Beleuchtunqssvstem für eine Korpuskularstrahleinrichtunq und Verfahren zur Beleuchtung mit einem Korpuskularstrahl
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für eine
Korpuskularstrahleinrichtung. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung mit einer Korpuskularstrahlquelle, die einen Korpuskularstrahl aussendet, einen Kondensor mit einer Kondensorlinse, ein dem Kondensorsystem nachgeordnetes flächiges Objekt, das eine Fläche mit einer bestimmten Größe besitzt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beleuchtung mit einem Korpuskularstrahl.
Das U.S. Patent 3,717,785 offenbart ein Array aus Mikrolinsen, wobei jede der Mikrolinsen von vier Elektroden umgeben ist. Das Mikrolinsenarray wird mindestens von einer Platte gebildet, in der zahlreiche Öffnungen für den Durchtritt eines Partikelstrahls ausgebildet sind. Die Platte wird von einem Partikelstrahl flächig beleuchtet, wobei lediglich durch die Öffnungen in der Platte der Partikelstrahl hindurch tritt und von den Elektroden dann weiter geformt wird.
Das U.S. Patent 6,333,508 offenbart ein Beleuchtungssystem für eine Elektronenstrahl-Lithographie-Maschine. Die Elektronen-Lithographie- Maschine besitzt ein Beleuchtungssystem, wobei eine unabhängige Emittanzkontrolle in das Beleuchtungssystem eingebaut ist. In einer Ausführungsform ist ein leitendes Gitter eingesetzt, das eine Vielzahl von Mikrolinsen bildet, so dass hiermit ein breiter und flächiger Partikelstrahl zur Beleuchtung eines Objekts erzeugt wird.
Der Artikel von W. DeVore et. al., J. Vac. Sei. Technol. B 14 (6), Nov/Dec 1996; mit dem Titel „High Emittance electron gun for projeetion lithography", offenbart, dass der Crossover klein sein muss, und dass eine große Winkelverteilung vorliegen muss, damit es zu einer gleichförmigen Ausleuchtung einer Maske kommt. Eine Beleuchtung, die einen kleineren Querschnitt als die Fläche der Maske aufweist, ist nicht vorgesehen.
Der Artikel von S. van Kranen et. al., Microelectronic Engineering 57-58 (2001 ), 173 - 179 mit dem Titel „Measuring the increase in effective emittance after a grid lens", offenbart die Erhöhung der effektiven Emittanz durch die Verwendung eines Arrays aus Quadrupolen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beleuchtungssystem zu schaffen, das eine homogene und telezentrische Beleuchtung einer großen Fläche mit einem Korpuskularstrahl ermöglicht, wobei die von einer korpuskularoptischen Quelle ausgehende Beleuchtung eine geringe Emittanz und geringen Beleuchtungswinkel besitzt.
Diese Aufgabe wird durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beleuchtung mit einem Korpuskularstrahl zu schaffen, dass die zur Beleuchtung einer großen Fläche erforderliche hohe Emittanz und der erforderliche hohe Beleuchtungswinkel dadurch erzielt werden, dass die korpuskularoptische Quelle eine geringe Emittanz und einen geringen Beleuchtungswinkel besitzt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Der Einsatz einer korpuskularoptischen Quelle mit geringer Emittanz und geringem Beleuchtungswinkel hat den entscheidenden Vorteil, dass sich der Öffnungsfehler und der axiale Farbfehler des Beleuchtungs-Kondensors weit weniger auf die Crossover-(Beleuchtungs-)Aberrationen auswirken und damit zu geringeren Aberrationen im gesamten korpuskolaroptischen System führen. Ferner hat die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, dass verbleibende Auswirkungen von Öffnungs- und Farbfehlern des Beleuchtungs- Kondensors korrigierbar sind. Hinzu kommt, dass eine Mittelung über Stromdichte-Inhomogenitäten des Korpuskularstrahls erfolgen kann. Außerdem soll die Stromdichteverteilung über die zu beleuchtende Fläche eines flächigen Objekts homogenisiert werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass man eine bessere Stromausnutzung und geringere Raumladungsfehler erzielt.
Das Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung umfasst eine Korpuskularstrahlquelle, die einen Korpuskularstrahl aussendet, ein Kondensorsystem mit einer Kondensorlinse und ein dem Kondensorsystem nachgeordnetes flächiges Objekt, das eine Fläche einer bestimmten Größe besitzt. Zwischen der Kondensorlinse des Kondensorsystems und dem flächigen Objekt ist ein mehrstufiges Ablenksystem vorgesehen. Das mehrstufige Ablenksystem bewegt den Korpuskularstrahl über das Objekt, wobei der Korpuskularstrahl eine kleinere Querschnittsfläche besitzt als die Fläche des Objekts.
