(57)【要約】【課題】高電流密度の成形ビームを生成するための方法および荷電粒子光学装置を提供すること。【解決手段】この荷電粒子ビームリソグラフィ装置及び／又は方法は、複数のビーム成形アパーチャを要せずに高電流密度成形ビーム２２２を生成するビームパターン限定アパーチャ２１２と、ウエハ２２１上に荷電粒子ビーム２２２を収束させるレンズ２０５，２１６と、電子源２０１とウエハ２２１との間の中間でクロスオーバを要せずに荷電粒子ビーム２２２を偏向させるブランキング偏向器とを有する。【選択図】  図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジスト被覆基板のパターン形成を行うためのリソグラフィツールであって、
荷電粒子ビームを生成するように構成された荷電粒子源と、
前記荷電粒子源の下方に位置決めされ、前記荷電粒子ビームを実質的に層状の荷電粒子ビームにするように構成された第一のレンズと、
前記第一のレンズの下方に位置決めされ、前記レジスト被覆基板を運ぶステージと、
前記第一のレンズと前記ステージとの間に位置決めされ、前記実質的に層状の荷電粒子ビームを前記レジスト被覆基板の表面に集束させるように構成された第二のレンズと、
前記第一のレンズと前記第二のレンズとの間に位置決めされ、前記第二のレンズにより前記レジスト被覆基板の表面において所定のビームプロファイルへ集束できない前記実質的に層状の荷電粒子ビーム内の荷電粒子の大部分を遮蔽するように構成されたビームパターン限定アパーチャと
を備えるリソグラフィツール。
【請求項２】
更に、前記第一のレンズと前記ビームパターン限定アパーチャとの間に位置決めされ、前記実質的に層状の荷電粒子ビームをブランキングするビームブランカを備える、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項３】
前記ビームブランカは、有効ブランキング面を投射して仮想源の位置へ戻すように構成された二重偏向ビームブランカである、請求項２記載のリソグラフィツール。
【請求項４】
更に、前記第一のレンズと前記ビームブランカとの間に位置決めされたビームトリミングアパーチャを備える、請求項２記載のリソグラフィツール。
【請求項５】
前記ビームトリミングアパーチャは、ブランキング中に前記実質的に層状のビームを前記ビームパターン限定アパーチャに掃射する際に、前記ビームパターン限定アパーチャの全ての開口領域に対して等しい露光時間を提供するように構成され、前記ビームトリミングアパーチャは、ブランキング時間を最小化するように構成される、請求項４記載のリソグラフィツール。
【請求項６】
前記ビームトリミングアパーチャは、正方形の形状の開口部を有し、前記ビームパターン限定アパーチャは、正方形から派生した形状である開口部を有する、請求項５記載のリソグラフィツール。
【請求項７】
更に、前記ビームパターン限定アパーチャと前記第二のレンズとの間に位置決めされたビーム偏向器を備える、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項８】
前記ビーム偏向器は、前記ビームのテレセントリック走査を可能にするように構成された二重偏向器である、請求項７記載のリソグラフィツール。
【請求項９】
前記第二のレンズは、前記第二のレンズの有効軸が走査中の前記ビームと近軸の状態で移動できるように構成される、請求項８記載のリソグラフィツール。
【請求項１０】
前記ビームパターン限定アパーチャは、更に、前記第二のレンズにより前記レジスト被覆基板の前記表面において前記所定のビームプロファイルへ集束可能な前記実質的に層状のビーム内の荷電粒子の大部分を透過するように構成される、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１１】
前記ビームパターン限定アパーチャは、パターン化された導電材料を含む、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１２】
前記ビームパターン限定アパーチャは、連続する荷電粒子透過膜に支持されたパターン化厚膜を含む、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１３】
前記荷電粒子は、電子である、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１４】
前記ビームパターン限定アパーチャは、非円形ビームを生成するように構成される、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１５】
前記ビームパターン限定アパーチャは、正方形ビームを生成するように構成される、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１６】
レジスト被覆基板のパターン形成を行うためのリソグラフィツールであって、
荷電粒子ビームを生成するように構成された荷電粒子源と、
前記粒子源の下方に位置決めされ、前記荷電粒子ビームを実質的に層状の荷電粒子ビームにするように構成された第一のレンズと、
前記第一のレンズの下方に位置決めされ、前記レジスト被覆基板を運ぶステージと、
前記第一のレンズと前記ステージとの間に位置決めされ、前記実質的に層状の荷電粒子ビームを前記レジスト被覆基板の表面に集束させるように構成された第二のレンズと、
前記第一のレンズと前記第二のレンズとの間に位置決めされ、前記第二のレンズにより前記レジスト被覆基板の表面において所定のビームプロファイルへ集束できない前記実質的に層状のビーム内の荷電粒子の大部分を遮蔽するように構成された複数のビームパターン限定アパーチャと
を備えるリソグラフィツール。
【請求項１７】
前記複数のビームパターン限定アパーチャは、更に、前記第二のレンズにより前記レジスト被覆基板の前記表面において前記所定のビームプロファイルへ集束可能な前記実質的に層状のビーム内の荷電粒子の大部分を透過するように構成される、請求項１６記載のリソグラフィツール。
【請求項１８】
前記複数のビームパターン限定アパーチャの全ては、前記ツールの光軸に沿って、互いに軸方向で分離され、前記アパーチャの全ては、前記ビームに作用して、前記レジスト被覆基板の前記表面において前記所定のビームプロファイルを生成する、請求項１６記載のリソグラフィツール。
【請求項１９】
前記複数のビームパターン限定アパーチャは、二つのビームパターン限定アパーチャである、請求項１８記載のリソグラフィツール。
【請求項２０】
前記複数のビームパターン限定アパーチャは、単一のアパーチャブレード上に位置決めされ、前記アパーチャブレードは、前記複数のビームパターン限定アパーチャの何れかの前記ビーム内への挿入を可能にするように構成される、請求項１６記載のリソグラフィツール。
【請求項２１】
荷電粒子鏡筒内のビームパターン限定アパーチャであって、前記アパーチャ及び前記鏡筒は、前記鏡筒の対物面に対して、前記アパーチャの平面における点のＮ：１マッピングを提供するように構成され、Ｎは１より大きな整数であり、前記アパーチャは、非円形ビームを生成するように構成される、ビームパターン限定アパーチャ。
【請求項２２】
前記アパーチャは、前記鏡筒の前記対物面における所望のビームパターンに寄与しない荷電粒子の大部分を除外するように構成される、請求項２１記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項２３】
前記アパーチャは、前記鏡筒内のビームブランカの下方に位置決めされる、請求項２１記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項２４】
前記ビームパターン限定アパーチャは、ブランキングアパーチャとしても機能する、請求項２３記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項２５】
前記ビームパターン限定アパーチャは、前記対物面において正方形ビームを生成するように構成される、請求項２１記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項２６】
Ｎは、３に等しい、請求項２１記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項２７】
成形荷電粒子ビーム生成用の荷電粒子鏡筒内のビームパターン限定アパーチャを設計する方法であって、
前記荷電粒子鏡筒の荷電粒子軌道を計算するステップと、
前記軌道が前記荷電粒子鏡筒の対物面において所望のビームプロファイル内に入るかを判断するステップと、
前記対物面において前記所望のビームプロファイルに寄与しない前記軌道を全て遮蔽する理想的なビームパターン限定アパーチャを定義するステップと、を備える方法。
【請求項２８】
前記計算するステップは、軌道のそれぞれの組が前記対物面の走査フィールド内の異なるビーム位置に対応する、複数の組の軌道を計算するステップを含む、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
更に、荷電粒子透過領域を定義するために、前記複数の組の軌道とビームパターン限定アパーチャの平面との交差をマッピングするステップを備え、前記定義するステップは、更に、前記荷電粒子透過領域を前記理想的なビームパターン限定アパーチャに組み込むステップを含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
更に、実現可能なビームパターン限定アパーチャを製作するステップを備え、前記実現可能なアパーチャは、前記理想的なビームパターン限定アパーチャに極めて近似したものであり、前記所望のビームプロファイルに寄与しない荷電粒子軌道の大部分は、前記実現可能なアパーチャにより遮蔽される、請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
更に、実現可能なビームパターン限定アパーチャを製作するステップを備え、前記実現可能なアパーチャは、前記理想的なビームパターン限定アパーチャに極めて近似したものであり、前記所望のビームプロファイルに寄与する荷電粒子軌道の大部分は、前記実現可能なアパーチャを透過可能となる、請求項２７記載の方法。
【請求項３２】
前記所望のビームプロファイルに寄与しない前記荷電粒子軌道の大部分は、前記実現可能なアパーチャにより遮蔽される、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記実現可能なアパーチャは、前記理想的なアパーチャには存在しない付加構造を有し、前記構造は機械的完全性を提供する、請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
前記実現可能なアパーチャは、パターン化導電材料を含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３５】
前記実現可能なアパーチャは、連続する荷電粒子透過膜に支持されたパターン化厚膜を含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３６】
前記荷電粒子は、電子である、請求項２７記載の方法。
【請求項３７】
前記計算するステップは、前記荷電粒子軌道を生成するためにレイトレーシングの数値的方法を使用するステップを含む、請求項２７記載の方法。
【請求項３８】
前記計算するステップは、前記荷電粒子軌道を生成するために前記鏡筒の分析モデルを使用するステップを含む、請求項２７記載の方法。
【請求項３９】
荷電粒子鏡筒内のビームパターン限定アパーチャの位置を最適化するための方法であって、
（ａ）前記荷電粒子鏡筒の荷電粒子軌道を計算するステップと
（ｂ）前記軌道が前記荷電粒子鏡筒の対物面において所望のビームプロファイル内に入るかを判断するステップと、
（ｃ）前記対物面において前記所望のビームプロファイルに寄与しない前記軌道を全て遮蔽する理想的なビームパターン限定アパーチャを定義するステップと、
（ｄ）前記理想的なビームパターン限定アパーチャに極めて近似したものであり且つ前記所望のビームプロファイルに寄与しない前記荷電粒子軌道の大部分を遮蔽する、実現可能なビームパターン限定アパーチャを製作するステップと、
（ｅ）前記鏡筒内の前記ビームパターン限定アパーチャの様々な位置に対してステップ（ａ）乃至（ｄ）を実行するステップと、
（ｆ）前記対物面において前記実現可能なビームパターン限定アパーチャにより生成されるビームプロファイルが前記対物面における前記所望のビームプロファイルに最も近くなる、前記ビームパターン限定アパーチャの最適な位置を選択するステップと
を備える方法。
【請求項４０】
前記選択するステップは、前記実現可能なアパーチャの製造可能性の考慮を含む、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記選択するステップは、前記対物面における前記荷電粒子ビームの電流密度の考慮を含む、請求項３９記載の方法。
【請求項４２】
前記選択するステップは、前記対物面における前記荷電粒子ビームの電流密度のプロファイルの考慮を含む、請求項３９記載の方法。
【請求項４３】
前記選択するステップは、荷電粒子の衝突による前記実現可能なアパーチャの加熱の考慮を含む、請求項３９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子光学系の分野に関し、特に高電流密度成形電子ビーム生成用の方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体マスク、レチクル、及びウエハの描画パターン形成を行うための電子ビームの使用は、確立された手法である。使用される様々な描画戦略は、幾つかの主要パラメータにより特徴付けし得る。
［ビーム位置決め戦略］
【０００３】
描画プロセス中、レジスト露光用の電子ビームの位置決めには、主に二種類のアプローチが存在する。
【０００４】
（ａ）ラスタ走査。ビームは、一定の二次元格子パターン上で移動させる。この方法は、走査電子機器が通常は簡素であるという利点を有するが、欠点は、ビームが露光の必要の無い領域を移動するのに多くの時間を費やす場合があることである。更に、非常に正確なパターンエッジの配置を達成するために、高度なグレイスケール及び／又はマルチプルパス走査が必要となる場合がある。
【０００５】
（ｂ）ベクタ走査。ビームは、描画すべき領域へ二次元で直接移動させる。この方法は、露光させる必要のない領域上での時間が低減される利点を有するが、偏向電子機器が複雑且つ高価であるという欠点がある。ビームサイズより遙かに小さな２Ｄアドレスグリッド上でのビーム配置機能を利用することで、正確なパターンエッジ配置も容易となる。
【０００６】
各アプローチは、特定の状況において有利であり、最適な選択は、パターンの限界寸法、パターン密度（描画対象領域の％）、及びビーム電流分布のプロファイルに応じて決まる。
［ビーム形状制御］
【０００７】
基板上のレジストを露光するのに使用される電子ビームの成形に対して周知の二つのアプローチが存在する。
【０００８】
（ａ）ガウスビームは、最大電流密度（通常は２０００Ａ／ｃｍ2超）により特徴付けられ、これは、こうしたシステムにおいて、電子源の像を基板表面に集束させることで、電子源の高輝度を利用するためである。ガウスビームの主な欠点は、中心ビーム径の遙か外側へ延びる電流のテールの長さであり、二次元ガウス分布の半値全幅内に入るのは基板においてビーム電流の５０％のみである。
【０００９】
（ｂ）成形ビームは、通常は幾つかの中間成形アパーチャを有する電子光学鏡筒により形成され、追加の偏向器及びレンズと組み合わせ、アパーチャ（群の）集束画像を基板表面に形成する。こうしたシステムは、通常、ガウスビームより低いビーム電流密度（例えば、２０乃至５０Ａ／ｃｍ2）を有する。こうしたシステムの利点は、所望のビーム形状外側での電流のテールの低減であり、パターン形成がプロセスの変動の影響を受けにくくなる。別の利点は、可変成形ビームの領域を単一のピクセルと比較して大きくし得るため、事実上、多数のピクセルを同時に書き込みし得ることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体業界には、マスク及びレチクルの両方の描画と、場合によってはウエハの直接描画とにおいて、最大のパターン形成スループットを達成する必要性が存在する。ビームの位置決めに対する二種類のアプローチは、何れもビーム成形に対する二種類のアプローチの何れかと組み合わせ可能だが、こうした四種類の組み合わせには、半導体業界の必要性を完全に充足可能なものは存在しない。ＣＤ／８未満のエッジ配置精度による非常に小さなＣＤのパターン形成を行う能力と、十分なシステム信頼性、長い平均故障間隔（ＭＴＢＦ）、及び短い平均修復時間（ＭＴＴＲ）を確保する可能な限り単純な電子光学設計とを組み合わせた、高スループット（一時間又は一時間未満に少なくとも数枚のウエハでレチクルを描画）の電子描画システムに対する必要性が存在するのは明らかである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
高電流密度成形ビームを生成するための荷電粒子光学装置を開示する。この装置は、高電流密度ガウスビームの生成に通常使用される荷電粒子光学鏡筒設計を、鏡筒の様々な位置での挿入のためにカスタマイズ可能なビームパターン限定アパーチャを付加して利用する。荷電粒子光学鏡筒設計の一例は、二枚のレンズを利用し、荷電粒子源は、荷電粒子の拡散ビームを放射し、第一のレンズによりほぼ平行な荷電粒子ビームを形成する。次に、第二のレンズは、中心に高電流密度を有し、長いテール部がビーム中心から全方向で外側へ延びる全般的なガウス電流分布により、ほぼ平行な荷電粒子ビームを基板表面に集束させる。この例において、ビームパターン限定アパーチャは、二枚のレンズの間に位置決めできる。描画すべきパターンの設計要件に基づいて、基板におけるビーム形状が決定される。ビームパターン限定アパーチャ（ＰＢＤＡ）の形状は、本明細書で開示する多段階法において作成する。ＰＢＤＡ形状は、二つの要件を満たす必要があり、（１）所定のビーム形状に入るビーム内において荷電粒子の大部分を透過するべきであり、（２）所定のビーム形状から外れるビーム内の荷電粒子の大部分の透過を遮蔽するべきである。
【００１２】
本発明を利用する荷電粒子光学システムには、次のような多数の追加構成要素が含まれ得る。
【００１３】
ビームブランカ――ブランキングアパーチャへビームを偏向させることでビームをオンオフするために使用される。本明細書で説明した本発明の実施形態において、ＰＢＤＡは、ブランキングアパーチャとしても機能する。
【００１４】
偏向器――ある領域をパターン化するためにビームを基板表面上で移動させるために使用する。この実施形態では、二重偏向型主偏向器が、２μｍ角のサブフィールドの中心にビームを移動させる。各サブフィールド内では、単一の八極子で構成されたサブフィールド偏向器がビームを偏向させる。
【００１５】
移動レンズ――成形ビームにおける軸外収差を最小化するために、第二のレンズの有効光軸を軸外に変位させて、メインフィールド偏向器によるビームの偏向をマッチングさせる。
【００１６】
非点補正器――様々な要素の機械的欠陥又は位置決め誤差により生じる光学鏡筒の不完全性を補正するために使用する。
【００１７】
ビームパターン限定アパーチャの設計方法は、描画すべきパターンに関するデータ（ウエハ上でのＩＣの寸法及びレイアウト、ＩＣの限界寸法、アライメントマークのデザイン等）により開始され、このデータを荷電粒子ビーム鏡筒の光学特性と組み合わせ、最大効率（即ち、最大スループット）でのパターン描画を可能にする最適な成形ビームサイズを決定する。ＰＢＤＡ設計は、最初に理想形状として作成し、その後、修正を加え、製作を可能にする。ＰＢＤＡ設計の提案後、最初に設計の作成に使用したものと同じ手順を用いて試験を行い、通常は、電子線トレーシングを使用する荷電粒子設計ソフトウェアを利用して、光学鏡筒の電極及び磁極片により成形された電場及び磁場の影響下で実際の荷電粒子をシミュレートする。
【００１８】
この鏡筒により生成された成形ビームは、ガウスビームと比較して改良された電流プロファイルのエッジの鋭さと、レジスト露光量での直角に近い電流分布とにより特徴付けられる（後者は、リソグラフィ用途にとって非常に望ましい）。本装置の利点は、可変成形ビーム鏡筒に通常存在する成形装置、偏向器、及びレンズを更に複雑にすることなく、成形ビームを生成する能力を含む。加えて、ガウスビームシステムに近い電流密度が達成され、レジスト露光時間を大幅に低減し、リソグラフィ用途における描画スループットを高める。
【００１９】
ビームパターン限定アパーチャ（ＰＢＤＡ）を設計する方法を説明する。この方法の中心には、荷電粒子ビームのどの電子線が基板表面の多数の位置で基板における所望のビームプロファイルに寄与しているかを判断するために電子線トレーシングを行うことが含まれ、その後、所望のビームプロファイルに寄与する電子線を透過し、所望のプロファイルから外れる電子線を遮蔽するビームパターン限定アパーチャの設計プロセスが行われる。更に、本発明の別の革新的な態様を、以下の段落で説明する。
【００２０】
ブランキングシステム――本明細書で説明した装置は、電子源及びウエハ間での中間クロスオーバの使用を必要としない独自のブランキングシステムを採用する。二重偏向ブランカを使用して、有効ブランキング面を投射して仮想源の位置へ戻す。中間クロスオーバの欠如は、電子−電子相互作用により生じる空間電荷ビームの拡散を実質的に低減するため、これは利点となる。二重偏向ブランカジオメトリの別の利点は、非常に広範なビームサイズでビームのブランキングを行う能力であり、従来技術の設計では、（単一の）ブランカをクロスオーバに位置決めして、ブランキングを共役させる必要があることから、本発明により可能となる広範なビームサイズ（３０ｎｍ未満乃至１２０ｎｍ超）を達成することは不可能であり、これは、こうした広いサイズ範囲により、クロスオーバを光軸に沿った様々な（間隔の離れた）位置まで移動させ、鏡筒の倍率を変化させる必要が生じるためである。ブランカシステムの別の新規の態様は、ビームサイズ及びビーム形状を正方形断面へと減じるためのブランカ上方での正方形ビームトリミングアパーチャの使用である。これは、ビームをＰＢＤＡ（ブランキングアパーチャの役割も果たす）よりほんの僅かだけ大きく成形することで、達成可能なブランキング速度を最大にするという利点を有する。加えて、正方形ビームは、ＰＢＤＡを掃射する時、ＰＢＤＡ開口部全体を均一に照射することで、成形ビーム内において、ウエハ上の堆積電流をより均一にする。
【００２１】
主偏向器――本発明は、パターン化ビームの軸外での偏向距離を一方向（一般に２５μｍ超）において他方向（約１μｍ）より非常に長くする要件に最適な独自の主偏向器設計を採用する。偏向器設計では、多数の分離電極（本明細書の実施形態では２２個）を利用するが、駆動信号は四種類のみを必要とする。２２個の偏向器電極の配置は、従来技術の八極子設計により可能となるものより均一な、一組の平行平板により発生させた電場をシミュレートする。より均一な電場は、ビームにおいて誘発された偏向収差を減少させ、本明細書で説明した本発明のパターン化ビームにおいて、より鋭いエッジプロファイルを可能にする。従来技術の偏向器では、ここで必要となる大きな偏向では収差を増大させる対称八極子設計を採用している。
【００２２】
主レンズ設計――ウエハ表面において軸外の広範囲の位置（少なくとも２５μｍ）に亘って成形高電流密度ビームを形成するために、本発明は、ビームが常に主レンズの光軸上に現れるように、レンズの有効軸線をビームの偏向と同調して移動可能な主レンズ構造を採用する。本発明のレンズ構造は、レンズ構造に統合された二組の八極子電極を利用し、全般的に軸線に沿ったレンズの電場に、小さな横方向の双極子場を付加する。こうした双極子場は、ビームをレンズの中心に配置するため、軸方向の場を２５μｍより大きくオフセット可能である。したがって、ビームは、常に軸線上で見られるものと同一に近い集束効果を受ける。全ての軸外収差が、幾何収差（コマ、非点収差、像面の湾曲、歪み）及び色収差（倍率の変化）の両方において、本質的に除去され、パターン化ビームのエッジの鋭さが高まるため、これは利点となる。「移動レンズ」を利用する従来技術のシステムは、ここで利用したものより遙かに複雑な電極設計を必要としていた。
【００２３】
制御システム――多鏡筒光学機器用制御システムは、全ての鏡筒に共通であるため単一制御により制御し得る多数の光学要素を調整するが、一方、他の光学要素は、鏡筒毎に個別の制御を必要とする。
【００２４】
