專利名稱：投影透鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于帶電粒子多子束(multi-beamlet)系統(tǒng)的投影系統(tǒng)，例如用于帶 電粒子多子束微影(Kghography)系統(tǒng)或檢查系統(tǒng)(inspection system)的投影系統(tǒng)，以及用
于這樣的投影系統(tǒng)的末端模塊。
背景技術(shù)：
目前，大多數(shù)商用微影系統(tǒng)使用掩膜(mask)作為存儲和再生成照射(expose)目 標(biāo)的圖案數(shù)據(jù)的裝置，例如具有阻劑涂層的晶片。在無掩膜的微影系統(tǒng)中，帶電粒子的 子束被用于將圖案數(shù)據(jù)寫在目標(biāo)上。這些子束被單獨地控制，例如通過單獨地將它們接 通或關(guān)斷，來生成所需要的圖案。對于被設(shè)計成以商業(yè)上可接受的生產(chǎn)能力操作的高分 辨率微影系統(tǒng)，其大小、復(fù)雜性和成本成為了障礙。一種用于帶電粒子多子束系統(tǒng)的設(shè)計在例如第5,905,267號的美國專利中被示 出，該專利中電子波束被擴展、變平行和被孔徑陣列(aperture array)分裂成多個子束。 獲得的圖像然后通過縮影電子光學(xué)系統(tǒng)被縮小，并被投影到晶片上?？s影電子光學(xué)系統(tǒng) 將所有的子束一同聚焦和縮小，使得整個子束組被成像并且在尺寸上被減小。此設(shè)計 中，所有子束在公共交叉點處相交，引起了失真和分辨率的降低，這歸因于子束中帶電 粒子之間的相互作用。沒有這樣的公共交叉點的設(shè)計也已經(jīng)被提出，其中子束被單獨地聚焦和縮小。 然而，當(dāng)這樣的系統(tǒng)被構(gòu)造成具有大量的子束時，為單獨地控制各子束而提供多個透鏡 變得不現(xiàn)實。大量單獨受控的透鏡的構(gòu)造增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且透鏡之間的間距必 須足夠大以便能為各透鏡的必要組件留下空間，和使單獨的控制信號能訪問各透鏡。這 種系統(tǒng)的光學(xué)柱體(optical column)的較大高度導(dǎo)致了若干缺點，例如增加了需保持真空 的體積，并且子束的過長路徑增大了例如由子束的偏移引起的對準(zhǔn)錯誤(alignment error) 的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明嘗試改進熟知的系統(tǒng)，并通過提供用于帶電粒子多子束系統(tǒng)的投影透鏡 裝置解決這樣的問題，該投影透鏡裝置包括一個或多個板和一個或多個投影透鏡的陣 列。各板具有形成于其上的孔徑的陣列，在孔徑的位置處形成投影透鏡。投影透鏡陣列 形成投影透鏡系統(tǒng)的陣列，各投影透鏡系統(tǒng)包括形成于一個或多個投影透鏡陣列相應(yīng)的 點處的一個或多個投影透鏡。以范圍在約板孔徑直徑的1至3倍的間距布置這些投影透鏡 系統(tǒng)，并且各投影透鏡系統(tǒng)用于將一個或多個帶電粒子子束縮小并聚焦到目標(biāo)平面上， 各投影透鏡系統(tǒng)的有效焦距在約為間距的1至5倍的范圍內(nèi)，并且將帶電粒子子束縮小至 少25倍。投影透鏡裝置優(yōu)選地包括至少一萬個投影透鏡系統(tǒng)的陣列。該投影透鏡系統(tǒng) 的焦距優(yōu)選地少于約1mm。該投影透鏡裝置優(yōu)選地包括兩個或更多板，且這些板優(yōu)選地被分開與最厚板的厚度為相同數(shù)量級的距離。投影透鏡系統(tǒng)的陣列的間距優(yōu)選地在 約50微米至500微米范圍內(nèi)，而且從投影透鏡裝置的上游端(upstream end)到下游端 (downstream end)的距離優(yōu)選地在約0.3至0.2mm的范圍內(nèi)。各陣列的投影透鏡優(yōu)選地
被基本布置在一個平面上。投影透鏡優(yōu)選地包括靜電透鏡，并且各板優(yōu)選地包括用于形成靜電透鏡的電 極。在電極之間生成大于10kV/mm，或者更優(yōu)選地為約25至50kV/mm的電場。投影 透鏡裝置可包括三個板，這三個板布置成使得各板的相應(yīng)的孔徑基本上相互對準(zhǔn)，并且 第三板電極優(yōu)選地被保持在與目標(biāo)基本一樣的電壓電勢。在第一板和第二板之間的電壓 差優(yōu)選地小于第二板和第三板之間的電壓差，并且第二板和第三板電極上的電壓優(yōu)選地 在約3至6kV范圍內(nèi)。第一板和第二板優(yōu)選地分開約100至1000微米，或者更優(yōu)選地分開約100至200 微米，第二板和第三板優(yōu)選地相隔約50至500微米，或者更優(yōu)選地相隔150至250微米， 并且第三板優(yōu)選地與目標(biāo)相距約25至400微米，或者更優(yōu)選地與目標(biāo)相距50至200微 米。本發(fā)明的另一個方面還包括可安裝在帶電粒子多子束系統(tǒng)中的末端模塊，其中 末端模塊包括投影透鏡裝置。該末端模塊可能還包括位于投影透鏡裝置上游的波束停止 陣列，其中波束停止陣列包括板，該板具有形成于其上的孔徑的陣列，波束停止陣列孔 徑與投影透鏡系統(tǒng)基本對準(zhǔn)。波束停止陣列孔徑的直徑優(yōu)選地在5至20微米范圍內(nèi)(即 百萬分之一米或μιη)，并且在波束停止陣列和投影透鏡裝置之間的距離優(yōu)選地小于約5 毫米(mm)。