KR102023056B1 - 하전 입자 리소그래피 시스템 및 빔 생성기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하전 입자 리소그래피 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 빔 생성기와 하전 입자 빔으로부터 복수의 빔렛들을 형성하기 위한 애퍼처 어레이, 및 빔렛들을 타겟의 표면 상으로 투영하기 위한 빔렛 프로젝터를 포함하는 빔렛 생성기를 구비한다. 하전 입자 빔 생성기는 발산하는 하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 소스(3), 시준기 시스템(5a, 5b, 5c), 하나 이상의 펌프들(220), 고전압 차폐 장치 내부의 고전압들로부터 고전압 차폐 장치 외부에 있는 컴포넌트들을 차폐시키기 위한 고전압 차폐 장치(201) 및 열을 제거하기 위한 냉각 장치(203)를 포함한다. 하나 이상의 펌프들이 고전압 차폐 장치와 냉각 장치 사이에 위치된다.

Description

하전 입자 리소그래피 시스템 및 빔 생성기{CHARGED PARTICLE LITHOGRAPHY SYSTEM AND BEAM GENERATOR}
본 발명은 하전 입자 빔 생성기에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 하전 입자 빔 리소그래피 시스템에 관한 것이다.
반도체 산업에서, 높은 정확성 및 신뢰성을 갖는 보다 작은 구조들을 제조하기 위한 항상 증가하는 욕구가 존재한다. 리소그래피는 그런 제조 프로세스의 중요 부분이다. 현재, 가장 상업적인 리소그래피 시스템들은, 상부에 레지스트 코팅이 된 웨이퍼와 같은 타겟을 노출시키기 위한 패턴 데이터를 재현하기 위한 수단으로서 광 빔 및 마스크를 사용한다. 무마스크(maskless) 리소그래피 시스템에서, 하전 입자 빔렛(beamlet)들은 그런 타겟 상에 패턴을 전사하기 위해 사용될 수 있다. 빔렛들은 원하는 패턴을 얻기 위하여 개별적으로 제어 가능할 수 있다.
그러나, 그런 하전 입자 리소그래피 시스템들이 상업적으로 실행되도록 하기 위해, 상기 하전 입자 리소그래피 시스템들은 최소한 특정 처리량을 다룰 필요가 있는데, 즉 시간당 처리되는 웨이퍼의 개수는, 광학 리소그래피 시스템으로 현재 처리되는 시간당 웨이퍼들의 개수를 훨씬 밑돌지 않도록 해야한다. 게다가, 하전 입자 리소그래피 시스템들은 낮은 에러 마진들을 충족시킬 필요가 있다. 낮은 에러 마진들을 충족시키기 위한 요건과 결합하여 비교적 높은 처리량의 조합은 난제이다.
보다 높은 처리량은 보다 많은 빔렛들을 사용함으로써 얻어짐에 따라, 더 많은 전류를 사용하게 된다. 그러나, 보다 많은 수의 빔렛들을 다루는 것은 보다 많은 제어 회로소자를 필요로 하게 된다. 게다가, 전류의 증가는 리소그래피 시스템에서 컴포넌트들과 상호 작용하는 보다 많은 하전 입자들을 초래한다. 회로소자 그리고 하전 입자들의 컴포넌트들로의 충돌은 둘 모두 리소그래피 시스템 내의 각각의 컴포넌트들을 가열시킬 수 있다. 그런 가열은 리소그래피 시스템에서의 패터닝 프로세스의 정확성을 감소시킬 수 있다. 최악의 경우의 시나리오에서, 그런 가열은 리소그래피 시스템 내의 하나 이상의 컴포넌트들이 기능하지 않게 할 수 있다.
게다가, 많은 수의 빔렛들의 사용은, 빔렛들 사이의 상호 작용, 예를 들어 쿨롱 상호작용들로 인한 수용 불가능한 부정확성의 위험을 증가시킨다. 그런 위험은 소스와 타겟 사이의 경로를 단축함으로써 감소될 수 있다. 이 경로 단축은 하전 입자 경로를 따라서 보다 강한 전기장들을 사용함으로써 달성될 수 있고, 이는 하전 입자 리소그래피 시스템에서 특정 전극들에 보다 높은 전압들을 인가한 결과일 수 있다. 높은 전압의 사용은 리소그래피 시스템 내의 컴포넌트들이 우연히 하전되는 위험을 유도하고, 이런 하전은 시스템의 신뢰성을 위험하게 한다.
마지막으로, 리소그래피 시스템에서 빔렛들의 수를 증가시킴으로써 야기될 수 있는 전류의 증가는, 전자 광학 컬럼(electron optical column)에서의 압력과 관련한 요구사항들(demands)을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 목적은, 압력 및 고 전압 관리와 관련하여 개선된 성능을 갖는 많은 수의 빔렛들을 갖춘 하전 입자 멀티-빔렛 리소그래피 시스템을 제공하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 본 발명은, 본 명세서에서 설명되며 첨부된 청구항들에서 청구되는 하전 입자 리소그래피 시스템 및 하전 입자 빔 발생기를 제공한다.
본 발명의 원리가 다양한 방식들로 실행되게 설정될 수 있다는 것이 명백할 것이다.
본 발명의 다양한 양상들이 도면들에 도시된 실시예들을 참조로 추가로 설명될 것이다.
도 1은, 하전 입자 멀티-빔렛 리소그래피 시스템의 실시예에 대한 단순화된 개략도이다;
도 2a 및 도 2b는, 메인(main) 진공 챔버에서의 투영 컬럼(projection column)의 특정 컴포넌트들을 도시하는 단순화된 도면들이다;
도 3은, 중간(intermediate) 진공 챔버를 갖춘 하전 입자 리소그래피 시스템의 또 다른 실시예를 예시한다;
도 4는, 하전 입자 빔 발생기를 개략적으로 도시한다;
도 5는, 빔 발생기의 개요를 개략적으로 도시한다;
도 6은, 도 5의 빔 발생기를 도시하며, 이 안에는 자기 차폐 장치(magnetic shielding arrangement)가 제공된다;
도 7은, 진공 챔버 분리 상태의, 도 6의 빔 발생기를 도시한다;
도 8은, 또 다른 방식의 진공 챔버 분리 상태의, 도 6의 빔 발생기를 도시한다;
도 9는, 자기 차폐 장치와 함께, 소스 챔버 및 시준기(collimator)의 기본 레이아웃을 도시한다;
도 10은, 시준기 시스템의 실시예에 대한 단면도를 도시한다;
도 11은, 도 10의 시준기에 대한 입단면도(elevated cross-sectional view)를 도시한다;
도 12는, 냉각 장치 내의 공동(cavity)과 스프링 엘리먼트들 사이에서 가능한 접속에 대한 상단면도(cross-sectional top view)를 도시한다;
도 13은, 시준기 시스템의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다;
도 14는, 시준기 시스템의 또 다른 실시형태의 단면도를 도시한다;
단지 예로서 제공되며 또한 도면들을 참조하는 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 설명이 후속된다.
도 1은 하전 입자 리소그래피 장치(1)의 실시예에 대한 간략한 개략도를 도시한다. 그러한 리소그래피 시스템들은 예를 들어 미국 특허들 제 6,897,458호, 제 6,958,804호, 제 7,019,908호, 제 7,084,414호 및 제 7,129,502호, 미국 특허 출원 공개 제 2007/0064213호, 및 공동 계류 중인 미국 특허 출원들 제 61/031,573호, 제 61/031,594호, 제 61/045,243호, 제 61/055,839호, 제 61/058,596호 및 제 61/101,682호에 설명되어 있는데, 위의 문헌들 모두는 본 발명의 소유자에게 양도되었으며, 그로 인해서 그 전체 내용이 인용에 의해서 모두 통합된다.