パターンデータパス――本発明のデータパスは、多数の鏡筒のパターン形成を協調させる必要性から求められる多数の特徴を利用する。ウエハ上でのパターン品質を維持するために、全鏡筒の描画パターンを結び合わせる必要がある。加えて、描画効率を最大にするため、様々なパターン化高電流密度ビームを発生させる場合がある（必要な場合、鏡筒毎にサイズが異なる）。したがって、ある鏡筒は、３０ｎｍの特徴を描画するのと同時に、別の鏡筒は、１２０ｎｍ成形ビームを利用して、２μｍ角のサブフィールドを含むボンディングパッドを描画する場合もある。
【００２５】
近接効果補正方法――近接効果を補正するために、本発明は、サブフィールド毎にビーム照射量を変化させる方法を採用し、レジスト現像中の処理自由度を最大にする。反復プロセスを使用して、各サブフィールドにおいて描画されるべき領域の区画を決定し、隣接するサブフィールドにおける照射量を修正し、合計レジスト露光量に寄与する後方散乱分子（ＢＳＥ）を補正する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、電子ビームリソグラフィの分野における実施例を具体例として使用して詳細に説明する。しかしながら、直後に概略を述べるように、他の多くの使用分野が考えられる。
【００２７】
走査電子顕微鏡では、通常、ビーム電流密度を最大化するために、ガウスビームに近いものを利用することで、画像化時間の最小化、及び／又は画像の信号対雑音比の最大化を行う。顕微鏡にガウスビームを使用することの欠点は、達成可能な画像のコントラストを低減する傾向にある、ビームの中心から延びる長い電流のテールである。本発明は、こうした電流のテールの範囲を狭め、画像のコントラストを上げるために、走査電子顕微鏡における使用も可能である。同様の考慮は、走査型オージェ電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、走査型透過電子顕微鏡等、多数の種類の走査電子ビーム画像化及び分析ツールに当てはまる。
【００２８】
本発明は、半導体測定及び検査の分野においても潜在的な用途がある。こうした用途では、ガウスビームに近いものを使用して、半導体ウエハ又はマスク及びレチクル上の特徴を測定又は検査するのに必要な時間を最小化することで、測定及び検査のスループットを最大にする。ガウス分布の長い電流のテールを除去することで、こうしたシステムにおいて画像化のコントラストが改善される。反対に、コントラストを一定に保つ場合、本発明は、迅速なピクセルデータの取得を可能にし、これによりスループットが改善される。
【００２９】
本発明のビームパターン限定アパーチャは、例えば、イオンを利用する、他の種類の粒子ビームシステムにも使用し得る。一例は、マスクレスイオン注入用の集束イオンビームシステムである。こうしたシステムにおいて、イオンビームは、所望の注入イオン（ホウ素、ヒ素、リン等）から成り、無関係な電流のテールの低減は、ドーピングが必要な領域外でのイオンの注入を減少させる。別の例は、電子線直接描画システムの場合と同様に、イオンビームを使用してレジストを露光させる集束イオンビーム直接描画リソグラフィツールである。無関係な電流の低減は、リソグラフィプロセスにおけるコントラストを増加させることで、レジスト現像の処理自由度を高める。更に別の例は、集束イオンビームを試料表面に照射することで、材料の化学組成の特徴を示す二次イオンの放出を誘導する走査型二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）システムである。一次イオンビームのイオンテールが大幅に低減されることで、二次イオンは殆ど全てが対象領域から生成され、この領域の外側では殆ど生成されないため、無関係なイオンの低減は、ＳＩＭＳ画像及び質量スペクトルのコントラスト及び解像度を高める。
【００３０】
図１は、高電流密度成形電子ビームの生成において使用する、ビームパターン限定アパーチャを利用する電子光学鏡筒を設計するための多段階方法を示す。この例では、ウエハ上で正方形のビームが望ましいが、ビーム限定アパーチャパターンの適切な選択により、広範なビーム形状を実現し得る。
【００３１】
ブロック１０２では、パターンの限界寸法（ＣＤ）と、ＩＣのＸＹ寸法と、ウエハ上のＩＣのＸＹレイアウトと、必要に応じて他のデータとを含む、描画するべき集積回路（ＩＣ）パターンに関する初期データを定義する。
【００３２】
ブロック１０３では、所望の描画スループット（通常、ウエハ／時）と、描画ビームに対するレジスト感度（通常、μＣ／ｃｍ2）と、ウエハにおける所望の描画ビームエネルギと、描画のオーバヘッド（ウエハ転送時間、アライメント時間等）と、必要に応じて他のパラメータとを含む、システム動作パラメータに関する初期データを定義する。
【００３３】
ブロック１０４では、ブロック１０２及びブロック１０３におけるパターン及び描画の指定から、最適なパターン化ビーム形状及びサイズを、必要なビーム電流密度と共に決定する。例えば、４５ｎｍのパターンＣＤがブロック１０２において指定された場合、４０ｎｍ正方形ビームプロファイルが適切となり得る。レジスト感度が５μＣ／ｃｍ2である場合、所望の描画スループットを達成するために３０００Ａ／ｃｍ2のビーム電流密度が必要となり得る。
【００３４】
次に、ブロック１０６において、通常は、電子光学設計の計算を行い、レンズ電極の口径、厚さ、位置、及び電圧を含む鏡筒の設計と、ブロック１０４において決定された最終的なパターン化ビームのサイズより大きな円形ビームのウエハにおける直径とを定める。例えば、４０ｎｍ正方形ビームが望ましい場合、直径√２×４０ｎｍ≒５６ｎｍの円形ビームが必要であり、このビーム直径により、その後、ブロック１１０では、角隅部を丸めることなく、４０ｎｍ×４０ｎｍの正方形ビームが取得できる。図２Ａ乃至３Ｍは、こうしたプロセスの支援により作成された一般的な電子鏡筒設計を示している。或いは、既存の鏡筒のパラメータを入力し、その後、ブロック１０８で開始されるようにビームパターン限定アパーチャを設計してもよい。
【００３５】
ブロック１０８は、ブロック１０６において作成された鏡筒設計を利用する一連の電子光学設計計算を含み、ビーム限定アパーチャ２１２（図２Ａ参照）における電子線（Ｘ，Ｙ）位置は、ウエハ表面２２１（図２Ａ参照）におけるその終点（Ｘ，Ｙ）と共に記録される。一般には、五組の電子線が、ウエハ上の異なる（Ｘ，Ｙ）位置、即ち、１）軸上（即ち、走査の中心）、２）走査の±１／４幅、及び３）走査の±１／２幅（即ち、軸外で最も遠い走査の両端部）で使用される。このデータは、その後、各組のどの電子線が所望のパターン化高電流密度ビームプロファイル内に入り、各組のどの電子線が所望のパターンから外れるかを、ウエハ上の個別（Ｘ，Ｙ）位置毎に判定するのに使用される。図４Ａ乃至４Ｃは、ウエハ表面２２１における所望のパターンの内部及び外部の二グループへの軌道データの分離を示している。こうした電子線の組は、ウエハ上の五種類の位置のそれぞれに正確に同一の電子線が対応する必要はなく、即ち、ビーム限定アパーチャにおける特定の位置を通過した光線は、ビームが軸上に位置決めされた時に所望のビームプロファイルの内側に到達し、ビームが走査の±１／２幅だけ偏向された時に所望のビームプロファイルの外側に到達する場合もあることに留意されたい。一般に、図４Ａ乃至４Ｃは、ウエハにおけるビームは、図示した全ての場合で円形であり、個別の電子線の位置に小さな変動があることを示しており、これは、ブロック１０６における慎重な鏡筒設計の結果であり、特に、最小限のビーム収差を持ち込むメインフィールド偏向器の設計と、メインフィールド走査全体（この例では±２５μｍ）での軸外収差をほぼ除去する移動式主レンズの使用との結果である。
【００３６】
ブロック１１０では、ブロック１０８からの五組の電子線の交差部分を発見するという次のステップを実行し、この交差部分は、五種類全てのウエハ位置において、所望のパターン化高電流密度ビーム内部に含まれる電子線に対応するものとなる。通常、この一組の電子線は、ブロック１０８における五種類の個別のウエハ位置のそれぞれに対応する最初の五組の電子線の何れかよりも、約１０乃至１５％小さくなる。このプロセスが必要なのは、電子ビーム２２２がメインフィールド偏向器２１３及び２１４により偏向される前に、ビームパターン限定アパーチャに衝突し、したがって、正確に同じ組の照射線がビームパターン限定アパーチャ２１２によりウエハ表面２２１へ透過され、ウエハ表面２２１上のビーム２２２の全ての部分となるためである。
【００３７】
ブロック１１２は、ブロック１１０からの軌道データを使用して、ウエハ上の五種類全ての位置において同時に（即ち、走査全体に亘って）、所望のビームプロファイルに寄与する全ての電子線を透過し、所望のプロファイルの外側に到達する全ての電子線を遮蔽する目的で、理想的な（即ち、物理的に実現できない可能性がある）アパーチャ設計を定める。図６Ａは、ビーム限定アパーチャ２１２における、結果的に生じた透過させるべき電子線を示している。図６Ｂは、ビーム限定アパーチャ２１２における、結果的に生じた遮蔽するべき電子線を示している。
【００３８】
ブロック１１４では、図７Ａ乃至８Ａに示したような実際的なアパーチャ２１２設計を可能にするために、ビームパターン限定アパーチャに対して最終的な変更が施される。結果的なビームパターン限定アパーチャは、二つの要件を満たす必要があり、１）所望のビーム形状内部に含まれるビーム内の荷電粒子の大部分を透過するべきであり、２）所望のビーム形状から外れたビーム内の荷電粒子の大部分の透過を遮蔽するべきである。
【００３９】
次に、ブロック１１６では、図８Ａのアパーチャを使用して、図２Ａの電子鏡筒を通る多数の電子線をトレースすることで、光学系及びアパーチャの設計の精度を試験する。
【００４０】
ブロック１１８は、ブロック１１６において生成された多数の電子線（通常、３００００本超）を組み合わせて、図１０Ａ乃至１２に示したようなビーム電流密度プロファイルを取得する。
【００４１】
最後に、ブロック１２０において、ビーム電流プロファイルのグラフを生成し、対応するガウスビームの電流プロファイルと比較できる。本発明を利用した電子鏡筒により生成されたパターン化ビームでの改善されたエッジの鋭さは、図１６のガウスプロファイルと比較して、図１３乃至１５において確認できる。
【００４２】
図２Ａは、高電流密度パターン化電子ビームを生成するために本発明を利用可能な一般的な電子鏡筒の断面図である。図２Ａは、ビーム２２２及び様々な電極が明瞭に確認できるように、Ｙ軸に沿って拡大している。この鏡筒設計は、図１のブロック１０６において作成されるものを代表している。図示した構成要素は、電子ソースチップ２０１、抽出電極２０２、第一のソースレンズ電極２０３、ビーム制限アパーチャ（ＢＬＡ）２０４、第二のソースレンズ電極２０５、銃取り付けプレート２０６、上部アライメント偏向器／非点補正器２０７、加速組立体２０９、電子ビーム２２２、下部アライメント偏向器２０８、ビームトリミングアパーチャ（ＢＴＡ）２７６、上部ブランカ２７７、下部ブランカ２７８、光学系取り付けプレート２１０、ビーム限定アパーチャ取り付け部２１１、ビームパターン限定アパーチャ（ＰＢＤＡ）２１２、上部メインフィールド偏向器２１３、下部メインフィールド偏向器２１４、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５、焦点１電極組立体２１６、焦点２電極組立体２１７、フィールドフリー管２１８、検出器組立体２１９、電圧コントラストプレート２２０、及び電子ビーム２２２によりリソグラフィを用いてパターン形成中の基板２２１を含む。フィールドフリー管２１８と、検出器組立体２１９と、電圧コントラストプレート２２０との組み合わせは、検出器光学系と呼ばれ、電子ビームリソグラフィの場合、基板上にアライメントマークを画像化するのに使用されることに留意されたい。焦点１電極組立体２１６と、焦点２電極組立体２１７と、フィールドフリー管２１８との組み合わせは、主レンズと呼ばれる。
【００４３】
電子は、ソースチップ２０１と抽出電極２０２との間の電圧差（通常は２５００乃至３５００Ｖ）により誘導した高電場の影響下で、ソースチップ２０１から放出される。光学システムの対称軸近くにある、こうした電子の一部は、電極２０２の孔を通過し、第一のソースレンズ電極２０３に向かって移動する。ビーム制限アパーチャ２０４は、電極２０３の口径内に取り付け、小さな角度内（通常、半角約２．０°）の電子のみを鏡筒へ送り込めるようにする。通常は（０Ｖであるソースチップ２０１と比較して）４３０乃至６４０Ｖの電圧が、電極２０３とビーム制限アパーチャ２０４との両方に印加され、この電位は、第二の集束電極２０５に印加された約５１０Ｖとの組み合わせにより、ビーム２２２を集束させて、銃取り付けプレート２０６を通過する平行ビームにする減速レンズを形成する。上部アライメント偏向器／非点補正器２０７及び下部アライメント偏向器２０８は、光軸（Ｚ軸）に平行なビームトリミングアパーチャ２７６を通して電子ビーム２２２を方向付けるために使用される。上部アライメント偏向器／非点補正器２０７と下部アライメント偏向器２０８との間の加速領域２０９は、ビームのエネルギを５１０ｅＶから５０００ｅＶまで引き上げる。次に、ビーム２２２は、上部ブランカ２７７及び下部ブランカ２７８を通過する。電子ビーム２２２内の一部の電子線は、ビーム限定アパーチャ取り付け部２１１に指示されたビームパターン限定アパーチャ２１２により停止され、他の電子線は、通過して、メインフィールド偏向器２１３及び２１４、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５に到達し、その後、主レンズに入る。主レンズは、ビーム２２２を基板表面２２１へ集束させる（同様の電子鏡筒設計の詳細な説明は、出典を明記することで本願明細書の一部とする、米国特許第６，７３４，４２８Ｂ２号に記載される）。
【００４４】
図示した鏡筒設計は、例示のみを目的としており、本発明の方法により生成されたビームパターン限定アパーチャは、当業者に周知の多数の鏡筒設計において採用し得る。
【００４５】
図２Ｂは、高電流密度パターン化電子ビームを生成するために本発明を採用できる一般的な電子鏡筒の底部の断面図である。図示した構成要素は、ビーム限定アパーチャ取り付け部２１１、ビームパターン限定アパーチャ２１２、上部メインフィールド偏向器２１３、下部メインフィールド偏向器２１４、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５、焦点１電極組立体２１６、焦点１支持電極２３０、焦点１八極子電極２３１乃至２３８、焦点２電極組立体２１７、焦点２支持電極２４０、焦点２八極子電極２４１乃至２４８、フィールドフリー管２１８、検出器組立体２１９、電圧コントラストプレート２２０、及び位置２５０において基板表面２２１に衝突する電子ビーム２２２によりリソグラフィを用いてパターン形成中の基板２２１を含む。
【００４６】
各図に示した電子線は、ＳＩＭＩＯＮ  ３Ｄ，ｖｅｒ．６．０（アイダホ国立工学環境研究所のＤｖｉｄ  Ｄａｈｌが開発した荷電粒子線追跡プログラム）を用いて計算した。
【００４７】
図３Ａは、ソースチップ２０１を離れた電子線の一対の図であり、電子線の初期分布が「層状」である様子、即ち、互いに交差することなく、電子線がチップ２０１から散開する均一な分布を有することを示している。図（ａ）は、ソースチップ２０１と、抽出電極２０２と、第一のソースレンズ電極２０３と、ビーム制限アパーチャ２０４と、ビーム２２２との側面断面図であり、ソースチップ２０１から現れた３０°に開いたビームの半角を示している。ビーム２２２の軸方向断面を位置３０１において取り出している。光軸は、Ｚ軸３１０に平行で、Ｙ軸３２０に直交する。
【００４８】
位置３０１におけるビーム２２２の軸方向断面は、電子線切片３０２を含めて（ｂ）に示す。Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０は、共に光軸３１０に直交する。電子線切片３０２のそれぞれは、Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０に対応するグリッド上で均一に分離しているのが確認できる。ビーム２２２の電子線は、基板表面２２１までのほぼ全道程において、この層流の性質を保持する。
【００４９】
ビームパターン限定アパーチャ２１２について本明細書で説明した設計は、各電子線が明確な量の電流を表すという仮定に頼っている。この電流の計算は次の通りである。
【００５０】
ＩS＝ビームパターン限定アパーチャ２１２を照射するのに使用される放射立体角度（一般には半角０．４°乃至１．５°、本例では０．８°――通常、ＩSは１００μＡ／ｓｒ乃至５００μＡ／ｓｒ超）におけるソース角強度
δ＝電子線３０２間のＸ軸３１９及びＹ軸３２０に沿った角度増分（一般には、０．０４°乃至０．１５°、本例では、δ＝０．０８°）
ω＝各電子線３０２によりδ＝０．０８°に対して定められる立体角度
＝［δ（π／１８０°）］2＝１．９５×１０-6ｓｒ
Ｉray302＝Ｉsω（５００μＡ／ｓｒ）（１．９５×１０-6ｓｒ）＝各電子線３０２に対して０．９８ｎＡ
【００５１】
この計算は、ビームパターン限定アパーチャ２１２を照射する正方形ビーム（図３Ｇの電子線３０６を含む）を生成するのに使用された放射角度範囲に亘って、角強度が均一であるという暗黙の仮定を含む。ショットキ熱電界エミッタの例では、一般に、角度放出分布の中心（即ち、軸上）部分において角強度が非常に均一であるため、この仮定は有効である。この仮定が無効な電子ソースでは、ここで説明したビームパターン限定アパーチャの設計方法は、ソースチップ２０１での各電子線３０２の初期角度に応じた異なるＩray302の値を考慮に入れて修正できる。
【００５２】
図３Ｂは、上部アライメント偏向器／非点補正器２０７における電子線を示す一対の図である。図（ａ）は、銃取り付けプレート２０６と、上部アライメント偏向器／非点補正器２０７と、ビーム２２２との側面断面図である。
【００５３】
位置３０３におけるビーム２２２の軸方向断面を（ｂ）に示す。ビーム２２２は、上部アライメント偏向器／非点補正器２０７内で中心に位置する。上部アライメント偏向器／非点補正器２０７の八個の八極子電極２６０乃至２６７を図示している。電圧を八個の電極２６０乃至２６７に印加して、回転可能な双極子電場を生成し、ビーム２２２を偏向させ得る。加えて、電圧を八個の電極２６０乃至２６７に印加して、回転可能な四極子場を生成し、上部鏡筒においてビーム２２２の非点補正を行う。電子線切片３０４は、平均エネルギでソースチップ２０１を離れる電子に対応する。電子線切片３０４のそれぞれは、図３Ａの対応する電子線切片３０２と殆ど同じ相対位置を互いに維持した状態で、Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０に略対応するグリッド上で均一に分離しているのが確認できる。
【００５４】
図３Ｃは、下部アライメント偏向器２０８における電子線を示す一対の図である。図（ａ）は、下部アライメント偏向器２０８と、ビームトリミングアパーチャ２７６と、上部ブランカ２７７と、ビーム２２２との側面断面図である。位置３９８におけるビーム２２２の軸方向断面を（ｂ）に示す。ビーム２２２は、下部アライメント偏向器２０８内で中心に位置する。下部アライメント偏向器／非点補正器２０８の八個の八極子電極２６８乃至２７５を図示している。電圧を八個の電極２６８乃至２７５に印加して、回転可能な双極子電場を生成し、ビーム２２２を偏向させ得る。電子線切片３９９は、平均エネルギでソースチップ２０１を離れる電子に対応する。電子線切片３９９のそれぞれは、図３Ａの対応する電子線切片３０２と殆ど同じ相対位置を互いに維持した状態で、Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０に略対応するグリッド上で均一に分離しているのが確認できる。
【００５５】
図３Ｄは、ビームトリミングアパーチャ２７６直上の電子線を示す一対の図であり、図３Ａ乃至３Ｂに示した角度の初期層状分布が鏡筒を更に進んだ位置でほぼ保持された様子を示す。図（ａ）は、ウエハ２２１において３０ｎｍビームとなる場合におけるビームトリミングアパーチャ２７６直上のビーム２２２を示し、第一のソースレンズ電極２０３及びビーム制限アパーチャ２０４に印加される電圧は、一般に約６４０Ｖである。この場合、ビーム２２２の外部電子線は、ビーム制限アパーチャ２０４により透過された最大２．０°の半角に対応し、中心正方形（Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０に沿ったソースチップ２０１における半角±０．４５°内の角度に対応する）内の電子線のみが、鏡筒の更に先へと透過される。中心正方形の外部の電子円は、ビームトリミングアパーチャ２７６により遮蔽される。ビームトリミングアパーチャは、ビームパターン限定アパーチャ２１２における正方形のビーム断面を形成するために正方形であり、これは、以下において更に詳細に説明するように、ウエハ表面２２１におけるパターン化ビーム内の線量の適切な制御に必要となる。
【００５６】
図３Ｄの図（ｂ）は、ウエハ２２１において１２０ｎｍビームとなる場合におけるビームトリミングアパーチャ２７６直上のビーム２２２を示し、第一のソースレンズ電極２０３及びビーム制限アパーチャ２０４に印加される電圧は、一般に約４３０Ｖである。ビーム２２２の外部電子線は、ビーム制限アパーチャ２０４により透過された最大２．０°の半角に対応し、中心正方形（Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０に沿ったソースチップ２０１における半角±１．５°内の角度に対応する）内の電子線のみが、鏡筒の更に先へと透過される。
【００５７】
図３Ｅは、ビームブランカ近辺及び内部での鏡筒を示す一対の図である。図（ａ）は、下部アライメント偏向器２０８と、ビームトリミングアパーチャ２７６と、上部ブランカ２７７と、下部ブランカ２７８と、光学系取り付けプレート２１０と、ビーム限定アパーチャ取り付け部２１１と、ビームパターン限定アパーチャ２１２と、ビーム２２２との側面断面図である。上部ブランカ２７７の中心にある位置３９５におけるビーム２２２の軸方向断面を（ｂ）に示す。電子線切片３９４は、平均エネルギでソースチップ２０１を離れる電子に対応する。電子線切片３９４のそれぞれは、図３Ａの対応する電子線切片３０２とほぼ同じ相対位置を互いに維持した状態で、Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０に略対応するグリッド上で均一に分離しているのが確認できる。ビーム２２２をブランキングするために、通常は±１．７Ｖ＋５０００Ｖの範囲の電圧を、ブランカプレート２８０及び２８２に印加する。プレート２８０及び２８２間の３．４Ｖの差は、図３Ｅ（ａ）に示したように電子ビーム２２２を曲げて光（Ｚ）軸３１０から離す、Ｙ軸３２０に平行な横電場を生成する。プレート２８１は、プレート２８０及び２８２間の隙間において均一な電場を確保するために、常に共通モードの電圧５０００Ｖに維持される。
【００５８】
図３Ｆは、下部ブランカ２７８の中心にある位置３９３におけるビーム２２２の軸方向断面を示す。電子線切片３９２は、平均エネルギでソースチップ２０１を離れる電子に対応する。電子線切片３９２のそれぞれは、図３Ａの対応する電子線切片３０２とほぼ同じ相対位置を互いに維持した状態で、Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０に略対応するグリッド上で均一に分離しているのが確認できる。ビーム２２２をブランキングするために、通常は±１．５４Ｖ＋５０００Ｖの範囲の電圧を、ブランカプレート２８３及び２８５に印加する。プレート２８３及び２８５間の３．０８Ｖの差は、Ｙ軸３２０に平行且つ上部ブランカ２７７内の電場から反対の方向に横電場を生成し、図３Ｅ（ａ）に示したように電子ビーム２２２を光（Ｚ）軸３１０方向へ曲げる。プレート２８４は、プレート２８３及び２８５間の隙間において均一な電場を確保するために、常に共通モードの電圧５０００Ｖに維持される。上部２７７及び下部２７８ブランカの複合偏向効果は、ビームが依然として光（Ｚ）軸上の仮想源から来るように見える形で、ビーム２２２を軸外へ、ビームパターン限定アパーチャ２１２に向けて偏向させることであり、これにより、ソースチップ２０１とウエハ表面２２１との間の鏡筒において実際に交差が存在しなくとも、共役ブランキングが確保される。中間の交差を回避することの利益は、鏡筒を進むビーム２２２の大きな直径がクーロン（空間荷電）ビームの広がりを大幅に減少させ、これにより、ウエハ表面２２１におけるビームエッジの鋭さを高めることである。
