TW201401330A - 帶電粒子微影系統和射束產生器 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種帶電粒子微影系統。該系統具有：一小射束產生器，其包含一用於產生一帶電粒子射束的射束產生器以及一用於從該帶電粒子射束處形成複數道小射束的孔徑陣列；以及一小射束投射器，用以將該小射束投射在一標靶表面上。該帶電粒子射束產生器包含：一帶電粒子源頭(3)，用以產生一發散的帶電粒子射束；一準直器系統(5a、5b、5c)；一或多個唧筒(220)；一高電壓屏障配置(201)，用以遮擋保護該高電壓屏障配置外面的器件，避免受到該高電壓屏障配置裡面的高電壓影響；以及一冷卻配置(203)，用以移除熱度。該一或多個唧筒被放置在該高電壓屏障配置與該冷卻配置之間。

Description

帶電粒子微影系統和射束產生器
本發明關於一種帶電粒子射束產生器。本發明進一步關於一種帶電粒子射束微影系統。
在半導體工業中，越來越需要以高精確性與可靠度來製造更小的結構。微影術係此種製造過程的關鍵部分。目前，大部分的商用微影系統係使用一光射束和遮罩作為再生用於曝光一標靶之圖案資料的構件，例如，其上有光阻塗料的晶圓。在無遮罩的微影系統中，可能會使用帶電粒子小射束(charged particle beamlet)將圖案轉印至此標靶上。該小射束可以個別控制，用以取得所希望的圖案。
然而，為讓此等帶電粒子微影系統具有商業可行性(commercially viable)，它們必須應付特定的最小生產量，也就是，每小時所處理的晶圓的數量不應該太低於目前利用光學微影系統所處理之每小時的晶圓的數量。再者，該帶電粒子微影系統還必須符合低誤差邊限(low error margin)。相對高的生產量以及符合低誤差邊限之需求的組合極具挑戰性。
藉由使用更多的小射束可以達到較高的生產量，且所以，需要更多的電流。然而，操控較大數量的小射束卻導致需要更多的控制電路系統。再者，提高電流會導致更多的帶電粒子和該微影系統中的器件產生 相互作用。該電路系統以及帶電粒子撞擊器件上兩者都可能導致該微影系統裡面個別器件的加熱。此加熱可能降低該微影系統裡面的圖案化製程的精確性。於最糟的情況中，此加熱可能會阻止該微影系統裡面的一或多個器件使其無法發揮功能。
再者，使用大量的小射束會提高因為該小射束之間的相互作用(舉例來說，庫侖相互作用(Coulomb interaction))所造成之無法接受之不精確性的風險。此風險可藉由縮短源頭和標靶之間的路徑而降低。藉由在該帶電粒子路徑中使用較強的電場可以達到該縮短目的，其可能係施加較高的電壓於該帶電粒子微影系統中的特定電極而造成的結果。使用高電壓會誘發該微影系統裡面之器件意外被充電的風險，其會危及該系統的可靠度。
最後，藉由增加該微影系統中小射束的數量而導致電流提高會增加電子光學柱中對於壓力的需求。
本發明的目的係提供一種具有大量小射束之帶電粒子多重小射束微影系統，其在壓力以及高電壓管理方面具有改善的效能。為達此目的，本發明提供如本說明書中所述以及隨附申請專利範圍中所主張的一種帶電粒子微影系統以及一種帶電粒子射束產生器。
顯見的係，本發明的原理可以各種方式來實行。
1‧‧‧帶電粒子微影設備
2‧‧‧小射束產生器
3‧‧‧源頭
4‧‧‧帶電粒子射束
5‧‧‧準直器透鏡
5a‧‧‧準直器透鏡
5b‧‧‧準直器透鏡