도 1에서 도시된 실시예에서, 리소그래피 장치(1)는 복수의 빔렛들을 생성하기 위한 빔렛 생성기(2), 변조된 빔렛들을 형성하기 위해 빔렛들을 패터닝하기 위한 빔렛 변조기(8), 및 타겟(13)의 표면에 변조된 빔렛들을 투영하기 위한 빔렛 프로젝터를 포함한다. 빔렛 생성기(2)는 통상적으로 하전 입자 빔(4)을 생성하기 위한 소스(3)를 포함한다. 도 1에서, 소스(3)는 실질적으로 동종의 확장하는 하전 입자 빔(4)을 생성한다. 그 후, 본 발명의 실시예들은 전자 빔 리소그래피 시스템을 참조하여 논의될 것이다. 그러므로, 소스(3)는 전자 소스(3)로서 지칭될 수 있고, 빔(4)은 전자 빔(4)으로서 지칭될 수 있다. 도 1에서 도시된 바와 같은 유사한 시스템들은 예를 들어 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스를 이용함으로써 상이한 타입의 방사선이 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 1에서 도시된 실시예에서, 빔렛 생성기(2)는 추가로 전자 소스(3)에 의해 생성된 전자 빔(4)을 시준하기 위한 시준기 렌즈(5) 및 복수의 빔렛들(7)을 형성하기 위한 애퍼처 어레이(6)를 포함한다. 시준기 렌즈(5)는 임의의 타입의 시준 광학 시스템일 수 있다. 시준 이전에, 전자 빔(4)은 이중 팔중극(double octopole)(도시되지 않음)을 통과한다. 바람직하게는, 애퍼처 어레이(6)는 복수의 관통 홀들이 제공된 플레이트를 포함한다. 애퍼처 어레이(6)는 전자 빔(4)의 일부를 차단하는 반면에, 전자 빔(4)의 일부는 홀들을 통해 애퍼처 어레이(6)를 통과하여 복수의 전자 빔렛들(7)을 생성한다. 시스템은 매우 다수의 빔렛들(122), 바람직하게는 약 10,000 내지 1,000,000개의 빔렛들을 생성한다.
도 1의 실시예에서의 빔렛 변조기 또는 변조 시스템(8)은 빔렛 블랭커 어레이(9) 및 빔렛 정지 어레이(10)를 포함한다. 빔렛 블랭커 어레이(9)는 전자 빔렛들(7) 중 하나 이상의 것을 편향하기 위한 복수의 블랭커들을 포함한다. 편향 및 비-편향된 전자 빔렛들(7)은 복수의 애퍼처들을 갖는 빔렛 정지 어레이(10)에 도달한다. 빔렛 블랭커 어레이(9) 및 빔렛 정지 어레이(10)는 빔렛들(7)을 차단하거나 통과시키도록 함께 동작한다. 일반적으로, 빔렛 블랭커 어레이(9)가 빔렛(7)을 편향시키는 경우, 빔렛(7)은 빔렛 정지 어레이(10)의 대응하는 애퍼처를 통과하는 것이 아니라, 차단될 것이다. 그러나, 빔렛 블랭커 어레이(9)가 빔렛(7)을 편향시키지 않는 경우, 빔렛(7)은 빔렛 정지 어레이(10)의 대응하는 애퍼처를 통과할 것이다. 대안적으로, 빔렛들(7)이 빔렛 블랭커 어레이(9)의 대응하는 블랭커들에 의해 편향될 경우에는 빔렛 정지 어레이(10)를 통과할 것이고, 그 빔렛들(7)은 편향되지 않는 경우에는 빔렛 정지 어레이(10)에 의해 차단될 것이다. 빔렛 블랭커 어레이(9)의 평면 내에 빔렛들(7)을 포커싱하기 위해, 리소그래피 시스템(1)은 콘덴서 렌즈 어레이(20)를 더 포함할 수 있다.
빔렛 변조기(8)는 제어 유닛(60)에 의해 제공되는 패턴 데이터 입력에 기초하여 빔렛들(7)에 패턴을 제공하도록 배열된다. 제어 유닛(60)은 데이터 저장 유닛(61), 판독 유닛(62) 및 데이터 변환 유닛(63)을 포함한다. 제어 유닛(60)은 나머지 시스템으로부터 멀리 떨어지게, 예를 들어, 청정실 외부에 위치될 수 있다. 패턴 데이터는 광섬유들(64)을 통해 전달될 수 있다. 광섬유들(64)의 광 전송단들은 하나 이상의 섬유 어레이들(15)에서 어셈블리될 수 있다. 패턴 데이터를 전달하는 광 빔들(14)은 이어서 빔렛 블랭커 어레이(9) 상에 제공되는 대응하는 광 수신 엘리먼트, 이를 테면 포토다이오드들로 투영된다. 이러한 투영은 도 1에서, 투영 렌즈들(65)에 의해 개략적으로 표현되는 투영 시스템을 통해 또는 직접적으로 행해질 수 있다. 투영 렌즈들(65)과 같이 이러한 투영 시스템들 내의 하나 이상의 엘리먼트들은, 포지셔닝 디바이스(17)를 통해 제어 유닛(60)의 제어 하에서 이동 가능하게 될 수 있어서, 빔렛 블랭커 어레이(9) 내의 대응하는 광 감지 엘리먼트들로, 데이터를 전달하는 광 빔들(14)을 적절히 정렬하고 그리고/또는 포커싱하는 것이 가능하다.
광 감지 엘리먼트들은 하나 이상의 블랭커들에 커플링되고 상이한 타입의 신호, 예를 들어, 광 신호를 전기 신호로 변환하도록 배열된다. 패턴 데이터를 전달하는 광 빔(14)은 빔렛 블랭커 어레이(9) 내의 하나 이상의 블랭커들에 대한 데이터를 전달할 수 있다. 패턴 데이터는 따라서, 패턴 데이터를 전달하는 광 빔들을 통해 블랭커들로 송신되고, 블랭커들이 거기를 관통하는 하전 입자 빔렛들(7)을 패턴에 따라 변조할 수 있게 한다.
빔렛 변조기(8)로부터 나오는 변조된 빔렛들은 빔렛 프로젝터에 의해 타겟(13)의 타겟 표면 상에 투영된다. 빔렛 프로젝터는 타겟 표면에 변조된 빔렛들을 스캐닝하기 위한 빔렛 편향기 어레이(11) 및 타겟 표면에 변조된 빔렛들을 포커싱하기 위한 투영 렌즈들의 하나 이상의 어레이들을 포함하는 투영 렌즈 어레인지먼트(12)를 포함한다. 타겟(13)은 일반적으로 제어 유닛(60)과 같은 제어 유닛에 의해 이동이 제어될 수 있는 이동 가능한 스테이지(24) 상에 포지셔닝된다.
리소그래피 애플리케이션들에서, 타겟은 보통 하전-입자 감지 층 또는 레지스트 층이 제공되는 웨이퍼를 포함한다. 레지스트 막의 부분들은 하전 입자들, 즉 전자들의 빔렛들의 조사에 의해 화학적으로 변형될 것이다. 그 결과, 막의 조사된 부분은 현상기에서 더 많이 또는 더 적게 용해 가능하게 될 것이며, 이는 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 발생시킨다. 후속적으로, 웨이퍼 상의 레지스트 패턴은 아래 놓이는 층에, 즉 반도체 제조의 분야에서 알려진 바와 같이 구현, 에칭 및/또는 증착 단계들에 의해 전사될 수 있다. 명백히, 조사가 균일하지 않은 경우, 레지스트는 균일한 방식으로 현상되지 않을 것이며, 이는 패턴의 오류들을 야기한다. 고-품질 투영은 이에 따라 재현 가능한 결과들을 제공하는 리소그래피 시스템을 획득하는 것에 관련된다.
