JP4773016B2 - 大きく転位することができる軸を備える電子光学レンズの配列 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は円柱レンズと四重極フィールドとを備える特に電子リトグラフィーに関する大きく転位することができる軸を備える電子光学レンズの配列に関する。この四重極フィールドの対称面は円柱レンズに関するギャップの中心面を伸長しており、四重極の集束面はギャップの方向に整列し、円柱レンズの集束屈折率は四重極の集束屈折率の２倍である。
【０００２】
電子ビーム・リトグラフィーの主な応用例の一つに円板状半導体クリスタル（ウエハ）の製造がある。これを小型化するには、できるだけ小さな構造に仕上げる必要がある。電子ビーム・リトグラフィーが光学リトグラフィーよりも一段と優れている点は、電子の波長が光の波長よりも遙かに小さいことであって、そのために極めて小型にすることができるのである。さらに、電子ビーム・ライタは極めて小さな構造体を記録する性能があるが、光の光学投影に比べると露出時間が長くかかり、真空状態を良好にし、テーブルを像平面において急速、正確に移動する必要があって、従来周知の電子−光学偏向素子が要望されている理由は、ミリメートル範囲内にビームを誤りなく偏向することができるということのみに限られていたのである。以上に述べた理由によって、今日に至るまで、電子ビーム・リトグラフィーは主として光学リトグラフィー用のマスクと特注のチップとを製造するのに利用されていただけであって、それに時間が多くかかるということは殆ど問題にされていなかったのである。
【０００３】
ゴトー（Ｇｏｔｏ）及びソモ（Ｓｏｍｏ）は、雑誌「オプチック」（Ｏｐｔｉｋ）４８，２５５−２７０ ＭＯＬ〈対物レンズの移動〉、１９７７において、円形レンズフィールドを偏向フィールドと重ねて、それによって映像フィールドを拡大することを提唱しているが、これによってはウエハの映像フィールドを十分なものとすることができず、円形レンズの口径を制限して、役に立たないものにしてしまう。さらに、電子ビームに対して垂直をなす平面を二次元をなして移動する加工品保持装置を必要とする。この保持装置の移動を正確に行わせることによって、保持装置の効率を高め、小型の構造にすることができ、最大の書込み速度で保持装置を移動させる速度を決定することができる。
【０００４】
荷電した粒子が集束するため円柱レンズについて述べている［Ｈ・ローズ、オプチック（Ｈ．Ｒｏｓｅ，Ｏｐｔｉｋ）３６，１９７１，１９乃至３６頁］。この文献において、電極または磁極片はギャップ状の開口を備えていて、これが電場または磁場を生じ、その縦方向の軸は光軸に対して垂直方向に整列している。この縦方向の軸は光軸と共に円柱レンズの配列の中間面を描写する面を走査する。円柱レンズによる無非点収差の映像形成は不可能である。その理由は、集束効果はギャップの方向に対して垂直をなすからであって、表示されるべき荷電粒子の移動成分はギャップに対して並行（またその逆）には偏向しない。生ずる非点像は結像が不適当である。ＰＣＴ／ＤＥ９７／０５５１８は電子レンズ配列に関する発明で、その発明においては、円柱レンズが四重極フィールドに重なっていて、四重極の集束面が円柱レンズに関する間隙の方向に整列するようにされているので、焦点はずれ面が同軸の光軸と共にこれに対して垂直に伸長している。その結果、四重極フィールドによってギャップの一方の面と円柱レンズによって四重極フィールドに対して垂直に伸長する面とに集束され、その強度を四重極フィールドの焦点をぼかす成分を取り除くように調節しなければならない。前述の二つの面の集束効果を同一になるように調節すると、２個のレンズの組み合わせにより無非点収差の映像を生ずる。
【０００５】
これを基本として、この発明の目的は一方向に非常に広い作動範囲を有し、たとえ中心から離れている領域においても、常に物体に対して垂直にビームを当てることができる電子光学レンズ配列を提供することにある。
【０００６】
この発明は前記の目的を次のようにして達成するものである。すなわち、荷電した粒子の偏向システムを円柱レンズに関連するギャップの面の上流側に接続し
− 複数個の電極または磁極片を四重極フィールドを発生し各個に好ましくは連
続的に励磁できる円柱レンズに関連するギャップの方向に設け、
− 四重極フィールドを粒子ビームの方向に該当するように転位して粒子ビーム
が四重極フィールド領域に突き当たるようにし、
− 光軸および円柱レンズに関するギャップの方向に対して垂直に転位すること
ができる物体の保持装置を設ける。
【０００７】
