JP2009502033A - 荷電粒子ビーム曝露系及びビーム操作装置 - Google Patents

Abstract

荷電粒子を使用したマルチビーム用のビーム操作装置は、荷電粒子のビームが通る複数の開孔を有する多孔プレートを含む。多孔プレートの枠部は、多孔プレートの温度勾配を低減するために加熱される。さらにまた、温度勾配を低減するために、前記多孔プレートの表面の熱放射率は、ある領域では他の領域と比較して高くなるようにしてもよい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばリトグラフ法で使用される荷電粒子ビーム曝露（exposure）系、及び、複数の荷電粒子ビームを操作するためのビーム操作（manipulating）装置に関する。

リトグラフ処理は、半導体素子、集積回路、液晶素子、微細パターン部材及び微細機械部品などの微細構造の製造に一般的に使用されている。

リトグラフ処理は、基板上に形成されるパターン又は構造が基板上に撮像されて基板上に設けられた放射線感受層を曝露する、複数のリトグラフ工程を含む。一般的にはレジストと呼ばれる前記放射線感受層は、可視光又は紫外線などの光学的放射、又はイオンや電子などの荷電粒子に曝露される。荷電粒子を使用したパターンの撮像において、従来の方法は、レジストにパターンを書き込むための複数の荷電粒子ビーム又は小ビームを使用する。前記ビーム又は小ビームは選択的にＯＮ／ＯＦＦ切り替えができ、前記切り替えは、レジストを有する基板を前記切り替え可能なビームのアレイに対して相対的に移動させながら行われる。

前記切り替え可能なビームは、前記ビームが通る複数の開孔を有する偏向プレートによって制御される。各開孔は、前記開孔を通るビームを十分な角度で選択的に偏向するために、開孔に連携した偏向器を備えるので、前記ビームが前記レジストを有する基板に達することがない。この種の多孔プレートは、ブランキングとも呼ばれる。ブランキング開孔アレイ（ＢＡＡ）によって制御される複数の荷電粒子ビームを利用した荷電粒子ビーム曝露系についての背景情報が、ＵＳ２００３／００２５０８８Ａ１から得ることができ、その内容をここに参照することによって本明細書に包含するものとする。

荷電粒子ビームを制御するための多孔プレートを使用した従来の系において、多孔プレートに入射する１つのビームを生成し、それが前記プレートの複数の開孔にわたっている（extending across）ことによって、複数のビームが形成される。前記プレートに入射する荷電粒子の１部が開孔を抜けてプレートを通るので、荷電粒子ビームのアレイが多孔プレートの下流に形成される。荷電粒子ビームのそれ以外の部分が前記プレートによって遮断される。さらに、前記多孔プレートは、前記開孔の各々に連携した偏向器を備え、前記多孔プレートはまた、前記偏向器の切り替え状態を制御するために必要な回路も備える。

複数の制御された荷電粒子ビームを使用してパターンを曝露する従来の系は、用途によっては性能が不十分であることが分かってきた。

本発明は、前記問題を考慮してなされたものである。

本発明の実施の形態は、複数の開孔を画定する中央部と前記中央部の外側の枠部とを有する少なくとも１つの多孔プレートと、前記多孔プレートの枠部に熱的に結合する少なくとも１つの加熱器とを備えたビーム操作装置を提供する。

前記多孔プレートに入射する大きなビームから、前記開孔を通る複数のビームを生成する機能を、前記多孔プレートが有していてもよい。前記多孔プレートはまた、前記開孔に入射する大きなビームから、前記開孔を通る複数の小さなビームを整形する機能を有していてもよい。さらにまた、前記開孔に連携し、前記多孔プレートに設置され、かつ、前記多孔プレートに設けられた回路によって制御される偏向器により、前記開孔を通るビームを偏向する機能も、前記多孔プレートが有していてもよい。

多孔プレートに入射する１つ又は複数のビームと、前記偏向器を制御する電子回路の操作とで熱を生成し、その結果、前記ビーム操作装置の操作中に前記多孔プレートの中央部の温度を上昇させる。前記枠部に熱的に結合された加熱器は、前記多孔プレートの枠部の温度をも上昇させることができ、プレートの中央部にのみ温度上昇が生じる状況と比較して、多孔プレート内の引張応力や圧縮応力のような内部応力の変化が低減される。かかる内部応力の変化によって前記中央部の不均一な変形や膨れが起こり、前記複数の開孔の配列パターンを歪める結果となり得る。

