KR20050102688A - 복수 개의 빔렛 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 하전 입자 빔렛을 발생시키는 장치로서, 발산하는 하전 입자 빔을 발생시키는 하전 입자 공급원과, 상기 발산하는 하전 입자 빔을 굴절시키는 수렴 수단과, 상기 하전 입자 공급원과 상기 수렴 수단 사이에 배치되는, 복수 개의 렌즈를 구비한 렌즈 어레이를 포함하는 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치에 관한 것이다. 이 방식으로, 수렴 수단의 수차를 감소시킬 수 있다.

Description

복수 개의 빔렛 발생 장치{APPARATUS FOR GENERATING A PLURALITY OF BEAMLETS}
본 발명은 복수 개의 하전 입자 빔렛을 발생시키는 장치에 관한 것이다.
하전 입자 빔은 리소그래피 시스템 및 현미경 시스템 등의 다양한 시스템에 사용된다. 이들 시스템 중 일부는 나중에 복수 개의 빔렛으로 분할되는 하나의 빔을 발생시키는 단일의 공급원을 사용하고 있다. 이들 시스템에 사용된 하전 입자 공급원은 소정의 개방 각도를 갖는 하전 입자 빔, 즉 발산하는 빔을 방출한다. 상기 발산 빔은 흔히 시준될 필요, 즉 평행한 빔으로 전환될 필요가 있다. 대부분의 용례에서, 방출된 발산 빔을 굴절시키는 데에 렌즈 또는 렌즈 조립체를 사용하고 있다.
그러나, 하전 입자 빔렛의 각도 변화는 소위, 색수차(chromatic aberration)로 인해 정확하게 규정되지 않는다. 그 결과, 노출되거나 촬상될 목표물에 대한 빔렛의 스폿 크기가 또한 증가된다.
영국 특허 제2340991호, 미국 특허 제5,834,783호, 미국 특허 제5,905,267호, 미국 특허 제5,981,954호, 미국 특허 제6,124,599호, 미국 특허 제6,137,113호, 미국 특허 제6,166,387호, 미국 특허 제6,274,877호 및 진공 과학 기술 학술지(Journal of Vacuum Science and Technology)[B18(6) pp. 3061-3066]에는, 평행한 빔으로 발산 빔을 굴절시키기 위한 렌즈 조립체를 구비하는 하전 입자 빔 리소그래피 시스템이 개시되어 있다. 상기 빔은, 굴절 후에 개구 어레이(aperture array)를 이용하여 복수 개의 빔렛으로 분할된다. 이들 리소그래피 시스템에서, 개구의 이미지는 노출될 표면 상에 투영된다. 스폿 크기를 감소시키기 위하여, 상기 이미지는 계수 200 만큼 감소된다. 수차는 시준 조립체의 수차가 아니라 시스템의 마지막 렌즈의 수차에 의해 좌우된다. 그러나, 시준 조립체의 수차는 시스템의 성능에 영향을 미친다.
그러한 시스템에서 렌즈 조립체는 색수차()를 갖는데, 여기서 β는 렌즈 조립체의 법선에 대한 입사 광선의 각도이고, E는 입사하는 하전 입자의 에너지이다. △β가 빔의 고유 각도에 필적하면, 처리될 물체, 예컨대 레지스트를 갖춘 웨이퍼 상에 형성되는 스폿의 크기에 기여한다.
도 1a는 발산하는 빔을 방출하는 임의의 공급원을 도시한다.
도 1b는 빔에 시준기 위치가 있는 도 1b의 공급원을 도시한다.
도 2는 도 1b의 하전 입자 빔의 작은 부분의 궤도를 도시한다.
도 3a는 빔의 고유 개방 각도(α)가 생기게 하는 공급원의 크기 효과를 도시한다.
도 3b는 하나의 시준점을 통과하는 하전 입자로부터 생기는 불확실성(△β)을 도시한다.
도 4는 본 발명에 다른 렌즈 어레이의 위치 결정을 도시한다.
도 5는 개구 어레이가 있는 도 4의 장치를 도시한다.
도 6은 등전위면의 정전기 렌즈 효과를 갖는 도 4의 장치를 도시한다.
도 7은 시준 렌즈로서 디플렉터 어레이를 사용하는 도면이다.
도 8은 시준을 위해 등전위면을 사용하는 도면이다.
