CN102017052A - 投影透镜装置 - Google Patents

Abstract

一种用于带电粒子多子束系统的投影透镜装置(10)，该投影透镜装置包括一个或多个板(12、13、14)和一个或多个投影透镜阵列。各板具有形成于板中的孔径阵列，并且在孔径位置处形成投影透镜。该投影透镜阵列形成了投影透镜系统阵列，各投影透镜系统包括形成于一个或多个投影透镜阵列相应点处的一个或多个投影透镜。以范围在约为板孔径直径的1至3倍的间距布置投影透镜系统，并且各投影透镜系统用于将一个或多个带电粒子子束(21)缩小并聚焦在目标平面上，各投影透镜系统具有约为间距的1至5倍范围内的有效焦距，并且将带电粒子子束缩小至少25倍。

Description

投影透镜装置

技术领域

本发明涉及用于带电粒子多子束(multi-beamlet)系统的投影系统，例如用于带电粒子多子束微影(lighography)系统或检查系统(inspection system)的投影系统，以及用于这样的投影系统的末端模块。

背景技术

目前，大多数商用微影系统使用掩膜(mask)作为存储和再生成照射(expose)目标的图案数据的装置，例如具有阻剂涂层的晶片。在无掩膜的微影系统中，带电粒子的子束被用于将图案数据写在目标上。这些子束被单独地控制，例如通过单独地将它们接通或关断，来生成所需要的图案。对于被设计成以商业上可接受的生产能力操作的高分辨率微影系统，其大小、复杂性和成本成为了障碍。

一种用于带电粒子多子束系统的设计在例如第5,905,267号的美国专利中被示出，该专利中电子波束被扩展、变平行和被孔径阵列(aperture array)分裂成多个子束。获得的图像然后通过缩影电子光学系统被缩小，并被投影到晶片上。缩影电子光学系统将所有的子束一同聚焦和缩小，使得整个子束组被成像并且在尺寸上被减小。此设计中，所有子束在公共交叉点处相交，引起了失真和分辨率的降低，这归因于子束中带电粒子之间的相互作用。

没有这样的公共交叉点的设计也已经被提出，其中子束被单独地聚焦和缩小。然而，当这样的系统被构造成具有大量的子束时，为单独地控制各子束而提供多个透镜变得不现实。大量单独受控的透镜的构造增加了系统的复杂性，并且透镜之间的间距必须足够大以便能为各透镜的必要组件留下空间，和使单独的控制信号能访问各透镜。这种系统的光学柱体(optical column)的较大高度导致了若干缺点，例如增加了需保持真空的体积，并且子束的过长路径增大了例如由子束的偏移引起的对准错误(alignment error)的影响。

发明内容

本发明尝试改进熟知的系统，并通过提供用于带电粒子多子束系统的投影透镜装置解决这样的问题，该投影透镜装置包括一个或多个板和一个或多个投影透镜的阵列。各板具有形成于其上的孔径的阵列，在孔径的位置处形成投影透镜。投影透镜阵列形成投影透镜系统的阵列，各投影透镜系统包括形成于一个或多个投影透镜阵列相应的点处的一个或多个投影透镜。以范围在约板孔径直径的1至3倍的间距布置这些投影透镜系统，并且各投影透镜系统用于将一个或多个带电粒子子束缩小并聚焦到目标平面上，各投影透镜系统的有效焦距在约为间距的1至5倍的范围内，并且将带电粒子子束缩小至少25倍。

投影透镜装置优选地包括至少一万个投影透镜系统的阵列。该投影透镜系统的焦距优选地少于约1mm。该投影透镜装置优选地包括两个或更多板，且这些板优选地被分开与最厚板的厚度为相同数量级的距离。投影透镜系统的阵列的间距优选地在约50微米至500微米范围内，而且从投影透镜装置的上游端(upstream end)到下游端(downstream end)的距离优选地在约0.3至0.2mm的范围内。各阵列的投影透镜优选地被基本布置在一个平面上。

投影透镜优选地包括静电透镜，并且各板优选地包括用于形成静电透镜的电极。在电极之间生成大于10kV/mm，或者更优选地为约25至50kV/mm的电场。投影透镜装置可包括三个板，这三个板布置成使得各板的相应的孔径基本上相互对准，并且第三板电极优选地被保持在与目标基本一样的电压电势。在第一板和第二板之间的电压差优选地小于第二板和第三板之间的电压差，并且第二板和第三板电极上的电压优选地在约3至6kV范围内。

第一板和第二板优选地分开约100至1000微米，或者更优选地分开约100至200微米，第二板和第三板优选地相隔约50至500微米，或者更优选地相隔150至250微米，并且第三板优选地与目标相距约25至400微米，或者更优选地与目标相距50至200微米。

