(57)【要約】  荷電粒子システムは、荷電粒子ビームを生成する粒子源と、粒子光学投影系とを含む。粒子光学投影系は、径方向内端を有する外側磁極片、及び、外側磁極片の径方向内端に最も近接して配置された最下端を有する内側磁極片を含み、これら端部間に隙間が形成された集束用の第１の磁気レンズと、前記隙間の領域に配置された少なくとも第１及び第２の電極を有する集束用の静電レンズと、第１の磁気レンズの基板に最も近接して配置された部分から基板の表面までの距離を示す信号に基づいて、第１の静電レンズの集束力を制御するように構成された制御器とを含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の荷電粒子ビームを生成する少なくとも１つの粒子源と、
パターン規定構造と、
前記パターン規定構造によって規定されるパターンを、基板上に結像する粒子光学投影系とを含み、
前記粒子光学投影系は、
主軸を有し、径方向内端を有する外側磁極片と前記外側磁極片の径方向内端に最も近接して配置された最下端を有する内側磁極片とを含み、前記外側磁極片の径方向内端と前記内側磁極片の最下端との間に隙間が形成された集束用の第１の磁気レンズと、
前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する集束用の第１の静電レンズと、
前記第１の磁気レンズの前記基板に最も近接して配置された部分から前記基板の表面までの距離を示す信号に基づいて、前記第１の静電レンズの集束力（focusing power）を制御するように構成された第１の制御部を有する制御器とを含み、
前記第２の電極に対向する前記第１の静電レンズにおける前記第１の電極の表面は、前記外側磁極片の径方向内端からの距離及び前記内側磁極片の最下端からの距離が、前記外側磁極片の径方向内端から前記内側磁極片の最下端までの距離よりも小さい荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項２】
前記第１の磁気レンズのある部分から前記基板の表面までの距離の距離測定に基づいて、前記基板の表面の距離を示す信号を生成するように構成された距離測定系をさらに含む、請求項１に記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項３】
前記第１の静電レンズが、前記第１及び第２の電極から間隔をあけて設けられた第３の電極を含む、請求項１又は２に記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項４】
前記第１の静電レンズが、アインツェルレンズとして構成された、請求項３に記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項５】
前記第１の静電レンズが、厳密に２つの電極を有し、油浸レンズとして構成された、請求項１又は２に記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項６】
前記第１の電極に対向する前記第２の電極の表面は、前記内側磁極片の最下端からの距離が、前記外側磁極片の径方向内端から前記内側磁極片の最下端までの距離よりも小さい、請求項１〜５のいずれかに記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項７】
前記第１の静電レンズにおける全ての電極は、前記主軸の方向に測定した場合に、前記基板からの距離が、前記基板から前記外側磁極片の径方向内端までの距離よりも大きくなるように配置された、請求項１〜６のいずれかに記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項８】
前記粒子光学投影系は、前記パターンの少なくとも１つの中間像を生成し、前記中間像を前記基板上に結像するように構成され、
前記粒子光学投影系は、前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する第２の静電レンズをさらに含み、
前記制御器は、前記粒子光学投影系の結像倍率を示す信号に基づいて、前記第２の静電レンズの集束力を制御するように構成された第２の制御部をさらに有し、
前記第２の静電レンズにおける全ての電極は、前記中間像と前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端との間に、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端からの距離が、２０ｍｍよりも大きくなるように配置された、請求項１〜７のいずれかに記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項９】
１つ以上の荷電粒子ビームを生成する少なくとも１つの粒子源と、
パターン規定構造と、
前記パターン規定構造によって規定されるパターンを、基板上に結像する粒子光学投影系とを含み、
前記粒子光学投影系は、前記パターンの少なくとも１つの中間像を生成し、前記中間像を前記基板上に結像するように構成され、
前記粒子光学投影系は、
主軸を有し、径方向内端を有する外側磁極片と前記外側磁極片の径方向内端に最も近接して配置された最下端を有する内側磁極片とを含み、前記外側磁極片の径方向内端と前記内側磁極片の最下端との間に隙間が形成された第１の磁気レンズと、
前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する第２の静電レンズと、
前記粒子光学投影系の結像倍率を示す信号に基づいて、前記第２の静電レンズの集束力を制御するように構成された第２の制御部を有する制御器とを含み、
前記第２の静電レンズにおける全ての電極は、前記中間像と前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端との間に、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端からの距離が、２０ｍｍよりも大きくなるように配置された荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項１０】
前記粒子光学投影系が、前記パターン規定構造と前記第１の磁気レンズとの間の、前記粒子光学投影系の前記主軸の周囲に配置されたソレノイドコイルをさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項１１】
前記粒子光学投影系が、前記パターン規定構造と前記第１の磁気レンズとの間に配置された第２の磁気レンズをさらに含み、
前記ソレノイドコイルが、前記第１及び第２の磁気レンズ間に配置された、請求項１０に記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項１２】
前記制御器が、前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転（rotation）を示す信号に基づいて、前記ソレノイドコイルに印加される励起電流を制御するように構成された第３の制御部をさらに含む、請求項１０又は１１に記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項１３】
前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す信号は、前記第１及び第２の静電レンズのうちの少なくとも１つによって生じる、前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第１の信号部と、前記第１及び第２の静電レンズ及び前記ソレノイドコイルを除いた前記粒子光学投影系によって生じる、前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第２の信号部とのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項１４】
前記第１の磁気レンズの集束力を少なくとも制御する主制御器をさらに含み、前記主制御器が、前記第２の信号部を供給するように構成された、請求項１３に記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項１５】
前記粒子光学投影系は、前記パターンの少なくとも１つの中間像を生成し、前記中間像を前記基板上に結像するように構成され、
前記粒子光学投影系は、前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する第２の静電レンズをさらに含み、
前記第２の静電レンズにおける全ての電極は、前記中間像と前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端との間に、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端からの距離が、２０ｍｍよりも大きくなるように配置され、
前記粒子光学投影系は、前記パターン規定構造と前記第１の磁気レンズとの間の、前記粒子光学投影系の前記主軸の周囲に配置されたソレノイドコイルをさらに含み、
前記制御器の前記第１の制御部は、前記距離測定系によって生成される信号に基づいて、前記第１の静電レンズを制御するように構成され、
前記制御器は、前記粒子光学投影系の結像倍率を示す信号に基づいて、前記第２の静電レンズの集束力を制御するように構成された第２の制御部をさらに有し、