도 9는 시준 렌즈와 디플렉터 어레이의 조합을 도시한다.
도 10a, 10b는 만곡된 렌즈 어레이의 효과를 도시한다.
본 발명의 목적은 보다 양호하게 형성되는 빔렛을 생성하기 위해 복수 개의 빔렛을 발생시키는 장치를 개선시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복수 개의 빔렛을 발생시키는 장치에서 빔렛의 흐림(blur)을 감소시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복수 개의 빔렛을 발생시키는 장치에서 시준 렌즈 또는 렌즈 조립체에 의해 유발되는 수차를 무시해도 좋을 값으로 감소시키는 것이다.
따라서, 본 발명은, 복수 개의 하전 입자 빔렛을 발생시키는 장치로서,
발산하는 하전 입자 빔을 발생시키는 하전 입자 공급원과,
상기 발산하는 하전 입자 빔을 굴절시키는 수렴 수단과,
상기 하전 입자 공급원과 상기 수렴 수단 사이에 배치되는, 복수 개의 렌즈를 구비한 렌즈 어레이
를 포함하는 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치를 제공한다.
상기 렌즈 어레이의 위치의 결과로서, 각 빔렛이 보다 양호하게 형성된다. 본 발명의 장치가, 예컨대 다중 빔 리소그래피 시스템에 사용되는 경우에, 상기 시스템은 보다 높은 빔 전류와 분해능으로 기판에 패턴을 전사할 수 있다. 상기 장치는 현미경 시스템이 향상된 분해능으로 물체의 이미지를 생성할 수 있게 한다.
실시예에 있어서, 상기 렌즈는 하전 입자 빔렛을 수렴하기 위한 정전기 렌즈, 사실상 렌즈릿(lenslet)이다.
각 빔렛은 수렴 요소의 어레이 전에 위치되는 빔 분할기로부터 생길 수 있는 데, 상기 빔 분할기는 공급원으로부터의 하전 입자 빔을 복수 개의 빔렛으로 분할한다. 또한, 상기 빔을 복수 개의 빔렛으로 분할하는 데에 수렴 요소의 어레이를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 장치의 실시예에 있어서, 상기 수렴 수단은 발산하는 하전 입자 빔을 거의 평행한 하전 입자 빔으로 굴절시켜 거의 평행한 복수 개의 하전 입자 빔렛을 발생시키도록 되어 있다. 평행한 빔렛을 이용하면 장치의 제어가 용이해진다. 또한, 많은 용례, 특히 리소그래피 시스템에서는, 빔렛이 목표면에 거의 수직 방향으로 목표물과 충돌하는 것이 요망된다.
본 발명의 장치의 실시예에 있어서, 상기 하전 입자 공급원은 상기 수렴 수단의 초점면에 배치된다. 이 방식으로, 거의 평행한 빔렛이 발생되는 것이 확실해진다.
전술한 장치의 실시예에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 하전 입자 공급원의 이미지를 상기 수렴 수단의 주면에 투영하도록 배치된다. 이것은 흐림을 추가로 감소시켜 장치를 고분해능 용례에 사용할 수 있게 해준다.
이에 따라, 대부분의 용례에 있어서, 수렴 수단은 발산하는 빔을 거의 평행하거나 심지어는 수렴하는 빔으로 굴절시키는 시준기, 즉 렌즈, 렌즈 시스템 또는 조립체이다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 하전 입자 빔을 복수 개의 하전 입자 빔렛으로 분할하는 분할 수단이 추가로 마련된다. 이 방식으로, 렌즈 어레이의 열하중을 감소시킬 수 있다. 또한, 빔렛을 보다 양호하게 형성하고 분리할 수 있다. 그 실시예에서, 상기 분할 수단은 공간 필터를 구비한다. 구체적인 실시예에 있어서, 상기 분할 수단은 개구 어레이를 구비한다. 이것은 간단하고 튼튼한 장치를 가능하게 한다. 분할 수단을 갖춘 장치의 다른 실시예에 있어서, 상기 분할 수단은 상기 하전 입자 공급원과 상기 렌즈 어레이 사이에 배치되어 상기 발산하는 하전 입자 빔을 복수 개의 하전 입자 빔렛으로 분할한다. 이것은 양호하게 형성된 빔렛을 얻는 가능성을 제공하여 렌즈 어레이의 열하중을 감소시킴으로써, 그 성능을 향상시킨다.
