JPH0831405B2 - Ion projection lithographic apparatus and method - Google Patents

Ion projection lithographic apparatus and method

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JPH0831405B2
JPH0831405B2 JP14023189A JP14023189A JPH0831405B2 JP H0831405 B2 JPH0831405 B2 JP H0831405B2 JP 14023189 A JP14023189 A JP 14023189A JP 14023189 A JP14023189 A JP 14023189A JP H0831405 B2 JPH0831405 B2 JP H0831405B2
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ステングル ゲルハルト
エフ グラビッシュ ヒルトン
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イーエムエス イオーネン ミクロファブ リカチオンス ジステーメ ゲゼルシャフト ミト ベシュレンクテル ハフツング
エステルライヒッシェ インベスチオンス クレジット アクチエンゲゼルシャフト
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Description

【発明の詳細な説明】 本出願は引用によってこれに組み込まれる「イオンリ
ソグラフイにおける画像アライメント方法および装置」
と題する1988年6月2日に出願されたアメリカ合衆国特
許出願第201、959号の一部継続出願である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This application is incorporated herein by reference, "Image Alignment Method and Apparatus in Ion Lithography".
Is a continuation-in-part application of United States Patent Application No. 201,959 filed June 2, 1988.

本発明は半導体装置等を製造するためのイオンビーム
投射リソグラフイである。
The present invention is an ion beam projection lithography for manufacturing a semiconductor device or the like.

半導体装置等を製造するために要求される種々の方法
のうちで、リソグラフイは非常に重要な工程である。簡
単に説明すると、リソグラフイ方法はフオトレジスト、
または簡単に「レジスト」とよばれる感光性材料でシリ
コンウエーハを被覆することに始まる。リソグラフ露光
手段はレジスト被覆ウエーハ上のマスクまたはレチクル
上に収容されるパターンの画像を投射する。ウエーハは
マスクの同一パターンがそれによりウエーハ上で多数回
露光される一連の露光位置を通って歩進される。現像は
ウエーハ面上に所望の画像の輪郭を描くレジストパター
ンう取り去る。ウエーハは次いでエッチング、酸化、イ
オン注入、拡散および体積のごとき多数の考え得る方法
のいずれか1つに従わされる。ウエーハ処理が検査され
た後、レジストで再び被覆されかつサイクルは8〜15回
繰り返され、結果としてウエーハ上に同一の微小回路の
チエッカボードアレイを生じる。
Among various methods required for manufacturing a semiconductor device or the like, lithography is a very important step. Briefly, the lithographic method is photoresist,
Or it begins by coating a silicon wafer with a photosensitive material, which is simply called a "resist". The lithographic exposure means projects an image of the pattern contained on the mask or reticle on the resist coated wafer. The wafer is stepped through a series of exposure positions whereby the same pattern of mask is exposed multiple times on the wafer. Development removes the resist pattern that outlines the desired image on the wafer surface. The wafer is then subjected to any one of a number of possible methods such as etching, oxidation, ion implantation, diffusion and volume. After the wafer process is inspected, it is recoated with resist and the cycle is repeated 8-15 times, resulting in the same microcircuit checkerboard array on the wafer.

現在までのほとんどの投射リソグラフイがウエーハの
露光のために光ビームを使用しているが、より小さな面
の大きさおよび高密度の構成要素については要求はより
高い精密度についての研究に至った。X線リソグラフ装
置を提供するような探究に多くの努力が費やされ、一方
イオンビーム投射リソグラフイを含む他の装置が幾つか
受容されたが、注目度はかなり少なかった。
Most projection lithography to date has used a light beam to expose wafers, but the demands for smaller surface sizes and denser components have led to studies of higher precision. . Much effort has been expended in providing an x-ray lithographic system, while some other systems have been accepted, including ion beam projection lithography, but have received much less attention.

本発明の主要な目的はイオンビーム投射リソグラフイ
についての従来の提案の制限および欠点であると思われ
ることを克服することにある。他の目的はウエーハ上に
塗られたパターンに非常に小さな面を形成することがで
きかつ商業的な使用に適する実用的なイオンリソグラフ
イ装置全体を産業に提供することにある。
The main objective of the present invention is to overcome what appears to be the limitations and drawbacks of previous proposals for ion beam projection lithography. Another object is to provide the industry with an overall practical ion lithographic apparatus capable of forming very small surfaces in the pattern painted on the wafer and suitable for commercial use.

本発明の一つの態様によれば、イオンビームを供給す
る手段、所望のビームパターンを発生するための開口を
有する前記イオンビームの通路内にあるマスク、前記マ
スクの後ろの光学コラム、前記イオン通路に沿って配置
された第1および第2主レンズによって画成される前記
光学コラム、該光学コラム内にクロスオーバーを形成す
るように配置された加速アインツエルレンズである前記
第1主レンズクロスオーバーの後ろに位置決めされかつ
マスクの縮小さた画像を投射するように配置されたギャ
ップレンズである第2主レンズ、前記画像を受光するタ
ーゲットを支持するための前記ギャップレンズの後ろの
ターゲットステーションからなるイオン投射リソグラフ
イ装置が提供される。
According to one aspect of the invention, means for supplying an ion beam, a mask in the path of the ion beam having an aperture for generating a desired beam pattern, an optical column behind the mask, the ion path. An optical column defined by first and second main lenses arranged along the first main lens crossover, which is an accelerating Einzel lens arranged to form a crossover in the optical column A second main lens, which is a gap lens positioned behind and arranged to project a reduced image of the mask, and a target station behind the gap lens for supporting a target receiving the image. An ion projection lithographic apparatus is provided.

本発明のこの態様の好適な実施例は以下の特徴を有す
る。マスクは第1主レンズの第1焦点面に実質上配置さ
れかつターゲットステーションは実質上第2主レンズの
第2焦点面に置かれる。イオンビームを供給する手段は
イオン源および該イオン源より光源コラムから離れた前
記イオン源の虚像を前記光源コラムに供給する手段から
なり、そして(1)第1主レンズの第2焦点面と第2主
レンズの第1焦点面との間の距離、および(2)マスク
と前記イオン源およびマスクの虚像を画成する点との間
の距離は前記ターゲットで前記マスクの前記画像を発生
すべく選択され、前記第1および第2主レンズから生起
する色ぼけおよび幾何学的ひずみは同時に実質上最小に
される。第1および第2主レンズは第2主レンズに続い
ている実質上テレセントリックビームを発生するように
第2主レンズの実質上第1焦点面に前記第1主レンズの
前記クロスオーバーを配置するように位置決めされる。
Preferred embodiments of this aspect of the invention have the following features. The mask is located substantially at the first focal plane of the first primary lens and the target station is located substantially at the second focal plane of the second primary lens. The means for supplying the ion beam comprises an ion source and means for supplying a virtual image of the ion source remote from the light source column to the light source column, and (1) a second focal plane of the first main lens and a second focal plane. The distance between the first focal plane of the two primary lenses and (2) the distance between the mask and the point defining the virtual image of the ion source and mask is such that the target produces the image of the mask. The blurring and geometric distortions that are selected and that result from the first and second primary lenses are substantially minimized at the same time. The first and second main lenses are arranged to position the crossover of the first main lens substantially at the first focal plane of the second main lens so as to generate a substantially telecentric beam following the second main lens. Be positioned at.

本発明のとくに好適な実施例において、第1および第
2主レンズは実質的に以下の条件を同時に満足させ、そ
れにより前記第2主レンズから出ているビームは実質上
テレセントリックであり、かつそれが達するとき画像面
が実質上色ぼけおよび幾何学的ひずみがない、すなわ
ち、 (1)qp=f1f2 ここで、 qは第1主レンズの第2焦点面と第2主レンズの第1焦
点面との間の距離;pはイオン源の虚像を画成する点とマ
スクとの間の距離;f1は第1主レンズの第1焦点距離;
f1′は第2主レンズの第1焦点距離;f2は第1主レンズ
の第2焦点距離;δ1およびδ1′は、ビーム内のイオン
のエネルギ変化による、第1および第2主レンズの第1
焦点距離の変化であり、そしてG(p)=ap3+bp2+cp
+dである。ここでa、b、cおよびdは第3順位の収
差の存在において、第1主レンズの第2焦点面への第1
焦点面からの変換関数に関連づけられるレンズ定数であ
り、前記変換関数は、 の式からなり、r1、θ1はマスクでの第1主レンズの第
1焦点面での横座標でありかつθ2は第1主レンズの第
2焦点面における一定のイオン放射線の変換された横方
向角度座標である。係数D′は第1焦点面から第2主レ
ンズの第2焦点面への変換係数であり、 ここで、r2′は第2主レンズの第2焦点面(すなわちタ
ーゲット位置)での放射線の半径方向座標である。
In a particularly preferred embodiment of the invention, the first and second main lenses substantially simultaneously satisfy the following conditions, whereby the beam emerging from said second main lens is substantially telecentric and The image plane is substantially free of color blur and geometric distortion when is reached, that is, (1) qp = f 1 f 2 Where q is the distance between the second focal plane of the first main lens and the first focal plane of the second main lens; p is the distance between the point defining the virtual image of the ion source and the mask; f 1 is the first focal length of the first main lens;
f 1 ′ is the first focal length of the second main lens; f 2 is the second focal length of the first main lens; δ 1 and δ 1 ′ are the first and second main focal lengths due to the energy change of the ions in the beam. First of the lens
Change in focal length, and G (p) = ap 3 + bp 2 + cp
+ D. Here, a, b, c, and d are the first to the second focal plane of the first main lens in the presence of the third-order aberration.
A lens constant associated with the conversion function from the focal plane, said conversion function being Where r 1 , θ 1 are the abscissas at the first focal plane of the first main lens at the mask and θ 2 is the constant ion radiation conversion at the second focal plane of the first main lens. It is the horizontal angle coordinate. The coefficient D'is a conversion coefficient from the first focal plane to the second focal plane of the second main lens, Here, r 2 ′ is the radial coordinate of the radiation at the second focal plane (that is, the target position) of the second main lens.

本発明の好適な実施例において、約50〜200kVの間の
エネルギーで前記ターゲットにおいて前記イオンビーム
のイオンが供給され、約1〜10kVの間のエネルギーで前
記マスクにおいて前記イオンビームのイオンが供給され
る。ターゲットでの前記マスクの前記画像は少なくとも
1.5の率で縮小され、前記ターゲットでの前記画像は幅
および高さが10mm以下でない。
In a preferred embodiment of the invention, the ions of the ion beam are provided at the target with an energy of between about 50 and 200 kV and the ions of the ion beam are provided at the mask with an energy of between about 1 and 10 kV. It The image of the mask at the target is at least
Reduced by a factor of 1.5, the image on the target is no less than 10 mm in width and height.

本発明の好適な実施例はまた以下の特徴を有してい
る。イオン投射リソグラフイ装置は、1対の電界制御開
口を有しており、該制御開口の一方がマスクのまわりの
区域およびアインツエルレンズの第3電極の開口のまわ
りの区域において第2電極から生起する電界強度を減じ
るためにアインツエルレンズの第2電極の各側に配置さ
れる。第1および第2主レンズに7〜20の範囲の電圧比
が印加される。イオンビームを供給するための手段はイ
オン源および該イオン源とマスクとの間に配置されたレ
ンズからなり、該レンズは色ぼけおよびレンズひずみを
同時に最小にするために装置を精密同調するように光学
コラムの軸線に沿って実際のイオン源点を選択するため
に配置される。前記レンズはソレノイドレンズであり、
該ソレノイドレンズは種々の種類の異なる偏向により前
記イオン源から発せられた異なる質量の種々の種類から
の所望のイオンの種類の選択に寄与し、好ましくは、開
口は所望の種類からの質量が異なるイオンの通過を阻止
するために第1および第2主レンズ間に配置される。
The preferred embodiment of the present invention also has the following features. The ion projection lithographic apparatus has a pair of electric field control apertures, one of which is generated from the second electrode in the area around the mask and in the area around the opening of the third electrode of the Einzel lens. It is arranged on each side of the second electrode of the Einzel lens to reduce the applied electric field strength. A voltage ratio in the range of 7-20 is applied to the first and second main lenses. The means for delivering the ion beam comprises an ion source and a lens disposed between the ion source and the mask, the lens finely tuning the apparatus to simultaneously minimize color blur and lens distortion. Positioned along the axis of the optical column to select the actual ion source point. The lens is a solenoid lens,
The solenoid lens contributes to the selection of a desired ion type from different types of different masses emitted from the ion source by different types of different deflections, preferably the apertures have different masses from the desired type. Positioned between the first and second main lenses to prevent the passage of ions.

本発明の他の態様によれば、多極手段はY方向におけ
る画像の倍率に関連してX方向におけるターゲットでの
画像の倍率を変化するように4極子フイールドの適用に
わたってまたは第2主レンズ内に配置れ、好ましくは多
極手段は実質上電界のない領域において第2主レンズの
後に置かれる。
According to another aspect of the invention, the multipole means is adapted for application of the quadrupole field or in the second main lens so as to vary the magnification of the image at the target in the X direction relative to the magnification of the image in the Y direction. And preferably the multipole means is located after the second main lens in a region substantially free of electric field.

他の態様によれば、多極手段は光学コラムの軸線に対
して垂直な平面内の画像の調整可能な運動のために双極
子界を印加するようになされた第1および第2主レンズ
間に配置され、好ましくは多極手段は画像内のひずみお
よびぼけの制御のために重畳された高順位界を発生する
ようになされている。好ましくは、多極手段はビームに
対して平行なオフセットを導入するようになされたアー
ク状電極の1対の連続する16極の円形アレイである。ま
た本発明の好適な実施例において、画像内のひずみおよ
びぼけのバランスを微細同調するためのレンズ電圧の変
化のために電圧調整装置が設けられる。好ましくは電圧
調整装置はさらにターゲットにおいて画像の倍率を同調
するためにレンズ電圧の比例しない調整が可能である。
According to another aspect, the multipole means is arranged to apply a dipole field for adjustable movement of the image in a plane perpendicular to the axis of the optical column between the first and second main lens. And preferably the multipole means are adapted to generate superimposed high order fields for control of distortion and blur in the image. Preferably, the multipole means is a pair of contiguous 16 pole circular arrays of arced electrodes adapted to introduce an offset parallel to the beam. Also in a preferred embodiment of the present invention, a voltage regulator is provided for changing the lens voltage to fine tune the distortion and blur balance in the image. Preferably the voltage regulator is further capable of non-proportional adjustment of the lens voltage to tune the magnification of the image at the target.

本発明の最初に述べた態様の好適な実施例はまた以下
の特徴を有している。ギャツプレンズの第1電極の電圧
はアインツエルレンズの第1および第3電極の電圧と実
質上同一でありかつギャップレンズの第2電極の電圧は
シインツエルレンズの第2電極の電圧と実質上同一であ
り、電源のリップル作用はレンズコラムの電圧比を実質
上変化しないようになっており、かくしてターゲットス
テーションでの画像の品質を実質上保留する。
The preferred embodiment of the first-mentioned aspect of the invention also has the following features. The voltage of the first electrode of the Gap lens is substantially the same as the voltage of the first and third electrodes of the Einzel lens, and the voltage of the second electrode of the Gap lens is substantially the same as the voltage of the second electrode of the Shinzel lens. Identical, the ripple effect of the power supply is such that the voltage ratio of the lens column remains substantially unchanged, thus substantially preserving the image quality at the target station.

装置はターゲットでの画像の倍率を変えるためにギャ
ップレンズの直径を変化することができるように構成さ
れ、変化時、第2主レンズからでるビームは実質上テレ
セントリックのままでありかつ画像面において実質上色
収差および幾何学的ひずみがない。レンズコラムは該光
学コラムは該光学コラムの全長に実質上延在する外部
の、堅固な金属殻体を含み、該殻体は定電位でありかつ
アインツエルレンズの第1および第3電極およびギャッ
プレンズの第1電極を直接支持する。アインツエルレン
ズの中央電極は電極殻体の内部上に支持のために係合さ
れる絶縁体によって支持されかつギャップレンズの第2
電極は堅固な殻体の下流端によって支持される絶縁ブッ
シュを介して支持される。
The device is arranged such that the diameter of the gap lens can be varied in order to change the magnification of the image at the target, when the beam leaving the second main lens remains substantially telecentric and substantially in the image plane. No chromatic aberration and geometric distortion. The lens column includes an outer, rigid metal shell that extends substantially the entire length of the optical column, the shell being at a constant potential and the first and third electrodes and the gap of the Einzel lens. It directly supports the first electrode of the lens. The central electrode of the Einzel lens is supported by an insulator engaged for support on the interior of the electrode shell and the second electrode of the gap lens.
The electrodes are supported via an insulating bush supported by the downstream end of a rigid shell.

好ましくは、高透磁率の磁性材料からなる筒状シール
ドがまわりに延びかつ堅固な金属殻体によって支持され
る。好ましくは、管状シールドは一連の除去可能な長手
方向セグメントからなりそして好ましくは高透磁率の磁
性材料からなる端板が管状シールドとの磁気的連続生を
設けるような方法において管状シールドの各端部に取り
付けられる。
Preferably, a tubular shield made of a magnetic material of high permeability extends around and is supported by a rigid metal shell. Preferably, the tubular shield comprises a series of removable longitudinal segments and each end of the tubular shield in such a way that an end plate, preferably of high magnetic permeability material, provides magnetic continuity with the tubular shield. Attached to.

本発明の他の態様において、イオン投射リソグラフイ
装置は、イオンビームを供給する手段、所望のビームパ
ターンを発生するための開口を有するイオンビームの通
路内にあるマスク、該マスクの後ろの光学コラム、イオ
ン通路に沿って配置された第1および第2主レンズによ
って画成される前記光学コラム、イオンビームを焦点合
わせするように配置されている第1主レンズ、該第1主
レンズの後ろに位置決めされかつ縮小されたマスクの画
像を投射するように配置される第2主レンズ、前記画像
を受光するターゲットおよび前記光学コラムのまわりに
延在する高透磁率の磁性材料からなるシールドを支持す
るための前記第2主レンズの後ろのターゲットステーシ
ョンからなり、前記シールドが管状シールドを画成する
複数のプレートからなる除去可能な長手方向セグメント
および管状シールドとの磁気的連続性の高透磁率の磁性
材料からなる端板から構成される。本発明のこの態様の
好適な実施例は以下の特徴を有する。導電体はシールド
内に設けられ、イオンビームが露光される磁界への調整
を設けるように配置され、好ましくは導電体は管状シー
ルド内に細長いループのアレイからなる。長手方向に延
びる導電性ループのアレイは管状シールドと関連づけら
れ、前記ループは管状シールド内に周方向に磁束を確立
するように配置される。好ましくは、管状シールドを消
磁するよにループに交流電流を印加するための手段およ
び管状シールドの透磁率を増加するよにループに一時的
に小さなバイアス電流を印加するための手段を含む。各
導電性ループは管状シールドの内外部に沿って延在する
長手方向に延びる導電性セグメントからなる。管状シー
ルドはイオンビームが露光される磁界への調整が行える
ように配置される。
In another aspect of the invention, an ion projection lithographic apparatus comprises a means for supplying an ion beam, a mask in the path of the ion beam having an aperture for producing a desired beam pattern, an optical column behind the mask. An optical column defined by first and second main lenses arranged along the ion path, a first main lens arranged to focus the ion beam, behind the first main lens A second main lens positioned to project an image of the mask that is positioned and scaled down, supports a target for receiving the image and a shield made of a magnetic material of high permeability extending around the optical column. A target station behind the second main lens for the shield, the shield comprising a plurality of plates defining a tubular shield. Composed of an end plate made of a magnetic material of the magnetic continuity of high permeability of the removable longitudinal segments and tubular shield that. Preferred embodiments of this aspect of the invention have the following features. A conductor is provided within the shield and is arranged to provide adjustment to the magnetic field to which the ion beam is exposed, preferably the conductor comprises an array of elongated loops within the tubular shield. An array of longitudinally extending conductive loops is associated with the tubular shield, the loops being arranged to establish a magnetic flux circumferentially within the tubular shield. Preferably, it includes means for applying an alternating current to the loop to demagnetize the tubular shield and means for applying a temporary small bias current to the loop to increase the permeability of the tubular shield. Each conductive loop comprises longitudinally extending conductive segments extending along the inside and outside of the tubular shield. The tubular shield is positioned to allow adjustments to the magnetic field to which the ion beam is exposed.

本発明の他の態様において、リソグラフイ装置は、イ
オンビームを供給する手段、所望のビームパターンを発
生するための開口を有するイオンビームの通路内にある
マスク、該マスクの後ろの光学コラム、イオン通路に沿
って配置された第1および第2主レンズによって画成さ
れる前記光学コラム、イオンビームを焦点合せするよう
に配置されている第1主レンズ、該第1主レンズの後ろ
に位置決めされかつ縮小されたマスクの画像を投射する
ように配置される第2主レンズ、および画像を受光する
ターゲットを支持するための前記第2主レンズの後ろの
ターゲットステーションからなる。前記イオンビームを
供給する手段がイオン源および光学コラムの軸線に沿っ
て実際のイオン源点を選択するために前記イオン源と前
記マスクとの間に配置されたソレノイドレンズからな
り、該ソレノイドレンズは種々の種類の異なる偏向によ
って前記イオン源から発出された種々の質量の前記種類
からの所望のイオン種類の選択に寄与する。好ましく
は、ソレノイドは該ソレノイドレンズに通過の間中イオ
ンビームの回転を阻止すべくされた対向巻回の二重ソレ
ノイドレンズであり、そして好ましくは開口が所望の種
類から質量の異なるイオンの通過を阻止すべく寸法づけ
られた第1および第2主レンズの間に置かれる。
In another aspect of the invention, a lithographic apparatus comprises means for supplying an ion beam, a mask in the path of the ion beam having an aperture for producing a desired beam pattern, an optical column behind the mask, an ion The optical column defined by first and second main lenses arranged along a passage, a first main lens arranged to focus the ion beam, positioned behind the first main lens And a second main lens arranged to project the image of the reduced mask, and a target station behind the second main lens for supporting the image-receiving target. The means for supplying the ion beam comprises a solenoid lens disposed between the ion source and the mask for selecting an actual ion source point along the axis of the ion source and the optical column, the solenoid lens comprising The different deflections of the different types contribute to the selection of the desired ion type from the different types of mass emitted from the ion source. Preferably, the solenoid is a counter-wound dual solenoid lens intended to prevent rotation of the ion beam during passage through the solenoid lens, and preferably the aperture allows passage of ions of different mass from the desired type. It is placed between first and second main lenses that are sized to prevent.

