JP5281792B2

JP5281792B2 - 粒子光学的照射系用の照射コンデンサー

Info

Publication number: JP5281792B2
Application number: JP2007508888A
Authority: JP
Inventors: ハンス・ヨアキムデーリング; トーマスエルスター
Original assignee: ヴィステックエレクトロンビームゲーエムべーハー
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: WO2005104170A1; DE102004019835B4; DE102004019835A1; US20080035853A1; EP1738392B1; JP2007534124A; US7601969B2; EP1738392A1; ATE557415T1

Description

本発明は粒子光学的照射系用の照射コンデンサーに関している。

半導体の製造においては、コンデンサーを用いて、対象（マスクまたは多ビームモジュレーター）をテレセントリックに照射することが、頻繁に必要になる。その際、通常、コンデンサーの球面収差に基づいて、マスク上の離れた点での部分クロスオーバーは軸から逸らされることになり、その結果、余分なエラー（ターゲットへのビームの斜入射、非点収差及び／または像のゆがみ）が生じる。ビームがレンズ野を軸からより大きな距離で通過するので、軸領域外のクロスオーバーは粒子光学的照射系内で余分な光学収差を生じる。軸領域外の部分クロスオーバーは基本的に照射コンデンサーの球面収差により、引き起こされる。照射コンデンサーの球面収差の効果は、クロスオーバーに対する有効レンズ口径の３乗に比例する。このレンズ口径は、ラージフィールド粒子光学的照射系では非常に大きく、典型的に１００ｍｒａｄである。それは、現存する照射コンデンサーでは粒子ソース（Partikel-Quelle）とマスクの間の、または、多レンズ口径・多ビームモジュレーターの、非常に大きな距離によってのみ縮小されうる。しかしながら、これにより粒子光学的照射系の極端な構造上の高さがもたらされる。

特許文献１には、異なる電位をかけられた複数のリング状の電極を有し構成される、静電レンズについて記述されている。そのレンズは、帯電した微粒子を持った対象（マスク）の広域面での平行した照明を可能にするのに、適している。適した電極電位を選択することにより、レンズ収差を最小にすることが可能になる。経時的に高い安定性を伴って異なる複数の電位をもたらすためには、多大な技術的措置を要するという欠点がある。高いビームエネルギー（５０．．．２００ｋｅＶ）の場合、必要な絶縁体の距離は長くなり、真空フィードスルーは対応して大きくなり、そして、それによりまた、この配置のために必要になる真空体積も大きい。そのことから、例えばミューメタル製の、適切な遮蔽シリンダーが、大きな半径と厚い壁厚を必要とするので、磁波妨害場（magnetische Stoerfelder）に対する粒子線の遮蔽には、非常に費用がかかる、という短所が生じる。さらに、電極と絶縁体の大きな表面のガス発生は、受容体で得ようとされる低い最終圧力や相応する極わずかなコンタミネーション率にとって、都合が悪い。

非特許文献１は、光学収差が相当程度まで抑えられるように制御されている幾つかの同じ要素（レンズ口径、リング電流（Ringstroeme））によって構成される、結合した磁気的・静電的レンズについて明示されている。

従来技術は、粒子ビーム照射装置内の照射コンデンサーの球面収差が縮小されないこと、または、コンデンサーの動径方向の拡張によってのみ縮小されること、によって特徴付けられている。これによって、マスク及び／または多レンズ口径ビームモジュレーターの可能性としての本質的な大きさが、制限される。球面収差が相当程度まで抑えられるような、コンデンサーの静電場の形を獲得するためには、非常に多くの電極（多レンズ口径コンデンサー）を有する静電的コンデンサーレンズを用いて試みられたのみである。しかしそのような静電的多レンズ口径コンデンサーは、個々の電極の為に、多数の高電圧供給源を必要とするし、それゆえに、静電的多レンズ口径コンデンサーは限定的に使用されるのみである。

US特許５，７４２，０６２ Paper von Rose zur magnetisch-elektrostatischen Multielektroden-Lense; D.Preikszas, H.Rose, Optik 100(1995),179