공간 필터를 갖춘 장치의 실시예에 있어서, 상기 공간 필터는 상기 하전 입자 공급원에 대해 오목 형태이다. 그 바람직한 실시예에 있어서, 상기 공간 필터의 곡률은 그 초점이 실질적으로 하전 입자 빔의 시발점에 있다. 이 방식으로, 흐림을 더욱 더 감소시켜 빔렛을 보다 양호하게 형성할 수 있다는 것이 입증된다.
실시예에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 하전 입자 공급원에 대해 오목 형태이다. 그 추가적인 실시예에 있어서, 상기 렌즈 어레이의 곡률은 그 초점이 실질적으로 하전 입자 빔의 시발점에 있다. 이것은 모든 빔렛이 렌즈의 중심을 통과할 수 있게 하여, 렌즈 어레이에 의해 유발되는 추가적인 수차를 피함으로써 빔렛의 왜곡을 더욱 더 감소시킨다.
분할 수단을 갖춘 장치의 실시예에 있어서, 상기 분할 수단은 렌즈 어레이와 정렬되어 각 렌즈에 개별적인 빔렛을 제공한다. 이 방식으로, 렌즈 어레이의 각 렌즈는 분할 수단에 의해 생성되는 하나의 빔렛을 수신한다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 정전기 렌즈 어레이이다. 그 추가적인 실시예에 있어서, 하전 입자 빔은 전자 빔이다. 다른 실시예에 있어서, 하전 입자 빔은 이온 빔이다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 개구 플레이트와, 바람직하게는 상기 개구 플레이트 자체와 상이한 전위에서 개구 플레이트로부터 소정 거리에 개구 플레이트와 거의 평행한 등전위면을 형성하는 수단을 구비한다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 개구 플레이트는 전기 도전성 표면과, 이 표면의 정전기 전위를 형성하는 수단을 갖는다. 이 경우에, 결과적으로 생긴 등전위면은 도 6의 상세부에 도시된 형태가 된다. 일실시예는 빔렛 지점에 관통 홀을 갖는 (금속 또는 금속이 피복된) 플레이트이다.
장치의 실시예에 있어서, 등전위면을 형성하는 수단은 빔렛의 빔 위치에 관통 홀, 특히 하전 입자 빔의 광축에 중심이 있는 원형 홀을 갖는 플레이트를 구비한다. 간단한 실시예는 원형 홀을 갖는 (금속 또는 다른 도전성 금속 또는 도전층이 피복된 재료의) 플레이트이다.
장치의 실시예에 있어서, 개구 플레이트로부터 소정 거리에 개구 플레이트와 거의 평행한 등전위면을 형성하는 수단은 하전 입자 공급원과 수렴 요소의 어레이 사이에 배치된다.
장치의 실시예에 있어서, 개구 플레이트로부터 소정 거리에 개구 플레이트와 거의 평행한 등전위면을 형성하는 수단은 상기 수렴 요소의 어레이와 수렴 수단 사이에 배치된다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 수렴 수단은 디플렉터들이 빔렛과 정렬되는 하나 이상의 디플렉터 어레이를 구비한다. 그러한 디플렉터는, 예컨대 홀의 측부에 또는 홀 내에 (2개의) 대향 전극이 마련되는, 홀을 갖춘 플레이트일 수 있다. 상세한 것은 도 7에 도시되어 있다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 수렴 수단은 상기 디플렉터 어레이의 여러 디플렉터들에 상이한 전압을 인가하는 컨트롤러를 더 구비한다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러는 빔렛을 편향시키도록 상기 디플렉터 어레이의 각 디플렉터에 전압을 인가하고, 각 디플렉터가 빔의 광축에 대한 디플렉터의 거리에 비례하는 편향 효과를 나타내도록 상기 전압을 설정하게 되어 있다. 각 디플렉터의 편향 효과가 빔의 광축으로부터 디플렉터의 거리에 비례하면, 모든 디플렉터의 순효과는 발산하는 빔렛을 그 광축이 거의 평행하도록 편향시킬 수 있다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러는 빔렛을 편향시키도록 상기 디플렉터 어레이의 각 디플렉터에 전압을 인가하고, 각 디플렉터가 수렴 수단의 추가 수렴 장치의 수차를 보상하기에 충분한 편향 효과를 나타내도록 상기 전압을 설정하게 되어 있다. 이 실시예에 있어서, 수렴 수단은 (메인) 시준기로서 작용하는 정전기 렌즈를 구비한다. 이들 렌즈는 보통 구면 수차를 갖는다. 