本发明的另一个方面还包括可安装在带电粒子多子束系统中的末端模块，其中末端模块包括投影透镜装置。该末端模块可能还包括位于投影透镜装置上游的波束停止阵列，其中波束停止阵列包括板，该板具有形成于其上的孔径的阵列，波束停止阵列孔径与投影透镜系统基本对准。波束停止阵列孔径的直径优选地在5至20微米范围内(即百万分之一米或μm)，并且在波束停止阵列和投影透镜装置之间的距离优选地小于约5毫米(mm)。末端模块可能还包括用于扫描子束的偏转系统，该偏转系统位于波束停止阵列和投影透镜装置之间。

本发明还包括带电粒子多子束系统，其包括用于产生带电粒子束的带电粒子源、用于使波束平行(collimate)的准直器(collimator)、用于从平行的波束产生多个子束的孔径阵列、用于将子束聚焦的聚光器阵列、基本置于聚光器阵列的焦点平面上并包括用于使子束偏转的偏转器的波束阻断阵列(beam blanker array)，以及包括投影透镜装置的末端模块。多子束系统的带电粒子优选地具有在约1至10keV范围内的能量。末端模块的投影透镜装置优选地包括在子束到达目标之前用于将子束聚焦和缩小的末级元件，并且末端模块的投影透镜装置优选地包括带电粒子多子束系统的主缩小元件。

附图说明

将参考附图中示出的实施例进一步解释本发明不同的方面，其中：

图1是带电粒子多子束微影系统的实例的简化示意图；

图2是图1中微影系统的末端模块的侧视简化示意图；

图3A是图2中末端模块的投影透镜中透镜阵列的电压和相互距离的侧视简化示意性表示；

图3B是如在垂直横截面中示出的，图2中投影透镜对子束的影响的示意性说明；

图4是图2中投影透镜的透镜阵列的衬底的透视图；以及

图5是末端模块偏转系统的另一个实施例的横截面的简化示意性表示。

具体实施方式

以下是本发明实施例的描述，仅作为例子给出，并参考附图。

图1示出了带电粒子多子束微影系统实施例的简化示意图，该系统是基于不具有所有电子子束的公共交叉点的电子束光学系统的。这样的微影系统在例如第6,897,458号、第6,958,804号、第7,084,414号和第7,129,502号美国专利中有所描述，这些美国专利均全文并入此文中作为参考，这些专利均被转让给本发明的所有者。在图1示出的实施例中，微影系统包括用于产生均匀的、展开的电子束20的电子源1。波束能量优选地保持在相对低的1至10keV范围内。为达到这个范围，加速电压优选地为较低的，但电子源优选地保持在相对于地电势成约-1至-10kV之间，但其他设置也可被使用。

来自电子源1的电子波束20经过双八极(double octopole)2，随后经过使电子波束20平行的准直透镜(collimator lens)3。随后，电子波束20撞击到孔径阵列4上，孔径阵列4阻挡了部分波束，并允许多个子束21通过孔径阵列4。孔径阵列优选地包括具有通孔(through hole)的板。因此，产生多个平行的电子子束21。该系统生成大量的子束21，优选地约为10,000至1,000,000个子束，但也可能采用更多或者更少的子束。注意其他熟知的方法也可能被用来生成平行子束。

多个电子子束21经过聚光透镜阵列5，其将每个电子子束21聚焦在波束阻断阵列(beam blanker array)6的平面内。这样的子束阻断阵列6优选地包括多个阻断器，每个阻断器能够将一个或多个电子子束21偏转。

随后，电子子束21进入末端模块7。末端模块7优选地构造成包括不同组件的可插入、可替换的单元。在此实施例中，末端模块包括波束停止阵列(beam stop array)8、波束偏转阵列9和投影透镜装置10，但是并非所有这些都需要被包括在末端模块中，而且它们可以不同方式来布置。除了其他功能，末端模块7还将提供约100至500倍的缩小，这个倍数优选地为尽量大，比如在300至500倍的范围内。末端模块7优选地如以下描述那样偏转子束。离开末端模块7之后，子束21撞击到定位在目标平面处的目标11的表面上。对于微影应用，目标通常包括配备了带电粒子感应层或阻剂层的晶片(wafer)。

