JP4769794B2 - 粒子ビーム射出装置用の補正レンズ系 - Google Patents

Description

本発明は粒子ビーム射出装置用の補正レンズ系に関するものである。本発明は特に、少なくとも第一磁界レンズと第二磁界レンズを有する粒子ビーム射出装置用の補正レンズ系に関している。

特許文献１は同心穿孔、錐形の極片そして偏光ユニットを有する、複数の部品からなる磁界レンズを開示する。このレンズは軸対称に配置されており、そしてそれはレンズ下部の円錐形の幾何学的形態によって磁界レンズ野を基盤の極近傍まで動かすことを可能にする。それにもかかわらず、レンズはフォーカシングパラメーター、倍率変化パラメーター、そしてビームの回転パラメーターを個別に調整できるようにする、という可能性をもたらすことは出来ない。ビームの回転のためには、大抵、低速の極片レンズが利用される。さらに、これまでに焦点レンズを通ることで引き起こされる、外部野の補償の間に、極片レンズの極片内でフォーカシングによって引き起こされた渦電流を、最小化のする方法は知られていない。

ＥＰ０８７０３１６Ｂ１

本発明の課題は、粒子ビーム射出装置用の、基部（例えばウェーハ）の露光に対して高速な磁気的補正レンズ系を構成することにより、対象表面での粒子ビームのフォーカシング、粒子ビームの回転、そして、倍率の調整を可能にすることである。

この課題は請求項１の特長を有する補正レンズ系によって解決される。
露光経過での連続的な対象の動きの間にも、補正が実行されるとういうことは、特に有益である。本発明に係わる配置の利点は、フォーカシング、像倍率、そしてビームの回転を、連続的に調整することを可能とすることである。その場合、フォーカシング、像倍率、そして、ビームの回転についての３つの関数は、それぞれ、他の２つの関数を一定に保った状態で、別々に実行することが可能となる。フォーカシングの際は、空間電荷のリフォーカシング、が重要かもしれない。もしくはまた、フォーカシング際は、露光の経過中のわずかな対象の高さ変化（ウェーハ中の残余のばらつき、台の高さの誤差）の結果としてのリフォーカシング、が重要かもしれない。前記関数は非常に速く、そして、その際にレンズの極片内部の渦電流は可能な限り遅れを引き起こさない。

粒子ビーム射出装置用の補正レンズ系が設けられた場合、それは有益である。粒子ビーム射出装置は、少なくとも第一及び第二磁界レンズを有している。第一及び第二磁界レンズと粒子ビームの間には、複数の補正レンズ対が配置される。第一、第二及び第三補正レンズ対を備えることが、特に有益であると明らかになりました。それぞれの補正レンズ対は高速な補正コイルと補償コイルを備えて構成される。

それぞれの補正レンズ対の補正コイルが、それぞれ関連した補償コイルよりも粒子線近傍に配置されるように、補償レンズ対は配置される。
本発明のその他の有利な形態は従属請求項にて示される。

図中には、本発明のサブジェクトマターが概略的に示され、以下の画面を参照にして記載する。

図１は粒子光学的射出系２における基本的なビーム経路を示している。粒子光学的射出系２についての以下の記述において、粒子とは電子のことである。電子銃（粒子銃）３０から発生した電子線３１は電子光軸方向３２へ向かい伝播する。電子銃３０から射出した電子はソース・クロスオーバー（Quell-Crossover）３１₀を示す。電子銃３０の下流側には、電子線３１を光軸３２の周りで対称に調節するビーム中央化装置３３が備えられている。ビーム中央化装置の次に、電子線３１は初期的に分岐する電子線３１から、平行なビームを形成する照射コンデンサー１０を通り抜ける。照射コンデンサー１０を通過して形成されたビームは、強度が均等に分布した口径を有する。照射コンデンサー１０の次は、複数の平行なビーム束３６を発生させるために、複数の開口部を有した口径プレート３４が配置されている。ターゲット６へと向かうビーム結束３６の伝播方向には、複数のビーム偏光ユニットを有する偏光プレート３５がある。そしてその次には、電子線３１中の電子のエネルギーを上昇させ、更に、レンズ口径の絞り３８の位置にあるクロスオーバー３１_１の第一の中間像を発生させる、偏光プレート３５がある。部分ビーム結束３６の全ての個々のクロスオーバーは、ほとんど同じ場所、すなわちレンズ口径絞り３８の絞り孔に発生する。レンズ口径の絞り３８の絞り孔の直径は、偏光されないビーム結束３６のほぼ全ての電子がレンズ口径の絞り３８を通過できるように、選ばれる。偏光プレート３５を通過し独自に方向変化をした個々のビーム３７は、クロスオーバー中間像がレンズ口径の仕切り板の位置に発生しないために、レンズ口径の絞り３８で止められる。更なるビームの進行に際し、少なくとも一つの磁界レンズ４０が、ターゲット６上のレンズ口径プレート３４の像をより小さくすることを目的として、設置される。ここで図示されている実施例では、二つの磁界レンズ４０が示されている。

