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WO2006037675A1 - Beleuchtungssystem für eine korpuskularstrahleinrichtung und verfahren zur beleuchtung mit einem korpuskularstrahl - Google Patents

Beleuchtungssystem für eine korpuskularstrahleinrichtung und verfahren zur beleuchtung mit einem korpuskularstrahl Download PDF

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WO2006037675A1
WO2006037675A1 PCT/EP2005/053717 EP2005053717W WO2006037675A1 WO 2006037675 A1 WO2006037675 A1 WO 2006037675A1 EP 2005053717 W EP2005053717 W EP 2005053717W WO 2006037675 A1 WO2006037675 A1 WO 2006037675A1
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WO
WIPO (PCT)
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corpuscular beam
corpuscular
over
deflection system
illumination
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/053717
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Joachim Doering
Thomas Elster
Original Assignee
Leica Microsystems Lithography Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Microsystems Lithography Gmbh filed Critical Leica Microsystems Lithography Gmbh
Publication of WO2006037675A1 publication Critical patent/WO2006037675A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3174—Particle-beam lithography, e.g. electron beam lithography

Definitions

  • the invention relates to a lighting system for a
  • the invention relates to an illumination system for a corpuscular beam device with a particle beam source emitting a particle beam, a condenser with a condenser lens, a flat object downstream of the condenser system having a surface of a certain size.
  • the invention relates to a method for illumination with a particle beam.
  • US Patent 3,717,785 discloses an array of microlenses wherein each of the microlenses is surrounded by four electrodes.
  • the microlens array is formed at least by a plate in which numerous openings are formed for the passage of a particle beam.
  • the plate is illuminated by a particle beam surface, wherein only passes through the openings in the plate of the particle beam and is then further formed by the electrodes.
  • US Pat. No. 6,333,508 discloses an illumination system for an electron beam lithography machine.
  • the electron lithography machine has a lighting system with an independent emittance control built into the lighting system.
  • a conductive grid is used, which forms a plurality of microlenses, so that hereby a broad and flat particle beam for illuminating an object is generated.
  • the invention has for its object to provide a lighting system that allows a homogeneous and telecentric illumination of a large area with a particle beam, the emanating from a corpuscular optical source lighting has a low emittance and low illumination angle.
  • This object is achieved by a method having the features of claim 13.
  • the use of a low emittance, low illumination angle source optical source has the distinct advantage that the aperture error and the axial color error of the illumination condenser have far less effect on the crossover (illumination) aberrations, resulting in lower aberrations in the overall body solar chromato-optic system , Furthermore, the arrangement according to the invention has the advantage that remaining effects of opening and color errors of the illumination condenser can be corrected.
  • an averaging can be done via current density inhomogeneities of the corpuscular beam.
  • the current density distribution should be homogenized over the surface to be illuminated of a flat object. This has the advantage that one achieves better power utilization and lower space charge errors.
  • the illumination system for a particle beam device comprises a particle beam source which emits a particle beam, a condenser system with a condenser lens and a flat object arranged downstream of the condenser system and having a surface of a specific size. Between the condenser lens of the condenser system and the flat object, a multi-stage deflection system is provided. The multi-stage deflection system moves the particle beam over the object, with the particle beam having a smaller cross-sectional area than the surface of the object.
  • the multi-stage deflection system is a magnetic and field-compensated deflection system. Further, it may be advantageous if the multi-stage deflection system is a low capacity electrostatic deflection system. Likewise, it is conceivable that the multi-stage deflection system is designed as a combination of magnetic and electrostatic deflection systems.
  • a controlled current or voltage in the deflection system moves the particle beam over the object. The movement of the corpuscular beam over the object may be rotational. Likewise, the motion of the corpuscular beam over the object may be linear.
  • the planar object may be an aperture plate on which the apertures are arranged in groups, and the particle beam is movable only over groups of the apertures.
  • the corpuscular beam is in this case an electron beam.
  • a corpuscular beam source which emits a corpuscular beam.
  • the corpuscular beam is homogenized with a condenser system having a condenser lens. Subsequently, the corpuscular beam is directed onto a planar object having a certain area, wherein the particle beam has a smaller cross-sectional area than the area of the object.
  • the corpuscular beam is guided over the surface of the object with a multi-stage deflection system.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the structure of an entire system of a particle beam device
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the illumination system for the particle beam device
  • 3 shows a schematic illustration of the illumination system for the particle beam device with multistage magnetic deflection system