前記結像倍率を示す信号は、前記第１及び第２の静電レンズのうちの少なくとも１つによってもたらされる結像倍率を示す第１の信号部と、前記第１及び第２の静電レンズ及び前記ソレノイドコイルを除いた前記粒子光学投影系の結像倍率を示す第２の信号部とを含み、
前記制御器は、前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す信号に基づいて、前記ソレノイドコイルに印加される励起電流を制御するように構成された第３の制御部をさらに有し、
前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す信号は、前記第１及び第２の静電レンズのうちの少なくとも１つによって生じる、前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第１の信号部と、前記第１及び第２の静電レンズ及び前記ソレノイドコイルを除いた前記粒子光学投影系によって生じる、前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第２の信号部とのうちの少なくとも１つを含み、
前記荷電粒子リソグラフィシステムは、前記第１の磁気レンズの集束力を少なくとも制御するように構成され、さらに、前記第１及び第２の静電レンズ及び前記ソレノイドコイルを除いた前記粒子光学投影系の結像倍率及び回転を示す第２の信号部を生成するようにさらに構成された主制御器をさらに含む、請求項２に記載の荷電粒子リソグラフィシステム。
【請求項１６】
１つ以上の荷電粒子ビームを生成する少なくとも１つの粒子源と、
粒子光学投影系とを含み、
前記粒子光学投影系は、
主軸を有し、径方向内端を有する外側磁極片と前記外側磁極片の径方向内端に最も近接して配置された最下端を有する内側磁極片とを含み、前記外側磁極片の径方向内端と前記内側磁極片の最下端との間に隙間が形成された集束用の第１の磁気レンズと、
前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する集束用の第１の静電レンズと、
前記第１の磁気レンズの前記基板に最も近接して配置された部分から前記基板の表面までの距離を示す信号に基づいて、前記第１の静電レンズの集束力を制御するように構成された第１の制御部を有する制御器とを含み、
前記第２の電極に対向する前記第１の静電レンズにおける前記第１の電極の表面は、前記外側磁極片の径方向内端からの距離及び前記内側磁極片の最下端からの距離が、前記外側磁極片の径方向内端から前記内側磁極片の最下端までの距離よりも小さい荷電粒子システム。
【請求項１７】
前記粒子光学投影系は、前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する第２の静電レンズをさらに含み、
前記制御器は、前記粒子光学投影系の結像倍率を示す信号に基づいて、前記第２の静電レンズの集束力を制御するように構成された第２の制御部をさらに有し、
前記第２の静電レンズにおける全ての電極は、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端の上流に、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端からの距離が、２０ｍｍよりも大きくなるように配置された、請求項１６に記載の荷電粒子システム。
【請求項１８】
１つ以上の荷電粒子ビームを生成する少なくとも１つの粒子源と、
粒子光学投影系とを含み、
前記粒子光学投影系は、
主軸を有し、径方向内端を有する外側磁極片と前記外側磁極片の径方向内端に最も近接して配置された最下端を有する内側磁極片とを含み、前記外側磁極片の径方向内端と前記内側磁極片の最下端との間に隙間が形成された第１の磁気レンズと、
前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する第２の静電レンズと、
前記粒子光学投影系の結像倍率を示す信号に基づいて、前記第２の静電レンズの集束力を制御するように構成された第２の制御部を有する制御器とを含み、
前記第２の静電レンズにおける全ての電極は、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端の上流に、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端からの距離が、２０ｍｍよりも大きくなるように配置された荷電粒子システム。
【請求項１９】
前記粒子光学投影系が、前記第１の磁気レンズの上流に、前記粒子光学投影系の前記主軸の周囲に配置されたソレノイドコイルをさらに含む、請求項１６〜１８のいずれかに記載の荷電粒子システム。
【請求項２０】
前記粒子光学投影系が、前記第１の磁気レンズの上流に配置された第２の磁気レンズをさらに含み、
前記ソレノイドコイルが、前記第１及び第２の磁気レンズ間に配置された、請求項１９に記載の荷電粒子システム。
【請求項２１】
前記制御器が、前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す信号に基づいて、前記ソレノイドコイルに印加される励起電流を制御するように構成された第３の制御部をさらに含む、請求項１９又は２０に記載の荷電粒子システム。
【請求項２２】
前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す信号は、前記第１及び第２の静電レンズのうちの少なくとも１つによって生じる、前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第１の信号部と、前記第１及び第２の静電レンズ及び前記ソレノイドコイルを除いた前記粒子光学投影系によって生じる、前記１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第２の信号部とのうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の荷電粒子システム。
【請求項２３】
前記第１の磁気レンズの集束力を少なくとも制御する主制御器をさらに含み、前記主制御器が、前記第２の信号部を供給するように構成された、請求項２２に記載の荷電粒子システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィシステム等の荷電粒子システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィプロセスは、集積回路（ＩＣ）、ＬＳＩ、液晶素子、微細パターン部材及び微細機械部品等の半導体素子の製造において、広く用いられている。
【０００３】
荷電粒子リソグラフィシステムは、一般に、荷電粒子源を有するビーム生成系、パターン形成装置、及び粒子光学投影系を含む。ビーム生成系によって生成された１つ以上の荷電粒子ビームは、一般に、入射ビームにパターンを付与するように、すなわち、荷電粒子ビームレットのパターンを生成するように適合されたパターン形成装置に入射するように導かれる。パターンは、荷電粒子ビームレットによって移送される。荷電粒子ビームレットは、パターン形成装置を通じて移送され、次いで、パターン形成装置によって規定されるパターンが基板上に書き込まれるように、粒子光学投影系によって荷電粒子感受性層を含む基板上に、通常、縮小状態で集束及び結像される。
【０００４】
半導体デバイスのさらなる高性能化の傾向により、より小型かつより高い複雑性を有する半導体素子が求められている。また、これにより、リソグラフィシステムによって得られる性能及びスループットに対する要求が高まることになる。
【０００５】
リソグラフィプロセスにおいて、基板は、通常、多数のダイ、すなわち、パターン化された荷電粒子ビームへの露光によって所定のデバイス構造が書き込まれる基板の個別の区分を含む。所定のデバイス構造の断面は、一般に、パターン化されたビームの断面よりも大きいため、各デバイス構造の書き込みは、各デバイス構造のラインがそれぞれのダイへと順次書き込まれるように、投影系に対して基板を走査することによって一般に実行される多数の露光ステップを必要とする。この種の露光では、書き込まれたデバイス構造における不連続等の欠陥を避けるために、隣接するラインが正確に整列されていることが求められる。
【０００６】
投影系が、検査対象の基板を照射する、及び／又は、基板表面の被検査領域の良好な像を検出器上に与えるように構成された荷電粒子検査システムにおいても、同様の問題が生じている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明は、改良された荷電粒子システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
より詳細に以下に説明されるように、本発明は、第１の局面において、
１つ以上の荷電粒子ビームを生成する少なくとも１つの粒子源と、
粒子光学投影系とを含み、
前記粒子光学投影系は、
主軸を有し、径方向内端を有する外側磁極片と前記外側磁極片の径方向内端に最も近接して配置される最下端を有する内側磁極片とを含み、前記外側磁極片の径方向内端と前記内側磁極片の最下端との間に隙間が形成された集束用の第１の磁気レンズと、
前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する集束用の第１の静電レンズと、
前記第１の磁気レンズの前記基板に最も近接して配置された部分から前記基板の表面までの距離を示す信号に基づいて、前記第１の静電レンズの集束力を制御するように構成された第１の制御部を有する制御器とを含み、
