JP2011514633A - 投影レンズ構成体 - Google Patents

Abstract

荷電粒子マルチ小ビームシステムのための投影レンズ構成体（１０）であって、少なくとも１つのプレート（１２、１３、１４）と、少なくとも１つの投影レンズのアレイとを有する。各プレートは、各プレートに形成されたアパーチャのアレイを有し、アパーチャの位置に投影レンズが形成されている。投影レンズ系のアレイは、投影レンズ系のアレイを形成し、各投影レンズ系は、少なくとも１つの投影レンズのアレイの対応する点に形成された投影レンズの少なくとも１つを有する。投影レンズ系は、プレートのアパーチャの直径の約１ないし３倍の範囲のピッチで配置されており、各投影レンズ系は、ターゲット面上に荷電粒子の小ビームの少なくとも１つを縮小し、集束するように設けられており、各投影レンズ系は、ピッチの約１ないし５倍の範囲の有効焦点距離を有し、少なくとも２５倍だけ荷電粒子の小ビームを縮小する。

Description

本発明は、荷電粒子の複数の小ビーム（beamlet）のリソグラフィシステム又は検査システムのような、荷電粒子マルチ小ビームシステムのための投影システム、及びこのような投影システムのためのエンドモジュール（end module）に関する。

一般に、多くの商業用のリソグラフィシステムは、レジストのコーティングがなされたウェーハのようなターゲットを露光するために、パターンデータを記憶し複写する手段として、マスクを使用する。また、マスクレスリソグラフィシステムでは、荷電粒子の複数の小ビームは、ターゲット上にパターンデータを描画するために使用される。これら小ビームは、必要なパターンを生成するために、例えば、これら小ビームのオンとオフとをそれぞれ切り換えることによって、それぞれ制御される。商業上満足できるスループットで動作するように設計された高解像度リソグラフィシステムに関して、このようなシステムのサイズ、複雑さ及びコストは、障害になる。

荷電粒子マルチ小ビームシステムに使用される１つのタイプのデザインは、例えば、米国特許第５，９０５，２６７号に開示されており、そのようなデザインでは、電子ビームは、拡大され、コリメートされ、アパーチャアレイによって複数の小ビームへと分割される。そして、得られたイメージは、縮小電子光学系によって縮小され、ウェーハ上に投影される。縮小電子光学系は、全ての小ビームを１つに集束し、縮小する（demagnify）ので、全ての小ビームが、描画され、サイズを縮小される。このデザインでは、全ての小ビームは、共通のクロスオーバで交差し、このクロスオーバは、小ビームの荷電粒子間の相互作用によりゆがみ及び解像度の低下を受ける。

このような共通のクロスオーバのないデザインも提案されてきており、そのようなデザインでは、複数の小ビームが、それぞれ、集束され、縮小される。しかし、このようなシステムが多くの小ビームを有するように構成されている場合には、各小ビームを制御するために複数のレンズをそれぞれ与えることは、非実用的である。それぞれ制御された多くのレンズの構成は、システムに複雑さを加える。また、レンズ間のピッチは、各レンズに必要な構成要素のための余地を与えたり、それぞれの制御信号への各レンズへのアクセスを与えたりするのに十分でなければならない。このようなシステムの光学カラムの比較的高い高さは、維持される真空の体積の増加や、例えば、小ビームの流れ（drift）によって引き起こされるアライメントエラーの影響を増加させる、小ビームの長い経路のような、いくつかの欠点をもたらす。

本発明は、荷電粒子マルチ小ビーム（beamlet）システムのための投影レンズ構成体を提供することによって、既知のシステムを改良し、このような問題に対処する。この投影レンズ構成体は、少なくとも１つのプレートと、少なくとも１つの投影レンズのアレイと、を有する。各プレートは、各プレートに形成されたアパーチャのアレイを有し、前記アパーチャの位置に前記投影レンズが形成されている。前記投影レンズのアレイは、投影レンズシステムのアレイを形成し、各投影レンズ系は、前記少なくとも１つの投影レンズのアレイの対応する点に形成された前記投影レンズの少なくとも１つを有する。前記投影レンズ系は、前記プレートのアパーチャの直径の約１ないし３倍の範囲のピッチで配置されており、また、各投影レンズ系は、前記ターゲット面上に前記荷電粒子の小ビームの少なくとも１つを縮小し、集束するためのものである。各投影レンズ系は、前記ピッチの約１ないし５倍の範囲の有効焦点距離を有し、少なくとも２５倍だけ前記荷電粒子の小ビームを縮小する。

前記投影レンズ構成体は、好ましくは、少なくとも数万の投影レンズ系を有する。前記投影レンズ系の前記焦点距離は、好ましくは、約１ｍｍ未満である。この投影レンズ構成体は、好ましくは、複数のプレートを有しており、これらプレートは、好ましくは、最も厚い前記プレートの厚さと同じオーダの距離だけ隔てられている。前記投影レンズ系のアレイの前記ピッチは、好ましくは、約５０ないし５００マイクロメートルの範囲にあり、この投影レンズ構成体の上流端及び下流端からの距離は、好ましくは、約０．３ないし２．０ｍｍの範囲にある。各アレイの前記投影レンズは、好ましくは、ほぼ１つの面に配置されている。

前記投影レンズは、好ましくは、静電レンズを有し、各プレートは、好ましくは、前記静電レンズを形成するための電極を有する。好ましくは、１０ｋＶ／ｍｍよりも大きい電場が、より好ましくは約２５ないし５０ｋＶ／ｍｍの電場が、この投影レンズ構成体の電極間に発生される。前記投影レンズ構成体は、各プレートの対応する孔が互いにほぼアライメントされるように配置された３つのプレートを有することができ、第３のプレート電極は、好ましくは、前記ターゲットとほぼ同じ電位で保持される。前記第１のプレートと第２のプレートとの間の電圧差は、好ましくは、前記第２のプレートと第３のプレートとの間の電圧差よりも小さく、前記第２及び第３のプレートの電圧は、好ましくは、約３ないし６ｋＶの範囲にある。

