KR20170015875A

KR20170015875A - Plasma cathode charged particle lithography system

Info

Publication number: KR20170015875A
Application number: KR1020167018739A
Authority: KR
Inventors: 프랭크 싱클레어; 조셉 씨. 올슨
Original assignee: 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2017-02-10
Also published as: CN105794325B; JP6461979B2; WO2016068932A1; KR101867352B1; JP2017534168A; CN105794325A

Abstract

일 실시예에 있어, 기판을 패턴화하기 위한 시스템은, 플라즈마 챔버; 플라즈마 챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위한 전원; 및 플라즈마 챔버의 일 측(side)을 따라 배치되며 복수의 개구들을 포함하는 추출 플레이트 시스템을 포함한다. 추출 플레이트 시스템은 플라즈마 챔버에 대하여 추출 플레이트 시스템을 바이어싱하는 추출 전압을 수신하도록 구성되며, 여기에서 복수의 개구들은 플라즈마로부터 복수의 개별적인 대전 입자 빔렛들을 추출하도록 구성된다. 시스템은 복수의 대전 입자 빔렛들 중 적어도 하나를 기판으로 보내기 위한 투사 광학 시스템을 더 포함한다.In one embodiment, a system for patterning a substrate comprises: a plasma chamber; A power source for generating a plasma within the plasma chamber; And an extraction plate system disposed along a side of the plasma chamber and including a plurality of apertures. The extraction plate system is configured to receive an extraction voltage for biasing the extraction plate system with respect to the plasma chamber, wherein the plurality of apertures are configured to extract a plurality of individual charged particle beamlets from the plasma. The system further includes a projection optical system for directing at least one of the plurality of charged particle beamlets to a substrate.

Description

PLASMA CATHODE CHARGED PARTICLE LITHOGRAPHY SYSTEM [0002]

본 실시예들은 리소그래피 시스템들에 관한 것으로서, 더 구체적으로, 대전 입자 리소그래피 시스템들에 관한 것이다.The present embodiments relate to lithographic systems, and more particularly, to charged particle lithography systems.

다양한 유형들의 리소그래피 시스템들에서 대전 입자들이 기판을 패턴화하기 위하여 사용된다. 이러한 대전 입자 리소그래피 시스템들은 전자 및 이온 기반 리소그래피 시스템들을 포함한다. 이미지를 형성하기 위하여, 개별적인 전자들 또는 이온들을 인터셉트하기 위한 포토레지스트와 같은 전자-민감성(sensitive) 또는 이온-민감성 재료가 기판의 외부 표면 상에 배치된다. 직접 기입(write) 시스템들에 있어서, 대전 입자 빔은, 대전 입자 빔을 포토레지스트 또는 다른 목표 재료 내로 스캐닝함으로써 직렬 방식으로 기입하기 위하여 랜덤 스캐닝(벡터 스캐닝)을 겪을 수 있다. 다른 대전 입자 리소그래피 시스템들은, 포토레지스트 내에 이미지를 형성하기 위하여 마스킹 또는 패턴화 시스템들을 사용하여 더 작은 빔들 또는 빔렛(beamlet)들로 분할되는 대전 입자들의 광폭 빔(wide beam)을 제공한다. 일반적으로, 이러한 후자의 시스템들은 마스킹 또는 패턴화 시스템을 조사(illuminate)하는 낮은 이미턴스(emittance)의 그리고 고 휘도의 빔을 생성한다. 그런 다음, 광폭 빔을 복수의 빔렛들로 분할함으로써 형성되는 이미지가 기판 내에 형성되는 패턴을 획정(define)하기 위하여 포토레지스트 상으로 투사된다. In various types of lithography systems, charged particles are used to pattern the substrate. These charged particle lithography systems include electronic and ion based lithography systems. To form an image, an electron-sensitive or ion-sensitive material, such as a photoresist for intercepting individual electrons or ions, is disposed on the outer surface of the substrate. For direct write systems, the charged particle beam may undergo random scanning (vector scanning) for writing in a serial fashion by scanning the charged particle beam into a photoresist or other target material. Other charged particle lithography systems provide a wide beam of charged particles that are divided into smaller beams or beamlets using masking or patterning systems to form an image in the photoresist. Generally, these latter systems produce a beam of low emittance and high luminance that illuminates a masking or patterning system. The image formed by dividing the wide beam into a plurality of beamlets is then projected onto the photoresist to define a pattern formed in the substrate.

더 넓은 빔으로부터 복수의 빔렛들을 생성하는 일부 대전 입자 리소그래피 시스템들은, 그 내부에서 매체 또는 멤브레인(membrane)이 이를 통해 대전 입자들이 기판을 향해 인도되는 희망되는 패턴을 획정하는 개방 영역들의 세트를 갖는 고정된 스텐실 마스크를 이용한다. 다른 대전 입자 리소그래피 시스템들에 있어서, 규칙적으로 이격된 홀(hole)들의 세트를 포함하는 프로그램가능 개구 플레이트가 넓은 면적의 빔으로부터 복수의 상이한 빔렛들을 제공할 수 있다. 프로그램가능 개구 플레이트 시스템에는 또한, 기판의 희망되는 부분이 조사될지 또는 조사되지 않을지 여부에 의존하여 개별적인 빔렛들을 스위치 온하거나 또는 스위치 오프하기 위한 다수의 제어 전극들이 구비된다.Some charged particle lithography systems that produce a plurality of beamlets from a wider beam may have a fixed set of open areas within which a media or membrane defines a desired pattern through which charged particles are directed towards the substrate Using a stencil mask. In other charged particle lithography systems, a programmable aperture plate comprising a set of regularly spaced holes can provide a plurality of different beamlets from a beam of a large area. The programmable aperture plate system is also provided with a plurality of control electrodes for switching on or off individual beamlets depending on whether the desired portion of the substrate is irradiated or not.

고정된 마스크 또는 프로그램가능 개구 플레이트 시스템을 이용하는 대전 입자 리소그래피 시스템들에 대하여, 대부분의 툴(tool)들은 광폭 평행 빔으로 고정된 마스크 또는 프로그램가능 개구 플레이트 시스템을 조사한다. 이러한 빔은 전형적으로 발산 빔을 생성하는 작은 포인트 소스(point source)로부터 발원한다. 더 작은 빔렛들로 패턴화하기 전에 더 평행한 대전 입자 빔을 형성하기 위해 발산 빔을 포커싱하기 위하여, 마스킹 시스템의 상류측에 집광 렌즈(condenser lens) 시스템이 제공된다. 고정된 마스크 또는 프로그램가능 개구들을 통과한 후, 그런 다음 대전 입자 빔이, 기판 상에 적절한 치수로 희망되는 패턴을 생성하기 위해 희망되는 이미지 감소를 생성할 수 있는 투사 광학 시스템을 통해 전도될 수 있다. 이러한 대전 입자 리소그래피 시스템들과 관련된 하나의 문제는 리소그래피 시스템의 복잡도 및 크기이며, 이는 고 휘도 포인트 소스로부터 대전 입자 빔을 생성하고, 빔을 확산시키며, 그런 다음 마스크에 진입하기 전에 빔을 콜리메이팅(collimate)해야 하는 필요성 때문이다. 이러한 그리고 다른 고려사항들이 본 개선들이 요구되는 것에 관한 것이다.For charged particle lithography systems using a fixed mask or programmable aperture plate system, most tools examine a mask or programmable aperture plate system that is fixed with a wide parallel beam. This beam typically originates from a small point source that produces a divergent beam. In order to focus the diverging beam to form a more parallel charged particle beam before patterning with smaller beamlets, a condenser lens system is provided upstream of the masking system. After passing through the fixed mask or programmable apertures, the charged particle beam can then be conducted through a projection optical system that can produce the desired image reduction to produce the desired pattern on the substrate with the appropriate dimensions . One problem associated with these charged particle lithography systems is the complexity and size of the lithography system, which creates a charged particle beam from a high intensity point source, diffuses the beam, and then collimates the beam before entering the mask collimate. These and other considerations relate to the need for these improvements.

본 요약은 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 본 요약은 청구되는 내용의 핵심 특징들 또는 본질적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않으며, 청구되는 내용의 범위를 결정하는데 도움을 주는 것으로서 의도되지도 않는다. This Summary is provided to introduce a selection of concepts in a simplified form that are further described below in the Detailed Description. This Summary is not intended to identify key features or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be intended to help determine the scope of the claimed subject matter.