前記第２の電極に対向する前記第１の静電レンズにおける前記第１の電極の表面は、前記外側磁極片の径方向内端からの距離及び前記内側磁極片の最下端からの距離が、前記外側磁極片の径方向内端から前記内側磁極片の最下端までの距離よりも小さい荷電粒子システムを提供する。
【０００９】
例示的な実施の形態において、本発明は、１つ以上の荷電粒子ビームを生成する少なくとも１つの粒子源と、パターン規定構造と、前記パターン規定構造によって規定されるパターンを、基板上に結像する粒子光学投影系とを含む荷電粒子リソグラフィシステムを提供する。前記粒子光学投影系は、主軸を有し、径方向内端を有する外側磁極片と前記外側磁極片の径方向内端に最も近接して配置される最下端を有する内側磁極片とを含み、前記外側磁極片の径方向内端と前記内側磁極片の最下端との間に隙間が形成された集束用の第１の磁気レンズと、前記主軸の方向に相互に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する集束用の第１の静電レンズと、前記第１の磁気レンズの前記基板に最も近接して配置された部分から前記基板の表面までの距離を示す信号に基づいて、前記第１の静電レンズの集束力を制御するように構成された第１の制御部を有する制御器とを含む。前記第２の電極に対向する前記第１の静電レンズにおける前記第１の電極の表面は、前記外側磁極片の径方向内端からの距離及び前記内側磁極片の最下端からの距離が、前記外側磁極片の径方向内端から前記内側磁極片の最下端までの距離よりも小さい。
【００１０】
他の例示的な実施の形態において、荷電粒子システムは、基板の表面を検査するように構成された検査システムである。検査システムは、一般に、１次荷電粒子が基板に衝突した結果として基板から出射又は反射される２次荷電粒子を検出する検出器をさらに含む。検査システムは、ビームスプリッタをさらに含み得る。検査システムの構成要素の概略的な構造及び機能について、図４を参照しながらさらに説明する。
【００１１】
検査システムは、例えば、物体の電子光学像を検出器上に得るために、広範な領域又は部分が、１次電子ビームによって基板表面上で照射され、この部分から発せられる２次電子が、電子光学系によって、像を保ったままで位置感受性検出器上に結像されるＳＥＥＭ型やＬＥＥＭ型それぞれの電子顕微鏡であってもよい。他の実施の形態において、検査システムは、例えば、ＳＥＭ型の電子顕微鏡であってもよい。この電子顕微鏡においては、物体の電子光学像を得るために、精巧に集束されたプローブ形成１次電子ビームが、基板表面にわたって走査され、２次電子の全体強度が、物体平面上の精巧に集束された１次電子ビームの位置に応じて検出される。
【００１２】
２次荷電粒子は、鏡面反射される（mirrored）荷電粒子、後方散乱される荷電粒子、１次荷電粒子が基板に衝突した結果として基板から出射される荷電粒子、又は他の種類の荷電粒子であってもよい。荷電粒子は、電子、イオン、ミュー粒子、又は他の適切な荷電粒子であってもよい。
【００１３】
よって、本発明の上記第１の局面において、露光及び／又は検査の対象となる基板の表面と磁気レンズとの間の距離を示す信号に応じて、静電レンズの集束力、ひいては粒子光学投影系の全体的な集束力を動的に調整可能とするリソグラフィシステム等の荷電粒子システムが提供される。例えば、集束力は、基板のリソグラフィ露光中及び／又は検査中に、複数回調整され得る。
【００１４】
基板の表面と、磁気レンズ、より一般には、リソグラフィシステムにおける粒子光学投影系の出射口先端との間の距離を、ｚ変位と称す場合もある。ｚ変位は、一般に、リソグラフィシステムによる露光及び／又は検査システムによる検査の対象となる物体のｚ方向における変位としても説明し得る。この物体の表面は、ｚ方向に直交するｘｙ平面に配置され、ｚ方向は、荷電粒子システムの光軸と一致する。一方、いわゆるｚ位置は、ｚ方向、すなわち軸方向の位置における、粒子光学投影系によって生成される像の位置を指す。
【００１５】
基板は、当該技術分野において公知のいかなる基板であってもよい。荷電粒子システムがリソグラフィシステムである実施の形態において、基板は、例えば、荷電粒子照射による露光に対して感受性を有する１つ以上のレジスト層で被覆されるシリコンウエハ、サファイア基板、金属基板、及びガラス基板等を含み得る。基板自体を製造し、基板の表面をレジストで被覆し、さらなる処理や工程を加えることにより、基板表面に不均一性及び凹凸を与え得る。
【００１６】
基板表面の不均一性により、露光及び／又は検査の対象となる基板表面と、磁気レンズ、ひいては荷電粒子システムとの間の実際の距離に合致するように全体的な集束力が調整可能となり、露光／検査性能が向上するという利点が得られる。よって、粒子光学投影系によって生成される像の平面は、露光及び／又は検査されている基板の表面の領域に一致するように、すなわち、ｚ位置及びｚ変位が一致するように調整可能である。換言すれば、本発明の上記第１の局面における荷電粒子システムは、ｚ位置を調整することにより、ｚ変位の変化への動的な対応を可能とする。
【００１７】
集束用の第１の磁気レンズは、当該技術分野において公知のいかなる磁気レンズであってもよく、最も好ましくは電磁レンズである。例示的な実施の形態において、磁気レンズは、その主軸に関して回転対称である。また、好ましくは、内側磁極片先端と外側磁極片先端との間に形成される隙間は、実質的に軸方向の隙間である。磁気レンズの主軸は、荷電粒子システムの光軸に一致するように配置され得る。好ましくは、複数の磁気レンズを含む粒子光学投影系において、第１の磁気レンズは、基板に最も近接して配置される磁気レンズである。さらに好ましくは、第１の磁気レンズは、基板に最も近接して配置される投影系の集束レンズである。
【００１８】
少なくとも第１の電極が、内側磁極片の最下端と外側磁極片の径方向内端との間に形成される隙間の領域に配置されるように第１の静電レンズを設けることにより、隙間の領域において第１の磁気レンズによって発生する磁場と概して重なる静電場を有利に発生させることが可能となる。
【００１９】
よって、本発明の上記第１の局面の例示的な実施の形態において、静電場及び磁場を通って移送される荷電粒子の運動エネルギーを調整可能である。従って、第１の静電レンズの集束力に加えて、磁気レンズの集束力を、磁気レンズの磁気状態に悪影響を与えることなく調整可能である。例えば、第１の磁気レンズ及び第１の静電レンズを通過する荷電粒子の運動エネルギーを、１０００分のいくつか程度（千分率）だけ変化させることにより、生成される像のｚ位置を、対物レンズ／投影系の焦点距離の１０００分のいくつか（千分率）だけ変更することが可能となる。
【００２０】
例示的な実施の形態において、第１の電極に対向する第１の静電レンズにおける第２の電極の表面は、内側磁極片の最下端からの距離が、外側磁極片の径方向内端から内側磁極片の最下端までの距離よりも小さい。上記実施の形態において、第１及び第２の電極の両方は、内側磁極片の最下端を通って延びる平面と外側磁極片の径方向内端を通って延びる平面との間に延びる軸方向領域に配置され得る。両平面は、主軸ひいてはｚ方向に直交する。上記実施の形態において、第１及び第２の電極は、磁気レンズを通って延び、内側及び外側磁極片の径方向内端によって閉じ込められる内孔内部に配置される。
【００２１】
さらなる例示的な実施の形態において、前記第１の静電レンズにおける全ての電極は、前記主軸の方向に測定した場合に、前記基板からの距離が、前記基板から前記外側磁極片の径方向内端までの距離よりも大きくなるように配置される。よって、上記実施の形態において、第１の静電レンズにおける全ての電極は、第１の磁気レンズを通って延びる内孔内部に配置され得る。
【００２２】
上記実施の形態は、第１の静電レンズによって発生する静電場と、第１の磁気レンズによって発生する磁場とを適切に重ね合わせるのに有利である。
【００２３】
前記第１の静電レンズは、前記第１及び第２の電極から間隔をあけて設けられる第３の電極を含み得る。例示的な実施の形態において、第１の静電レンズは、第３の電極を含み、アインツェルレンズとして構成される。
【００２４】
アインツェルレンズは、一般に、主軸に沿って相互に間隔をあけて設けられる第１、第２及び第３の電極を含む。典型的には、アインツェルレンズは、第１及び第３の電極を接地し、第２の電極を所定の電圧に保持することにより、一方が減速し他方が加速する２つの静電場が発生するように操作される。よって、正味の加速度、ひいては運動エネルギーの正味の変化を何ら損なうことなく、電子を集束させることが可能となる。従って、アインツェルレンズにおいて発生する静電場が、第１の磁気レンズの磁場と重なるようにアインツェルレンズを用いることは、アインツェルレンズを通過する電子に対する磁気レンズの集束効果が変化するように、当該電子の運動エネルギーを一時的に変化させるという点において有利である。しかし、アインツェルレンズの対称性のために、運動エネルギーにおける変化は、電子がアインツェルレンズから出射される前に均等化される。よって、電子の正味の運動エネルギー、ひいてはリソグラフィシステム全体の結像特性を変化させることなく、ｚ位置の正味の変化を生じさせることが可能となる。アインツェルレンズの集束力の変化は、一般に、加速及び減速静電場の強度を変更するように、アインツェルレンズの第２の電極に印加される電圧、ひいては第２の電極と第１の電極との間、及び第２の電極と第３の電極との間の電位差を変化させることによる。
【００２５】
