CN1759465B - 用于产生多个小波束的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生多个带电粒子小波束的装置，其包括一个用于产生发散带电粒子波束的带电粒子源，一个用于折射所述发散带电粒子波束的会聚装置，和一个由多个透镜构成的透镜阵列，其中所述透镜阵列位于所述带电粒子源和所述会聚装置之间。这样，有可能减小会聚装置的像差。

Description

用于产生多个小波束的装置

技术领域

本发明涉及一种用于产生多束带电粒子小波束(beamlet)的装置。带电粒子波束可用于多种系统，例如平版印刷和显微镜系统。这些系统中，有些使用单一的源，其产生一束随后被分割成多个小波束的波束。这些系统中使用的带电粒子源以一个限定的开度角(openingangle)发射带电粒子波束，也就是，发散波束。该发散波束通常需要加以准直，也就是，转变成平行波束。在大多数应用中，使用一个透镜或透镜组件折射所发射的发散波束。

背景技术

然而，由于所谓的色像差，不能够精确地限定带电粒子小波束所改变的角度。结果，小波束在待曝光的或成像的目标物上的斑点尺寸也增大。

在GB2340991和美国专利US-5834783，US-5905267，US-5981954，US-6124599，US-6137113，US-6166387，US-6274877以及日本真空科学与技术B18(6)pp.3061-3066中，公开了带电粒子波束平版印刷系统，其包括一种用于将发散波束折射成为平行波束的透镜组件。折射之后，用一个孔径阵列(aperture array)将波束分割成多个小波束。在这些平板印刷系统中，孔径(aperture)图像投影在待曝光的表面上。为了减小光斑尺寸，图像被缩小200倍。主导像差的是系统中最后一个透镜的像差，而不是准直组件的像差。然而，这些像差会影响系统的性能。

这种系统中，透镜组件的色像差为Δβ＝C·ΔE/E·β，其中β是入射线相对于透镜组件法线的夹角，E是入射带电粒子的能量。如果Δβ与波束的固有角(intrinsic angle)相当，则它将增大在待处理目标物上，例如具有抗蚀剂的晶片，形成的斑点的尺寸。

发明内容

本发明的一个目的是改进用于产生多个小波束的装置，从而产生限定更好的小波束。

本发明的另一个目的是减小用于产生多个小波束的装置中小波束的污点。

本发明的再一个目的是将用于产生多个小波束的装置中的准直透镜或透镜组件产生的像差减小到可以忽略的数值。

因此，本发明提供了一种用于产生多个带电粒子小波束的装置，其包括：

-一个用于产生发散带电粒子波束的带电粒子源；

-一个用于折射所述发散带电粒子波束的会聚装置；

-一个由多个透镜构成的透镜阵列，其中所述透镜阵列位于所述带电粒子源与所述会聚装置之间。

由于该透镜阵列的位置，每个小波束都被更好地限定。当例如将本发明的装置用于多波束平板印刷系统中时，系统能够以更高的波束电流和分辨率将图形转移到基片上。该装置可允许显微镜系统以更高的分辨率产生目标物的图像。

在一个实施例中，透镜是用于会聚带电粒子小波束的静电透镜，实际上是小透镜。

每个小波束都是由位于会聚元件阵列之前的波束分割器阵列产生的，其将来自粒子源的带电粒子波束分割成多个小波束。也有可能使用会聚元件阵列将波束分割成多个小波束。

在本发明装置的一个实施例中，会聚装置适合于将发散带电粒子波束折射成为基本上平行的带电粒子波束，用于产生多个基本上平行的带电粒子小波束。使用平行小波束使得装置容易控制。而且，在许多应用中，主要是平板印刷系统，人们期望小波束以基本上垂直于目标平面的角度撞击目标。

