JPH11317353A

JPH11317353A - 電子ビ―ム投影装置およびその動作方法

Info

Publication number: JPH11317353A
Application number: JP11021110A
Authority: JP
Inventors: Steven D Golladay; スティーブン・ディー・ゴラデイ; F Petrick Paul; ポウル・エフ・ペトリック; Hans C Pfeiffer; ハンス・シー・プフェイファー; Stickel Bernar; バーナー・スティッケル
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 1999-11-16
Also published as: US6069684A

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な解像度を有する電子ビーム投影装置を
提供する。【解決手段】電子ビーム投影装置は、高い放射度の電
子源１０、軸可変レンズ８、曲線ビーム飛しょう経路１
０４、レチクル２０４、および／または二重走査モード
におけるターゲット運動とを有する。ターゲットおよび
／またはウェハー２２４は、ビーム走査の方向に直交し
て一定に動く。高スループットは、０．１μｍフィーチ
ャー・サイズ基本ルールに一致して得られる。この場
合、４００ｍｍより大きいカラム長、約４〜３５μＡの
ビーム電流、約７５〜１７５ｋＶのビーム・エネルギ
ー、約３：１〜５：１の光学的縮小率におけるターゲッ
トでの０．１〜０．５のサブフィールド・サイズ、２ミ
リラジアンより大きい、好適には３〜８ミリラジアンの
開口数、および約２０〜５５ｍｍの走査長を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般に半導体デ
バイスおよび集積回路の製造に関し、特に電子ビームに
よりリソグラフィー・レジスト露光を行うリソグラフィ
ー・プロセスおよびツールに関する。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィー・プロセスは、一般に半
導体集積回路の製造に要求される。集積回路の製造にお
いては、多くのプロセスが自己整合的に行われる（いく
つかのリソグラフィー・プロセスを回避し、およびリソ
グラフィー的に実現できるよりも小さいサイズで構造を
作製するために）プロセスおよびエレメント構成を用い
る傾向があるが、エレメントの位置を定める少なくとも
１つのリソグラフィー・プロセスが必ず要求される。リ
ソグラフィー・プロセスはそれ自体、少なくとも、レジ
ストを塗布し、レジストを乾燥し、レジストを露光し、
レジストを現像し、材料の付着または除去プロセスを実
行する多数のステップを必要とし、これらのステップは
比較的時間のかかるステップである。従って、リソグラ
フィー・プロセスは、しばしば製造ライン・スループッ
トにおける制限要因になっている。

【０００３】さらに、現在および将来の集積回路の小さ
いフィーチャー・サイズは、レジストの極めて高解像度
の露光が行われることを要求する。現時点で産業上もっ
ぱら使用されているリソグラフィー技術は、レジストを
露光する露光媒体として光（放射線）を使用することに
基づいている。光学的方法は、次のような点まで進歩し
てきた。すなわち、解像度が回析（または、より一般的
には放射線の干渉効果）により本質的に制限されるが、
収差として知られる光学系の不完全性によりはなはだし
く制限されない点にまでである。回析は、レジストを露
光するために使用される光の波長によって決定され、波
長が短い程、一般的に影響は小さい。

【０００４】従って、産業上の傾向としては、回路エレ
メントのより小さい寸法とより近い近接とを可能とする
集積回路の製造における進歩を受け入れるために、より
短い波長の電磁波を使用する方向にある。産業界での現
在の共通認識は、光の使用は、深紫外線（ＤＵＶ）の範
囲にある１９３ｎｍ（ナノメータ）の波長に制限され、
１３０〜１８０ｎｍの最小パターン寸法を可能とする最
大解像度を与えると信じられていることである。

【０００５】このフィーチャー・サイズの限界を乗り越
えようとする主な努力は、極紫外線（ＥＵＶ）さらには
Ｘ線の波長を有する電磁波の拡張範囲を使用する方向に
向けられている。しかし、帯電粒子（電子またはイオ
ン）放射の使用は、高解像度リソグラフィーの他の露光
媒体を提供する。電子またはイオンのどちらを使用する
かは、回析効果ではなく、技術の現状での他の要因によ
って制限される。このような他の要因は、光学的収差と
同等の収差（しばしば幾何学的収差と称される）と、同
一帯電粒子間のクーロン相互作用と、粒子が向かうター
ゲットの材料との相互作用（これは粒子の散乱を生じ、
近接効果として知られる露光効果を引き起こす。）こと
を含んでいる。これらの効果は、電子またはイオンのい
ずれのビームにも共通であるが、この発明では主に電子
ビームに関心がある。

【０００６】電子ビームは、ビームの近くの磁界および
電界により容易に制御できることは、周知である。この
ような制御は、プローブ形成装置として知られる構造に
おいて、約３０年にわたって産業および研究におけるリ
ソグラフィーに利用されてきた。“プローブ”（ｐｒｏ
ｖｅ）という用語は、電子ビームが電子光学的カラムに
形成され、数マイクロメーター以下のサイズの微小なス
ポットをターゲットに形成することを示すのに用いられ
ている。次に、このスポットは、電界および／または磁
界により空間および時間的に制御され、所望の回路パタ
ーンのような所望パターンを生成する。しかし、数ミリ
メーター範囲の横断寸法のチップ上に所望のパターンを
描画するためには、露光は、幾千または幾万のスポット
すなわち“ピクセル（ｐｉｘｅｌ）”（しかし、実際に
は、ビーム形成装置では、１スポットは２以上、例え
ば、約１００個のピクセルを含むことができ、“ピクセ
ル”という用語はより一般的に装置解像度と同義であ
る。）に対してを実行される順次プロセスであり、従っ
て、一度のフラッシュでチップ・パターン全体を露光で
きる光学装置での露光よりも、非常に多くの時間を消費
する。ターゲットの各領域の順次露光が行われるとき
に、ピクセル毎に補正することによって、プローブ形成
装置において収差をある程度制御できる。

【０００７】製造においては、プロセスにより要求され
る時間と、そのプロセスが行われる装置のスループット
とは、プロセスの効率にとって重要である。従って、電
界および磁界による可制御性の利点が、高スループット
の欠如に対してうまくバランスしている環境下において
は、電子ビームのみが、集積回路リソグラフィーに使用
されてきた。電子ビームによるシリコン・ウェハー上の
チップへの直接露光が、いくつかの製造業者により数年
間、限定的に使用されてきたが、電子ビーム装置は、電
磁波の投影を用いるリソグラフィー用のパターニングさ
れた光学的マスクの作製に主に用いられている。

【０００８】プローブ形成装置のスループットへの制限
を低減するために、光学的投影装置をモデルとした電子
ビーム投影装置が、開発されてきた。この電子ビーム投
影装置は、レチクルと称される潜在的に複雑なマスクに
より電子ビームを形成し、従ってレチクルの全ピクセル
を並行して理想的に投影する。縮小率（ｄｅｍａｇｎｉ
ｆｉｃａｔｉｏｎ）の使用は、非常に小さいフィーチャ
ー・サイズと微細なピッチとを可能にする。微細ピッチ
は、レチクルのフィーチャー・サイズよりも小さく、か
つスポット露光から得られるものよりも潜在的にも小さ
い。しかし、比較的小さいレチクル・サイズと比較的低
いスループットでは、投影装置のいくつかの実際的な限
界が生じてくる。例えば、収差の補正は、プローブ形成
装置におけるように、ピクセル毎に行うことはできず、
および技術の現状は、８０×１６０ｍｍのレチクルに対
応するフィールド（４：１の線形縮小率で、２０×４０
ｍｍのイメージに相当する）を、０．２５ミクロン以下
の小さいフィーチャー・サイズの基本ルールを満たす十
分な忠実度でカバーするレンズをサポートしない。さら
に、カソード電子源の電子放出面は、レチクルにイメー
ジされ、およびレチクル全体にわたってを十分に均一な
照射を与えるのに要求されるカソードの物理的サイズ
は、現在では得られていない。

