(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線感応層を有する基板上にマスク内のマスクパターンを結像させるリソグラフィ投影装置であって、該投影装置が、
放射源と照明ビーム発生システムとを含む放射システムと、
マスクを保持するマスクホールダを備えた可動の第１客体テーブルと、
基板を保持する基板ホールダを備えた可動の第２客体テーブルと、
基板のターゲット部分にマスクの照射部分を結像させる投影システムとを含み、該投影システムが、
光電陰極と、
前記マスクパターンに対応するパターンで光電子を放射させるように、前記光電陰極上に前記マスクの電磁放射線映像を投影するための第１投影手段と、
基板上に前記光電子を投影するための第２投影手段とを含む形式のものにおいて、
前記光電陰極（４）が、収差を補償するために湾曲していることを特徴とする、リソグラフィ投影装置。
【請求項２】
前記光電陰極（４）が、前記第２投影手段の場の収差を補償するようにされた湾曲形状を有している、請求項１に記載された装置。
【請求項３】
前記光電陰極（４）が、部分球形の表面に事実上適合している、請求項１または請求項２に記載された装置。
【請求項４】
前記第２投影手段が、電子加速手段と電子集束手段とをふくむ、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された装置。
【請求項５】
前記電子集束手段が、疑似単極磁場を発生させる手段を含む、請求項４に記載された装置。
【請求項６】
前記電子加速手段が、事実上一方向にのみ延在する線材の格子枠を含む、請求項４または請求項５に記載された装置。
【請求項７】
更に、前記線材格子枠に対し前記マスクおよび基板を走査するための手段を含む、請求項６に記載された装置。
【請求項８】
前記電磁放射線映像のひずみに対し逆作用を生じさせることにより、前記第１投影手段が、前記第２投影手段のひずみを前補償するようにされている、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された装置。
【請求項９】
前記電磁放射線が紫外線を含む、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された装置。
【請求項１０】
前記第２投影手段が、前記基板上に縮小された電子映像を投影するようにされている、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された装置。
【請求項１１】
デバイスの製造方法であって、前記方法が、
少なくとも部分的にエネルギー感応材料層で被覆された基板を得る段階と、
パターンを有するマスクを得る段階と、
放射ビームを使用して、前記エネルギー感応材料層のターゲット区域上にマスクパターンの少なくとも一部を投影する段階とを含む形式のものにおいて、
前記投影段階が、次の段階、すなわち
電磁放射ビームでマスクパターンを照射して、前記マスクパターンの少なくとも一部の映像を運ぶ映像搬送電磁放射ビームを生成する段階と、
前記映像搬送電磁放射ビームを、湾曲面を有する光電陰極プレート上に向け、光電子を発生させる段階と、
基板のターゲット区域に前記光電子を向ける段階とを含むことを特徴とする、デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィ装置、それも放射源と照明ビーム発生システムとを含む放射システムと、マスクを保持するマスクホールダを備えた可動の第１客体テーブルと、基板保持用の基板ホールダを備えた可動の第２客体テーブルと、基板のターゲット部分にマスクの照射部分を結像させる投影システムとを含む形式のものに関する。
本発明は、特に、基板上の放射線感応層を感光させる電子ビームを発生させるために、映像搬送電磁ビームを使用する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