在本发明装置的一个实施例中，带电粒子源布置在会聚装置的焦平面上。这样，可以保证产生基本上平行的小波。

在上述装置的一个实施例中，透镜阵列被布置成将所述源的图像投影在会聚装置的主平面上。这进一步减小了污点，使得有可能在高分辨率装置中使用本装置。

在大多数应用中，会聚装置是一个准直仪，也就是，一个透镜或透镜系统或组件，其将发散波束折射成基本上平行的或者甚至是会聚的波束。通常该装置由静电透镜构成。

在装置的一个实施例中，进一步可能用分割所述带电粒子波束的分割装置产生多个带电粒子小波束。这样，发现有可能减小透镜组件的热负荷。而且，能够更好地限定和分离所得的小波。在其实施例中，分割装置由空间滤波器构成。在特殊实施例中，分割装置由孔径阵列构成。这允许形成简单而坚固的装置。在具有分割装置的本装置进一步的实施例中，分割装置位于所述带电粒子源和所述透镜阵列之间，用于将所述发散带电粒子波束分割成多个带电粒子小波束。这有可能获得良好限定的小波束，并减小透镜阵列的热负荷，借此提高其性能。

在具有空间滤波器的本装置的实施例中，空间滤波器相对于所述源是凹的。在其优选实施例中，所述空间滤波器的曲率使其焦点基本上位于带电粒子波束的起点。这样，证实有可能进一步减小污点并获得限定更佳的小波束。

在一个实施例中，透镜阵列相对于所述源是凹的。在其进一步的实施例中，所述透镜阵列的曲率使其焦点基本上位于带电粒子波束的起点。这使得有可能使所有的小波束都通过透镜的中心，从而进一步通过避免由所述阵列导致的附加像差而减小小波束的变形。

在具有分割装置的本装置的一个实施例中，分割装置与所述透镜阵列对准，从而使每个透镜获得一个单独的小波束。这样，透镜阵列的每个透镜接收由分割装置产生的小波束。

在装置的一个实施例中，所述透镜阵列是静电透镜阵列。在其进一步的实施例中，带电粒子波束是电子波束。在另一个实施例中，带电粒子波束是离子波束。

在装置的一个实施例中，所述透镜阵列包括一个孔径平板，和一个用于将等电位面限定成与孔径平板基本上平行并与孔径平板间隔一定距离的装置。优选地，该装置与孔径平板本身位于不同的电位。

在装置的一个实施例中，孔径平板具有一个导电表面和用于限定所述表面静电位的装置。在该实例中，最终等电位面的形状如图6所示。一个实施例是一个在小波束位置处具有通孔的(金属或金属覆盖)平板。

在装置的一个实施例中，所述用于限定等电位面的装置包括一个在小波束位置处具有通孔的平板，特别的是一个圆孔，其中心位于带电粒子波束的光轴上。一个简单的实施例是具有圆孔的(金属或覆盖有导电层的其它导电金属或材料)平板。

在装置的一个实施例中，所述用于将等电位面限定为与孔径平板基本上平行的并与孔径平板间隔一定距离的装置位于所述源与所述会聚元件阵列之间。

在装置的一个实施例中，所述用于将等电位面限定为与孔径平板基本上平行的并与孔径平板间隔一定距离的装置位于所述会聚元件阵列与所述会聚装置之间。

在装置的一个实施例中，所述会聚装置包括至少一个偏转器(deflector)阵列，其中偏转器与小波束对准。这种偏转器能够是，例如，具有孔的平板，其在孔的侧面或者在孔内具有(两个)相对的电极。详情如图7所示。

在装置的一个实施例中，所述会聚装置进一步包括一个控制器，用于向所述偏转器阵列的不同偏振器施加不同的电压。

在装置的一个实施例中，所述控制器适合于向所述偏转器阵列的每个偏转器施加电压以偏转小波，利用适合于设定电压的控制器，使每个偏转器维持一个与偏转器和波束光轴之间的距离成比例的偏转效应。当每个偏转器的偏转效应与其距离波束光轴的距离成比例时，所有偏转器集合在一起的净效应能够以和光轴基本上平行的方式偏转发散的小波束。

