依存する衝突の平均自由行程よりも短くてもよい。例えば、100keVの電子について、Siから製造された部分的に透過する膜の厚さは、電子のために5〜10keVの閾値エネルギーを実現するために約1000nmであろう(すなわち、実質的に全ての粒子は、侵入なしに膜の内部に吸収される)。しかし、薄膜の主な目的は、荷電粒子光学システムの汚染を回避するために、例えば耐ガス放出性成分のような、基板側から来る遅い粒子を吸収することである。
2)重いイオンおよびクラスタの使用
この種類の粒子について、保護隔壁によって制御すべき主な影響は、対物レンズのレンズ素子または保護隔壁自体を汚染し得る、基板からのスパッタリング材料の再蒸着である。さらに、保護隔壁により、精密な光学素子が、基板からの(後方)散乱イオンによって損傷することを防止する必要がある。関連のエネルギー形態について、イオンの侵入深さは、非常に浅く、典型的に、10〜50nmである。したがって、重いイオンおよびクラスタについて、保護隔壁の主な目的は、対物レンズに対する基板から見られるようなビュー角度にできるだけ縮小することである。このため、基板と保護隔壁との間の距離はできるだけ大きく選択され(このようにして、隔壁の寿命に好影響を与える(後方)散乱されたイオンの流れが希釈され)、また保護隔壁の開口部の直径はできるだけ小さく選択される。例えば、ビームの直径が25μmであり、また最後の電極と基板との間の距離(隔壁を不使用の場合の作用距離)が2mmであった場合、隔壁は、基板よりも1.5mm高く配置することが可能であり、また約50〜100μmの開口直径を有する。吸収膜の厚さは5〜50μmであり得る。示されている寸法について、同一の保護隔壁25(図9aに示されているような種類75の)は、保護隔壁のために用いられる化学元素が、投射物よりもはるかに小さな原子量を有している場合、粒子の霧化に対して有効な保護の機能を有し、この場合、粒子の再散乱は、運動量保存によって不可能である。保護隔壁の小さな開口部を通して光軸に沿って放出される散乱粒子またはスパッタリング粒子は、保護隔壁とプレートとの間の距離のような再散乱を生じさせず、これによって、粒子は、最終的に、少なくともより大きく、少なくとも1mmよりも大きく停止/後方散乱される。
保護隔壁の開口直径dwは、典型的に、好ましくは10の係数だけ、最後の電極の開口部の幅ewよりもはるかに小さい。距離の典型的な値は1mmであることが可能であり、このようにして、50〜125mradに対する25μmの画像領域fwについて、ビュー角度2α=dw/zdが制限される。重要なことについて述べると、保護隔壁15は、ターゲットに形成されたビームスポットの形状を規定しないので、コンタクトマスクではない。
本発明によって説明されているような保護隔壁を使用することにより、少なくとも5の係数だけ(保護隔壁の開口部と再散乱の有効面積との比率に応じて)、霧化に関連する総ドーズ量が著しく低減される。さらに、上記保護隔壁は、霧化によって生じるバックグラウンド強度の横方向範囲を保護隔壁の吸収膜の開口部の大きさに制限する。
保護隔壁の吸収膜の開口部の最適な大きさは、基板からの膜の距離に依存する。衝突粒子の入射軸に対する放出された粒子の角度の余弦分布を想定した場合、幅dwと距離zdとの比率(図4を参照)は典型的に10:1であることが可能であり、このことは、角度領域0°〜85°(ここで、0°は、垂直面に対して平行であることを意味する)の後方散乱された粒子が、対物レンズおよびそれに関連する輪郭の下面からの再散乱に寄与し、また85°〜90°の角度領域のみにより、基板に近接する膜からの再散乱が生じ、これによって、後方散乱された粒子の合計が0.5%になることを意味する。
対物レンズおよびそれに関連する輪郭の下面の構造および組成は、再散乱された粒子の大部分が、閾値エネルギーよりも低い運動エネルギーを有するように選択されることが明らかである。このことは、多数の衝突の可能性を高くするように、深い侵入を可能にする低密度の軽い材料(例えば多孔質材料)を選択するような措置によって達成することができる。