イメージングの間にクロスオーバー３２_２の第二の中間像が発生する。偏光されなかったビーム束３６が、たとえばウェーハのようなターゲット６に当たる前に、そのビーム束３６は対物レンズ４１を通過する。対物レンズ４１は多くの要素を備え付けている。電子線３１の第二クロスオーバー３２_２の前後には、二つの偏光調整器４５，４６が備え付けられている。偏光調整器４５，４６は偏光や電子線３１、もしくは、ターゲット中の複数の偏光されないビーム束３６、の位置確定に利用される。独立して制御可能な二つの偏光系４５，４６は、低速及び高速な偏光プロセスを別々に最適な方法で構成するために、有効に用いられる。周波数の範囲がMHｚからGHｚにあるような高速な偏光プロセスは、たとえばのこぎりの歯の様な形状の偏光を用いて、むらなく動くターゲット６上の縮小されたレンズの口径プレート３４の位置を露光段階の継続時間に対して一定を保つために、そして、引き続きごく短時間で次の露光点へ移行するために、必要不可欠である。隣接したピクセルは、典型的に１００nm以下が取り除かれているので、高速な偏光系４６は電気的静止状態の系として優先して構築される。低速の、しかしながら極めて正確な磁場偏光系４５は数マイクロメーターでのむらのない運動をするターゲット６の低周波での位置的なずれの補償に好んで用いられる。さらに、好ましくは多階層的な磁気コイル系で構成された非点補正装置４４が、光パルス中の製造誤差や調整誤差によって制限された、非点収差やゆがみを均一にするために、配置される。対物レンズ４１は、ターゲット６の電子線の入射点で走査する高度測定系４２を有する。この、高度測定系４２は、例えばウェーハの様なターゲット６の凹凸の検出やステージによって起こりうる高さ変動の検出に利用される。ターゲット６によって後方散乱された粒子用の検出器４３は電子線の入射点の近くに置かれる。この検出器４３は複数の露光領域を遮蔽する目的の為に、そして、露光系の制御要素のカリブレーションの為に、ターゲット６の跡検出に用いられる。さらに、射出系の光学粒子パイルの下部領域には３つの補正レンズ対２３，２４，２５が配置される。補正レンズ対２３，２４，２５は、継続的に動くターゲット６が露光されている間の、焦点、画像野の大きさ、そして、画像野の回転、の動的補正に用いられる。３つの補正レンズ対２３，２４，２５は、ターゲットの高さ変動や不定なパイル領域の空間電荷による、エラーの補正を可能にする。

図２に、好ましくは第一及び第二磁界レンズ２０ａ，２０ｂを有する、粒子光学的投射系２０の概観を図示する。第一及び第二磁界レンズ２０ａ，２０ｂは、投影光学系の光学粒子ビーム軌道に配置される。（ターゲット領域上の、もしくは、ターゲット表面６ａ上の、対象（跡または多重ビームモジュレーター）の像）第一及び第二磁界レンズ２０ａ，２０ｂには、好ましくはそれぞれ２つの極片２１が組み込こまれている。図２及び図３には粒子ビーム１の一方側の第一及び第二磁界レンズ２０ａ，２０ｂだけが示されている。レンズ２０ａ，２０ｂは、粒子ビーム１の周りで回転対称となるように、配置されている。第一及び第二磁界レンズ２０ａ，２０ｂにより生じる軸方向の磁場の強さ２８は、図２において粒子ビーム１によって定義される軸の上に、表されている。

