JPS63502707A - マスクされたイオンビ−ムリソグラフイシステムおよび方法 - 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】 マスクされたイオンビームリソグラフィシステムおよび方法［発明の技術分野］ 本発明は集積回路の製造におけるレジストの露光、特にマスクされたイオンビー ムリソグラフィ露光システムおよび方法に関するものである。

［関連技術］ 集積回路は、一般的に所望のパターンを半導体基体上に生成するために使用され る複数のマスクを用いて形成されている。基体は最初にレジスト材料で被覆され 、所望のパターンを備えたマスクが被覆された基体上に置かれる。基体はそれか ら露光され、マスクパターンによって遮られた部分を除いてレジストを定着する 。それから影の部分のレジストは溶媒槽中で洗浄され、下にある全ての層が基体 を露出するようにエツチングされる（ネガテブレジストに対しては、非露光部分 が洗浄除去される）。次に適切なドーパントまたは材料が基体に供給され、続い て残ったレジストが除去されて別のレジスト層が供給され、別のマスクの工程が 繰返される。この過程は回路パターンが完成するまで連続的マスクとして継続す る。

紫外線は一般に集積回路を製造する場合にフォトレジストと共に使用される。し かしながら近年、Ｈ＋イオンが半導体基体上のイオン感応レジスト材料を露光す るために使用されるイオンビームリソグラフィ技術が開発された。イオン露光は 、紫外線によって生成されたものよりかなり高度な分解能パターンを提供する。

これは半導体の面では、光は大きく回折されるが、イオンはそれ程影響を受けな いためである。多数の基礎マスクイオンビームリソグラフィ（ＭＩＢＬ）技術が 、米国特許出願第４１０１７８２号（Ｒ，Ｌ、Ｓｅｌｉｇｅｒ外、Ｐ　ｒｏｃｅ ｓｓ　Ｆ　ｏｒ　Ｃｈａｎｎｅｌ　ｉｎｇ　Ｉ　ｏｎ　Ｂ　ｅａｍｓ″”　１９ ７９年６月１２日発刊）に示されている。

イオン注入アクセルレータは、以前から集積回路の製造において半導体をドーピ ングするために使用されてきた。これらと同じ装置が、試験的なＭＩＢＬシステ ムに必要なイオン露光ビームを供給するために実験的な使用に応用されてきた。

その装置はすでに利用されているため便利であるが、イオン注入アクセルレータ は非常に大型で、イオンビームリソグラフィ用としては出力が大きすぎる。ビー ムとマスクおよびその下にある基体の整列、適切なビーム力の供給、および露光 の費用に関して重要な問題が存在している。

米国特許出願第４１５８１４１号（Ｒ，Ｌ、Ｓｅｌ１ｇｅｒ外）において示され 、本発明の譲り受け人に譲渡された新しいチャンネルマスクの使用により、マス クはビームによって正確な角度に整列しなければならない。ビームの角度が変化 する場合、予め対応する角度でマスクを傾斜する必要がある。これはウェハーお よびウェハーステージ全体が同様に傾斜することを要する厄介な方法である。

マスクを照射する正確なビームの大きさ、形および照準を生成するために、その 光源からマスクへ伝送される間にビームが通過する直列の孔が一般的に使用され る。孔の太きさおよび形は、所望のビーム照準を生成する部分のビームだけを伝 送するように選択される。番孔の周辺のその他のビームは、遮断され減少される 。これは、始めに発生されたビームのほとんどがマスクまたは基体まで到達しな いため効率が悪い。

３００ｋＶ以下のシステム電位差が生じると電力の損失は著しいものとなる。

過去の装置によって純粋なＨ＋ビームを得ることもまた困難である。ビーム中の 所望しない粒子がマスクを衝撃し、高熱を与えるため歪曲および誤った整列が生 じて所望しないレジスト露光となる可能性がある。このような所望しない粒子は 、Ｈ原子および分子、イオン供給源の内部から飛出した金属不純物イオン、およ び時には不純物ガスからのイオンを含む。

ＭＩＢＬに加えて、代用となる種々のりソグラフィ技術が開拓されている。これ らの研究には、直接書込む電子ビームリソグラフィ　（ＥＢＬ）　、Ｘ線リソグ ラフィ　（ＸＲＬ）　、および焦点イオンビームマイクロ製作法が含まれる。こ れらの各技術は、効果的で有用なＭＩＢＬシステムをより好ましいものにするこ とに限界がある。ＥＢＬは、精巧な焦点ビームでゆっくり順次にパターン化する ため、サブマイクロメータ特性の範囲での高速印刷にあまり適さない。集積回路 製造に使用されるＥＢＬシステムは、高いコストと複雑さ、および効率の低さと ぎりぎりの分解能を特徴とする。集積回路製造用のＸＲＬの使用はサブマイクロ メータ特性での効率の低さは高い分解能のレジストの低いＸ線吸収、および高い 分解能の露光に利用できる低いＸ線束のために利用し難いものとなる。Ｘ線露光 用の線源としてシンクロトロン放射を使用する可能性も考えられてきたが、非常 に高い資本投資１．動作のコスト、複雑性、信頼性ｚ１び放射能の安全性等の問 題を含んでいる。

［発明の概要コ 従来技術に関する上記問題を考慮すると本発明の目的は、新規の改善されたＭＩ 　ＢＬシステムおよび、非常にコンパクトな構造を使用し、イオン露光ビームの 大きさを注意深く制御して３００　ｋｅＶ以下のビームエネルギーで動作する手 段を提供することである。

