(57)【要約】      （修正有）【課題】粒子光学照明ステムの照明アパーチャを大きくするのに貢献する粒子光学装置を提供する。【解決手段】粒子光学装置２１は、長さ軸方向に向かう発散粒子光線の荷電粒子の軌道を変更する。この粒子光学装置２１は、少なくとも部分的に粒子を透過し、少なくとも部分的に、長さ軸周辺でそこから径方向の距離の位置に連結され、長さ軸に沿って延びる内側電極配列３７と、少なくとも部分的に、内側電極配列３７周辺でそこから径方向の距離の位置に連結され、長さ軸に相対して延び、長さ軸に沿って延びる外側電極２９と、内側電極配列３７と外側電極２９の間に電位差を発生させる電圧源４７と、を備える。ここで、電圧源４７は、内側電極配列３７を横断する粒子の運動成分が逆転可能であり、運動成分が長さ軸に対して横方向を向くような電位差を発生させる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ軸方向（３５）に沿った方向の発散粒子光線（２５）の荷電粒子の軌道（５５，９８，９９）を変更するための粒子光学装置であって、少なくとも部分的に粒子を透過し、少なくとも部分的に、長さ軸（３５）周辺でそこから径方向の距離（Ｄ）の位置に延び、長さ軸（３５）に沿って延びる内側電極配列（３７）と、
少なくとも部分的に、前記内側電極配列（３７）周辺でそこから径方向の距離（ｄ）の位置で長さ軸（３５）に相対して延び、前記長さ軸（３５）に沿って延びる外側電極配列（２９）と、
前記内側電極配列（３７）と前記外側電極配列（２９）の間に電位差を発生させる電圧源（４７）と、を備え、
前記電圧源（４７）は、前記内側電極配列（３７）を横断する粒子の運動成分が逆転可能であり、前記運動成分が前記長さ軸（３５）に対して横方向を向くような電位差を発生させることを特徴とする粒子光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記内側電極配列（３７）は、前記長さ軸（３５）周辺で円周方向に相互に離して設置された複数のサブ電極（３９）を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、
前記サブ電極（３９）は前記長さ軸（３５）にほぼ平行に延びることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の装置であって、
前記サブ電極は、入口側のワイヤ（３９）のための取付フレーム（４３）と出口側のワイヤ（３９）のための取付フレーム（４５）の間に張られる複数のワイヤ（３９）により形成されることを特徴とする装置。
【請求項５】
物平面（８５）に設置された物体を照明するための粒子光学照明装置であって、
荷電粒子光線を放出する粒子発生源（６７）と、
前記粒子発生源（６７）と前記物平面（８５）との間に設置され、請求項１から４のいずれかによる粒子光学装置によって形成され、前記粒子発生源（６７）から放出された荷電粒子がその中に入る放出粒子変更装置（２１）と、
前記放出粒子変更装置（２１）から出た粒子を前記物平面（８５）に向けるための集光システムと、を備えることを特徴とする粒子光学照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置であって、
前記集光システムは、前記粒子発生源（６７）または発生源像平面（８９）に配置された前記粒子発生源（６７）の像を中間面（９３）に結像する第一の集束レンズ（９１）を備え、
前記放出粒子変更装置（２１）は前記粒子発生源（６７）または前記発生源の像平面（８９）と、前記第一の集束レンズ（９１）との間に設置され、
前記粒子発生源（６７）または前記発生源（６７）の像のいくつかの像（１０１，１０２）が前記中間像平面（９３）内に生成されることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置であって、
前記集光システムは、前記粒子発生源または前記発生源の像の複数の像（１０１，１０２）を前記物平面（８５）に重ねるための第二の集束レンズ（９５）を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項７に記載の照明装置であって、