本発明のさらなる実施の形態によれば、複数の荷電粒子ビームを偏向するためのビーム操作装置は、
複数の開孔を画定する中央部と前記中央部の外側の枠部とを有する偏向プレートであって、
複数の偏向器と、スイッチング回路とを有し、前記複数の開孔の各々には偏向器が連携し、前記偏向器は前記スイッチング回路に電気的に接続されて前記開孔を通る荷電粒子ビームを偏向するように構成される偏向プレートと、
前記偏向プレートに対向し、前記偏向プレートとの間に隙間が形成されるように設けられた保護プレートであって、複数の開孔を画定する中央部と、前記中央部の外側の枠部とを有し、前記保護プレートの開孔は、荷電粒子のビームが前記保護プレートと前記偏向プレートとを通るように、前記偏向プレートの開孔に対して位置合わせされている保護プレートと、
前記偏向プレートの枠部及び前記保護プレートの枠部のうちの少なくとも１つに対して熱的に結合されている少なくとも１つの加熱器とを含んでいることを特徴とする。

かかる装置において、前記偏向プレートは、前記開孔を通るビームを偏向する機能を有する一方、前記保護プレートは、前記偏向プレートの上流で複数のビームを整形又は生成する機能を有する。

この態様における１つの実施の形態においては、前記開孔と連携した電極の偏向状態を制御するための回路の操作によって、前記枠部の温度上昇が前記中央部の温度上昇を伴って生じるように、前記少なくとも１つの加熱器が前記偏向プレートの枠部と熱的に結合している。

この態様における別の実施の形態においては、前記中央部において開孔を画定する基材に入射する荷電粒子によって蓄積されたエネルギーによって、前記中央部の温度上昇を伴って枠部の温度上昇を生じさせるために、前記少なくとも１つの加熱器が前記保護プレートの枠部に熱的に結合される。

さらに別の実施の形態によれば、第１の加熱器が前記偏向プレートの枠部に熱的に結合され、第２の加熱器が前記保護プレートの枠部に熱的に結合され、これにより、前記偏向プレート及び保護プレートの枠部の温度を別々に制御することができる
本発明の例示的な実施の形態によれば、前記偏向プレート及び保護プレートの加熱器と枠部との間に、それぞれ隙間が形成され、これにより、前記加熱器と各枠部との間の熱的結合が、熱伝導ではなく放射熱伝達によってもたらされる。熱伝導は加熱器と各枠部との間の機械的接触を必要とするが、それによってさらなる引張応力が導入されるかもしれない。

さらなる例示的な実施の形態によれば、ビーム操作装置は、前記保護プレートに入射し前記偏向プレートを通った少なくとも１つのビームを取り囲む内部熱受取表面を有する少なくとも１つのヒートシンクを含む。かかるヒートシンクは、中央部と枠部との間の温度勾配が低減されるように、各プレートの中央部の放射冷却を可能にする。

例示的な実施の形態によれば、前記加熱器は、各プレートの中央部から見て、前記ヒートシンクから半径方向外側に設けられる。

例示的な実施の形態によれば、前記中央部に面するヒートシンク内部表面は、前記加熱器に面するヒートシンクの表面よりも、熱放射率が高い。これにより、加熱器とヒートシンクとの間の望ましくない熱伝達を回避することができるであろう。

例示的な実施の形態によれば、前記ヒートシンクは、その温度を制御するための液体パイプを備えていてもよく、前記加熱器は、その温度を制御するための抵抗加熱を備えていてもよい。

本発明のさらなる実施の形態によれば、複数の荷電粒子ビームを偏向するためのビーム操作装置は、
複数の開孔を画定する中央部と前記中央部の外側の枠部とを有する偏向プレートであって、複数の偏向器と、スイッチング回路とを有し、前記複数の開孔の各々には偏向器が連携し、前記偏向器は前記スイッチング回路に電気的に接続されて前記開孔を通る荷電粒子ビームを偏向するように構成される偏向プレートと、
前記偏向プレートに対向し、前記偏向プレートとの間に隙間が形成されるように設けられた保護プレートであって、複数の開孔を画定する中央部と、前記中央部の外側の枠部とを有し、前記保護プレートの開孔は、荷電粒子のビームが前記保護プレートと前記偏向プレートとを通るように、前記偏向プレートの開孔に対して位置合わせされている保護プレートと、
を含み、
前記スイッチング回路は複数の回路装置素子を含み、
前記偏向プレートの中央部は、前記偏向プレートの単位面積当たりの回路装置素子の数が第１の値である第１領域を有し、
前記偏向プレートの中央部は、前記偏向プレートの単位面積当たりの回路装置素子の数が第１の値よりも大きい第２の値である第２領域を有し、
前記保護プレートの第１及び第２の表面の少なくとも１つは、前記偏向プレートの第１の領域に対向し、第１の熱放射率を有する第１の領域と、前記偏向プレートの第２の領域に対向し、前記第１の熱放射率よりも大きい第２の熱放射率を有する第２の領域とを有する。