簡単化するために、以下では、投影システムを「レンズ」と呼ぶことにする。但し、この用語は、例えば屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折システム、帯電粒子光学素子(charged partikle optics)等を含む種々の型式の投影システムを包含するものと、広く解釈すべきである。照明システムも、前記原則のいずれかにしたがって投影放射ビームの方向づけ、成形、制御のいずれかのために操作される部材を含むことができ、これらの部材も、以下では集合的または個別的にレンズと呼ぶことにする。加えて、第１と第２の客体テーブルは、それぞれ「マスクテーブル」、「基板テーブル」と呼ぶこともできる。更に、リソグラフィ装置は、２つ以上のマスクテーブルおよび／または２つ以上の基板テーブルを有する型式のものでよい。このような「多段」装置の場合、付加テーブルを並列して用いたり、準備段階を１つ以上の段階で行うことができる一方、１つ以上の別の段階が感光用に設けられる。例えば国際特許出願WO 98/28665およびWO 98/40791には、２段リソグラフィ装置が記載されている。
【０００３】
リソグラフィ投影装置は、例えば集積回路（ICs）の製造に用いることができる。その場合、マスク（レチクル）は、ICの個別層に対応する回路パターンを含み、この回路パターンが、基板（シリコン・ウェーハ）上のターゲット区域（ダイ）に結像される。前記基板は、感光材料（レジスト）層で被覆されている。一般に単一ウェーハは、隣接ダイの全ネットワークを包含しており、これらのダイが、一度に１個づつレチクルを介して順次に照射される。リソグラフィ投影装置の一型式の場合、各ダイが、全体のレチクルパターンをダイ上に一度に感光させることで照射される。この種の装置は、普通、ウェーハステッパーと呼ばれている。普通、ステップ・アンド・スキャン装置と呼ばれている別の装置では、所定の基準方向（「走査」方向）で投影ビーム下でレチクルパターンを漸次に走査する一方、同時に前記方向と平行または逆平行にウェーハテーブルを走査することによって、各ダイが照射される。一般に、投影システムは倍率M(概して＜１)を有しているので、ウェーハテーブルが走査される速度vは、レチクルテーブルが走査される速度のM倍となる。以上、リソグラフィ装置について、ここで説明した情報は、国際特許出願を 97/33205から知ることができる。
【０００４】
あるリソグラフィ装置では、ウェーハ上に結像される造作(features)の寸法は、投影放射線の波長によって制限される。比較的高密度の装置で、したがって比較的高速の操作速度で、集積回路を製造する場合に望ましいのは、比較的小さい造作を結像できることである。大部分の現在のリソグラフィ投影装置は、水銀灯またはエキシマーレーザーから発生する紫外線を用いているが、より高い周波数（エネルギー）の放射線、例えばX線またはEUV、もしくは例えば電子またはイオン等の粒子ビームを、リソグラフィ装置の照射放射線として使用する提案がなされている。しかし、提案された電子やイオンのビームの投影リソグラフィ装置では、生産量が制限されている。全ビーム電流は、確率的な（ランダム）散乱効果を避けるためには、制限されねばならない。散乱効果は、場の面積に比例するか、または場の面積が3/4の仕事率に相応し、公知の一システムの場合、全ビーム電流が事実上35μAに制限される。
【０００５】
公知の電子ビーム投影装置では、必要なマスク構造のため、並びに電子光学的に修正不能のシステム収差（例えば場の曲率およびひずみ）のために、感光される場の寸法が付加的に制限される。電子光学システム内の収差を修正する公知の２つの方法では、フォイル・レンズ（foil lenses）を用いるか、またはシステム軸上の線電荷または線電流を用いる。公知リソグラフィ装置では、フォイル・レンズは、許容しがたい散乱とビームの減衰を生じさせる一方、使用される電子ビームは、線電荷または線電流を得るには軸に近すぎる。
【０００６】