편향기 어레이(11) 및 투영 렌즈 어레인지먼트(12)는 단일 단부 모듈에 통합될 수 있다. 이러한 단부 모듈은 바람직하게는, 삽입 가능하고 교체 가능한 유닛으로 구성된다. 삽입 가능하고 교체 가능한 유닛은 또한 빔렛 정지 어레이(10)를 포함할 수 있다.
편향기 어레이(11)는 빔렛 정지 어레이(10)를 관통하는 각각의 빔렛(7)을 편향시키도록 배열되는 스캐닝 편향기 어레이의 형태를 취할 수 있다. 편향기 어레이(11)는 비교적 작은 구동 전압들의 인가를 가능하게 하는 복수의 정전 편향기들을 포함할 수 있다. 편향기 어레이(11)가 투영 렌즈 어레인지먼트(12)의 위쪽에 있는 것으로 도시되었지만, 편향기 어레이(11)는 또한 투영 렌즈 어레인지먼트(12)와 타겟 표면(13) 사이에 포지셔닝될 수 있다.
투영 렌즈 어레인지먼트(12)는 이에 따라 편향기 어레이(11)에 의한 편향 이전 또는 이후에 빔렛들(7)을 포커싱하도록 배열될 수 있다. 바람직하게는, 포커싱은 직경이 약 10 내지 30 나노미터의 기하학적 스팟 크기를 발생시킨다. 이러한 바람직한 실시예에서, 투영 렌즈 어레인지먼트(12)는 바람직하게는, 100 내지 500 배, 보다 바람직하게는 가능한 많이, 예를 들어, 300 내지 500배 범위의 축소(demagnification)를 제공하도록 배열된다. 이 바람직한 실시예에서, 투영 렌즈 어레인지먼트(12)는 유리하게는 타겟 표면(13)에 근접하게 위치될 수 있다.
하전 입자 리소그래피 장치(1)는 진공 환경에서 동작한다. 입자들을 제거하기 위해 진공이 요구되는데, 이러한 입자들은 하전 입자 빔들에 의해 이온화될 수 있고 소스로 끌어당겨질(attracted) 수 있고, 해리될(dissociate) 수 있고 머신 컴포넌트들 상에 증착될 수 있으며, 하전 입자 빔들을 확산시킬 수 있다. 전형적으로, 적어도 10-6 bar의 진공이 요구된다. 바람직하게는, 리소그래피 장치(1)의 주요 엘리먼트들 모두는 공통 진공 챔버 내에 하우징되며, 이러한 공통 진공 챔버는 하전 입자 소스(3)를 포함하는 빔렛 발생기(2), 빔렛 변조기(8), 빔렛 프로젝터 시스템, 및 이동가능 스테이지(24)를 포함한다. 이러한 주요 엘리먼트들은 또한, 전자-광학 컬럼(electron-optical column)으로서 또는 단순히 컬럼으로서 지칭되며, 그리고 도 1의 대시 박스(dashed box)(18)에 의해 개략적으로 표현된다.
일 실시예에서, 하전 입자 소스 환경은 10-10 mbar까지의 상당히 더 높은 진공으로 차별적으로 펌핑된다. 이러한 실시예에서, 소스(3)는 개별적인 챔버, 즉 소스 챔버 내에 위치될 수 있다. 소스 챔버 내의 압력 레벨을 펌핑 다운시키는 것은 다음의 방식으로 수행될 수 있다. 먼저, 진공 챔버 및 소스 챔버가 진공 챔버의 레벨로 펌핑 다운된다. 그런 다음, 바람직하게는 당업자에 의해 알려진 방식으로 화학적 게터(chemical getter)에 의해, 요구되는 더 낮은 압력으로 소스 챔버가 부가적으로 펌핑된다. 재생적이고, 화학적이며 그리고 소위 패시브 펌프(passive pump)와 같은 게터를 이용함으로써, 이러한 목적을 위해 진공 터보 펌프를 필요로 하지 않으면서, 소스 챔버 내의 압력 레벨은 진공 챔버 내의 압력 레벨 보다 더 낮은 레벨로 될 수 있다. 게터의 이용은, 이러한 목적을 위해 진공 터보 펌프 또는 그와 유사한 것이 이용되는 경우에서 그러한 것처럼, 진공 챔버의 내측 또는 바로 인접하는 바깥쪽 주변이 음향적 및/또는 기계적 진동들을 받게 되는 것을 피한다.
도 2a 및 2b는 메인 진공 챔버 내의 투영 컬럼의 특정 컴포넌트들을 나타내는 단순화된 다이어그램들이다. 도 2a는 시스템 내에서의 바람직한 동작 진공 압력을 나타내는데, 메인 챔버는 약 2×10-6 mbar, 중간 챔버는 약 4×10-9 mbar, 그리고 소스 챔버는 약 10-9 mbar 이다. 도 2b는 시스템 내에서의 탄화수소 오염물질들의 전형적인 결과적인 부분압의 계산을 나타내는데, 메인 챔버 내에서의 탄화수소 부분압은 약 7×10-8 mbar, 중간 챔버 내에서는 약 10-10 mbar, 그리고 소스 챔버 내에서는 약 10-11 mbar 이다.
도 2a 및 2b에 나타낸 실시예에서, 소스(3)는 개별적인 소스 챔버(102) 내에 위치되며, 그리고 이러한 실시예에서, 시준기(72), 및 제1 애퍼처 어레이 엘리먼트(AA)로부터 멀티-애퍼처 어레이(MAA)까지의 애퍼처 어레이 엘리먼트들이 중간 챔버(103) 내에 위치된다. 대안적인 실시예는 또한, 중간 챔버(103) 내에 빔렛 블랭커 어레이 엘리먼트를 포함하며, 이에 따라 블랭커 어레이 엘리먼트의 훨씬 더 작은 애퍼처들이 중간 챔버와 메인 챔버 사이에 개구를 형성한다. 다른 실시예에서, 제1 애퍼처 어레이 엘리먼트(AA)는 중간 챔버와 메인 챔버 사이에 개구를 형성하며, 나머지 애퍼처 어레이 엘리먼트들은 메인 챔버 내에 위치된다.
도 3은 중간 진공 챔버를 가진 하전 입자 리소그래피 시스템의 다른 실시예를 나타낸다. 리소그래피 시스템은 메인 진공 챔버(101)로 둘러싸여 있다. 리소그래피 시스템은 진공 환경에서 동작한다. 하전 입자 빔들에 의해 이온화되어 소스로 끌리게 될 수 있고, 해리하여 리소그래피 시스템의 컴포넌트들 상에 증착될 수 있고, 하전 입자 빔들을 분산시킬 수 있는 입자들을 제거하기 위해 진공이 요구된다. 약 2×10-6mbar의 진공이 선호된다. 진공 환경을 유지하기 위해, 하전 입자 리소그래피 시스템은 메인 진공 챔버(101)에 로케이팅된다. 도 3은 단순화된 도면이며, 통상적으로 메인 진공 챔버에 로케이팅되는 리소그래피 시스템의 많은 컴포넌트들, 예를 들어 쇼트 스트로크 및 롱 스트로크 웨이퍼 스테이지들 등은 도시되지 않는다는 점에 유의한다.
하전 입자 소스(3)는 소스 진공 챔버(102)에 로케이팅되어, 이는 결국 메인 진공 챔버(101)에 로케이팅된다. 이는 소스 챔버(102) 내의 환경이 메인 챔버(101)보다 상당히 더 높은 진공으로, 예를 들어 10-10mbar까지로 차동적으로 펌핑될 수 있게 한다. 도 3에는 단일 소스(3)만이 도시되지만, 소스 챔버(102)는 하나보다 더 많은 소스를 수용할 수 있다. 소스 챔버(102) 내의 고진공은 소스(3)의 수명을 촉진시킬 수 있고, 하전 입자 빔과 간섭하는 소스 챔버 내 가스들의 영향들을 감소시키며, 어떤 타입들의 소스에 대해서는 심지어 이들의 기능을 위해 요구될 수도 있다. 소스는 일반적으로 전자 소스이다. 열 디스펜서 타입의 소스가 사용될 수도 있다.