【００５９】
図３Ｇは、ビーム限定アパーチャ２１２直上の一対のビーム２２２を示しており、図３Ａ乃至３Ｂに示した角度の初期層状分布が鏡筒を更に進んだ位置でほぼ保持された様子を示す。上部正方形ビーム３０５は、図３Ｅ（ａ）に示したブランキングされたビームに対応しており、ビームパターン限定アパーチャ２１２の開口部から完全に離れた位置に偏向されているため、電子線はウエハ表面２２１へ全く透過されない。電子線３０６は、下部（非ブランキング）正方形ビーム内に図示されている。ビームパターン限定アパーチャ２１２の開口部を通過するこれらの電子線は、ウエハ表面２２１へ透過され、図２Ｂの位置２５０において高電流密度正方形ビームを形成する。
【００６０】
正方形のビームトリミングアパーチャ２７６の目的は、図３Ｇにおいて確認可能であり、ブランキング時間を最小化するために、ビームパターン限定アパーチャ２１２におけるビームサイズを可能な限り小さくする必要がある。更に、ビームは、正方形断面を有し、ビームがビームパターン限定アパーチャ（ＰＢＤＡ）２１２（図２２参照）を掃射する際に、ＰＢＤＡ２１２の開口部における各位置が同じ時間量だけ照射されるようにする必要がある。これは、ビーム断面が正方形である場合のみ可能となる。ウエハ表面２２１において可能なあらゆるビームサイズに対して、ＰＢＤＡ２１２における正方形の照射ビームは、図３Ｄの図（ａ）及び（ｂ）に示した外部ビームの直径（チップ２０１における半角２°に対応）のサイズが大きく変化しても、ほぼ図３Ｇの図（ａ）及び（ｂ）に示したサイズである。ビームトリミングアパーチャ２７６が無ければ、ＰＢＤＡ２１２に照射するビーム直径は、同様の広範なサイズ範囲を示し、ウエハ表面２２１でのビームサイズが小さいものに対して、ブランキング時間が非常に長くなる。
【００６１】
図（ｂ）は、ウエハ表面２２１において３０ｎｍ正方形ビームである場合のビームパターン限定アパーチャ（ＰＢＤＡ）２１２のビーム２２２断面の近接図である。ウエハ２２１において４０ｎｍ乃至１２０ｎｍの大きなビームサイズに対して、ＰＢＤＡ２１２での正方形ビームは、図（ｂ）よりも僅かに小さく、そのため、３０ｎｍ乃至１２０ｎｍの正方形ビームに対して、ビームトリミングアパーチャ２７６は、ＰＢＤＡ２１２における正方形ビームを、最大帯域幅のブランキングにとってほぼ最適な（最小の）サイズに維持する。
【００６２】
図３Ｈは、上部メインフィールド偏向器２１３の中心における電子線３３０の図である。図３Ａ乃至３Ｂに示した角度の初期層状分布は、鏡筒を更に進んだ位置でほぼ保持されている。ここでビーム断面は、ビームパターン限定アパーチャ２１２の開口部の画像を保持していることに留意されたい。
【００６３】
２１３及び２１４を備えるメインフィールド偏向器の目的は、次の通りである。
【００６４】
（１）Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０の両方における小さな（約±２μｍ）ウエハステージ位置誤差を補正すること。
【００６５】
（２）Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０の両方における鏡筒位置の小さな（約±２μｍ）機械的誤差を補正すること。
【００６６】
（３）Ｘ軸３１９のみに沿って描画の対象となる特定のサブフィールドの中心にビームを位置決めすること（少なくとも±２５μｍまでの偏向）。
【００６７】
こうした全ての要件は、比較的、帯域幅が低いが、Ｘ軸３１９に沿った大きな（例えば、±２５μｍ）軸外偏向を有しても、メインフィールド偏向器がビーム内に収差を誘発しないことが求められる。Ｙ軸３２０の偏向は小さいため、大きなＸ偏向と小さなＹ偏向に最適化された偏向器設計を、図示したような上部２１３及び下部２１４の両方のメインフィールド偏向器に使用する。最大のＸ軸３１９偏向の場合に対する一般的に上部メインフィールド偏向器２１３の電圧は、次の通りである（共通モード電圧５０００Ｖに対するもの）。
【００６８】
【表１】
2009531855.tif 000003
【００６９】
この例において、電極４００１乃至４００９及び電極４０１２乃至４０２０は、最小の偏向収差に必要となる均一なＸ方向電場を保持する働きをする電極４０１０、４０１１、４０２１、及び４０２２と共に、二枚の平行なプレートの役割を果たす。一組の静電等電位線４０２５を、４９９７．５Ｖ乃至５００２．５Ｖで０．５Ｖ毎に図示しており、偏向収差を最小化する、電場内の高度な均一性に留意されたい。純粋なＹ軸３２０偏向の場合、電極４００９乃至４０１２及び４００１、４０２０乃至４０２２は、均一なＹ方向電場を保持する働きをする電極４００２乃至４００８及び４０１２乃至４０１９と共に、二枚の平行なプレートの役割を果たす。メインフィールド偏向器２１３及び２１４は、Ｘ軸３１９に平行な非常に大きな偏向に最適化されているため、偏向器２１３及び２１４の設計は対称であり、±２５μｍのＸ偏向に必要な高いＸ軸３１９の電場強度における電場均一性を保持するために、Ｙ軸に沿って大きな幅を有する。必要な±１μｍのＹ偏向に対して、必要とされる電場強度は遙かに低いため、電場均一性の度合の減少が許容される。平行プレート偏向器の設計の態様は、当業者に周知である。
【００７０】
図（ｂ）は、電極４００１乃至４０２２のそれぞれに電圧を接続するために可能な方法を示す。電極４００４乃至４００６及び４０１５乃至４０１７は、概略を簡素化するために省略している。隣接電極の各対は、値Ｒの抵抗器４０３５により接続される。こうした抵抗器は、図示したように、駆動信号Ｖ+X+Y４０３１、Ｖ-X+Y４０３２、Ｖ-X-Y４０３３、Ｖ+X-Y４０３４間に四つの直線分圧器を形成する。したがって、２２個の電極４００１乃至４０２２を制御するのに必要な駆動信号は四つのみとなる。抵抗器４０３５の値Ｒは、四つの駆動信号４０３１乃至４０３４と内部電極４００４乃至４００６及び４０１５乃至４０１７等との間のＲＣ時間遅延が最小になるように、十分に低く維持する必要があるが、しかしながら、Ｒの値は、過剰な電力損失（Ｖ2／Ｒとなり、ここでＶ＝偏向電圧）が生じるほどに低くしてはならない。電極４００１乃至４０２２との接続に対するキャパシタンスＣを最小化するために、抵抗器４０３５を、恐らくは真空エンクロージャ内において、可能な限り鏡筒組立体に近づけて取り付けることが望ましいが、しかしながら、真空エンクロージャ内では、対流冷却の欠如のため放熱が困難であり、結果として、過剰なＲＣ遅延を回避すると同時にＲを可能な限り大きくして、抵抗器Ｒ４０３５内での電力損失を最小化する必要がある。
【００７１】
図３Ｉは、下部メインフィールド偏向器２１４の中心における電子線３３１の図である。図３Ａ乃至３Ｂに示した角度の初期層状分布は、ＰＢＤＡ２１２の開口部の像と共に、鏡筒を更に進んだ位置でほぼ保持されている。下部メインフィールド偏向器２１４の電極４１０１乃至４１２２の差動電圧（共通モード電圧５０００Ｖを無視）は、上部メインフィールド偏向器２１３の対応する電極４００１乃至４０２２における電圧と常に大きさが等しく、極性が反対となる。一組の静電等電位線４１２５を、４９９７．５Ｖ乃至５００２．５Ｖで０．５Ｖ毎に図示している。Ｘ軸３１９は、ウエハ表面２２１上において通常光軸から少なくとも±２５μｍである、ビーム２２２の大きな偏向方向に対応する。ステージの移動方向は、Ｙ軸３２０に平行である（後続のウエハ走査毎に交互に＋Ｙ及び−Ｙ方向――図２７Ｂ参照）。通常、Ｚ軸３１０に沿った電極４１０１乃至４１２２の長さは、同一であり、上部メインフィールド偏向器２１３の電極４００１乃至４０２２の長さと等しい。上部及び下部メインフィールド偏向器２１３及び２１４の長さが等しく、印加される電極電圧の大きさが等しく極性が反対であるため、組み合わせた結果として、ビーム２２２は光軸３１０を外れて偏向され、光（Ｚ）軸３１０に平行な状態に復帰する。
【００７２】
図３Ｊは、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５の中心における電子線３３２の軸方向断面図であり、図３Ａ乃至３Ｂに示した角度の初期層状分布が、ＰＢＤＡ２１２の開口部の画像と共に、鏡筒を更に進んだ位置で保持された様子を示している。サブフィールド偏向器／非点補正器２１５は、二つの機能を組み合わせており、
【００７３】
（１）偏向器（即ち、回転可能な双極子の励起による）として、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５は、Ｘ方向３１９及びＹ方向３２０の両方で±１μｍまでビーム２２２を走査し、２μｍ正方形サブフィールドをカバーするのに使用され、
【００７４】
（２）非点補正器（即ち、回転可能な四極子の励起による）として、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５は、鏡筒の他の要素により誘導された非点収差を補正する。
【００７５】
ビーム２２２は、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５内では、上部及び下部メインフィールド偏向器２１３及び２１４における複合ビーム偏向により中心を外れている。サブフィールド偏向器／非点補正器２１５の電極は、図示したように従来の八極子構成で配置される。通常、Ｚ軸３１０に沿った八極子電極２２３乃至２３０の長さは同一であり、偏向及び非点補正電圧は、次の通りである（共通モード電圧５０００Ｖは記載せず）。
【００７６】
【表２】
2009531855.tif 000004
【００７７】
±１μｍより小さなビーム偏向では、表の電圧は、直線的に増減する。複合ＸＹ偏向では、当業者に周知であるように、所望のＸ及びＹ偏向に対応する適切なスケーリング係数を用いて中央の二列の電圧を直線的に追加する。非点補正器電圧は、軸外偏向の二乗に比例して変化する傾向にあり、各電極２２３乃至２３０のそれぞれのＸＹ偏向電圧に追加される。
【００７８】
図３Ｋは、焦点１電極組立体２１６内部の電子線３３３の軸方向断面図である。図３Ａ乃至３Ｂに示した角度の初期層状分布は、ＰＢＤＡ２１２の開口部の像と共に、鏡筒を更に進んだ位置でほぼ保持されている。焦点１電極組立体２１６は、電極組立体２１６、２１７、及びフィールドフリー管２１８を備える主レンズ組立体の一部である。主レンズ組立体は、ビーム２２２をウエハ表面２２１に集束させるために使用する。ビーム２２２は、上部及び下部メインフィールド偏向器２１３及び２１４での複合ビーム偏向のため、焦点１電極組立体２１６内部において（＋Ｘ方向へ）中心を外れて図示されている。焦点１電極組立体２１６は、（１）大きな円筒状ＩＤを有する支持電極２３０（図２Ｃ参照）と、（２）光（Ｚ）軸に平行な非常に短い電極長と支持電極２３０より小さいＩＤとを有する従来の静電八極子を形成する電極２３１乃至２３８とを備える。八極子２３１乃至２３８の双極子静電励起は、ビーム２２２と同心の焦点１電極組立体２１６の有効軸線を維持するために、上部２１３及び下部２１４メインフィールド偏向器の励起に比例して変化させる。
【００７９】
＋２５μｍのＸ方向の偏向に対する一般的な電極励起電圧は、次の通りである（５０００Ｖの共通モード電圧を記載）。
【００８０】
【表３】
2009531855.tif 000005
【００８１】
上記の表に示した個々の値は、図２３において説明した手順により理論的に決定した。
【００８２】
図３Ｌは、焦点２電極組立体２１７内部の電子線３３４の軸方向断面図である（縮尺は図３Ｋより大きい）。図３Ａ乃至３Ｂに示した角度の初期層状分布は、ＰＢＤＡ２１２の開口部の像と共に、鏡筒を更に進んだ位置で保持されている。ビーム２２２は、上部及び下部メインフィールド偏向器２１３及び２１４での複合ビーム偏向のため、焦点２電極組立体２１７内部において（＋Ｘ方向へ）中心を外れて図示されている。焦点２電極組立体２１７における電極２４１乃至２４８の双極子励起電圧を適切に設定することで、焦点２電極組立体２１７を離れるＸＹビーム位置は、焦点１電極組立体２１６に入るＸＹビーム位置と同じになる。焦点２電極組立体２１７は、（１）大きな円筒状ＩＤを有する支持電極２４０（図２Ｃ参照）と、（２）光（Ｚ）軸に平行な非常に短い電極長と支持電極２４０より小さいＩＤとを有する従来の静電八極子を形成する電極２４１乃至２４８とを備える。八極子２４１乃至２４８の双極子静電励起は、ビーム２２２と同心の焦点２電極組立体２１７の有効軸線を維持するために、上部及び下部メインフィールド偏向器２１３及び２１４の励起に比例して変化させる。
【００８３】
電極２４０乃至２４８の共通モード電圧は、所望の特定の正方形ビームサイズに対する軸上の集束要件により決定される。一般的な集束電圧は、次の通りである。
【００８４】
【表４】
2009531855.tif 000006
【００８５】
＋２５μｍのＸ方向の偏向に対する一般的な電極励起電圧は、次の通りである（４０ｎｍビームに対する５００７．４Ｖの共通モード電圧を記載）。
【００８６】
【表５】
2009531855.tif 000007
【００８７】
上記の表に示した個々の値は、図２３において後述する手順により理論的に決定した。電子線切片３３４のそれぞれは、図３Ａの対応する電子線切片３０２とほぼ同じ相対位置を互いに維持した状態で、Ｘ軸３１９及びＹ軸３２０に略対応するグリッド上で均一に分離している
【００８８】
図３Ｍは、フィールドフリー管２１８内部の電子線３３５の軸方向断面図である。図３Ａ乃至３Ｂに示した角度の初期層状分布は、ＰＢＤＡ２１２の開口部の画像と共に、ほぼ保持されている。ビーム２２２は、上部及び下部メインフィールド偏向器２１３及び２１４での複合ビーム偏向のため、フィールドフリー管２１８内部において（＋Ｘ方向へ）中心を外れて図示されている。焦点１電極組立体２１６の電極２３０乃至２３８及び焦点２電極組立体２１７の電極２４０乃至２４８において電圧を適切に設定することで、フィールドフリー管２１８に入るＸＹビーム位置は、焦点１電極組立体２１６に入るＸＹビーム位置とほぼ同じになる。フィールドフリー管２１８の入り口には、焦点２組立体２１７とフィールドフリー管２１８との間での電場の侵入により生じる発散加速レンズが存在し、この発散レンズは、ウエハにおけるビーム偏向を、主偏向器２１３及び２１４によるものに対して、一般に２５％増加させる。ここで、ビーム２２２は、主レンズの集束効果のため、焦点１電極組立体２１６の入口より直径が大幅に小さいことに留意されたい。
【００８９】
上記のような「移動レンズ」の使用は、二つの重要な利点を有する。
【００９０】
１）ビームは常にレンズフィールドの対称軸上に存在するため、全ての軸外収差が、幾何収差（コマ、非点収差、像面の湾曲、歪み）及び色収差（倍率の変化）の両方において、本質的に除去される。
【００９１】
２）ウエハ表面に衝突するビームは常にテレセントリックに走査され、即ちウエハ表面に対して垂直になり、これにより焦点深度が改善される。
［ビーム限定アパーチャの位置に関する考慮事項］
【００９２】
本発明におけるビーム限定アパーチャ２１２の位置は、基板表面２２１におけるビームパターン形成プロセスの有効性を決定する上で重要な考慮事項である。以下の鏡筒内の位置を考慮し得る。
１．ソースチップ２０１近傍
【００９３】
図３Ａは、ソースチップ２０１近傍でのビーム２２２のプロファイルの図である。ビーム２２２内の電子線切片３０２の均等間隔の分布を明瞭に確認できる。位置３０１において、ビーム２２２はチップに非常に近く、理想的な均等間隔の角分布から逸脱する時間が殆ど無いため、球面収差又は色収差による何らかの影響は最小となる。球面収差は、外側の電子線を光（対称）軸に向けて曲げ戻す傾向を有し、外側の電子線の間隔が内側の電子線より狭くなる形で現れる。色収差は、低エネルギ電子を高エネルギ電子から放射状に分離させる傾向を有する。ビーム限定アパーチャ２１２をソースチップ２０１近傍に位置決めすることの欠点は、アパーチャに衝突する電子が後方散乱してソースチップ２０１に衝突し、加熱及びガス放出が生じることである。
２．加速カラム２０９の最上部
【００９４】
図３Ｂは、加速カラム２０９の最上部におけるビームプロファイルを示す。この位置（位置３０３）において、ビーム２２２内の電子線切片３０４は、依然として均等に分離されており、ソースレンズ（電極２０２、２０３、２０４、及び２０５を含む）による球形及び色収差は、依然として最小である。
３．主偏向器の直上
【００９５】
図２Ｂは、ビーム限定アパーチャ２１２の第三の可能な位置を示しており、これは、本明細書記載の実施形態用に選択した位置である。ビーム限定アパーチャ２１２を位置３に配置することの主な利点は、鏡筒の光学アライメントに関する。ビームトリミングアパーチャ２７６を加速カラム２０９の底部に配置することで、ビーム限定アパーチャ２１２を通過させて、メインフィールド偏向器２１３及び２１４と、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５と、主レンズとを含む鏡筒の下部へビームを方向付ける目的で、アライメント偏向器２０７及び２０８の励起を設定するのを支援するために使用できる。主レンズを介したビームの適切なアライメントは、基板表面２２１において適切なパターン化ビームを得る上で重要である。
【００９６】
注：ビーム限定アパーチャが配置される鏡筒内の地点における電子ビームエネルギは、発生する可能性のあるアパーチャの加熱の量を決定する要素となる。アパーチャの加熱は、ビーム限定アパーチャの位置を決定する際に考慮するべきである。
［ビーム限定アパーチャの配置の最適化に関する別の考慮事項］
【００９７】
図１に示したプロセスにおいて使用し得る最適化プロセスを、鏡筒内のビーム限定アパーチャの様々な位置に対して反復する。これにより、基板におけるビームプロファイル及び電流密度分布とビーム限定アパーチャの設計とを各位置に対して生成する。最善の位置は、更に以下を考慮して決定する。
【００９８】
ａ）基板におけるビームプロファイル
ｂ）基板におけるビーム電流密度
ｃ）ビーム限定アパーチャの製造可能性
【００９９】
図４Ａは、図２Ａの鏡筒へのビームパターン限定アパーチャ２１２の挿入前に、図１のブロック１０８において生成されるものを代表する、光軸を中心とした基板２２１表面における計算円形ビームプロファイルを示している。ビーム２２２の断面は、Ｘ４０１及びＹ４０２の二本の軸線に対するグラフにしている。所望のパターン化ビーム形状４０３は、ここでは正方形として図示されているが、任意の実際的な形状を有することが可能であり、ビーム断面に重ねられている。電子線４０４は、所望の形状４０３の外部に到達し、一方、電子線４０５は、所望の形状４０３の内部に到達している。電子線４０４及び４０５のそれぞれについて、ビーム限定アパーチャ２１２におけるＸＹ座標を、ここに示したウエハ表面２２１における対応するＸＹ座標と共に記録する。
【０１００】
図１のブロック１０８における計算は、図示した（正方形）パターン４０３の角隅部において、ほんの僅かな電子線が失われた状態で、所望のビームパターン４０３を丁度取り囲むように円形ビームの直径を調整している。これにより、ソースチップ２０１からの放出電流の使用において最大の効率が確保されるため、基板２２１におけるビーム２２２の電流密度が最大化される。図示した例において、所望のビームパターン４０３は、４０ｎｍの正方形であり、円形ビームの直径は、正方形ビームパターン４０３の対角間の距離に対応する√２×４０ｎｍ≒５６ｎｍより僅かに大きくなるように調整されている。
【０１０１】
図４Ｂは、図２Ａの鏡筒へのビームパターン限定アパーチャ２１２の挿入前に、図１のブロック１０８において生成されるものを代表する、光（Ｚ）軸から中心が＋１２．５μｍ外れた基板２２１表面における計算円形ビームプロファイルを示している。ビーム２２２の断面は、Ｘ４０６及びＹ４０２の二本の軸線に対するグラフにしており、図４Ａと同じＹ軸４０２を使用しているが、＋１２．５μｍのＸ偏向のため、Ｘ軸４０６のＸ＝０をＸ軸４０１のＸ＝＋１２．５μｍに対応させて、異なるＸ軸４０６を定めている。所望のパターン化ビーム形状４０３は、正方形として図示されており、図４Ａと同じである。電子線４０７は、所望の形状４０３の外部に到達し、一方、電子線４０８は、所望の形状４０３の内部に到達している。電子線４０７及び４０８のそれぞれについて、ビーム限定アパーチャ２１２におけるＸＹ座標を、ここに示したウエハ表面２２１における対応するＸＹ座標と共に記録する。
【０１０２】
光学鏡筒の設計は、図示したように＋１２．５μｍ軸外に偏向された場合でも、ビームがほぼ同じ直径の円形を維持することを保証する必要がある。これは、ビームが光軸近くにある時のように、軸外に偏向された場合に、同じビームサイズ及び電流密度を達成するために重要である。更に、ここで図示した所望のパターン４０３の内部に到達する一組の電子線４０８が、図４Ａの所望のパターン４０３の内部に到達する一組の電子線４０５に必ずしも対応しない点に留意することも重要である。これは、光学鏡筒の軸外幾何収差によるものである。
【０１０３】
図４Ｃは、図２Ａの鏡筒へのビームパターン限定アパーチャ２１２の挿入前に、図１のブロック１０８において生成されるものを代表する、光（Ｚ）軸から中心が＋２５μｍ外れた基板２２１表面における計算円形ビームプロファイルを示している。ビーム２２２の断面は、Ｘ４０９及びＹ４０２の二本の軸線に対するグラフにしており、図４Ａ及び４Ｂと同じＹ軸４０２を使用しているが、＋２５μｍのＸ偏向のため、Ｘ軸４０９のＸ＝０をＸ軸４０１のＸ＝＋２５μｍに対応させて、異なるＸ軸４０６を定めている。所望のパターン化ビーム形状４０３は、正方形として図示されており、図４Ａ及び４Ｂと同じである。電子線４１０は、所望の形状４０３の外部に到達し、一方、電子線４１１は、所望の形状４０３の内部に到達している。電子線４１０及び４１１のそれぞれについて、ビーム限定アパーチャ２１２におけるＸＹ座標を、ここに示したウエハ表面２２１における対応するＸＹ座標と共に記録する。
【０１０４】
光学鏡筒の設計は、図示したように＋２５μｍ軸外に偏向された場合でも、ビームがほぼ同じ直径の円形を維持することを保証する必要がある。これは、ビームが光（Ｚ）軸近くにある時のように、軸外に最大距離の偏向が生じた場合に、同じビームサイズ及び電流密度を達成するために重要である。更に、図４Ａに示した所望のパターン４０３の内部に到達する一組の電子線４１１が、図４Ａの所望のパターン４０３の内部に到達する一組の電子線４０５、或いは、図４Ｂの所望のパターン４０３の内部に到達する一組の電子線４０８に必ずしも対応しない点に留意することも重要である。これは、光学鏡筒の軸外幾何収差によるものである。
【０１０５】
図５は、図２Ａの鏡筒へのビームパターン限定アパーチャ２１２の挿入後、ブロック１０８乃至１１０において生成されるものを代表する、光軸を中心とした基板２２１表面における計算正方形ビームプロファイルを示している。ビーム２２２の断面は、Ｘ４０１及びＹ４０２の二本の軸線に対するグラフにしている。全ての電子線５０５が、図４Ａに示した所望のパターン化ビーム形状４０３の内部に入っている。
【０１０６】
ブロック１１０の計算により、次の五組の電子線の交差部分が決定されていることに留意されたい。
【０１０７】
１）図４Ａの一組の電子線４０５（偏向無しに対応）
２）図４Ｂの一組の電子線４０８（＋１２．５μｍのＸ偏向に対応）
３）図４Ｃの一組の電子線４１１（＋２５μｍのＸ偏向に対応）
４）ウエハ表面２２１においてＹ軸を中心に鏡像化した（Ｘ座標を反転した）図４Ｂの一組の電子線４０８（これにより−１２．５μｍのＸ偏向に対応するデータが生成される。これによりビーム限定アパーチャ２１２における電子線も鏡像化される点に留意されたい）
５）ウエハ表面２２１においてＹ軸を中心に鏡像化した（Ｘ座標を反転した）図４Ｃの一組の電子線４１１（これにより−２５μｍのＸ偏向に対応するデータが生成される）
【０１０８】
こうした五組の交差部分は、五つの個別の組の何れかより、一般に５乃至１０％小さい。これは、元の円形ビームプロファイルを歪ませる軸外幾何収差のためである。図１のブロック１０８における光学設計プロセスの目標は、軸外幾何収差を最小化し、これにより、上記五組の電子線の交差部分のサイズを最大化することである。図５に示した一組の電子線５０５は、この効果の結果として生じた、図４Ａの一組の電子線４０５のサブセットである。この特定の例において、一組の電子線４０５は、２３７の構成要素を有する一方、一組の電子線５０５は、２２３の構成要素を有しており、５．９％減少している。
【０１０９】