図３の破線の範囲内には、本発明に係わる補正レンズ系２２の配置が図示されている。補正レンズ系２２には複数の補正レンズ対２３，２４または２５が組み込まれている。とりわけ、補正レンズ系２２は、具体的な形状で示してあるように、第一、第二及び、第三補正レンズ対２３，２４，２５を備えて構成されている。これら第一、第二及び、第三補正レンズ対２３，２４，２５は空芯コイルの対として、形成されている。各補正レンズ対２３，２４，２５は、高速な補正コイル２６と補償コイル２７を備えて構成されている。第一、第二及び、第三補正レンズ対２３，２４，２５のそれぞれの補正コイル２６は、補正コイル２６に付設された補償コイル２７よりも粒子ビーム１の近傍に配置されている。

補正レンズ系２２のステージは、関数のフォーカシング、像の倍率、回転運動が、広域にわたって関わりあわないように、つまり、一つのパラメーターを調節する際に、他の二つが可能な限り不変で保たれるように、ターゲット６上での位置や回転数について配慮した形で形成される。第一補正レンズ対２３は像の倍率変化に対応している。第二補正レンズ対２４は画像の回転に対応している。第三補正レンズ対２５はフォーカシングの変化に対応している。補正レンズステージのフォーカシング感度曲線、倍率感度曲線、回転感度曲線は、ターゲット６上での補正レンズステージの高さの関数として、この目的の為に有利に利用することができる。例として、図４，５，６にそのような曲線を示す。

図４に補正レンズコイルの高さの関数としてのフォーカシング感度を示す。ターゲット６上での、光学粒子ビームのフォーカシングは、フォーカシング感度の最大値が第二レンズ２０ｂの隙間中央に位置しているため、主に、第三ステージで行われなければならない。

図５に像の倍率変化について示す。像の倍率変化は主に、像の倍率変化感度の最大値が第一レンズ２０ａの隙間中央に位置している第一補正レンズ対２３によって行われる。

最後に、ビームの回転の変化は主に、第二補正レンズ対２４を用いて行われなければならない。そして、その高さ、または、ターゲット６からの距離は、フォーカシング及び像の倍率変化に際し、広範囲にわたって不変に保たれるように設定されている。それによって、粒子光学投影系の第一レンズ２０ａと第二レンズ２０ｂの間では、視野の回転に関した第二補正レンズ対２４の影響は一定になる。

ターゲット６上の補正レンズ対２３，２４，２５の距離を適切に選んだとしても、不回避な構造上の欠陥の制限により、フォーカシング関数、倍率変化関数、そしてビーム回転関数を完全に分離させることは、近似的にしか成功しない為、３つの補正レンズ対２３，２４そして２５の電流は、フォーカシング、倍率そしてビームの回転に対しての電流の影響ついて、３つの独立した命題を含んだ方程式系で算出される。フォーカシングｚ、像の倍率変化Ｍ、回転変化、そして補正レンズステージの３つの電流I_１、I_２、I_３の関係は以下の行列式で与えられる。

連成行列の正確な係数はそのつど実験的にカリブレーションを用いて定められる。さらに、ｚ，Ｍそして、３つの電流I_１、I_２、I_３の関係が非線形であることもありうる。この場合、従属性の為に多項式が用いられなければならない。

図３に示されるように、３つの補正レンズ対２３，２４，２５は、それぞれ軸１から外側への磁場を強力に抑制することを役目とした補償コイル２７を含んでいる。それにより、例えば第一及び第二磁界レンズ２０ａと２０ｂの極片２１の鉄における渦電流の発生が減少される。さらに、高精度で高速な補正過程を可能とするために、極片２１またはその他の強磁性体（軟磁性のフェライト）におけるヒステリシス効果が最小化される。補償コイル２７の半径R_komは、それぞれの補正コイル２６の半径R_flに対し、その比率R_kom／R_flが１．５から３．０までになるような値をとる。特に、両者の比率R_kom／R_flの値は２であることが望ましい。

ターゲット６上の補償コイル２７の距離は、特に、ターゲット６上の補正レンズ系の高速な補正コイル２６の距離と一致していることが望ましい。この場合、補正コイルと補償コイルの最適な励磁NI(Nは回転数、Iは電流を表す)の為に以下の簡単な条件が成り立つ。
NI_kom／NI_fl＝（RI_kom／RI_fl）^２
このとき、補償コイル２７内での電流方向と、付属の高速な補正コイル２６内での電流方向は互いに反対である。

具体的な形と補正レンズ系２２の環境によっては、本系でのコイルが多かれ少なかれ完全に軟磁性のフェライトによって囲われていることが第一レンズ、第二レンズ２０ａ，２０ｂの極片２１内、及び、その他の粒子光学投射系２０内の伝導性部品内での渦電流を抑制するために、有効でありうる。