Es ist von Vorteil, wenn das mehrstufige Ablenksystem ein magnetisches und außenfeldkompensiertes Ablenksystem ist. Ferner kann es von Vorteil sein, wenn das mehrstufige Ablenksystem ein elektrostatisches Ablenksystem mit geringer Kapazität ist. Ebenso ist es denkbar, dass das mehrstufige Ablenksystem als Kombination von magnetischen und elektrostatischen, Ablenksystemen ausgebildet ist.
Ein gesteuerter Strom oder eine gesteuerte Spannung im Ablenksystem bewegen den Korpuskularstrahl über das Objekt. Die Bewegung des Korpuskularstrahls über das Objekt kann rotatorisch sein. Ebenso kann die Bewegung des Korpuskularstrahls über das Objekt linear sein.
Das flächige Objekt kann eine Aperturplatte sein, auf der die Aperturen in Gruppen angeordnet sind, und der Korpuskularstrahl lediglich über Gruppen der Aperturen bewegbar ist. Der Korpuskularstrahl ist in diesem Fall ein Elektronenstrahl.
Ebenso vorteilhaft ist das Verfahren zur Beleuchtung mit einem Korpuskularstrahl. Es ist eine Korpuskularstrahlquelle vorgesehen, die einen Korpuskularstrahl aussendet. Es erfolgt das Homogenisieren des Korpuskularstrahls mit einem Kondensorsystem, das eine Kondensorlinse besitzt. Anschließend wird der Korpuskularstrahl auf ein flächiges Objekt gerichtet, das eine bestimmte Fläche aufweist, wobei der Korpuskularstrahl eine kleinere Querschnittsfläche besitzt als die Fläche des Objekts.
Schließlich wird der Korpuskularstrahl mit einem mehrstufigen Ablenksystem über die Fläche des Objekts geführt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines gesamten Systems einer Korpuskularstrahleinrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Beleuchtungssystems für die Korpuskularstrahleinrichtung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Beleuchtungssystems für die Korpuskularstrahleinrichtung mit mehrstufigem magnetischen Ablenksystem;
Fig. 4a eine Darstellung der Beleuchtung eines flächigen Objekts mittels eines bewegten Korpuskularstrahls; und
Fig. 4b eine weitere Ausführungsform der Beleuchtung des flächigen Objekts mittels eines bewegten Korpuskularstrahls.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines gesamten Systems einer Korpuskularstrahleinrichtung 2. In der nachstehenden Beschreibung wird das Korpukularstrahlsystem 2 beschrieben, dabei ist das Korpuskularstrahlsystem 2 ein Elektronenstrahlsystem. Es ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich, dass dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden kann. Das Prinzip der Erfindung ist für alle Teilchen- bzw. Partikelstrahlen mit geladenen Teilchen anwendbar.
Von einer Elektronenkanone 30 wird ein Elektronenstrahl 31 erzeugt, der sich in Richtung einer elektronenoptischen Achse 32 ausbreitet. Die aus der Elektronenkanone 30 austretenden Elektronen weisen einen Quell-Crossover 31 o auf. Der Elektronenkanone ist eine Strahlzentriereinrichtung 33 nachgeschaltet, die den Elektronenstrahl 31 symmetrisch um die optische Achse 32 ausrichtet. Nach der Strahlzentriereinrichtung durchläuft der Elektronenstrahl 31 ein Kondensorsystem 10, das aus dem anfänglich divergenten Elektronentrahl 31 einen parallelen Strahl formt. Der durch das Kondensorsystem geformte Strahl besitzt einen Durchmesser, über den die Intensität homogen verteilt ist. Nach dem Kondensorsystem 10 ist ein flächiges Objekt 34 vorgesehen. Das flächige Objekt 34 ist eine Aperturplatte, mit einer Vielzahl von Öffnungen zur Erzeugung vieler paralleler Strahlenbündel 36. In Ausbreitungsrichtung der Strahlenbündel 36 hin zum Target 6 folgt eine Ablenkplatte 35, die eine Vielzahl von