前記偏向プレートは、単位面積当たりの開孔の数が他の領域における数よりも大きい領域を有する。さらに、開孔に連携した偏向器を制御するための回路装置素子の数は、偏向プレートの中央部の異なる領域間で異なっていてもよい。前記回路装置素子の操作によって生成される、又は前記開孔を画定する基材に入射する荷電粒子によって生成される前記中央部の単位面積当たりの熱は、前記偏向プレートの中央部の領域ごとに異なる。前記中央部の基材に導入される熱量が他の領域よりも大きい領域がある。前記中央部中の温度勾配を低減するために、単位面積当たりに生成される熱が少ない領域と比較してより多くの熱が生成される領域から熱をより効率的に取り除くように、前記中央部の放射冷却機構が設計されている。これは、前記偏向プレートの中央部の表面の熱放射率を領域ごとに変えることによって達成される。これはさらに、前記保護プレートの、前記偏向プレートに面する表面の熱放射率を変えることによって達成される。

前記偏向プレートと保護プレートの表面の熱放射率を異ならせることは、各表面の構造的被覆によって達成される。

本発明のさらなる実施の形態によれば、複数の荷電粒子ビームを偏向するためのビーム操作装置は、
複数の開孔を画定する中央部と前記中央部の外側の枠部とを有する偏向プレートであって、複数の偏向器と、スイッチング回路とを有し、前記複数の開孔の各々には偏向器が連携し、前記偏向器は前記スイッチング回路に電気的に接続されて前記開孔を通る荷電粒子ビームを偏向するように構成される偏向プレートと、
前記偏向プレートに対向し、前記偏向プレートとの間に隙間が形成されるように設けられた保護プレートであって、複数の開孔を画定する中央部と、前記中央部の外側の枠部とを有し、前記保護プレートの開孔は、荷電粒子のビームが前記保護プレートと前記偏向プレートとを通るように、前記偏向プレートの開孔に対して位置合わせされている保護プレートと、
前記偏向プレートと前記保護プレートとの間に設けられた少なくとも１つの球体であって、前記偏向プレートの枠部に形成された溝と前記保護プレートの枠部に形成された溝とに係合される球体とを含む。

例示的な実施の形態において、前記偏向プレートと前記保護プレートとの間の隙間を画定するために、３つの球体が互いに離間して配置される。

前記球体は、前記プレート間の正確に画定された機械的接触を与えることによって、前記プレート間の相対的な位置を維持することを可能にする。さらに、前記球体は、前記プレート間に引張応力又は圧縮応力を生じさせることなく一方のプレートが他方に対して熱膨張することを可能にする。さらに、前記球体と前記プレートとの間の接触領域が小さいため、一方のプレートから他方のプレートへの熱伝導による熱の移動が比較的少ない。

本発明のさらなる実施の形態によれば、荷電粒子ビーム系は、荷電粒子の少なくとも１つのビームを生成するための荷電粒子源と、荷電粒子の少なくとも１つのビームのビーム経路に設けられたビーム操作装置と、前記ビーム操作装置に対する標的面に基板表面を固定するための台と、前記ビーム操作装置の開孔を通る荷電粒子のビームを前記標的面へと方向付けるように構成された荷電粒子光学系とを含む。前記ビーム操作装置は、上述されているように構成されていればよい。

この態様における例示的な実施の形態によれば、前記荷電粒子ビーム系は、前記ビーム操作装置の開孔を通る荷電粒子ビームを選択的に偏向するために前記ビーム操作装置の偏向器を制御するための制御器を含む荷電粒子ビーム曝露系である。

本発明の前記の特徴及びその他の有利な特徴は、添付の図面を参照した本発明の例示的な実施の形態についての下記の詳細な記載から、一層明らかになるであろう。尚、本発明の予想される実施の形態の全てが、本明細書中に確認されている利点のすべて、又はいくつかを呈するとは限らないことに注意されたい。

図１は、本発明の一実施の形態における荷電粒子ビーム曝露系を概略的に図示している。

図２は、図１に示された系のビーム操作装置を図示している。

図３は、図２の一部切り欠き部分拡大図である。

図４は、図２に示されたビーム操作措置の一部の正面図である。

図５は、図２に示されたビーム操作装置の偏向プレートの正面図である。

図６は、図２に示されたビーム操作装置の保護プレートの正面図である。

下記に記載された例示的な実施の形態において、機能や構造において同じ構成部品は、可能な限り同じ参照符号が付される。従って、特定の実施の形態の個々の構成部品の特徴を理解するためには、他の実施の形態及び本明細書の課題を解決するための手段の記載を参照されたい。

図１は、半導体ウエハなどの基板上にパターンを曝露するための複数の電子ビームを使用した荷電粒子ビーム曝露系を図示している。

前記系は、前記複数のビームを個別に制御するための複数の開孔とそれに連携した偏向器とを有する偏向プレートを使用する。この種の曝露系、及び、特にその操作方法と、そこに組み込まれる多孔プレートの製造方法に関する背景情報は、ＵＳ２００３／００２５０８８Ａ１、ＵＳ５，２６２，３４１、ＵＳ５，８１４，４２３及びＵＳ６，４６５，７９６Ｂ１から得ることができ、その内容をここに参照することによって本明細書に包含するものとする。