末端模塊可能還包括用于掃描子束的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，該偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)位于波束停止 陣列和投影透鏡裝置之間。本發(fā)明還包括帶電粒子多子束系統(tǒng)，其包括用于產(chǎn)生帶電粒子束的帶電粒子 源、用于使波束平行(collimate)的準(zhǔn)直器(collimator)、用于從平行的波束產(chǎn)生多個子束 的孔徑陣列、用于將子束聚焦的聚光器陣列、基本置于聚光器陣列的焦點平面上并包括 用于使子束偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)器的波束阻斷陣列(beam blanker array)，以及包括投影透鏡裝置的 末端模塊。多子束系統(tǒng)的帶電粒子優(yōu)選地具有在約1至IOkeV范圍內(nèi)的能量。末端模塊 的投影透鏡裝置優(yōu)選地包括在子束到達目標(biāo)之前用于將子束聚焦和縮小的末級元件，并 且末端模塊的投影透鏡裝置優(yōu)選地包括帶電粒子多子束系統(tǒng)的主縮小元件。


將參考附圖中示出的實施例進一步解釋本發(fā)明不同的方面，其中圖1是帶電粒子多子束微影系統(tǒng)的實例的簡化示意圖；圖2是圖1中微影系統(tǒng)的末端模塊的側(cè)視簡化示意圖；圖3A是圖2中末端模塊的投影透鏡中透鏡陣列的電壓和相互距離的側(cè)視簡化示 意性表示；圖3B是如在垂直橫截面中示出的，圖2中投影透鏡對子束的影響的示意性說 明；圖4是圖2中投影透鏡的透鏡陣列的襯底的透視圖；以及圖5是末端模塊偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的另一個實施例的橫截面的簡化示意性表示。
具體實施例方式以下是本發(fā)明實施例的描述，僅作為例子給出，并參考附圖。圖1示出了帶電粒子多子束微影系統(tǒng)實施例的簡化示意圖，該系統(tǒng)是基于不具 有所有電子子束的公共交叉點的電子束光學(xué)系統(tǒng)的。這樣的微影系統(tǒng)在例如第6,897,458 號、第6,958,804號、第7,084,414號和第7,129,502號美國專利中有所描述，這些美國專 利均全文并入此文中作為參考，這些專利均被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的所有者。在圖1示出的實 施例中，微影系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生均勻的、展開的電子束20的電子源1。波束能量優(yōu)選地 保持在相對低的1至IOkeV范圍內(nèi)。為達到這個范圍，加速電壓優(yōu)選地為較低的，但電 子源優(yōu)選地保持在相對于地電勢成約-1至-IOkV之間，但其他設(shè)置也可被使用。來自電子源1的電子波束20經(jīng)過雙八極(double octopole) 2，隨后經(jīng)過使電子波 束20平行的準(zhǔn)直透鏡(collimator lens) 3。隨后，電子波束20撞擊到孔徑陣列4上，孔 徑陣列4阻擋了部分波束，并允許多個子束21通過孔徑陣列4。孔徑陣列優(yōu)選地包括具 有通孔(throughhole)的板。因此，產(chǎn)生多個平行的電子子束21。該系統(tǒng)生成大量的子 束21，優(yōu)選地約為10,000至1,000,000個子束，但也可能采用更多或者更少的子束。注 意其他熟知的方法也可能被用來生成平行子束。多個電子子束21經(jīng)過聚光透鏡陣列5，其將每個電子子束21聚焦在波束阻斷陣 列(beam blanker array) 6的平面內(nèi)。這樣的子束阻斷陣列6優(yōu)選地包括多個阻斷器，每個 阻斷器能夠?qū)⒁粋€或多個電子子束21偏轉(zhuǎn)。隨后，電子子束21進入末端模塊7。末端模塊7優(yōu)選地構(gòu)造成包括不同組件的可 插入、可替換的單元。在此實施例中，末端模塊包括波束停止陣列(beam stop array) 8、 波束偏轉(zhuǎn)陣列9和投影透鏡裝置10，但是并非所有這些都需要被包括在末端模塊中，而 且它們可以不同方式來布置。除了其他功能，末端模塊7還將提供約100至500倍的縮 小，這個倍數(shù)優(yōu)選地為盡量大，比如在300至500倍的范圍內(nèi)。末端模塊7優(yōu)選地如以下 描述那樣偏轉(zhuǎn)子束。離開末端模塊7之后，子束21撞擊到定位在目標(biāo)平面處的目標(biāo)11的 表面上。對于微影應(yīng)用，目標(biāo)通常包括配備了帶電粒子感應(yīng)層或阻劑層的晶片(wafer)。在末端模塊7中，電子子束21首先經(jīng)過波束停止陣列8。此波束停止陣列8很 大程度上決定了子束的開度角(opening angle)。在此實施例中，波束停止陣列包括用于 允許子束通過的孔徑陣列。波束停止陣列的基本形態(tài)包括配備了通孔的襯底，該通孔通 常為圓孔，但也可以采用其他形狀。在一個實施例中，波束停止陣列8的襯底是由具有 按規(guī)則分布的通孔的陣列的硅晶片形成的，并可鍍上金屬表面層來阻止表面帶電。在一 個實施例中，該金屬是不會形成天然氧化物表層的種類，例如CrMo。在一個實施例中，波束停止陣列8的通路與波束阻斷陣列6的元件對準(zhǔn)。子束 阻斷陣列6和波束停止陣列8 一起工作阻擋或允許子束21通過。如果子束阻斷陣列6使 子束偏轉(zhuǎn)，子束將不能通過在波束停止陣列8上相應(yīng)的孔徑，而是被波束停止陣列8的襯 底阻擋。