本発明のさらに他の態様において、イオン投射リソグ
ラフイ装置は、イオンビームを供給する手段、所望のビ
ームパターンを発生するための開口を有するイオンビー
ムの通路内にあるマスク、前記マスクの後ろの光学コラ
ム、前記イオン通路に沿って配置された第1および第2
主レンズによって画成される前記光学コラム、前記イオ
ンビームを焦点合わせすべく配置された第1主レンズ、
該第1主レンズの後ろに位置決めされかつ縮小された前
記マスクの画像を投射するように配置された第2主レン
ズ、前記画像を受光するターゲットを支持するためのギ
ャップレンズの後ろのターゲットステーション、および
第2主レンズ内にまたはそれを越えて配置される多極手
段およびY方向への画像の倍率に関連してX方向の前記
ターゲットでの画像の倍率を変えるために前記多極手段
に4極子電界を印加する電圧制御装置からなる。好まし
くは、多極手段は実質上電界のない領域内で第2主レン
ズの後ろに配置されそして好ましくはアーク状電極の16
極の円形アレイである。
In yet another aspect of the invention, an ion projection lithographic apparatus comprises means for supplying an ion beam, a mask in the path of the ion beam having an aperture for producing a desired beam pattern, and an optic behind the mask. A column, a first and a second arranged along the ion path
An optical column defined by a main lens, a first main lens arranged to focus the ion beam,
A second main lens positioned behind the first main lens and arranged to project a reduced image of the mask; a target station behind the gap lens for supporting a target receiving the image; And 4 to the multipole means for varying the magnification of the image at the target in the X direction relative to the magnification of the image in the Y direction and the multipole means arranged in or beyond the second main lens. It is composed of a voltage control device for applying a polar electric field. Preferably, the multipole means is located behind the second main lens in a region that is substantially free of electric field and preferably 16 of arc-shaped electrodes.
It is a circular array of poles.

本発明の他の態様は、ターゲット上に0.1ミクロン程
度の大きさの面を製造するためのリソグラフ方法であ
り、該寸法は、ターゲット界にリソグラフマスクの所望
の面を作像することができるイオン投射リソグラフィ装
置を設け、装置が1組の調整可能なパラメータを有し、
計測面のアレイを有する計測マスクを使用し、経験に基
づいてターゲット界を横切る各パラメータの作用を決定
する一方他のパラメータが1組のクサビ関数を提供する
ように一定に保持され、前記界を横切って計測測定に基
礎が置かれる直線最適化により装置のパラメータを設定
し、露光を周期的に遮断し、リソグラフマスクを前記界
を横切って計測面のアレイを画成する計測マスクに置換
し、ターゲットフイールドを横切って投射されたイオン
ビームのほぼ幾何学的ひずみを測定し、前記測定から1
組の誤差値を決定し、そして直線最適化により、クサビ
関数を基礎にして誤差値を減じるように組のパラメータ
に対する調整を決定し、前記調整を行い、そしてターゲ
ットの露光を再び開始する工程からなる。
Another aspect of the invention is a lithographic method for producing a surface of the order of 0.1 micron on a target, the dimensions of which are capable of imaging the desired surface of the lithographic mask in the target field. Providing a projection lithographic apparatus, the apparatus having a set of adjustable parameters,
A metrology mask having an array of metrology planes is used to empirically determine the effect of each parameter across the target field, while the other parameters are held constant to provide a set of wedge functions. Metrology across sets the parameters of the device by linear optimization, which is based on measurements, interrupts exposure periodically, replaces the lithographic mask with a metrology mask that defines an array of measurement planes across the field, Measure approximately the geometric distortion of the ion beam projected across the target field and
From the steps of determining an error value of the set, and by linear optimization, determining an adjustment to the parameter of the set to reduce the error value on the basis of the wedge function, making said adjustment, and restarting the exposure of the target. Become.

好ましくは、計測マスクはターゲットに先行する対の
計測イオンビームレットを発生するために直交スリット
対のアレイを画成しそしてターゲット界を横切る各パラ
メータの作用を経験に基づいて決定する一方他のパラメ
ータが一定に保持される工程は幅を測定しかつターゲッ
トでのビームレットの重心位置を決定することからな
る。
Preferably, the metrology mask defines an array of orthogonal slit pairs to generate a pair of metrology ion beamlets preceding the target and empirically determines the effect of each parameter across the target field while other parameters are empirically determined. The process in which is held constant consists of measuring the width and determining the position of the center of gravity of the beamlet at the target.

本発明の他の態様において、リソグラフイ装置は、1
組の調整可能なパラメータを有し、X、Yステージに取
り付けられたターゲット上にリソグラフマスクの画像を
投射するようにされ、X、Yステージが多数の露光位置
を横切って割り出しするようになされているイオンビー
ム投射リソグラフイ装置において、リソグラフマスクに
代えられるようにされた計測マスク、X、Yステージに
取り付けられた精密計測ステージ、イオンビーム界を横
切って割り出されるようになされる一方計測マスクが前
記界を横切って分配される点において検知されたぼけお
よび幾何学的ひずみに基づいて誤差値を決定することが
できる計測ステージに取り付けられた検知器を有し、前
記誤差値は直線最適化技術により、前記装置のぼけおよ
び幾何学的ひずみを減じるように前記組のパラメータに
対する補正を発生するのに有用である。好ましくは、計
測マスクはターゲットに先行する対応対の計測イオンビ
ームレットを発生するための直交スリット対のアレイを
画成しかつ精密計測ステージに取り付けられた検知器は
幅を測定しかつ検知器でのビームレットの重心位置を決
定するようになされそして好ましくは検知器は直交対の
1つのビームレットのみが1度に対応するスリットに当
たるような方法において計測ビームレットを遮断するよ
うに配置された1対の直交スリットに関連づけられる。
In another aspect of the invention, a lithographic device is
With a set of adjustable parameters, adapted to project an image of a lithographic mask onto a target mounted on an X, Y stage, the X, Y stage being adapted to index across multiple exposure positions. In the ion beam projection lithographic apparatus, a measurement mask designed to replace the lithographic mask, a precision measurement stage attached to the X and Y stages, and a one-way measurement mask that is indexed across the ion beam field A detector mounted on a metrology stage capable of determining an error value based on the blur and geometric distortion detected at points distributed across the field, the error value being a linear optimization technique. Generate corrections to the set of parameters to reduce blur and geometric distortion of the device. It is useful for that. Preferably, the metrology mask defines an array of orthogonal slit pairs for generating corresponding pairs of metrology ion beamlets preceding the target and a detector mounted on the precision metrology stage measures the width and at the detector. For determining the center of gravity of each beamlet and preferably the detector is arranged to block the measurement beamlet in such a way that only one beamlet of an orthogonal pair hits the corresponding slit at one time. Associated with a pair of orthogonal slits.

説明されたイオンビーム投射リソグラフイ装置および
方法は低ひずみ、大きなフイールド、ウエーハでのマス
クパターンの縮小された画像の形成を許容する。述べら
れた形のイオン光学要素はイオンビームのエネルギ拡散
(色ぼけ)および実用的な大きさの光学コラムのレンズ
ひずみによって発生される画像収差のバランスの作用の
同時減少を可能にする。これに関連して、注目されるこ
とができることは、2枚のレンズがこれらのレンズ自体
の固有な収差から生起する画像の低下を大幅に減少する
ような方法においてウエーハでのマスクの実像を形成す
ることである。公知のように、単一の静電レンズによる
マスクの実像の形成において、バレルまたはピンクッシ
ョンひずみは、マスクの画像がクロスオーバー前にかま
たはクロスオーバー後に形成されるかによって経験さ
れ、この場合にクロスオーバーはイオン源によって発生
されるほぼ点物体の画像である。
The described ion beam projection lithographic apparatus and method allows for the formation of low distortion, large fields, reduced images of mask patterns on wafers. The described form of ion optics allows for the simultaneous reduction of the energy spread (color blur) of the ion beam and the effect of the image aberration balance caused by lens distortion of the optical column of practical size. In this regard, it can be noted that the real image of the mask on the wafer is formed in such a way that the two lenses significantly reduce the image degradation caused by the inherent aberrations of these lenses themselves. It is to be. As is known, in forming a real image of a mask with a single electrostatic lens, barrel or pincushion distortion is experienced depending on whether the image of the mask is formed before or after crossover, in which case A crossover is an image of approximately a point object produced by an ion source.

それ自体同一型の欠点を有する第1主レンズに続いて
いる第2主レンズを設けることにより、画像は第2レン
ズによって発生されるひずみが第1主レンズによって発
生されるひずみを補正する第2主レンズの後ろに形成さ
れる。実質上幾何学的なひずみがない画像が、第2主レ
ンズから下流に幾らかの間隔を置いた点に形成されるこ
とができる。さらに、2枚のレンの組合せは第2主レン
ズの下流の特定の点においてイオンのエネルギ拡散、す
なわち色ぼけの存在に余り感知しない領域があるように
選択されることができる。光学コラムのパラメータの統
合された選択により、本発明によれば、レンズひずみお
よび色ぼけが同時に最小にされる。
By providing a second main lens that follows the first main lens, which itself has the same type of drawback, the image is a second one in which the distortion produced by the second lens corrects the distortion produced by the first main lens. Formed behind the main lens. An image that is substantially geometrically distortion-free can be formed at some point downstream from the second primary lens. In addition, the combination of the two lenses can be selected such that at certain points downstream of the second primary lens there is a region that is less sensitive to the energy spread of the ions, ie the presence of color blur. Due to the integrated selection of the parameters of the optical column, lens distortion and blurring are simultaneously minimized according to the invention.

ギャップレンズに先行する加速アインツエルレンズの
使用により、ビームのエネルギは低く保持されることが
できる一方その作動のためにイオン源には十分なイオン
エネルギがありそしてターゲットでの所望のイオンエネ
ルギは所望のレベルにあり、光学コラムの長さに沿って
極端ま電圧がない。
By using an accelerating Einzel lens preceding the gap lens, the energy of the beam can be kept low while the ion source has sufficient ion energy for its operation and the desired ion energy at the target is desired. There is no extreme voltage along the length of the optical column.

上述のごとく、好適な実施例において、マスクは加速
アインツエルレンズである第1主レンズの第1焦点面近
傍に位置決めされ、かつウエーハはギャップレンズであ
る第2主レンズの第2焦点面近くに位置決めされる。第
1主レンズの焦点合せから生じるビームのクロスオーバ
ーは第2主レンズの第1焦点面近傍に配置される。これ
らの条件下で、マスク画像要素からのイオン通路は2枚
のレンズ間で互いに実質上平行でありかつ光学コラムを
出てかつウエーハでマスクの実像を形成するビームは実
質上テレセントリックである。
As mentioned above, in the preferred embodiment, the mask is positioned near the first focal plane of the first main lens, which is an accelerating Einzel lens, and the wafer is near the second focal plane of the second main lens, which is a gap lens. Positioned. The beam crossover resulting from the focusing of the first main lens is located near the first focal plane of the second main lens. Under these conditions, the ion path from the mask image element is substantially parallel to each other between the two lenses and the beam exiting the optical column and forming the real image of the mask on the wafer is substantially telecentric.

上述したように、イオン源の後ろにかつマスクの前に
直接ソレノイドレンズを位置決めすることにらりソレノ
イドレンズはウエーハに衝突するイオンの質量を選択し
かつそれゆえマスクの厚さにより発生するかも知れない
陰影を減じるマスク上のイオンビームの入射角を減じる
のに有効である。ソレノイドはまたイオン光軸に沿って
実際のイオン源点の位置を調整するのに好都合に使用さ
れる。この最後の機能はイオン源のエネルギー拡散から
の色ぼけのバランスと相互に作用し合いかつそれにより
イオン光学要素の機械的なシフトを必要とすることなく
微細同調を許容する。
As mentioned above, by positioning the solenoid lens directly behind the ion source and in front of the mask, the solenoid lens selects the mass of the ions impinging on the wafer and may therefore be generated by the mask thickness. Effective to reduce the angle of incidence of the ion beam on the mask, which reduces no shading. Solenoids are also conveniently used to adjust the position of the actual ion source point along the ion optical axis. This last function interacts with the balance of color blur from the energy spread of the ion source and thereby allows fine tuning without the need for mechanical shifting of the ion optics.

本発明は特にウエーハ上にダイまたはパターンを正確
に敷くような方法および装置に有用である。マークは例
えば露光されているダイの隅部に隣接してウエーハ上に
配置される。ウエーハ上に作像されるビームパターンに
隣接するが別個である同一の光学系を通って進む組のマ
イクロビームの各々は主フイールド位置に影響を及ぼさ
ない小さな走査板によって走査されるが、ウエーハ表面
上の限定された範囲にわたって各々マイクロビームを走
査しない。各々マイクロビームが溝を横切って別個の走
査されるとき、2次粒子の信号はマークから作られる。
マイクロビームの相対的位置およびウエーハ上のマーク
の基準マップに感応するこの信号はマイクロビーム位置
がマークに関連する場合に決定するように使用される。
チップの周辺のまわりに間隔が置かれた他のマイクロビ
ームに関連して、これはウエーハに関連するダイフイー
ルドの位置、倍率および方向付けを決定するための手段
を設ける。この方法において、信号を処理しかつフイー
ルド作像光学系に補正電圧を印加することにより、ウエ
ーハ上に存在するパターン上に1つのフイールドの正確
なオーバレイを作ることができる。
The present invention is particularly useful in methods and apparatus for accurately laying a die or pattern on a wafer. The marks are placed on the wafer, for example adjacent to the corners of the die being exposed. Each of the sets of microbeams traveling through the same optical system adjacent but distinct from the beam pattern imaged on the wafer is scanned by a small scanning plate which does not affect the main field position, but the wafer surface. Do not scan each of the microbeams over the limited area above. When each microbeam is scanned separately across the groove, the secondary particle signal is made up of the marks.
This signal, which is sensitive to the relative position of the microbeam and the reference map of the mark on the wafer, is used to determine when the microbeam position is associated with the mark.
In relation to other microbeams spaced around the perimeter of the chip, this provides a means for determining the position, magnification and orientation of the die field associated with the wafer. In this way, an accurate overlay of one field can be created on the pattern present on the wafer by processing the signal and applying a correction voltage to the field imaging optics.

この技術は、新たなフイールドの露光時間の間中、存
在するパターンに関連して画像フイールド(領域)き位
置のリアルタイム測定を提供する。また、この技術はウ
エーハが処理によってゆがめられたときでもウエーハ上
の現存するパターンフイールド(領域)に新たな領域を
整合するような手段を提供する。
This technique provides a real-time measurement of the image field location relative to the existing pattern throughout the exposure time of the new field. This technique also provides a means of aligning a new area with an existing pattern field on the wafer, even when the wafer is distorted by processing.

好適な実施例の第1図の平面図および第2図の3次元
切り欠き図を参照して、管状シールド10はイオンビーム
リソグライ機を取り囲んでその構成要素の保護および支
持体となる。これらの構成要素はイオン源12、ソレノイ
ド18、マスク構体20、光学コラム14および端部ステーシ
ョン60である。高透磁性の鉄合金から作られる磁気シー
ルド340は光学コラム14全体を取り囲んで地球の磁界、
構成材料および電源によって発生されるような外部標遊
静止および時間変化磁界を実質上除去する。コラムの各
端部での鉄シールドの磁気的連続性は鉄板350、352によ
って設けられる。
Referring to the plan view of FIG. 1 and the three-dimensional cutaway view of FIG. 2 of the preferred embodiment, a tubular shield 10 surrounds the ion beam lithography machine and provides protection and support for its components. These components are the ion source 12, solenoid 18, mask assembly 20, optical column 14 and end station 60. A magnetic shield 340 made from a highly permeable iron alloy surrounds the entire optical column 14 and the magnetic field of the earth,
It substantially eliminates external stray static and time-varying magnetic fields such as those generated by the materials of construction and the power supply. The magnetic continuity of the iron shield at each end of the column is provided by the iron plates 350,352.

第1b図および第1c図を参照すると、シールドの切り欠
き側面および断面図で表してある。シールドはオーバラ
ップしかつアルミニウム支持部材356によって順次支持
される複数のプレート344から構成される。長手方向に
延びるワイヤ345からなるアレイは磁界の内側面かつ次
いで外面上の折り返し346に沿って延在して別々の細長
いループを形成する。制御装置347によりこれらのワイ
ヤループはシールドを消磁するように、時間により大き
さを減じる交流電流により励起される。その後、装置34
7はシールドの透磁率を増加するように瞬時な小さな直
流を印加する。シールドの内部に他の組の別々の細長い
ループを形成する追加の長手方向に延びる電流支持ワイ
ヤ348がイオンビームの領域の標遊磁界の減少を可能に
するように設けられる。ワイヤ348を通りかつワイヤ34
5、346によって画成されるループ内の電流は光学コラム
内のイオンビームについて最小磁気作用を得るように独
立して可変である。
Referring to Figures 1b and 1c, a cutaway side and cross-sectional view of the shield is shown. The shield comprises a plurality of plates 344 that overlap and are sequentially supported by aluminum support members 356. An array of longitudinally extending wires 345 extend along the folds 346 on the inside and then the outside of the magnetic field to form separate elongated loops. A controller 347 causes these wire loops to be excited by an alternating current of decreasing magnitude over time so as to demagnetize the shield. Then the device 34
7 applies a momentary small direct current so as to increase the magnetic permeability of the shield. An additional longitudinally extending current carrying wire 348 forming another set of separate elongated loops inside the shield is provided to allow a reduction of the stray field in the region of the ion beam. Through wire 348 and wire 34
The current in the loop defined by 5,346 is independently variable to obtain the minimum magnetic action for the ion beam in the optical column.

第1図および第2図に戻って、イオンはイオン源12か
ら発生され、かつ二重コイルソレノイド18を貫通し、該
ソレノイドはビーム244を分析して、イオン源から発生
される他のイオンビームの種類から、所定のイオンの種
類、この実施例においてはヘリウムを分離するヘリウム
を分離する。イオン源12に続いて抑制電極152および抽
出電極150がある。抑制電極はイオン源プラズマに関連
して抽出電極より高い負電圧を有しかつしたがって下流
電極が加速されることから阻止しかつそれによりイオン
源12の望ましくない加熱を抑制する。抑制および抽出電
極の電位および形状は小さな有効サイズ(20μm径以
下)を有するイオンビームを形成するように選ばれる。
抽出電極150の電位は、抑制電極152について選択された
電位から独立して、マスクに向って通過するビームのエ
ネルギを定義する。
Referring back to FIGS. 1 and 2, ions are generated from the ion source 12 and pass through the dual coil solenoid 18, which analyzes the beam 244 to detect other ion beams generated from the ion source. From the type, the predetermined ion type, helium, which separates helium in this example, is separated. Following the ion source 12 are a suppression electrode 152 and an extraction electrode 150. The suppression electrode has a higher negative voltage in relation to the ion source plasma than the extraction electrode and thus prevents the downstream electrode from accelerating and thereby suppresses unwanted heating of the ion source 12. The potential and shape of the suppressor and extractor electrodes are chosen to form an ion beam with a small effective size (20 μm diameter or less).
The potential of the extraction electrode 150 defines the energy of the beam passing towards the mask, independent of the potential selected for the suppression electrode 152.

抽出電極150に続いて、イオン源X、Yアライメント
ステージ154が設けられ、これは光学コラム14の軸線に
関連して適切なアライメントに対するイオン源全体の摺
動運動を許容する。ソレノイド18の2つのコイル240、2
42はビームがソレノイドレンズを貫通する結果としてそ
の軸線のまわりに回転されるのを阻止するためにイオン
に作用する反対方向の磁気的励起を供給するように巻回
される。またソレノイドレンズはビームがマスク構体20
に衝突する角度を減じ、かくしてイオンビームの一様の
角度を減じることにより、より大きなフラックスがマス
ク164上に衝突することができかつその開口を通って光
学コラムに入る。この角度減少はまたマスクが有限の厚
さ(代表的には1〜5μm)および代表的には非常に狭
いパターンを画成する開口を有するため重要である。入
射角の減少はマスクの開口の縁部に発生する陰影を最小
にする。ソレノイドの第1巻線240内には多極アレイか
らなる電気シャッタ38が双極子磁界を使用するコラム軸
線からビームを偏向するのに設けられる。この多極はX
およびY方向(ビーム軸線に対して垂直な平面内におい
て倍率を調整しかつそれによりイオン源内の楕円形ひず
みを補正するように4極磁界を印加することができる。
Following the extraction electrode 150 is an ion source X, Y alignment stage 154, which allows sliding movement of the entire ion source for proper alignment with respect to the axis of the optical column 14. Two coils 240, 2 of solenoid 18
42 is wound to provide opposite direction magnetic excitation that acts on the ions to prevent the beam from rotating about its axis as a result of penetrating the solenoid lens. The beam of the solenoid lens has a mask structure 20.
By reducing the angle of impact on the mask and thus the uniform angle of the ion beam, more flux can impinge on the mask 164 and enter the optical column through its aperture. This angular reduction is also important because the mask has openings of finite thickness (typically 1-5 μm) and typically very narrow patterns. The reduced angle of incidence minimizes the shadowing that occurs at the edges of the mask aperture. Within the solenoid's first winding 240, an electrical shutter 38, consisting of a multi-pole array, is provided to deflect the beam from the column axis using the dipole field. This multipole is X
A quadrupole magnetic field can be applied to adjust the magnification in the and Y directions (in a plane perpendicular to the beam axis and thereby correct the elliptical distortion in the ion source).

またこの領域に設けられるのはイオン源交換または修
理の間中イオン源から密封されるような光学コラム14を
許容する真空絶縁弁36およびソレノイドを越えて位置決
めされるドーズモニタ156である。ビームの外周はモニ
タ156の既知の区域に衝突しかつ誘起電流が測定され
る。この方法において光学コラムを通るビームのフラッ
クスが導出されかつ付与されたレジストに必要とされる
露光時間が決定されることができる。
Also provided in this region is a dose monitor 156 positioned beyond the vacuum isolation valve 36 and solenoid that allows the optical column 14 to be sealed from the ion source during ion source replacement or repair. The outer circumference of the beam impinges on a known area of monitor 156 and the induced current is measured. In this way the flux of the beam through the optical column can be derived and the exposure time required for the applied resist can be determined.