  • 4a shows a representation of the illumination of a flat object by means of a moving particle beam
  • FIG. 4b shows a further embodiment of the illumination of the planar object by means of a moving particle beam.
  • Figure 1 shows a schematic representation of the structure of an entire system of a particle beam device 2.
  • the Korpukularstrahlsystem 2 is described, while the particle beam system 2 is an electron beam system.
  • the principle of the invention is applicable to all charged particle particle beams.
  • an electron beam 31 is generated, which propagates in the direction of an electron-optical axis 32.
  • the electrons emerging from the electron gun 30 have a source crossover 31 o.
  • the electron gun is followed by a beam centering device 33, which aligns the electron beam 31 symmetrically about the optical axis 32.
  • the electron beam 31 passes through a condenser system 10 which forms a parallel beam from the initially divergent electron beam 31.
  • the beam formed by the condenser system has a diameter over which the intensity is homogeneously distributed.
  • a planar object 34 is provided.
  • the planar object 34 is an aperture plate having a plurality of openings for generating a plurality of parallel beams 36.
  • a baffle plate 35 which has a plurality of
  • Beam deflection units has. After the deflection plate 35, an acceleration lens 39 follows, which increases the energy of the electrons in the electron beam 31 and then generates a first intermediate image of the crossover 31 1 at the location of the aperture 38. All individual crossover of the partial beams 36 occur almost at the same location, namely the aperture of the aperture stop 38. The diameter of the opening of the aperture stop 38 is chosen so that almost all the electrons of the undeflected beam bundles 36 can pass through the aperture diaphragm 38. Single rays 37, which have undergone an individual change of direction by the deflection plate 35, are stopped at the aperture stop 38, since their crossover intermediate image does not arise at the location of the aperture diaphragm opening.
  • At least one magnetic lens 40 now follows in order to reduce the image of the aperture plate 34 to the target 6.
  • two magnetic lenses 40 are shown.
  • the picture shows a second intermediate image of the crossover 31 2 .
  • the objective lens 41 is equipped with a plurality of elements.
  • two deflectors 45 and 46 are provided before and after a second crossover 31 2 of the electron beam 31.
  • the deflection devices 45 and 46 serve for deflecting and for determining the position of the electron beam 31 or the plurality of undeflected radiation beams 36 in the target.
  • the two independently controllable deflection systems 45 and 46 are advantageously used to separately optimize slow and fast deflection operations.
  • Fast sweeps in the frequency range MHz to GHz are required, for example, to hold the position of the reduced aperture plate 34 on the uniformly moving target 6 constant by means of sawtooth deflections for the duration of an exposure step or exposure stroke and then to jump in a very short time to the next exposure point.
  • the fast deflection system 46 is preferably constructed as an electrostatic system.
  • a slow but highly accurate magnetic deflection system 45 is preferably used for the compensation of low-frequency position deviations of the target 6 from the uniform movement in the range of a few m.
  • stigmators 44 are provided which are preferably constructed as multi-layered magnetic coil systems to compensate for astigmatism and distortion caused in the optical column by manufacturing tolerances and adjustment errors.
  • the objective lens 41 has an am Beam foot point of the electron beam 31 on the target 6 scanning height measuring system 42.
  • the height measuring system 42 is used to detect unevenness of the target 6 (for example, wafers) and height variations that can cause a shift table.
  • a detector 43 receives the particles or backscattered by the target 6
  • This detector 43 serves to determine the position of marks on the target 6 for the purpose of covering a plurality of exposure planes or for calibrating control elements of an exposure system. Furthermore, there are three pairs of correction lenses 23, 24, 25 in the lower part of the
  • the correction lenses 23, 24, 25 are used for the dynamic correction of the focus, the image field size and the field rotation during the exposure of the continuously moving target 6.
  • the correction lens system 23, 24, 25 allows the correction of errors caused by height variations of the target, and caused by variable space charges in the column area.
  • FIG. 2 shows the schematic structure of a lighting system for a corpuscular device.
  • the electrons or particles emerging from the electron gun 30 or particle gun form the source crossover 31 0 .
  • the source crossover 31 0 has a diameter of about 20 m.
  • a deflection system 1 1 is provided between the source crossover 31 0 and the planar object 34.
  • the deflection system 1 1 comprises a plurality of partial deflection systems H 1 , 1 1 2.
  • a condenser lens 12 is provided between the source crossover 31 0 and the planar object 34.
  • the condenser lens 12 has a focal length B of 0.5 m.
  • the source crossover 31 o is the same distance from the condenser lens 12 as the condenser lens 12 from the surface of the planar object 34.
  • the deflection system 1 1 generates a dynamic emitter bell 13 to increase the effective emittance at the planar object to be illuminated.
  • the planar object 34 may be a mask or an aperture plate.
  • the aperture plate is part of a multi-beam modulator, for example.
  • the deflection system 1 1 consists of several Colourablenksystemen H 1 , 1 1 2 , which are preferably magnetic andfulnessfeld- compensated.