前記第１のプレートと第２のプレートとは、好ましくは、約１００ないし１０００マイクロメートル、より好ましくは、約１００ないし２００マイクロメートル離れて配置されており、前記第２のプレートと第３のプレートとは、好ましくは、約５０ないし５００マイクロメートル、より好ましくは、約５０ないし５００マイクロメートル離れて配置されており、前記第３のプレートは、好ましくは、前記ターゲットから約２５ないし４００マイクロメートル、より好ましくは約５０ないし２００マイクロメートルのところに配置されている。

他の態様では、本発明は、前記投影レンズ構成体を有し、荷電粒子マルチ小ビームシステムに装着可能なエンドモジュールを含む。このエンドモジュールは、前記投影レンズ構成体の上流側に位置されたビーム停止アレイを有することができ、前記ビーム停止アレイは、中に形成されたアパーチャのアレイを含むプレートを有し、前記ビーム停止アレイのアパーチャは、前記投影レンズ系とほぼアライメントされている。前記ビーム停止アレイの直径は、好ましくは、約５ないし２０μｍの範囲にあり、また、前記ビーム停止アレイと前記投影レンズ構成体との間の距離は、好ましくは、約５ｍｍ未満である。このエンドモジュールは、前記小ビームを走査するための偏向系をさらに有し、この偏向系は、前記ビーム停止アレイと前記投影レンズ構成体との間に位置されている。

さらに、本発明は、荷電粒子のビームを発生させるための荷電粒子源と、前記ビームをコリメートするためのコリメータと、前記コリメートされたビームから複数の小ビームを発生させるためのアパーチャアレイと、前記小ビームを集束させるための集光アレイと、前記集光アレイの焦点面にほぼ配置され、前記小ビームの偏向を与えるための偏向器を有するビームブランカアレイと、前記投影レンズ構成体を含むエンドモジュールと、を具備する荷電粒子マルチ小ビームシステムを含む。前記小ビームの荷電粒子は、好ましくは、約１ないし１０ｋｅＶの範囲のエネルギを有する。前記エンドモジュールの前記投影レンズ構成体は、好ましくは、前記小ビームが前記ターゲットに到達する前に、前記小ビームを集光して縮小するための最終的な要素を有し、また、前記エンドモジュールの前記投影レンズ構成体は、この荷電粒子マルチ小ビームシステムの主な縮小要素を有する。

本発明のさまざまな態様が、図面に示される実施の形態を参照して、さらに説明される。

図１は、荷電粒子マルチ小ビームリソグラフィシステムの一例の簡略化した概略図である。 図２は、図１のリソグラフィシステムのエンドモジュールの、側面からの簡略化した概略図である。 図３ａは、図２のエンドモジュールの投影レンズのレンズアレイの電圧及び相互距離の、側面からの簡略化した概略図である。 図３ｂは、小ビームに対する図２の投影レンズの影響を概略的に示す垂直断面図である。 図４は、図２の投影レンズのレンズアレイの基板の斜視図である。 図５は、エンドモジュールの偏向系の代わりの実施の形態における簡略化した概略図である。

以下は、単なる例によって、図面を参照して与えられる、本発明の実施の形態の説明である。

図１は、全ての電子小ビーム（beamlet）の共通のクロスオーバのない電子ビーム光学系に基づいた荷電粒子マルチ小ビームリソグラフィシステムの一実施の形態の簡略化した概略図である。このようなリソグラフィシステムは、例えば、米国特許第６，８９７，４５８号、第６，９５８，８０４号、第７，０８４，４１４号並びに第７，１２９，５０２号に記載されており、本発明の権利者に譲渡されたこれら全体の内容は、参照としてここに組み込まれる。図１に示される実施の形態では、リソグラフィシステムは、均一な、拡大している電子ビーム２０を生成するための電子源１を有する。ビームのエネルギは、好ましくは、約１ないし１０ｋｅＶの範囲で比較的低く維持される。これを達成するために、加速電圧は、好ましくは、低く、また、電子源は、好ましくは、接地電位でターゲットに対して約−１ないし−１０ｋＶに維持されるが、他の設定が使用されてもよい。

電子源１からの電子ビーム２０は、二重のオクトポール（octopole）２を、続いて、電子ビーム２０をコリメートするためのコリメータレンズ３を通過する。続いて、電子ビーム２０は、アパーチャアレイ４に衝突し、これは、ビームの一部をブロックし、複数の小ビーム２１がアパーチャアレイ４を通過することを可能にする。アパーチャアレイは、好ましくは、貫通孔を含むプレートを有する。従って、複数の平行な電子小ビーム２１が生成される。このシステムは、非常に多くの小ビーム２１を、好ましくは約１０，０００ないし１，０００，０００の小ビームを生成するが、もちろん、これよりも多い又は少ない小ビームを使用することも可能である。コリメートされた小ビームを生成するために他の既知の方法が使用されてもよいことに言及する。

複数の電子小ビーム２１は、ビームブランカアレイ６の面で電子小ビーム２１の各々を集束する集光レンズアレイ５を通過する。この小ビームブランカアレイ６は、好ましくは、電子小ビーム２１の少なくとも１つをそれぞれ偏向することが可能な複数のブランカを有する。

続いて、電子小ビーム２１は、エンドモジュール７に入る。エンドモジュール７は、好ましくは、さまざまな構成要素を有する挿入可能で交換可能なユニットとして構成される。この実施の形態では、エンドモジュールは、ビーム停止アレイ８と、ビーム偏向器アレイ９と、投影レンズ構成体１０と、を有するが、エンドモジュールにこれらの全てが含まれる必要はなく、また、これらが異なるように配置されてもよい。エンドモジュール７は、他の機能に加えて、約１００ないし５００倍の、好ましくはできるだけ大きい値、例えば、３００ないし５００倍の縮小（demagnification）を与える。エンドモジュール７は、好ましくは、以下で説明されるように、小ビームを偏向する。エンドモジュール７を出た後、小ビーム２１は、ターゲット面に位置されたターゲット１１の表面に衝突する。リソグラフィのアプリケーションに関して、ターゲットは、通常、荷電粒子感知層、すなわちレジスト層が設けられたウェーハを有する。