추가적인 실시예에 있어서, 기판을 패턴화하는 방법은, 플라즈마 챔버 내에 대전 입자들을 포함하는 플라즈마를 생성하고, 복수의 대전 입자 빔렛들을 형성하기 위하여 복수의 개구들을 통해 플라즈마로부터 대전 입자들을 추출하며, 대전 입자 빔렛이 복수의 개구들 중 제 1 개구를 통과할 때 복수의 빔렛들 중 제 1 대전 입자 빔렛을 편향시키는 단계; 및 편향 없이 복수의 개구들 중 제 2 개구를 통해 복수의 빔렛들 중 제 2 대전 입자 빔렛을 송신하는 단계로서, 제 1 대전 입자 빔렛은 기판 상에 충돌하지 않고, 제 2 대전 입자는 기판 상에 충돌하는, 단계를 포함한다.In a further embodiment, a method of patterning a substrate includes generating a plasma comprising charged particles in a plasma chamber, extracting charged particles from the plasma through the plurality of openings to form a plurality of charged particle beamlets, Deflecting the first of the plurality of beamlets as the particle beamlet passes through the first of the plurality of apertures; And transmitting a second charged particle beamlet of the plurality of beamlets through a second one of the plurality of apertures without deflection, wherein the first charged particle beamlets do not collide on the substrate and the second charged particles Conflicting, steps.

도 1은 본 개시의 실시예들에 부합하는 예시적인 대전 입자 리소그래피 시스템을 제시한다.
도 2a는 다양한 실시예들에 따른 추출 플레이트의 상단 평면도를 도시한다.
도 2b는 플라즈마 챔버 내에 위치될 때의 도 2a의 추출 플레이트 시스템의 측면 단면도를 도시한다.
도 3a는 동작 동안의 도 1의 예시적인 대전 입자 리소그래피 시스템의 측면 단면도를 도시한다.
도 3b는 동작 동안의 도 3a의 플라즈마 챔버 및 추출 플레이트 시스템의 상단 평면도를 도시한다.
도 4는 본 실시예들에 부합하는 기판을 패턴화하기 위한 대전 입자 빔렛들의 생성의 제 1 스테이지 동안의 예시적인 대전 입자 리소그래피 시스템을 도시한다.
도 5는 기판을 패턴화하기 위한 대전 입자 빔렛들의 생성의 제 2 스테이지 동안의 도 4의 시스템을 도시한다.
도 6은 기판을 패턴화하기 위한 대전 입자 빔렛들의 생성의 제 3 스테이지 동안의 도 4의 시스템을 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시예들에 부합하는 다른 예시적인 대전 입자 리소그래피 시스템을 제시한다.
도 8은 본 개시의 실시예들에 부합하는 추가적인 예시적인 대전 입자 리소그래피 시스템을 제시한다.Figure 1 illustrates an exemplary charged particle lithography system in accordance with embodiments of the present disclosure.
Figure 2a shows a top plan view of an extraction plate according to various embodiments.
Figure 2b shows a side cross-sectional view of the extraction plate system of Figure 2a when positioned in a plasma chamber.
Figure 3a shows a side cross-sectional view of the exemplary charged particle lithography system of Figure 1 during operation.
Figure 3B shows a top plan view of the plasma chamber and extraction plate system of Figure 3A during operation.
Figure 4 illustrates an exemplary charged particle lithography system during a first stage of the generation of charged particle beamlets for patterning a substrate in accordance with the present embodiments.
Figure 5 illustrates the system of Figure 4 during a second stage of the generation of charged particle beamlets for patterning the substrate.
Figure 6 shows the system of Figure 4 during a third stage of the generation of charged particle beamlets for patterning the substrate.
Figure 7 illustrates another exemplary charged particle lithography system consistent with embodiments of the present disclosure.
Figure 8 illustrates a further exemplary charged particle lithography system consistent with embodiments of the present disclosure.

이제 이하에서 본 실시예들이, 일부 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 개시의 내용이 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 본원의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다. 도면들에서, 유사한 도면번호들이 전체에 걸쳐 유사한 엘러먼트를 지칭한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following, the present embodiments will be more fully described with reference to the accompanying drawings, in which certain embodiments are shown. However, the content of this disclosure may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the disclosure to those skilled in the art. In the drawings, like numerals refer to like elements throughout.

본원에서 설명되는 실시예들은 신규한 리소그래피 장치를 제공한다. 다양한 실시예들에 있어, 대전 입자 리소그래피 시스템은, 대전 입자들의 광역(wide area) 소스로서 역할하는 플라즈마 챔버를 포함한다. 이러한 광역 소스는, 다양한 실시예들에 따라 기판의 효율적이고 빠른 패턴화를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 플라즈마-기반 광역 소스를 사용하는 이점은, 플라즈마 챔버의 사용이, 패턴화될 기판 상에 충돌할 때 대전 입자들이 동일한 각도를 형성하도록, 고도의 평행성을 갖는 패턴화 시스템을 통해 대전 입자들을 보내기 위한 능력을 가능하게 한다는 것이다. 본 실시예들에 의해 제공되는 다른 이점은, 플라즈마 챔버의 사용에 의해 가능해진 패턴화 시스템의 영역에 걸친 대전 입자 밀도의 고도의 균일성이다. 또한, 플라즈마 소스는, 기판 상에 입사되는 대전 입자들의 에너지 확산을 감소시키기 위하여 플라즈마 상태들을 조정하기 위해 튜닝될 수 있고, 그럼으로써, 패턴화 프로세스의 균일성을 추가적으로 개선할 수 있는 다양한 조정가능 파라미터들을 제공한다. 낮은 에너지 확산을 달성하는 것은, 결과적으로 종래 기술에서 사용되는 포인트 소스들보다 더 낮은 플라즈마 밀도를 요구하는 넓은 영역의 사용에 의해 가능해 진다.The embodiments described herein provide a novel lithographic apparatus. In various embodiments, a charged particle lithography system includes a plasma chamber that serves as a wide area source of charged particles. Such a wide-area source can be used to provide efficient and rapid patterning of the substrate in accordance with various embodiments. An advantage of using a plasma-based wide-area source is that the use of the plasma chamber sends the charged particles through a patterning system with a high degree of parallelism so that the charged particles form the same angle when they collide on the substrate to be patterned The ability to do so. Another advantage provided by these embodiments is the high uniformity of the charged particle density over the area of the patterning system made possible by the use of the plasma chamber. The plasma source may also be tuned to adjust the plasma states to reduce the energy diffusion of charged particles incident on the substrate, thereby providing various adjustable parameters that can further improve the uniformity of the patterning process Lt; / RTI > Achieving low energy spreading is consequently enabled by the use of a large area that requires a lower plasma density than the point sources used in the prior art.

다양한 실시예들에 있어, 대전 입자들을 생성하기 위한 플라즈마 소스는 기판을 패턴화하기 위해 대전 입자 빔렛들을 생성하기 위한 추출 플레이트 시스템과 함께 사용된다. 이러한 추출 플레이트 시스템은 대전 입자 리소그래피를 위해 사용되는 공지된 개구 시스템들에 따라 설계될 수 있다. 이러한 시스템들은, 패턴화되는 기판의 빔렛들에 대한 노출을 제어하기 위해 사용되는 고정된 개구들 또는 프로그램가능 개구들을 포함할 수 있다. 프로그램가능 개구들을 가지고 설계된 시스템들은 그 밖에 "무마스크(maskless) 시스템들"로서 지칭되며, 이는 프로그램가능 개구들이 고정된 마스크 패턴으로 구성되지 않으면서 기판을 패턴화하기 때문이다. 그러나, 이러한 시스템들이 본원에서 단지 "추출 플레이트 시스템들"로서 지칭된다. 본 실시예의 추출 플레이트 시스템 및 공지된 시스템들의 추출 플레이트 시스템의 하나의 공통된 특징은, 개구 플레이트가 개구 플레이트의 넓은 영역의 크기에 비할만한 넓은 영역에 걸쳐 분포된 대전 입자들의 플럭스(flux)에 노출된다는 것이다. 그런 다음, 대전 입자들의 플럭스는, 개구 플레이트 내에 포함되는 복수의 개구들을 통과할 때 복수의 빔렛들로 변환된다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 실시예들로부터 기인하는 다수의 이점들은 추출 플레이트 시스템에 의해 패턴화되는 대전 입자들의 넓은 영역을 생성하기 위해 사용되는, 통상적인 포인트 소스 시스템들과는 상이한 플라즈마 소스들의 성질로부터 기인한다.In various embodiments, a plasma source for generating charged particles is used with an extraction plate system for generating charged particle beamlets to pattern the substrate. This extraction plate system can be designed according to known aperture systems used for charged particle lithography. Such systems may include fixed openings or programmable apertures used to control exposure to the beamlets of the patterned substrate. Systems designed with programmable apertures are also referred to as "maskless systems" because the programmable apertures pattern the substrate without being configured with a fixed mask pattern. However, such systems are referred to herein simply as "extraction plate systems ". One common feature of the extraction plate system of the present embodiment and the extraction plate system of known systems is that the aperture plate is exposed to the flux of charged particles distributed over a large area comparable to the size of the large area of the aperture plate will be. The flux of charged particles is then converted into a plurality of beamlets as they pass through the plurality of apertures contained in the aperture plate. As will be described in detail below, a number of advantages resulting from these embodiments are the use of plasma sources different from conventional point source systems, which are used to create large areas of charged particles patterned by the extraction plate system &Lt; / RTI >