ドーズモニタ156に続いて、第2図に示されかつ第2a
図の拡大図において最も良く明瞭に示されるマスク構体
20に連続する。マスク構体20はその1つが示される相補
的なセットのマスク164を回転ディスク136上に含んでい
る「相補的なセット」により、我々はその各々が各マス
クを通るターゲットの連続露光が完全なパターンにわた
ってビームに対してターゲットを露光するような、所望
の露光パターンのそれぞれの部分に対応する開口を有す
る1組の異なるマスクに言及する。各マスクは圧電変換
器162(第2a図)によって駆動されるプッシャロッド160
の直線運動に応答してダイパターンの回転を許容する屈
曲マウント158に取り付けられる。好適な実施例におい
て、マスク164の回転かつそれゆえ±500マイクロラジア
ン程度のダイパターンの回転は以下に説明されるビーム
アライメント装置に応答して制御される。マスク構体20
に先行するのは機械的な露光シャッタ104(第5図に詳
細に示される)およびマスクの開口を通過しないが代わ
ってマスクによって遮断されるビームの部分によって発
生される熱を除去するのに役立つマスク冷却シリンダ16
8が配置してある。該シリンダ168はマスクを放熱的に冷
却しかつビーム軸線のまわりに延在する。冷却剤が入口
174を通って導入され、同中心コイル170を通って循環さ
れかつ出口172を通って流出されることによって冷却さ
れる。露光シャッタ104がマスクへのビームを阻止する
ように位置決めされるとき、シャッタはシリンダ168の
放熱冷却作用を同時に阻止する。冷却装置はほぼ一定の
温度においてマスクを保持する。
Following the dose monitor 156 is shown in FIG.
The mask structure best shown clearly in the enlarged view of the figure
20 consecutive times. The mask assembly 20 includes a complementary set of masks 164, one of which is shown on a rotating disk 136, so that each of them is a complete pattern of successive exposures of the target through each mask. Reference is made to a set of different masks having apertures corresponding to respective portions of the desired exposure pattern, such that the target is exposed to the beam over. Each mask has a pusher rod 160 driven by a piezoelectric transducer 162 (Fig. 2a).
Mounted on a flex mount 158 that permits rotation of the die pattern in response to the linear motion of the. In the preferred embodiment, the rotation of the mask 164 and thus of the die pattern on the order of. +-. 500 microradians is controlled in response to a beam alignment apparatus described below. Mask structure 20
Precedes the mechanical exposure shutter 104 (shown in detail in FIG. 5) and serves to remove the heat generated by the portion of the beam that does not pass through the mask opening but is instead blocked by the mask. Mask cooling cylinder 16
8 are arranged. The cylinder 168 radiatively cools the mask and extends around the beam axis. Coolant is the inlet
It is cooled by being introduced through 174, circulated through concentric coil 170 and discharged through outlet 172. When the exposure shutter 104 is positioned to block the beam to the mask, the shutter simultaneously blocks the heat dissipation cooling action of the cylinder 168. The cooling device holds the mask at a substantially constant temperature.

ビーム軌道を収束しかつクロスオーバーまたはアイン
ツエルレンズ22とイオンを加速しかつターゲット26上の
マスクの画像を形成するのに使用されるギャップレンズ
24との間のイオン源の画像を形成するようにアインツエ
ルレンズによって変化される。良く知られているよう
に、ギャップレンズは電位差において第1および第2電
極を有する2電極レンズである。この場合にギャップレ
ンズ24の第1電極182は堅固な殻体の一部分でありかつ
第2電極86は堅固な殻体の端部で絶縁体ブッシュ226に
よって支持される。対称的に示されるビーム軌道によっ
て示唆されるように、ギャップレンズ24はコラムの軸線
に対して実質上平行に走行するイオンビームを形成し、
それがウエーハに衝突するときマスクの画像を形成す
る。この型の装置はテレセントリックと呼ばれる。光軸
に沿ったウエーハの位置決めにおける不規則性またはね
じ曲ったウエーハのごときウエーハ自体の不完全によっ
て発生される画像の倍率の誤差を減少するためビームの
実質上のテレセントリック性質は好都合である。
A gap lens used to focus the beam trajectory and accelerate the crossover or Einzel lens 22 and the ions and image the mask on the target 26.
Transformed by the Einzel lens to form an image of the ion source between 24 and. As is well known, a gap lens is a two-electrode lens having a first electrode and a second electrode at a potential difference. In this case, the first electrode 182 of the gap lens 24 is part of the rigid shell and the second electrode 86 is supported by the insulator bushing 226 at the end of the rigid shell. The gap lens 24 forms an ion beam that travels substantially parallel to the axis of the column, as indicated by the beam trajectories shown symmetrically.
It forms an image of the mask as it strikes the wafer. This type of device is called telecentric. The substantially telecentric nature of the beam is advantageous to reduce image magnification errors caused by irregularities in the positioning of the wafer along the optical axis or imperfections in the wafer itself, such as a twisted wafer.

アインツエルレンズ22がイオンビームのクロスオーバ
ーを形成する位置近傍には、適宜な双極子界の印加によ
りビーム位置をX、Y平面(すなわち、ターゲット平
面)において変更する2つの連続する多極184および186
からなる多極構体28がある。2つの多極(マルチポー
ル)への大きさが等しくかつ記号が反対の双極子界の印
加によりビームはその元の通路からずれることができる
がそれに対して平行のままである。これらの偏向の大き
さは以下に説明されるようなビームアライメント装置に
よって制御されかつ例えば+/−5ミクロンであっても
良い。多極は好ましくは筒状のロッドより筒状面により
厳密に近くかつ16極電界までの偶数倍の電界(例えば、
双極子、4極子、8極子等)を発生するのに使用される
ことができる第2d図に示されるような16個の屈曲円弧25
0のアレイである。好適な実施例においては、より高い
順位の電界が装置のひずみを補正するようにプリセット
されるが偏向用双極子界は重畳される。
In the vicinity of the position where the Einzel lens 22 forms the crossover of the ion beam, two continuous multipoles 184 and 186
There is a multipolar structure 28 consisting of. The application of dipole fields of equal magnitude and opposite sign to the two multipoles allows the beam to deviate from its original path, but remains parallel to it. The magnitude of these deflections is controlled by a beam alignment device as described below and may be, for example, +/- 5 microns. The multipole is preferably closer to the cylindrical surface than the cylindrical rod, and an even multiple of the electric field up to the 16-pole electric field (e.g.,
16 bending arcs 25 as shown in FIG. 2d that can be used to generate dipoles, quadrupoles, octupoles etc.)
It is an array of 0s. In the preferred embodiment, the higher order electric fields are preset to compensate for distortions in the device, but the deflecting dipole fields are superposed.

この実施例における実際の特徴として、クロスオーバ
ー近くに多極を配置することはビーム径がその焦点に向
かって集束しているので減少されるような多極の開口を
許容する。さらに、多極の長さ対直径比は周辺界作用を
回避するように約5:1好ましくは10:1である。クロスオ
ーバー近傍位置のため減じられる多極の直径により、長
さは設計段階において全体の装置長さに影響を及ぼさな
いように対応して減じられられる。
As a practical feature in this embodiment, placing the multipole near the crossover allows the multipole aperture to be reduced as the beam diameter is focused towards its focal point. Furthermore, the length-to-diameter ratio of the multipoles is about 5: 1, preferably 10: 1 to avoid peripheral field effects. Due to the reduced multi-pole diameter due to the near crossover position, the length is correspondingly reduced so as not to affect the overall device length during the design stage.

多極構体28にはソレノイドに関連してウエーハ上に作
像するために所望の質量のみのイオンを実質上選択する
のに役立つ質量選択開口30が近接して追随する。開口30
およびギャップレンズ24から下流の、界のない区域にお
いて、4極子界を発生するための多極構体34は互いに反
対のウエーハ平面におけるX(Mx)およびY(My)の方
向において画像の相対的倍率を偏向するために設けられ
る。例えば、X方向の倍率がより小さくされるならば、
その場合にY方向の倍率はより大きい。それゆえ、この
要素はXとYとの間の倍率差に精密な調整を行ってXま
たはY軸のまわりの画像面におけるウエーハの僅かな傾
斜のごとき誤差を補正するために使用される。倍率の絶
対的な調整のために主レンズ電圧は後述されるように使
用される。第2図の実施例において、4極子構体34は第
2d図に示されるような16個の屈曲円弧のアレイでありか
つ約±5×10-4の因子によりMxおよびMyの変化を行うた
めに記載されるようなビームアライメント装置によって
制御される。さらに、16個の屈曲円弧はXおよびY軸の
方向付けの任意の選択かつそれゆえ変化を可能にする。
Multipole assembly 28 closely follows a mass selective aperture 30 which, in conjunction with the solenoid, serves to substantially select ions of only the desired mass for imaging on the wafer. Opening 30
And in a field-free area downstream from the gap lens 24, a multipole structure 34 for generating a quadrupole field is provided with a relative magnification of the image in the X (Mx) and Y (My) directions in mutually opposite wafer planes. Is provided to deflect the. For example, if the magnification in the X direction is made smaller,
In that case, the magnification in the Y direction is larger. Therefore, this element is used to make fine adjustments to the magnification difference between X and Y to correct for errors such as slight tilting of the wafer in the image plane about the X or Y axis. The main lens voltage is used as described below for absolute adjustment of magnification. In the embodiment of FIG. 2, the quadrupole structure 34 is
It is an array of 16 bending arcs as shown in Figure 2d and is controlled by a beam alignment device as described to effect the variation of Mx and My by a factor of about ± 5 × 10 -4 . In addition, the 16 bending arcs allow any choice and therefore variation of the X and Y axis orientation.

さらに、クロスオーバーから離れて、4極子構体34の
配置は光学系の収差およびひずみを最小にするための重
要な因子である。それゆえ、4極子はクロスオーバーか
ら離れてかつ好ましくは界のない区域に配置される。4
極子に関しての選択的な位置はギャップレンズの第2電
極内であるがクロスオーバーから離れて置かれても良
い。
Further, apart from the crossover, the placement of the quadrupole assembly 34 is an important factor in minimizing aberrations and distortions in the optical system. Therefore, the quadrupole is placed away from the crossover and preferably in a field-free area. Four
The selective position with respect to the polar element is within the second electrode of the gap lens but may be located away from the crossover.

加速アインツエル/ギャップレンズ組合せ(第2図)
は所定の長さの多極の配置のためギャップレンズ24とタ
ーゲト26との間に十分な空間を設ける。レンズ間に位置
決めされた多極の検討において前述されたように、一定
の直径長さ比は最適な性能のために維持される。ギャッ
プレンズの後で、ビーム径はクロスオーバー(約1mm)
におけるより長く(約15mm)かつそれゆえ対応して大き
な多極アレイが4極子界の適用のために使用されねばな
らない。しかしながら、イオン投影リソグラフイレンズ
系に4極子界を使用するMxおよびMyの差動制御は第2図
に示した実施例以外の他のレンズ組合せにおいて有用で
あることは当該技術に熟練した者には明らかである。
Acceleration Einzel / Gap lens combination (Fig. 2)
Provides a sufficient space between the gap lens 24 and the target 26 for the arrangement of multipoles of a predetermined length. A constant diameter-to-length ratio is maintained for optimum performance, as previously described in the study of multipoles positioned between lenses. After the gap lens, the beam diameter is crossover (about 1mm)
A longer (about 15 mm) and therefore correspondingly larger multipole array must be used for quadrupole field applications. However, it will be appreciated by those skilled in the art that the differential control of Mx and My using a quadrupole field in the ion projection lithographic lens system is useful in other lens combinations than the embodiment shown in FIG. Is clear.

ビームがウエーハに衝突する直前に、ウエーハに形成
された画像の位置、倍率および方向付けを監視しかつ誤
差が検知される範囲への光学要素の補正作用を誘起する
ような信号を発生するのに使用されるアライメントビー
ムスキャナおよび検出装置32がある。
Immediately before the beam impinges on the wafer, it is necessary to monitor the position, magnification and orientation of the image formed on the wafer and to generate a signal that induces a corrective action of the optical element in the area where the error is detected. There is an alignment beam scanner and detector 32 used.

第2b図においてこのアライメントビームスキャナおよ
び検出装置32が詳細に示される。ビームレット188は絶
縁部材190の外部を通過するビームレットを有すること
によりスキャナ装置32において主ダイ界(フイールド)
246から分離され、一方ダイ界246は図示のごとくその中
心を通過する。この点においてビームレットは走査板19
2上に発生される双極子界の適用によりダイ界から別個
に走査される。ビームレットはウエーハ248上の基準マ
ーク194を横切って走査される。マーク上に衝突するビ
ームレットから生起するバックスキャッタ電子はチャン
ネルトロンまたは電子増幅器であっても良い検知器196
によって検知される。単一の検知器196のみが示される
けれども、理解されるべきことは検知器が各アライメン
トマークが設けられるということである。検知器からの
信号はウエーハ248上のダイ界246の位置および大きさを
配置するのに使用される。信号に応答して補正界(領
域)はイオン光学要素によって印加されることができる
かまたは界の回転がマスク164の回転によって調整され
ることができる。
This alignment beam scanner and detector 32 is shown in detail in FIG. 2b. The beamlet 188 has a beamlet that passes through the outside of the insulating member 190, so that the main die field in the scanner device 32 is a field.
Separated from 246, while die field 246 passes through its center as shown. At this point the beamlet is scanning plate 19
Scanned separately from the die field by the application of a dipole field generated on 2. The beamlets are scanned across fiducial marks 194 on wafer 248. The backscatter electrons originating from the beamlets impinging on the mark may be a channeltron or an electron amplifier detector 196
Detected by. Although only a single detector 196 is shown, it should be understood that the detector is provided with each alignment mark. The signal from the detector is used to locate the position and size of the die field 246 on the wafer 248. In response to the signal, a correction field can be applied by the ion optics or the field rotation can be adjusted by the rotation of the mask 164.

ビームレットスキャナおよび検知器から下流にかつタ
ーゲットの直上に、同様に基準マーク302を有するアラ
イメントブロックまたはアライメントリング300が位置
決めされることができる(第9図に略示されるように;
前述の実施例において、マスクは第9図に示される計測
段階306よりむしろウエーハ上に作像される)。
Alignment blocks or alignment rings 300, which also have fiducial marks 302, can be positioned downstream from the beamlet scanner and detector and directly above the target (as schematically shown in FIG. 9;
In the embodiment described above, the mask is imaged on the wafer rather than the metrology step 306 shown in FIG. 9).

またブロック上に基準マークを有する、ビームレット
スキャナおよび検知器から下流にアライメントブロック
を位置決めすることは、ヨーロッパ特許出願第294、363
号に、とくに第1、第2および16図に略示される。
Positioning the alignment block downstream from the beamlet scanner and detector, which also has fiducial marks on the block, is described in European Patent Application No. 294,363.
And in particular in Figures 1, 2 and 16.

ウエーハに対するリングの位置は干渉計によって検知
されることができかつこの実施例におけるダイ界の位置
決めはリング上のアライメントマークにのみ対応するこ
とができる。この場合にダイパターンはウエーハアライ
メントマークの使用なしにウエーハ上に配置されること
ができかつウエーハはいわゆる「ブラインドステッピン
グ」モードにおいて繰返しパターンを形成するように位
置から位置へ簡単に歩進させることがきる。アライメン
トリングは後述のような計測モードにおける装置と装置
の画像誤差を測定するのにさらに有用性を有する。
The position of the ring relative to the wafer can be detected by an interferometer and the die field positioning in this embodiment can correspond only to the alignment marks on the ring. In this case the die pattern can be placed on the wafer without the use of wafer alignment marks and the wafer can be easily stepped from position to position to form a repeating pattern in the so-called "blind stepping" mode. Wear. Alignment rings have additional utility in measuring device-to-device image errors in metrology modes as described below.

第1図および第2図に戻って、ウエーハ248は該ウエ
ーハが一方の位置から他方の位置へ歩進されることがで
きるように精密X、Y(ウエーハ平面内の)およびZ
(光軸に沿う)運動を許容するステージ40に取り付けら
れ、そして画像パターンのレプリカはウエーハ上の種々
の位置において形成されることができる。光軸に沿うウ
エーハの位置は調整されることができる。ウエーハはチ
ャック42によって固定される。ウエーハが繰返しパター
ンによって完全に覆われるとき、すなわち、ウエーハが
ビームの露光の選択されたシーケンスによって歩進され
たとき、そのチャック42はステージの背部から除去され
かつ真空ロック46および48を通って真空装置から取り出
される。新たな未露光ウエーハとともにチャックはステ
ージ上の適切である位置に挿入される。
Returning to FIGS. 1 and 2, the wafer 248 has precision X, Y (in the wafer plane) and Z so that the wafer can be stepped from one position to the other.
Mounted on a stage 40 that allows movement (along the optical axis), replicas of the image pattern can be formed at various locations on the wafer. The position of the wafer along the optical axis can be adjusted. The wafer is fixed by the chuck 42. When the wafer is completely covered by the repeating pattern, i.e. the wafer is stepped through a selected sequence of beam exposures, its chuck 42 is removed from the back of the stage and vacuumed through vacuum locks 46 and 48. Removed from the device. The chuck with the new unexposed wafer is inserted into the proper position on the stage.

第1図に示されるように、周辺装置の種々の部材が装
置を走査するのに使用される。ターボポンプとして示さ
れる適宜な真空ポンプは光学コラムの空気を抜く。ポン
プはレンズ構体が外部に発生源からの如何なる振動も受
けないように電気的にもかつ機械計にもレンズから絶縁
される。可撓性のベローズ52がこの絶縁を受けるのに使
用される。ベローズは内部で真空をかつ外部で大気圧を
有する。レンズ上に存在する大きな横向きな力は機械の
他側上の対向ベローズ54によって整合される。光学コラ
ムはアースに対して高電位にあるので、高電圧絶縁用の
絶縁ブッシュ56が設けられる。同等のブッシュ58が機械
の他側でアースから第2ベローズを絶縁する。レンズ上
の他のポンプおよびイオン源はアース電位で配置された
ポンプにより、同じ方法において処理される。
As shown in FIG. 1, various components of the peripheral device are used to scan the device. A suitable vacuum pump, shown as a turbo pump, deflates the optical column. The pump is electrically and mechanically isolated from the lens so that the lens assembly is not subject to any external vibration from the source. Flexible bellows 52 are used to receive this insulation. The bellows has a vacuum inside and an atmospheric pressure outside. The large lateral force present on the lens is matched by the opposing bellows 54 on the other side of the machine. Since the optical column is at high potential with respect to ground, an insulating bush 56 for high voltage insulation is provided. An equivalent bush 58 isolates the second bellows from ground on the other side of the machine. The other pump on the lens and the ion source are treated in the same way by a pump placed at ground potential.

保守のために好都合である位置のアース電位において
第1図に示されるような機械の種々の他の電源および補
助機能がある。これらはレンズ電源66、電力がそこで機
械に分配される電力分配パネル68、高電位にある構成要
素および真空装置72用の制御装置へ電力を供給するため
に絶縁トランスを含むサービスモジュール70を含んでい
る。X、Y、Zステージ電子制御装置はキャビネット74
のステージ近傍に配置される。コンソール76内には機械
を操作するのに使用されるより大きなマイクロプロセッ
サまたはコンピュータ装置を含んでいる主接触スクリー
ン制御コンソールがある。制御装置の機能は保守のため
使用することができる機械78の後部に取り付けられる補
助制御装置に転送される。機械は、第1図に示したよう
に、機械のウエーハ処理部がクリーンルーム内にありか
つ機械の残部がまたクリーン状態に維持される経由また
は保守室内にあるような方法において、隔壁で取り付け
られているが、進んだ半導体処理クリーンルームにおい
て必要とされるように厳密にクリーンではない。壁は符
号80で略示され、クリーンルームは符号82、保守室は符
号84で略示される。
There are various other power and auxiliary functions of the machine as shown in FIG. 1 at a ground potential in a position convenient for maintenance. These include a lens power supply 66, a power distribution panel 68 where power is distributed to the machine, components at high potential, and a service module 70 that includes an isolation transformer to power the controller for the vacuum system 72. There is. Cabinet 74 for X, Y, Z stage electronic controller
Is located near the stage. Within console 76 is a main touch screen control console containing the larger microprocessor or computing device used to operate the machine. Controller functions are transferred to an auxiliary controller mounted at the rear of the machine 78 which can be used for maintenance. The machine may be mounted with bulkheads in such a way that the wafer processing section of the machine is in a clean room and the rest of the machine is also in a via or maintenance room, as shown in FIG. However, it is not strictly clean as required in advanced semiconductor processing clean rooms. The wall is indicated by reference numeral 80, the clean room is indicated by reference numeral 82, and the maintenance room is indicated by reference numeral 84.

イオン源のまわりには第1a図の実施例の正面図に示さ
れるエンクロージャ342がある。シールド342にはポンプ
または電源または他の制御装置が配置されることができ
かつ絶縁体62を置くことによりアース電位から絶縁され
るキャビネットがある。イオン源は、第1図に示すよう
にシールド64内にあり、所望の種類、例えば、水素、ヘ
リウムまたはネオンのガス供給を行う。
Surrounding the ion source is the enclosure 342 shown in the front view of the embodiment of FIG. 1a. The shield 342 has a cabinet in which a pump or power supply or other control device can be placed and which is insulated from ground potential by placing an insulator 62. The ion source is within the shield 64 as shown in FIG. 1 and provides a gas supply of the desired type, eg hydrogen, helium or neon.

装置の全長L1は6.1メートルでかつ共役長さL2(マス
クからターゲットへの距離)は2.1メートルである。最
大高さH1は2.5メートルである。イオンビームはイオン
源12での点からソレノイド240の第1巻線での約10mmお
よびマスク164での約60mmに拡大する。アインツエルレ
ンズ22は約70mmのビームを約1mmのクロスオーバー径に
焦点を合せる。クロスオーバー後ギャレンズ24でのビー
ムは15〜24mm(ギヤップレンズについて選ばれた大きさ
に依存する)に拡大しその径はビームのテレセントリッ
ク性質により実質上ターゲット26上に維持される。
The total length L 1 of the device is 6.1 meters and the conjugate length L 2 (distance from mask to target) is 2.1 meters. The maximum height H 1 is 2.5 meters. The ion beam expands from a point at the ion source 12 to about 10 mm at the first winding of the solenoid 240 and about 60 mm at the mask 164. The Einzel lens 22 focuses a beam of about 70 mm on a crossover diameter of about 1 mm. After crossover, the beam at Gallens 24 expands to 15-24 mm (depending on the size chosen for the gearup lens) and its diameter is maintained substantially on target 26 due to the telecentric nature of the beam.

第2c図は、第2図の実施例に使用される電源のブロッ
ク図が示される。正イオンに関して、イオン源12は、例
えば0〜10Kvからの抽出イオンの加速電位を変化するこ
とができる電圧Voで第1電源198によって抽出電極150に
対して正電位に保持される。抑制電源220は抑制電極152
を抑制電子のためにイオン源に対して負電位に保持す
る。
FIG. 2c shows a block diagram of the power supply used in the embodiment of FIG. For positive ions, the ion source 12 is held at a positive potential with respect to the extraction electrode 150 by the first power supply 198 at a voltage Vo that can change the accelerating potential of the extracted ions from, for example, 0-10 Kv. The suppression power supply 220 is the suppression electrode 152.
Is held at a negative potential with respect to the ion source due to the suppressing electrons.

