JP7603838B2 - 高スループットのマルチ電子ビームシステム - Google Patents

Description

本開示は、電子ビームシステムに関する。

半導体製造業界の進化により、歩留まり管理、特に計測システムおよび検査システムに対する要求が高まっている。限界寸法（critical dimensions）は縮小し続けているが、なお業界では、高収率で高価値の生産を達成するための時間を短縮する必要がある。歩留まりの問題を検出してから修正するまでの合計時間を最小限に抑えることで、半導体製造業者の投資収益率が決まる。

ロジックデバイスおよびメモリデバイスなどの半導体デバイスの製作は、通常は、半導体デバイスの様々な特徴および複数のレベルを形成するために多数の製作プロセスを使用して半導体ウェハを処理することを含む。例えば、リソグラフィーは、レチクル（reticle）から半導体ウェハ上に配設されたフォトレジストにパターンを転写することを含む、半導体製作プロセスである。半導体製作プロセスのさらなる例には、それに限定はされないが、化学機械研磨（ＣＭＰ）、エッチング、堆積、およびイオン注入が挙げられる。１枚の半導体ウェハ上に製作された複数の半導体デバイスの配列は、個々の半導体デバイスに分離することができる。

ウェハ上の欠陥を検出して、製造工程の歩留まり向上と、ひいては利益向上とを促進するために、検査工程は半導体製造中の様々なステップで使用される。検査は、集積回路（ＩＣ）などの半導体デバイスを製作する上で、常に重要な部分である。しかし、半導体デバイスの寸法が減少するにつれて、より小さな欠陥がデバイスを故障させる可能性があるため、許容可能な半導体デバイスの製造の成功に対して、検査がさらに重要になる。例えば、半導体デバイスの寸法が小さくなるにつれて、比較的小さな欠陥でさえも半導体デバイスに不要な収差を引き起こす可能性があるため、より小さいサイズの欠陥の検出が必要になっている。

しかし、設計ルールが縮小するにつれて、半導体製造プロセスは、プロセスの性能能力の限界に近づいて動作している可能性がある。さらに、設計ルールが縮小するにつれて、より小さな欠陥がデバイスの電気的パラメータに影響を与える可能性があり、このことにより、より敏感な検査が要求される。設計ルールが縮小するにつれて、検査によって検出される潜在的に歩留まりに関係する欠陥の母集団は劇的に増大し、検査によって検出される有害な欠陥の母集団も劇的に増大する。したがって、ウェハ上でより多くの欠陥が検出される可能性があり、すべての欠陥を排除するためにプロセスを修正することは困難で費用がかかる可能性がある。どの欠陥が実際にデバイスの電気的パラメータと歩留まりとに影響を与えるかを決定することで、プロセス制御方法がそれらの欠陥に焦点を当てながら、他の欠陥を概して無視することが可能になる。さらに、小規模な設計ルールでは、プロセスに起因する故障は、場合によっては系統的になる傾向がある。つまり、プロセスに起因する故障は、設計内で何度も繰り返されることが多い、所定の設計パターンにおいて故障する傾向がある。空間的に系統的で電気に関係する欠陥を排除することは、歩留まりに影響を与える可能性がある。

集束電子ビームシステムは、通常、集積回路の製作に使用されるシリコンウェハなどの物品の微細構造を作成または試験するために使用される。電子ビームは、電子銃内のエミッタから放出される電子で形成され、微細構造を調べるためにウェハと相互作用するときに、微細なプローブとして機能する。

熱電界放出（ＴＦＥ：thermal field emission）源または冷電界放出（ＣＦＥ：cold field emission）源などの電子源は、エミッタチップから電子を放出する。電子は、ガンレンズ（ＧＬ：gun lens）によって大きなサイズの電子ビームに集束される。高電流電子ビームは、ガンレンズによってテレセントリックビーム（telecentric beam）にコリメートされ、マイクロアパーチャアレイ（μＡＡ）を照射する。ガンレンズに続くビーム制限アパーチャ（ＢＬＡ：beam-limiting aperture）は、アパーチャアレイを照射する際の合計ビーム電流を選択するために使用される。マイクロアパーチャアレイは、各単一のビームレットのビーム電流を選択するために使用される。マイクロアパーチャアレイの下流では、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）が各ビームレットを中間像平面（ＩＩＰ：intermediate image plane）上に集束させる。マイクロレンズ（μＬ）は、磁気レンズまたは静電レンズとしてもよい。磁気マイクロレンズは、コイル励起または永久磁石によって駆動される、ある数の磁極片としてもよい。静電マイクロレンズは、静電アインツェルレンズ（electrostatic Einzel lens）、または静電加速／減速単電位レンズ（unipotential lens）としてもよい。