【０００９】従って、プフェイファー（Ｐｆｅｉｆｆｅ
ｒ）等の米国特許第５，４６６，９０４号明細書には、
レチクルのサブセクションにわたって電子ビームを走査
して、ビーム電流の要件を低減させ、一方ではレチクル
およびターゲット面の各サブセクションまたはサブフィ
ールドに対するかなりの収差補正を可能にすることが提
案されている。なお、上記米国特許明細書の内容は、本
願明細書の内容として引用される。プローブ形成装置に
関するスループットのかなりの向上がサポートされてい
る。というのは各露光をステップ・アンド・リピート
（Ｓ＆Ｒ）でスポット毎（プローブ形成装置によって形
成されるスポットは前記に定義されている）に行う必要
がないからであり、およびプローブ形成装置は、１サブ
フィールド毎に約１０⁷個のピクセルを並行して露光
し、一方ではサブフィールド毎に収差の補正を行うこと
が可能であるからである。

【００１０】電子ビーム投影装置における他の基本的な
機能要素は、プフェイファー等の米国特許第５，６３
３，５０７号明細書に開示されているような電子ビーム
源構造と、ペトリック（Ｐｅｔｒｉｃ）の米国特許第
５，６３５，７１９号明細書に開示されているような電
子ビーム・カラムの軸を含む面内にある曲線軸に、電子
ビームを制限できるレンズ配列を含む。なお上記２つの
米国特許明細書の内容は、本願明細書の内容として引用
される。米国特許出願第０８／７６９０８４号，第０８
／７６９０４７号，第０８／７６９０８３号明細書は、
また曲線軸装置に関係し、その内容は本願明細書の内容
として引用される。ペトリックの米国特許５，６３５，
７１９号明細書に開示されている曲線軸の技術は、ま
た、照射の均一性を著しく損なうことなしに広い走査範
囲を与えるために、軸上位置および軸外位置にあるレチ
クル・サブフィールドを照射するように作用する電子ビ
ーム・カラムの一部に適用できる。

【００１１】さらに、レチクルにおける電子ビームの分
散は、プフェイファー等の米国特許５，６７４，４１３
号明細書（その内容は、本願明細書の内容として引用さ
れる）に従って軽減でき、これにより露光に利用できる
ビーム電流を、従ってツールのスループットをかなり増
大させる。さらに、解像度を制限するクーロン相互作用
を減少させるために、ビーム・イメージ形成および位置
決め制御電子装置と両立する高加速電圧を用いることが
好ましい。約１８０ｋＶの限界は、レチクルまたはウェ
ハーまたそこに既に形成された構造に対する損傷の可能
性により課されるものと考えられる。

【００１２】偏向要件を低減させ、ウェハー上のより大
きな露光フィールドと複数ウェハーの順次処理とを受け
入れるためには、レチクルおよび／またはウェハーの運
動が、一般に与えられる。既知の縮小投影装置に一般に
要求されるレチクルの高運動速度を減少させるために、
ウェハーのステップ運動と組合わせたレチクルの連続的
な円運動が、スティッケル（Ｓｔｉｃｋｅｌ）等の米国
特許第５，４３４，４２４号明細書に開示されている。
高解像度要件を満たし、従って非露光時間を最小にする
ために、レチクルまたはウェハーのステージの機械的構
造を簡略化して、重量を減少させおよび頑強さを増大さ
せるプレーナ・ステージ構造が、ドーラン（Ｄｏｒａ
ｎ）等の米国特許第５，１４０，２４２号明細書に開示
されている。レチクルおよびウェハーの加速および減速
ステージと、電子光学カラムとの間の振動的相互作用を
低減して、装置の安定性と露光精度とを改善するために
は、好適なフレーム構造が、ケンドール（Ｋｅｎｄａｌ
ｌ）の米国特許第５，５０８，５１８号明細書に開示さ
れている。これら３つの米国特許の全ては、本願明細書
の内容として引用される。

【００１３】電子ビーム投影装置のこれら基本的要素の
幾つかの組み合わせは、動作条件のかなりの範囲にわた
って、０．２５ミクロンまたは可能性としてさらに小さ
いフィーチャー・サイズ基本ルール（例えば、０．１μ
ｍ）に対して、良好な結果と高いスループットとをもた
らす。前記動作条件は、優れたリソグラフィー結果を引
き出すために当業者により任意に選択および調整でき
る。しかし、前記引用された米国特許と米国特許出願の
明細書に説明されているこれら基本的要素の特定の形態
は、解像度、信頼性または動作速度を改善することに向
けられるが、これらの要素が十分に協働して、現在およ
び将来の集積回路設計および基本ルールに適切な、高解
像度と、同時に高スループットとを無条件で与えること
は、説明されていない。逆に、予測できない臨界性が、
より小さいフィーチャー・サイズ基本ルール方式で生じ
ることがわかってきている。特に、電子ビーム投影装置
の物理的構造と動作条件とは、レジスト感度のような外
部的要因と、内部的要因（幾何学的収差、クーロン相互
作用、電子信号対雑音比を含むが、これらに限定されな
い）とに関係し、電子ビーム・カラム長と、イメージ縮
小率、ビーム電流、ビーム加速電圧、ビーム走査範囲、
開口数、サブフィールド・サイズ、レチクルおよびウェ
ハーのステージの速度、ビームおよび／またはレチクル
および／またはターゲット（例えば、ウェハー）の移送
機構を制御する制御電子装置の精度および速度との間に
重要なトレード・オフを課す。

【００１４】これらのトレード・オフの組み合わせは、
物理的構造のキーパラメータと、前記基本的要素（およ
び可能性としての他の要素）のそれぞれの動作条件との
間の相互作用の組み合わせよりなる非常に複雑な系を反
映している。このことは、０．１８μｍ以下の微小寸法
（ＣＤ）技術の製造基本ルールに適合したリソグラフィ
ーに要求されるスループット、フィーチャー解像度、ラ
イン幅、パターン重なり制御とによって性能を与えるこ
とに対して、極めて重要になる。言い換えれば、０．２
５ミクロン基本ルールよりも極めて小さいフィーチャー
・サイズ基本ルール方式に対して、前記好適な基本的要
素の技術を含む系は、相互作用の系の考察と管理とを要
求する。この系は、処理しにくい程大きく複雑で、表面
的には数学的解析を受け付けない。各要素の物理的構造
および動作条件と、全ての相互作用の計算とに関しての
経験的なパラメータの展開は、かなり多数の実験とシミ
ュレーションを要求する。前記パラメータおよび動作モ
ードの全てを含む電子ビーム投影装置の性能の技術的解
析は、この発明より以前にはなされていない。

【００１５】例えば、収差（同一荷電子の間のクーロン
相互作用による収差のような）、および他の位置的誤り
とが全ての実際的な帯電粒子系にある程度存在する事実
と、一定のフィーチャー・サイズ方式についての受容可
能な収差が、フィーチャー・サイズが小さくなると、同
一またはさらに小さいフィーチャー・サイズを保持しな
ければならない事実とを考慮すると、収差を減少させる
ことが知られている、電子ビームの加速電圧の増加によ
って、収差を小さくさせることが望ましいと思われる。
しかし、加速電圧を増大させることは、レジストの感度
をかなり減少させる。これに対しては、増大されたビー
ム電流を用いて、スループットを維持するよう補償する
ことができる。増大されたビーム電流は、電子間のクー
ロン相互作用と、結果としての収差とを増加させ、比較
的小さい利得を与え、一方ではビームを制限する絞りま
たは開口での、およびビーム位置決めおよび偏向装置の
電力消費要件を増大させ、最終的にはビームの安定性や
配置精度に影響を及ぼす。ウェハーまたはその一部の加
熱は、レジスト化学物質の制御不能な変化および／また
はウェハーの膨張や歪みを引き起こし、このことは、ビ
ーム配置、レジスト感度などに量的に依存する露光パタ
ーンのいわゆる重なり誤りを引き起こす。