この発明の要旨は電子−光学レンズの偏向システムの上流面の接続に関する。その偏向システムは円柱レンズと四重極フィールドとから成っていて、一般に電子の粒子ビームを、主として、軸と並行に、かつ、円柱レンズに関連するギャップの方向に転位し、レンズ配列内の粒子ビームの衝撃点に四重極フィールドを発生させる。四重極フィールドの空間的転位は電子的な手段で行う。すなわち、四重極フィールドは、そこに配置されている電極（電子レンズの場合）あるいは磁極片（磁気レンズの場合）の作動によって粒子ビームの衝撃点の領域において励起される。
これを特有の実施態様の構成とするためには、基本的に２つの原則を考慮することができる。すなわち、その第一は、四重極フィールドを円柱レンズに関するギャップの方向に断続的に転位させることで、このようにすると粒子ビームが連続的に変位する。この粒子ビームはレンズ配列、例えば四重極フィールドの軸の外側を通過する。四重極フィールドの軸から僅かながら逸れることによって電子−光学映像を招く。しかしそれは僅かな偏差であるから、その誤差も僅かであって、光学映像の性質に大きな影響を及ぼすものではない。
さらに、配列を粒子ビームの偏向と同時に四重極フィールドが円柱レンズに関連するギャップの方向に転位される。対応する調節によって、粒子ビームを四重極フィールドの軸に正確に伸長させることができる。従って、四重極フィールドによって発生される粒子ビームの軸外通路による映像フィールドの発生は阻止される。四重極フィールドが電極又は極片の空間を必要とし、円柱レンズに関するギャップの方向にある程度伸長させなければならないという構成配列によって、四重極フィールドが無限小のステップの転位をすることが望ましいのではあるが、これは実際上はそうした希望に近づけることができる程度である。
今回提案する配列における粒子流は、対象物の中心から離れた領域においても、対象物に対し基本的に垂直に、かつ、光学像の変わらぬ品質でもって、対象物に衝突する。円柱レンズに付属するギャップの幅によって決定される領域に渡り、品質の損失なく、粒子流を変位することが可能である。その結果、円柱レンズに付属するギャップの方向に伸びる直線に沿った正確な光学的再現が可能となる。円柱レンズのボア(bore）によって引き起こされる像フィールドの制限が無くなる。
従来の物体に書き込むための電子リソグラフィー配列、すなわち、機械的手段によって電子ビームに対し垂直に２次元変位することは避けられず、その結果、その効果に関し相当の制限を受ける、従来の電子リソグラフィーと比較すると、円柱レンズに付随するギャップに対し垂直な方向に物体を変位することが可能になるが、それでも光軸に垂直な面における変位であって、その結果、１次元のみの変位ですむ。そして、遅い速度による１次元変位は、遙かに正確な操作が可能となる。
電子リソグラフィーの場合、それはしばしば、半導体ウエハであるところの物体は、機械的に、光軸に対し、かつ、円柱レンズに付属するギャップに対しても、垂直に１次元の変位をするように固定されている。これに垂直に、粒子流による書き込みが、前述の電子光学レンズ配列によって、非常に長い線形の領域において、可能となる。前記線形の領域は、円柱レンズに付属するギャップの方向に伸長しており、その領域に沿って、全ての点における優れた無収差の表現が可能となる。上述の配列を使用すれば、０．０２５μｍの解像度で５ｍｍ軸範囲において、歪みのない像が製造可能となる。その結果、円柱レンズに付属するギャップの方向に伸びる、非常に広範囲の、光学的に高品質の、線形的再現領域を得ることができる。これに対し垂直、すなわち、物体の変位方向において、像の品質は、更に、機械システムの変位の精度によって決定される。それについては、１次元の変位で、かつゆっくりとした変位によって、機械システムのより正確な動作が実質的に可能となることは既に指摘しておいた。
本発明がおよぶ範囲では、四重極フィールドおよび／または円柱フィールドが電位的に形成されるか磁気的に形成されるかは、原理的には本質的なことではない。円柱フィールド、および／または、特に四重極フィールドを、電位的に変位するように選択したのは便宜的なことであると認識すべきである。なぜなら、それによって、残留磁気やエディ電流の問題を避けて、フィールドの高速な変位が可能となるからである。
円柱レンズに付属するギャップの方向に変位する電気的四重極フィールドの特定の実施例において、円柱レンズの中央電極は、相互に電気的に絶縁され、個々に動作する個々の電極に、ギャップの方向に細分されている。変位のために、そして、好ましい電場の発生のために、この個々の電極は、適切な電圧が連続的に印加される。隣接する電極への連続する励起が、好ましい変位を提供する。
曲がった光軸によって引き起こされる多くの２次像エラーを低減するために、フィールドとその結果の基本通路とを、レンズの中心軸に対し対称となるように選択すべきである。