但是如果子束阻斷陣列6不使子束偏轉(zhuǎn)，則子束將通過波束停止陣列8中的相 應(yīng)孔徑，然后將被投影成目標(biāo)11表面上的一個斑點。接下來，子束經(jīng)過波束偏轉(zhuǎn)陣列9，其為每個子束21提供在X和/或Y方向上 的偏轉(zhuǎn)，X或Y方向基本上垂直于未經(jīng)偏轉(zhuǎn)的子束21的方向。接下來，子束21經(jīng)過投影透鏡裝置10，被投影到目標(biāo)平面上的目標(biāo)11上，目標(biāo)11通常為晶片。為了在目標(biāo)上的投影斑點內(nèi)以及在投影斑點之間電流和電荷的一致性和均勻 性，并且因為波束停止板8在很大程度上決定了子束的開度角，在波束停止陣列8中的孔 徑的直徑優(yōu)選地小于當(dāng)子束到達波束停止陣列時子束的直徑。在一個實施例中，波束停 止陣列8中的孔徑的直徑在5 y m至20 y m的范圍，而在所述實施例中撞擊到光束停止陣 列8上的子束21的直徑典型地約在30 ii m至75 ii m的范圍。本實例中波束停止板8上的孔徑的直徑將子束的橫斷面限制成直徑的范圍在 511111至2011111內(nèi)的上述值，并且更優(yōu)選地范圍在5iim至lOiim內(nèi)，而如果不受限制該 子束的橫斷面的直徑值將在30 ym至75 ym的范圍內(nèi)。這樣，只有子束的中心部分才被 允許通過波束停止板8，投影到目標(biāo)11上。子束的這個中心部分具有相對均勻的電荷密 度。由波束停止陣列8對子束圓周部分的這種切割也在很大程度上決定了系統(tǒng)末端模塊 7中子束的開度角，以及在目標(biāo)11處的電流量。在一個實施例中，波束停止陣列8中的 孔徑是圓的，導(dǎo)致了各子束具有基本一致的開度角。圖2更詳細地示出了末端模塊7的實施例，示出了波束停止陣列8、偏轉(zhuǎn)陣列9 和投影透鏡裝置10，將電子子束投影到目標(biāo)11上。子束21被投影到目標(biāo)11上，優(yōu)選 地導(dǎo)致直徑約為10納米至30納米，更優(yōu)選地約為20納米的斑點幾何尺寸，這種設(shè)計的 投影透鏡裝置10優(yōu)選地提供約100至500倍的縮小。在此實施例中，如圖2中所示，子 束21的中心部分首先通過波束停止陣列8 (假設(shè)子束沒有被子束阻斷陣列6偏轉(zhuǎn)過)。然 后，子束經(jīng)過波束偏轉(zhuǎn)陣列9的偏轉(zhuǎn)器或者按順序布置從而形成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)器組。 子束21隨后經(jīng)過投影透鏡裝置10的電-光系統(tǒng)，最終撞擊到目標(biāo)平面上的目標(biāo)11。在圖2中示出的實施例中，投影透鏡裝置10具有按順序布置、用于形成靜電透 鏡陣列的三個板12、13和14。板12、13和14優(yōu)選地包括其中形成有孔徑的襯底?？?徑優(yōu)選地形成為穿過襯底的圓孔，但其他形狀也可被采用。在一個實施例中，襯底由采 用半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)中熟知的處理步驟處理的硅或其他半導(dǎo)體形成。孔徑可采用在半導(dǎo)體 制造產(chǎn)業(yè)中熟知的例如微影和蝕刻的技術(shù)，在襯底上便利地形成。所采用的微影和蝕刻 技術(shù)優(yōu)選地被充分精確地控制，以確?？讖降奈恢谩⒊叽绾托螤畹囊恢滦?。這種一致性 使得對單獨控制每個子束路徑和聚焦的需求可被消除?？讖蕉ㄎ坏木鶆蛐裕纯讖街g一致的距離(間距)和在襯底表面上孔徑的均勻 的布置，使得能夠產(chǎn)生具有在目標(biāo)上生成均勻網(wǎng)格圖案的密集子束的系統(tǒng)構(gòu)造。在一個 實施例中，孔徑之間的間距在50微米至500微米的范圍內(nèi)，間距的偏差優(yōu)選地為100納 米或更少。此外，在采用多個板的系統(tǒng)中，每個板上相應(yīng)的孔徑被對準(zhǔn)。各板之間孔徑 的未對準(zhǔn)可引起沿不同軸線上焦距的不同?？讖匠叽绲囊恢滦允乖诳讖轿恢锰幮纬傻撵o電投影透鏡能具有一致性。透鏡尺 寸的偏差將導(dǎo)致聚焦的偏離，使得某些子束將被聚焦在目標(biāo)平面上而其他的子束不聚焦 在目標(biāo)平面上。在一個實施例中，孔徑尺寸在50微米至150微米的范圍內(nèi)，尺寸的偏差 優(yōu)選地為100納米或更少?？讖降男螤畹囊恢滦砸彩呛苤匾摹Ｔ谑褂脠A孔的情況下，孔的圓度的一致性 致使產(chǎn)生的透鏡的焦距在兩個軸上是相同的。襯底優(yōu)選地被涂上導(dǎo)電涂層，以形成電極。導(dǎo)電涂層優(yōu)選地在各襯底上形成單個電極，在孔徑周圍以及孔的內(nèi)側(cè)覆蓋板的兩個表面。優(yōu)選地，例如銷(molybdenum)的 具有導(dǎo)電天然氧化物的金屬被用于電極，采用例如在半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)中熟知的技術(shù)將該 金屬沉積在板上。將電壓施加到各電極，以控制在各個孔徑位置處形成的靜電透鏡的形 狀。各電極由用于整個陣列的單個控制電壓控制。因此，在示出的具有三個電極透鏡的 實施例中，將只存在三個電壓，用于所有的上千個透鏡。圖2示出的板12、13和14具有分別施加到它們的電極上的電壓VI、V2和V3。 在板12和13之間，以及板13和14的電極之間電壓的差異，在板上的各孔徑的位置處 產(chǎn)生靜電透鏡。