JPS61187334A - リングラフイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に半導体の微細パターン生成用のリソグラ
フィ装置に関する。

〔従来の技術〕

このような装置は米国電気電子学会論文集電子デバイス
＆ｉ　（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　）　、第ＥＤ−２
６巻、第４号、第６６３〜６７４頁、特に第３図および
第４図から公知である。このような装置では複数の粒子
線プローブの同時使用の結果として、パターンを生成す
べき面をラスター状に掃過するただ１つのプローブを有
するリソグラフィ装置の場合にくらべて、照射される半
導体パターンの高いスループットが期待され得る。リソ
グラフィ装置による半導体パターンの生成はたとえば雑
誌「シーメンス研究開発報告（Ｓｉｅｍｅｎｓ　Ｆｏｒ
ｓｃｈｕｎｇｓ　　−ｕｎｄ　Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇ
ｓ　−Ｂｅｒｉｃｈｔｅ）　Ｊ　、第９巻（１９８０）
第３号、第１７４〜１７８頁に記載されている。特に第
１７８頁の第８図および付属のテキストを参照されたい
。

前記米国電気電子学会論文集から公知のリソグラフィ装
置では、各個の粒子線プローブは、開口絞りの当該のプ
ローブ発生孔に対して縁側に配置されている電極を有す
る偏向コンデンサへのブランキング電圧の印加により、
ブランキング絞りに衝突して別のビーム経路からブラン
キングされるまで偏向され得る。しかし、欠点として、
粒子線源から照射される開口絞り上の円形面の寸法に比
較して寸法が非常に小さいプローブ発生孔は比較的小さ
いプローブ電流しか許さない、プローブ電流の各減少は
、照射すべきレジストの粒子線プローブにより掃過され
る点に対する照射時間の増大に通じ、従って（単一のラ
スター状に偏向されるプローブを有するリソグラフィ装
置にくらべて）期待すべき一層高いスループットが部分
的にしか達成されない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、曹頭に記載した種類のリソグラフィ装
置であって、前記の公知のリソグラフィ装置にくらべて
、照射される微細パターンの本質的に一層高いスループ
ットを可能にするリソグラフィ装置を提供することであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項に
記載のリソグラフィ装置により達成される。

本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲第２項ないし
第１６項にあげられている。

〔発明の効果〕

本発明により得られる利点は特に、粒子線プローブがプ
ローブ発生孔の小さい寸法にもかかわらず比較的高いプ
ローブ電流に通じ、従ってレジストの個々の点に対する
高い照射速度を許すことである。

〔実施例〕

以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

第１図および第２図に概要を示されているリソグラフィ
装置は電子線源ｌ、円柱レンズ２、集光レンズ３、制御
可能な開口絞り４、ブランキング絞り５、レンズ６．７
および対物レンズＯＬから成る結像光学系および偏向系
８を含んでおり、偏向系８の下にパターンを生成すべき
ウェーハ９、特に半導体ウェーハが位置している。ウェ
ーハ９は、好ましくは垂直軸線１１を中心に回転可能に
支えられているテーブル１０の上に取付けられている。

陰極１ａから出射した電子線は円柱レンズ２および集光
レンズ３により、第１図中で縁ビーム１２および１３に
より境されている帯状ビームにまとめられる。それに対
して垂直に、すなわち第２図中で帯状ビームは縁ビーム
１４および１５を有する０図面かられかるように、第１
図の紙面と平行な帯状ビームの辺は第２図の紙面と平行
な帯状ビームの辺よりも本質的に大きい０円柱レンズ２
と集光レンズ３との間に、帯状ビームを縁ビーム１４お
よび１５で境するためのスリット絞り１６が設けられて
いることは目的にかなっている。

円板状に構成された開口絞り４は行状の多孔パターンを
設けられている。そのために第１図による実施例では、
破線で示されている中心線２３からそれぞれ出発して交
互に一方および他方の側にずらされている長方形または
正方形の孔１７ないし２２が設けられている。詳細には
、孔１７．１９…２１は中心線２３の一方の側に、また
孔１８．２０…２２は他方の側に位置している。中心線
２３と反対側の孔の辺にそれぞれ、端子２フないし２９
と接続されている電極２４ないし２６が位置している。

別の電極３０が中心線２３に沿って延びており、すべて
の孔に対して共通の対向電極を成している。この対向電
極は端子３１と接続されている。

第２図による実施例では、多孔パターンは、互いにずら
されることなく中心線２３に沿って位置する一連の長方
形または正方形の孔３２から成っている。図面を見易く
するため、ただ１つの孔３２が著しく拡大して示されて
おり、その他の孔は破線３３により暗示されている。こ
の場合にも孔３２の縁側にそれぞれ、端子３６および３
７と接続されている電極３４および３５が配置されてい
る。

