JP4949843B2 - 荷電粒子ビームレット露光システム - Google Patents

Description

この発明は、荷電粒子露光装置のための荷電粒子光学システム、特に荷電粒子を使用するマスクレスリソグラフィシステムに関する。

リソグラフィシステムの開発は特に、１８カ月ごとに単位面積当たりのトランジスタの個数が二倍になるというムーアの法則に沿って促進されている。従って大きさが急激に減少し、パターンを提供するために現在使用されているマスクのコストの急激な増加に帰着している。マスクのコストの増加を避けるため、いくつかのマスクレスリソグラフィの構想が開発途上にある。これらの構想では、パターンはパターンデータによって表される。マスクはパターンを保存する高効率な方法であるので、このようなパターンを記述する行データの量は膨大である。

現在のマスクレスリソグラフィは、スループットすなわち時間当たりに処理されるウェハの枚数に限界がある。

この特徴は、現在、これらのシステムの使用を半導体要素処理ラインの中に制限している。マスクレスリソグラフィシステムのスループットは、複数のビームレットを使用することによって、および／または、データレートを増大させることによって、高めることができる。

データの供給は二つの方法によって増大させることができる。データレートを増大させる第一の方法は、パターンデータをビーム源に直接送り、従って源のオンオフを切り換えることである。あるいは、源が一以上のビームレットを連続的に発し、パターンデータは、パターン形成されるターゲットに向かう経路に沿って発せられたビームレットを変調する変調手段に供給される。

源へのデータ供給は、データレートが増加すると、問題になる。個々の源は、源に依存していて容易に大きくなり過ぎる整定時間を有している。従ってビームレットをそれらの光学経路に沿って変調することが好ましい。

荷電粒子ビームリソグラフィシステムでは、これらの変調手段はたいてい静電偏向アレイであり、それはブランキング絞りアレイ（ＢＡＡ）または偏向アレイとしても知られている。このようなアレイの例はアドバンテストによる米国特許第６１８８０７４号およびキヤノンによるＥＰ特許出願第１２５３６１９号に開示されている。ある偏向素子辺への電気信号の供給においては、対応する絞りの上に電場が確立され、これが絞りを通過する荷電粒子ビームの偏向を生じさせる。偏向アレイの後ろに絞りプレートを置くことにより、ここで絞りは偏向アレイ内の絞りに整列されており、偏向されたビームは遮断され、従ってターゲットに到達しない。

荷電粒子が偏向アレイに到達する前に、多くの場合、ビームは絞りアレイを通過する。この絞りアレイはいくつかの機能を有している。単一源を備えているリソグラフィシステムにおいては、発せられたビームを複数のビームレットに分割することがよく行なわれる。さらに、それは偏向アレイにおけるビームの開口角を決定する。加えて、絞りアレイは、偏向アレイ上の熱負荷を減らし、それによりそのパフォーマンスを高める。

特に小型の多ビーム設計において、例えば表面の荷電または荷電表面の不規則さに起因する、システムの連続した構成要素（レンズ、絞りなど）の不整列または例えば外部電磁場によるビームの位置のわずかな変化は、ドーズ変動をもたらす。ドーズ変動の結果として、パターン形成する特徴の微小寸法の制御はもはや保証されない。不整列の問題を処理する一つの方法は、各ビームレットの開口角を増大させること、すなわち、絞りアレイ上でのビームレットの断面をそれが通過する絞りよりも大きくすることである。そのようにして、絞りの全範囲が照明されることが保証される。

このアプローチはいくつかの欠点を有している。それは、高いスピードと正確なドーズ安定性が要求されるときに当てはまる。比較的大きい断面は絞りアレイへの熱負荷を増大させる。さらに、ビームレットを完全に遮断するに必要な偏向の量が増え（説明のために図画を参照のこと）、それはスピードを減らし、従ってこのようなシステムのスループットを減らすであろう。また、基板の位置における正確なドーズ制御のために、可能な限りビーム強度のシルクハット分布に近づけることが望ましい。ビームの大きい開口角はビームが大きい尾を持つようにさせる。