第1装置電源222は第1および第3電極176および178
に対してアインツエルレンズ180の中央電極に負電圧を
印加する。この形状の電極電位置において、アインツエ
ルレンズは、イオン(この実施例において正イオン)が
第1および第2電極間に加速され、次いで第2および第
3電極間で減速されるので、加速アインツエルレンズと
して言及される。この特別な実施例において、第1およ
び第3電極が同一電位であるとき、イオンの正味エネル
ギはこのレンズによって影響を及ぼされない。アインツ
エルレンズの第1および第3電極176、178およびギャッ
プレンズ182の第1電極は光学コラム14の堅固な殻体の
一体構成要素でありかつ図示のごとく第2電源224から
正の電位を受容する。(中間および第3電極間のイオン
のエネルギ減少が第1および中間電極間のエネルギ利得
に等しくないように第1および第3電極間の電圧差があ
る他の加速アインツエルレンズ配置が実用的である。こ
のような配置は本発明の多くの態様から逸脱することな
く適切な絶縁体および電源の付加によりここでは実行さ
れることができる。) ギャップレンズを横切る電位は絶縁体226によって光
学コラムから絶縁されるギャップレンズの第2電極86に
第2電源224の負端子を接続することにより設けられ
る。それゆえギャップレンズは光学コラムからのそれら
の退出以前に正のイオンを加速する。第1電源222は、
例えば0〜10Kv間のアインツエルレンズ上にこの第2電
極のアースに対して電圧V1をセットすることができる。
第2電源224は代表値がほぼ100Kvである50〜200Kvの代
表的な範囲V2にわたって可変である。実際上電源222お
よび224は電源198によって設定された注入イオンエネル
ギVoに依存して7:1〜20:1の範囲の両レンズに関する代
表的なレンズ電圧比を設けるように使用される。
The first device power supply 222 includes first and third electrodes 176 and 178.
On the other hand, a negative voltage is applied to the central electrode of the Einzel lens 180. In this shape of the electrode potential position, the Einzel lens is accelerating because the ions (positive ions in this example) are accelerated between the first and second electrodes and then decelerated between the second and third electrodes. Referred to as Ellens. In this particular embodiment, the net energy of the ions is unaffected by this lens when the first and third electrodes are at the same potential. The first and third electrodes 176, 178 of the Einzel lens and the first electrode of the gap lens 182 are an integral component of the rigid shell of the optical column 14 and receive a positive potential from the second power source 224 as shown. To do. (Other accelerating Einzel lens arrangements in which there is a voltage difference between the first and third electrodes are practical so that the energy reduction of the ions between the middle and third electrodes is not equal to the energy gain between the first and middle electrodes. Such an arrangement can be implemented here without the departure from many aspects of the invention by the addition of suitable insulators and power supplies.) The potential across the gap lens is from the optical column by insulator 226. It is provided by connecting the negative terminal of the second power supply 224 to the second electrode 86 of the gap lens to be insulated. Therefore gap lenses accelerate positive ions prior to their exit from the optical column. The first power source 222 is
For example, the voltage V 1 can be set to the ground of this second electrode on an Einzel lens between 0 and 10 Kv.
The second power supply 224 is variable over a typical range V 2 of 50-200 Kv, which has a typical value of approximately 100 Kv. In practice, power supplies 222 and 224 are used to provide a typical lens voltage ratio for both lenses in the range of 7: 1 to 20: 1 depending on the implanted ion energy Vo set by power supply 198.

補足電源228および230は装置電源222および224へそれ
ぞれ小さな電圧調整δV1およびδV2を供給する。第3図
に示される配置は、 の場合のVEのアインツエルレンズについての電圧比を、
かつ の場合のVGのギャップレンズについての比を供給する。
Supplemental power supplies 228 and 230 provide small voltage adjustments ΔV 1 and ΔV 2 to device power supplies 222 and 224, respectively. The arrangement shown in FIG. The voltage ratio of V E for the Einzel lens for
And The ratio for the gap lens of V G in the case of

実際に、V1の値はアインツエルレンズおよびギャッレ
ンズの電極を横切って印加される電圧比が電源の固有の
リップルによる不利益な作用を回避するのにほぼ等しい
ように小さい。ターゲットに衝突するイオンのエネルギ
は次いで約50〜200Kvの範囲にある。
In fact, the value of V 1 is so small that the voltage ratio applied across the electrodes of the Einzel and Gallens lenses is approximately equal to avoid the detrimental effects of the inherent ripple of the power supply. The energy of the ions hitting the target is then in the range of about 50-200 Kv.

静電レンズの焦点距離はそれらの電極間の電位差の関
数として変化しかつそれゆえレンズを幾らか越えた位置
における画像の倍率が変化させられることができる。第
2図の、2枚レンズ配置の好適な実施例において、ター
ゲット26での画像の倍率は第1レンズの第2焦点距離に
わたる第2レンズの第1焦点距離の比または各レンズの
電圧比の比、すなわちV2/V1に等しい。第1および第2
レンズの電圧比を選択することにより概略の倍率が選択
されることができる。さらに、レンズに印加される電圧
比が比例して増加されるならば、焦点距離はほぼ比例的
に減少するが倍率は変化しない。しかしながら、この調
整は以下に説明されるように2枚のレンズのひずみに影
響を及ぼす。それゆえ、レンズ電圧の変化はひずみおよ
び倍率用の微細同調手段を供給する。この微細同調のた
めに、補足電源228および230は好ましくは数パーセント
(例えば0〜300ボルト)までのレンズ電圧の変化のた
めにコンピュータ制御下にある。補足電源は好ましくは
数パーセントまでのレンズ電圧の変化のためにアライメ
ントビームによって発生される信号に応答して調整され
る。
The focal length of the electrostatic lens changes as a function of the potential difference between their electrodes and therefore the magnification of the image at some distance beyond the lens can be changed. In the preferred embodiment of the two lens arrangement of FIG. 2, the magnification of the image at the target 26 is the ratio of the first focal length of the second lens over the second focal length of the first lens or the voltage ratio of each lens. It is equal to the ratio, ie V 2 / V 1 . First and second
The approximate magnification can be selected by selecting the voltage ratio of the lens. Furthermore, if the voltage ratio applied to the lens is increased proportionally, the focal length will decrease approximately proportionally but the magnification will not change. However, this adjustment affects the distortion of the two lenses as explained below. Therefore, changes in lens voltage provide a fine tuning means for distortion and magnification. Because of this fine tuning, supplemental power supplies 228 and 230 are preferably under computer control for lens voltage changes of up to a few percent (e.g. 0-300 volts). The supplemental power supply is adjusted in response to the signal generated by the alignment beam, preferably for changes in lens voltage of up to a few percent.

第2e図は、アライメント装置のブロック図を示したも
のである。上述したようにウエーハおよび/またはアラ
イメントブロック上にあっても良いアライメントマーク
194から発生されるバックスキャッタ電子はマークの上
方に位置決めされた検知器196によって検知される。第2
e図に示した実施例において、m1〜m4が付されたアライ
メントマークの4つの直交対がダイフイールドがその上
に作像されることができるウエーハの区域のまわりに配
置される。この好適な実施例において対m2とm3間の距離
a1および対m1とm4間の距離a2は実質上等しくない。
FIG. 2e is a block diagram of the alignment device. Alignment marks that may be on the wafer and / or alignment block as described above
Backscatter electrons generated from 194 are detected by a detector 196 positioned above the mark. No. 2
In the embodiment shown in e, the four orthogonal pair of alignment marks m 1 ~m 4 is attached is placed around the area of the wafer can be die field is imaged thereon. The distance between the pair m 2 and m 3 in this preferred embodiment
The distance a 2 between a 1 and the pair m 1 and m 4 is not substantially equal.

第2e図を参照すると、電極によって発生された信号S1
は補正信号発生器460に供給される。信号発生器460はま
た、例えば第2b図に示した走査板192によって走査され
たビームレットの走査位置を表わすビームレット走査装
置192からの信号S2を受信する。信号発生器460は信号S1
およびS2を処理することによりダイフイールドのアライ
メントのずれを検知しかつ適切なアライメントになるよ
うにダイフイールドに適切な補正作用を加えるように種
々の画像補正要素に向けられる適切な補正信号S3を発生
する。補正要素はx、y変異の制御のための多極(マル
チポール)28、倍率補正のための手段34および回転制
御、例えば、マスク回転制御かつそれによりウエーハ上
の画像の回転アライメントのための手段162を含むこと
ができる。
Referring to FIG. 2e, the signal S 1 generated by the electrodes
Is supplied to the correction signal generator 460. The signal generator 460 also receives a signal S 2 from the beamlet scanning device 192, which represents the scanning position of the beamlet scanned by the scanning plate 192 shown in FIG. 2b, for example. Signal generator 460 outputs signal S 1
And S 2 to detect the misalignment of the die field and to apply the appropriate correction signal S 3 to the various image correction elements to apply the appropriate corrective action to the die field for proper alignment. To occur. The correction elements are a multipole 28 for the control of the x, y variations, a means 34 for the magnification correction and a rotation control, eg a mask rotation control and thereby a means for the rotational alignment of the image on the wafer. 162 can be included.

ギャップレンズに先行するアインツエルレンズを有す
る、設計の実用的な利点は、光学コラムの外方エンベロ
ープが信号電位にあるためレンズ間に絶縁体を設ける必
要がないということである。これは安定なコラムアライ
メントを保証する非常な堅固な機械的構造を提供する。
また、機械的堅牢性はマスク20とウエーハチャック42と
の間の振動を低減しかつ堅固な方法において光学コラム
に対するイオン源および質量フイルタの整列およびイオ
ンが軸線から離れて移動することの阻止を可能にする。
A practical advantage of the design with the Einzel lens preceding the gap lens is that there is no need to provide an insulator between the lenses because the outer envelope of the optical column is at the signal potential. This provides a very rigid mechanical structure that ensures stable column alignment.
Mechanical robustness also reduces vibration between the mask 20 and the wafer chuck 42 and allows for alignment of the ion source and mass filter with respect to the optical column and prevention of ions moving away from the axis in a robust manner. To

この発明のさらに他の重要な特徴は質量選択および第
4図に示されるような光軸に沿う実際のイオン源点の変
化用のイオンリソグラフイ装置におけるソレノイドレン
ズの使用である。イオン源からのビームは水素のごとき
より軽い質量イオンが軸線に対してより大きな角度を取
りかつヘリウムのごとき所望のイオンが軸線に対してほ
ぼ平行に動くようにその軸線に向けてイオンを屈曲する
ソレノイドレンズを貫通する。酸素のごとき所望のイオ
ンより重いイオンは顕著に屈曲されずかつイオン源から
出発する直線を分岐することにおいて実質上連続する。
第1質量選択はマスクの平面内で発生することができ
る。より重いイオンは光軸から離れかつマスク構体に衝
突する。マスクを通過するより重いイオンの種類はイオ
ン源から分岐するように現われ、そして第1主レンズに
よって顕著にフオーカッシングされない。クロスオーバ
ー近傍で、質量選択開口は、その場合に、通過しかつタ
ーゲットに到達する位置に達するより重いイオンの小さ
な部分のみを許容する。光イオンは軸線上に集中される
ようになりかつそれゆえ光学コラムに向ってマスクを通
過することができる。しかしながら、第1主レンズの軸
線への近接のため、これらのイオンは焦点合せされずか
つそれゆえまた質量選択開口に衝突する。
Yet another important feature of the present invention is the use of solenoid lenses in the ion lithography system for mass selection and changing the actual ion source point along the optical axis as shown in FIG. The beam from the ion source bends the lighter mass ions, such as hydrogen, at a greater angle to the axis and bends the ions toward the axis so that the desired ion, such as helium, moves approximately parallel to the axis. Penetrate the solenoid lens. Ions heavier than the desired ions, such as oxygen, are not significantly bent and are substantially continuous in branching straight from the ion source.
The first mass selection can occur in the plane of the mask. The heavier ions move away from the optical axis and strike the mask structure. Heavier ion species that pass through the mask appear to diverge from the ion source and are not significantly foreseen by the first main lens. Near the crossover, the mass selective aperture then only allows a small fraction of heavier ions to pass through and reach the target. The photoions become concentrated on the axis and can therefore pass through the mask towards the optical column. However, due to the proximity to the axis of the first main lens, these ions are out of focus and therefore also strike the mass selective aperture.

ソレノイドはまた機械の軸線上の実際のイオン源の配
置を調整するのに使用される。この位置を調整すること
はクロスオーバーの位置を変化しかつさらに以下に検討
されるイオン源内のエネルギ拡散から生ずる色収差のバ
ランスと互いに影響し合う。第4図の頂部パネルにおい
て、ヘリウムイオンの実際のイオン源の位置はソレノイ
ドに印加される第1電流レベルi1についてSV1である。
これらの条件下で、ヘリウムイオンの通路は質量選択開
口の位置においてクロスオーバーを形成するように第1
主レンズによって焦点合せされる。第4図の下方パネル
において、第2電流レベルi2はSV2においてヘリウムイ
オンの実際のイオン源を発生する僅かに異なるイオン通
路を結果として生じるソレノイド巻線に印加される。こ
の場合にヘリウムイオンは質量選択開口を僅かに越える
位置においてクロスオーバーに焦点合せされる。第2主
レンズ後のテレセントリックビームを発生するための条
件は第2主レンズで第1焦点面近傍にクロスオーバーを
位置決めすることであるので、ソレノイドレンズを使用
するクロスオーバー位置の調整は光軸に沿ってレンズを
物理的に動かす必要なしに変化されるようなテレセント
リックの度合を許容する。
Solenoids are also used to adjust the actual ion source placement on the machine axis. Adjusting this position alters the position of the crossover and further interacts with the chromatic aberration balance resulting from energy diffusion in the ion source, which is discussed further below. In the top panel of FIG. 4, the actual source position of the helium ions is SV 1 for the first current level i 1 applied to the solenoid.
Under these conditions, the passages of helium ions will first form a crossover at the location of the mass selective aperture.
Focused by the main lens. In the lower panel of FIG. 4, the second current level i 2 is applied to the solenoid winding resulting in a slightly different ion path that produces the actual source of helium ions at SV 2 . In this case, the helium ions are focused on the crossover just above the mass selective aperture. Since the condition for generating the telecentric beam after the second main lens is to position the crossover in the vicinity of the first focal plane by the second main lens, adjustment of the crossover position using the solenoid lens is performed on the optical axis. Allows a degree of telecentricity that is varied without having to physically move the lens along.

理解できるように、第4図にける実際のイオン源の両
位置において、ヘリウムイオンはターゲット上の通過の
ために選択されそしてヘリウムより軽いおよびそれより
重い、両方のイオンが濾過される。それゆえソレノイド
バルブは同時に両機能を実行する。当該技術に熟練した
者に明らかであることは、実際のイオン源位置の質量選
択および調整のためのソレノイドバルブの操作はアイン
ツエルの単一レンズ装置または多重レンズ装置およびビ
ーム通路に沿って種々のシーケンスを発生するギャップ
レンズを含むことができる他の静電レンズ配置において
有用であるということである。さらに、本光学コラムの
使用のため、ソレノイドは質量選択機能が異なって実行
されるならば単一の電気レンズによって置き換えられる
ことができる。また実現されるべきことは、開口の直径
および光軸に沿うその位置が最適な質量濾過のために選
択されることができるということである。
As can be seen, at both locations of the actual ion source in FIG. 4, helium ions are selected for passage over the target and both lighter and heavier than helium are filtered. Therefore, the solenoid valve performs both functions at the same time. It will be apparent to those skilled in the art that operation of the solenoid valve for mass selection and adjustment of the actual ion source position can be accomplished by Einzel's single lens system or multiple lens system and various sequences along the beam path. It is useful in other electrostatic lens arrangements that can include gap lenses that produce Moreover, due to the use of the present optical column, the solenoid can be replaced by a single electric lens if the mass selection function is performed differently. Also to be realized is that the diameter of the aperture and its position along the optical axis can be chosen for optimal mass filtration.

第2図に戻って、二重巻回ソレノイドが好適な実施例
において使用される。対向巻線はビームの正味の回転を
阻止する対向磁界を発生する。さらに、約50%までのよ
り短い焦点長さがビームが丁度2つに対向されるような
4組の周辺界(周辺フイールド)を経験するので単一巻
回装置を介して得られることができる。
Returning to FIG. 2, a double wound solenoid is used in the preferred embodiment. The opposing windings generate opposing magnetic fields that prevent the net rotation of the beam. In addition, shorter focal lengths up to about 50% can be obtained via a single winding device as the beam experiences four sets of peripheral fields such that the beams are exactly two opposed. .

円形の回転ディスク136および露光シャッタ104は第5
図のイオン源から光軸に沿う図において示される。この
実施例において円形回転ディスクは、以下に説明される
ように、機械のひずみを測定するような計測モードにお
いて所定位置に置かれる1枚の計測マスクに加えてパタ
ーン全体を作る4枚の補足マスクを保持する。円形回転
ディスクはマスクが第2図および第5図に示したような
光学コラムの軸線に入るように回転する。光学コラム上
の所定位置にあるとき別個の機構(図示せず)は第1レ
ンズの後壁にマスクを締め付ける。マスクの位置と反対
には他のマスク上の保持する真空ロック室およびこの円
形回転ディスクにマスクを積み降ろしする機構(図示せ
ず)がある。1組のマスクが一旦降ろされると次いで真
空弁が主室からの組を絶縁するように使用されかつその
組は除去されかつ他の組と置き換えられることができ
る。円形回転ディスク136はビームアライメント装置に
要求されるようなマスク回転を監視すべく正確な方法に
おいて回転させられることができる前述したマスク構体
と矛盾がない。
The circular rotary disk 136 and the exposure shutter 104 are the fifth
It is shown in a view along the optical axis from the illustrated ion source. In this embodiment, the circular rotating disk has four complementary masks that create the entire pattern in addition to one measuring mask that is placed in place in a measuring mode that measures mechanical strain, as described below. Hold. The circular rotating disc rotates so that the mask enters the axis of the optical column as shown in FIGS. A separate mechanism (not shown) clamps the mask to the back wall of the first lens when in position on the optical column. Opposite the position of the mask, there is a vacuum lock chamber that holds it on another mask and a mechanism (not shown) for loading and unloading the mask on this circular rotating disk. Once one set of masks has been unloaded, a vacuum valve can then be used to insulate the set from the main chamber and that set can be removed and replaced with another set. The circular rotating disk 136 is consistent with the mask structure described above, which can be rotated in a precise manner to monitor mask rotation as required by beam alignment equipment.

露光シャッタ104は露光時間を制御するのに使用され
る。マスクを被覆しかつ露光を阻止する2つのシャッタ
位置234およびマスクが完全に露光される2つのシャッ
タ位置236がある。シャッタ104の周辺スロット232は第
5図に示される。これらはマスクの中央ダイフイールド
を露光することなく発生するようなビームアライメント
機能を許容する。例えば、ダイフイールドの露光の直前
に、シャッタはマスク中の3対のアライメントマークが
スロットを通ってビームに露光されるように位置決めさ
れることができる。これは5個のパラメータ、すなわち
ウエーハ面内のXおよびY並進、回転Φおよび倍率Mxお
よびMyを決定するのに十分であり、検知器196から結果
として生ずる信号は5個のパメータの各々を制御するの
に使用されかつ第6のビームレットは他のビームレット
信号の精度の測定として誤差信号を供給するのに使用さ
れる。これらのパラメータが一旦確立されるならば、露
光は開始することができる。露光の間中の或る点におい
て、シャッタの回転の間中、対の1つが露光が終了され
るときアライメントが露光によって正しく保持されるよ
うにアライメントマークの他の対に交換される。露光シ
ャッタは同様に、露光間のマスクからビームを偏向する
ためにイオン源とマスクとの間に例えば位置決めされた
電気的シャッタと協調して使用されることができる。
The exposure shutter 104 is used to control the exposure time. There are two shutter positions 234 that cover the mask and prevent exposure and two shutter positions 236 where the mask is fully exposed. The peripheral slot 232 of the shutter 104 is shown in FIG. These allow the beam alignment feature to occur without exposing the central die field of the mask. For example, just prior to exposure of the die field, the shutter can be positioned so that the three pairs of alignment marks in the mask are exposed to the beam through the slots. This is sufficient to determine five parameters: X and Y translation in the wafer plane, rotation Φ and magnifications Mx and My, and the resulting signal from detector 196 controls each of the five parameters. The sixth beamlet is used to provide an error signal as a measure of the accuracy of the other beamlet signals. Once these parameters are established, exposure can begin. At some point during exposure, during rotation of the shutter, one of the pairs is replaced with another pair of alignment marks so that the alignment is properly held by the exposure when the exposure is finished. The exposure shutter can also be used in concert with an electrical shutter, for example positioned between the ion source and the mask to deflect the beam from the mask during exposure.

シャッタがマスクを被覆するとき、それはまた、マス
クがマスク冷却機構の冷却面に露光されるのを阻止し、
そこでマスクは周囲温度のままであり、かつビームはマ
スクと同一方法においてすぐに冷却するシャッタにあた
る。それゆえ、過剰な冷却が電光シャッタに必要とされ
ない。
When the shutter covers the mask, it also prevents the mask from being exposed to the cooling surface of the mask cooling mechanism,
The mask then remains at ambient temperature and the beam hits the shutter, which cools in the same way as the mask. Therefore, no excessive cooling is required for the electronic shutter.

イオン投射リソグラフィ装置において発生される画像
の不完全さが色ぼけと呼ばれるイオンのエネルギ拡散、
およびレンズひずみと呼ばれるレンズ自体によって発生
される固有のひずみを生起する。静電レンズの球面収差
係数が常に正であるため、このレンズひずみは係数がい
ずれかの記号からなっても良い光学的特性において行わ
れるようなレンズの組合わせによって除去されることが
できない。しかしながら、静電レンズのひずみはそれ自
体に同一型式の欠点を有する第1主レンズに追随する第
2主レンズを付加することによりバランスさせられるこ
とができる。画像は次いで第2主レンズによって発生さ
れるひずみが第1主レンズによって発生されたひずみを
バランスさせる第2主レンズの後で形成されることがで
きる。
The energy spread of ions, called imperfections, caused by image imperfections produced in an ion projection lithographic apparatus,
And gives rise to an inherent distortion produced by the lens itself called lens distortion. Since the spherical aberration coefficient of an electrostatic lens is always positive, this lens distortion cannot be eliminated by lens combinations such as those done in optical properties where the coefficient may consist of any symbol. However, the distortion of the electrostatic lens can be balanced by adding to it a second main lens that follows the first main lens, which has the same type of drawback. The image can then be formed after the second main lens where the distortion produced by the second main lens balances the distortion produced by the first main lens.

