電子束曝光系統的製作方法

2023-07-07 15:52:21

專利名稱：電子束曝光系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子束曝光領域，尤其涉及電子束曝光系統。
背景技術：
幾種電子束膝光系統在本領域中是已知的。這些系統中的大部分 被設置得用於將非常精確的圖案轉移到襯底的曝光表面上。由於依照 摩耳定律，平版印刷術特徵變得越來越小，因此電子束的高解析度可
用於延續所述驅動以使得所述特徵更小。
傳統電子束曝光設備具有大約為l/100晶片/hr的處理量。然而， 出於平版印刷術的目的，至少幾個晶片/hr的商業上可接受的處理量是 必需的。已提出了用於增加電子束曝光設備的處理量的幾種方法。
例如，US-A1-5.760.410和US-A1-6.313.476披露了 一種使用具有 這樣一種橫截面的電子束的平版印刷系統，所述橫截面在將圖案轉移 到目標的爆光表面上的過程中改變。在使用靜電偏轉使得射束在孔內 移動的操作過程中形成射束的特定橫截面或形狀。選定的孔部分地消 隱(blank)並且從而構成電子束。目標曝光表面在射束下面移動以便 於更新所述表面。以這種方式記錄圖案。這種系統的處理量仍然是有 限的。
在 US-A1-20010028042 、 US-A1-20010028043 和 US-A1-20010028044中披露了 一種電子束平版印刷系統，所述系統通 過多個連續波(CW)發射器而使用多個電子束以產生多個電子小射 束。之後每個小射束被獨立成形並消隱以便於在基礎襯底上形成圖案。由於所有這些發射器都具有略不相同的發射特性，因此小射束的同質 性是個問題。通過將每個獨立射束電流調整為參考電流可校正這個問 題。用於該錯配的校正值極難於計算並且會耗費大量時間，這減少了
系統的處理量。
在Vacuum Science and Technology雜誌B18 (6)的3061到3066 頁中，披露了一種系統，所述系統使用用於產生一個電子束的一個 LaB6-源，所述電子束隨後膨脹、準直並且分裂為多個小射束。使得目 標曝光表面相對於多個小射束沿第一方向機械地移動，使用消隱靜電 偏轉器接通和切斷小射束，同時掃描偏轉器掃過已沿垂直於第一方向 的方向穿過目標曝光表面上的消隱器陣列的小射束，從而每次形成一 個圖像。在該已知系統中，靜電和/或磁性透鏡用於在投射到目標膝光 表面上之前縮小圖像。在縮小程序中形成了小於之前那個圖像的至少 一個完整中間圖象。當整個圖像具有期望尺寸時，它被投射到目標曝 光表面上。這種方法的主要缺點在於，多個電子小射束必須一起穿過 至少一個完整截面。在該截面中，不同小射束中的電子之間的庫侖作 用將幹擾圖像，從而降低解析度。而且，由於圖像的強縮小， 一次曝 光的區域相當小，因此曝光一個印模需要多次晶片掃描曝光一個印 模需要16次掃描，因此要求非常高的階段速率以達到商業容許處理量。
在GB-Al-2.340.991中，披露了具有照射系統的多束粒子平版印 刷系統，所述系統產生大量離子子射束。照射系統使用具有用於將射 束分裂為子射束的孔板的單個離子源或多個源。在使用單個離子源的 系統中，使用多束光學系統將所述孔板投射(縮小)到村底上。所述 系統還使用布置在多束光學系統後面的靜電多極系統的偏轉單元，以 便於校正子射束的各個成像像差並且在記錄期間定位子射束。該文獻 沒有披露每個子射束是如何被調製的。此外，控制各個子射束是個問 題，以及保持子射束之間的一致性也是個問題。
在Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34 ( 1995 ) 6689-6695中，披露了具有 特定ZrO/W-TFE熱發射源的多電子束("探針")平版印刷系統，所述 熱發射源具有浸入在磁場中的發射器尖端。這樣一種源的缺點在於其有限的輸出。而且，該源需要截面。不再描述"探針，，的相互同質性。 而且，所述源的強度是個問題。
所述文獻還以概括的方式提及了記錄策略，其中一級沿一個方向 移動，並且偏轉器使得"探針"同時垂直於級移動的方向移過相同的距 離。該文獻中沒有考慮到的另一個問題是，電子小射束從其預期位置 的校正偏差。

發明內容
本發明的一個目的是改進已知電子束曝光設備的性能。 另一個目的是改進已知電子束曝光設備的解析度。 本發明的另一個目的是改進已知電子束曝光設備的處理量。 本發明的另 一個目的是克服現有技術中與庫侖作用和縮小方法 相關的問題。
本發明的另一個目的是使得控制小射束的一致性簡化，尤其是在 記錄過程中。
本發明涉及一種用於將圖案轉移到目標的表面上的電子束曝光
設備，包括
-用於產生多個電子小射束的小射束髮生器；
-用於接收所述多個電子小射束的調製陣列，包括用於調製電子
小射束的強度的多個調製器；
-控制器，可操作地連接於所述調製陣列，用於使用控制信號獨 立地控制所述調製器；