帯状ビームは、縁ビーム１２および１３により定められ
る最大横断面寸法が中心線２３の方向に位置し、他方に
おいて最小横断面寸法がそれに対して垂直に位置し、ま
た孔の場合によっては存在する相互ずれを考慮に入れて
多孔パターンの幅と一致し、またはそれをわずかしか越
えないようにされている。それによって、多孔パターン
の直接の範囲のみが帯状ビームにより照射され、従って
電子線源１から発せられたエネルギーの大部分が電子線
プローブの整形のために利用されることが保証されてい
る。これらのプローブの各々は孔１フないし２２の１つ
を通過する帯状ビームの１つの部分から成っている。第
２図には孔３２により整形された電子線プローブが符号
３８を付して示されている。端子３６および３７に、電
極３４を電極３５よりも正の電位にする電圧を与えると
、プローブ３８は位置３８ａに偏向され、それによって
ブランキング絞り５により捕捉され、従ってそれは別の
ビーム経路からブランキングされている。偏向されない
プローブの各々、たとえば３８はウェーハ９またはその
上に取付けられているレジストの表面を照射するために
利用される。第１図で孔１７により形成されるプローブ
のブランキングのためには電極２４に正の電圧が供給さ
れ、他方電極３１は基準電位におかれている。孔１８に
より形成されるプローブがブランキングされるべきであ
れば、電極２６に負の電圧が与えられる。

スリット絞りとしてブランキング絞り５が構成されてい
れば、電極２６に正の電圧も許容し得る。

記入されているビーム経路から明らかなように、開口絞
り４の平面内で孔、たとえば１７の寸法により定められ
たプローブ横断面はレンズ６および７により平面３９内
に縮小して結像され、このことは直線２３′への直線２
３の縮小に相当する。

次いで対物レンズＯＬが電子線プローブの横断面を、符
号４０を付して示されているように、縮小してウェーハ
９の表面上に結像する。

ウェーハ９上のパターン生成は第１図によれば、ブラン
キングされないすべての電子線プローブの全体が、それ
らにより衝突されるウェーハ９またはそれを覆うレジス
トの点の照射の後にたとえば偏向系８により中心線２３
の投影に対してほぼ垂直な方向にウェーハ９に対して相
対的に１つのプローブ寸法だけ動かされることにより行
われる。

こうして捜し出された隣接するプローブ行が次いで類似
の仕方で照射される。開口絞り上の電極の個別の駆動に
より、ウェーハ９の表面上で測って１つのプローブの横
断面寸法に相当する最小パターン細部を有する任意の照
射パターンがウェーハ９の表面上に発生され得る。第２
図に対しては同様にして、ブランキングされないプロー
ブの全体が１回の照射過程の後にそれぞれ１つの投影さ
れたプローブ寸法だけ、矢印４１により示されているよ
うに、ウェーハ９に対して相対的にずらされる。

第１図および第２図の点線により示されているビーム経
路はウェーハ９の表面上への開口絞り４の孔１７などの
結像を示している。

第３図には、陰極１ａの好ましい実施例として、エツジ
４２に終端する六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）から成る
単結晶柱状陰極の形態の陰極が示されている。この形態
はたとえば、円柱状の陰極が先ず２つの側から柱の直径
に相当する長さのエツジ４２が生ずるように削られ、続
いて２つの別の面４３がその間隔によりエツジ４２の長
さを定めるように削られることにより得られる。第４図
の平面図にはエツジ４２および面４３が明白に示されて
いる。その際、削られる面は結晶のく１００〉面または
低い仕事関数を有する面を呈する他の結晶面に相当する
ことが好ましい。

第５図には開口絞り４の好ましい実施例が示されている
。たとえばシリコンから成る高抵抗の基板箔が前記の孔
１７ないし２２を設けられている。

プローブブランキングの役割をする電極２４．２５．２
６などは終端側で拡げられた導電帯として構成されてお
り、たとえば金から成っている。共通の電極３０は好ま
しくは同じく金から成っており、蛇行状に孔の間を延び
ており、その際に個々の部分の間の良好な接触を達成す
るため十分に広い中間ブリッジ４５が設けられている。