本発明の目的は、荷電粒子光学システムにおいて直面する前述の問題を解決する構成を備えたマスクレス荷電粒子リソグラフィシステムを提供することであり、特に単ビームと多ビームを問わず荷電粒子ビームリソグラフィシステムに使用されるそのようなシステムを提供することである。従ってスピードと安定性が改善された荷電粒子光学システムを提供することを探求する。

本発明は、荷電粒子ビーム露光装置のための荷電粒子光学システムを提供する。このシステムは第一の絞り手段とレンズ系と偏向手段と第二の絞り手段を備えており、
第一の絞り手段は、少なくとも第一の実質的に丸い絞りを備えていて、発せられた荷電粒子ビームを部分的に遮断し、少なくとも一つの荷電粒子ビームレットを形成し、
レンズ系は、少なくとも一つのレンズを備えていて、前記粒子ビームレット、これは前記第一の絞りから生じるか到着する、を前記レンズの結像焦点面内またはその近くに集束させ、
偏向手段は、前記結像焦点面内に実質的に配置されており、少なくとも一つのビームレット偏向器を備えていて、前記偏向器を通過する前記荷電粒子ビームレットを制御信号の受信と同時に偏向し、
第二の絞り手段は、第一の絞りの共役平面内に位置する少なくとも一つの第二の実質的に丸い絞りを備えていて、前記第二の絞り手段は前記第一の絞り手段および前記ビームレット偏向器と整列しており、前記ビームレット偏向器による偏向と同時に前記荷電粒子ビームレットを遮断し、さもなければそれを透過する。

先の絞りまたは絞りアレイを次の絞りまたは絞りアレイ上に結像することはシステムを整列に関してより安定にすることが分かった。

この点に関して、レンズまたはレンズ系の一方の側の平面によって形成される平面と遮蔽または遮断によるレンズまたはレンズ系の反対の側にあるその像平面とは共役な平面となっている。

ある実施形態では、システムは、複数の荷電粒子ビームレットを使用する荷電粒子ビーム露光装置のための本発明によるシステムに関しており、前記第一の絞り手段は複数の前記第一の絞りを備えていて、これらは絞りアレイを形成しており、これは各ビームレットに一つの絞りを有しており、前記レンズ系は複数のレンズを備えていて、これらはレンズのアレイを形成しており、各レンズは第一の絞り手段からの複数の荷電粒子ビームレットの一つを集束させるように位置しており、前記第二の絞り手段は複数の前記第二の絞りを備えていて、これらは絞りアレイを形成しており、前記偏向器は複数の前記ビームレット偏向器を備えていて、各ビームレット偏向器は、露光されるべき望ましいパターンに対応している制御信号を受信すると同時に通過する荷電粒子ビームレットの偏向のために位置している。

システムのある実施形態では、前記レンズは静電レンズで構成される。

別の実施形態では、前記ビームレット偏向器は静電偏向器で構成される。さらなる実施形態では、前記静電偏向器は少なくとも二つの偏向電極を備えている。

ある実施形態では、複数のビームレットを使用する装置に使用されるシステムは、第二のレンズ系をさらに備えており、これは、前記第一の絞り手段の前に配置されていて、複数のレンズを備えており、これらはレンズのアレイを形成しており、前記レンズは前記ビームレットを集束するために配置されている。

さらなる実施形態では、システムは第三のレンズ系をさらに備えており、これは、前記第一の絞り手段の前に配置されていて、複数のレンズを備えており、これらは前記第二のレンズ系の主要な平面内に荷電粒子ビーム露光装置の源の像を投影するように配置されており、荷電粒子光学システムはさらに第三の絞りアレイを備えており、第二のレンズアレイは前記第三の絞りアレイの像を前記第一の絞りアレイ上に投影するように配置されている。