소스 챔버 내의 고진공은 소스 챔버 내에서 더 적은 자유 분자들이 순환하는 결과를 야기한다. 소스 챔버에서 자유 분자들을 제한하는 것은 메인 챔버로부터의 오염 물질들을 제한하는데, 예컨대 노출되어 있는 레지스트 코팅된 웨이퍼로부터 수증기 및 탈기된 탄화수소들이 제한될 수 있으며, 소스 챔버 내의 컴포넌트들로의 전자 빔 유도 증착(EBID: electron beam induced deposition)을 감소시킨다.
도 3의 시스템은 또한 메인 챔버(101)에 로케이팅된 중간 챔버(103)를 포함한다. 이 실시예에서, 중간 챔버는 (예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 하나 이상의 시준기 렌즈들(5a, 5b, 5c) 또는 단일 시준기 전극일 수 있는) 시준기 시스템(5) 및 제1 조리개 어레이 엘리먼트(6)를 수용한다. 도 2a에 도시된 실시예에서와 같이, 추가 조리개 어레이 엘리먼트들이 중간 챔버에 포함될 수도 있다.
소스 챔버와 중간 챔버는 챔버를 소스를 위한 상단 부분 그리고 중간 챔버를 포함하는 하단 부분으로 나누는 벽을 갖는 단일 진공 챔버로서 구성될 수도 있다. 소스(3)에서부터 제1 조리개 어레이(6)까지의 거리에 대한 일반적인 치수들은 약 300㎜이다.
중간 챔버(103)의 환경은, 메인 챔버와 소스 챔버의 진공 레벨 사이의 중간 압력으로 별개로 펌핑된다. 예를 들어, 시스템은, 약 2 x 10-6 mbar인 메인 챔버, 약 4 x 10-9 mbar인 중간 챔버, 및 약 10-9 mbar인 소스 챔버로 동작될 수 있다. 소스 챔버와 유사하게, 이러한 높은 진공은, 더 적은 자유 분자들이 중간 챔버 내에서 순환하도록 하여, 수증기 및 탈기된 탄화수소들과 같은 메인 챔버로부터의 오염물들을 제한하고, 중간 챔버의 컴포넌트들 상의 EBID를 감소시킨다.
하전 입자 빔(4)의, 중간 챔버(103) 및 메인 챔버(101)로의 투과를 허용하기 위해, 소스 챔버(102)에는 소스 챔버(102)의 벽에 개구(105)가 제공된다. 필요하다면, 즉, 소스 챔버 내의 압력 레벨이 진공 챔버의 압력 레벨보다 훨씬 더 낮은 압력 레벨로 유지될 필요가 있다면, 소스 챔버에는 개구(105)를 폐쇄하기 위한 밸브(106)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 서비스를 위해 진공 챔버가 개방된다면, 예를 들어, 밸브(106)는 폐쇄될 수 있다. 이러한 경우, 소스 챔버 내에 높은 진공 레벨이 유지되고, 이것은, 리소그래피 장치의 다운타임을 개선시킬 수 있다. 소스 챔버 내의 압력 레벨이 충분할 때까지 대기하는 것 대신에, 이제 오직 진공 챔버가 원하는 압력 레벨(소스 챔버에서 요구되는 레벨보다 더 높은 레벨)까지 펌핑 다운되면 된다. 밸브(106)는, 피에조일렉트릭 엑츄에이터, 예를 들어, Physikinstrumente 모델 N-214 또는 N-215 NEXLINE®을 포함할 수 있는 엑츄에이션 유닛(106a)에 의해 제어된다.
하전 입자 빔(4)을 전달시키기 위한 소스 챔버(102)의 개구(105)는 큰 빔을 방출하도록 비교적 클 필요가 있다. 이 개구의 크기는, 26mm x 26mm 리소그래피 시스템 컬럼에 대해 요구되는 라운드 빔의 상당 부분에 이르고, 이러한 큰 개구는 메인 챔버(101)로부터 소스 챔버(102)까지의 큰 압력 강하, 즉, 소스 챔버의 10-9 mbar로부터 메인 챔버의 2 x 10-6 mbar까지의 압력 차를 유지하기에는 너무 크다. 중간 진공 챔버(103)는, 이러한 큰 압력 차가 유지될 수 있게 하는 중간 압력 환경을 생성한다.
중간 챔버는, 하전 입자 빔을 허용하기 위한, 소스 챔버 개구(105)에 대응하는 개구(107), 및 하전 입자 빔렛들의 메인 챔버로의 투과를 허용하는, 중간 챔버와 메인 챔버 사이의 개구(108)를 갖는다. 필요하다면, 예를 들어, 서비스를 위해 메인 진공 챔버가 개방된다면, 개구(108)를 폐쇄하기 위한 밸브(109)가 제공될 수 있다. 중간(및 소스) 챔버 내에서 높은 진공 레벨이 유지될 수 있고, 이것은 펌핑 다운 시간을 단축시킴으로써 리소그래피 장치의 다운타임을 개선시킬 수 있는데, 이는, 오직 메인 진공 챔버가 원하는 압력 레벨(중간 및 소스 챔버들에서 요구되는 레벨보다 더 높은 레벨)까지 펌핑 다운되면 되기 때문이다. 밸브(109)는, 피에조일렉트릭 엑츄에이터를 포함할 수 있는 엑츄에이션 유닛(109a)에 의해 제어된다.
중간 챔버(103)는, 중간 챔버와 메인 챔버 사이의 개구(108)가 제1 애퍼쳐 어레이 엘리먼트에 의해 형성되도록 구성될 수 있다. 이것은, 중간 챔버의 벽의 일부를 제1 애퍼쳐 어레이 엘리먼트(6)에 꼭 들어맞도록 형성함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 제1 애퍼쳐 어레이의 외측 에지를 수용하기 위해 중간 챔버 벽에 오목부(recess)가 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 개구(108)의 크기는 매우 감소되고, 개구의 영역은 제1 애퍼쳐 어레이의 복수의 매우 작은 애퍼쳐들을 포함한다. 개구(108)의 이러한 크게 감소된 크기는, 중간 챔버(102)와 메인 챔버(101) 사이에 훨씬 더 큰 차동 압력이 유지되도록 허용한다.
리소그래피 시스템은 유지 보수의 용이성을 허용하기 위해 모듈형 방식으로 설계되는 것이 바람직하다. 주요 서브시스템들은 바람직하게는 자체-포함되고 제거 가능한 모듈들로 구성되어, 그들은 다른 서브시스템들에 대해 가능한 한 방해가 적게 리소그래피 머신으로부터 제거될 수 있다. 이것은, 리소그래피 머신에 대한 액세스가 제한되는 진공 챔버에 리소그래피 머신이 밀폐되는 경우에 특히 이롭다. 따라서, 결함이 있는 서브시스템은 불필요하게 다른 시스템들로부터 분리되거나 다른 시스템들을 방해하지 않고 빠르게 제거 및 대체될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 이러한 모듈형 서브시스템들은 콘덴서 렌즈 어레이들(74), 다중-애퍼처 어레이(75), 빔렛 블랭커 어레이(9)를 포함하는 빔 스위칭 모듈, 및 빔 정지 어레이(10) 및 투사 렌즈 어레이들(12)을 포함하는 투사 광학 모듈을 포함할 수 있다. 모듈들은 정렬 프레임 안팎으로 슬라이딩하도록 설계된다. 각각의 모듈은 매우 많은 수의 전기 신호들 및/또는 광학 신호들, 및 그의 동작을 위한 전력을 요구한다. 진공 챔버 내부의 모듈들은, 챔버의 외부에 통상적으로 위치된 제어 시스템들로부터 이러한 신호들을 수신한다. 진공 챔버는, 케이블들 둘레의 진공 밀봉을 유지하면서, 제어 시스템들로부터의 신호들을 진공 하우징으로 운반하는 케이블들을 수용하기 위한 개구들 또는 포트들을 포함한다. 각각의 모듈은 바람직하게는 각각의 모듈에 전용화된 하나 이상의 포트들을 통해 라우팅되는 전기, 광학 및/또는 전력 케이블링 접속들의 그의 콜렉션을 갖는다. 이것은 다른 모듈들 중 임의의 모듈에 대한 케이블들을 방해하지 않고 특정 모듈에 대한 케이블들이 분리, 제거 및 대체되는 것을 가능하게 한다.