他の例示的な実施の形態において、第１の静電レンズは、第１及び第２の電極という厳密に２つの電極を有し、油浸レンズとして構成される。当該技術分野において公知の他の静電レンズを用いてもよい。
【００２６】
油浸レンズが用いられる例示的な実施の形態において、第１の電磁レンズによって発生する磁場を通過する荷電粒子の運動エネルギーは、第１の静電レンズによって変化し、ｚ位置の変化は、所望のｚ位置が得られるように第１の磁気レンズの集束効果と重ね合わされた第１の静電レンズの集束効果によって得られる。
【００２７】
第１の磁気レンズから基板の表面までの距離を示す信号は、様々な方法で得ることができる。
【００２８】
例えば、露光及び／又は検査の対象となる基板の表面は、露光及び／又は検査前に公知の方法によって測定及び評価され得る。よって、表面マップを得ることができる。基板表面のマップを表すデータは、例えば、マップ上の位置又は領域（この場合、距離を示す信号を表す）を、露光／検査されている最中の基板の位置又は領域、すなわち、その時に荷電粒子ビームレットが入射している位置又は領域に関係づけ、位置をその対応するｚ変位に関連づけ、要求に応じて、例えば、第１の静電レンズに供給される電位の適合度を示す制御信号を送出する（issue）ように適切にプログラムされる制御器の第１の制御部に提供される。よって、基板表面の各位置又は領域は、ｚ変位の変化が、第１の静電レンズにおける１つ以上の動作パラメータの変化によって生じる、ｚ位置の変化によって動的に補正され得るように、関連づけられた第１の静電レンズにおける動作パラメータの設定を有し得る。
【００２９】
例示的な実施の形態において、第１の静電レンズの集束力は、第１の静電レンズによって発生する静電場の強度を変化させることによって、例えば、静電レンズの電極間の電位差を変化させることによって、変化する。静電レンズによって発生する静電場が、それぞれ印加される電位又は電位差の変化に、実質的に遅れることなく対応することにより、第１の磁気レンズによって与えられる集束効果を高速で変化させることが可能であるため、静電レンズは、当該集束力の動的な微調整に特に適している。
【００３０】
本発明の上記第１の局面の１つの例示的な実施の形態において、荷電粒子システムは、第１の磁気レンズのある部分から基板の表面までの距離、又は基板表面と第１の磁気レンズとの間の距離を示すのに適切な他の距離の距離測定に基づいて、第１の磁気レンズから基板の表面までの距離を示す信号を生成するように構成される距離測定系をさらに含む。適切な距離測定系は、例えば、干渉計システムを含み得る。
【００３１】
物体のｚ変位を決定する干渉計システム及び方法は、当該技術分野において公知である。このようなシステムの一例が、Ｋｒｉｊｎｅｎによる米国出願ＵＳ２００５／０１７９９０９Ａ１に示されており、これらの内容の全ては、参照によって本明細書に援用される。
【００３２】
制御器は、当該技術分野において公知のいかなる適切な制御器であってもよい。一般に、リソグラフィシステム等の荷電粒子システムは、典型的には、荷電粒子システムの複数の構成要素に対するパラメータの集合を制御する主制御器を含む。本発明の例示的な実施の形態において、主制御器は、投影光学系の第１の電磁レンズ及び任意のさらなる電磁レンズに供給される励起電流を制御し、リソグラフィシステム等の場合は、パターン規定構造等のさらなる構成要素を制御し得る。制御器は、例えば、主制御器の一部であってもよいし、別途設けられてもよい。
【００３３】
さらなる例示的な実施の形態において、本発明は、上記に規定したように、粒子光学投影系が、少なくとも１つの中間像を生成するように構成され、粒子光学投影系は、主軸の方向に相互に間隔をあけて設けられる少なくとも第１及び第２の電極を有する第２の静電レンズをさらに含み、制御器は、粒子光学投影系の結像倍率を示す信号に基づいて、第２の静電レンズの集束力を制御するように構成される第２の制御部をさらに有し、第２の静電レンズにおける全ての電極は、中間像と第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端との間に、第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端からの距離が、２０ｍｍよりも大きくなるように配置される荷電粒子システムを提供する。
【００３４】
リソグラフィシステムの場合、中間像は、パターンの中間像であり、粒子光学投影系は、中間像を基板上に結像するように構成される。
【００３５】
検査システムの場合、中間像は、リソグラフィシステムの場合と同様にパターンの中間像であってもよく、２次荷電粒子によって形成される中間像であってもよい。この場合のパターンは、均質に照射される開口（又は、その像）であってもよい。よって、中間像は、それぞれ第１もしくは２次荷電粒子又は粒子ビーム経路の中に（又はそれらによって）形成される中間像を指していてもよい。
【００３６】
より一般には、例示的な検査システムにおいて、粒子光学投影系は、主軸の方向に間隔をあけて設けられる少なくとも第１及び第２の電極を有する第２の静電レンズをさらに含み得、制御器は、粒子光学投影系の結像倍率を示す信号に基づいて、第２の静電レンズの集束力を制御するように構成される第２の制御部をさらに有し、第２の静電レンズにおける全ての電極は、第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端の上流に、第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端からの距離が、２０ｍｍよりも大きくなるように配置される。
【００３７】
ビームスプリッタを含む検査システムの例示的な実施の形態において、第２の静電レンズにおける全ての電極は、ビームスプリッタと第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端との間に配置され得る。
【００３８】
例示的な実施の形態において、第１の磁気レンズは、中間像よりも基板に近い、中間像の下流に配置され得る。複数の磁気レンズが設けられる実施の形態において、好ましくは、第１の磁気レンズは、基板に最も近接して配置される磁気レンズである。
【００３９】
「結像倍率」という用語は、結像の拡大及び縮小の両方を含み、結像しようとするパターンのサイズに対する、基板上に結像したパターンのサイズを示す。検査システムにおいて、結像倍率は、基板の像を移送している２次荷電粒子が検出器上に達する領域に対する、像が２次荷電粒子によって検出器に移送される基板上の領域のサイズを指していてもよい。
【００４０】
さらなる例示的な実施の形態において、第２の静電レンズにおける全ての電極は、第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端の上流、例えば、中間像と第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端との間に、第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端からの距離が、２５.３ｍｍ又は４５.８ｍｍよりも大きくなるように配置される。これら全ての電極は、同距離が、７７.８ｍｍ又は６１.８ｍｍよりも小さくなるように配置され得る。第２の静電レンズが、ビームスプリッタと内側磁極片の最下端との間に配置される実施の形態においても、同一の距離を適用し得る。
【００４１】
本発明が、第２の局面において、１つ以上の荷電粒子ビームを生成する少なくとも１つの粒子源と、粒子光学投影系とを含み、前記粒子光学投影系は、主軸を有し、径方向内端を有する外側磁極片と前記外側磁極片の径方向内端に最も近接して配置された最下端を有する内側磁極片とを含み、前記外側磁極片の径方向内端と前記内側磁極片の最下端との間に隙間が形成された第１の磁気レンズと、前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する第２の静電レンズと、前記粒子光学投影系の結像倍率を示す信号に基づいて、前記第２の静電レンズの集束力を制御するように構成された第２の制御部を有する制御器とを含み、前記第２の静電レンズにおける全ての電極は、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端の上流に、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端からの距離が、２０ｍｍよりも大きくなるように配置された荷電粒子システムに関するように、第１の静電レンズの設置から独立して、静電レンズを上記位置に設けることも有利である。
【００４２】
よって、例示的な荷電粒子リソグラフィシステムは、１つ以上の荷電粒子ビームを生成する少なくとも１つの粒子源と、パターン規定構造と、前記パターン規定構造によって規定されるパターンを、基板上に結像する粒子光学投影系とを含み、前記粒子光学投影系は、前記パターンの少なくとも１つの中間像を生成し、前記中間像を前記基板上に結像するように構成され、前記粒子光学投影系は、主軸を有し、径方向内端を有する外側磁極片と前記外側磁極片の径方向内端に最も近接して配置された最下端を有する内側磁極片とを含み、前記外側磁極片の径方向内端と前記内側磁極片の最下端との間に隙間が形成された第１の磁気レンズと、前記主軸の方向に間隔をあけて設けられた少なくとも第１及び第２の電極を有する第２の静電レンズと、前記粒子光学投影系の結像倍率を示す信号に基づいて、前記第２の静電レンズの集束力を制御するように構成された第２の制御部を有する制御器とを含み、前記第２の静電レンズにおける全ての電極は、前記中間像と前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端との間に、前記第１の磁気レンズにおける前記内側磁極片の最下端からの距離が、２０ｍｍよりも大きくなるように配置される。