【００１６】同様に、偏向誤りは、電子ビームの角度偏
向により増加する傾向にあり、およびより大きな露光フ
ィールドをカバーする（より大きな露光フィールドを、
現在の技術のレベル内で得られるレンズでカバーできる
程度に）する傾向にあり、角度偏向を、電子ビームのカ
ラム長を大きくすることで減少し、より小さな偏向角度
に偏向の変位を維持することができる。しかしながら、
電子ビームのカラム長の増大は、幾何学的収差とクーロ
ン相互作用による収差とを大きくする。電子ビーム・エ
ネルギーおよび加速電圧のスケーリングによる補償は、
ビーム電流がさらに増加しなければ、スループットを低
下させる。このことは、前述したように解像度および重
なり精度を低下させる。収差の量的変化はまた、倍率、
レンズ構造などにより影響を受け、さらに、フィールド
・サイズとレンズおよび補正器の精度との間のトレード
・オフと、レチクルとウェハーに対する位置決め装置の
精度（それらの構造の速度・精度の積により与えられる
限界を示す）とにより影響を受ける。

【００１７】従って、以下のことを理解することができ
る。すなわち、前記米国特許および米国特許出願の明細
書に説明されている好適な既知の技術を、０．２５ミク
ロンより小さい方式のリソグラフィー・プロセスと組み
合わせて適用することが必要とされる物理的構造および
動作パラメータは、全く簡単ではなく、まして最適化に
通じるものではなく、および技術のレベルは、装置の受
容できるスループットの維持と一致するより小さいフィ
ーチャー・サイズ方式で、基本的な装置要素の構造の特
定の組み合わせの成功を保証しない、ましてや光学的露
光装置に匹敵するスループットを保証しない。

【００１８】バーガー（Ｂｅｒｇｅｒ）の米国特許第
５，３８２，４９８号明細書で開示されているこの問題
の複雑さに対する手法は、考えられる要素、条件および
相互作用の数を減らし、一方では電子ビーム投影リソグ
ラフィーをより小さい方式に展開させ、スループットの
受容可能なレベルを維持することである。バーガーの米
国特許は前述したよりもかなり大きいフィーチャー・サ
イズ（０．５ミクロン）方式に関係しており、基板での
１０ｍＡ／ｃｍ²の比較的低いビーム電流密度では、ク
ーロン相互作用の故に、電子ビーム・カラムには約０．
７５ｍの有効制限が課されることの認識から始めること
は、クーロン相互作用の効果と一定のレジスト感度に対
する熱的効果との間のビーム・エネルギーと、レチクル
およびウェハーの熱放散と、熱膨張率および弾性率と
を、厳密に最適化する。ドエル時間の調整と繰り返し走
査の使用とは、バーガーの特許において利用され、重な
り誤りを許容限界内に保つが、理解できるように、スル
ープットは低下する。ドエル時間はまた、レチクルとウ
ェハーの運動に整合して、ウェハーでのイメージのぼけ
を阻止しなければならない。

【００１９】バーガーの特許は、０．５ミクロン・フィ
ーチャー・サイズ方式において受容可能なスループット
で受容可能な結果を与えるのに有効であるが、現在要求
されるかなり小さいフィーチャー・サイズ方式において
必ず有効な高解像度と一致する高いスループットをもた
らす方法を提供しない。バーガーの特許は、組み合わせ
にかかるリソグラフィー・ツールの基本的要素に対する
適切な動作パラメータ範囲についてのガイダンスを与え
るものではなく、またこのような方式におけるリソグラ
フィー・プロセスの成功を保証する方法に通じるもので
はなく、ましてやこれらの方式において要求される最大
のスループットおよび製造歩留まりについての最適化に
通じるものではない。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、光
学的露光装置に匹敵するスループットで０．２５ミクロ
ンよりも極めて小さいフィーチャー・サイズ方式に対し
て十分な解像度を有する電子ビーム露光ツールを提供す
るにある。

【００２１】この発明の他の目的は、電子ビーム・リソ
グラフィー露光装置の基本的要素に対する物理的構造お
よび動作パラメータの範囲を組み合わせで与え、０．２
５ミクロン方式よりも極めて小さいフィーチャー・サイ
ズにおいて高解像度と高いスループットを信頼性良く提
供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明のこれらのまた
他の目的を達成するために、リソグラフィー露光を行う
電子ビーム投影装置と方法が提供される。これらの装置
および方法は、ターゲットの運動の方向に直交して電子
ビームを走査する偏向装置と、２ミリラジアンより大き
い開口数で少なくとも約０．１ｍｍの横断寸法を有する
ターゲットでのイメージに対応するレチクルの一部を電
子源イメージで露光する装置とを備えている。４００ｍ
ｍより大きいカラム長、約４〜３５μＡのビーム電流、
約７５〜１７５ｋＶのビーム・エネルギー、約３：１〜
５：１の光学的縮小率でターゲットでの約０．１〜０．
５ｍｍのサブフィールド・サイズ、好適には３〜８ミリ
ラジアンの開口数、および約２０ｍｍ〜５５ｍｍの走査
長が好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１には、この発明が適用できる
電子ビーム投影装置が、断面図で概略的に示されてい
る。この電子ビーム投影装置は、前記引用された米国特
許第５，５４５，９０２号明細書で説明されているもの
に類似しており、この発明を適用できる。図面は、この
発明の理解を容易にさせるためにかなり簡略化され単純
化されている。この発明は、他の電子ビーム投影装置に
も適用可能である。他の電子ビーム投影装置は、例え
ば、前記引用された米国特許第５，６３５，７１９号明
細書に開示されているものがそうであり、この発明の以
下の説明から当業者により理解されるように、前記引用
された米国特許および米国特許出願に記載されている特
定の形態を有利に取り入れている基本的要素を含んでい
る。また、図１に示された基本的要素の基礎的組み合わ
せは、要素自体として知られているが、この発明は、こ
れら基本的要素の特定の形態の組み合わせの特別な構造
と、相互関係にある動作パラメータとに関係しているこ
とを理解すべきである。従って、かなり概略的でスケー
ル通りでない図１は、この発明については使えるが、従
来の技術に対しては使えない。

【００２４】図１に示されているように、電子源１０
は、発散ビームを照射開口２０に向けて放出し、加速電
圧源１２と、電流コントローラ１４とにより決定される
エネルギーを有する電子ビームを発生する。開口２０
は、好ましくは、一辺が約１．０ｍｍの非臨界的公称寸
法を有する正方形をしている。開口寸法は、開口の電子
密度の所望の均一度（一般に２％以下の変動）を与える
ために好適に選択され、一方では電子源１０により放出
される発散ビームは、装置軸１６の周りに対称で、ほぼ
ガウス分布した電子密度分布を有している。電子ビーム
は、次にレンズ８でフォーカスされ、開口２０のイメー
ジがレチクルに生成される。レチクルにおける開口２０
のイメージのサイズは、レンズ８の位置と励起を調整す
ることによって、サブフィールドのサイズに一致するま
たはサイズをわずかに越えるよう選ばれる。レンズは、
複数のレンズのグループにより置き換えることができ
る。

【００２５】偏向器３０は、偏向コイル装置３２と３４
を好適に備えているが、技術上良く知られているよう
に、静電偏向板またはその組み合わせを用いることもで
きる。いずれにしても、偏向器３０は、離間された一対
の装置で構成される。一対の装置は、装置軸１６に平行
な飛しょう経路１０４に偏向ビームを戻すために、偏向
ドライバ１８によって逆駆動される（しかし、それらの
別々の構造に従って駆動電流または電圧で可能なかぎり
スケールされる）。従って、飛しょう経路１０４は、レ
チクル２０４の選択されたサブフィールドと交差する。
経路１０４は、便宜上レチクル軸と称されるが、この用
語は、選択されたレチクル・サブフィールドを通るビー
ムの飛しょう経路に適用されることを理解すべきであ
る。

【００２６】レチクル２０４の面にビームをフォーカス
するレンズ４０は、好ましくは軸可変レンズ（ＶＡＬ）
であり、最も好ましくは軸可変浸漬レンズ（ＶＡＩＬ）
である。浸漬レンズでは、物体／レチクルが、レンズを
定めるフォーカシング・フィールドにおいて好適に“浸
漬”される。しかしながら、ビーム・カラムの形状と、
エレメントの相対的位置決めとは、特定の応用例に適合
でき、レチクルはレンズ・フィールドに浸漬される必要
はないことを理解すべきである。