도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 대전 입자 리소그래피를 위해 사용되는 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 특히 그 안에 위치된 기판(124)을 패턴화하기 위하여 이용될 수 있다. 시스템(100)은 전원(104)으로부터 전력을 수신하는 플라즈마 챔버(102)를 포함한다. 다양한 실시예들에 있어서, 전원(104)은 용량적으로 결합된 플라즈마를 생성하기 위한 또는 유도적으로 결합된 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전원; 마이크로파 전원, 또는 아크 방전 전원일 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. 플라즈마 챔버(102)는 임의의 알맞은 형상을 가질 수 있으며, 도시된 직교 좌표계의 X-Y 평면에서 원형 또는 직사각형 형상을 형성할 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다.Figure 1 illustrates a system 100 used for charged particle lithography in accordance with embodiments of the present disclosure. The system 100 can be used to pattern the substrate 124 located therein, in particular. The system 100 includes a plasma chamber 102 that receives power from a power source 104. In various embodiments, the power source 104 may include an RF power source for generating a capacitively coupled plasma or for generating an inductively coupled plasma; A microwave power source, or an arc discharge power source. The embodiments are not limited in this context. The plasma chamber 102 may have any suitable shape and may form a circular or rectangular shape in the X-Y plane of the illustrated Cartesian coordinate system. The embodiments are not limited in this context.

도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 추출 플레이트 시스템(106)이 플라즈마 챔버(102)의 일 측(108)을 따라 배치되며, 플라즈마 챔버(102)의 상기 측의 벽의 일 부분 또는 전체를 형성할 수 있다. 플라즈마(미도시)가 플라즈마 챔버(102) 내에서 생성될 때, 추출 플레이트 시스템(106)이 복수의 개구들(110)을 통해 플라즈마 챔버(102)로부터 복수의 대전 입자 빔렛들을 추출하기 위해 사용될 수 있으며, 이러한 빔렛들 중 일부가 기판(124)의 패턴화를 위해 기판(124)으로 보내진다. 플라즈마 챔버(102)로부터 대전 입자들을 추출하기 위해, 그 사이에 추출 전압 V_EXT를 생성하기 위하여 추출 전압 공급장치(112)가 플라즈마 챔버(102) 및 추출 플레이트 시스템(106)에 결합된다. 환형 절연체(109)가 플라즈마 생성 영역의 전위를 개구 플레이트의 전위로부터 분리하기 위해 사용된다. 다양한 실시예들에 있어, 추출 전압 V_EXT의 크기는 5 kV 내지 100 kV의 범위이지만, 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. 다양한 실시예들에 있어, 추출 플레이트 시스템(106)은 단일 추출 플레이트일 수 있거나 또는 복수의 추출 플레이트들을 포함할 수 있다. 1, an extraction plate system 106 is disposed along one side 108 of the plasma chamber 102 and forms a portion or an entirety of the side wall of the plasma chamber 102 can do. An extraction plate system 106 may be used to extract a plurality of charged particle beamlets from the plasma chamber 102 through the plurality of apertures 110 when a plasma (not shown) is generated in the plasma chamber 102 And some of these beamlets are directed to the substrate 124 for patterning of the substrate 124. To extract charged particles from the plasma chamber 102, an extraction voltage supply 112 is coupled to the plasma chamber 102 and extraction plate system 106 to generate an extraction voltage V _EXT therebetween. An annular insulator 109 is used to separate the potential of the plasma generation region from the potential of the aperture plate. In various embodiments, the magnitude of the extraction voltage V _EXT ranges from 5 kV to 100 kV, although the embodiments are not limited in this context. In various embodiments, the extraction plate system 106 may be a single extraction plate or may comprise a plurality of extraction plates.

다양한 실시예들에 따르면, 추출 전압 공급장치(112)는 네거티브(negative) 또는 포지티브(positive) 전압으로서 V_EXT를 공급할 수 있으며, 그 결과 추출 플레이트 시스템(106)이 플라즈마 챔버(102)에 대하여 네거티브하게 또는 포지티브하게 바이어싱된다. 추출 플레이트 시스템(106)이 플라즈마 챔버(102)에 대하여 포지티브하게 바이어싱되는 경우에 있어서, 전자들이 기판(124)으로 보내지는 복수의 전자 빔렛들을 형성하기 위하여 플라즈마 챔버(102)로부터 추출될 수 있다. 추출 플레이트 시스템(106)이 플라즈마 챔버(102)에 대하여 네거티브하게 바이어싱되는 경우에 있어서, 포지티브 이온들이 기판(124)으로 보내지는 복수의 포지티브 이온 빔렛들을 형성하기 위하여 플라즈마 챔버(102)로부터 추출될 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 당업자들에 의해 이해될 바와 같이, 추출 플레이트 시스템(106)에 플라즈마 챔버(102)에 대한 포지티브 V_EXT를 인가하는 것이 네거티브 이온들을 추출하기 위해 사용될 수 있지만, 플라즈마 챔버(102) 내에 네거티브 이온들을 생성하기 위해 다른 컴포넌트들(미도시)이 요구될 수 있다. According to various embodiments, the extraction voltage supply 112 may supply V _EXT as a negative or positive voltage such that the extraction plate system 106 is negative for the plasma chamber 102, Or positively biased. When the extraction plate system 106 is positively biased with respect to the plasma chamber 102, electrons may be extracted from the plasma chamber 102 to form a plurality of electron beamlets to be sent to the substrate 124 . In the case where the extraction plate system 106 is negatively biased with respect to the plasma chamber 102, positive ions are extracted from the plasma chamber 102 to form a plurality of positive ion beamlets to be sent to the substrate 124 . In other embodiments, as will be appreciated by those skilled in the art, application of a positive V _EXT to the plasma chamber 102 to the extraction plate system 106 may be used to extract negative ions, Other components (not shown) may be required to generate negative ions within the electrodes.

시스템(100)은, 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 추출 플레이트 시스템(106) 내에서 개구들(110)에 편향 전압 V_DEF를 제공하기 위해 이용되는 복수의 편향 전압 소스들(114)을 더 포함한다. 간단히 말해서, 편향 전압 소스들(114)은 개별적인 개구에 인가되는 편향 전압을 개별적으로 제어하기 위해 사용된다. 이는, 시스템(100)으로 하여금, 개구들을 통과하는 대전 입자의 궤적을 제어하기 위해 선택 개구들 상에 편향 전압을 사용함으로써 주어진 대전 입자 빔렛이 패턴화하기 위해 기판(124)에 도달할지 여부를 제어하는 것을 가능하게 한다. 편향 전압 소스(114)는, 기판(124)에서 대전 입자 빔들의 노출의 주어진 패턴을 생성하기 위하여 편향 전압 소스(114) 내에서 상이한 개구들(110)에 대한 편향 전압들의 주어진 패턴이 프로그램될 수 있도록, 프로그램가능 전압 편향 소스일 수 있다.The system 100 further includes a plurality of deflection voltage sources 114 used to provide a deflection voltage V _DEF to the openings 110 within the extraction plate system 106, . Briefly, deflection voltage sources 114 are used to individually control the deflection voltages applied to the individual openings. This allows the system 100 to control whether a given charged particle beamlet reaches the substrate 124 for patterning by using a deflection voltage on selective apertures to control the locus of charged particles passing through the apertures . The deflection voltage source 114 may be programmed to provide a desired pattern of deflection voltages for different openings 110 within the deflection voltage source 114 to produce a given pattern of exposure of the charged particle beams at the substrate 124. [ , A programmable voltage deflection source.