這樣在相互對準(zhǔn)的孔徑陣列中的各位置處生成了 “垂直的”靜電透鏡 組，從而構(gòu)成投影透鏡系統(tǒng)的陣列。各投影透鏡系統(tǒng)包括形成于各板的孔徑陣列的相應(yīng) 點處的靜電透鏡組。各靜電透鏡組形成的投影透鏡系統(tǒng)可被當(dāng)作單獨有效投影透鏡，其 將一個或多個子束聚焦或縮小，并具有有效的焦距和有效的縮小。在系統(tǒng)中僅使用了單 個板，可與地平面相結(jié)合地使用單電壓，使得在板上各孔徑的位置處形成靜電透鏡。孔徑的一致性的變化將導(dǎo)致在孔徑的位置處形成的靜電透鏡的變化?？讖降囊?致性導(dǎo)致靜電透鏡是一致的。因此，三個控制電壓VI、V2和V3產(chǎn)生了一致的靜電透鏡 的陣列，這些一致的靜電透鏡將大量的電子子束21聚焦并縮小。靜電透鏡的特性由三個 控制電壓控制，使得所有子束的聚焦和縮小的量可通過控制這三個電壓來控制。這樣， 單個公共控制信號可被用于控制用于縮小和聚焦非常大量的電子子束的電子透鏡的整個 陣列。公共控制信號可針對每個板提供，或作為兩個或更多板之間的電壓差來提供。在 不同投影透鏡裝置中采用的板的數(shù)量可不同，而公共控制信號的數(shù)量也可以不同。在孔 徑具有足夠一致的布局和尺寸的地方，使用一個或多個公共控制信號能夠使電子子束聚 焦，和使子束縮小。在圖2的實施例中，包含三個控制電壓VI、V2和V3的三個公共 信號因此被用來聚焦和縮小所有的子束21。投影透鏡裝置優(yōu)選地形成所有用于將子束聚焦在目標(biāo)表面上的聚焦器件。這是 由投影透鏡的一致性實現(xiàn)的，這些投影透鏡提供了對子束的充分一致的聚焦和縮小，使 得不需要對單獨電子子束的聚焦和/或路徑進行修正。這相當(dāng)大地減少了整個系統(tǒng)的成 本和復(fù)雜性，因為這簡化了系統(tǒng)構(gòu)造，簡化了系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)，并大大減小了系統(tǒng)的 尺寸。在一個實施例中，在形成投影透鏡處孔徑的布局和尺度被控制在，足以使利用 一個或多個公共控制信號對電子子束的聚焦能夠?qū)崿F(xiàn)焦距一致性優(yōu)于0.05%的公差之 內(nèi)。各投影透鏡系統(tǒng)被間隔開額定間距，并且各電子子束被聚焦，在目標(biāo)表面上形成斑 點。在板上的孔徑的布局和尺度優(yōu)選地被控制在，足以實現(xiàn)在目標(biāo)表面上斑點空間分布 的變化達到小于額定間距0.2%的公差之內(nèi)。投影透鏡裝置10包括放置成彼此接近的板12、13、14，使得盡管在電極上使用 相對低的電壓(與典型地用在電子波束流光學(xué)中的電壓相比)，也能夠產(chǎn)生非常高的電 場。這些高電場生成具有小焦距的靜電投影透鏡，這是因為對于靜電透鏡，焦距可被估 計成與被電極之間的靜電場強度分開的波束能量成正比。在這種考慮下，在可實現(xiàn)先前 的10kV/mm處，本實施例優(yōu)選地在第二板13和第三板14之間施加范圍在25kV/mm至 50kV/mm的電勢差。這些電壓VI、V2和V3被優(yōu)選地設(shè)置為使得第二和第三板(13與 14)之間電壓的差大于第一和第二板(12與13)之間電壓的差。這導(dǎo)致在板13和14之間形成更強的透鏡，使得各投影透鏡系統(tǒng)的有效透鏡平面被置于板13和14之間，如圖2中 在透鏡開口中板13和14之間用彎曲的虛線示出的那樣。這將有效的透鏡平面安放成更 靠近目標(biāo)，并使投影透鏡系統(tǒng)能夠具有較短的焦距。需進一步注意，為了簡單，圖2中 的子束被示為從偏轉(zhuǎn)器9被聚焦，在圖3B中示出對子束21的聚焦的更準(zhǔn)確的表示。電極電壓VI、V2和V3優(yōu)選地被設(shè)置成，使得電壓V2比電壓1更接近電子源 1的電壓，引起了子束21中帶電粒子的減速。在一個實施例中，目標(biāo)為0V(地電勢)， 而電子源相對于目標(biāo)約為_5kV，電壓VI約為_4kV，而電壓V2約為-4.3kV。 電壓V3 相對于目標(biāo)約為0V，避免了在板14和目標(biāo)之間產(chǎn)生強電場，這種強電場在目標(biāo)的拓撲不 平坦的情況下可造成子束的干擾。板(以及投影系統(tǒng)其他組件)之間的距離優(yōu)選為較小 的。利用這種布置，實現(xiàn)了聚焦和縮小投影透鏡，以及在子束中引出帶電粒子的速度的 降低。利用約_5kV的電壓的電子源，帶電粒子被中心電極(板13)減速，隨后被具有地 電勢電壓的底部電極(板14)加速。這種減速容許在電極上使用更低的電場，同時對于 投影透鏡裝置仍能實現(xiàn)期望的縮小和聚焦。不是如先前系統(tǒng)中使用的僅具有控制電壓VI 和V2的兩個電極，而是具有控制電壓VI、V2和V3的三個電極的優(yōu)點是，將對子束的 聚焦的控制與對子束加速電壓的控制之間的相互影響消除到一定程度。對相互影響的這 種消除是因為可通過不改變電壓VI而只調(diào)整電壓V2和V3之間的電壓差來調(diào)整投影透鏡 系統(tǒng)。因此電壓VI和源電壓之間的電壓差很大程度上未改變，使得加速電壓基本上保持 恒定，降低了在柱體(column)上部中對準(zhǔn)的重要性。圖2還示出偏轉(zhuǎn)陣列9對子束21在Y方向上的偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)在圖2中被示為從 左到右的偏轉(zhuǎn)。在圖2的實施例中，偏轉(zhuǎn)陣列9中的孔徑被示為用于使一個或多個子束 通過，在孔徑的對面提供電極，電極配備了電壓+V和-V。