5c‧‧‧準直器透鏡
5d‧‧‧準直器透鏡
6‧‧‧孔徑陣列
7‧‧‧小射束
8‧‧‧小射束調變器
9‧‧‧小射束遮擋器陣列
10‧‧‧小射束阻止陣列
11‧‧‧小射束偏折器陣列
12‧‧‧投射透鏡配置
13‧‧‧標靶表面
14‧‧‧圖案資料攜載光射束
15‧‧‧光纖陣列
17‧‧‧定位裝置
18‧‧‧虛線盒體
20‧‧‧聚集透鏡陣列
24‧‧‧可移動的平台
60‧‧‧控制單元
61‧‧‧資料儲存單元
62‧‧‧讀出單元
63‧‧‧資料轉換單元
64‧‧‧光纖
65‧‧‧投射透鏡
72‧‧‧準直器
74‧‧‧聚集透鏡陣列
75‧‧‧多孔徑陣列
101‧‧‧主真空腔室
102‧‧‧源頭腔室
103‧‧‧中間腔室
AA‧‧‧第一孔徑陣列元件
MAA‧‧‧多孔徑陣列
105‧‧‧開口
106‧‧‧閥門
106a‧‧‧致動單元
107‧‧‧開口
108‧‧‧開口
109‧‧‧閥門
109a‧‧‧致動單元
111‧‧‧真空抽吸系統
112‧‧‧出口
113‧‧‧唧筒
114‧‧‧出口
115‧‧‧唧筒
117‧‧‧冷凍唧筒屏障
201‧‧‧高電壓屏障配置
203‧‧‧冷卻配置
204‧‧‧冷卻通道
205‧‧‧磁屏障配置
210‧‧‧金屬絲/繞線
220‧‧‧唧筒
230‧‧‧支撐結構
231‧‧‧足部
232‧‧‧球體
240‧‧‧框架
250‧‧‧埠口
251‧‧‧埠口
260‧‧‧凸緣
300‧‧‧準直器
310‧‧‧平板
315‧‧‧結構
317‧‧‧壁部
320‧‧‧彈簧元件
325‧‧‧環圈
340‧‧‧冷卻通道
345‧‧‧蓋板
401‧‧‧主體
402‧‧‧主體
現在將參考圖式中所示的實施例來進一步解釋本發明的各項觀點，其中：圖1所示的係一帶電粒子多重小射束微影系統之實施例的簡化略圖； 圖2A與2B所示的係一主真空腔室中的投射柱的特定器件的簡化圖；圖3所示的係具有一中間真空腔室之帶電粒子微影系統的另一實施例；圖4概略顯示一帶電粒子射束產生器；圖5概略顯示該射束產生器的概要圖式；圖6所示的係在其中提供一磁屏障配置的圖5的射束產生器；圖7所示的係具有真空腔室隔離的圖6的射束產生器；圖8所示的係具有另一種方式真空腔室隔離的圖6的射束產生器；圖9所示的係由一源頭腔室與一準直器以及一磁屏障配置所組成的基本佈局；圖10所示的係一準直器系統的一實施例的剖面圖；圖11所示的係圖10之準直器的高空剖面圖；圖12所示的係在一冷卻配置裡面介於多個彈簧元件和一凹腔之間的可能連接的剖面俯視圖；圖13所示的係一準直器系統的另一實施例的剖面圖；以及圖14所示的係一準直器系統的又一實施例的剖面圖。
下面係本發明之各種實施例的說明，其僅透過範例被提出並且參考上面圖式。
圖1所示的係一帶電粒子微影設備1之實施例的簡化略圖。舉例來說，此等微影系統已經在美國專利案第6,897,458號、第6,958,804號、第7,019,908號、第7,084,414號、第7,129,502號；美國專利申請公開案第2007/0064213號；以及共同待審的美國專利申請案序號第61/031,573號、第 61/031,594號、第61/045,243號、第61/055,839號、第61/058,596號、以及第61/101,682號中說明過，該案件全部已受讓給本發明的擁有人，而且本文以引用的方式將它們完整併入。