【００４３】
結像倍率を示す信号は、当該技術分野において公知のいかなる適切な信号であってもよい。例えば、信号は、結像倍率の較正値に基づいていてもよい。例えば、荷電粒子システム又は少なくとも粒子光学投影系が組み立てられると、システムは、較正されて、粒子光学投影系における１つ以上の構成要素の、結像倍率及び像回転等の結像特性に対する影響が決定され得る。換言すると、他の構成要素の様々な設定と組み合わせた各構成要素の様々な設定に対して、結像特性の値が得られる。設定は、当業者にとって明らかなように、例えば、電磁レンズの場合は励起電流を含み得、静電レンズに対しては電位差を含み得る。よって、各種結像特性に対する較正値の集合が得られる。よって、結像倍率を示す信号は、信号が受信される時のリソグラフィ／検査プロセスにおける実際の設定に対応する構成要素の設定に対して得られる、結像倍率の較正値を示す信号であってもよい。結像倍率及び回転に対する較正値の取得は、様々な方法で達成し得る。リソグラフィシステムにおいて、例えば、較正されている各構成要素の設定の組み合わせに対する各較正値に対して、位置合せマークを有するレジストで被覆されるウエハが露光され、ウエハ上にこれにより生成された像の向き及びサイズが決定される。よって、他の構成要素の設定を一定としたままで、構成要素の設定を漸増的に変化させることにより、その特定の構成要素の設定と評価される結像特性との関係を決定することが可能となる。この処理を、各構成要素に対して繰り返し実行することにより、構成要素の設定の可能な各組み合わせに対する較正値の集合を得ることができる。このように較正された構成要素は、第１及び第２の静電レンズ等の、１つ以上の結像特性を補正する目的のみのために設けられる構成要素を全く含んでいなくてもよいし、あるいは、当該補正要素及びその異なる設定を含んでいてもよい。補正構成要素のない粒子光学システムの動作に対する較正値の第１の集合、及び、各構成要素の各設定に対して、補正構成要素の異なる設定が較正された較正値の第２の集合を有することも考えられる。検査システムにも類似の考えが適用される。
【００４４】
第１の制御部と同様に、第２の制御部は、実際の結像倍率の値を示す信号と結像倍率の所望の値とを比較し、これら２つの値の間の差が所定の閾値を超える場合に、結像倍率を結像倍率の所望の値に調整するために、例えば、印加される電位の差を変化させるように第２の静電レンズへと制御指令を送出するように適合され得る。
【００４５】
本発明の上記第１の局面における粒子光学システムの上記実施の形態と同様に、例示的な実施の形態において、第２の静電レンズにおける全ての電極は、第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端の上流に、第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端からの距離が、２５.３ｍｍ又は４５.８ｍｍよりも大きくなり、７７.８ｍｍ又は６１.８ｍｍよりも小さくなるように配置され得る。上流に配置される第２の静電レンズにおける全ての電極は、中間像と第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端との間に配置される第２の静電レンズにおける全ての電極を包含し得る。検査システムの例示的な実施の形態において、上流は、例えば、ビームスプリッタと第１の磁気レンズにおける内側磁極片の最下端との間を包含し得る。上記のように、検査システムにおける中間像は、荷電粒子源、すなわち１次ビーム経路の中間像、又は検査されている基板の領域、すなわち２次ビーム経路の中間像を指していてもよい。
【００４６】
好ましくは、リソグラフィシステムにおける粒子光学投影系は、１つの中間像のみを提供するように構成される。同様に、検査システムにおける粒子光学投影系は、好ましくは、１次及び２次ビーム経路のそれぞれで１つの中間像のみを提供するように構成される。他の実施の形態の検査システムにおいては、中間像の形成も避け得る。
【００４７】
第２の静電レンズは、２つの電極のみを含み、油浸系レンズとして構成され得る。または、第２の静電レンズは、３つの電極を含み、アインツェルレンズとして構成され得る。または、第２の静電レンズは、当該技術分野において公知の、荷電粒子を集束させるのに適切な他の構成を有していてもよい。
【００４８】
ここで用いられる「上流」及び「下流」という用語、並びに、「上部」及び「下部」という用語は、１つ以上の（１次）荷電粒子ビームが、荷電粒子源から基板までリソグラフィシステムを通って移動する一般的な方向を指す。「下部」及び「下流」は、基板によりも近い位置を指し、「上部」及び「上流」は、荷電粒子源により近い位置を指す。
【００４９】
従って、第２の静電レンズは、第２の静電レンズによって発生する静電場と第１の磁気レンズによって発生する磁場との重なりが生じたとしても、その重なりが非常に僅かであるように、第１の磁気レンズによって発生する磁場の上流に有利に配置される。第２の静電レンズがこのような位置にあることにより、像のｚ位置及び回転等の他の結像パラメータに対する第２の静電レンズの影響をできる限り小さくしながら、第２の静電レンズが、基板上に結像される像の拡大又は縮小それぞれに大きな影響をもたらすことが可能となる。
【００５０】
第２の静電レンズは、例えば、第１の磁気レンズ内に形成される内孔の実質的に上部に配置され得る。
【００５１】
第２の静電レンズを含む実施の形態において、粒子光学投影系は、１つの磁気レンズのみを含み得る。他の例示的な実施の形態において、粒子光学投影系は、第１の磁気レンズの上流に第２の磁気レンズをさらに含み得る。上記実施の形態において、第２の静電レンズは、いずれの磁場からも実質的に自由な領域に配置されるように、第２の磁気レンズによって発生する磁場から十分な距離をあけた領域に配置されることが好ましい。
【００５２】
第１の磁気レンズの隙間に対する上記の位置に第１及び第２の静電レンズの両方を設ける本発明の上記第１及び第２の局面の教示を組み合わせることは、例えば、ｚ位置及び結像倍率を同時に調整し得るという点だけでなく、第２の静電レンズによって与えられ得るｚ位置への望ましくない影響を、第１の静電レンズによって補償し得るという点においても有利である。
【００５３】
上記に概説したように、第１の静電レンズは、主にｚ位置を制御するように位置決め及び構成されるが、一般に、像回転及び結像倍率にも影響を与える。一方、第２の静電レンズは、主に結像倍率を制御するように位置決め及び構成され、一般に、像回転及びｚ位置への影響があるとしても、その影響は比較的小さい。例示的な実施の形態において、これらの影響は、最適な結像性能を得るために考慮され得る。すなわち、上記例示的な実施の形態において、第１及び第２の静電レンズの集束力の制御は、他の各静電レンズによって調整される、１つの静電レンズによって与えられる結像特性への影響を考慮することを含み得る。
【００５４】
上記例示的な実施の形態において、第２の制御部による第２の静電レンズの集束力の制御の基礎を形成する結像倍率を示す信号は、例えば、第１の静電レンズの実際の設定、特に、印加される電位差と共に取得される較正値に基づいていてもよい。他の例示的な実施の形態において、信号は、例えば、第１の静電レンズが与え得る影響を何ら考慮せずに、結像倍率を表す第１の信号部を含み得る。信号は、第１の静電レンズの実際の設定の結果として生じる結像倍率への影響を示す第２の信号部をさらに含み得る。後者の実施の形態において、第２の制御部は、好ましくは、全体として所望の結像倍率を実現するために、第２の静電レンズに対する適切な設定を決定するように２つの信号部を相互に関係づけ、対応する制御信号を第２の静電レンズ、より厳密には、両信号部間に電位差を印加するように構成される電圧供給源に送出するように構成され得る。第１の制御部にも類似の考えが適用される。あるいは、第２の信号部は、第１の静電レンズの実際の設定を示し得、第２の制御部は、第２の信号部を結像倍率に対する第１の静電レンズの設定の影響に関係づけ、次いで、第２の静電レンズに対する最適な設定を導き出すように構成され得る。第１の静電レンズの最適な設定が、一般に、第２の静電レンズの最適な設定に影響し得、逆も成立すると仮定すると、制御器は、好ましくは、結像倍率を示す信号及びｚ位置を示す信号の一方又は両方、さらに第１及び第２の静電レンズの各々に対して決定された最適な設定に基づいて、第１及び第２の静電レンズに対する最適な設定を決定するフィードバック制御部を含む。第１及び第２の制御部の各々は、例えば、相互に通信するように構成されるフィードバック下位部（sub-portion）をそれぞれ含むことによって、制御器のフィードバック制御部を形成し得る。他の構成も考えられる。
【００５５】
３つの電磁補正要素を含み、各補正要素が、目標とする補正及び各補正レンズによって生じる変化から、各々の駆動電流を決定する粒子光学投影系の一例が、米国特許第６,００８,４９８号に開示されており、これらの内容の全ては、参照によって本明細書に援用される。本願における第１及び第２の静電レンズの最適な設定の決定にも類似の考えが適用される。
【００５６】
