CN101055428B - 利用笛卡尔电子束写入系统写大面积闭合曲线图案的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种操作笛卡尔型电子束即e束光刻(EBL)设备的方法，其能够有效且精确地在工件的宽面积上写入闭合曲线图案例如圆。曲线图案覆盖EBL设备的x-y定位台的多个邻接域，并且所述台沿着所述邻接域定义的路径移动。与第一和倒数第二域关联的对准标记形成在样品上。对准标记用于调整最后域的形状从而当e束在最后域中扫描时在倒数第二域和第一域之间存在图案的基本连续的连接。本发明尤其可应用于制造用于纳米压印图案化磁记录盘的具有同心圆形道的母盘。

Description

利用笛卡尔电子束写入系统写大面积闭合曲线图案的方法
技术领域
本发明总地涉及电子束光刻(EBL)，更特别地，涉及以最小的误差累积在大面积上写曲线图案的EBL方法。
背景技术
EBL是用于在工件或样品例如半导体晶片上产生极精细图案的专门技术。在EBL中，样品被覆盖以对电子敏感的抗蚀剂膜并且横过电子束(e束)移动。EBL的主要优点在于它克服了光的衍射极限并且能构图纳米范围的特征。EBL由于其低的速度而还未成为标准制造技术。因为e束必须在待构图的表面上扫描，通常在x-y笛卡尔座标系中光栅扫描，所以图案产生是串行的。与其中样品的整个表面被一次构图的并行技术例如传统光学光刻相比，这导致了非常慢的图案生成。结果，EBL主要用于产生传统光学光刻使用的曝光掩模。对于商业应用，EBL通常利用专用e束设备或写入系统产生，例如可以从Leica Microsystems和Hitachi，Ltd.获得的那些。
商业e束写入系统使用x-y台(stage)，x-y台在与入射的e束正交的平面中在笛卡尔座标系中移动样品。该台在x-y座标系中分成方形域(field)并以光栅技术沿x和y方向从域到域移动使得样品的域相继位于e束之下。特定域被定位之后，e束扫描该域内的子域从而在该域内写入图案的一部分。这些e束写入系统对于它们的主要应用工作良好，即半导体掩模的构图，其中整个样品包含与各半导体芯片对应的大量较小的相同图案，且这些图案包含大量直线。然而，难以使用这些系统写入闭合的曲线图案例如圆，特别是在整个样品的大面积上延伸的圆形图案。这是因为台从域到域的移动中误差累积从而圆形图案的最后部分与第一部分不关联。
大面积圆形图案的e束写入的一个应用是用于图案化的磁记录盘。已经提出具有图案化的磁记录盘的磁记录硬盘驱动器来增加数据密度。在图案化的盘中，盘上的磁记录层构图成以同心圆数据道布置的小的隔离数据岛。图案化的盘还具有非数据区，其用于数据道中读/写头的伺服定位。为了实现面数据密度大于约300Gbit/in2的图案化的盘，图案周期沿道通常低于约50nm且数据岛的直径低于约30nm。用于制造具有这样的极小特征的一种建议方法是通过利用具有表面形貌图案的母盘或“压模(stamper)”进行纳米压印。在该方法中，其表面上具有聚合物膜的磁记录盘衬底压在母盘上。聚合物膜接收母盘图案的图像，因此成为用于盘衬底的后续蚀刻的掩模。磁记录盘所需的磁层和其它层然后沉积到被蚀刻的盘衬底上从而形成图案化的介质盘。用于纳米压印的母盘可以通过EBL制造，只要圆形图案能够以高精度写入。
所需的是用于商业笛卡尔型EBL系统的e束写入方法，其使得闭合曲线图案尤其是同心圆形图案能够在较大面积上写入，而没有x-y台从域到域的移动导致的误差积累。
发明内容
本发明是操作笛卡尔型EBL设备从而有效且精确地在工件的宽面积上写入闭合曲线图案例如圆的方法。曲线图案覆盖x-y台的多个邻接域，且所述台沿着所述邻接域定义的路径移动。与第一和倒数第二域关联的对准标记形成在样品上。对准标记用于调节最后域的形状从而当e束在最后域中扫描时在倒数第二域和第一域之间存在图案的基本连续的连接。用于第一和倒数第二域的对准标记每个可以是方形的顶点。通过计算两个方形的顶点之间的x和y偏移来调整最后域的形状。所计算的偏移用于校正e束在最后域中的扫描从而实现连续的图案连接。本发明尤其可应用于制造用于纳米压印图案化磁记录盘的具有同心圆形道的母盘。