エンドモジュール７では、電子小ビーム２１は、まず、ビーム停止アレイ８を通過する。このビーム停止アレイ８は、主に、小ビームの開放角度（opening angle）を決定する。この実施の形態では、ビーム停止アレイは、小ビームが通過することを可能にするためのアパーチャのアレイを有する。ビーム停止アレイは、基本形態において、代表的には円形の貫通孔が設けられた基板を有するが、他の形状が使用されてもよい。一実施の形態では、ビーム停止アレイ８の基板は、規則的に離間された貫通孔のアレイを備えたシリコンウェーハで形成されており、表面の帯電を防ぐように、金属の表面層で覆われることができる。一実施の形態では、金属は、ＣｒＭｏのような、自然酸化物の被膜層を形成しないタイプである。

一実施の形態では、ビーム停止アレイ８の経路は、ビームブランカアレイ６の要素とアライメントされている。小ビームブランカアレイ６とビーム停止アレイ８とは、小ビーム２１をブロックするか通過させるように、一緒に協働する。小ビームブランカアレイ６が小ビームを偏向すれば、小ビームは、ビーム停止アレイ８の対応するアパーチャを通過せず、代わりに、ビーム停止アレイ８の基板によってブロックされる。しかし、小ビームブランカアレイ６が小ビームを偏向しなければ、ビーム停止アレイ８の対応するアパーチャを通過し、そして、ターゲット１１の表面上にスポットとして投影される。

次に、小ビームは、偏向していない小ビーム２１の方向にほぼ垂直なＸ方向とＹ方向との少なくとも一方で、各小ビーム２１の偏向を与えるビーム偏向器アレイ９を通過する。次に、小ビーム２１は、投影レンズ構成体１０を通過して、代表的にはターゲット面であるターゲット１１上に投影される。

ターゲット上に投影されたスポット内と投影されたスポットの間との両方の電流及び電荷の一貫性及び均一性のために、また、ビーム停止プレート８が小ビームの開放角度を主に決定するので、小ビームがビーム停止アレイに達したとき、ビーム停止アレイ８の直径は、好ましくは、小ビームの直径よりも小さい。一実施の形態では、ビーム停止アレイ８のアパーチャは、５ないし２０μｍの範囲の直径を有し、また、説明された実施の形態でのビーム停止アレイ８に衝突する小ビーム２１の直径は、代表的には、約３０ないし７５μｍの範囲にある。

現在の例でのビーム停止プレート８のアパーチャの直径は、小ビームの横断面を制限する。この直径は、あるいは、３０ないし７５μｍの範囲内の直径の値、５ないし２０μｍの内の上述の値、特に好ましくは５ないし１０μｍの範囲内にある。このようにして、小ビームの中央部分のみが、ターゲット１１上への投影のために、ビーム停止プレート８を通過することが可能となる。小ビームのこの中央部分は、比較的均一な電荷密度を有する。ビーム停止アレイ８による小ビームの周囲部分のこのようなカットオフもまた、大部分は、ターゲット１１の電流量と同様に、システムのエンドモジュール７に対する小ビームの開放角度を決定する。一実施の形態では、ビーム停止アレイ８のアパーチャは、円形であり、ほぼ均一な開放角度を備えた小ビームをもたらす。

図２は、より詳細なエンドモジュール７の一実施の形態を示しており、ビーム停止アレイ８と、偏向器アレイ９と、ターゲット１１上に電子小ビームを投影する投影レンズ構成体１０と、を示している。小ビーム２１は、ターゲット１１上に投影され、好ましくは、直径約１０ないし３０ナノメートルの、より好ましくは約２０ナノメートルの幾何学的なスポットサイズをもたらす。このようなデザインの投影レンズ構成体１０は、好ましくは、約１００ないし５００倍の縮小を与える。この実施の形態において、図２に示されるように、小ビーム２１の中央部分は、まず、ビーム停止アレイ８を通過する（小ビームは、小ビームブランカアレイ６によって偏向されていないと仮定している）。そして、小ビームは、ビーム偏向器アレイ９の偏向系を形成するように連続して配置された１つの偏向器、又は複数の偏向器を通過する。続いて、小ビーム２１は、投影レンズ構成体１０の電気光学系を通過して、最終的に、ターゲット面でターゲット１１に衝突する。

投影レンズ構成体１０は、図２に示される実施の形態において、静電レンズのアレイを形成するために使用される、連続して配置された３つのプレート１２、１３、１４を有する。これらプレート１２、１３、１４は、好ましくは、これらに形成されたアパーチャを含む基板を有する。これらアパーチャは、好ましくは、基板を貫通している円形の孔として形成されるが、他の形状が使用されてもよい。一実施の形態では、基板は、半導体チップ産業において周知の処理工程を使用して処理されたシリコン又は他の半導体でできている。これらアパーチャは、通常、例えば、半導体製造業において既知のリソグラフィ及びエッチング技術を使用して基板に形成されることができる。使用されるリソグラフィ及びエッチング技術は、好ましくは、アパーチャの位置、サイズ及び形状の均一性を確実にするために、十分に正確に制御される。この均一性は、各小ビームの焦点と制御とをそれぞれ制御するための排除の必要性を与える。

これらアパーチャの位置決めの均一性、すなわち、アパーチャ間の均一な距離（ピッチ）及び基板の表面上のアパーチャの均一な配置は、ターゲット上に均一な格子パターンを生成する密集して詰められた小ビームを備えたシステムの構成を与える。一実施の形態において、アパーチャ間のピッチが５０ないし５００マイクロメートルの範囲にある場合、ピッチの偏差は、好ましくは、１００ナノメートル以下である。さらに、複数のプレートが使用される場合のシステムでは、各プレートの対応するアパーチャは、アライメントされる。プレート間のアパーチャのミスアライメント（misalignment）は、異なる軸に沿った焦点距離の差を引き起こし得る。