図１における光学系は、中間像平面の上方の上部カラム光学系と中間像平面の下方の下部カラム光学系とに分けることができる。下部カラム光学系には、転写レンズ（ＴＬ）、対物レンズ（ＯＬ）、および転写レンズと対物レンズの間のビームクロスオーバ（ｘｏ）を含めてもよい。下部カラム光学系は投影光学系である。中間像平面において上部カラムによって形成されたビームレットは、転写レンズと対物レンズによって、ウェハ（ＷＦ）における各ビームレットの全てのビームぼやけが最小化される最適な倍率で、ウェハ上に投影される。ウェハの検査および検証のために、各一次ビームレットの衝撃によってウェハから放出された二次電子（ＳＥ）および／または後方散乱電子（ＢＳＥ）は、光軸から分割され、ウィーンフィルタ（Wien filter）によって検出システム（Ｄｅｔ）に向かって偏向されてもよい。

ウェハ検査および検証用のマルチ電子ビーム装置のスループットは、図１におけるビームレットの数によって制限される可能性がある。ビームレットの数が増えると、スループットを向上させることができる。しかしながら、ビームレットの数を増加させることは、図１における上部カラムにおける光学系によって制限される。

図２は、図１における上部カラムの第１実施形態の構成を示す。ガンレンズは、組み合わせられた静電レンズおよび磁気レンズである。静電レンズは加速レンズであり、電子源とアノードとを含む。電子源は、電子放出チップ（electron emission tip）と、サプレッサ（Ｓｕｐ）、およびエキストラクタ（Ｅｘｔ）を含む。アノードは加速管と組み合わされ、加速管に加速電圧（Ｖ_ａ）を印加することができる。ビーム制限アパーチャは加速管の内側に設置されている。アノード、ビーム制限アパーチャ、および加速管は、同じ電位Ｖ_ａ上にある。Ｖ_ａをゼロとして印加すると、アノード、ビーム制限アパーチャ、および加速管はすべて接地されているのと同等である。チップは接地に対してそれぞれ負の電位にバイアスされ、エキストラクタは、熱電界放出源に抽出電場を生成するために、チップよりも少なく負にバイアスされる。エキストラクタからアノードへの加速後、電子ビームエネルギーは（｜Ｖ_ｔｉｐ｜＋Ｖ_ａ）である。磁気レンズを使用して、電子ビームをテレセントリックビームに集束させ、マイクロアパーチャアレイ上に照射する。磁気レンズは、極片（pole pieces）およびコイルを有する。極片およびコイルは、静電素子のための真空を汚染から保護するためにシーリング管により空気中で密封されている。

図３は、図２の実施形態の構造におけるマイクロアパーチャアレイを示す。図４は、静電マイクロレンズアレイにおける導電プレートの１つを示す。図３において、照射ビームは、ビーム制限アパーチャの直径を有する。マイクロアパーチャアレイのサイズは、各アパーチャに対して２ａである。アパーチャ孔（２ａ）は、ピッチｐで六角形分布している（hex-distributed）。図４において、マイクロレンズアレイプレートの厚さはｈであり、これは数十ミクロンであってもよい。マイクロレンズアレイは、複数のマイクロレンズ（μＬ）を含む。各マイクロレンズ孔のサイズは２Ｒであり、マイクロアパーチャアレイ内のマイクロアパーチャに整列してピッチＰで配列されている。マイクロレンズアレイプレートは、同じ孔の数と分布でマイクロアパーチャアレイに整列されている。できるだけ回転対称に近づけるため、アパーチャプレートと導電プレートにおける孔の六角形分布は図３および図４に示すように構成されている。各アパーチャ孔のサイズは２ａで、各プレートの孔のサイズは２Ｒである。ａおよびＲは数十ミクロン単位であり、Ｒはａより大きくなければならない。隣接孔（Ｐ）間の間隔（またはピッチ）は、数十から数百ミクロンの範囲としてもよい。

図２のビーム制限アパーチャは、図２に示すテレセントリック照射において、図３の全てのアパーチャ孔を覆う大きなビームを選択するのに十分な大きさ（例えば、数百ミクロンから数ミリメートル）である。

図２および図４において静電マイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズは、アインツェルレンズまたは加速（減速）単電位レンズであってもよい。図４における３枚の導電プレートは、アインツェルマイクロレンズアレイを構成している。中央の導電プレートは、中間像平面上のビームレットの焦点を調整するために使用され、第１および第３の導電プレートは接地されている。図４の２枚の導電プレートは、加速（減速）単電位レンズを構成してもよい。アパーチャ近くの１枚のプレートを接地してもよく、他のプレートに正の電圧を印加して加速レンズを形成するか、または負の電圧を印加して減速レンズを形成してもよい。導電プレート間の間隙は、数十ミクロンとしてもよい。