在電極上提供電勢差引起子 束的偏轉(zhuǎn)，或經(jīng)過孔徑的子束的偏轉(zhuǎn)。對電壓(或電壓正負號)的動態(tài)改變將使子束能 以掃描方式被掃描(sweep)，這里是在Y方向上被掃描。通過與針對Y方向上的偏轉(zhuǎn)所描述的一樣的方式，X方向上的偏轉(zhuǎn)也可來回地 被執(zhí)行(在圖2中，X方向是在進出紙張的方向上)。在所述實施例中，為在襯底的表 面上掃描子束可使用一個偏轉(zhuǎn)方向，同時通過使用掃描模塊或掃描階段在另一個方向上 平移襯底。平移方向優(yōu)選地橫切于Y方向，并與X方向一致。末端模塊7的偏轉(zhuǎn)器和透鏡相對于彼此如所描述那樣的布置與粒子光學(xué)領(lǐng)域中 所普遍預(yù)期的不同。典型地，偏轉(zhuǎn)器被定位在投影透鏡之后，使得聚焦首先被完成，然 后偏轉(zhuǎn)被聚焦的子束。如在圖2和3中的系統(tǒng)中，先偏轉(zhuǎn)子束、然后聚焦子束，導(dǎo)致進 入投影透鏡的子束脫離軸線，并且相對于投影透鏡的光軸成一定角度。對于本領(lǐng)域技術(shù) 人員顯而易見的是，后一種布置可相當(dāng)大地提升偏轉(zhuǎn)子束的軸外像差(aberration)。在用于微影的投影系統(tǒng)的應(yīng)用中，將以超高的精確度聚焦和定位子束，使斑點 的大小為幾十納米，大小的精確度為納米級，并且定位的精確度為納米級。發(fā)明者認(rèn)識 到將經(jīng)聚焦的子束偏轉(zhuǎn)，例如將其偏離子束光軸幾百納米，將很容易導(dǎo)致子束焦點沒對 準(zhǔn)(cmt-0f-focus)。為了符合精確度的要求，將嚴(yán)格地限制偏轉(zhuǎn)量，否則子束將迅速在目 標(biāo)11的表面上變得焦點沒對準(zhǔn)。如上所討論的，考慮到投影透鏡裝置在微影系統(tǒng)中的使用，為了達到投影透鏡 裝置的目標(biāo)，投影透鏡系統(tǒng)的有效焦距很短，并且投影透鏡系統(tǒng)的透鏡平面被定位成非常接近目標(biāo)平面。因此，對于子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)在投影透鏡與目標(biāo)平面之間只留出了很小的 空間。發(fā)明者認(rèn)識到焦距應(yīng)該在這樣有限的量級上，任何偏轉(zhuǎn)器或偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)都應(yīng)被置于 投影透鏡之前，盡管這樣的布置容易發(fā)生軸外像差。在每個投影透鏡系統(tǒng)只聚焦一個子束(或很少的子束)的系統(tǒng)中，在圖1和圖2 中示出的偏轉(zhuǎn)陣列9裝置的上游和投影透鏡裝置10的下游進一步地能使子束21發(fā)生強聚 焦，尤其是允許子束尺寸減小(縮小)至少約100倍，并優(yōu)選地約350倍。在每個投影 透鏡系統(tǒng)聚焦一組子束(優(yōu)選聚焦10個到100個子束)的系統(tǒng)中，每個投影透鏡系統(tǒng)提 供至少約25倍，優(yōu)選地約為50倍的縮小。這種高倍縮小具有的另一種優(yōu)點在于對于投 影透鏡裝置10之前(前端)的孔徑和透鏡的精度要求降低很多，因此使得微影裝置的構(gòu) 造成本減少。這種裝置的另一個優(yōu)點是整個系統(tǒng)的圓柱體長度(高度)可被大大減小。 對于此，也優(yōu)選具有小的投影透鏡焦距和大的縮小系數(shù)，以便獲得有限高度的投影圓柱 體(projection column)，從目標(biāo)到電子源優(yōu)選地少于一米，并且高度更優(yōu)選地在約150mm 和700mm之間。這種具有短圓柱體的設(shè)計使微影系統(tǒng)更易安裝和收納，并且還減少了分 離的子束偏離的影響，這歸因于有限圓柱體高度和更短的子束路徑。更小的偏離減少了 子束對準(zhǔn)問題，并使得能夠使用更簡單和成本更低的設(shè)計。然而，這種布置對末端模塊 的各種組件提出了額外的要求。對于位于投影系統(tǒng)上游的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，偏轉(zhuǎn)子束將不再在其光軸上經(jīng)過投影系 統(tǒng)。因此，當(dāng)被偏轉(zhuǎn)時，被聚焦在目標(biāo)平面上的非偏轉(zhuǎn)子束現(xiàn)在將在目標(biāo)平面上沒對準(zhǔn) 焦點。為了限制由于子束偏轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的焦點沒對準(zhǔn)的影響，在一個實施例的末端模塊 中，偏轉(zhuǎn)陣列9被置于盡可能地靠近投影透鏡陣列10。這樣，當(dāng)偏轉(zhuǎn)子束經(jīng)過投影透鏡 陣列時，將仍然相對接近它們的未偏轉(zhuǎn)的光軸。優(yōu)選地，偏轉(zhuǎn)陣列被設(shè)置在與投影透鏡 陣列10相距約0mm至5mm的距離處，或者優(yōu)選地設(shè)置成盡可能靠近同時與投影透鏡保 持分離。在實際設(shè)計中，為適應(yīng)配線，可采用0.5_的距離。另一個實施例還提供了 另一種裝置來克服這個問題，如下面相對于圖5進行的描述。對于如上面描述的裝置，投影透鏡系統(tǒng)10的主要透鏡平面優(yōu)選地置于兩個板13 和14之間。在依據(jù)上述實施例的系統(tǒng)中，帶電粒子的全部能量被保持為相對低。對于 電子波束，例如，能量優(yōu)選地在上至約lOkeV的范圍內(nèi)。這樣，在目標(biāo)處熱的生成被減 少。