本発明の上記第1及び第２の局面における荷電粒子システムのさらなる例示的な実施の形態において、前記粒子光学投影系は、前記第１の磁気レンズの上流に、前記粒子光学投影系の前記主軸の周囲に配置されたソレノイドコイルをさらに含む。例示的なリソグラフィシステムにおいて、ソレノイドコイルは、前記パターン規定構造と前記第１の磁気レンズとの間に配置され得る。例示的な検査システムにおいて、ソレノイドコイルは、ビームスプリッタと第１の磁気レンズとの間に配置され得る。さらなる例示的な実施の形態において、粒子光学投影系は、パターン規定構造又はビームスプリッタと第１の磁気レンズとの間に配置される第２の磁気レンズをさらに含み、ソレノイドコイルは、第１の磁気レンズと第２の磁気レンズとの間に配置される。ソレノイドコイルを含む荷電粒子システムの好ましい実施の形態において、制御器は、１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す信号に基づいて、ソレノイドコイルに供給される励起電流を制御するように構成される第３の制御部を含む。
【００５７】
磁気レンズによって発生する磁場は、荷電粒子によって基板上に結像されるパターンの像が回転するように、磁気レンズを通過する荷電粒子の向きを変化させる。有利には、像の回転ひいては向きは、基板上に結像されるパターンの各点が、基板上に結像されるパターンの他の点に対して適切な向きを有するように制御される。例えば、２つの磁気レンズのうちの一方によって引き起こされる像回転を、他方によって引き起こされる像回転により補償するように２つの磁気レンズを直列配置することによって、生じる像回転を均等化することを一般に可能とするリソグラフィシステム又は荷電粒子システムに対するデザイン・ルールは存在するものの、結像条件、パターン規定手段の下流の荷電粒子電流、及び他のパラメータの変更に応じて、像回転の動的制御を可能とすることも望ましい。
【００５８】
ソレノイドコイルは、金属線の多数の巻線を含み、励起電流が巻線を通過する際に、荷電粒子システムの光軸の領域に磁場を発生させるように配置及び構成される。ソレノイドコイルによって発生する磁場の強度は、コイルの構成、特に、巻線数、巻線間に形成される内孔の構成、及びコイルの形状、さらにソレノイドコイルを通過する励起電流等のパラメータに依存する。
【００５９】
本発明の例示的な実施の形態において用いられるソレノイドコイルにおいて、ソレノイドコイルを囲む磁極片ではなく、単にコイルの巻線を通る電流によって磁場が発生するため、ソレノイドコイルに供給される励起電流を変化させることによって磁場を素早く調整することができる。
【００６０】
好ましくは、本発明のソレノイドコイルを含む実施の形態において、ソレノイドコイルは、ソレノイドコイルの付近に配置される磁気レンズの磁極片との干渉ができるだけ小さくなる投影系の位置に配置される。すなわち、ソレノイドコイルは、好ましくは、隣接する磁気磁極片のいずれからも適切な距離をあけて配置される。
【００６１】
「１つ以上の荷電粒子ビームの回転」という用語は、以下では、単に「回転」とされる場合があり、本発明の文脈において、「像回転」と同義に用いられる。
【００６２】
本発明の第１及び第２の静電レンズ並びにソレノイドコイルを含む例示的な実施の形態において、像回転、ｚ位置、及び結像倍率を迅速かつ選択的に調整する３つの補正要素が設けられる。上記例示的な実施の形態は、ある結像パラメータに補正要素の１つがもたらすいかなる望ましくない影響も、他の補正要素の一方又は両方によって補償され得るという点で、さらなる利点を有する。
【００６３】
この影響のために、１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す信号は、第１及び第２の静電レンズのうちの少なくとも１つによって生じる、１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第１の信号部と、第１及び第２の静電レンズ並びにソレノイドコイルを除いた粒子光学投影系によって生じる、１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第２の信号部とを含み得る。他の例示的な実施の形態において、１つ以上の荷電粒子ビームの回転の信号は、ソレノイドコイルが、第１及び第２の静電レンズによって引き起こされる回転を補償するのにのみ用いられ得るように、第１及び第２の静電レンズのうちの少なくとも１つによって生じる、１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第１の信号部によってのみ形成され得る。
【００６４】
換言すると、回転を示す信号は、いかなる補正要素、特に、第１及び第２の静電レンズ並びにソレノイドコイルからの寄与を考慮せずに、概して組み立て後の粒子光学投影系の回転を示す第２の信号部を含み得る。第１の信号部は、第１及び第２の静電レンズによって粒子光学投影系に引き起こされる回転を示す。第１及び第２の静電レンズの設定、ひいては集束力は、リソグラフィ露光／検査中に調整され得るため、引き起こされる回転を示す信号は、有利には、ソレノイドコイルの励起電流の制御を調整する必要があるであろう実際の状況を表し得る。第１の信号部は、例えば、第１及び第２の静電レンズの電流設定を、この電流設定の結果として得られる回転に対する較正値に関係づけることによって導き出され得る。このように、３つ全ての補正要素に対する設定が最適化可能となる。
【００６５】
尚、ここで用いられる「信号部」という用語は、いくつかの部分からなる信号の一部を表すものであり、これらの部分は、他の適切な方法を用いた組み合わせ、追加、又は関係づけによって当該信号を形成する別々の独立した信号であってもよい。
【００６６】
リソグラフィシステムによって基板上に生成される像の位置及びサイズを測定する１つの例示的な方法が、Ａ．Ｃｈａｌｕｐｋａ、Ｇ．Ｓｔｅｎｇｌ、Ｈ．Ｌｏｅｓｃｈｎｅ、Ｒ．Ｎｏｗａｋへの米国特許第６,６６１,０１５号、及び、Ｇ．Ｓｔｅｎｇｌ、Ｒ．Ｎｏｗａｋ、Ｈ．Ｂｕｓｃｈｂｅｃｋによって２００４年１１月１７日に出願されたオーストリア国特許出願Ａ１９２７／２００４「マスクを用いない粒子ビーム露光装置のパターンロックシステム」に開示されており、これらの内容の全ては、参照によって本明細書に援用される。
【００６７】
本発明の荷電粒子システムは、本発明の例示的な実施の形態において、前記第１の磁気レンズの集束力を少なくとも制御する主制御器を含み、前記主制御器が、前記第２の信号部を供給するようにさらに構成される。粒子光学投影系がさらなる磁気レンズを含む実施の形態において、主制御器は、好ましくは、これらのさらなる磁気レンズをも制御する。一般に、主制御器は、好ましくは、動態的調整を必要としない、少なくとも粒子光学投影系の少なくともこれら構成要素の全てを制御する。すなわち、主制御器は、粒子光学投影系の少なくとも基本設定を制御する。第１、第２、第３、及び／又は、第４の制御部を有する制御器は、主制御器の一部であってもよいし、別途設けられてもよい。
【００６８】
第１〜第４の制御部は、一般に、動的制御を可能とするように、すなわち、基板のリソグラフィ露光中のｚ位置、結像倍率、及び／又は、像回転の変化への迅速な対応を可能とするように構成される。
【００６９】
例示的な実施の形態において、第１の制御部は、距離測定系によって生成される信号に基づいて、第１の静電レンズの集束力、ひいてはｚ位置を調整するように構成される。第２の制御部は、第１及び第２の静電レンズのうちの少なくとも１つによってもたらされる結像倍率を示す第１の信号部と、第１及び第２の静電レンズ並びにソレノイドコイルを除いた粒子光学投影系の結像倍率を示す第２の信号部とを含む信号に基づいて、第２の静電レンズの集束力を制御するように構成される。第３の制御部は、１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す信号に基づいて、ソレノイドコイルに印加される励起電流を制御するように構成される。信号は、第１及び第２の静電レンズのうちの少なくとも１つによって生じる、１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第１の信号部と、第１及び第２の静電レンズ並びにソレノイドコイルを除いた粒子光学投影系によって生じる、１つ以上の荷電粒子ビームの回転を示す第２の信号部とを含み、第２の信号部はそれぞれ、主制御器によって提供される。
【００７０】
さらなる例示的な実施の形態において、制御器は、基板に入射する荷電粒子の電流を示す信号に基づいて、第１の静電レンズの集束力、第２の静電レンズの集束力、及びソレノイドコイルに供給される励起電流のうちの少なくとも１つを制御するように構成される第４の制御部を含む。さらなる例示的な実施の形態において、信号は、粒子源と、入射する荷電粒子の合計数に応じて電荷を収集する基板を保持する取付台との間の電位差測定によって生成される。
【００７１】
全ての補正素子に対する最適な設定の取得、較正、個別の補正素子間のフィードバックの提供等に関して、上記の実施の形態及び可能な形態が同様に適用される。
【００７２】
荷電粒子源は、本発明に用いるのに適した従来のいかなる粒子源であってもよい。荷電粒子が電子である実施の形態において、熱電界放出（ＴＦＥ）型電子源等の電子源が用いられ得る。イオンを荷電粒子として用いる実施の形態において、例えば、イオン銃が適切な荷電粒子源となり得る。本発明に用いるのに適した荷電粒子源のさらなる例として、タングステン（Ｗ）フィラメントを有する粒子源、ＬａＢ6粒子源、及びその他様々なものが挙げられる。荷電粒子源は、例えば、荷電粒子の単一ビーム源、荷電粒子の単一ビーム源のアレイ、又はマルチビーム源であってもよい。