アパーチャのサイズの均一性は、アパーチャの位置のところに形成された静電投影レンズに均一性を与える。レンズのサイズの偏差は、集束に偏差をもたらし、この結果、いくつかの小ビームは、ターゲット面に集束し、他は、集束しない。一実施の形態では、５０ないし１５０マイクロメートルの範囲のアパーチャのサイズの場合、サイズの偏差は、好ましくは、１００ナノメートル以下である。

アパーチャの形状の均一性もまた、重要である。丸い孔が使用された場合、孔の丸さ（roundness）の均一性は、両軸で同じであるレンズの焦点距離をもたらす。

基板は、好ましくは、電極を形成するために導電性コーティングで覆われている。この導電性コーティングは、好ましくは、アパーチャのまわりのプレートの表面と、孔の内部のプレートの表面との両方を覆う各基板上に単一の電極を形成する。導電性の自然酸化物を含む金属は、好ましくは、例えば、半導体製造業において周知のプレートを使用して、プレート上に堆積された、モリブデンのような、電極に使用される。電圧は、各アパーチャの位置に形成された静電レンズの形状を制御するために、各電極に印加される。各電極は、完全なアレイのために単一の制御電圧によって制御される。従って、３つの電極で図示されたこの実施の形態では、何千のレンズに対して３つの電圧のみがある。

図２は、これらの電極にそれぞれ印加される電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を有するプレート１２、１３、１４を示している。プレート１２、１３の電極の間、及びプレート１３、１４の間の電圧差は、プレートの各アパーチャの位置で静電レンズを形成する。これは、互いにアライメントした、投影レンズ系のアレイを形成するように、アパーチャのアレイの各位置で「垂直な」静電レンズを生成する。各投影レンズ系は、各プレートのアパーチャのアレイの対応する点に形成された静電レンズを有する。投影レンズ系を形成する静電レンズの各々は、少なくとも１つの小ビームを集束し縮小する単一の効果的な投影レンズとしてみなされることができ、有効焦点距離と有効縮小とを有する。単一のプレートのみが使用される場合のシステムでは、単一の電圧が、接地面と共に使用されることができ、静電レンズは、プレートの各アパーチャの位置に形成される。

これらアパーチャの均一性の変化は、アパーチャの位置に形成される静電レンズの変化をもたらす。アパーチャの均一性は、均一な静電レンズをもたらす。従って、３つの制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、多くの電子小ビーム２１を集束し縮小する均一な静電レンズのアレイをもたらす。静電レンズの特性は、３つの制御電圧によって制御されるので、全ての小ビームの集束及び縮小量は、これらの３つの電圧の制御によって制御されることができる。このようにして、単一の共通制御信号は、非常に多くの電子小ビームを縮小し集束するための静電レンズの全体のアレイを制御するために使用されることができる。共通制御信号は、各プレートに、又は複数のプレート間の電圧差として与えられることができる。異なる投レンズ構成体に使用されるプレートの数は、変わってもよいし、共通制御信号の数もまた、変わってもよい。アパーチャが十分に均一な配置及び寸法を有する場合、これは、少なくとも１つの共通制御信号を使用して、電子小ビームの集束及び小ビームの縮小を可能にする。図２の実施の形態では、３つの制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を含む３つの共通信号が、かくして、全ての小ビーム２１を集束し、縮小するために使用される。

投影レンズ構成体は、好ましくは、ターゲット面上に小ビームを集束するための全ての集束手段を形成する。これは、それぞれの電子小ビームの焦点と経路との少なくとも一方の補正が必要でないように、小ビームの均一な集束及び縮小を十分に与える投影レンズの均一性によって可能となる。これは、システムの構成を単純化し、システムの制御及び調節を単純化し、システムのサイズを大幅に減少させることによって、システム全体のコスト及び複雑さをかなり減少させる。

一実施の形態では、投影レンズが形成された場合、アパーチャの配置及び寸法は、０．０５％よりもよい焦点距離の均一性を達成するために、少なくとも１つの共通制御システムを使用して電子小ビームの集束を可能にするのに十分な許容範囲内に制御される。投影レンズ系は、所定の公称ピッチで離間されて配置され、各電子小ビームは、ターゲットの表面にスポットを形成するように集束される。プレートのアパーチャの配置及び寸法は、好ましくは、公称ピッチの０．２％未満のターゲットの表面のスポットの空間分布の変化を達成するのに十分な許容範囲内に制御される。

投影レンズ構成体１０は、プレート１２、１３、１４が互いに接近して位置しており、コンパクトであるので、（電子ビーム光学系で代表的に使用される電圧と比較して）電極に使用される比較的低い電圧にもかかわらず、非常に高い電場を生じることができる。静電レンズに関して、焦点距離は、電極間の静電場の強さよって分割されたビームのエネルギに比例するものとして評価されることができるので、これらの高い電場は、小さな焦点距離を有する静電投影レンズを生成する。これに関して、予め１０ｋＶ／ｍｍを実現することができれば、本実施の形態は、好ましくは、第２のプレート１３と第３のプレート１４との間に２５ないし５０ｋＶ／ｍｍの範囲内の電位差を印加する。これらの電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、好ましくは、第２のプレートと第３のプレート（１３、１４）との間の電圧の差が第１のプレートと第２のプレート（１２、１３）との間の電圧差よりも大きいように設定される。これは、レンズアパーチャ中のプレート１３、１４の間の曲がった破線によって図２に示されるように、各投影レンズ系の有効レンズ面がプレート１３、１４の間に位置するように、プレート１３、１４の間に配置された、より強いレンズをもたらす。これは、ターゲットに近い有効なレンズ面を置き、投影レンズ系がより短い焦点距離を有することを可能にする。図２の小ビームは、簡略化のために、偏向器９から集束しているように示されているが、小ビーム２１の集束のより正確な表現が図３ｂに示されることがさらに言及される。

