整形電子ビーム描画のための電子ビームカラム
電子ビームカラムは電子ビームを生成する熱電界放出電子源と、電子ビームブランカと、ビーム整形モジュールと、複数の電子ビームレンズを含む電子ビーム光学系とを備える。１バージョンでは、電子ビームブランカ、ビーム整形モジュール、および電子ビーム光学系の光学パラメータは、約１／４から約３ｍｒａｄの受容半角βを達成するように設定される。受容半角βとは、描画面で電子ビームによって張られる角度の半分である。ビーム整形モジュールはまた、上部および下部投影レンズを使用して単レンズとして動作することもできる。電子ビームカラム用の多機能モジュールについても記載する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、整形電子ビームで基材上に回路設計パターンを描画することに関する。
【背景技術】
【０００２】
パターン発生器は、半導体製造、半導体ウェハ、ディスプレイ、および回路基板、磁気バブル製造、ならびに光データ記憶媒体製造用のマスクのような基材上にパターンを描画するために使用される。パターン化されたリソグラフィックマスクは、回路設計パターンを半導体ウェハまたは誘電体のような基材に転写して、集積回路、プリント回路（ＰＣＢ）、ディスプレイ、および他のパターン化基板を製造するために使用される。リソグラフィックマスクを製造するための典型的なプロセスは、例えば（ｉ）放射線透過板上に１層の金属含有材料層を形成し、（ii）電子またはイオンビームのような荷電ビームに感応するレジスト層を金属含有材料層上に形成してリソグラフィックマスクを作成し、（iii）当該リソグラフィックマスクを変調電子ビームに選択的に露光させることによって、マスク上にパターンを描画し、（iv）露光された材料を現像してパターンを現出させ、（ｖ）レジスト間の金属含有材料の現出部分をエッチングして、レジストに捕捉されたパターンを金属含有材料に転写し、（vi）リソグラフィックマスクから残留レジストを剥離することを含む。
【０００３】
電子ビームパターン生成では、基材上の電子感応レジストを変調電子ビームに選択的に露光させることによって、回路設計パターンが描画される。電子ビームは、基材上にパターンを描画するために電子を発生、集束、ブランキング、および偏向させるディスクリート部品を有するビームカラムで形成される。従来の電子ビームカラムは、例えばＲｉｓｈｔｏｎらの米国特許第６，２６２，４２９号、Ｖｅｎｅｋｌａｓｅｎらの第５，８７６，９０２号、Ｃｏｌｌｉｅｒらの第３，９００，７３７号、およびＰｆｅｉｆｆｅｒらの第４，２４３，８６６号に記載されており、それら全ての内容全体を本書に援用する。変調電子ビームは、例えばラスタ、ベクタ、またはラスタ‐ベクタ混合スキャンのようなスキャンシステムを使用して、基材を横切るように移動してフラッシングする。ビームおよび基材は、ビームが帯状に直線的に移動しながら（例えばラスタビームスキャン）、ベクタベースで段階的に（ベクタスキャン）、またはベクタおよびラスタスキャンを組み合わせて、例えばラスタガウスビームスキャン（ＲＧＢ）と呼ばれる１つのラスタスキャン法で、基材を横切るように、互いに相対移動する。
【０００４】
整形ビーム描画として一般的に知られる好適な描画方法では、ラスタスキャンに沿って独立に導出または特定することのできるベクタ座標によって指定される基材上の位置に可変整形ビームが直接移動し、これらの位置の上で１回フラッシングされる。この技術では、回路設計パターンは一連の幾何学的要素に分割され、それらは次に、位置座標に関連付けられた矩形、平行四辺形、および三角形の形状に洗練される。次いで電子ビームは、ラスタスキャン内に含まれる位置座標に直接移動し、所望の形状に整形された電子ビームにより当該位置部位を露光するようにフラッシングする。ビームは、一般的に１μｍより大きいアパーチャを備えるビーム整形器を用いて、各フラッシュ用に整形される。整形されたビームは、ガウスビームのガウス曲線よりも先鋭なエッジを有し、より高い分解能およびより良好な臨界寸法均一性をもたらすフラッシュプロファイルを与える。また、非描画領域／描画領域の百分率に応じて全露光時間を短縮するため、ビームは非露光領域を飛び越し、描画される領域に直接移動する。微小化する寸法の回路設計パターンを描画するため、高速の描画速度を伴った高い分解能を有することが望ましい。
【０００５】
整形電子ビームカラムにおいて、電子ビームは電子源から生成される。従来の整形ビームカラムは一般的に六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）を含む熱電子源を使用する。その一例を図１Ａに示す。熱電子源１０は丸みを帯びたチップ１２を含む。チップ１２は、電子がＬａＢ６導体の仕事関数障壁を克服して先端から脱出するのに充分なエネルギーを持つ温度まで加熱される。放出された電子は、一般的に数ミリの距離にあるウェーネルトアノード１１によって加速される。丸みを帯びたチップ１２は例えば約５μｍの比較的大きい半径を有し、ビームを整形するために使用されるアパーチャを照射するのに適切な輝度の、大きくかつ均一な電子分布１４を生成する。大きな照射面積はまた、アパーチャがビームの中心領域だけを選択的に通過させて、より均一な電子密度を与え、かつガウス曲線のエッジを排除することをも可能にする。しかし、熱電子源１０は従来の整形電子ビーム描画を行うためによく機能するが、今は９０ｎｍより小さい寸法であるずっと小さい形状を描画するのに最適である。
【０００６】
一般的に、整形ビーム電子カラムには熱電界放出（ＴＦＥ）電子源１５を使用しない。ＴＦＥ電子源１５の一例は、図１Ｂに示すように、一般的に約０．３から１μｍの半径（熱電子源１０の半径の約１／１０）を有するタングステンの細い針状のチップ１６を有する。チップ１６は約１８００Ｋの温度まで加熱される。この際、数百ミクロンの間隔（熱電子源のミリメートル単位とは対照的に）で配置されたサプレッサ２０および引出電極２２を用いて、電子に障壁をトンネリングさせ、細いビーム１８として放出させるのに充分な強さの電界が印加される。タングステンのチップ１６は通常、仕事関数障壁を低減するように、酸化ジルコニウムの一層がコーティングされ、加熱された酸化ジルコニウム（図示せず）のリザーバは、チップ１６から蒸散する材料を連続的に補給する。ＴＦＥ源１６は、熱電子源より高い輝度および被写界深度、小さな仮想源サイズ、および適度なエネルギーの広がりを特徴とする。また、小さな形状を効率的に描画するための必要な高いビーム電流を達成するように構成することがより望ましい。ＴＦＥ源１６のもつ小さな角強度は、特定の総電流を捕捉するために銃からの比較的大きい放出角を受け入れなければならないことを意味する。大きい形状（＞１００μｍ）のアパーチャ１２６を使用しない限り、この大きい角度は上部カラムにおける高倍率Ｍによって低減されなければならない。大きい銃角度および大きいＭの組合せは、上部の形状の照射均一性に対する球面収差の影響を増大させる。
【０００７】
熱電子源１０は、例えば、その内容全体を本書に援用する、Ｋｏｍａｇａｔａら、ＳＰＩＥ２０９６（１９９７）、１２５〜１３６頁に開示されているように、ケーラー照射モード光学系を用いて整形電子ビームを生成するために使用されてきた。ＴＦＥ源１６はより高い照射輝度をもたらし、小さな整形ビームでより高いビーム電流の可能性が見込まれるので、ＴＦＥ源１６をケーラー照射と共に使用することができることが望ましい。しかし、ＴＦＥ源１６からの細い電子ビーム１８は、ケーラー照射モード光学系と共に使用されるビーム整形アパーチャよりもかなり大きくなるように拡大しなければならない。ＴＦＥ源１６を使用する従来の静電集束型粒子銃は大きい球面収差係数を有し、倍率に関して言えば、球面収差はその係数と照射角の３乗と倍率の積で増大する。したがって、従来の光学系におけるビーム整形アパーチャの臨界照射またはケーラー照射によるＴＦＥ源１６の使用は、拡大が必要になるために過度に大きな球面収差につながる。上記のＲｉｓｈｔｏｎの米国特許第６，２６２，４２９号は、小さいＴＦＥ源の拡大を防止するために、影投影整形ビーム光学系を記載している。しかし、影投影光学系は像面上のビームスポットの焦点欠如をはじめ、望ましくない特性を有する。したがって、ＴＦＥ電子源１６をケーラー照射光学系と組み合わせて使用することのできる整形電子ビームカラムを持つことが望ましい。
【０００８】
整形電子ビームカラムでは、基材上に投射される電子ビーム像は、所望のビーム形状を有した合成像を形成するように、異なる形状を有する下部アパーチャ上に上部アパーチャの像を偏向させることによって形成される。ビーム整形モジュールは、アパーチャに照射し、ビーム電流を選択し、下部アパーチャの上に上部アパーチャを結像し、アパーチャの縮小像を基材面上に投影し、かつ基材面の適切なビームアパーチャを選択する。従来の電子ビームシステムでは、これらのパラメータは結合される。例えば、第１アパーチャを第２アパーチャ上に結像し、両アパーチャ間に固定されたクロスオーバー（それはアパーチャの照射角を画定する）を有する条件は、ビーム電流および最終アパーチャ角を決定する。しかし、ビーム照射特性の変化および関連するクロスオーバー点の変化を補償するため、基材面の異なる照射要件に適応する、異なった電子ビーム経路の選択が可能であることが望ましい。
【０００９】
従来の整形ビームカラムには別の問題が生じる。すなわち、偏向点から平坦な物体までの距離が角度によって変化するので、集束荷電ビームを基材全体に亘って大きい角度に偏向させながら、カラムの集束レンズの励起を動的に変化させなければならないからである。ラスタまたはベクタスキャンシステムの場合はビーム偏向速度が通常は非常に高いので、通常は磁気レンズである主対物レンズは、その高い誘導性および渦電流の発生のために充分高速に適応させることができない。したがって、良好な動的集束制御のために、付加的な小型磁気コイルが対物レンズに挿入される。しかし、これらの小型磁気コイルの上側周波数も、それらを例えばフェライトシールドによってそれらの周囲から磁気的かつ電気的に分離しない限り、渦電流および誘導性によって制限される。
【００１０】
動的集束についての別の解決策は、例えばその内容全体を本書に援用するＴ．Ｈｏｓｏｋａｗａら、ＪＶＳＴ Ｂ１（４）、１９８３、Ｐ１２９３ｆｆに記載されているように、静電集束レンズの使用を含む。静電レンズは一般的に、小型磁気コイルよりも良好な高周波挙動性を有する。しかし、静電集束レンズは一般的に３つの同心円筒電極から構成され、必要とする空間を増大させるので、全カラム長が増加する。カラム長が増加すると、電子ビームは電子‐電子相互作用およびノイズ感受性のためにビームを広げる効果を受け、それが今度はパターン描画分解能を低下させる。したがって、電子ビームカラム長を低減する一方で、電子ビームを急速に偏向させることのできる、より小型の静電集束レンズシステムを持つことが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、整形ビーム描画法でパターンを描画する電界放出源を用いることが可能なパターン生成システムを持つことが望ましい。さらに、過度の球面収差または拡大の問題を生じることなく、アパーチャに照射するための広範囲なビームを生成する電界放出源が使用可能であることが望ましい。また、ビーム整形アパーチャのケーラー照射と共に電界放出源を使用することも望ましい。また、ビームスポットの分解能を維持するため、電子ビームカラムの長さを低減しながら、電子ビームを迅速に偏向させることのできる、より小型の静電集束レンズシステムを持つことも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一態様では、電子ビームカラムは、電子ビームを生成する熱電界放出電子源、電子ビームをブランキングする電子ビームブランカ、電子ビームを整形するビーム整形モジュール、ならびに１つまたはそれ以上の集光レンズ、投影レンズ、拡大レンズ、縮小レンズ、および対物レンズをはじめ、複数の電子ビームレンズを含む電子ビーム光学系を備える。１バージョンでは、電子ビームブランカ、ビーム整形モジュール、および電子ビーム光学系の光学パラメータは、約１／４から約３ｍｒａｄの受光半角βを達成するように設定される。受光半角βとは、描画面で電子ビームによって張られる角度の半分である。
【００１３】
別の態様では、電子ビームカラム用のビーム整形モジュールは、上部投影レンズと、上部アパーチャを有する上部ビーム整形器であって、上部投影レンズの下流に配置された上部ビーム整形器と、電子ビーム間隙程度の間隔を置いて配置された複数の偏向板を含む偏向器であって、少なくとも１対の偏向板が相互に対面しており、電子ビーム間隙内のクロスオーバー点に集束する電子ビームを偏向させるために偏向板を静電帯電させることができるようにした偏向器と、複数の下部アパーチャを有する下部ビーム整形器と、下部投影レンズとを備える。ビーム整形モジュールは、物体および像の長さが上部および下部投影レンズによってそれぞれ画定される単レンズとして動作する。
【００１４】
さらなる態様では、電子ビームカラム用の多機能モジュールは、多極を含む上部および下部電極を備え、該電極は電極を通過する電子ビームの偏向または収差補正のための電圧を受け取ることができる。上部および下部電極に印加される電圧とは独立して電圧を印加することのできる中心リング電極が、電子ビームを基材に集束させるために使用される。