図１に概略的に示された荷電粒子ビーム曝露系１は電子ビーム源３を備え、電子ビーム源３は電子の発散ビーム５を発し、発散ビーム５は磁気レンズ装置や静電レンズ装置などの適当なレンズ装置７によって平行化され、ビーム操作装置１１に入射する電子の平行ビーム９が形成される。

ビーム操作装置１１は、ビーム９の電子が通る複数の開孔を画定するプレートを含み、複数の電子ビーム１３又は電子小ビームがビーム操作装置１１の下流に形成されるようにする。図１の概略図は、分かりやすいように、ビーム操作装置１１を通るビーム１３の数を７つとして示している。実際には、ビーム１３の数はもっと多く、数百、千以上、又は十万以上のビームがビーム操作装置１１の下流に形成される。

ビーム操作装置１１の下流に形成されたビーム１３のアレイは、レンズ装置１５によって集束され、開孔プレート１９の中央穴１７を通り、対物レンズ装置２１によって半導体ウエハ２５の表面２３上に投影される。半導体ウエハ２５の表面２３は、開孔プレート１９を通ったビーム１３のパターンで曝露されるレジストによって覆われている。集束レンズ装置１５及び対物レンズ装置２１は、ビーム１３がビーム操作装置１１に形成される開孔の縮小画像を生成するように構成されている。図１の概略図において、対物レンズ装置２１は、縮小画像を生成するための２つのレンズ２７及び２８を含む。但し、対物レンズ装置は、複数の重複する電界又は磁界を生成する３つ以上の個別のレンズを有していてもよい。また、集束レンズ１５は、磁気レンズ装置又は静電レンズ装置によって形成されていてもよい。

以下により詳細に示すように、ビーム操作装置１１に設けられた開孔の各々は、各開孔を通るビーム１３を偏向するように制御される偏向器と連携されている。前記偏向器が作動されていなければ、ビーム１３はほぼ直線に沿ってビーム操作装置１１を通る。もし偏向器が作動されていれば、開孔と偏向器を通る各ビームは、開孔プレート１９に形成された中央穴１７を通ることができなくなるように十分な角度だけ偏向される。図１の概略図は、かかる偏向されたビームの１つを参照符号１３´で示している。ビーム１３´は、開孔プレート１９によって遮断されて、ウエハ１５の表面２３には投影されない。図１に示された他の例示的なビーム１３はすべて、各開孔と連携した偏向器によって偏向されてはおらず、これらビームは、ウエハ２５の表面２３に投影される。

前記偏向器は、ウエハ２５に到達する個々のビーム１３が選択的にＯＮ／ＯＦＦに切り替えられて、そのときにウエハ２５に形成されている曝露パターンがパターン生成器３１によって制御されるように、パターン生成器３１によって制御される。

メインコントローラ３７によって制御される台駆動制御機構３５によって対物レンズ装置２１に対して相対的に位置変更できるウエハ台３３上に、ウエハ２５が取り付けられる。台駆動制御機構３５はまた、曝露系１の対物レンズ２１などのその他の部品に対する台３３の相対的な位置を連続的に測定するレーザ干渉計を含み（図１には図示せず）、台３３とウエハ２５の現在の位置を示す信号がメインコントローラ３７に供給される。ウエハ２５を対物レンズ２１に対して連続的に動かし、かつ、ウエハ表面２３に照射されるビーム１３のＯＮ／ＯＦＦを選択的にに切り替えることによって、所望のパターンがウエハ表面２３上に曝露されるように、メインコントローラ３７が台駆動制御機構３５とパターン生成器３１とを制御する。

図２は、電子ビーム曝露系１のビーム操作装置１１の詳細図であり、図３は、図２のＩＩＩによって示される部分の拡大図を示す。

ビーム操作装置１１は、電子ビーム９のビーム経路に配置された保護プレート４１を含む。保護プレート４１は、単結晶シリコン基板１２からなり、厚さｄ₁が約２０μｍ〜約５０μｍの中央部４３を有する。中央部４３は、複数の開孔４５、すなわち、本例においては内径約５μｍの貫通孔を画定する。電子ビーム９の電子は、保護プレート４１の上側表面４７によって吸収されるか、又は、貫通孔４５を通って保護プレート４１の下流に複数のビーム１３を形成する。保護プレート４１の中央部４３の下流に、本例では厚さｄ₃が約５０μｍの中央部５１を有する偏向プレート４９が、保護プレート４１及び偏向プレート４９の中央部４３、５１間に本例においては幅ｄ₂が約１０００μｍの隙間が形成されるように、設置される。偏向プレート４９は、保護プレートの開孔４５に対して位置合わせされた複数の開孔５３を有し、開孔４５及び５３の対の各々が中心軸５５を共有するようにされている。開孔５３は本例においては約７μｍの直径を有し、これは保護プレートの開孔４５の直径よりも大きく、開孔４５によって形成されたビーム１３が、偏向プレート４９の開孔５３を、開孔５３の側壁に接触せずに通るようになっている。