在末端模块7中，电子子束21首先经过波束停止阵列8。此波束停止阵列8很大程度上决定了子束的开度角(opening angle)。在此实施例中，波束停止阵列包括用于允许子束通过的孔径阵列。波束停止阵列的基本形态包括配备了通孔的衬底，该通孔通常为圆孔，但也可以采用其他形状。在一个实施例中，波束停止阵列8的衬底是由具有按规则分布的通孔的阵列的硅晶片形成的，并可镀上金属表面层来阻止表面带电。在一个实施例中，该金属是不会形成天然氧化物表层的种类，例如CrMo。

在一个实施例中，波束停止阵列8的通路与波束阻断阵列6的元件对准。子束阻断阵列6和波束停止阵列8一起工作阻挡或允许子束21通过。如果子束阻断阵列6使子束偏转，子束将不能通过在波束停止阵列8上相应的孔径，而是被波束停止阵列8的衬底阻挡。但是如果子束阻断阵列6不使子束偏转，则子束将通过波束停止阵列8中的相应孔径，然后将被投影成目标11表面上的一个斑点。

接下来，子束经过波束偏转阵列9，其为每个子束21提供在X和/或Y方向上的偏转，X或Y方向基本上垂直于未经偏转的子束21的方向。接下来，子束21经过投影透镜装置10，被投影到目标平面上的目标11上，目标11通常为晶片。

为了在目标上的投影斑点内以及在投影斑点之间电流和电荷的一致性和均匀性，并且因为波束停止板8在很大程度上决定了子束的开度角，在波束停止阵列8中的孔径的直径优选地小于当子束到达波束停止阵列时子束的直径。在一个实施例中，波束停止阵列8中的孔径的直径在5μm至20μm的范围，而在所述实施例中撞击到光束停止阵列8上的子束21的直径典型地约在30μm至75μm的范围。

本实例中波束停止板8上的孔径的直径将子束的横断面限制成直径的范围在5μm至20μm内的上述值，并且更优选地范围在5μm至10μm内，而如果不受限制该子束的横断面的直径值将在30μm至75μm的范围内。这样，只有子束的中心部分才被允许通过波束停止板8，投影到目标11上。子束的这个中心部分具有相对均匀的电荷密度。由波束停止阵列8对子束圆周部分的这种切割也在很大程度上决定了系统末端模块7中子束的开度角，以及在目标11处的电流量。在一个实施例中，波束停止阵列8中的孔径是圆的，导致了各子束具有基本一致的开度角。

图2更详细地示出了末端模块7的实施例，示出了波束停止阵列8、偏转阵列9和投影透镜装置10，将电子子束投影到目标11上。子束21被投影到目标11上，优选地导致直径约为10纳米至30纳米，更优选地约为20纳米的斑点几何尺寸，这种设计的投影透镜装置10优选地提供约100至500倍的缩小。在此实施例中，如图2中所示，子束21的中心部分首先通过波束停止阵列8(假设子束没有被子束阻断阵列6偏转过)。然后，子束经过波束偏转阵列9的偏转器或者按顺序布置从而形成偏转系统的偏转器组。子束21随后经过投影透镜装置10的电-光系统，最终撞击到目标平面上的目标11。

在图2中示出的实施例中，投影透镜装置10具有按顺序布置、用于形成静电透镜阵列的三个板12、13和14。板12、13和14优选地包括其中形成有孔径的衬底。孔径优选地形成为穿过衬底的圆孔，但其他形状也可被采用。在一个实施例中，衬底由采用半导体芯片产业中熟知的处理步骤处理的硅或其他半导体形成。孔径可采用在半导体制造产业中熟知的例如微影和蚀刻的技术，在衬底上便利地形成。所采用的微影和蚀刻技术优选地被充分精确地控制，以确保孔径的位置、尺寸和形状的一致性。这种一致性使得对单独控制每个子束路径和聚焦的需求可被消除。

孔径定位的均匀性，即孔径之间一致的距离(间距)和在衬底表面上孔径的均匀的布置，使得能够产生具有在目标上生成均匀网格图案的密集子束的系统构造。在一个实施例中，孔径之间的间距在50微米至500微米的范围内，间距的偏差优选地为100纳米或更少。此外，在采用多个板的系统中，每个板上相应的孔径被对准。各板之间孔径的未对准可引起沿不同轴线上焦距的不同。

孔径尺寸的一致性使在孔径位置处形成的静电投影透镜能具有一致性。透镜尺寸的偏差将导致聚焦的偏离，使得某些子束将被聚焦在目标平面上而其他的子束不聚焦在目标平面上。在一个实施例中，孔径尺寸在50微米至150微米的范围内，尺寸的偏差优选地为100纳米或更少。