電極の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、好ましくは、電圧Ｖ２が、小ビーム２１の荷電粒子の減速を引き起こす電圧Ｖ１よりも電子源１の電圧に近いように設定される。一実施の形態では、ターゲットは、０Ｖ（接地電位）であり、電子源は、ターゲットに対して約−５ｋＶであり、電圧Ｖ１は、約−４ｋＶであり、電圧Ｖ２は、約−４．３ｋＶである。電圧Ｖ３は、ターゲットに対して約０Ｖであり、ターゲットのトポロジーが平らでないならば、プレート１４と、小ビームの中の妨害を引き起こし得るターゲットとの間の強い電場を回避する。プレート（及び投影系の他の構成要素）の間の距離は、好ましくは、小さい。この配置に関して、集束及び縮小投影レンズは、小ビームの抽出された荷電粒子の速度の減少と同様に実現される。約−５ｋＶの電圧の電子源に関して、荷電粒子は、中央電極（プレート１３）によって減速され、続いて、接地電位で電圧を有する底部電極（プレート１４）によって加速される。この減速は、電極の低い電場の使用を可能にする一方、なおも、投影レンズ構成体の所望の縮小及び集束を達成する。従来のシステムで使用されているような、制御電圧Ｖ１、Ｖ２を備えた２つのみの電極よりも、制御電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を備えた３つの電極を有する利点は、小ビームの集束の制御が、小ビーム加速電圧の制御からある程度まで緩和される（decouple）ということである。この緩和は、投影レンズ系が、電圧Ｖ１を変化させることなく、電圧Ｖ２と電圧Ｖ３と間の電圧差を調節することによって調節することができるので、起こる。従って、電圧Ｖ１と源電圧との間の電圧差は、カラムの上部のアライメントの結果を縮小するように、加速電圧がほぼ一定のままであるように、大部分は不変である。

図２は、さらに、左から右へと、小ビームの偏差として図２に示された、Ｙ方向の偏向器アレイ９による小ビーム２１の偏向を示している。図２の実施の形態では、偏向器アレイ９のアパーチャは、通過する少なくとも１つの小ビームに対して示されており、電極は、＋Ｖ及び−Ｖの電圧が与えられる電極のアパーチャの対向面に設けられている。電極に電位差を与えることは、アパーチャを通過する単一又は複数の小ビームの偏向を引き起こす。電圧（又は電圧の符号）を動的に変更することによって、ここではＹ方向に走査するようにして、（単数又は複数の）小ビームが進行される（sweep）。

Ｙ方向に対する偏向に関して述べられたのと同様にして、Ｘ方向の偏差もまた、前方と後方との少なくとも一方に行われることができる（図２では、Ｘ方向は、紙面の内外に向かう方向である）。説明された実施の形態では、１つの偏向方向が、基板の表面全体にわたって小ビームを走査するために使用されることができ、また、基板は、走査モジュール又は走査ステージを使用して、他の方向に移動される。移動の方向は、好ましくは、Ｙ方向を横切り、Ｘ方向と一致している。

説明されたように、互いに関連しているエンドモジュール７の偏向器及びレンズの配置は、粒子光学の技術において一般に予期されるものと異なる。代表的には、偏向器は、投影レンズの後に位置されるので、まず、集束が行なわれ、そして、集束された小ビームが偏向される。最初に小ビームを偏向し、そして、それを集束することは、図２並びに図３のシステムでのように、投影レンズの光軸に対して所定の角度で、軸に向かって投影レンズに入る小ビームをもたらす。後者の構成体は、偏向された小ビームのかなりの軸外れ（off-axis）を生じ得ることは、当業者に明らかである。

リソグラフィのための投影系のアプリケーションでは、小ビームは、数十ナノメートルのスポットサイズで、ナノメートルのサイズの精度で、及びナノメートルのオーダの位置精度で、極めて高い精度で集束され位置されるべきである。本発明者らは、例えば、小ビームの光軸から離れた数百ナノメートルの、集束された小ビームの集束が、小ビームの光軸から離れるように容易にもたらすことを実現した。精度の要求を満たすために、これは、偏向量を厳しく制限するか、小ビームが、ターゲット１１の表面のところで焦点を急速に外す。

上述のように、リソグラフィシステムでの使用を考慮して投影レンズ構成体の目的を達成するために、投影レンズ系の有効焦点距離は短く、また、投影レンズ系のレンズ面は、ターゲット面に非常に近接して位置される。かくして、投影レンズと、小ビーム偏向系のターゲット面との間に残っているスペースがほとんどない。本発明者らは、このような構成体で軸外収差（off-axis aberration）が明白に発生するにもかかわらず、焦点距離が、いかなる偏向器又は偏向系が投影レンズの前に位置されるべきであるこのような制限された大きさであるべきであることを認識した。

上流側の偏向器アレイ９及び下流側の投影レンズ構成体１０の図１並びに図２に示される配置は、さらに、各投影レンズ系が１つの小ビームのみ（又は少数の小ビーム）を集束する場合のシステムにおいて、特に、少なくとも約１００倍の、好ましくは約３５０倍の小ビームのサイズの減少（縮小）を与えるために、小ビーム２１の強い集束を与える。各投影レンズ系が一群の、好ましくは１０ないし１００の小ビームを集束する場合のシステムでは、各投影レンズ系は、少なくとも約２５倍の、好ましくは約５０倍の縮小を与える。この高い縮小は、アパーチャの精度に関する必要性及び投影レンズ構成体１０の前（上流側）が、かなり減少され、かくして、コストを削減したリソグラフィ装置の構成を可能にするという他の利点を有する。この構成体の他の効果は、系全体のカラムの長さ（高さ）がかなり減少されることができるということである。これに関して、制限された高さの投影コラムに達するように、好ましくは、ターゲットから電子源まで１メートル未満の、より好ましくは約１５０ないし７００ｍｍの高さの、焦点距離が小さく縮小ファクタの大きい投影レンズが好ましい。このデザインは、リソグラフィシステムを装着したり収容したりするのをより簡単にし、また、さらに、制限されたコラムの高さ及びより短い小ビームの経路により、個々の小ビームの長さの影響を低減する。より小さな流れは、小ビームのアライメントの問題を低減し、より簡単でそれほど高価でないデザインが使用されることを可能にする。しかし、この配置は、エンドモジュールのさまざまな構成要素にさらなる要求を課す。