为了更充分理解本发明的本质和优点，应该参考下面结合附图的详细说明。
附图说明
图1是传统EBL系统的示意图；
图2是传统EBL系统x-y台的一部分，示出了几个域以及用于从域到域移动的光栅技术，一个域被放大以示出其子域；
图3是图案的视图，定义覆盖x-y台的域的圆形路径；
图4A是示意图，示出了圆形图案的第一、倒数第二和最后域(分别是域1、m-1和m)从而示出了向最后域写入时误差积累的影响；
图4B示出本发明的用于计算最后域的变换形状的方法；
图4C示出用于计算最后域的变换形状的方法的变型，其中没有沿x方向的计算的偏移。
具体实施方式
图1是普通EBL设备或写入系统的高层次框图。柱(column)形成并控制e束。柱下面是含有台的腔，台支承样品并在正交于e束的x-y平面内移动样品。真空系统维持腔内的适当真空水平。系统通过EBL计算机控制，其控制诸如装载和卸载样品、聚焦e束、消隐(开启和关断e束)、使e束与样品对准、以及发送图案数据到图案生成器的功能。EBL计算机驱动向系统的各部件提供电源和信号的一组控制电子组件。
用户首先利用商业可得的计算机辅助设计(CAD)软件布置图案。CAD软件将图案转换成标准交换中间文件格式例如GDSII。EBL计算机将中间格式转换成EBL设备特有的格式从而控制台和e束在样品上写入图案。在传统写入方法中，台在e束下沿x和y方向被光栅扫描，且e束必要时被消隐(blank)以写入图案。EBL设备使用在写入图案之前形成在样品上的对准标记。使用全局对准标记来校正样品在台上的放置和旋转。使用图案特有的对准标记来精确定位图案的特定部分，例如半导体晶片上的各芯片。系统检测对准标记且然后EBL计算机计算移动台和扫描e束时所需的调整。
图2示出传统EBL系统x-y台的部分50，具有编号为1至9的数个方形域。台以光栅(raster)方式移动，如路径52所示，沿+x方向至连续的方形域1、2、3，然后沿+y方向至域4，然后沿-x方向至域5、6，然后沿+y方向至域7，然后沿+x方向至域8、9。如果域内没有图案的部分，则当该域在e束下面时e束被“消隐”。实际的系统通常可包含达数万个域，每个域通常具有达1200x 1200微米的尺寸。如域2、3和4之间的间隙所示，从一个域到下一个后续域的定位会存在误差，这将导致从一个域到下一个域“缝合”图案时的误差。通常该误差会非常小，例如，误差的标准偏差σ在6-8nm的范围，但是随着台横跨样品的大面积移动该误差可积累至不可接受的水平。图2还示出普通域4的放大。每个域含有多个方形子域，通常64x64个(或4096)子域。一旦样品已被机械定位使得e束与域例如域4的中心对准，则然后e束电子扫描该域内的子域。子域之间扫描时的缝合误差远小于域之间的误差，例如误差的标准偏差σ在2-3nm的范围。
图3示出可在样品的大面积上延伸的圆形图案60。如图3所示，闭合的曲线图案(圆形图案60)和它覆盖的域不是成比例的从而可以更好地示出本发明及其要解决的问题。图案60定义圆形路径，其覆盖m多个邻接域。这些域包括第一域1和圆形图案60的起始附近的连续邻接域2-8、以及图案60末端处的邻接域m-3、m-2、m-1和最后域m。在本发明中图案60不是通过x-y台的传统光栅型移动写入，而是通过台移动到圆形图案60中的连续邻接域来写入。这减少了写入时间并减小了如图2所示在光栅方法中台跨越所有域移动时发生的缝合误差的积累。