孔径的形状的一致性也是很重要的。在使用圆孔的情况下，孔的圆度的一致性致使产生的透镜的焦距在两个轴上是相同的。

衬底优选地被涂上导电涂层，以形成电极。导电涂层优选地在各衬底上形成单个电极，在孔径周围以及孔的内侧覆盖板的两个表面。优选地，例如钼(molybdenum)的具有导电天然氧化物的金属被用于电极，采用例如在半导体制造产业中熟知的技术将该金属沉积在板上。将电压施加到各电极，以控制在各个孔径位置处形成的静电透镜的形状。各电极由用于整个阵列的单个控制电压控制。因此，在示出的具有三个电极透镜的实施例中，将只存在三个电压，用于所有的上千个透镜。

图2示出的板12、13和14具有分别施加到它们的电极上的电压V1、V2和V3。在板12和13之间，以及板13和14的电极之间电压的差异，在板上的各孔径的位置处产生静电透镜。这样在相互对准的孔径阵列中的各位置处生成了“垂直的”静电透镜组，从而构成投影透镜系统的阵列。各投影透镜系统包括形成于各板的孔径阵列的相应点处的静电透镜组。各静电透镜组形成的投影透镜系统可被当作单独有效投影透镜，其将一个或多个子束聚焦或缩小，并具有有效的焦距和有效的缩小。在系统中仅使用了单个板，可与地平面相结合地使用单电压，使得在板上各孔径的位置处形成静电透镜。

孔径的一致性的变化将导致在孔径的位置处形成的静电透镜的变化。孔径的一致性导致静电透镜是一致的。因此，三个控制电压V1、V2和V3产生了一致的静电透镜的阵列，这些一致的静电透镜将大量的电子子束21聚焦并缩小。静电透镜的特性由三个控制电压控制，使得所有子束的聚焦和缩小的量可通过控制这三个电压来控制。这样，单个公共控制信号可被用于控制用于缩小和聚焦非常大量的电子子束的电子透镜的整个阵列。公共控制信号可针对每个板提供，或作为两个或更多板之间的电压差来提供。在不同投影透镜装置中采用的板的数量可不同，而公共控制信号的数量也可以不同。在孔径具有足够一致的布局和尺寸的地方，使用一个或多个公共控制信号能够使电子子束聚焦，和使子束缩小。在图2的实施例中，包含三个控制电压V1、V2和V3的三个公共信号因此被用来聚焦和缩小所有的子束21。

投影透镜装置优选地形成所有用于将子束聚焦在目标表面上的聚焦器件。这是由投影透镜的一致性实现的，这些投影透镜提供了对子束的充分一致的聚焦和缩小，使得不需要对单独电子子束的聚焦和/或路径进行修正。这相当大地减少了整个系统的成本和复杂性，因为这简化了系统构造，简化了系统的控制和调节，并大大减小了系统的尺寸。

在一个实施例中，在形成投影透镜处孔径的布局和尺度被控制在，足以使利用一个或多个公共控制信号对电子子束的聚焦能够实现焦距一致性优于0.05％的公差之内。各投影透镜系统被间隔开额定间距，并且各电子子束被聚焦，在目标表面上形成斑点。在板上的孔径的布局和尺度优选地被控制在，足以实现在目标表面上斑点空间分布的变化达到小于额定间距0.2％的公差之内。

投影透镜装置10包括放置成彼此接近的板12、13、14，使得尽管在电极上使用相对低的电压(与典型地用在电子波束流光学中的电压相比)，也能够产生非常高的电场。这些高电场生成具有小焦距的静电投影透镜，这是因为对于静电透镜，焦距可被估计成与被电极之间的静电场强度分开的波束能量成正比。在这种考虑下，在可实现先前的10kV/mm处，本实施例优选地在第二板13和第三板14之间施加范围在25kV/mm至50kV/mm的电势差。这些电压V1、V2和V3被优选地设置为使得第二和第三板(13与14)之间电压的差大于第一和第二板(12与13)之间电压的差。这导致在板13和14之间形成更强的透镜，使得各投影透镜系统的有效透镜平面被置于板13和14之间，如图2中在透镜开口中板13和14之间用弯曲的虚线示出的那样。这将有效的透镜平面安放成更靠近目标，并使投影透镜系统能够具有较短的焦距。需进一步注意，为了简单，图2中的子束被示为从偏转器9被聚焦，在图3B中示出对子束21的聚焦的更准确的表示。