  • the aperture plate has, for example, an area of 60 ⁇ 60 mm.
  • the illumination system for a particle beam device 2 proposed in FIG. 2 it is possible to realize the emittance required for illuminating a large area (typically: 2000 microrad x millimeter) and the high illumination angle (typically: 100 millirad).
  • the use of a corpuscular beam source with low emittance and low illumination angle then requires the deflection system 1 1 disclosed in FIG. 2, so that the emittance required for the illumination of the planar object 34 is achieved.
  • the corpuscular beam source with low emittance and low illumination angle has the decisive advantage that the
  • Aperture errors and the axial color error of the illumination condenser have far less effect on the crossover (illumination) aberrations and thus result in lower aberrations in the entire corpuscular optical system.
  • the deflection system 1 1 allows an average of current density inhomogeneities of the corpuscular beam.
  • the current density distribution is to be homogenized over the surface to be illuminated, which brings the advantage of better power utilization and thereby lower space charge error with it.
  • FIG. 3 shows an illumination system for a particle beam device with a multistage magnetic deflection system 11.
  • Illumination device 2 defines an optical axis 15, in which the corpuscular beam source 30 is arranged.
  • the condenser system 10 includes a magnetic condenser lens 50.
  • the condenser magnetic lens 50 is composed of a plurality of gaps 51. A number of columns n> 5 is preferred.
  • the particle beam 52 formed by the condenser lens 50 illuminates, preferably telecentrically, the planar object 34, which can be designed as a multi-aperture beam modulator or as an aperture plate. Accordingly, since the magnetic condenser lens 50 includes five gaps 51, there is the magnetic condenser lens 50 from a sequence of a plurality of partial lenses 50i, 50 2 , 50 3 , 50 4 , 50 5 .
  • Each partial lens 50i, 50 2 , 50 3 , 50 4 , 50 5 has a separate winding with separately adjustable excitation.
  • the magnetic condenser lens 12 is drawn only on one side of the optical axis 15, it is obvious to a person skilled in the art that the magnetic condenser lens 50 concentrically surrounds the optical axis 15.
  • the deflection system 11 is provided along the optical axis 15.
  • the deflection system 1 1 consists of several paired magnetic coils. In the embodiment shown in Figure 3, three paired magnetic coils are provided. Each pair of magnetic coils consists of a deflection coil 60 and a compensation coil 62.
  • the magnetic axis field profile 55 of the condenser lens 50 is also shown in FIG.
  • the deflection system 1 1 is in this case arranged with respect to the optical axis 15 and is energized accordingly that the incident on the planar object 34 Korpuskularstrahl 52 parallel to the optical axis 15 extends.
  • FIG. 4a shows a schematic illustration of the illumination of the planar object 34 by means of a moving luminous surface 70.
  • the luminous surface 70 which moves over the surface to be illuminated, is of circular design.
  • the intensity distribution of the circular moving luminous surface 70 increases toward the center of the luminous surface 70.
  • a larger illuminated area 71 on the planar object 34 can be covered or described by means of the luminous area 70.
  • the movement of the blasting bell, which results in the projection in the luminous area 70, above the flat object 34 is preferably rotational.
  • FIG. 4 a shows a linear movement of the luminous area 70.
  • the linear motion of the spot 70 is a two-dimensional linear motion 72 resulting in an integral illumination profile in the form of a rectangle 73.
  • FIG. 4b shows a further embodiment of the illumination of the flat object 34 by means of a moving luminous surface 80.
  • the movement of the luminous surface 80 in this embodiment is a one-dimensional oscillatory movement 82.
  • the luminous surface 80 has a convex configuration in this embodiment.
  • Oscillation 82 describes the light spot 80 on the flat object 34, a rectangle 83.
  • the rectangle 83 represents an integral illumination profile of the planar object 34.
  • the deflection system 1 1 has at least two independent Supplementablenksystemei 1 ⁇ and 1 1 2 .
  • the virtual tilting point of these two independent Supplementablenksysteme 1 1 1 and 1 1 2 is selected by the specification of the control so that it is in the vicinity of the last real image of the virtual crossover in front of the target.
  • the control of the Generalablenksysteme 1 1 1 and 1 1 2 can be done by means of current amplitudes or voltage amplitudes.
  • the location of the virtual cross-over for the deflected beam can be influenced in such a way that crossover aberrations that arise during imaging in the corpuscular optical system are minimized.
  • an exposure step typically 1 to 10 high frequency (1 100 MHz)
  • the movement speed of the deflected beam is controlled as a function of deflection amplitudes in such a way that a desired optimum, homogeneous illumination of the planar object 34 is produced. Consequently, the homogeneous illumination of the flat object 34 results in a corresponding homogeneous illumination of the openings provided in the planar object 34 or in the aperture plate.
  • Due to the rotation of the beam the overall length of the lighting system can be kept short. One achieves a jet oscillation with low emittance and then achieves a dynamic emittance increase caused by the rotation of the jet. Similarly, the crossover aberrations are largely suppressed or further corrected. Furthermore, current density inhomogeneities of the beam are spatially and temporally averaged by the rotation of the beam.