ここまで述べたことは、単一源（電子源）が書き込みのための粒子ビームを形成し、それを上述のように曲げるための配列に関する説明であった。エラーのない像を提供し、かつ、円柱レンズに付属するギャップの方向に伸びる直線方向における、像フィールドの大幅な拡大が、次のようにすれば可能となる。すなわち、上述の配列を複数、円柱レンズに付属するギャップの方向に、互いに平行に、かつ、互いに隣接して配列し、隣接する配列の像領域が、互いに重なり合う又は少なくとも連続するように配列する。ｎ個の同じ配列の場合は、ｎ回(fold）像幅が得られる。各個別の配列を同期して動作させれば、１つの配列に必要な書き込み時間ですむ。
書き込み時間を削減する別の方法は、上述の配列を多数、ギャップの方向に対して垂直の方向に、或る配列の上に別の配列となるように、配列する。この手段によって、物体の変位の方向に、あるものの後に別のものを置く複数の領域において同時に物体に書き込む、その結果、１つの粒子ビームは、単一の粒子領域をカバーすればよい。物体の変位は、ビームがそれに対応する領域をカバーすればよいように、行われる。
【０００８】
円柱の上流側に接続してあって、円柱レンズのギャップ面に作用する偏向システムは、できるだけ物体に垂直な方向に作用するようにすべきである。すなわち、粒子ビームを軸に平行に変位すべきである。このために偏向システムの２個の要素を粒子ビームの方向に相前後するように配置して、２つの互いに反する方向に偏向するようにする。すなわち、偏向システムの第一の要素からはビームを光軸より離れるように偏向させ、第二の要素からは軸に平行になるように指向させる。この場合、両方の要素の相互の配列と円柱レンズに対する空間的な配列については何らの問題点がない。第二の要素を双極子に装架して、円柱レンズの入り口領域に配列するという単純な構成にする。異なる偏向があっても、ビームの並行を確保することが重要である。大抵の場合、偏光を電場で行うのか磁場で行うのかは、原理的にほとんど問題ではない。
【０００９】
レンズ配列の上流側に接続する偏光システムとして好ましい実施態様は、静磁場に加えて、時間的に変化する第二の磁場フィールドをビーム通路の上流側に設ける。
この第二の磁場フィールドを加えることにより、粒子ビームが、円柱レンズに関連するギャップの方向に、軸と平行となるように変位する。
【００１０】
磁場の磁極片の形成を次のように選択すると有利である。すなわち、上流に接続された磁場による粒子流の偏向とは関係なく、衝突の粒子流に対する並行が常に提供される。
【００１１】
この発明のさらに詳細と、その利点とするところと、特徴とについて、この発明の好ましい実施態様に関して図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１に示すレンズ配置はその基本構造により３部分に細分することができる：
粒子の流れは荷電粒子、すなわち電子を発生する要素、すなわち要素１から進行して、集束してビームになる（要素２）。ここで、湾曲通路を示す光軸（３）を一点鎖線で示す。
【００１３】
粒子が発生する部位に、偏向部が続く。この偏向部は、ビーム路の方向からみて、第１の磁場（４）と、第１の磁場に続く第２の磁場（５）を有している。第１の磁場では、磁場の強度を変化することによって異なる偏向が形成される。そして、別の磁場、すなわち、静磁場（５）によって、粒子ビームを基本的に並行とする構成が形成される。
その結果、偏向システム（４，５）によって、中間軸からの距離を調節することができる、調整可能である並行なオフセットが提供される。
実際の結像は、櫛型に形成した中央電極（７）を備える円柱レンズ（６）から形成されている最終領域に生ずる。各個の電極に適切な大きさの電圧を連続的に加えることによって、四重極フィールドが異なる部位に生ずる。
その作動は次のように行わせなければならない。すなわち、四重極フィールドを粒子ビームの入射点において、ギャップの方向に伸長する面における結像ポイントに集束するように励起する。円柱レンズフィールドと四重極フィールドとを重なり合わせ、かつ、円柱レンズを適当に調節することによって、前記結像ポイント上の集束に対して垂直に伸長する面において集束が形成され、その結果、非点収差のない像が形成される。
【００１４】
粒子流の連続する偏向と四重極フィールドのこれに相応する変位とによって、ギャップの幅全体に亘って伸長する直線中に無非点収差の映像ができる。「ウエハ」を示した物体（９）に平坦な書込み（プレーナ型の書き込み）をするために、光軸に垂直である面において、詳しく言えば、ギャップの方向に伸びる面において、粒子流を変位しなければならない。従来技術にくらべて、物体を一次元的にゆっくりと移動するだけでよい。