公知のごとく、単一の静電レンズによりマスクの実際
の画像を形成することにおいて、バレルまたはピンクッ
ションひずみがマスクの画像が第6図に示されるように
クロスオーバー前にまたはクロスオーバの後で形成され
るかどうかに依存して、経験される。第2主レンズが付
加されるならば、導入するかも知れないバレルひずみは
第1主レンズのピンクッションひずみを補正するのに使
用されることができる。第2主レンズの下流からの幾ら
かの点において、第1主レンズのバレルひずみおよび第
2主レンズのピンクッションひずみがバランスさせられ
かつひずみのない画像が形成される。さらに、2枚レン
ズ装置における画像の色ぼけの作用はレンズ間距離およ
びイオン源対マスク距離を含む種々の光学的パラメータ
の関数である。これらの距離の適切な組合せにいて、色
ぼけが最小にされる画像は第2主レンズから下流に発生
する。
As is known, in forming the actual image of the mask with a single electrostatic lens, barrel or pincushion distortion can occur before or after the crossover as the image of the mask is shown in FIG. Experienced, depending on whether formed. If a second main lens is added, the barrel distortion that may be introduced can be used to correct the pincushion distortion of the first main lens. At some point from the downstream of the second main lens, barrel distortion of the first main lens and pincushion distortion of the second main lens are balanced and an undistorted image is formed. Moreover, the effect of image blurring in a two-lens arrangement is a function of various optical parameters, including lens-to-lens distance and ion source-to-mask distance. With the proper combination of these distances, the image with minimal blurring occurs downstream from the second primary lens.

この発明の2枚レンズ装置は実用的な大きさの装置に
おける同一画像位置において最小にされるような色ぼけ
およびレンズの固有のひずみの作用を許容する。さら
に、最小にされるひずみおよびぼけを有するマスクの実
際の画像はターゲットでのテレセントリックビームに形
成される。第1レンズは無限大においてマスク要素の虚
像を形成するように形作られる、すなわち特別なマスク
要素からの2枚のレンズ間のビーム通路は実質上互いに
平行である。第2レンズはその出口焦点面にその虚像の
実像を形成する。これらの上述した条件を達成するため
に、マスクは第1レンズF1の第1焦点面近傍に置かれか
つウエーハは第7図に示されるように第2レンズF2′の
第2焦点面近傍にある。それゆえ、それぞれの焦点面近
傍のマスクおよび画像により、2つのレンズ間の距離は
画像の倍率に影響を及ぼすことなく色ぼけを最小にする
ように設計段階において選択されることができる。2枚
のレンズ間の距離が選択されることができるので、イオ
ン源/マスク距離の他に追加のパラメータが設けられ、
色収差および幾何学的またはレンズひずみに見い出され
るような一致の最小値を可能にする。
The two-lens system of the present invention allows the effects of color blur and lens inherent distortion to be minimized at the same image location in a practical size system. In addition, the actual image of the mask with minimized distortion and blur is formed in the telecentric beam at the target. The first lens is shaped to form a virtual image of the mask element at infinity, ie the beam paths between the two lenses from a particular mask element are substantially parallel to each other. The second lens forms its virtual real image at its exit focal plane. To achieve these above-mentioned conditions, the mask is placed near the first focal plane of the first lens F 1 and the wafer is near the second focal plane of the second lens F 2 ′ as shown in FIG. It is in. Therefore, with the mask and image near their respective focal planes, the distance between the two lenses can be selected at the design stage to minimize blurring without affecting the magnification of the image. Since the distance between the two lenses can be chosen, additional parameters are provided besides the ion source / mask distance,
Allows a minimum of coincidence as found in chromatic aberration and geometric or lens distortion.

例えば、第8図において、レンズひずみΔRoは2枚の
レンズ間の2つの異なる間隔qについての実際のイオン
源/マスク距離pの関数としてプロットされる。イオン
源距離が変化されるとき、ひずみは最小で通過する。画
像の色ぼけΔREが同様にプロットされるならば、それは
また各レンズ間隔についての特別なイオン源(ソース)
/マスク距離において最小値で通過することが見出され
る。かくして、ひずみ最小値が発生するソース距離があ
りかつ一般に、色ぼけ最小値が発生する他のソース距離
がある。適宜に選択されたレンズ間隔に関してひずみを
有することができかつ色ぼけ最小値は同一の実際のソー
ス/マスク距離において発生する。
For example, in FIG. 8, lens distortion ΔRo is plotted as a function of actual ion source / mask distance p for two different spacings q between two lenses. When the ion source distance is changed, the strain passes through at a minimum. If the image blur ΔR E is also plotted, it is also a special ion source for each lens spacing.
/ It is found to pass with a minimum in the mask distance. Thus, there are source distances where distortion minima occur and generally other source distances where color blur minima occur. It is possible to have distortions for appropriately chosen lens spacings and color blur minima occur at the same actual source / mask distance.

本発明の光学系の他の特徴は種々の倍率または縮小係
数を発生することに関する。縮小係数は最後のレンズの
焦点距離に正比例しかつ最後のレンズの焦点距離はレン
ズ径に順次正比例する。最後のレンズの直径を単に調整
することにより、倍率の対応する変化は大きな柔軟性を
備えるひずみおよび収差のバランスに影響を与えること
なく得られることができる。例えば、第2図の実施例に
おいては単に、2:1〜10:1からの種々の係数の範囲をカ
バーするようにギャップレンズの最終電極の直径を調整
することが必要である。アインツエル/ギャップレンズ
の組合せの場合の実用的な特徴として、ギャップレンズ
最終電極86の除去はそれが第2図に示したように光学コ
ラムの端部に存するので容易になされる。他の実施例に
おいて、ギャップレンズの第1電極は充電されるような
両電極の直径を許容するように光学コラムから取外し可
能になされる。
Another feature of the optical system of the present invention relates to producing various magnification or reduction factors. The reduction factor is directly proportional to the focal length of the last lens and the focal length of the last lens is in turn directly proportional to the lens diameter. By simply adjusting the diameter of the last lens, a corresponding change in magnification can be obtained with great flexibility without affecting the balance of distortion and aberrations. For example, in the embodiment of FIG. 2, it is simply necessary to adjust the diameter of the final electrode of the gap lens to cover a range of different coefficients from 2: 1 to 10: 1. As a practical feature for the Einzel / Gap lens combination, removal of the gap lens final electrode 86 is facilitated because it resides at the end of the optical column as shown in FIG. In another embodiment, the first electrode of the gap lens is made removable from the optical column to allow the diameter of both electrodes to be charged.

レンズひずみ、色ぼけおよびテレセントリシティの関係 数理的な処理のために、第3図はそれぞれ焦点面下
F1、F2およびF1′、F2′を有する2枚の主要レンズLお
よびL′を特徴とするイオン光学系を示す。マスクは焦
点面F1に、かつウエーハは最終画像面F2′に配置され
る。名目上点ソースがF1の前方に距離を置いて配置され
かつF1′でLによって作像される。このソースは虚像ま
たは実像であっても良い。
Relationship between lens distortion, color blur, and telecentricity For mathematical processing, Fig. 3 shows under the focal plane.
F 1, F 2 and F 1 ', F 2' shows an ion optical system for the two said major lens L and L 'with. The mask is placed in the focal plane F 1 and the wafer is placed in the final image plane F 2 ′. Nominally point source is imaged by L in is arranged at a distance in front of the F 1 and F 1 '. This source may be a virtual or real image.

距離pはソースとマスク間にかつドリフト距離qは第
1主レンズの第2焦点面F2と第2主レンズの第1焦点面
F1′間に画成される。実線Bはイオン源から画像への放
射線の理想的な第1順位通路を描写しかつ破線bはレン
ズひずみおよび/または色収差によって動揺させられた
放射線炉の通路を示す。このような不完全の場合におい
て、焦点面はシフト位置に対して知られておりかつ垂直
破線F1およびF2によって第3図に示され、F1およびF2
それぞれ第1主レンズの第1および第2焦点面であり、
距離d1=F11およびd22−F2を有し、そしてF1
およびF2′は第2主レンズの第1および第2焦点面であ
り、d1=F1′−1′およびd22′−F2′を有する。
The distance p is between the source and the mask, and the drift distance q is the second focal plane F 2 of the first main lens and the first focal plane of the second main lens.
Defined between F 1 ′. The solid line B depicts the ideal first order path of radiation from the ion source to the image and the dashed line b shows the path of the radiation furnace that has been disturbed by lens distortion and / or chromatic aberration. In the case of such incomplete, the focal plane is shown in Figure 3 by which and the vertical dashed lines F 1 and F 2 are known with respect to the shift position, the respective F 1 and F 2 the first main lens The first and second focal planes,
Have the distances d 1 = F 1 −1 and d 2 = 2 −F 2 , and F 1
And F 2 'is the first and the second focal plane of the second main lens, d 1 = F 1' - having 1 'and d 2 = 2' -F 2 '.

第1順位の光学特性において特定の放射線(γ、θ)
の横座標は装置の軸線に沿って他の位置において新たな
座標(γ′、θ′)に直線的に変換する。これはマトリ
クス変換として好都合に示される。
Specific radiation (γ, θ) in the first rank optical characteristics
The abscissa of is linearly transformed into new coordinates (γ ', θ') at other locations along the axis of the device. This is conveniently denoted as a matrix transformation.

ここでAは変換マトリクスである。 Here, A is a transformation matrix.

レンズLを通る焦点面対焦点変換に関して変換マトリ
クスTは式 を有し、ここでf1およびf2はレンズLの第1および第2
焦点距離であり、一方レンズL′に関して変換マトリク
スT′は ここでf1′およびf2′はL′の第1および第2焦点距離
でありかつF2からF1′へのドリフトに関して変換マトリ
クスQは である。
For the focal plane-to-focus transformation through the lens L, the transformation matrix T is Where f 1 and f 2 are first and second lenses L
Focal length, while for lens L'the transformation matrix T'is Where f 1 ′ and f 2 ′ are the first and second focal lengths of L ′ and the transformation matrix Q with respect to the drift from F 2 to F 1 ′ is Is.

全体の変換マスク/ウエーハΓはかくして、 ここで式5は真直ぐ直進のマトリックス増倍から生じ
る。特別な変換式はかくして、 ここで、名目上の点ソースに関して γ1=pθ1 (7) という事実が使用された。
The whole conversion mask / wafer Γ is thus Equation 5 here results from a straight-ahead matrix multiplication. So the special conversion formula is Here, the fact that γ 1 = pθ 1 (7) with respect to the nominal point source was used.

マトリックスΓの(1、2)要素がゼロであるため、
軸線に沿う最終位置はガウス画像に対応する。すなわ
ち、γ′2はθ1から独立している。
Since the (1,2) element of the matrix Γ is zero,
The final position along the axis corresponds to the Gaussian image. That is, γ ′ 2 is independent of θ 1 .

さらに、式(6)から倍率は であり、これは負の記号のため逆転した実像を示す。ま
た、式(6)から、テレセントリック条件 (θ2′=O)は qp=f1f2 (9) を要求する。
Furthermore, from equation (6), the magnification is Which shows the inverted real image due to the negative sign. Further, from the equation (6), the telecentric condition (θ 2 ′ = O) requires qp = f 1 f 2 (9).

留意されるべきことは、画像条件および倍率の値はq
およびpから独立しており、一方テレセントリック条件
はこれら2つの距離間の関係を定義するということであ
る。
It should be noted that the image condition and the magnification value are q
And p are independent, while the telecentric condition defines a relationship between these two distances.

上述した簡単な直線変換は色作用(イオンビームのエ
ネルギ拡散)およびレンズLおよびL′の固有のレンズ
ひずみによって動揺させられる。TおよびT′について
の動揺がΔおよびΔ′であるならば、動揺させられた変
換は Γ′=T+P(T′+Δ′)Q(T+Δ) =T′QT+Δ′QΔ+T′QΔ+Δ′QT (10) である。
The simple linear transformation described above is disturbed by color effects (energy diffusion of the ion beam) and the inherent lens distortion of lenses L and L '. If the perturbations for T and T'are Δ and Δ ', then the perturbed transform is Γ' = T + P (T '+ Δ') Q (T + Δ) = T'QT + Δ'QΔ + T'QΔ + Δ'QT (10) Is.

第1順位動揺項のみを維持することは動揺マトリック
スPについて位かの表現、すなわち P=Γ′−Γ=T′QΔ+Δ′QT (11) になる。
Maintaining only the first order perturbation term results in a representation of the order for the perturbation matrix P: P = Γ′−Γ = T′QΔ + Δ′QT (11).

最終ビーム横断位置γ2′が動揺させられないままで
ある条件が次に検査される。
The condition under which the final beam traversal position γ 2 ′ remains undisturbed is then checked.

式(11)によれば、 Δγ2′=P11γ1+P12θ1=(pP11+P12)θ1 (12) ここで、P11はマトリックスPの(1,1)要素およびP12
は(1,2)要素である。かくしてΔγ2′=0およびビー
ムは pP11+P12=0 (13) ならばすべてのθ1について動揺させられないままであ
る。
According to equation (11), Δγ 2 ′ = P 11 γ 1 + P 12 θ 1 = (pP 11 + P 12 ) θ 1 (12) where P 11 is the (1,1) element of the matrix P and P 12
Is a (1,2) element. Thus Δγ 2 ′ = 0 and the beam remains unperturbed for all θ 1 if pP 11 + P 12 = 0 (13).

色ぼけに関して、イオンエネルギが公称値Eから量δ
Eを変化するとき焦点距離は fi=fi−δ;fi′=fi′δ (14) そして ならばfiから(i=1,2)に変化する。加えて焦点
面は第3図に示されるようなビーム軸線に沿う変位にそ
れぞれ対応するF1からFiおよびF1′からFi′へそれらの
位置を変化しかつそれゆえ di=F1Fi;di′=F1′Fi′ (16) 公知のリウヴィルの定理がこれらの変化から独立して適
用される。近似のゼロ順位に対して1 /f2=f1/f21′/2′=f1′/f2 (17) かつしたがって δ2f1=δ1f2;δ2′f1′=δ1′f2′ (18) に追随する検討で十分である。
Regarding the color blur, the ion energy is changed from the nominal value E to the amount δ.
When E is changed, the focal length is f i = f i −δ i ; f i ′ = f i ′ δ (14) and Then f i changes to i (i = 1,2). In addition, the focal planes change their position from F 1 to Fi and from F 1 ′ to F i ′, respectively, corresponding to displacements along the beam axis as shown in FIG. 3 and therefore di = F 1 Fi; di ′ = F 1 ′ Fi ′ (16) The well-known Liouville theorem applies independently of these changes. 1 / f 2 = f 1 / f 2 ; 1 ′ / 2 ′ = f 1 ′ / f 2 (17) for the approximate zero rank and thus δ 2 f 1 = δ 1 f 2 ; δ 2 ′ f 1 A study that follows ′ = δ 1 ′ f 2 ′ (18) is sufficient.

レンズに関して、F1からF2への変換は、 となり、それからdおよびδにおいて第1順位項のみを
維持して、1つを引き出すことができる。
For the lens, the conversion from F 1 to F 2 is Then, we can derive one by keeping only the first rank terms in d and δ.

同様にレンズL′に関して ΔおよびΔ′についてのこれらの表現を式(11)に置換
しかつ式(13)におけるP11およびP12について明快に引
き出された表現を使用することは 一般に、その場合に、色ぼけが画像面において不存在で
ありかつ最終のビームがテレセントリックであることを
意味して式(9)および(22)が同時に満足させられる
ようにqおよびpを選択することができる。この一般的
な結果の性質を変えることなしに式(22)を簡単化する
ことができる。10:1またはそれ以上の電圧比で作動する
アインツエルレンズおよびギャップレンズに関して、入
射イオンのエネルギ変化は主平面の位置の顕著な変化を
結果として生じない。言い換えれば、焦点面のシフトは
主として焦点距離の変化の結果である。すなわち、 diδi;di′δi′ (23) この近似および式中(18)の近似により、概略の結果
は、テレセントリシティ条件に関して qp=f1f2 (24) テレセントリシティを有する色消し条件に関して、 実際において解決はδ1/f1<δ1′/f1′ならばpに関
して見出されることができる。すなわち第1レンズは第
2より小さい色作用を持たねばならない。留意すべきこ
とは、式(24)および(25)を満足するようなpおよび
qの選択はいずれにしても上述した画像または倍率条件
に影響をおよぼさない。さらに、最後のレンズは式(2
4)およひ(25)によって表現された条件に影響を及ぼ
さない大きさに簡単に見積られることができる。これは
δ1′がレンズの大きさに拘らずf1′に比例するためで
ある。最後のレンズの大きさのみを見積る(スケーリン
グ)ことはコラムについての倍率を変化するような好都
合な方法を提供する。
Similarly for lens L ' Substituting these expressions for Δ and Δ ′ into equation (11) and using the unambiguously derived expressions for P 11 and P 12 in equation (13) In general, then q and p are chosen such that equations (9) and (22) are simultaneously satisfied, meaning that the blur is absent in the image plane and the final beam is telecentric. be able to. Equation (22) can be simplified without changing the nature of this general result. For Einzel and gap lenses operating at voltage ratios of 10: 1 or higher, incident ion energy changes do not result in significant changes in principal plane position. In other words, the focal plane shift is primarily the result of changes in focal length. That is, diδi; di′δi ′ (23) By this approximation and the approximation of (18) in the equation, the approximate result is qp = f 1 f 2 (24) achromatic condition with telecentricity with respect to telecentricity condition. Regarding In practice a solution can be found for p if δ 1 / f 11 ′ / f 1 ′. That is, the first lens must have a smaller color effect than the second. Note that the choice of p and q to satisfy equations (24) and (25) does not affect the image or magnification conditions described above in any way. Furthermore, the last lens is the formula (2
4) It can be easily estimated to a size that does not affect the conditions expressed by (25). This is because δ 1 ′ is proportional to f 1 ′ regardless of the size of the lens. Estimating only the size of the last lens (scaling) provides a convenient way of varying the magnification for a column.

レンズのひずみの作用を次に検討する。イオンが丸い
レンズを通過するとき、第3順位の収差が発生する。こ
れらの収差を含んでいる焦点面対焦点面変換は式、 を有する。ここでA、B、C、Dおよびa、b、c、d
は特別なレンズジオメトリおよび電圧比についての定数
である。式(7)の点ソース条件γ1=pθ1に加えて、
レンズLへのこの表現の適用は動揺マトリックスΔにつ
いての以下の結果、 になる。ここで、 F(p)=Ap3+Bp2+Cp+D (28) G(p)=ap3+bp2+cp+d レンズL′のF1′での放射線の座標は によって与えられる。
The effect of lens distortion will be examined next. As the ions pass through the round lens, third order aberrations occur. The focal plane-to-focal plane transformation, which includes these aberrations, is given by Have. Where A, B, C, D and a, b, c, d
Is a constant for a particular lens geometry and voltage ratio. In addition to the point source condition γ 1 = pθ 1 in equation (7),
Applying this expression to lens L results in the following for the wobble matrix Δ: become. Here, F (p) = Ap 3 + Bp 2 + Cp + D (28) G (p) = ap 3 + bp 2 + cp + d Coordinates of radiation at F 1 ′ of lens L ′ are Given by.

第3順位より大きい誘起された収差を無視すると、式
(7)、(26)および(29)は γ1′(f1−qp/f2)θ1 (30) θ1′−(p/f2)θ1 になる。
Neglecting the induced aberrations greater than the third order, equations (7), (26) and (29) yield γ 1 ′ (f 1 −qp / f 2 ) θ 1 (30) θ 1 ′ − (p / f 2 ) θ 1 .

テレセントリシティ条件がほぼ満足させられると仮定
すると、γ1′は小さくかつγ12より大きい倍率は無
視される。レンズL′への式(26)の適用は、 を付与する。
Assuming that the telecentricity condition is almost satisfied, γ 1 ′ is small and magnifications larger than γ 12 are ignored. Applying the equation (26) to the lens L ′, Is given.

L′についての動揺変換は直ぐ後に続く ここで、 F′(p)=C′(qp/f2−f1)(p/f2)+D′(p/f2)2 G′(p)=c′(qp/f2−f1)(p/f2)+d′(p/f2)2
(33) 式(11)に上記のΔおよびΔ′を置換することは合計動
揺変換マトリクスP、 を付与する。
The perturbation transformation on L'follows immediately Here, F '(p) = C ' (qp / f 2 -f 1) (p / f 2) + D '(p / f 2) 2 G' (p) = c '(qp / f 2 -f 1 ) (p / f 2 ) + d '(p / f 2 ) 2
(33) Substituting the above Δ and Δ ′ into the equation (11) means that the total fluctuation transformation matrix P, Is given.

かくして、幾何学的収差を生じる画像面での動揺Δγ
2′は である。
Thus, the perturbation Δγ in the image plane that causes geometrical aberrations
2 ' Is.

ひずみのない画像についての条件はかくして (f2/p)G(p)=F′(p)/f1′ (36) でありかつほぼテレセントリック状態に関して、式(3
3)は F′(p)D′(p/f2)2 (37) を意味し、それはテレセントリシティによりひずみのな
い条件、 G(p)/(D′/f′)〜(p/f2)2 (38) を付与する。
The condition for an undistorted image is thus (f 2 / p) G (p) = F ′ (p) / f 1 ′ (36) and for almost telecentric states, the equation (3
3) means F '(p) D' (p / f 2 ) 2 (37), which is a condition without distortion due to telecentricity, G (p) / (D '/ f') ~ (p / f 2 ) 2 (38) is added.

式(31)によれば、D′は長さの寸法を有する。それ
ゆえ、最後のレンズが大きさにおいて見積られると、
D′/f1′は一定のままでありそして一旦満足させられ
た式(38)は最後のレンズの実際の大きさに関係なく常
に満足させられる。上述したように、これはまた色消し
状態についての状態である。
According to equation (31), D'has a length dimension. Therefore, when the last lens is estimated in size,
D '/ f 1' is constant while the are and once satisfied is not obtained equation (38) is always satisfied regardless of the actual size of the last lens. As mentioned above, this is also the situation for the achromatic state.

G(p)がpにおいて多項式中であるので、pについ
ての式(38)の実際の解決は論理に基づいて保証されな
い。しかしながら、レンズおよびそれらの関連のパラメ
ータ、電圧比および大きさの選択は式中(24)および
(38)によって表される3つの条件を同時に満足させる
pおよびqについて見出されるような許容し得る実際の
値を可能にするように選択されることができかつしたが
ってテレセントリックビームにおいて最小にされるよう
なレンズのひずみおよび色ぼけの作用を確実にする。
Since G (p) is a polynomial in p, the actual solution of Eq. (38) for p is not guaranteed based on logic. However, the choice of lenses and their associated parameters, voltage ratios and magnitudes is acceptable practice as found for p and q which simultaneously satisfy the three conditions represented by (24) and (38). The value of σ s can be selected and thus ensure the effects of lens distortion and blurring as minimized in the telecentric beam.