本発明の課題は、マスクまたは多レンズ口径ビームモジュレーターが、とりわけテレセントリックに照射されるように、基板露光のための照射装置を形成することである。更に、照射装置の構造上の高さは、妥当な限度で保たれるべきである。

粒子光学的照射系用の照射コンデンサーが磁界レンズを有し構成される場合、そして、その磁界レンズが複数の隙間を有する場合、有利である。その際の、隙間の数は５以上である。磁界レンズは、連続する複数の部分レンズを有し構成されている。複数の部分レンズの個々は、それぞれ独立に制御可能な別々の巻線を有している。少なくとも２つの隣接する部分レンズは、１つの極片を共有する。

ソースクロスオーバーの光学収差が最小となるように、照射コンデンサーが形成された場合、その際、半径方向への拡張、すなわち、照射コンデンサーの最大ボア半径R_kが１５０ｍｍより小さい値である、ことが有利である。

さらに、光学収差をより最小化させる静電的発散レンズを、そのような照射コンデンサーに結合させることは有利であるだろう。

さらに、マルチプルギャップダブレット（Mehrspalt-Dublette）（反対方向の画像回転とともに連続して並べられた２つのマルチプルギャップレンズ（Mehrspalt-Linsen））として、そのような照射コンデンサーが組み立てられることは有利であるだろう。この場合、異方性残差（anisotrope Restfehler）が補正される。

上記課題は、請求項１の特長を有する系によって解決される。

マスク上の点における部分クロスオーバー、もしくは、多レンズ口径ビームモジュレーターの部分クロスオーバーが、粒子ビーム照射装置の光軸上で、可能な限り遠方にとどまるようにマスクの露光が行われる場合、それは特に有利である。

図中には、本発明のサブジェクトマターが概略的に示され、図面を参照にして以下に記載される。

図１は粒子光学的射出系２における基本的なビーム経路を示している。粒子光学的射出系２についての以下の記述において、粒子とは電子のことである。電子銃（粒子銃）３０から発生した電子線３１は電子光軸３２の方向へ伝播する。電子銃３０から射出した電子はソースクロスオーバー（Quell-Crossover）３１_０を示す。電子銃３０の下流側には、電子線３１を光軸３２の周りで対称に調節するビーム中央化装置３３が備えられている。ビーム中央化装置の次に電子線３１は、初期的に分岐する電子線３１から平行なビームを形成する照射コンデンサー１０を通り抜ける。照射コンデンサー１０を通過して形成されたビームは、強度が均等に分布した口径を有する。照射コンデンサー１０の次は、電子線のために複数の開口部３５を有した口径プレート３４が配置されている。口径プレート３４の次には加速レンズ３６があり、その加速レンズには少なくとも一つ、ビーム回転の為の磁界レンズ５０が接続している。ここで表されている実施例では、２つのさらなる磁界レンズ３７が示されており、この磁界レンズ３７は口径レンズ３４の縮小された画像形成に利用される。電子線３１は、例えばウェーハのようなターゲット４０上に入射する前に、対物レンズ３８を通過する。対物レンズ３８は複数の要素により形成されている。電子線３１の第二クロスオーバー３１_２の前後には、偏光装置４２が備えられている。偏光装置４２は偏光や、電子線３１の位置の特定または口径プレート３４によって発生する複数の固有ビームの位置の特定に、利用される。更に、動的フォーカシング用の焦点レンズ４４と非点補正装置として働くコイル装置４６が備え付けられる。対物レンズ３８は、ターゲット４０に向かい合った位置で、高度センサー４８とターゲット４０から後方散乱した電子用の検出器を、備えている。

本発明に関わる照射コンデンサー１０の具体的な形状を図２に示す。照射コンデンサー１０は、複数の隙間１２を有し構成されている磁界レンズ１１を備えている。隙間の数は５以上（ｎｙ＞＝５）であることが望ましい。照射コンデンサー１０は長い焦点距離を持つ磁界レンズを表している。焦点距離は典型的に約５００ｍｍである。照射コンデンサー１０から射出した粒子線は、好ましくはテレセントリックに、マスクまたは多口径ビームモジュレーターまたは口径プレート４０を、照射する。そのために、ソースクロスオーバー３１_０が照射コンデンサー１０の対象側の焦点にあること、つまり、ソースクロスオーバー３１_０が無限遠に写されること、が必要となる。