偏向プレート４９及び／又は保護プレート４１に、付加的な貫通孔（図２、図３には図示せず）が形成されていてもよい。前記付加的な貫通孔は、電子ビーム９が保護プレート４１に入射する領域の外に設けられ、保護プレート４１と偏向プレート４９との間に形成された隙間の真空度を上げる機能を有する。この目的のためには、前記付加的な貫通孔は、電子ビーム１３が通る開孔４５及び５３よりも大きな直径を有していてもよい。例えば、直径が１００μｍである複数の付加的な貫通孔が、全体の面積が約１ｍｍ²〜１００ｍｍ²となるように形成されていてもよい。

偏向プレート４９は、偏向プレート４９と保護プレート４１との間に形成された隙間に偏向プレート４９の中央部５１の上側表面５９から延設される複数の電極５７、５８を備える。各開孔５３は、それに連携しスイッチング回路に接続される一対の電極５７、５８を有し、図３において矢印６１によって示される電界が電極５７、５８の対の各々の間で選択的に生成されるようになっている。電界６１は、電子ビーム１３´を、開孔４５及び５３の共有軸５５に対して角度αだけ偏向する。偏向角度αは、開孔プレート１９の穴１７を通るビーム１３´を妨害するのに十分であり、従って、ビーム１３´はウエハ表面２３上の曝露パターンの生成には寄与しない。電界がＯＮに切り替えられていない電極５７、５８を通るビーム１３は、ほとんど偏向することなく共有軸５５に沿って開孔５３を通る。これらのビーム１３は、開孔プレート１９の中央穴１７を通り、ウエハ表面２３上の曝露パターンの生成に寄与する。

保護プレート４１は、中央部４３を取り囲む枠部６３を有し、枠部６３はより大きな約７００μｍの厚さｄ₄を有する。保護プレート４１の厚さは、傾斜領域６５内で、中央部４３での値ｄ₁から前記枠部での値ｄ₄まで連続的に増加する。同様に、偏向プレート４９は、偏向プレート４９の中央部５１を取り囲む、厚さｄ₅が約７００μｍの枠部６７を有する。偏向プレートの厚さは、中央部５１での値ｄ₃から傾斜部６９での値ｄ₅まで増加する。傾斜部６９は、偏向プレート４９の下側表面６８上に形成され、保護プレートの傾斜部６５は、その上側表面４７に設けられ、保護プレート４１の下側表面７２及び偏向プレート４９の上側表面５９は、中央部４３、５１から枠部６３、６７へ延びる平坦な平面状である。

保護プレート４１及び偏向プレート４９の相対的な配置については、図２及び図４に示されており、図４は、保護プレート４１の下側表面７２の正面図を示している。

保護プレート４１の枠部６３には３本の溝７１が形成されており、各溝７１は前記系の中心軸７０に対して放射方向に向けられている。

溝７１の２つは中心７０を通る共有軸に沿って配置され、溝７１の１つはそれ以外の溝の間を延びる線に対して垂直な方向の線に沿って配置されている。溝７１の幅よりも大きい直径を有する球体が各溝７１に係合されている。保護プレート４１の枠部６３に形成された溝７１のパターンと一致するパターンで、溝７４が偏向プレート４９の枠部６７に形成される。球体７３がまた、偏向プレート４９及び保護プレート４１間の隙間ｄ₂を維持するように、溝７４に係合される。プレート４１、４９の互いの相対的な位置を維持するための球体設置機構は、各プレート４１及び４９のそれぞれの熱膨張を可能にし、偏向プレートの中心に対して、保護プレートの中心７０の配置又は位置合わせが維持される。

同様の設置機構が、支持体７５に対する偏向プレート４９の設置のために設けられている。偏向プレート４９の枠部６７の底部表面６８に形成された溝７９と、それに対応する、支持体７５に形成された溝７８とに、３つの球体７６が係合されている。

下側表面８５を有する環状の本体８３を含む加熱器８１が、保護プレート４１から離間して、加熱器本体８３の下側表面８５と保護プレート４１の枠部６３の上側表面４７との間に約１０００μｍの小さな隙間が形成されるように設置されている。加熱器８１は、本体８３に接する複数の抵抗器８７を有し、抵抗器８７が熱を生成して加熱器本体８３の温度が室温よりも高くなるように抵抗器８７に電力を供給するために、電極８９が設けられている。生成された熱の一部は加熱器本体８３の下側表面８５から放出され、図２の矢印９１に示されるように、保護プレート４１の枠部６３の上側表面４７によって放射エネルギーとして吸収され、枠部６３の温度もまた室温よりも高くなる。加熱器８１に供給されるエネルギーは、保護プレート４１の枠部６３の温度が、保護プレート４１の中央部４３の温度とほとんど同じになるように制御される。中央部４３の温度は、開孔４５を通らないビーム９の電子によってプレート４１の基材に蓄積されたエネルギーによって室温よりも高い温度に高められる。保護プレートの中央部４３及び枠部６３の温度がほとんど同じになるような加熱器の制御によって、内部応力と、それに対応する保護プレートの歪みとを、回避することが可能である。