在圖1中所示的實施例中，微影設備1包括：一小射束產生器2，用以產生複數道小射束；一小射束調變器8，用以圖案化該小射束，以便形成經過調變的小射束；以及一小射束投射器，用以將該經過調變的小射束投射在一標靶13的表面上。該小射束產生器2通常包括一源頭3，用以產生一帶電粒子射束4。在圖1中，該源頭3會產生一實質上均質、擴展的帶電粒子射束4。下文中，將參考一電子射束微影系統來討論本發明的實施例。所以，源頭3可能係指電子源頭3；而射束4可能係指電子射束4。必須瞭解的係，如圖1中所示的雷同系統可以用於不同類型的輻射，舉例來說，藉由使用一離子源頭來產生離子射束。
在圖1中所示的實施例中，該小射束產生器2進一步包括：一準直器透鏡5，用以準直由該電子源頭3所產生的電子射束4；以及一孔徑陣列6，用以形成複數道小射束7。該準直器透鏡5可為任何類型的準直光學系統。在準直之前，該電子射束4可能先通過雙八極柱(double octopole)(圖中並未顯示)。較佳的係，該孔徑陣列6包括一具備複數個貫穿孔洞的平板。該孔徑陣列6會阻隔該電子射束4的一部分；而該電子射束4的一部分則會經由該孔洞通過該孔徑陣列6，以便產生該複數道電子小射束7。該系統會產生大量的小射束122，較佳的係，約10,000至1,000,000道小射束。
圖1的實施例中的小射束調變器或調變系統8包括一小射束 遮擋器陣列9以及一小射束阻止陣列10。該小射束遮擋器陣列9包括複數個遮擋器，用以偏折該電子小射束7中的一或多者。該經偏折和未偏折的電子小射束7會抵達具有複數個孔徑的射束阻止陣列10。小射束遮擋器陣列9與射束阻止陣列10會一起操作用以阻隔該小射束7或是讓該小射束7通過。一般來說，倘若小射束遮擋器陣列9偏折一小射束7的話，該小射束7便不會通過射束阻止陣列10中的對應孔徑，取而代之的係，會被阻隔。然而，倘若小射束遮擋器陣列9沒有偏折一小射束7的話，那麼，該小射束7便會通過射束阻止陣列10中的對應孔徑。或者，小射束7亦可能在被小射束遮擋器陣列9中的對應遮擋器偏折時通過該小射束阻止陣列10，而且倘若它們沒有被偏折的話則會被該小射束阻止陣列10阻隔。為將該小射束7聚焦在該遮擋器陣列9的平面裡面，該微影系統1可能進一步包括一聚集透鏡陣列20。
小射束調變器8會被排列成用於以控制單元60所提供之圖案資料輸入為基礎來提供一圖案給該小射束7。該控制單元60包括一資料儲存單元61、一讀出單元62、以及一資料轉換單元63。該控制單元60的位置可能遠離該系統的其餘部分，舉例來說，位於無塵室外面。該圖案資料可以透過光纖64來傳輸。該光纖64的光傳送末端可能被組裝在一或多個光纖陣列15中。圖案資料攜載光射束14接著會被投射在被提供於小射束遮擋器陣列9上的對應光接收元件(例如，光二極體)上。此種投射可以直接進行，或者，透過投射系統(在圖1中由投射透鏡65來概略表示)來進行。此種投射系統(例如，投射透鏡65)中的一或多個元件可以在控制單元60的控制下透過一定位裝置17來移動，用以將該資料攜載光射束14正確的對齊及 /或聚焦在小射束遮擋器陣列9中的對應光敏感元件上。
該光敏感元件會被耦合至一或多個遮擋器，並且被排列成用以將光訊號轉換成不同類型的訊號，舉例來說，電氣訊號。圖案資料攜載光射束14可以攜載用於小射束遮擋器陣列9裡面之一或多個遮擋器的資料。該圖案資料因而會透過該圖案資料攜載光射束被送往該遮擋器，以便讓該遮擋器根據一圖案來調變通過此處的帶電粒子小射束7。