図６Ａは、図５の電子線５０５に対応して、ビーム限定アパーチャ２１２においてウエハへ透過されるべき理想的な電子線６０５、６０６、及び６０７の集合のグラフである。これは、図１のブロック１１２において作成された理想的なアパーチャ設計の結果である。−４０μｍ＜Ｘ＜＋４０μｍ及び−４０μｍ＜Ｙ＜＋４０μｍを満足させるＸＹ座標を有する領域内にある中心の組の電子線６０５は、ソースチップ２０１における光軸との角度が小さいものに対応するため、球面収差が最も少ない電子線に対応する。Ｘ＜−４０μｍ、Ｘ＞＋４０μｍ、Ｙ＜−４０μｍ、及び／又はＹ＞＋４０μｍである外側の組の電子線６０６は、一次光学系では所望のビームプロファイル４０３から外れるとしても、電子線を所望のビームプロファイル４０３へと「折り曲げて」重ねる、大きな球面収差を受ける電子線に対応する。Ｙ軸６０２と平行に、二つの孔が電子線の分布内に存在することに留意されたい。Ｘ軸６０１と平行に、別の二つの孔６０４が電子線の分布内に存在する。これら四つの孔６０３及び６０４は、所望のビームプロファイル４０３から外れる電子線（４０４、４０７、又は４１０等）に対応する。Ｙ軸６０２及びＸ軸６０１の対角線に沿って、電子線は全て透過されており、これは、対角寸法に沿って、所望のサイズのビーム形状４０３に元の（円形）ビームプロファイルを慎重に一致させた結果である。孔６０３及び６０４は、ビーム２２２に対して不透明であるビームパターン限定アパーチャ２１２の領域、即ち、ソリッドパターンに対応する。しかしながら、図６Ａにおいて確認できるように、こうしたソリッドパターンは、ビーム限定アパーチャ２１２の外部から分離されているため、物理的に実現できない。電子線６０７は、図８Ａに示したような実際的なアパーチャ設計を達成するために犠牲にする必要がある電子線に対応する。
【０１１０】
図６Ｂは、ウエハ表面２２１に到達しないようにビーム限定アパーチャ２１２により遮蔽されるべき理想的な電子線６１０及び６１１の集合のグラフである。この電子線の集合は、図６Ａに示した集合に対して相補的なものであり、図１のブロック１１２において作成された理想的なアパーチャ設計の結果である。一組の電子線６１０は、所望の正方形ビームプロファイル４０３を生成するために遮蔽する必要がある電子線に対応し、こうした電子線６１０は、図６Ａの孔６０３及び６０４に対応する。Ｘ及びＹ軸の対角線に沿って、電子線は全く遮蔽されておらず、これは、対角寸法に沿って、所望のサイズのビーム形状４０３に元の（円形）ビームプロファイルを慎重に一致させた結果である。周辺を囲む電子線６１１は、初期の（円形）ビームプロファイルが所望のビーム形状４０３の対角寸法より僅かに長いという事実により生じるものであり、そうでない場合、実際のビームプロファイルにおいて角隅部の省略が生じることがあるため、これは望ましいことである。
【０１１１】
図７Ａは、図１のブロック１１４において作成された、図８Ａに示した実際的なアパーチャ設計によりウエハへ透過させた電子線の実際の集合のグラフである。図６Ａと図７Ａとの間での透過電子線における唯一の変化は、位置７０１であり、透過電子が存在しなくなっている。これは、図６Ａの六本の電子線６０７の消失に対応する。
【０１１２】
図７Ｂは、図８Ａに示したアパーチャ設計により遮蔽された電子線の実際の集合のグラフである。この電子線の集合は、図７Ａに示した集合に対して相補的なものである。図６Ｂと図７Ｂとの間での遮蔽電子線における唯一の変化は、位置７０２であり、図７Ａから失われた電子線７０１に対応する六本の遮蔽電子が追加されている。
【０１１３】
図８Ａは、実際的なビームパターン限定アパーチャ２１２の設計を得るために、図１のブロック１１４において施されたアパーチャ設計に対する最終変更の結果を示す。電子線切片６０５及び６０６は、図６Ａ及び７Ａに対応し、ストラット８１２は、電子線切片６１０に対応する電子線を遮蔽する四つの中央構造８０５を支持するために必要な追加アパーチャ材料に対応する。強度を加え、製造を容易にするために、様々な面取り部８０３がアパーチャ設計に追加されるが、しかしながら、こうした面取り部のサイズは、必要最小限に保ち、過剰なビーム電流の遮蔽を回避するべきである。メインフィールド偏向は常にＸ軸６０１に平行であり、Ｙ軸６０２に平行な偏向はほんの僅か（±１μｍ）であるという事実のため、設計は、四重対称ではない。この非四重対称性は、中心の正方形開口部内にある二つの小さな突出８０４の追加により明らかとなる。Ｘ軸６０１及びＹ軸６０２の両方を中心としたビーム変更は対称であるため、結果的なビームパターン限定アパーチャの設計は、Ｘ軸６０１及びＹ軸６０２の両方を中心とした鏡面対称になる。
【０１１４】
ビームパターン限定アパーチャ（ＰＢＤＡ）２１２は、導電構造であり、固定電位に維持される。金属箔、導電膜、導電性被覆膜、又は同等の薄い材料に対して、機械加工、レーザアブレーション、マイクロ加工等を行うことで製作し得る。鏡筒内において、高エネルギ電子が入射する位置でＰＢＤＡ１２を利用する用途に対しては、「電子透過性」である連続膜により支持されたパターン化厚膜を利用する選択肢が存在する。この設計により、ＰＢＤＡは、機械的支持ストラット８１２及び面取り部８０３を必要とすることなく製造できる。
【０１１５】
別の重要な考慮事項は、例えば、ショットキエミッタでは、１．０ｅＶ  ＦＷＨＭを超える電子ビーム２２２のエネルギの拡散である。上部鏡筒、即ちビーム限定アパーチャ２１２上方の全ての光学要素において、色収差の影響は、ビーム限定アパーチャ２１２においてビーム２２２をぼやけさせることである。ＰＢＤＡ２１２上方での中間交差の無い光学設計において、このぼやけは、一般に、光軸から遠い位置の高エネルギ電子、及び光軸に近い位置の低エネルギ電子として現れる。色ビームのぼやけが大きすぎる場合、ビームパターン限定アパーチャに交差する電子線は、適切にアパーチャ処理されない。図８Ａは、この例では５０００ｅＶである公称エネルギの電子に対応する、ビーム限定アパーチャ２１２の平面との電子線の交点を示している。
【０１１６】
図８Ｂは、ウエハ表面２２１の電子線交点に対する、ＰＢＤＡ２１２を通過する電子線のマッピングの一部を示す図である。ウエハ表面２２１の正方形ビーム８４０を、ＰＢＤＡ２１２の中心（略正方形）開口部８６０を通過する電子線に対して示している。電子線８４１は、開口部８６０の右上角隅部を通過して、正方形ビーム８４０の右上角隅部においてウエハ表面２２１に到達する。同様に、電子線８４５は、開口部８６０の左下角隅部を通過して、正方形ビーム８４０の左下角隅部においてウエハ表面２２１に到達する。ＰＢＤＡ２１２の中心開口部を通過する電子線のマッピングは、電子線８４２乃至８４４についても同じパターンに従い、これは、基本的には、ウエハ表面２２１において相対的に低い電流密度を与える従来技術の成形ビームシステムにおいて、パターン化ビームが形成される方法と同一である。
【０１１７】
図８Ｂに示したＰＢＤＡとウエハとの間での電子線のマッピングは、基本的には、ウエハ表面２２１に対する中央正方形開口部８６０の像となる。従来技術の成形ビームシステムにおいて、ウエハ表面２２１でのビーム形状は、ウエハ表面２２１の（Ｘ，Ｙ）座標に対するビーム成形アパーチャ（群）の（Ｘ，Ｙ）座標の１：１マッピングにより、通常はウエハ表面２２１において縮小された一つ以上のアパーチャの像となる。１：１マッピングとは、ＰＢＤＡ２１２の平面にある全ての（Ｘ，Ｙ）座標に対して、厳密に一つの（Ｘ，Ｙ）座標がウエハ２２１の平面に存在することを意味する。１：１マッピングを達成するためには、システムの一次光学系による画像化が支配的となるように、光学システムの全ての収差を最小化することが必要である。ウエハ表面２２１へ透過されるソースチップ２０１でのビーム角度の範囲を制限することで収差を最小化する必要があるため、この制約は、ウエハ表面２２１においてビームへ集束可能な電流の総量に影響する。
【０１１８】
しかしながら、ウエハ表面において成形ビームを形成するために、こうした１：１マッピングを利用する必要はない。ＰＢＤＡ平面からウエハ平面へＮ：１マッピングを利用することが可能である（ここで、Ｎは整数であり、Ｎ≧２。本発明の実施形態では、Ｎ＝３）。この場合、Ｎ＝３では、ウエハ表面２２１の平面にある基本的に全ての（Ｘ，Ｙ）座標をマッピングする厳密に三つの異なる（Ｘ，Ｙ）座標が、ＰＢＤＡ２１２の平面に存在する。このＮ：１マッピングに対する唯一の例外は、（０，０）＝ビームの中心だが、ビームのエッジから離れているため、これはビーム形状に影響を与えない。ＰＢＤＡ１２への照射は均一であるため、３：１マッピングでは、１：１マッピングにより可能となるものより大きな電流を、ウエハ表面２２１の成形ビームへ集束できる。本発明のマッピングが（２：１、４：１等ではなく）３：１である理由は、球面収差が、軸上で支配的な収差であるためである。正方形のビーム形状を軸外で維持するには、軸外収差を最小化することが更に必要であり、これは、そうしない場合、３：１マッピングが劣化し、所望のパターン化ビーム形状が失われるためである。本発明では、「移動レンズ」（図３Ｋ及び３Ｌ参照）を使用して、全ての軸外ビーム偏向に対して、ビームと同心である主レンズの有効軸を維持する（図２３参照）。ビームは常に主レンズの有効軸上にあるため、全ての軸外収差（幾何収差及び色収差）は、殆ど除去され、球面収差（軸外で変化しない）の優勢が保持される。
【０１１９】
Ｎ：１マッピングが可能となるのは、個々の電子線（各電子線は単一の電子の軌道を表す）が互いに殆ど相互作用無しで重複できるためである。何らかの残留相互作用は、「空間電荷ビーム拡散」と呼ばれる。ｎＡ範囲内のビーム電流に対して、こうした効果は、本発明で採用したビームエネルギ（５０ｋｅＶ）において最小となる。
【０１２０】
成形ビーム８４０の電流密度を高めるために、電子線８４１乃至８４５に加えて、一組の電子線が図８Ｃに図示されており、ＰＢＤＡ２１２の外側開口部８６１及び８６２を通過している。電子線８４６は、中心正方形開口部８６０のすぐ外側にある開口部８６１を通過し、成形ビーム８４０の左下角隅部において、ウエハ表面２２１に到達する。電子線８５１は、開口部８６１の内縁部と外縁部とのほぼ中間で開口部８６１を通過し、成形ビーム８４０の中心でウエハに到達する。電子線８４９は、開口部８６１の外縁部近くを通過し、成形ビーム８４０の右上角隅部でウエハに到達する。開口部８６２を通過する電子線８４７、８５０、及び８４８のマッピングも、図示したように同様である。開口部８６０の場合とは違い、開口部８６１及び８６２を通過する電子線は「折り重なり」、ＰＢＤＡ２１２の中心から最も遠い開口部８６１及び８６２を通過した電子線が成形ビーム８４０の対向する角隅部においてウエハ表面２２１に到達する状態となる。ＰＢＤＡ２１２に照射される電流密度は均一であるため、成形ビーム４０に到達する合計ビーム電流は、開口部８６０乃至８６２の面積に比例する。電子線８４１乃至８４５の集束は、従来技術の成形ビームを生成するのに使用されるものと同様であるため、開口部８６０の面積は、開口部８６０乃至８６２の総面積と比較して、本発明の使用により得られるウエハ表面２２１におけるビーム電流密度の増加を決定する。図８Ｂ及び８Ｃの例において、開口部８６１及び８６２の総面積は、開口部８６０の面積の六乃至七倍であるため、電流密度の増加は、中心開口部８６０のみを使用して可能になるものの約七乃至八倍となる。
【０１２１】
図９は、ビームプロファイルの計算のために使用されたウエハ表面の様々なビーム位置Ａ乃至Ｄの図を示す。サブフィールド偏向器／非点補正器２１５（図２Ａ参照）のみを使用すると、最大偏向は、Ｘ方向９１０において±１μｍ、Ｙ方向９１１において±１μｍとなり、ビーム２２２は中央位置Ａ９０１から位置Ｂ９０２へ移動する。メインフィールド偏向器２１３及び２１４のみを使用すると、図示した最大偏向は、Ｘ方向９１０において±２５μｍとなり、ビーム２２２は位置Ｃ９０３へ移動する。メインフィールド偏向器２１３及び２１４とサブフィールド偏向器／非点補正器２１５との両方を使用することで、ビームは位置Ｄ９０４へ移動する。一般的な２μｍ正方形サブフィールドを図示しており、走査ストライプの２μｍ９１４の幅を定める。メインフィールド偏向器２１３及び２１４は、ビームを全体としてＸ軸９１０に沿って移動させ、一方、ウエハステージは、図２７Ｂに示した蛇行パターンで、Ｙ軸９１１に平行な方向９１５へ移動する。
【０１２２】
図１０Ａは、正方形電子ビームの一回のフラッシュによる図９の位置Ａにおける計算露光量を示す。基板表面２２１上の座標軸は、Ｘ１００１及びＹ１００２である。領域１００４は、３０００Ａ／ｃｍ2以上のビーム電流密度に対応する。図示した例において、レジスト感度が５μＣ／ｃｍ2、滞留時間が１．６７ｎｓであると仮定される場合、次のようになる。
【０１２３】
基板への線量＝（電流密度）（滞留時間）＝（３０００Ａ／ｃｍ2）（１．６７ｎｓ）＝５μＣ／ｃｍ2＝レジスト感度
【０１２４】
したがって、レジストは、領域１００４内部において完全に露光される。領域１００３において、露光量は５μＣ／ｃｍ2未満であり、したがってレジストは完全には露光されない。図１０Ａは、領域１００４が約４０ｎｍの正方形であることを示している。仮想源サイズ、（全次数に対する）色収差、及び（全次数に対する）球面収差の複合効果は、この計算において全て考慮されている。図１３のビームプロファイルのプロットは、二本の線１００５及び１００６間の電流、即ち、正方形ビーム形状の一辺に渡る電流密度に対応する。
【０１２５】
図１０Ｂは、正方形電子ビームの一回のフラッシュによる図９の位置Ｂにおける計算露光量を示す。基板表面２２１上の座標軸は、Ｘ１０１１及びＹ１０１２である。領域１０１４は、３０００Ａ／ｃｍ2以上のビーム電流密度に対応する。滞留時間１．６７ｎｓ及びレジスト感度５μＣ／ｃｍ2により、レジストは、領域１０１４内部において完全に露光される。領域１０１３において、露光量は５μＣ／ｃｍ2未満であり、したがってレジストは完全には露光されない。図１０Ｂは、領域１０１４が領域１００４に非常によく似た、約４０ｎｍの正方形であることを同様に示している。領域１００４及び１０１４間の類似性は、＋１μｍの完全なＸ及びＹサブフィールド偏向がビーム形状に与える影響が微細であることを示している。仮想源サイズ、（全次数に対する）色収差、（全次数に対する）球面収差、及び軸外収差（全次数に対する幾何及び色収差の両方）の複合効果は、この計算において全て考慮されている。
【０１２６】
図１０Ｃは、正方形電子ビームの一回のフラッシュによる図９の位置Ｃにおける計算露光量を示す。基板表面上の座標軸は、Ｘ１０２１及びＹ１０２２である。領域１０２４は、３０００Ａ／ｃｍ2以上のビーム電流密度に対応する。滞留時間１．６７ｎｓ及びレジスト感度５μＣ／ｃｍ2により、レジストは、領域１０２４内部において完全に露光される。領域１０２３において、露光量は５μＣ／ｃｍ2未満であり、したがってレジストは完全には露光されない。図１０Ｃは、領域１０２４が領域１００４及び１０１４に非常によく似た、約４０ｎｍの正方形であることを同様に示している。領域１００４及び１０２４間の類似性は、＋２５μｍの完全なメインフィールド偏向がビーム形状に与える影響が微細であることを示している。仮想源サイズ、（全次数に対する）色収差、（全次数に対する）球面収差、及び軸外収差（全次数に対する幾何及び色収差の両方）の複合効果は、この計算において全て考慮されている。
【０１２７】
図１０Ｄは、正方形電子ビームの一回のフラッシュによる図９の位置Ｄにおける計算露光量を示す。基板表面上の座標軸は、Ｘ１０３１及びＹ１０３２である。領域１０３４は、３０００Ａ／ｃｍ2以上のビーム電流密度に対応する。滞留時間１．６７ｎｓ及びレジスト感度５μＣ／ｃｍ2により、レジストは、領域１０３４内部において完全に露光される。領域１０３３において、露光量は５μＣ／ｃｍ2未満であり、したがってレジストは完全には露光されない。図１０Ｄは、領域１０３４が領域１００４、１０１４、及び１０２４に非常によく似た、約４０ｎｍの正方形であることを同様に示している。領域１００４及び１０３４間の類似性は、＋１μｍの完全なＸ及びＹサブフィールド偏向と組み合わせた＋２５μｍの完全なメインフィールド偏向がビーム形状に与える影響が微細であることを示している。仮想源サイズ、（全次数に対する）色収差、（全次数に対する）球面収差、及び軸外収差（全次数に対する幾何及び色収差の両方）の複合効果は、この計算において全て考慮されている。
【０１２８】
図１１は、ビーム中心間の間隔が４０ｎｍで「Ｌ字」パターンにおいて隣接する正方形電子ビーム（図１０Ａと同じ）の一回のフラッシュによる図９の位置Ａにおける計算露光量を示す。基板表面上の座標軸は、Ｘ１１０１及びＹ１１０２である。領域１１０４は、３０００Ａ／ｃｍ2以上のビーム電流密度に対応する。滞留時間１．６７ｎｓ及びレジスト感度５μＣ／ｃｍ2により、レジストは、領域１１０４内部において完全に露光される。領域１０１３において、露光量は５μＣ／ｃｍ2未満であり、したがってレジストは完全には露光されない。露光領域１１０４は、ほぼ「Ｌ字」形で、「Ｌ字」の屈曲部に多少の面取り１１０５を有する。「Ｌ字」の腕部の幅は、約４０ｎｍであり、４０ｎｍ正方形領域１００４に対応する。図１１は、正方形ビームを基板表面２２１上で隣接させることにより、複雑なパターンを露光し得ることを実証している。仮想源サイズ、（全次数に対する）色収差、及び（全次数に対する）球面収差の複合効果は、この計算において全て考慮されている。
【０１２９】
図１２は、正方形電子ビームの二回の重複するフラッシュと、別個の一回のフラッシュとによる図９の位置Ａにおける計算露光量を示す（フラッシュは全て図１０Ａと同じ）。基板表面上の座標軸は、Ｘ１２０１及びＹ１２０２である。領域１２０４及び１２０５は、３０００Ａ／ｃｍ2以上のビーム電流密度に対応する。滞留時間１．６７ｎｓ及びレジスト感度５μＣ／ｃｍ2により、レジストは、領域１２０４及び１２０５内部において完全に露光される。領域１２０３において、露光量は５μＣ／ｃｍ2未満であり、したがってレジストは完全には露光されない。露光領域１２０４は、露光領域１００４と同じである。領域１２０５は、中心間を３０ｎｍだけ離して、１０ｎｍ重複させた、図１０Ａの４０ｎｍ正方形ビームの二回のフラッシュに対応する。この重複により、領域１２０５の中心区域は露出過多となり、パターンに２乃至３ｎｍの隆起１２０６が生じる。図１２は、正方形ビームを重複させることで、正方形ビームのサイズ（この場合、４０ｎｍ）の整数倍に対応していないパターンを露光し得ることを実証している。仮想源サイズ、（全次数に対する）色収差、及び（全次数に対する）球面収差の複合効果は、この計算において全て考慮されている。
【０１３０】
図１３は、Ｘ軸１３０１に沿った、単一の正方形ビーム（図１０Ａと同じ）と単一のガウスビームとの図９の位置Ａにおける計算ビーム電流密度のグラフ１３０２を示す。ガウスビーム１３０４の高さは、図１０Ａの線１００５及び１００６間のＹ軸に沿った電流密度を平均化することで計算した正方形ビーム電流密度曲線１３０３との交点１３０５により示すように、ビーム電流密度３０００Ａ／ｃｍ2（線量＝５μＣ／ｃｍ2、滞留時間１．６７ｎｓを仮定）においてＦＷＨＭが約４０ｎｍになるように調整した。正方形ビームの電流密度は、ビーム中心から僅か５ｎｍ離れるだけで（±２５ｎｍの位置において）、３０００Ａ／ｃｍ2（交点１３０５、ビーム中心から±２０ｎｍ）から１０００Ａ／ｃｍ2未満まで低下する。
【０１３１】
図１４は、三本の隣接ガウスビーム（全て３０００Ａ／ｃｍ2においてＦＷＨＭが４０ｎｍで、中心間間隔は４０ｎｍ）により生じた電流密度と比較した、Ｘ軸１４０１に沿って４０ｎｍの中心間間隔で隣接した三本の正方形ビームの図９の位置Ａにおける計算ビーム電流密度のグラフ１４０２を示す。ガウスビームは、ビーム電流密度３０００Ａ／ｃｍ2において交点１４０５が生じるように図１３と同様に調整されている（線量＝５μＣ／ｃｍ2、滞留時間１．６７ｎｓを仮定）。三本の正方形ビームの曲線１４０３のテールは、三本のガウスビームの曲線１４０４のテールの降下と比較して、−２０ｎｍ及び＋１００ｎｍ（＝幅１２０ｎｍ＝３×４０ｎｍ、ここで４０ｎｍ＝各正方形ビームの幅）のビームエッジから非常に素早く降下している。図１４は、正方形ビームのエッジにおける電流密度の急落により、これらのビームを隣接させ、単一ビームのエッジに沿って見られるものと本質的に同じ最大電流密度を備えた大きなサイズの特徴を生成可能であることを示している。これは、ビームフラッシュを組み合わせて、個別のビームフラッシュの電流のテール部分による隆起を最小限にして、大きなパターン（図１１のパターン１１０４等）を形成できる理由を説明するものである。
【０１３２】
図１５は、Ｘ軸１５０１に沿って４０ｎｍの中心間間隔で隣接した三本の正方形ビームの図９の位置Ａにおける計算ビーム電流密度のグラフ１５０２を示し、個別の正方形ビームプロファイル１５０３、１５０４及び１５０５と、図１４の三本のビームの複合プロファイル１４０３との両方を示している。曲線１４０３の比較的平坦な最上部（６０４５Ａ／ｃｍ2から６６６７Ａ／ｃｍ2の範囲）は、各正方形ビームプロファイル１５０３、１５０４、及び１５０５の急勾配の側部の合計により、±５％未満の正味電流密度変動が生じる様子を示している。
【０１３３】
図１６は、Ｘ軸１６０１に沿ってビームの中心間を４０ｎｍ離して、各分離ガウスビームが露光量３０００Ａ／ｃｍ2において４０ｎｍのＦＷＨＭを有する状態で（滞留時間１．６７ｎｓ及びレジスト感度５μＣ／ｃｍ2を仮定）、三本の結合したガウスビーム１４０４（図１４）と、三本の分離したガウスビーム１６０３、１６０４及び１６０５との計算ビーム電流密度のグラフ１６０２を示す。−２０ｎｍ乃至＋１００ｎｍの所望の露光領域のエッジ外部に、長いテール部分を明確に確認できる。こうした長いテール部分は、所望のパターン限界寸法（ＣＤ）を保持するために必要なプロセスの自由度を減少させる。
【０１３４】
図１５の曲線１４０３を図１６の曲線１４０４と比較すると、図１５Ａ乃至１５Ｄの三本の隣接正方形ビームの組み合わせが、露出区域全体でのより均一な電流密度と、大きなプロセス自由度につながる非常に鋭いエッジ（電流密度における素早い降下）とを全般的に実証していることが分かる。
【０１３５】
図１７Ａは、最適化された正方形ビームプロファイルを生成する光学系を設定するのに使用可能なビーム走査方法の図を示す。位置１７０１における所望の正方形ビームプロファイルは、システムのウエハステージ上、或いは、システムに設置された特殊設定ウエハ上に含まれ得る特殊マスク構造の中央表面１７２３上に位置する。表面１７１３は、ビーム２２２が照射された場合に、中央表面１７２３から生じる画像化信号と比較して、大きな画像化信号を与えるように構成される。この画像化のコントラストは、表面１７１３を画像化システムに接続し、表面１７２３を画像化システムに接続しないことで達成できる。ビーム２２２が位置１７０１に存在する間、ビーム電流は、画像化システムに接続されていない表面１７２３に流れる。ビーム２２２を方向１７０２でエッジ１７１０まで走査すると、画像化システムに接続された表面１７１３に衝突するビーム電流の部分が増加する。帯電効果を避けるために、両表面１７１３及び１７２３に流れる電流は、最終的には接地へ流れるべきである。位置１７０３では、ビームの半分が回収領域１７１３にあるため、ビーム電流の半分が回収される。ビーム２２２を方向１７０２で走査する際に、ビームプロファイルの正方形の縁部はエッジ１７１０と平行であるため、信号は、走査方向１７０２と平行なビームの寸法Ｄ１７２０に等しい距離に亘って、０％から１００％まで推移することに留意されたい。
【０１３６】
ビーム２２２を方向１７０４でエッジ１７１１まで走査すると、表面１７１３に衝突するビーム電流の部分が増加するため、回収され画像化信号を与える部分が増加する。位置１７０５では、ビーム２２２の半分が回収領域１７１３にあるため、ビーム電流の半分が回収される。ビーム２２２を方向１７０４で走査する際に、ビームプロファイルの正方形の縁部はエッジ１７１１に対して４５°であるため、信号は、走査方向１７０４と平行なビームの対角寸法√２Ｄ１７２２に等しい距離に亘って、０％から１００％まで推移することに留意されたい。
【０１３７】
ビーム２２２を方向１７０６で走査する際には、ビームプロファイルが走査方向１７０６と平行な寸法Ｄ１７２１を有する正方形であると仮定すると、結果は、上記の走査方向１７０２で説明したものと同様になる。位置１７０７では、ビームの半分が領域１７１３のエッジ１７１２を越えるため、ビーム電流の半分が回収される。
【０１３８】
画像のコントラストを発生させる別の方法は、異なる二次電子放出係数を有する材料で領域１７１３及び１７２３を製作することであり、これにより、図２Ａの検出器光学系の使用を可能にする。電子ビームシステム内での画像化の方法は、当業者に周知である。
【０１３９】