然而，即使利用台的该邻接域移动，从圆形图案60的第一域1至最后域m误差仍将积累，导致图案在最后域m中的部分将不会与图案在第一域中的部分完美闭合。这在图4中通过图案部分80、82示意性示出。圆形图案60中的第一域(域1)示出为具有位于或基本靠近域1顶点61、62、63、64的对准标记。倒数第二域(域m-1)示出为具有位于或基本靠近域m-1顶点71、72、73、74的对准标记。对准标记通常预先写在样品上。当台沿圆形图案60的邻接域完成其移动并到达域m-1时，定位误差的积累导致域1相对于域m-1的位移。由Δx1、Δx2、Δy1和Δy2表示的该相对位移或偏移将导致图案在最后域(域m)中的部分80不与图案在域1中的部分82完美缝合。
本发明中，对准标记写入到第一域中，并且还写入到沿邻接路径通过中间域与第一域间隔开的第二域中。中间域的形状通过测量对准标记的偏移而从方形变换为非矩形。在将描述的示例中，第一域是m个域中的域1(图案的第一个域)，第二域是域m-1(图案的倒数第二个域)，中间域是域m(图案的最后域)。形状变换的域m于是将具有与顶点72、61、64、73基本对应的顶点，从而域m-1和域1之间具有基本连续的连接，如虚线84、86所示。然后e束利用计算的偏移在形状变换的域中扫描。该计算的偏移示于图4A的框中。这样，当e束扫描域m中的子域时，其根据图4B的变换计算扫描至校正位置x’、y’。这将使得图案部分80以连续的方式与图案部分82连接。
在供选的变换中，仅y座标被变换，导致域m和域1之间的故意的间隙。该变型的计算示于图4C的框中。该变型对于在用于图案化的磁记录盘的母盘中形成圆形道从而避免沿道的频率的改变会是合意的。因而，在沿道或x方向没有计算的偏移。
本发明可应用于任何曲线图案的e束写入，特别是在样品的较大面积上延伸的闭合曲线图案。本发明特别适用于制造用于纳米压印图案化的磁记录盘的母盘。该母盘具有同心道的圆形对称图案，其可布置成道的径向组。同心道的一组或环带被单独控制，并且在任何两个连续组的e束写入之间，为了精确，e束可以利用对准标记自动重新校准。同心道的组的对称中心利用对准标记被精确确定。这确保了所有组相对于彼此精确定位且居中。另外，通过绕圆形路径的邻接域移动台而不是通过传统的在笛卡尔座标中光栅化台，域之间的缝合误差被最小化。利用该方法，圆形图案将主要沿径向方向积累误差，这对于盘伺服图案是更适合的。变换每个圆形图案中的最后域的形状和最后域的e束扫描的方法最小化了倒数第二域和第一域中的图案之间的缝合误差。
本发明已经在上面描述为用于变换最后域从而提供倒数第二个域和第一个域之间的平滑连续图案。然而，本发明也完全可以应用于除了最后域之外还跨越更多域提供连续图案。如果倒数第二个域与第一个域之间的未对准太大，且域尺寸不那样大，则最后域中校正的图案会显示出显著变形(distortion)。如果图案是图案化的磁记录盘中的圆形道，则这将导致盘驱动伺服系统在两个端部会合的地方难以或不可能遵循道中的曲线。为了防止这点，当到达图案的末端时，可以在多于一个域上使图案平滑化。因此，可以在图案末端附近的数个域的每个中写入对准标记，例如除了域m-1外，还有域m-4、m-3和m-2。域例如域m-3的形状将通过测量域m-4与域m-2之间的对准标记的偏移来变换。然后以如上所述的方式，e束将利用计算的偏移在形状变换了的m-3域中扫描。该过程可以持续到最后域m的形状被变换，得到在图案末端附近的多个邻接域上具有连续形状的图案。这将允许最后域中的变形较小，增加了产生可用图案的机会。
图案也可以沿着邻接域的路径在其它域上被平滑化，例如在沿着全圆形道分布的域。例如，如果m＝100，则可以是域25、50、75和100。对准标记将写在域24和26、49和51、74和76、以及99和1中。这些对准标记分别用于测量变形并计算用于域25、50、75和100的后续写入的偏移。该方法的优点在于误差的积累仅发生在全圆形道的一部分上(在该例子中仅在图案的约90度或四分之一上)，这限制了总误差积累。