【００１５】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点は、以下の説明、付属の特許請求の範囲、および本発明の実施例を示す添付図面に関連していっそうよく理解されるであろう。しかし、各々の特徴は単に特定の図面の文脈においてだけでなく、本発明で全般的に使用することができ、本発明はこれらの特徴の任意の組合せを含むことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
電子ビームを生成し、整形し、かつ基材１０４に描画するための電子ビームカラム１００の一例を図２に示す。電子ビームカラム１００は、１０−７から１０−９トルの範囲の真空に維持されたカラムで、電子源１１０を含むハウジング１０６を備える。電子源１１０は、軸１１４に沿って基材１０４に向かって進行する電子ビーム１１２に形成される電子を生成する。一例では、電子源１１０は、図１Ｂに示すような熱電界放出電子源（ＴＦＥ）１５である。当該電子源は、ジルコン化タングステン（ｚｉｒｃｏｎｉａｔｅｄ ｔｕｎｇｓｔｅｎ）、つまりＺｒＯ２またはＺｒＨ２でコーティングされるタングステンチップ１６を含む。なお、チップ１６は、電子源１５に電界を印加しながら約１８００Ｋの温度に加熱される。適切なＴＦＥ源１５は、少なくとも１ｍＡ／ｓｒの、別名角強度として知られる単位立体角当たりの電流ｄｌ／ｄΩをもたらす。熱電界放出源は日本国の電気化学工業社またはオレゴン州ヒルズボロのＦＥＩ Ｃｏ．から入手可能である。適切なＴＦＥ源１５は例えば、オレゴン州ヒルズボロのＦＥＩ Ｃｏ．に譲渡されたＳｃｈｗｉｎｄらの米国特許第６，７９８，１２６号に記載されており、その内容全体を本書に援用する。ＴＦＥ源が好適であるが、カラム１００の態様に他の電子源、例えば六ホウ化ランタンのような熱電子源を使用することもでき、したがって本発明の範囲は熱電界放出源に限定すべきではないことに留意されたい。
【００１７】
電子源１１０から放出された電子ビーム１１２は、基材１０４に到達するまで、カラム１００内を通過する進行経路に沿った様々な集光レンズ、投影レンズ、拡大レンズ、縮小レンズ、対物レンズ、および他のレンズを含む電子光学系を通過する。電子光学系は電磁レンズまたは静電レンズを含むことができ、一般的に電磁レンズの方が好適である。図示する電子ビームカラムの形態では、最初に電子ビーム１１２は１対の集光レンズ１１８、１２０を通過する。集光レンズ１１８、１２０は、鉄製のシュラウド内にコイルを含む電磁レンズであって、シュラウド間の間隙は電子ビーム１１２が通過するアパーチャとして働く。上部集光レンズ１１８は下部集光レンズ１２０の面の前に電子源１１０の像を集束させ、次に、ブランカ１２４の面内に位置するクロスオーバー点１２２に電子ビーム１１２を集束させる。ブランカ１２４は、後述する偏向器用の１対の静電偏向板を用いて、ビームをブランキングまたはオン・オフさせる。これら静電偏向板は高速の応答時間をもつ従来のブランキング増幅器に接続されている。電子ビームをオフにするため、電圧がブランキング偏向板に印加され、偏向板の下流にある上部ビーム整形器１２６の実体部で遮断されるまでビーム１１２を軸外に掃引する。
【００１８】
ビーム整形モジュール１２８は、電子ビーム１１２を整形するために使用される。ビーム整形モジュール１２８は、上部投影レンズ１３０を含む。上部投影レンズ１３０は、偏向器１３８の偏向面１３６の中心１３５である軸１１４に沿った１点で、電子ビームを集束させるように設定された焦点距離を有する。ビーム１１２は、第１偏向器１３８に到達する前に上部ビーム整形器１２６上に投影される。上部ビーム整形器１２６は矩形断面を持つように電子ビーム１１２を整形する。上部ビーム整形器１２６内に形成された上部アパーチャ１３４は、ビーム１１２の中心部を通過させる一方、板１２６を用いてビームエッジを遮断し、アパーチャ形状に整形されたビームだけが整形器１２６から出現することを可能にする。図３Ａは、正方形の電子ビームを形成するための上部アパーチャ１３４を含む上部ビーム整形器１２６の一例を示す。上部アパーチャ１３４は矩形であり、さらに詳しくは正方形である。
【００１９】
偏向器１３８は、正方形に整形された電子ビーム１１２を偏向させ、様々な電子フラッシュ形状を形成する下部ビーム整形器１４０の異なる位置に結像させるために使用される。偏向器１３８はまた、転送レンズとしても機能する。図４を参照すると、偏向器１３８は、紙面内の２つの板１３９ａ、ｂおよび破線で示す紙面に垂直な２つの板１３９ｃ、ｄの４つの静電板を含み、板１３９ａ、ｂ、ｃ、ｄは電子ビームを挟んで互いに間隔を置いて配置される。板１３９ａ、ｂおよび１３９ｃ、ｄの各ペアに相補的な電圧が印加された場合、当該ペアは２つの直交方向に沿って電子ビーム１１２を偏向する。動作中、１対の静電板１３９ａ、ｂおよび１３９ｃ、ｄ間の電位差はプッシュプル回路をもたらし、ビットコードを１つ以上のＤＡＣ１４２ａ、ｂに与えることによって生成される。当該ＤＡＣはビットコードを相補的なアナログ電圧信号に変換し、該アナログ信号は増幅器１４３ａ、ｂによって増幅され、偏向板１３９ａ、ｂに印加される。板に与えられる信号の電圧レベルおよび相対的な極性は電子ビーム１１２の偏向の程度を決定する。ここで、偏向の程度は例えば、軸１１４の中心に位置した初期位置１４５ａから、軸１１４から外れた最終位置１４５まで電子ビーム１１２を偏向する程度である。偏向精度を上げるために、追加偏向器を偏向器１３８の下流に配置することもできる。適切な偏向器システムは例えば、２００５年１０月３日に出願された「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ」と称するＳｔｏｖａｌｌらの米国特許出願第１１／４２４，９７６号に記載されており、その内容全体を本書に援用する。
【００２０】
下部ビーム整形器１４０は一般的に多数の異なる下部アパーチャを含む。下部アパーチャには例えば、図３Ｂに示す４つの直角三角形のアパーチャ１４８ａ〜ｄで囲まれた下部正方形アパーチャ１４４が含まれる。上部および下部ビーム整形器１２６、１４０は、下部ビーム整形器１４０のアパーチャ１４４または１４８ａ〜ｄ上の正しい位置に上部アパーチャ１３４の像を投影し、電子ビームのフラッシュ形状を形成する。例えばＸ／Ｙ軸と平行の辺を持つ矩形のフラッシュ形状は、正方形のビーム１１２を下部正方形アパーチャ１４４の隅部の１つに投影することによって形成することができる。この場合、正方形のビーム１１２は２つの隣接する辺が下部アパーチャによって形成されるように投影される。図３Ｃは、上部および下部ビーム整形器１２６、１４０のアパーチャ１３４から生成される８つのフラッシュ形状を示す。当該フラッシュ形状は、４種類の矩形１〜４と直角三角形５〜８とを含む。この矩形は４つの隅部により形成される。また、直角三角形５〜８は、Ｘ／Ｙ軸と平行な非斜辺と、下部アパーチャによって形成される斜辺とを有する。太線は、下部ビーム整形器１４０のアパーチャ１４４、１４８ａ〜ｄによって形成されるこれらの形状の縁を示す。丸点は、下部ビーム整形器１４０の中心に対して固定された位置を示す基準点である。上部および下部ビーム整形器１２６、１４０の２つの構成が示されているが、当業者には明白であるように他の構成も可能である。例えば上部ビーム整形器１２６は矩形のアパーチャを有してもよく、下部ビーム整形器１４０もまた矩形のアパーチャまたは他の形状のアパーチャを有してもよい。
【００２１】
矩形および三角形タイルのフラッシュ領域は、電子ビームカラム１００のパラメータによって制限される。例えば、タイルの一辺の最大寸法は３／２λ未満とすべきであり、最小寸法は少なくとも約１／２λとすべきである。ここでλは、最大フラッシュ領域およびラスタ位置間の間隔に関連する電子ビームカラム１００の固定長である。１９２ｎｍの最大フラッシュ領域およびＸ方向に約１０２４ｎｍのラスタ位置間の分離距離を有する電子ビームカラム１００の場合、λの値は約１２８ｎｍである。図３Ｂで、各矢印は１．５λ´Ｄの長さを表わし、ここでλ´はλよりわずかに大きい、例えばλより約１０％大きい数字と定義され、Ｄは下部カラム光学系の縮小率である。
【００２２】
ビーム整形モジュール１２８は下部投影レンズ１５２で完成する。下部投影レンズ１５２は、縮小レンズ１５４の入射瞳に対応するクロスオーバー点１５６に整形ビーム像を集束させるため選択された焦点距離を有する。この選択は、主として縮小レンズの中心部分だけを利用するための偏向に関わりなく、整形ビーム像の中心が軸１１４付近に来るように成される。これは、像が中心を外れて縮小レンズに投影された場合に生じる、ビームスポットのエッジ分解能の低下を軽減する。整形ビーム像は縮小レンズ１５４を通して縮小され、対物レンズ１６０の前の、中心を軸１１４周辺に合わせた面内に拡大像を形成する。その後、対物レンズ１６０は集束の半角を画定し、ターゲット基材１０４上に均一なビーム電流密度を有するビームスポットを形成する。所与のアパーチャサイズに対し、対物レンズ１６０は最終ビーム集束角を決定し、以って必要な輝度を決定する。
【００２３】
カラム１００において、ビーム整形モジュール１２８は上部投影レンズ１３０と、上部アパーチャ１３４を有する上部ビーム整形器１２６と、偏向器１３８と、正方形アパーチャ１４４および直角三角形アパーチャ１４８ａ〜ｄを有する下部ビーム整形器１４０と、下部投影レンズ１５２とを備える。ビーム整形モジュール１２８は、電子ビーム１１２の経路とは無関係に、ビーム形状照射条件の調整が可能であることが有利である。これは、電子ビームが基材１０４に入射するときの最終角度とは無関係に、ビーム電流の大きさを選択することを可能にする。ビーム整形モジュール１２８では、上部および下部ビーム整形器１２６、１４０は対となる投影レンズ１３０、１５２内部に配置される。この配置は、たとえ照射条件が変化しても、例えば上部投影レンズ１３０の前の電子ビームクロスオーバー点１２２または下部投影レンズ１５２の後のクロスオーバー点１５６の位置が変化しても、電子ビームのクロスオーバー１３５の位置を一定に維持するように投影レンズ１３０、１５２の励起を変化させることを可能にする。したがって、ビーム整形モジュール１２８は、上部投影レンズ１３０、１５２によってそれぞれ定義される物点側焦点距離および像点側焦点距離を有する単レンズとして動作し、先行技術のビーム整形システムに対する顕著な改善を有利にもたらす。
【００２４】
電子ビームカラム１００の電子光学系は、例えば図５Ａおよび５Ｂに概略的に示すように、ＴＦＥ源１６からの電子ビーム１１２を処理するため、ケーラービーム照射モードにおいて構成することもできる。ＴＦＥ源１６は一般的に小さく、半径が０．３μｍから１μｍの間であり、電子放出は限定された放出角の範囲でのみ均一である。ＴＦＥ源１６は、サプレッサ２０と引出電極２２も含む。これらは、電子ビーム１１２を規定する電位差に維持される。図５Ａは電子ビームカラム１００の構成要素の例示的レイアウトである。図５Ｂは同じ光学系を示す概略図であり、源１００からＺ軸の原点における基材１０４までの光線経路をともに示す。電子源１１０は、約３００から約１２００ｍｍ、または約４００から約８００ｍｍの距離だけ基材１０４から離される。本実施形態では、その距離は約７５０ｍｍである。
【００２５】
ケーラー照射モード光学系は、焦点が少し変化しても結像した電子ビーム形状のサイズが変化しない点で好ましい。同光学系は、基材１０４の垂直方向の変位も結像した形状のサイズを変化させない。電子ビームリソグラフィにおいて、形状のサイズが５０から１００ｎｍ程度と非常に小さい、さらにそれが５０ｎｍ未満にさえなる場合には、基材１０４に描画される形状の寸法について精密な制御が特に重要である。形状のサイズの実質的なずれは、リソグラフィマスクとしての基材を使用不能にする。電子ビームカラム１００におけるケーラーモード光学系の適用は、結像した電子ビームのサイズがビーム焦点の小さい変化または基材１０４の垂直方向の変位と実質的に独立するので、基材１０４に描画される形状の寸法の正確な制御が達成されて有利である。
【００２６】
図５Ａから参照されるように、電子ビームカラム１００は電子源１１０を備える。電子源１１０は、照射半角αを有し、１対の上部および下部集光レンズ１１８、１２０を通過する電子ビーム１１２を生成する。ブランカ１２４は、各々１対の対向する静電偏向板を含む上部および下部ブランキング偏向器１２５、１２７ならびにブランキングアパーチャ１３１を持つブランキング板１２９を用いて、ビーム１１２をブランキングまたはオン・オフさせる。電子ビームをオフにするため、１つ以上のブランキング増幅器を用いて、上部および下部ブランキング偏向器１２５、１２７の偏向板に電圧が印加される。当該ブランキング偏向器はビーム１１２をブランキングアパーチャ１３１から軸外に、ブランキング板１２９の実体部によって遮断されるまで掃引する。
【００２７】