이 수차를 측정하여 정확하게 규정하면, 어레이의 각 디플렉터의 전압이 시준기의 국부적 효과를 보상하도록 설정될 수 있다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 수렴 수단은 정전기 렌즈이다. 이 렌즈의 실시예에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 정전기 렌즈에 제1 전극을 제공하는 앤드 플레이트(end plate)를 구비한다. 이 장치의 실시예에 있어서, 상기 정전기 렌즈의 전극에 전압을 인가하여 상기 정전기 렌즈를 실질적으로 구면 수차가 없이 작동시키는 제2 컨트롤러를 더 구비한다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 수렴 요소의 어레이는 이 어레이의 위치에 실질적으로 면형 등전위면을 형성하는 수단을 구비한다. 실시예에 있어서, 어레이의 표면들 중 한 표면에는 도전성 (금속)층이 마련되고 이 층에 전압이 인가된다. 이때, 도 6에 도시된 등전위면에는 국부적인 차이만이 남게 되고, 이것은 빔렛에 집속 효과만을 갖는다.
장치의 실시예에 있어서, 장치는 상기 어레이와 수렴 수단 사이에 등전위면을 형성하는 제1 수단을 더 구비한다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 제1 수단은 빔 또는 빔렛을 둘러싸는 원주 가장자리를 갖는 홀이 마련된 플레이트를 구비한다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 플레이트는 중심이 빔의 광축과 정렬되는 원형 홀을 구비한다. 실시예에서, 하나의 관통 홀이 있는 금속 플레이트가 마련되어 (시간) 일정한 전압을 제공하는 전압원에 부착된다.
장치의 실시예에 있어서, 장치에는 상기 플레이트에 정전기 전위를 적용하는 수단이 더 마련되어 있다.
장치의 실시예에 있어서, 장치는 수렴 수단 후에 등전위면을 형성하는 제2 수단을 더 구비한다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 제2 수단은 빔렛을 둘러싸는 원주 가장자리를 갖는 홀이 마련된 플레이트를 구비한다.
장치의 실시예에 있어서, 상기 플레이트는 중심이 빔의 광축과 정렬되는 원형 홀을 구비한다. 다시, 이 플레이트는 관통 홀이 있는 (금속) 플레이트일 수 있다.
장치의 실시예에 있어서, 장치는 상기 플레이트에 정전기 전위를 적용하는 수단이 더 마련되어 있다.
본 발명은 또한 개시된 효과를 얻기 위하여 설명되고 첨부 도면에 도시한 여러 전압을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전술한 본 발명의 장치를 구비하는 하전 입자 빔 리소그래피 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 매우 많은 수의 양호하게 형성된 빔렛을 발생시킬 수 있어, 100 nm보다 훨씬 작은 고분해능을 갖는 리소그래피 시스템을 구현할 수 있게 한다. 20 nm 미만의 분해능이 가능한 것으로 보인다. 이 고분해능은 높은 처리량(웨이퍼/시간)과 조합될 수 있다.
본 발명은 또한 이 하전 입자 빔 리소그래피 시스템으로 처리된 기판에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전술한 본 발명의 장치를 구비하는 하전 입자 빔 현미경 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 마스크리스 리소그래피 시스템(maskless lithography system)의 다음 실시예에서 본 발명을 더 설명하기로 한다.
도 1a는 발산하는 하전 입자 빔(2)을 방출하는 임의의 공급원(1)을 도시하고 있다. 다양한 시스템에 있어서는, 발산 빔(2)이 아니라, 시준 빔(3), 즉 실질적으로 평행한 빔(3)이 요망된다. 따라서, 도 1b에 (개략적으로) 도시된 시준 렌즈(4) 또는 시준 조립체를 빔의 궤도에 위치시켜 발산하는 하전 입자 빔(2)을 시준한다. 시준은 도 1b에 점선으로 나타낸, 시준기(4)의 시준면 또는 주면(5)에서 일어난다. 시준 후에, (거의) 평행한 하전 입자 빔은 복수 개의 빔렛으로 분할될 수 있는데, 이어서, 이 빔렛은 패턴 노출, 검사, 관찰 또는 다른 목적을 위해 목표물에 집속된다.