前記中間面（９３）は第二の集束レンズ（９５）の焦点面であることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項５から８のいずれかに記載の照明装置であって、
少なくとも１つの第三の集束レンズ（８７）が、前記第一の集束レンズ（９１）によって結像される前記発生源（６７）の像を前記中間面（９３）に結像させるために前記発生源（６７）と前記放出粒子変更装置（２１）との間に設置されることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の照明装置であって、
前記集光システムは第一の集束レンズ（９１）を備え、前記第一の集束レンズ（９１）は、粒子が前記放出粒子変更装置を横断した後、前記物平面（８５）と前記第一の集束レンズ（９１）との間に設置された中間面（９３）を通じ、各粒子が、前記長さ軸（３５）に垂直な方向を向く粒子の運動成分が前記放出粒子変更装置（２１）によって変更された回数が多いほど増加する距離だけ前記長さ軸（３５）から離れる前記中間面（９３）を横断するように、粒子を導くことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の照明装置であって、
前記集光システムは第二の集束レンズ（９５）を備え、前記第二の集束レンズ（９５）は、粒子が前記中間面（９３）を横断した後に粒子を前記物平面（８５）に導き、粒子が前記物平面（８５）に衝突する前記長さ軸からの最大距離は、対応する粒子が前記中間面（９３）を横断する最大距離より小さいことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
マスク（８５）上に定められたパターンを、荷電粒子光線を使って基板上に設置できる粒子感知基板（１０５）上に転写するための結像システムであって、
荷電粒子光線で前記マスク（８５）を照明するための照明システム（８３）と、前記マスク（８５）を前記基板（１０５）上に結像させるための粒子光学結像装置（８４）と、を備え、
前記照明装置（８３）は請求項５から１１のいずれかに記載の照明装置を備え、前記マスク（８５）はその物平面内に設置されることを特徴とする結像システム。
【請求項１３】
少なくとも１つの写真製版ステップを含む装置製造方法であって、
前記写真製版ステップは、
請求項１２に記載の結像システムを提供するステップと、
前記基板面に粒子感知層が設置された基板を配置するステップと、
投写システムを使って前記粒子感知基板を露光させるステップで、これによってマスクにより供給されるパターンが前記粒子感知層に転写されるステップと、を含むことを特徴とする装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子光線の荷電粒子の軌道を変更する粒子光学装置に関する。さらに、本発明はこのような粒子光学装置を備える照明装置と投写システムならびに装置製造方法に関する。この方法は、粒子光学装置を使用する写真製版ステップを含む。特に、粒子光学装置は、投写電子光線写真製版システムおよび投写電子光線写真製版を使った装置製造方法において使用するために提供される。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるＳＣＡＬＰＥＬ法（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ：投写電子光線リソグラフィにおける角度制限分散（角度制限を伴う分散）は、電子光線を使って感光層の結像と露出を行なう方法として知られている。この方法は、１９９９年１２月発行の、Ｊ．Ａ．リドル、ロイド．Ｒ．ハリオット、Ａ．Ｅ．ノベンバ、Ｗ．Ｋ．