시스템(100)은 또한, 기판 상에 충돌하기 전에 대전 입자 빔렛들의 모음(collection)을 제어하기 위해 사용되는 투사 광학 시스템(116)을 포함한다. 투사 광학 시스템(116)은, 대전 입자 빔렛들의 치수 및 포커싱을 제어하기 위해 통상적인 대전 입자 리소그래피 시스템들에서 사용되는 것과 같은 통상적인 시스템일 수 있다. 예를 들어, 추출 플레이트 시스템(106)은 투사 광학 시스템(116)에 의해 크기가 감소된 빔렛들의 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 투사 광학 시스템들의 세부사항들이 잘 알려져 있으며, 본원에서 추가적으로 논의되지 않는다.The system 100 also includes a projection optical system 116 that is used to control the collection of charged particle beamlets before they impinge on the substrate. The projection optical system 116 may be a conventional system such as that used in conventional charged particle lithography systems to control the dimension and focusing of the charged particle beamlets. For example, the extraction plate system 106 may form a pattern of beamlets that are reduced in size by the projection optical system 116. The details of these projection optical systems are well known and are not discussed further herein.

시스템(100)은, 추출 플레이트 시스템(106)에 의해 편향된 대전 입자 빔렛들을 걸러내도록 역할하는 정지 플레이트(stopping plate)(118)를 포함한다. 이러한 방식으로, 추출 플레이트 시스템(106)은, 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 어떤 대전 입자 빔렛들이 기판(124)에 도달할지를 선택할 수 있다. 예를 들어, 기판(124)의 상이한 영역들이 대전 입자들에 노출되게 하기 위하여 적어도 X-방향 및 Y-방향을 따라 기판(124)을 병진 이동(translate)시킬 수 있는 기판 스테이지(122)가 또한 시스템(100) 내에 포함된다. 예를 들어, 시스템(100)은 추출 플레이트 시스템(106)과 기판(124) 사이에서 이미지 크기의 100x 또는 200x 감소를 생성할 수 있다. 따라서, X-방향을 따라 20 cm에 걸치는 추출 플레이트 시스템(106)이, 하나의 예에서 2 mm에 걸친 기판(124) 상의 패턴을 생성할 수 있다. 따라서, 약 수 센티미터의 치수들을 갖는 기판(124)을 노출시키기 위하여, 기판 스테이지(122)가 일련의 노출들 사이에서 X-방향 및 Y-방향을 따라 스캐닝될 수 있다. The system 100 includes a stopping plate 118 that serves to filter the charged particle beamlets deflected by the extraction plate system 106. In this manner, the extraction plate system 106 can select which charged particle beamlets will reach the substrate 124, as will be described in detail below. For example, a substrate stage 122, which is capable of translating the substrate 124 along at least the X-direction and the Y-direction to expose different regions of the substrate 124 to charged particles, Is included in the system 100. For example, the system 100 may generate a 100x or 200x reduction of the image size between the extraction plate system 106 and the substrate 124. For example, Thus, the extraction plate system 106 spanning 20 cm along the X-direction can produce a pattern on the substrate 124 over a 2 mm in one example. Thus, in order to expose the substrate 124 having dimensions of a few centimeters, the substrate stage 122 may be scanned along the X-direction and the Y-direction between the series of exposures.

도 2a 및 도 2b는 각기, 기판을 패턴화하기 위해 시스템(100) 내에서 사용될 수 있는 추출 플레이트 시스템(200)의 상단 평면도 및 측면도를 도시한다. 구체적으로, 도 2b는 방향 A-A'를 따른 추출 플레이트 시스템(200)의 단면도를 제시한다. 추출 플레이트 시스템(200)은, 서로 부착된 개구 플레이트(202) 및 블랭킹(blanking) 플레이트(204)를 포함한다. 개구 플레이트(202) 및 블랭킹 플레이트(204)는 각기, 서로에 대해 정렬된 개구들(206, 208)의 개별적인 어레이를 포함한다. 개구들(206)은, 전체 추출 플레이트 시스템(200)을 통해 연장하는 개구들(209)의 어레이가 형성될 수 있도록 개구들(208)과 정렬된다. 개구들(209)은, 플라즈마 챔버(102) 내에서 형성된 플라즈마(미도시)로부터 추출되는 대전 입자 빔들을 전도시킬 수 있다.2A and 2B illustrate a top plan view and a side view, respectively, of an extraction plate system 200 that may be used in the system 100 to pattern a substrate. Specifically, FIG. 2B shows a cross-sectional view of extraction plate system 200 along direction A-A '. The extraction plate system 200 includes an aperture plate 202 and a blanking plate 204 attached to each other. The aperture plate 202 and blanking plate 204 each include a respective array of apertures 206, 208 aligned with respect to one another. The openings 206 are aligned with the openings 208 so that an array of openings 209 extending through the entire extraction plate system 200 can be formed. The openings 209 can conduct charged particle beams extracted from a plasma (not shown) formed in the plasma chamber 102.

추출 플레이트 시스템(200)은 또한, 플라즈마 챔버(102)와 추출 플레이트 시스템(200) 사이에 바이어스를 인가하기 위하여 추출 전압 공급장치(112)에 결합되는 전극(210)을 포함한다. 이러한 방식으로, 플라즈마가 플라즈마 챔버(102) 내에 형성될 때, 추출 플레이트 시스템(200)은 플라즈마로부터의 대전 입자들을 희망되는 에너지까지 가속할 수 있다. 블랭킹 플레이트(204)는, 편향 전압 소스(114)에 결합된 편향 전극들(212)을 더 포함한다. 각각의 편향 전극(212)은 개별적인 개구(208)와 정렬되며, 2개의 상이한 전극들을 포함한다. 따라서, 편향 전압이 각기 편향 전극(212)을 형성하는 2개의 상이한 전극들 사이에 인가될 수 있다. 이러한 편향 전압은, 개구(209)를 통과하는 대전 입자를 편향시키도록 구성된 편향 필드를 생성하도록 역할한다. 편향 전압 소스(114)는, 편향 전압이 개별적으로 임의의 편향 전극(212)으로 전달될 수 있는 방식으로 프로그램가능할 수 있다. 도 2a, 도 2b에 명시적으로 도시되지는 않지만, 편향 전극들(212)이 추출 플레이트 시스템(200) 내에 또는 추출 플레이트 시스템 상에 제공되는 배선을 통해 편향 전압 소스에 연결될 수 있다. The extraction plate system 200 also includes an electrode 210 coupled to the extraction voltage supply 112 for applying a bias between the plasma chamber 102 and the extraction plate system 200. In this way, when a plasma is formed in the plasma chamber 102, the extraction plate system 200 can accelerate the charged particles from the plasma to the desired energy. The blanking plate 204 further includes deflection electrodes 212 coupled to a deflection voltage source 114. Each deflection electrode 212 is aligned with a respective opening 208 and includes two different electrodes. Thus, a deflection voltage can be applied between two different electrodes, each forming a deflection electrode 212. [ This deflection voltage serves to create a deflection field configured to deflect the charged particles passing through the aperture 209. [ The deflection voltage source 114 may be programmable in such a way that the deflection voltages can be individually transmitted to any deflection electrode 212. [ Although not explicitly shown in FIGS. 2A and 2B, deflection electrodes 212 may be connected to the deflection voltage source through the wiring provided in the extraction plate system 200 or on the extraction plate system.