메인 진공 챔버(101)에는 아울렛 및 진공 펌핑 시스템(111)이 제공된다. 소스 챔버(102)에는 그 자신의 아울렛(112) 및 펌프(113)가 제공될 수 있고, 중간 챔버(103)에는 또한 아울렛(114) 및 펌프(115)가 제공될 수 있다. 메인 챔버 외부로 배기하는 펌프들(113 및 115)이 개략적으로 도시된다. 이것은 진동들이 리소그래피 시스템에 제공되는 것을 발생시킬 수 있다. 챔버들(102 및 103) 내의 진공 레벨이 정해지면, 이러한 챔버들 내의 분자들을 메인 챔버 외부로 배기하지 않고 붙잡아 두기 위해 화학 또는 게터 펌프가 사용될 수 있다. 극저온 펌프(cryogenic pump)는 또한 이러한 챔버들에 대해 사용될 수 있지만, 챔버들의 크기가 작아서 배제될 수 있다.
시스템 내의 압력 레벨을 펌핑 다운하는 것은 다음의 방식으로 수행될 수 있다. 먼저, 메인 챔버(101) 및 중간 챔버(103) 및 소스 챔버(102)는 메인 챔버(101)의 레벨로 펌핑 다운된다. 이것은 메인 진공 챔버(101)의 펌핑 시스템(111)에 의해 완전히 또는 주로 달성될 수 있다. 펌핑 시스템(111)은 메인 챔버에 대한 하나 이상의 전용화된 진공 펌프들을 가질 수 있거나, 하나 이상의 진공 펌프들은 몇몇의 별개의 리소그래피 시스템들에 대한 몇몇의 메인 진공 챔버들 사이에서 공유될 수 있다. 각각의 메인 챔버는 작은 진공 펌프를 갖고, 더 큰 진공 펌프를 공유할 수 있다. 메인 진공 챔버에서 진공을 실현하기 위해 하나보다 더 많은 펌프를 사용하는 능력은, 진공 동작의 신뢰성을 개선할 수 있는 진공 펌프 중복성을 생성한다. 진공 펌프가 오작동하면, 다른 진공 펌프가 그 기능을 넘겨받을 수 있다.
메인 진공 챔버의 진공은 터보 진공 펌프들에 의해 생성될 수 있고, 저온펌프 시스템이 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 저온펌프 차폐들(117)의 형태의 수증기 저온펌프는 메인 챔버의 진공을 형성하는데 도움을 주기 위해 메인 챔버에서 수증기를 붙잡아 두도록 메인 진공 챔버(101)에 포함될 수 있다. 이는 충분한 진공을 생성하는데 요구되는 진공 펌프들의 크기를 감소시키고 펌프 다운 시간을 감소시키고, 어떠한 이동 부분들도 이용하지 않아서, 다른 타입의 저온(<4K) 시스템들에 의해 통상적으로 야기되는 진동들을 도입하지 않는다. 바람직하게는, 진공 펌프(들)가 먼저 작동되고 나서 저온펌프 시스템의 작동이 이어진다. 저온펌프 시스템에 우선한 진공 펌프 시스템의 작동은 진공 펌핑 프로시저를 보다 효율적이 되게 할 수 있고, 효율을 추가로 강화하기 위해, 진공 펌프(들)는 특정한 기간, 예를 들어, 특정한 미리 결정된 임계 값 미만의 압력 값을 획득하는데 요구되는 시간 이후에 메인 진공 챔버로부터 격리될 수 있다. 진공 펌프(들)의 격리 이후에, 저온펌프 시스템이 진공의 생성을 완료하도록 계속 동작할 수 있다.
이어서, 중간 챔버 및 소스 챔버는 바람직하게는, 당업자에게 알려진 방식으로 화학적 게터(chemical getter)에 의해 원하는 더 낮은 압력까지 부가적으로 펌핑된다. 대표적인 화학물질 및 게터와 같은 이른바 패시브 펌프를 이용함으로써, 중간 챔버 및 소스 챔버 내의 압력 레벨은 진공 터보 펌프의 필요성 없이 메인 챔버의 압력 레벨보다 더 낮은 레벨이 될 수 있다. 게터의 이용은, 진공 터보 펌프가 이 목적을 위해 이용되는 경우에 그러했던 것처럼, 진공 챔버의 내부 또는 진공 챔버의 외부 바로 근처에 음향적 및/또는 기계적 진동들이 가해지는 것을 방지한다.
메인 챔버는 초기에 챔버 내부로 공기를 펌핑함으로써 펌핑 다운된다. 펌프 다운은 저온펌프 차폐를 이용하여 챔버 내에 남겨진 분자들을 가능한 많이 붙잡아둠으로써 또는 유사한 방식으로 지속된다. 이는, "붙잡아 놓은" 분자들이 메인 챔버에서 순환하게 하고 이들 분자들이 중간 챔버 및 소스 챔버에 진입하는 것을 방지하게 한다. 메인 챔버와 중간 챔버 간의 개구를 형성하기 위해 애퍼처 어레이들 중 하나의 애퍼처들을 이용하고, 그에 의해 개구의 크기를 감소시킴으로써, 메인 챔버 내의 (비교적 더 많은) 분자들이 중간 챔버에 진입할 기회가 또한 감소된다. 동일한 방식으로, 소스와 중간 챔버 간의 개구는 추가로 감소된 양의 분자들이 소스 챔버에 진입할 기회를 제한한다. 메인 챔버와 중간 챔버를 분리하기 위해 애퍼처 어레이의 이용은 챔버들 간에 상이한 더 높은 압력 차를 허용하고, 메인 챔버로부터 중간 챔버로 그리고 계속해서 소스 챔버로 이동하는 오염 분자들을 감소시킨다.
메인 챔버는 중간 및 소스 챔버들보다 훨씬 더 크고 탄화수소를 탈기시키는 소스, 물 및 다른 오염 분자들일 수 있는 다수의 컴포넌트들을 포함한다. 탄화수소를 탈기시키는 가장 집중적인 소스는 리소그래피 시스템에 의해 노출되는 레지스트-코팅된 웨이퍼로부터 비롯된다. 이들 탄화수소들은 하전 입자들과 상호작용하고 EBID(electron beam induced deposition) 증착들을 형성한다. 오염의 주도적인 성장은 통상적으로 애퍼처들 상에서 이루어지며, 오염은 EBID 프로세스들에 의해 성장된다. 전극들 상의 전류 밀도는 애퍼처들 상에서 훨씬 더 낮다.
중간 챔버는, 특히 애퍼처들의 에지들에서의 오염물들 및 EBID 성장으로 인한 애퍼처 열화를 제한함으로써 보조한다. 오염 문제, 즉 감소된 애퍼처 직경을 야기하는 애퍼처들에서의 EBID 성장이 애퍼처 어레이들보다 (탄화수소 탈기 소스에 더 근접한) 빔 정지에서 더 심각하지만, 탄화수소 부분압 및 EBID 성장의 효과는 또한, 웨이퍼로부터 더 멀리 위치된 애퍼처 어레이 상에서 현저하며, 애퍼처들의 세정을 필요로 할 수도 있다. 애퍼처 어레이 엘리먼트들 중 하나의 애퍼처들에 의해 형성된 메인 챔버(101)와 중간 챔버(103) 사이에 개구(108)를 가짐으로써, 큰 압력 차이가 소스 및 중간 챔버들 및 메인 챔버 사이에서 유지될 수 있다. 또한, 도 2b에 표시된 바와 같이, 중간 챔버 내의 탄화수소 부분압은, 매우 낮은 레벨로, 그리고 소스 챔버에서는 훨씬 더 낮은 레벨로 매우 현저하게 감소된다. 이러한 더 낮은 탄화수소 부분압은, 이들 챔버들에 위치된 애퍼처 어레이들 및 다른 컴포넌트들 상에서 EBID 성장을 매우 감소시킨다.