ワスキエヴィッツ、Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，  Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  ６００  Ｍｏｕｎｔａｉｎ  Ａｖｅｎｕｅ，  Ｍｕｒｒａｙ  Ｈｉｌｌ，  Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ  ０７９７４，  Ｕ．Ｓ．Ａ．によるテクニカル・レビュー、「ＳＣＡＬＰＥＬ：サブオプティカルリソグラフィへの投写電子光線によるアプローチ」白書に記載されている。この文書の全記載を、引用をもって本願に援用する。さらに、米国特許第５，０７９，１１２号、第５，１３０，２１３号、第５，２６０，１５１号、第５，３７６，５０５号、第５，２５８，２４６号、第５，３１６，８７９号および欧州特許出願第０，９５３，８７６Ａ２号、第０，９６９，３２６Ａ２号もＳＣＡＬＰＥＬ法に関するものである。上記特許文書の全記載も同様に、引用をもって本願に援用する。
【０００３】
従来の投写リソグラフィシステムは、たとえば、半導体装置の製造に使用される。ここで、半導体ウェハ上に形成される構造はマスクの中で定められ、このマスクは電子光線によって照明され、マスク上に定められる構造が半導体ウェハ上に結像される。半導体ウェハには感光層が設けられる。電子光線により露光されると、感光層と半導体ウェハには、ウェハ材内に構造を形成するためのステップが施される。
【０００４】
図１は、荷電粒子でマスク３を照明するための照明装置を図式的に示す。荷電粒子は、電子発生源５によって光線方向７に放出される電子である。電子発生源５によって放出される粒子光線にはほとんど発散が見られないが、説明のために、図１には大きく拡大して示してある。光線方向７に対する電子の最大角度αは約５ｍｒａｄである。
【０００５】
電子発生源は、第一の電子光学集束レンズ９によって、第二の電子光学集束レンズ１３の前方焦点面１１に結像される。集束レンズ１３は、焦点面１１を発散的に横断する電子を形成し、マスク３上の、光線方向７に対して横方向に約１ｍｍの大きさの領域１７を照明するために、断面が拡大されたほぼ平行な電子光線１５が形成される。
【０００６】
この種の照明で実現可能な最大照明アパーチャは、光線方向７に対して横方向の電子発生源５の空間寸法ｈおよびレンズ１３の焦点距離ｆ１によって決定される。粒子がマスク３に衝突するときの粒子の光線方向７に対する最大角度βは、β／２・ｆ１で決定される。したがって、小型の電子発生源３（図１では破線で示す）の場合、照明アパーチャは低くなる。しかし、マスク上に定められた小さな構造物でもウェハ上に正確に転写することを可能にするために、より高い照明アパーチャが望ましい。
【０００７】
照明アパーチャを大きくするためには、光線方向に対して横方向の電子発生源の空間寸法を大きくすれば良いと考えられる。しかし、マスク上の照明領域を均一に照明しようとする場合、荷電粒子発生源が発生源の寸法を大きくすると問題が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、粒子光学照明システムの照明アパーチャを大きくするのに貢献する粒子光学装置を提供することである。
【０００９】
さらに、本発明の目的は、粒子光線の荷電粒子の軌道を変えるための粒子光学装置を提案することである。この点において特に、本発明の目的は、荷電粒子の軌道を選択的に変更する、つまり、粒子光線の全粒子の軌道に均一に作用するのではなく、特定の荷電粒子の軌道にのみ作用する粒子光学装置を提案することである。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、比較的高い照明アパーチャで、または／および比較的均一に、照明の対象とされ、光線方向と横方向に空間的に延びる領域を照明するための照明装置を提案することである。
【００１１】
さらに、本発明の目的は、その中の照明装置が上記利点を有する投写システムを提案することである。本発明のさらに別の目的は、より精密に装置を製造することを可能にする、特に小型装置の製造方法を提案することである。
【００１２】
これを実現するために、本発明は以下の検討事項に基づいている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