単一のマルチ電子ビーム装置においてより多くの電子ビームレットを用いてスループットを増加させるために、コンピュータシミュレーションを用いて、図２の実施形態の構造の光学的制限を分析した。図５は、マルチ電子ビームスループット対ビームレット位置分布を示す。マルチ電子ビーム装置のスループットは、次式で与えられるビームレットの合計数ＭＢ_ｔｏｔで評価できる。
ここで、Ｍ_ｘは図５のｘ軸における全てのビームレットの数である。例えば、図５の５つのリング内部では、ｘ軸における全てのビームレットの数はＭ_ｘ＝１１であり、合計ビームレットの数はＭＢ_ｔｏｔ＝９１となる。１０個のリング内部では、Ｍ_ｘ＝２１およびＭＢ_ｔｏｔ＝３３１である。したがって、スループットはｘ軸におけるビームレットの数とともに増加する。

ビームレットの合計数（例えば、ＭＢ_ｔｏｔ＝３３１）およびビームレット間のピッチＰ（例えば、Ｐ＝１００μｍ）が与えられると、図２におけるテレセントリック照射ビームのビーム制限アパーチャのサイズを決定することができる。それは２ミリメートルより大きく、照射ビームが全てのアパーチャ孔を覆うための一定のマージンを有する。図２における大きな放出角αを有する大きなビーム制限アパーチャは、光学的問題を引き起こす。大きな放出角を横切る電子放出の均一性が第１の課題である。ガンレンズの球面収差は、大きな放出角αの３乗に正比例するため、別の問題となる。

図２における実施形態の構造において、ガン球面収差（gun spherical aberration）がビームレットの分解能にどの程度影響するかを調べるために、モンテカルロシミュレーションによる計算モデルおよびソフトウェアが開発された。テレセントリック照射による分解能に対するガンの影響を強調するために、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは収差なしで理想的であると仮定されている。図６は、コンピュータシミュレーションの結果を示し、中間像平面におけるビームレットのスポットサイズ対ｘ軸におけるビームレットの位置を与えている。シミュレーションには、１００ミクロンのピッチを持つ合計３３１個のビームレットが含まれている。

図６のシミュレーション結果は、合計ビームレット数（ＭＢ_ｔｏｔ）の増加に伴ってビームレット分解能が急激に低下することを示唆している。したがって、ビームレット分解能は、スループットが高くなると低下する。（ｘ，ｙ）空間を横切るビームレット分解能の均質性要件から、図６は、図５の第３のリング内部のビームレット、または合計３７のビームレットのみ（すなわち、Ｍ_ｘ＝７、およびＭＢ_ｔｏｔ＝３７）を使用することを提案し得る。多くて、図５における第５のリング内部の合計９１個のビームレット（すなわち、Ｍ_ｘ＝１１、およびＭＢ_ｔｏｔ＝９１）を使用する場合、外側リングのビームレットの分解能は２０％以上低下し、電子ビームウェハの検査および検証には受け入れられない。

ウェハの検査および検証には、シングル電子ビームが使用されており、これは、ナノメートル限界寸法（ＣＤ）レベルにおいて、完成または未完成の集積回路コンポーネントを検査するためのアプローチである。シングル電子ビーム装置のスループットはかなり低いため、スループットを上げるためにマルチ電子ビームシステムが開発された。マルチ電子ビームシステムのスループットは、サブビームの数、または合計電子ビームレットの数に基づくことができる。ビームレット数が大きいほど、スループットは高くなる。

米国特許出願公開第２０１５／０１５５１３３号 米国特許出願公開第２０２０／０２５８７１４号

しかしながら、半径方向のビームレットの数を増やすことは、マルチ電子ビームレットが１つの電子源から分割される電子光学カラムによって、制限される可能性がある。ビームレット数を増やすことは、電子源の放出角を大きくすることを意味し、このことは、ガンレンズの球面収差は放出角の３乗に比例するため、ガンレンズの球面収差の増加および外側リングのビームレット分解能の低下を引き起こす。したがって、改良型の電子ビームシステムが必要とされる。

第１の実施形態において、システムが提供される。このシステムは、電子ビームを生成する電子ビーム源を含む。電子ビーム源は、チップと、抑制電極（suppression electrode）と、抽出電極（extraction electrode）とを含む。電子ビームの経路内に、加速管が配置される。加速管内には、ビーム制限アパーチャが配置される。電子ビーム源と加速管の間の電子ビームの経路内に、アノードが配置される。ビーム制限アパーチャから下流の電子ビームの経路内に、集束レンズが配置される。加速管から下流の電子ビームの経路内に、マイクロアパーチャアレイが配置される。マイクロアパーチャアレイは、電子ビームから複数のビームレットを生成するように構成されている。

集束レンズは、静電集束レンズとすることができる。一例では、集束レンズは、アノードから加速管の反対側の電子ビームの経路内に配置され、マイクロアパーチャアレイは、加速管から収束レンズの反対側の電子ビームの経路内に配置される。

集束レンズは、磁気集束レンズとすることができる。一例において、集束レンズは、加速管のまわりに配置されるとともに、アノードから加速管の反対側に配置される。マイクロアパーチャアレイは、加速管上に配置することができる。加速管は接地させることができる。

