TWI808447B

TWI808447B - 用於多射束電子槍的低模糊靜電傳輸透鏡

Info

Publication number: TWI808447B
Application number: TW110124751A
Authority: TW
Inventors: 維多凱薩
Original assignee: 日商紐富來科技股份有限公司; 美商紐富來科技美國公司
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2023-07-11
Also published as: JP2022048989A; US11562879B2; TW202213416A; KR20220036326A; KR102576701B1; US20220084778A1

Abstract

一種用於多射束設備的靜電束轉移透鏡，其包括一系列多個連續電極，使得每個電極的孔徑沿電子槍的軸對齊並且被組態為允許多射束穿過其中。該系列中的第一電極是圓柱電極，被組態為在入射平面接收多個射束。第一電極具有孔長度與孔直徑，該孔直徑/孔長度的比<0.3。第一電極的形狀界定靜電場穿透到第一電極的入口平面，以防止靜電束傳輸透鏡的透鏡聚焦場延伸穿過第一電極並超出入口平面，從而在靜電傳輸透鏡的入口區域提供均勻、平坦的電場。

Description

用於多射束電子槍的低模糊靜電傳輸透鏡

本發明涉及用於電子束微影和檢測的多射束電子槍，尤其涉及一種多射束電子微影和檢查裝置中的靜電束傳輸透鏡。

電子束微影曝光技術是一種非常重要的微圖案化技術，可以在基板上或基板內實現特徵的微圖案化，特徵的尺寸在0.1μm以下的量級。電子束檢查設備需要低於10(sub-10)nm的射束尺寸。

習知的電子束微影設備以及掃描電子顯微鏡(SEM)和檢查系統利用單射束方案，例如高斯射束方案或可變形狀的射束方案。例如，電子束微影的微影方案與光學投影微影方案相比是一種低產量的製程，通常用於遮罩寫入、超大規模整合(ULSI)的研發和應用特定的應用領域以及小批量生產的應用特定積體電路(ASIC)裝置。

多射束SEM和電子束檢查設備包括具有高亮度電子源(例如肖特基型源)的電子槍、場透鏡和設計為具有多個孔的板的分束器。每個孔都允許一些從主要電子束***出來的電子通過，從而形成多個子束。每個孔都作為單孔徑透鏡(aperture lens)運行。例如，圖1圖示自肖特基型發射器S發射的射束發射。射束穿過微孔陣列B，其作為孔產生的微透鏡陣列運行。顯示在孔陣列B右側的實線表示靜電等勢線。

多射束系統比習知單射束系統提供更高的生產量和通量。

圖2顯示用於多射束微影或檢查的習知多透鏡的實例，該透鏡由使用矽(Si)基板11至13作為電極和PYREX®玻璃板14和15作為絕緣體所製造的多個靜電透鏡。在該實例中，透過陽極氧化接合將每個具有透鏡孔徑17的Si基板11至13接合到PYREX®玻璃板14和15來形成靜電透鏡。

然而，這種類型的靜電透鏡存在以下問題。圖2中所示的靜電透鏡(electrostatic lens)使用玻璃板14、15作為電極之間的絕緣間隔物，透鏡的形狀使得透鏡周圍的絕緣間隔物可從電子束沿其通過的射束軸16直接觀察到。由於通過的電子束很容易受到沿絕緣間隔物側壁積聚的電荷的影響(由於電子和離子被散射到透鏡孔徑中)，靜電透鏡中的軸上電位變得不穩定，導致電子束位置漂移和劣化的透鏡聚焦特性。此外，當透過減少多個靜電透鏡的佈局間隔來形成這種多透鏡時，由於電極和佈線的緊密接近，這導致電場串擾的產生。

圖3示出了使用單個電子束源21的習知多射束方案的實例。在該實例中，電子束28由單個電子束源21發射，由聚光透鏡22準直，然後由多孔徑23分成多個射束。多個射束通過多透鏡24，其將光束聚焦在晶圓26上的預定位置，並且透過使用同步掃描的臺27和偏轉器25實現直接寫入。