-調節器，可操作地連接於每個調製器，用於獨立地調節每個調 制器的控制信號；
-包括靜電透鏡的陣列的聚焦電子光學系統，其中每個透鏡將由 所述調製陣列傳輸的相應的獨立小射束聚焦於小於300nm的橫截面， 以及
-用於以使得圖案將被轉移到其上的其曝光表面處於聚焦電子光 學系統的第一焦平面中的方式固定所述目標的目標固定器。在該設備中，可消除電子交叉，因為它不縮小圖像的完整(部分)。 以這種方式，解析度和記錄速度增加了。而且，消除了控制每個獨立 小射束中的電流的需要。由於位置校正和調製是綜合的，因此所述設 備不太複雜。
在本發明所涉及的電子束曝光設備的實施例中，所述調製陣列包
括
-小射束消隱器陣列，包括多個使穿過的電子小射束偏轉的小射 束消隱器，
-小射束停止陣列，具有與所述小射束消隱器陣列的所述小射束 消隱器對齊的多個孔。
以這種方式，可消除電子小射束在一個焦點中的交叉，並且可進 行高速的調製。在一個實施例中，基本上每個小射束消隱器與一個電 子小射束對齊以便於可獨立地調製每個小射束。此外，小射束停止陣 列包括至少一個孔平面，基本上每個孔與一個電子小射束對齊，最好 具有相對於小射束位於中心的孔。以這種方式，當電子小射束未偏轉 時小射束穿過一個孔，而當電子小射束被偏轉時小射束被阻斷或停止。 在該調製陣列的一個實施例中，所述控制器可操作地連接於所述小射 束消隱器。
在一個實施例中，電子束曝光設備還裝有用於測量至少一個所迷 小射束的實際位置的測量裝置，並且所述控制器裝有用於儲存所述實 際位置和期望位置的存儲裝置、用於比較所述小射束的期望位置與實 際位置的比較器，並且其特徵在於，所述調節器被可操作地連接於控 制器，用於接收用於調節發出到調製器的控制信號的指令，以便於抵 償所述小射束的測量的期望位置與實際位置之間的差異。以這種方式， 通過調節控制信號，可以容易的方式校正所述小射束的定位。例如， 可如US-Al-5.929.424中所述的那樣執行實際位置的測量。
在一個實施例中，控制器可操作地連接於所述小射束消隱器，在 一個實施例中通過調節器連接於所述小射束消隱器。
在一個實施例中，調節器可操作地連接於用於接收指示調節量的指令的所述控制器。可根據上述比較器的結果值確定調節量。
在另一個實施例中，調節器適用於獨立地調節每個控制信號的時
序，可以這種非常容易的方式執行校正。
在本發明所涉及的電子束曝光設備的一個實施例中，所述小射束
產生裝置包括
-用於發射至少一個電子束的源；
-用於將所述至少一個發射的電子束分離成所述多個電子小射束 的至少一個射束分離器。
以這種方式，如果所述源在所有相關方向均勻發射的話，易於實 現小射束之中的均勻強度分布。在一個實施例中，所述電子束曝光設 備還包括布置於所述射束分離裝置和所述小射束消隱器陣列之間的用 於聚焦所述多個電子小射束的第二靜電透鏡陣列。在該實施例中，基 本上每個都與一個電子小射束對齊並且聚焦一個電子小射束。在其另 一個實施例中，小射束消隱器陣列被布置在所述第二靜電透鏡陣列的 焦平面中。
在本發明的具有射束分離器的電子束曝光設備的一個實施例中， 所述射束分離器包括空間濾波片，最好包括孔陣列。以這種方式，具 有一個射束的一個源，或者，當源強度不足或者強度在射束上波動時， 若干源被容易地分離成多個小射束。
當源強度較高時，所述分離裝置可包括沿電子束或多個小射束的 路徑以連續順序布置的多個孔陣列，所述孔陣列具有相互對齊的孔， 沿從所述源到所述目標的路徑的每下一個孔陣列都具有小於前一孔陣 列中的孔的孔。這減少了熱負荷。
在孔陣列的 一個實施例中，每個孔陣列的孔被布置為六角形結 構，這可實現緊密一體化。
在包括包含孔陣列的分離裝置的電子束曝光設備的另一個實施 例中，所述孔陣列的每個孔的面積都與基於通過同一個孔被傳輸的小 射束的電流密度成反比。
在包括射束分離器的電子束曝光設備的另一個實施例中，所述射束分離器包括孔陣列，其中所述孔陣列中的孔尺寸適合於形成預定小 射束電流的離散集。
這些實施例改進了電子小射束的一致性。
在包括射束分離器的電子束膝光設備的另一個實施例中，所述射 束分離器包括靜電四極透鏡陣列。
在一個實施例中，本發明所涉及的電子束曝光設備包括熱電子 源。在一個實施例中，所述熱電子源適合於在空間電荷有限範圍內工 作。我們發現空間電荷具有均化作用，這在該專門應用中是有利的。 而且，在某些設定中，空間電荷可具有負透鏡作用。
在具有熱電子源的另一個實施例中，熱電子源具有球形陰極表 面。在一個實施例中，所述熱電子源包括至少一個提取器電極。在另 一個實施例中，所述提取器電極為平面提取器電極。在其一個實施例 中，所述提取器被布置在空間電荷區域後面並且具有用於誘發負透鏡 作用的正電壓。這些電壓可被設定在用於為發射的電子束形成負透鏡 作用的預定值。
在另一個實施例中，所述提取器電極具有帶有通孔的球形表面。 所有這些實施例都用於在電子束上產生負透鏡影響，從而消除電子束 中的交叉。