投影系の上流側に位置された偏向系に関して、偏向された小ビームは、もはやその光軸のところで投影系を通過しない。かくして、ターゲット面に集束された偏向されていない小ビームは、偏向されたとき、ターゲット面のところで集束しない（out-of-focus）。小ビームの偏向による焦点外れの影響を制限するために、一実施の形態のエンドモジュールでは、偏向器アレイ９は、投影レンズアレイ１０にできるだけ近接して配置される。このようにして、偏向された小ビームは、これら小ビームが投影レンズアレイを通過したとき、なおも、これらの偏向していない光軸に比較的接近する。好ましくは、偏向器アレイは、投影レンズアレイ１０から０ないし約５ｍｍのところに位置されるか、好ましくは、投影レンズにできるだけ近接して分離している。実際のデザインでは、配線を収容するために、０．５ｍｍの距離が使用されることができる。代わりの実施の形態は、図５に関して以下で述べられるように、この問題に対処する他の手段を提供する。

上で説明されたような配置に関して、投影レンズ系１０の主レンズ面は、好ましくは、２つのプレート１３、１４の間に位置されている。上で説明された実施の形態によるシステムでの荷電粒子の全体のエネルギは、既に述べたように、比較的低く保たれる。電子ビームに関して、例えば、エネルギは、好ましくは、約１０ｋｅＶまでの範囲にある。このようにして、ターゲットでの熱の発生は、低減される。しかし、荷電粒子のこのような低いエネルギで、系での色収差は増加する。これは、この損傷効果を和らげる特定の手段を必要とする。これらのうちの１つは、投影レンズ構成体１０で既に述べられた比較的高い静電場である。高い静電場は、短い焦点距離を有する静電レンズの形成をもたらし、この結果、レンズは低い色収差を有する。

色収差は、焦点距離にほぼ比例する。色収差を低減し、かつターゲット面上に電子ビームの適切な投影を与えるために、光学系の焦点距離は、好ましくは、１ミリメートル以下に制限される。さらに、本発明によるレンズ系１０の最後のプレート１４は、レンズの内側にある焦点面のない小さな焦点距離を与えるように、非常に薄く形成される。プレート１４の厚さは、この休みは、約５０ないし２００μｍの範囲内にある。

上で述べられた理由のために、比較的強い縮小を得、できるだけ低い収差を維持するように、加速電圧を比較的低く維持することが望ましい。これらの矛盾する要求を満たすために、構成体は、互いに近接した投影レンズ系のレンズを有することが想像される。この新しい概念は、投影レンズの下側電極１４が、偏向器が好ましくは投影レンズの前に位置されている影響に関して、好ましくは、ターゲット面にできるだけ近接していることを必要とする。エンドモジュール７の配置によって引き起こされる収差を緩和するための他の手段は、最小の相互距離で偏向器９と投影レンズ構成体１０とを位置することである。

図３ａは、上に示されたような、かなり縮小化された特性の、レンズアレイの相互距離を示している。これに関して、プレート１２、１３の間の相互距離ｄ１、ｄ２は、プレート１３の厚さと同じオーダの大きさである。好ましい一実施の形態では、厚さｄ１、ｄ２は、約１００ないし２００μｍの範囲にある。最後のプレート１４のターゲット面への距離ｄ３は、好ましくは、短い焦点距離を与えるように、距離ｄ２よりも小さい。しかし、最小距離は、ウェーハの機械的な動きの割り当てを与えるために、プレート１４の下面とウェーハの表面との間に必要とされる。ここに示される実施の形態では、ｄ３は、約５０ないし１００μｍである。一実施の形態では、ｄ２は、約２００μｍであり、ｄ３は、約５０μｍである。これらの距離は、集束している少なくとも１つの小ビームを通過させるように、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３と、偏向された小ビームを与えるためのプレート１２、１３、１４のレンズのアパーチャ１８のサイズｄ４と関係がある。

図示されるようなエンドモジュール７のデザインでは、プレート１２、１３、１４の好ましくは約５ないし２０μｍの直径を有するレンズのアパーチャの直径ｄ４は、ビーム停止アレイ８の同軸にアライメントされたアパーチャの直径よりも数倍大きい。この直径ｄ４は、好ましくは、約５０ないし１５０μｍの範囲にある。一実施の形態では、直径ｄ４は、約１００μｍであり、ビーム停止アレイのアパーチャの直径は、約１５μｍである。

さらに、本デザインでは、プレート１３の中央基板は、好ましくは、約５０ないし５００μｍの範囲の、最も厚い厚さを有する。プレート１２の基板の厚さは、好ましくは、約５０ないし３００μｍであり、また、プレート１４の基板の厚さは、相対的に最も小さく、好ましくは、５０ないし２００μｍである。一実施の形態では、プレート１３の基板の厚さは、約２００μｍであり、また、プレート１２の基板の厚さは、約１５０μｍであり、プレート１４の基板の厚さは、約１５０μｍである。

図３ｂは、投影レンズ構成体１０のアパーチャ１８の断面において、いわゆるトレースされた光線の実例によって、図３ａの実施の形態によるレンズの実際の集束効果を示している。この図は、この実施の形態において、レンズ系１０の実際のレンズ面が、プレート１３、１４の間にあることを示している。最も下方のプレート１４とターゲット面１１との間の距離ｄ３は、短い焦点距離を与えるように、このデザインでは、非常に小さくあるべきことがさらに言及されるべきである。

図４は、複数の孔１８が設けられ、好ましくはシリコンのような材料の、好ましくは基板を含むプレート１２、１３、１４のうちの１つの斜視図である。これら孔は、（図示されるように）三角形、又は正方形、又は孔１８の直径ｄ７の約１．５倍の隣接孔の中心間の相互距離Ｐ（ピッチ）を有する他の適切な関係で配列されることができる。一実施の形態によるプレートの基板は、約２０ないし３０ｍｍ角であることができ、好ましくは、これらの全体の領域にわたって一定の相互距離のところに位置されている。一実施の形態では、基板は、約２６ｍｍ角である。