一例として図１を参照しながら上で説明した結像照明システムにおいて、光透過値つまり発散率は保守的な数値である。この数値は、照明された面積の平行根と照明開度（開口率）の積として定義される。したがって、結像照明システムにおいて、照明開度は照明面積を減らさずに大きくすることはできない。このため、本発明は、結像システムとして作用するのではなく、粒子光学装置を横断する荷電粒子の軌道を異なる方向に変更する粒子光学装置を開発するためのアイディアに基づいている。異なる粒子群の軌道は、全体として、この装置を通過する光線の光透過値つまり発散率を高めることができるように変えられる。
【００１４】
特に、本発明は、相互にかみ合う２つの円柱状電極配列を備える粒子光学装置を提案し、この電力配列は装置に入る粒子光線に関し、光線方向が少なくとも一方の円柱状電極の延長方向にほぼ平行な方向になるよう設置される。さらに、２つの電極配列のうち内側の一方は、少なくとも光線軸に関して最小角度より大きな角度で装置に入る粒子の軌道が、光線方向について半径方向に内側電極配列を横断するような長さと直径を持つ。このために、内側電極配列は、荷電粒子について少なくとも部分的に透過性がある。内側電極配列と外側電極配列の間には、内側電極配列を横断する粒子の運動成分が逆転し、この運動成分が光線方向に対して横方向を向くような電位差がある。
【００１５】
内側電極配列と外側電極配列とは円柱状で内側が鏡面のチューブとして機能し、粒子光線を取り囲み、円柱内部からその中に戻りたがる粒子を反射する。
【００１６】
ほとんど発散せずに装置に入る粒子光線の粒子群については、装置は機能しない、つまり、この粒子群がまっすぐに装置を横断するようにし、装置の出口側にいる観察者にとって、これらの粒子が粒子発生源から出ているように見えることが好ましい。
【００１７】
より開度の大きな別の粒子群について、装置は、粒子が反射チューブによって一回反射されるように機能することが好ましい。観察者には、この粒子群が、実際の発生源の脇に設置されているかのように空間的に分散された発生源から出ているように見える。
【００１８】
さらに高い開度を持つさらに別の粒子群について、装置は、これらの粒子が反射チューブによって２回またはそれ以上反射され、観察者がこの粒子群を、実際の発生源からさらに遠くに設置されているように見えるような、さらに空間的に分散された発生源から出ているように感じるよう機能する。
【００１９】
したがって、本発明の装置には、小さな発生源であっても、実質的に光線放出面積が増大しているように見える発生源であると観察者が認識する効果がある。
【００２０】
このような粒子光学装置を照明システムに使用すると、光線方向に対して横方向の発生源の空間寸法が増大するように見える。この結果、照明システムの光透過値つまり発散率が増加する。このため、本発明の装置はまた、光線方向に対して横方向に延びる照明領域について、照明アパーチャを大きくすることができる。
【００２１】
内側電極配列と外側電極配列間の電位差により、これら２つの電極配列の間にスペースが生じ、この中には、そのスペースに入る粒子の横方向の運動成分を逆転することのできる電界がある。この電界は、内側電極配列と外側電極配列間のスペースに限られているため、荷電粒子はこのスペースに入ることができなければならない。この理由により、内側電極配列は少なくとも部分的にこれらの粒子について透過性がある。好ましくは、内側電極配列のこのような特性、つまり部分的透過性は、内側電極配列を相互に離れて配置される複数のサブ電極に分割することで実現される。好ましくは、個々のサブ電極は共通の等しい電位にあり、サブ電極間には何も設置されないスペースが確保され、粒子が２つの隣接するサブ電極の間を通り、内側電極配列と外側電極配列の間のスペースに入り、これが反射領域を提供する。しかし、粒子が直接サブ電極に衝突すると、内側電極と外側電極の間のスペースに入れない可能性もある。
【００２２】