【００２７】ＶＡＩＬは、好ましくは上部と下部の磁極
４２，４４と、軸移動ヨーク４３，４５とを有する。Ｖ
ＡＬとＶＡＩＬタイプのレンズは、技術上周知であり、
前述した選択的偏向に従ってレチクル軸１０４に一致す
るよう制御可能にレンズの軸を移動させることができ
る。軸移動ヨーク４３，４５は、偏向ドライバ１８によ
り駆動されるものとして概略的に示されているが、これ
らは実際には同一の制御信号に応答して個別に駆動され
る。（図面を明瞭にするために図示が省略されている他
の偏向，フォーカシング，補正要素を駆動する以下に説
明する装置の要素の他の接続は、Ｘ−Ｙ偏向ドライバ１
８に部分的に含まれるものと見なすことができる補正デ
ータ記憶装置１１０およびコントローラ１００によって
概略的に示されている。これらの接続と駆動要件とは、
前述の説明から当業者には十分に理解されるであろ
う。）レンズ軸の移動は、この装置に要求される高解像
度の性能に一致するように軸外収差をかなり排除する。

【００２８】レチクル２０４上での電子ビーム１０４の
フォーカシングは、開口２０のイメージでレチクルを照
射する。この開口のサイズは、レチクルのサブフィール
ドに一致させる（またはわずかに大きくする）ことがで
きる。レチクルのサブフィールドは、縮小が用いられて
いると仮定すると、ウェハーでのイメージのサイズより
も一般的に大きい。ビームは、レチクルの部分を通過す
るので（残りのビームは吸収されるか、または好適には
散乱される）、ビームはレチクルのパターニングにより
決定されるイメージに成形される。ビームは、レンズ４
０によりコリメートされ、このレンズはまた（レンズ５
０で）フォーカシングに影響を与える。

【００２９】他の偏向器６６は、固定開口７０に戻るよ
うにビームを偏向する（このことは、ビームがビーム・
コラム軸と再び交差しない場合に要求されるであろう各
サブフィールドに対する開口よりもむしろ、“ピボット
点”に単一開口を用いることを可能にする）。この開口
は、電子密度分布プロファイルの端部にある電子（部分
的に、レチクルでの分散による）を再び捕捉して、コン
トラストを強め、電子源１０／開口２０のイメージのサ
イズを制限する。ビーム電流はまた、アライメントおよ
び他の動的補正のために、開口で検出することができ
る。単一開口の使用は、必要なら、収差の動的補正のた
めに、８０で集合的に示される要素の固定および対称配
置を可能にする利点を与える。前記収差は、例えば、装
置軸および開口７０との共面性とに対する、フィールド
湾曲，非点収差，歪みである。偏向器６８は、ビームを
ビーム・カラム軸に平行な飛しょう経路１０６に戻す。
偏向器６６，６８は、６０で集合的に示されている。

【００３０】磁極５２，５６と、軸移動要素またはヨー
ク５３とを含む軸可変フォーカシング・レンズ５０は、
レンズ４０下部と共に、この装置の全縮小率を与える。
従って、当業者に理解されるように、レチクル２０４
は、レンズ４０内に対称的に配置される必要ななく、例
えばレンズ４０の上流に配置することができる。いずれ
にしても、レンズ４０と５０は、二重レンズとして機能
する。レチクル２０４によりパターニングされた電子ビ
ームは、ターゲット・ウェハー２２４上に投影される。
ターゲット・ウェハーは、この装置のフィールド・カバ
レジ要件を軽減する位置決め並進テーブル２２２により
搬送される。

【００３１】前述した一般のタイプの装置においては、
４つのクラスの性能制限要因がある。これら要因は、電
子ビーム投影装置（ＥＢＰＳ）が動作して、受容可能な
スループットで、０．５／０．２５ミクロン・フィーチ
ャー・サイズ方式において適切な解像度を与える構造お
よび動作パラメータの範囲を狭める。最初の２つのクラ
スの性能制限要因は、帯電粒子系に固有であり、ビーム
の帯電粒子間、およびビームとツール，レチクル，ウェ
ハーの要素を構成する固体物質との間の静電すなわちク
ーロン相互作用と、用いられるレンズ，偏向器，多極補
正器によって、ビーム・カラムを通る理想的な飛しょう
経路に、同時に、ビーム内に全ての帯電粒子を保持する
不完全な能力の故に生じる幾何学的収差とである。レン
ズ，偏光器，多極補正器のいずれも、実際には構成が理
想的ではなく、すなわち理論的な理想状態（例えば、収
差がない）または完全な（例えば、製造欠陥および相当
する歪みのない）フィールドを生成しない。

【００３２】性能制限要因の次の２つのクラスは、レチ
クルおよびターゲットの不完全な機械的位置決めにより
それぞれ生じる。これらレチクルとターゲットの各々
は、それらの構造の速度・精度の積（電気回路の利得・
帯域幅の積に相当する）を有し、レチクルとターゲット
の両方は、互いに同期した運動を有している。

【００３３】発明者は、次のことを認識した。すなわ
ち、全体の装置とツールの最終的なスループット・解像
度の積は、これら４つのクラスの性能制限要因の速度お
よび位置決め／収差の不正確さの総和を与え、前記キー
パラメータ（電子ビーム・カラム長と縮小率、ビーム加
速電圧、ビーム電流、ビーム走査範囲、開口数、サブフ
ィールド・サイズ、レチクルとウェハーのステージ速
度、電子回路の精度および速度）の全てに関してトレー
ド・オフを各々解析してきた。というのは、これらキー
パラメータは各クラスの性能制限要因に関係し、光学的
投影装置に匹敵するＥＢＰＳツールのスループットに一
致する、０．１８μｍ以上のフィーチャー・サイズ方式
に十分な解像度を得るための基本的条件として後述の動
作モードとパラメータの範囲とを導いてきたからであ
る。さらに以下の説明では、動作キーパラメータの各々
に対する好適な値の範囲は、主として、そのパラメータ
の効果の関数であり、および前述した特定クラスの性能
制限要素における多数の主要な他のパラメータであるこ
とがわかるであろう。

【００３４】まず、この発明の装置の動作モードおよび
原理を考察すると、この装置は、ターゲットおよび／ま
たはレチクルの位置並進に関する２つの二重動作モード
のうちの１つで動作するのが好適である。特に、ビーム
は、実質的に一方向（例えば、Ｘ方向）にレチクルにわ
たって移動し、一方ではターゲットおよび／またはレチ
クルはＸ方向に直交する方向（例えば、Ｘ方向における
ビーム偏向すなわち走査範囲によって分割されたＹ方向
におけるサブフィールド間の中心間距離によって与えら
れるＸ方向に対しある角度をなすＹ方向）に、および反
対方向に移動するのが好適である。このような場合、タ
ーゲットの運動は、おおよそ、光学的縮小率、またはレ
チクルでのビーム走査範囲と装置のウェハーでのビーム
走査範囲との間の比だけ、レチクルの運動よりも低速で
なければならない。本発明の動作条件は、また、ターゲ
ットのみの線形運動に一致し、一方では前記引用された
米国特許第４３４，４２４号明細書で説明されているよ
うに、他の好適な二重走査モードを構成するように、レ
チクルは固定軸の周りを回転する。いずれの場合におい
ても、“フライバック”を実現するのに要求される時間
と速度・精度積とを避けるためには、ビーム走査および
ターゲット運動（およびレチクル運動、線形ならば）の
両方について、蛇行またはペデステル状の走査パターン
が好適である。

【００３５】レチクルおよびターゲットの速度は、いず
れの場合においても、ビーム偏向速度に比べて低速であ
る。というのは、ステージの運動に直交するフィールド
の偏向範囲にわたるビームの各走査に対して、ステージ
は１つのサブフィールド中心間距離（レチクル上のサブ
フィールド間にギャップを設けることができることを除
いて、一般にサブフィールドの幅にほぼ等しい）だけ前
進するからである。レチクルおよび／またはウェハー運
動と共に、ビーム運動は、“ストライプ（ｓｔｒｉｐ
ｅ）”を構成する。ストライプの幅は、ビーム走査範囲
または（一次元の）偏向フィールドにより与えられ、ス
トライプの長さは、ストライプに直交するステージ運動
に相当するチップ寸法により与えられる。