その後、ビーム１１２は投影レンズ１３０を通過する。該レンズは電子ビーム１１２を上部整形偏向器１３８ａの中心に集束させ、該偏向器は、上部ビーム整形器１２６付近にあるビーム１１２の偏向を制御する。上部ビーム整形器１２６は電子ビーム１１２が矩形断面を持つように該ビームを整形する。下部整形偏向器１３８ｂは、ビームを下部ビーム整形器１４０上の様々な位置に結像させて、様々な電子フラッシュ形状を形成するように、正方形の整形電子ビーム１１２を偏向させるために使用される。下部投影レンズ１５２は下部整形偏向器１３８ｂの下流にあり、集束半角βを有し、均一なビーム電流密度を有する電子ビームを投影する。電子ビームカラム１００はさらに、集束、偏向、および収差補正の組合せを提供する多機能モジュール１６１を含む。多機能モジュール１６１はカラム１００の対物レンズとして働き、マイクロベクタ偏向器１６２およびメインスキャン偏向器１６４をも含み、それらは両方とも、描画中に基材全体にわたって電子ビーム１１２を偏向させるために使用される。多機能モジュール１６１が図示されているが、当業者には明白であるように、モジュール１６１は従来の対物レンズおよびビーム偏向器システムに置き換えることができることを理解されたい。したがって、本発明の請求の範囲は、本書に記載する例示的実施形態に限定されない。
【００２８】
図５Ｂを参照すると、ケーラー光学系は照射半角αの源光線円錐１６１を有する電子ビームを変換して、受容半角βを有する像形成光線円錐１６１を形成する。半角αおよびβは正比例する。電子ビーム１１２は対物レンズ１６０の後焦点面に源の像を形成するように集束し、その結果、像平面付近の焦点に対する整形ビームサイズの不変性がもたらされる。それは次のように示すことができる。
【００２９】
βｆｉｎａｌ＝（ｄｓｏｕｒｃｅ／ｓｈａｐｅｆｉｎａｌ）αｓｏｕｒｃｅ
したがって、受容半角βは、源のサイズつまり直径ｄｓｏｕｒｃｅと整形ビームの最終サイズｓｈａｐｅｆｉｎａｌとの比に、送光半角αを乗算することによって定義される角度である。受容半角βとは、描画面で、つまり基材１０４の上面で電子ビームによって張られる角度の半分である。
【００３０】
アパーチャ面における照射の球面収差は、Ｃｓα３Ｍによって与えられる。ここでＭは電子源１１０から、アパーチャ面でまたはその下で結像されるまでの倍率であり、Ｃｓは球面収差係数であり、αは照射光線円錐の半角である。形状アパーチャを源にほぼ接合する面に置くことが望まれるので、この比例関係は強制される。これは、源の拡大された像を形状アパーチャの下に位置付ける。さらに、この源の像のサイズは、下流の光学系の最終像平面における受光角βを設定する。
【００３１】
従来の電子カラム系の場合、次の光学的数値が一般的である。
【表１】
【００３２】
従来の光学系によって生じる球面収差の比較的大きい値は、結果的に整形面における実質的な照射の不均一性をもたらす。
【００３３】
本発明の電子ビームカラム１００の一形態において、球面収差の問題は、受容半角βが約３から約５ｍｒａｄ（ミリラジアン）の範囲である従来の光学設計と比較して、受容半角βを約１／４から約３ｍｒａｄ、または約１から約３ｍｒａｄ、１例では約１．５ｍｒａｄ低減することによって解決される。これは、最終形状サイズおよび照射半角を選択することによって達成される。というのも、特定のＴＦＥ源の場合、源サイズは固定されるからである。表１に示すように、本実施形態における電子光学系カラム１００のパラメータは、約１５から約６０の倍率、約３２から約１２８の縮小率、約３から約２０μｍのアパーチャサイズ、約１／３２から約１μｍの最終ビーム形状、および約１０から約１００ｎｍのＴＦＥ源のサイズをもたらすように設定される。
【００３４】
しかしながら従来の理解では、受容半角βが減少すると、望ましくないとされている電子間斥力に誘発されたビームぼけが増大すると予測されている。例えばＫｏｍａｇａｔａ（１９９７年、１２６頁）によれば、長さが短くかつ幅広い受容半角βをもつ電子ビームカラムは、高ビーム電流時のクーロン相互作用を低減させ、逆に、受容半角βが低下すると、高ビーム電流時のクーロン相互作用が増大することが予測される。ガウス分布の電子ビームを与える熱電子源によって照射される従来の結像整形ビーム粒子光学系に対して、例えば、その内容全体を本書に援用するＪａｎｓｅｎ、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｂ６（６）（１９８８）１９７７〜８８頁が示すように、上記予測は実験的に実証されている。
【００３５】
しかし、予想外に、かつ驚くべきことに、受容半角βを低減しても電子ビームのぼけは増大せず、それどころか実際には低減することを突き止めた。図６は、受光角の増加と共に減少する電気的な電子ビームぼけの予想された関係を破線１８０で示している。しかし、実線１８２で示すように、電子対電子ビームぼけは最初に受容半角から１ｍｒａｄ未満まで上昇した後、受容半角βの増加に伴って、予想外に徐々に減少することが突き止められた。受容角を充分に低減すると、ペンシルビームレジームに移行すると考えられる。ＴＦＥ源１６は一般的に、六ホウ化ランタン熱電子源の約１０００倍明るい充分な輝度を有し、ペンシルビームレジームの小さな受光角においてでさえも、充分な電流を電子ビームに伝達することができる。熱電子源によって生成されるガウスビームレジームとは対照的に、ＴＦＥ源１６によって生じるペンシルビームレジームは、図示するように、最終的な受容半角βの減少と共に電子間斥力に誘発されたぼけを低減させる。
【００３６】
受容半角βの低減は更なる利点を有する。例えば球面収差、色収差、および偏向収差のような殆どの光学的収差は、受容角の正の累乗の関数でもあるので、受容半角βの低減は、球面収差、色収差、および偏向収差の低減によるビームの決定に際しての顕著な改善に結びつくはずである。加えて望ましいことに、受容半角βの低下と共に焦点深度もまた急速に増加する。
【００３７】
したがって、受容半角βの下限は、少なくとも約１ｍｒａｄの受容半角βに達した後の電子対電子ビームぼけの予想外の低下によって規定される。受容半角βの上限は、電子ビームカラムの形状および寸法上の制約によって決定される。全長が約３００から１２００ｍｍ、例えば約７５０ｍｍの電子ビームカラム１００の場合、受容半角βの上限は、約３ｍｒａｄ未満となるはずであることが確認された。したがって、様々なレンズのみならず、電子ビームブランカおよびビーム整形モジュールを含むカラムの他の構成要素を備えた電子ビーム光学系の光学パラメータを含む、電子ビームカラム１００の光学パラメータは、約１から約３ｍｒａｄの受容半角βの範囲を達成するように設定しなければならない。電子ビーム１１２の進行方向、形状、およびサイズに影響を及ぼす光学パラメータは、レンズの焦点距離、アパーチャサイズ、およびカラム１００の異なる構成要素間の距離のようなパラメータである。
【００３８】
電子ビームカラム１００の分解能は、カラム１００全体の電子光学系の球面収差係数を低下させることによってさらに改善することができると考えられる。前述の通り、球面収差は（係数）×（受容角の３乗）×（倍率）によって与えられる。したがって、受容半角を低減すると（前述の通り）、球面収差係数が低下する。同様に、基材１０４上にパターン形成される電子ビーム像の分解能をさらに高めるには、カラム１００全体の電子光学系の球面収差係数も低減させなければならない。レンズの球面収差係数はレンズの設計に依存する。例えば磁気銃レンズは、従来の静電レンズと比較して、かなり優れた球面収差係数を提供する。磁気銃レンズを使用する電子光学系は、例えば２００５年１１月２２日に出願された「Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｇｕｎ」と称するＳｔｅｖｅｎ Ｊ．Ｃｏｙｌｅらの米国特許出願第１１／２８５，８０２号に開示されており、その内容全体を本書に援用する。
【００３９】
さらに別の形態では、著しく増大した仮想源サイズを有するＴＦＥ源１６が選択される。この方法では、源１６の拡大を低減することによって、カラム１００で要求される球面収差が低減される。これは、従来、ＴＦＥ銃に見られるものよりも源１６が大きい場合にのみ達成することができる。熱電界放出源１５の源は、電子を放出するチップ１６のサイズを拡大することによって拡大することができる。適切な選択サイズは例えば、少なくとも約１．２ミクロン、または約１．２から約２ミクロンもしくはそれ以上である。大きい半径のチップを有するＴＦＥ源を使用するためには、より小さいチップの場合と同じアパーチャサイズおよび下部カラムの縮小率を維持することができる。しかし、アパーチャの間にあるクロスオーバーと銃との間の拡大率は、少なくとも約２分の１に、または少なくとも３分の１にさえ、低下しなければならない。これは全体の縮小率を５０倍程度から約１５倍ないし約２５倍に低減させる。
【００４０】
３つのアプローチを記載したが、電子ビームの分解能を向上しながら、収差を最も低減するために、これら３つのアプローチは単一の電子ビームカラム１００において別々に、又は任意に組み合わせて使用することができる。
【００４１】
図５Ａに戻って説明すると、電子ビームカラム１００はさらに、集束、偏向、および収差補正機能の組合せを提供する多機能モジュール１６１を含む。多機能モジュール１６１は、カラム１００の対物レンズならびにマイクロベクタ偏向器１６２およびメインスキャン偏向器１６４の両方として働く。したがって、多機能モジュール１６１は、静電集束レンズの機能と静電偏向および／または収差補正多極の機能を結び付けている。
【００４２】
多機能モジュール１６１の例示的実施形態を図７に示す。多機能モジュール１６１は複数の電極を含み、外部電極の少なくとも１つは、偏向または収差補正のために使用される。図示する実施例では、３電極静電集束レンズの上部および下部電極１９０、１９２は多極子であり、偏向または収差補正のいずれかのために使用される。例えば上部電極１９０は偏向に使用することができ、例えば四極子とすることができる。下部電極１９２は電子ビーム１１２の非点補正に使用されるスティグメータとすることができ、例えば八極子とすることができる。
【００４３】
中間電極１９４は、上部および下部電極１９０、１９２に印加される電圧とは独立して集束電圧を印加することのできる中心リング電極である。これは、３つの電極１９０、１９２、および１９４のための電子駆動回路構成の複雑さを軽減する。中心リング電極１９４は、電子ビーム１１２に集束電圧を印加するために使用される。
【００４４】
さらなる利点は、多機能モジュール１６１が、対物レンズ機能を複数の偏向器の機能と統合することによって、電子ビーム１００の全長を効果的に低減することである。一実施例では、多機能モジュールは、先行技術に示される３０ｍｍ程度の焦点距離と比較して、焦点距離が約６から約１２ｍｍ、例えば約８ｍｍの対物レンズを有する。多機能モジュール１６１はまた阻止電場光学系でも使用することができ、その場合、より高い電位に置かれるビームカラムの上部が上部電極１９０を表す。
【００４５】
電子ビーム装置５０の例示的実施形態の略図を図８に示す。該電子ビーム装置は、基材上に回路設計パターンを描画するフラッシュを提供するための電子ビームを変調且つ整形可能な電子ビームカラム１００を備える。装置５０は、整形電子ビーム、すなわち様々な幾何学的フラッシュ形状をもたらすように整形可能な例えば電子ビームまたはイオンビームを提供することができる。装置５０は回路パターンデータを処理するプロセッサ５２、および電子ビームカラム１００を制御するカラム駆動電子機器１３２を備える。電子ビームカラム１００は、単一ビーム、または１本のビームを提供するように編成された１組の電子ビームを提供することができる。電子ビームを用いたこの描画方法を実行することができる例示的電子ビーム装置は例えば、本願と同一出願人に譲渡され、２００５年１０月３日に出願された、「Ｂｅａｍ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｗｒｉｔｉｎｇ Ｓｔｒａｔｅｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」と称するＢｕｌｌｅｒらの米国特許出願第１１／２４３，３０４号に記載されており、その内容全体を本書に援用する。
【００４６】
動作中、電子ビーム１１２によって基材１０４に描画される回路設計パターンは、フラッシュを形成するために生成され、かつ処理される。当該生成及び処理は、例えば本願と同一出願人に譲渡され、２００５年１０月３日に出願され、その内容全体を本書に援用する、「Ｗｒｉｔｉｎｇ ａ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｐａｔｔｅｒｎ ｗｉｔｈ Ｓｈａｐｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｆｌａｓｈｅｓ」と称するＢｕｌｌｅｒらの米国特許出願第１１／２４３，２９９号に記載されている。回路設計パターンを基材に描画するために、プロセッサ５２は回路設計パターンの少なくとも一部分をメモリ５６から読み出し、読み出されたデータは処理されて描画用のフラッシュにされる。なお、読み出されるデータのサイズはそのバッファメモリサイズに依存する。プロセッサ５２は、データを処理してデータ信号をカラム駆動電子機器９０に送信するのに適した集積回路を含む電子ハードウェアおよび回路構成を備え、カラム駆動電子機器は、電子ビームカラム１００およびその周辺部品を作動させるための電子部品を有する。例えばカラム駆動電子機器９０は、電子ビームカラム１００のブランカ、偏向器、およびレンズに信号を送信し、かつそこから信号を受信して、基材上にパターンを描画するために基板１０４を動かしながら、選択された順序の整形されたフラッシュで電子ビーム１１２をフラッシングすることができる。プロセッサ５２およびカラム駆動電子機器９０を別々のユニットとして記載したが、当業者には明白であるように、それらを１つのユニットに統合するか、あるいはさらなるユニットに分割することもできる。