电极电压V1、V2和V3优选地被设置成，使得电压V2比电压1更接近电子源1的电压，引起了子束21中带电粒子的减速。在一个实施例中，目标为0V(地电势)，而电子源相对于目标约为-5kV，电压V1约为-4kV，而电压V2约为-4.3kV。电压V3相对于目标约为0V，避免了在板14和目标之间产生强电场，这种强电场在目标的拓扑不平坦的情况下可造成子束的干扰。板(以及投影系统其他组件)之间的距离优选为较小的。利用这种布置，实现了聚焦和缩小投影透镜，以及在子束中引出带电粒子的速度的降低。利用约-5kV的电压的电子源，带电粒子被中心电极(板13)减速，随后被具有地电势电压的底部电极(板14)加速。这种减速容许在电极上使用更低的电场，同时对于投影透镜装置仍能实现期望的缩小和聚焦。不是如先前系统中使用的仅具有控制电压V1和V2的两个电极，而是具有控制电压V1、V2和V3的三个电极的优点是，将对子束的聚焦的控制与对子束加速电压的控制之间的相互影响消除到一定程度。对相互影响的这种消除是因为可通过不改变电压V1而只调整电压V2和V3之间的电压差来调整投影透镜系统。因此电压V1和源电压之间的电压差很大程度上未改变，使得加速电压基本上保持恒定，降低了在柱体(column)上部中对准的重要性。

图2还示出偏转阵列9对子束21在Y方向上的偏转，该偏转在图2中被示为从左到右的偏转。在图2的实施例中，偏转阵列9中的孔径被示为用于使一个或多个子束通过，在孔径的对面提供电极，电极配备了电压+V和-V。在电极上提供电势差引起子束的偏转，或经过孔径的子束的偏转。对电压(或电压正负号)的动态改变将使子束能以扫描方式被扫描(sweep)，这里是在Y方向上被扫描。

通过与针对Y方向上的偏转所描述的一样的方式，X方向上的偏转也可来回地被执行(在图2中，X方向是在进出纸张的方向上)。在所述实施例中，为在衬底的表面上扫描子束可使用一个偏转方向，同时通过使用扫描模块或扫描阶段在另一个方向上平移衬底。平移方向优选地横切于Y方向，并与X方向一致。

末端模块7的偏转器和透镜相对于彼此如所描述那样的布置与粒子光学领域中所普遍预期的不同。典型地，偏转器被定位在投影透镜之后，使得聚焦首先被完成，然后偏转被聚焦的子束。如在图2和3中的系统中，先偏转子束、然后聚焦子束，导致进入投影透镜的子束脱离轴线，并且相对于投影透镜的光轴成一定角度。对于本领域技术人员显而易见的是，后一种布置可相当大地提升偏转子束的轴外像差(aberration)。

在用于微影的投影系统的应用中，将以超高的精确度聚焦和定位子束，使斑点的大小为几十纳米，大小的精确度为纳米级，并且定位的精确度为纳米级。发明者认识到将经聚焦的子束偏转，例如将其偏离子束光轴几百纳米，将很容易导致子束焦点没对准(out-of-focus)。为了符合精确度的要求，将严格地限制偏转量，否则子束将迅速在目标11的表面上变得焦点没对准。

如上所讨论的，考虑到投影透镜装置在微影系统中的使用，为了达到投影透镜装置的目标，投影透镜系统的有效焦距很短，并且投影透镜系统的透镜平面被定位成非常接近目标平面。因此，对于子束偏转系统在投影透镜与目标平面之间只留出了很小的空间。发明者认识到焦距应该在这样有限的量级上，任何偏转器或偏转系统都应被置于投影透镜之前，尽管这样的布置容易发生轴外像差。

在每个投影透镜系统只聚焦一个子束(或很少的子束)的系统中，在图1和图2中示出的偏转阵列9装置的上游和投影透镜装置10的下游进一步地能使子束21发生强聚焦，尤其是允许子束尺寸减小(缩小)至少约100倍，并优选地约350倍。在每个投影透镜系统聚焦一组子束(优选聚焦10个到100个子束)的系统中，每个投影透镜系统提供至少约25倍，优选地约为50倍的缩小。这种高倍缩小具有的另一种优点在于对于投影透镜装置10之前(前端)的孔径和透镜的精度要求降低很多，因此使得微影装置的构造成本减少。这种装置的另一个优点是整个系统的圆柱体长度(高度)可被大大减小。对于此，也优选具有小的投影透镜焦距和大的缩小系数，以便获得有限高度的投影圆柱体(projection column)，从目标到电子源优选地少于一米，并且高度更优选地在约150mm和700mm之间。这种具有短圆柱体的设计使微影系统更易安装和收纳，并且还减少了分离的子束偏离的影响，这归因于有限圆柱体高度和更短的子束路径。更小的偏离减少了子束对准问题，并使得能够使用更简单和成本更低的设计。然而，这种布置对末端模块的各种组件提出了额外的要求。