시준면 또는 주면(5)에서는, 입사하는 하전 입자 빔이 굴절되어 시준 빔을 생성한다. 도 2는 시준면의 시준점(6)에서 굴절되는 발산하는 하전 입자 빔(2)의 작은 부분의 궤도를 보여주고 있다. 초기 방향과 최종 방향 사이의 각도는 β로 나타낸다. 이상적인 상황에서, 방출된 모든 하전 입자는 공급원(1)의 방출면 상의 특이점으로부터 시작되는 것으로 보인다.
그러나, 실제로는, 상기 공급원(1)으로부터 방출되는 하전 입자의 하전 입자 경로는 물론 도 2에 도시된 바와 같이 규정되지 않는다. 사실상, 공급원을 상방으로 바라보는 시준점(6)에서 본 공급원 크기는 특이점이 아니다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 유한의 크기를 갖는다. 유한 크기는 하전 입자 빔의 고유 개방 각도라 부르는 유한 각도(α)를 유도한다. 더욱이, 하전 입자 빔 내에서 확산되는 고유 에너지로 인해, 시준면(5)에서 각 하전 입자의 회절 각도는 도 2에 도시된 만큼 양호하게 규정되지 않는다. 공급원에 의해 방출된 하전 입자의 에너지 확산으로 인해 시준점에서 색수차가 생기고, 그 결과 시준점(6)에서 편향각에 분광(△β)이 생긴다. 이것은 도 3a의 시준점(6) 둘레를 상세하게 보여주는 도 3b에 도시되어 있다.
수차는, 예컨대 리소그래피 시스템에서의 노출을 위해 또는 매우 작은 스폿 크기가 요망되는 현미경 시스템 용례에서의 관찰을 위해 목표물에 투영되는 경우에 문제가 된다. 수차로 인해, 빔렛이 흐려지게 되고 빔렛의 스폿 크기가 더 이상 양호하게 규정되지 않게 되어, 흐린 패턴 또는 이미지가 생기게 된다. 이것은, 특히 각도(△β)가 하전 입자 빔의 고유 개방 각도(α) 정도가 되는 경우이다. 공급원 크기 또는 공급원 이미지 크기는 (α+ △β)*1에 비례하는데, 여기서 1은 시준면(5)과 공급원(1) 사이의 거리이다. 방출된 하전 입자 빔의 집속된 스폿 크기에 대한 수차(△β)의 영향은 △β*1에 비례한다. △β가 고유 개방 각도(α)와 동일한 정도이거나 그보다 크면, 분해능이 상당히 감소된다.
본 발명의 장치는 색수차의 부정적인 영향을 극복하는 해법을 제공한다. 이 색수차의 영향은 도 4에 도시된 바와 같이, 공급원(1)과 시준 렌즈(4) 사이에 복수 개의 렌즈를 갖는 렌즈 어레이(7)를 위치 결정함으로써 방지된다. 사실상, 상기 렌즈 어레이는 렌즈 어레이의 각 렌즈가 상기 공급원의 이미지를 시준면(5)에 투영하도록 위치된다.
따라서, 빔의 내부 개방 각도는 d/f와 같이 렌즈 어레이에서 빔렛의 크기(d)와, 렌즈 어레이와 시준면 사이의 거리(f)에 의해 결정된다. 이에 따라, d와 f를 선택함으로써, 고유 각도(α)가 실질적으로 수차(△β)보다 크게 될 수 있어, 시스템에서 흐림이 증가되지 않는다. 그러므로, 전술한 본 발명은 발산하는 하전 입자 빔(2)을 분할 및 시준함으로써, 실질적으로 평행한 복수 개의 빔렛(9)을 발생시킨다.