【００４７】
一般的に、プロセッサ５２はデータを受信し、認証し、、アルゴリズムを実行し、出力データおよび信号を生成し、検出器および他のチャンバ部品からのデータ信号を検出し、かつ電子ビーム装置を監視または制御するように構成される。例えばプロセッサ５２は、（ｉ）例えばインテル社製の従来のマイクロプロセッサのような中央処理装置（ＣＰＵ）５８、（ii）例えばＲＡＩＤドライブのようなハードドライブ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの取外し不能な記憶媒体６０、および例えばＣＤまたはフロッピー（登録商標）ディスクのような取外し可能な記憶媒体６２を含むメモリ５６、（iii）データの検索、データ処理、および電子ビーム装置の特定部品の動作のような、特定のタスク用に設計され事前にプログラムされた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ならびに（iv）例えばアナログおよびデジタル入出力ボード、通信インタフェースボード、およびモニタコントローラボードを含む、特定の信号処理タスクで使用される様々なインタフェースボード、を備えたコンピュータを含んでもよい。インタフェースボードは、例えばプロセスモニタからの信号を処理し、データ信号をＣＰＵに提供することができる。コンピュータはまた、例えばコプロセッサ、クロック回路、キャッシュ、電源装置、およびＣＰＵと連絡している他の周知の部品を含む支援回路構成をも有する。ＲＡＭ６６は、処理を実行している最中に本発明のソフトウェアで実行されているものを格納するために使用することができる。本発明のコードの命令セットは一般的に記憶媒体に格納され、ＣＰＵによって実行されるときにＲＡＭに一時的に格納するために呼び出される。オペレータとコントローラとの間のユーザインタフェースは例えば、ディスプレイ６８およびキーボードまたはライトペンのようなデータ入力装置７０を介することができる。特定の画面または機能を選択するために、オペレータはデータ入力装置を使用して選択を入力し、選択をディスプレイ上で検討することができる。
【００４８】
プロセッサ５２はまた、コンピュータによって読出し可能であり、かつメモリ内に、例えば取外し不能な記憶媒体または取外し可能な記憶媒体に格納することのできる、コンピュータプログラムコード８０をも含む。コンピュータプログラムコード８０は、回路設計パターンをフラッシュに変換し、フラッシュをスキャンに割り当て、電子ビームカラム１００およびその構成要素を作動させて、電子ビームを基材１０４全体にスキャンさせる、１つまたはそれ以上のソフトウェアプログラムおよび／またはプログラムコードの命令のセットを含む。コンピュータプログラムコード８０は、例えばアセンブリ言語、Ｃ＋＋、パスカル、またはフォートランのような任意の従来のプログラミング言語で書くことができる。適切なプログラムコードは、従来のテキストエディタを用いて単一ファイルまたは複数のファイルに入力され、コンピュータで使用可能なメモリ媒体に格納または具現化される。入力されたコードテキストが高級言語である場合、コードはコンパイルされ、得られたコンパイラコードは事前にコンパイルされたライブラリルーチンのオブジェクトコードにリンクされる。ユーザはオブジェクトコードを呼び出し、プログラムで識別されたタスクを実行するために、ＣＰＵにコードを読み出させてリンクされたコンパイル済みオブジェクトコードを実行させる。
【００４９】
フラッシュ形状およびサイズの制約を含むプロセッサ５２によって生成されるフラッシュデータは、適切な描画方法によって基材に描画するために処理される。プロセッサ５２は、使用されるスキャンニングシステムの種類、例えばラスタ、ベクタ、またはラスタ‐ベクタ混合スキャンによって制約される選択順にフラッシュを配列する。ラスタマイクロベクタ（ＲＭＶ）整形ビームスキャンでは、ラスタ主フィールドスキャンにベクタ副フィールドスキャンを重ね合わせることによって、制御されたフラッシュ形状を持つ電子ビームが基材全体にわたる様々な位置に照射される。この方法で、各ベクタフィールドはせいぜい１回のフラッシュに割り当てられ、ベクタフラッシュフィールドは、パターン密度の変動を局所的に平均するように設定距離だけ偏位されたラスタスキャンに沿って重複される。ラスタスキャン位置に対応する選択順序でフラッシュを割り当てた後、各フラッシュにドーズが割り当てられる。フラッシュドーズは、ラスタ主フィールドスキャンに沿ってベクタ決定位置上で電子ビームがオン状態に維持されるドウェルタイムである。したがって、最終フラッシュデータはフラッシュ形状、位置、およびドーズを含む。
【００５０】
スキャンニングの最中で、電子ビームが入射される基材１０４が動かされている間に、電子ビーム１１２はブランキングによって変調される。スキャンニングは一連の経路を描画する。各経路は一連のＹ方向スキャンで構成される。一般的に、４相または２相スキャンを用いた多相描画方法が使用される。４相描画では連続する経路がスキャン長のおおよそ１／４ずつＹ軸方向にステップアップされ、各領域は合計４回露光される。２相描画では、連続する経路が、スキャン長のおおよそ１／２ずつＹ軸方向にステップアップされ、各領域は２回露光される。これにより、基材１０４に描画されるパターンの優れた分解能が達成される。
【００５１】
本発明を特定の好適な形態に関してかなり詳細に説明したが、他の形態も可能である。例えばビーム整形モジュールは他の特徴または他の構成レンズを持つことができる。同様に、ＴＦＥ源の代替的電子源を使用することもできる。したがって、付属の特許請求の範囲は、明細書に含まれる好適なバージョンの記載に限定すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１Ａ】（先行技術）六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）を含む熱電子源の略図である。
【図１Ｂ】（先行技術）ＺｒＯ２が供給されたタングステンチップを含む熱電界放出電子源の略図である。
【図２】例示的電子ビームカラムの略図である。
【図３Ａ】偏向器を用いて電子ビームを矩形および直角二等辺三角形に整形するために使用可能な上部ビーム整形器の略図である。
【図３Ｂ】偏向器を用いて電子ビームを矩形および直角二等辺三角形に整形するために使用可能な下部ビーム整形器の略図である。
【図３Ｃ】図３Ａおよび３Ｂのアパーチャから得られる異なるフラッシュ形状を示し、かつフラッシュ形状の上に重ね合わされた下部アパーチャのエッジをも示す略図である。
【図４】電子ビーム偏向器の例示的実施形態の略図である。
【図５Ａ】ＴＦＥ電子源およびケーラー照射モード光学系を備えた電子ビームカラムの別の例示的実施形態の略図である。
【図５Ｂ】電子ビームの光線経路を示す図５Ａの電子ビームカラムの略図である。
【図６】電子‐電子ビームぼけの相対強度を受容半角βの関数として示すグラフである。
【図７】静電集束、偏向、および収差をもたらす多機能モジュールの略図である。
【図８】回路設計パターンを処理して電子ビームカラム用のフラッシュデータを生成することのできるプロセッサの略ブロック図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、整形電子ビームで基材上に回路設計パターンを描画することに関する。
【背景技術】
【０００２】
パターン発生器は、半導体製造、半導体ウェハ、ディスプレイ、および回路基板、磁気バブル製造、ならびに光データ記憶媒体製造用のマスクのような基材上にパターンを描画するために使用される。パターン化されたリソグラフィックマスクは、回路設計パターンを半導体ウェハまたは誘電体のような基材に転写して、集積回路、プリント回路（ＰＣＢ）、ディスプレイ、および他のパターン化基板を製造するために使用される。リソグラフィックマスクを製造するための典型的なプロセスは、例えば（ｉ）放射線透過板上に１層の金属含有材料層を形成し、（ii）電子またはイオンビームのような荷電ビームに感応するレジスト層を金属含有材料層上に形成してリソグラフィックマスクを作成し、（iii）当該リソグラフィックマスクを変調電子ビームに選択的に露光させることによって、マスク上にパターンを描画し、（iv）露光された材料を現像してパターンを現出させ、（ｖ）レジスト間の金属含有材料の現出部分をエッチングして、レジストに捕捉されたパターンを金属含有材料に転写し、（vi）リソグラフィックマスクから残留レジストを剥離することを含む。
【０００３】
電子ビームパターン生成では、基材上の電子感応レジストを変調電子ビームに選択的に露光させることによって、回路設計パターンが描画される。電子ビームは、基材上にパターンを描画するために電子を発生、集束、ブランキング、および偏向させるディスクリート部品を有するビームカラムで形成される。従来の電子ビームカラムは、例えばＲｉｓｈｔｏｎらの米国特許第６，２６２，４２９号、Ｖｅｎｅｋｌａｓｅｎらの第５，８７６，９０２号、Ｃｏｌｌｉｅｒらの第３，９００，７３７号、およびＰｆｅｉｆｆｅｒらの第４，２４３，８６６号に記載されており、それら全ての内容全体を本書に援用する。変調電子ビームは、例えばラスタ、ベクタ、またはラスタ‐ベクタ混合スキャンのようなスキャンシステムを使用して、基材を横切るように移動してフラッシングする。ビームおよび基材は、ビームが帯状に直線的に移動しながら（例えばラスタビームスキャン）、ベクタベースで段階的に（ベクタスキャン）、またはベクタおよびラスタスキャンを組み合わせて、例えばラスタガウスビームスキャン（ＲＧＢ）と呼ばれる１つのラスタスキャン法で、基材を横切るように、互いに相対移動する。
【０００４】
整形ビーム描画として一般的に知られる好適な描画方法では、ラスタスキャンに沿って独立に導出または特定することのできるベクタ座標によって指定される基材上の位置に可変整形ビームが直接移動し、これらの位置の上で１回フラッシングされる。この技術では、回路設計パターンは一連の幾何学的要素に分割され、それらは次に、位置座標に関連付けられた矩形、平行四辺形、および三角形の形状に洗練される。次いで電子ビームは、ラスタスキャン内に含まれる位置座標に直接移動し、所望の形状に整形された電子ビームにより当該位置部位を露光するようにフラッシングする。ビームは、一般的に１μｍより大きいアパーチャを備えるビーム整形器を用いて、各フラッシュ用に整形される。整形されたビームは、ガウスビームのガウス曲線よりも先鋭なエッジを有し、より高い分解能およびより良好な臨界寸法均一性をもたらすフラッシュプロファイルを与える。また、非描画領域／描画領域の百分率に応じて全露光時間を短縮するため、ビームは非露光領域を飛び越し、描画される領域に直接移動する。微小化する寸法の回路設計パターンを描画するため、高速の描画速度を伴った高い分解能を有することが望ましい。
【０００５】
整形電子ビームカラムにおいて、電子ビームは電子源から生成される。従来の整形ビームカラムは一般的に六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）を含む熱電子源を使用する。その一例を図１Ａに示す。熱電子源１０は丸みを帯びたチップ１２を含む。チップ１２は、電子がＬａＢ６導体の仕事関数障壁を克服して先端から脱出するのに充分なエネルギーを持つ温度まで加熱される。放出された電子は、一般的に数ミリの距離にあるウェーネルトアノード１１によって加速される。丸みを帯びたチップ１２は例えば約５μｍの比較的大きい半径を有し、ビームを整形するために使用されるアパーチャを照射するのに適切な輝度の、大きくかつ均一な電子分布１４を生成する。大きな照射面積はまた、アパーチャがビームの中心領域だけを選択的に通過させて、より均一な電子密度を与え、かつガウス曲線のエッジを排除することをも可能にする。しかし、熱電子源１０は従来の整形電子ビーム描画を行うためによく機能するが、今は９０ｎｍより小さい寸法であるずっと小さい形状を描画するのに最適である。
【０００６】
一般的に、整形ビーム電子カラムには熱電界放出（ＴＦＥ）電子源１５を使用しない。ＴＦＥ電子源１５の一例は、図１Ｂに示すように、一般的に約０．３から１μｍの半径（熱電子源１０の半径の約１／１０）を有するタングステンの細い針状のチップ１６を有する。チップ１６は約１８００Ｋの温度まで加熱される。この際、数百ミクロンの間隔（熱電子源のミリメートル単位とは対照的に）で配置されたサプレッサ２０および引出電極２２を用いて、電子に障壁をトンネリングさせ、細いビーム１８として放出させるのに充分な強さの電界が印加される。タングステンのチップ１６は通常、仕事関数障壁を低減するように、酸化ジルコニウムの一層がコーティングされ、加熱された酸化ジルコニウム（図示せず）のリザーバは、チップ１６から蒸散する材料を連続的に補給する。ＴＦＥ源１６は、熱電子源より高い輝度および被写界深度、小さな仮想源サイズ、および適度なエネルギーの広がりを特徴とする。また、小さな形状を効率的に描画するための必要な高いビーム電流を達成するように構成することがより望ましい。ＴＦＥ源１６のもつ小さな角強度は、特定の総電流を捕捉するために銃からの比較的大きい放出角を受け入れなければならないことを意味する。大きい形状（＞１００μｍ）のアパーチャ１２６を使用しない限り、この大きい角度は上部カラムにおける高倍率Ｍによって低減されなければならない。大きい銃角度および大きいＭの組合せは、上部の形状の照射均一性に対する球面収差の影響を増大させる。