荷電粒子について透過性をできるだけ高くするために、サブ電極は好ましくは装置の長さ軸にほぼ平行に、または／および装置に入る粒子光線の主方向にほぼ平行に延びる。
【００２３】
上記の粒子光学装置がある物体を照明するための照明装置に使用された場合、この中で、好ましくは粒子発生源と物平面の間に設置された放出粒子変更装置として機能する。好ましくは、このような照明装置はまた、放出粒子変更装置と物体の間に設置され、放出粒子変更装置から出る粒子を物体の方向に向ける結像集光システムを備える。
【００２４】
好ましくは、粒子発生源から放出される粒子は、直接放出粒子変更装置に入る。しかしながら、粒子発生源と放出粒子変更装置の間に、実際の発生源と放出粒子変更装置の入口断面との間に発生源の像を生成するための光学システムを設けることも好ましい。
【００２５】
好ましくは、集光システムは発生源そのものまたは発生源の像を、放出粒子変更装置と物平面の間に設置された中間面に結像する集束レンズを備える。その結果、好ましくは、第一の集束レンズが中間面内に発生源を結像すれば、光源そのものの複数の像が中間面上に生成され、第一の集束レンズが中間面内に発生源の像を結像すれば、発生源の像の複数の像が生成される。このような複数の発生源の像または発生源の像の像は、中間面において、特に相互に隣接して分散される。
【００２６】
しかしながら、第一の集束レンズは発生源または発生源の像の正確な像を中間面内に生成しないことが好ましい。この場合、第一の集束レンズは、放出粒子変更装置を通過した粒子を、中間面を通じて、装置の長さ軸または光線の中心から、粒子の軌道が放出粒子変更装置によって変更された回数が多いほど増大する距離だけ離して、中間面上で設置されるように方向付けることが重要である。放出粒子変更装置が光線経路の中に設置されていない状況と比較し、中間面において、照明面積が広がる、あるいは粒子が通過する面積が広がる。この拡張された領域を横断する粒子は、好ましくは第二の集束レンズにより、物平面において、中間面内の照明面積の寸法より小さな、光線方向に対して横方向への寸法を持つ領域が照明されるように方向付けられる。しかしながら、放出粒子変更装置が光線経路の中に配置されていない状況と比較し、物平面内のこの面積の照明は、より大きな開口率で行なわれる。
【００２７】
本発明はまた、好ましくはマイクロメカニカル構造または集積回路等の超小型装置の製造方法を提供する。集積回路に関するかぎり、マスクには、適当な基板、たとえばシリコンウェハ等の上に形成すべき単層の回路に対応する回路パターンが含まれる。このパターンを基板の標的領域、別の言い方ではダイ、に結像させるために、まず基板を、感光層、別の言い方ではレジスト、で被覆する。その後、この感光層を露光または照射し、マスクのパターンが、荷電粒子、たとえば電子またはイオンによって感光層上に形成される。次に感光層を現像し、照射された層のうち、照射された、または露光した部分、あるいは照射を受けていない、または露光していない部分のいずれかが取り除かれる。その後感光層の残りの構造は、たとえばエッチングステップ、イオン注入ステップ、材料蒸着ステップ他においてマスクとして使用される。
【００２８】
本発明によれば、マスクおよびマスク上に定められ、基板上に写印されるべき構造物は、この方法の写真製版ステップにおける上記照明装置によって照明される。
【００２９】
本発明の実施の形態例を以下に、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図２に示す放出粒子変更装置２１は、装置２１の入口側２３に入る荷電粒子光線２５を、放出粒子変更装置２１の入口側２３とは反対の出口側２７から出る時に、光線の放出が増大するように変更する機能を果たす。
【００３１】
円柱状の外側電極２９は、入口面２３と出口面２７の間に延び、円柱の方向と前記外側電極の対称軸３５は光線２５の方向３１と一致する。外側電極２９は、相互に直交した対として設置される４個の平面電極３３によって形成され、この平面電極は長さ軸３５から等距離だけ離して設置される。平面電極３３は各々、全体が導電性を有する材料で形成される。
【００３２】