本発明はさらに複数の荷電粒子ビームレットで基板を露光するための荷電粒子露光装置に関する。この装置は第一の絞りアレイとレンズ系と第二の絞りアレイとを備えており、第一の絞りアレイは複数の第一の絞りを備えており、一つの絞りは各荷電粒子ビームレットに対応しており、レンズ系は複数のレンズを備えており、これらはレンズのアレイを形成しており、前記レンズは前記第一の絞りに整列しており、第二の絞りアレイは複数の第二の絞りを備えており、これらは前記第一の絞りに整列しており、前記第二のレンズ系は前記第一の絞りアレイと前記第二の絞りアレイの間に配置されていて、前記第一の絞りアレイを前記第二の絞りアレイ上に結像させる。

ある実施形態では、装置は少なくとも一つのさらなる絞りアレイと少なくとも一つのさらなるレンズアレイとを備えており、レンズアレイは各絞りアレイ間に位置していて、先の絞りアレイを次の絞りアレイに結像させるように配置されている。

本発明はさらに少なくとも一つの荷電粒子ビームレットで基板を露光するための荷電粒子露光装置に関する。この装置は実質的に丸い第一の絞りアレイとレンズ系と実質的に丸い第二の絞りアレイと偏向手段とを備えており、第一の絞りは前記荷電粒子ビームレットの一部を遮断し、レンズ系は少なくとも一つのレンズを備えており、前記レンズ系は前記第一の絞りに整列しており、第二の絞りは前記第一の絞りに整列しており、偏向手段は少なくとも一つのビームレット偏向器を備えていて、制御信号の受信と同時に前記偏向器を通過している前記ビームレットを偏向し、前記レンズ系は、前記第一の絞りと前記第二の絞りの間に配置されており、前記第一の絞りの像を前記第二の絞り上に投影し、前記偏向器は前記レンズ系の結像焦点面内に実質的に置かれている。

様々な熟慮された実施形態では、この装置は上述した特徴または以下の実施形態の記述の特徴の一以上を有することができる。

本発明はさらに、本発明によるシステムまたは装置を使用してターゲット露光表面上にパターンを露光する方法に関している。

本発明はさらに、本発明のシステムまたは装置で処理された基板に関している。

本発明のある実施形態では、前記荷電粒子ビームまたは荷電粒子ビームレットは電子ビームである。別の実施形態では、前記荷電粒子ビームまたは荷電粒子ビームレットはイオンビームである。

本発明はさらに、前述の本発明の荷電粒子光学システムの装置を備えた荷電粒子ビームリソグラフィシステムに関している。

本発明はさらに、このような荷電粒子ビームリソグラフィシステムで処理された基板に関している。

本発明はさらに、前述の装置を備えた荷電粒子ビーム検鏡システムに関している。

図１は、荷電粒子源と二つの絞りと二つのレンズと一つの静電偏向器とを備えた荷電粒子ビーム露光装置の光軸に沿った断面を示している。図１Ａは、図１の上面を示している。

源１は発散性荷電粒子ビーム２を発する。第一の絞り３は、実質的に丸く、第一のレンズ４に入射するビームの開口角を制限する。さらにそれはシステムから熱を取り除き、これにより第一のレンズ４のパフォーマンスを高める。前記レンズ４はビームを実質的に静電偏向器５の平面上に集束させる。偏向器５は、制御信号の受信と同時に、通過する荷電粒子ビームを偏向させる。第二の絞り６は、実質的に丸く、いくつかの目的を持ち得る。第一に、第二のレンズ７上に入射するビームの開口角を制限してよい。第二に、静電偏向器５によって偏向されたときにビームを遮断する。ビームが第二の絞り６を透過したとき、第二のレンズ７はそれを像平面８上に集束させる。

図２は、多ビームシステムに対する動作の同じ原理を示している。複数のビームレット９は、第一の絞りアレイ１０と、第一のレンズアレイ１１と、偏向器アレイ１２と、ビームレットストップアレイとして働く第二の絞りアレイ１３と、第二のレンズアレイ１４、それは透過ビームレット１５を像平面８上に再び集束させる、とを連続的に通過する。レンズアレイの代わりに複数の単レンズ、これらは一つの平面上に配置されている、を使用することも可能である。これらすべての構成要素の機能は図１中の同等物に同等である。ビームレット９は、複数の荷電粒子源で、または、単一荷電粒子源によって発せられたコリメートされた荷電粒子ビームを例えば絞りプレートにより分割することによって作り出されてもよい。