シリコン炭素またはダイヤモンド炭素のような軽い元素の材料から、部分的に透過する膜を製造し得る。膜の厚さは、典型的に、荷電粒子投射物のエネルギーおよび質量に応じて100〜5000μmであることが可能である。したがって、実質的に全ての後方散乱電子は、基板から対物レンズおよびそれに関連する輪郭の下面までの前記後方散乱電子の過程において、部分的に透過する膜を通過する。再散乱された電子は、広い領域にわたって分布され、また広いエネルギー分布を有し、保護隔壁の開口部の内部の前記電子のみが霧化を生じさせ、これに対して、閾値エネルギーよりも低いエネルギーが、膜によって完全に抑制される。
保護隔壁15は、具体的には、高い電界強度にさらされる静電レンズの輪郭のような精密な領域を損傷することを回避するか、またはマイクロメートルを下回る範囲の正確な形状安定性を必要とするように設計される。
既述したように、保護隔壁15は、画像システムのために用いられる静電界または磁界の存在なしに、光学コラム103と基板41との間に配置される。したがって、保護隔壁に侵入する粒子は偏向されない。しかし、二次電子が隔壁から離れることを防止するように、小さな電位(範囲<30V)を印加することが可能である。後方散乱または「霧化」によって、二次電子(すなわち、残留ガス原子による散乱によって所望の方向から外れているか、あるいは対物レンズまたはそれに関連する輪郭の下面によって再散乱される粒子)を上面および下面の両方に発生させ得る。
基板の露光工程中に、基板は、パターン化すべき領域にわたるビームの相対移動を得るように基板を移動させることによってパターン化され、これに対して、基板の位置は、測定システムによって測定され、またこのようにして公称位置(理想位置)から測定された位置の偏差は、ビームトラッキング制御システムによって補正され、このために、ビーム配置の補正は、多極偏向器によって適用される。しかし、パターン化されたビームは、粒子光学システムに対して実質的に静的である。この関連において、(横方向)ビーム配置の補正が、本実施形態の場合において小さいマイクロメートル範囲(5〜20μm)にある走査ステージの精密さにより、保護隔壁の位置で、大きなビーム配置の変更を必要としないという価値があることに留意されたい。
保護隔壁の開口部の形成
本発明のおかげで、「自動制御決定手順」と呼ばれ得る手順に従って、ビーム自体によって、保護隔壁をパターン化することが可能である。隔壁の開口部の決定および製造、特に、光軸に対する開口部の形状、直径および位置について、図3に示されているような以下の手順が便利である。薄膜(図9aと図9bに示されている種類と同様の)は、横方向ドリフトに対して安定しているマウントを使用して、例えば、膜フレームとホルダ支持構造との間の適切な圧力を発生させる摩擦バネによって、光学系と予定の基板位置との間の基板位置から所望の距離に配置される。ビームをスイッチオンすることによって、最初に、膜は、ビームが膜を通してエッチングまたはスパッタリングされるまで(図3の中間部)、ビームを停止させる(図3の上部)。横方向の小さな範囲だけ、典型的に、移動している基板を追跡するのに必要な予想された走査範囲で2〜3回だけ、ビームエンベロープをシフト制御することは、膜を通して開口部の所望の直径を実現するのに役立ち(図3の下部)、このようにして、ビームは、全ての場合において、作動中に膜の側壁からの少なくとも膜の厚さの距離を有する(そうでなければ、散乱およびスパッタリングにより、画質が低下される)。工程の終了時に、ビームが全ての組の方向を通って伝搬された場合、ビームエンベロープは、ビーム源の方向から見て膜には衝突しない。
システムが、横方向位置の再調整を必要とせず、膜構造全体の交換のみを必要とするので、自動制御決定手順により、システムにおいて、面倒な機械作業を必要とすることなく、保護隔壁を消耗品として交換することが可能になる。特に、十分に大きな横方向移動だけ膜を移動させることによって、膜を「再利用」し、次に、使用中の開口部が、ビームとその二次粒子とによって劣化されると、新たな開口部を製造することが可能である。この場合、保護隔壁を幅dwの開口部のアレイとして予め構成することも可能である。
分割された(segregated)ターゲット空間
図4を参照すると、保護隔壁は、他の要素に関連して、光学コラム(例えば、それ自体のポンプライン430によってポンピングされる)と基板の光学コラムとの間の真空空間を分割するように機能することが可能であり、これに対して、差動ポンピングは、光学コラムの内部の処理ガスの分圧を効果的に低下させる。保護隔壁45を中央部として組み込んでいるターゲット空間ハウジング44には、ポンプライン440だけでなく、処理ガス等のためのガス供給ライン441も設けることが可能である。図4では、ガス入口441は、反応室の内部の均一性を一般に向上させる入口管として実現される。