これらの原理によれば、第1主レンズが加速アインツ
エルレンズでありかつ第2がギャップレンズである本発
明のレンズ装置は記載されたレンズ装置の他の重要な特
性とともに、色ぼけおよびれんずひずみの実質上同時の
最小化およびほぼテレセントリシティの獲得を可能にす
る。このような装置のイオンビームがマスクにおいて所
望の低レベルのエネルギおよびウエーハにおいて非常に
高いエネルギを有することができるということが特別な
特徴である。加速アインツエルレンズは第2図の設計に
おいて先行するギャップレンズより僅かだけ多く収差が
ある。色消しδ1/f1<δ1′/f1′を満足させるため
に、ギャップレンズは加速アインツエルレンズより低い
電圧比において作動するように選択されることができ
る。しかしながら、一般に、G(p)>D′/f1′でか
つ式(38)はこの配置に関してpのかなり大きな値で満
足させ易い。
According to these principles, the lens arrangement according to the invention, in which the first main lens is an accelerating Einzel lens and the second is a gap lens, together with other important characteristics of the described lens arrangement, are associated with blurring and bricks. Allows for substantially simultaneous minimization of strain and acquisition of near telecentricity. It is a special feature that the ion beam of such a device can have the desired low level energy in the mask and very high energy in the wafer. The accelerating Einzel lens is slightly more aberrated than the preceding gap lens in the design of FIG. In order to satisfy the achromatic δ 1 / f 11 ′ / f 1 ′, the gap lens can be selected to operate at a lower voltage ratio than the accelerating Einzel lens. However, in general, G (p)> D ' / f 1' at and formula (38) is liable to satisfy fairly large values of p for this arrangement.

完全なテレセントリシティの条件は基本的なリソグラ
フの必要条件ではない。ビームが完全にテレセントリッ
クであるよりむしろほぼテレセントリックである条件を
許容することは色消し、ひずみなしの搬送のための条件
と同時に合致することにおいて多くの範囲および柔軟性
を許容する。
The condition of perfect telecentricity is not a basic lithographic requirement. Allowing the condition that the beam is nearly telecentric rather than completely telecentric allows a great deal of range and flexibility in simultaneously meeting the conditions for achromatic, distortion-free transport.

第2図に示した好適な実施例のイオン光学概要を使用
すると、装置はサブミクロンの特徴を有する上質のマイ
クロチップの製造に関して以下の性能特性を同時に備え
ることができる。
Using the ion optics overview of the preferred embodiment shown in FIG. 2, the device can simultaneously have the following performance characteristics with respect to the fabrication of high quality microchips with submicron features.

1.マスクに比して少なくとも1.5:1または2:1の率で減少
されかつ画像面において適応させられる少なくとも10mm
である画像の形成。
1. at least 10mm reduced at a rate of at least 1.5: 1 or 2: 1 relative to the mask and adapted in the image plane
The formation of an image that is.

2.画像のひずみは0.2ミクロン以下である。2. Image distortion is less than 0.2 micron.

3.イオンのエネルギ拡散による画像のぼけは50nm位かで
ある。
3. The blur of the image due to the energy diffusion of ions is about 50 nm.

4.装置は画像面においてほぼテレセントリックである。4. The device is almost telecentric in the image plane.

5.イオンの初期エネルギ(マスク面での)は1〜10KeV
である。
5. Initial energy of ions (on the mask surface) is 1 to 10 KeV
Is.

6.ターゲットに当たるイオンの最終エネルギは50〜200K
eVである。
6. The final energy of the ions hitting the target is 50-200K
eV.

7.機械の寸法はレンズ系の共役長さの短いことにより代
表的な集積回路製造設備の条件と一致する。
7. Machine dimensions are compatible with typical integrated circuit manufacturing equipment requirements due to the short conjugate length of the lens system.

計測学 走査に間中、x、y並進のごとき直線誤差、Mxまたは
MyおよびΦの誤差はアライメントビームレットによって
検知され、それからの信号はリアルタイムにおける対応
イオン光学要素へ補足電圧を印加するのに使用される。
Metrology Linear error such as x, y translation, Mx or
The My and Φ errors are detected by the alignment beamlets and the signal from them is used to apply a supplemental voltage to the corresponding ion optics in real time.

しかしながら、必然的に、機械の物理的構成の不完全
は画像の非直線の幾何学的ひずみおよび色ぼけに至る。
時々、出来るだけ多くこれらの誤差を補正するために、
このようなひずみおよびぼけについての種々のイオン光
学ハラメータの作用は装置の光学的要素が補正を行うよ
うに設定されることができるように経験に基づいて決定
されねばならない。
However, inevitably, imperfections in the physical construction of the machine lead to non-linear geometric distortion and blurring of the image.
From time to time, to compensate for these errors as much as possible,
The effect of various ion optical harameters on such distortions and blurs must be determined empirically so that the optical elements of the device can be set to correct.

誤差を測定するために、装置はビームレットのパター
ンを作るためにスリットを有する計測マスク(第10a
図)および精密ステージ306に取り付けられた検知器ス
リット装置S1、S2(第9図、第11a図)を使用すること
により計測モードに配置される。計測マスクのスリット
装置によって発生されるビームレットはX方向またはY
方向にステージを(ステージに固着された検知器304と
ともに)移動することにより計測ステージ上のスリット
S1またはS2によって遮断される。連続するビームレット
を遮断するのに必要とされる運動量は各ビームレットの
実際の位置を決定しかつこの位置をマスクの対応スリッ
トの名目上の位置と(投射のスケールを考慮して)比較
することにより、ビーム界のそれぞれの領域の幾何学的
ひずみの誤差が決定される。同様に、付与されたビーム
レットが検知信号を発生し続けるスロットの運動量を決
定することにより、ビーム界の領域におけるぼけの量を
決定するような名目上のビームレット幅に比較されるこ
とができるビームレットの幅が決定される。これらの誤
差関数から必要な補正パラメータが引き出されることが
できる。
To measure the error, the instrument uses a metrology mask with slits (10a) to create a pattern of beamlets.
(Fig.) And the detector slit devices S 1 , S 2 (Figs. 9 and 11a) attached to the precision stage 306 are placed in the measurement mode. The beamlets generated by the slitting device of the metrology mask are in the X direction or Y
Slits on the measurement stage by moving the stage in the same direction (with the detector 304 attached to the stage)
Interrupted by S 1 or S 2 . The momentum required to intercept successive beamlets determines the actual position of each beamlet and compares this position with the nominal position of the corresponding slit in the mask (taking into account the projection scale). This determines the geometric distortion error in each region of the beam field. Similarly, a given beamlet can be compared to the nominal beamlet width to determine the amount of blur in the region of the beam field by determining the momentum of the slot that continues to generate the detection signal. The width of the beamlet is determined. The necessary correction parameters can be derived from these error functions.

この装置を使用する好適な実施例を以下に詳細に説明
する。計測マスクによって発生されるパターンは投射領
域のXおよびYのリボン形状計測ビームレットの(2n+1)
2対(n=所望の解像度を備えるのに十分な整数)から
なる。第10a図のパターンはn=2に関してである。第1
0b図に見ることができるように、各対のビームレットは
非干渉であるがそれらの長手方向の投射の交点により独
特なX、Yフイールド点を画成するように互いに近接し
ている。特別な計測マスクによってダイフイールドに作
られかつコラムを通って投射されたこれらのビームレッ
トは光学系によって減じられる。4の因数による縮小の
場合において、最初のマスク開口は、10mm×10mmのフイ
ールドにわたって、4:1の縮小により、約40mm×40mmの
フイールドを横切ってかつウエーハ上に間隔が置かれ
る。
A preferred embodiment of using this device is described in detail below. The pattern generated by the measurement mask is (2n + 1) of X and Y ribbon shape measurement beamlets in the projection area.
It consists of 2 pairs (n = an integer sufficient to provide the desired resolution). The pattern in FIG. 10a is for n = 2. First
As can be seen in FIG. 0b, the beamlets of each pair are incoherent but close to each other to define a unique X, Y field point due to the intersection of their longitudinal projections. These beamlets, which are made to a die field by a special metrology mask and are projected through the column, are attenuated by the optical system. In the case of a factor of 4, the initial mask openings are spaced across a field of 10 mm x 10 mm with a reduction of 4: 1 across a field of approximately 40 mm x 40 mm and on the wafer.

各リボンビームレットの重心位置および幅は、順次
X、Yステージ118(第9図)に取り付けられる計測ス
テージ306(第9図、第11a図)に支持される2次電子を
集める、例えばチャンネルトロンであってもよい小さい
な検知器304を使用する0.01ミクロンの絶対精度により
測定される。ビームレットはステージ上でスリット330
(第9b図および第11a図のS1またはS2)に入りかつ金属
面308上で衝突する。表面308から放出される2次電子31
0がチャンネンルトロン304によって検知される。
The position and width of the center of gravity of each ribbon beamlet are set such that the secondary electrons supported by the measurement stage 306 (FIGS. 9 and 11a) attached to the X and Y stages 118 (FIG. 9) in sequence are collected. It may be measured using an absolute precision of 0.01 micron using a small detector 304. Beamlet slits 330 on stage
(S 1 or S 2 in FIGS. 9b and 11a) and strikes on metal surface 308. Secondary electrons 31 emitted from the surface 308
A 0 is detected by Channer Lutron 304.

第9a図および第9b図を参照すると、計測マスク(第9a
図)の2つの垂直スリットは1対の直交ビームレット01
および02を形成する。計測ステージ(第9b図参照)上に
は作像された逆のビームレットを受光するためのステー
ジに取り付けた検知器の上方の2つの直交検知スリット
S1、S2が設けられる。検知スリットは作像された直交ビ
ームレットの1つのみが1度にステージ上のそれぞれの
スリットを通過することができるように図示のごとく配
置される。この実施例において、ビームレット01は負の
軸線Xに対して垂直に心出しされかつビームレット02
第9a図に示されるよに作像する前に正のY軸線に対して
垂直に心出しされる。各ビームレット逆転を作像した
後、02は負のY軸線に対して垂直に心出しされかつ01
正のX軸線に対して垂直に心出しされる。検知スリット
S2は逆転のビームレット02と一致して位置決めされかつ
検知されることができる。検知スリットS1は02が測定さ
れているとき衝突ビーム01から離して位置決めれる。こ
の配置は02からのみ生起する検知器によって測定された
信号を保証する。同様に、ステージ306は02からの干渉
なしに01を検知するように動かされることができる。
Referring to FIGS. 9a and 9b, the metrology mask (9a
The two vertical slits in the figure) are a pair of orthogonal beamlets 0 1
And 0 2 are formed. On the measuring stage (see Fig. 9b) two orthogonal detection slits above the detector mounted on the stage for receiving the imaged opposite beamlets.
S 1 and S 2 are provided. The sensing slits are arranged as shown so that only one of the imaged orthogonal beamlets can pass through each slit on the stage at a time. In this embodiment, beamlet 0 1 is centered perpendicular to the negative axis X and beamlet 0 2 is perpendicular to the positive Y axis before imaging as shown in Figure 9a. Be centered. After imaging each beamlet inversion, 0 2 is centered perpendicularly to the negative Y axis and 0 1 is centered perpendicularly to the positive X axis. Detection slit
S 2 can be positioned coincident with beamlet 0 2 reversal and detection. The detection slit S 1 is positioned away from the impinging beam 0 1 when 0 2 is being measured. This arrangement ensures a signal measured by the detector that only originates from 0 2 . Similarly, stage 306 can be moved to detect 0 1 without interference from 0 2 .

イオン投射機の種々の調整可能なパラメータの画像の
品質、ぼけおよびひずみについての結果は上述した計測
装置を使用する定量的な方法において描写されることが
できる。順次これは画像の品質を最適化しかつ機械の物
理的構造に必然的に存在する不完全さおよびパターン化
された製造マスクに存在するかも知れない幾つかの型の
非直線誤差を実質上補正するようにパラメータが規定の
値に設定されることができる。
The results for image quality, blurring and distortion of various adjustable parameters of the ion projector can be plotted in a quantitative way using the measuring device described above. Sequentially this optimizes the image quality and substantially corrects some imperfections inherent in the physical structure of the machine and some types of non-linear errors that may be present in a patterned manufacturing mask. Parameters can be set to prescribed values.

機械に関して1組の代表的なn個の調整可能なパラメ
ータがある。
There are a set of typical n adjustable parameters for the machine.

1.第1主レンズの軸線に対するソースのX位置。1. Source X position relative to the axis of the first primary lens.

2.第1主レンズの軸線に対するソースのY位置。2. The Y position of the source with respect to the axis of the first main lens.

3.第1主レンズの軸線に対するソレノイドレンズのX位
置。
3. X position of the solenoid lens with respect to the axis of the first main lens.

4.第1主レンズの軸線に対するソレノイドレンズのY位
置。
4. The Y position of the solenoid lens relative to the axis of the first main lens.

5.第1主レンズの軸線に対する第2主レンズのX位置。5. The X position of the second main lens with respect to the axis of the first main lens.

6.第1主レンズの軸線に対する第2主レンズのY位置。6. The Y position of the second main lens with respect to the axis of the first main lens.

7.第1主レンズの軸線に対するマスクのX位置。7. X position of the mask with respect to the axis of the first main lens.

8.第1主レンズの軸線に対するマスクのY位置。8. Y position of the mask with respect to the axis of the first main lens.

9.ソレノイドレンズを通過する電流。9. The current passing through the solenoid lens.

10.多極の各々の個々の電極上の電圧。10. The voltage on each individual electrode of the multipole.

11.2つの主レンズの電圧上の微調整。11. Fine adjustment on the voltage of the two main lenses.

12.磁気シールドの電流要素を通過する電流。12. The current passing through the current element of the magnetic shield.

13.画像の軸方向位置。13. The axial position of the image.

14.第1および第2主レンズ間の間隔。14. Spacing between the first and second main lens.

15.イオン源からの抽出電圧。15. Extraction voltage from the ion source.

16.イオンビームエネルギ拡散に影響を及ぼすイオン源
の選択されたパラメータ(または複数のパラメータ)
(例えばイオン源での磁界、フイラメント加熱電力また
はガス圧)。
16. Selected source parameter (s) affecting ion beam energy spread
(Eg magnetic field at ion source, filament heating power or gas pressure).

調整可能なパラメータのために最適な設定を計算する
ために、まず、次に示されるようなそれぞれの傾斜また
は「クサビ」作用を測定することである。n個のパラメ
ータは名目上の初期値Pj(j=1,2,−−−−n)で設定
される。前述されたような計測(メトロロジ)マスクお
よびステージに取り付けた検知器および直交スリットを
使用すると、誤差Qi(X、Y)はマスクから画像面に投
射された直交対のビームレット(第10b図に示した)に
よって画成された各フイールド点(X、Y)において測
定される。指数iは誤差の型に関連する。
In order to calculate the optimal settings for the adjustable parameters, it is first necessary to measure the respective tilt or "wedge" effect as shown below. The n parameters are set with nominal initial values Pj (j = 1,2, --- n). Using a metrology mask and a detector mounted on the stage and a quadrature slit as described above, the error Qi (X, Y) results in an orthogonal pair of beamlets projected from the mask onto the image plane (see Figure 10b). Measured at each field point (X, Y) defined by (as shown). The index i is related to the type of error.

例えば、 Q1(X、Y)=位置XからのXのずれ Q2(X、Y)=位置YからのYのずれ Q3(X、Y)=画像ビームレットのXのぼけ Q4(X、Y)=画像ビームレットのYのぼけ パラメータPjの1つはその場合に量ΔPjだけ値が変化さ
れそして変化されない組の誤差関数Qji(X、Y)は計
測装置により測定される。クサビ(シム)関数は以前の
誤差Qiと調整ΔPjの大きさで除算されるパラメータPjの
調整後の誤差Qjiとの間の単なる差である。
For example, Q 1 (X, Y) = deviation of X from position X Q 2 (X, Y) = deviation of Y from position Y Q 3 (X, Y) = blur of X of image beamlet Q 4 ( X, Y) = one of the Y blur parameters Pj of the image beamlet is then changed by the amount ΔPj and the set of unchanged error functions Qji (X, Y) is measured by the measuring device. The wedge function is simply the difference between the previous error Qi and the adjusted error Qji of the parameter Pj divided by the magnitude of the adjustment ΔPj.

すなわち、 Sji(X、Y)=〔Qji(X,Y)−Q1(X,Y)〕/ΔPj パラメータjはその初期値Pjに戻されかつ測定過程はク
サビ関数Sjiがすべてのパラメータj=1、2、−−−
−nに関して決定されるまで繰り返される。
That is, Sji (X, Y) = [Qji (X, Y) −Q 1 (X, Y)] / ΔPj The parameter j is returned to its initial value Pj and the measurement process is performed by the wedge function Sji for all parameters j = 1, 2, ---
-Iterate until determined for n.

誤差関数上の動揺が調整可能なパラメータ、通常小さ
な調整の場合のPjの値のシフトΔPjに直線的に依存する
範囲まで、シフトの一般的な設定から生じる誤差関数は Qi(X、Y)=Qi(X、Y)+ΣjΔPjSji(X、Y) によって付与される。
To the extent that the perturbation on the error function is linearly dependent on the adjustable parameter, usually the shift ΔPj of the value of Pj for small adjustments, the error function resulting from the general setting of the shift is Qi (X, Y) = It is given by Qi (X, Y) + ΣjΔPjSji (X, Y).

数値的分析における公知の技術(例えば、1981年、10
033ニューヨーク、第5アベニュー111のアカデミック・
プレス発行のピー・イー・ギル・ダヴリュー・ミューレ
イ、エム・エッチ・ライトによる実用最適化技術(プラ
クテイカル・オプティマイゼーション・テクニクス)を
使用すると、最適な設定の調整ΔPjは誤差関数Q′(X,
Y)の幾つかの関数を最小にする機械のコンピュータ装
置によって決定されることができる。例えば、代表的な
最適化は各型の誤差iについて限界L1が設定されかつ画
像フイールド全体にわたって観察される最大誤差QMAXと
限界L1との差が最小である。すなわち、 |QMAX1−L1|が最小であり、ここで、QMAX1=MAX〔|Qi
(X,Y)|〕(すべてのX,Yに関して)であるように最適
化できるかも知れない。さらに、最適化はパラメータ値
Pjおよび/または誤差Q1についての実際の拘束に従うこ
とができる。代表的な有用な拘束は各パラメータ値の範
囲を制限することができる。すなわち、 |Pj|PMAXj ここで、 Pj=Pj+ΔPj およびPMAXjはPjの最大許容値である。公知のマスク誤
差を同時に補正することが望まれるならば、QMASK
1(X、Y)次いで|QMAXi−L|が最小にされる。
Known techniques in numerical analysis (eg, 1981, 10
033 New York, 5th Avenue 111 Academic
Using the practical optimization technology (practical optimization technics) by P.G.
It can be determined by the computer equipment of the machine that minimizes some function of Y). For example, a typical optimization sets a limit L 1 for each type of error i and minimizes the difference between the maximum error QMAX observed over the image field and the limit L 1 . That is, | QMAX 1 −L 1 | is the minimum, where QMAX 1 = MAX [| Qi
(X, Y) |] (for all X, Y) could be optimized. In addition, the optimization is a parameter value
The actual constraints on Pj and / or error Q 1 can be obeyed. Typical useful constraints can limit the range of each parameter value. That is, | Pj | PMAXj where Pj = Pj + ΔPj and PMAXj are the maximum allowable values of Pj. If it is desired to correct known mask errors simultaneously, QMASK
1 (X, Y) then | QMAXi-L | is minimized.

ここで、今、 QMAXi=MAX〔Qi(X,Y)+QMASK1(X,Y)〕 である。Now, QMAXi = MAX [Qi (X, Y) + QMASK 1 (X, Y)].

計測装置および最適化方法の大きな利用性はクサビ関
数Sji(X,Y)が一般に時間により全く安定でありかつ時
折測定されるのみである。他方にいて、変化がイオン投
射機の物理的環境、例えば、温度または気圧の変化にお
いて発性するとき、最適な性能を得るようなクサビ関数
(かつそれゆえパラメータPj)の特別な結合がまた一般
に変化する。適宜なコンピュータプログラムを使用する
と、所定の変化は計測装置が名目上存在する誤差Q1(X,
Y)を一旦測定すると上述した技術によって迅速に計算
される。
The great utility of the measuring device and the optimization method is that the wedge function Sji (X, Y) is generally quite stable over time and only occasionally measured. On the other hand, a special combination of the wedge functions (and hence the parameters Pj) is also commonly used to obtain optimum performance when the changes occur in the physical environment of the ion projector, eg changes in temperature or pressure. Change. With the aid of an appropriate computer program, the given change is the error Q 1 (X,
Once Y) is measured, it is quickly calculated by the technique described above.

好適な実施例において計測検知装置は第2図に示した
ステージ40にまたは第11a図および第11b図に示されるよ
うなステージ118に永続的に取り付けられる。その場合
にそれは調整可能なパラメータがその後最適化されるこ
とができる現存の誤差Q1(X,Y)をいくつでも迅速に測
定するのに使用されることができる。
In the preferred embodiment, the metrology sensing device is permanently attached to the stage 40 shown in FIG. 2 or to the stage 118 as shown in FIGS. 11a and 11b. In that case it can be used to quickly measure any existing error Q 1 (X, Y) whose tunable parameters can then be optimized.

計測測定は画像フイールドの大きさにわたってのみな
される必要があるので、代表的に20×20mmより大きくな
く、スリットS1およびS2のX、Y位置はレーザ干渉計33
2および比較的小さな直交ミラー314を使用して測定され
ることができる。計測スリットS1およびS2のX、Y位置
はレーザミラー316および堅固に接続された干渉計116お
よび332を介してコラムに関連づけられる。またビーム
は第9図に示した基準リング300および前述した走査お
よび検知装置を使用することによりコラムの端部で安定
条件において維持される。リングはコラムの端部に堅固
に取着されかつアライメントマーク302を有している。
走査および偏向装置はこれらのマークを検知しかつそれ
らに関連して露光の位置を維持する。
Since the measurement needs to be taken over the size of the image field, it is typically no larger than 20 × 20 mm and the X, Y positions of slits S 1 and S 2 are laser interferometer 33
It can be measured using two and relatively small orthogonal mirrors 314. The X, Y positions of the measurement slits S 1 and S 2 are associated with the column via a laser mirror 316 and rigidly connected interferometers 116 and 332. The beam is also maintained in a stable condition at the end of the column by using the reference ring 300 shown in FIG. 9 and the scanning and sensing device described above. The ring is rigidly attached to the end of the column and has alignment marks 302.
The scanning and deflecting device senses these marks and maintains the position of the exposure in relation to them.