図１と図２に描写した構想は広く使用されているが、それは高い偏向周波数で動作するときに特に重大になる大きな不利を有している。単ビームシステムを想定すると、第二の絞り６上のスポットがはっきりと定まらない。その強度は次第に薄れていく。結果としてビームレット１６を完全に遮断するに必要な偏向角が明確に定まらない。従って遮断動作を保証するために大きい偏向角が必要である。しかしながら、高い偏向周波数では小さい偏向角が望まれる。

静電偏向器５の平面内に作り出された中間像が正確に配置されないという追加の問題が実際に起こる。

図３ａは、正確に配置された偏向器の例を示している。ビームレットは両方の絞りの範囲を満たしている。

図３ｂでは、少し回転した角度Ａがある影響が示されている。この場合、ビームレット２の一部が第一の絞り３によって遮断される。そのため、絞り６は完全に満たされず、ドーズ変動を誘発する。

図３ｃでは、図３ｂの問題を解決することを目論んで第一の絞り３の範囲が拡大されており、光学システムは入射するビームレット２の角を変動し難くいものになっている。この場合、しかしながら、ビームレット２は第二の絞り６によって部分的に遮断される。従ってこの解決策は問題を解決しない。

図３ｄでは、光軸ｏのｏから−＞ｏ’のわずかな移動の影響が示されている。周知の解決策は第一の絞りの範囲を大きくすることである。しかしながら、図３ｄから、これが問題を解決しないことは明かである。第二の絞り６はやはりビームレット２の一部を遮断している。

図４ａでは、システムをより安定にする目論みから、ビームレット２の開口角が拡大されており、また第一の絞り３が拡大されている。この状況下では、第二の絞り６がビームレット２の一部を遮断するので、この絞り上の熱負荷が増える。さらに、ビームレット２を絞りから完全に取り除くには、従って絞りプレート６を使用して抑えるには、より大きい偏向角を必要とし、従ってより強い静電場を必要とする。これは偏向器をより複雑にする。さらに、これは偏向器をより遅くする。

図４ｂは、図４の光学構成においてビームレット２の光軸のわずかな回転の影響を示している。熱負荷は相当に増える。

図４ｃは、ビームレット２の光軸のｏから位置ｏ’への移動の影響を示している。ここでも第二の絞り上の熱負荷は増える。第一の絞り３上の熱負荷も増える。さらに、像平面８上のビームレットの位置が、ビームレットの光軸の位置と一緒に、ビームレットの光軸の角と一緒に変動する。

位置変動の結果、絞りを通過する流れは個々の絞りで異なる。従って像平面８に到着する流れは荷電粒子ビームレット１５ごとに変動する。露光される表面、例えば半導体ウェハやフォトマスク、が前記像平面８上に位置しているとき、流れの変動は、ドーズ変動、すなわち、単位面積当たりの荷電粒子の個数の変動を生じさせる。これらのドーズ変動のために、高分解能の特徴を持つパターンの重要な次元制御はもはや可能ではない。位置変動の悪影響を減らす方法は、図４ｂと図４ｃに示されるように、絞りに入射する開口角を広げることである。流れの一部が「捨て去られる」けれども、個々の絞りは同様の面積の個々の荷電粒子ビームレットを透過する。

絞り上のビームスポットの位置変動によって引き起こされる追加の問題は次の通りである。源が単一ではなく、有限の大きさを有しているので、各ビームレット内の流れ分布が均一でない。ビームレットの周囲では流れ密度はより小さくなる。それで図４ａに示された解決策は問題を完全に解決しない。従って、開口角は以前よりもさらに広げられるべきであり、ビームレットの透過部分は均一な流れ密度を持つ中央領域の一部だけになる。このようにして不均一性の影響が補償される。

しかし開口角の単純な拡大は重大な不利を有している。より大きい開口角を持つ絞りに続くレンズを満たすレンズは増大する。従ってレンズのパフォーマンスは悪化する。本発明の目的は位置変動に関する前述の問題を避けるために必要な最大開口角が最小に抑えられた光学システムを提供することである。さらに本発明は、制御信号の特性によって、小さい偏向角を使用して通過するビームすなわちビームレットを遮断することを可能にする。