对于位于投影系统上游的偏转系统，偏转子束将不再在其光轴上经过投影系统。因此，当被偏转时，被聚焦在目标平面上的非偏转子束现在将在目标平面上没对准焦点。为了限制由于子束偏转而导致的焦点没对准的影响，在一个实施例的末端模块中，偏转阵列9被置于尽可能地靠近投影透镜阵列10。这样，当偏转子束经过投影透镜阵列时，将仍然相对接近它们的未偏转的光轴。优选地，偏转阵列被设置在与投影透镜阵列10相距约0mm至5mm的距离处，或者优选地设置成尽可能靠近同时与投影透镜保持分离。在实际设计中，为适应配线，可采用0.5mm的距离。另一个实施例还提供了另一种装置来克服这个问题，如下面相对于图5进行的描述。

对于如上面描述的装置，投影透镜系统10的主要透镜平面优选地置于两个板13和14之间。在依据上述实施例的系统中，带电粒子的全部能量被保持为相对低。对于电子波束，例如，能量优选地在上至约10keV的范围内。这样，在目标处热的生成被减少。然而，由于带电粒子如此低的能量，系统中的色差(chromatic aberration)增加。这需要特定措施来抵消这种有害影响。其中之一是已经提到的投影透镜装置10中相对高的静电场。高静电场导致形成了具有低焦距的静电透镜，使得透镜具有低的色差。

色差通常与焦距成正比。为了减少色差和提供适当的电子波束投影到目标平面上，光学系统的焦距优选地被限制到一个毫米或更小。此外，依据本发明的透镜系统10末级板14被制成非常薄，以使得焦点平面不在透镜内部的情况下焦距能够很小。板14的厚度优选地在50um至200um范围之内。

由于上面提及的原因，期望将加速电压保持成相对低，来获得相对强的缩小，并保持尽量低的像差。为了满足这些对立的要求，构想出了将投影透镜系统的透镜放置成尽可能接近到一起的装置。这种新的概念要求投影透镜的更低的电极14优选地尽可能靠近目标平面，偏转器的作用被优选地置于投影透镜之前。另一种减轻由末端模块7的布置引起的像差的措施，是将偏转器9和投影透镜装置10置于最小相互距离上。

图3A说明了透镜阵列中的相互距离，如上面指出的，该相互距离是被高度最小化的类型。在这方面，板12和13之间的相互距离d1和d2与板13的厚度在相同的数量级上。优选实施例中，d1和d2的厚度在约100μm至200μm的范围内。最后的板14到目标平面的距离d3优选地小于距离d2，以允许短的焦距。然而，在板14的较低表面和晶片表面之间需要有最小距离，以容许晶片的机械移动。在作为例子的本实施例中，d3约为50μm至100μm。在一个实施例中，d2约为200μm，并且d3约为50μm。这些距离涉及电压V1、V2和V3，以及板12、13和14的透镜的孔径18的大小d4，以便允许经偏转的子束通过，同时能够聚焦一个或多个子束。

如在说明的末端模块7的设计中，板12、13和14的透镜的孔径的直径d4比波束停止阵列8的同轴对准孔径的直径大许多倍，优选地具有约5μm至20μm的直径。直径d4优选地在约50μm至150μm的范围内。在一个实施例中，直径d4约为100μm，而波束停止阵列的孔径直径约为15μm。

此外，在本设计中，板13的中间衬底具有最大的厚度，优选地在约50μm至500μm的范围内。用于板12的衬底的厚度相对更小，优选地约为50μm至300μm，而用于板14的厚度是相对最小的，优选地约为50μm至200μm。在一个实施例中，用于板13的衬底的厚度约为200μm，用于12的约为150μm，并且用于14的约为150μm。

图3B借助于在投影透镜装置10的孔径18的横截面中的所谓轨迹线(traced ray)的说明，说明了依据图3A的实施例的透镜的实际聚焦作用。此图说明，在此实施例中，透镜系统10的实际透镜平面在板13和14之间。还应注意的是在最底下的板14和目标平面11之间的距离d3在本设计中应该非常小，以允许焦距很短。

图4是板12、13或14的其中之一的透视图，该板优选地包括衬底，优选地由例如硅的材料制成，配备了孔18。这些孔可布局成三角形(如图所示)或方形或其他适宜的形状，相邻孔的中心之间的相互距离P(间距)为孔18的直径d7的一倍半。依据一个实施例的板衬底可约为20-30mm²，优选地设置成在它们的整个面积中都保持恒定的相互距离。在一个实施例中，衬底约为26mm²。