在装置的一个实施例中，所述控制器适合于向所述偏转器阵列的每一个偏转器施加电压以偏转小波束，利用适合于设定电压的控制器，使每个偏转器维持一个足以补偿会聚装置的其它会聚器件的像差的偏转效应。在该实施例中，会聚装置包括起(主)准直仪作用的静电透镜。这些透镜通常具有球面像差。当测量并精确定义这些像差时，能够设定阵列中每个偏转器的电压以补偿准直仪的局部效应。

在装置的一个实施例中，所述会聚装置是一个静电透镜。在该装置的一个实施例中，所述透镜阵列包括一个在所述静电透镜中提供第一电极的端平板。在该实施例的一个实施例中，进一步具有一个用于向所述静电透镜的电极施加电压的第二控制器，从而在基本上没有球面像差的条件下操作所述静电透镜。

在装置的一个实施例中，所述会聚元件阵列包括用于将一个基本上平面的电位面限定在所述阵列位置处的装置。在一个实施例中，阵列的一个表面具有导电(金属)层，并向其施加电压。那么在图6所示的等电位面上只剩余局部差异，其对小波只具有聚焦效应。

在装置的一个实施例中，装置进一步包括一个位于所述阵列和所述会聚装置之间的第一装置，用于限定一个等电位面。

在装置的一个实施例中，所述第一装置包括一个有孔平板，该孔的周缘包围波束或小波束。

在装置的一个实施例中，所述平板包括一个圆孔，其中心与波束的光轴对直。在一个实施例中，提供了一个具有一个通孔的金属平板，其附着在一个提供(时间上)恒定电压的电压源上。

在装置的一个实施例中，装置进一步具有用于向所述平板施加静电位的装置。

在装置的一个实施例中，装置进一步包括一个位于所述会聚装置和所述平板之后的第二装置，用于限定一个等电位面。

在装置的一个实施例中，所述第二装置包括一个有孔平板，该孔的周缘包围小波束。

在装置的一个实施例中，所述平板包括一个圆孔，其中心与波束的光轴对直。再一次，这能够是一个具有通孔的(金属)平板。

在装置的一个实施例中，装置进一步具有用于向所述平板施加静电位的装置。

本发明进一步涉及一种操作上文及附图中描述的各种电压的方法，以获得所公开的效果。

本发明进一步涉及一种带电粒子波束平板印刷系统，其包括上述本发明的装置。本发明的装置能够产生非常高数目的良好限定的小波束，从而有可能实现具有高分辨率，甚至小于100nm，的平板印刷系统。似乎可能实现低于20nm的分辨率。该高分辨率能够同时具有高产出率(晶片/小时)。

本发明进一步涉及一种用本带电粒子波束平板印刷系统处理的基片。

本发明进一步涉及一种带电粒子波束显微镜系统，其包括上述本发明的装置。

附图说明

在下述根据本发明的无掩模平板印刷系统的实施例中，本发明将进一步被阐明，其中：

图1A显示了一个发射发散波束的任意源，

图1B显示了一个与图1A相似的在波束内具有准直仪的源，

图2显示了图1B带电粒子波束一小部分的轨迹，

图3A显示了源的尺寸效应，其产生了波束的固有开度角α，

图3B显示了由通过一个准直点的带电粒子产生的偏差Δβ，

图4显示了根据本发明的透镜阵列的位置，

图5显示了与图4相似的具有孔径阵列的装置，

图6显示了与图4相似的具有等电位面静电透镜效应的装置，

图7使用偏转器阵列作用准直仪透镜，

图8使用等电位面进行准直，

图9将偏转器阵列与准直仪透镜相结合，

图10A，10B显示了弯曲透镜阵列的效应。

具体实施方式

图1A显示了任意的源1，其发射发散带电粒子波束2。在多种系统中，人们期望的不是发散波束2，而是准直波束3，也就是基本上平行的波束。因此，使用图1B中(示意性)显示的准直仪透镜4或者位于波束轨迹上的准直组件来准直发散的带电粒子波束2。准直发生在准直仪4的准直平面或主平面5上，如图1B中虚线所示。在准直之后，(基本上)平行的带电粒子波束被分割成多个小波束，其随后聚焦在目标物上用于图形曝光、检查、观察或其它目的。