ビーム９の入射電子によって保護プレート４１の中央部４３に蓄積された熱は、図２の例示的な矢印９５によって示されている放射によってプレート４１から移動する。保護プレート４１の中央部４３の放射冷却を向上させるために、ヒートシンク９７が設けられている。ヒートシンク９７は、主軸７０を中心とした内部円筒状表面１０１を有する環状の本体９９を有する。ヒートシンク９７の本体９９は、本体９９に接するパイプ１０３を流れる冷却液によって室温よりも下又は上の適温に維持される。表面１０１は、比較的高い熱放射率を有するように処理されている。その一方で、保護プレート４１の枠部６３に面する本体９９の表面１０５は、枠部６３からヒートシンク９７へ移動する熱の量を少なくするために低い熱放射率を有するように処理されている。同様に、本体９９の表面１０７は、加熱器８１から直接ヒートシンク９７へ移動する熱の量を少なくするために低い熱放射率を有するように処理されている。

偏向プレート４９の枠部６７を加熱するための加熱器８１´と偏向プレート４９の中央部を冷却するためのヒートシンク９７´とは、保護プレートの枠部６３及び中央部４３の温度を維持するための加熱器８１及びヒートシンク９７と同様の構成を有している。従って、加熱器８１´とヒートシンク９７´の部品は、加熱器８１とヒートシンク９７の対応する部品と、アポストロフィが追加された同じ参照番号で示され、これら部品の構造及び機能を理解するためには前記の説明を参照されたい。

ヒートシンク９７´もまた、偏向プレート４９用の設置構造７５を提供し、球体７６が係合する溝７８を備えている。

偏向電極５７、５８を制御するための回路の回路装置素子の操作によって、偏向プレート４９の中央部５１で熱が生成される。この熱はヒートシンク９７´に対して放射され、前記偏向プレートの枠部６７が加熱器８１´によって中央部５１の温度とほとんど等しい温度に維持される。

図５は、偏向プレート４９の上側表面５９の正面図を示す。上側表面５９は、偏向電極５７、５８と、パターン生成器３１の制御下で電極５７、５８間に偏向電界６１を選択的に生成するために電極５７、５８に電圧を供給するための回路１１１とを備えている。回路１１１は、図５に概略的に示されているメモリ１１３、シフトレジスタ１１５及びスイッチ１１７などの様々な回路装置素子を含む。前記装置素子は、リトグラフ法などの従来の方法によって、偏向プレート４９の中央部５１のシリコン基板上に形成されていればよい。

開孔５３及びそれに連携した電極５７、５８は、プレート４９の中央部５１の表面に群をなして配置されている。開孔５３は領域１２１に配置され、回路の主要部分が設けられているプレート４９の領域１２３には開孔は形成されていない。このように、単位面積当たりの開孔５３の数は領域１２１には多く、領域１２３には少なく、その一方で、回路装置素子の密度は領域１２３では高く、領域１２１では低い。回路部分１１１によって出力される電圧を回路部分１１１に接続されている電極５８へ供給するために、導線１１９が設けられている。

回路素子の操作によって熱が生成されるので、領域１２３の単位面積当たりに生成される熱の量は領域１２１で生成される熱の量よりも大きいことは明らかであり、プレート４９の温度は領域１２１と比較して領域１２３において高くなる。

図６は、保護プレート４１の下側表面７２の正面図を示す。保護プレートの開孔４５は偏向プレートの対応する開孔５３と位置合わせされて配列されているので、保護プレートは単位面積当たりの開孔４５の数が多い領域１２１´と単位面積当たりの開孔の数が少ない領域１２３´とを有する。保護プレート４１の領域１２３´は、偏向プレートに蓄積される熱の主な発生源である偏向プレート４９の領域１２３に対向する位置にある。

保護プレート４１の表面７２は、領域１２１´よりも領域１２３´で熱放射率が高くなるように処理されている。領域１２３´の熱放射率の方が高いと、偏向プレートの領域１２１の放射冷却と比較して偏向プレート４９の領域１２３での放射冷却を高めるという効果が得られる。領域１２３の放射冷却を高めることは、偏向プレート４９の中央部５１での温度勾配を低減するために行われる。この結果、プレート４９内の熱応力を低減し、偏向プレート４９の開孔５３の位置合わせ不良を低減することができる。

領域１２３´及び１２１´において熱放射率を異ならせることは、表面７２の処理を異ならせることによって可能となる。例えば、炭素等の適切な材料を領域１２３´内の表面７２に蒸着又はスパッタリングし、その一方で、領域１２１´内の表面７２には炭素を付着させない。また、表面７２全体に炭素などの適切な材料の被膜を形成し、領域１２１´内の分の炭素を除去することも可能である。前記被膜は、領域１２１´においてストライプ等の適切なパターン状で除去してもよい。