電子線源１のほうを向いた開口絞り４の表面は孔パター
ンの外側に導電性の被覆を設けられており、それを経て
衝突する電子が導出される。

１つの有利な実施態様によれば、開口絞り４は第６図に
よる別の開口絞り４ａにより補足され得る。開口絞り４
ａも高抵抗の基板箔から成っており、また絞りの精密な
相互調節の際に孔１７ないし２２と合致する孔１７ａな
いし２２ａを有する。

孔１７ａないし２２ａに対して縁側にそれぞれ２つの電
極１７ｂ、１７Ｃないし２２ｂ、２２ｃが設けられてお
り、これらの電極は端子と接続されている。これらの端
子に、光学的誤差（たとえば集光レンズの開口誤差、結
像光学系の歪みなど）を補正するため行状の多孔パター
ンの長手方向に対して平行に電子線プローブの偏向を生
じさせる電圧が印加され得る。開口絞り４ａの電極パタ
ーンは間しく導電帯として構成され、またたとえば金か
ら成っているのが有利である。開口絞り４．４ａの製造
は通常のリソグラフィ法によりプレーナ技術で行われ得
る。

前記の仕方で構成された開口絞り４．４ａが多数の孔１
７などに対して設けられていることは特に有利である。

たとえば２０４８個の孔を設け、それと同数の電子線プ
ローブを発生させることが考えられる。１０μｍの辺の
長さを有する正方形の孔１７などを設け、またプローブ
寸法を結像光学系により１／１００に縮小すれば、０．
１μｍの辺の長さを有する個々の照射可能な像点が生ず
る。

その場合、各プローブに対して約５ｎＡのプローブ電流
ではレジスト感度Ｃ＝１０−ｓＡｓ／ａｍ”において約
１　ａｍ”　／　ｓの照射速度が達成され、このことは
１時間あたり約５０個の４″半導体ウェーへのスループ
７トに相当する。その際、開口絞り４上の多孔パターン
の長さは約２０．５　ｗｍである。

このような装置によりたとえばパターンが、ＧａＡｓベ
ースの集積回路または光通信技術の構成要素、たとえば
固体レーザーの格子パターンに必要な０．１μｍの範囲
内に生成され得る。

生成すべきパターンの種々のラスター寸法に対して、相
応の寸法および配置の孔を有する種々の開口絞りが設け
られていてよい、しかし、特定の開口絞りによっても、
特に偏差が％範囲内にあるならば、絞りにより予め定め
られるラスクー寸法から偏差するラスター寸法を有する
パターンを生成することができる。そのためには、第７
図に示されているように変更可能な結像尺度を有する本
発明によるリソグラフィ装置の実施例が使用される。

第７図には、開口絞り４の下側に位置する装置の部分の
みが示されている。関口絞り４の上側には、第１図によ
る装置の場合と同一の部分が位置している。詳細には示
されていない孔１７の縁側に配置されている電極２４お
よび３０はここでは１つのコンデンサの板として示され
ている。′照射ビーム経路は符号４６を付されており、
他方ウェーハ９の表面上に孔１７を結像するためのビー
ム経路は符号４７を付されている。結像尺度の変更は第
１図のレンズ６の位置に設けられているズームレンズ４
８により行われる。このようなレンズ自体は既に前記雑
誌「シーメンス研究開発報告（Ｓｔｅｍｅｎｓ　Ｆｏｒ
ｓｃｈｕｎｇｓ　−ｕｎｄ　Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇｓ
　−Ｂｅｒｉｃｈｔｅ）　Ｊの第１７７頁（特に第６図
および付属のテキスト）に記載されている。このような
レンズは、長手方向軸線に対して対称に位置し焦点距離
変更の作用をする３つの追加巻線５０により補足されて
いる主巻線４９を有する。中央の追加巻線が主巻線４９
により発生される主磁界を弱めるように、他方下側およ
び上側の追加巻線がこの主磁界を強めるように給電され
ると、ズームレンズ４８の大きいほうの焦点距離に相当
する主磁界の変形が生ずる。この影響の仕方が反転され
ると、焦点距離の縮小が生ずる。有効なレンズ励磁はそ
の際に影響されずに留まる。同じくレンズ４８の長手方
向軸線に対して対称に配置されている２つの別の巻線５
１が開口絞り４の方向またはそれと反対方向へのレンズ
部分４９および５０の長手方向ずれと等価なレンズ磁界
の追加的な変更を行う。レンズ４８の主磁界が上側巻線
５１により弱められかつ下側巻線５工により強められる
場合には、レンズ４８の長手方向ずれの作用は下方に生
じ、また主磁界へのこの影響の仕方が反転されると、レ
ンズ４８の長手方向ずれの作用は上方に生ずる。いまレ
ンズ４８の焦点距離が縮小され、かつその際に開口絞り
４の方向へのレンズ主磁界のずれがこの縮小に相当する
大きさで行われると、ウェーハ９に投影される孔１７な
どのレンズ４８および７により行われる縮小は減少し、
その際に同時に照射のために有効なプローブ横断面は増
大し、従って生成すべきパターンのラスター尺度の拡大
が生ずる。レンズ４８の主磁界への影響の仕方が反転さ
れると、パターンのラスター尺度の縮小が生ずる。