在本發明的電子束曝光設備的另一個實施例中，所述設備還包括 用於在所述源發射的電子束到達所述分離裝置之前將其轉換為準直電 子束的照射系統。
在電子束曝光設備的另一個實施例中，所述小射束髮生器包括源 陣列，其中每個源都負責產生一個電子小射束。在其另一個實施例中， 所述電子束啄光設備還包括布置於所迷源陣列和所述小射束消隱器陣 列之間的用於聚焦所述多個電子小射束的第二靜電透鏡陣列。
在具有小射束消隱器的電子束曝光設備的一個實施例中，所述小
射束消隱器包括靜電偏轉器。
在本發明所涉及的電子束曝光設備的另 一個實施例中，還包括設 在調製陣列與聚焦電子光學系統之間的掃描偏轉裝置，用於使得電子小射束偏轉從而掃描所述目標曝光表面。在其一個實施例中，所述掃 描偏轉裝置包括靜電掃描偏轉器。在其另一個實施例中，所述電子束 曝光設備還裝有用於使得所述靜電掃描偏轉器與用於固定所述目標的 所述裝置相對於彼此在圖案將被轉移到其上的表面的平面中沿不同於 所述靜電掃描偏轉器所執行的偏轉的方向移動的致動裝置。
在一個實施例中，所述調節器或者時間偏移裝置適合於相對於彼 此偏移所述掃描偏轉裝置和所述致動器的時基。在其一個實施例中， 所述調製器的控制信號具有一個時基並且所述目標固定器的致動器具 有第二時基，並且這些時基可相對於彼此改變。這例如可用於可僅用 一個小射束記錄必須被記錄在目標表面上並且將位於兩個小射束之間 的關鍵性部分。
在其另一個實施例中，電子束曝光設備還包括調製陣列和聚焦電 子光學系統之間的 一 個輔助孔板，所述輔助孔板具有指向所述目標的 曝光表面並且基本平行於所述目標的曝光表面的一個表面，其中所述 靜電掃描偏轉器為澱積在面對位於所述消隱器陣列和聚焦電子光學系 統的靜電透鏡陣列之間曝光表面的輔助孔板側部上的導電片。在其另 一個實施例中，所述靜電掃描偏轉器為澱積在存在於聚焦電子光學系 統中的任意一個透鏡板的目標曝光表面側部處的導電片。在其一個實 施例中，所述導電片交替地具有正電勢或負電勢。
在具有消隱靜電偏轉器的電子束曝光設備的一個實施例中，這些 偏轉器使得電子小射束以這種方式偏轉，即，通過小射束停止陣列使 得小射束的指定部分停止。
在本發明所涉及的電子束曝光設備的另一個實施例中，還包括位 於聚焦電子光學系統的靜電透鏡陣列與所述保護裝置之間的後減小加 速度級，用於加速多個傳輸的電子小射束中的電子。
在所述控制器的一個實施例中，還裝有用於通過以下方式抵償目 標曝光表面上電子小射束的不正確定位的校正裝置，所述方式即，
-比較所述小射束的理論位置與實際位置
-調節控制信號以抵償所述小射束的所述理論位置與所述測量的實際位置之間的差異。
在本發明所涉及的電子束曝光設備的一個實施例中，還包括用於 防止碰撞電子所釋放的顆粒到達孔陣列、透鏡陣列或消隱器陣列中任 何一個的保護裝置，最好位於聚焦電子光學系統的靜電透鏡陣列與目
標的曝光表面之間，最好包括其中孔具有小於20nm的尺寸的孔陣列。 在本發明所涉及的電子束曝光設備的一個實施例中，所有孔陣 列、透鏡陣列或消隱器陣列都與這樣一個電源相連接，當容許氣體進 入到所述系統中時，所述電源產生用於清潔所述板並且去除所有汙染 物的等離子體。
在本發明所涉及的電子束曝光設備的另 一個實施例中，所述系統 在大約200-600 。C的高溫下被操縱以便於保持設備清潔。
本發明還涉及一種用於將圖案轉移到目標的表面上的電子束曝 光設備，包括
-用於產生多個電子小射束的小射束髮生器；
-用於接收所述多個電子小射束的調製陣列，包括用於調製電子 小射束的強度的多個調製器；
-控制器，可操作地連接於所述調製陣列，用於使用控制信號獨
立地控制所述調製器；
-包括靜電透鏡的陣列的聚焦電子光學系統，其中每個透鏡將由
所述調製陣列傳輸的相應的獨立小射束聚焦於小於300nm的橫截面， 以及
-用於以使得圖案將被轉移到其上的其曝光表面處於聚焦電子光 學系統的第一焦平面中的方式固定所述目標的目標固定器，
其特徵在於，所述小射束髮生器包括至少一個熱電子源，所述源
包括至少一個適合於在空間電荷有限區域中工作的提取器電極，所述 源適合於產生電子束，並且所述小射束髮生器還裝有用於將所迷電子 束分離成多個電子小射束的射束分離器。
使用這樣一種特定小射束髮生器可提供具有充足電流的均勻的 小射束，從而提供高處理量。在其一個實施例中，所述提取器電極被布置在所述空間電荷有限 區域後面並且具有用於為所述電子束誘發負透鏡作用的正電壓。
本發明還涉及用於產生多個電子小射束的電子束髮生器，其中所 述小射束髮生器包括至少一個熱電子源，所述源包括至少一個適合於 在空間電荷有限區域中工作的提取器電極，所述源適合於產生電子束， 並且所述小射束髮生器還裝有用於將所述電子束分離成多個電子小射 束的射束分離器。
本發明還涉及一種用於將圖案轉移到目標的表面上的電子束曝
光設備，包括用於產生多個電子小射束的小射束髮生器；用於調製每 個電子小射束的多個調製器；以及為每個調製器提供控制信號的控制 器，所述控制信號具有時基，其中所述控制器適合於相對於其他控制 信號獨立地調節一個控制信號的時基。