본 발명의 아이디어는, 하나의 설계로 2개의 양상들을 결합시켜서, 2개의 양상들 각각이 최소 규격, 즉 최대 압력을 충족시키게 하는 것이다. 이들 2개의 양상들은, 소스 챔버와 메인 챔버 사이에서 요구된 압력 차이를 유지하며, 특히, 이들 챔버들에서 탄화수소 부분압을 감소시키고 EBID 성장을 감소시킴으로써, 중간 및 소스 챔버들에서 오염물들의 발생을 감소시킨다. 중간 챔버의 사용으로, 탄화수소와 같은 오염물들로 인한 중간 및 소스 챔버들에서의 컴포넌트들의 오염은, 예비 계산(preliminary calculation)들에 따르면 100배만큼 낮아질 것으로 예상된다.
도 4는 하전 입자빔 생성기를 개략적으로 도시한다. 빔 생성기는, 발산하는 하전 입자빔을 생성하기 위한 하전 입자 소스(3), 하전 입자빔을 굴절시키기 위한 시준기(collimator) 시스템, 및 애퍼처 어레이(6)를 포함한다. 시준기 시스템은, 3개의 렌즈들(5a, 5b,5c) 및 추가적인 렌즈(5d)를 포함하는 아인젤(einzel) 렌즈를 포함한다. 애퍼처 어레이(6)는, 소스(3)에 의해 생성된 빔으로부터 복수의 하전 입자 빔렛들을 형성하도록 배열된다. 부가적으로, 빔 생성기는, 중간 챔버(103)에 관해 도 3에 도시된 바와 같은 펌핑 시스템과 같은 펌핑 시스템의 하나 이상의 개구들을 포함한다. 개구는, (진공) 펌프(115)로의 접속을 위해 도 3에 도시된 출구(114)와 같은 출구로서 사용되는 입구의 형태를 취할 수도 있다. 하나 이상의 개구들은 펌핑 시스템의 통합된 부분을 형성할 수도 있거나, 하나 이상의 개구들은 펌핑 시스템 내의 하나 이상의 펌프들에 접속가능할 수도 있다. 도 4에 도시된 실시예와 같은 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 개구들은 하나 이상의 펌프들(220)의 일부이며, 펌프들(220)은 빔 생성기에 의해 포함된다. 펌프들은, 게터 펌프들, 또는 티타늄 승화 펌프들과 같은 승화 펌프들일 수도 있다. 그 후, 하나 이상의 펌프들(220)이 빔 생성기에 포함되는 실시예들이 설명될 것이다.
시준기 시스템 내의 하나 이상의 렌즈들, 즉 통상적으로는 렌즈(5b 및 5d)는 높은 전압, 예를 들어, 500eV보다 높은 전압으로 동작한다. 전극(5b), 즉 아인젤 렌즈 어레인지먼트의 중심 전극은 하전 입자빔을 굴절시키는데 사용될 수도 있다. 이러한 렌즈에 대한 적절한 전압은 15-25kV, 예를 들어, 약 20kV일 수도 있다. 렌즈들(5a, 5c)은 0V에서 유지될 수도 있다. 추가적인 렌즈(5d)는 추후에 설명될 바와 같이, 수차들을 정정하기 위해 사용될 수도 있다. 렌즈(5d)는 훨씬 더 낮은 전압, 예를들어, 약 1kV로 동작할 수도 있다.
시스템 내의 비지정 컴포넌트들에 대한 고 전압들의 존재는 바람직하지 않은데, 예를 들어, 이는, 그러한 전압들이, 바람직하지 않고 종종 예측가능하지 않은 방식으로, 하전 입자빔에 영향을 줄 부가적인 자장들을 생성하기 때문이다. 따라서, 렌즈들(5a-5d) 그리고 이러한 실시예에서는 또한 애퍼처 어레이(6)는, 차폐 장치(201) 내에 존재하는 높은 전압들로부터 장치(201) 외부의 컴포넌트들을 차폐시키기 위해, 높은 전압 차폐(shielding) 장치(201) 내에 위치된다. 또한, 사용 동안 존재하는 하전 입자빔은, 높은 전압 차폐 장치(201) 외부의 위치들로부터 비롯되는 자장들로부터 차폐될 것이며, 그 자장들은 빔의 균일도에 악영향을 줄 수도 있고 그리고/또는 부가적인 수차들을 도입할 수도 있다. 바람직하게, 차폐 장치(201)는 와이어 메쉬(wire mesh)구조를 포함한다. 폐쇄형 구조 대신 몇몇 작은 개구들을 내부에 갖는 와이어 메쉬 구조의 사용은, 차폐 장치(201) 내의 볼륨이 매우 용이하게 펌핑 다운되어 적절한 진공 압력을 획득할 수 있다는 것이다.
하나 이상의 펌프들(220)은 하나 이상의 펌프들이 하전될 것을 방지하기 위해 차폐 장치(201)의 외부에 배치된다. 특히 애퍼처 플레이트(6)로부터의 하전 입자들 후방-산란의 결과로서, 하전 입자 빔이 열을 생성시킨다. 그 결과, 하나 이상의 펌프들(220)이 또한 가열되고, 이는 상기 하나 이상의 펌프들(220)의 효율성에 영향을 끼칠 수 있다. 다른 컴포넌트들의 동작이 또한, 가열에 의해 악영향을 받을 수 있다. 그러므로, 빔 생성기는 열, 예컨대 시준기 시스템 내에서 생성된 열을 제거하기 위한 냉각 장치(203)를 더 포함한다. 냉각 장치(203)는 고전압 차폐 장치(201) 및 하나 이상의 펌프들(220)을 둘러싼다. 그 결과, 하나 이상의 펌프들(220)이 고전압 차폐 장치(201)와 냉각 장치(203) 사이에 위치된다. 냉각 장치(203)는 하나 이상의 냉각 채널들(204)을 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 냉각 채널들(204)을 통해, 냉각 액체, 예컨대 물이 흐를 수 있다. 그 내부에 냉각 액체 흐름을 갖는 냉각 채널들에 의한 액티브 냉각의 사용은, 열 전도성 재료로 만들어진 열 싱크와 비교할 때, 열 전달을 개선시킨다.
바람직하게, 자기 차폐 장치(205)가 냉각 장치(203)를 둘러싼다. 자기 차폐 장치(205)의 사용은, 하전 입자 빔에 영향을 끼칠 수 있는 외부 자기장들을 차단한다. 바람직하게, 자기 차폐 장치(205)는 약 20,000을 초과하는 자기 투자율을 갖는 자기 차폐 재료를 포함하는 하나 이상의 벽들을 포함한다. 바람직하게, 자기 차폐 재료는 약 300,000을 초과하는 자기 투자율을 갖는다. 가장 바람직하게, 자기 차폐 재료는 또한 낮은 잔류 자기를 갖는다. 자기 차폐 재료들의 예들은, 이에 제한되지는 않지만, 뮤(mu)-금속 및 NanovateTM-EM의 종류를 포함한다.