前述されたアライメント装置が使用される配置におい
て、第11a図および第11b図に示した粗製のX、Yステー
ジ118はウエーハ248上に画像を作るためのレーザ干渉計
位置制御に必要ない。計測検知スリットに必要とされる
位置精度は別個の限定範囲ステージ306にスリットS1
よびS2およびミラー314を取り付けることにより実現さ
れる。
In the arrangement in which the alignment apparatus described above is used, the rough X, Y stage 118 shown in FIGS. 11a and 11b is not needed for laser interferometer position control to create an image on the wafer 248. The positional accuracy required for the measurement detection slit is achieved by mounting the slits S 1 and S 2 and the mirror 314 on a separate limited range stage 306.

第11a図および第11b図を参照して、計測ステージ306
は粗製のX、Yステージ118に取り付けられかつ極めて
迅速にビームレット位置のプラスまたはマイナス5ミク
ロン内で移動されることができる。検知器ケージを有す
る計測ステージ自体が、例えばXおよびY方向にプラス
またはマイナス15ミクロンで検知器を移動することがで
きる圧電変換器のごとき変換器を備えている。X、Yス
テージが計測ステージを投射ビームレットの1つの近似
位置に一旦動かすと、計測ステージはビームレットの正
確な中心および幅を見出すように移動される。
Referring to FIGS. 11a and 11b, measurement stage 306
Can be mounted on a crude X, Y stage 118 and moved very quickly within plus or minus 5 microns of the beamlet position. The metrology stage itself, with the detector cage, is equipped with a transducer, such as a piezo-electric transducer that can move the detector in the X and Y directions by plus or minus 15 microns. Once the X, Y stage moves the metrology stage to one approximate position of the projection beamlet, the metrology stage is moved to find the exact center and width of the beamlet.

粗製のX、Yステージ118は、例えばウエーハ248が後
側からそれに挿入されることができる約9インチ四方の
大きなブロック374の使用を可能にする通路370に取り付
けられる。ウエーハを露光するのに必要とされる動き
は、例えばガラス定規(ルール)または2軸レーザ干渉
計法からなる制御下の例えばdc(直流モータ)により達
成される。ステージはプラスまたはマイナス5ミクロン
内の良好な精度によりこの9×9インチ領域内のいずれ
の位置にも歩進されることができる。ミラーがステージ
に取着されるとその場合にレーザ干渉計との組合せで位
置はミクロンの何分の1内に設定されうことができる。
The crude X, Y stage 118 is mounted in a passage 370 that allows the use of a large block 374, eg, about 9 inches square, into which a wafer 248 can be inserted from the back side. The movements required to expose the wafer are achieved, for example, by a dc (direct current motor) under control, for example consisting of a glass ruler or two-axis laser interferometry. The stage can be stepped to any position within this 9x9 inch area with good accuracy within plus or minus 5 microns. When the mirror is attached to the stage, the position can then be set within a fraction of a micron in combination with the laser interferometer.

計測装置の有用性は検知器スリットのX、Y位置決め
の精度かつそれゆえステージ306の精度に依存する。第1
1a図および第11b図に示した配置において、ステージは
レーザ干渉装置によって決定された種々のX、Y値にお
てウエーハ248上の計測基準マーカを押し付けることに
より精密かつ目盛り付けされることができる。ウエーハ
上のこれらのマーカの位置はニコン2I光学系または電子
ビームツールのごとき、オフライン計測手段を使用して
独立して確かめられることができる。
The usefulness of the metrology tool depends on the accuracy of the X, Y positioning of the detector slits and hence the accuracy of the stage 306. First
In the arrangement shown in FIGS. 1a and 11b, the stage can be precisely and calibrated by pressing the measurement fiducial markers on the wafer 248 at various X, Y values determined by the laser interferometer. .. The position of these markers on the wafer can be independently verified using off-line metrology tools such as Nikon 2I optics or electron beam tools.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は好適な実施例のイオンビームリソグラフイ装置
の平面図、 第1a図は第1図の装置の正面図、 第1b図は第1図の装置の磁気シールドの概略側面図、 第1c図は第1図の線1c−1cの断面図、 第2図は、装置のイオンビーム軌道および内部構成要素
を示す第1図および第1a図の装置の3次元切欠き図、 第2a図は第2図に示したコラム領域の拡大図、 第2b図は第1図のアラインメントビームスキャナおよび
検知装置の拡大概略図、 第2c図は第1図の実施例により使用された電源のブロッ
ク概略図、 第2d図は第1図において使用した多極アレイの概略斜視
図、 第2e図は本発明によるアラインメント装置のブロック
図、 第3図はレンズひずみおよび/または色ぼけの存在によ
って動揺させられているイオンビーム放射線を示す2枚
レンズの光学装置の概略図、 第4図は質量選択および事実上のソース点を位置決めす
るためのソレノイドの作動を示す概略図、 第5図は第1図の実施例からのマスク円形コンベヤおよ
びビームシャッタの概略図、 第6図は2枚のレンズ系により達成されるバレルおよび
ピンクッションひずみの補正の概略図、 第7図はレンズ間の領域の平行イオン通路の形成および
本発明による第2レンズ後のテレセントリックビームの
創出を示す概略図、 第8図は2つのソース/マスク距離用のレンズ間の距離
の関数としてプロットされた色ぼけからのレンズひずみ
および線幅の広がりを示すグラフ説明図、 第9図は計測モードの装置により本発明のターゲット領
域の概略図、 第9a図は計測モードに使用されたビームレットを形成す
るための計測マスクの開口の概略図、 第9b図はマスクによって形成されたビームレットの測定
用の計測ステージのスリットの概略図、 第10a図は計測モードにおける装置による測定に使用さ
れる画像パターンの説明図、 第10b図は第10a図の画像パターンの構成要素の拡大図、 第11a図はターゲット区域および計測ステージの上面
図、 第11b図は第11a図の線A−Aに沿う断面図である。 図中、符号10はエンクロージャ、12はイオン源、14は光
学コラム、18はソレノイド、20はマスク構体、22はアイ
ンツエルレンズ、24はギャップレンズ、26はターゲッ
ト、28、34は多極体、30は開口、32はアラインメントビ
ームスキャナおよび検知装置、38はシャッタ、40はステ
ージ、42はチャック、46、48は真空ロック、50は真空ポ
ンプ、52、54はベローズ、66は電源、68は電力分配パネ
ル、70はサービスモジュール、72は真空装置、76はコン
ソール、150は抽出電極、152は抑制電極、164はマス
ク、168はシリンダ、170はコイル、176は第1電極、178
は第3電極、180は中央電極、192は走査板、194はマス
ク、196は検知器、210は制御開口、244はビーム、248は
ウエーハ、300はアラインメントリング、302はマーク、
306は計測ステージ、460は補正信号発生器である。
1 is a plan view of an ion beam lithography apparatus of a preferred embodiment, FIG. 1a is a front view of the apparatus of FIG. 1, FIG. 1b is a schematic side view of a magnetic shield of the apparatus of FIG. 1, and 1c. 1 is a cross-sectional view taken along the line 1c-1c in FIG. 1, FIG. 2 is a three-dimensional cutaway view of the apparatus of FIGS. 1 and 1a showing the ion beam trajectories and internal components of the apparatus, and FIG. 2a is 2 is an enlarged view of the column area shown in FIG. 2, FIG. 2b is an enlarged schematic view of the alignment beam scanner and detection device of FIG. 1, and FIG. 2c is a block schematic diagram of the power supply used by the embodiment of FIG. 2d is a schematic perspective view of the multipole array used in FIG. 1, FIG. 2e is a block diagram of the alignment device according to the present invention, and FIG. 3 is agitated by the presence of lens distortion and / or color blur. Two-lens optics showing active ion beam radiation Schematic diagram, FIG. 4 is a schematic diagram showing mass selection and actuation of a solenoid for locating a virtual source point, FIG. 5 is a schematic diagram of the mask carousel and beam shutter from the embodiment of FIG. 1, FIG. 6 is a schematic diagram of barrel and pincushion distortion correction achieved by a two lens system, and FIG. 7 shows the formation of parallel ion paths in the region between the lenses and the telecentric beam after the second lens according to the invention. FIG. 8 is a schematic diagram showing creation, FIG. 8 is a graphical illustration showing lens distortion and linewidth spread from color blur plotted as a function of distance between lenses for two source / mask distances, and FIG. 9 shows measurements. FIG. 9a is a schematic view of the target area of the present invention by means of an apparatus in mode, FIG. 9a is a schematic view of the opening of the metrology mask for forming the beamlets used in the metrology mode, 9b is a schematic view of a slit of a measuring stage for measuring a beamlet formed by a mask, FIG. 10a is an explanatory view of an image pattern used for measurement by an apparatus in a measuring mode, and FIG. 10b is a view of FIG. 10a. An enlarged view of the components of the image pattern, FIG. 11a is a top view of the target area and the metrology stage, and FIG. 11b is a sectional view taken along line AA of FIG. 11a. In the figure, reference numeral 10 is an enclosure, 12 is an ion source, 14 is an optical column, 18 is a solenoid, 20 is a mask structure, 22 is an Einzel lens, 24 is a gap lens, 26 is a target, 28 and 34 are multipole bodies, 30 is an aperture, 32 is an alignment beam scanner and detector, 38 is a shutter, 40 is a stage, 42 is a chuck, 46 and 48 are vacuum locks, 50 is a vacuum pump, 52 and 54 are bellows, 66 is a power supply, and 68 is power. Distribution panel, 70 service module, 72 vacuum device, 76 console, 150 extraction electrode, 152 suppression electrode, 164 mask, 168 cylinder, 170 coil, 176 first electrode, 178
Is a third electrode, 180 is a central electrode, 192 is a scanning plate, 194 is a mask, 196 is a detector, 210 is a control aperture, 244 is a beam, 248 is a wafer, 300 is an alignment ring, 302 is a mark,
306 is a measurement stage, and 460 is a correction signal generator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト ステングル オーストリア国、カリンチア、A‐9241 ベルンベルク、ウムベルク 41 (72)発明者 ヒルトン エフ グラビッシュ アメリカ合衆国、マサチュウセッツ 01970、サレム、10 ノーマン ストリー ト (無番地) (56)参考文献 特開 平2−3062(JP,A) 特開 昭64−64216(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Gerhard Stengle Austria, Carinthia, A-9241 Bernberg, Umberg 41 (72) Inventor Hilton F. Gravish USA, Massachusetts 01970, Salem, 10 Norman Street (56) References JP-A-2-3062 (JP, A) JP-A-64-64216 (JP, A)