在該設備中，以非常簡單並且精緻的方式解決了定位和調製的問 題，減少了部件的數量並且提供了堅固的設備。
本發明還涉及用於使用以上所述的電子束曝光設備通過電子束 將圖案轉移到目標曝光表面上的方法，以及涉及使用本發明的設備處 理的晶片。所述設備還可用於例如用在目前工藝水平光學平版印刷系 統中的掩模的製造。


在下列的本發明所涉及的電子束曝光設備的實施例中對本發明 進行進一步說明，其中
圖l示出了本發明所涉及的設備，
圖2A示出了已知電子束曝光設備的細節，
圖2B示出了電子束曝光設備的細節，
圖3示出了具有球形外表面的電子源，
圖3A示出了具有空間電荷區域的源，
圖4示出了源於小射束的電子束曝光設備的 一個實施例，
圖5A、 5B示出了本發明的掃描偏轉陣列的實施例，圖6A、 6B示出了本發明的掃描軌跡， 圖7A-7D示出了調製時序的調節，以及 圖8A、 8B示出了調製時序的調節的效果。
具體實施例方式
圖1中示意性地示出了本發明的一個實施例。電子從一個穩定的 電子源1發射。照射系統對射出的電子束5聚焦和準直以均勻地照射在 孔板6上所需區域上。例如這可利用透鏡3和4來實現。由於孔板6，電 子束5被分裂成多個小射束，其中示出了兩個5a和5b。產生多個小射束 的另一種可選擇的方式是使用電子源陣列。每一個電子源產生一個小 射束，小射束以與利用一個源和分裂裝置的組合產生的小射束相同的 方式被調製。由於每一個源的發射特徵略有不同，因此具有射束分離 器6的一個源1是優選的。靜電透鏡7的陣列使得每一個小射束聚焦成所 需的直徑。小射束消隱器陣列8以使得每一個獨立的小射束與小射束消 隱器陣列8的板中的孔重合的方式被定位。小射束消隱器陣列8包括小 射束消隱器，例如消隱靜電偏轉器。當電壓被施加在消隱偏轉器上時， 建立穿過相應孔的電場。所通過的小射束，例如小射束9在小射束停止 陣列10處偏轉和停止，小射束停止陣列10遵循電子小射束軌跡位於小 射束消隱器陣列8後方。在沒有電壓施加在消隱偏轉器上時，電子小射 束將通過小射束停止陣列IO，並且到達包括靜電透鏡13陣列的聚焦電 子光學系統。該陣列13獨立地將每一個傳輸的小射束12聚焦在目標曝 光表面14上。最後，掃描偏轉裝置，最常用的是靜電掃描偏轉器，沿 著一個方向使得小射束一起移動到目標曝光表面14上。在圖1中所示的 實施例中，掃描偏轉器位於小射束停止陣列10的目標曝光表面側lla 上，從而形成附加的掃描偏轉陣列ll。但是，其他位置也是可能的。 在掃描目標爆光表面14的過程中，掃描偏轉器沿著不同於掃描偏轉方 向的方向相互之間相對移動。通常，目標是晶片或者覆有抗蝕劑層的 掩模。
圖l中所示的構造的一個重要方面是，利用小射束消隱器陣列8和小射束停止陣列10的組合產生的整個圖像整體上沒有被縮小。相反， 每一個獨立的小射束被聚焦電子光學系統13獨立地聚焦在目標曝光表 面14上。在圖2A和2B中示出了這兩種方法之間的差異。在圖2A中， 包括2個電子小射束5a和5b的整個圖像被縮小以實現所需的解析度。縮 小圖像需要至少一個交叉X。在該交叉中，所有電子必須通過一個小 的區域。庫侖作用影響在交叉X處的解析度。
在本發明中，使用圖2中所示的方法。考慮被投射在目標曝光表 面14上的兩個相鄰的小射束5a、 5b。利用縮小方法使得兩個小射束之 間的距離變得更小。但是，本發明的聚焦方法不改變兩個小射束之間 的距離。僅減小每一個小射束的截面。
圖l的電子源l通常在大約30-300平方微米的面積上釋放 100A/cm2。在一個實施例中，使用熱電子源。電子最好在空間電荷有 限發射區域中被發射以受益於空間電荷的均質化效應。這樣的一個源 的示例是LaB6晶體、包括氧化鋇的分配器源或者包括覆有氧化鈧的鋇 或者鴒層的分配器源。
提取器電極2通常但不是必需地聚焦射束。照射透鏡3-4在孔陣列 6上產生平行電子束5。透鏡3-4被優選以限制由於庫侖作用而導致的射 束能量擴展，即，使得射束的開度角儘可能的大。另外，透鏡3-4被優 選以限制由於色差和球面像差效應產生的射束模糊。對於後者，最好 使用孔陣列6作為透鏡電極，這是由於它可產生負的色差和球面像差， 導致對透鏡3-4的像差的補償。另外，能夠利用透鏡4以通過對其進行 略微聚焦或者散焦來放大圖形。
但是，在這樣一個實施例中，從一個發射器射出的電子束在其擴 展之前被聚焦在小交叉X中。在該交叉X內，由於在該交叉X中的電子 與電子的相互作用而導致存在大能量擴展。最後，交叉X將縮小成像
在目標曝光表面上。由於庫侖作用，沒有達到所需的解析度。因此， 需要沿著在沒有交叉的情況下擴展和準直被擴展的射束的方法。
在圖3中所示的第一實施例中，利用具有球形外表面或者半球形 外表面15的電子源1避免在照射電子光學器件中的交叉。在該構造中，形成大的張開角，它將減小由於在發射的電子束5中的電子與電子的相 互作用而導致的模糊。另外，電子束形成球形波前，導致位於源的中 心的實際交叉16。在實際的交叉中不存在電子；因此不存在幹擾的電 子與電子的相互作用。