본 발명은, 바람직하게는 공급원(1)과 렌즈 어레이(7) 사이에 배치되는 추가 분할 수단을 시스템에 추가함으로써 더욱 개선될 수 있다. 상기 분할 수단은 발산하는 하전 입자 빔(2)을 복수 개의 발산하는 하전 입자 빔렛(11)으로 분할한다. 대부분의 실시예에서, 분할 수단은 도 5에 도시된 바와 같이, 공간적 필터, 바람직하게는 개구 어레이(10)를 구비한다. 개구 어레이(10)를 이 위치에서 시스템에 추가하면, 렌즈 어레이(7)에 대한 열하중을 감소시키는 방법이 제공된다. 또한, (하전 입자 빔렛의 광학적 경로를 따를 때) 상기 분할 수단의 뒤쪽에 배치되는 렌즈 어레이(7)의 성능을 향상시킨다.
본 발명은 상기 시준 렌즈(4) 또는 시준 렌즈 조립체 뒤쪽에서 복수 개의 하전 입자 빔렛의 광학 경로에 개방 각도 제한 수단, 바람직하게는 개구 어레이를 추가시킴으로써 더욱 개선될 수 있다. 상기 개방 각도 제한 수단은 시준면을 통과한 빔렛의 개방 각도를 제한하고 상기 시준 렌즈(4)에 의해 유발된 추가적인 제3차 수차를 보정하도록 배치된다.
렌즈 어레이의 경우, 종래의 하전 입자 렌즈의 임의의 어레이를 사용할 수 있다. 그러나, 또한 도 6에 도시된 실시예를 사용할 수도 있다. 도 6에 있어서, 3개의 플레이트가 그 자체의 전위(V1, V2 및 V3)에 각각 설치된다. 사실상, V2에 있는 개구 플레이트(7)와 함께 V1 또는 V3의 평면만이 렌즈 효과를 갖기 위해 실제로 요구된다. V1과 V3의 플레이트는 빔(2)이 빔(2)과 간섭하지 않고 통과할 수 있게 하기에 충분히 큰 홀을 갖는다.
플레이트(7)가 사실상 실제의 렌즈 어레이이다. 여기서, 플레이트(7)는 빔렛(8)이 생성되어야 하는 지점에 홀을 갖는 플레이트이다. 도 6에, 플레이트(7)의 홀 중 하나가 확대되어 상세히 도시되어 있다. 이 확대도에서, 등전위면(V', V", V'"으로 지시됨)과 2개의 하전 입자의 궤도가 추가되어 있다. 등전위면의 형태로 인해, 플레이트(7)로부터 하전 입자 빔렛의 집속 효과가 생기게 된다.
상기 도시된 실시예들과 조합될 수도 있는 도 7에 도시된 또 다른 실시예에서는, 종래의 하전 입자 시준 렌즈(4) 대신에 디플렉터 어레이를 시준용으로 사용하고 있다. 도 7에, 그러한 디플렉터 어레이의 실시예가 확대되어 상세히 도시되어 있다. 이 디플렉터는 빔렛(8) 지점에 있는 홀과, (도시된 3개의 디플렉터용의) 전압(V1---V6)의 전극을 갖는다. 전압(V1---V6)을 신중히 선택하면, 하전 입자 빔(2)의 광축 거리와 동일하도록 편향이 설정될 수 있다. 그러한 방식으로, 이 타입의 다중 빔렛 시스템에 대해 거의 이상적인 시준 렌즈를 구성할 수 있다.
사실상 구면 수차가 없는 다중 빔렛 시스템을 구성하는 것도 가능하다. 그러한 시스템을 위한 레이아웃이 도 8에 도시되어 있다. 이 레이아웃에 있어서, 렌즈 어레이(7)는 전압(V1)에 놓인다. 도 8에 도시된 육안으로 보이는 척도에 있어서, 렌즈 어레이(7)는 한 평면에 있는 등전위면으로서 처리될 수 있다. 또한, 2개의 플레이트가 추가되는데, 하나는 전압(V2)에 다른 하나는 전압(V3)에 추가된다. 이들 플레이트는 빔렛(8)과 간섭하지 않도록 빔렛의 위치에 (관통) 홀을 갖는다. 플레이트의 치수와 전압(V1, V2 및 V3)을 알맞은 방식으로 선택하면, 구면 수차가 없는 시준 렌즈를 생성할 수 있다. 스케르저 정리(Scherzers theorem)에 따르면, 그러한 수차 없는 렌즈는 오직 렌즈의 한 전극이 빔 내측에 있을 때만 생성될 수 있다고 알려져 있다. 이 특정한 장치에 있어서, 발명자들은 빔 내측에 있는 전극으로서 개구 플레이트를 사용하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 놀랍게도, 이 타입의 레이아웃을 하전 입자를 사용하는 임의의 다중 빔렛 시스템에 사용할 수 있는 것으로 보인다. 심지어는 x 선 공급원에도 사용될 수 있다. 도 8에서, 시준 렌즈(4)는 플레이트의 대체 예정으로서만 도시되어 있다는 것을 유념하라.