Strahlablenkeinheiten besitzt. Nach der Ablenkplatte 35 folgt eine Beschleunigungslinse 39, die die Energie der Elektronen im Elektronenstrahl 31 erhöht und dann ein erstes Zwischenbild des Crossovers 311 am Ort der Aperturblende 38 erzeugt. Alle individuellen Crossover der Teilstrahlenbündel 36 entstehen nahezu am gleichen Ort, nämlich der Blendenöffnung der Aperturblende 38. Der Durchmesser der Öffnung der Aperturblende 38 ist
dabei so gewählt, dass nahezu alle Elektronen der unabgelenkten Strahlenbündeln 36 die Aperturblende 38 passieren können. Einzelstrahlen 37, die durch die Ablenkplatte 35 eine individuelle Richtungsänderung erfahren haben, werden an der Aperturblende 38 gestoppt, da ihr Crossover- Zwischenbild nicht am Ort der Aperturblendenöffnung entsteht. Im weiteren Strahlverlauf folgt jetzt mindestens eine magnetische Linse 40 zwecks Verkleinerung der Abbildung der Aperturplatte 34 auf das Target 6. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei magnetische Linsen 40 gezeigt. Bei der Abbildung entsteht ein zweites Zwischenbild des Crossovers 312 . Bevor die unabgelenkten Strahlenbündel 36 auf das Target 6 treffen, das zum Beispiel ein Wafer ist, durchlaufen sie eine Objektivlinse 41 . Die Objektivlinse 41 ist mit einer Vielzahl von Elementen ausgestattet. Vor und nach einem zweiten Crossover 312 des Elektronenstrahls 31 sind zwei Ablenkeinrichtungen 45 und 46 vorgesehen. Die Ablenkeinrichtungen 45 und 46 dienen zum Auslenken und zur Lagebestimmung des Elektronenstrahls 31 beziehungsweise der Vielzahl der unabgelenkten Strahlenbündel 36 im Target. Die zwei unabhängig steuerbaren Ablenksysteme 45 und 46 werden vorteilhaft dazu benutzt, um langsame und schnelle Ablenkvorgänge separat optimal zu gestalten. Schnelle Ablenkvorgänge im Frequenzgebiet MHz bis GHz sind zum Beispiel erforderlich, um mittels sägezahnförmigen Ablenkungen die Position der verkleinerten Aperturplatte 34 auf dem gleichförmig bewegten Target 6 für die Zeitdauer eines Belichtungsschrittes beziehungsweise Belichtungstaktes konstant zu halten und anschließend in sehr kurzer Zeit zum nächsten Belichtungspunkt zu springen. Da benachbarte Pixel typisch kleiner als 100 nm entfernt sind, wird das schnelle Ablenksystem 46 bevorzugt als elektrostatisches System aufgebaut. Für die Kompensation niederfrequenter Positionsabweichungen des Targets 6 von der gleichförmigen Bewegung im Bereich von einigen m kommt bevorzugt ein langsames aber hochgenaues magnetisches Ablenksystem 45 zum Einsatz. Ferner sind Stigmatoren 44 vorgesehen, die bevorzugt als mehretagige magnetische Spulensysteme aufgebaut sind, um Astigmatismen und Verzeichnungen, die in der optischen Säule durch Fertigungstoleranzen und Justagefehler bedingt sind, auszugleichen. Die Objektivlinse 41 besitzt ein am
Strahlfußpunkt des Elektronenstrahl 31 am Target 6 abtastendes Höhenmesssystem 42. Das Höhenmesssystem 42 dient der Erfassung von Unebenheiten des Targets 6 (zum Beispiel Wafer) sowie von Höhenschwankungen, die ein Verschiebetisch verursachen kann. Ein Detektor 43 empfängt die vom Target 6 rückgestreuten Partikel beziehungsweise
Elektronen, die nahe den Strahlauftreffpunkten entstehen. Dieser Detektor 43 dient der Positionsermittlung von Marken auf dem Target 6 zum Zwecke der Überdeckung mehrerer Belichtungsebenen beziehungsweise zur Kalibrierung von Steuerelementen einer Belichtungsanlage. Weiterhin befinden sich drei Korrekturlinsenpaare 23, 24, 25 im unteren Bereich der
Korpuskularstrahleinrichtung 2. Die Korrekturlinsen 23, 24, 25 dienen der dynamischen Korrektur des Fokus, der Bildfeldgröße und der Bildfeldrotation während der Belichtung des kontinuierlich bewegten Targets 6. Das Korrekturlinsensystem 23, 24, 25 ermöglicht die Korrektur von Fehlern, die durch Höhenschwankungen des Targets, sowie durch veränderliche Raumladungen im Säulenbereich hervorgerufen werden.