放出粒子変更装置２１はさらに、それぞれ長さ軸３５に平行に延びる複数のワイヤ３９を備える内側電極配列３７を備える。ワイヤ３９は、平面３３によって形成されるくぼみスペース内に設置され、各ワイヤ３９は直接隣接する平面３３から、距離ｄ＝０．２ｍｍだけ離して設置される。したがってワイヤ３９はそれぞれ、各平面３３に平行に延びる４つの平面４１上に設置され、各平面４１は長さ軸３５から、距離Ｄ＝０．５ｍｍだけ離して設置される。ワイヤ３９は、入口側２３に設置されたフレーム４３と出口側２７に設置されたフレーム４５との間に張られ、電気伝播的にこれに接続される。
【００３３】
放出粒子変更装置２１はさらに、一方ではライン４９を通じて外側電極配列２９に接続され、他方ではライン５１を通じて、フレーム４３，４５の一方から内側電極配列３７に接続される電圧発生源４７を備え、内側電極配列３７は地電位にある。電圧発生源４７は、内側電極配列３７と外側電極配列２９の間に電位差１０Ｖを発生させ、外側電極配列２９がアースと比較して＋１０Ｖの電位を有するようにする。
【００３４】
したがって、内側電極配列と外側電極配列との間のスペース６１に電界が発生し、この電界の形状は図３の電界線５３で図式的に示される。後者が内側電極配列３７内のスペース５７に与える影響は、ファラデー箱のそれであるため、このスペースには電界が実質的に存在しない。
【００３５】
図４は、放出粒子変更装置２１を横断する光線２５の電子の２本の軌道５４，５５を示す。装置２１に入る時、軌道５４は中央軸３５に関して小さな開度つまり角度を有するため、内側スペース５７に完全に入り、したがって装置２１をまっすぐ横断する。これに対して、軌道５５は、装置２１に入る時、長さ軸３５に関し、より大きな角度で延び、位置５９で内側電極配列３７を貫通し、対応する電子が隣接するワイヤ３９の中を飛び、内側電極３７と外側電極２９の間のスペースに入る。これは、図５の拡大図に示されている。スペース６１の中に存在する電界により（電界線５３参照）、電界線５３と反対方向の力が電子に作用する。この力を図５の矢印６３で示す。この力６３は、スペース６１の中に移動する電子の長さ軸３５に対して横方向の運動成分を減らし、その結果、電子が位置５９でスペース６１に入る時に存在した長さ軸３５に対して横方向の運動成分を逆転し、電子が位置６５で再びスペース６１から出て、内側電極配列３７の２本のワイヤ３９を通じて飛び、電界の存在しない内側スペース５７に戻り、その中をさらにまっすぐに移動し、その出口側２７で放出粒子変更装置２１から出る。こうして内側電極と外側電極の間のスペース６１は、平面鏡のように、内側電極３７を横断する電子に作用する。
【００３６】
図６は、放出粒子変更装置２１の中央軸３５に関して同心円状に、装置２１の入口面２３から離して配置された粒子発生源６７を示し、この粒子発生源は長さ軸３５に対して横方向の寸法ｈを有する。図６はさらに、例として、電子経路の複数の軌道、つまり２本の軌道６９，６９’を示し、これは長さ軸３５に対して、電子が電子配列によって１回反射されるような角度で延びる。さらに、長さ軸３５に関し、より大きな角度で延び、各電子が電極配列によって２回反射される２本の軌道７１，７１’が示されている。光線方向に装置２１の出口側端部２７の背後にある観察者７５の目から見た場合、軌道６９，６９’，７１，７１’上を移動する電子はそれぞれ、実際の光源６７の脇に、長さ軸３５に対して横方向にずらして設置された仮想光源７７，７７’，７９，７９’から出ているように見える。ここで、それぞれ軌道７１，７１’によって生成され、装置２１によって２回反射される仮想光源７９，７９’は、それぞれ軌道６９，６９’によって生成され、装置２１によって１回のみ反射される仮想光源７７，７７’より、長さ軸３５からさらに離して設置される。
【００３７】