チップは、熱電界エミッタ（thermal field emitter）とすることができる。

システムには、マイクロアパーチャアレイからビームレットを受け取るマイクロレンズアレイをさらに含めることができる。

システムには、マイクロアパーチャアレイの下流のビームレットの経路内に、転写レンズおよび対物レンズをさらに含めることができる。

マイクロアパーチャアレイには、１００個超のマイクロアパーチャを含めることができる。

第２の実施形態において、方法が提供される。この方法は、電子ビーム源から加速管まで電子ビームを誘導するステップを含む。電子ビームは、加速管内のビーム制限アパーチャを通って誘導される。電子ビームは、電子ビームが加速管に入った後に、集束される。電子ビームは、加速管から下流の電子ビームの経路内に配置されたマイクロアパーチャアレイを通って誘導され、それによって、電子ビームから複数のビームレットを形成する。

加速管は、接地させるか、０Ｖ超の加速電圧を持たせるか、または０Ｖより小さい加速電圧を持たせることができる。

ビーム制限アパーチャとマイクロアパーチャアレイの間のビーム電流は、少なくとも１０μＡとすることができる。

電子ビームは、発散照射ビームから、テレセントリック照射ビームに集束させることができる。

１００本超のビームレットを、マイクロアパーチャアレイを使用して生成することができる。

本開示の性質および目的をより完全に理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照すべきであり、図面は以下の図を含む。

マルチ電子ビームシステムの従来の設計を示す図である。 図１のマルチ電子ビームシステムにおける、上部カラムの実施形態の図である。 図２のマイクロアパーチャアレイの実施形態の図である。 静電マイクロレンズアレイとして使用される導電プレートの図である。 マルチ電子ビームスループット対ビームレット位置分布を示す図である。 図２の実施形態のテレセントリック照射における、ビームレットスポットサイズ対ｘ軸におけるビームレット位置のシミュレーション結果を示す図である。 本開示による電子ビームシステムの第１の実施形態の図である。 図７の実施形態に対して改善された結果を示す、ビームレット分解能対ビームレット位置の比較を示す図である。 （ａ）内側照射電子ビームと、（ｂ）外側照射電子ビームの直接レイトレーシングを示す図である。 各電子ビームレットに対するシングルビーム電流（ＳＢＣ）の選択を示す図である。 本開示による電子ビームシステムの第２の実施形態の図である。 本開示による方法のフローチャートである。

特許請求される主題は特定の実施形態の観点から説明されるが、本明細書に記載される利益および特徴の全てを提供しない実施形態を含む、他の実施形態も、本開示の範囲内にある。様々な構造的、論理的、プロセスステップ、および電子的な変更を、開示の範囲から逸脱することなく行うことができる。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによってのみ定義される。

本明細書で開示される実施形態では、より小さな放出角を有する発散照射ビームが、コリメートレンズによってテレセントリック照射ビームに集束される。これによって、ガンレンズの球面収差が低減されるだけでなく、マイクロレンズアレイの軸外ぼやけ（off-axis blurs）や歪み（distortion）が取り除かれ、スループットを５倍以上に向上させることができる。ガンレンズからの球面収差は、マイクロレンズアレイ内の各マイクロレンズは収差無しで理想的であると仮定されるため、スループットを増加させるとき（または合計ビームレットの数を増やすとき）にビームレット分解能の低下の原因となる可能性がある。ガンレンズからの球面収差は、ビーム制限アパーチャサイズ（または放出角α）の３乗に比例する。

ガンレンズからの球面収差を低減するために、高い輝度（または角度強度（angular intensity））の電子源を使用して、放出角αが低減される。例えば、放出角αを２分の１に低減し、同時に同じビーム電流で角度強度を４倍にすると、球面収差は８分の１に減少する。この場合、放出角は約１５０ｍｒａｄから２００ｍｒａｄとすることができ、角度強度は約０．８ｍＡ／ｓｒから１．２ｍＡ／ｓｒとすることができる。図６における球面収差の８分の１への低減は、合計３３１のビームレット（すなわち、Ｍ_ｘ＝２１、およびＭＢ_ｔｏｔ＝３３１）に対して十分であり、３００から５００までの数のビームレットが使用され得るが、スループットを３．６倍から９倍（例えば、５倍以上）に増加させる。

図８は、図２における合計６１のビームレット（Ｍ_ｘ＝９、およびＭＢ_ｔｏｔ＝６１）を有する直接テレセントリック照射法による第４のリングにおける分解能が、図７における合計３３１のビームレット（Ｍ_ｘ＝２１、およびＭＢ_ｔｏｔ＝３３１）を有するコリメート照射法による第１０のリングにおける分解能に近づくことを実証する。これは、後者のスループットが前者のスループットよりも５倍高くなったことを意味する。図２におけるスループットは、半導体製造における最近の用途には許容できない場合がある。

図７の電子ビームシステム１００において、電子ビーム源１０１は、電子ビーム１０２を生成する。電子ビーム１０２は、コリメートされたテレセントリックビームである。電子ビーム源１０１には、チップ１０３、抑制電極１０４、および抽出電極１０５を含めることができる。チップ１０３は、熱電界エミッタまたは別のタイプの電子ビーム源とすることができる。