レンズ４８および７がテレセントリックなビーム経路お
よび矢印５２により示されているように逆向き等大の励
磁を有することは有利である。それによりレンズ系４８
．７の回転色収差、倍率色収差および等方性ひずみが実
際上避けられる。

結像光学系は第７図でなお２つのレンズ５３および５４
により補足され、それらの間に偏向系５５が位置してい
る。レンズ５３および５４も、前記の収差を避けるため
、テレセントリックなビーム経路および逆向き等大の励
磁を有するものとして構成されているのが有利である。

レンズ対のこのような構成はドイツ連邦共和国特許第２
５１５５４９号明細書に示されている。帯状ビームの使
用により追加的にベルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）効果が最
小化される。

電子線プローブの全体とウェーハ９との間の相対運動は
本発明の１つの別の実施態様によればテーブル１０の運
動によっても達成され得る。そのためには、たとえば軸
線１１を中心に行われる特に連続的な運動も通している
。それによって最も簡単な仕方で約１　ａｍ　２／　ｓ
の照射速度が考慮に入れられ得る。

第２図による開口絞り４が互いにずらされていない一連
の孔３２を有し、孔の相互間隔が１つの孔の辺の長さに
相当する場合には、ウェーハ９の完全な照射が保証され
るように、電子線プローブの同一の行設定のなかで各個
の照射過程の後に電子線プローブのずれがこの辺の長さ
だけ中心線２３の方向に行われなければならない。この
ずれは偏向系８または５５により行われるのが有利であ
る。