【００３６】二次元ビーム偏向フィールドが共に編成さ
れてチップをカバーするか、またはチップが大きけれ
ば、ウェハーをチップずつカバーする、いくつかの従来
の既知のプローブ形成装置に用いられる動作モードのス
テップ・アンド・リピート（Ｓ＆Ｒ）モードは、ステッ
プ間のステージに整定時間を与えるのに必要なフィール
ド間の遅延の故に、高いスループットの応用例には適切
でないことを容易に理解することができる。これらの遅
延は、間隔に加えて、前述したように、例えばペデスタ
ル・ラスター走査パターンに続くステージの逆転すなわ
ち反転のためのストライプ境界で必要とされる。

【００３７】前記走査の動作原理を用いると、１時間あ
たり約３０個の（２００ｍｍ）ウェハーの例示的なスル
ープットが、ウェハーおよびレチクルの連続運動を含む
二重走査モードによって実現されるターゲットおよび／
またはレチクル並進装置の速度・精度積への要求の低減
の点から見て、実現可能である。しかしながら、このレ
ベルのスループットは、ウェハーのバッチ処理を必要と
する。というのは、真空環境の中へおよび外へのウェハ
ーずつのローディングおよびアンローディング動作に必
要な時間は、このような高スループットレベルと両立し
ない。

【００３８】次に、この発明の装置の動作条件を、図２
と図３に基づいて、順に説明する。これら図では、本発
明により受容できるとみなされるパラメータ範囲が、横
軸上に正規化され、縦軸上には、解像度の相対的傾向
（イメージぼけＢ、イメージ歪みＤ、スループットとし
て、それぞれ表現されている）が、単位なしで（および
任意に配置されて）正規化されている。以下に好適とな
るように示され、または許容できると見なされる範囲お
よび限界は、越えると解像度またはスループットまたは
これらがかなり低下する値と見なされることを理解すべ
きである。すなわち、高解像度と高スループットとの積
における成功の可能性は、前述した限界に接近する、ま
たは限界を超えると、著しく減少する。もちろん、１つ
以上のパラメータが、好適な限界外で選択されることに
ついての補償は可能であり、他のパラメータの調整によ
って行われ、したがって前述の限界は、以下の説明を通
じておおよそであると見なされなければならない。逆
に、前述の好適な限界に近いいくつかのパラメータの使
用は、前述の他の好適な限界をより臨界的にする。前述
のおおよその好適な範囲は、より低い解像度および／ま
たはスループットが受容可能であるならば、もちろん大
きくなるであろう。以下に詳細に説明するように、この
発明のＥＢＰＳの構造の基本的前提は、パラメータが実
用的限界内で選択されるが、少なくともいくつかのパラ
メータの反比例または逆の傾向が、最適な条件を示し、
かつ近似することである。

【００３９】考察すべきこのようなパラメータの最初の
ものに関して、ビーム加速電圧は、しばしばビーム・エ
ネルギーと称され、いくつかの要因が同時に考慮されな
ければならない。実験的および理論的証明は、以下のよ
うに説明することができる装置スループットについて
は、高電圧が好ましいことを示している。

【００４０】初めに考察すべきことは、レジストにパタ
ーン・フィーチャーを適切にエッチングすることが要求
されるドーズ量によるレジスト感度のビーム電圧への依
存性である。レジスト感度は、ビーム・エネルギーにほ
ぼ比例して減少することが知られている。言い換えれ
ば、要求されるドーズ量は、加速電圧にほぼ比例して増
加する。しかし、最適なトレード・オフに達するために
は、イメージぼけの加速電圧への依存性が考慮されなけ
ればならない。イメージぼけは、クーロン相互作用によ
るものであり、図２の曲線２１で示されるように約−
１．６の累乗で変化する。しかし、クーロン相互作用に
よるぼけは、図２の曲線２２により示されるように、約
０．８の累乗でビーム電流により増大するので、全体の
解像度は、加速電圧の２乗で改善される。従ってスルー
プットは、図３の曲線２８で示されるように、解像度を
維持しながら加速電圧におおよそ比例して増大する。曲
線２８は、次式で表される。

【００４１】ドーズ量＝Ｉ＊Ｔ／Ｆ〜Ｖここで、Ｉ＝ビーム電流、Ｔ＝露光時間、Ｆ＝ウェハー
面積、Ｖ＝電圧である。この考察についてオーバヘッド
を無視すると、スループットＴＰは、１／Ｔに比例し、
従って、ＴＰ〜Ｉ／Ｖである。同様に、イメージぼけ
は、Ｂ〜Ｉ^0.8／Ｖ ^1.6であり、従って、一定のぼけ
は、ＴＰ〜ＶのＩ〜Ｖ²である。

【００４２】７５ｋＶのビーム加速電圧の下限は、クー
ロン相互作用と、少ないがかなり重要な近接効果との点
から、好適である。クーロン相互作用は、２１で示され
るように、電圧に対し−１．６の累乗で変化する（例え
ば、電圧が２倍になると、相互作用によるぼけを約１／
３に減少させる）。クーロン相互作用によるぼけは、ラ
イン幅またはパターン忠実度の制御に影響を与える。近
接効果は、ウェハー基板からパターン領域（露光は望ま
れない）への電子の後方散乱による、下側からのレジス
トの不所望な露光である。電子が表面に達する点から
の、ウェハー内の深さは、電圧と共に増大し、従って、
露光されるビームの衝撃位置の周りの横方向範囲を拡大
する。高電圧では、後方散乱電子がさらに拡がり、後方
散乱電流密度が減少し、近接効果は、より多くの一般的
背景露光を、従って局部的なライン幅変化よりもむし
ろ、わずかなコントラスト低減を生じさせる。このこと
は、特により小さいパターン寸法では、最も好ましくな
い。近接効果を補正する方法があるが、おおよそであ
り、電圧が低くなればなるほど、不正確に補正がなされ
る。従って、７５ｋＶよりかなり小さい加速電圧は、許
容できるとは見なされない。

【００４３】同様に、１７５ｋＶの上限が、許容し得る
基板損傷の点からビーム加速電圧に好適である。基板損
傷の可能性は、この限界を越えるとかなり増大する。と
いうのは、シリコンに対する原子のノックオンエネルギ
ーは約１８０ｋＶであり、このエネルギーでは、結晶の
損傷が起き、このような損傷は（おそらく）アニール除
去することができないからである。さらに、基本的な問
題ではないが、技術的にチャレンジされており、エレク
トロニクス利得・帯域幅の積（ＧＢＰ）は、次のことを
意味している。すなわち、ビーム加速電圧が大きくなれ
ばなるほど、第１に、偏向器ドライバより要求され、第
２に、レンズと、アライメント要素と、動的補正要素と
のドライバによって要求される出力振幅（利得）が大き
くなり、およびビーム制御電子装置の利用できる帯域幅
が低くなる。従って、１７５ｋＶは、ビーム・エネルギ
ーについての実用的な上限と見なされる。

【００４４】現在、当業者には、次のことが知られてい
る。すなわち、電流密度よりもむしろビーム電流が（引
用されたバーガーの米国特許第５，３８２，４９８号明
細書に示されているように、スループットを決定する主
な要因である。これは、電子的遅延および機械的遅延よ
りなるいわゆるオーバヘッド時間（例えば、連続するタ
ーゲットおよび／またはレチクルの運動を与えることに
よって本発明に従って小さくされた整定時間と、ペデス
タル・ラスターのストライプ端での反転の加速および減
速時間と、電子回路のサブフィールド対サブフィールド
・ステップ整定時間と、ロード／アンロード時間と、チ
ップ対チップ，ストリップ対ストリップの全体的アライ
メント）に対して、支配的であるとした場合である。ビ
ーム電流の好適な範囲は、図３の曲線ｆ（Ｉ）により示
されるように、１０μＡと３０μＡとの間にあると考え
られる。下限は、積極的な条件とより現実的な条件との
間の値として好適である。１μＣ／ｃｍ²のレジスト感
度は、１００ｋＶでは今のところ仮説ではあるが、パタ
ーンの忠実度に影響を与えるショットノイズによる基本
的限界であると思われる。１μＣ／ｃｍ²のレジスト感
度において、２〜３μＡの電流が他の装置および動作パ
ラメータに関する積極的な条件下で要求され、５０％パ
ターン密度（ネガティブ・レジストによる相補パターン
を使用するものと仮定すると最大である）を有するサイ
ド上の２５０μｍのサブフィールドで、前述したよう
に、３０個の（２００ｍｍ直径）ウェハー／時の例示的
スループットを実現する。さらに現実的な条件（例え
ば、５μＣ／ｃｍ²のレジスト感度とあまり積極的でな
い動作条件）においては、要求される電流は、３０個の
ウェハー／時間に対し１２μＡにまで増加する。