【０００７】
熱電子源１０は、例えば、その内容全体を本書に援用する、Ｋｏｍａｇａｔａら、ＳＰＩＥ２０９６（１９９７）、１２５〜１３６頁に開示されているように、ケーラー照射モード光学系を用いて整形電子ビームを生成するために使用されてきた。ＴＦＥ源１６はより高い照射輝度をもたらし、小さな整形ビームでより高いビーム電流の可能性が見込まれるので、ＴＦＥ源１６をケーラー照射と共に使用することができることが望ましい。しかし、ＴＦＥ源１６からの細い電子ビーム１８は、ケーラー照射モード光学系と共に使用されるビーム整形アパーチャよりもかなり大きくなるように拡大しなければならない。ＴＦＥ源１６を使用する従来の静電集束型粒子銃は大きい球面収差係数を有し、倍率に関して言えば、球面収差はその係数と照射角の３乗と倍率の積で増大する。したがって、従来の光学系におけるビーム整形アパーチャの臨界照射またはケーラー照射によるＴＦＥ源１６の使用は、拡大が必要になるために過度に大きな球面収差につながる。上記のＲｉｓｈｔｏｎの米国特許第６，２６２，４２９号は、小さいＴＦＥ源の拡大を防止するために、影投影整形ビーム光学系を記載している。しかし、影投影光学系は像面上のビームスポットの焦点欠如をはじめ、望ましくない特性を有する。したがって、ＴＦＥ電子源１６をケーラー照射光学系と組み合わせて使用することのできる整形電子ビームカラムを持つことが望ましい。
【０００８】
整形電子ビームカラムでは、基材上に投射される電子ビーム像は、所望のビーム形状を有した合成像を形成するように、異なる形状を有する下部アパーチャ上に上部アパーチャの像を偏向させることによって形成される。ビーム整形モジュールは、アパーチャに照射し、ビーム電流を選択し、下部アパーチャの上に上部アパーチャを結像し、アパーチャの縮小像を基材面上に投影し、かつ基材面の適切なビームアパーチャを選択する。従来の電子ビームシステムでは、これらのパラメータは結合される。例えば、第１アパーチャを第２アパーチャ上に結像し、両アパーチャ間に固定されたクロスオーバー（それはアパーチャの照射角を画定する）を有する条件は、ビーム電流および最終アパーチャ角を決定する。しかし、ビーム照射特性の変化および関連するクロスオーバー点の変化を補償するため、基材面の異なる照射要件に適応する、異なった電子ビーム経路の選択が可能であることが望ましい。
【０００９】
従来の整形ビームカラムには別の問題が生じる。すなわち、偏向点から平坦な物体までの距離が角度によって変化するので、集束荷電ビームを基材全体に亘って大きい角度に偏向させながら、カラムの集束レンズの励起を動的に変化させなければならないからである。ラスタまたはベクタスキャンシステムの場合はビーム偏向速度が通常は非常に高いので、通常は磁気レンズである主対物レンズは、その高い誘導性および渦電流の発生のために充分高速に適応させることができない。したがって、良好な動的集束制御のために、付加的な小型磁気コイルが対物レンズに挿入される。しかし、これらの小型磁気コイルの上側周波数も、それらを例えばフェライトシールドによってそれらの周囲から磁気的かつ電気的に分離しない限り、渦電流および誘導性によって制限される。
【００１０】
動的集束についての別の解決策は、例えばその内容全体を本書に援用するＴ．Ｈｏｓｏｋａｗａら、ＪＶＳＴ Ｂ１（４）、１９８３、Ｐ１２９３ｆｆに記載されているように、静電集束レンズの使用を含む。静電レンズは一般的に、小型磁気コイルよりも良好な高周波挙動性を有する。しかし、静電集束レンズは一般的に３つの同心円筒電極から構成され、必要とする空間を増大させるので、全カラム長が増加する。カラム長が増加すると、電子ビームは電子‐電子相互作用およびノイズ感受性のためにビームを広げる効果を受け、それが今度はパターン描画分解能を低下させる。したがって、電子ビームカラム長を低減する一方で、電子ビームを急速に偏向させることのできる、より小型の静電集束レンズシステムを持つことが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、整形ビーム描画法でパターンを描画する電界放出源を用いることが可能なパターン生成システムを持つことが望ましい。さらに、過度の球面収差または拡大の問題を生じることなく、アパーチャに照射するための広範囲なビームを生成する電界放出源が使用可能であることが望ましい。また、ビーム整形アパーチャのケーラー照射と共に電界放出源を使用することも望ましい。また、ビームスポットの分解能を維持するため、電子ビームカラムの長さを低減しながら、電子ビームを迅速に偏向させることのできる、より小型の静電集束レンズシステムを持つことも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一態様では、電子ビームカラムは、電子ビームを生成する熱電界放出電子源、電子ビームをブランキングする電子ビームブランカ、電子ビームを整形するビーム整形モジュール、ならびに１つまたはそれ以上の集光レンズ、投影レンズ、拡大レンズ、縮小レンズ、および対物レンズをはじめ、複数の電子ビームレンズを含む電子ビーム光学系を備える。１バージョンでは、電子ビームブランカ、ビーム整形モジュール、および電子ビーム光学系の光学パラメータは、約１／４から約３ｍｒａｄの受光半角βを達成するように設定される。受光半角βとは、描画面で電子ビームによって張られる角度の半分である。
【００１３】
別の態様では、電子ビームカラム用のビーム整形モジュールは、上部投影レンズと、上部アパーチャを有する上部ビーム整形器であって、上部投影レンズの下流に配置された上部ビーム整形器と、電子ビーム間隙程度の間隔を置いて配置された複数の偏向板を含む偏向器であって、少なくとも１対の偏向板が相互に対面しており、電子ビーム間隙内のクロスオーバー点に集束する電子ビームを偏向させるために偏向板を静電帯電させることができるようにした偏向器と、複数の下部アパーチャを有する下部ビーム整形器と、下部投影レンズとを備える。ビーム整形モジュールは、物体および像の長さが上部および下部投影レンズによってそれぞれ画定される単レンズとして動作する。
【００１４】
さらなる態様では、電子ビームカラム用の多機能モジュールは、多極を含む上部および下部電極を備え、該電極は電極を通過する電子ビームの偏向または収差補正のための電圧を受け取ることができる。上部および下部電極に印加される電圧とは独立して電圧を印加することのできる中心リング電極が、電子ビームを基材に集束させるために使用される。
【００１５】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点は、以下の説明、付属の特許請求の範囲、および本発明の実施例を示す添付図面に関連していっそうよく理解されるであろう。しかし、各々の特徴は単に特定の図面の文脈においてだけでなく、本発明で全般的に使用することができ、本発明はこれらの特徴の任意の組合せを含むことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
電子ビームを生成し、整形し、かつ基材１０４に描画するための電子ビームカラム１００の一例を図２に示す。電子ビームカラム１００は、１０−７から１０−９トルの範囲の真空に維持されたカラムで、電子源１１０を含むハウジング１０６を備える。電子源１１０は、軸１１４に沿って基材１０４に向かって進行する電子ビーム１１２に形成される電子を生成する。一例では、電子源１１０は、図１Ｂに示すような熱電界放出電子源（ＴＦＥ）１５である。当該電子源は、ジルコン化タングステン（ｚｉｒｃｏｎｉａｔｅｄ ｔｕｎｇｓｔｅｎ）、つまりＺｒＯ２またはＺｒＨ２でコーティングされるタングステンチップ１６を含む。なお、チップ１６は、電子源１５に電界を印加しながら約１８００Ｋの温度に加熱される。適切なＴＦＥ源１５は、少なくとも１ｍＡ／ｓｒの、別名角強度として知られる単位立体角当たりの電流ｄｌ／ｄΩをもたらす。熱電界放出源は日本国の電気化学工業社またはオレゴン州ヒルズボロのＦＥＩ Ｃｏ．から入手可能である。適切なＴＦＥ源１５は例えば、オレゴン州ヒルズボロのＦＥＩ Ｃｏ．に譲渡されたＳｃｈｗｉｎｄらの米国特許第６，７９８，１２６号に記載されており、その内容全体を本書に援用する。ＴＦＥ源が好適であるが、カラム１００の態様に他の電子源、例えば六ホウ化ランタンのような熱電子源を使用することもでき、したがって本発明の範囲は熱電界放出源に限定すべきではないことに留意されたい。
【００１７】
電子源１１０から放出された電子ビーム１１２は、基材１０４に到達するまで、カラム１００内を通過する進行経路に沿った様々な集光レンズ、投影レンズ、拡大レンズ、縮小レンズ、対物レンズ、および他のレンズを含む電子光学系を通過する。電子光学系は電磁レンズまたは静電レンズを含むことができ、一般的に電磁レンズの方が好適である。図示する電子ビームカラムの形態では、最初に電子ビーム１１２は１対の集光レンズ１１８、１２０を通過する。集光レンズ１１８、１２０は、鉄製のシュラウド内にコイルを含む電磁レンズであって、シュラウド間の間隙は電子ビーム１１２が通過するアパーチャとして働く。上部集光レンズ１１８は下部集光レンズ１２０の面の前に電子源１１０の像を集束させ、次に、ブランカ１２４の面内に位置するクロスオーバー点１２２に電子ビーム１１２を集束させる。ブランカ１２４は、後述する偏向器用の１対の静電偏向板を用いて、ビームをブランキングまたはオン・オフさせる。これら静電偏向板は高速の応答時間をもつ従来のブランキング増幅器に接続されている。電子ビームをオフにするため、電圧がブランキング偏向板に印加され、偏向板の下流にある上部ビーム整形器１２６の実体部で遮断されるまでビーム１１２を軸外に掃引する。
【００１８】
ビーム整形モジュール１２８は、電子ビーム１１２を整形するために使用される。ビーム整形モジュール１２８は、上部投影レンズ１３０を含む。上部投影レンズ１３０は、偏向器１３８の偏向面１３６の中心１３５である軸１１４に沿った１点で、電子ビームを集束させるように設定された焦点距離を有する。ビーム１１２は、第１偏向器１３８に到達する前に上部ビーム整形器１２６上に投影される。上部ビーム整形器１２６は矩形断面を持つように電子ビーム１１２を整形する。上部ビーム整形器１２６内に形成された上部アパーチャ１３４は、ビーム１１２の中心部を通過させる一方、板１２６を用いてビームエッジを遮断し、アパーチャ形状に整形されたビームだけが整形器１２６から出現することを可能にする。図３Ａは、正方形の電子ビームを形成するための上部アパーチャ１３４を含む上部ビーム整形器１２６の一例を示す。上部アパーチャ１３４は矩形であり、さらに詳しくは正方形である。
【００１９】
偏向器１３８は、正方形に整形された電子ビーム１１２を偏向させ、様々な電子フラッシュ形状を形成する下部ビーム整形器１４０の異なる位置に結像させるために使用される。偏向器１３８はまた、転送レンズとしても機能する。図４を参照すると、偏向器１３８は、紙面内の２つの板１３９ａ、ｂおよび破線で示す紙面に垂直な２つの板１３９ｃ、ｄの４つの静電板を含み、板１３９ａ、ｂ、ｃ、ｄは電子ビームを挟んで互いに間隔を置いて配置される。板１３９ａ、ｂおよび１３９ｃ、ｄの各ペアに相補的な電圧が印加された場合、当該ペアは２つの直交方向に沿って電子ビーム１１２を偏向する。動作中、１対の静電板１３９ａ、ｂおよび１３９ｃ、ｄ間の電位差はプッシュプル回路をもたらし、ビットコードを１つ以上のＤＡＣ１４２ａ、ｂに与えることによって生成される。当該ＤＡＣはビットコードを相補的なアナログ電圧信号に変換し、該アナログ信号は増幅器１４３ａ、ｂによって増幅され、偏向板１３９ａ、ｂに印加される。板に与えられる信号の電圧レベルおよび相対的な極性は電子ビーム１１２の偏向の程度を決定する。ここで、偏向の程度は例えば、軸１１４の中心に位置した初期位置１４５ａから、軸１１４から外れた最終位置１４５まで電子ビーム１１２を偏向する程度である。偏向精度を上げるために、追加偏向器を偏向器１３８の下流に配置することもできる。適切な偏向器システムは例えば、２００５年１０月３日に出願された「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ」と称するＳｔｏｖａｌｌらの米国特許出願第１１／４２４，９７６号に記載されており、その内容全体を本書に援用する。
【００２０】