別の目的は、以前のシステムよりも初期ビーム流をより多く使用し、そのビーム エネルギーを都合よく変化し得るエネルギー効率の良い方法によってイオンビー ムが生成され、マスクに向けられるＭＩＢＬシステムおよび方法を提供すること である。

さらに他の目的は、異質の粒子が効率的に除去されて、ビームが実質上純粋なＨ ＋イオンから成る新規の改善されたＭＩ　Ｂ　Ｌシステムおよび方法を提供する ことである。

本発明のこれらおよび別の目的を達成するために、リソグラフィマスクをターゲ ットとイオン供給源に関して予め定められた位置に保持する手段、イオンを供給 源から取出してそれらを拡張ビームに形成する手段、および実際にビームをマス クの位置に照準する手段とを有するＭＩＢＬシステムが提供される。２重電極抽 出メカニズムにより、供給源からのＨ＋イオンを予め定められた発散角度を有す る初期ビームに形成し、ビームパスに設置された第１のレンズが実質上最初の発 散より大きい集束角度でビームを焦点に集め、このようにレンズの焦点（交差し た点）を越してビームの角度的拡張を行なう。ビームはそのとき、第１のレンズ の焦点を越す位置にあり、平行にされた所望のビームの直径に対応する地点に設 置された第２のレンズによって実質的に平行にされる。

抽出構造と第１のレンズ間のビーム経路に設置されたセクタ磁石は、ビーム中の 粒子をその質量にしたがって偏向する。

磁石はＨ＋イオンを所望のビームパスに沿って伝送し、より質量の高い粒子をビ ームから偏向する。

８極デフレクタは、平行にされたビームをマスクのチャンネル軸に整列させるよ うに偏向させるために使用される。マスクされたビームは、マスクと整列して配 置された基体を覆うレジストによって受取られ、基体上のマスクパターンを繰り 返すためにビームに関して基体を迅速に移動するための手段が設けられる。

好ましい実施例においては、抽出メカニズムは、イオン供給源から続いて間隔を 付けた一対の電極を有し、電極間隔とビームにおいて供給源からイオンを抽出す るために設けられた電極に供給される関連電圧は、予め定められた拡張角度をビ ームに与える。イオン供給源と最も接近した電極との間の電界の強度は、最も接 近した電極と最も離れた電極との間の電界強度の約半分であることが好ましい。

第１および第２のレンズは、それぞれ２重のシリンダレンズを有することが好ま しく、またビームを形成し、Ｈ＋イオンをそこで加速するために各レンズの入口 と出口シリンダの間の予め定められた電圧差を設ける手段を有する。第１のレン ズの入口シリンダは、抽出メカニズム用の出口電極と同じ電圧に維持され、一方 その出口シリンダは第２のレンズ用の入口シリンダと同じ電圧に維持されている 。イオン供給源の電圧、抽出電極および第１のレンズの入口シリンダ、第１のレ ンズの出口シリンダおよび第２のレンズの入口シリンダは、第２のレンズの出口 シリンダ電圧に関してそれぞれおよそ２００乃至３００ｋＶ、　１９２乃至２８ ８ｋＶ、　１８０乃至２４０ｋＶ　ノ範囲以内に維持されることが好ましい。各 レンズの入口および出口シリンダの間の電圧差の絶対値は、予め定められた電圧 差を維持しながら変化させることができ、このようにして電圧調整のみでビーム エネルギーに対して制御を行なうことができる。

セクタ磁石は、初期拡張ビーム用の明確なポイント供給源を保持し、Ｈ＋イオン だけを所望のビームパスに沿って伝送するために特別に設計されている。それは 、１．５　ａｍの磁極ギャップ、実質＋８．２°の傾斜度で平坦である入口磁極 面、および実質＋５．５°の傾斜度で平坦である出口磁極面を具備した２０°セ クタ電磁石として特徴付けられる。

さらに本発明の特徴および利点は、添付した図面と好ましい実施例の以下の詳細 な説明から当業者に明らかになるであろう。

［図の説明］ 第１図は、本発明を使用したＭＩ　ＢＬＬ光システムの原理的な全体構造の断面 図であり、 第２図は、ＭＩ　ＢＬシステムに使用されたイオンビーム供給源の部分図であり 、 第３図は、第２図の線３−３における断面図であり、第４図は、イオン供給源か らイオンを抽出し、初期ビームに形成するために使用される電極装置の部分的な 拡大図であり、 第５図は、ビーム粒子をそれぞれの質量に応じて偏向するために使用されるセク タ磁石を示す図であり、第６図は、セクタ磁石装置の一部品の全体図であり、第 ７図は、セクタ磁石装置の部品の部分図である。

［実施例］ 本発明によるＭＩ　ＢＬシステムの断面図が第１図に示されている。そのシステ ムは、コンパクトで、全長的１．７メータの垂直イオンビームコラムを特徴とし 、これはＭＩ　ＢＬ装置に使用される従来のイオン注入アクセルレータよりもか なり小規模なものである。そのシステムは、３０Ｔ：ＪｋｅＶ以下のエネルギー および５μＡ　／　ｃｉ以下の電流密度でＨ＋イオンビームを生成することがで きる。

ＭＩ　ＢＬ光ココラム２で示された周辺真空壁を有し、それはシステムの様々な 部品を機械的に保持している。説明の簡単化のために真空壁の詳細は示されず、 部品用の冷却システムおよび電気配線の詳細も図示されていない。これらの部品 は非常に一般的で、所望により組込むことができる。