작은 치수들을 갖는 특징부들을 알맞게 생성하기 위하여, 개구들(209)에 대한 X-방향 및 Y-방향의 개구 크기가 약 1 내지 10 마이크로미터일 수 있다. 또한 도 1을 참조하면, 이는, 시스템(100)과 같은 시스템이 투사 광학 시스템(116)에 의해 수행되는 감소 또는 축소에 의존하여 약 10 내지 100 나노미터의 치수를 갖는 대전 입자 빔렛들을 생성하는 것을 가능하게 한다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다.The size of the opening in the X-direction and in the Y-direction with respect to the openings 209 may be about 1 to 10 micrometers in order to properly create features with small dimensions. Also referring to Figure 1, it will be appreciated that a system such as the system 100 may be capable of producing charged particle beamlets with dimensions of about 10 to 100 nanometers depending on the reduction or reduction performed by the projection optical system 116 . The embodiments are not limited in this context.

도 2b가 특히 추출 플레이트 시스템(200)이 개구들을 갖는 2개의 상이한 플레이트들을 포함하는 실시예를 도시하지만, 다른 실시예들에 있어서, 추출 플레이트 시스템은, 편향 전극들이 블랭킹 플레이트(204)로서 개구들 내에 배치되는 단일 개구 플레이트일 수 있다. 또한, 전극들은 단일 개구 플레이트 실시예에 있어 개구들의 길이를 따라 부분적으로 연장할 수 있거나, 또는 이러한 개구들의 전체 길이를 따라 연장할 수 있다.Although FIG. 2B illustrates an embodiment in which the extraction plate system 200 includes two different plates with openings, in other embodiments, the extraction plate system is configured such that the deflection electrodes are aligned with the openings As shown in FIG. In addition, the electrodes may extend partially along the length of the openings in a single aperture plate embodiment, or may extend along the entire length of such apertures.

도 3a는 다양한 실시예들에 따른 시스템(100)의 동작에 대한 하나의 시나리오를 도시한다. 도 3a에서, 가스 종(별도로 도시되지 않음)이 플라즈마 챔버(102)로 들어오며, 그 후 전원(104)이 플라즈마 챔버(102)에 전력을 공급할 때 플라즈마(300)가 생성된다. 플라즈마(300)를 생성하기 위한 적절한 가스 종의 예들은, 불활성 가스, 예컨대 He, Ne, Ar, Kr, Xe, 또는 수소-함유 가스, 예컨대 H₂, H₂O, NH₃을 포함한다. 이는 개구 플레이트 컴포넌트들과의 에칭 또는 반응을 제한할 수 있다. 그러나, 실시예들이 이러한 맥락으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 기판 층을 패턴화하기 위해 이온들이 기판 층 내로 주입되는 포지티브 이온 리소그래피의 실시예들에 있어서, 가스 종은 임의의 희망되는 포지티브 이온을 생성하도록 선택될 수 있다. Figure 3A illustrates one scenario for operation of the system 100 in accordance with various embodiments. 3A, a gas species (not separately shown) enters the plasma chamber 102, and then the plasma 300 is generated when the power source 104 supplies power to the plasma chamber 102. An example of a suitable gas for generating plasma species 300 are an inert gas, such as He, Ne, Ar, Kr, Xe, or a hydrogen-containing gas, such as _{_{H 2, H 2 O, NH}} 3. This may limit the etching or reaction with the aperture plate components. However, the embodiments are not limited in this context. For example, in embodiments of positive ion lithography in which ions are implanted into a substrate layer to pattern the substrate layer, the gas species may be selected to produce any desired positive ions.

본 실시예들에 따르면, 플라즈마(300)는, 대전 입자들을 추출하기 위해 사용되는 개구들(209)의 어레이의 폭 W에 걸쳐 그리고 길이 L에 걸쳐(도 2a 참조) 대전 입자들의 균일한 플럭스를 제공하는 방식으로 생성된다. 예를 들어, 도 3a에 예시된 바와 같이, 플라즈마 챔버(102)의 크기는, 추출 플레이트 시스템(200) 근처에서, Y 방향을 따른 플라즈마의 길이 및 X 방향을 따른 플라즈마(300)의 폭이 개구들(209)의 어레이 또는 개별적인 폭 W 및 길이 L보다 더 클 수 있도록 배열될 수 있다. 이러한 기하구조를 사용하면, 전원이 유도 결합 또는 용량 결합(도 3에 명시적으로 도시되지 않음)을 통해 플라즈마(300)를 생성하는 RF 전원인 실시예들에 대하여, 개구들(209)의 어레이 또는 폭 W 및 길이 L에 걸친 대전 입자 밀도의 변동이 3% 미만일 수 있다. 이러한 방식으로, 추출 플레이트 시스템(200)의 상이한 개구들(209)을 통해 전도되는 단위 면적당 대전 입자 플럭스의 변동이 또한 3% 미만일 수 있다. According to these embodiments, the plasma 300 is applied over a length W of the array of openings 209 used to extract the charged particles and over a length L (see FIG. 2A) with a uniform flux of charged particles . 3A, the size of the plasma chamber 102 is such that, near the extraction plate system 200, the length of the plasma along the Y direction and the width of the plasma 300 along the X direction, May be arranged to be larger than the array W or the individual width W and the length L of the grooves. With these geometries, for embodiments where the power source is an RF power source that generates plasma 300 through inductive coupling or capacitive coupling (not explicitly shown in FIG. 3), the array of openings 209 Or the variation of the charged particle density over the width W and the length L may be less than 3%. In this way, the variation of the charged particle flux per unit area conducted through the different openings 209 of the extraction plate system 200 may also be less than 3%.

도 3a에 추가적으로 도시된 바와 같이, 복수의 대전 입자 빔렛들(302, 304, 306, 308, 310)이 상이한 개구들(209)을 통해 플라즈마(300)로부터 추출된다(도 2b 참조). 이상에서 언급된 바와 같이, 이러한 대전 입자 빔렛들(302-310)의 각각이 단위 면적당 동일한 대전 입자 플럭스를 운반할 수 있다. 따라서, 기판(124)에 도달하는 빔렛들(302-310)의 어레이가 주어진 노출 시간 동안 동일한 방식으로 필름(126)을 변화시킬 수 있다. 3A, a plurality of charged particle beamlets 302, 304, 306, 308, 310 are extracted from the plasma 300 through different openings 209 (see FIG. 2B). As mentioned above, each of these charged particle beamlets 302-310 can carry the same charged particle flux per unit area. Thus, the array of beamlets 302-310 reaching the substrate 124 can change the film 126 in the same manner for a given exposure time.

도 3a의 예시가, 어떤 대전 입자 빔렛들이 기판(124)에 도달할지를 제어함으로써 기판(124)을 패턴화하기 위한 편향 전압 소스의 사용의 예들을 도시한다. 구체적으로, 대전 입자 빔렛들(302 및 306)은, 대전 입자 빔렛들(302 및 306)이 정지 플레이트(118)에 의해 인터셉트되도록 하는 방식으로, 개별적인 개구들(209A 및 209C)을 통과할 때 편향된다. 다른 대전 입자 빔렛들(304, 308, 및 310)은 편향 없이 추출 플레이트 시스템(200)을 통과하며, 정지 플레이트(118)의 개구(120)를 통해 보내진다. 대전 입자 빔렛들(304, 308, 310)이 필름(126)과 충돌할 때, 필름(126)이 변화되며, 이는 개별적인 변화된 영역들(312, 314, 및 316)의 패턴을 형성한다. 개구들(209)의 어레이 내의 다른 대전 입자 빔렛들은, 희망되는 패턴을 필름(126)으로 전달하기 위하여, 기판(124)으로 보내지거나 또는 정지 플레이트(118)에 의해 인터셉트될 수 있다.3A illustrates examples of the use of a deflection voltage source for patterning a substrate 124 by controlling which charged particle beamlets arrive at the substrate 124. In this example, Specifically, the charged particle beamlets 302 and 306 are deflected when passing through the individual apertures 209A and 209C in such a manner as to cause the charged particle beamlets 302 and 306 to be intercepted by the stop plate 118. [ do. The other charged particle beamlets 304,308 and 310 pass through the extraction plate system 200 without deflection and through the aperture 120 of the stop plate 118. As the charged particle beamlets 304, 308, 310 collide with the film 126, the film 126 changes, which forms a pattern of the individual changed areas 312, 314, and 316. Other charged particle beamlets in the array of openings 209 may be sent to the substrate 124 or intercepted by the stop plate 118 to transfer the desired pattern to the film 126.