在准直平面或者主平面5上，入射带电粒子波束被折射从而产生准直的波束。图2显示了发散带电粒子波束2一小部分的轨迹，其在准直仪平面的准直点6处被折射。初始方向与最终方向之间的夹角用β表示。在理想情况下，所有发射的带电粒子都源自于源1发射表面上的单一点。

然而，实际上从所述源1发射的带电粒子的带电粒子路径并非良好限定成如图2所示。实际上，从所述准直点6向源方向看，源尺寸并不是一个单一的点。它具有如图3A所示的极小的尺寸。该极小的尺寸产生了极小的角α，称作带电粒子波束的固有开度角。而且，由于带电粒子波束内散布的固有能量，准直平面5内每个带电粒子的折射角并非良好限定成如图2所示。源发射的带电粒子的能量分布导致在准直点发生色像差，从而使偏转角在准直点6处发生偏差Δβ。这如图3所示，其显示了围绕图3A的点6周围的细节。

当例如波束投影在平板印刷系统中用于曝光的目标物上时，或者显微镜系统中用于观察的目标物上时，其中期望具有非常小的斑点尺寸，像差便成了问题。由于像差，小波束变得模糊，小波束的斑点尺寸不再被良好限定，导致图形或图像变得模糊。当角度Δβ变得与带电粒子波束的固有开度角α处于同一量级时，将尤其如此。源尺寸或者源图像尺寸放大(α+Δβ)＊l，其中l是准直平面5与源1之间的距离。像差Δβ对所发射带电粒子波束的聚焦斑点尺寸的影响将放大Δβ＊l。现在，如果Δβ与固有开度角α处于同一量级或者处于更高的量级，则分辨率会显著降低。

本发明的装置提供了一种解决方法，以克服色像差的负面影响。这些像差的影响通过将具有多个透镜的透镜阵列7布置在所述源1和所述准直仪透镜4之间加以避免，如图4所示。实际上，所述透镜阵列7以如下方式布置，即透镜阵列的每个透镜将所述源的图像投影在所述准直平面5上。

结果，波束的内开度角由透镜阵列中的小波束尺寸d和所述透镜阵列与准直平面之间的距离f，即d/f，加以确定。因此，通过选择d和f，能够使固有角α显著大于偏差Δβ，从而系统的污点不会增加。因此，上述的本发明通过分割和准直发散的带电粒子波束2产生了多个基本上平行的小波束9。

通过向系统添加附加的分割装置，优选地位于源1和透镜阵列7之间，本发明能够进一步加以改进。分割装置将发散的带电粒子波束2分割成多个发散的带电粒子小波束11。在大多数实施例中，分割装置包括空间滤波器，优选地是如图5所示的孔径阵列10。在该位置处向系统添加孔径阵列10，提供了一种减小透镜阵列7上热负载的方法。它进一步提高了位于所述分割装置之后的(沿着带电粒子小波的光路)透镜阵列7的性能。

通过在所述准直仪透镜4或者准直仪透镜组件的后面在所述多个带电粒子小波束的光路上添加开度角限制装置，优选地是孔径阵列，能够进一步改善本发明。开度角限制装置用于限制通过准直平面的小波束的开度角，并修正由所述准直透镜4导致的附加第三级像差。

对于透镜阵列，能够使用任何传统的带电粒子透镜阵列。然而，还有可能使用图6所示的实施例。在图6中，安装了3个平板，每个处于其自身的电势V1，V2和V3。实际上，只有处于V1或处于V3的平面与处于V2的孔径平板7一起才是产生透镜效应所需的。处于V1和V3的平板具有一个孔，其大小足以使波束2通过而不干扰波束2。