米国特許第5156942号および第5294801号には、ハイブリッド光学／電子ビームリソグラフィ装置が提案されている。この装置では、紫外線（UV)がマスクの照射に使用され、マスクの映像が、光電子放出プレート上に投影される。これにより、光電子放出プレートは、マスクパターンに対応するパターンで電子を放出する。光電子は、加速され、基板ウェーハ上に投影され、基板ウェーハ上のレジスト層を感光させる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、放射線感応層を有する基板上にマスク内のマスクパターンを結像させる次のようなリソグラフィ投影装置が得られる。すなわち、
放射線源および照明ビーム発生システムを含む放射線システムと、
マスクを保持するマスクホールダを備えた可動の第１客体テーブルと、
基板保持用の基板ホールダを備えた可動の第２客体テーブルと、
基板のターゲット部分にマスクの照射部分を結像させる投影システムとを含む前記投影装置であって、前記投影システムが、
光電陰極と、
前記マスクパターンに対応するパターンで光電子を放射させるために、前記光電陰極上に前記マスクの電磁放射線映像を投影する第１投影手段と、
基板上に前記光電子を投影する第２投影手段とを含む形式のものの場合に、
前記光電陰極が、収差を補償するために湾曲していることを特徴とするリソグラフィ投影装置である。
【０００８】
本発明により、したがって従来の電子ビーム装置よりも高い生産量を有するハイブリッド光学／電子ビームリソグラフィ装置を得ることができる。また、本発明の装置は、より大きい寸法の場を有する一方、公知ハイブリッド装置の場の収差を防止または低減することができる。
【０００９】
光電陰極について用いた「湾曲」という語は、非平面的であること、言い換えると、投影システムの「光軸」に対して凹状および／または凸状であることを指示する意図のものである。
光電陰極は、部分球形の表面に合致しているのが好ましい。
【００１０】
本発明によれば、次の特徴を有するデバイス製造方法が得られる。すなわち前記方法が、
エネルギー感応材料層により少なくとも部分的に被覆されている基板を得る段階と、
パターンを有するマスクを得る段階と、
放射ビームを使用して、前記エネルギー感応材料層のターゲット区域上にマスクパターンの少なくとも一部を投影する段階とを含む形式のものの場合に、
前記投影段階が、次の段階、すなわち
電磁放射ビームで照射して、前記マスクパターンの少なくとも一部の映像を運ぶ映像搬送電磁放射ビームを生成する段階と、
湾曲面を有する光電陰極上に前記映像搬送電磁放射ビームを向けることで、光電子を発生させる段階と、
基板のターゲット区域に前記光電子を向ける段階とを含むことを特徴とする方法である。
【００１１】
本発明によるリソグラフィ投影装置を用いる製造方法の場合、マスク内のパターンは、エネルギー感応材料（レジスト）層により少なくとも部分的に被覆された基板上に結像する。この結像段階に先行して、基板は、例えば下塗、レジスト被覆、ソフトベーク等種々の処置を受ける。感光後、基板は、このほかの処置、例えば感光後ベーク（PEB）、現像、ハードベーク、結像された造作の測定／点検等をうける。この一連の処置は、デバイス、例えばICの個別の層にパターンを設けるための基礎となるものである。このパターンを設けた層は、次いで例えばエッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学-機械式研磨等種々の処置を受ける。もし数個の層が必要な場合には、各新層ごとにすべての前記処置またはその変形処置を反復せねばならない。場合によっては、一連のデバイスが基板（ウェーハ）上に設けられる。これらのデバイスは、次いでダイシングまたはソーイングによって互いに分離された後、個々のデバイスがキャリアに取付けられ、ピンに接続される等々の処置を受ける。この過程について更に情報を得たい場合には、例えば次の文献から得ることができる。すなわちペーター・ヴァン・ザント(Peter van Zant)著『マイクロチップの製造：半導体プロセッシングの実用的案内』(A Practical Guide to Semiconductor Processing)、第3版、1997年マグローヒル社刊(ISBN 0-07-067250-4)である。
【００１２】