したがって、観察者７５の目から、放出粒子変更装置２１は、全体として、観察者が長さ軸３５に対して横方向の寸法Ａを有する放出源から出るように見える放出を認知するように機能する。光線開度が限定されていることから、放出粒子変更装置２１では最大２回の反射が行なわれる図６の例において、上記寸法Ａは実際の放出源６７の寸法ｈの５倍大きい。ここで、装置２１の出口側端部２７から出る光線の開度、つまり長さ軸３５からの角度または角の開きは、入口側端部２３での光線の入射に比べ、装置２１によって変えられない。しかしながら、発生源の見た目面積が装置２１によって拡大されるため、装置２１は、照明面積の平方根と照明開度の積として定義される光線の光透過値つまり発散率を増大させる。
【００３８】
図７は、放出粒子変更装置２１が集積されている照明システム８３の例を示す。放出粒子変更装置２１の長さ軸３５は、照明システム８３の光学軸と一致するような向きである。
【００３９】
照明システム８３はリソグラフィシステムの一部であり、このリソグラフィシステムはさらに、図８を参照しながら以下に詳しく説明する投写システム８４を備える。ここで、物平面８５にあり、照明される物体８５はその上に定められたパターンを有するマスク８５であり、このパターンが投写システム８４によって半導体ウェハ１０７の感光層１０５に投写される。放出源６７は熱電子発生源であり、この中で、約２０００Ｋまで加熱された陰極によって放出される電極は、光学軸３５の方向に約１００ｋＶの電圧で加速される。軸３５の方向への電子の運動エネルギーはしたがって１００ｋｅＶとなり、軸３５に垂直な運動エネルギーは最大約０．２ｅＶとなる。発生源６７から放出される電子の軌道が光学軸３５に関してとることのできる最大角度αはしたがって１．４ｍｒａｄとなる。
【００４０】
集束レンズ８７は、係数１０で縮小された発生源６７の像を平面８９に生成する。別の集束レンズ９１が光学軸上に設置され、これが平面８９内の発生源６７の像を中間像平面９３に結像する。平面８９と集束レンズ９１の間に、光学軸３５の方向に２００ｍｍの長さを持ち、これに対して横方向の約１０ｍｍ＊１０ｍｍの縁長さを有する放出粒子変更装置２１が設置される。
【００４１】
中間像平面９３は、第三の集束レンズ９５によって無限に結像される。図７は、発生源６７からマスク８５まで行く途中の電子軌道の数例のみ示す。図７に示す軌道群９７は、軸３５に対して、反射されずに放出粒子変更装置２１を横断するほど小さな角度αで発生源６７によって放出される電子のものである。これらの電子について、集束レンズ９１は長さ軸３５上に設置される中間面９３に発生源６７の中間像１００を生成する。これらの軌道は集束レンズ９５によって並行にされ、マスク８５に衝突する時、軸３５に関してごく小さな角度βを囲むようになる。
【００４２】
別の軌道群９８は、放出粒子変更装置２１の中で１回反射されるよう、軸３５に関して角度αの範囲で発生源６７によって放出される電子のものである。これらの電子について、集束レンズ９１は、光学軸３５から離れている中間像平面９３に中間像１０１を生成する。集束レンズ９５はまた、これらの電子をマスク８５の方向に向け、マスク上でこれらの電子は光線束９７の電子と重なるが、軸３５に関してはるかに大きな角度βでマスクに衝突する。
【００４３】
さらに別の軌道群９９は、発生源６７によって最大放出角αで放出される電子のものである。これらの電子は放出粒子変更装置２１の中で２回反射され、集束レンズ９１はこれらの電子について、発生源６７の像の像１０２を平面８９に生成する。放出粒子変更装置２１の中で２回反射された後に生成される発生源６７のこれらの像１０２は、放出粒子変更装置２１の中で１回のみ生成された電子の像１０１よりはるかに長い距離だけ光学軸３５から離れている。
【００４４】
像１０２もまた、集束レンズ９５によって、実質的に平行な光線束としてマスク８５に方向付けられ、ここでこれらの像は光線束９７，９８の電子と重なり、軸３５に関してはるかに大きな角度βでマスク８５に衝突する。
【００４５】
ここで、最後に述べた軌道群９９が長さ軸３５に関して延長する角度βが最大照明アパーチャとなり、発生源６７の最大発散角度αより大きいと考えられる。しかし、約１ｍｍの縁長さｌを有する二次領域がマスク８５上で照明される。発生源６７の寸法と比較して相対的に大きな寸法であるにもかかわらず、この領域はほぼ均一に照明される。図７からはまた、照明領域の縁長さｌが、長さ軸３５からの中間像１０１，１０２の距離より小さいことがわかる。