現有的電子槍設計利用靜電傳輸透鏡來攜帶電子束通過電子槍，進入柱狀體(column)，並到達目標上。如圖4所示，現有的靜電束傳輸透鏡由一系列其中具有孔徑的盤狀電極31-33形成。從電子源35發射的電子束34沿著中心軸C通過一系列孔徑36-38傳播，這些孔徑在電子束34到達由多個電極31、32、33所組成的射束傳輸透鏡的入口A之前對電子束34進行整形。這些電極中的靜電場穿過孔徑(aperture bore)到達透鏡外部的區域(例如，場洩漏)，在透鏡入口A處產生非平坦、不均勻的電場，如圖5中的場線542所示。這會導致各個射束(即子束)之間的聚焦和能量變化，進而導致聚焦射束/光點的模糊。

圖5示出了在YZ平面中，當射束沿著柱狀體D行進時，以3x3陣列佈置的9個射束中的一個(例如，中央的射束)穿過傳輸透鏡的入口A。在圖5中，實線(例如，539、540、541、542、543、544)表示靜電等勢線。虛線(例如，545、546)表示射束路徑。射束路徑左側的項目547以簡化形式表示發射射束源、聚光透鏡和射束傳輸透鏡之前的多孔徑。項目548表示射束傳輸透鏡前部的孔徑。射束然後聚焦在傳輸透鏡入口A的平面上，並受到場曲率(FC)畸變，如與中心射束軸C交叉到傳輸透鏡左側的二階曲面549所示入口區域A。這樣的效果是FC畸變疊加在傳輸透鏡入口區域A上，這會引入場不均勻性並加劇射束通過柱狀體時的模糊。

現有靜電傳輸透鏡的結構，其中多個射束焦點位於傳輸透鏡入口上游的彎曲表面上，這與多個光束焦點不位於垂直於柱狀體中心軸的曲面上的設計相比，僅提供較差的射束解析度。本揭露透過描述具有其組成組件的特定設計的靜電傳輸透鏡來解決上述問題，該靜電傳輸透鏡在傳輸透鏡入口區域產生均勻、平坦的靜電場，這降低了在影像平面處聚焦射束/光點的模糊。

本文提出了一種多射束電子槍設計，該設計在電子槍的靜電傳輸透鏡的入口區域提供均勻、平坦的電場。靜電傳輸透鏡包括連續的多個電極，每個電極是具有孔的中空圓柱體，其中多個子束從中穿過。

在一個實施例中，從高亮度電子源(例如，肖特基型源)接收多個子束的該系列之多個電極中的第一電極包含中空圓柱體，該中空圓柱體的孔直徑與孔長度之比為小於0.3。第一電極的形狀界定靜電場穿透到第一電極的入口平面，以防止靜電束傳輸透鏡的透鏡聚焦場延伸穿過第一電極並超出入口平面，從而在靜電傳輸透鏡的入口區域提供均勻、平坦的電場。本申請案的靜電傳輸透鏡將聚焦射束的模糊降低了>30%，從而在多射束電子光學工具中產生了更高的解析度。