자기 차폐 장치(205)는 장치(205) 내의 와이어링에 의해 생성된 자기장들이 하전 입자 빔을 간섭하는 것을 차단하지 않는다. 그러한 와이어링은 예컨대 전극들(5b, 5d)을 하전시키기 위해 존재한다. 이러한 이유로, 자기 차폐 장치(205) 내의 와이어들은 직선이고, 시준기 시스템의 중심에 대하여 방사상 방향으로 배향된다. 또한, 와이어링은, 상이한 와이어들의 자기장들이 가능한 한 많이 서로를 소거시키도록 있을 수 있다. 자기 차폐 장치(205) 밖에서, 와이어들의 배향은 덜 중요한데, 그 이유는 이러한 위치들에 있는 와이어들에 의해 생성된 자기장들이 장치(205)에 의해 차단될 수 있기 때문이다. 자기 차폐 장치(205)가 반드시 폐쇄 구조로 있을 필요가 없음을 주목한다. 특히 하단에서, 장치(205)는 개방 상태일 수 있다 ―도 4에서 점선으로 표시됨―.
고전압 차폐 장치(201), 냉각 장치(203) 및 자기장 차폐 장치(205)를 포함하는 컴포넌트들 전부는 진공 챔버(101) 내에 배치될 수 있다. 리소그라피 장치의 일부분에 대한 별개의 진공 챔버의 사용은 모듈식 설계에서 유용할 수 있다. 그런 다음, 예컨대 진공 챔버 내의 컴포넌트들 전부는 서로에 대하여 정렬될 수 있고 제조 환경 쪽으로의 수송에 앞서 테스팅될 수 있다.
도 5는 빔 생성기의 개요를 개략적으로 도시한다. 바람직하게, 소스(3)가, 시준기가 존재하는, 영역(103)보다 더 높은 진공을 갖는 영역(102)에 위치된다. 도 5 내지 도 8에서, 시준기는 도면부호 300을 갖는 블록으로서 개략적으로 묘사된다. 시준기는 풋들(feet)(231)을 갖는 지지 구조물(230)에 의해 지지된다. 바람직하게, 지지 구조물들(230)은 소위 A-구조물의 형태를 취한다. 지지 구조물(230)은 프레임(240)에 연결될 수 있다. 진공 상태를 확립하기 위해서, 빔 생성기는 초기 펌프-다운을 위한 하나 이상의 포트들(250, 251)을 포함한다. 도면부호 260은, 와이어링 및/또는 냉각 유체에 커플링되기 위해 배열될 수 있는 플랜지를 지칭한다.
도 6은 내부에 자기 차폐 장치(205)가 제공되어 있는 도 5의 빔 생성기를 도시한다. 차폐 장치(205)는 시준기(300) 및 소스(3) 주위의 원통형 박스의 형태를 취할 수 있고, 상단이 폐쇄될 수 있고 바닥이 개방될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 차폐 장치(205)의 단순한 사용은 자기 차폐만을 위한 것만이 아니라 블로킹 구조도 형성할 것이다. 예를 들어, 와이어들 및 냉각 유체 튜브들을 통과하지 못할 수 있다. 더욱이, 차폐 장치(205)는 바람직하게는, 컴포넌트들이 쉽게 교체 및/또는 유지될 수 있도록 하는 방식으로 장착된다.
도 7은 진공 챔버가 분리되어 있는 도 6의 빔 생성기를 도시한다. 특히, 바람직하게는 금속 플레이트인 플레이트(310)는 제1 진공 챔버(102) 및 제2 진공 챔버(103)를 생성하며, 제1 진공 챔버(102)는 바람직하게는 제2 진공 챔버(103)보다 더 낮은 압력을 포함한다. 이제, 포트(250)는 진공 챔버(102)를 펌프 다운하기 위해 사용될 수 있는 한편, 포트(251)는 진공 챔버(103)를 펌프 다운하기 위해 사용될 수 있다. 플레이트는 링(325)에 의해 지지된다.
도 8은 진공 챔버가 분리되어 있는 다른 실시예의 도 6의 빔 생성기를 도시한다. 이 경우에, 제1 진공 챔버(102)를 생성하기 위해, 구조(315)가 소스(3) 주위에 탑재된다. 구조(315)는 또한, 링(325)에 의해 지지될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 빔 생성기의 실시예들에서, 자기 차폐 장치(205)의 차폐 구조가 방해된다(interrupted). 도 9는 소스 챔버(102) 및 시준기(300)의 기본적인 레이아웃을 차폐 장치(205)와 함께 도시하며, 차폐 장치(205)는 제1 진공 챔버(102)와 제2 진공 챔버(103) 사이에서의 진공 누설이 제한되는 방식으로, 즉 그것의 악영향이 용인가능하도록 배열된다. 이제, 구조(315)는 제1 진공 챔버(102)와 제2 진공 챔버(103) 사이에 추가적인 벽(317)을 포함한다는 것을 주목한다. 더욱이, 차폐가 방해되는 위치들에서, 차폐 플레이트들은 이들이 특정 거리에 걸쳐 서로에 대해 평행하게 이어지도록 하는 방식으로 형성된다.
도 10은 시준기 시스템의 실시예의 단면도를 도시한다. 도 10에 도시된 실시예에서, 시준기 시스템은 내부에 공동을 갖는 본체(body)를 포함하며, 공동은 공동의 표면이 아인젤 렌즈의 외측 전극들(5a, 5c)로서 역할을 하도록 하는 방식으로 구조화된다. 아인젤 렌즈의 중심 전극(5b)은, 스페이서들에 의해, 예를 들어, 도 11 및 도 12에 대하여 논의될 바와 같은 3 이상의 스프링 엘리먼트들에 의해, 공동 내의 위치에 유지될 수 있다. 바람직하게, 본체는 냉각 장치(203)을 형성한다. 그러한 경우에, 바람직하게, 본체는 냉각 유체, 예를 들어 물의 유동을 수용하기 위한 하나 이상의 냉각 채널들(도 11에 도시됨)을 포함한다.
도 10에 도시된 실시예에서, 상부 전극(5a)은, 업스트림으로 로케이팅된 소스(3)가 아인젤 렌즈의 중심 전극(5b)에 의해 생성된 전기장으로부터 효율적으로 차폐되는 방식으로 더 형상화된다. 중심 전극(5b)은 소스에 의해 생성된 하전 입자 빔을 굴절시키기 위해 이용된다.
이 단면도는 고전압 차폐부(201) 및 하나 이상의 펌프들(220)의 존재를 더 나타낸다. 최종적으로, 도 10에 도시된 실시예에서, 공동 내의 하부 포지션에, 추가적인 전극(5d)이 존재한다. 이러한 추가적인 전극(5d)은 수차 보정(aberration correction)을 위해 이용될 수 있다. 이 전극(5d)의 나타낸 형상은, 개구 어레이로부터 후방산란하는 저에너지 전자에 대한 반발력(repulsive force)을 더 제공할 수 있다. 결과적으로, 공동으로 전자들이 덜 재-진입하여, 이는 EBID를 감소시킨다. 도 11 및 도 12를 참조하여 논의되는 바와 같이, 아인젤 렌즈의 중심 전극(5b)과 유사하게, 추가적인 전극(5d)은, 스페이서들에 의해, 예를 들어, 3 이상의 스프링 엘리먼트들에 의해 공동에 연결된다.
도 11은, 도 10의 시준기 시스템의 단면 입면도를 나타낸다. 냉각 장치(203)는 냉각 액체의 흐름을 수용하기 위한 하나 이상의 냉각 채널들(340)을 포함한다. 도 11의 실시예에서, 냉각 채널들은 레이저 천공(laser drilling) 및 레이저 용접(laser welding)을 이용하여 커버(345)가 제공된 그루브들이다. 대안적으로, 냉각 채널들은 납땜(brazing)과 같이 당업계에 알려진 하나 이상의 다른 기법들에 의해 제조될 수 있다. 바람직하게, 냉각 채널들은 또한 화살표들에 의해 표시된 바와 같이 수직 방향으로 냉각한다.