可利用包括大孔的球形提取器提取電子。提取器球形的主要優點 是產生更均質的場。
在一個可選擇的實施例中，如圖3A中所示，通過從處於電壓Vs 並且具有遠的平面提取器h的源/陰極l提取電子表面從而避免交叉。平 面提取器相對於源1具有正電壓+Vi。源和提取器的組合先用作負透鏡。 這樣，通過提取器h提取的電子由於發散的電場而擴展。另外，產生 實際的交叉，這在很大程度上減小了由於庫侖作用而導致的解析度損 失。在源l和提取器h之間，存在空間電荷區域S，如圖3A中所示。該 空間電荷的存在增強了由於源-提取器組合所產生的負透鏡效果。
通過調諧Vp能夠讓源l以其空間電荷有限發射模式工作。該發 射模式的主要優點是大大增加發射的均質性。可通過選擇具有限定的 發射區域的源來限制總電流的增加。
孔陣列6具有直徑通常為5-150微米的孔並且間距為50-500微米。 孔最好被布置成六邊形圖形。孔陣列6將進入的平行電子束5分裂成多 個電子小射束，數量通常為5000-30000個。孔的尺寸被調節以補償照 射的不均勻的電流密度。每一個孔具有與基於通過同一孔傳輸的獨立 的小射束的電流密度成反比的面積。因此，在每一個獨立的小射束中 的電流是相同的。如果孔板上熱負荷變得太大，隨著沿著電子束或者 多個電子小射束的路徑減小孔的直徑，幾個孔陣列以串行順序布置。 這些孔陣列具有相互對準的孔。
使得準直的電子束5分裂成多個電子小射束的另一種可能的方式 是利用四極透鏡陣列。這樣一種陣列的可能的構造在US-6.333.058中 披露，該文獻的全部內容在這裡合併參考。
圖4示出了源於多個小射束的本發明的其中一個實施例中的平版 印刷系統的細節近圖。聚光透鏡陣列7將每一個小射束聚焦到0.1-1微米的直徑。它包括兩個具有孔的對準板。板的厚度通常為10 - 500微米， 而孔的直徑通常為50-200微米並且間距為50-500微米。保護小射束的 絕緣體(未示出)以通常為l-IO毫米的相互之間的距離支撐所述板。
調製陣列包括小射束消隱器陣列8和小射束停止陣列10。在小射 束消隱器陣列8處，通常的射束直徑為0.1-5微米，而通常的橫向能量 約為l-20meV。小射束消隱器17用於接通和斷開小射束。它們包括消 隱靜電偏轉器，它包括多個電極。最好至少一個電極接地。另一個電 極與電路相連。通過該電路，控制數據被送向消隱靜電偏轉器。這樣， 每一個消隱偏轉器可被獨立控制。在不利用小射束消隱器17的情況下， 電子小射束將穿過孔到達小射束停止陣列IO。當電壓被施加在小射束 消隱器陣列8中的消隱靜電偏轉器電極上時，相應的電子小射束將被偏 轉和停止在小射束停止陣列10上。
在一個實施例中，小射束消隱器陣列8位於電子小射束的靜電焦 平面中。對於處於該位置的消隱器陣列，該系統對於失真是低敏感的。 在該實施例中，小射束停止陣列位於電子小射束的焦平面外。
現在，傳輸的小射束必須被聚焦在目標曝光表面"上。這是利用 包括具有至少一個靜電透鏡陣列的聚焦電子光學系統13來實現的。每 一個獨立傳輸的電子小射束被相應的靜電透鏡聚焦在目標曝光表面 上。透鏡陣列包括兩個或者多個板13a和13b，它們具有10-500微米的 厚度以及直徑為50- 250微米的孔13c。兩個相鄰的板之間的距離在50 - 800微米之間並且板與板之間可是不同的。如果需要的話，聚焦電子 光學系統還可包括磁性透鏡陣列。接著，它位於小射束停止陣列io和 靜電類型的物鏡陣列之間，以進一步增強電子光學系統的聚焦性能。
所有在晶片或者掩模上形成圖案的電子束平版印刷系統中的主 要問題是汙染。它嚴重降低了平版印刷系統的性能，這是由於電子和 抗蝕劑層中的顆粒之間的相互作用，從而使得抗蝕性能降低。在聚合 物抗蝕劑中，由於裂化而使得分子被釋放。釋放的抗蝕劑顆粒穿過真 空移動並且可被存在於該系統中的任何結構吸收。
為了解決汙染問題，在一個特定的實施例中，靠近目標曝光表面設置保護裝置，即，在目標曝光表面和聚焦電子光學系統之間，所述
保護裝置可是箔片或者板。兩種選項都設有直徑小於20微米的孔。在 它們可到達平版系統中的任何敏感性元件之前，保護裝置吸收被釋放 的抗蝕劑顆粒。在一些情況下，必需在預定時期後更新保護裝置，例 如在每一個被處理的晶片或者掩模後。對於保護性板，整個板可被更 換。在一個特定的實施例中，箔片被巻繞在繞線圏器周圍。就在整個 目標曝光表面14上方，小部分箔片被拉緊。僅該部分被暴露在汙染下。 在特定時間後，箔片的保護性能力快速劣化，這是由於被吸收的顆粒。 接著暴露的箔片部分需要被更換。為了能夠這樣做，箔片從一個繞線 圏器輸送到另一個繞線團器，從而使得更新的箔片部分暴露在汙染的 顆粒下。