ICの製造に本発明による装置を使用するため、本明細書には具体的な説明がなされてるが、本発明の装置は、多くの他の可能な用途を有することをはっきりと理解すべきである。例えば光集積回路システム、磁区メモリ用の案内・検出パターン、液晶ディスプレーパネル、薄膜磁気ヘッド等々の製造に使用できる。そのような別の諸用途の文脈内では、本明細書に用いられている「レチクル」、「ウェーハ」、「ダイ」という用語が、それぞれより一般的な「マスク」、「基板」、「ターゲット区域」という用語に置き換えられるものであることは、当業者には明らかなことであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下で本発明を添付図面に示した説明目的の実施例について説明する。
各図において、同じ部材には同じ符号が付されている。
図１には、本発明によるリソグラフィ投影装置が示されている。この装置は、放射線（例えば紫外線）の投影ビームＰＢを供給するための放射システムＬＡ、Ｅｘ、ＩＮ、ＣＯと、
第１客体テーブル（マスクテーブル）ＭＴであって、マスクＭＡ（例えばレチクル）を保持するマスクホールダを備え、かつアイテムＰＬに対しマスクを精密に位置決めするための第１位置決め手段に接続された形式のものと、
第２客体テーブル（基板テーブル）ＷＴであって、基板Ｗ（例えばレジスト被覆されたシリコンウェーハ）を保持する基板ホールダを備え、かつアイテムＰＬに対し基板を精密に位置決めするための第２位置決め手段に接続された形式のものと、
基板Ｗのターゲット部分Ｃ（ダイ）上にマスクＭＡの照射部分を結像させるための投影システム（「レンズ」）ＰＬとを含んでいる。
ここに示したように、全装置が透過性の構成要素を含んでいるが、代わりに１つ以上の反射性構成要素を含んでいてもよい。
【００１４】
放射システムは、放射ビームを発生させる放射源ＬＡ（例えばＨｇランプまたはエキシマレーザー）を含んでいる。この放射ビームは、種々の光学構成要素、例えばビーム整形レンズＥｘ、積分器ＩＮ、コンデンサＣＯを通過することで、合成ビームＰＢが、事実上平行にされ、かつその横断面にわたり一様な強さにされる。
【００１５】
ビームＰＢは、続いて、マスクテーブルＭＴ上のマスクホールダ内に保持されたマスクＭＡと交差する。マスクＭＡを通過したビームＰＢは、レンズＰＬを通過する。レンズＰＬは、ビームＰＢを基板Ｗのターゲット区域Ｃ上に集束させる。干渉変位・測定手段（interferometric displacement and measuring means）ＩＦによって、基板テーブルＷＴは精密に移動させられて、例えばビームＰＢの経路内に異なるターゲット区域Ｃを位置決めすることができる。同じように、第１位置決め手段は、例えばマスクライブラリからマスクＭＡを機械式に回収した後、ビームＰＢの経路に対するマスクＭＡの精密位置決めに使用できる。通例、客体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、図１には明瞭には示されていない長行程モジュール（コース位置決め）と短行程モジュール（精密位置決め）とによって実現される。
図示の装置は２つの異なるモードで使用できる：
ステップモードでは、マスクテーブルＭＴが実質的に定置的に保持され、マスクの映像全体が一度に（すなわち単一の「フラッシュ」で）ターゲット区域Ｃに投影される。次いで、基板テーブルＷＴがｘ方向および／またはｙ方向に移動させられることで、異なるターゲット区域ＣがビームＰＢにより照射できる。
走査モードでも、実質的に等しいシナリオが適用されるが、所定ターゲット区域Ｃが単一の「フラッシュ」で感光されない点が異なっている。その代わりに、マスクテーブルＭＴが所定方向（いわゆる「走査方向」、例えばｘ方向）に速度ｖで移動可能であり、それにより投影ビームＰＢがマスク映像全般にわたって走査する。同時に、等方向または逆方向に速度Ｖ＝Ｍｖで基板テーブルＷＴが移動する。この場合、ＭはレンズＰＬの倍率である（通常Ｍ＝1/4または1/5）。このようにして、比較的大きいターゲット区域Ｃが感光でき、解像に関して妥協する必要はない。
【００１６】