【００４５】３０μＡの上限は、クーロン相互作用、投
下費用への減少したリターン（スループットに関し）、
電子的および機構的整定時間、レジスト加熱、全電力消
費の点から好適である。特に、クーロン相互作用により
生じるぼけは、前述しおよび図２のゆるやかに下降する
曲線２２により示されるように、電流に比例して幾分弱
くなる。０．１μｍすなわち１００ｎｍの小さいパター
ン・フィーチャーを描画するのに要求される解像度の損
失は、１０％内に保たねばならない。この要件は、基本
ルールの一部である。相互作用効果のコンピュータ・シ
ミュレーション用の現在得られるプログラムは、適用さ
れる理論に基づいて、７０〜１４０ｎｍの３０μＡでの
エッジの鋭さ（および他の最適化された動作条件）を予
測する。従って、低い値に対してのみ、１００ｎｍのフ
ィーチャーを描画することがかろうじて可能である。さ
らに、クーロン相互作用はまた、電流が増大するにつれ
て、著るしいサブフィールドの歪みの増大を引き起こ
す。

【００４６】投下費用へのリターンに関しては、装置と
動作パラメータに対するリーブナブルな仮定において、
１００％の電流の増加（例えば、１５から３０μＡ）
は、約２０％のスループットの増加（例えば、３３〜３
９個のウェハー／時間）を生じる。これは、図３の右側
におけるｆ（Ｉ）の比較的水平の曲線部分からわかる。
その理由は、オーバヘッド時間が、露光時間が減少する
よりも早く増加するためであり、これは主に、ビームに
追従することが要求される高い（レチクル）ステージ速
度での延ばされたストライプ反転時間のためである。よ
り高いステージ速度はまた、位置決め精度能力、および
ウェハー・ステージとの同期についての要求を増大させ
る。このことは、悪影響の重なりを与えるかもしれない
が、電流についてのこの限界は、回転レチクルの使用に
対して、かなり引き上げられることに留意すべきであ
る。同様に、３０μＣ／ｃｍ²のレジスト感度では、露
光時間は整定時間にほぼ等しい。従って、露光時間をよ
り減少させるために、ビーム電流をさらに増加させるこ
とは、非論理的である。この比は、より高いレジスト感
度（より低いドーズ量）では、さらに悪くなる。

【００４７】さらに、１００ｋＶおよび３０μＡでは、
基板へ入力される電力は、３ワットである。このこと
は、数個のチップの露光後のレジスト温度のかなりの増
大と、ライン幅制御の損失を生じる相応の変化とにつな
がる。さらに、レチクル上において、開口絞りにより吸
収された電力は、数ワットよりも高い大きさのオーダー
である。このことは、厳しい技術的問題、およびビーム
安定性の潜在的損失を与え、最終的にはライン幅制御と
重なり精度の損失を生じる。

【００４８】走査範囲／フィールドサイズの適切な範囲
を決定する主な要因は、図３のｆ（Ｆ）３０で示される
スループットの損失（下限を課す）と、図２の２３と２
４で示される幾何学的収差（上限を課す）とであること
がわかった。前述した例示的なレベルにスループットを
維持するためには、走査長とステージ速度との積は、一
定の大きさでなけれがならない。このことは、両方の量
が互いに反比例することを意味している。この反比例
は、また、次のことを示している。すなわち、走査範囲
の下限は、技術の現状では、今のところ２０ｍｍをわず
かに越えたところにあり、レチクル並進ステージ性能に
より主に定められる。

【００４９】さらに、４：１の縮小率では、３０個のウ
ェハー／時間のスループットは、装置と動作パラメータ
に対してリーズナブルな仮定の下で、２０ｍｍよりも小
さな走査範囲では達成できない。１チップあたりの（よ
り小さい）ストライプの数の増大により、ステージの反
転の数は走査範囲が減少するにつれて増大し、より高い
ステージ速度に、オーバーヘッドの増大を補償させる。
これは、ステージを減速および加速したりするのに必要
な個々の反転時間を増大させる。このことは、オーバー
ヘッドが走査範囲に反比例するよりも速く変化すること
を意味している。

【００５０】走査範囲の上限に関しては、幾何学的収差
（図２の２４）は、１：４の電力による軸外の偏向で増
大する。特に、サブフィールドの歪みは、軸外距離と共
に急速に増大する。原則的には、レチクル・パターンの
プレ歪みによる補償が可能であるが、製造ラインにおけ
るツールからツールへの歪みの大きさの潜在的な変化の
故に、プレ歪みによる補償を行うことは、あまり望まれ
ない。従って、レチクルにおける５０〜６０ｍｍの走査
範囲の上限は、幾何学的収差を含むには好適である。さ
らに、好適な上限より下の走査範囲のさらなる制限は、
必要である。というのは、前述したように、４倍の他の
歪みを発生しない完全な偏向器の製造が、可能でないか
らである。

【００５１】サブフィールドのサイズ（一定の時間にイ
メージされるチップ・パターン部分として定義される）
に関しては、より大きなサブフィールドが好ましい。と
いうのは、一定の動作条件で、および一定のスループッ
トについては、電流を減少できるので、クーロン相互作
用がより低くなるからである。一定電流においても、ク
ーロン相互作用は、サブフィールド・サイズの平方根の
逆数でおおよそ変化する。しかし、幾何学的収差は、サ
ブフィールド・サイズと共に増大する。これらの傾向
は、図２に曲線２５で示されている。特に、歪みは、サ
ブフィールド・サイズが走査フィールド・サイズと共に
増大するにつれて、サブフィールド・サイズと共に急速
に増大し、サブフィールドの編成における誤りにつなが
る。レチクルのプレ歪みによる補償は、理論的に可能で
あるが、望ましいものとは考えられない。というのは、
避けることのできない残留誤りは、より重要であり、走
査範囲が増大するにつれて、偏向歪みに対してよりもサ
ブフィールド・サイズが増大するので、ツール対ツール
の変化に応答するからである。従って、サブフィールド
・サイズの好適な上限は、約４００μｍで、幾何学的収
差やサブフィールド歪みを含む。

【００５２】サブフィールド・サイズ範囲の下限はま
た、走査長もしくは範囲により影響を受けて、図３のｆ
（ＳＦ）３１により示されるように、スループットを保
持する。というのは、チップ内のサブフィールドの数
は、１チップあたりの要求される露光の数、および１露
光あたりの対応するオーバーヘッド時間、従ってツール
のスループットの決定要因であるからである。さらに、
スループットの損失を回避するのに十分な一定電流に対
しては、前述したように、サブフィールド・サイズの減
少は、増大したクーロン相互作用により、解像度の損失
を増大させる（図２で右から左に移行する曲線２５によ
り示されるように）。従って、サブフィールド・サイズ
の好適な下限は、約１００μｍすなわち０．１ｍｍであ
ると考えられる。さらに、サブフィールドが減少するに
つれて、クーロン相互作用によるぼけは、幾何学的収差
が減少するよりも速く増大し、および０．１５μｍより
小さいフィーチャーのリソグラフィーに対する適切な解
像度は、サブフィールド・サイズが約１００μｍと４０
０〜５００μｍとの間に維持されないならば、失われ
る。従って、このフィーチャー・サイズ方式における一
定の組の性能要件に対して、最適なサブフィールド・サ
イズは、これらの限界内で設定されねばならない。