図２に示される、本発明に関わる磁気的な照射コンデンサー１０の実施例では、磁界レンズ１１は５つの隙間を有する。その結果、照射コンデンサー１０は、複数の部分レンズ１４，１５，１６，１７，１８を有して構成されていて、粒子光学的照射系２のビーム経路２０において、マスクまたは口径プレート４０の前におかれていて、好ましくはテレセントリックに照射されている。それぞれの部分レンズ１４，１５，１６，１７，１８は、その際、別々に調整可能な励磁を持つ第一巻線１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａを有している。部分レンズの別々の励磁の調整も、第一巻線１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａのための個々の巻き数によって行うことができるのが有利であり、その際、直列接続で動いている巻線の電力供給は一つの共通の電源によって、行われる。更に、第一巻線（荒い巻線）１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａに加えて、第二巻線（細かい巻線）１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂを備えていることは、利点となることがある。第二巻線（細かい巻線）１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂは、好ましくはそれぞれの部分レンズ１４，１５，１６，１７，１８に対し、個々に巻き数を有する。共通の定電流源から、荒い巻線の直列接続が同時に行われる場合、直列接続で動く細かい巻線の励磁変化を用いて、簡単に、感度のよい焦点距離変化を行うことが可能となる。２つの隣接した部分レンズは１つの極片１９を共有している。部分レンズ１４，１５，１６，１７，１８の励磁と隙間、ならびに極片１９の直径は、互いに異なっている。

図２に示される５つの隙間をもつ実施例では、ソースクロスオーバー３１_０の画像形成における照射コンデンサー１０の球面収差が最小になるように、合わせて１６の独立したパラメーターが選ばれる。これは、半径方向の拡張、すなわち、照射コンデンサー１０のボアホール半径R_kの最大値がある特定の大きさを超えない、という副条件のもとで生じる。照射コンデンサー１０のボアホール半径R_kのための典型的な大きさは、この場合、１５０ｍｍよりも小さい。

照射コンデンサー１０は図２に示した図解ではその半分だけが表されている。照射コンデンサーはビーム経路２０の軸２１の周りで回転対称である。ビーム経路２０は、ビーム入口Aからビーム出口Bまで照射コンデンサー１０を通過する。
照射コンデンサー１０のビーム出口Bに近づくほど、磁場線がビーム経路２０の軸２１からより遠くへ後退するように、磁場線２２は本発明による照射コンデンサー１０の場合において形成される。言い換えれば、磁場線２２によって表される照射コンデンサー１０のビーム出口Aでの磁場強さ２４は、ビーム入口での磁場強さよりも小さい。

最適化された照射コンデンサー１０の軸方向の場の分布曲線を図３に示す。ソースクロスオーバー３１_０が、好ましくは、無限遠に写されるので、境界例（Grenzfall）でのクロスオーバーが無限遠へ行く場合に、クロスオーバー錯乱円（Crossover-Fehlerscheibchen）とクロスオーバー半径の商が最小となるような、照射コンデンサー１０の最適化が行われる。本発明に関わる照射コンデンサー１０の磁場強さ２４は、ビーム経路の軸２１に関係した位置に対して、依存関係があることが示される。その際、磁場強さ２４が点Aの範囲において著しく増加していることと、短い間隔で最大値に達していることが見て取れる。最大値を過ぎてからは磁場強さ２４は継続的に減少し、そして、点Bのあたりでその値は０になる。

本発明は特定の実施例に関して記述されているが、当業者の専門研究的枠組みの中、前述の請求項の保護範囲を離れることなしに、修正や変化が実行されうることは、当業者にとっては自明である。