11:基板

12:基板

13:基板

14:玻璃板

15:玻璃板

16:射束軸

17:透鏡孔徑

21:單個電子束源

22:聚光透鏡

23:多孔徑

24:多透鏡

25:偏轉器

26:晶圓

27:臺

31:電極

32:電極

33:電極

34:電子束

35:電子源

36:孔徑

37:孔徑

38:孔徑

539:靜電等勢線

540:靜電等勢線

541:靜電等勢線

542:靜電等勢線

543:靜電等勢線

544:靜電等勢線

545:射束路徑

546:射束路徑

547:項目

548:項目

549:二階曲面

41:中空圓柱電極

42:中空圓柱電極

43:中空圓柱電極

50:電子源

51:靜電等勢線

52:靜電等勢線

53:靜電等勢線

54:射束路徑

55:射束路徑

56:分束器

57:傳輸透鏡

58:電子源/聚光透鏡/多孔徑

59:路徑

60:電子槍出射瞳

600:電子源/聚光透鏡/多孔徑

61:靜電束傳輸透鏡

62:出射瞳DPA

63:透鏡影像平面

64:聚焦射束

65:電子束

A:傳輸透鏡入口區域

B:微孔陣列

C:中心射束軸

S:肖特基型發射器

根據以非限制性方式給出的詳細說明，並附有圖式，將更好地理解本申請案，其中：[圖1]圖示自肖特基型發射器發射的射束發射，射束通過微孔陣列。

[圖2]示出用於電子束微影的習知靜電多透鏡的橫截面示意圖。

[圖3]示出使用單個電子束源的習知多射束方案的橫截面示意圖。

[圖4]示出在習知電子槍內部的習知靜電束傳輸透鏡的橫截面示意圖。

[圖5]示出使用習知傳輸透鏡的電子槍內部存在的靜電場線。

[圖6]示出本申請案的靜電束傳輸透鏡的橫截面圖。

[圖7]圖示透過本申請案的靜電束傳輸透鏡並且朝向差分泵送孔徑(differential pumping aperture)的多射束發射的一個視圖。

[圖8A與8B]圖示透過本申請案的靜電束傳輸透鏡，透過該差分泵送孔徑(differential pumping aperture)，並具交在影像平面上的多射束發射的其他視圖。

[圖9]示出與這種透鏡的現有設計相比，使用本申請案的靜電束傳輸透鏡的9個光束的聚焦3x3陣列的模糊降低。

全文說明書中所提及之「一個實施例」或「實施例」代表與該實施例一同被說明之特定特徵、結構、材料或特性係包括在本申請案之至少一實施例中，但不必然表示該特徵是存在於所有的實施例中。

因此，短語「在一個實施例中」或「在實施例中」在本揭露全文中各處的出現並不必然指向該同一實施例。此外，在一或多實施例中，特定特徵、結構、材料或特徵可以任意適當方式結合。

在本申請案的一個非限制性實施例中，靜電多射束的射束傳輸透鏡的物理結構在圖6所示的橫截面中描繪。靜電多射束的射束傳輸透鏡包含一系列多個(例如，三個)中空圓柱電極41、42和43。輸入的多電子束從高亮度電子源50發射並在到達靜電束傳輸透鏡的入口A之前穿過場透鏡(未示出)和設計為具有多個孔的板(未示出)的分束器56。在圖6，實線(例如，51、52、53)表示靜電等勢線。虛線(例如，54、55)表示射束路徑。項目56以簡化形式表示發射射束源、聚光透鏡和射束傳輸透鏡之前的多孔徑。

三個電極41、42和43可以由不銹鋼(例如，316不銹鋼)或鈦合金(例如，鈦-鋯-鉬(TZM))製成。第一電極41設置在電子源的下游，較佳由不銹鋼或TZM合金製成並且具有中空圓柱形狀，其孔直徑(bore diameter)與孔長度(bore length)的比小於0.3。第二電極42具有一個孔，當電子束向下游行進時電子束穿過該孔，而第三電極43具有一個孔，當電子束向著出射瞳(exit pupil)向下游行進時電子束穿過該孔。

儘管第一電極41的維度被嚴格規定，如上所述，第二和第三電極42和43的維度可以具有寬範圍的尺寸。通常，第二和第三電極也由不銹鋼或TZM合金透過機械加工或沖壓製成。在陶瓷絕緣體(形狀製成例如棒狀和環狀)的幫助下，電極接合在一起形成光學器件。電極之間的間距取決於電子槍的預期功能以及為電子槍供電能的高壓電源所施加的期望尺寸和限制。