【００５３】開口数は、ウェハーにおけるビーム収束セ
ミアングル（ｓｅｍｉ−ａｎｇｌｅ）として定義され、
開口数の適切な値は、クーロン相互作用および幾何学的
収差の逆依存性により原則的に決定される。一定のビー
ム電流に対して、イメージぼけを生じる幾何学的収差
は、開口数におおよそ比例し、一方ではクーロン相互作
用は、２／３の累乗で開口数におおよそ反比例する。
（反対に、通常２ミリラジアンより小さい低開口数は、
数μＡより小さい電流で幾何学的収差を小さくするのに
好適であると考えられてきた。前記電流は、プローブ形
成装置または約５０μＡより小さいサブフィールドの投
影に適しているが、高いスループットの電子ビーム投影
に必要なサイズの領域の露光には不適切である。）従っ
て、図２の曲線２６により示された最小値からわかるよ
うに、開口数が小さくなると、クーロン相互作用による
ぼけは増大し、幾何学的収差は小さくなり、および開口
数が２より大きく、かつ狭い範囲内に保たれなければ、
解像度の許容できない損失が生じる。さらに、増大した
開口数（ＮＡ）は、焦点深度（ＤＯＦ）を小さくする。
ＤＯＦは、次式でほぼ与えられる。

【００５４】Ｅ²＝Ｅ₀ ²＋（２×ＮＡ×ＤＯＦ）² ここでＥ₀は、最良の焦点におけるフィーチャーのエッ
ジ幅（またはぼけ）である。例えば、０．１μｍのエッ
ジ幅の受容可能な２０％増大、および８ミリラジアンの
開口数に対して、焦点深度は、たった４μｍであり、こ
れは特定の環境下では適切でない。

【００５５】これらの収差の平衡をとると、最適なもの
が、３〜８ミリラジアンの開口数の適切な範囲内で見い
だされる。これは、前記引用された米国特許第５，６３
３，５０７号明細書に開示されているように、低い輝度
と放射度（ビームの直径と、装置を通じて保存されるビ
ーム内の点における収束／分散角との積として定義され
る）の電子源でのみ実現できる。

【００５６】基本的に重要な要因は、レチクルとウェハ
ーとの間の最も細いビーム断面の幅である。最も細いビ
ーム断面は、電子源、または装置のレンズ間の装置の入
射瞳（例えば、開口７０）のイメージにおいて生じ、通
常、クロス・オーバーと称せられる。このクロス・オー
バーにおけるビームのより大きな断面は、一定の装置長
における電子源からのより大きな放射度を要求し、クー
ロン相互作用を減少させる。

【００５７】この点に関しては、輝度および放射度の両
方は、これらの値が、ビーム経路に沿う全ての位置で同
一であるので、いわゆる保存の量であるということを理
解すべきである。しかし、厳密に言えば、この値は、収
差と、ビームの一部をカットオフまたは遮断する、例え
ば開口のような障害とが装置になければ、正確である。
収差やビームに対する障害において、（簡単のために、
ターゲット面を基準としてとり、いくつかの場合には定
数Π²を省略する）次の関係式が存在する。

【００５８】Ｂ＝Ｉ／Ｅ² Ｅ＝Ｆ^1/2×ＮＡＪ＝１／Ｆ＝１／Ｅ²×ＮＡ²＝ｂ×ＮＡ² ここに、Ｂ＝輝度、Ｅ＝放射度、Ｉ＝電流、Ｊ＝電流密
度、ＮＡ＝開口数、Ｆ＝ターゲットでのビーム断面積ま
たはサブフィールド領域である。従って、一定の輝度，
サブフィールド・サイズ，開口数に対して、電流密度は
増大する放射度に伴い減少する。

【００５９】光学的縮小はまた、縮小率と称せられ、
４：１の（線形の）縮小率を中心とした狭い範囲に限定
される。下限は、約３：１であり、これは高解像度でレ
チクルを形成することの難しさにより原則的に定められ
る。幾何学的収差とクーロン相互作用との両方は、縮小
比（すなわち、装置のカラム長のほとんどにわたって電
子ビームの低い電子密度に対応する、より大きな光学的
縮小率）にほぼ比例して減少する。

【００６０】約５：１の上限は、レチクルの作製に利用
できるウェハーのサイズに対する実際的なレチクル・サ
イズにより主に与えられる。前述した走査範囲の限界は
また、スループットに一致させることのできるサブフィ
ールド露光の数を制限する。というのは、レチクルにわ
たるビーム偏向は、縮小率とレチクル・サイズに比例し
て増加しなければならず、一定のサブフィールドとレチ
クル・サイズで一定のチップ領域をカバーするために光
学的縮小に実用的な限界を課す。

【００６１】クーロン相互作用は、全体のビーム・カラ
ム長にわたって生じ、図２の曲線２７で示されているよ
うに、１．３の累乗で比例して増大する。幾何学的収差
はまた、偏向収差が減少するとしても、１０００ｍｍよ
り大きいカラム長でかなり増大する。というのは、幾何
学的収差は、軸上収差により過補償されるからである。
従って、レチクルからウェハーまでの距離は、可能な限
り短く保たれる。レンズは、前記要求される走査長／範
囲の限界を受け入れる比較的大きい磁極寸法を有さなけ
ればならないので、レンズの相互作用は避けることがで
きない。レンズ・フィールドの重なりは、装置の全体長
にわたって、ビーム経路を湾曲させる。結果として、当
業者は、装置の長さを短くすることによって、幾何学的
収差の増大を期待することとなる。

【００６２】前記引用した米国特許第５，６３５，７１
９号明細書は、これらの不利な結果を回避できる技術を
開示している。しかし、実際的な最小の長さは、レンズ
と、偏向器，補正器などの他の電子光学的要素とに必要
とされる空間により確立される。従って、前述された少
なくとも例示的なスループットを実現するのに適切なビ
ーム走査範囲を与え、前記引用した米国特許および米国
特許出願に開示されている曲線軸の使用によってのみ達
成できる装置の最小の実際的長さは、約５００ｍｍであ
ると評価されている。前述したことから、この発明によ
るＥＢＰＳ動作は、０．１８μｍ以下のフィーチャー・
サイズ方式における光学的投影リソグラフィーに匹敵し
得るスループットを有する電子ビーム投影リソグラフィ
ー露光ツールを提供する。特に、この発明によれば、サ
ブフィールド・サイズと光学的縮小率は、比較的狭い範
囲に保たれねばならず、一方ではかなり大きな範囲を、
ビーム電圧や電流，走査範囲，開口数に対して用いるこ
とができる。適切なビーム電流および電圧範囲は、原則
的に重なり誤りが重要な要因でないところに存在する。
走査範囲は、実際的な限界内に保つことができ、一方で
はウェハーに対する性能要件、および可能ならば、ビー
ム走査とウェハー／レチクル並進方向の直交方向による
レチクル並進装置性能を小さくし、レチクル並進装置の
連続動作を提供する。