図１７Ｂは、最適化された正方形ビームを設定するための可能な方法を示す、図１７Ａの走査方向１７０２及び１７０４に対する計算ライン走査を示す図である。図示した軸線１７４０は、走査方向１７０２、１７０４、又は１７０６の何れかに沿った位置に対応する。強度軸１７４１は、検出された画像化信号が無いことに対応する０．０から、最大の画像信号の検出に対応する１．０までの相対的なものとなる。曲線１７４２は、走査方向１７０２又は１７０６の何れかに対応する。曲線１７４２での０．０から１．０までの強度の上昇は、−２７．５ｎｍ乃至＋２７．５ｎｍである。４５°の曲線１７４３は、走査方向１７０４に対応する。曲線１７４３の０．０から１．０までの強度の上昇は、−４２．５ｎｍ乃至＋４２．５ｎｍであり、曲線１７４２よりも大幅に遅い上昇となる。二曲線１７４２及び１７４３における強度上昇の幅の違いは、可能な限り正方形に近いビームプロファイルを生成するために光学鏡筒を調整するのに使用できる。中心点１７４５は、位置１７０３、１７０５、又は１７０７のビームに対応する。
【０１４０】
比較のため、強度曲線１７４４を、ＦＷＨＭが４０ｎｍである単一のガウスビームについてプロットした。０ｎｍのビームの中心から遠い位置で、この曲線は、曲線１７４３に重複している。０ｎｍのビームの中心近くで、この曲線は、曲線１７４２又は１７４３の何れかよりも更に上昇が遅くなる。重要な違いは、ガウス曲線が走査方向１７０２、１７０４、又は１７０６の何れに対しても同じ形状を有しており、検出器表面１７１３を使用して画像化した時に、ガウスビームが正方形ビームから区別されることである。
【０１４１】
図１８は、図８Ａのビームパターン限定アパーチャ２１２を使用した、３０ｎｍ正方形電子ビームの一回のフラッシュによる、図９の位置Ａにおける計算露光量を示す。基板表面２２１上の座標軸は、Ｘ１８０１及びＹ１８０２である。基板上で様々な形状をリソグラフィによりパターン形成する時、ビームパターン限定アパーチャ２１２の機械的な交換の必要無く、一定範囲の成形ビームサイズを生成可能であれば有益である。鏡筒の上部における電子光学系の調整により（通常は、第一のソースレンズ電極とビーム制限アパーチャとの共通電圧を変更することで）、ビームトリミングアパーチャ（ＢＴＡ）２７６に照射する円形ビーム２２２の直径を調整して、ウエハ表面２２１における成形ビームサイズを変更できる（図３Ｄ参照）。図１８に示した例において、上部鏡筒の光学系は、（図１０Ａに示した４０ｎｍ正方形ビームの代わりに）３０ｎｍ正方形ビーム１８０４を生成するように調整されている。この構成では、最大電流密度のビーム（異なるＢＴＡ２７６及びＰＢＤＡ２１２を必要とする）を提供するように光学系全体を完全に最適化できないため、露光ビーム電流密度は、２０００Ａ／ｃｍ2まで減少しており、５μＣ／ｃｍ2のレジスト感度に対して２．５０ｎｓの滞留時間を必要とする。領域１８０４は、２０００Ａ／ｃｍ2以上の電流密度に対応し、約３０ｎｍの正方形である。区域１８０３において、露光量は５μＣ／ｃｍ2未満であり、したがってレジストは完全には露光されない。仮想源サイズ、（全次数に対する）色収差、及び（全次数に対する）球面収差の複合効果は、この計算において全て考慮されている。図１８は、４０ｎｍ正方形ビームの生成に最適化された図２Ａの光学システムを、３０ｎｍ正方形ビームの生成にも使用できることを実証している。図１８に示した性能は、図１０Ａ乃至１５に示した、最適化済みの４０ｎｍの場合より僅かに長い滞留時間により、解像度を３０ｎｍまで引き下げた特徴部のパターン形成を十分に可能にする。
【０１４２】
図１９は、図８Ａのビームパターン限定アパーチャ２１２を使用した、約８０ｎｍの正方形電子ビームの一回のフラッシュによる、図９の位置Ａにおける計算露光量を示す。基板表面２２１上の座標軸は、Ｘ１９０１及びＹ１９０２である。この例において、鏡筒の上部の光学系は、図１０Ａの約二倍の大きさ（約８０ｎｍ）の正方形ビーム１９０４を提供するように、図１８に示したものと反対の方向に調整されている。この構成では、最大電流密度のビーム（異なるＢＴＡ２７６及びＰＢＤＡ２１２を必要とする）を提供するように光学系全体を完全に最適化できないため、露光ビーム電流密度は、２５００Ａ／ｃｍ2まで減少しており、５μＣ／ｃｍ2のレジスト感度に対して２．００ｎｓの滞留時間を必要とする。領域１９０４は、２５００Ａ／ｃｍ2以上の電流密度に対応し、約８０ｎｍの正方形である。区域１９０３において、露光量は５μＣ／ｃｍ2未満であり、したがってレジストは完全には露光されない。仮想源サイズ、（全次数に対する）色収差、及び（全次数に対する）球面収差の複合効果は、この計算において全て考慮されている。図１９は、４０ｎｍ正方形ビームの生成に最適化された図２Ａの光学システムを、約８０ｎｍの正方形ビームの生成にも使用できることを実証している。図１９に示した性能は、図１０Ａ乃至１５に示した、最適化済みの４０ｎｍの場合より僅かに長い滞留時間により、解像度８０ｎｍでの特徴部のパターン形成を十分に可能にする。
【０１４３】
図２０は、図８Ａのビームパターン限定アパーチャ２１２を使用した、１２０ｎｍ正方形電子ビームの一回のフラッシュによる、図９の位置Ａにおける計算露光量を示す。基板表面２２１上の座標軸は、Ｘ２００１及びＹ２００２である。この例において、鏡筒の上部の光学系は、図１０Ａの三倍の大きさ（１２０ｎｍ）のビーム２００４を提供するように、図１９に示したものと同じ方向に更に調整されている。この構成では、最大電流密度のビーム（異なるＢＴＡ２７６及びＰＢＤＡ２１２を必要とする）を提供するように光学系全体を完全に最適化できないため、露光ビーム電流密度は、２０００Ａ／ｃｍ2まで減少しており、５μＣ／ｃｍ2のレジスト感度に対して２．５０ｎｓの滞留時間を必要とする。領域２００４は、２０００Ａ／ｃｍ2以上の電流密度に対応し、１２０ｎｍの正方形である。区域２００３において、露光量は５μＣ／ｃｍ2未満であり、したがってレジストは完全には露光されない。仮想源サイズ、（全次数に対する）色収差、及び（全次数に対する）球面収差の複合効果は、この計算において全て考慮されている。図２０は、４０ｎｍ正方形ビームの生成に最適化された図２Ａの光学システムを、１２０ｎｍ正方形ビームの生成にも使用できることを実証している。図２０に示した性能は、図１０Ａ乃至１５に示した、最適化済みの４０ｎｍの場合より僅かに長い滞留時間により、解像度１２０ｎｍでの特徴部のパターン形成を十分に可能にする。１２０ｎｍ正方形ビームでは、２μｍ正方形サブフィールドを２５６回のフラッシュにより完全に描画可能であり（中心間間隔１２５ｎｍ）、これは、ボンディングパッド等、描画対象である広い面積を埋めるために必要となる。
【０１４４】
図２１Ａは、正方形ビームサイズ２１０３に対する、図２Ａの鏡筒におけるソースレンズ集束電圧２１０５（左軸２１０１）及び主レンズ集束電圧２１０４（右軸２１０２）のグラフである。ソースレンズ電圧２１０５は、第一のレンズ電極２０３とビーム制限アパーチャ２０４との両方に印加される。主レンズ電圧２１０４は、焦点２支持電極２４０に印加され、八極子電極２４１乃至２４８に対する共通モード電圧でもある。図２１Ａは、３０ｎｍ乃至１２０ｎｍに及ぶ様々な所望の正方形ビームサイズ２１０３に対する、多数のソースレンズ電圧２１０５及び主レンズ電圧２１０４の値を示す。曲線２１０５は、一般に２８００ｅＶより大きなエネルギであるソースチップ２０１からの入射電子のエネルギより遙かに低く、これは、ソースレンズが減速静電レンズであることを示している。曲線２１０４は、主レンズに入る電子のエネルギである５０００ｅＶの下方から上方までの範囲に及ぶ。主集束効果は、４９０６．５Ｖ乃至５２１７．２Ｖの範囲の焦点２組立体２１７と、５００００ｅＶでのウエハ２２１上における描画のために４９９８６Ｖとなるフィールドフリー管２１８との間で発生する。
【０１４５】
図２１Ｂは、正方形ビームサイズ２１１３に対する、ソースチップ２０１での半角２１１４（左軸２１１１）及びウエハ表面２２１でのビーム電流２１１５（右軸２１１２）のグラフである。ソースチップ２０１での半角２１１４は、ウエハ表面２２１でのビーム電流２１１５に対して次の関係を有する。
【０１４６】
ＩS＝ビームパターン限定アパーチャ２１２を照射するのに使用される放射立体角度におけるソース角強度（通常、この角強度は、１００μＡ／ｓｒ乃至５００μＡ／ｓｒ超の範囲）。下記の表ではＩS＝５００μＡ／ｓｒを仮定した。角強度は、一般に、光軸の数度の半角内で殆ど不変である。
【０１４７】
α＝ソースチップ２０１におけるビーム２２２の半角（単位：度）
Ｉbeam＝ウエハ表面２２１でのビーム電流
＝ＩS［π（απ／１８０°）2］
【０１４８】
【表６】
2009531855.tif 000008
【０１４９】
図１のブロック１０６における光学設計は、可能な最大の電流密度を有する４０ｎｍ正方形ビームを生成するように最適化されている。これは、表及び図２１Ａ乃至２１Ｄに示した他のビームサイズ（３０ｎｍ、８０ｎｍ、及び１２０ｎｍ）に対して光学系が最適化されていないことを意味する。これは、４０ｎｍより小さいビーム及び大きいビームの両方について、表で確認される電流密度の低下が生じる理由である（図２１Ｃの曲線２１２５参照）。図１のブロック１０６における光学設計は、４０ｎｍより大きい又は小さいビームに対して最適化可能であり、特に、将来のデバイス世代に対するツールの拡張性のために、３０ｎｍ又は更に小さなものに対して最適化を実行できる。この場合、大きなビームに対する性能は、低下する可能性が高いが、大幅には低下しないと想われる。
【０１５０】
図２１Ｃは、正方形ビームサイズ２１２３に対する、フラッシュ時間２１２４（左軸２１２１）及びウエハ表面２２１（レジスト感度５μＣ／ｃｍ2を仮定）における電流密度２１２５（右軸２１２２）のグラフである。フラッシュ時間及び電流密度は、反比例の関係を有する。
（電流密度）＝（５μＣ／ｃｍ2）／（フラッシュ時間）
【０１５１】
したがって、電流密度２１２５が増加すると、フラッシュ時間２１２４は逆に減少する。ここでも、光学設計は４０ｎｍビームに最適化されているため、他の全てのビームサイズでの性能は、４０ｎｍより大きいものと小さいものとの両方について、フラッシュ時間２１２４の面で劣っている（最短のフラッシュ時間が最善である）。４０ｎｍから３０ｎｍまでの劣化が最も顕著であり、３０ｎｍに最適化された光学設計が４０ｎｍ以上で非常に良好に機能し得ることを示している（但し、図２１Ｃには図示していない。）予想されるように、ビームサイズが最適なサイズに近づくほど、フラッシュ時間の点で性能は良好になる。
【０１５２】
図２１Ｄは、正方形ビームサイズ２１３３に対する、仮想源の倍率２１３４（左軸２１３１）のグラフである。倍率２１３４は、仮想源の像によって正方形ビームの角隅部が丸められる量を決定し、倍率２１３４が低いほど、角隅部が鋭くなる。ショットキ電子源において、仮想源の半径は１０ｎｍであるため、倍率０．１７倍は、仮想源による正方形ビーム角隅部の半径（０．１７）（１０ｎｍ）＝１．７ｎｍに対応する。色収差及び幾何収差により、更に丸み付けが行われる。
【０１５３】
図２２は、近接効果補正を実現するためにサブフィールド毎の露光量を変化させるのに使用可能なビームブランキング戦略の図である。簡略化のため、図２２において、上部ブランカは、二枚の平坦な電極２２０２及び２２０３とし、ビーム２２２の各側に一枚ずつ図示した。同様に、下部ブランカは、二枚の平坦な電極２２０４及び２２０５とし、ビーム２２２の各側に一枚ずつ図示した。ソースチップ２０１から放出された電子は、ソースレンズ２２０１により集束され、ＢＤＡ取り付け部２１１により支持されたビーム限定アパーチャ（ＢＤＡ）２１２を照射する略平行なビーム２２２となる。図（ａ）は、ブランキングされていないビーム２２２を示しており、ビーム限定アパーチャ２１２を通過して光学鏡筒の下部へ入り、そこで主レンズ組立体によりウエハ表面２２１に集束される。この場合、ブランカプレート２２０２、２２０３、２２０４、及び２２０５は、同じ電圧（通常５０００Ｖ）であり、そのため、横電場を誘導しない。横電場が無い状態では、ブランカにおいてビームの偏向は生じない。
【０１５４】
図（ｂ）は、ブランキングされたビームを示す。電極２２０２の電圧は、＋１．７Ｖ変更され、電極２２０３の電圧は、−１．７Ｖ変更されており、これにより、上部ブランカを通過する際にビーム２２２を上方に偏向させる横電場２２４０が形成される。同様に、電極２２０４の電圧は、−１．５４Ｖ変更され、電極２２０５の電圧は、＋１．５４Ｖ変更されており、下部ブランカを通過する際にビームを下方に偏向させる、上部ブランカのものとは反対方向の横電場２２４１を形成している。二つの偏向の最終結果として、ビーム２２２は軸外でビームパターン限定アパーチャ（ＰＢＤＡ）２１２の平面に到達し、開口部を通過しない。上部及び下部ブランカの電圧の適切な調整により、仮想源の位置は軸上に残り、共役ブランキングを提供する。
【０１５５】
図（ｃ）は、近接効果補正のための方法の一部として、ウエハ表面２２１での露出量を制御するために可能な方法を示すタイミング図である。ビーム２２２の中心は、ＰＢＤＡ２１２において三つの可能な位置として、＋ｄ、０（非ブランキング）、及び−ｄを有する。ビームは、ＰＢＤＡ２１２を掃射する際に、−ｄと＋ｄとの間の中間位置を動的に有し得る。各期間の長さがＴである五つの間隔２２２１乃至２２２５を図示しており、合計５Ｔを時間軸２２４５に沿って図示している。ＰＢＤＡ２１２での変位を、軸２２１０にプロットしている。近接効果補正（ＰＥＣ）の要件によれば、間隔２２２２、２２２４、及び２２２５に示したように、様々なサブフィールドに対する線量を変化させる必要が生じ得る。
【０１５６】
（１）第一の間隔２２２１において、ビームは、図（ｂ）に示したように距離＋ｄで軸外に保持することによりブランキングされる。
【０１５７】
（２）第二の間隔２２２２は、ビーム２２２をＰＢＤＡ２１２全体で直線的に傾斜２２３２させる高線量ブランキング信号を示している。傾斜２２３２は間隔期間Ｔを全て費やすため、近接効果補正が本質的に必要ない、パターンがまばらな領域における描画に対応する最大可能露光量を表す。
【０１５８】
（３）第三の間隔２２２３は、間隔２２２１とは別のブランキング位置を示す。間隔２２２３において、ビームは、図（ｂ）の（光軸を中心とした）鏡像に対応する距離＋ｄ２２３３の位置に保持される。
【０１５９】
（４）第四の間隔２２２４は、非常に低い線量のブランキング信号を示し、ビーム２２２はビーム限定アパーチャ２１２全体で−ｄから＋ｄまで素早く傾斜２２３４し、その後、間隔期間Ｔの残りの間、＋ｄ２２３５に保持される。これは、大きな近接効果補正を有するパターンの密な領域における描画に対応する。
【０１６０】
（５）最後の間隔２２２５は、間隔２２２２と２２２４との中間の状況を示しており、ビームは間隔２２２５の大部分で＋ｄから−ｄへ傾斜２２３６し、その後、間隔期間Ｔの残りの間、−ｄ２２３７に保持される。これは、間隔２２２４より低いが、間隔２２２２より高いパターン密度を有する領域における描画に対応する。
【０１６１】
このブランキング手法で見込まれる利点は、電子的な実施の容易さであり、これは、パルス長においてサブｎｓの精度を有するｎｓブランキングパルスの生成が非常に困難な可能性があるためである。この手法の案では、傾斜率のみを制御すればよく、ブランカプレート２２０２、２２０３、２２０４、及び２２０５に印加される電圧において、短い立ち上がり及び立ち下がりの要件が存在しないため、必要なブランキング帯域幅は低くなる。
【０１６２】
別のブランキング方式では、ビームを第一のブランキング位置（例えば、＋ｄ）から光軸へ素早く偏向させる（これによりビームのブランキングを解除する）、従来に近い手法を採用する。必要な露光時間に亘ってビームがＰＢＤＡ２１２の中心に留まった後、ビームを第二のブランキング位置（例えば、−ｄ）へ素早く偏向させる。この手法の欠点は、スルーレートがピクセル露出時間の誤差の可能性を意味するようになるため、高帯域幅のブランカが必要となることである。第一のブランキング位置から移動して第二のブランキング位置で終了することの利点は、ＰＢＤＡ２１２の全ての地点が同じ合計ビーム滞留時間を有し、これにより、成形ビーム全体で線量が均一になることである。
【０１６３】
露光対象となる次のピクセルに対しては、第一のブランキング位置は−ｄとなり、第二のブランキング位置は＋ｄとなる。連続するピクセルは、図２２に示したようにビームをＰＢＤＡ２１２全体で往復させ、交互のブランキング位置を使用して露光させる。
【０１６４】
図２３は、焦点１及び焦点２八極子電圧のために計算された設定を示す主レンズの断面接近側面図である。ビーム２２２は、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５を出た後、主レンズに入る。この地点のビームは、既に最大±２０μｍ軸外に偏向されている場合があり、軸外幾何収差（コマ、非点収差、像面の湾曲、歪み）及び軸外色収差（倍率の変化）を回避するために、焦点１組立体２１６及び焦点２組立体２１７により生成された静電場も、±２０μｍだけ軸外に移動させる必要がある。従来技術では、「移動対物レンズ」又は「可変軸レンズ」を達成するために、様々な複雑な方式を利用しており、軸上の静電及び／又は磁気レンズフィールドの高次導関数を利用して、双極子、四極子、六極子、八極子、及び高次場の軸上レンズフィールドへの印加を制御し、有効レンズ軸をオフセットさせて、ビーム偏向と一致させる。成形ビームの大きな軸外偏向が必要である場合、こうした追加光学要素の一部又は全部を利用する、より複雑な移動レンズ方式を取り入れる必要が生じ得る。本発明では、純粋な双極子場を焦点１  ２１６及び焦点２  ２１７の場に追加する遙かに単純な手法を提案している。
【０１６５】
焦点１組立体２１６は、支持電極２３０と八極子電極２３１乃至２３８とを備える（図２３の断面図では、電極２３２及び２３７のみが見える）。図３Ｋ乃至３Ｌの説明において、静電場をオフセットさせてビーム偏向に一致させるのに利用した様々な電圧について説明した。図２３は、結果として生じた静電等電位線を示す。線２３０１は、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５と焦点１電極組立体２１６との間の領域内へ膨らんでおり、線２３１０は、焦点１組立体２１６と焦点２組立体２１７との間の領域へ膨れ出ている。線２３０１及び２３１０の形状は、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５と、支持電極２３０と、八個の焦点１八極子電極２３１乃至２３８との電圧により決定される。焦点２組立体２１７の電圧は、線２３０１に対する影響は小さいが、線２３１０に対しては重要な影響を有する。八個の八極子電極２３１乃至２３８の内径（ＩＤ）は、支持電極２３０のＩＤより小さく、電極２３１乃至２３８は、等電位線２３０１及び２３１０の位置及び形状に対して支配的な影響を有するようになる。小さな（３Ｖ未満）静電双極子要素を、八極子電極２３１乃至２３８に対して、その５０００Ｖの共通モード電圧（図３Ｋの説明の表を参照）の上に追加することで、線２３０１及び２３１０を軸外に±２０μｍ移動させ、メインフィールド偏向器２１３及び２１４により生じるビーム偏向に一致させることが可能となる。半径方向で軸外のビーム位置は、位置２３０５において理論的に決定され、その後、電極２３１乃至２３８の電圧を調整して、焦点１組立体２１６を通過する時のビーム２２２の偏向を全て除去する。ビーム偏向の欠如は、線２３０１が適切にオフセットされ、ビーム２２２のオフセットと一致していることを示すものと解釈される。
【０１６６】
ビーム２２２は、焦点１組立体２１６を退出後、焦点２組立体２１７に入る。この地点のビーム２２２は、焦点１組立体２１６により偏向除去された状態となるべきであり（上記設定手順が正しく行われた場合）、そのためビーム２２２は、±２０μｍまで軸外に偏向し得る。焦点２組立体２１７は、支持電極２４０と八極子電極２４１乃至２４８とを備える（図２３の断面図では、電極２４２及び２４７のみが見える）。図３Ｌにおいて、静電場をオフセットさせてビーム偏向に一致させるのに利用した様々な電圧について説明した。図２３は、結果として生じた静電等電位線を示す。線２３０３及び２３１０は、焦点１組立体２１６と焦点２組立体２１７との間の領域へ膨らんでいる。線２３０３及び２３１０の形状は、八個の焦点１八極子電極２３１乃至２３８と、支持電極２４０と、八個の焦点２八極子電極２４１乃至２４８との電圧により決定される。フィールドフリー管２１８の電圧は、線２３０３及び線２３０２の間隔に対する影響が小さい。八個の焦点２八極子電極２４１乃至２４８のＩＤは、支持電極２４０のＩＤより大幅に小さく、電極２４１乃至２４８は、線２３０３及び２３１０の位置及び形状に対して支配的な影響を有するようになる。静電双極子要素（約１００Ｖ）を、電極２４１乃至２４８に対して、その４９００乃至５２００Ｖの共通モード電圧（図３Ｌの説明の表を参照）の上に追加することで、線２３０３及び２３１０を軸外に移動させ、メインフィールド偏向器２１３及び２１４により生じるビーム偏向に一致させることが可能となる。半径方向で軸外のビーム位置は、位置２３０６において理論的に決定され、その後、電極２４１乃至２４８の電圧を調整して、焦点２組立体２１７を通過する時のビーム２２２の偏向を殆ど全て除去する。ビーム偏向の欠如は、線２３０３及び２３０１が適切にオフセットされ、ビーム２２２のオフセットと一致していることを示すものと解釈される。
【０１６７】
焦点１八極子２３１乃至２３８及び焦点２八極子２４１乃至２４８に対する電圧を設定する上記の手順は、理論的に決定されている。実際には、位置２３０５及び２３０６での偏向を両方とも除去する前に、通常、焦点１  ２１６の設定と焦点２  ２１７の設定とを少なくとも二回の反復が必要となる。電子光学モデリングにおいて、八極子２３１乃至２３８及び２４１乃至２４８の双極子電圧は、ビームのオフセットに対して直線的に変化し、ウエハ２２１でのビーム形状に対する最終結果の感度は、過剰なものにはならない。このため、理論モデリング（図３Ｋ及び３Ｌの説明内の表）により得られた電圧は、図１７Ａ及び１７Ｂにおいて説明した線走査手順と併せて、このレンズオフセット方式の提案を実現するのに十分となるべきである。
【０１６８】
図２４は、ウエハステージ及び位置センサの一実施形態の模式図である。リソグラフィシステムにおいて、基板は、ここでは３００ｍｍウエハ２４０１として図示しており、通常、ＸＹ運動が可能であると共に、場合によっては、ヨーイング（ウエハに垂直なＺ軸を中心とした回転）、Ｚ運動、ロール及びピッチ（ウエハの平面における二本の垂直軸Ｘ及びＹを中心とした回転）といった追加の運動軸が可能である精密ステージ２４０２上に取り付けられる。ここでは、第一の三本の軸線であるＸ、Ｙ、及びヨーイングにおける運動のみを考慮する。Ｙ干渉計＃１  ２４０６及びＹ干渉計＃２  ２４０７は、それぞれのレーザビーム２４１６及び２４１７をステージミラー２４０４へ送る。ウエハ２４０１とミラー２４０４との間の何らかの相対運動は、ウエハ表面２２１におけるＹ方向及びヨーイング軸でのビーム２２２の位置決め精度に悪影響を与えるため、ウエハ２４０１がステージ２４０４に対して、しっかりクランプされること、及びミラー２４０４が極めて平坦であり、ステージ２４０２に堅く取り付けられることが重要である。Ｘ干渉計２４０５は、Ｘ方向でのビーム位置決め誤差を回避するために極めて平坦且つステージ２４０２に堅く取り付けられる必要があるステージミラー２４０３へ、レーザビーム２４１５を送る。ステージ２４０２のＸ及びＹ軸の移動は、ミラー２４０３及び２４０４の相対的な位置決めにより定められ、これらのミラーが互いに垂直ではない場合、Ｘ及びＹ軸も垂直ではなくなる。以下の式を使用して、ステージ２４０２の中心２４２２と相対的なウエハ２４０１のＸ、Ｙ、及びヨーイング位置を計算する。
【０１６９】
Ｙ＝［（Ｙ干渉計＃１  ２４０６データ）＋（Ｙ干渉計＃２  ２４０７データ）］／２×Ｋ1
Ｘ＝（Ｘ干渉計２４０５データ）×Ｋ2
ヨーイング＝［（Ｙ干渉計＃１  ２４０６データ）−（Ｙ干渉計＃２  ２４０７データ）］／２×Ｋ3
Ｋ1、Ｋ2、及びＫ3は、スケール係数である。
【０１７０】
鏡筒配列内の各鏡筒は、２４２０及び２４２１等の独自のＸＹ変位ベクトルをステージ中心２４２２から有する。次に、以下のデータを組み合わせることで、特定の鏡筒と相対的なウエハの各ダイの位置を計算する。
【０１７１】
１）（０，０，０）位置からのステージの（Ｘ，Ｙ，ヨーイング）位置
２）ステージ（０，０，０）位置からの特定の鏡筒の（Ｘ，Ｙ）変位ベクトル
３）ステージ上のウエハの（Ｘ，Ｙ，ヨーイング）位置（ウエハ上の幾つかのアライメントマークを画像化することで測定）
【０１７２】