Claims (49)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】イオンビームを供給する手段、 所望のビームパターンを発生するための開口を有する前
記イオンビームの通路内にあるマスク、 前記マスクの後ろに配置された光学コラム、 前記イオン通路に沿って配置された第1および第2主レ
ンズによって画成される前記光学コラム、 前記光学コラム内にクロスオーバーを形成するように配
置された加速アインツエルレンズである前記第1主レン
ズ、 前記クロスオーバーの後ろに位置決めされかつ前記マス
クの縮小された画像を投射するように配置されたギャッ
プレンズである前記第2主レンズ、 前記画像を受光するターゲットを支持するための前記ギ
ャップレンズの後ろに配置されたターゲットステーショ
ン、 からなることを特徴とする投射リソグラフイ装置。
1. A means for supplying an ion beam, a mask in the path of the ion beam having an opening for producing a desired beam pattern, an optical column arranged behind the mask, along the ion path. An optical column defined by first and second main lenses arranged in parallel, the first main lens being an acceleration Einzel lens arranged to form a crossover in the optical column, the crossover A second main lens, which is a gap lens positioned behind and arranged to project a reduced image of the mask, and arranged behind the gap lens for supporting a target receiving the image. A projection lithographic device, which comprises a target station
【請求項2】前記マスクは前記第1主レンズの第1焦点
面において実質上配置されかつ前記ターゲットステーシ
ョンは実質上前記第2主レンズの第2焦点面に置かれる
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン投射リソグラ
フイ装置。
2. The mask is located substantially at a first focal plane of the first main lens and the target station is located substantially at a second focal plane of the second main lens. 1. The ion projection lithographic apparatus according to 1.
【請求項3】前記イオンビームを供給する手段はイオン
源および該イオン源から離れた光学コラムに前記イオン
源の虚像を供給する手段からなりそして(1)前記第1
主レンズの第2焦点面と前記第2主レンズの第1焦点面
との間の距離、および(2)前記マスクと前記イオン源
および前記マスクの虚像を画成する点との間の距離は前
記ターゲットで前記マスクの前記画像を発生すべく選択
され、前記第1主レンズおよび第2主レンズから生起す
る色ぼけおよび幾何学的ひずみは同時に実質上最小にさ
れることを特徴とする請求項2に記載のイオン投射リソ
グラフイ装置。
3. The means for supplying the ion beam comprises means for supplying a virtual image of the ion source to an ion source and an optical column remote from the ion source, and (1) the first
The distance between the second focal plane of the main lens and the first focal plane of the second main lens, and (2) the distance between the mask and the ion source and the point defining the virtual image of the mask are 7. The target selected to generate the image of the mask, wherein blurring and geometric distortions emanating from the first and second primary lenses are substantially minimized at the same time. 2. The ion projection lithographic apparatus according to 2.
【請求項4】前記第1および第2主レンズは前記第2主
レンズに続いているテレセントリックビームを発生せし
めるために前記第2主レンズの実質上第1焦点面に前記
第1主レンズのクロスオーバーを配置すべく位置決めさ
れることを特徴とする請求項3に記載のイオン投射リソ
グラフイ装置。
4. The first and second main lenses cross the first main lens substantially at a first focal plane of the second main lens to generate a telecentric beam following the second main lens. An ion projection lithographic apparatus according to claim 3, wherein the ion projection lithographic apparatus is positioned to position the overcoat.
【請求項5】前記第1および第2主レンズは実質以下の
条件を同時に満足させ、それにより第2主レンズから出
ているビームは実質上テレセントリックでありかつそれ
が達するとき画像面が実質上色ぼけおよび幾何学的ひず
みがない、すなわち、 (1)qp=f1f2 ここで、 qは第1主レンズの第2焦点面と第2主レンズの第1焦
点面との間の距離、 pは前記イオン源の虚像を画成する点と前記マスクとの
間の距離、 f1は前記第1主レンズの第1焦点距離、 f1′は前記第2主レンズの第1焦点距離、 f2は第1主レンズの第2焦点距離、 δ1およびδ1′は、前記ビーム内の前記イオンのエネル
ギー変化による、第1および第2主レンズの第1焦点距
離の変化であり、 G(p)=ap3+bp2+cp+d ここで、 a、b、cおよびdは第3順位の収差の存在において、
第1主レンズの第2焦点面への第1焦点面からの変換関
数に関連づけられるレンズ定数であり、前記変換関数
は、 Θ2=−r1/f2+ar3 1+br2 1Θ1+cr1Θ2 1+dΘ3 1 の式からなり、 ここで、 Θ2は前記第1主レンズの第2焦点面における一定のイ
オン放射線の変換された横方向角度座標であり、r1、Θ
1は前記マスクでの前記第1主レンズの第1焦点面での
横座標でありかつD′は第1焦点面から前記第2主レン
ズの第2焦点面への変換係数であり、 r2′〜f1′Θ3 2+D′Θ2 ここで、 r2′は第2主レンズの第2焦点面での放射線の半径方向
座標であることを特徴とする請求項1に記載のイオン投
射リソグラフイ装置。
5. The first and second main lenses simultaneously satisfy substantially the following conditions such that the beam emerging from the second main lens is substantially telecentric and when it reaches the image plane is substantially: No blurring and geometric distortion, ie (1) qp = f 1 f 2 Here, q is the distance between the second focal plane of the first main lens and the first focal plane of the second main lens, and p is the distance between the point defining the virtual image of the ion source and the mask. , F 1 is the first focal length of the first main lens, f 1 ′ is the first focal length of the second main lens, f 2 is the second focal length of the first main lens, and δ 1 and δ 1 ′ are , G (p) = ap 3 + bp 2 + cp + d, where a, b, c, and d are the changes in the first focal lengths of the first and second main lenses due to changes in the energy of the ions in the beam. In the presence of third-order aberrations,
A lens constant associated with a conversion function from the first focal plane to the second focal plane of the first main lens, said conversion function being: Θ 2 = −r 1 / f 2 + ar 3 1 + br 2 1 Θ 1 + cr 1 Θ 2 1 + d Θ 3 1 where Θ 2 is the transformed lateral angular coordinate of the constant ion radiation at the second focal plane of the first main lens, r 1 , Θ
1 is the abscissa at the first focal plane of the first main lens in the mask and D'is the conversion factor from the first focal plane to the second focal plane of the second main lens, r 2 '~f 1' Θ 3 2 + D'Θ 2 where, r 2 'ion projection according to claim 1, characterized in that the radial coordinate of the radiation at the second focal plane of the second main lens Lithographic equipment.
【請求項6】約50〜200kVの間のエネルギーで前記ター
ゲットにおいて前記イオンビームのイオンを供給するこ
とを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載
のイオン投射リソグラフイ装置。
6. Ion projection lithographic apparatus according to claim 1, characterized in that the ions of the ion beam are supplied at the target with an energy of between approximately 50 and 200 kV.
【請求項7】約1〜10kVの間のエネルギーで前記マスク
において前記イオンビーム内のイオンを供給することを
特徴とする請求項6に記載のイオン投射リソグフイ装
置。
7. The ion projection lithographic apparatus according to claim 6, wherein the ions in the ion beam are supplied to the mask at an energy between about 1 and 10 kV.
【請求項8】前記ターゲットでの前記マスクの前記画像
は少なくとも1.5の率で縮小され、前記ターゲットでの
前記画像は幅および高さが10mm以下でないことを特徴と
する請求項1ないし5のいずれか1項に記載のイオン投
射リソグラフイ装置。
8. The image of the mask at the target is reduced at a rate of at least 1.5, and the image at the target is not less than 10 mm in width and height. The ion projection lithographic apparatus according to item 1.
【請求項9】前記イオン投射リソグラフイ装置は、さら
に、1対の電界制御開口を有し、該制御開口の1つが前
記マスクのまわりの区域および前記アインツエルレンズ
の第3電極の開口のまわりの区域において前記第2電極
から生起する電界強度を減じるために前記アインツエル
レンズの前記第2電極側に配置されることを特徴とする
請求項1ないし5のいずれか1項に記載のイオン投射リ
ソグラフイ装置。
9. The ion projection lithographic apparatus further comprises a pair of electric field control apertures, one of the control apertures being in the area around the mask and around the opening of the third electrode of the Einzel lens. Ion projection according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is arranged on the side of the second electrode of the Einzel lens in order to reduce the electric field strength generated from the second electrode in the area of. Lithographic equipment.
【請求項10】前記第1および第2主レンズに7〜20の
範囲の電圧比を印加することを特徴とする請求項1ない
し5のいずれか1項に記載のイオン投射リソグラフイ装
置。
10. The ion projection lithography apparatus according to claim 1, wherein a voltage ratio in the range of 7 to 20 is applied to the first and second main lenses.
【請求項11】前記イオンビームを供給するための前記
手段はイオン源および該イオン源と前記マスクとの間に
配置されたレンズとからなり、該レンズは色ぼけおよび
レンズひずみを同時に最小にするために前記装置を精密
同調すべく前記光学コラムの軸線に沿って実際のイオン
源点を選択するように配置されたことを特徴とする請求
項1ないし5のいずれか1項に記載のイオン投射リソグ
ラフイ装置。
11. The means for delivering the ion beam comprises an ion source and a lens disposed between the ion source and the mask, the lens simultaneously minimizing blurring and lens distortion. Ion projection according to any one of the preceding claims, characterized in that it is arranged to select the actual ion source point along the axis of the optical column for fine tuning of the device for this purpose. Lithographic equipment.
【請求項12】前記レンズはソレノイドレンズであり、
該ソレノイドレンズは種々の種類の異なる偏向により前
記イオン源から発せられた異なる質量の種々の種類から
の所望のイオンの種類の選択に寄与するようにされてい
ることを特徴とする請求項11に記載のイオン投射リソグ
ラフイ装置。
12. The lens is a solenoid lens,
The solenoid lens is adapted to contribute to selection of a desired ion type from different types of different masses emitted from the ion source by different types of different deflections. The described ion projection lithographic apparatus.
【請求項13】前記イオン投射リソグラフイ装置は、さ
らに、所望の種類から質量が異なるイオンの通過を阻止
するために前記第1および第2主レンズ間に置かれた質
量選択開口を有することを特徴とする請求項12に記載の
イオン投射リソグラフイ装置。
13. The ion projection lithographic apparatus further comprises a mass selective aperture located between the first and second main lenses to prevent passage of ions of different mass from the desired type. 13. The ion projection lithographic apparatus according to claim 12, which is characterized in that.
【請求項14】前記イオン投射リソグラフイ装置は、Y
方向における画像の倍率に関連してX方向における前記
ターゲットでの画像の倍率を変化するために4極子電界
に関して前記第2主レンズ内にまたは該第2主レンズを
越えて配置された多極手段を有することを特徴とする請
求項1ないし5のいずれか1項に記載のイオン投射リソ
グラフイ装置。
14. The ion projection lithographic apparatus comprises a Y
Multipole means arranged in or beyond the second main lens with respect to a quadrupole field for varying the magnification of the image at the target in the X direction relative to the magnification of the image in the X direction. The ion projection lithography apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
【請求項15】前記多極手段は実質上電界のない領域に
おいて前記第2主レンズの後ろに配置したことを特徴と
する請求項14に記載のイオン投射リソグラフイ装置。
15. The ion projection lithographic apparatus according to claim 14, wherein the multipole means is disposed behind the second main lens in a region substantially free of an electric field.
【請求項16】さらに、前記光学コラムの軸線に対して
垂直な平面内の前記画像の調製可能な運動のために双極
子電界を印加すべくされた前記第1および第2主レンズ
間に配置された多極手段からなることを特徴とする請求
項1ないし5のいずれか1項に記載のイオン投射リソグ
ラフイ装置。
16. An arrangement between the first and second main lenses further adapted to apply a dipole electric field for adjustable movement of the image in a plane perpendicular to the axis of the optical column. 6. An ion projection lithographic apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a multi-pole means.
【請求項17】前記多極手段はさらに前記画像内のひず
みおよびぼけの制御のために重畳された高順位電界を発
生するようにされていることを特徴とする請求項16に記
載のイオン投射リソグラフイ装置。
17. The ion projection system according to claim 16, wherein said multipole means is further adapted to generate a superimposed high order electric field for controlling distortion and blurring in said image. Lithographic equipment.
【請求項18】前記多極手段は前記ビームに対して平行
なオフセットを導入するようにされたアーク状電極の1
対の連続する16極の円形アレイであることを特徴とする
請求項16に記載のイオン投射リソグラフイ装置。
18. The one of the arc-shaped electrodes, wherein said multipole means is adapted to introduce an offset parallel to said beam.
17. The ion projection lithographic apparatus of claim 16, which is a circular array of 16 continuous poles in pairs.
【請求項19】前記イオン投射リソグラフイ装置は、さ
らに、画像内のひずみおよびぼけのバランスを微細同調
するためのレンズ電圧比の変化用電圧調製装置を有する
ことを特徴とする請求項1ないし5および請求項10のい
ずれか1項に記載のイオン投射リソグラフイ装置。
19. The ion projection lithographic apparatus further comprises a voltage adjusting device for changing a lens voltage ratio for finely tuning a balance of distortion and blurring in an image. And the ion projection lithographic apparatus according to claim 10.
【請求項20】前記電圧調整装置はさらに前記ターゲッ
トにおいて前記画像の前記倍率に同調させるために前記
レンズ電圧比の独立した調整が可能であることを特徴と
する請求項19に記載のイオン投射リソグラフイ装置。
20. The ion projection lithography of claim 19, wherein the voltage regulator is further capable of independent adjustment of the lens voltage ratio to tune the magnification of the image at the target. A device.
【請求項21】前記ギャップレンズの第1電極の電圧は
前記アインツエルレンズの第1および第3電極の電圧と
実質上同一でありかつ前記ギャップレンズの第2電極の
電圧は前記アインツエルレンズの第2電極と実質上同一
であり、それにより電源のリップル作用は光学コラムの
電圧比を実質上変化させずかくしてターゲットステーシ
ョンでの画像の品質を実質上留保することを特徴とする
請求項1ないし5のいずれか1項に記載のイオン投射リ
ソグラフイ装置。
21. The voltage of the first electrode of the gap lens is substantially the same as the voltage of the first and third electrodes of the Einzel lens and the voltage of the second electrode of the Gap lens is of the Einzel lens. 2. The method according to claim 1, characterized in that it is substantially identical to the second electrode, so that the ripple effect of the power supply does not substantially change the voltage ratio of the optical column and thus substantially retains the image quality at the target station. 5. The ion projection lithographic apparatus according to any one of 5 above.
【請求項22】前記ターゲットでの前記画像の倍率を変
えるために前記ギャップレンズの直径を変化できるよう
に構成され、前記変化時、前記第2主レンズから出るビ
ームは実質上テレセントリックのままであり、かつ画像
面において実質上色収差および幾何学的ひずみがないこ
とを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載
のイオン投射リソグラフイー装置。
22. The diameter of the gap lens is configured to be variable to change the magnification of the image at the target, and the beam exiting the second main lens remains substantially telecentric during the change. The ion projection lithographic apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that there is substantially no chromatic aberration or geometric distortion in the image plane.
【請求項23】前記光学コラムは該光学コラムの全長に
実質上延在する外部の、堅固な金属殻体を含み、該金属
殻体は定電位であり、かつ前記アインツエルレンズの第
1および第3電極および前記ギャップレンズの第1電極
を直接支持し、前記アインツエルレンズの中央電極は金
属殻体の内部上に支持のために係合される絶縁体によっ
て支持されかつ前記ギャップレンズの第2電極は前記堅
固な殻体の下流端によって支持される絶縁ブッシュを介
して支持されることを特徴とする請求項1ないし5のい
ずれか1項に記載のイオン投射リソグラフイ装置。
23. The optical column includes an outer, rigid metal shell substantially extending the entire length of the optical column, the metal shell being at a constant potential and the first and second Einzel lenses. Directly supporting the third electrode and the first electrode of the gap lens, the center electrode of the Einzel lens is supported by an insulator engaged for support on the inside of the metal shell and the first electrode of the gap lens. The ion projection lithography apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the two electrodes are supported via an insulating bush supported by a downstream end of the rigid shell.
【請求項24】高透磁率の磁性材料からなる管状シール
ドが前記堅固な金属殻体のまわりに延びかつ該堅固な金
属殻体によって支持されることを特徴とする請求項23に
記載のイオン投射リソグラフイー装置。
24. Ion projection according to claim 23, characterized in that a tubular shield made of a magnetic material of high permeability extends around and is supported by the rigid metal shell. Lithographic equipment.
【請求項25】前記管状シールドは複数のプレート(34
4)からなる除去可能な長手方向セグメントからなるこ
とを特徴とする請求項24に記載のイオン投射リソグラフ
イ装置。
25. The tubular shield comprises a plurality of plates (34
25. An ion projection lithographic apparatus according to claim 24, characterized in that it comprises a removable longitudinal segment consisting of 4).
【請求項26】高透磁率の磁性材料からなる端板が前記
管状シールドとの磁気的連続性を設けるような方法にお
いて前記管状シールドの各端部に取り付けられることを
特徴とする請求項24に記載のイオン投射リソグラフイ装
置。
26. The end plate of high permeability magnetic material is attached to each end of the tubular shield in such a manner as to provide magnetic continuity with the tubular shield. The described ion projection lithographic apparatus.
【請求項27】イオンビームを供給する手段、 所望のビームパターンを発生するための開口を有する前
記イオンビームの通路内にあるマスク、 前記マスクの後ろに配置された光学コラム、 前記イオン通路に沿って配置された第1および第2主レ
ンズによって画成される前記光学コラム、 前記イオンビームを焦点合わせすするように配置された
前記第1主レンズ、 前記第1主レンズの後ろに位置決めされかつ縮小された
前記マスクの画像を投射するように配置された前記第2
主レンズ、 前記画像を受光するターゲット、および前記光学コラム
のまわりに延在する高透磁率の磁性材料からなるシール
ドを支持するための前記第2主レンズの後ろのターゲッ
トステーションからなり、 前記シールドが該管状シールドを画成する複数のプレー
ト(344)からなる除去可能な長手方向セグメントおよ
び前記管状シールドとの磁気的連続性の高透磁率の磁性
材料からなる端板(350、352)から構成されることを特
徴とするイオン投射リソグラフイ装置。
27. Means for supplying an ion beam, a mask in the path of the ion beam having an opening for producing a desired beam pattern, an optical column arranged behind the mask, along the ion path An optical column defined by first and second main lenses arranged in an array, the first main lens arranged to focus the ion beam, positioned behind the first main lens and The second arranged to project a reduced image of the mask;
A main lens, a target for receiving the image, and a target station behind the second main lens for supporting a shield made of a magnetic material of high permeability extending around the optical column, the shield comprising: A removable longitudinal segment comprising a plurality of plates (344) defining the tubular shield and an end plate (350, 352) of a magnetic material of high permeability for magnetic continuity with the tubular shield. An ion projection lithographic apparatus characterized in that
【請求項28】前記管状シールドは前記光学コラムのま
わりに取り付けられた1組の長手方向に延在する周囲で
間隔を置いたリブ(354)、および隣接するリブ間のギ
ャップにかつそれらと磁気的に連続性において広がる複
数の除去可能な長手方向に延在するプレート(344)に
よって画成されることを特徴とする請求項27に記載のイ
オン投射リソグラフイ装置。
28. The tubular shield comprises a set of longitudinally-extending circumferentially spaced ribs mounted around the optical column, and a gap between and adjacent to the ribs. 28. An ion projection lithographic apparatus according to claim 27, characterized in that it is defined by a plurality of removable longitudinally extending plates (344) spread in a continuous sequence.
【請求項29】前記管状シールドはイオンビームが露光
される磁界に対する調整を設けるように配置されたシー
ルド内に導電体を含むことを特徴とする請求項24ないし
28のいずれか1項に記載のイオン投射リソグラフイ装
置。
29. The tubular shield includes a conductor within the shield arranged to provide conditioning for the magnetic field to which the ion beam is exposed.
28. The ion projection lithographic apparatus according to any one of 28.
【請求項30】前記導電体は前記管状シールド内の細長
いループのアレイからなることを特徴とする請求項29に
記載のイオン投射リソグラフイ装置。
30. The ion projection lithographic apparatus of claim 29, wherein the conductor comprises an array of elongated loops within the tubular shield.
【請求項31】長手方向に延在する導電性ループのアレ
イは前記管状シールドと関連づけられ、前記ループは前
記管状シールド内に周方向に磁束を確立すべく配置され
ることを特徴とする請求項24に記載のイオン投射リソグ
ラフイ装置。
31. An array of longitudinally extending conductive loops is associated with the tubular shield, the loops being arranged to establish a magnetic flux circumferentially within the tubular shield. 24. The ion projection lithographic apparatus described in 24.
【請求項32】前記管状シールドを消磁するように前記
ループに交流電流を印加するための手段および前記管状
シールドの透磁率を増加するように前記ループに一次的
に小さなバイアス電流を印加するための手段を含むこと
を特徴とする請求項31に記載のイオン投射リソグラフイ
装置。
32. Means for applying an alternating current to the loop so as to demagnetize the tubular shield and for temporarily applying a small bias current to the loop so as to increase the permeability of the tubular shield. 32. An ion projection lithography apparatus according to claim 31, characterized in that it comprises means.
【請求項33】前記各導電ループは前記管状シールドの
内外部に沿って延在する長手方向に延びる導電性セグメ
ントからなることを特徴とする請求項31に記載のイオン
投射リソグラフイ装置。
33. The ion projection lithographic apparatus of claim 31, wherein each of the conductive loops comprises a longitudinally extending conductive segment extending along the interior and exterior of the tubular shield.
【請求項34】前記管状シールドはイオンビームが露光
される磁界への調整を設けるように配置された導電体を
含むことを特徴とする請求項31に記載のイオン投射リソ
グラフイ装置。
34. The ion projection lithography apparatus of claim 31, wherein the tubular shield includes a conductor arranged to provide conditioning to the magnetic field to which the ion beam is exposed.
【請求項35】イオンビームを供給する手段、 所望のビームパターンを発生するための開口を有する前
記イオンビームの通路内にあるマスク、 前記マスクの後ろに配置された光学コラム、 前記イオン通路に沿って配置された第1および第2主レ
ンズによって画成される前記光学コラム、 前記イオンビームを焦点合わせするように配置された前
記第1主レンズ、 前記第1主レンズの後ろに位置決めされかつ縮小された
前記マスクの画像を投射するように配置された前記第2
主レンズ、 前記画像を受光するターゲットを支持するための前記第
2主レンズの後ろに配置されたターゲットステーション
からなり、 前記イオンビームを供給する手段がイオン源および前記
光学コラムの軸線に沿って実際のイオン源点を選択する
ために前記イオン源と前記マスクとの間に配置されたソ
レノイドレンズからなり、 前記ソレノイドレンズが種々の種類の異なる偏向によっ
て前記イオン源から発生された種々の質量の前記種類か
ら所望のイオン種類の選択に寄与するようにしたことを
特徴とするイオン投射リソグラフイ装置。
35. Means for supplying an ion beam, a mask in the path of the ion beam having an aperture for producing a desired beam pattern, an optical column disposed behind the mask, along the ion path. An optical column defined by first and second main lenses arranged in an array, the first main lens arranged to focus the ion beam, positioned and contracted behind the first main lens The second arranged to project an image of the mask
A main lens, a target station located behind the second main lens for supporting the image receiving target, wherein the means for supplying the ion beam is actually along the axis of the ion source and the optical column. A solenoid lens disposed between the ion source and the mask to select an ion source point of the solenoid lens, the solenoid lens having different masses of the different masses generated from the ion source by different types of different deflections. An ion projection lithography apparatus, characterized in that it contributes to the selection of a desired ion type from the types.
【請求項36】前記ソレノイドレンズは該ソレノイドレ
ンズの通過の間中、前記イオンビームの回転を阻止すべ
くされた対向巻回の二重ソレノイドレンズであることを
特徴とする請求項35に記載のイオン投射リソグラフイ装
置。
36. The dual solenoid lens of claim 35, wherein said solenoid lens is a counter-turn double solenoid lens intended to prevent rotation of said ion beam during passage of said solenoid lens. Ion projection lithographic equipment.
【請求項37】前記イオン投射リソグラフイ装置は、所
望の種類から質量の異なるイオンの通過を阻止すべく寸
法づけられた前記第1および第2主レンズ間に置かれた
開口からなることを特徴とする請求項35または36に記載
のイオン投射リソグラフイ装置。
37. The ion projection lithographic apparatus comprises an aperture located between the first and second main lenses sized to prevent passage of ions of different mass from a desired type. The ion projection lithography apparatus according to claim 35 or 36.
【請求項38】イオンビームを供給する手段、 所望のビームパターンを発生するための開口を有する前
記イオンビームの通路内にあるマスク、 前記マスクの後ろに配置された光学コラム、 前記イオン通路に沿って配置された第1および第2主レ
ンズによって画成される前記光学コラム、 前記イオンビームを焦点合わせするように配置された前
記第1主レンズ、 前記第1主レンズの後ろに位置決めされかつ縮小された
前記マスクの画像を投射するように配置された前記第2
主レンズ、 前記画像を受光するターゲットを支持するための前記ギ
ャップレンズの後ろに配置されたターゲットステーショ
ン、および 前記第2主レンズ内にまたはそれを越えて配置される多
極手段およびY方向への画像の倍率に関連してX方向の
前記ターゲットでの画像の倍率を変えるために前記多極
手段に4極子電界を印加するようにした電圧制御装置か
らなることを特徴とするイオン投射リソグラフイ装置。
38. Means for supplying an ion beam, a mask in the path of the ion beam having an aperture for generating a desired beam pattern, an optical column arranged behind the mask, along the ion path. An optical column defined by first and second main lenses arranged in an array, the first main lens arranged to focus the ion beam, positioned and contracted behind the first main lens The second arranged to project an image of the mask
A main lens, a target station located behind the gap lens for supporting the image-receiving target, and a multipole means arranged in or beyond the second main lens and in the Y direction. Ion projection lithographic apparatus comprising a voltage controller adapted to apply a quadrupole field to the multipole means to change the magnification of the image at the target in the X direction relative to the magnification of the image. .
【請求項39】前記多極手段は実質上電界のない領域内
でかつ前記第2主レンズの後ろに配置されることを特徴
とする請求項38に記載のイオン投射リソグラフイ装置。
39. An ion projection lithographic apparatus according to claim 38, wherein said multipole means is arranged in a region substantially free of electric field and behind said second main lens.
【請求項40】前記多極手段はアーク状電極の16極の円
形アレイであることを特徴とする請求項38または39に記
載のイオン投射リソグラフイ装置。
40. An ion projection lithography apparatus according to claim 38 or 39, wherein said multipole means is a 16-pole circular array of arc-shaped electrodes.
【請求項41】ターゲット上に0.1ミクロン程度の大き
さの面を製造するためのリソグラフ方法において、 ターゲット界にリソグラフマスクの所望の特徴を作像す
ることができるイオン投射リソグラフイ装置を設け、該
装置が一組の調整可能なパラメータを有し、 計測面のアレイを有する計測マスクを使用し、経験に基
づいてターゲット界を横切る各パラメータの作用を決定
する一方、他のパラメータが一組のクサビ関数を提供す
るように一定に保持され、 前記ターゲット界を横切って計測測定に基礎を置く直線
最適化により前記装置のパラメータを設定し、前記露光
を周期的に遮断し、前記リソグラフマスクを前記ターゲ
ット界を横切って計測面のアレイを画成する計測マスク
に置換し、 前記測定から一組の誤差値を決定し、そして直線最適化
により、前記クサビ関数を基礎にして前記誤差値を減じ
るように前記組のパラメータに対する調整を決定し、前
記調整を行い、そしてターゲットの前記露光を再び開始
することを特徴とするリソグラフイ方法。
41. A lithographic method for producing a surface having a size of about 0.1 micron on a target, wherein an ion projection lithographic apparatus capable of forming desired features of a lithographic mask on a target field is provided. The instrument has a set of adjustable parameters and uses a metrology mask with an array of metrology planes to empirically determine the effect of each parameter across the target field, while the other parameters are set to a set of wedges. Set constant to provide a function, setting parameters of the device by linear optimization across the target field, which is based on metrology measurements, periodically interrupts the exposure, the lithographic mask to the target Substituting a metrology mask defining an array of metrology planes across the field, determining a set of error values from the measurements, and A lithographic method, characterized in that the optimization determines an adjustment to the set of parameters to reduce the error value on the basis of the wedge function, makes the adjustment, and restarts the exposure of the target. .
【請求項42】前記計測マスクは前記ターゲットに先行
して対応する対の計測イオンビームレットを発生するた
めに直交スリット対のアレイを画成しそしてターゲット
界を横切る各パラメータの作用を経験に基づいて決定す
る一方、他のパラメータが一定に保持される工程は幅を
測定しかつ前記ターゲットでの前記ビームレットの重心
位置を決定することを特徴とする請求項41に記載のイオ
ン投射リソグラフイ方法。
42. The metrology mask defines an array of orthogonal slit pairs to generate corresponding pairs of metrology ion beamlets prior to the target and is empirically based on the action of each parameter across the target field. Ion projection lithography method according to claim 41, characterized in that the other parameters are held constant while the width is measured and the center of gravity of the beamlet at the target is determined. .
【請求項43】1組の調整可能なパラメータを有し、
X、Y方向ステージに取り付けられたターゲット上にリ
ソグラフマスクの画像を投射するようにされ、前記X、
Y方向ステージが多数の露光位置を横切って割り出しす
るようにされているイオンビーム投射リソグラフイ装置
において、 前記リソグラフマスクに代えられるようにされた計測マ
スク、前記X、Y方向ステージに取り付けられた精密計
測ステージ、 イオンビーム界を横切って割り出するようにされる一方
前記計測マスクが前記イオンビーム界を横切って分配さ
れる点において検知されたぼけおよび幾何学的ひずみに
基づいて誤差値を決定することができる前記計測ステー
ジに取り付けられた検知器を有し、 前記誤差値は、直線最適化により、前記装置のぼけおよ
び幾何学系ひずみを減じるように前記組のパラメータに
対する補正を行うために有用であることを特徴とするイ
オンビーム投射リソグラフイ装置。
43. Having a set of adjustable parameters,
An image of the lithographic mask is projected onto a target mounted on the stage in the X and Y directions.
In an ion beam projection lithographic apparatus in which a Y-direction stage is arranged to index across a large number of exposure positions, a measurement mask adapted to replace the lithographic mask, and a precision attached to the X- and Y-direction stages. Measuring stage, determining an error value based on the sensed blur and geometric distortion at the point where the metrology mask is adapted to index across the ion beam field while the metrology mask is distributed across the ion beam field. With a detector attached to the measurement stage, the error value being useful for performing a correction to the set of parameters by linear optimization to reduce blur and geometric distortion of the device. An ion beam projection lithographic apparatus characterized in that
【請求項44】前記計測マスクはターゲットに先行する
対応対の計測イオンビームレットを発生するための直交
スリット対のアレイを画成しかつ精密計測ステージに取
りつけられた検知器が幅を測定しかつ該検知器でのビー
ムレットの重心位置を決定するようにしたことを特徴と
する請求項43に記載のイオン投射リソグラフイ装置。
44. The metrology mask defines an array of orthogonal slit pairs for generating a corresponding pair of metrology ion beamlets preceding the target and a detector mounted on the precision metrology stage measures the width and 44. The ion projection lithography apparatus according to claim 43, wherein the position of the center of gravity of the beamlet at the detector is determined.
【請求項45】前記検知器は直交対の1つのビームレッ
トのみが1度に対応するスリットに当たるような方法に
おいて計測ビームレットを遮断するように配置された1
対の直交スリットに関連づけられることを特徴とする請
求項43に記載のイオン投射リソグラフイ装置。
45. The detector is arranged to block the measurement beamlet in such a way that only one beamlet of an orthogonal pair hits the corresponding slit at one time.
44. The ion projection lithographic apparatus according to claim 43, which is associated with a pair of orthogonal slits.
【請求項46】イオンビームを供給する手段、 所望のビームパターンを発生するための開口を有するイ
オンビームの通路内にあるマスク、 前記マスクの後ろに配置された光学コラム、 前記イオンビームの通路に沿って配置された第1および
第2主レンズによって画成される前記光学コラム、 前記画像を受光するターゲットを支持するための前記第
2主レンズの後ろのターゲットステーションからなり、 前記マスクは、所望の画像ビームを画成するためのマス
ク構造に加えて、基準ビームを画成する1組の基準マー
クを有し、 前記ターゲットステーションは、ウエーハ上の所望の位
置と整列して画像ビーム持ち来すようにアライメント制
御信号を発生させるために、前記基準ビームに前記光学
コラムにより作像される対応する基準マークを備え、 前記画像ビームから遮断された偏向手段はターゲットス
テーションで前記それぞれの基準マークを横切って前記
基準ビームを繰り返して走査すべく設けられたことを特
徴とするイオン投射リソグラフイ装置。
46. A means for supplying an ion beam, a mask in an ion beam passage having an opening for generating a desired beam pattern, an optical column arranged behind the mask, and an ion beam passage. An optical column defined by first and second main lenses disposed alongside, a target station behind the second main lens for supporting a target receiving the image, the mask being desired In addition to a mask structure for defining the image beam of the target beam, the target station brings the image beam in alignment with a desired position on the wafer. A reference mark imaged by the optical column on the reference beam to generate an alignment control signal. For example, it has been deflected means interruption from the image beam ion projection lithographic apparatus, characterized in that provided in order to repeatedly scanning said reference beam across a reference mark of each of the target station.
【請求項47】前記偏向手段が各基準ビームに関連づけ
られることを特徴とする請求項46に記載のイオン投射リ
ソグラフイ装置。
47. An ion projection lithography apparatus according to claim 46, wherein said deflecting means is associated with each reference beam.
【請求項48】前記偏向手段は静電偏向器からなりそし
て前記画像ビームは管状シールドを通過する一方、基準
ビームが前記シールドの外部を通過し、前記シールドが
前記偏向器の電界から画像ビームを保護することを特徴
とする請求項47に記載のイオン投射リソグラフイー装
置。
48. The deflecting means comprises an electrostatic deflector and the image beam passes through a tubular shield while the reference beam passes outside the shield and the shield directs the image beam from the electric field of the deflector. 48. The ion projection lithographic apparatus according to claim 47, which is protected.
【請求項49】前記第1主レンズは前記光学コラム内に
クロスオーバーを形成するように配置された加速アイン
ツエルレンズであり、 前記第2主レンズは前記クロスオーバーの後ろに位置決
めされておりかつ前記マスクの縮小された画像を投射す
るように配置したギャップレンズであることを特徴とす
る請求項46ないし48のいずれか1項に記載のイオン投射
リソグラフイ装置。
49. The first main lens is an acceleration Einzel lens arranged to form a crossover in the optical column, and the second main lens is positioned behind the crossover and 49. The ion projection lithographic apparatus according to claim 46, which is a gap lens arranged to project a reduced image of the mask.
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