從小射束調變器8處送出的該已調變小射束會藉由該小射束投射器被投射在一標靶13的標靶表面上。該小射束投射器包括：一小射束偏折器陣列11，用以在該標靶表面上方掃描該已調變小射束；以及一投射透鏡配置12，其包括一或多個投射透鏡陣列，用以將該已調變小射束聚焦在該標靶表面上。該標靶13通常被定位在一可移動的平台24上，其移動可由一控制單元(例如，控制單元60)來控制。
對微影應用來說，標靶經常包括具備一帶電粒子敏感層或光阻層的晶圓。該光阻膜的一部分會藉由照射該帶電粒子(也就是，電子)小射束而被化學性改質。因此，該膜之被照射的部分將或多或少可溶解在一顯影劑中，從而在晶圓上造成一光阻圖案。該晶圓上的光阻圖案接著會被轉印至一下方層，也就是，藉由半導體製造的技術中已知的植入步驟、蝕刻步驟、及/或沉積步驟。顯見的係，倘若該照射不均勻的話，該光阻便可能不會以均勻的方式被顯影，從而在該圖案中造成錯誤。所以，高品質投射和達成提供可再生結果的微影系統有關。
偏折器陣列11以及投射透鏡配置12可以被整合至單一末端模組之中。此末端模組較佳的係被建構成一可插入、可置換的單元。該可 插入、可置換的單元可能還包含小射束阻止陣列10。
偏折器陣列11可能具有掃描偏折器陣列的形式，被排列成用以偏折通過該小射束阻止陣列10的每一道小射束7。該偏折器陣列11可能包括複數個靜電式偏折器，以便施加相對小的驅動電壓。圖中的偏折器陣列11雖然描繪在投射透鏡配置12的上游處；不過，該偏折器陣列11亦可能被定位在該投射透鏡配置12與標靶表面13之間。
因此，投射透鏡配置12可以被排列成用以在該偏折器陣列11產生偏折之前或之後聚焦該小射束7。較佳的係，該聚焦作用會造成直徑約10至30奈米的幾何光點大小。於此較佳的實施例中，該投射透鏡配置12較佳的係被排列成用以提供約100至500倍的縮小倍數，最佳的係，倍數越大越好，舉例來說，落在300至500倍的範圍中。於此較佳的實施例中，該投射透鏡配置12可有利地被放置在靠近該標靶表面13處。
該帶電粒子微影設備1操作在真空環境中。真空係希望用以移除可能被該帶電粒子射束離子化並且被吸引至該源頭的粒子，它們可能會解離並且被沉積在機械器件上，並且可能會分散該帶電粒子射束。通常需要至少10-6巴的真空。較佳的係，該微影設備1的所有主要元件都被安置在共同的真空腔室中，其包含包含該帶電粒子源頭3的小射束產生器2、該小射束調變器8、該小射束投射系統、以及該可移動的平台24。此等主要元件亦被稱為電子光學柱，或簡稱為柱，並且在圖1中以虛線盒體18來概略表示。
於一實施例中，該帶電粒子源頭環境會被差別式抽真空(differentially pumped)至相當高的真空，高達10-10毫巴。於此實施例中，源頭 3可以被放置在不同的腔室中，也就是，源頭腔室。抽真空降低該源頭腔室中的壓力位準可以下面的方式來實施。首先，該真空腔室與該源頭腔室會被抽真空降低至該真空腔室的位準。接著，該源頭腔室會被額外地抽真空至所希望的更低壓力處，較佳的係，以熟練人士所知悉的方式藉由化學吸氣劑(chemical getter)來進行。藉由使用再生性、化學性、以及所謂的被動性唧筒，例如，吸氣劑，該源頭腔室裡面的壓力位準可以變成比該真空腔室中的壓力位準更低的位準，但是並不需要使用真空渦輪唧筒來達成此目的。使用吸氣劑會避免該真空腔室的內部或緊鄰的外側鄰近區域受到聲音及/或機械性震動影響，其係在使用真空渦輪唧筒或是雷同的裝置來達成此目的便會發生的情況。