このウエハ位置測定方式は、当業者に周知であり、複数の鏡筒の使用から付加的な考慮事項のみが生じる。複合ビーム鏡筒組立体での使用に適したウエハステージの例は、出典を明記することで本願明細書の一部とする、米国第６，３５５，９９４号に記載される。ウエハ位置測定方式を取り入れた制御システムの例は、出典を明記することで本願明細書の一部とする、米国特許出願第１０／０５９，０４８号に記載される。
【０１７３】
図２５は、光学鏡筒及び制御電子機器の実施形態の模式図である（図２Ａと比較せよ）。ソース及びレンズ制御部２５１０は、電子ソースチップ２０１と、ソースヒータフィラメント（図示無し）と、サプレッサ電極２５０１と、抽出電極２０２と、第一のソースレンズ電極２０３と、ビーム制限アパーチャ２０４と、第二ソースレンズ電極２０５とに電圧を印加する。アライメント偏向器制御部２５１２は、上部アライメント偏向器／非点補正器２０７内の八個の電極２６０乃至２６７と、下部アライメント偏向器２０８内の八個の電極２６８乃至２７５とに電圧を印加する。加速カラム制御部２５１３は、加速組立体２０９内の全ての電極と、光学系取り付けプレート２１０とに電圧を印加する。ビームブランカドライバ２５１１は、上部ブランカ２７７内の電極２８０乃至２８２と、下部ブランカ２７８内の電極２８３乃至２８５とに電圧を印加する。メインフィールド偏向器制御部２５１４は、上部メインフィールド偏向器２１３内の電極４００１、４００９、４０１２、及び４０２０に対して四つの電圧を印加し、下部メインフィールド偏向器２１４内の電極４１０１、４１０９、４１１２、及び４１２０に対して同じ四つの電圧（反対の極性に接続――図３Ｈ及び３Ｉ参照）を印加する。サブフィールド偏向器／非点補正器制御部２５１５は、サブフィールド偏向器／非点補正器２１５の八個の電極２２３乃至２３０に電圧を供給する。主レンズ及びウエハバイアス制御部２５１６は、焦点１電極組立体２１６の九個の電極２３０乃至２３８と、焦点２電極組立体２１７の九個の電極２４０乃至２４８と、フィールドフリー管２１８と、電圧コントラストプレート２２０と、ウエハ２２１とに電圧を供給する。主レンズ及びウエハバイアス制御２５１６は、更に、共通モード電圧を検出器制御部２５１７に供給する。検出器制御部２５１７は、バイアス電圧を検出器組立体２１９に供給する。
【０１７４】
複合鏡筒組立体において、複数のビームの全てが同じ加速カラムを通過する場合、必要な加速カラム制御部２５１３は、一つのみとなる場合がある。一部の実施形態では、単一のメインフィールド偏向器制御部２５１４を利用可能となる場合がある。他の鏡筒制御部２５１０乃至２５１２及び２５１５乃至２５１７は、一般に一つの鏡筒のみに適用する。
【０１７５】
図２６は、データ経路及びシステム制御電子機器の一実施形態の概略図である。データブロック２６０１は、三つの干渉計２４０５、２４０６、及び２４０７から、それぞれＸ、Ｙ１、及びＹ２データ（図２４参照）を、三つの高速データリンクＸ２６０２、（Ｙ１＋Ｙ２）／２  ２６０３、及び（Ｙ１−Ｙ２）／２  ２６０４に沿って、データ経路及びシステム制御電子機器へ供給する。データリンクＸ２６０２及び（Ｙ１＋Ｙ２）／２  ２６０３は、ブロック２６０５に接続し、ここでは鏡筒配列の中心の（Ｘ，Ｙ）位置と相対的なウエハステージ２４０２の中心の（Ｘ，Ｙ）位置を決定する。データリンク（Ｙ１−Ｙ２）／２  ２６０４は、ブロック２６０６に接続し、ここでは鏡筒配列２６４０と相対的なウエハステージ２４０２のヨーイング角を決定する。ブロック２６０７は、前もって経験的に決定された、鏡筒配列２６４０内の鏡筒（ｉ，ｊ）のそれぞれの（Ｘ，Ｙ）座標を含み、この（Ｘ，Ｙ）座標データは、データリンク２６０９によりブロック２６０８へ供給され、ここではデータリンク２６０９、２６１０、及び２６４１により供給されたデータを組み合わせて、ウエハ２４０１と相対的な各鏡筒の（Ｘ，Ｙ）位置を決定する。ブロック２６１４は、ブロック２６０８からのデータを使用して、各鏡筒（ｉ，ｊ）により描画するべきサブフィールドの（Ｘ，Ｙ）座標を決定する。ブロック２６１８は、データリンク２６１９を介して、ブロック２６１４により生成された（Ｘ，Ｙ）サブフィールド座標を受領する。（Ｘ，Ｙ）サブフィールド座標を与えられた後、ブロック２６１８は、パターンライブラリ記憶部２６１５から、データリンク２６１６を介して、サブフィールドパターンデータを受領し、ここで、各鏡筒には、（ストライプ幅５０μｍ）／（サブフィールド幅２μｍ）＝２５組のサブフィールドパターンデータセットが必要になる。図示した実施形態において、６×６＝３６の鏡筒が存在するため、データリンク２６１６を介してブロック２６１８へダウンロードされるデータセットの総数は、２５×３６＝９００組のサブフィールドデータセットとなる。ブロック２６１８は、データリンク２６１７を介してシステム制御コンピュータ２６５０に接続される。ブロック２６１８からのサブフィールドパターンデータは、データリンク２６２０を介してデータプロセッサ２６２１へ送信される。データプロセッサ２６２１から、サブフィールドパターンデータは、３６本の並列データリンク２６２２において、ストライプデータバッファ２６２３（各鏡筒に一つ）へ供給され、このデータが描画に備えてバッファリングされる。鏡筒コントローラ２６２５（各鏡筒に一つ）は、３６本のデータリンク２６２４を介してこのデータを受領する。３６個の鏡筒コントローラ２６２５は、データリンク２６２６を介して、サブフィールドデータを図２６に示した様々な鏡筒電源、即ち、ソース及びレンズ制御部２５１０と、アライメント偏向器制御部２５１２と、ビームブランカドライバ２５１１と、メインフィールド偏向器制御部２５１４と、サブフィールド偏向器／非点補正器制御部２５１５と、主レンズ及びウエハバイアス制御部２５１６と、検出器制御部２５１７とへ供給する。
【０１７６】
図２７Ａ（ａ）は、（３００ｍｍウエハ及び６×６鏡筒配列の例において）５０ｍｍ×５０ｍｍ鏡筒描画領域２７０１を５０μｍ幅のストライプ２７０２へどのように分割可能かを示している。領域２７０１内の描画ストライプ２７０２の数は次の通りである。
【０１７７】
ストライプ数＝（鏡筒間隔）／（ストライプ幅）
＝（５０ｍｍ）／（５０μｍ）＝１０００描画ストライプ
【０１７８】
図（ｂ）は、一般的な描画ストライプ２７０２の端部を示しており、個々の２μｍ正方形サブフィールド２７０３が図示されている。走査毎のサブフィールド２７０３の総数は、次の通りである。
【０１７９】
＃サブフィールド／走査＝（ストライプ幅）／（サブフィールド寸法）
＝（５０μｍ）／（２μｍ）＝２５サブフィールド
【０１８０】
一サブフィールドのクローズアップを図（ｃ）に示しており、１ｎｍのＸＹアドレスグリッドを右下隅で拡大している。図（ｄ）は、１ｎｍアドレスグリッド２７０４及び２７０５を示す。サブフィールド当たりのアドレスグリッド内のステップ数は、次の通りである。
【０１８１】
＃アドレスステップ＝（サブフィールド寸法）／（アドレスグリッド）
＝（２μｍ）／（１ｎｍ）＝２０００≡２11
【０１８２】
一本の軸線において約２11のアドレスグリッドステップにアドレスするには、次の数のアドレスビットが必要になる。
＃アドレスビット＝ｌｏｇ2（＃アドレスステップ）≡１１ビット
【０１８３】
アドレシングは二次元であるため、任意の２μｍ正方形サブフィールド２７０３内の何れかの場所にビーム位置を定めるには、合計２２アドレスビットで十分となる。
【０１８４】
図２７Ｂは、ＸＹ配列内に位置決めされた多数の鏡筒により同時に５０μｍ幅のストライプを描画する方法の実施形態の図である。図（ａ）は、３００ｍｍウエハ２４０１上で平行して描画を行うビーム２７０６の配列（それぞれが図２Ａのビーム２２２に等しい）の斜視図である。各ビーム２７０６は、領域２７０１を描画する。
【０１８５】
図（ｂ）は、一領域２７０１のクローズアップであり、領域２７１０を描画するビーム２７０６を示している。走査偏向２７４０は、ビーム２７０６をウエハ表面２２１に対して常に垂直に維持し、これによりテレセントリック走査を提供することに留意されたい。図２７Ａにおいて、各走査では、それぞれ２μｍ角の２５個のサブフィールド２７０３を描画する。ウエハステージ２４０２は、交互に＋Ｙ、−Ｙ、＋Ｙ．．．方向へ蛇行パターン２７１１で進行するが、ビーム走査は、Ｘ方向となる。走査２７０７の合間に、ウエハは、描画すべき次のストライプ２７０２の先頭へ、Ｘ方向に沿って段階的に進む。図（ｃ）は、走査２７１２の詳細図であり、２５個のサブフィールド２７０３と５０μｍの走査幅２７１５とを示している。走査２７１５の描画中、ステージは、当業者に周知の「オンザフライ書き込み」プロセスにおいて、距離２７１４を移動する。
【０１８６】
図２７Ｃは、一般的な３００ｍｍウエハ２４０１上でのダイの配置と、鏡筒のＸＹ配列との間の対応性の例をＸ軸２７３０及びＹ軸２７３１と共に示す図である。鏡筒描画領域２７０１は、図２７Ａの計算により決定されるＸＹ寸法を有し、この例（６×６鏡筒配列）では、５０ｍｍ×５０ｍｍである。図示したように、角隅部の鏡筒［（０，０）、（０，５）、（５，０）、及び（５，５）等］は、ウエハ上の非常に小さな面積を描画する。より大きな鏡筒配列（７×７、８×８、．．．等）では、鏡筒配列の四隅のそれぞれに位置する一つ以上の鏡筒を取り除くことができる。鏡筒は、Ｘラベル２７２１及びＹラベル２７２０を有し、６×６鏡筒配列に対して、ラベルの範囲は０乃至５となる。鏡筒配列の中心は、偶数配列（６×６、８×８、．．．等）では鏡筒の間となり、奇数配列（７×７、９×９、．．．等）では鏡筒の中心となる。
【０１８７】
本例において、ダイの寸法は、Ｘ寸法＝２２ｍｍ、Ｙ寸法＝１９．５ｍｍと仮定されている。ウエハ２４０１の縁部にエッジ除外領域は存在せず、これにより合計１４３個のダイが生じる。鏡筒配列のＸＹ間隔には、ウエハ２４０１上のダイ配列のＸＹ間隔に一致させるための要件は存在しない。
【０１８８】
図２８Ａは、それぞれ２μｍのＸ寸法２８０５及び２μｍのＹ寸法２８０６を有するサブフィールド２８０４へ分割された、集積回路（ＩＣ）パターンデータ２８０１の図である。それぞれのサブフィールド２８０４は、１ｎｍのＸＹアドレスグリッド２８０７及び２８０８を有する。厳密に同じサブフィールド及びアドレスグリッド値を、鏡筒のビームアドレシングと、ＩＣパターンデータとに使用しており、データ経路電子機器に関する要件は、描画ビームの位置（ＸＹにおいて最大オフセット±１μｍ）を調整し、パターンデータを描画グリッドに被せることである。ＩＣパターンデータは、図２７Ｃの鏡筒配列用のＸ軸２７３０及びＹ軸２７３１に対応する、Ｘ軸２８０９及びＹ軸２８１０に整合させる。
【０１８９】
図２８Ｂは、サブフィールドヘッダデータ形式の例を示す。ＩＣパターンデータに対するサブフィールドアドレシング要件は、次の通りである。
【０１９０】
最大ＩＣサイズ６４ｍｍ×６４ｍｍ（４０９６ｍｍ2）
ＩＣ内サブフィールドアドレスグリッド２μｍ×２μｍ
ＩＣ内サブフィールドの１６ビットＸアドレス
ＩＣ内サブフィールドの１６ビットＹアドレス
【０１９１】
各２μｍ正方形サブフィールド内において、パターンアドレシング要件は次の通りである。
サブフィールド内パターンアドレシンググリッド１ｎｍ×１ｎｍ
サブフィールド内パターンの１６ビットＸアドレス
サブフィールド内パターンの１６ビットＹアドレス
【０１９２】
ＩＣパターンデータ２８０１内の各サブフィールド２８０４に対して、９バイト２８１７で構成され、以下のデータを含むサブフィールドヘッダ２８１１を定義する。
【０１９３】
バイト＃０乃至１  ２８１２＝２μｍ正方形サブフィールド内で露光されるべきパターンの総数――最大数は、２16−１＝６５５３５
バイト＃２乃至３  ２８１３＝サブフィールドのＸアドレス（２μｍ単位で−３２７６８μｍ乃至＋３２７６８μｍ）
バイト＃４乃至５  ２８１４＝サブフィールドのＹアドレス（２μｍ単位で−３２７６８μｍ乃至＋３２７６８μｍ）
バイト＃６  ２８１５＝ＰＥＣ線量レベル（補正無し＝２５５乃至最大補正＝０――図２９Ｃ参照）
バイト＃７  ２８１６＝描画されたサブフィールド領域の割合（描画無し＝０乃至完全描画＝２５５――図２９Ａ参照）
バイト＃８  ２８１８＝このサブフィールドを描画する正方形ビームサイズ（ビームサイズ＝ｎｍを単位とするバイト＃８の値：０ｎｍ乃至２５５ｎｍ）
【０１９４】
二つ以上のビームサイズでサブフィールドを描画する方が効率的である場合には、複数のサブフィールドデータ定義（それぞれ独自のサブフィールドヘッダを有する）が必要となる。
【０１９５】
図２８Ｃは、単一のフラッシュ及び複数のフラッシュを描画するためのパターンデータ形式の例の模式図である。単一のフラッシュ用のデータ形式２８２０は、五バイト２８１７を要する。
【０１９６】
バイト＃０  ２８２１＝パターンタイプ（＝１）
バイト＃１乃至２  ２８２２＝フラッシュのＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃３乃至４  ２８２３＝フラッシュのＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
【０１９７】
複数（数＝Ｎ）のフラッシュ用のデータ形式２８３８は、４Ｎ＋２バイト２８１７を要する。
【０１９８】
バイト＃０  ２８２１＝パターンタイプ（＝２）
バイト＃１  ２８２５＝フラッシュ数（２乃至２５５）
バイト＃２乃至３  ２８２６＝フラッシュ＃１のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃４乃至５  ２８２７＝フラッシュ＃１のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃２乃至３  ２８２９＝フラッシュ＃２のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃４乃至５  ２８３０＝フラッシュ＃２のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃２乃至３  ２８３２＝フラッシュ＃３のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃４乃至５  ２８３３＝フラッシュ＃３のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
．．．                            ．．．
バイト＃２乃至３  ２８３５＝フラッシュ＃ＮのＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃４乃至５  ２８３６＝フラッシュ＃ＮのＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
【０１９９】
図２８Ｄは、単一ライン及びポリラインを描画するためのパターンデータ形式の例の模式図である。単一ライン用のデータ形式２８４０は、９バイト２８１７を要する。
【０２００】
バイト＃０  ２８２１＝パターンタイプ（＝３）
バイト＃１乃至２  ２８４１＝ライン開始のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃３乃至４  ２８４２＝ライン開始のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃５乃至６  ２８４４＝ライン終了のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃７乃至８  ２８４５＝ライン終了のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
【０２０１】
ポリライン（数＝Ｎ）用のデータ形式２８４７は、４Ｎ＋６バイト２８１７を要する。
【０２０２】
バイト＃０  ２８２１＝パターンタイプ（＝４）
バイト＃１  ２８４８＝ポリライン内のライン数（２乃至２５５）
バイト＃２乃至３  ２８４９＝ライン＃１開始のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃４乃至５  ２８５０＝ライン＃１開始のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃６乃至７  ２８５２＝ライン＃１終了のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
＝ライン＃２開始のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃８乃至９  ２８５３＝ライン＃１終了のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
＝ライン＃２開始のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃１０乃至１１  ２８５５＝ライン＃２終了のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
＝ライン＃３開始のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃１２乃至１３  ２８５６＝ライン＃２終了のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
＝ライン＃３開始のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
．．．                            ．．．
バイト＃４Ｎ＋２乃至４Ｎ＋３  ２８５８＝ライン＃Ｎ終了のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃４Ｎ＋４乃至４Ｎ＋５  ２８５９＝ライン＃Ｎ終了のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
【０２０３】
図２８Ｅは、サブフィールド全体を描画、四角形を描画、又は右上象限の三角形を描画するためのパターンデータ形式の例の模式図である。サブフィールド全体を埋めるデータ形式２８６１は、一バイト２８１７のみを要する。
【０２０４】
バイト＃０  ２８２１＝パターンタイプ（＝５）
【０２０５】
四角形用のデータ形式２８６２は、９バイト２８１７を要する。
【０２０６】
バイト＃０  ２８２１＝パターンタイプ（＝６）
バイト＃１乃至２  ２８６３＝左上角のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃３乃至４  ２８６４＝左上角のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃５乃至６  ２８６６＝右下角のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃７乃至８  ２８６７＝右下角のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
【０２０７】
右上象限の三角形用のデータ形式２８６９は、９バイト２８１７を要する。
【０２０８】
バイト＃０  ２８２１＝パターンタイプ（＝７）
バイト＃１乃至２  ２８７０＝左上角のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃３乃至４  ２８７１＝左上角のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃５乃至６  ２８７３＝右下角のＸアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
バイト＃７乃至８  ２８７４＝右下角のＹアドレス（−１０００ｎｍ乃至１０００ｎｍ）
【０２０９】
左上、左下、及び右下象限の三角形を描画するには、パターンタイプを、それぞれ８、９、及び１０とする。パターンタイプ８乃至１０のデータ形式は、上記パターンタイプ７のものと同一である。
【０２１０】
図２８Ｆは、複数の描画パターンタイプを含む一般的なサブフィールド２８０４の具体例を示す。
【０２１１】
タイプ＃１――位置（Ｘsf，Ｙsf）２９０１での単一フラッシュであり、下付き文字「ｓｆ」は、単一フラッシュ（ｓｉｎｇｌｅ  ｆｌａｓｈ）を意味する。
【０２１２】
タイプ＃２――位置（Ｘmf1，Ｙmf1）２９０３、（Ｘmf2，Ｙmf2）２９０４、（Ｘmf3，Ｙmf3）２９０５、及び（Ｘmf4，Ｙmf4）２９０６での複数フラッシュ２９０２。下付き文字「ｍｆＸ」は、複数フラッシュ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｆｌａｓｈｅｓ）を表し、Ｘはフラッシュ番号を意味する（本例では１乃至４）。
【０２１３】
タイプ＃３――位置（Ｘsl0，Ｙsl0）２９０８において開始され、位置（Ｘsl1，Ｙsl1）２９０９において終了する単一ライン２９０７。下付き文字「ｓｌ」は、単一ライン（ｓｉｎｇｌｅ  ｌｉｎｅ）を表す。
【０２１４】
タイプ＃４――位置（Ｘpl0，Ｙpl0）２９１１において開始され、点（Ｘpl1，Ｙpl1）２９１２へ進み、次に点（Ｘpl2，Ｙpl2）２９１３へ進み、点（Ｘpl3，Ｙpl3）２９１４において終了するポリライン２９１０。下付き文字「ｐｌ」は、ポリライン（ｐｏｌｙｌｉｎｅ）表す。
【０２１５】
タイプ＃６――（Ｘr0，Ｙr0）２９１９に左上が位置し、（Ｘr1，Ｙr1）２９２０に右上が位置する四角形２９１８。下付き文字「ｒ」は、四角形（ｒｅｃｔａｎｇｌｅ）を表す。
【０２１６】
タイプ＃９――（Ｘtc0，Ｙtc0）２９１６に左上角が位置し、（Ｘtc1，Ｙtc1）２９１７に右下角が位置する左下象限の三角形２９１５。下付き文字「ｔｃ」は、三角形タイプｃ（ｔｒｉａｎｇｌｅ  ｔｙｐｅ  ｃ）（左下象限）を表す。他の三角形タイプは、タイプａ（右上象限）「ｔａ」、タイプｂ（左上象限）「ｔｂ」、及びタイプｄ（右下象限）「ｔｄ」である。
【０２１７】
図２９Ａは、各サブフィールド２８０４内に描画される区画を計算する、近接効果補正（ＰＥＣ）方式における第一のステップを示す模式図である。Ｘ軸２８０９及びＹ軸２８１０に対して定められたＩＣパターンデータ２８０１について、各軸に沿ったサブフィールド数ＭX２９２３及びＭY２９２２は、次の通りである。
【０２１８】
ＭX＝（μｍ単位のＩＣのＸ寸法）／（２μｍ）（切り捨て）
ＭY＝（μｍ単位のＩＣのＹ寸法）／（２μｍ）（切り捨て）
【０２１９】
サブフィールドの番号付けは、Ｘ軸２８０９に沿って０乃至ＭX２９２３であり、Ｙ軸２８１０に沿って０乃至ＭY２９２２であるため、ＩＣパターンデータ内のサブフィールドの総数≡Ｍ＝（ＭX＋１）（ＭY＋１）となる。単一のビームサイズにより全てのサブフィールドが描画対象となる場合Ｍdatasets＝Ｍであり、ここでＭdatasetsは、必要なサブフィールドデータセットの数である。複数のビームサイズにより一部のサブフィールドが描画対象となる場合、Ｍdatasets＞Ｍとなる。  
【０２２０】
例えば、
Ｎj＝ｊ種類の異なるビームサイズにより描画するべきサブフィールドの数であり、ｊ＝１、２、．．．である場合、
【数１】
2009531855.tif 000009
となる。
【０２２１】
各ビームサイズを設定するのに必要なオーバヘッド時間のため、二、三種類より多くのビームサイズが何れか一つのサブフィールドに最適となる可能性は低い。
【０２２２】
次に、各サブフィールド２８０４について、描画対象となるサブフィールド領域の総割合を計算する。例は、次の通りである。
【０２２３】
サブフィールド（２，１）２９２５は、全体が描画される［ボンディングパッドの一部となり得る］ため、割合＝１．０であり、サブフィールドヘッダ２８１１内のバイト＃７  ２８１６の値＝２５５となる。
【０２２４】
サブフィールド（５，４）２９２６は、サブフィールド面積の７０％低度が密に描画されるため、割合＝約０．７であり、サブフィールドヘッダ２８１１内のバイト＃７  ２８１６の値＝１７９≒０．７×２５５となる。
【０２２５】
サブフィールド（１１，７）２９２７は、１５％低度がまばらに描画されるため、割合は約０．１５であり、サブフィールドヘッダ２８１１内のバイト＃７  ２８１６の値＝３８≒０．１５×２５５となる。
【０２２６】