下部ビーム整形器１４０は一般的に多数の異なる下部アパーチャを含む。下部アパーチャには例えば、図３Ｂに示す４つの直角三角形のアパーチャ１４８ａ〜ｄで囲まれた下部正方形アパーチャ１４４が含まれる。上部および下部ビーム整形器１２６、１４０は、下部ビーム整形器１４０のアパーチャ１４４または１４８ａ〜ｄ上の正しい位置に上部アパーチャ１３４の像を投影し、電子ビームのフラッシュ形状を形成する。例えばＸ／Ｙ軸と平行の辺を持つ矩形のフラッシュ形状は、正方形のビーム１１２を下部正方形アパーチャ１４４の隅部の１つに投影することによって形成することができる。この場合、正方形のビーム１１２は２つの隣接する辺が下部アパーチャによって形成されるように投影される。図３Ｃは、上部および下部ビーム整形器１２６、１４０のアパーチャ１３４から生成される８つのフラッシュ形状を示す。当該フラッシュ形状は、４種類の矩形１〜４と直角三角形５〜８とを含む。この矩形は４つの隅部により形成される。また、直角三角形５〜８は、Ｘ／Ｙ軸と平行な非斜辺と、下部アパーチャによって形成される斜辺とを有する。太線は、下部ビーム整形器１４０のアパーチャ１４４、１４８ａ〜ｄによって形成されるこれらの形状の縁を示す。丸点は、下部ビーム整形器１４０の中心に対して固定された位置を示す基準点である。上部および下部ビーム整形器１２６、１４０の２つの構成が示されているが、当業者には明白であるように他の構成も可能である。例えば上部ビーム整形器１２６は矩形のアパーチャを有してもよく、下部ビーム整形器１４０もまた矩形のアパーチャまたは他の形状のアパーチャを有してもよい。
【００２１】
矩形および三角形タイルのフラッシュ領域は、電子ビームカラム１００のパラメータによって制限される。例えば、タイルの一辺の最大寸法は３／２λ未満とすべきであり、最小寸法は少なくとも約１／２λとすべきである。ここでλは、最大フラッシュ領域およびラスタ位置間の間隔に関連する電子ビームカラム１００の固定長である。１９２ｎｍの最大フラッシュ領域およびＸ方向に約１０２４ｎｍのラスタ位置間の分離距離を有する電子ビームカラム１００の場合、λの値は約１２８ｎｍである。図３Ｂで、各矢印は１．５λ´Ｄの長さを表わし、ここでλ´はλよりわずかに大きい、例えばλより約１０％大きい数字と定義され、Ｄは下部カラム光学系の縮小率である。
【００２２】
ビーム整形モジュール１２８は下部投影レンズ１５２で完成する。下部投影レンズ１５２は、縮小レンズ１５４の入射瞳に対応するクロスオーバー点１５６に整形ビーム像を集束させるため選択された焦点距離を有する。この選択は、主として縮小レンズの中心部分だけを利用するための偏向に関わりなく、整形ビーム像の中心が軸１１４付近に来るように成される。これは、像が中心を外れて縮小レンズに投影された場合に生じる、ビームスポットのエッジ分解能の低下を軽減する。整形ビーム像は縮小レンズ１５４を通して縮小され、対物レンズ１６０の前の、中心を軸１１４周辺に合わせた面内に拡大像を形成する。その後、対物レンズ１６０は集束の半角を画定し、ターゲット基材１０４上に均一なビーム電流密度を有するビームスポットを形成する。所与のアパーチャサイズに対し、対物レンズ１６０は最終ビーム集束角を決定し、以って必要な輝度を決定する。
【００２３】
カラム１００において、ビーム整形モジュール１２８は上部投影レンズ１３０と、上部アパーチャ１３４を有する上部ビーム整形器１２６と、偏向器１３８と、正方形アパーチャ１４４および直角三角形アパーチャ１４８ａ〜ｄを有する下部ビーム整形器１４０と、下部投影レンズ１５２とを備える。ビーム整形モジュール１２８は、電子ビーム１１２の経路とは無関係に、ビーム形状照射条件の調整が可能であることが有利である。これは、電子ビームが基材１０４に入射するときの最終角度とは無関係に、ビーム電流の大きさを選択することを可能にする。ビーム整形モジュール１２８では、上部および下部ビーム整形器１２６、１４０は対となる投影レンズ１３０、１５２内部に配置される。この配置は、たとえ照射条件が変化しても、例えば上部投影レンズ１３０の前の電子ビームクロスオーバー点１２２または下部投影レンズ１５２の後のクロスオーバー点１５６の位置が変化しても、電子ビームのクロスオーバー１３５の位置を一定に維持するように投影レンズ１３０、１５２の励起を変化させることを可能にする。したがって、ビーム整形モジュール１２８は、上部投影レンズ１３０、１５２によってそれぞれ定義される物点側焦点距離および像点側焦点距離を有する単レンズとして動作し、先行技術のビーム整形システムに対する顕著な改善を有利にもたらす。
【００２４】
電子ビームカラム１００の電子光学系は、例えば図５Ａおよび５Ｂに概略的に示すように、ＴＦＥ源１６からの電子ビーム１１２を処理するため、ケーラービーム照射モードにおいて構成することもできる。ＴＦＥ源１６は一般的に小さく、半径が０．３μｍから１μｍの間であり、電子放出は限定された放出角の範囲でのみ均一である。ＴＦＥ源１６は、サプレッサ２０と引出電極２２も含む。これらは、電子ビーム１１２を規定する電位差に維持される。図５Ａは電子ビームカラム１００の構成要素の例示的レイアウトである。図５Ｂは同じ光学系を示す概略図であり、源１００からＺ軸の原点における基材１０４までの光線経路をともに示す。電子源１１０は、約３００から約１２００ｍｍ、または約４００から約８００ｍｍの距離だけ基材１０４から離される。本実施形態では、その距離は約７５０ｍｍである。
【００２５】
ケーラー照射モード光学系は、焦点が少し変化しても結像した電子ビーム形状のサイズが変化しない点で好ましい。同光学系は、基材１０４の垂直方向の変位も結像した形状のサイズを変化させない。電子ビームリソグラフィにおいて、形状のサイズが５０から１００ｎｍ程度と非常に小さい、さらにそれが５０ｎｍ未満にさえなる場合には、基材１０４に描画される形状の寸法について精密な制御が特に重要である。形状のサイズの実質的なずれは、リソグラフィマスクとしての基材を使用不能にする。電子ビームカラム１００におけるケーラーモード光学系の適用は、結像した電子ビームのサイズがビーム焦点の小さい変化または基材１０４の垂直方向の変位と実質的に独立するので、基材１０４に描画される形状の寸法の正確な制御が達成されて有利である。
【００２６】
図５Ａから参照されるように、電子ビームカラム１００は電子源１１０を備える。電子源１１０は、照射半角αを有し、１対の上部および下部集光レンズ１１８、１２０を通過する電子ビーム１１２を生成する。ブランカ１２４は、各々１対の対向する静電偏向板を含む上部および下部ブランキング偏向器１２５、１２７ならびにブランキングアパーチャ１３１を持つブランキング板１２９を用いて、ビーム１１２をブランキングまたはオン・オフさせる。電子ビームをオフにするため、１つ以上のブランキング増幅器を用いて、上部および下部ブランキング偏向器１２５、１２７の偏向板に電圧が印加される。当該ブランキング偏向器はビーム１１２をブランキングアパーチャ１３１から軸外に、ブランキング板１２９の実体部によって遮断されるまで掃引する。
【００２７】
その後、ビーム１１２は投影レンズ１３０を通過する。該レンズは電子ビーム１１２を上部整形偏向器１３８ａの中心に集束させ、該偏向器は、上部ビーム整形器１２６付近にあるビーム１１２の偏向を制御する。上部ビーム整形器１２６は電子ビーム１１２が矩形断面を持つように該ビームを整形する。下部整形偏向器１３８ｂは、ビームを下部ビーム整形器１４０上の様々な位置に結像させて、様々な電子フラッシュ形状を形成するように、正方形の整形電子ビーム１１２を偏向させるために使用される。下部投影レンズ１５２は下部整形偏向器１３８ｂの下流にあり、集束半角βを有し、均一なビーム電流密度を有する電子ビームを投影する。電子ビームカラム１００はさらに、集束、偏向、および収差補正の組合せを提供する多機能モジュール１６１を含む。多機能モジュール１６１はカラム１００の対物レンズとして働き、マイクロベクタ偏向器１６２およびメインスキャン偏向器１６４をも含み、それらは両方とも、描画中に基材全体にわたって電子ビーム１１２を偏向させるために使用される。多機能モジュール１６１が図示されているが、当業者には明白であるように、モジュール１６１は従来の対物レンズおよびビーム偏向器システムに置き換えることができることを理解されたい。したがって、本発明の請求の範囲は、本書に記載する例示的実施形態に限定されない。
【００２８】
図５Ｂを参照すると、ケーラー光学系は照射半角αの源光線円錐１６１を有する電子ビームを変換して、受容半角βを有する像形成光線円錐１６１を形成する。半角αおよびβは正比例する。電子ビーム１１２は対物レンズ１６０の後焦点面に源の像を形成するように集束し、その結果、像平面付近の焦点に対する整形ビームサイズの不変性がもたらされる。それは次のように示すことができる。
【００２９】
βｆｉｎａｌ＝（ｄｓｏｕｒｃｅ／ｓｈａｐｅｆｉｎａｌ）αｓｏｕｒｃｅ
したがって、受容半角βは、源のサイズつまり直径ｄｓｏｕｒｃｅと整形ビームの最終サイズｓｈａｐｅｆｉｎａｌとの比に、送光半角αを乗算することによって定義される角度である。受容半角βとは、描画面で、つまり基材１０４の上面で電子ビームによって張られる角度の半分である。
【００３０】
アパーチャ面における照射の球面収差は、Ｃｓα３Ｍによって与えられる。ここでＭは電子源１１０から、アパーチャ面でまたはその下で結像されるまでの倍率であり、Ｃｓは球面収差係数であり、αは照射光線円錐の半角である。形状アパーチャを源にほぼ接合する面に置くことが望まれるので、この比例関係は強制される。これは、源の拡大された像を形状アパーチャの下に位置付ける。さらに、この源の像のサイズは、下流の光学系の最終像平面における受光角βを設定する。
【００３１】
従来の電子カラム系の場合、次の光学的数値が一般的である。
【表１】
【００３２】
従来の光学系によって生じる球面収差の比較的大きい値は、結果的に整形面における実質的な照射の不均一性をもたらす。
【００３３】
本発明の電子ビームカラム１００の一形態において、球面収差の問題は、受容半角βが約３から約５ｍｒａｄ（ミリラジアン）の範囲である従来の光学設計と比較して、受容半角βを約１／４から約３ｍｒａｄ、または約１から約３ｍｒａｄ、１例では約１．５ｍｒａｄ低減することによって解決される。これは、最終形状サイズおよび照射半角を選択することによって達成される。というのも、特定のＴＦＥ源の場合、源サイズは固定されるからである。表１に示すように、本実施形態における電子光学系カラム１００のパラメータは、約１５から約６０の倍率、約３２から約１２８の縮小率、約３から約２０μｍのアパーチャサイズ、約１／３２から約１μｍの最終ビーム形状、および約１０から約１００ｎｍのＴＦＥ源のサイズをもたらすように設定される。
【００３４】
しかしながら従来の理解では、受容半角βが減少すると、望ましくないとされている電子間斥力に誘発されたビームぼけが増大すると予測されている。例えばＫｏｍａｇａｔａ（１９９７年、１２６頁）によれば、長さが短くかつ幅広い受容半角βをもつ電子ビームカラムは、高ビーム電流時のクーロン相互作用を低減させ、逆に、受容半角βが低下すると、高ビーム電流時のクーロン相互作用が増大することが予測される。ガウス分布の電子ビームを与える熱電子源によって照射される従来の結像整形ビーム粒子光学系に対して、例えば、その内容全体を本書に援用するＪａｎｓｅｎ、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｂ６（６）（１９８８）１９７７〜８８頁が示すように、上記予測は実験的に実証されている。
【００３５】
しかし、予想外に、かつ驚くべきことに、受容半角βを低減しても電子ビームのぼけは増大せず、それどころか実際には低減することを突き止めた。図６は、受光角の増加と共に減少する電気的な電子ビームぼけの予想された関係を破線１８０で示している。しかし、実線１８２で示すように、電子対電子ビームぼけは最初に受容半角から１ｍｒａｄ未満まで上昇した後、受容半角βの増加に伴って、予想外に徐々に減少することが突き止められた。受容角を充分に低減すると、ペンシルビームレジームに移行すると考えられる。ＴＦＥ源１６は一般的に、六ホウ化ランタン熱電子源の約１０００倍明るい充分な輝度を有し、ペンシルビームレジームの小さな受光角においてでさえも、充分な電流を電子ビームに伝達することができる。熱電子源によって生成されるガウスビームレジームとは対照的に、ＴＦＥ源１６によって生じるペンシルビームレジームは、図示するように、最終的な受容半角βの減少と共に電子間斥力に誘発されたぼけを低減させる。
【００３６】
受容半角βの低減は更なる利点を有する。例えば球面収差、色収差、および偏向収差のような殆どの光学的収差は、受容角の正の累乗の関数でもあるので、受容半角βの低減は、球面収差、色収差、および偏向収差の低減によるビームの決定に際しての顕著な改善に結びつくはずである。加えて望ましいことに、受容半角βの低下と共に焦点深度もまた急速に増加する。
【００３７】
したがって、受容半角βの下限は、少なくとも約１ｍｒａｄの受容半角βに達した後の電子対電子ビームぼけの予想外の低下によって規定される。受容半角βの上限は、電子ビームカラムの形状および寸法上の制約によって決定される。全長が約３００から１２００ｍｍ、例えば約７５０ｍｍの電子ビームカラム１００の場合、受容半角βの上限は、約３ｍｒａｄ未満となるはずであることが確認された。したがって、様々なレンズのみならず、電子ビームブランカおよびビーム整形モジュールを含むカラムの他の構成要素を備えた電子ビーム光学系の光学パラメータを含む、電子ビームカラム１００の光学パラメータは、約１から約３ｍｒａｄの受容半角βの範囲を達成するように設定しなければならない。電子ビーム１１２の進行方向、形状、およびサイズに影響を及ぼす光学パラメータは、レンズの焦点距離、アパーチャサイズ、およびカラム１００の異なる構成要素間の距離のようなパラメータである。