ターゲット空間ハウジングのおかげで、ターゲット空間を反応室として実現し得る。基板および走査システムは、室(図示せず)内に完全に配置することが可能であるか、または反応室は、基板の部分のみを覆い、図1に示されているような基板に対して真空封止される。ウエハまたはマスクブランクのような大きな基板では、例えば、反応室と基板との間の小さなスリットによって(例えば、直径1mm、距離5μm、および容量性距離検出器または光学的距離検出器と、フィードバックループを有する垂直アクチュエータシステムとによって制御された距離だけ)、基板に対して反応室を封止することが有利である。
図5に示されている別形態では、ガス入口をガスノズル541として実現することも可能である。このようなガスノズルシステムにより、典型的に、ビーム発生工程を可能にするかまたは改善するために用いられるガスアシスト化学処理を用いることが可能になる。
内部停止隔壁
好ましくは、保護隔壁15の保護効果をさらに向上させるために、図1と図2に示されているように、光学投影システム33内の「内部停止隔壁」(ISD)として第2の隔壁16、26を設け得る。既述したように、光学コラムの負方向(図面の上部)に移動する、基板の位置のビームによって放出された(散乱または離脱のような工程により)全ての粒子が、コラムの制限領域にのみ到達するように、ビュー角度2αを制限すべく、保護隔壁15が最後の光学レンズ素子と基板との間に適切に配置される。ここで、この領域には、最後の投影ステージの交差部c2にまたはその近傍に配置されたISD16、26を備え得る。図1には、ISD16が、中央に穴の開いた平面装置として示されており、これに対して、前記ISDの実際の形状は異なってもよく、例えば、図2に示されているカップ形状26であってもよい。交差部c2を幾何学的に囲むリング開口部17、27は、中央孔を有する簡単な平面プレートよりも複雑な形状を有し得ることにも留意されたい(リング開口部17、27は、交差位置を通して収束しないビーム部、大部分は特に、通過不能なビームレットを遮断するように機能する)。一般に、ISDの汚染速度は、基板からの距離が長いので、むしろ遅くなる(ビームの直径は小さいので、基板から放出された粒子の強度は、距離の二乗だけ減少する)。
また、ISDは、交換可能な装置であることが適切である。それぞれの表面の化学的な、物理的な、構造的なまたは地形的な変化を意味する汚染によるシステムの故障を回避するために、ISD26を清掃および修理できる。
最も繊細な構造を有するパターン決定装置102と基板41との間の距離は、一般に、本発明で考慮されるような大きな縮小光学系のために長く、典型的に、保護隔壁と基板との間の距離zdよりも少なくとも20倍長い。したがって、ISD16の中央開口部を通ってISD16にも侵入し、最終的には、パターン決定装置に到達する汚染粒子の流れの強度は、無視できる値(1/20、1%よりもかなり低い)に著しく低減される。
好ましい実施形態では、ISD16および吸収プレートは、規則的な周期間隔中に変更できる単一の装置(吸収プレートがISD16の上部によって形成される)として実現される。
図3に示されているように、電流検出システムに関連して、基板に向かって方向付けられる保護隔壁の表面を二次電子検出器として使用することも可能である。このために、任意の2D配列の検出電極の角度部分(図面の下部を参照)が形成されるように、例えば、二次電子放出の角度決定を可能にするように、半導体技術によって、表面を構成し得る。これらの検出電極と接触パッドとの間の相互接続は、信号毎の個々の前置増幅器を可能にし、これに対して、膜に沿った信号線は、下方の金属層によってシールドされる。
マルチビーム装置
図9は、本出願人(代理人)の特許文献7に開示されている種類と同様のマルチビーム装置900に関連する発明を示している。図3には、平行配列または並列配列で配置されかつターゲット41に同時に作用するように設計される3つのコラム91が示されている。コラム91の数は、個々の機器に応じて様々であり得る。コラムには、いくつかの中央開口部を有する共通の保護隔壁手段95が設けられ、より具体的には、1つの中央開口部90がコラム毎に設けられる。他の点では、コラム91の各々の構成要素は図1の装置100の構成要素に対応する。