尽管本发明参照其优选实施例进行了特定示出和描述，本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的权利要求所定义的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种改变。因此，所公开的发明认为仅是示例性的并仅限制在所附权利要求书确定的范围内。

Claims (7)

1.一种利用电子束即e束设备在样品上写入图案的方法，该e束设备具有用于在与该e束基本正交的平面中移动该样品的定位台，该定位台具有在x-y笛卡尔座标系中布置的多个方形域并能够用e束定位每个域，将被写入的该图案定义处于多个邻接域中的闭合曲线路径，该方法包括：
在方形的第一域的顶点在该样品上用该e束写入多个第一对准标记以及在方形的第二域的顶点在该样品上写入多个第二对准标记，第一域和第二域不邻接，且位于该曲线路径上；
在该样品上写入该图案的处于所述第一域内的部分；
在该样品上写入该图案的处于所述第二域内的部分；
根据该第一和第二对准标记，通过计算该第一域和第二域的顶点之间的x和y偏移，调整所述第一和第二域之间的中间域的形状以在所述第二域和所述第一域之间提供基本连续的连接；
用该e束定位该形状调整后的所述中间域；以及
利用所计算的偏移通过扫描该e束至该形状调整后的中间域内的子域以将该e束定位至所述子域，在该样品上写入该图案的位于该形状调整后的中间域内的部分，由此连接该图案的位于该形状调整后的中间域内的部分与该图案的所述第一域中的部分和该图案的所述第二域中的部分。
2.如权利要求1的方法，其中该中间域的非矩形形状通过该方形的第一域的两个顶点和该方形的第二域的两个顶点定义。
3.如权利要求1的方法，其中存在m个邻接域，其中该第一域是域1，其中该第二域是域m-1，且其中该形状调整后的中间域是域m，且还包括顺序写入所述图案的一部分，开始于域1并继续到域m-1，且其中写入该图案的位于该形状调整后的中间域m内的部分包括连接该图案的在域m-1中的部分与该图案的位于域1中的部分，由此闭合所述图案。
4.如权利要求1的方法，其中将被写入的该图案是圆形图案。
5.如权利要求4的方法，其中该样品是用于纳米压印图案化介质磁记录盘的母盘。
6.一种利用电子束即e束设备在样品上写入圆形图案的方法，该电子束设备具有用于在与该e束基本正交的平面中移动该样品的定位台，该定位台具有在x-y笛卡尔座标系中布置的多个方形域并能够用该e束定位每个域，每个域具有多个子域并且将被写入的该图案定义处于多个邻接域中的圆形路径，该方法包括：
用该e束定位该路径的第一域；
在该样品上在该第一域的顶点用e束写入多个第一对准标记；
横越该第一域的所述子域扫描该e束从而写入该图案的处于所述第一域内的部分；
用该e束顺序定位该路径的邻接域并且对于每个邻接域横越所述子域扫描该e束从而写入该图案的处于所述邻接域内的部分；
用该e束定位该路径的倒数第二个域；
在该样品上在该倒数第二个域的顶点用e束写入多个第二对准标记；
横越该倒数第二个域的所述子域扫描该e束从而写入该图案的处于该倒数第二个域内的部分；
根据该第一和第二对准标记计算第一域和倒数第二个域的顶点之间的x和y偏移，最后域的形状由所述第一域的两个顶点和该倒数第二个域的两个顶点界定，所述第一域的该两个顶点和该倒数第二个域的该两个顶点相邻；以及
利用所计算的x和y偏移横越该最后域的子域扫描该e束，从而写入该图案的处于该最后域内的部分，以提供该图案的该倒数第二个域中的部分与该图案的写入在该第一域中的部分基本连续的连接。
7.如权利要求6的方法，其中该样品是用于纳米压印图案化介质磁记录盘的母盘。
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