図２は、図１の投影システムＰＬの略図である。このシステムでは、従来式のレチクル１が、光源（例えば248nm波長の紫外線）と照明システムＬＡ、Ｅｘ、ＩＮ、ＣＯとにより照明される。光は、レチクル１の透過性区域を通過し、光学システム３により映像搬送ビーム２内に集められ、光電陰極４上に投影される。
【００１７】
光学システム３は、簡単化して単一のレンズとして示してあるが、実際には複数のレンズおよび／または集束、縮小（所望とあれば）、収差修正等のための他の構成要素を含むことができる。
光電陰極４は、部分球形の表面（例えばガラス製またはクォーツ製）を有し、この表面は、例えば金、ガリウム砒素、カーバイドのいずれかで被覆されている。使用される特定の被覆によって、光電陰極４の仕事関数および効率が決定される。使用される被覆は、したがってビーム２に使用される照射光の波長にしたがって変更できる。
【００１８】
光電子５は、光電陰極４に投影される映像パターンに対応するパターンで光電陰極４から発せられ、加速プレート６によって約100keVに加速され、電子光学システム７によりウェーハ８上へ投影される。（後述する疑似単極磁場の場合には、2kV程度の低い加速電圧で十分なことがある）更にまた、電子光学システム７は単一のレンズとして示してあるが、実際には、後述するように、適当な電場および／または磁場発生器を含むことになろう。電子光学システム７は、また光電子ビーム５によって運ばれる映像を縮小（例えば倍率１／４）してウェーハ８上へ投影できる。
【００１９】
光電陰極４の曲率は、電子光学システムの場の曲率を修正するように計算されている。他のひずみは、光電陰極４より前のレンズを用いて修正できる。
光源の光電子ガリウム光電陰極に衝突すると、電子がランダムな方向に放出される。放出された電子は、加速プレート６により発生せしめられた電場により加速され、放物線状の経路をたどり、力線に漸近的に接近する。加速電場を去る電子の経路が後方へ外挿される場合、電子は、光電陰極の背方の仮想放射源から放出されるように見えるだろう。
【００２０】
計算が示唆している点は、光電子のランダムな放出角度によってウェーハに生じるぶれは、電子が1eVのエネルギー拡散を有し、半開角度が10keVの加速エネルギーで80mradになるように、また100keVでは800mradになるように強制される場合には、無視できる。双方の場合、加速ギャップは10mmと推定される。実際には、全システム内のエネルギー拡散は0.2eVと予想され、したがってランダム放出角度の効果は無視することができる。
【００２１】
本発明の一好適実施例では、加速器が、電子通過用の中央貫通穴を有するプレートの形状を有している。収差を低減するために必要とされることは、貫通穴を有する加速プレートの代わりに、加速グリッドを用いることだろう。しかしながら、その種の加速グリッドは、基板（ウェーハ）上に影を投じることになろう。別の解決策は、一方向にのみ線材が延在する「格子枠(grillage)」を用いることである。その場合、影の効果は、格子枠の線材と直角の方向に格子枠に対しマスクおよび基板を走査することで防止することができる。格子枠が投じる影は、その場合、基板を横断して移動し、局所的な妨害より、むしろ場全対にわたり無視できるドーズの減少を生じさせるだろう。
【００２２】
ビーム２による入射光によって発生する光電子電流は、次式にしたがって、変換の量子効果と波長とに依存する：
Ｓ（λ）＝Ｙ（λ）・λ／１２４
この式において、Ｓ（λ）は、単位がmA/Wの場合、入射光電力で割った電子流、Ｙ（λ）は量子効果（単位は%）、λは波長（単位はnm）である。248nmの波長の場合、量子効果は20%程度の値が可能であり、150mW/cm2の入射光電力から60μA/mm2のビーム電流が与えられる。この値は、量子効果が2%まで低下しても、適当な生産量が得られるのに十分なビーム電流である。
【００２３】