効率の高いＨ＋イオン供給源４はコラムの頂部に設置される。イオン供給源は、 磁場による複合的な閉じ込めを行なうアーク放電タイプである。このタイプの装 置は、基本的に無磁界（２０ガウス以下）領域において大部分のプラズマを維持 しながら電子をイオン化するために長時間の閉じ込めを行うことにより供給源と して高い能率を発揮する。このような無磁界領域は、光学的に質の高いイオンビ ームを取出すことに適した低い実効のプラズマ温度による一定で不活発なプラズ マによって占められている。小さく（０，２’以下）、緩慢に発散する（１５ｍ ラジアン以下）ビームは、２段抽出メカニズム（エクストラクタ）６によって供 給源から取出される。さらに詳細に以下で説明されているエクストラクタ６は、 抽出された電流レベルをその第１の段で電界によって調整し、抽出されたビーム 発散を主にその第２の段で電界により制御する。

エクストラクタ６からの初期の加速を受けた後、ビームは可変磁界セクタ電磁石 ８に導入され、この電磁石８はビーム内の種々の粒子が各粒子の質量に比例して 変動する量だけ角度的に偏向させるものである。磁石は特に、より重いイオンが 偏向が少なく、そのためビームから除去されて、しかもビーム内のＨ＋イオンが 所望のビームバス１０に偏向されるように設計されている。さらに磁石はビーム 用の質の高い仮想ポイント供給源を保持するように設置され、このことは光コラ ム内のビームの後の操作において重要であり、またビームの断面が通常日になる ように保っている。レジスト露光量を制御し、マスクの過熱による影響を減少す るために高い質量のイオンおよび中性のビーム成分を除去することが必要である 。

セクタ磁石８は、ビームが最終的な所望のエネルギーレベルに達する十分な加速 より前の初期の加速を受ける位置で光コラム内に設置される。これは低いエネル ギー位置では所望の磁界が非常に少ないためである。このように磁石の構造は、 ３００　ｋｅＶ以内のエネルギーでＨ＋イオンを処理できる磁石のを除去するこ とは、高い電圧供給への電気負荷を減少し、高エネルギーイオンを阻止すること で発生された背景放射を除去する。セクタ磁石は、ビームが以下に示された加速 段階の電子光学系と一致するように慎重に設置される。

セクタ磁石による処理の後、本質的に純粋なＨ＋ビームが、漂遊イオンを制限す るためにプレート１２の中央開口を通過する。この孔でビームの半径は、約０． １５ｃｍに制限され、その発散角度は１０ｍｒに制限されている。８極デフレク タ１３は、コラムの光軸で分析されたビームの集合体の整列、およびビームの形 状の微調整を行なうメカニズムを提供するために開口ブレート１２の下に設置さ れている。このデフレクタはＭＩＢＬシステムが高い効率の方法で使用されるウ ェハのステッピングおよび整列期間中、ビームを周期的に“オフ″にするために 使用される。ビームは、典型的には全体で１．５秒のステップ−整列−露光サイ クルの内、約０．５秒である実際のレジスト露光が行われる間だけ“オン”にさ れる。適切な電圧を８極デフレクタ１３に供給することにより、コラム経路から のビームが偏光されて、事実上ビームは“ブランキングされる。

もっと少い数の電極をこの周期的なブランキングを実現するために使用すること もできるが、８．極デフレクタが好まれる。

これは、同じ装置がビームを整列し、形成するために使用できるからである。Ｄ Ｃ電圧は、ビーム“ブランキングを制御するために重畳された高電圧で整列およ び形成作用のために８極デフレクタに供給される。

ビームは、開口ブレート１２および８極デフレクタから出るとすぐに１対の２重 シリンダレンズ１４および１６によって処理される。このようなレンズの利点は 、固定された多大のエネルギーによってレンズへの入口でビームを加速するとき に一定の光学的特性を有することである。第１のレンズ１４は１対の中空シリン ダ１８および２０を有し、これらシリンダの間におの集束角度でビームを集める ように設定される。第２のレンズ１６は別の対の中空シリンダ２２および２４か ら成り、これらシリンダの間において別の電圧差が設定される。第１のレンズ１ ４は第２のレンズ１６の焦点で交差点を生じるようにビームを集束するため、そ のビームがレンズ１６から出るとき高度に平行になっている。各レンズは、適切 な供給電圧差により２５の総エネルギー増大に対してビームエネルギーを係数５ で増大する。（各レンズによるビームエネルギーの増大は、その入口電圧を超え る出口電圧の割合いに等しく、全てイオン供給源電圧に対応する）。

ビーム交差点は、電流が第１のレンズ１４の最終調節を制御するために監視され る開口ブレート２６によって構造的に制限され、その縮小画像を第２のレンズの 焦点に固定する。ビームは、交差点から最初の発散と比較して拡張された角度的 な発散で、第２のレンズ１６の基準平面に達するまで拡張する。

第２のレンズでＨ＋イオンは、２ｎ＋ｒａｄ以下の発散と１．７ｃＩｏ以上の直 径を有する実質的に平行なビームに修正される。このように第１のレンズ１４を 使用することによって、小さくて低い発散ビームを最初に発生し、それから最終 ビームの大きさを実現するために第１のレンズ加速段においてそのビームを拡大 することによって、イオン供給源または磁石区域において小さい幾何学的形状を 得ることができる。同時にビーム交差点における開口ブレート２６により、適切 なビーム光が確実に第２のレンズに入射し、磁石８と第１のレンズ１４との間で 形成したどのような中性ビーム成分も弁別される。