일부 실시예들에 있어서, 일반적으로 추출 플레이트 시스템(200)에 의해 표현되는 것과 같은 추출 플레이트 시스템은, 2차원 어레이로 배열된 수천개의 개구들, 예를 들어, 500,000개의 개구들을 포함할 수 있다. 따라서, 기판(124)이, 기판(124)의 급속 패턴화를 가능하게 할 수 있는 수천개의 평행 대전 입자 빔렛들 중 수백개의 빔렛들에 의해 프로세싱될 수 있다.In some embodiments, an extraction plate system, such as represented by extraction plate system 200 in general, may include thousands of apertures arranged in a two-dimensional array, for example, 500,000 apertures. Thus, the substrate 124 can be processed by hundreds of beamlets among thousands of parallel charged particle beamlets, which can enable rapid patterning of the substrate 124.

도 3b는 동작 동안의 플라즈마 챔버(102)의 상단 평면도를 제시한다. 도시된 바와 같이, 플라즈마(300)가 플라즈마 챔버(102) 내에서 생성될 때, 플라즈마(300)는 개구들(209)의 어레이에 의해 펼쳐지는 면적(WL)만큼 크거나 또는 이보다 더 큰 면적을 커버할 수 있는 광역 대전 입자 소스로서 유효하게 동작한다. 도 3a 및 도 3b로부터 명백한 바와 같이, 이러한 기하구조는, 개구 플레이트 또는 마스크에 진입하기 전에 대전 입자들이 더 큰 면적에 걸쳐 확산되는 포인트 소스들에 기초하는 통상적인 대전 입자 장치와 대비된다. 그 대신, 시스템(100) 내에서, 플라즈마(300)로부터 추출되는 전자들 또는 이온들은, 추출 플레이트 시스템(200)의 표면에 대하여 수직하는 입사각으로 실질적으로 평행한 궤적들을 가지고 플라즈마 쉬스(plasma sheath)(318)를 가로지르고 개구들(206)(209)에 진입한다. 따라서, 플라즈마(300)를 빠져 나오는 대전 입자들에 대한 X-Y 평면에서의 단위 면적당 대전 입자 플럭스는 개구들(209)에 진입하는 대전 입자들의 단위 면적당 대전 입자 플럭스와 동일하다. 다시 말해서, 대전 입자들이 추출 플레이트 시스템(200)과 충돌하기 위하여 플라즈마 쉬스를 이동할 때 대전 입자들의 확산이 존재하지 않는다. 3B illustrates a top plan view of the plasma chamber 102 during operation. As shown, when the plasma 300 is generated in the plasma chamber 102, the plasma 300 has an area greater than or equal to the area WL spread by the array of openings 209 It can effectively operate as a broad-charged particle source capable of covering. As is apparent from Figs. 3A and 3B, such a geometry is compared to a conventional charged particle device based on point sources where charged particles are diffused over a larger area before entering the aperture plate or mask. Instead, within the system 100, electrons or ions extracted from the plasma 300 have a plasma sheath with locally parallel trajectories at an angle of incidence perpendicular to the surface of the extraction plate system 200, Across openings 318 and into openings 206 and 209. As shown in FIG. Therefore, the charged particle flux per unit area in the X-Y plane for the charged particles exiting the plasma 300 is the same as the charged particle flux per unit area of the charged particles entering the openings 209. In other words, there is no diffusion of charged particles when the charged particles travel through the plasma sheath to collide with the extraction plate system 200.

또한, 이상에서 언급된 바와 같이, 투사 광학 시스템(116)이 추출 플레이트 시스템(200)으로부터 기판(124)으로의 대전 입자 빔들에 의해 형성된 이미지 또는 패턴의 크기의 100x 또는 200x 선형 감소를 생성할 수 있다. 이는, 100² 또는 200²의 대전 입자 빔들에 의해 형성된 패턴의 면적에 대한 감소 인자(factor)에 대응한다^. 따라서, 추출 플레이트 시스템(200)에서 대전 입자 빔들의 어레이에 의해 형성된 원래의 면적(LW)은, 대전 입자 빔들이 투사 광학 시스템(116)을 지난 후 기판에서 면적(LW/40,000)으로 감소될 수 있다. 각각의 개별적인 대전 입자 빔렛의 (X-Y 평면에서의) 단면적이 유사한 인자만큼 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 기판(125)에 도착하는 개별적인 대전 입자 빔렛 내의 대전 입자들의 단위 면적당 플럭스가 개구들(209)에 진입하는 대전 입자들의 단위 면적당 플럭스의 40,000배에 이를 수 있다. 대전 입자들이 플라즈마(300)로부터의 추출 동안 확산하지 않기 때문에, 따라서, 기판(124)을 패턴화하기 위해 주어진 대전 입자 도우즈(dose)를 제공하기 위해 요구되는 플라즈마(300) 내의 대전 입자들의 체적 밀도가 통상적인 대전 입자 리소그래피 시스템들에서의 고 휘도 포인트 소스들에서 요구되는 것에 비하여 훨씬 더 낮을 수 있다.The projection optical system 116 can also generate a 100x or 200x linear reduction of the size of the image or pattern formed by the charged particle beams from the extraction plate system 200 to the substrate 124, have. This corresponds to a reduction factor for the area of the pattern formed by the charged particle beams of 100 ² or 200 ² ^. Thus, the original area LW formed by the array of charged particle beams in the extraction plate system 200 can be reduced to the area (LW / 40,000) in the substrate after the charged particle beams have passed through the projection optical system 116 have. The cross sectional area (in the XY plane) of each individual charged particle beamlet can be reduced by a similar factor. In this manner, the flux per unit area of charged particles in the individual charged particle beamlets arriving at the substrate 125 can reach 40,000 times the flux per unit area of the charged particles entering the openings 209. The volume of charged particles in the plasma 300 required to provide a given charged particle dose for patterning the substrate 124, as the charged particles do not diffuse during extraction from the plasma 300, The density can be much lower than that required in high brightness point sources in conventional charge particle lithography systems.

도 3에 도시된 시스템(100)의 동작을 더 상세하게 설명하기 위하여, 도 4, 도 5, 및 도 6은 기판(124)을 패턴화하기 위한 대전 입자 빔렛들의 생성 동안의 상이한 스테이지들을 예시한다. 명확성을 위하여, 플라즈마 챔버(102), 추출 플레이트 시스템(200), 및 관련된 전압 소스들만이 도시된다. 도 4에서, 플라즈마(300)는 전원(미도시)의 사용을 통해 플라즈마 챔버(102) 내에 생성된다. 본 실시예들에 따르면, 플라즈마(300)는 개구들(209)의 어레이에 의해 획정되는 면적에 걸쳐 대전 입자들의 균일한 밀도를 제공하도록 생성된다(도 3b 참조). 이러한 스테이지에서, 추출 전압이 추출 플레이트 시스템(200)과 플라즈마 챔버(102) 사이에 공급되지 않는다. 따라서, 추출 플레이트 시스템(200)을 통해 추출되는 대전 입자 빔렛들이 존재하지 않는다. 플라즈마 파워, 가스 압력, 가스 흐름, 및 다른 파라미터들과 같은 다양한 파라미터들이 플라즈마 균일성을 희망되는 레벨로 조정하기 위해 조정될 수 있다. To further illustrate the operation of the system 100 shown in FIG. 3, FIGS. 4, 5, and 6 illustrate different stages during the generation of charged particle beamlets for patterning the substrate 124 . For clarity, only the plasma chamber 102, the extraction plate system 200, and associated voltage sources are shown. In Figure 4, a plasma 300 is generated in the plasma chamber 102 through the use of a power source (not shown). According to these embodiments, the plasma 300 is created to provide a uniform density of charged particles over the area defined by the array of openings 209 (see FIG. 3B). In this stage, no extraction voltage is applied between the extraction plate system 200 and the plasma chamber 102. Thus, there are no charged particle beamlets that are extracted through extraction plate system 200. Various parameters such as plasma power, gas pressure, gas flow, and other parameters may be adjusted to adjust the plasma uniformity to the desired level.