電子ビーム源１０１のチップのサイズ（半径）は、高い角度強度（例えば、１ｍＡ／ｓｒ）に対して、およそ１μｍとしてもよい。チップは、３０ｋｅＶの有効ビームエネルギーに対して－３０ｋＶ付近にバイアスがかけられてもよい。加速管１０６は、３０ｋｅＶの照射ビーム用に接地されるか、またはクーロン相互作用（Coulomb interactions）を低減するために加速照射ビームに対して約１０ｋＶから３０ｋＶの正のバイアスがかけられていてもよい。エキストラクタのボアサイズは、約５００μｍから１０００μｍとしてもよい。エキストラクタと加速管１０６の間の距離は、１０ｍｍより大きくてもよい。

加速管１０６は、電子ビーム１０２の経路内に配置されている。加速管１０６は、電子ビーム源１０１の下流側にある。ビーム制限アパーチャ１０７は、加速管１０６内に位置づけることができる。例えば、ビーム制限アパーチャ１０７は、電子ビーム源１０１に近接する加速管１０６の開口部近くの加速管１０６内に位置づけることができる。仮想ガンレンズ１１３が図示されている。

電子ビーム源１０１および加速管１０６に近接して、シーリング管１１４がある。コイル１１５および極片（pole pieces）１１６が、シーリング管１１４の外側またはそのまわりに位置している。

ビーム制限アパーチャ１０７とマイクロアパーチャアレイ１１０との距離（または加速管１０６の長さ）は、例えば、ソース放出角（ガンレンズ球面収差）を低減するために、およそ１００ｍｍから１５０ｍｍとしてもよい。この距離が短すぎると、コリメートレンズを使用しても放出角が大きくなる可能性がある。機械コンポーネント（例えば、バルブおよびポンプシステム）は、ビーム制限アパーチャ１０７およびマイクロアパーチャアレイ１１０から合理的な距離を提供するように構成することができる。

コリメートレンズの助けによって、ガン磁気レンズ励起によって制御される約１０μＡから２５μＡの照射ビーム電流に対して、ビーム制限アパーチャ１０７のサイズを、約７５０μｍから１０００μｍのサイズに低減することができる。

加速管が常に接地されている場合、ビーム制限アパーチャ１０７は、加速管１０６の前方に別個に位置づけされて、接地されてもよい。しかし、加速管１０６を加速に使用すると、ビーム制限アパーチャ１０７および加速管１０６が静電レンズを形成することになる。実施形態では、図７におけるビーム制限アパーチャ１０７と、加速管１０６の上端部をフローティングアノード内に置くことができる。

アノード１０８は、電子ビーム源１０１と加速管１０６の間の電子ビーム１０２の経路内に配置することができる。アノード１０８は、加速管１０６上に配置することができる。例えば、アノード１０８は、電子ビーム源１０１に近接する加速管１０６上、またはその開口部に配置することができる。

集束レンズ１０９は、ビーム制限アパーチャ１０７より下流の電子ビーム１０２の経路内に配置される。集束レンズ１０９は、静電集束レンズまたは磁気集束レンズとすることができる。集束レンズ１０９が磁気集束レンズである場合、集束レンズ１０９は、図１１に示すように、アノード１０８とは反対側の加速管１０６のまわりに配置することができる。図１１の例では、マイクロアパーチャアレイ１１０を加速管１０６上に配置することができるとともに、加速管１０６を接地することができる。

図７に戻ると、集束レンズ１０９は、それが静電集束レンズであれば、アノード１０８から、加速管１０６の反対側にすることができる。これにより、アノード１０８は、電子ビーム源１０１に近接する加速管１０６上またはその開口部に位置づけすることができ、集束レンズ１０９は、加速管１０６の反対側の開口部に近接して位置づけすることができる。

加速管１０６から下流の電子ビーム１０２の経路内にはマイクロアパーチャアレイ１１０が配置されている。マイクロアパーチャアレイ１１０は、電子ビーム１０２からビームレット１１１を生成するように構成されている。各ビームレットに対して１つのマイクロアパーチャがあってもよい。例えば、マイクロアパーチャアレイ１１０には、１００個超のマイクロアパーチャを含めることができ、これは、１００本超のビームレット１１１を生成する。ビームレット１１１間に約１００μｍの間隔を有する例では、約３０μｍのマイクロアパーチャおよび約５０μｍのマイクロレンズボアによって、１００から５００本のビームを生成することができる。マイクロアパーチャアレイ１１０は、加速管１０６から集束レンズ１０９の反対側の電子ビーム１０２の経路内に配置することができる。マイクロアパーチャアレイ１１０は、加速管１０６からゼロ以外の距離に位置づけることができる。