特定のスループット（すなわち、毎時露光されたウェーハの特定の数）を達成するのに必要な小ビームの総電流は、必要なドーズ、ウェーハの面積並びにオーバーヘッドタイムに依存する。ショットノイズを制限するシステムにおいて必要なドーズは、他のファクタに加えて、必要なフィーチャサイズ及び均一性、及びビームのエネルギに依存する。

電子ビームリソグラフィを使用してレジストに所定のフィーチャサイズ（限界寸法、すなわちＣＤ）を得るために、所定の解像度が必要とされる。この解像度は、ビームのサイズと、レジストへの電子の散乱と、酸の拡散と組み合わせた二次電子の平均自由行程と、の３つの寄与によって決定される。これらの３つの寄与は、全体のスポットサイズを決定するために、二次の関係で加算される。これらの３つの寄与のうち、ビームのサイズ及び散乱は、加速電圧に依存する。レジストのフィーチャを溶解する（resolve）ために、全体のスポットサイズは、所望のフィーチャサイズ（ＣＤ）と同じオーダの大きさであるべきである。ＣＤだけでなくＣＤの均一性も、実際のアプリケーションにとって重要であり、後者の要求は、実際の必要なスポットサイズを決定する。

電子ビーム系に関して、最大の単一のビーム電流は、スポットサイズによって決定される。小さなスポットサイズに関して、電流もまた、非常に小さい。よいＣＤの均一性を得るために、必要なスポットサイズは、高スループットを得るのに必要な電流よりもはるかに少ない単一のビーム電流を制限する。従って、多くの小ビームが必要とされる（代表的には、毎時１０のウェーハのスループットのために１０，０００以上）。電子ビーム系に関して、１つのレンズを通る全電流は、クーロン相互作用によって制限され、この結果、制限されたビームの数は、１つのレンズと１つのクロスオーバ点との少なくとも一方を通って送られることができる。これは、高スループットのシステムでのレンズの数がさらに大きい必要があることを意味する。

説明された実施の形態では、多くの低いエネルギビームの非常に密集した配置が達成され、この結果、複数の小ビームが、代表的なウェーハ露光フィールドのサイズに匹敵するサイズで所定の領域に詰められることができる。

複数の孔のピッチは、小さな領域にできるだけ多くの静電レンズを形成するように、できるだけ小さいことが好ましい。これは、高密度な小ビームを与え、小ビームがターゲット面上にわたって走査されなければならない距離を減少させる。しかし、孔の所定のボアサイズのピッチの減少は、製造によって、また、孔間の小さな距離によりプレートが脆弱になりすぎるときに引き起こされる構造上の問題、及び近接レンズのフリンジの場によって引き起こされ得る収差によって、制限される。

図５は、エンドモジュール７の配置の影響をさらに緩和するように意図された偏向器の代わりのデザインを示している。この設計に関して、小ビーム２１は、偏向されたときでさえ、投影レンズ構成体１０の有効レンズ面の中央部分を通過する。このようにして、投影レンズ構成体１０による偏向によって引き起こされる球面収差が、最小にされる。このデザインに関する重要な改良は、使用されることができる偏向量が増加され、一方、スポットサイズの解像度が屈従しないということである。

図５による代わりのデザインでは、２つの偏向器９ａ、９ｂは、各々が、それらの電極上の逆電圧に対して、一方が他方の後ろに位置されている。偏向目的のために、各偏向器９ａ、９ｂの上のこれらの電圧の符号が、同時に切り替えられる。有効レンズ面１０の、及び投影系の光軸の近くの偏向している小ビーム２１のセンタリングは、偏向器９ｂと、２つの偏向器９ａ、９ｂの間の相互距離ｄ６と組み合わせた投影レンズ構成体１０の有効レンズと、の間の距離ｄ５、及び電極に印加される電圧に関して、偏向角度の割合を微小回転することによって果される。電極９ａ、９ｂの電圧は、投影レンズ構成体１０の光学面にあり、小ビーム２１の枢動点が投影レンズ系の光軸（図５に点線で示される）を交差するようにして、相互に変更される。従って、第１の偏向器９ａは、所定の角度αで小ビーム２１を光軸から遠ざけるように偏向する。また、偏向器９ｂは、逆方向に、角度α２で小ビーム２１を偏向する。このようにして、投影レンズ構成体１０の有効レンズ面と交差したとき、小ビーム２１は、角度α３だけ偏向される。

本発明は、上で説明された所定の実施の形態を参照することによって説明されてきた。これらの実施の形態は、本発明の意図及び範囲から逸脱することなく、当業者にとって周知のさまざまな変更及び選択的な形態を受けることが認識されるだろう。従って、特定の実施の形態が説明されてきたが、これらは単なる例であり、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲を制限するものではない。

Claims (29)