第１のレンズの入口から第２のレンズの出口までの光コラムの全長は、約１メー トルである。３００ｋＶの最大供給電圧では、レンズはこのように最大コラム電 圧が絶縁真空壁２の大気側によって絶縁される実質的に最大の長さ以内に含まれ る。

これらの壁は３００ｋＶの総室圧を絶縁できる直列のセラミック絶縁体であり、 １０’ｐａ以下のレベルまで真空状態に密閉する。

絶縁体はその熱膨張係数と一致しているレンズエレメントを支持し整列するため に使用される結合金属フランジによって結合されている。電圧ブレイクダウンに 対する絶縁体の抵抗を最適化するために、絶縁ポリマー材料でできた陰影リング が絶縁面バスを増加させ、半径６インチ以上の結合フランジを具備するコロナシ ールドを支えるために使用される。

第２のレンズ１６のすぐ下に設置された別の開口ブレート２８は、マスク開口に 対するビームの形状を形成するために設けられた大きな開口を有する。この開口 ブレートの下で別の８極デフレクタ３０がビーム経路に設定され、下にあるマス クのチャネリング軸とビームを整列するように方向付ける。マスクは一般に１枚 のクリスタルシリコン膜から成り、ビームが最少の散乱、吸収およびエネルギー 損失で通過される周期的な“チャネル“を特徴とする。８極デフレクタは、ｘ− ｙ偏向合成を非常にコンパクトなパッケージにおいて実行するので好ましい。直 径２．３ｃｍで、±１°の３００ｋＶ　！（＋イオンビームを方向付けるために 、８極デフレクタは１０ｃｍの内径および２０ｃｍの長さの孔を有し、±２５０ ０ボルトまたはそれ以下のバイアスを伴う電極を有する。８極デフレクタの電力 供給は、０．０２５ｍｒａｄ以下のビーム傾斜角度に対応する０、１％以内に８ 極デフレクタに供給されるバイアスを調整することが好ましく、全スケールの１ ％の正確さで電圧を設定する。整列位置は、伝送された陽子束のピークにより決 定され、陽子束はマスクの後方に設置されたファラデー（Ｆ　ａｒａｄａｙ）カ ップにより監視されている。

８極デフレクタ３０により与えられたビーム方向付は能力のために、ビームとチ ャネリングマスクとの間おいて適切な角度配置を維持するようにビームバスの調 節を容易に行うことができる。これは、マスクだけでなくウェハーもまた傾斜す ることか必須であり、必要な角度的整列を維持するための保持ステージを要した 従来技術の難点を取除くものである。本発明によりマスク位置を固定することが できる。

マスク３２は８極デフレクタ３０の下のビームバスに設置されている。マスク設 置メカニズムは、本発明者の１人であるＪｏｈｎ　Ｌ、　Ｂａｒｔｅｌｔによる アメリカ合衆国特許出願第５９０１３５号明細書（１９８４年３月１６日）に示 されたような自動整列システム３４を含んでいる。このシステムはマスク上の整 列マークを検知し、適切な整列を維持するための位置調節メカニズムを動作する 。半導体ウェハー基体３６は、マスクの下のウェハープラットフォーム３７上に 設置されている。形成され平行にされたイオンビームは、ウェハー上でレジスト を露光するためにマスクパターンにより線を描かれた領域を除いたマスクを通過 する。ウェハープラットフォーム３７は、基体上のマスクパターンを繰返すため に当業者に知られているステップおよび反覆運動を行う適切なメカニズムを備え ている。８極デフレクタ３０は非標準的な可能性のあるマスクチャネリング軸と ビームを整列させるため、このデフレクタにより発生されたイオンビームの傾き がマスクウェハー整列装置に関して明瞭な画像シフトを実現できることに留意す るのは重要である。

このシフトは、８極デフレクタ電圧をマスクウェハー整列電子装置に供給するこ とにより実時間で修正される。したがってイオンビームシフトを補償するウェハ ー位置変更はこのようにして実現される。

可変電力供給源３８は、必要な電圧を加速コラムの種々の段に供給する。ビーム の安定性および統一性を維持するために、調整および０．１％以下のリップルを 有する電力供給源が使用される。さらに確実な安定性が必要な場合、閉じたフィ ードバック制御ループが最初のビームの電流レベル、またはセクタ磁石を通過し た後のビームエネルギーのようなパラメータを制御するために挿入される。一般 にビーム電流強度は、予め定められた値の１０％以内に維持されなければならな い。

電力供給源３８は、イオン供給源４に対して２００〜３００ｋＶの範囲のＤＣ電 圧を、抽出電極６、開口ブレート１２および第１のレンズの入口シリンダ１８に 対して１９２〜２ＨｋＶの範囲の電圧を、また第１のレンズの出口シリンダ２０ 、開口ブレート２６および第２のレンズの入口シリンダ２２に対して１８０〜２ ４０ｋＶの範囲の電圧を供給し、第２のレンズの出口シリンダ２４は接地される 。電力供給源からの電圧出力は全て一緒に変化するため、全電圧出力は各々の範 囲以内で、いずれの所定時間でも類似の場所に存在する。