然而，由于帶電粒子如此低的能量，系統(tǒng)中的色差(chromatic aberration)增加。這 需要特定措施來抵消這種有害影響。其中之一是已經(jīng)提到的投影透鏡裝置10中相對高的 靜電場。高靜電場導(dǎo)致形成了具有低焦距的靜電透鏡，使得透鏡具有低的色差。色差通常與焦距成正比。為了減少色差和提供適當(dāng)?shù)碾娮硬ㄊ队暗侥繕?biāo)平面 上，光學(xué)系統(tǒng)的焦距優(yōu)選地被限制到一個毫米或更小。此外，依據(jù)本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)10 末級板14被制成非常薄，以使得焦點平面不在透鏡內(nèi)部的情況下焦距能夠很小。板14 的厚度優(yōu)選地在50um至200um范圍之內(nèi)。由于上面提及的原因，期望將加速電壓保持成相對低，來獲得相對強的縮小， 并保持盡量低的像差。為了滿足這些對立的要求，構(gòu)想出了將投影透鏡系統(tǒng)的透鏡放置 成盡可能接近到一起的裝置。這種新的概念要求投影透鏡的更低的電極14優(yōu)選地盡可能 靠近目標(biāo)平面，偏轉(zhuǎn)器的作用被優(yōu)選地置于投影透鏡之前。另一種減輕由末端模塊7的 布置引起的像差的措施，是將偏轉(zhuǎn)器9和投影透鏡裝置10置于最小相互距離上。
圖3A說明了透鏡陣列中的相互距離，如上面指出的，該相互距離是被高度最小 化的類型。在這方面，板12和13之間的相互距離dl和d2與板13的厚度在相同的數(shù)量 級上。優(yōu)選實施例中，dl和d2的厚度在約lOOiim至200iim的范圍內(nèi)。最后的板14 到目標(biāo)平面的距離d3優(yōu)選地小于距離d2，以允許短的焦距。然而，在板14的較低表面 和晶片表面之間需要有最小距離，以容許晶片的機械移動。在作為例子的本實施例中， d3約為50iim至lOOiim。在一個實施例中，d2約為200iim，并且d3約為50iim。這 些距離涉及電壓VI、V2和V3，以及板12、13和14的透鏡的孔徑18的大小d4，以便 允許經(jīng)偏轉(zhuǎn)的子束通過，同時能夠聚焦一個或多個子束。如在說明的末端模塊7的設(shè)計中，板12、13和14的透鏡的孔徑的直徑d4比波束 停止陣列8的同軸對準(zhǔn)孔徑的直徑大許多倍，優(yōu)選地具有約5 ym至20 ym的直徑。直 徑d4優(yōu)選地在約50 ii m至150 ii m的范圍內(nèi)。在一個實施例中，直徑d4約為100 u m， 而波束停止陣列的孔徑直徑約為15 ym。此外，在本設(shè)計中，板13的中間襯底具有最大的厚度，優(yōu)選地在約50iim至 500iim的范圍內(nèi)。用于板12的襯底的厚度相對更小，優(yōu)選地約為50iim至300iim，而 用于板14的厚度是相對最小的，優(yōu)選地約為50iim至200iim。在一個實施例中，用于 板13的襯底的厚度約為200 iim，用于12的約為150 iim，并且用于14的約為150 y m。圖3B借助于在投影透鏡裝置10的孔徑18的橫截面中的所謂軌跡線(traced ray) 的說明，說明了依據(jù)圖3A的實施例的透鏡的實際聚焦作用。此圖說明，在此實施例中， 透鏡系統(tǒng)10的實際透鏡平面在板13和14之間。還應(yīng)注意的是在最底下的板14和目標(biāo) 平面11之間的距離d3在本設(shè)計中應(yīng)該非常小，以允許焦距很短。圖4是板12、13或14的其中之一的透視圖，該板優(yōu)選地包括襯底，優(yōu)選地由例 如硅的材料制成，配備了孔18。這些孔可布局成三角形(如圖所示)或方形或其他適宜 的形狀，相鄰孔的中心之間的相互距離P (間距)為孔18的直徑d7的一倍半。依據(jù)一個 實施例的板襯底可約為20-30_2，優(yōu)選地設(shè)置成在它們的整個面積中都保持恒定的相互 距離。在一個實施例中，襯底約為26mm2。為達到特定的生產(chǎn)能力(即每小時曝光特定數(shù)量的晶片)所需的子束的總電流， 取決于所需的劑量(dose)、晶片的面積和開銷時間(overhead time)。在這些散粒噪聲 (shot noise)受限系統(tǒng)中所需的劑量，除取決于其他因素外，還取決于所要求的特征尺寸 和均勻性，以及波束能量。為通過使用電子束微影在阻劑中獲得特定的特征尺寸(臨界尺度或CD)，需要 特定的分辨率。這種分辨率由三個方面的影響確定波束大小、阻劑中的電子散射以及 與酸性擴散相結(jié)合的二次電子平均自由路徑。這三方面的影響以平方關(guān)系疊加起來，確 定總的斑點大小。在這三方面的影響中，波束大小和散射取決于加速電壓。為了解決阻 劑中的特征，總斑點大小應(yīng)該與預(yù)期的特征大小(CD)在同樣的數(shù)量級上。不僅CD，還 有CD的均勻性對于實際應(yīng)用都很重要，對后者的要求將決定實際需要的斑點大小。對于電子束系統(tǒng)，最大單束電流由斑點大小決定。對于小的斑點大小，電流 也很小。為獲得良好的CD均勻性，所需要的斑點大小將把單束電流限制成比獲得高生 產(chǎn)能力需要的電流小得多。因此需要大量的子束(典型地對于每小時10晶片的生產(chǎn)能 力需要多于10,000個子束)。對于電子束系統(tǒng)，通過一個透鏡的總電流被庫倫相互作用(Coulomb interaction)所限制，使得有限數(shù)目的波束可被發(fā)送通過一個透鏡和/或一個交 叉點。這因此意味著在高生產(chǎn)能力系統(tǒng)中透鏡數(shù)量也需要是很大的。