Figur 2 zeigt den schematischen Aufbau eines Beleuchtungssystems für eine Korpuskulareinrichtung. Die aus der Elektronenkanone 30 oder Partikelkanone austretenden Elektronen oder Teilchen bilden den Quell- Crossover 310 . Der Quell-Crossover 310 hat einen Durchmesser von ca. 20 m. Zwischen dem Quell-Crossover 310 und dem flächigen Objekt 34 ist ein Ablenksystem 1 1 vorgesehen. Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform umfasst das Ablenksystem 1 1 mehrere Teilablenksysteme H 1, 1 12 Ebenso ist zwischen dem Quell-Crossover 310 und dem flächigen Objekt 34 eine Kondensorlinse 12. In der hier dargestellten Ausführungsform besitzt die Kondensorlinse 12 eine Brennweite B von 0,5 m. Der Quell- Crossover 31 o ist von der Kondensorlinse 12 genauso weit beabstandet wie die Kondensorlinse 12 von der Oberfläche des flächigen Objekts 34. Das Ablenksystem 1 1 erzeugt eine dynamische Strahlerglocke 13 zur Erhöhung der effektiven Emittanz am auszuleuchtenden flächigen Objekts. Wie bereits mehrfach erwähnt kann das flächige Objekt 34 eine Maske oder eine Aperturplatte sein. Die Aperturplatte ist zum Beispiel Teil eines Vielstrahlmodulators. Das Ablenksystem 1 1 besteht aus mehreren
Teilablenksystemen H 1, 1 12 , die vorzugsweise magnetisch und außenfeld- kompensiert sind. Besonders vorteilhaft ist, wenn zwei unabhängige Teilablenksysteme H 1, und 1 12 verwendet werden (vorzugsweise jeweils als orthogonale Ablenkspulenpaare), die zwischen der Partikelkanone 30 und dem flächigen Objekt 34 in den Korpuskularoptischen Strahlengang eingebracht sind. Die Aperturplatte besitzt zum Beispiel eine Fläche von 60 x 60 mm. Mit dem in Figur 2 vorgeschlagenen Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung 2 ist es möglich, die zur Beleuchtung einer großen Fläche erforderliche Emittanz (typisch: 2000 Microrad x Millimeter) und den hohen Beleuchtungswinkel (typisch: 100 Millirad) zu realisieren. Der Einsatz einer Korpuskularstrahlquelle mit geringer Emittanz und geringem Beleuchtungswinkel erfordert dann das in Figur 2 offenbarte Ablenksystem 1 1 , damit die für die Beleuchtung des flächigen Objekts 34 erforderliche Emittanz erzielt wird. Die Korpuskularstrahlquelle mit geringer Emittanz und geringem Beleuchtungswinkel hat den entscheidenden Vorteil, dass sich der
Öffnungsfehler und der axiale Farbfehler des Beleuchtungskondensors weit weniger auf die Crossover -(Beleuchtung-)Aberrationen auswirken und damit zu geringeren Aberrationen im gesamten korpuskularoptischen System führen. Ferner ermöglicht das Ablenksystem 1 1 eine Mittelung über Stromdichte-Inhomogenitäten des Korpuskularstrahls. Außerdem soll die Stromdichteverteilung über die zu beleuchtende Fläche homogenisiert werden, welches den Vorteil der besseren Stromausnutzung und dadurch bedingt geringere Raumladungsfehler mit sich bringt.
Figur 3 zeigt ein Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung mit einem mehrstufigen magnetischen Ablenksystem 1 1 . Die
Beleuchtungseinrichtung 2 definiert eine optische Achse 15, in der die Korpuskularstrahlquelle 30 angeordnet ist. Das Kondensorsystem 10 umfasst eine magnetische Kondensorlinse 50. Die magnetische Kondensorlinse 50 besteht aus einer Vielzahl von Spalten 51 . Bevorzugt ist eine Spaltenzahl n > 5. Der durch die Kondensorlinse 50 geformte Partikelstrahl 52 beleuchtet, vorzugsweise telezentrisch, das flächige Objekt 34, das als ein Multiapertur- Strahlmodulator oder als eine Aperturplatte ausgebildet sein kann. Da die magnetische Kondensorlinse 50 fünf Spalte 51 umfasst, besteht demzufolge
die magnetische Kondensorlinse 50 aus einer Sequenz von mehreren partiellen Linsen 50i, 5O2, 5O3, 5O4, 5O5. Jede partielle Linse 50i, 5O2, 5O3, 5O4, 5O5 hat dabei eine separate Wicklung mit separat einstellbarer Erregung. Obwohl in Figur 3 die magnetische Kondensorlinse 12 nur auf einer Seite der optischen Achse 15 eingezeichnet ist, ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die magnetische Kondensorlinse 50 die optische Achse 15 konzentrisch umgibt. Zusätzlich zur magnetischen Kondensorlinse 50 ist entlang der optischen Achse 15 das Ablenksystem 1 1 vorgesehen. Das Ablenksystem 1 1 besteht aus mehreren paarweise angeordneten magnetischen Spulen. In der in Figur 3 dargestellte Ausführungsform sind drei paarweise angeordnete magnetische Spulen vorgesehen. Jedes Paar der magnetischen Spulen besteht aus einer Ablenkspule 60 und einer Kompensationsspule 62. Der magnetische Achsfeldverlauf 55 der Kondensorlinse 50 ist ebenfalls in Figur 3 dargestellt. Das Ablenksystem 1 1 ist dabei derart bezüglich der optischen Achse 15 angeordnet und wird entsprechend bestromt, dass der auf das flächige Objekt 34 auftreffende Korpuskularstrahl 52 parallel zur optischen Achse 15 verläuft.