イオン供給電圧を基準として、第１のレンズ１４の出口および入口シリンダに供 給される電圧の比率は５：１であり、第２のレンズ１６の出口および入口シリン ダに供給される電圧の比率も同様に５：１であることが理解される。特に電力供 給源３８からの種々の電圧出力が前記の範囲の中間にあるならば、抽出電極６お よび第１のレンズの入口シリンダ１８におけるイオン供給源に関する電圧は一１ ０ｋ　Ｖであり、第１のレンズの出口シリンダ２０および第２のレンズの入口シ リンダ２２における電圧は一５０ｋ　Ｖであり、第２のレンズの出口シリンダ２ ４における電圧は一２５０ｋ　Ｖである。電力供給源３８からの出力は互いに縦 １列になって変化するので、電力供給源の調節により、２つのレンズの間におい てビームディメンションを保持する５：１の電圧率を維持しながら、容易にビー ムパワーを変えることができる。

好ましいＨ＋イオン供給源が、第２図および第３図において詳細に示されている 。Ｈ２ガスはアークチャンバー４０の中に流入され、このアークチャンバーにお いてタングステンフィラメント４２からの電子がガスをイオン化してプラズマ放 電を生成する。チャンバーの中央方向に対するプラズマを限定するためにアーク チャンバーの円柱状の軸を中心に設けられた８極装置の形態で稀土類（Ｓｍ　− Ｃｏ　）永久磁石４４が設置される。磁界は電子経路を長くし、プラズマ内部で の電子イオンの衝突をさらに引起し、Ｈ２のＨ＋への変換を高める。

チャンバーの外側にある磁界は、隣合う磁石対を結合する軟鋼ヨーク４６によっ て固定されている。クランプ４８は、アークチャンバーに関して一定の位置にそ れを保持するために各ヨークの内部に設けられる。磁石を放電電力による過熱お よび磁界の強度損失から保護するために、アークチャンバーはチャンバーの背面 板５２において開口５０を通してフレオンガス流により強制冷却される。

アークチャンバーの内側で磁界の強度は、磁極近くの壁における約１．５ｋＧか らチャンバー中心軸でのＩＯＣ以下に変化する。この装置は、高い放電効率の結 果による陽極壁での高い電子制限性と静止プラズマが発生される低いフィールド 範囲（２０Ｇ以下）とを結合する。電子は、陰極電位でバイアスされたグラファ イト電極５４によってアークチェンバーのどちらかの末端で制限される。プラズ マ制限電極上のこのバイアスは、以下で論議される抽出電極の影響を受ける前に 放出イオンの最初のコリメーションを行なう。

制限電極５４は、アークチェンバーの放出端から前方に延在する窒化ホウ素絶縁 固定体５６上に設置されている。第１の抽出電極５８は制限電極５４に平行で、 かつそれから間隔を隔てて絶縁固定体によって支えられ、一方策２の抽出電極６ ０も制限電極５４に平行で、かつ制限電極５４の反対側において第１の抽出電極 ５８から間隔を隔てて絶縁固定体によって支えられている。各電極はアークチャ ンバー内部からのイオンビームの通路として中央開口を備えている。

第２図および第３図に示されるそれぞれのイオン供給装置の代りに、アークチャ ンバーとおなし同心で軸方向に極性を与えられた１セツトの環状磁石が使用され てもよい。この装置は幾分広い無磁界領域を提供するが、チャンバー壁での磁界 強度が低いことによる低い全体効果を有するために電子がかなり損失される。し かしながら所望されれば、広い無磁界領域が広い範囲のビーム抽出を行なうこと ができる。

仮想ポイント供給源を持つイオンビームを得るために使用される抽出メカニズム の詳細は第４図に示されている。ディメンション、相対的な位置および電極に供 給される電圧は、所望の大きさおよび発散角度を有するイオンビームを生成する ように設計されている。第４図における電極の配置の方向は、第２図に示された のの鏡像である。制限電極５４は厚さ約０．２５ｍｍで、軸から外側に６７°の 角度で拡大する直径０．２５ｍｍの開口６２を有する。他の電極に供給された電 圧と比較するために電極５４の電圧電位をゼロとする。

第１の抽出電極５８は電極５４から約５１１１０１の間隔を付けられ、また厚さ ０．５■で直径０．２５ｍｍの開口６４を有し、電極５４に関しては一２ｋＶの 公称供給電圧が供給される。

第２の抽出電極６０は、実際には１対の平行な電極６Ｂおよび６８から成る。電 極６６の中心は、第１の抽出電極５８の中心から約１０１１１ｍの間隔を付けら れｌＩＤｌ１１の厚さを有する。電極６８は、厚さ０．５ｍｍであり、その中心 は電極５８から反対側で電極６Ｂの中心から２ｍｍの間隔を付けられている。電 極６６およびＢ８の各開ロア０および７２の直径はそれぞれ０．２５１１１１１ １であり、電極５８および５４の各開口と整列されている。−１０，１ｋＶおよ び一１Ｏｋｖの公称電圧がそれぞれ電極６６および６８に供給される。電極６０ は、下流電子の放電チャンバー流入を阻止するための僅かに高い電圧をもつ第１ の電極を具備した２重平行電極装置として構成される。

各電極に供給された公称電圧は、ビームの出力エネルギーを制御するために±２ ０％以下で調節が可能である。図示された装置により８乃至１２ｋｅＶのＨ＋ビ ームは電流を有し、および±１０％以内で一定のコリメーションで生成されるこ とができる。２つの加速レンズと共にコラム設計において、このエネルギー範囲 は２００乃至３００　ｋｅＶの最終ビームエネルギーに一致する。