粒子光学的照射系におけるビーム経路の概略図である。本発明にかかわる磁気照射コンデンサーの実施例である。磁気照射コンデンサーの軸方向での場の分布を示す図である。

符号の説明

２粒子光学的射出系
１０照射コンデンサー
１１磁界レンズ
１２複数の隙間
１４，１５，１６，１７，１８部分レンズ
１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ第一巻線
１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ第二巻線
１９極片
２０ビーム経路
２１ビーム経路の軸
２２磁場線
２４磁場強さ
３０電子銃（粒子銃）
３１電子線
３１_０ソースクロスオーバー
３１_２第二クロスオーバー
３２光軸
３３ビーム中央化装置
３４口径プレート
３５複数の開口部
３６加速レンズ
３７磁界レンズ
３８対物レンズ
４０ターゲット
４２偏光装置
４４焦点レンズ
４６コイル装置
４８高度センサー
５０磁界レンズ
Ａビーム入口
Ｂビーム出口

Claims

複数の隙間を有する磁界レンズ（１１）からなる照射コンデンサー（１０）を有する粒子光学的照射系用の照射コンデンサー（１０）において、
磁界レンズ（１１）が複数の部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）の一群から構成されること
複数の部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）がそれぞれ、別々の巻線（１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ）を有し、それらの巻線（１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ）は異なるものである一方で、同一の電流方向で制御可能であること、
二つの隣接した部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）が極片（１９）を共有し、極片（１９）の直径が互いに異なっていること、
を特徴とした、照射コンデンサー
請求項１に記載の照射コンデンサーにおいて、隙間の数が５より多いことを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項１に記載の照射コンデンサーにおいて、隙間の数が５であることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項１に記載の照射コンデンサーにおいて、別々の巻線（１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ）のそれぞれが独自に制御可能であることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項１に記載の照射コンデンサーにおいて、複数の部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）のそれぞれが第一分離巻線（１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ）と第二分離巻線（１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ）を内包すること、そして、第一巻線（１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ）を直列接続で動かして、また、第二巻線（１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ）を直列接続で動かす場合、部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）が所望の励磁を得るように、第一巻線（１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ）の或いは第二巻線（１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ）の巻き数の比率が選ばれていることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項５に記載の照射コンデンサーにおいて、部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）の第一巻線（１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ）が同一の定電流によって通電されており、また、部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）の第二巻線（１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ）が、同一の電流で通電されている場合、個別の巻き数に起因して直列接続内で異なる励起を有すること、そして、直列接続内で駆動される細かい巻線の電流変化を用いて、照射コンデンサー（１０）の焦点距離変更が精密に変更可能であることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項４に記載の照射コンデンサーにおいて、少なくとも二つの隣接した部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）が極片（１９）を共有しており、極片（１９）の間に存する部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）の隙間が互いに異なっていることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項１から７のいずれか一項に記載の照射コンデンサーにおいて、粒子光学的照射系（２）が光軸（１０）を定義し、照射コンデンサー（１０）がその軸の周りで回転対称に構成されていることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項８に記載の照射コンデンサーにおいて、ソースクロスオーバー（３１_０）の光学収差を最小に抑えて、照射コンデンサー（１０）のボアホール半径R_kが１５０ｍｍよりも小さい値であること特徴とした、照射コンデンサー。
請求項９に記載の照射コンデンサーにおいて、磁場の強さ（２４）の値が、個々の部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）を介して、ビーム出口（Ｂ）で近似的に０に達するように、分布されていることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の照射コンデンサーにおいて、電子銃（３０）のソースクロスオーバー（３１_０）が照射コンデンサー（１０）の対象側の焦点にあり且つ無限遠に写されるように、磁場の強さ（２４）が部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）を介して調整されていることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項１から１１のいずれか一項に記載の照射コンデンサーにおいて、照射コンデンサー（１０）が５００ｍｍほどの長い焦点距離を持つように、磁場の強さ（２４）が部分レンズ（１４，１５，１６，１７，１８）を介して調整されていることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項１から１２のいずれか一項に記載の照射コンデンサーにおいて、照射コンデンサーに静電的な発散レンズが組み合わされていることを特徴とした、照射コンデンサー。
請求項１から１２のいずれか一項に記載の照射コンデンサーにおいて、照射コンデンサー（１０）が、２枚の多重隙間のあるレンズのダブレットから構成されていることを特徴とした、照射コンデンサー。