圖2A與2B所示的係一主真空腔室中的投射柱的特定器件的簡化圖。圖2A表明該系統中較佳的操作真空壓力為主腔室約2x10-6毫巴、中間腔室約4x10-9毫巴、而該源頭腔室約10-9毫巴。圖2B則顯示該系統中碳氫化合物(hydrocarbon)污染物之典型結果分壓的計算，碳氫化合物分壓在主腔室中為約7x10-8毫巴、在中間腔室中約10-10毫巴、而在該源頭腔室中則約10-11毫巴。
在圖2A與2B中所示的實施例中，該源頭3被放置在不同的源頭腔室102中；而於此實施例中，準直器72以及從第一孔徑陣列元件(AA)至多孔徑陣列(MAA)中的孔徑陣列元件則係被放置在中間腔室103中。一替代實施例還在該中間腔室103中包含小射束遮擋器陣列元件，俾使得該遮擋器陣列元件的該更小孔徑構成該中間腔室與該主腔室之間的開口。於另一實施例中，該第一孔徑陣列元件(AA)構成該中間腔室與該主腔 室之間的開口，剩餘的孔徑陣列元件則被放置在該主腔室中。
圖3所示的係具有一中間真空腔室之帶電粒子微影系統的另一實施例。該微影系統被封閉在主真空腔室101中。該微影系統操作在真空環境中。真空係希望用以移除可能被該帶電粒子射束離子化並且被吸引至該源頭的粒子，它們可能會解離並且被沉積在該微影系統的器件上，並且可能會分散該帶電粒子射束。約2x10-6毫巴的真空為較佳。為維持該真空環境，該帶電粒子微影系統被放置在主真空腔室101中。請注意，圖3為簡化圖，而且圖中沒有顯示該微影系統中通常會被放置在該主真空腔室中的許多器件，舉例來說，短行程晶圓平台以及長行程晶圓平台、…等。
該帶電粒子源頭3被放置在源頭真空腔室102中，而該源頭真空腔室102接著會被放置在主真空腔室101中。這會讓該源頭腔室102中的環境被差別式抽真空至顯著高於該主腔室101的真空，舉例來說，高達10-10毫巴。圖3中雖然僅顯示單一源頭3；不過，該源頭腔室102可以適應於一個以上的源頭。源頭腔室102裡面的高真空可以延長源頭3的壽命，減少該源頭腔室中的氣體干擾該帶電粒子射束的效應，而且在某些類型的源頭中甚至可能需要該高真空方能發揮它們的功能。該源頭通常係電子源頭。可以使用熱分配器類型(thermal dispenser type)的源頭。
源頭腔室中的高真空會導致較少的自由分子在該源頭腔室裡面環行。限制該源頭腔室中的自由分子會限制來自該主腔室的污染物(例如，水蒸汽以及從正在進行曝光之有光阻塗佈的晶圓處被除氣釋放的碳氫化合物會受到限制)，並且減少該源頭腔室中的器件上的電子射束誘發沉積(Electron Beam Induced Deposition，EBID)。
圖3的系統還包含一中間腔室103，被放置在該主腔室101中。於此實施例中，該中間腔室容納該準直系統5(舉例來說，其可能係單一準直器電極或是如圖3中所示的一或多個準直器透鏡5a、5b、5c)以及第一孔徑陣列元件6。額外的孔徑陣列元件可以被包含在該中間腔室中，例如，在圖2A中所示的實施例中。
該源頭腔室和中間腔室可被建構成單一真空腔室，以一壁部將該腔室分割成一用於該源頭腔室的頂端區段以及一包括該中間腔室的底部區段。從該源頭3至該第一孔徑陣列6的距離的典型大小為約300mm。