【００１５】
図２は、前述の装置を３個相互に並列に配列したものを備えたレンズ配列を示す。
３本の列（３ａ，３ｂ，３ｃ）が示してあるが、これらはコンデンサーとしての性能の偏向システムにより、円柱レンズに関連するギャップの方向に転位されている。ここで、フィールドは同一空間内にある。円柱レンズ（６）は櫛形の中央電極（７）から成っていて、この中央電極は四重極フィールドを発生するように連続して各別に荷電される。図１に述べた配列と比較して、粒子の流れが円柱レンズ配列の光軸に対して幾分か傾斜している。周知の方法で粒子の流れを「ウエハ」に記載されている物体に衝突させる。その結果、書込まれる映像フィールドが生じ、これをｎ回行うことによって単一レンズ配列の領域をｎ倍の映像フィールドにする。それにより円柱レンズに関するギャップの方向にさらに映像フィールドを拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるレンズ配置のブロック回路図の略図である。
【図２】円柱レンズのギャップの方向において相互に隣接するｎ配列を示す。

Claims (8)

1. 円柱レンズと、円柱レンズ（６）の中央電極（７）によって形成される四重極フィールドとを具備し、ここで、前記円柱レンズのフィールドと前記四重極フィールドとの重畳が発生している、
   前記四重極フィールドの対称の面を円柱レンズに関連するギャップの中心面に伸長させ、
   四重極の集束面をギャップの方向に整列させ、
   前記四重極フィールドおよび円柱レンズフィールドは、粒子ビームが、前記四重極フィールドによってギャップの方向に伸びる面における結像点に集束され、かつ、前記円柱レンズフィールドによって、前記集束に対し垂直方向に伸びる面の同じ結像点上に集束されるような、強さに励起される、
   特に電子リトグラフィーに関する、変位することができる軸を具備する電子光学レンズにおいて、
   − 荷電粒子の偏向システム（４，５）を、ギャップの方向に延びる、線形の領域において粒子ビームを偏向させるために、円柱レンズの面の上流側に接続したことと、
   − 前記四重極フィールドを発生する前記中央電極（７）の電極又は極片は、ギャップの方向に設けられ、かつ、個別に、かつ、好ましくは連続的に、励起されることと、
   − 粒子ビームが四重極フィールドの領域に衝突するように四重極フィールドを粒子ビームの偏向に従って変位できるようにしたことと、
   − 物体を保持するために光軸及び円柱レンズ（６）に関連するギャップの方向 に対して垂直方向に転位することができる保持装置を設けたことと、
   を特徴とする変位することができる軸を備える電子光学レンズの配列。
2. 円柱レンズ（６）及び／又は四重極フィールドを電場とする請求項１に記載のレンズの配列。
3. 円柱レンズ（６）の中央電極（７）はギャップの方向に個別の領域に分割されており、かつ、分割された領域は相互に電気的に絶縁され、更に、個別の領域に適切な強さの電圧を連続的に印加することによって、四重極フィールドが異なる点で発生するように中央電極（７）は櫛形形状に分割されている、
   請求項１又は２に記載のレンズの配列。
4. 複数の前記偏向システムが円柱レンズに関するギャップの方向に互いに平行にかつ互いに隣接して配置されており、更に、隣接する偏向システム（４，５）の結像領域が重なり合う又は少なくとも連続し、かつ、同期して動作するように配置されている、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のレンズの配列。
5. 複数の前記偏向システムがギャップの方向に垂直な方向で上下に配列され、それによって、書き込み対象物体の動く方向に上下して存在する前記物体の複数の領域において同時に書き込みできる、
   請求項１乃至４のいずれかに記載のレンズの配列。
6. 前記偏向システム（４，５）は、粒子ビームの方向に前後して配列された２つの要素から成り、第１の要素は粒子走行の方向の上流側に配置され、粒子を光軸から離れるように偏向し、第２の要素は前記粒子を前記光軸に並行に戻すように偏向する、請求項１乃至５のいずれかに記載のレンズの配列。
7. 前記第１の要素は時間的に変化する磁場（４）を形成し、前記第２の要素は静的磁場（５）を形成する、請求項６に記載のレンズの配列。
8. 前記静的磁場（５）の磁極片の形状は、前記上流側に配置された時間的に変化する磁場（４）による粒子の偏向に拘わらず、衝突粒子流を常に光軸に並行となるようにする、形状である、
   請求項７に記載のレンズの配列。

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