マイクロレンズアレイ１１２が、マイクロアパーチャアレイ１１０からビームレット１１１を受け取るように位置づけられる。マイクロレンズアレイ１１２の像（すなわち、ビームレットのスポットサイズ）は、下流の投影光学系の対象物（objects）とすることができる。マイクロレンズアレイ１１２の下流のウェハにおいて、マルチ電子プローブを形成することができる。

ウェハに到達するマルチ電子プローブ電流は、コリメートレンズおよびマイクロアパーチャアレイ１１０によって選択された、シングルビーム電流である。シングルビーム電流は、磁気ガンレンズ励起およびビーム制限アパーチャ１０７によって選択される、照射中の生ビーム電流（raw beam current）から分割される。

転写レンズ１１７、対物レンズ１１８、およびウェハ１１９は、マイクロアパーチャアレイ１１０の下流のビームレット１１１の経路内に位置づけすることができる。転写レンズ１１７と対物レンズ１１８の間にクロスオーバ１２０を置くことができる。図１と同様の検出器を使用するなど、ビームスキャンおよび／または各ビームレット１１１を使用して、別個の像を形成することができる。

図７において、放出角α’が小さいと、ガンレンズ球面収差を排除できる。コリメートレンズ（ＣＬ）は、マイクロアパーチャアレイ１１０の前方に設置され、ガンからの発散電子ビーム１０２を集束させる。コリメートレンズは、電圧Ｖａを有する加速管１０６、コリメート電圧ＶＣを印加される集束電極１０９、および接地されたマイクロアパーチャアレイ１１０の電極を含む、静電レンズとすることができる。コリメートレンズは、非対称アインツェルレンズとしてもよい。最適なコリメート電圧ＶＣで、発散電子ビーム１０２は、テレセントリックビーム内でコリメートされ、マイクロアパーチャアレイ１１０およびマイクロレンズアレイ１１２を照射する。軸外収差および歪みが除去される。

図２の設計を研究し、図６の結果を生成するために使用されたコンピュータシミュレーションを使用して、図７の電子ビームシステム１００に対して分解能およびスループットを評価した。図８は、図２における直接テレセントリック照射と、図７における発散－コリメート照射を使用する光学性能の比較を示す。図８は、より小さな放出角α’を用いてガンレンズの球面収差を低減することにより、および発散ビームをコリメートしてマイクロアパーチャアレイ１１０およびマイクロレンズアレイ１１２をテレセントリックに照射して軸外ぼやけおよび歪みを除去することにより、スループット改善を達成できることを示している。より小さな放射角α’の影響の程度は驚くべきものである。

図７における放出角α’およびビーム制限アパーチャ１０７のサイズは、十分な照射ビーム電流のために、選択して固定することができる。電子ビーム源１０１からマイクロレンズアレイ１１２へのレイトレーシングのコンピュータシミュレーションによって図９に見られるように、所与の発散ビーム角に対して、発散ビームをテレセントリック照射ビームに完全にコリメートして、マイクロレンズアレイ１１２に生じる軸外ぼやけおよび歪みを排除することができる、最適なコリメートレンズ電圧Ｖ_{ｃ－ｏｐｔ}が存在し得る。

図７および図８において、８００μｍのビーム制限アパーチャを、約１０μＡから２５μＡの照射ビーム電流に対して使用した。１．０ｍＡ／ｓｒの角度強度では、放出角は約５６ｍｒａｄから９０ｍｒａｄである。照射ビームが完全にテレセントリックである場合、軸外ぼやけは完全に除去することができる。

なお、図９では、最大放出角α’におけるチップ放出電子軌道を、説明の便宜上、２群の電子線に分けている。内側照射ビームの群は、有用であると仮定され、マイクロアパーチャアレイ１１０に入り、ビームレット１１１に分割される。これらのビームレット１１１は、マイクロレンズアレイ１１２によって別々に集束され、中間像平面において像形成される。外側照射ビームの群はマージンビームであると仮定され、これらはマイクロアパーチャアレイ１１０によって阻止される。内側および外側の両方の照射ビームは、全て、コリメートレンズによって集束され、マイクロアパーチャアレイ１１０をテレセントリックに照射する。

図２における直接テレセントリック照射法と比較して、図７におけるコリメート照射法を用いた発散ビームは、広い範囲にわたりシングルビーム電流（ＳＢＣ）を選択することができ、これは電子ビームシステム１００の別の利点である。この利点は、図１０に示されている。図１０において、各ビームレット電流は、磁気ガンレンズのコイル電流を変化させることによって、特定の用途のために変化させてもよい。すなわち、ビームレット電流は、放出角ではなくビーム発散角を変更することによって影響を受ける可能性がある。例えば、磁気レンズ励起Ａ、ＢおよびＣ（Ｃ＞Ｂ＞Ａ）の使用は、それぞれ、図１０の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）における生ビーム電流（すなわちＩ_ｒａｗ、固定されたビーム制限アパーチャ１０７の下方のビーム電流）１０、１５、および２０マイクロアンペアに到達する。そして、発散ビームを集束させるのに、最適なコリメーション電圧Ｖ_Ｃａ、Ｖ_Ｃｂ、Ｖ_Ｃｃ（Ｖ_Ｃｃ＜Ｖ_Ｃｂ＜Ｖ_Ｃａ）を印加することは、図１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の光学カラムにおいて、それぞれ０．２５ｎＡ、１．０ｎＡ、５．０ｎＡのシングルビーム電流を選択する。例えば、図１０の（ｃ）における、合計３３１のビームレットでは、合計ビームレット電流が５．０×３３１＝１６５５（ｎＡ）となり得、２０μＡの生ビーム電流の使用率が８．３％となる。