【００６３】この発明を１つの好適な実施例により説明
したが、この発明は請求項の趣旨と範囲内で変更できる
ことを、当業者は理解するであろう。

【００６４】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。（１）リソグラフィー露光を行う電子ビーム投影装置に
おいて、ターゲットの運動の方向に直交して電子ビーム
を走査する手段と、電子源イメージでレチクルの一部を
露光する手段とを備え、前記レチクルの一部は、２ミリ
ラジアンより大きい開口数で少なくとも約０．１ｍｍの
横断寸法を有する前記ターゲットでのイメージに対応し
ている、ことを特徴とする電子ビーム投影装置。（２）ウェハーでの前記イメージの横断寸法が、約０．
１ｍｍ〜約０．４ｍｍであることを特徴とする上記
（１）に記載の電子ビーム投影装置。（３）ウェハーでの前記イメージの横断寸法が、約０．
２５ｍｍ〜約０．５ｍｍであることを特徴とする上記
（１）に記載の電子ビーム投影装置。（４）約３ミリラジアン〜約８ミリラジアンの範囲にあ
る開口数を有することを特徴とする上記（１）に記載の
電子ビーム投影装置。（５）前記電子ビームの長さが少なくとも４００ｍｍで
あることを特徴とする上記（１）に記載の電子ビーム投
影装置。（６）前記電子ビームの長さが少なくとも４００ｍｍで
あることを特徴とする上記（４）に記載の電子ビーム投
影装置。（７）約５５ｍｍの最大横断寸法を有するフィールド・
サイズにわたって前記電子ビームを走査する手段をさら
に備えることを特徴とする上記（１）に記載の電子ビー
ム投影装置。（８）約５５ｍｍの最大横断寸法を有するフィールド・
サイズにわたって前記電子ビームを走査する手段をさら
に備えることを特徴とする上記（４）に記載の電子ビー
ム投影装置。（９）約５５ｍｍの最大横断寸法を有するフィールド・
サイズにわたって前記電子ビームを走査する手段をさら
に備えることを特徴とする上記（６）に記載の電子ビー
ム投影装置。（１０）約３：１〜約５：１の、前記ターゲットでの前
記レチクルのイメージの光学的縮小率を与える手段をさ
らに備えることを特徴とする上記（１）に記載の電子ビ
ーム投影装置。（１１）前記露光手段は、約４〜約３５マイクロアンペ
アのビーム電流を与える手段をさらに備えることを特徴
とする上記（１）に記載の電子ビーム投影装置。（１２）５ｋＶ〜１５０ｋＶの加速電圧を与える手段を
さらに備えることを特徴とする上記（１）に記載の電子
ビーム投影装置。（１３）前記ターゲットを連続的に動かす手段をさらに
備えることを特徴とする上記（１）に記載の電子ビーム
投影装置。（１４）前記レチクルを連続的に動かす手段をさらに備
えることを特徴とする上記（１）に記載の電子ビーム投
影装置。（１５）前記レチクルを軸の周りに連続的に回転させる
手段をさらに備えることを特徴とする上記（１）に記載
の電子ビーム投影装置。（１６）前記レチクルを連続的に動かす手段をさらに備
えることを特徴とする上記（１３）に記載の電子ビーム
投影装置。（１７）前記レチクルを軸の周りに連続的に回転させる
手段をさらに備えることを特徴とする上記（１３）に記
載の電子ビーム投影装置。（１８）リソグラフィー露光を行う電子ビーム投影装置
を動作する方法において、ターゲットの運動の方向に直
交して電子ビームを走査するステップと、電子源イメー
ジでレチクルの一部を露光するステップとを含み、前記
レチクルの一部は、２ミリラジアンより大きい開口数で
少なくとも約０．１ｍｍの横断寸法を有する前記ターゲ
ットでのイメージに対応している、ことを特徴とする電
子ビーム投影装置の動作方法。（１９）約５５ｍｍの最大横断寸法を有するフィールド
・サイズにわたって前記電子ビームを走査するステップ
をさらに含むことを特徴とする上記（１８）に記載の電
子ビーム投影装置の動作方法。（２０）前記露光ステップを、約４〜約３５マイクロア
ンペアのビーム電流で行うことを特徴とする上記（１
８）に記載の電子ビーム投影装置の動作方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電子ビーム・リソグラフィー露光装
置の概略断面図である。

【図２】電子ビーム投影装置の種々の動作パラメータ
の、解像度への一般的な影響を説明するグラフである。

【図３】サブフィールド・サイズ，フィールド・サイズ
／走査長，ビーム電流，レジスト感度の、スループット
への一般的な影響を説明するグラフである。

【符号の説明】

８レンズ１０電子源１２，１４加速電圧源１６装置軸１８偏向ドライバ２０開口３０，６０，６６，６８偏向器偏向器３２，３４偏向コイル装置４０レンズ４３，４５軸移動ヨーク４２，４４，５２，５６磁極５０軸可変フォーカシング・レンズ５３ヨーク７０固定開口１００コントローラ１０４飛しょう経路１１０補正データ記憶装置２０４レチクル２２２位置決め並進テーブル２２４ターゲット・ウェハー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ポウル・エフ・ペトリックアメリカ合衆国 94588 カリフォルニア州プレザントンアンドリュースドライブナンバー206 3490 (72)発明者ハンス・シー・プフェイファーアメリカ合衆国 06877 コネティカット州リッジフィールドケッチャムロード 25 (72)発明者バーナー・スティッケルアメリカ合衆国 06877 コネティカット州リッジフィールドスカイトップロード 51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リソグラフィー露光を行う電子ビーム投影
装置において、ターゲットの運動の方向に直交して電子ビームを走査す
る手段と、電子源イメージでレチクルの一部を露光する手段とを備
え、前記レチクルの一部は、２ミリラジアンより大きい
開口数で少なくとも約０．１ｍｍの横断寸法を有する前
記ターゲットでのイメージに対応している、ことを特徴
とする電子ビーム投影装置。
【請求項２】ウェハーでの前記イメージの横断寸法が、
約０．１ｍｍ〜約０．４ｍｍであることを特徴とする請
求項１記載の電子ビーム投影装置。
【請求項３】ウェハーでの前記イメージの横断寸法が、
約０．２５ｍｍ〜約０．５ｍｍであることを特徴とする
請求項１記載の電子ビーム投影装置。
【請求項４】約３ミリラジアン〜約８ミリラジアンの範
囲にある開口数を有することを特徴とする請求項１記載
の電子ビーム投影装置。
【請求項５】前記電子ビームの長さが少なくとも４００
ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム
投影装置。
【請求項６】前記電子ビームの長さが少なくとも４００
ｍｍであることを特徴とする請求項４記載の電子ビーム
投影装置。
【請求項７】約５５ｍｍの最大横断寸法を有するフィー
ルド・サイズにわたって前記電子ビームを走査する手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電子ビ
ーム投影装置。
【請求項８】約５５ｍｍの最大横断寸法を有するフィー
ルド・サイズにわたって前記電子ビームを走査する手段
をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の電子ビ
ーム投影装置。
【請求項９】約５５ｍｍの最大横断寸法を有するフィー
ルド・サイズにわたって前記電子ビームを走査する手段
をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の電子ビ
ーム投影装置。
【請求項１０】約３：１〜約５：１の、前記ターゲット
での前記レチクルのイメージの光学的縮小率を与える手
段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電子
ビーム投影装置。
【請求項１１】前記露光手段は、約４〜約３５マイクロ
アンペアのビーム電流を与える手段をさらに備えること
を特徴とする請求項１記載の電子ビーム投影装置。
【請求項１２】７５ｋＶ〜１５０ｋＶの加速電圧を与え
る手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の
電子ビーム投影装置。
【請求項１３】前記ターゲットを連続的に動かす手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１記載の電子ビー
ム投影装置。
【請求項１４】前記レチクルを連続的に動かす手段をさ
らに備えることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム
投影装置。
【請求項１５】前記レチクルを軸の周りに連続的に回転
させる手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記
載の電子ビーム投影装置。
【請求項１６】前記レチクルを連続的に動かす手段をさ
らに備えることを特徴とする請求項１３記載の電子ビー
ム投影装置。
【請求項１７】前記レチクルを軸の周りに連続的に回転
させる手段をさらに備えることを特徴とする請求項１３
記載の電子ビーム投影装置。
【請求項１８】リソグラフィー露光を行う電子ビーム投
影装置を動作する方法において、ターゲットの運動の方向に直交して電子ビームを走査す
るステップと、電子源イメージでレチクルの一部を露光するステップと
を含み、前記レチクルの一部は、２ミリラジアンより大
きい開口数で少なくとも約０．１ｍｍの横断寸法を有す
る前記ターゲットでのイメージに対応している、ことを
特徴とする電子ビーム投影装置の動作方法。
【請求項１９】約５５ｍｍの最大横断寸法を有するフィ
ールド・サイズにわたって前記電子ビームを走査するス
テップをさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の
電子ビーム投影装置の動作方法。
【請求項２０】前記露光ステップを、約４〜約３５マイ
クロアンペアのビーム電流で行うことを特徴とする請求
項１８記載の電子ビーム投影装置の動作方法。