図５と図６は、それぞれ単ビームおよび多ビーム電子光学システムのための本発明の第一実施形態を示している。図５において、第一の絞り３は第二の絞り６の共役平面に置かれている。その結果、位置変動の影響を最小にするために第一の絞り３によって決まる要求される開口角は以前よりも小さい。従って第一のレンズ４の充てん物が減り、これはそのパフォーマンスを高める、すなわち収差がより少なくなる。さらに第二の絞りの上のスポットがはっきりし、これは通過する荷電粒子ビームの遮断を達成するための静電偏向器５の偏向角を明確にする。もし第一の絞り３上の熱負荷が大きくなり過ぎるなら、いくつかの絞り要素が荷電粒子ビームの経路に沿って連続的な順番で配置されてもよい。絞り要素は互いに整列されて、好ましくは電子光路に沿って直径を減少させる連続的な順番で配置される。この場合、ビーム制限絞り要素は第二の絞り６上に結像される。第二の絞りもまた一連の絞り要素で構成されているとき、好ましくは電子光路に沿って直径を減少させながら、第一の絞り３のビーム制限絞り要素は第一のレンズ４によって第二の絞り６のビーム制限絞り要素上に投影される。同様にして、本発明の第一実施形態は、図６に描写される多ビームシステムに実装される。

本発明の第二実施形態は、多ビームシステム、特に単一源を備えたシステムだけに適用可能である。図７は、本発明の第一実施形態が組み込まれたそのような単一源多ビーム電子光学システムを示している。荷電粒子源１７は発散性ビーム１８を発し、それはコリメータレンズ１９によってコリメートされ、第一の絞りアレイ１０に到達する。第一の絞りアレイ１０はそれからビームを複数のビームレットに分割する。残りの動作は図６に関連して述べたシステムの動作と同様である。コリメータレンズ１９はシステム中に追加の収差をもたらす。

これらの収差を減らすため、システムは図８に示されるように改造され得る。このアプローチの詳細は、この出願人によるＰＣＴ／ＮＬ２００４／０００１７４に開示されており、前記文献は完全に明らかにされるように参照される。この構成では、追加のレンズアレイ２０が前記コリメータレンズ１９と前記荷電粒子源１７の間に配置されている。追加のレンズアレイ２０の重大な加熱、それによりパフォーマンスを低下させること、を避けるため、第三の絞りアレイ２１がレンズアレイ２０と源１７の間に配置されている。絞りアレイ２１は、発せられた荷電粒子ビーム１８を複数のビームレット２２に分割し、さらに大きい熱負荷を引き受ける。

図９は、図８に描写されたシステム中に適用された本発明の第一実施形態を示している。位置変動に関する第一実施形態と同じ論法から、第三の絞りアレイ２１の位置は第一の絞りアレイ１０の共役平面内に置かれるべきである。すべてのレンズアレイ１１と１４と２０のレンズ充てん物は最小化される一方、開口角は位置変動を処理するに十分なほど大きい。さらにビームレットストップ１３上のスポットははっきりと残り、これは小さい最小偏向角による高い周波数で偏向する可能性に導く。

上の記述は、好ましい実施形態の動作を示すために含まれていて、本発明の範囲を制限することを意図していないと理解されるべきである。上述の議論から、多くの変更は、本発明の範囲を取り巻く当業者にとっては明かであろう。

本発明による荷電粒子光学システムの断面を示している。 図１の上面を示している。 多ビームレット荷電粒子光学システムの断面を示している。 問題を説明している。 問題を説明している。 問題を説明している。 問題を説明している。 さらなる問題を説明している。 さらなる問題を説明している。 さらなる問題を説明している。 本発明による単ビームシステムのための荷電粒子光学システムの第一実施形態を示している。 本発明による多ビームシステムのための荷電粒子光学システムの第一実施形態を示している。 本発明による多ビームシステムのための荷電粒子光学システムの第二実施形態を示している。 本発明による多粒子ビームシステムのための荷電粒子光学システムの第三実施形態を示している。 システムのさらに別の実施形態を示している。