在所述實施例中，獲得了大量低能量波束十分密集的布局，使得多個子束可被 合并到尺寸與典型的晶片照射場大小相當(dāng)?shù)拿娣e。孔的間距優(yōu)選地為盡量小，以在小面積中制造出盡量多的靜電透鏡。這能夠使 得子束具有高密度，并且減少了在目標(biāo)表面上必須交叉掃描子束的距離。然而，對于孔 的給定內(nèi)徑尺寸，間距的減少受限于由于孔間的小距離使板變得太脆弱而引起的制造和 結(jié)構(gòu)問題，還可能受限于由相鄰?fù)哥R的邊緣場引起的像差。圖5是偏轉(zhuǎn)器的另一種設(shè)計的說明，該設(shè)計意圖進一步減輕末端模塊7的布置的 影響。以這種設(shè)計實現(xiàn)了即使在被偏轉(zhuǎn)時子束21也能通過投影透鏡裝置10的有效透鏡 平面的中心部分。通過這種方式，由通過投影透鏡裝置10的偏轉(zhuǎn)引起的球型像差被最 小化。這種設(shè)計重要的改進是可被使用的偏轉(zhuǎn)量增加了，同時沒有損害斑點大小的分辨率。在依據(jù)圖5的另一種設(shè)計中，兩個偏轉(zhuǎn)器9a和9b被布置為一個在另一個之后， 各偏轉(zhuǎn)器在它們的電極上具有相反的電壓。為達到偏轉(zhuǎn)目的，在每個偏轉(zhuǎn)器9a和9b上 這些電壓的符號被同時轉(zhuǎn)換。在有效透鏡平面10中，并且在投影系統(tǒng)的光軸的附近，對 偏轉(zhuǎn)子束21的集中，通過在與兩個偏轉(zhuǎn)器9a和9b之間相互距離d6相結(jié)合地考慮偏轉(zhuǎn)器 9b和投影透鏡裝置10的有效透鏡之間的距離d5的情況下，微調(diào)偏轉(zhuǎn)角的比值，以及施加 在電極上的電壓來執(zhí)行。在電極9a和9b上的電壓以一定方式被相互改變，使得子束21 的樞軸點在投影透鏡裝置10的光平面上并穿過投影透鏡系統(tǒng)的光軸(如在圖5中示出的 點劃線)。因此，第一偏轉(zhuǎn)器9a將子束21偏轉(zhuǎn)到以a 1的角偏離光軸，并且偏轉(zhuǎn)器9b 在相反方向上以a 2的角度向回偏轉(zhuǎn)子束21。那樣，當(dāng)穿過投影透鏡裝置10的有效透鏡 平面時子束21被偏轉(zhuǎn)了角度a 3。本發(fā)明已經(jīng)通過參考上面描述的特定的實施例被描述，能夠看出的是這些實施 例容許有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說熟知的不同變化和其他形式，而不會背離本發(fā)明的精 神和范圍。因此，即使已經(jīng)描述了特定實施例，這些只是例子，而非限制了本發(fā)明的范 圍，本發(fā)明的范圍在附帶的權(quán)利要求中限定。
權(quán)利要求
1.一種用于將帶電粒子子束投影到目標(biāo)上的帶電粒子多子束系統(tǒng)的投影透鏡裝置， 該投影透鏡裝置包括投影透鏡系統(tǒng)的陣列，該投影透鏡裝置包括一個或多個板和一個或多個投影透鏡陣列，各板具有形成在其 中的孔徑的陣列，具有在所述孔徑位置處形成的投影透鏡，所述一個或多個投影透鏡陣列形成投影透鏡系統(tǒng)的陣列，各投影透鏡系統(tǒng)包括一個 或多個所述投影透鏡形成于所述一個或多個投影透鏡陣列的相應(yīng)點處，其中以范圍在約板孔徑直徑的1至3倍的間距布置所述投影透鏡系統(tǒng)，并且 其中各投影透鏡系統(tǒng)被提供用于將一個或多個所述帶電粒子子束縮小并聚焦到目標(biāo) 平面上，各投影透鏡系統(tǒng)具有在約為間距的1至5倍的范圍內(nèi)的有效焦距，并且將所述帶 電粒子子束縮小至少25倍。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡投影裝置，其包括至少上萬個投影透鏡系統(tǒng)的陣列。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的投影透鏡裝置，其中所述投影透鏡系統(tǒng)的焦距約 小于Imm0
4.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中所述投影透鏡裝置包括兩 個或兩個以上的板。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中所述投影透鏡裝置包括至 少三個板。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中所述板以與最厚板的厚度 相同數(shù)量級的距離被分開。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中所述投影透鏡系統(tǒng)陣列的 間距在約50微米至500微米的范圍。
8.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中從所述投影透鏡裝置的上 游端到下游端的距離在約0.3mm至2.0mm的范圍。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中每個陣列的投影透鏡基本 布置在一個平面。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中所述投影透鏡包括靜電透^Ml O
11.如權(quán)利要求10所述的投影透鏡裝置，其中每個板包括用于形成所述靜電透鏡的電極。
12.如權(quán)利要求11所述的投影透鏡裝置，其中在所述投影透鏡裝置的電極之間生成大 于10kV/mm的電場。
13.如權(quán)利要求11所述的投影透鏡裝置，其中在所述投影透鏡裝置的電極之間生成范 圍在約25kV/mm至50kV/mm的電場。