도 4와 도 7에 도시된 실시예는 도 9에 도시된 방식으로 조합될 수 있는 데, 이 방식에서는 추가적인 이점이 유도된다. 이 레이아웃에서, 시준 렌즈(4)는 도 9의 외측 빔렛의 오버 시준으로서 도시된 바와 같이, 약간의 구면 수차가 있는 시준 효과를 갖는다. 시준 렌즈(4)의 뒤쪽에는 디플렉터 어레이가 배치된다. 이 디플렉터 어레이는 그 디플렉터가 빔렛(9)과 정렬된다. 디플렉터의 전압이 적절히 설정되면, 비교적 낮은 전압만을 사용하여 시준 렌즈(4)의 구면 수차를 보정할 수 있다. 시준 렌즈(4)의 구면 수차를 보정하기 위하여, 각 디플렉터의 전압은 디플렉터를 통과하는 하전 입자 빔렛에 대한 편향 효과가 시준 렌즈(4)의 광축으로부터 디플렉터 거리의 3승에 비례하도록 설정되어야 한다.
본 발명에 사용된 렌즈 어레이(7)는 정전기 렌즈 어레이(12)가 바람직하다. 도 10a는 그러한 렌즈 어레이(12)의 일례를 개략적으로 도시하고 있다. 실시예에 있어서, 렌즈 어레이(12)는 서로 근접하게 위치된, 홀을 갖춘 2개의 도전성 플레이트를 구비하는데, 각 플레이트의 홀들은 서로 실질적으로 정렬된다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트들 간에 전압차(V1-V2)를 적용함으로써, 2개의 플레이트 사이에 전기장이 인가된다.
발산하는 하전 입자 빔을 집속하면 추가적인 문제가 유도될 수 있다. 면형 정전기 렌즈 어레이(12)를 통과하는 각 빔은 입사 빔렛이 렌즈면에 수직인(렌즈축에 평행한) 렌즈들을 통과하지 않는다는 점 때문에 정확하게 집속되지 않는다. 이러한 복잡화는 시스템의 성능에 영향을 미치고, 즉 추가적인 수차가 도입된다.
이 복잡화는 도 10b에 도시된 바와 같이 그 내표면이 공급원을 향하는 볼록 렌즈 어레이(13)를 적용함으로써 피할 수 있다는 것을 알았다. 볼록면이 빔의 발산과 양호하게 합치되면, 각 빔렛은 양 플레이트의 표면에 대해 거의 수직인 홀을 통해 렌즈 어레이(13)를 통과한다.
사용된 하전 입자 빔은 당업계에 공지된 임의의 하전 입자 빔일 수 있지만, 전자 빔 또는 이온 빔이 바람직하다. 본 발명은 리소그래피 시스템 또는 현미경 시스템에 사용될 수 있다. 리소그래피 시스템에서, 본 발명은 하전 입자 빔의 스폿 크기가 작게 유지되므로, 패터닝될 기판을 패터닝하는 방법에 향상된 분해능을 제공한다. 또한, 현미경 시스템에서는, 물체가 보다 높은 분해능으로 촬상될 수 있다.