【００７３】
本発明のリソグラフィに関する実施の形態において用いられるパターン規定構造は、当該技術分野において公知のいかなるパターン規定構造であってもよい。例えば、パターン規定構造は、荷電粒子が、透明部がパターンを規定するマスクの透明領域のみを通過し得るように、荷電粒子に対して不透明な領域と荷電粒子に対して透明な領域とのパターンを含むマスクであってもよい。好ましくは、パターン規定構造は、いわゆるブランキング開口アレイである。ブランキング開口アレイは、典型的には、開口アレイを有する基板を含み、電極の集合が開口アレイの各開口に設けられ、ここで、開口を通過する荷電粒子に対する偏向又はブランキング装置を構成するように、開口のいずれの側にも電極が１つずつ配置される。一般に、荷電粒子源によって生成される荷電粒子ビームは、集光装置（condenser）等の１つ以上の粒子光学構成要素によって、広範（broad）かつテレセントリックなビームに形成される。この広範なビームは、次いで、ブランキング開口アレイへと導かれる。開口を通過する荷電粒子は、荷電粒子ビームレットを形成する。各開口に設けられる偏向装置は、開口の両側の電極間に電位差を印加することによって起動、すなわち、スイッチが入れられてもよく、それぞれの開口によって生成される荷電粒子のビームレットが、基板に到達しないように、まっすぐなビーム経路から偏向されて開口絞りに入射する。開口の偏向装置のスイッチが切られると、荷電粒子は、所定の経路を通って基板へと導かれるビームレットを形成する。よって、偏向されない荷電粒子ビームレットによって規定されるパターンを基板上に生成することが可能となる。このようなシステムは、例えば、ＵＳ２００３／０１５５５３４Ａ１に開示されており、これらの内容の全ては、参照によって本明細書に援用される。
【００７４】
第１の磁気レンズに加えて、本発明の投影系に含まれる粒子光学投影系は、１つ以上のさらなる磁気レンズと、１つ以上のさらなる静電レンズと、さらなる結像特性の補正構成要素とをさらに含み得る。
【００７５】
ここで挙げられる構成要素間の距離は、一般に、構成要素表面間の距離を示す。すなわち、別段特記しない限り、第１の構成要素と第２の構成要素との間の距離は、第２の構成要素に対向する第１の構成要素の表面と第１の構成要素に対向する第２の構成要素の表面との間の距離を示す。
【００７６】
ここでリソグラフィシステムに関して説明される実施の形態は、パターン規定構造が採用されないことが明らかな例示的な検査システムにも適用可能である。
【００７７】
適切な検出器及びビームスプリッタ、並びに、検査システムのさらなる構成要素は、従来技術により公知である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７８】
本発明の上記及びその他の有利な特徴は、添付図面を参照した、本発明の例示的な実施の形態の以下の詳細な説明からより明らかとなる。尚、本発明の可能な実施の形態の全てが、本明細書において示す利点の全て又はいずれかを示すとは限らない。
【００７９】
図１は、本発明に係る荷電粒子リソグラフィシステムの一実施の形態を切欠図（cut-open view）において概略的に示す。
【００８０】
図２は、図１に示される荷電粒子リソグラフィシステムに含まれる投影系の詳細を概略的に示す。
【００８１】
図３は、図２の詳細を示す。
【００８２】
図４は、図２及び図３に示される投影系を含む検査システムの一実施の形態を示す。
【００８３】
図１において、本発明に係る荷電粒子リソグラフィシステムの一実施の形態が、概略的かつ簡潔に示されている。リソグラフィシステム１は、荷電粒子が通常移動するであろう方向に、ビームレット生成装置１００、並びに、静電レンズ装置２００及び電磁集束レンズ装置４００を有する粒子光学投影系を含む。ビームレット生成装置１００は、荷電粒子源１１０、抽出系１２０、及び集光レンズ１３０を含む。集光レンズ１３０は、電極スタック１３１を含む。ビームレット生成系１００は、取付フレーム１４１によって保持されるパターン規定構造１４０をさらに含む。パターン規定構造１４０は、一般に、マルチ開口プレート（multi-aperture plate）を含み、上記のブランキング開口アレイであってもよい。静電レンズ装置２００は、システムの光軸に沿って直列に配置される複数の電極素子２１０を含む。粒子光学投影系は、２つの電磁レンズ４０２及び４０３を有する電磁集束レンズ装置４００をさらに含む。集束用の第１の磁気レンズ４０３は、基板Ｓ、すなわち、基板平面に最も近接して配置され、円錐部４０３Ａを含む。集束用の第２の磁気レンズ４０２は、第１の磁気レンズ４０３の上流に配置されている。
【００８４】
図１においては、簡略化のために、第１の静電レンズ、第２の静電レンズ、ソレノイドコイル、制御器、及び主制御器は図示されていない。
【００８５】
荷電粒子源１１０は、荷電粒子を生成するものであり、例えば、電子を生成する電子銃であってもよい。抽出系１２０は、生成された荷電粒子を抽出し、所望のエネルギー準位に加速し、基板Ｓへと導く。集光レンズ１３０は、荷電粒子を導き、実質的にテレセントリックな荷電粒子ビームに形成する。この荷電粒子ビームは、次に、パターン規定構造１４０に入射する。ブランキング開口アレイの場合、荷電粒子は、ブランキング開口アレイの開口を通過し、オン状態の開口を通過する荷電粒子は、オン状態の開口によって規定されるパターンを結像するための複数のビームレットを形成し、次いで、基板に集束するように導かれる。
【００８６】
図１に示される静電レンズ装置２００は、油浸系レンズを形成する。集束効果を実現するために、静電レンズ装置２００の電極素子に適切な電位を印加することによって、静電場を発生させる。電磁集束レンズ装置４００と共に、静電レンズ装置２００は、パターン規定構造１４０によって規定されるパターンの縮小像（ブランキング開口アレイの場合、より厳密には、オン状態の開口を通過したビームレットの焦点面の縮小像）を基板平面に投影し、配置される基板を、オン状態の開口によって規定される縮小パターンで露光する機能を果たす。
【００８７】
図２に、粒子光学投影系の一部としての電磁集束レンズ装置４００の詳細を示す。図中、同様の参照符号は、同様の構造を示す。第１の磁気レンズ４０３は、最下端４１２’を有する内側磁極片４１２、径方向内端４１１’を有する外側磁極片４１１、及び、内側磁極片４１２の径方向外側面（outer section）と外側磁極片４１１の径方向外側面との間に配置される、光軸ＯＡの領域に磁場を発生させるために磁極片４１１及び４１２に磁束を誘導するためのコイル４１３を含む。第１の磁気レンズ４０３は、主軸がリソグラフィシステム１の光軸ＯＡと一致するように配置される。また、ｚ方向も、光軸ＯＡの方向と一致する。磁気レンズ４０２及び４０３は、光軸ＯＡに関して回転対称である。内孔（bore）４１４は、第１の磁気レンズ４０３の内部に、内側磁極片４１２の径方向内側面によって形成されている。集束用の第１の静電レンズ装置４５０は、第１の磁気レンズ４０３の内孔４１４の内部に配置される。第１の静電レンズ４５０は、アインツェルレンズとして配置及び構成される３つの電極、すなわち、第１の電極４５１、第２の電極４５２、及び第３の電極４５３を含む。
【００８８】
さらに、第２の静電レンズ４６０は、第１の磁気レンズ４０３の内孔４１４における上部領域に設けられる。第１の静電レンズ４５０と同様に、第２の静電レンズ４６０は、アインツェルレンズとして配置及び構成される３つの電極４６１、４６２及び４６３を含む。
【００８９】
また、ソレノイドコイル４７０は、第１の磁気レンズ４０３と第２の磁気レンズ４０２との間の空間に配置される。ソレノイドコイル４７０は、導線の多数の巻線を含み、巻線は、リソグラフィシステム１の光軸ＯＡの周りに回転対称な内孔を形成するように配置される。
【００９０】
ここに示される実施の形態の粒子光学投影系は、第２の磁気レンズ４０２の下部に中間像が形成されるように、設計及び操作される。よって、第１及び第２の静電レンズ４５０及び４６０、並びに、ソレノイドコイル４７０は、中間像と基板Ｓとの間に配置される。
【００９１】
リソグラフィシステムは、主制御器ＭＣ、並びに、３つの制御部Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を有する制御器Ｃをさらに含む。
【００９２】
第１の制御部Ｃ１は、例えば、第１の静電レンズ４５０（アインツェルレンズ）へ異なる電位を供給するように構成された調整可能な電源供給源に対する制御指令を介して、例えば、電極４５１、４５２、４５３間の電位差、ひいては第１の静電レンズの集束力を変化させることにより、外側及び内側磁極片４１１及び４１２の最下端４１１’及び４１２’の領域において、第１の磁気レンズ４０３によって発生する磁場において、第１の静電レンズ４５０によって発生する静電場を用いて、第１の磁気レンズ４０３内の電子ビームのビームエネルギーを調整するように構成される。集束力は、外側が基板Ｓに対向する外側磁極片４１１の径方向内端４１１’の外側にある第１の磁気レンズ４０３の最下部から基板Ｓまでの距離を示す信号に応じて調整される。リソグラフィシステム１は、基板Ｓと第１の磁気レンズ４０３における外側磁極片４１１の径方向内端４１１’の外側との間の距離を測定するように構成される距離測定系５００をさらに含む。図２中の参照符号「ＺＤ」は、基板表面と外側磁極片４１１の径方向内端４１１’の外側との間の距離を示す。測定された距離を示す信号は、必要に応じて、受信した信号に応じて第１の静電レンズ４５０の集束力を調整する第１の制御部Ｃ１を有する制御器に供給される。特に、外側磁極片４１１の最下端４１１’の外側と中間像の像（ｚ位置）との間の距離が、基板と外側磁極片４１１の最下端４１１’の外側との間の距離ＺＤ（ｚ変位）となるべく一致するよう調整されるように、第１の静電レンズ４５０の集束力が、第１の制御部Ｃ１によって調整される。