14.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的投影透鏡裝置，包括第一板、在所述第一板下 游的第二板，和在所述第二板下游的第三板，所述板的孔徑被布置成使得各板的相應(yīng)孔 徑基本互相對齊。
15.如權(quán)利要求14所述的投影透鏡裝置，其中所述第三板包括電極，該電極被保持在 與所述目標(biāo)基本相同的電壓電勢。
16.如權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的投影透鏡裝置，其中各板包括電極，并且其中所述第一板與所述第二板之間電壓的差小于所述第二板與所述第三板之間電壓的差。
17.如權(quán)利要求14至16中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中各板包括電極，和其 中在所述第二和第三板的電極上的電壓在約3kV至6kV的范圍。
18.如權(quán)利要求14至17中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中所述第一和第二板被 放置分開約100微米至1000微米，所述第二和第三板被放置分開約50微米至500微米， 并且所述第三板被放置成與所述目標(biāo)相距約25微米至400微米。
19.如權(quán)利要求14至17中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中所述第一和第二板被 放置分開約100微米至200微米，所述第二和第三板被放置分開約150微米至250微米， 并且所述第三板被放置成與所述目標(biāo)相距約50微米至200微米。
20.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的投影透鏡裝置，其中各投影透鏡系統(tǒng)被提供用 來將單個帶電粒子子束縮小并聚焦到所述目標(biāo)平面上，和其中各投影透鏡系統(tǒng)將所述帶 電粒子子束縮小至少100倍。
21.一種可安裝在帶電粒子多子束系統(tǒng)中的末端模塊，該末端模塊包括前述權(quán)利要求 中任一項所述的投影透鏡裝置。
22.如權(quán)利要求21所述的末端模塊，進一步包括位于所述投影透鏡裝置上游的波束停 止陣列，該波束停止陣列包括板，該板具有形成于其上的孔徑的陣列，所述波束停止陣 列的孔徑與所述投影透鏡系統(tǒng)基本對齊。
23.如權(quán)利要求22所述的末端模塊，其中所述波束停止陣列的孔徑的直徑在約5Um至 20um的范圍。
24.如權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的末端模塊，其中所述波束停止陣列和所述投 影透鏡裝置之間的距離約小于5mm。
25.如權(quán)利要求22至24中的任一項所述的末端模塊，進一步包括用于掃描所述子束 的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，該偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)位于所述波束停止陣列和所述投影透鏡裝置之間。
26.—種帶電粒子多子束系統(tǒng)，包括帶電粒子源，用于產(chǎn)生帶電粒子束；準(zhǔn)直器，用于使所述波束平行；孔徑陣列，用于從平行的波束中產(chǎn)生多個子束；聚光器陣列，用于聚焦所述子束；波束阻斷陣列，放置在基本位于所述聚光器陣列的焦點平面，并包括用于使子束偏 轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)器；以及如權(quán)利要求21至25中的任一項所述的末端模塊。
27.如權(quán)利要求25所述的帶電粒子多子束系統(tǒng)，其中所述子束的帶電粒子的能量約在 IkeV 至 IOkeV 范圍。
28.如權(quán)利要求26或權(quán)利要求27所述的帶電粒子多子束系統(tǒng)，其中所述末端模塊的 投影透鏡裝置包括末級元件，該末級元件用于在所述子束到達所述目標(biāo)之前將所述子束 聚焦并縮小。
29.如權(quán)利要求26至28中的任一項所述的帶電粒子多子束系統(tǒng)，其中所述末端模塊 的投影透鏡裝置包括所述帶電粒子多子束系統(tǒng)的主縮小元件。
全文摘要
一種用于帶電粒子多子束系統(tǒng)的投影透鏡裝置(10)，該投影透鏡裝置包括一個或多個板(12、13、14)和一個或多個投影透鏡陣列。各板具有形成于板中的孔徑陣列，并且在孔徑位置處形成投影透鏡。該投影透鏡陣列形成了投影透鏡系統(tǒng)陣列，各投影透鏡系統(tǒng)包括形成于一個或多個投影透鏡陣列相應(yīng)點處的一個或多個投影透鏡。以范圍在約為板孔徑直徑的1至3倍的間距布置投影透鏡系統(tǒng)，并且各投影透鏡系統(tǒng)用于將一個或多個帶電粒子子束(21)縮小并聚焦在目標(biāo)平面上，各投影透鏡系統(tǒng)具有約為間距的1至5倍范圍內(nèi)的有效焦距，并且將帶電粒子子束縮小至少25倍。
文檔編號H01J37/30GK102017052SQ200980114872
公開日2011年4月13日 申請日期2009年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者亞歷山大·H·V·范維恩, 伯特·J·坎菲爾貝克, 斯蒂杰恩·W·H·K·斯蒂恩布林克, 皮特·克魯伊特, 簡·J·維蘭德 申請人:邁普爾平版印刷Ip有限公司