該中間腔室103中的環境會被差別式抽真空至中間壓力，介於該主腔室的真空位準和該源頭腔室的真空位準之間。舉例來說，該系統可以操作在主腔室位於約2x10-6毫巴處、中間腔室位於約4x10-9毫巴處、而該源頭腔室位於約10-9毫巴處。和該源頭腔室雷同，此高真空會導致較少的自由分子在該中間腔室裡面環行，從而會限制來自該主腔室的污染物(例如，水蒸汽和被除氣釋放的碳氫化合物)，並且減少該中間腔室中的器件上的EBID。
源頭腔室102在該源頭腔室102的壁部中具備一開口105，用以讓該帶電粒子射束4穿透進入該中間腔室103與該主腔室101之中。該源頭腔室可能具備一閥門106，用以於必要時關閉該開口105，也就是，倘若該源頭腔室裡面的壓力位準必須保持在遠低於該真空腔室中之壓力位準的壓力位準處的話。舉例來說，倘若該真空腔室被打開的話，閥門106可能會被關閉，舉例來說，以便達到維修之目的。於此情況中，在該源頭腔室裡面會保持高真空位準，其可以改善該微影設備的停工時間。不需要等 待至該源頭腔室裡面的壓力位準足夠為止，取而代之的係，現在只有該真空腔室必須被抽真空至所希望的壓力位準，該位準高於該源頭腔室中所需要的位準。閥門106受控於一致動單元106a，該致動單元106a可能包括壓電式致動器，舉例來說，Physikinstrumente型號N-214或N-215 NEXLINE®。
源頭腔室102中用以讓帶電粒子射束4穿透的開口105必須為相對大，以便射出大型射束。此開口的尺寸總計為一26mm x 26mm微影系統柱所需要之圓形射束的顯著分率，而且此大型開口太大而無法維持從該主腔室101至該源頭腔室102的大額壓降，也就是，從該源頭腔室中10-9毫巴至該主腔室中2x10-6毫巴的壓力差異。該中間真空腔室103會創造一中間的壓力環境，其會使得可以維持此大額的壓力差異。
該中間腔室具有：一開口107，對應於該源頭腔室開口105，用以准許該帶電粒子射束進入；以及一開口108，介於該中間腔室與該主腔室之間，用以允許該帶電粒子小射束穿透進入該主腔室之中。一閥門109可能會被提供用以於必要時關閉該開口108，舉例來說，倘若該主真空腔室被打開用以達到維修之目的的話。在該中間腔室(以及源頭腔室)裡面會保持高真空位準，其可以藉由縮短抽真空的時間而改善該微影設備的停工時間，因為只有該主真空腔室必須被抽真空至所希望的壓力位準，該位準高於該中間腔室與源頭腔室中所需要的位準。閥門109受控於一致動單元109a，該致動單元109a可能包括壓電式致動器。
中間腔室103可被建構成使得介於該中間腔室與該主腔室之間的開口108係由該第一孔徑陣列元件所形成。藉由形成該中間腔室的壁部的一部分使其緊密配接該第一孔徑陣列元件6便能夠達成此目的。舉 例來說，一凹窩可能被形成在該中間腔室壁部中，用以容納該第一孔徑陣列的外緣。依此方式，開口108的尺寸會大幅地縮小，該開口的區域包括該第一孔徑陣列之該複數個非常小的孔徑。開口108之大幅縮小的尺寸允許在該中間腔室102與該主腔室101之間保持更大的差別壓力。
此微影系統較佳的係以模組樣式來設計，以便允許方便維修。主要子系統較佳的係以自給式且可抽取的模組來建構，俾使得它們能夠從該微影機中移除，而盡可能對其它子系統造成極小的干擾。這特別有利於被封閉在真空腔室中的微影機，其中，接近該部機器會受到限制。因此，故障的子系統可快速地被移除並且置換，而不必中斷連接或干擾其它系統。在圖3中所示的實施例中，此等模組式子系統可能包含：一射束切換模組，其包含聚集透鏡陣列74、多孔徑陣列75、小射束遮擋器陣列9；以及一投射光學模組，其包含射束阻止陣列10以及投射透鏡陣列12。