为达到特定的生产能力(即每小时曝光特定数量的晶片)所需的子束的总电流，取决于所需的剂量(dose)、晶片的面积和开销时间(overhead time)。在这些散粒噪声(shot noise)受限系统中所需的剂量，除取决于其他因素外，还取决于所要求的特征尺寸和均匀性，以及波束能量。

为通过使用电子束微影在阻剂中获得特定的特征尺寸(临界尺度或CD)，需要特定的分辨率。这种分辨率由三个方面的影响确定：波束大小、阻剂中的电子散射以及与酸性扩散相结合的二次电子平均自由路径。这三方面的影响以平方关系叠加起来，确定总的斑点大小。在这三方面的影响中，波束大小和散射取决于加速电压。为了解决阻剂中的特征，总斑点大小应该与预期的特征大小(CD)在同样的数量级上。不仅CD，还有CD的均匀性对于实际应用都很重要，对后者的要求将决定实际需要的斑点大小。

对于电子束系统，最大单束电流由斑点大小决定。对于小的斑点大小，电流也很小。为获得良好的CD均匀性，所需要的斑点大小将把单束电流限制成比获得高生产能力需要的电流小得多。因此需要大量的子束(典型地对于每小时10晶片的生产能力需要多于10,000个子束)。对于电子束系统，通过一个透镜的总电流被库伦相互作用(Coulomb interaction)所限制，使得有限数目的波束可被发送通过一个透镜和/或一个交叉点。这因此意味着在高生产能力系统中透镜数量也需要是很大的。

在所述实施例中，获得了大量低能量波束十分密集的布局，使得多个子束可被合并到尺寸与典型的晶片照射场大小相当的面积。

孔的间距优选地为尽量小，以在小面积中制造出尽量多的静电透镜。这能够使得子束具有高密度，并且减少了在目标表面上必须交叉扫描子束的距离。然而，对于孔的给定内径尺寸，间距的减少受限于由于孔间的小距离使板变得太脆弱而引起的制造和结构问题，还可能受限于由相邻透镜的边缘场引起的像差。

图5是偏转器的另一种设计的说明，该设计意图进一步减轻末端模块7的布置的影响。以这种设计实现了即使在被偏转时子束21也能通过投影透镜装置10的有效透镜平面的中心部分。通过这种方式，由通过投影透镜装置10的偏转引起的球型像差被最小化。这种设计重要的改进是可被使用的偏转量增加了，同时没有损害斑点大小的分辨率。

在依据图5的另一种设计中，两个偏转器9a和9b被布置为一个在另一个之后，各偏转器在它们的电极上具有相反的电压。为达到偏转目的，在每个偏转器9a和9b上这些电压的符号被同时转换。在有效透镜平面10中，并且在投影系统的光轴的附近，对偏转子束21的集中，通过在与两个偏转器9a和9b之间相互距离d6相结合地考虑偏转器9b和投影透镜装置10的有效透镜之间的距离d5的情况下，微调偏转角的比值，以及施加在电极上的电压来执行。在电极9a和9b上的电压以一定方式被相互改变，使得子束21的枢轴点在投影透镜装置10的光平面上并穿过投影透镜系统的光轴(如在图5中示出的点划线)。因此，第一偏转器9a将子束21偏转到以α1的角偏离光轴，并且偏转器9b在相反方向上以α2的角度向回偏转子束21。那样，当穿过投影透镜装置10的有效透镜平面时子束21被偏转了角度α3。

本发明已经通过参考上面描述的特定的实施例被描述，能够看出的是这些实施例容许有对于本领域技术人员来说熟知的不同变化和其他形式，而不会背离本发明的精神和范围。因此，即使已经描述了特定实施例，这些只是例子，而非限制了本发明的范围，本发明的范围在附带的权利要求中限定。

Claims (29)

1.一种用于将带电粒子子束投影到目标上的带电粒子多子束系统的投影透镜装置，该投影透镜装置包括投影透镜系统的阵列，

该投影透镜装置包括一个或多个板和一个或多个投影透镜阵列，各板具有形成在其中的孔径的阵列，具有在所述孔径位置处形成的投影透镜，

所述一个或多个投影透镜阵列形成投影透镜系统的阵列，各投影透镜系统包括一个或多个所述投影透镜形成于所述一个或多个投影透镜阵列的相应点处，

其中以范围在约板孔径直径的1至3倍的间距布置所述投影透镜系统，并且

其中各投影透镜系统被提供用于将一个或多个所述带电粒子子束缩小并聚焦到目标平面上，各投影透镜系统具有在约为间距的1至5倍的范围内的有效焦距，并且将所述带电粒子子束缩小至少25倍。