表面７２の領域１２１´内に金属からなる被膜を塗布することも可能で、それにより、前記領域の放射率が低減される。さらに、前記表面は、プレートの放射率を局所的に制御するための三次元構造を有するように処理されていてもよい。例えば、格子状やパターン状の溝が表面に形成されていてもよい。

偏向プレート４９の中央部５１における温度勾配をさらに低減するために、上述された保護プレート４１の下側表面の処理方法と同様の方法で、偏向プレート４９の下側表面６８が処理される。このように、偏向プレート４９の下側表面６８も、熱放射率が上側表面５９上の領域１２１に対向する他の領域よりも高い、上側表面５９上の領域１２３に対応する領域を有する。

さらに、保護プレート４１の上側表面４７も下側表面７２の領域１２３´に対向する領域を有し、そこでは熱放射率が下側表面７２の領域１２１´に対向する他の領域よりも高くなるように構成されている。

上述の実施の形態において、保護プレートと偏向プレートとからなる装置へ熱を供給することも可能である。それに対応する前記装置の温度上昇は、前記系の操作中に装置に蓄積された汚れを低減又は除去するという効果をもたらす。そのような汚れは、真空中に含まれた炭化水素やその他の気体から形成され、電子ビームによって誘発された電荷によって装置に蓄積されたものである。装置の汚れを減らすためには約７０℃〜１２０℃の温度が適切である。さらに、このような高温に前記装置が連続的に維持されていてもよく、又は、装置の低い方の温度で前記系を操作する間に蓄積した汚れを低減するために装置の温度を時折上昇させてもよい。

上述の実施の形態において、放射による熱の移動は、保護プレートと偏向プレートとの間で熱を移動させるための主要な機構である。但し、これらのプレート間に熱伝導体をさらに設けてもよい。例えば、柔軟に変形するワイヤ又は金属からなる熱ブリッジをプレート間に介在させ、その柔軟な変型によって生じるバネ力により、プレート間の機械的接触を維持してもよい。かかる熱ブリッジは、好適には、プレート間に介在させた球体の近くに配置し、前記柔軟に変形する熱ブリッジによって及ぼされる機械的な力のプレートを曲げる効果を減ずるようにする。

まとめると、本発明の実施の形態は、荷電粒子ビームが通る複数の開孔を有する多孔プレートを含む、荷電粒子を使用したマルチビーム用のビーム操作装置に関する。前記多孔プレートの枠部は、多孔プレート内の温度勾配を低減するために加熱される。さらにまた、温度勾配を低減するために、多孔プレートの表面の熱放射率は、ある領域では他の領域と比較して高くなるようにしてもよい。

本発明はその例示的な実施の形態に関して記載されているが、多数の代案、改良及び変形が当業者に容易に認められることは明白である。従って、ここに記載された本発明の例示的な実施の形態は、説明のためであって本発明を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更が可能であろう。

図１は、本発明の一実施の形態における荷電粒子ビーム曝露系を概略的に図示している。 図２は、図１に示された系のビーム操作装置を図示している。 図３は、図２の一部切り欠き部分拡大図である。 図４は、図２に示されたビーム操作措置の一部の正面図である。 図５は、図２に示されたビーム操作装置の偏向プレートの正面図である。 図６は、図２に示されたビーム操作装置の保護プレートの正面図である。

Claims (15)