抽出ビームのコリメーションを改善するために、電極５４と５８との間の第１の ギャップにおける電界の強度は、電極５８と６６との間の第２のギャップにおけ る電界の強度の半分である。

電流強度、電源効率およびビームコリメーションについて高められる特性は、プ ラズマ制限電極５４を供給源陰極電位でバイアスすることにより実現され、第４ 図において供給源陰極電位はゼロと示されている。制限電極５４中の開口６２の 小さい直径は、イオン供給源から非常に少ない中性ガスの流れを発生させる。結 果としてＨ２ガスは放電チャンバーの中で長い時間停止し、Ｈ＋イオン発生の確 率を高める。さらにガスの負荷が低いため１０ウトール以下の背景圧力は、第２ のレンズ１６の領域におけるコラムの低い電圧の末端から真空ポンプで排気する ことで、イオン供給源領域において維持される。このようにチャージ変換処理に よるビーム電流の損失は減少され、分離した高電圧真空システムまたは邪魔な差 動ポンピング装置を必要とせず電圧絶縁状態が保持される。第４図のビーム抽出 メカニズムは、１５〜２０μへのビームを１０ｋｅＶでｌＯ〜１２ｏｒａｄの発 散角度角度、および５Ｘ１０−６）−ル以下の背後圧力により生成するために使 用されている。

可変磁界セクタ電磁石８の好ましい形状は第５図に示されている。抽出電極から 出た拡大ビーム７４は一般に、Ｈ原子やＨ分子、イオン供給源の内側のスパッタ リングから生じた金属イオン、および時には不純物ガスからのイオンのような所 望しない粒子を含んでいる。磁石８はビーム内の種々の粒子の経路を角度的に偏 向する。各粒子が偏向される割合いはその質量に反比例し、磁石はＨ＋イオンだ けがＭＩＢＬコラムの軸に対応する所望の経路７６に沿って連続的に伝送される ように特別に設置されている。磁石はその円筒対称性を変えることなくＨ＋イオ ンを設計された経路７Ｂと整列するように偏向するように動作する。したがって 磁石から出たＨ＋ビーム７８は、レンズ１４および１Ｂによるビームの後の処理 に重要な仮想ポイント供給源を特徴とする。Ｈ＋２で構成されているビーム８０ のような重い粒子は、それより軽い質量のものより偏向が小さく開口ブレート１ ２により遮断される。

磁石８の主要な特性は第５図に示されている。２０°のセクタ電磁石は、１．５ ｃｍの磁極ギャップがあり、平坦で傾斜した磁極表面を有するものが使用される 。入口および出口磁極表面の傾きは、それぞれ＋８．２°および＋５，５°であ る。

１０ｋｅＶの投射ビームエネルギーおよびｌｋＧの磁界に対して、磁石は３．２ 以上の質量分解能を有し、開口ブレート１２の後方１２．９ｃｍの箇所に設置さ れたポイント供給源８２から出て来るように見える対称的なビームを生成する。

磁極構造が第６図に示されている。鉄ヨーク８４は、その周囲に導電コイル（図 示されていない）が巻き付けられている鉄芯８６と、複数の磁極８８の１つとの 間の磁気結合を行いそれらを支える。対置された磁極部分９０および鉄芯８Ｂの 反対は、第２の鉄ヨーク（示されていない）によって支持され、磁気的に結合さ れている。イオンビームは２つの磁極部分の間を通過して、その間の磁界によっ て偏向される。

イオン供給源抽出メカニズムは正確に固定されるか、または位置的に磁石および コラムレンズ群に関して調節される。

一般に機械的整列の正確性はビーム直径の１０％以下である。

取り付は構造は、イオン供給源とＸｒＶを方向および角度的な微調節を行なう磁 石構体の両者に対して設けられることが好ましい。イオン供給源と整列するよう にした磁石取付は構造の一部分が第７図に示されている。ヨーク８４を適所に保 持する支持構造９２は、供給源および抽出電極からイオンビームを受入れる入口 ポート９４、磁石から出る偏向されたＨ＋ビームを送出する出口ポート９６、お よび磁石の反対側で入口ポート９４と同軸である整列ポート９８を含む。第２の 整列ポート１００は出口ポート９６と同軸の磁石の反対側に形成される。磁石構 体はポート９６および１００の軸に沿って導入されたレーザービームを使用して ＭＩＢＬコラム軸と整列され、一方磁石構体は開口９４および９８の軸に沿って 導入されるレーザービームを使用してイオン供給源と整列される。イオン供給源 および磁石の物理的に小さいディメンションによりＭＩ　ＢＬシステムの高電圧 部分を含む完全な装置が、非常にコンパクトな幾何学構造の中に実現される。

第１図に戻ると、Ｈ＋ビームは磁石を通過した後に第１のレンズ１４に達し、こ のレンズ１４は、３より大きい係数で開口ブレート２θにおけるビーム交差ポイ ントを超えたビームの発散角度を増加させる。ビームは、第２のレンズ１６の主 要平面に到達するまで開口ブレート２Ｂを超えてコラム軸に沿って約２７、ｃｍ 移動しながら発散する。ここでＨ＋イオンは２ｍｒａｄ以下の集束と、１　、７ ｃｍ以上の直径を有する平行なビームにされる。