本発明は、電子線プローブが使用される前記の実施態様
だけでなく、たとえばイオン線プローブにより作動する
他の粒子線リソグラフィ装置にも通用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるリソグラフィ装置の原理図、第２
図は同一の装置の別の実施例の図、第３図は第１図によ
る装置に用いられる単結晶陰極の斜視図、第４図は第１
図による単結晶陰極の平面図、第５図は第１図による装
置の制御可能な開口絞りの好ましい構成を示す図、第６
図は第５図による絞りと共に使用され得る追加的な開口
絞りの好ましい構成を示す図、第７図は結像尺度を変更
し得る第１図による装置の実施例を示す図である。 １…電子線源、１ａ…単結晶陰極、２…円柱レンズ、３
…集光レンズ、４．４ａ…制御可能な開口絞り、５…ブ
ランキング絞り、６．７…レンズ、 ８…偏向系、９…ウェーハ、１０…テーブル、１１…垂
直軸線、１２〜１５…縁ビーム、１６…スリット絞り、
１７〜２２…孔、２３…中心線、２４〜２５…電極、２
７〜２９…端子、３０…共通電極、３１…端子、３２…
孔、３４．３５…電極、 ３６．３７…端子、３８…電子線プローブ、４２…エツ
ジ、４５…中間ブリッジ、４８…ズームレンズ、４９…
主巻線、５０…追加巻線、ＯＬ…対物レンズ。 物レンズ。 ＩＧ　１ ＩＧ　２ ＦＩＧ　５ ＦＩＧ　６ ＦＩＧ　７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）粒子線源（１）と、集光レンズ系（２、３）と、複
   数の粒子線プローブを生成するための行状の多孔パター
   ン（１７…２２）を有する制御可能な開口絞り（４）と
   、ブランキング絞り（５）と、結像光学系（６、７、Ｏ
   Ｌ）と、パターンを生成すべきウェーハ（９）とを含ん
   でいる微細パターン生成用のリソグラフィ装置において
   、粒子線が帯状ビームを形成し、その最大横断面寸法（
   １２、１３）が行状の多孔パターン（１７…２２）の長
   手方向（２３）にほぼ位置しかつその最小横断面寸法が
   多孔パターンの幅を大幅には越えないことを特徴とする
   リソグラフィ装置。 ２）粒子線源（１）と開口絞り（４）との間に、帯状ビ
   ームを生成する１つの円柱レンズ（２）が設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のリソグ
   ラフィ装置。 ３）粒子線源（１）が、ナイフエッジ状に構成されてい
   る柱状の単結晶陰極（１ａ）を含んでいることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載のリソグラ
   フィ装置。 ４）柱状の単結晶陰極（１ａ）がＬａＢ＿６から成って
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のリソ
   グラフィ装置。 ５）開口絞り（４）の多孔パターンが、中心線（２３）
   から出発してそれぞれ交互に一方および他方の側にずら
   されている少なくともほぼ長方形または正方形の孔（１
   ７…２２）を含んでおり、また中心線（２３）に対して
   平行な各孔（１７）の辺にこの孔により生成される粒子
   線プローブを偏向させるための電極（２４、３０）が配
   置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第４項のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。 ６）開口絞り（４）の多孔パターンが少なくともほぼ長
   方形または正方形の孔（３２）を含んでおり、これらの
   孔は１つの線（２３）に沿って配置されておりかつこの
   線（２３）の方向の孔の寸法に相当する相互間隔を有し
   ており、またこの線（２３）に対して平行な各孔（３２
   ）の辺にこの孔により生成される粒子線プローブを偏向
   させるための電極（３４、３５）が配置されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れか１項に記載のリソグラフィ装置。 ７）開口絞りが高抵抗基板、特にシリコンまたは酸化シ
   リコンから成っており、その上に電極（２４、３０、３
   ４、３５）が、ブランキング電圧の供給端子を設けられ
   ている導電帯の形態で取付けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項または第６項記載のリソグラフ
   ィ装置。 ８）導電帯が金から成っていることを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載のリソグラフィ装置。 ９）中心線（２３）の範囲内に配置されているいくつか
   またはすべての孔（１７…２２）の電極が共通の電極に
   まとめられており、その際に電極が中間ブリッジにより
   互いに接続されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項記載のリソグラフィ装置。 １０）基板が粒子線源（１）の側に、多孔パターンの外
   側に衝突粒子を導出するための導電性被覆を設けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第７項ないし第９
   項のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。 １１）別の開口絞り（４ａ）が、開口絞り（４）の孔（
   １７…２２）と位置的に合致しかつそれらにより生成さ
   れたプローブにより通過される別の孔（１７ａ…２２ａ
   ）を設けられており、また多孔パターンの線または中心
   線（２３）に対して垂直に延びる前記別の孔（１７ａ…
   ２２ａ）の辺に線または中心線（２３）の方向に粒子線
   プローブを偏向させる役割をする別の電極（１７ｂ、１
   ７ｃ…２２ｂ、２２ｃ）が設けられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項ないし第１０項のいずれか１
   項に記載のリソグラフィ装置。 １２）結像尺度を変更するため開口絞り（４）と半導体
   ウェーハ（９）との間に磁気的または電気的ズームレン
   ズ（４８）が設けられており、その焦点距離と開口絞り
   （４）からの有効間隔とが同じ意味で変更可能であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１１項の
   いずれか１項に記載のリソグラフィ装置。 １３）ズームレンズ（４８）が、主磁界を発生する巻線
   （４９）とならんで、それぞれレンズの長手方向軸線に
   対して対称に位置し焦点距離の変更を行う３つの追加的
   な追加巻線（５０）を有し、それらのうち中央の追加巻
   線は主磁界を弱化または強化し、また他の両追加巻線は
   主磁界を強化または弱化し、また２つの別のレンズ巻線
   がそれぞれレンズの長手方向軸線に対して対称に設けら
   れており、それらのうち一方はそれぞれ主磁界を弱化し
   、また他方はそれぞれ主磁界を強化し、それによりズー
   ムレンズ（４８）の長手方向ずれと等価な主磁界の影響
   が生ずることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載
   のリソグラフィ装置。 １４）結像光学系のレンズがそれぞれ対としてテレセン
   トリックな粒子線経路および逆向き等大の励磁を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１２項
   のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。 １５）ウェーハ（９）が行状の孔パターン（１７…２２
   ）の長手方向（２３）に対してほぼ垂直に、パターンを
   生成すべきウェーハ（９）の表面に対して平行な方向（
   ４１）に運動可能に配置されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第１４項のいずれか１項に記
   載のリソグラフィ装置。 １６）ウェーハ（９）が特にウェーハ（９）から間隔を
   おいた軸線（１１）の回りに回転可能に支えられている
   回転テーブル（１０）の上に取付けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１５項記載のリソグラフィ装
   置。