本発明は、２個のレンズの遠隔中心系を有する従来式の電子光学システムを用いることができる。その場合には、光電陰極は、第１レンズの前部焦点面に配置される。第１レンズの背部焦点面は第２レンズの前部焦点面に合致する。基板（ウェーハ）は、その場合、第２レンズの背部焦点面に配置される。この構成により、倍率Ｍはf2/f1に等しくなる。f1とf2とは、それぞれ第１レンズと第２レンズの焦点距離である。また、たいていの収差は、これらのレンズが等しい形状と励起素子(excitaitions)（レンズ内のアンペア巻線）を有し、かつ倍率Ｍにしたがって決められる幾何寸法を有するようにすることで解消できる。残る最も重要な収差は場の曲率であるが、この曲率は、本発明の湾曲光電陰極により修正できる。従来の電子リソグラフィ装置は、場の曲率と色収差とのため、ウェーハに23.5nmのぶれを有している。このぶれは、本発明により事実上除去でき、ウェーハ上の場の面積を4倍にでき、かつ最大電流を通常約2.5〜4倍だけ増大させることができる。この結果、生産量がかなり増大する。
【００２４】
本発明の湾曲光電陰極の別の実施例の場合、電子映像が疑似単極磁場を用いて基板（ウェーハ）上に縮小される。磁気単極が存在すれば、１点から生じる直線的な力線を有する磁場、言い換えると、点電荷により発生する電場に似た形態の磁場を発生させるだろう。磁気単極の存在は分からないが、電子ビームを収容し、かつそれを縮小するのに十分な大きさの容積にわたって、単極磁場に近似する磁場を発生させることができる。
【００２５】
疑似単極磁場は対称であるため、各力線を軸線と考えることができる。十分に強力な、回転対称の磁場では、電子は、常に出発した軸線に戻ってくるだろう。したがって、疑似単極磁場により、電子は、その最初の旋回で横切った力線に限定されよう。図３には、この効果が示され、異なる力線に制限された出発（放出）角度の異なる電子トレースが示されている。図３では、横軸線が投影システムの光軸線に沿った距離を、また縦軸線は光軸線から離れる距離を、いずれも任意の単位で示している。
【００２６】
疑似単極磁場は、したがって電子を必要な縮小率でウェーハに案内するように構成でき、しかも各交差箇所での球面収差または色収差を増大させることがない。従来の縮小システムに見られたような単一の全体的な交差が不在であるということは、ビーム電流が、交差箇所の空間電荷により生じる確率的効果による制限を受けないことを意味する。したがって、このことにより少なくとも従来システムに比較される程度の大きさの全ビーム電流の増大が可能になる。例えば3×3mm2の放出面積は、1×1mm2の9つのサブフィールドに解体できる。疑似単極磁場は、固有の縮小レンズを有する各サブフィールドを示す。したがって、確率的なぶれを増すことなく、9倍の大きさの電流を使用できる。単極磁場は、例えば米国特許第5268579号（ブリーカー）に記載にしたがって、また該特許の装置を用いて発生させることができる。
【００２７】
本発明によるシステムの別の利点は、線電荷(line charge)または、磁気レンズが用いられる場合には線電流を利用できる点であり、これによって、電子-レンズ内の収差を修正できる。本発明の実施例では、照射される光電陰極部分がオフアクシスの（軸芯外れ）場合には、関連電子ビームもオフアクシスとなり、線電荷または線電流用の空間が得られよう。
以上、本発明の特定実施例を説明したが、本発明は、既述の説明とは別様に実現することもできることが理解できよう。既述の説明は本発明を限定する意図のものではなく、本発明は特許請求の範囲によってのみ規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるリソグラフィ投影装置の図。
【図２】本発明の第１実施例の投影システムの図。
【図３】疑似単極磁場内での電子のトレースを示す図。
【符号の説明】
ＰＢ  投影ビーム
ＭＴ  第１客体テーブル
ＷＴ  第２客体テーブル
Ｗ  基板
ＭＡ  マスク
Ｃ  基板のターゲット部分
ＬＡ  放射源
ＰＬ  投影システム
Ｅｘ  ビーム整形レンズ
ＩＮ  積分器
ＣＯ  コンデンサ
ＢＰ  ビーム
ＩＦ  干渉変位・測定手段
１  レチクル
２  映像搬送ビーム
３  光学システム
４  光電陰極
５  光電子
７  電子光学システム
８  ウェーハ
【図１】
0003673431.tif 000002
【図２】
0003673431.tif 000003
【図３】
0003673431.tif 000004