該模組被設計成用以從一對齊框架處滑入與滑出。每一個模組都需要用到大量的電氣訊號及/或光學訊號以及用於供其操作的電功率。該真空腔室內部的模組會從通常被放置在該腔室外部的控制系統處接收此等訊號。該真空腔室包含多個開口或埠口，用以准許攜載該訊號的纜線從該控制系統處進入該真空殼體，同時保持該纜線附近的真空密封。每一個模組較佳的係讓它的電氣佈線連接線、光學佈線連接線、及/或功率佈線連接線聚集繞送經過專屬於該模組的一或多個埠口。這可讓一特殊模組的纜線被中斷連接、移除、以及置換，而不會干擾任何其它模組的纜線。
主真空腔室101具備一出口與真空抽吸系統111。該源頭腔室102可能具備自己的出口112與唧筒113，而中間腔室103可能同樣具備 一出口114與唧筒115。圖中概略顯示的唧筒113與115會將該主腔室中的氣體排至外部。這可能導致震動饋送至該微影系統。在假定腔室102與103中的真空位準的前提下，可以使用化學式或吸氣劑唧筒來捕捉此等腔室中的分子，而不必排至該主腔室外面。冷凍唧筒(cryogenic pump)亦可用於此等腔室，但是，可能因為該腔室的小尺寸的關係而被排除。
在該系統中將壓力位準抽真空可以下面的方式來實施。首先，該主腔室101與中間腔室103以及源頭腔室102會被抽真空至該主腔室101的位準。這可能完全或是主要由該主真空腔室101的抽吸系統111來完成。該抽吸系統111可能具有用於該主腔室之一或多個專屬真空唧筒中的其中一者，或者，一或多個真空唧筒可能在用於數個不同微影系統的數個主真空腔室之間被共用。每一個主腔室可能都有一小型真空唧筒，並且共用一較大型的真空唧筒。能夠使用一個以上的唧筒在該主真空腔室中達成真空便創造真空唧筒冗餘能力，其可以改善真空操作的可靠度。倘若一真空唧筒誤動作的話，另一真空唧筒則會接替它的功能。
該主真空腔室中的真空能夠由渦輪真空唧筒來產生，而且亦可以使用一冷凍唧筒系統(cryopump system)。一水蒸汽冷凍唧筒(舉例來說，具有一或多個冷凍唧筒屏障117的形式)可以包含在該主真空腔室101中，用以捕捉該主腔室中的水蒸汽，以便幫助形成該主腔室中的真空。這會縮小用以產生足夠真空所需要之真空唧筒的尺寸並且縮短唧筒抽真空的時間，並且沒有使用任何移動部件，因此不會引進其它類型低溫(<4K)系統通常會造成的震動。較佳的係，該(等)真空唧筒會先被啟動，接著才啟動該冷凍唧筒系統。在冷凍唧筒系統之前啟動真空唧筒系統可以促成更有效的 真空抽吸程序，並且進一步提高效率，該(等)真空唧筒可能在特定週期(舉例來說，為達到特定預設臨界數值以下之壓力數值所需要的時間)之後和該主真空腔室隔離。在隔離該(等)真空唧筒之後，該冷凍唧筒系統便可以繼續操作，用以完成該真空之生成。
接著，該中間腔室與源頭腔室會額外被抽真空至所希望的較低壓力，較佳的係，以熟練人士所知悉的方式藉由化學吸氣劑來進行。藉由使用再生性、化學性、以及所謂的被動性唧筒，例如，吸氣劑，該中間腔室與源頭腔室裡面的壓力位準可以變成比該主腔室中的壓力位準更低的位準，但是並不需要使用真空渦輪唧筒。使用吸氣劑會避免該真空腔室的內部或緊鄰的外側鄰近區域受到聲音及/或機械性震動影響，其係在使用真空渦輪唧筒來達成此目的便會發生的情況。