図７の実施形態におけるコリメートレンズは、３つのレンズ集束モードで機能することができる。１つは、加速管を接地するか、加速電圧Ｖ_ａ＝０ボルトを設定する場合の、アインツェルレンズモードである。２つ目は、加速管がＶ_ａ＜０ボルトに設定されている場合の減速レンズモードである。３つ目は、加速管がＶ_ａ＞０ボルトに設定されている場合の加速レンズモードである。マイクロアパーチャアレイ１１０およびマイクロレンズアレイ１１２をテレセントリックに最もよく照射して、軸外ぼやけや歪みを除去するための、任意のコリメートレンズ集束モードに対して、コリメートレンズ電圧Ｖ_{Ｃ－ｏｐｔ}を選択することができる。

ビーム制限アパーチャ１０７とマイクロアパーチャアレイ１１０の間のビーム電流はかなり高い（例えば、数マイクロアンペアから数十マイクロアンペア）場合があるので、電圧Ｖ_ａ＞＞０ボルトを有する加速管１０６を使用して、ビームレット分解能に対する電子間のクーロン相互作用の影響を低減することができる。

コリメートレンズは、マイクロアパーチャアレイ１１０の近くに位置づけされる場合に、改善することができる。例えば、図７におけるコリメートレンズとマイクロアパーチャアレイ１１０の間の間隙は、およそ１０ｍｍとしてもよい。コリメートレンズがマイクロアパーチャアレイ１１０から遠ざかって設置されるほど、マイクロアパーチャアレイ１１０を一定のマージンで完全に覆うためにビームを集束させるのに、より大きな放出角α’が必要とされる場合がある。これにより、ガンレンズの球面収差が高くなり、中間像平面でのビームレット分解能が低下する可能性がある。一例において、ビーム制限アパーチャとアパーチャアレイの間の距離は、放出角α’を十分に減少させるために、およそ１００ｍｍから１５０ｍｍとしてもよい。

図１１は電子ビームシステム２００を示しており、この場合には、図７からの静電コリメートレンズを置き換えるために、磁気コリメートレンズが使用されている。加速管１０６は、接地して、磁気コリメートレンズのシーリング管として使用してもよい。磁気コリメートレンズの極片２０１およびコイル２０２は、真空を汚染から保護するために、空気中で密封することができる。磁気コリメートレンズは、中間像平面でのビームレット分解能を向上させる、静電コリメートレンズよりもレンズ収差を低くすることができる。図７の転写レンズ１１７、対物レンズ１１８、ウェハ１１９、およびクロスオーバ１２０は、図１１の電子ビームシステム２００において使用することができるが、簡潔性を増すために図１１には図示されていない。

図１２は、方法３００のフローチャートである。方法３００は、電子ビームシステム１００または電子ビームシステム２００を用いて適用することができる。３０１において、電子ビームは、電子ビーム源から加速管に誘導される。加速管は、接地させるか、０Ｖを超える加速電圧を与えるか、または０Ｖ未満の加速電圧を与えることができる。３０２において、電子ビームは、加速管内のビーム制限アパーチャを通って誘導される。３０３において、電子ビームも、加速管に入った後に集束される。電子ビームは、発散照射ビームからテレセントリック照射ビームに集束させることができる。ビーム制限アパーチャとマイクロアパーチャアレイの間のビーム電流は、少なくとも１０μＡとすることができる。

３０４において、電子ビームは、加速管の下流の電子ビームの経路内に配置されたマイクロアパーチャアレイを通って誘導される。これにより、電子ビームから複数のビームレットが形成される。マイクロアパーチャアレイを使用して、１００を超えるビームレットを生成できる。

これらのビームレットは、１つの電子ビーム源から分割される。マルチ電子ビームシステムのスループットは、ビームレットの数によって特徴付けることができる。ビームレットが多いほど、一般的に、スループットは大きくなる。

ビームレットの数を増やしながら球面収差を回避するために、コリメートレンズは発散照射ビームをテレセントリック照射ビームに集束させ、これは、ビームレットの分解能に対するガンレンズの球面ぼやけの影響を排除するとともに、マイクロレンズアレイの軸外ぼやけおよび歪みを除去する。照射中の生ビーム電流およびシングルビーム電流は、ある範囲にわたって選択できる。この範囲には、約１０μＡから３０μＡの照射生ビーム電流と、合計３００～４００のビームレットに対して、約０．２ｎＡから６ｎＡのシングルビーム電流とを含めることができる。