図10は、この保護隔壁手段95の可能な1つの実装、すなわち、前記保護隔壁手段の側面に接合された(このために、ウエハの形状は適切に切断する必要があり得る)いくつかのウエハ96からなる前記保護隔壁手段を示している。ウエハ96は、例えば、図6bに示されている種類であるが、本発明による保護隔壁に適切な他の任意の方法で実現することが可能である。中央開口部90に加えて、ポンプラインまたは測定システムのような特定の目的のために、追加の開口部99を設け得る。
図1は、本発明による保護隔壁を組み込んでいる粒子ビーム露光装置の概略図である。 図2は、第1の実施形態による保護隔壁の図面である。 図3は、保護隔壁に開口部を形成するための自動決定工程の図面である。 図4は、分割されたターゲット空間を有する第2の実施形態の保護隔壁の図面である。 図5は、追加の処理ガス入口を有する第3の実施形態の図面である。 図6aは、簡単な中央開口部を有する保護隔壁の図面である。 図6bは、部分的に透過する膜を有する保護隔壁の図面である。 図6cは、細分化された中央開口部を有する保護隔壁の図面である。 図7は、保護隔壁なしの例と、図9aの保護隔壁を有する例と、図9bの保護隔壁を有する例とについて示されている、粒子の霧化時における強度分布の種々の例を示している。 図8は、粒子の種々の例示的な軌道による後方散乱の概略図である。 図9は、共通の保護隔壁を組み込んでいるマルチビーム露光装置の概略図である。 図10は、図9の保護隔壁の部分詳細図である。
符号の説明
11 電子源
13 コンデンサレンズシステム
15 保護隔壁
16 第2の隔壁
17 吸収プレート
21 複数の開口部
23 電極
24 装着リング
25 保護隔壁
26 第2の隔壁
27 リング開口部
33 静電レンズ
40 ウエハステージ
41 基板
44 ターゲット空間ハウジング
45 保護隔壁
60a 中央開口部
60b 中央開口部
60c アレイ
61a 吸収膜
61b 膜
62 部分的に透過する膜
65 別形態
65a 第1の別形態
65b 別形態
65c 他の別形態
90 1つの中央開口部
91 3つのコラム
95 保護隔壁手段
96 いくつかのウエハ
99 追加の開口部
100 装置
101 照明システム
102 PDシステム
103 投影システム
104 ターゲットステーション
430 ポンプライン
440 ポンプライン
441 ガス供給ライン
541 ガスノズル
900 マルチビーム装置
c1 交差部
c2 交差部
cx 光軸
dw 開口直径
dw1 幅
dw2 より小さい幅
dw3 関連する幅
D0 バックグラウンドドーズ
D1a バックグラウンドドーズ
D1b バックグラウンドドーズ
ew 幅
fw 画像領域
lb リソグラフィビーム
p1 粒子
p2 粒子
p3 粒子
p4 粒子
p5 粒子
pb リソグラフィビーム
zd 距離

Claims (15)

  1. 高エネルギー荷電粒子のビーム(pb)によってターゲット(41)を照射するための粒子ビーム投影処理装置(100)であって、
    前記高エネルギー粒子を発生させて、実質的にテレセントリック/同心である照明ビーム(lb)に形成するための照明システム(101)であって、前記照明ビームの直径が、前記照明ビームのテレセントリック/同心領域の長さよりも少なくとも1桁大きい照明システム(101)と、
    前記ビームの方向に沿って見た場合に前記照明システムの後方に配置されたパターン決定手段(102)であって、前記パターン決定手段が、前記照明ビームの経路の前記高エネルギー粒子に対して透過性の開口部からなる開口パターンを配置するように適合され、このようにして、前記開口パターンから出てくるパターン化されたビーム(pb)を形成するパターン決定手段(102)と、
    前記パターン決定手段(102)の後方に配置され、かつ電界または電磁界を少なくとも1つの粒子光学レンズに成形するためのいくつかの光学素子を備える投影システム(103)であって、前記光学素子の各々が、前記パターン化されたビームの経路を囲む中央開口部を有し、前記投影システムが、前記開口パターンの最終画像を形成するように適合され、該最終画像が、前記投影システムの後方のフィールドフリースペース内に配置される投影システム(103)と、