도 5에서, 플라즈마(300)가 플라즈마 챔버(102) 내에 존재하고 있는 동안 추출 전압 V_EXT가 플라즈마 챔버(102)와 추출 플레이트 시스템(200) 사이에 인가된다. 이는, 도시된 대전 입자 빔렛들(302, 304, 306, 308, 및 310)을 형성하기 위하여 플라즈마(300)로부터의 대전 입자들의 가속을 야기한다. 대전 입자들은, 그들의 궤적들이 개구 플레이트(202)의 상단 표면에 의해 획정되는 평면 P에 수직하는 입사의 각도를 형성하도록 또는 대전 입자들이 평면 P에 대한 수선(320)에 대하여 + 0.5도 내지 - 0.5도의 입사의 각도로 개구 플레이트(202) 상에 충돌할 수 있도록, 플라즈마(300)로부터 개구 플레이트(202)를 향해 가속될 수 있다.5, an extraction voltage V _EXT is applied between the plasma chamber 102 and the extraction plate system 200 while the plasma 300 is present in the plasma chamber 102. This causes acceleration of the charged particles from the plasma 300 to form the illustrated charged particle beamlets 302, 304, 306, 308, and 310. The charged particles are oriented such that their trajectories form an angle of incidence perpendicular to the plane P defined by the top surface of the aperture plate 202 or that the charged particles have an angle of +0.5 to -0.5 relative to the perpendicular 320 to plane P Can be accelerated from the plasma 300 toward the aperture plate 202 so as to impinge on the aperture plate 202 at an angle of incidence of the incident light.

도 5에 도시된 시나리오에 있어서, 편향 전압이 추출 플레이트 시스템(200)의 개구들에 인가되지 않았다. 따라서, 대전 입자 빔렛들(302, 304, 306, 308, 및 310)은, 그들의 궤적들을 변화시킬 수 있는 X-Y 평면의 어떠한 편향 전기장도 경험하지 않으며, 평면 P에 수직하는 궤적들을 가지고 추출 플레이트 시스템(200)을 통과할 수 있다.In the scenario shown in FIG. 5, deflection voltages were not applied to the openings of extraction plate system 200. Thus, the charged particle beamlets 302,304, 306,308, and 310 do not experience any deflecting fields in the XY plane that can change their trajectories, 200).

기판을 패턴화하기 위하여, 추출 플레이트 시스템(200)의 선택된 개구들이, 선택된 개구를 통과하는 대전 입자 빔들이 희망되는 방식으로 편향될 수 있도록 편향 전압을 가지고 제공될 수 있다. 이는 도 6에 도시된 시나리오에서 도시된다. 예시된 바와 같이, 플라즈마(300)가 플라즈마 챔버(102) 내에서 점화되고, 추출 전압 V_EXT가 플라즈마 챔버(102)와 추출 플레이트 시스템(200) 사이에 인가된다. 그럼으로써 대전 입자 빔렛들(302, 304, 306, 308, 310)이 개별적인 개구들(209A, 209B, 209C, 209D, 및 209E)을 통해 추출된다. 그러나, 이러한 경우에 있어서, 편향 전입 V_DEF가 또한 개별적인 개구들(209A 및 209C)의 편향 전극들(212A 및 212C)에 인가된다. 이러한 편향 전압이 개별적인 대전 입자 빔렛들(302, 306)의 궤적들을 변화시키며, 이는 빔렛들이 기판에 충돌하는 것을 차단하는 것을 야기할 수 있다. 동시에, 개별적인 개구들(209B, 209D, 및 209E)의 편향 전극들(212B, 212D, 및 212E)에 편향 전압이 인가되지 않으며, 그 결과 대전 입자 빔렛들(304, 308, 및 310)은 교란되지 않은 그들의 궤적들을 가지고 추출 플레이트 시스템(200)을 통과한다. 도 6의 시나리오의 결과는, 이상에서 도 3과 관련하여 논의된 바와 같이, 기판 상에 배치된 필름이 충돌되는 노출된 영역들을 생성하기 위하여, 대전 입자 빔렛들(304, 308, 310)이 투사 광학부를 통해 기판(124)에 도달하도록 보내질 수 있으며, 반면 대전 입자 빔렛들(302, 306)이 기판에 도달하는 것이 차단되는 것이다. To pattern the substrate, selected openings in the extraction plate system 200 may be provided with a deflection voltage such that the charged particle beams passing through the selected aperture may be deflected in a desired manner. This is illustrated in the scenario shown in FIG. As illustrated, the plasma 300 is ignited in the plasma chamber 102 and an extraction voltage V _EXT is applied between the plasma chamber 102 and the extraction plate system 200. So that the charged particle beamlets 302, 304, 306, 308, 310 are extracted through the individual openings 209A, 209B, 209C, 209D, and 209E. However, in this case, the deflection transfer V _DEF is also applied to the deflection electrodes 212A and 212C of the individual openings 209A and 209C. This deflection voltage changes the trajectories of the individual charged particle beamlets 302, 306, which can cause blocking of the beamlets from colliding with the substrate. At the same time, no deflection voltages are applied to the deflection electrodes 212B, 212D, and 212E of the individual apertures 209B, 209D, and 209E so that the charged particle beamlets 304, 308, and 310 are not disturbed And passes through the extraction plate system 200 with their trajectories that are not. The result of the scenario of FIG. 6 is that the charged particle beamlets 304, 308, 310 are focused on the surface of the substrate, as discussed above with respect to FIG. 3, May be sent through the optics to reach the substrate 124 while the charged particle beamlets 302 and 306 are blocked from reaching the substrate.

추가적인 실시예들에 있어서, 커스프 제한부(cusp confinement)가 플라즈마 온도를 감소시키고 플라즈마에 걸친 균일성을 개선하기 위하여 플라즈마 챔버에 제공될 수 있다. 예를 들어, 공지된 자석들의 "피켓 펜스(picket fence)" 배열이 플라즈마 챔버에 인접하여 위치될 수 있으며, 이러한 배열 내에서 남/북 극들의 배열이 커스프 제한부를 생성하기 위하여 인접한 자석들에서 교번된다. 커스프 제한부는, 전자들에 대한 반사기로서 역할함으로써 플라즈마를 플라즈마 챔버의 벽들로부터 멀어지게 제한하도록 역할한다. 플라즈마 온도의 감소는 대전 입자 리소그래피에 대한 다수의 이점들을 가질 수 있다. 하나의 이점은, 플라즈마 내의 대전 입자 에너지의 수반되는 감소가 기판에 도착하는 대전 입자 빔렛들의 에너지 확산을 감소시킬 수 있다는 것이다. 이에 더하여, 감소된 대전 입자 에너지 확산은 투사 광학 시스템(116)의 색 수차(chromatic aberration)를 감소시킬 수 있으며, 이는 색 수차가 대전 입자 빔의 주어진 공칭(nominal) 에너지에 대해 대전 입자 에너지 확산에 비례하기 때문이다.In further embodiments, a cusp confinement may be provided to the plasma chamber to reduce the plasma temperature and improve uniformity across the plasma. For example, a "picket fence" arrangement of known magnets may be located adjacent to the plasma chamber in which the arrangement of the south / north poles, in this arrangement, Alternate. The cusp restriction acts to limit the plasma away from the walls of the plasma chamber by acting as a reflector to the electrons. The reduction of the plasma temperature may have a number of advantages over charged particle lithography. One advantage is that the accompanying reduction of the charged particle energy in the plasma can reduce the energy diffusion of the charged particle beamlets arriving at the substrate. In addition, reduced charged particle energy diffusion can reduce the chromatic aberration of the projection optical system 116, which results in a reduction in the chromatic aberration of the charged particle beam relative to a given nominal energy of the charged particle beam It is proportional.