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Abstract

Es ist ein Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung und ein Verfahren zur Beleuchtung mit einem Korpuskularstrahl offenbart. Ein von einer Korpuskularstrahlquelle ausgesendeter Korpuskularstrahl durchläuft ein Kondensorsystem und trifft anschließend auf ein nachgeordnetes flächiges Objekt (34). Zwischen der Strahlquelle und dem flächigen Objekt (34) ist ein mehrstufiges Ablenksystem (1 1 ) vorgesehen. Das Ablenksystem (1 1 ) bewegt den Korpuskularstrahl über das flächige Objekt (34), wobei die Querschnittsfläche des Korpuskularstrahls kleiner ist als die Fläche des flächigen Objekts (34).

Description

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.

Claims

Patentansprüche
1 . Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung (2), mit einer Korpuskularstrahlquelle, die einen Korpuskularstrahl (31 ) aussendet, einem Kondensorsystem (10) mit einer Kondensorlinse (12), ein dem Kondsensorsystem (10) nachgeordnetes flächiges Objekt (34), das eine Fläche einer bestimmten Größe besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der
Korpuskularstrahlquelle des Kondensorsystems (10) und dem flächigen Objekt (34) ein mehrstufiges Ablenksystem (1 1 ) vorgesehen ist, dass der Korpuskularstrahl (31 ) eine kleinere Querschnittsfläche besitzt als die Fläche des flächigen Objekts (34), und dass das mehrstufige Ablenksystem (1 1 ) den
Korpuskularstrahl über das flächige Objekt (34) bewegt.
2. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Ablenksystem (1 1 ) ein magnetisches und außenfeldkompensiertes Ablenksystem ist.
3. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Ablenksystem (1 1 ) ein elektrostatisches Ablenksystem ist.
4. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige
Ablenksystem (1 1 ) eine Kombination von magnetischen und elektrostatischen Ablenksystemen ist.
5. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Korpuskularstrahlquelle austretende Korpuskularstrahl einen geringen Abstrahlwinkel besitzt.
6. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung nach
Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlwinkel des Korpuskularstrahls im Bereich von 1 bis 30 mrad liegt.
7. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein gesteuerter Strom oder eine gesteuerte Spannung im
Ablenksystem den Korpuskularstrahl über das Objekt bewegt.
8. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Korpuskularstrahls über das Objekt rotatorisch ist.
9. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung nach
Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Korpuskularstrahls über das Objekt linear ist.
10. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Korpuskularstrahls über das Objekt eine lineare Schwingbewegung ist.
1 1 . Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Objekt eine Aperturplatte ist, dass die Aperturen in Gruppen angeordnet sind, und dass der Korpuskularstrahl lediglich über Gruppen der Aperturen bewegbar ist.
12. Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Korpuskularstrahl ein Elektronenstrahl ist.
13. Verfahren zur Beleuchtung mit einem Korpuskularstrahl, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
• Vorsehen einer Korpuskularstrahlquelle,
• Homogenisieren eines Korpuskularstrahls mit einem Kondensorsystem, das eine Kondensorlinse besitzt,
• Richten des Korpuskularstrahls auf ein flächiges Objekt, das eine bestimmten Fläche aufweist, wobei der Korpuskularstrahl eine kleinere Querschnittsfläche besitzt als die Fläche des Objekts, und
• Führen des Korpuskularstrahls über die Fläche des Objekts mit einem mehrstufigen Ablenksystem.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Ablenksystem ein magnetisches und außenfeldkompensiertes Ablenksystem ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Ablenksystem ein elektrostatisches Ablenksystem ist..
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Ablenksystem eine Kombination aus magnetischem und elektrostatischem Ablenksystem ist.
17. Verfahren nach Ansprüche 13, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Korpuskularstrahlquelle austretende Korpuskularstrahl mit einem geringen Abstrahlwinkel abgestrahlt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlwinkel des Korpuskularstrahls im Bereich von 1 bis 30 mrad liegt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem gesteuerter Strom oder mit einer gesteuerte Spannung im Ablenksystem der Korpuskularstrahl über das Objekt bewegt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpuskularstrahl über das Objekt mit einer rotatorischen Bewegung geführt wird.
21 . Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpuskularstrahl über das Objekt mit einer linearen Bewegung geführt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpuskularstrahl über das Objekt mit einer linearen
Schwingbewegung geführt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt eine Aperturplatte ist, dass die Aperturen in Gruppen angeordnet sind, und dass der Korpuskularstrahl lediglich über Gruppen der Aperturen bewegt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpuskularstrahl ein Elektronenstrahl ist.
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