도 11은 추가로, 시준기를 지지하기 위한 지지 구조체(230)에 미리결정된 포지션들에 로케이팅된 볼들(232)과 일치하는 풋들(231)이 제공될 수 있다는 것을 도시한다. 이러한 볼들(232)의 이용은, 리소그래피 시스템에서 서로에 대해 상이한 모듈들의 얼라인먼트를 가능하게 한다.
게다가, 도 11은, 아인젤 렌즈의 중심 전극(5b) 및 추가적인 전극(5d)을 공동의 표면과 연결시키기 위한 스프링 엘리먼트들(320)을 나타낸다. 스프링 엘리먼트들(320)의 가능한 배향을 나타내는 이러한 어레인지먼트의 단면도가 도 12에 개략적으로 도시된다.
바람직하게는, 도 11에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 펌프들(220)이 아인젤 렌즈의 아래쪽과 애퍼처 어레이(6)의 위쪽에 위치된다. 하나 이상의 펌프들(220), 즉 더 일반적으로, 펌핑 시스템의 하나 이상의 개구들의 이러한 위치는 하나 이상의 펌프들(220)에 충분한 공간을 제공하기 위해 압력을 낮추고, 추가로, 아인젤 렌즈와 아주 근접해 있는 잔여 가스 분자들의 이온화를 감소시키도록 돕는다.
도 13 및 도 14는 시준기 시스템의 대안적인 실시형태들을 도시한다. 이러한 실시형태들에서, 도 10에 도시된 바와 같은 하나의 구조 대신, 시준기 시스템은 별개의 본체들(401 및 402)을 포함하고, 이 본체들은 도 10에 도시되고 설명된 바와 같은 구조와 유사한 구조를 형성한다. 추가적으로, 이 구조의 하부 단부에, 도 11에 도시된 애퍼처 어래이와 유사한 애퍼처 어레이(6)가 존재한다.
도 13에 도시된 실시형태에서, 아인젤 렌즈의 전극들(5a, 5b 및 5c)이 하나의 본체(401)에 형성된다. 유사하게, 추가 전극(5d) 및 애퍼처 어레이(6)가 추가 본체(402)의 부분이다. 본체들(401 및 402)은 서로에 대하여 정렬될 수 있다.
도 14에 도시된 실시형태에서, 아인젤 렌즈의 전극들(5a, 5b 및 5c) 및 추가 전극(5d)이 하나의 본체(401)를 형성하는 반면, 애퍼처 어레이(6)가 추가 본체(402)로서 나타내어진다. 다시, 본체들(401 및 402)가 각각에 대하여 정렬될 수 있어서 최적의 결과들이 얻어진다.
본 발명은 앞서 논의된 특정 실시예들을 참조로 하여 설명되었다. 이들 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양하게 수정될 수 있고 당업자에게 주지된 대안적인 형태들을 취할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 비록 특정 실시예들이 설명되었을지라도, 이들은 단지 예들이며, 첨부한 청구범위에서 정의된 발명의 범위를 제한하지 않는다.

Claims (29)

  1. 타겟(13)을 노출시키기 위한 하전 입자 리소그래피 시스템(1)으로서,
    하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 빔 생성기;
    상기 하전 입자 빔으로부터 복수의 빔렛들을 형성하기 위한 애퍼처 어레이(6); 및
    상기 빔렛들을 상기 타겟의 표면 상으로 투영하기 위한 빔렛 프로젝터(12)를 포함하고,
    상기 하전 입자 빔 생성기는,
    발산하는 하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 소스(3);
    상기 발산하는 하전 입자 빔을 굴절시키기 위한 시준기 시스템(5a, 5b, 5c, 5d; 72; 300);
    펌핑 시스템의 하나 이상의 개구들;
    고전압 차폐 장치 내부의 고전압들로부터 상기 고전압 차폐 장치 외부의 컴포넌트들을 차폐시키기 위한 고전압 차폐 장치(201); 및
    열을 제거하기 위한 냉각 장치(203)
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 개구들은 하나 이상의 펌프들(220)의 일부분이고, 상기 하나 이상의 개구들과 상기 하나 이상의 펌프들은 상기 고전압 차폐 장치와 상기 냉각 장치 사이에 위치되는,
    하전 입자 리소그래피 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 펌프들은 게터 펌프들 또는 승화 펌프들인,
    하전 입자 리소그래피 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하전 입자 소스는 제1 진공 챔버(102)에 위치되고,
    상기 시준기 시스템, 상기 고전압 차폐 장치, 상기 냉각 장치 및 상기 펌핑 시스템의 상기 개구들은 제2 진공 챔버(103)에 위치되는,
    하전 입자 리소그래피 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 진공 챔버 및 상기 제2 진공 챔버는 메인 진공 챔버(101) 내에 위치되는,
    하전 입자 리소그래피 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고전압 차폐 장치는 와이어 메쉬 구조를 포함하는,
    하전 입자 리소그래피 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 장치를 자기 차폐 장치(205)가 둘러싸는,
    하전 입자 리소그래피 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자기 차폐 장치는, 뮤-메탈(mu-metal)로 이루어진 하나 이상의 플레이트들을 포함하는,
    하전 입자 리소그래피 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 시준기 시스템은 500eV를 초과하는 전압을 수용하기 위한 하나 이상의 렌즈 구조들(5b; 5d)을 포함하고, 상기 하전 입자 빔 생성기는 상기 전압을 상기 하나 이상의 렌즈 구조들에 제공하는 와이어들(210)을 더 포함하는,
    하전 입자 리소그래피 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 와이어들의 일부분은 상기 자기 차폐 장치의 내부에 위치되고, 상기 자기 차폐 장치 내부의 상기 와이어들의 상기 일부분은 일직선인,
    하전 입자 리소그래피 시스템.
  10. 제1항에 따른 하전 입자 리소그래피 시스템에서 사용하기 위한 하전 입자 빔 생성기로서,
    발산하는 하전 입자 빔을 생성하기 위한 하전 입자 소스(3);
    상기 발산하는 하전 입자 빔을 굴절시키기 위한 시준기 시스템(5a, 5b, 5c, 5d; 72; 300);
    펌핑 시스템의 하나 이상의 개구들;
    고전압 차폐 장치 내의 고전압들로부터 상기 고전압 차폐 장치 외부의 컴포넌트들을 차폐시키기 위한 고전압 차폐 장치(201); 및
    열을 제거하기 위한 냉각 장치(203)를 포함하고,
    상기 하나 이상의 개구들은 하나 이상의 펌프들(220)의 일부분이고, 상기 하나 이상의 개구들과 상기 하나 이상의 펌프들은 상기 고전압 차폐 장치와 상기 냉각 장치 사이에 위치되는,
    하전 입자 빔 생성기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 펌프들은 게터 펌프들 또는 승화 펌프들인,
    하전 입자 빔 생성기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔으로부터 복수의 빔렛들을 형성하기 위한 애퍼처 어레이(6)를 더 포함하는,
    하전 입자 빔 생성기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 고전압 차폐 장치는 와이어 메쉬 구조를 포함하는,
    하전 입자 빔 생성기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 냉각 장치를 자기 차폐 장치(205)가 둘러싸는,
    하전 입자 빔 생성기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 자기 차폐 장치는, 뮤-메탈로 이루어진 하나 이상의 플레이트들을 포함하는,
    하전 입자 빔 생성기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 시준기 시스템은 500eV를 초과하는 전압을 수용하기 위한 하나 이상의 렌즈 구조들(5b; 5d)을 포함하고, 상기 하전 입자 빔 생성기는 상기 전압을 상기 하나 이상의 렌즈 구조들에 제공하는 와이어들(210)을 더 포함하는,
    하전 입자 빔 생성기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 와이어들의 일부분은 상기 자기 차폐 장치 내에 위치하고, 상기 자기 차폐 장치 내부의 상기 와이어들의 상기 일부분은 일직선인,
    하전 입자 빔 생성기.
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