【００３８】
電子ビームカラム１００の分解能は、カラム１００全体の電子光学系の球面収差係数を低下させることによってさらに改善することができると考えられる。前述の通り、球面収差は（係数）×（受容角の３乗）×（倍率）によって与えられる。したがって、受容半角を低減すると（前述の通り）、球面収差係数が低下する。同様に、基材１０４上にパターン形成される電子ビーム像の分解能をさらに高めるには、カラム１００全体の電子光学系の球面収差係数も低減させなければならない。レンズの球面収差係数はレンズの設計に依存する。例えば磁気銃レンズは、従来の静電レンズと比較して、かなり優れた球面収差係数を提供する。磁気銃レンズを使用する電子光学系は、例えば２００５年１１月２２日に出願された「Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｇｕｎ」と称するＳｔｅｖｅｎ Ｊ．Ｃｏｙｌｅらの米国特許出願第１１／２８５，８０２号に開示されており、その内容全体を本書に援用する。
【００３９】
さらに別の形態では、著しく増大した仮想源サイズを有するＴＦＥ源１６が選択される。この方法では、源１６の拡大を低減することによって、カラム１００で要求される球面収差が低減される。これは、従来、ＴＦＥ銃に見られるものよりも源１６が大きい場合にのみ達成することができる。熱電界放出源１５の源は、電子を放出するチップ１６のサイズを拡大することによって拡大することができる。適切な選択サイズは例えば、少なくとも約１．２ミクロン、または約１．２から約２ミクロンもしくはそれ以上である。大きい半径のチップを有するＴＦＥ源を使用するためには、より小さいチップの場合と同じアパーチャサイズおよび下部カラムの縮小率を維持することができる。しかし、アパーチャの間にあるクロスオーバーと銃との間の拡大率は、少なくとも約２分の１に、または少なくとも３分の１にさえ、低下しなければならない。これは全体の縮小率を５０倍程度から約１５倍ないし約２５倍に低減させる。
【００４０】
３つのアプローチを記載したが、電子ビームの分解能を向上しながら、収差を最も低減するために、これら３つのアプローチは単一の電子ビームカラム１００において別々に、又は任意に組み合わせて使用することができる。
【００４１】
図５Ａに戻って説明すると、電子ビームカラム１００はさらに、集束、偏向、および収差補正機能の組合せを提供する多機能モジュール１６１を含む。多機能モジュール１６１は、カラム１００の対物レンズならびにマイクロベクタ偏向器１６２およびメインスキャン偏向器１６４の両方として働く。したがって、多機能モジュール１６１は、静電集束レンズの機能と静電偏向および／または収差補正多極の機能を結び付けている。
【００４２】
多機能モジュール１６１の例示的実施形態を図７に示す。多機能モジュール１６１は複数の電極を含み、外部電極の少なくとも１つは、偏向または収差補正のために使用される。図示する実施例では、３電極静電集束レンズの上部および下部電極１９０、１９２は多極子であり、偏向または収差補正のいずれかのために使用される。例えば上部電極１９０は偏向に使用することができ、例えば四極子とすることができる。下部電極１９２は電子ビーム１１２の非点補正に使用されるスティグメータとすることができ、例えば八極子とすることができる。
【００４３】
中間電極１９４は、上部および下部電極１９０、１９２に印加される電圧とは独立して集束電圧を印加することのできる中心リング電極である。これは、３つの電極１９０、１９２、および１９４のための電子駆動回路構成の複雑さを軽減する。中心リング電極１９４は、電子ビーム１１２に集束電圧を印加するために使用される。
【００４４】
さらなる利点は、多機能モジュール１６１が、対物レンズ機能を複数の偏向器の機能と統合することによって、電子ビーム１００の全長を効果的に低減することである。一実施例では、多機能モジュールは、先行技術に示される３０ｍｍ程度の焦点距離と比較して、焦点距離が約６から約１２ｍｍ、例えば約８ｍｍの対物レンズを有する。多機能モジュール１６１はまた阻止電場光学系でも使用することができ、その場合、より高い電位に置かれるビームカラムの上部が上部電極１９０を表す。
【００４５】
電子ビーム装置５０の例示的実施形態の略図を図８に示す。該電子ビーム装置は、基材上に回路設計パターンを描画するフラッシュを提供するための電子ビームを変調且つ整形可能な電子ビームカラム１００を備える。装置５０は、整形電子ビーム、すなわち様々な幾何学的フラッシュ形状をもたらすように整形可能な例えば電子ビームまたはイオンビームを提供することができる。装置５０は回路パターンデータを処理するプロセッサ５２、および電子ビームカラム１００を制御するカラム駆動電子機器１３２を備える。電子ビームカラム１００は、単一ビーム、または１本のビームを提供するように編成された１組の電子ビームを提供することができる。電子ビームを用いたこの描画方法を実行することができる例示的電子ビーム装置は例えば、本願と同一出願人に譲渡され、２００５年１０月３日に出願された、「Ｂｅａｍ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｗｒｉｔｉｎｇ Ｓｔｒａｔｅｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」と称するＢｕｌｌｅｒらの米国特許出願第１１／２４３，３０４号に記載されており、その内容全体を本書に援用する。
【００４６】
動作中、電子ビーム１１２によって基材１０４に描画される回路設計パターンは、フラッシュを形成するために生成され、かつ処理される。当該生成及び処理は、例えば本願と同一出願人に譲渡され、２００５年１０月３日に出願され、その内容全体を本書に援用する、「Ｗｒｉｔｉｎｇ ａ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｐａｔｔｅｒｎ ｗｉｔｈ Ｓｈａｐｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｆｌａｓｈｅｓ」と称するＢｕｌｌｅｒらの米国特許出願第１１／２４３，２９９号に記載されている。回路設計パターンを基材に描画するために、プロセッサ５２は回路設計パターンの少なくとも一部分をメモリ５６から読み出し、読み出されたデータは処理されて描画用のフラッシュにされる。なお、読み出されるデータのサイズはそのバッファメモリサイズに依存する。プロセッサ５２は、データを処理してデータ信号をカラム駆動電子機器９０に送信するのに適した集積回路を含む電子ハードウェアおよび回路構成を備え、カラム駆動電子機器は、電子ビームカラム１００およびその周辺部品を作動させるための電子部品を有する。例えばカラム駆動電子機器９０は、電子ビームカラム１００のブランカ、偏向器、およびレンズに信号を送信し、かつそこから信号を受信して、基材上にパターンを描画するために基板１０４を動かしながら、選択された順序の整形されたフラッシュで電子ビーム１１２をフラッシングすることができる。プロセッサ５２およびカラム駆動電子機器９０を別々のユニットとして記載したが、当業者には明白であるように、それらを１つのユニットに統合するか、あるいはさらなるユニットに分割することもできる。
【００４７】
一般的に、プロセッサ５２はデータを受信し、認証し、、アルゴリズムを実行し、出力データおよび信号を生成し、検出器および他のチャンバ部品からのデータ信号を検出し、かつ電子ビーム装置を監視または制御するように構成される。例えばプロセッサ５２は、（ｉ）例えばインテル社製の従来のマイクロプロセッサのような中央処理装置（ＣＰＵ）５８、（ii）例えばＲＡＩＤドライブのようなハードドライブ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの取外し不能な記憶媒体６０、および例えばＣＤまたはフロッピー（登録商標）ディスクのような取外し可能な記憶媒体６２を含むメモリ５６、（iii）データの検索、データ処理、および電子ビーム装置の特定部品の動作のような、特定のタスク用に設計され事前にプログラムされた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ならびに（iv）例えばアナログおよびデジタル入出力ボード、通信インタフェースボード、およびモニタコントローラボードを含む、特定の信号処理タスクで使用される様々なインタフェースボード、を備えたコンピュータを含んでもよい。インタフェースボードは、例えばプロセスモニタからの信号を処理し、データ信号をＣＰＵに提供することができる。コンピュータはまた、例えばコプロセッサ、クロック回路、キャッシュ、電源装置、およびＣＰＵと連絡している他の周知の部品を含む支援回路構成をも有する。ＲＡＭ６６は、処理を実行している最中に本発明のソフトウェアで実行されているものを格納するために使用することができる。本発明のコードの命令セットは一般的に記憶媒体に格納され、ＣＰＵによって実行されるときにＲＡＭに一時的に格納するために呼び出される。オペレータとコントローラとの間のユーザインタフェースは例えば、ディスプレイ６８およびキーボードまたはライトペンのようなデータ入力装置７０を介することができる。特定の画面または機能を選択するために、オペレータはデータ入力装置を使用して選択を入力し、選択をディスプレイ上で検討することができる。
【００４８】
プロセッサ５２はまた、コンピュータによって読出し可能であり、かつメモリ内に、例えば取外し不能な記憶媒体または取外し可能な記憶媒体に格納することのできる、コンピュータプログラムコード８０をも含む。コンピュータプログラムコード８０は、回路設計パターンをフラッシュに変換し、フラッシュをスキャンに割り当て、電子ビームカラム１００およびその構成要素を作動させて、電子ビームを基材１０４全体にスキャンさせる、１つまたはそれ以上のソフトウェアプログラムおよび／またはプログラムコードの命令のセットを含む。コンピュータプログラムコード８０は、例えばアセンブリ言語、Ｃ＋＋、パスカル、またはフォートランのような任意の従来のプログラミング言語で書くことができる。適切なプログラムコードは、従来のテキストエディタを用いて単一ファイルまたは複数のファイルに入力され、コンピュータで使用可能なメモリ媒体に格納または具現化される。入力されたコードテキストが高級言語である場合、コードはコンパイルされ、得られたコンパイラコードは事前にコンパイルされたライブラリルーチンのオブジェクトコードにリンクされる。ユーザはオブジェクトコードを呼び出し、プログラムで識別されたタスクを実行するために、ＣＰＵにコードを読み出させてリンクされたコンパイル済みオブジェクトコードを実行させる。
【００４９】
フラッシュ形状およびサイズの制約を含むプロセッサ５２によって生成されるフラッシュデータは、適切な描画方法によって基材に描画するために処理される。プロセッサ５２は、使用されるスキャンニングシステムの種類、例えばラスタ、ベクタ、またはラスタ‐ベクタ混合スキャンによって制約される選択順にフラッシュを配列する。ラスタマイクロベクタ（ＲＭＶ）整形ビームスキャンでは、ラスタ主フィールドスキャンにベクタ副フィールドスキャンを重ね合わせることによって、制御されたフラッシュ形状を持つ電子ビームが基材全体にわたる様々な位置に照射される。この方法で、各ベクタフィールドはせいぜい１回のフラッシュに割り当てられ、ベクタフラッシュフィールドは、パターン密度の変動を局所的に平均するように設定距離だけ偏位されたラスタスキャンに沿って重複される。ラスタスキャン位置に対応する選択順序でフラッシュを割り当てた後、各フラッシュにドーズが割り当てられる。フラッシュドーズは、ラスタ主フィールドスキャンに沿ってベクタ決定位置上で電子ビームがオン状態に維持されるドウェルタイムである。したがって、最終フラッシュデータはフラッシュ形状、位置、およびドーズを含む。
【００５０】
スキャンニングの最中で、電子ビームが入射される基材１０４が動かされている間に、電子ビーム１１２はブランキングによって変調される。スキャンニングは一連の経路を描画する。各経路は一連のＹ方向スキャンで構成される。一般的に、４相または２相スキャンを用いた多相描画方法が使用される。４相描画では連続する経路がスキャン長のおおよそ１／４ずつＹ軸方向にステップアップされ、各領域は合計４回露光される。２相描画では、連続する経路が、スキャン長のおおよそ１／２ずつＹ軸方向にステップアップされ、各領域は２回露光される。これにより、基材１０４に描画されるパターンの優れた分解能が達成される。
【００５１】
本発明を特定の好適な形態に関してかなり詳細に説明したが、他の形態も可能である。例えばビーム整形モジュールは他の特徴または他の構成レンズを持つことができる。同様に、ＴＦＥ源の代替的電子源を使用することもできる。したがって、付属の特許請求の範囲は、明細書に含まれる好適なバージョンの記載に限定すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１Ａ】（先行技術）六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）を含む熱電子源の略図である。