    前記投影システムの後方に配置され、かつ前記投影システムによって形成された最終画像の位置にターゲットを配置するように適合されたターゲットステージ手段(104)であって、前記ターゲット(41)が、前記投影システムの最後の光学素子の後方において、前記パターン化されたビームの前記経路を遮断するための第1の物体であるターゲットステージ手段(104)と、
    を備え、
    前記投影システムと前記ターゲットステージ手段との間に配置され、かつ前記パターン化されたビームの前記経路を囲む中央開口部(dw、dw2)を有する第1の隔壁(15、25、65bをさらに備え、少なくとも前記中央開口部を規定する前記第1の隔壁の部分が前記フィールドフリースペース内に配置され、前記中央開口部が部分的に透過する膜を形成する膜部(62)によって囲まれる、
    粒子ビーム投影処理装置(100)。
  2. 前記中央開口部は、前記パターン化されたビームを横方向に規定するように適合される
    請求項1に記載の装置。
  3. 前記第1の隔壁の前記開口部は、前記投影システムの前記最後の光学素子の前記中央開口部の幅(ew)よりも少なくとも5分の1小さい幅(dw)を有する
    請求項1に記載の装置。
  4. 前記投影システムは、前記パターン化されたビームを囲む中央開口部を有しかつ前記投影システムの光学素子の前方位置に配置されている第2の隔壁(16、26)を備え、
    該第2の隔壁の前記中央開口部は、前記光学素子の前記中央開口部の前記幅よりも小さい幅を有する
    請求項1に記載の装置。
  5. 前記投影システムは、交差部(c2)を通して前記パターン化されたビームを投影するように適合され、前記第2の隔壁が、前記交差部の位置でまたは該位置に近接して前記パターン化されたビームを囲む
    請求項4に記載の装置。
  6. 前記第1の隔壁(45)は、前記ターゲットに前記ビームが衝突する位置の周囲の空間を規定し、また前記空間と周囲空間とを分割するように適合されたハウジング手段(44)の構成要素であり、
    前記ハウジング手段は、前記空間を真空にするためのポンプラインをさらに備える
    請求項1に記載の装置。
  7. 前記ハウジング手段は、前記ターゲットに前記ビームが衝突する位置に向けてガスを方向付けるためのガス入口ノズルをさらに備える
    請求項6に記載の装置。
  8. 前記投影システムは、電界を電気光学レンズ(23)に成形するためのいくつかの電気光学素子を備える
    請求項1に記載の装置。
  9. 前記第1の隔壁は、前記ビームの方向に対して直角な横方向シフトによってのみ異なる種々の位置に装着されるように適合される
    請求項1に記載の装置。
  10. 前記中央開口部は、アレイに配置された多数の開口部からなり、前記中央開口部の前記幅が、前記アレイの全幅によって構成される
    請求項1に記載の装置。
  11. 前記中央開口部を囲んでいる部分的に透過する膜部(62)は、前記中央開口部の前記幅(dw2)以下の厚さを有する
    請求項1に記載の装置。
  12. 前記膜部(62)は、前記中央開口部を粒子ビームが通過しているときに前記粒子ビームの運動エネルギーよりも低い閾値エネルギーよりも低い運動エネルギーを有する衝突粒子に対して透過性である
    請求項11に記載の装置。
  13. 前記投影システムの前記最後の光学素子の前記中央開口部の前記幅は、前記最後の光学素子から前記最終画像までの距離の4分の1よりも小さい
    請求項1に記載の装置。
  14. 並列に配置された、請求項1に記載のいくつかの粒子ビーム装置を備えるマルチビーム投影処理装置(900)であって、
    前記装置は、いくつかの中央開口部を有する隔壁手段(95)を有し、各中央開口部が前記隔壁手段の周囲領域と共に、それぞれの粒子ビーム装置の第1の隔壁を実現する
    マルチビーム投影処理装置(900)。
  15. 第一の隔壁(65b)において、部分的に透過する膜部(62)は、吸収する膜部(61b)によって囲まれる、請求項1から14のいずれかに記載の装置。
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