以上所述的整個系統在較低電壓下工作。在其中需要高能電子的 操作中，輔助加速度級被布置在聚焦電子光學系統的靜電透鏡陣列l3 與保護裝置之間。該加速度級為通過的電子增加了能量。所述射束可 孚皮輔助加速數萬電子伏，例如，50keV。
如先前圖l中所示的，通過兩種方式使得已成功穿過小射束停止 陣列10的小射束12指向目標曝光表面14上的期望位置。首先，所有致 動裝置使得目標曝光表面14和系統的其餘部分沿某一機械掃描方向相 對於彼此移動。之後掃描偏轉裝置沿不同於機械掃描方向的方向靜電 地掃描所傳輸的小射束12。所述掃描偏轉裝置包括靜電掃描偏轉器18。 在圖1和圖3中這些掃描偏轉器18被布置在輔助孔陣列11上，並且在圖4 中,皮示出。
在一個實施例中，靜電掃描偏轉器18被澱積在目標靜電透鏡陣列 13的一個板的目標曝光表面側部上，以使得主要在物鏡的前焦平面中 產生偏轉。期望結果是偏轉的小射束垂直撞擊在目標表面上。
在另一個實施例中，具有兩個偏轉器陣列， 一個沿第一方向偏轉 而另一個沿第二 (相反)方向一偏轉。組合的偏轉導致在沒有改變小 射束相對於目標表面的垂直軸的情況下的小射束的移位，小射束在目 標表面位置處的移位。在第二實施例中，靜電掃描偏轉器18被布置在保護裝置上。 靜電掃描偏轉器18包括掃描偏轉電極，所述掃描偏轉電極被布置 得用於沿相同方向偏轉一組電子小射束。如圖5A中所示的，掃描偏轉 電極可以片19的形式被澱積在目標膝光表面側部處的適當板20上。當 將片19靠近小射束澱積，從而靠近孔21時，由於這減小了db-sd,因此 可實現最佳產量。而且，最好將掃描偏轉電極布置在獨立小射束交叉 平面的外部。
在一個實施例中，如圖5B中所示的，通過在導電片19上施加交流 電壓，第一組件沿一個方向被掃描而下一組件沿相反方向被掃描。第 一片例如具有正電勢，而第二片具有負電勢，接下來的一個具有正電 勢等等。比方說掃描方向被表示為y。 一行傳輸的電子小射束沿-y方向 被掃描，同時接下來的行被指向+y。
如已經描述的，存在兩個掃描方向，機械掃描方向M和偏轉掃描 方向S,在圖6A和6B中都已示出。可以三種方式執行才幾械掃描。目標 膝光表面移動，系統的其餘部分移動，或者它們都沿不同方向移動。 沿與機械掃描不同的方向執行偏轉掃描。它最好垂直或幾乎垂直於機 械掃描方向，這是由於掃描偏轉長度Ax大於偏轉方向的掃描角ctsd。存 在兩個優選的掃描軌跡，為了清楚起見在圖6中都示出。第一個為三角 形形狀的掃描軌跡(圖6A)，第二個為鋸齒狀掃描軌跡(圖6B)。
當機械掃描長度為處理量限制因素時，如上所述的一組電子束曝 光設備用於同時曝光整個晶片。
假定理想方格存在於晶片上並且電子小射束可被精確地布置在 方格坐標上。比方說當電子小射束可被布置在最小形體尺寸的l/30th
內時可產生精確圖案。之後為了記錄一個像素，需要30個掃描行以及 30x30 -卯0個格點。對於45nm模式來說，所述定位應可被控制於1.5nm
的範圍內。因此數據路徑應能夠處理大量數據。
以上所述的記錄策略是基於以下假定的，即，小射束可僅被接通 或切斷。為了通過更少的方格行減少數據量，並且因此減少的方格單 元好像是邏輯法。然而，期望圖案明顯經受尺寸控制。避免該問題的一種方法是通過離散的劑量控制為目標曝光表面形成圖案。再根據矩
形方格分開所述圖案。然而，方格行的數量更少，例如為每一尺寸2-5 個，這形成了約4-25個格點數量。為了獲得關於更細方格的相同圖案 可靠性，每個方格單元的強度都是可變的。由所謂的灰度值表示所述 強度。在3比特灰度值表示法中，數值為最大劑量的0、 1/7、 2/7、 3/7、 4/7、 5/7、 6/7、和1倍。減少了小射束的定位所需的數據量，儘管由於 所控制的劑量變化每個單元由更多的信息表示。
在本發明中可以若千種方法引入灰度級記錄。首先可以這樣一種 方式控制射束的偏轉，即，使得部分射束穿過小射束停止陣列IO，而 一部分射束繼續朝向目標曝光表面14前進。以這種方式可使得例如1/3 或2/3的射束停止，從而形成目標啄光表面上的4個可行劑量，即最大 劑量的0、 1/3、 2/3和1倍，相當於2比特灰度值表示。
形成灰度級的另一種方法是以這樣一種方式使得小射束偏轉， 即，它們沒有相對於目標表面移動預定的時間量T，所述時間量T大於 消隱器的最小接通/切斷時間。在時間T期間，調製器可在一個位置上 澱積l、 2、 3等等個點，從而形成灰度級。
用於產生這4個所謂的灰度值的另一個方法是改變孔陣列6中的
孔尺寸。如果例如存在三個孔尺寸的話，原始尺寸，允許一半的原始 電流穿過的尺寸和具有僅使得四分之一原始電流穿過的面積的孔，可 產生與前面所述相同的離散劑量值。通過用小射束消隱器陣列8的偏轉 電極17接通和切斷小射束，可將期望的劑量澱積在目標曝光表面"上。 後一種方法的缺點在於，記錄一個像素需要更多的小射束。最多，包 括用於離散劑量控制的前述方法還可用於產生多於4個灰度值，例如， 8個、16個、32個或64個。