Ｈ＋イオンは、パワー供給の設定により決定される２００乃至３００ｋｅ　Ｖの 最終エネルギーを有してレンズから出る。レンズ１Ｂから出た後、ビームは８極 デフレクタ３０へ入る前にビームプロフィールの縁部の全ての不均一性を取除く ためにプレート２８の開口によって直径約１．５ｃ＋ｎまで集束される。８極デ フレクタ３０においてビームはマスク３２のチャネリング軸と整列するように導 入される。

このように本発明によるＭＩ　ＢＬシステムおよび方法は、従来技術をしのぐ著 しい優位性を提供することを示している。

それは別のシステムよりさらにコンパクトであり、そのため半導体組立てクリー ンルームに係わるコストを減じ、外部の磁界によるビーム偏向の可能性を減少し 、真空ポンピングの必要性を減じるものである。示されたシステムは、ＭＩＢＬ に必要な動作能力全てをパッケージ内に提供し、このパッケージは典型的なイオ ン注入アクセルレータの１／４〜１１５の大きさであり、よりエネルギー効率が 良く、大きさでは電子ビーム露光コラムに匹敵する。それは、ビームエネルギー と必要規模の類似した範囲を持つイオンビーム露光システムの内で最もコンパク トなものであり、イオン注入装置より非常に安価であると考えられている。多数 の変化および代りの実施例が技術者により行うことが可能であり、本発明は添付 した請求の範囲によってのみ限定されるものである。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）マスクされたイオンビームリソグラフシステムにおいて、 イオン供給源と、 イオンを供給源から抽出し、イオンを発散ビームに形成するための手段と、 リソグラフィック露光に適した発散およびディメンションを有するビームを実質 上平行にする手段と、クリスタルラインチャネリングマスクをビーム経路に設定 する手段と、 平行にされたビームをマスクのチャネリング軸に整列させるように方向付ける手 段と、 マスクをレジストで覆われた基体と整列させてマスクされたビームを受取る手段 と、 マスクパターンを基体上で繰返すためにビームに関して基体を迅速に移動する手 段とを具備しているマスクされたイオンビームリソグラフシステム。 （２）抽出されたイオン経路にセクタ磁石を有し、その磁石はビーム中で各粒子 の質量にしたがって粒子を偏向するように構成され、磁石は所望のビームパスに 沿って予め定められた質量のイオンを移送する請求の範囲第１項記載のマスクさ れたイオンビームリソグラフシステム。 （３）抽出されたイオンを発散ビームに形成するための前記手段は、イオン供給 源と最初の発散角度でイオンをビームに形成するための磁石との間に設置された 手段を有し、レンズは磁石とコリメーティング手段との間のイオン経路に設置さ れ、磁石から出たビームの発散角度を増加させるように構成されている請求の範 囲第２項記載のマスクされたイオンビームリソグラフシステム。 （４）抽出手段はイオン供給源から連続して間隔を付けられた１対の電極と、比 較的低い電圧を供給源に近い電極へ、また比較的高い電圧を供給源から遠い方の 電極へ供給する手段を有し、電極間隔と供給電圧は予め定められた発散角度を有 するイオンビームにおける電極を通って供給源からイオンを抽出するために供給 源と供給源に近い方の電極との間、および２つの電極との間で電界を設定するよ うに選択されている請求の範囲第２項記載のマスクされたイオンビームリソグラ フシステム。 （５）平行にされたビームを方向付けてマスクのチャネリング軸と整列させる手 段は、コリメーティング手段とマスクとの間に設置された８極デフレクタを有す る請求の範囲第１項記載のマスクされたイオンビームリソグラフシステム。 （６）ビームコリメーティング手段はビーム経路に設置され、その基本的な部分 を消去することなく実質的にビームを平行にするように構成されたレンズを有す る請求の範囲第１項記載のマスクされたイオンビームリソグラシステム。 （７）抽出手段はイオン供給源から連続して間隔を付けられた１対の電極と、比 較的低い電圧を供給源に近い電極へ、また比較的高い電圧を供給源から遠い方の 電極へ供給する手段を有し、電極間隔と供給電圧は電極を通った供給源からのイ オンを抽出し、予め定められたエネルギーレベルを抽出されたイオンに供給する ように選択され、コリメーティング手段は予め定められた量でイオンエネルギー レベルを高めるための手段を有する請求の範囲第１項記載のマスクされたイオン ビームリソグラフシステム。 （８）電圧を電極に供給するための前記手段は、供給された電圧を同じ割合いで 調節し、高められたイオンエネルギーレベルを調節する手段を有する請求の範囲 第７項記載のマスクされたイオンビームリソグラフシステム。 （９）抽出手段とコリメーティング手段との間のビーム経路と隣合って設置され た複数の電極を有し、前記電極は、基体の連続した露光シーケンスのビームブラ ンキング期間中ビームがマスクから離れるように偏向されるように構成されてい る請求の範囲第１項記載のマスクされたイオンビームリソグラフシステム。 （１０）前記電極はコリメーティング手段に関してビームを形成し整列するよう に構成された８極デフレクタを有する請求の範囲第９項記載のマスクされたイオ ンビームリソグラフシステム。 （１１）マスクされたイオンビームリソグラフシステムにおいて使用されるビー ム形成メカニズムにおいて、実質上のポイント供給源を有するＨ＋イオンビーム を生成するように調節されたＨ＋イオンビーム供給源と、ビーム中の粒子を各粒 子の質量に応じて偏向するために、ビーム経路に設置されたセクタ磁石と、磁石 からのイグジットビームを実質的に平行にするための光学的な手段とを有し、 前記磁石は所望のビーム経路に沿ってＨ＋イオンを偏向し、質量の大きい方のビ ーム中の粒子を別の経路に沿って偏向し、１．５ｃｍの磁極ギャップ、実質上＋ ８．２°の傾斜角度で平坦な入口磁極表面、および＋５．５°の傾斜角度で平坦 な出口磁極表面とを有する２０°のセクタ電磁石としての特徴を実質上有するビ ーム形成メカニズム。 （１２）光学的な手段は、磁石から出たビームの発散角度よりも実質上大きい集 束角度を持つ磁石から出たビームの焦点を合せるように構成された第１のレンズ と、第１のレンズから出たビームの交差点から光のビームを実質上平行にするよ うに構成された第２のレンズとを有し、第２のレンズはビーム経路中の所望の平 行にされたビームの直径に対応する位置に設置されている請求の範囲第１１項記 載のビーム形成メカニズム。 （１３）マスクされたイオンビームリソグラフシステムにおいて使用するための ビーム形成メカニズムにおいて、予め定められた発散角度を有する所望のイオン のビームを生成するように構成されたイオンビーム供給源と、所望のイオンとは 異なる質量の粒子をビームから取除くための手段と、 前記予め定められた発散角度より実質上大きい集束角度によりビームの焦点を結 ばせるためにビーム経路に設置された第１のレンズと、 第１のレンズからのビームの交差ポイントを超えて実質的にビームを平行にする よう構成された第２のレンズとを有し、ビーム経路中の平行にされた所望のビー ム直径に対応する位置に設置されているビーム形成メカニズム。 （１４）第１および第２のレンズは各々２重シリンダレンズであり、ビームを形 成し、ビーム中のイオンを加速するために各レンズの入口および出口シリンダの 間の予め定められた電圧差比を設定する手段を有する請求の範囲第１３項記載の ビーム形成メカニズム。 （１５）前記予め定められた電圧差比を維持しながら、各レンズの入口および出 口シリンダの間の電圧差の絶対値を変化させる手段を有する請求の範囲第１４項 記載のビーム形成メカニズム。 （１６）イオンビーム供給源は、最初のエネルギーレベルをビームイオンに与え る抽出出口電極を有し、第１のレンズの入口シリンダと同じ電圧レベルに前記電 極を維持する手段と、第２のレンズの入口シリンダと同じ電圧レベルに第１のレ ンズの出口シリンダを維持する手段とを有する請求の範囲第１４項記載のビーム 形成メカニズム。 （１７）イオン供給源、抽出電極／第１のレンズの入口シリンダ、および第１の レンズ出口シリンダ／第２のレンズ入口シリンダは、第２のレンズ出口シリンダ の電圧に関しておよそ２００〜３００ｋＶ，１９２〜２８８ｋＶ，および１６０ 〜２４０ｋＶの範囲以内にそれぞれ維持される請求の範囲第１６項記載のビーム 形成メカニズム。 （１８）第１のレンズヘの入口におけるビームの発散角度は約１０ｍｒであり、 第１のレンズは３以上の係数でビームの交差点を超えるとビームの集束角度を増 加し、第２のレンズで平行にした後のビームの直径は約１．７ｃｍ以上であり、 第２のレンズを通るビーム供給源からのコラムの全長は１〜２メートルのオーダ ーである請求の範囲第１４項記載のビーム形成メカニズム。 （１９）第１のレンズの焦点の周辺にビーム開口を有し、その開口はビーム中に 漂流イオンを限定できる程小さい直径を有する請求の範囲第１４項記載のビーム 形成メカニズム。 （２０）粒子除去手段と第１のレンズとの間のビーム経路に設置された８極デフ レクタを有し、８極デフレクタはビームが偏向されてその経路から離れるように 、また第１および第２のレンズに関してビームが形成され、整列されるように構 成されている請求の範囲第１３項記載のビーム形成メカニズム。 （２１）リングラフ処理で使用するために適切なビームを生成するための方法に おいて、 発散イオンビームを形成し、 ビームを実質上平行にし、 ターゲットに関して予め定められた位置でリソグラフィックマスクを保持し、 平行にされたビームをマスクと予め定められた整列へ導き、マスクを介して送ら れたビームでターゲットを照射するステップを有する方法。 （２２）ビームは最初の発散角度で形成されており、さらに最初の発散角度より 大きい集束角度でビームの焦点を結ばせるステップを有し、焦点が結んだ後のビ ームは発散角度が増加し、最初の発散角度より短い距離で所望する大きさのビー ムに達する請求の範囲第２１項記載の方法。 （２３）ビームはＨ＋イオンを有し、Ｈ＋より質量の大きい粒子をビームから取 除くように構成されたセクタ磁石を介して最初のビームを通すステップを有する 請求の範囲第２２項記載の方法。 （２４）ビームイオンは焦点を結ばされ、再度のコリメーションの間にさらに高 いエネルギーレベルに加速される請求の範囲第２２項記載の方法。 （２５）ビームは、所望のレンズの大きさに対応するビーム交差点を超える距離 を設定するコリメーティングレンズを通過することによって平行にされる請求の 範囲第２２項記載の方法。 （２６）ビームが平行にされる前に、ビームをマスクヘの経路から偏向すること でビームをブランキングするステップを有する請求の範囲第２１項記載の方法。 （２７）マスクはチャネリングマスクである請求の範囲第２１項記載の方法。