図７及び図８には、補正コイル２６の磁場上での補償コイル２７の影響を具体的に示す。二つのコイル内での互いに反対方向へ流れる電流によって、半径方向への二つのコイルによる磁場の合計は、補償コイルの外側ではほぼ抑制されている（図８）。

粒子ビームパイルの全体構成の概略図である。 好ましくは磁界レンズを有した粒子ビーム射出系の下部の概略図である。 それぞれ関連した補正コイルを有する、複数の補償レンズの配置の概略図である。 異なる焦点レンズのステージ位置でのフォーカシング感度曲線を示す図である。 異なる焦点レンズのステージ位置での倍率感度曲線を示す図である。 異なる焦点レンズのステージ位置での回転感度曲線を示す図である。 補正レンズ近傍での磁場の図解である。 補正レンズステージの補償コイルの作用についての図解である。

１ 粒子ビーム
２ 粒子光学的射出系
６ ターゲット
６ａ ターゲット表面
１０ 照射コンデンサー
２０ａ 第一磁界レンズ
２０ｂ 第二磁界レンズ
２１ 極片
２２ 補正レンズ系
２３，２４，２５ 補正レンズ対
２６ 補正コイル
２７ 補償コイル
２８ 軸方向の磁場の強さ
３０ 電子銃（粒子銃）
３１ 電子線
３１_０ ソース・クロスオーバー
３１_１ クロスオーバー
３２ 電子光軸方向
３２_２ クロスオーバー
３３ ビーム中央化装置
３４ レンズ口径プレート
３５ 複数のビーム偏光ユニットを有する偏光プレート
３６ 複数の平行なビーム束
３７ 偏光プレート３５を通過し独自に方向変化をした個々のビーム
３８ レンズ口径絞り
３９ 照射レンズ
４０ 磁界レンズ
４１ 対物レンズ
４２ 高度測定系
４３ 後方散乱された粒子用の検出器
４４ 非点補正装置
４５，４６ 偏光調整器

Claims (8)

1. 少なくとも第一及び第二磁界レンズ（２０ａ，２０ｂ）を有している粒子ビーム射出装置用の補正レンズ系にして、第一及び第二磁界レンズ（２０ａ，２０ｂ）と粒子ビーム（１）の間に複数の補正レンズ対（２３，２４，２５）が配置されている補正レンズ系において、
   各補正レンズ対（２３，２４，２５）が高速な補正コイル（２６）及び補償コイル（２７）を備えて構成されていること、及び、
   補正コイル（２６）、及び、補正コイル（２６）によって生じる磁場を抑制するために補正コイル（２６）に付設された補償コイル（２７）が、粒子ビームの半径方向において、間隔をおいて配設されていること
   を特徴とする、粒子ビーム射出装置用の補正レンズ系。
2. 請求項１に記載の補正レンズ系において、第一、第二及び第三補正レンズ対（２３，２４，２５）が配置されていること、を特徴とする補正レンズ系。
3. 請求項１または２に記載の補正レンズ系において、粒子光学投影装置内で、像倍率、回転を互いに独立に調整できること、を特徴とする補正レンズ系。
4. 請求項１に記載の補正レンズ系において、各補正レンズ対（２３，２４，２５）の補正コイル（２６）が補正レンズ（２６）に付設された補償コイル（２７）よりもより粒子ビーム（１）の近くに配置されていること、を特徴とする補正レンズ系。
5. 請求項１に記載の補正レンズ系において、補償コイル（２７）が半径R_komを、そして補正コイル（２６）が半径R_flを有しそれら２つの半径の比率R_kom／R_flが１．５から３．０の間の値をとること、を特徴とする補正レンズ系。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の補正レンズ系において、各々の補正レンズ対（２３，２４，２５）のそれぞれの補償コイル（２７）及び補正コイル（２６）が空芯コイルとして形成されていること、を特徴とする補正レンズ系。
7. 請求項５又は６に記載の補正レンズ系において、２つの半径の比率R_kom／R_flの値が２をとること、を特徴とする補正レンズ系。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の補正レンズ系において、第一、第二及び第三補正レンズ対（２３，２４，２５）が、光軸方向にフェライトリングによって、および／または、半径方向にフェライトシリンダによって、それぞれが個々に遮断されていること、または、共同で遮断されていること、を特徴とする補正レンズ系。

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