Figur 4a zeigt eine schematische Darstellung der Beleuchtung des flächigen Objekts 34 mittels einer bewegten Leuchtfläche 70. In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Leuchtfläche 70, die sich über die zu beleuchtende Fläche bewegt, kreisförmig ausgebildet. Dabei nimmt die Intensitätverteilung der kreisförmigen bewegten Leuchtfläche 70 zum Mittelpunkt der Leuchtfläche 70 hin zu. Durch die elektronische Steuerung des Stroms oder der Spannung im Ablenksystem 1 1 kann mittels der Leuchtfläche 70 eine größere ausgeleuchtete Fläche 71 auf dem flächigen Objekt 34 überdeckt beziehungsweise beschrieben werden. Die Bewegung der Strahlglocke, die in der Projektion in der Leuchtfläche 70 resultiert, über dem flächigen Objekt 34 erfolgt dabei vorzugsweise rotatorisch. In Figur 4a ist eine lineare Bewegung der Leuchtfläche 70 dargestellt. Die lineare Bewegung des Leuchtflecks 70 ist eine zweidimensionale lineare Bewegung 72, die in einem integralen Ausleuchtungsprofil in Form eines Rechtecks 73 resultiert.
In Figur 4b ist eine weitere Ausführungsform der Beleuchtung des flächigen Objekts 34 mittels einer bewegten Leuchtfläche 80 dargestellt. Die Bewegung der Leuchtfläche 80 ist in dieser Ausführungsform eine eindimensionale Schwingbewegung 82. Die Leuchtfläche 80 hat in dieser Ausführungsform eine konvexe Ausgestaltung. Durch die eindimensionale lineare
Schwingbewegung 82 beschreibt der Leuchtfleck 80 auf dem flächigen Objekt 34 ein Rechteck 83. Das Rechteck 83 stellt ein integrales Ausleuchtungsprofil des flächigen Objekts 34 dar.
Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, besitzt das Ablenksystem 1 1 mindestens zwei unabhängige Teilablenksystemei 1 ^ und 1 12. Dabei wird der virtuelle Kipppunkt dieser zwei unabhängigen Teilablenksysteme 1 11 und 1 12 durch die Vorgabe der Ansteuerung so gewählt, dass er in der Nähe des letzten reellen Abbildes des virtuellen Crossovers vor dem Target liegt. Die Ansteuerung der Teilablenksysteme 1 11 und 1 12 kann dabei mittels Stromamplituden oder Spannungsamplituden erfolgen. Über das steuerbare Verhältnis der Stromamplituden zwischen den Teilablenksystemen kann der Ort des virtuellen Crossovers für den abgelenkten Strahl so beeinflusst werden, dass Crossover-Aberrationen, die bei der Abbildung im korpuskularoptischen System entstehen, minimiert werden. Während eines Belichtungsschrittes werden typisch 1 bis 10 hoch frequente (1 100 MHz)
Rotationen des Strahls durchgeführt. Die Bewegungsgeschwindigkeit des abgelenkten Strahls wird Ablenkamplituden abhängig so gesteuert, dass eine gewünschte optimale, homogene Ausleuchtung des flächigen Objekts 34 entsteht. Folglich erzielt man durch die homogene Ausleuchtung des flächigen Objekts 34 eine entsprechende homogene Ausleuchtung der im flächigen Objekt 34 beziehungsweise in der Aperturplatte vorgesehenen Öffnungen. Durch die Rotation des Strahls kann die Baulänge des Beleuchtungssystems kurz gehalten werden. Man erzielt eine Strahlkulmination mit geringer Emittanz und erzielt dann eine durch die Rotation des Strahls bewirkte dynamische Emittanzvergrößerung. Ebenso sind die Crossover-Aberrationen weit gehend unterdrückt beziehungsweise sind weiter korrigiert. Ferner werden durch die Rotation des Strahls Stromdichte-Inhomogenitäten des Strahls örtlich und zeitlich gemittelt.