2.如权利要求1所述的透镜投影装置，其包括至少上万个投影透镜系统的阵列。

3.如权利要求1或权利要求2所述的投影透镜装置，其中所述投影透镜系统的焦距约小于1mm。

4.如前述权利要求中的任一项所述的投影透镜装置，其中所述投影透镜装置包括两个或两个以上的板。

5.如前述权利要求中的任一项所述的投影透镜装置，其中所述投影透镜装置包括至少三个板。

6.如前述权利要求中的任一项所述的投影透镜装置，其中所述板以与最厚板的厚度相同数量级的距离被分开。

7.如前述权利要求中的任一项所述的投影透镜装置，其中所述投影透镜系统阵列的间距在约50微米至500微米的范围。

8.如前述权利要求中的任一项所述的投影透镜装置，其中从所述投影透镜装置的上游端到下游端的距离在约0.3mm至2.0mm的范围。

9.如前述权利要求中的任一项所述的投影透镜装置，其中每个阵列的投影透镜基本布置在一个平面。

10.如前述权利要求中的任一项所述的投影透镜装置，其中所述投影透镜包括静电透镜。

11.如权利要求10所述的投影透镜装置，其中每个板包括用于形成所述静电透镜的电极。

12.如权利要求11所述的投影透镜装置，其中在所述投影透镜装置的电极之间生成大于10kV/mm的电场。

13.如权利要求11所述的投影透镜装置，其中在所述投影透镜装置的电极之间生成范围在约25kV/mm至50kV/mm的电场。

14.如前述权利要求中的任一项所述的投影透镜装置，包括第一板、在所述第一板下游的第二板，和在所述第二板下游的第三板，所述板的孔径被布置成使得各板的相应孔径基本互相对齐。

15.如权利要求14所述的投影透镜装置，其中所述第三板包括电极，该电极被保持在与所述目标基本相同的电压电势。

16.如权利要求14或权利要求15所述的投影透镜装置，其中各板包括电极，并且其中所述第一板与所述第二板之间电压的差小于所述第二板与所述第三板之间电压的差。

17.如权利要求14至16中的任一项所述的投影透镜装置，其中各板包括电极，和其中在所述第二和第三板的电极上的电压在约3kV至6kV的范围。

18.如权利要求14至17中的任一项所述的投影透镜装置，其中所述第一和第二板被放置分开约100微米至1000微米，所述第二和第三板被放置分开约50微米至500微米，并且所述第三板被放置成与所述目标相距约25微米至400微米。

19.如权利要求14至17中的任一项所述的投影透镜装置，其中所述第一和第二板被放置分开约100微米至200微米，所述第二和第三板被放置分开约150微米至250微米，并且所述第三板被放置成与所述目标相距约50微米至200微米。

20.如前述权利要求中的任一项所述的投影透镜装置，其中各投影透镜系统被提供用来将单个带电粒子子束缩小并聚焦到所述目标平面上，和其中各投影透镜系统将所述带电粒子子束缩小至少100倍。

21.一种可安装在带电粒子多子束系统中的末端模块，该末端模块包括前述权利要求中任一项所述的投影透镜装置。

22.如权利要求21所述的末端模块，进一步包括位于所述投影透镜装置上游的波束停止阵列，该波束停止阵列包括板，该板具有形成于其上的孔径的阵列，所述波束停止阵列的孔径与所述投影透镜系统基本对齐。

23.如权利要求22所述的末端模块，其中所述波束停止阵列的孔径的直径在约5um至20um的范围。

24.如权利要求22或权利要求23所述的末端模块，其中所述波束停止阵列和所述投影透镜装置之间的距离约小于5mm。

25.如权利要求22至24中的任一项所述的末端模块，进一步包括用于扫描所述子束的偏转系统，该偏转系统位于所述波束停止阵列和所述投影透镜装置之间。

26.一种带电粒子多子束系统，包括：

带电粒子源，用于产生带电粒子束；

准直器，用于使所述波束平行；

孔径阵列，用于从平行的波束中产生多个子束；

聚光器阵列，用于聚焦所述子束；

波束阻断阵列，放置在基本位于所述聚光器阵列的焦点平面，并包括用于使子束偏转的偏转器；以及

如权利要求21至25中的任一项所述的末端模块。

27.如权利要求25所述的带电粒子多子束系统，其中所述子束的带电粒子的能量约在1keV至10keV范围。

28.如权利要求26或权利要求27所述的带电粒子多子束系统，其中所述末端模块的投影透镜装置包括末级元件，该末级元件用于在所述子束到达所述目标之前将所述子束聚焦并缩小。

29.如权利要求26至28中的任一项所述的带电粒子多子束系统，其中所述末端模块的投影透镜装置包括所述带电粒子多子束系统的主缩小元件。

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