Claims (13)

1. 複数の荷電粒子ビームレットを使用する荷電粒子ビーム露光装置であり、
   複数の第一の実質的に丸い絞りを備えた第一の絞り手段を備えており、前記第一の絞りは、それぞれ、荷電粒子ビームレットを部分的に遮断し、
   複数のレンズを備えたレンズ系を備えており、前記レンズは、それぞれ、前記第一の絞りから生じる前記荷電粒子ビームレットを前記レンズの結像焦点面またはその近くに集束させ、
   前記結像焦点面に実質的に配置された複数のビームレット偏向器を備えた偏向手段を備えており、前記ビームレット偏向器は、それぞれ、制御信号の受信に対して前記偏向器を通過する前記荷電粒子ビームレットを偏向し、
   前記第一の絞り手段の共役平面に位置する複数の第二の実質的に丸い絞りを備えた第二の絞り手段を備えており、前記第二の絞り手段は前記第一の絞り手段および前記ビームレット偏向器と整列していて、前記ビームレット偏向器による偏向に対して前記荷電粒子ビームレットを遮断し、そうでないときには前記荷電粒子ビームレットを透過し、前記第一および第二の絞り手段は、前記ビームレットの上流方向に見たときに、前記ビームレットの開口角を制限するために位置している荷電粒子ビーム露光装置。
2. 請求項１において、前記レンズ系が前記第一の絞りと前記偏向手段の間に位置している荷電粒子ビーム露光装置。
3. 請求項１において、前記複数の前記第一の絞りは絞りアレイを形成しており、これは各ビームレットに一つの絞りを有しており、前記複数の前記レンズはレンズのアレイを形成しており、各レンズは第一の絞り手段からの複数の荷電粒子ビームレットの一つを集束させるように位置しており、前記複数の前記第二の絞りは絞りアレイを形成している荷電粒子ビーム露光装置。
4. 請求項１または３において、前記レンズが静電レンズから構成されている荷電粒子ビーム露光装置。
5. 請求項１において、前記ビームレット偏向器が静電偏向器から構成されている荷電粒子ビーム露光装置。
6. 請求項５において、前記静電偏向器が少なくとも二つの偏向電極を備えている荷電粒子ビーム露光装置。
7. 請求項３において、第二のレンズ系をさらに備えており、これは、前記第一の絞り手段の前に配置されていて、複数のレンズを備えており、これらはレンズのアレイを形成しており、前記レンズは前記ビームレットを集束するために配置されている荷電粒子ビーム露光装置。
8. 請求項７において、前記第一の絞り手段の前に配置された複数のレンズを備えた第三のレンズ系をさらに備えており、前記第三のレンズ系のレンズは、前記第二のレンズ系の主要な平面内に荷電粒子ビーム露光装置の源の像を投影するように配置されており、荷電粒子ビーム露光装置はさらに第三の絞りアレイを備えており、第二のレンズアレイは前記第三の絞りアレイの像を前記第一の絞りアレイ上に投影するように配置されている荷電粒子ビーム露光装置。
9. 請求項１〜８のいずれかにおいて、前記荷電粒子ビームまたは荷電粒子ビームレットが電子ビームである荷電粒子ビーム露光装置。
10. 請求項１〜８のいずれかにおいて、前記荷電粒子ビームまたは荷電粒子ビームレットがイオンビームである荷電粒子ビーム露光装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つの荷電粒子ビーム露光装置を備えている荷電粒子ビームリソグラフィシステム。
12. 請求項１〜１０のいずれか一つの荷電粒子ビーム露光装置を備えている荷電粒子ビーム検鏡システム。
13. 請求項１〜１０のいずれか一つにおいて、少なくとも一つのさらなる絞りアレイと少なくとも一つのさらなるレンズアレイとを備えており、レンズアレイは各絞りアレイ間に位置していて、先の絞りアレイを次の絞りアレイに結像させるように配置されている荷電粒子ビーム露光装置。

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