描画対象となる総割合がサブフィールド２８０４毎に計算されると、データは、サブフィールドデータヘッダのバイト＃７  ２８１６に格納される。任意の特定のサブフィールドに複数のビームサイズが使用される場合、描画対象の総面積の値は、各サブフィールドデータセットのバイト＃７  ２８１６に格納され、この場合の描画対象の総面積は、その特定のサブフィールド２８０４に対する全てのデータセットにおけるバイト＃７  ２８１６の値の合計である。サブフィールド２８０４毎の描画対象の総面積の計算は、他のサブフィールド２８０４における描画対象面積から完全に独立していることに留意されたい。図２９Ｂは、一次ビーム線量に対するＰＥＣ補正がどのサブフィールド２８０４にも存在しないと仮定して、サブフィールド２９３７の総後方散乱電子（ＢＳＥ）線量を計算する、ＰＥＣ方式における第二のステップの模式図を示す。ＩＣパターンデータ２８０１は、図２９Ａと同じである。サブフィールド（ｉ，ｊ）［ｉ＝０乃至ＭX及びｊ＝０乃至ＭY］毎に、図示した相対強度グラフを使用して、全ての隣接サブフィールドからの後方散乱電子線量の荷重和を計算する。サブフィールド（ｉ，ｊ）２９３７から離れて半径２９３１が増加すると、相対強度スケール２９３２に対してプロットした曲線２９３４により示したように、寄与度は降下する。ＢＳＥ分布は等方性であり、サブフィールド２９３７における総線量に対するＢＳＥの寄与は、円２９３８の周囲では同じになると考えられる。最大可能後方散乱寄与度は、後方散乱電子係数であるη２９３６であり、これはサブフィールド（ｉ，ｊ）を直接取り囲む八つのサブフィールドと、サブフィールド（ｉ，ｊ）自体とに関連する。各サブフィールドからの寄与度は、ステップ１（図２９Ａ）において計算された、そのサブフィールドの描画の割合に比例する。サブフィールド（ｉ，ｊ）における合計後方散乱線量ｄ（ｉ，ｊ）の式は、次の通りである。
【０２２７】
Ｒ（ｍ，ｎ；ｉ，ｊ）≡√［（ｍ−ｉ）2＋（ｎ−ｊ）2］（２μｍ）＝（ｍ，ｎ）から（ｉ，ｊ）までの半径
ｓ［Ｒ（ｍ，ｎ；ｉ，ｊ）］＝サブフィールド（ｍ，ｎ）におけるＢＳＥ散乱によるサブフィールド（ｉ，ｊ）における相対強度
ｆ（ｍ，ｎ）＝サブフィールド（ｍ，ｎ）内で描画される面積の割合
ｐ（ｍ，ｎ）≡現在は１（次のステップにおいて変更される）
Ｋ＝スケール係数
【数２】
2009531855.tif 000010
【０２２８】
計算中のサブフィールド（ｉ，ｊ）内部からの後方散乱電子もＢＳＥバックグラウンド線量に寄与するため、ｍ及びｎの合計にはサブフィールド（ｉ，ｊ）が含まれることに留意されたい。
【０２２９】
図２９Ｃは、一次ビーム線量とＢＳＥ線量とを組み合わせることで、各サブフィールドの総線量を計算する、ＰＥＣ方式における第三のステップの模式図を示す。発生する物理的プロセスは、サブフィールド（ｉ，ｊ）において描画中の各パターン内部のものであり、レジスト線量に対して三種類の寄与が存在する。
【０２３０】
（１）描画中のパターンに対する描画ビーム内の一次電子
（２）サブフィールド（ｉ，ｊ）内の他のパターンからの後方散乱電子
（３）隣接サブフィールド（ｍ，ｎ）からの後方散乱電子
【０２３１】
図２９Ｃは、描画線量をどのように減少させて、寄与（２）及び（３）を補正可能かを示しており、これは近接効果補正（ＰＥＣ）と呼ばれる当業者に周知のプロセスである。左側の線量プロファイル２９４２（相対軸２９４１に対してプロット）は、最小のＢＳＥバックグラウンド線量であるため、ＰＥＣを必要としない場合に対応する。プロセスの自由度を最大にするため、レジスト露光線量が線量プロファイルの最大傾斜の点、この場合、点２９４５において生じるように、描画線量を調整することが有用である。これにより、レジスト処理又は描画ビーム電流の変化が、線幅の変化に与える影響が最小になる。描画線量２９５１は、ＰＥＣが無い場合、必要な露光量２９５０のレベルの二倍となる。
【０２３２】
中央の例は、露光線量の約３０％である中レベルのＢＳＥバックグラウンド２９４８の場合を示している。プロセスの自由度を維持するために、図示したように、描画線量２９４３を同じパーセンテージ、或いはＢＳＥバックグラウンド２９４８の二倍の量だけ減少させ、これにより、破線で示した露光量の点２９４６を維持している。描画線量２９５１は露光量２９５０の二倍であるため、露光量は、二倍の量だけ減少する。
【０２３３】
右の例は、密なライン及びスペースを表し、最大のＢＳＥバックグラウンドが生じている。この例において、ＢＳＥバックグラウンド２９４９は、露光線量２９５０の約６０％であり、描画線量の６０％の低減を必要とする。
【０２３４】
全てのｉ＝０，．．．ＭX及びｊ＝０，．．．ＭYに対するＢＳＥバックグラウンドが決定された後、第一のパスでの線量補正を実行できる。全てのサブフィールド（ｉ，ｊ）に対して、補正係数ｐ（ｉ，ｊ）を計算する。
ｐ（ｉ，ｊ）＝１−２ｄ（ｉ，ｊ）
【０２３５】
次に、こうしたｐ（ｉ，ｊ）に対する新しい値を使用して、ｄ（ｉ，ｊ）の全ての値を再計算すると、結果としてｄ（ｉ，ｊ）に対する小さな値が生じ、これにより、今度はｐ（ｉ，ｊ）に対する大きな値が生じる。したがって、ｐ（ｉ，ｊ）に対する自己矛盾の無い解を見つけるプロセスは、振動するが、通常は数サイクル以内に収束する。ｐ（ｉ，ｊ）に対する値が事前に設定した何らかの制限により変化しなくなった後、プロセスを終了し、ｐ（ｉ，ｊ）に対する計算値に２５５を乗算し、バイト＃６  ２８１５に格納する。
【０２３６】
図２Ａの鏡筒に対する一般的な電極電圧
【表７】
2009531855.tif 000011
【０２３７】
一つ以上の電子光学鏡筒を利用して、レジスト被覆ウエハ上に一連のストライプを描画する、可能な描画戦略の一つを、図２７Ｂに示している。一例として、同一鏡筒の６×６配列を３００ｍｍウエハの上方に位置決めすると仮定する。鏡筒間隔は、次のように決定できる。
【０２３８】
鏡筒間隔＝（ウエハ直径）／√（鏡筒数）
＝（３００ｍｍ）／√（６×６）＝（３００ｍｍ）／６＝５０ｍｍ
【０２３９】
各鏡筒が描画する必要があるのは、ウエハの５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形領域のみである。特定の鏡筒が自分の領域の描画を完了した時には、他の３５本の鏡筒のそれぞれは、自分のそれぞれの領域の描画を同時に完了し、ウエハが完成する。各鏡筒が描画するべき領域は、図２７Ａに示したように、一連の５０μｍ幅の平行ストライプに分割され、ここではストライプの総数は１０００になるように決定されている。
【０２４０】
各ストライプ内では、鏡筒が、一連の「フラッシュ」においてレジスト上での描画を行い、各フラッシュでは、所定の感度（５μＣ／ｃｍ2と仮定）を有するレジスト上で、高電流密度ビームを使用して正方形領域を露光する。フラッシュ当たりの時間は、成形ビームの外縁部でのビーム電流密度により決定される。図２１Ｃに示したように、ビーム電流密度は、２０００Ａ／ｃｍ2（３０ｎｍ及び１２０ｎｍ正方形ビーム）から、２５００Ａ／ｃｍ2（約８０ｎｍ正方形ビーム）、及び最大３０００Ａ／ｃｍ2（４０ｎｍ正方形ビーム）の範囲となる。
【０２４１】
フラッシュ当たりの時間＝（レジスト感度）／（ビーム電流密度）
＝（５μＣ／ｃｍ2）／（３０００Ａ／ｃｍ2）＝１．６７ｎｓ
＝（５μＣ／ｃｍ2）／（２５００Ａ／ｃｍ2）＝２．００ｎｓ
＝（５μＣ／ｃｍ2）／（２０００Ａ／ｃｍ2）＝２．５０ｎｓ
これらの計算フラッシュ時間は、図２１Ｃにグラフ化されている。
【０２４２】
各フラッシュでは、ビームをウエハ表面の新たな位置へ偏向させることが必要であるため、１ｎｓのセットアップ時間が想定されている。そのため、合計ピクセル描画時間は、以下により決定される。
【０２４３】
合計ピクセル描画時間＝（フラッシュ数／サブフィールド）［（時間／フラッシュ）＋（セットアップ時間）］
ここでサブフィールドは、２．０μｍ×２．０μｍと仮定される。
【０２４４】
全体的なパターン密度により、平均フラッシュ数／サブフィールドが決定され、これは、図３０において変数として残る。予想されるように、パターン密度が高いと、平均して高いフラッシュ／サブフィールド３００１が必要となり、結果としてパターン形成のスループット３００２は低くなる。
【０２４５】
ステージがストライプの長さに沿って（或いは、＋Ｙ及び−Ｙ方向２７０２に――図２７Ｂ参照）移動する際に、電子ビームは、ストライプの幅２７１５に亘って、垂直２７４０に（Ｘ軸に沿って）静電走査される。ここで想定した５０μｍストライプにより、サブフィールド／走査の総数は、図２７Ａにおいて２５に決定される。１０ｎｓの走査回帰時間を含めると、走査当たりの合計時間は、次のようになる。
時間／走査＝（サブフィールド数／走査）（時間／サブフィールド）＋（走査回帰時間）
【０２４６】
この描画戦略において、走査は、光軸に対する静電ビームの偏向＝±（走査幅）／２を使用して達成される。ストライプ全体の長さを描画するのに必要な走査の総数は、次のように求められる（ここで、ストライプの長さ＝鏡筒間隔）。
走査数＝（鏡筒間隔）／（サブフィールド寸法）
＝（５０ｍｍ）／（２．０μｍ）＝２５０００
【０２４７】
描画中のステージ移動の戦略の一つは、描画ビーム（鏡筒当たり一本）の下で連続的に移動させることである。この場合、ステージ速度は、次のようになる。
ステージ速度＝（サブフィールド寸法）／（時間／走査）
【０２４８】
フラッシュ数／サブフィールドを変数として、ステージ速度は、約５５０ｍｍ／ｓ（１ｇ＝９８００ｍｍ／ｓ2のステージ加速度及びストライプ２７０２の長さ５０ｍｍにより制限される）から５０ｍｍ／ｓ未満に至る範囲となり、フラッシュ数／サブフィールドが増加するか、或いはビーム電流密度が減少するに従って低下する。
【０２４９】
最後に、ウエハの移送、全体的アライメント、局所的アライメント、及び一枚のウエハの描画終了と次のものの描画開始との間に必要となる他の全ての機能を可能にするために、各ウエハに対して４５秒のオーバヘッドを想定した。したがって、ウエハ当たりの合計時間は、全ストライプの描画時間＋全ストライプに対するステージのターンアラウンドタイム＋ウエハのオーバヘッドで構成される。スループットは、ウエハ当たりの合計時間に反比例する。
【０２５０】
図３０は、６×６乃至１０×１０の様々な数の鏡筒を有する一つの描画モジュールでのサブフィールド当たりのフラッシュの平均数３００１に対する計算スループット３００２のグラフを示す図であり、必要な露光電流３００３を３０００Ａ／ｃｍ2と仮定しており、これは最適化された４０ｎｍ正方形ビームに対応する。サブフィールドは、２μｍ角を想定しており、フラッシュ／サブフィールドの平均数は４０乃至３６０の範囲となっている。曲線３００５は、６×６鏡筒配列に対応し、各鏡筒は５０ｍｍ×５０ｍｍの領域を描画する。曲線３００６は、７×７鏡筒配列に対応し、各鏡筒は４２．９ｍｍ×４２．９ｍｍ以下を描画する。曲線３００７は、８×８鏡筒配列に対応し、各鏡筒は３７．５ｍｍ×３７．５ｍｍ以下を描画する。曲線３００８は、９×９鏡筒配列に対応し、各鏡筒は３３．４ｍｍ×３３．４ｍｍ以下を描画する。最後に曲線３００９は、１０×１０鏡筒配列に対応し、各鏡筒は３０ｍｍ×３０ｍｍ以下を描画する。多数のフラッシュ（１６０／サブフィールド超）に対して、スループットは、フラッシュの平均数にほぼ反比例する一方、領域３００４内の少数のフラッシュに対して、スループットは、最大ステージ加速度（９８００ｍｍ／ｓ2＝１ｇと仮定される）により制限される。２μｍ正方形サブフィールド全体が４０ｎｍビームによる描画対象となる場合、これには法外な数のフラッシュ、即ち［（２μｍ）／（４０ｎｍ）］2＝２５００フラッシュが必要となり、これは、可変サイズのビームの必要性を明確に示している。
【０２５１】
３０ｎｍ、約８０ｎｍ、及び１２０ｎｍビームについて、図２１Ｂに示した電流密度を使用して、同様のグラフをプロットできる。（最適化された）４０ｎｍ正方形ビーム以外の全てのビームサイズで、スループットは、図３０に示したものより僅かに低下する。
【０２５２】
中心間で１２５ｎｍの間隔を空けた１２０ｎｍ正方形ビームでは、２μｍ正方形サブフィールドは、［（２μｍ）／（１２５ｎｍ）］2＝２５６フラッシュで描画可能であり、これは、必要となる２．５０ｎｓの滞留時間を見越しても、許容可能な数である。ここで説明した鏡筒設計を使用して可能になる多数の鏡筒では、少なくとも一つの鏡筒は、他の鏡筒が微細な特徴部を有する領域を描画中に、常にボンディングパッドを描画している可能性が高いため、妥当な時間でサブフィールド全体を完全に描画できることが重要となる。描画戦略では全ての鏡筒が描画中に同期を継続する必要があることから、システムは、スループットを維持するために、全ての鏡筒の描画速度を維持できる必要がある。
【０２５３】
上記の発明は、単一の電子ビーム鏡筒に二つのビーム限定アパーチャがある場合を含むように拡張可能である。二つのアパーチャは、一緒に使用して基板におけるビームを限定できる。二つのアパーチャは、共に光軸を中心としており、互いに軸方向で分離される。上記のように、更にビームパターン限定アパーチャを追加して、多数のアパーチャを単一の鏡筒に提供し得る。
【０２５４】
多数のビーム限定アパーチャを電子ビーム鏡筒に組み込んで、基板における様々なビーム形状の選択を可能にし得る。アパーチャは、単一のアパーチャブレードに取り付け、必要に応じて軸上で移動させること、或いは、鏡筒の異なる部分において、別個の四角形アパーチャブレードに取り付けること、更に、上部及び下部偏向光学系の間で光軸に近接して位置決めし、ビームの偏向（上部偏向光学系を使用）により所望のアパーチャを選択できるようにし、下部偏向光学系を使用して（選択されたアパーチャの通過後）ビームを光軸上に再偏向すること等を実行し得る。
【０２５５】
電子光学系は、電子ビームを拡大、縮小、又は変形できるように構成し、基板におけるビームがビーム限定アパーチャにより決定された形状を拡大、縮小、又は変形したものとなるようにし得る。正方形ビームの有用な変形の例は、三角形を形成するために一本の軸に沿って縮小することである。他の変形には、正方形ビームから、平行四辺形として形成されたビームへの変換が含まれる。こうした効果を達成するために使用し得る電子光学要素は、四極子及び八極子レンズを含む。
【０２５６】
本明細書で説明したビームパターン限定アパーチャ２１２の設計手順では数値的方法を採用したが、別の分析方法も可能である。図１を参照すると、ブロック１０２乃至１０６の機能は変化しないが、ブロック１０８では、数値的電子線トレーシングの代わりに、光学系の動作の分析モデルと生成し、その後、これを使用して、円形ビームのどの電子線が所望のパターン化ビームプロファイル内を通過し、どの電子線が所望のパターン化ビームプロファイルの外側を通過するかを決定する。光学系の分析モデルは電子線トレーシングを使用して生成されるが、この分析手法は、電子線トレーシングの計算における数値的誤差の影響を低減することで、ＰＢＤＡ２１２の設計を改善し得る機会を提供する。この改善は、ウエハ表面２２１における電子線切片の値の小さな（ｎｍのスケール）変動を均すために、電子線トレーシング計算から導かれた分析モデルを平滑化することで達成される。この分析手順を使用してブロック１１２においてＰＢＤＡ設計を生成した後、図１で説明した残りのＰＢＤＡ設計手順は同一となる。
【０２５７】
本明細書に例において示した設計において、ビームサイズの実用的範囲は、ほぼ３０ｎｍから１２０ｎｍまでとなる。本発明を実現する他の電子光学設計では、ビームサイズの範囲は、１５乃至２０ｎｍから４００乃至５００ｎｍまでにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２５８】
【図１】高強度パターン化電子ビームの生成において使用する、ビームパターン限定アパーチャを利用する電子光学システムの設計手順のフローチャートである。
【図２Ａ】高電流密度パターン化電子ビームを生成するために非円形アパーチャを利用する電子鏡筒の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの電子光学鏡筒の底部の断面図である。
【図３Ａ】ソースチップ２０１近くの電子線を示す様々な図である。
【図３Ｂ】上部アライメント偏向器／非点補正器２０７における電子線を示す様々な図である。
【図３Ｃ】下部アライメント偏向器２０８における電子線を示す様々な図である。
【図３Ｄ】ビームトリミングアパーチャ２７６直上の電子線を示す様々な図である。
【図３Ｅ】ビームブランカにおける電子線を示す様々な図である。
【図３Ｆ】下部ビームブランカ２７８における電子線を示す図である。
【図３Ｇ】ビーム限定アパーチャ２１２直上の電子線を示す様々な図である。
【図３Ｈ】上部メインフィールド偏向器２１３内部の電子線とメインフィールド偏向器の概略とを示す図である。
【図３Ｉ】下部メインフィールド偏向器２１４内部の電子線を示す図である。
【図３Ｊ】サブフィールド偏向器／非点補正器２１５内部の電子線を示す図である。
【図３Ｋ】焦点１電極組立体２１６内部の電子線を示す図である。
【図３Ｌ】焦点２電極組立体２１７内部の電子線を示す図である。
【図３Ｍ】フィールドフリー管２１８内部の電子線を示す図である。
【図４Ａ】第一のパターン化アパーチャを図２Ａの鏡筒に挿入する前の、光軸（０，０）を中心とした、ウエハ平面における第一の円形ビームプロファイルのグラフであり、所望の正方形プロファイルをグラフに重ねた図である。
【図４Ｂ】第一のパターン化アパーチャを図２Ａの鏡筒に挿入する前の、中心が光軸から＋１２．５μｍ外れた、ウエハ平面における第一の円形ビームプロファイルのグラフであり、所望の正方形プロファイルをグラフに重ねた図である。
【図４Ｃ】第一のパターン化アパーチャを図２Ａの鏡筒に挿入する前の、中心が光軸から＋２５μｍ外れた、ウエハ平面における第一の円形ビームプロファイルのグラフであり、所望の正方形プロファイルをグラフに重ねた図である。
【図５】パターン化アパーチャを図２Ａの鏡筒に挿入した後の、光軸（０，０）を中心とした、ウエハ平面における理想ビームプロファイルを示す図である。
【図６Ａ】図２Ａの鏡筒においてビームパターン限定アパーチャ２１２が透過させる理想的なビームのグラフを示す図である。
【図６Ｂ】図２Ａの鏡筒においてビームパターン限定アパーチャ２１２が遮蔽する理想的なビームのグラフを示す図である。
【図７Ａ】図２Ａの鏡筒においてビームパターン限定アパーチャ２１２が透過させる実際のビームのグラフを示す図である。
【図７Ｂ】図２Ａの鏡筒においてビームパターン限定アパーチャ２１２が遮蔽する実際のビームのグラフを示す図である。
【図８Ａ】ウエハにおいて高電流密度正方形電子ビームと、ビームエネルギ５０００ｅＶの電子線とを生成するように設計されたビームパターン限定アパーチャ（ＰＢＤＡ）を示す図である。
【図８Ｂ】ウエハ表面の電子線交点に対する、ＰＢＤＡの中心部を通過する電子線のマッピングを示す図である。
【図８Ｃ】ウエハ表面の電子線交点に対する、ＰＢＤＡの外側部を通過する電子線のマッピングを示す図である。
【図９】ビームプロファイルの計算に使用されるウエハ表面の様々なビーム位置Ａ乃至Ｄを示す図である。
【図１０Ａ】ビームが図９の位置Ａにある時、４０ｎｍ正方形電子ビームの一回のフラッシュによる計算露光量を示す図である。
【図１０Ｂ】ビームが図９の位置Ｂにある時、４０ｎｍ正方形電子ビームの一回のフラッシュによる計算露光を示す図である。
【図１０Ｃ】ビームが図９の位置Ｃにある時、４０ｎｍ正方形電子ビームの一回のフラッシュによる計算露光量を示す図である。
【図１０Ｄ】ビームが図９の位置Ｄにある時、４０ｎｍ正方形電子ビームの一回のフラッシュによる計算露光量を示す図である。
【図１１】ビームが図９の位置Ａにある時、４０ｎｍの間隔で「Ｌ字」パターンにおいて隣接する４０ｎｍ正方形電子ビームの三回のフラッシュ（全て図１０Ａのフラッシュ）による計算露光量を示す図である。
【図１２】ビームが図９の位置Ａにある時、４０ｎｍ正方形電子ビームの二回の重複するフラッシュ、及び別個の一回のフラッシュ（全て図１０Ａのフラッシュ）による計算露光量を示す図である。
【図１３】ビームが図９の位置Ａにある時、単一の４０ｎｍ正方形ビーム（図１０Ａのもの）と、単一の４０ｎｍＦＷＨＭガウスビームとにおける計算ビーム電流密度のグラフを示す図である。
【図１４】ビームが図９の位置Ａにある時、三本の結合した４０ｎｍ正方形ビーム（全て図１０Ａのフラッシュ、４０ｎｍ間隔）と、同じく４０ｎｍ間隔の三本の複合４０ｎｍＦＷＨＭガウスビームにおける計算ビーム電流密度のグラフを示す図である。
【図１５】ビームが図９の位置Ａにある時、ビーム間隔を４０ｎｍとして、三本の結合した４０ｎｍ正方形ビームと、三本の分離した４０ｎｍ正方形ビームと（全て図１０Ａのフラッシュ）における計算ビーム電流密度のグラフを示す図である。
【図１６】ビーム間隔を全て４０ｎｍとして、三本の結合した４０ｎｍＦＷＨＭガウスビームと、三本の分離した４０ｎｍＦＷＨＭガウスビームとにおける計算ビーム電流密度のグラフを示す図である。
【図１７Ａ】最適化された正方形ビームプロファイルを生成する光学系を設定するのに使用可能なビーム走査方法を示す図である。
【図１７Ｂ】最適化された４０ｎｍ正方形ビームプロファイルを設定するための可能な方法を示す、図１７Ａの様々な走査方向に対する計算ライン走査を示す図である。
【図１８】図８Ａのビームパターン限定アパーチャ２１２を使用して、ビームが図９の位置Ａにある時、３０ｎｍ正方形電子ビームの一回のフラッシュによる計算露光量を示す図である。
【図１９】図８Ａのビームパターン限定アパーチャ２１２を使用して、ビームが図９の位置Ａにある時、約８０ｎｍの正方形電子ビームの一回のフラッシュによる計算露光量を示す図である。
【図２０】図８Ａのビームパターン限定アパーチャ２１２を使用して、ビームが図９の位置Ａにある時、１２０ｎｍ正方形電子ビームの一回のフラッシュによる計算露光量を示す図である。
【図２１Ａ】所望の正方形ビームサイズに対するソースレンズ及び主レンズ集束電圧のグラフを示す図である。
【図２１Ｂ】所望の正方形ビームサイズに対するチップの半角及びウエハでのビーム電流のグラフを示す図である。
【図２１Ｃ】所望の正方形ビームサイズに対するビームフラッシュ時間及びウエハ上での想定露光電流密度（レジスト感度５μＣ／ｃｍ2を仮定）のグラフを示す図である。
【図２１Ｄ】所望の正方形ビームサイズに対するウエハ表面における仮想源の倍率のグラフを示す図である。
【図２２】近接効果補正を実現するためにサブフィールド毎の露光量を変化させるのに使用可能なビームブランキング戦略を示す図である。
【図２３】焦点１及び焦点２八極子電圧のために計算された設定を示す主レンズの断面接近側面図である。
【図２４】ウエハステージ及び位置センサの一実施形態の模式図である。
【図２５】鏡筒及びその制御電子機器の実施形態の概略図である。
【図２６】データパス及びシステム制御電子機器の一実施形態の概略図である。
【図２７Ａ】鏡筒描画領域をどのように分割し、１ｎｍのＸＹアドレスグリッドを有する２μｍ正方形サブフィールドへそれぞれ再分割される５０μｍ幅のストライプにできるかを示す図である。
【図２７Ｂ】ＸＹ配列内に位置決めされた多数の鏡筒により同時に５０μｍ幅のストライプを描画する方法の実施形態の図である。
【図２７Ｃ】一般的な３００ｍｍウエハ上でのダイの配置と、鏡筒のＸＹ配列との間の対応性の例を示す図である。
【図２８Ａ】１ｎｍのＸＹアドレスグリッドを有する２μｍ正方形サブフィールドへ分割された集積回路（ＩＣ）パターンデータの図である。
【図２８Ｂ】サブフィールドヘッダデータ形式の例の模式図である。
【図２８Ｃ】単一のフラッシュ及び複数のフラッシュを描画するためのパターンデータ形式の例の模式図である。
【図２８Ｄ】単一ライン及びポリラインを描画するためのパターンデータ形式の例の模式図である。
【図２８Ｅ】サブフィールド全体、四角形、又は右上象限の三角形を描画するためのパターンデータ形式の例の模式図である。
【図２８Ｆ】複数の描画パターンタイプを含む一般的なサブフィールドの具体例を示す図である。
【図２９Ａ】各サブフィールド内に描画される区画を計算する、近接効果補正（ＰＥＣ）方式における第一のステップを示す模式図である。
【図２９Ｂ】一次ビーム線量に対するＰＥＣ補正が無いと仮定して、各サブフィールドの総後方散乱電子（ＢＳＥ）線量を計算する、ＰＥＣ方式における第二のステップの模式図である。
【図２９Ｃ】一次ビーム線量とＢＳＥ線量とを組み合わせることで、各サブフィールドの総線量を計算する、ＰＥＣ方式における第三のステップの模式図である。
【図３０】必要な露光電流を３０００Ａ／ｃｍ2と仮定して、６×６乃至１０×１０の様々な数の鏡筒を有する一つの描画モジュールでのサブフィールド当たりのフラッシュの平均数に対する計算スループットのグラフを示す図である。
【符号の説明】
【０２５９】
２０１    電子線ソースチップ
２０２    抽出電極
２０３    第一のソースレンズ電極
２０５    第一のソースレンズ電極
２０７    上部アライメント偏向器／非点補正器
２０８    下部アライメント偏向器
２１２    ビームパターン限定アパーチャ