1. 複数の荷電粒子ビームを操作するためのビーム操作装置であって、
   複数の開孔を画定する中央部と前記中央部の外側の枠部とを有する少なくとも１つの多孔プレートと、
   前記多孔プレートの枠部に熱的に結合する少なくとも１つの加熱器とを備えたことを特徴とするビーム操作装置。
2. 複数の荷電粒子ビームを偏向するためのビーム操作装置であって、
   複数の開孔を画定する中央部と前記中央部の外側の枠部とを有する第１のプレートであって、複数の偏向器と、スイッチング回路とを有し、前記複数の開孔の各々には偏向器が連携し、前記偏向器は前記スイッチング回路に電気的に接続されて前記開孔を通る荷電粒子ビームを偏向するように構成される第１のプレートと、
   前記第１のプレートに対向し、前記第１のプレートとの間に隙間が形成されるように設けられた第２のプレートであって、複数の開孔を画定する中央部と、前記中央部の外側の枠部とを有し、前記第２のプレートの開孔は、荷電粒子のビームが前記第２のプレートと前記第１のプレートとを通るように、前記第１のプレートの開孔に対して位置合わせされている第２のプレートと、
   前記第１のプレートの枠部及び前記第２のプレートの枠部のうちの少なくとも１つに対して熱的に結合されている少なくとも１つの加熱器とを備えたことを特徴とするビーム操作装置。
3. 前記加熱器は、熱放出表面を有する本体を備え、前記熱放出表面は、前記第１のプレートの枠部及び前記第２のプレートの枠部のうちの少なくとも１つの熱受取表面に対向し、その間に隙間が形成されている、請求項２に記載のビーム操作装置。
4. 前記第１のプレート及び第２のプレートの広がり方向に対して垂直に配置された少なくとも１つの内部熱受取表面を有するヒートシンクをさらに備えた、請求項２又は３に記載のビーム操作装置。
5. 前記ヒートシンクの前記少なくとも１つの熱受取表面が、前記第１のプレートの枠部及び前記第２のプレートの枠部のうちの１つから延設されている、請求項４に記載のビーム操作装置。
6. 前記ヒートシンクは、前記第１のプレートの枠部及び前記第２のプレートの枠部のうちの１つと直接的な機械的接触をしていない、請求項５に記載のビーム操作装置。
7. 前記ヒートシンクは、前記加熱器に面する外側表面を有し、前記熱受取表面の熱放射率は前記外側表面の熱放射率よりも高い、請求項４又は６に記載のビーム操作装置。
8. 前記ヒートシンクは、少なくとも１つの液体パイプを備える、請求項４〜７のいずれかに記載のビーム操作装置。
9. 前記加熱器は、加熱電流を供給するための電極を有する少なくとも１つの抵抗器を備える、請求項２〜８のいずれかに記載のビーム操作装置。
10. 請求項２〜９のいずれかに記載のビーム操作装置と組み合わされる、複数の荷電粒子ビームを偏向するためのビーム操作装置であって、前記装置は、
    複数の開孔を画定する中央部と前記中央部の外側の枠部とを有する第１のプレートであって、複数の偏向器と、スイッチング回路とを有し、前記複数の開孔の各々には偏向器が連携し、前記偏向器は前記スイッチング回路に電気的に接続されて前記開孔を通る荷電粒子ビームを偏向するように構成される第１のプレートと、
    前記第１のプレートに対向し、前記第１のプレートとの間に隙間が形成されるように設けられた第２のプレートであって、複数の開孔を画定する中央部と、前記中央部の外側の枠部とを有し、前記第２のプレートの開孔は、荷電粒子のビームが前記第２のプレートと前記第１のプレートとを通るように、前記第１のプレートの開孔に対して位置合わせされている第２のプレートと
    を備え、
    前記スイッチング回路は複数の回路装置素子を含み、
    前記第１のプレートの中央部は、前記第１のプレートの単位面積当たりの回路装置素子の数が第１の値である第１領域を有し、
    前記第１のプレートの中央部は、前記第１のプレートの単位面積当たりの回路装置素子の数が第１の値よりも大きい第２の値である第２領域を有し、
    前記第２のプレートの第１及び第２の表面の少なくとも１つは、前記第１のプレートの第１の領域に対向し、第１の熱放射率を有する第１の領域と、前記第１のプレートの第２の領域に対向し、前記第１の熱放射率よりも大きい第２の熱放射率を有する第２の領域とを有することを特徴とするビーム操作装置。
11. 前記回路装置素子は、メモリセルとシフトレジスタとを含む、請求項１０に記載のビーム操作装置。
12. 前記第１のプレートの中央部の第１の領域における、前記第１のプレートの単位面積当たりの開孔の密度は、前記第２の領域の密度よりも大きい、請求項１０又は１１に記載のビーム操作装置。
13. 請求項２〜１２のいずれかに記載のビーム操作装置と組み合わされる、複数の荷電粒子ビームを偏向するためのビーム操作装置であって、前記装置は、
    複数の開孔を画定する中央部と前記中央部の外側の枠部とを有する第１のプレートであって、複数の偏向器と、スイッチング回路とを有し、前記複数の開孔の各々には偏向器が連携し、前記偏向器は前記スイッチング回路に電気的に接続されて前記開孔を通る荷電粒子ビームを偏向するように構成される第１のプレートと、
    前記第１のプレートに対向し、前記第１のプレートとの間に隙間が形成されるように設けられた第２のプレートであって、複数の開孔を画定する中央部と、前記中央部の外側の枠部とを有し、前記第２のプレートの開孔は、荷電粒子のビームが前記第２のプレートと前記第１のプレートとを通るように、前記第１のプレートの開孔に対して位置合わせされている第２のプレートと
    前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に設けられた少なくとも１つの球体であって、前記第１のプレートの枠部に形成された溝と前記第２のプレートの枠部に形成された溝とに係合される球体とを備えたことを特徴とするビーム操作装置。
14. 前記偏向プレート及び保護プレートにそれぞれ設けられた対応する溝にそれぞれ係合する、互いに離間して配置された３つの球体を含む、請求項１２に記載のビーム操作装置。
15. 荷電粒子の少なくとも１つのビームを生成するための荷電粒子源と、
    荷電粒子のビームのビーム経路に設けられた、請求項１〜１４のいずれかに記載のビーム操作装置と、
    前記ビーム操作装置に対する標的面に基板表面を固定するための台と、
    前記ビーム操作装置の開孔を通る荷電粒子のビームを前記標的面へと方向付けるように構成された荷電粒子光学系とを備えた荷電粒子ビーム系。

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