추가적인 실시예들에 있어, 대전 입자들을 희망되는 에너지로 추가로 가속하기 위하여 가속 전극들이 추출 플레이트 시스템과 기판 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 기판을 패턴화하기 위하여 30 keV 에너지가 대전 입자 빔에 부여되어야 하는 경우, 15 kV 전압이 추출 플레이트 시스템(200)과 플라즈마 챔버(102) 사이에 인가될 수 있고, 추가적인 15 kV는 추출 플레이트 시스템과 기판 사이에 위치된 전극 또는 가속 전극에 의해 인가될 수 있다. 도 7은, 가속 전극(702)이 추출 플레이트 시스템(200)의 하류측에 제공된다는 것을 제외하면, 시스템(100)과 유사하게 구성되는 시스템(700)의 일 실시예를 예시한다. 가속 전극은, 기판(124)으로 보내지는 대전 입자 빔렛의 에너지를 희망되는 바와 같이 증가시키기 위하여 가속 전압 소스(704)에 의해 인가될 수 있다. 이는, 예를 들어, 추출 플레이트 시스템(200)을 지나가는 포지티브 이온들의 에너지를 감소시키며, 그럼으로써, 이온이 추출 플레이트 시스템(200)의 표면과 충돌해야 하는 경우 일어날 수 있는 임의의 에칭 프로세스들을 감소시키기 위해 포지티브 이온 리소그래피 프로세싱에서 유용할 수 있다.In further embodiments, accelerating electrodes may be positioned between the extraction plate system and the substrate to further accelerate the charged particles to the desired energy. For example, if 30 keV energy is to be applied to the charged particle beam to pattern the substrate, a 15 kV voltage may be applied between the extraction plate system 200 and the plasma chamber 102, and an additional 15 kV May be applied by an electrode or accelerating electrode positioned between the extraction plate system and the substrate. Figure 7 illustrates one embodiment of a system 700 configured similar to system 100, except that an accelerating electrode 702 is provided downstream of the extraction plate system 200. The accelerating electrode may be applied by an accelerating voltage source 704 to increase the energy of the charged particle beamlets directed to the substrate 124 as desired. This reduces, for example, the energy of positive ions passing through the extraction plate system 200, thereby reducing any etching processes that may occur when ions must collide with the surface of the extraction plate system 200 May be useful in positive ion lithography processing.

다른 추가적인 실시예들에 있어서, 추출 플레이트 시스템은, 기판으로 전달될 패턴을 획정하는 개구들의 고정된 패턴을 갖는 개구 플레이트를 사용하여 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 추출 플레이트 시스템의 개구들을 통과하는 모든 대전 입자들이 기판과 충돌하도록 구성된 궤적들을 가질 수 있다. 도 8은, 추출 플레이트 시스템이 스텐실 마스크 또는 고정된 개구 플레이트인, 시스템(100)과는 상이한 시스템(800)의 일 실시예를 도시한다. 예시된 바와 같이, 추출 플레이트 시스템(802)은, 추출 전압이 추출 플레이트 시스템(802)과 플라즈마 챔버(102) 사이에 인가될 때 이온들 또는 전자들을 받아 들이기 위해 플라즈마 챔버(102)의 일 측을 따라 배치된다. 추출 플레이트 시스템은, 기판(124)으로 전달될 패턴을 획정하는 개구들(804)의 패턴을 포함할 수 있다. 그럼으로써, 추출 플레이트 시스템(802)은, 기판(124)에서 감소된 크기로 희망되는 패턴을 형성하기 위하여 전달될 패턴을 생성하기 위한 형상들의 임의의 조합을 갖는 대전 입자 빔렛들의 세트를 추출할 수 있다.In other further embodiments, the extraction plate system may be constructed using an aperture plate having a fixed pattern of apertures defining a pattern to be transferred to the substrate. Thus, all of the charged particles passing through the openings of such an extraction plate system may have trajectories configured to collide with the substrate. Figure 8 illustrates one embodiment of a system 800 that is different from the system 100, where the extraction plate system is a stencil mask or a fixed aperture plate. As illustrated, the extraction plate system 802 is configured to receive one side of the plasma chamber 102 to receive ions or electrons when an extraction voltage is applied between the extraction plate system 802 and the plasma chamber 102 Respectively. The extraction plate system may include a pattern of openings 804 that define a pattern to be transferred to the substrate 124. Thus, the extraction plate system 802 can extract a set of charged particle beamlets having any combination of shapes for generating a pattern to be transferred to form a desired pattern at a reduced size in the substrate 124 have.

본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.This disclosure is not to be limited in scope by the specific embodiments described herein. Rather, in addition to the embodiments described herein, various other embodiments of the disclosure and modifications thereto will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description and accompanying drawings. Accordingly, these other embodiments and modifications are intended to fall within the scope of the present disclosure. Further, although the present disclosure has been described herein in the context of certain embodiments in a particular environment for a particular purpose, those skilled in the art will appreciate that the benefit of this disclosure is not so limited, and that the disclosure may be applied to any number of environments As will be appreciated by those skilled in the art. Accordingly, the claims set forth below should be construed in light of the full breadth and spirit of this disclosure, as set forth herein.

Claims

A system for patterning a substrate,
A plasma chamber;
A power source for generating a plasma in the plasma chamber;
An extraction plate system comprising a plurality of apertures and disposed along a side of the plasma chamber, the extraction plate system being configured to receive an extraction voltage for biasing the extraction plate system relative to the plasma chamber, Wherein the plurality of apertures are configured to extract a plurality of discrete charged particle beamlets from the plasma; And
And a projection optical system configured to receive the plurality of charged particle beamlets and to transmit at least one of the plurality of charged particle beamlets to the substrate.

The method according to claim 1,
Wherein the power source comprises an inductively coupled RF power source, a capacitively coupled RF power source, a microwave source, or an arc discharge supply device.

The method according to claim 1,
Wherein the system further comprises a voltage supply device configured to supply an extraction voltage between the extraction plate system and the plasma chamber.

The method of claim 3,
Wherein the extraction voltage establishes a positive bias of the extraction plate system for the plasma chamber, and wherein the charged particle beamlets are electrons.

The method according to claim 1,
Wherein the aperture plate comprises a surface adjacent a plasma chamber defining a plane and wherein the charged particles impinge on the aperture plate at an angle of incidence of +0.5 to -0.5 degrees with respect to a perpendicular to the plane, system.

The method according to claim 1,
The extraction plate system comprises:
Wherein the aperture array further comprises a plurality of apertures each comprising a plurality of deflecting electrodes that are individually configured to generate the plurality of beamlets.

The method of claim 6,
The system further includes a programmable deflection voltage source coupled to the plurality of deflection electrodes for applying a deflection voltage to selected openings of the aperture array, wherein a deflection voltage is applied to the deflection electrodes of the aperture array opening The charged particle beam passing therethrough is deflected.

The method of claim 7,
The extraction plate system comprises:
An aperture plate including a first aperture array having a first plurality of apertures configured to create the plurality of beamlets; And
And a blanking plate including a second array of openings having a second plurality of openings,
Wherein the first plurality of apertures are aligned with the second plurality of apertures to form the aperture array and the second plurality of apertures comprise the plurality of discrete plurality of deflection electrodes.

The method according to claim 1,
Wherein the system further comprises a substrate stage configured to scan the substrate in a direction perpendicular to the direction of incidence of the charged particle beamlets.

A method of patterning a substrate,
Generating a plasma comprising charged particles in a plasma chamber;
Extracting the charged particles from the plasma through a plurality of openings to form a plurality of charged particle beamlets; And
And directing at least one of the plurality of charged particle beamlets to the substrate using the projection optics.

The method of claim 10,
The method comprising generating the plasma using one of an inductively coupled RF power source, a capacitively coupled RF power source, a microwave source, or an arc discharge supply device.

The method of claim 10,
Wherein extracting the charged particles from the plasma comprises generating an extraction voltage between an extraction plate system including the plurality of apertures and the plasma chamber.

The method of claim 12,
The method comprising: providing the extraction voltage as a positive bias of the extraction plate system for the plasma chamber, wherein the charged particle beamlets are electrons.

The method of claim 10,
The method includes deflecting a selected charged particle beamlet of the plurality of charged particle beamlets as the selected charged particle beamlet passes through a selected one of the plurality of apertures, Do not include, step further.

A system for patterning a substrate,
A plasma chamber;
A power source for generating a plasma in the plasma chamber;
An extraction plate system comprising a plurality of apertures and disposed along a side of the plasma chamber, the extraction plate system configured to receive an extraction voltage for biasing the extraction plate system relative to the plasma chamber,
Wherein the plurality of apertures are arranged in a two-dimensional array of apertures configured to define a first area and to extract a plurality of discrete charged particle beamlets from the plasma, the plurality of apertures comprising a plurality of individual deflection electrodes, system; And
A projection optical system configured to receive the plurality of charged particle beamlets and to transmit at least one of the plurality of charged particle beamlets to the substrate,
Wherein the projection optics system is configured to focus the plurality of charged particle beamlets to define a second area, wherein the ratio of the first area to the second area is at least 10,000.