目標膝光表面上的小射束的位置大部分通常沒有正確地與期望 位置相對應。這是由於例如不同的陣列相對於彼此的未對準導致的。 另外，製造公差也可導致各個小射束的偏移。為了將正確的圖案從控 制器中轉移到目標的膝光表面上，必須進行校正。因此，在具體實施 例中，順序測量並儲存所有小射束的位置。然後將每個位置與所述小射束應具有的位置相比較。然後將位置中的差異組合於被輸送到調製 裝置的圖案信息中。
由於改變被輸送到調製裝置的信號序列耗費大量時間，因此通過 將其轉換為小射束調製控制中的時序方面的相應差異而將位置方面的
測量差異組合於圖案信息中。圖7A-7D和圖8A-8B示出了如何執行所述 調節。如已經描述的，通過組合兩個掃描機構執行小射束掃描機械 掃描和偏轉掃描。每個偏轉掃描行提供被輸送到每個小射束的所有圖 案數據。如圖7A和7B中所示的，形成有圖案的目標的曝光表面上的期
望偏轉掃描寬度Ws咖小於所述設備可操縱的偏轉掃描寬度W。vers咖。
過掃描能力能夠校正偏轉掃描方向。在圖7A中所述小射束被正確地定 位。然而，在圖7B中，所述小射束已移動到右側。通過一旦所述小射
束進入到期望區域中時提供圖案數據的這樣一種方式調節時序，可抵
償所述偏差。機械掃描方向上的所述調節沒有圖7B中所示的精確。由 於每個掃描行都記錄圖案數據，只有離散時間延遲是可能的，即，每 個掃描行的圖案產生可被延遲或加速。隨機時間延遲將產生完全新的 控制數據序列。所述序列的計算耗費大量時間因此是不可取的。在圖 7C和圖7D中示出了順序的形式。在圖7C中再次與其前五個相應掃描 行一起示出了小射束的期望位置。在圖7D中示出了小射束的實際位置 和其軌跡。為了清楚起見，分別用空心圓和虛線示出了期望的小射束 和掃描行。可看出的是，期望位置中的第一掃描行沒有覆蓋需要通過 小射束形成圖案的區域。因此小射束在第二掃描行中間開始形成圖案。 有效地，信息的延遲已耗費了掃描一個偏轉掃描行所需的時間。
圖8A和8B示出了時序中的改變是如何通過非理想定位的小射束 所記錄的結構的初始不正確定位校正的示例。圖8A示出了沒有任何時 序校正的情況。空心點示出了校正位置下的小射束，而填充點示出了 小射束的實際位置。沿所繪線掃描小射束以便於記錄圖案。在理想情 況下所述線為虛線而在實際情況下所述線為實線。在該示例中所記錄 的結構為單線。設想黑色和白色記錄策略，即，小射束為"接通"或"切
斷"。當"接通"信號被輸送給調製裝置時圖案被記錄。為了記錄單線，類似於上部曲線中所示的某個信號序列被輸送給調製裝置。當實際上 相同的信號序列被輸送時，該線在不同於期望位置的位置處被記錄。 小射束的這種偏差導致所記錄的結構的偏差。
圖8B示出了其中施加時序校正的情況。分別用虛線和實線和點表 示理論和實際點和軌跡。實際情況中的信號序列不同於理論圖案信息， 實際上實際情況中的信號序列(下部曲線)在不同於理想結構(上部 曲線)下相同序列被輸送的時間下被輸送。因此，現在單線沿偏轉掃 描方向被記錄在校正位置中。而且，圖案處理開始一個掃描行更早導 致沿偏轉掃描方向的單線的更好定位。應該注意的是，所述單線未被 精確地定位在校正位置處。這是由於理想和實際情況中掃描行之間的 輕微偏差所導致的。
因此本電子束曝光系統能夠使用時序校正動態地調節掃描行的 位置。這允許圖案中的關鍵性部分被記錄在一個掃描行中而不是使用 兩個掃描行的兩個半部分，這將關鍵性部分分布在兩個掃描行上。也 可局部地進行該校正，即，可在小時間窗上校正所述時序。所述控制 器應鑑別通常被分布在兩個掃描行上的關鍵性部分。之後，所述控制 器應計算校正的時序窗，並且將校正的時序窗提供給掃描電子小射束 所需的時基。圖7D示出了調節原理，所述原理可用在這裡。
所有透鏡板、孔板和消隱器板都可與這樣一個電源相連接，當容 許氣體進入到所述系統中時，所述電源產生等離子體。所述等離子體 用於清潔所述板並且去除所有汙染物。如果一種等離子體不能徹底清 潔的話，可容許兩種氣體連續地進入到所述系統中。例如首先可容許 氧氣用於去除存在於系統中的所有碳氫化合物。在氧等離子體離開之 後，產生了第二等離子體(例如包含HF)以便於去除所有存在的氧化 物。
減少汙染物的另一種可能性是在高溫(即，150-400°C)下執行 所有操作。1000-1500。C的預處理可為必需的。在這些溫度下碳氫化合 物沒有機會凝結在系統中的任何元件上。允許一部分氧進入到所述系 統中可進一步增強清潔處理。應該理解的是，上述描述是用 為其限制了本發明的範圍。本發明的範圍僅由所附權利要求限制。從 上述描述中，本領域普通技術人員可明白許多改變，所述改變仍包含 在本發明的精神和保護範圍內。
權利要求
1. 一種用於將圖案轉移到目標表面上的無掩模平版印刷系統，包括用於產生電子束的電子束髮生器；用於由所述電子束產生多個平行小射束的光學系統和射束分離器；和用於將所述小射束投射到所述目標上，並且減少各個小射束的交叉部分的聚焦電子光學系統；其中投射在所述目標上的所述小射束被保持為彼此分離，直到所述小射束被投射在所述目標上為止。