平板7实际上是一个透镜阵列。平板7在这里是一个在产生小波束8的位置处具有孔的平板。在图6中，显示了平板7其中一个孔的放大图。在该放大图中，添加了等电位面(表示为V’，V”，V”’)以及两个带电粒子的轨迹。由于等电位面的形状，对平板7产生的带电粒子小波束具有聚焦效应。

在图7所示的另一个实施例中，其可以和上述实施例相结合，使用的不是传统的带电粒子准直透镜4，而是使用偏转器阵列进行准直。在图7中，显示了这种偏转器阵列的放大图。该偏转器在小波束8的位置处具有孔，并具有处于电势V1-V6的电极(对于图示的三个偏转器)。当仔细选择电压V1-6时，能够以如下的方式设定偏转，即偏转等于带电粒子波束2的光轴的距离。这样，有可能为这种类型的多小波束系统设计基本上理想的准直仪。

甚至有可能设计一种实际上没有球面像差的多小波束系统。这种系统的布局如图8所示。在该布局中，透镜阵列7上施加电压V1。如图8的宏观显示，透镜阵列7能够用作等电位面，其是一个平面。而且，添加了两个平板，一个处于电压V2，另一个处于电压V3。这些平板在小波束的位置处具有(通)孔，以便不影响小波束8。当以正确的方法选择平板的尺寸和电压V1，V2和V3时，有可能产生没有球面像差的准直仪透镜。在本领域中已知，根据Scherzers定理，这种无像差透镜只有在透镜的一个电极位于波束内时才能产生。在该特殊的装置中，发明人发现，有可能使用孔径平板作为波束内电极。令人惊讶的是，似乎有可能将这种类型的布局用于任何使用带电粒子的多小波束系统。甚至能够用于X-射线源。注意在图8中，准直仪透镜4只是显示作为平板的替换方案。

图4和7所示的实施例能够按照图9所示的方式加以组合，该方法能产生附加的优点。在该布局中，准直仪透镜4对一些球面像差具有准直效果，如图9中的外部小波束的过准直所示。在准直仪透镜4的后面，布置了一个偏转器阵列。该偏转器阵列使其偏转器与小波束9对准。当适当设定偏转器的电压时，有可能仅用相对低的电压修正准直仪透镜4的球面像差。为了补偿准直仪透镜4的球面像差，应当以如下的方式设定每个偏转器的电压，即使其对通过偏转器的带电粒子小波束的偏转效应与偏转器从准直仪透镜4的光轴到第三屈光(thethird power)的距离成比例。

本发明使用的透镜阵列7优选地是静电透镜阵列12。图10A示意性地显示了这种透镜阵列12的一个实例。在一个实施例中，透镜阵列12包括两个有孔的导电平板，它们彼此相距很近，其中每个平板的所述孔彼此基本上对直。通过在所述平板之间施加电势差V1-V2，在两个平板之间施加电场，如图10A所示。

聚焦发散的带电粒子波束可以诱发进一步的问题。每个通过平面静电透镜阵列12的波束由于如下的事实而未被正确聚焦，即入射小波束不是垂直于透镜平面(也就是，平行于透镜轴)通过透镜。该因素影响了系统的性能，也就是，产生了额外的像差。

已经发现，该因素能够通过施加凸透镜阵列13加以避免，使其内表面面对源，如图10B所示。当凸面与波束的发散良好匹配时，每个小波束基本上垂直于两个平板地通过孔透过透镜阵列13。

所用的带电粒子波束能够是任何技术上已知的带电粒子波束，但是优选的是电子波束或者离子波束。本发明能够用于平板印刷系统或者显微镜系统。在平板印刷系统中，本发明使得能够以更高的分辨率将待绘制的图形绘制到基片上，因为带电粒子波束的斑点尺寸保持很小。而且，在显微镜系统中，能够以更高的分辨率成像物体。

应当理解，上述说明只是为了例证优选实施例的操作，并不意味着对本发明的范围有限制，对于本领域的技术人员而言，在本发明的精神和范围内显然还可以有许多的改变。

Claims (24)