【００９３】
第１の静電レンズ４５０、ひいては第１の制御部Ｃ１は、粒子光学投影系の、像位置だけでなく、結像倍率及び像回転（より厳密には、回転角度）にも影響を与える。この影響は、以下に示すように、第２の静電レンズ４６０及びソレノイドコイル４７０、ひいては制御部Ｃ２及びＣ３によって、適切に補償及び補正され得る。
【００９４】
第２の制御部Ｃ２は、結像倍率を示す信号に基づいて第２の静電レンズ４６０の集束力を調整するように構成される。結像倍率は、結像しようとするパターンのサイズに対する、基板上に結像したパターンのサイズを示す。
【００９５】
第３の制御部Ｃ３は、像回転を示す信号に基づいて、ソレノイドコイル４７０に供給される励起電流を制御するように構成される。
【００９６】
制御部Ｃ１〜Ｃ３、距離測定系５００及び主制御器ＭＣは、信号を送受信可能なように相互に接続される。図２に概略的に示される相互接続は例示に過ぎず、これらの構成要素は、他の適切な方法でも相互に接続され得る。
【００９７】
ここに示される実施の形態において、外側磁極片４１１の最下端４１１’の外側と中間像の像（ｚ位置）との間の距離を示す信号が、距離測定系５００から、直接、第１の制御部Ｃ１へと提供される。結像倍率を示す信号は、リソグラフィシステムの基本設定を反映する、主制御器ＭＣによって与えられる第１の信号部、並びに、第１及び第３の制御部Ｃ１及びＣ３による結像倍率への影響を反映する、これら制御部によって提供される第２の信号部を含む。回転を示す信号は、リソグラフィシステムの基本設定によって誘導される回転を反映する、主制御器ＭＣによって与えられる第１の信号部、並びに第１及び第２の制御部Ｃ１及びＣ２による回転への影響を反映する、これら制御部によって与えられる第２の信号部を含む。制御部Ｃ１〜Ｃ３によって受信される信号は、第１及び第２の静電レンズ並びにソレノイドコイルの設定、ひいては集束力又は励起電流をそれぞれ調整するための適切な制御信号にそれぞれ処理及び変換される。
【００９８】
図３に、各構成要素間の距離を示す、第１の磁気レンズ４０３の拡大図を示す。図３は、第２の電極４５２に対向する第１の電極４５１の表面４５１’が、第１の磁気レンズ４０３における、内側磁極片４１２の最下端４１２’から第１の距離Ｄ１にあり、外側磁極片４１１の径方向内端４１１’から第２の距離Ｄ２にあるように配置され、第１及び第２の距離Ｄ１及びＤ２が、磁極片４１１及び４１２それぞれの最下端４１２’と径方向内端４１１’との間の距離Ｇよりも小さくなることを示す。
【００９９】
また、図３は、第１の電極４５１に対向する第２の電極４５２の表面４５２’が、内側電極４１２の最下端４１２’から第３の距離Ｄ３にあるように配置され、第３の距離Ｄ３が、最下端４１２’と径方向内端４１１’との間の距離Ｇよりも小さくなることを示す。また、図２及び図３は、第１の静電レンズ４５０の３つ全ての電極４５１、４５２及び４５３が、第１の磁気レンズ４０３の内孔４１４内に配置され、よって、第１の磁気レンズ４０３における外側磁極片４１１の最下部、すなわち径方向内端４１１’よりも、基板Ｓからの距離が、大きくなることを示す。
【０１００】
また、図３から、第２の静電レンズ４６０における全ての電極４６１、４６２及び４６３は、内側磁極片４１１の最下端４１１’から、少なくとも距離Ｄ４の間隔をあけて配置されることが分かる。ここで、Ｄ４は２ｍｍよりも大きい。
【０１０１】
以下に、様々な例を挙げて、第１及び／又は第２の静電レンズに印加される所定の電圧、及び／又は、ソレノイドコイルに印加される所定の励起電流が、どのように回転、ｚ位置及び結像倍率といった要素に影響を与え得るかを示す。
【０１０２】
表１に示すデータモデルは、図１〜図３に示したリソグラフィシステムに基づいている。表１に示す数値は例示のみを目的とし、本発明の範囲を何ら限定するものとして捉えてはならない。
【０１０３】
表１の第１欄は、どの補正要素、すなわちソレノイドコイル、第１の静電レンズ、第２の静電レンズのいずれが操作されたのか、特に、どの補正要素に励起電流又は電位がそれぞれ印加されたのかを示す。実施例１では、ソレノイドコイルのみの影響を考察している。実施例２では、第２の静電レンズのみの影響を考察している。実施例３では、第２の静電レンズのみの影響を考察している。実施例４〜６では、３つ全ての補正要素を同時に操作した場合の影響を考察している。表１の第２欄は、印加される電圧（単位：ボルト）又は励起電流（単位：アンペア回数）を示す。表１の第３欄は、結果として得られるｚ位置の変化（ΔＺ）を示す。第４欄は、結果として得られる結像倍率の変化を示す。第５欄は、結果として得られる回転の変化を示す。これらの変化は、３つの補正要素がいずれも提供されないか、又は操作されない場合のそれぞれのパラメータに対するものである。ｚ位置、すなわち光軸に沿った像位置の変化又はずれに関して、「−」は、パターン規定構造に比較的近い位置を示し、「＋」は、パターン規定構造から比較的遠い位置を示す。表１に示すデータは、上記のように、粒子光学投影系において第１及び第２の磁気レンズを含み、パターン規定構造としてブランキング開口アレイを用いた粒子光学投影系の数値シミュレーションによって得られたものである。シミュレーションの基礎となる値は、以下の通りである。すなわち、結像倍率は、１／２００であり、ブランキング開口アレイに対する像回転は、−０.５４２度であり、ブランキング開口アレイの最下端から測定した像のｚ位置は、４１４.１３５ｍｍである。
【０１０４】
【表１】
2009512973.tif 000003
【０１０５】
図４は、電子顕微鏡システム２として構成された検査システムを概略的に示す。このシステムは、電子顕微鏡システム２の物体平面に位置する基板Ｓを、位置感受性検出器７上に結像するのに用いられる。この目的のために、電子顕微鏡システム２は、投影系４００を含み、基板Ｓの領域を検出器７上に電子光学的に結像するために２次電子のビーム経路を与える顕微鏡光学系１１を含む。検出器７上に結像される領域１３は、一般に、顕微鏡光学系１１の光軸１７に関して変位可能である（ここで、変位については説明しない。置換（replacement）の詳細については、ＵＳ２００４／００８４６２１Ａ１を参照のこと。これらの内容の全ては、参照によって本明細書に援用される）。
【０１０６】
基板Ｓから発せられる２次電子は、顕微鏡光学系１１によって検出器７に供給される２次電子ビーム１４を形成する。この目的のために用いられる投影系は、先行する図面を参照しながら詳細に説明したものである。第１の磁気レンズ４０３内に形成された内孔において、２つのビーム偏向器２５及び２７が、光軸１７（先行する図面において、概して主軸に相当する）に沿って相互に間隔をあけて配置されている。これらは、制御器（制御器、及び制御器への接続については、説明を容易にするために、図示していない）によって制御され、２次電子ビーム１４に調整可能な偏向角を与える。他の実施の形態において、偏向器２５及び２７は、例えば、第１の磁気レンズの上流や、第１の磁気レンズと第２の磁気レンズとの間等の、投影系における異なる位置に配置されていてもよい。
【０１０７】
電子源３５によって生成され、コリメータレンズ３７によって平行化され、開口絞り３９によって整形され、ビームスプリッタ／コンバイナ４１に供給される１次電子ビーム３３によって、２次電子が基板Ｓから放出される。ビームスプリッタ／コンバイナ４１は、１次電子ビーム３３のビーム経路を、２次電子ビーム１４のビーム経路と重ね合わせる。１次電子ビーム３３も、ビーム偏向器２５及び２７を含む投影系４００を通過する。１次電子ビーム３３も、ビーム偏向器２５及び２７によって偏向されるが、その程度は２次電子ビーム１４と同一であるとは限らない。むしろ、１次電子ビーム３３の場合には、検出器７上に結像される基板Ｓの領域を、かなり広範かつ均質に照射すれば十分である。
【０１０８】
図４から分かるように、電子源３５の中間像、すなわち１次ビーム経路における中間像は、参照符号１４が２次ビームを示しているのとほぼ同一の位置に形成される。一方、２次電子ビームにおける基板Ｓ表面上の点の中間像は、２次ビームがビームスプリッタ／コンバイナ４１へと入る位置に形成される。
【０１０９】
本発明を一部の具体的な実施の形態に関しても説明したが、当業者には、多くの代替例及び変形例が明らかとなるであろう。従って、本明細書に記載の本発明の好ましい実施の形態は、説明を意図したものであって、いかなる意味においても限定的なものではない。特許請求の範囲に定義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】図１は、本発明に係る荷電粒子リソグラフィシステムの一実施の形態を切欠図において概略的に示す。
【図２】図２は、図１に示される荷電粒子リソグラフィシステムに含まれる投影系の詳細を概略的に示す。
【図３】図３は、図２の詳細を示す。
【図４】図４は、図２及び図３に示される投影系を含む検査システムの一実施の形態を示す。
【図１】
2009512973.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009512973.tif 000009
2009512973.tif 000010