전술한 설명은 바람직한 실시예의 작용을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 없다는 것을 알아야 한다. 상기 논의로부터, 본 발명의 사상 및 범위에 포함되는 많은 변경이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (32)

  1. 복수 개의 하전 입자 빔렛을 발생시키는 장치로서,
    발산하는 하전 입자 빔을 발생시키는 하전 입자 공급원과,
    상기 발산하는 하전 입자 빔을 굴절시키는 수렴 수단과,
    상기 하전 입자 공급원과 상기 수렴 수단 사이에 배치되는, 복수 개의 렌즈를 구비한 렌즈 어레이
    를 포함하는 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수렴 수단은 발산하는 하전 입자 빔을 거의 평행한 하전 입자 빔으로 굴절시켜 거의 평행한 복수 개의 하전 입자 빔렛을 발생시키도록 되어 있는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하전 입자 공급원은 상기 수렴 수단의 초점면에 배치되는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 하전 입자 공급원의 이미지를 상기 수렴 수단의 주면에 투영하도록 배치되는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하전 입자 빔을 복수 개의 하전 입자 빔렛으로 분할하는 분할 수단을 더 구비하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 분할 수단은 공간 필터를 구비하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 분할 수단은 개구 어레이를 구비하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 공간 필터는 상기 하전 입자 공급원과 상기 렌즈 어레이 사이에 배치되어 상기 발산하는 하전 입자 빔을 복수 개의 하전 입자 빔렛으로 분할하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 공간 필터는 상기 하전 입자 공급원에 대해 오목한 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 공간 필터의 곡률은 그 초점이 실질적으로 하전 입자 빔의 시발점에 있는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 하전 입자 공급원에 대해 오목한 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 렌즈 어레이의 곡률은 그 초점이 실질적으로 하전 입자 빔의 시발점에 있는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  13. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할 수단은 상기 렌즈 어레이와 정렬되어 각 렌즈에 개별적인 빔렛을 제공하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하전 입자 빔은 전자 빔이고, 상기 렌즈 어레이는 정전기 렌즈 어레이인 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 개구 플레이트와, 상기 개구 플레이트 자체와 상이한 전위에서 개구 플레이트로부터 소정 거리에 개구 플레이트와 거의 평행한 등전위면을 형성하는 수단을 구비하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 개구 플레이트는 전기 도전성 표면과, 이 표면의 정전기 전위를 형성하는 수단을 갖는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 등전위면을 형성하는 수단은 빔렛의 빔 위치에 관통 홀, 특히 하전 입자 빔의 광축에 중심이 있는 원형 홀을 갖는 플레이트를 구비하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 등전위면을 형성하는 수단은 상기 하전 입자 공급원과 렌즈 어레이 사이에 배치되는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  19. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 등전위면을 형성하는 수단은 상기 수렴 요소의 어레이와 수렴 수단 사이에 배치되는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수렴 수단은 디플렉터들이 빔렛과 정렬되는 하나 이상의 디플렉터 어레이를 구비하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 수렴 수단은 상기 디플렉터 어레이의 여러 디플렉터들에 상이한 전압을 인가하는 컨트롤러를 더 구비하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 컨트롤러는 빔렛을 편향시키도록 상기 디플렉터 어레이의 각 디플렉터에 전압을 인가하고, 각 디플렉터가 빔의 광축에 대한 디플렉터의 거리에 비례하는 편향 효과를 나타내도록 상기 전압을 설정하게 되어 있는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 컨트롤러는 빔렛을 편향시키도록 상기 디플렉터 어레이의 각 디플렉터에 전압을 인가하고, 각 디플렉터가 수렴 수단의 추가 수렴 장치의 수차를 보상하기에 충분한 편향 효과를 나타내도록 상기 전압을 설정하게 되어 있는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수렴 수단은 정전기 렌즈인 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 정전기 렌즈에 제1 전극을 제공하는 앤드 플레이트(end plate)를 구비하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 정전기 렌즈의 전극에 전압을 인가하여 상기 정전기 렌즈를 실질적으로 구면 수차가 없이 작동시키는 제2 컨트롤러를 더 구비하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  27. 복수 개의 하전 입자 빔렛을 발생시키는 장치로서,
    발산하는 하전 입자 빔을 발생시키는 하전 입자 공급원과,
    상기 발산하는 하전 입자 빔을 굴절시키고, 시준면을 갖는 수렴 수단과,
    상기 수렴 수단에 대해 위치되는, 복수 개의 렌즈를 구비한 렌즈 어레이
    를 포함하며, 상기 렌즈 어레이의 렌즈는 상기 하전 입자 공급원의 이미지를 상기 시준면에 투영하는 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하전 입자 빔은 전자 빔인 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  29. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하전 입자 빔은 이온 빔인 것인 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치를 구비하는 하전 입자 빔 리소그래피 시스템.
  31. 제30항의 하전 입자 빔 리소그래피 시스템으로 처리된 기판.
  32. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 복수 개의 하전 입자 빔렛 발생 장치를 구비하는 하전 입자 빔 현미경 시스템.
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