第一電極41形成為所謂的“光學厚”圓柱體，具有如下所述的特定設計，使得它不允許透鏡將由第一、第二和第三電極41、42、43形成的電場聚焦延伸穿過第一電極41超出由入口A限定的平面。也就是說，第一電極41的設計防止電場洩漏滲透到靜電束傳輸透鏡外部的區域以及滲透到入口A之外。這防止形成傳輸透鏡入口A處的非平坦、非均勻電場，與圖5中描繪的相反。

如圖6所示，射束被第一電極41、第二電極42和第三電極43之間的電場聚焦。值得注意的是，位於第一電極41上游的靜電束傳輸透鏡入口區域A是無場的，始終具有相同的靜電電位。這是由於第一電極41的特定形狀而實現的。第一電極41的形狀或縱橫比界定到第一電極41的入口平面的靜電場穿透。第一電極41的較佳形狀是高縱橫比圓柱體。進一步較佳的形狀可以是具有超大入口孔徑的高縱橫比圓柱體，例如，如圖6所示。

為了在傳輸透鏡入口區域A處獲得均勻的靜電場，第一電極41被設計為使得其孔直徑與其孔長度之比<0.3：孔直徑/孔長度<0.3 (1)

具有由不等式(1)定義的結構的具有第一電極41的靜電束傳輸透鏡有效地將靜電束傳輸透鏡入口A“屏蔽”自透鏡的內部電場，從而允許在入口區域A存在均勻的靜電電位。

以3x3陣列排列的9個入射射束中的3個的路徑59在圖7中在YZ平面中勾勒出來。虛線表示靜電等勢線。包含電極41、42、43的傳輸透鏡57接受來自電子源/聚光透鏡/多孔徑58的多射束例如59，並且將它們聚焦成在電子槍出射瞳(gun exit pupil)60處的單一光點，或差分泵送孔徑(DPA)。

圖8A在YZ平面中描繪了整個電子槍設計的簡化視圖，其示意性地示出了電子束65沿著包括電子源/聚光透鏡/多孔徑600以及靜電束傳輸透鏡61在內的各種組件的連續傳播。傳輸透鏡61從電子源600和分束器接收電子束，然後電子束65向著出射瞳DPA 62傳播並傳播到透鏡影像平面63上。圖8B示出了XY平面，在圖8A的透鏡影像平面63處的聚焦射束64的3x3陣列。

圖9是描繪與這種透鏡的現有設計相比，使用本揭露的靜電束傳輸透鏡的9個光束的聚焦3x3陣列的模糊降低的圖表。在圖9中，沿橫坐標的CE、UL、LL、LR、UR和Cav分別表示中心點、左上點、左下點、右下點、右上點和模糊平均，所有單位都是奈米。以奈米為單位的模糊量度顯示在縱坐標上，並且針對根據靜電束傳輸透鏡的現有設計和本揭露的靜電束傳輸透鏡的每個CE、UL、LL、LR、UR和Cav繪製了模糊值。如圖9所示，中心點處的模糊約為1nm。如圖9所示，與已知的靜電傳輸透鏡相比，本揭露的靜電束傳輸透鏡實現了UL、LL、LR、UR和Cav中每一個的聚焦射束的模糊降低>30%。還如圖9所示，對於現有設計和根據本揭露的靜電束傳輸透鏡兩者，中心點處的模糊約為1nm，而對於現有設計而言其UL、LL、LR、UR和Cav的偏心模糊大於約1,200nm，但對於根據本揭露的靜電束傳輸透鏡僅約800nm。

在電子槍中使用根據本揭露的靜電束傳輸透鏡而不是使用現有的靜電束傳輸透鏡實現的優點在於降低聚焦射束的模糊方面，這導致能夠在多射束電子光學工具中實現更高的解析度，例如在掃描電子顯微鏡和電子束微影中等。

根據以上說明，本揭露的多種修改和變化是可能的。因此應當理解，在所附申請專利範圍的範圍內，本揭露可以以不同於具體描述的方式實施。