1.一种用于产生多个带电粒子小波束的设备，包括：

-一个带电粒子源，用于产生发散的带电粒子波束；

-一个会聚装置，用于折射所述发散带电粒子波束；

-一个透镜阵列，其包括多个透镜，位于所述带电粒子源和所述会聚装置之间，该会聚装置适合于将发散带电粒子波束折射成平行的带电粒子波束，用于产生多个平行的带电粒子小波束。

2.根据权利要求1的设备，其中所述带电粒子源位于所述会聚装置的焦平面上。

3.根据权利要求1的设备，进一步具有分割装置，用于将所述带电粒子波束分割成多个带电粒子小波束。

4.根据权利要求3的设备，其中所述分割装置包括一个空间滤波器。

5.根据权利要求4的设备，其中所述分割装置包括一个孔径阵列。

6.根据权利要求4的设备，其中所述空间滤波器位于所述带电粒子源和所述透镜阵列之间，以将所述发散带电粒子波束分割成多个带电粒子小波束。

7.根据权利要求5的设备，其中所述空间滤波器相对于所述源是凹的。

8.根据权利要求7的设备，其中所述空间滤波器的曲率使其焦点位于带电粒子波束的起点。

9.根据权利要求1的设备，其中所述透镜阵列相对于所述源是凹的。

10.根据权利要求9的设备，其中所述透镜阵列的曲率使其焦点位于带电粒子波束的起点。

11.根据权利要求3的设备，其中所述分割装置与所述透镜阵列对准，用于给每个透镜提供一个单独的小波束。

12.根据权利要求1的设备，其中所述透镜阵列包括一个孔径平板，和用于将等电位面限定成与所述孔径平板平行，并且与所述孔径平板相隔一定的距离，且位于和所述孔径平板自身不同的电位上的装置。

13.根据权利要求12的设备，其中孔径平板具有一个导电表面，和用于限定所述表面的静电位的装置。

14.根据权利要求12的设备，其中所述用于限定等电位面的装置包括在小波束的波束位置处具有一个通孔的平板，特别地，具有一个圆孔，其中心位于带电粒子波束的光轴上。

15.根据权利要求12的设备，其中所述用于限定等电位面的装置位于所述源与所述透镜阵列之间。

16.根据权利要求12的设备，其中所述用于限定等电位面的装置位于所述会聚元件阵列与所述会聚装置之间。

17.根据权利要求1的设备，其中所述会聚装置包括至少一个偏转器阵列，其中偏转器与小波束对准，并且其中所述会聚装置进一步包括一个控制器，用于向所述偏转器阵列的不同偏转器施加不同的电压。

18.根据权利要求17的设备，其中所述控制器适合于向所述偏转器阵列的每个偏转器施加电压用于偏转小波束，控制器适合于设定电压使每个偏转器确保偏转效应与偏转器相对于波束光轴的距离成比例。

19.根据权利要求17的设备，其中所述控制器适合于向所述偏转器阵列的每个偏转器施加电压用于偏转小波束，控制器适合于设定电压使每个偏转器确保偏转效应足以补偿会聚装置的其它会聚器件的像差。

20.根据权利要求1的设备，其中所述会聚装置是一个静电透镜。

21.根据权利要求20的设备，其中所述透镜阵列包括一个端平板，其在所述静电透镜中提供第一电极。

22.根据权利要求21的设备，进一步具有一个第二控制器，用于向所述静电透镜的各电极施加电压，从而没有球面像差地操作所述静电透镜。

23.根据权利要求1的设备，其中所述带电粒子波束是离子波束。

24.一种带电粒子波束显微镜系统，包括用于产生多个带电粒子小波束的设备，包括：

-一个带电粒子源，用于产生发散的带电粒子波束；

-一个会聚装置，用于折射所述发散带电粒子波束；

-一个透镜阵列，其包括多个透镜，位于所述带电粒子源和所述会聚装置之间，该会聚装置适合于将发散带电粒子波束折射成平行的带电粒子波束，用于产生多个平行的带电粒子小波束。

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