【図１Ｂ】（先行技術）ＺｒＯ２が供給されたタングステンチップを含む熱電界放出電子源の略図である。
【図２】例示的電子ビームカラムの略図である。
【図３Ａ】偏向器を用いて電子ビームを矩形および直角二等辺三角形に整形するために使用可能な上部ビーム整形器の略図である。
【図３Ｂ】偏向器を用いて電子ビームを矩形および直角二等辺三角形に整形するために使用可能な下部ビーム整形器の略図である。
【図３Ｃ】図３Ａおよび３Ｂのアパーチャから得られる異なるフラッシュ形状を示し、かつフラッシュ形状の上に重ね合わされた下部アパーチャのエッジをも示す略図である。
【図４】電子ビーム偏向器の例示的実施形態の略図である。
【図５Ａ】ＴＦＥ電子源およびケーラー照射モード光学系を備えた電子ビームカラムの別の例示的実施形態の略図である。
【図５Ｂ】電子ビームの光線経路を示す図５Ａの電子ビームカラムの略図である。
【図６】電子‐電子ビームぼけの相対強度を受容半角βの関数として示すグラフである。
【図７】静電集束、偏向、および収差をもたらす多機能モジュールの略図である。
【図８】回路設計パターンを処理して電子ビームカラム用のフラッシュデータを生成することのできるプロセッサの略ブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）電子ビームを生成する熱電界放出電子源と、
（ｂ）電子ビームをブランキングする電子ビームブランカと、
（ｃ）電子ビームを整形するビーム整形モジュールと、
（ｄ）１つまたはそれ以上の集光レンズ、投影レンズ、拡大レンズ、縮小レンズ、および対物レンズを含む複数の電子ビームレンズを有する電子ビーム光学系と、
を備えた電子ビームカラムであって、
前記電子ビームブランカ、前記ビーム整形モジュール、および前記電子ビーム光学系の光学パラメータは、描画面において前記電子ビームによって張られる角度の半分である受光半角βが約１／４から約３ｍｒａｄを達成するように、設定された、
電子ビームカラム。
【請求項２】
前記電子ビームブランカ、前記ビーム整形モジュール、および前記電子ビーム光学系の前記光学パラメータは、前記受容半角βが約１から約３ｍｒａｄを達成するように設定される、請求項１に記載のカラム。
【請求項３】
前記電子ビーム光学系は約３００から約１２００ｍｍの長さを有するカラムに配置される、請求項１に記載のカラム。
【請求項４】
前記受光半角βがβｆｉｎａｌ＝（ｄｓｏｕｒｃｅ／ｓｈａｐｅｆｉｎａｌ）αｓｏｕｒｃｅによって定義される角度であり、ここでｄｓｏｕｒｃｅはビーム源の直径であり、ｓｈａｐｅｆｉｎａｌは整形ビームの最終サイズであり、αｓｏｕｒｃｅは送光半角である、請求項１に記載のカラム。
【請求項５】
電子ビームカラムが次の特徴、すなわち
（ａ）約１５から約６０の倍率、
（ｂ）約３２から約１２８の縮小率、
（ｃ）約３から約２０μｍのアパーチャサイズ、
（ｄ）約１／３２から約１μｍの最終ビーム形状、および
（ｅ）約１０から約１００ｎｍの源サイズ、
の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のカラム。
【請求項６】
前記熱電界放出電子源が次の特徴、すなわち
（ａ）少なくとも約１．２ミクロンの直径を有するチップ、
（ｂ）約１．２から約２ミクロンの直径を有するチップ、
（ｃ）ジルコン化タングステンを含む、
の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のカラム。
【請求項７】
電子ビームカラム用のビーム整形モジュールであって、
（ａ）上部投影レンズと、
（ｂ）上部アパーチャを有し、前記上部投影レンズの下流に位置する上部ビーム整形器と、
（ｃ）電子ビーム間隙を中心に間隔を置いて配置された複数の偏向板を含み、少なくとも１対の偏向板が相互に対向し、電子ビーム間隙内のクロスオーバー点で集束する電子ビームを偏向させるように偏向板を帯電させることができる偏向器と、
（ｄ）複数の下部アパーチャを有する下部ビーム整形器と、
（ｅ）下部投影レンズと、
を備え、以って、当該ビーム整形モジュールが、前記上部および下部投影レンズによって物体および像の長さが定義された単レンズとして働く、
ビーム整形モジュール。
【請求項８】
前記上部投影レンズは、前記偏向器の偏向面の中心に位置する軸に沿った点に前記電子ビームを集束させるように設定される焦点距離を有する、請求項７に記載のビーム整形モジュール。
【請求項９】
前記下部投影レンズは、下流の縮小レンズの入射瞳に対応するクロスオーバー点に、整形されたビーム像を集束させるように選択された焦点距離を有する、請求項７に記載のビーム整形モジュール。
【請求項１０】
前記上部ビーム整形器の上部アパーチャが正方形である、請求項７に記載のビーム整形モジュール。
【請求項１１】
前記下部ビーム整形器の複数の下部アパーチャは、１つの正方形アパーチャおよび複数の直角三角形アパーチャを含む、請求項１０に記載のビーム整形モジュール。
【請求項１２】
電子ビームカラム用の多機能モジュールであって、
（ａ）多極子を含み、通過する電子ビームの偏向または収差補正を行うことが可能な上部および下部電極と、
（ｂ）電子ビームを基材上で集束させるために、上部および下部電極に印加される電圧とは独立して電圧を印加することができる中心リング電極と、
を備えた多機能モジュール。
【請求項１３】
前記上部および下部電極が、電子ビームの偏向および収差補正の両方を行うことが可能な請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１４】
前記上部、下部、および中央リング電極が、静電偏向および収差補正機能を持つ静電集束レンズを画定する、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１５】
前記上部電極は、電子ビームを偏向させるのに充分な電圧が印加される四極子を含む、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１６】
前記下部電極は、電子ビームの非点収差補正を生じさせるに充分な電圧が印加されるスティグメータを含む、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１７】
前記スティグメータが八極子である、請求項１６に記載のモジュール。
【請求項１８】
約６から約１２ｍｍの焦点距離を有する対物レンズを含む、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１】
（ａ）電子ビームを生成する熱電界放出電子源と、
（ｂ）電子ビームをブランキングする電子ビームブランカと、
（ｃ）電子ビームを整形するビーム整形モジュールと、
（ｄ）１つまたはそれ以上の集光レンズ、投影レンズ、拡大レンズ、縮小レンズ、および対物レンズを含む複数の電子ビームレンズを有する電子ビーム光学系と、
を備えた電子ビームカラムであって、
前記電子ビームブランカ、前記ビーム整形モジュール、および前記電子ビーム光学系の光学パラメータは、描画面において前記電子ビームによって張られる角度の半分である受光半角βが約１／４から約３ｍｒａｄを達成するように、設定された、
電子ビームカラム。
【請求項２】
前記電子ビームブランカ、前記ビーム整形モジュール、および前記電子ビーム光学系の前記光学パラメータは、前記受容半角βが約１から約３ｍｒａｄを達成するように設定される、請求項１に記載のカラム。
【請求項３】
前記電子ビーム光学系は約３００から約１２００ｍｍの長さを有するカラムに配置される、請求項１に記載のカラム。
【請求項４】
前記受光半角βがβｆｉｎａｌ＝（ｄｓｏｕｒｃｅ／ｓｈａｐｅｆｉｎａｌ）αｓｏｕｒｃｅによって定義される角度であり、ここでｄｓｏｕｒｃｅはビーム源の直径であり、ｓｈａｐｅｆｉｎａｌは整形ビームの最終サイズであり、αｓｏｕｒｃｅは送光半角である、請求項１に記載のカラム。
【請求項５】
電子ビームカラムが次の特徴、すなわち
（ａ）約１５から約６０の倍率、
（ｂ）約３２から約１２８の縮小率、
（ｃ）約３から約２０μｍのアパーチャサイズ、
（ｄ）約１／３２から約１μｍの最終ビーム形状、および
（ｅ）約１０から約１００ｎｍの源サイズ、
の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のカラム。
【請求項６】
前記熱電界放出電子源が次の特徴、すなわち
（ａ）少なくとも約１．２ミクロンの直径を有するチップ、
（ｂ）約１．２から約２ミクロンの直径を有するチップ、
（ｃ）ジルコン化タングステンを含む、
の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のカラム。
【請求項７】
電子ビームカラム用のビーム整形モジュールであって、
（ａ）上部投影レンズと、
（ｂ）上部アパーチャを有し、前記上部投影レンズの下流に位置する上部ビーム整形器と、
（ｃ）電子ビーム間隙を中心に間隔を置いて配置された複数の偏向板を含み、少なくとも１対の偏向板が相互に対向し、電子ビーム間隙内のクロスオーバー点で集束する電子ビームを偏向させるように偏向板を帯電させることができる偏向器と、
（ｄ）複数の下部アパーチャを有する下部ビーム整形器と、
（ｅ）下部投影レンズと、
を備え、以って、当該ビーム整形モジュールが、前記上部および下部投影レンズによって物体および像の長さが定義された単レンズとして働く、
ビーム整形モジュール。
【請求項８】
前記上部投影レンズは、前記偏向器の偏向面の中心に位置する軸に沿った点に前記電子ビームを集束させるように設定される焦点距離を有する、請求項７に記載のビーム整形モジュール。
【請求項９】
前記下部投影レンズは、下流の縮小レンズの入射瞳に対応するクロスオーバー点に、整形されたビーム像を集束させるように選択された焦点距離を有する、請求項７に記載のビーム整形モジュール。
【請求項１０】
前記上部ビーム整形器の上部アパーチャが正方形である、請求項７に記載のビーム整形モジュール。
【請求項１１】
前記下部ビーム整形器の複数の下部アパーチャは、１つの正方形アパーチャおよび複数の直角三角形アパーチャを含む、請求項１０に記載のビーム整形モジュール。
【請求項１２】
電子ビームカラム用の多機能モジュールであって、
（ａ）多極子を含み、通過する電子ビームの偏向または収差補正を行うことが可能な上部および下部電極と、
（ｂ）電子ビームを基材上で集束させるために、上部および下部電極に印加される電圧とは独立して電圧を印加することができる中心リング電極と、
を備えた多機能モジュール。
【請求項１３】
前記上部および下部電極が、電子ビームの偏向および収差補正の両方を行うことが可能な請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１４】
前記上部、下部、および中央リング電極が、静電偏向および収差補正機能を持つ静電集束レンズを画定する、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１５】
前記上部電極は、電子ビームを偏向させるのに充分な電圧が印加される四極子を含む、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１６】
前記下部電極は、電子ビームの非点収差補正を生じさせるに充分な電圧が印加されるスティグメータを含む、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１７】
前記スティグメータが八極子である、請求項１６に記載のモジュール。
【請求項１８】
約６から約１２ｍｍの焦点距離を有する対物レンズを含む、請求項１２に記載のモジュール。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００９−５１０７９８（Ｐ２００９−５１０７９８Ａ）
【公表日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３４５８４（Ｐ２００８−５３４５８４）
【出願日】平成１８年１０月２日（２００６．１０．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３８３３２
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０４１４４４
【国際公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２日（２００６．１０．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３８３３２
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０４１４４４
【国際公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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