２１４    下部メインフィールド偏向器
２１５    サブフィールド偏向器／非点補正器
２１６    焦点１電極組立体
２１７    焦点２電極組立体
２７６    ビームトリミングアパーチャ
２１０１    ソースレンズ（Ｖ）
２１０３    正方形ビームサイズ（ｎｍ）
２１０２    主レンズ（Ｖ）
２５１０    ソース及びレンズ制御部
２５１２    アライメント偏向器制御部
２５１３    加速カラム制御部
２５１１    ビームブランカドライバ
２５１４    メインフィールド偏向器制御部
２５１５    サブフィールド偏向器／非点補正器制御部
２５１６    主レンズ及びウエハバイアス制御部
２５１７    検出器制御部
２６０１    ウエハステージ干渉計
２６５０    システム制御コンピュータ
２６１５    パターンライブラリ記憶部
２６１８    コントローラ
２６２３    ストライプデータバッファ
２６２５    鏡筒コントローラ
２６２１    データプロセッサ
２６４０    ６×６鏡筒配列
２５１０    ソースレンズ
２５１２    アライメント偏向器
２５１１    ブランカ
２５１４    メインフィールド偏向器
２５１５    サブフィールド偏向器及び非点補正器
２５１６    主レンズ
２５１７    検出器
【図１】
2009531855.tif 000012
【図２Ａ】
2009531855.tif 000013
【図２Ｂ】
2009531855.tif 000014
【図３Ａ】
2009531855.tif 000015
【図３Ｂ】
2009531855.tif 000016
【図３Ｃ】
2009531855.tif 000017
【図３Ｄ】
2009531855.tif 000018
【図３Ｅ】
2009531855.tif 000019
【図３Ｆ】
2009531855.tif 000020
【図３Ｇ】
2009531855.tif 000021
【図３Ｈ】
2009531855.tif 000022
【図３Ｉ】
2009531855.tif 000023
【図３Ｊ】
2009531855.tif 000024
【図３Ｋ】
2009531855.tif 000025
【図３Ｌ】
2009531855.tif 000026
【図３Ｍ】
2009531855.tif 000027
【図４Ａ】
2009531855.tif 000028
【図４Ｂ】
2009531855.tif 000029
【図４Ｃ】
2009531855.tif 000030
【図５】
2009531855.tif 000031
【図６Ａ】
2009531855.tif 000032
【図６Ｂ】
2009531855.tif 000033
【図７Ａ】
2009531855.tif 000034
【図７Ｂ】
2009531855.tif 000035
【図８Ａ】
2009531855.tif 000036
【図８Ｂ】
2009531855.tif 000037
【図８Ｃ】
2009531855.tif 000038
【図９】
2009531855.tif 000039
【図１０Ａ】
2009531855.tif 000040
【図１０Ｂ】
2009531855.tif 000041
【図１０Ｃ】
2009531855.tif 000042
【図１０Ｄ】
2009531855.tif 000043
【図１１】
2009531855.tif 000044
【図１２】
2009531855.tif 000045
【図１３】
2009531855.tif 000046
【図１４】
2009531855.tif 000047
【図１５】
2009531855.tif 000048
【図１６】
2009531855.tif 000049
【図１７Ａ】
2009531855.tif 000050
【図１７Ｂ】
2009531855.tif 000051
【図１８】
2009531855.tif 000052
【図１９】
2009531855.tif 000053
【図２０】
2009531855.tif 000054
【図２１Ａ】
2009531855.tif 000055
【図２１Ｂ】
2009531855.tif 000056
【図２１Ｃ】
2009531855.tif 000057
【図２１Ｄ】
2009531855.tif 000058
【図２２】
2009531855.tif 000059
【図２３】
2009531855.tif 000060
【図２４】
2009531855.tif 000061
【図２５】
2009531855.tif 000062
【図２６】
2009531855.tif 000063
【図２７Ａ】
2009531855.tif 000064
【図２７Ｂ】
2009531855.tif 000065
【図２７Ｃ】
2009531855.tif 000066
【図２８Ａ】
2009531855.tif 000067
【図２８Ｂ】
2009531855.tif 000068
【図２８Ｃ】
2009531855.tif 000069
【図２８Ｄ】
2009531855.tif 000070
【図２８Ｅ】
2009531855.tif 000071
【図２８Ｆ】
2009531855.tif 000072
【図２９Ａ】
2009531855.tif 000073
【図２９Ｂ】
2009531855.tif 000074
【図２９Ｃ】
2009531855.tif 000075
【図３０】
2009531855.tif 000076
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月3日(2008.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジスト被覆基板のパターン形成を行うためのリソグラフィツールであって、
荷電粒子ビームを生成するように構成された荷電粒子源と、
前記荷電粒子源の下方に配置され、前記荷電粒子ビームを実質的に層状の荷電粒子ビームにするように構成された第一のレンズと、
前記第一のレンズの下方に配置され、前記レジスト被覆基板を運ぶステージと、
前記第一のレンズと前記ステージとの間に配置され、前記実質的に層状の荷電粒子ビームを前記レジスト被覆基板の表面に集束させるように構成された第二のレンズと、
前記第一のレンズと前記第二のレンズとの間に配置され、前記第二のレンズにより前記レジスト被覆基板の表面において所定のビームプロファイルへ集束できない前記実質的に層状の荷電粒子ビーム内の荷電粒子の大部分を遮蔽するように構成されたビームパターン限定アパーチャと
を備え、
前記荷電粒子源、前記第一のレンズ、前記ビームパターン限定アパーチャ及び前記第二のレンズが、（１）前記レジスト被覆基板の表面に非円形の成形ビームを形成し、かつ（２）前記ビームパターン限定アパーチャの複数の分離された領域を通過する荷電粒子電流を前記レジスト被覆基板上の単一領域へマッピングするように、構成されている、
リソグラフィツール。
【請求項２】
更に、前記第一のレンズと前記ビームパターン限定アパーチャとの間に配置され、前記実質的に層状の荷電粒子ビームをブランキングするビームブランカを備える、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項３】
前記ビームブランカは、有効ブランキング面を投射して仮想源の位置へ戻すように構成された二重偏向ビームブランカである、請求項２記載のリソグラフィツール。
【請求項４】
更に、前記第一のレンズと前記ビームブランカとの間に配置されたビームトリミングアパーチャを備える、請求項２記載のリソグラフィツール。
【請求項５】
前記ビームトリミングアパーチャは、ブランキング中に前記実質的に層状のビームを前記ビームパターン限定アパーチャに掃射する際に、前記ビームパターン限定アパーチャの全ての開口領域に対して等しい露光時間を提供するように構成され、前記ビームトリミングアパーチャは、ブランキング時間を最小化するように構成される、請求項４記載のリソグラフィツール。
【請求項６】
前記ビームトリミングアパーチャは、正方形の形状の開口部を有し、前記ビームパターン限定アパーチャは、正方形から派生した形状である開口部を有する、請求項５記載のリソグラフィツール。
【請求項７】
更に、前記第一のレンズと前記ビームパターン限定アパーチャとの間に配置されたアライメント偏向器／非点補正器を備え、前記アライメント偏向器／非点補正器は、八重極の構成を採る八個の電極を有する、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項８】
前記アライメント偏向器／非点補正器の八個の電極は、アライメント偏向器制御部に電気的に接続されて、前記アライメント偏向器制御部よりそれぞれ電圧を印加され、前記荷電粒子ビームを偏向させるように、前記荷電粒子ビームを横断する回転可能な双極子電場を生成する、請求項７記載のリソグラフィツール。
【請求項９】
前記アライメント偏向器／非点補正器の八個の電極は、アライメント偏向器制御部に電気的に接続されて、前記アライメント偏向器制御部よりそれぞれ電圧を印加され、前記荷電粒子ビームの非点収差を補正するように、前記荷電粒子ビームを横断する回転可能な四極子電場を生成する、請求項７記載のリソグラフィツール。
【請求項１０】
前記アライメント偏向器／非点補正器の八個の電極は、アライメント偏向器制御部に電気的に接続されて、前記アライメント偏向器制御部よりそれぞれ電圧を印加され、前記荷電粒子ビームの非点収差を補正するように前記荷電粒子ビームを横断する回転可能な四極子電場を生成すると同時に、前記荷電粒子ビームを偏向させるように前記荷電粒子ビームを横断する回転可能な双極子電場を生成する、請求項７記載のリソグラフィツール。
【請求項１１】
更に、前記アライメント偏向器／非点補正器と前記ビームパターン限定アパーチャとの間に位置決めされたビームブランカを備え、実質的に層状の前記荷電粒子ビームをブランキングする、請求項７記載のリソグラフィツール。
【請求項１２】
更に、前記ビームパターン限定アパーチャと前記第二のレンズとの間に配置されたビーム偏向器を備える、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１３】
前記ビーム偏向器は、前記ビームのテレセントリック走査を可能にするように構成された二重偏向器である、請求項１２記載のリソグラフィツール。
【請求項１４】
前記第二のレンズは、前記第二のレンズの有効軸が走査中の前記ビームと近軸の状態で移動できるように構成される、請求項１３記載のリソグラフィツール。
【請求項１５】
前記ビームパターン限定アパーチャは、更に、前記第二のレンズにより前記レジスト被覆基板の前記表面において前記所定のビームプロファイルへ集束可能な前記実質的に層状のビーム内の荷電粒子の大部分を透過するように構成される、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１６】
前記ビームパターン限定アパーチャは、パターン化された導電材料を含む、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１７】
前記ビームパターン限定アパーチャは、連続する荷電粒子透過膜に支持されたパターン化厚膜を含む、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１８】
前記荷電粒子は、電子である、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項１９】
前記ビームパターン限定アパーチャの複数の分離された領域を通過する荷電粒子電流の前記レジスト被覆基板上の単一領域へのマッピングは、Ｎ：１マッピングであり、Ｎは１より大きな整数である、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項２０】
前記ビームパターン限定アパーチャは、正方形の成形ビームを生成するように構成される、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項２１】
レジスト被覆基板のパターン形成を行うためのリソグラフィツールであって、
荷電粒子ビームを生成するように構成された荷電粒子源と、
前記粒子源の下方に配置され、前記荷電粒子ビームを実質的に層状の荷電粒子ビームにするように構成された第一のレンズと、
前記第一のレンズの下方に配置され、前記レジスト被覆基板を運ぶステージと、
前記第一のレンズと前記ステージとの間に配置され、前記実質的に層状の荷電粒子ビームを前記レジスト被覆基板の表面に集束させるように構成された第二のレンズと、
前記第一のレンズと前記第二のレンズとの間に配置され、前記第二のレンズにより前記レジスト被覆基板の表面において所定のビームプロファイルへ集束できない前記実質的に層状のビーム内の荷電粒子の大部分を遮蔽するように構成された複数のビームパターン限定アパーチャと
を備え、
前記荷電粒子源、前記第一のレンズ、前記複数のビームパターン限定アパーチャ及び前記第二のレンズが、（１）前記レジスト被覆基板の表面に非円形の成形ビームを形成し、かつ（２）前記複数のビームパターン限定アパーチャの何れかの複数の分離された領域を通過する荷電粒子電流を前記レジスト被覆基板上の単一領域へマッピングするように、構成されている、
リソグラフィツール。
【請求項２２】
前記複数のビームパターン限定アパーチャは、更に、前記第二のレンズにより前記レジスト被覆基板の前記表面において前記所定のビームプロファイルへ集束可能な前記実質的に層状のビーム内の荷電粒子の大部分を透過するように構成される、請求項２１記載のリソグラフィツール。
【請求項２３】
前記複数のビームパターン限定アパーチャの全ては、前記ツールの光軸に沿って、互いに軸方向で分離され、前記アパーチャの全ては、前記ビームに作用して、前記レジスト被覆基板の前記表面において前記所定のビームプロファイルを生成する、請求項２１記載のリソグラフィツール。
【請求項２４】
前記複数のビームパターン限定アパーチャは、二つのビームパターン限定アパーチャである、請求項２３記載のリソグラフィツール。
【請求項２５】
前記複数のビームパターン限定アパーチャは、単一のアパーチャブレード上に配置され、前記アパーチャブレードは、前記複数のビームパターン限定アパーチャの何れかの前記ビーム内への挿入を可能にするように構成される、請求項２１に記載のリソグラフィツール。
【請求項２６】
前記複数のビームパターン限定アパーチャの何れかの複数の分離された領域を通過する荷電粒子電流の前記レジスト被覆基板上の単一領域へのマッピングは、Ｎ：１マッピングであり、Ｎは１より大きな整数である、請求項１記載のリソグラフィツール。
【請求項２７】
荷電粒子鏡筒内のビームパターン限定アパーチャであって、
前記アパーチャ及び前記鏡筒は、前記鏡筒の焦点面に対して、前記アパーチャの平面における点のＮ：１マッピングを提供するように構成され、Ｎは１より大きな整数であり、
前記アパーチャは、前記鏡筒の焦点面において非円形の成形ビームを生成するように構成され、
前記ビームパターン限定アパーチャの複数の分離された領域を通過する荷電粒子電流は、前記鏡筒の焦点面の単一領域にマッピングされる、
ビームパターン限定アパーチャ。
【請求項２８】
前記アパーチャは、前記鏡筒の前記対物面における所望のビームパターンに寄与しない荷電粒子の大部分を除外するように構成される、請求項２７記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項２９】
前記アパーチャは、前記鏡筒内のビームブランカの下方に配置される、請求項２７記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項３０】
前記ビームパターン限定アパーチャは、ブランキングアパーチャとしても機能する、請求項２９記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項３１】
前記ビームパターン限定アパーチャは、前記焦点面において正方形ビームを生成するように構成される、請求項２７記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項３２】
Ｎは、３に等しい、請求項２７記載のビームパターン限定アパーチャ。
【請求項３３】
成形荷電粒子ビーム生成用の荷電粒子鏡筒内のビームパターン限定アパーチャを設計する方法であって、
前記荷電粒子鏡筒の荷電粒子軌道を計算するステップと、
前記軌道が前記荷電粒子鏡筒の焦点面において所望のビームプロファイル内に入るかを判断するステップと、
前記焦点面において前記所望のビームプロファイルに寄与しない前記軌道を全て遮蔽する理想的なビームパターン限定アパーチャを定義するステップと、
を備える方法。
【請求項３４】
前記計算するステップは、軌道のそれぞれの組が前記焦点面の走査フィールド内の異なるビーム位置に対応する、複数の組の軌道を計算するステップを含む、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
更に、荷電粒子透過領域を定義するために、前記複数の組の軌道とビームパターン限定アパーチャの平面との交差をマッピングするステップを備え、前記定義するステップは、更に、前記荷電粒子透過領域を前記理想的なビームパターン限定アパーチャに組み込むステップを含む、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
更に、実現可能なビームパターン限定アパーチャの設計を可能とするために、前記理想的なビームパターン限定アパーチャの設計を修正するステップを備え、前記実現可能なビームパターン限定アパーチャは、前記理想的なビームパターン限定アパーチャに極めて近似したものであり、前記所望のビームプロファイルに寄与しない荷電粒子軌道の大部分は、前記実現可能なアパーチャにより遮蔽される、請求項３３記載の方法。
【請求項３７】
更に、実現可能なビームパターン限定アパーチャの設計を可能とするために、前記理想的なビームパターン限定アパーチャの設計を修正するステップを備え、前記実現可能なビームパターン限定アパーチャは、前記理想的なビームパターン限定アパーチャに極めて近似したものであり、前記所望のビームプロファイルに寄与する荷電粒子軌道の大部分は、前記実現可能なビームパターン限定アパーチャを透過可能となる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記所望のビームプロファイルに寄与しない前記荷電粒子軌道の大部分は、前記実現可能なビームパターン限定アパーチャにより遮蔽される、請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
前記実現可能なビームパターン限定アパーチャは、前記理想的なアパーチャには存在しない付加構造を有し、前記付加構造は前記理想的なビームパターン限定アパーチャで開口の存在する場所に設けられ、前記付加構造は機械的完全性を提供する、請求項３７記載の方法。
【請求項４０】
前記実現可能なビームパターン限定アパーチャは、パターン化された導電材料を含む、請求項３７記載の方法。
【請求項４１】
前記実現可能なアパーチャは、連続する荷電粒子透過膜に支持されたパターン化厚膜を含む、請求項３７記載の方法。
【請求項４２】
前記荷電粒子は、電子である、請求項３３記載の方法。
【請求項４３】
前記計算するステップは、前記荷電粒子軌道を生成するために電子線トレーシングの数値的方法を使用するステップを含む、請求項３３記載の方法。
【請求項４４】
前記計算するステップは、前記荷電粒子軌道を生成するために前記鏡筒の分析モデルを使用するステップを含む、請求項３３記載の方法。
【請求項４５】
荷電粒子鏡筒内のビームパターン限定アパーチャの位置を最適化するための方法であって、
（ａ）前記荷電粒子鏡筒の荷電粒子軌道を計算するステップと
（ｂ）前記軌道が前記荷電粒子鏡筒の焦点面において所望のビームプロファイル内に入るかを判断するステップと、
（ｃ）前記焦点面において前記所望のビームプロファイルに寄与しない前記軌道を全て遮蔽する理想的なビームパターン限定アパーチャを定義するステップと、
（ｄ）前記理想的なビームパターン限定アパーチャに極めて近似したものであり、且つ前記所望のビームプロファイルに寄与しない前記荷電粒子軌道の大部分を遮蔽するものであり、その複数の分離された領域を通過する荷電粒子電流が前記荷電粒子鏡筒の焦点面の単一領域にマッピングされるような、実現可能なビームパターン限定アパーチャを製作するステップと、
（ｅ）前記鏡筒内の前記ビームパターン限定アパーチャの様々な位置に対してステップ（ａ）乃至（ｄ）を実行するステップと、
（ｆ）前記焦点面において前記実現可能なビームパターン限定アパーチャにより生成されるビームプロファイルが前記焦点面における前記所望のビームプロファイルに最も近くなる、前記ビームパターン限定アパーチャの最適な位置を選択するステップと
を備える方法。
【請求項４６】
前記選択するステップは、前記実現可能なビームパターン限定アパーチャの製造可能性の考慮を含む、請求項４５記載の方法。
【請求項４７】
前記選択するステップは、前記焦点面における前記荷電粒子ビームの電流密度の考慮を含む、請求項４５記載の方法。
【請求項４８】
前記選択するステップは、前記焦点面における前記荷電粒子ビームの電流密度のプロファイルの考慮を含む、請求項４５記載の方法。
【請求項４９】
前記選択するステップは、荷電粒子の衝突による前記実現可能なビームパターン限定アパーチャの加熱の考慮を含む、請求項４５記載の方法。
【請求項５０】
（１）試料面に集束する複数（Ｎ）の非円形の高電流密度荷電粒子成形ビームを生成し、かつ（２）前記試料面上で前記荷電粒子成形ビームをベクタ走査するように構成された荷電粒子光学系組立体を備え、
前記複数の高電流密度荷電粒子成形ビームが、下記の式を満たす電流密度Ｉaと面積Ａとを有する、高スループットの荷電粒子直接描画リソグラフィ装置。
Ｉa≧２０００アンペア／ｃｍ2； 
１００≧Ｎ≧３６；
Ａ＝ｐ2； 
ただし、１２０ｎｍ＞ｐ＞３０ｎｍ
【請求項５１】
前記荷電粒子光学系組立体が、それぞれにビームパターン限定アパーチャを備えた複数の電子ビーム鏡筒を有する、請求項５０記載の荷電粒子直接描画リソグラフィ装置。
【請求項５２】
レジスト被覆基板のパターン形成を行うためのリソグラフィツールであって、
荷電粒子ビームを生成するように構成された荷電粒子源と、
前記荷電粒子源の下方に配置され、前記荷電粒子ビームを実質的に層状の荷電粒子ビームにするように構成された第一のレンズと、
前記第一のレンズの下方に配置され、前記レジスト被覆基板を運ぶステージと、
前記第一のレンズと前記ステージとの間に配置され、前記実質的に層状の荷電粒子ビームを前記レジスト被覆基板の表面に集束させるように構成された第二のレンズと、
前記第一のレンズと前記第二のレンズとの間に配置され、八重極の構成を採る八個の電極を有するアライメント偏向器／非点補正器と
を備えるリソグラフィツール。
【請求項５３】
前記アライメント偏向器／非点補正器の八個の電極は、アライメント偏向器制御部に電気的に接続されて、前記アライメント偏向器制御部よりそれぞれ電圧を印加され、前記荷電粒子ビームの非点収差を補正するように前記荷電粒子ビームを横断する回転可能な四極子電場を生成すると同時に、前記荷電粒子ビームを偏向させるように前記荷電粒子ビームを横断する回転可能な双極子電場を生成する、請求項５２記載のリソグラフィツール。
【請求項５４】
更に、前記アライメント偏向器／非点補正器と前記第二のレンズとの間に配置され、前記実質的に層状の荷電粒子ビームをブランキングするビームブランカを備える、請求項５２記載のリソグラフィツール。
【請求項５５】
レジスト被覆基板のパターン形成を行うためのリソグラフィツールであって、
荷電粒子ビームを生成するように構成された荷電粒子源と、
前記荷電粒子源の下方に配置され、前記荷電粒子ビームを実質的に層状の荷電粒子ビームにするように構成された第一のレンズと、
前記第一のレンズの下方に配置され、前記レジスト被覆基板を運ぶステージと、
前記第一のレンズと前記ステージとの間に配置され、前記実質的に層状の荷電粒子ビームを前記レジスト被覆基板の表面に集束させるように構成された第二のレンズと、
前記第一のレンズと前記第二のレンズとの間に配置され、前記ビームのテレセントリック走査を可能にするように構成された二重偏向器であるビーム偏向器と
を備え、
前記第二のレンズは、前記テレセントリックの走査中に前記ビームと近軸の状態でその有効軸が移動できるように構成される、リソグラフィツール。
【国際調査報告】
2009531855.tif 000077