ビーム制限アパーチャからの発散ビームは、コリメートレンズによってテレセントリックビームに集束される。

理論的には、結果として得られるテレセントリックビームに対して＋／－０．５ｍｒａｄが許容されるが、最適なコリメートレンズ電圧は、ＩＩＰにおいて像を調べることによって決定できる。テレセントリック照射が完全であれば、影響、ぼやけ、歪みを排除できる。

方法３００において使用されたコリメートレンズは、アインツェルレンズモードにおける静電気レンズ、加速／減速モードにおける静電レンズ、または空気中で密封された磁気レンズとすることができる。

本開示は、１つ以上の特定の実施形態について説明したが、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態をなし得ることが理解されよう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその合理的な解釈によってのみ限定されるとみなされる。

Claims (20)

1. 電子ビームを生成する電子ビーム源であって、チップ、抑制電極、および抽出電極を含む、電子ビーム源と、
   前記電子ビームの経路内に配置された加速管であって、入口と、前記入口と反対の出口を備え、前記入口は前記電子ビーム源からの前記電子ビームを受け取る、加速管と、
   前記加速管内に配置されたビーム制限アパーチャであって、前記電子ビーム源近傍の前記入口に近い、ビーム制限アパーチャと、
   前記電子ビーム源と前記加速管の間の前記電子ビームの前記経路内に配置されたアノードと、
   前記ビーム制限アパーチャから下流の前記電子ビームの前記経路内に配置された集束レンズと、
   前記加速管及び前記集束レンズから下流の前記電子ビームの前記経路内に配置されたマイクロアパーチャアレイであって、前記電子ビームから複数のビームレットを生成するように構成されたマイクロアパーチャアレイと
   を備えることを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記集束レンズは静電集束レンズであることを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムであって、前記集束レンズは、前記アノードから、前記加速管の反対側の前記電子ビームの前記経路内に配置されていることを特徴とするシステム。
4. 請求項２に記載のシステムであって、前記マイクロアパーチャアレイは、前記加速管から、前記集束レンズの反対側の前記電子ビームの前記経路内に配置されていることを特徴とするシステム。
5. 請求項１に記載のシステムであって、前記集束レンズは磁気集束レンズであることを特徴とするシステム。
6. 請求項５に記載のシステムであって、前記集束レンズは前記加速管のまわりに配置されていることを特徴とするシステム。
7. 請求項６に記載のシステムであって、前記集束レンズは、前記アノードから、前記加速管の反対側に配置されていることを特徴とするシステム。
8. 請求項６に記載のシステムであって、前記マイクロアパーチャアレイは前記加速管上に配置されていることを特徴とするシステム。
9. 請求項６に記載のシステムであって、前記加速管は接地されていることを特徴とするシステム。
10. 請求項１に記載のシステムであって、前記チップは熱電界エミッタであることを特徴とするシステム。
11. 請求項１に記載のシステムであって、前記マイクロアパーチャアレイからビームレットを受け取る、マイクロレンズアレイをさらに備えることを特徴とするシステム。
12. 請求項１に記載のシステムであって、前記マイクロアパーチャアレイの下流のビームレットの経路内に、転写レンズと対物レンズとをさらに備え、前記転写レンズは、前記転写レンズと前記対物レンズとの間の前記ビームレット内にクロスオーバを提供することを特徴とするシステム。
13. 請求項１に記載のシステムであって、前記マイクロアパーチャアレイは１００個超のマイクロアパーチャを含むことを特徴とするシステム。
14. 電子ビーム源から加速管の入口へ電子ビームを誘導するステップと、
    前記加速管内のビーム制限アパーチャを通して前記電子ビームを誘導するステップであって、前記ビーム制限アパーチャは前記電子ビーム源近傍の前記入口に近い、ステップと、
    前記電子ビームが前記加速管に入った後に前記電子ビームを集束させるステップと、
    前記加速管及び集束レンズの下流の前記電子ビームの経路内に配置されたマイクロアパーチャアレイを通して前記電子ビームを誘導するステップであって、それによって前記電子ビームから複数のビームレットを形成する、前記ステップと
    を含むことを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、前記加速管は接地されていることを特徴とする方法。
16. 請求項１４に記載の方法であって、前記加速管は、０Ｖ超の加速電圧を有することを特徴とする方法。
17. 請求項１４に記載の方法であって、前記加速管は、０Ｖ未満の加速電圧を有することを特徴とする方法。
18. 請求項１４に記載の方法であって、前記ビーム制限アパーチャと前記マイクロアパーチャアレイの間のビーム電流は、少なくとも１０μＡであることを特徴とする方法。
19. 請求項１４に記載の方法であって、前記電子ビームは、発散照射ビームからテレセントリック照射ビームに集束されることを特徴とする方法。
20. 請求項１４に記載の方法であって、前記マイクロアパーチャアレイを使用して、１００本超のビームレットが生成されることを特徴とする方法。

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