2. 如權利要求1的系統，其中在所述射束分離器的下遊，所迷系 統還包括用於聚焦所述多個小射束內各個小射束的聚光透鏡陣列。
3. 如權利要求2的系統，其中所述各個小射束被聚焦到在從大約 0.1到lnm的範圍內的直徑。
4. 如權利要求2的系統，其中所述聚光透鏡陣列包括兩個具有洞 的對準板。
5. 如權利要求4的系統，其中所述板的厚度在從大約10到500fim 的範圍內。
6. 如權利要求4的系統，其中聚光透鏡陣列包括具有直徑在從50 到200nm的範圍內、且間距在從大約50到500nm的範圍內的洞的板。
7. 如權利要求4的系統，其中所述系統還包括用於支撐所述板的 絕緣體。
8. 如權利要求l的系統，還包括用於調製各個小射束的調製陣列， 其中所述調製陣列包括小射束消隱器陣列和小射束停止陣列。
9. 如權利要求8的系統，其中所述調製裝置被包括在所述射束分 離器和所述投射透鏡之間。
10. 如權利要求8的系統，其中在所述小射束消隱器陣列處，束 直徑在從大約0.1到5nm的範圍內。
11. 如權利要求8的系統，其中所述小射束消隱器陣列處的橫向 能量在從大約1到20meV的範圍內。
12. 如權利要求8的系統，其中所述小射束消隱器陣列包括靜電 偏轉器的陣列，每個靜電偏轉器包括接地的第一電極和連接到接收控 制數據的電路的第二電極。
13. 如權利要求12的系統，其中每個靜電偏轉器被單獨地控制。
14. 如權利要求8的系統，其中所述小射束消隱器陣列位於所述 多個小射束的靜電焦平面內。
15. 如權利要求14的系統，其中所述小射束停止陣列位於所述多 個小射束的靜電焦平面之外。
16. 如權利要求1的系統，其中所述聚焦電子光學系統包括以相 應的靜電透鏡聚焦所述多個小射束中每個小射束的靜電透鏡的陣列。
17. 如權利要求16的系統，其中所述靜電透鏡的陣列包括兩個或 多個板，每個板具有在從大約IO到500nm的範圍內的厚度。
18. 如權利要求16的系統，其中所述靜電透鏡的陣列包括兩個或 多個板，相鄰板之間的距離在從50到800nm的範圍內。
19. 如權利要求16的系統，其中所述靜電透鏡的陣列包括三個或 更多板，相鄰板之間的距離是不同的。
20. 如權利要求1的系統，其中所述聚焦電子光學系統包括磁性 透鏡陣列。
21. 如權利要求8的系統，其中所述聚焦電子光學系統包括磁性 透鏡陣列和靜電透鏡陣列，所述磁性透鏡陣列位於所述小射束停止陣 列和所述靜電透鏡陣列之間。
22. 如權利要求20的系統，其中包括所述磁性透鏡陣列，用於增 強所述投射系統的聚焦特性。
23. 如權利要求1的系統，其中由空間濾波器形成所述射束分離器。
24. 如權利要求21的系統，其中由孔陣列形成所述空間濾波器。
25. 如權利要求24的系統，其中以六邊形結構布置所述孔陣列的孔。
26. 如權利要求24的系統，其中所述孔陣列的每個孔具有與在使 用中通過所述孔傳輸的小射束的電流密度成反比的面積。
27. 如權利要求1的系統，其中所述射束分離器包括靜電四極透 鏡陣列。
28. 如權利要求1的系統，其中所述射束分離器包括沿著所述電 子束或多個小射束的路徑連續順序布置的多個孔陣列，所述孔陣列具 有互相對齊的孔，沿從電子束髮生器到目標的路徑的每下一個孔陣列 都具有小於前一陣列的相應孔的孔。
29. 如權利要求1的系統，其中沿著從電子束髮生器到目標的小 射束路徑，靜電透鏡陣列緊跟著所述射束分離器定位。
30. 如^又利要求1的系統，該系統還包括用於可控制地偏轉所述多個小射束的各個小射束的小射束消隱器陣列；和用於阻斷偏轉後的小射束並放行未偏轉的小射束的小射束停止陣列。
31. 如權利要求30的系統，其中所述小射束消隱器陣列位於用於 聚焦所述多個小射束的靜電透鏡陣列的焦平面中。
32. 如權利要求l的系統，其中所述小射束被保持為彼此平行。
全文摘要
本發明涉及一種用於將圖案轉移到目標的表面上的電子束曝光設備，包括用於產生多個電子小射束(5a、5b)的小射束髮生器；用於接收所述多個電子小射束的調製陣列，包括用於調製電子小射束的強度的多個調製器；控制器，可操作地連接於所述調製陣列，用於單獨地控制所述調製器；調節器，可操作地連接於每個調製器，用於單獨地調節每個調製器的控制信號；包括靜電透鏡的陣列(7)的聚焦電子光學系統，其中每個透鏡將由所述調製陣列傳輸的相應的單個小射束聚焦於小於300nm的橫截面，以及用於以使得圖案將被轉移到其上的其曝光表面處於聚焦電子光學系統的第一焦平面中的方式固定所述目標的目標固定器。
文檔編號H01J37/304GK101414128SQ20081016646
公開日2009年4月22日 申請日期2003年10月30日 優先權日2002年10月30日
發明者亞歷山大·哈德瑞克·文森特·范費恩, 彼得·克瑞特, 波特·揚·卡姆弗彼科, 馬爾科·揚-哈科·威蘭 申請人:邁普爾平版印刷Ip有限公司