1. ターゲット上に荷電粒子の小ビームを投影するための荷電粒子マルチ小ビームシステムのための投影レンズ構成体であって、
   この投影レンズ構成体は、投影レンズ系のアレイを具備し、
   この投影レンズ構成体は、
   少なくとも１つのプレートと、
   少なくとも１つの投影レンズのアレイと、を有し、
   各プレートは、各プレートに形成されたアパーチャのアレイを有し、前記アパーチャの位置に前記投影レンズが形成されており、
   前記少なくとも１つの投影レンズのアレイは、投影レンズ系のアレイを形成し、
   各投影レンズ系は、前記少なくとも１つの投影レンズのアレイの対応する点に形成された前記投影レンズの少なくとも１つを有し、
   前記投影レンズ系は、前記プレートのアパーチャの直径の約１ないし３倍の範囲のピッチで配置されており、
   各投影レンズ系は、前記ターゲット面上に前記荷電粒子の小ビームの少なくとも１つを縮小し、集束するように設けられており、
   各投影レンズ系は、前記ピッチの約１ないし５倍の範囲の有効焦点距離を有し、少なくとも２５倍だけ前記荷電粒子の小ビームを縮小する、投影レンズ構成体。
2. 少なくとも数万の投影レンズ系のアレイを有する請求項１の投影レンズ構成体。
3. 前記投影レンズ系の前記焦点距離は、約１ｍｍ未満である請求項１又は２の投影レンズ構成体。
4. 複数のプレートを有する請求項１ないし３のいずれか１の投影レンズ構成体。
5. 少なくとも３つのプレートを有する請求項１ないし４のいずれか１の投影レンズ構成体。
6. 前記プレートは、最も厚い前記プレートの厚さと同じオーダの距離だけ隔てられている請求項１ないし５のいずれか１の投影レンズ構成体。
7. 前記投影レンズ系のアレイの前記ピッチは、約５０ないし５００マイクロメートルの範囲にある請求項１ないし６のいずれか１の投影レンズ構成体。
8. この投影レンズ構成体の上流端及び下流端からの距離は、約０．３ないし２．０ｍｍの範囲にある請求項１ないし７のいずれか１の投影レンズ構成体。
9. 各アレイの前記投影レンズは、ほぼ１つの面に配置されている請求項１ないし８のいずれか１の投影レンズ構成体。
10. 前記投影レンズは、静電レンズを有する請求項１ないし９のいずれか１の投影レンズ構成体。
11. 各プレートは、前記静電レンズを形成するための電極を有する請求項１０の投影レンズ構成体。
12. １０ｋＶ／ｍｍよりも大きい電場が、この投影レンズ構成体の電極間に発生される請求項１１の投影レンズ構成体。
13. 約２５ないし５０ｋＶ／ｍｍの範囲にある電場が、この投影レンズ構成体の電極間に発生される請求項１１の投影レンズ構成体。
14. 第１のプレートと、
    前記第１のプレートの下流側の第２のプレートと、
    前記第２のプレートの下流側の第３のプレートと、を有し、
    これらプレートの前記アパーチャは、各プレートの対応するアパーチャが互いにほぼアライメントされるように配置されている請求項１ないし１３のいずれか１の投影レンズ構成体。
15. 前記第３のプレートは、前記ターゲットとほぼ同じ電位で保持される電極を有する請求項１４の投影レンズ構成体。
16. 各プレートは、電極を有し、
    前記第１のプレートと第２のプレートとの間の電圧差は、前記第２のプレートと第３のプレートとの間の電圧差よりも小さい請求項１４又は１５の投影レンズ構成体。
17. 各プレートは、電極を有し、
    前記第２及び第３のプレートの電極の電圧は、約３ないし６ｋＶの範囲にある請求項１４ないし１６のいずれか１の投影レンズ構成体。
18. 前記第１のプレートと第２のプレートとは、約１００ないし１０００マイクロメートル離れて配置されており、
    前記第２のプレートと第３のプレートとは、約５０ないし５００マイクロメートル離れて配置されており、
    前記第３のプレートは、前記ターゲットから約２５ないし４００マイクロメートルのところに配置されている請求項１４ないし１７のいずれか１の投影レンズ構成体。
19. 前記第１のプレートと第２のプレートとは、約１００ないし２００マイクロメートル離れて配置されており、
    前記第２のプレートと第３のプレートとは、約１５０ないし２５０マイクロメートル離れて配置されており、
    前記第３のプレートは、前記ターゲットから約５０ないし２００マイクロメートルのところに配置されている請求項１４ないし１７のいずれか１の投影レンズ構成体。
20. 各投影レンズ系は、前記ターゲット面上に単一の荷電粒子の小ビームを縮小し集束するように設けられており、
    各投影レンズ系は、少なくとも１００倍だけ、前記荷電粒子の小ビームを縮小する請求項１ないし１９のいずれか１の投影レンズ構成体。
21. 請求項１ないし２０のいずれか１の投影レンズ構成体を具備し、荷電粒子マルチ小ビームシステムに装着可能なエンドモジュール。
22. 前記投影レンズ構成体の上流側に位置されたビーム停止アレイをさらに具備し、
    前記ビーム停止アレイは、中に形成されたアパーチャのアレイを含むプレートを有し、
    前記ビーム停止アレイのアパーチャは、前記投影レンズ系とほぼアライメントされている請求項２１のエンドモジュール。
23. 前記ビーム停止アレイのアパーチャの直径は、約５ないし２０μｍの範囲にある請求項２２のエンドモジュール。
24. 前記ビーム停止アレイと前記投影レンズ構成体との間の距離は、約５ｍｍ未満である請求項２２又は２３のエンドモジュール。
25. 前記小ビームを走査するための偏向系をさらに具備し、
    この偏向系は、前記ビーム停止アレイと前記投影レンズ構成体との間に位置される請求項２２ないし２４のエンドモジュール。
26. 荷電粒子のビームを発生させるための荷電粒子源と、
    前記ビームをコリメートするためのコリメータと、
    前記コリメートされたビームから複数の小ビームを発生させるためのアパーチャアレイと、
    前記小ビームを集束させるための集光アレイと、
    前記集光アレイの焦点面にほぼ配置され、前記小ビームの偏向を与えるための偏向器を有するビームブランカアレイと、
    請求項２１ないし２５のいずれか１のエンドモジュールと、を具備する荷電粒子マルチ小ビームシステム。
27. 前記小ビームの荷電粒子は、約１ないし１０ｋｅＶの範囲のエネルギを有する請求項２５の荷電粒子マルチ小ビームシステム。
28. 前記エンドモジュールの前記投影レンズ構成体は、前記小ビームが前記ターゲットに到達する前に、前記小ビームを集光して縮小するための最終的な要素を有する請求項２６又は２７の荷電粒子マルチ小ビームシステム。
29. 前記エンドモジュールの前記投影レンズ構成体は、この荷電粒子マルチ小ビームシステムの主な縮小要素を有する請求項２６ないし２８のいずれか１の荷電粒子マルチ小ビームシステム。

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