【００４６】
図８に示す投写システム８４は、半導体ウェハ１０７の、マスク８５に対面する面に設置された感光層１０５の上にマスク８５の像を生成する。このために、投写システム８４はマスク上に定められた構造とパターンを係数４で縮小して感光層１０５上に結像する二重磁気レンズ１０９，１１１を備える。図８は、光学軸３５から異なる距離Ｍだけ離れた３つの軌道群の例を示す。図８からはまた、マスク８５が、図７に示される照明システム３５によって照明開度βで照明される。
【００４７】
二重集束レンズ１０９，１１１は対称面１１３を通じて軌道を導き、ここで光線の交差が形成される、つまり軌道がこの位置で光学軸３５と交差する。この対称面１１３にはアパーチャフィルタ１１５が設置され、分散せずにマスク８５を横断した光線はこれを通過し、その一方で、マスク８５によって当初の経路からわずかにそれる電子はフィルタ１１５によって吸収されるため、感光層には到達しない。
【００４８】
図８において、参照記号１２１，１２３，１２５は集束レンズ１０９，１１１に加えて磁界を発生させる二次コイルを示し、マスク８５が感光層１０５上に投写された時に収差が減少するよう駆動することができる。
【００４９】
上記の実施の形態において、放出粒子変更装置は照明システムと、マスク構造を基板上に結像させる投写システムにおいて使用された。しかし、放出粒子変更装置２１はこのような用途に限られず、荷電粒子の軌道が影響を受ける場合はいつでも使用でき、軌道の影響や変化は、それが放出粒子変更装置に入る前の光学軸に関する軌道の角度によって異なる。
【００５０】
さらに、上記説明文には、放出粒子変更装置はそれぞれ二次断面を有する内側電極配列と外側電極配列を有すると記載したが、この点ではその他の幾何学形状とすることもできる。特に、内側および外側電極配列は円柱形状でも他の形状でもよい。
【００５１】
放出粒子変更装置の円柱電極配列の配置は、入射光線に対して対称であると上述したが、入射光線と円柱長さ軸との間に角度を持たせたり、あるいは円柱長さ軸を入射光線に平行に移動させることもできる。
【００５２】
図７に示す実施形態において、発生源の像は集光システムによって中間像平面に形成される。しかし、発生源そのものを中間像平面に結像することも可能である。
【００５３】
上記の実施形態において、放出粒子変更装置のサブ電極は、ワイヤを張ったものとして説明したが、このほかの手段でサブ電極を設置してもよい。そのひとつの可能性としては、隣接するサブ電極の間の溝をエッチングプロセスで固体材料からエッチングするという、サブ電極をリソグラフィによって作る方法がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による粒子光学装置がその光線経路内に設置されていない照明装置の図である。
【図２】本発明による粒子光学装置の一実施形態の略図である。
【図３】図１による粒子光学装置の断面図である。
【図４】図２、図３に示す装置の機能を示す図である。
【図５】図４の参照記号Ｖにより示される部分の拡大図である。
【図６】図２、図３に示す装置の機能をさらに示す図である。
【図７】本発明による照明システムの一実施形態の図である。
【図８】本発明による投写システムの一実施例の部分図である。
【符号の説明】
２１  放出粒子変更装置、２５  粒子光線、２９  外側電極配列、３５  長さ軸、３７  内側電極配列、３９  ワイヤ、４３，４５  取付フレーム、４７  電圧源、５５，９８，９９  軌道、６７  粒子発生源、８３  照明システム、８４粒子光学結像装置、８５  物平面，物体，マスク、８７  第三の集束レンズ、８９  発生源像平面、９１  第一の集束レンズ、９３  中間面、９５  第二の集束レンズ、１０１，１０２  像、１０５  粒子感知基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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