該主腔室會先藉由抽離該腔室內部的空氣而被抽真空。該抽真空會藉由使用冷凍唧筒屏障或是雷同的方法盡可能捕捉殘留在該腔室中的分子而繼續進行。這會導致「捕捉」在該主腔室中環行的分子並且防止此等分子進入該中間腔室與該源頭腔室。藉由使用該孔徑陣列中其中一者的孔徑來形成該主腔室與該中間腔室之間的開口，從而縮小該開口的尺寸，該主腔室中的(相對更多)分子進入該中間腔室的機會也會降低。依照相同的方式，介於源頭腔室和中間腔室之間的開口會限制已進一步縮減數量的分子進入該源頭腔室的機會。使用一孔徑陣列來分開該主腔室與該中間腔室允許該腔室之間有較高的壓力差異，並且減少從該主腔室移動至該中間腔室之中以及往前移到該源頭腔室的污染分子。
該主腔室遠大於該中間腔室與源頭腔室，並且含有可能係除 氣釋放之碳氫化合物、水、以及其它污染分子之源頭的許多器件。碳氫化合物之除氣釋放的最密集源頭係來自被該微影系統曝光之有光阻塗佈的晶圓。此等碳氫化合物會與該帶電粒子相互作用，並且形成EBID(電子射束誘發沉積)沉積物。主要的污染成長通常係在該孔徑上，因EBID過程所成長的污染。該電極上的電流密度會遠低於該孔徑上。
該中間腔室藉由限制因污染物和EBID成長所造成的孔徑(尤其是孔徑的邊緣)惡化而提供協助。在射束阻止(其比較靠近該碳氫化合物除氣釋放的源頭)處的污染問題(也就是，該孔徑中會造成小孔徑直徑的EBID成長)雖然比該孔徑陣列處更嚴重，不過，碳氫化合物分壓和EBID成長的效應在遠離該晶圓的孔徑陣列上同樣顯著，並且可能需要清洗該孔徑。藉由在該中間腔室103與該主腔室101之間由該孔徑陣列元件中其中一者的孔徑形成開口108，可以在該源頭腔室與中間腔室以及該主腔室之間保持大額的壓力差異。再者，該中間腔室中的碳氫化合物分壓會非常大幅地降低至非常低的位準，而在該源頭腔室中則會降低至更低的位準，如圖2B中所示。此較低的碳氫化合物分壓會大幅減少該孔徑陣列上以及被放置在此等腔室中之其它器件上的EBID成長。
本發明的概念係將該兩項觀點組合在一種設計之中，俾使得該兩項觀點中的每一向觀點皆符合最小規格，也就是，最大壓力。此等兩項觀點係維持該源頭腔室與該主腔室之間的必要壓力差異以及減少該中間腔室與源頭腔室中污染物之射入，明確地說，藉由降低此等腔室中碳氫化合物分壓以及減少EBID成長。因為污染物(例如，碳氫化合物)的關係對該中間腔室與源頭腔室中之器件造成的污染根據初步計算預期會因使用該中 間腔室而降低100倍。
圖4概略顯示一帶電粒子射束產生器。該射束產生器包括：一帶電粒子源頭3，用以產生一發散的帶電粒子射束；一準直器系統，用以折射該帶電粒子射束；以及一孔徑陣列6。該準直器系統包括一聚焦鏡(Einzel lens)，其包括三個透鏡5a、5b、5c以及另一個透鏡5d。該孔徑陣列6被排列成用以從該源頭3所產生的射束處形成複數道帶電粒子小射束。除此之外，該射束產生器還包括一抽吸系統(例如，圖3中針對中間腔室103所示的抽吸系統)的一或多個開口。該開口可能具有入口的形式，作為一用以連接至(真空)唧筒115的出口(例如，圖3中所示的出口114)。該一或多個開口可能形成該抽吸系統的一集成部分；或者，該一或多個開口可能可以連接至該抽吸系統裡面的一或多個唧筒。於某些實施例中，例如，圖4中所示的實施例，該一或多個開口為一或多個唧筒220的一部分，該射束產生器包含該唧筒220。該唧筒可能為吸氣劑唧筒或是昇華唧筒，例如，鈦昇華唧筒(titanium sublimation pump)。下文中將討論在該射束產生器中包含一或多個唧筒220的實施例。
該準直器系統裡面的一或多個透鏡(通常為透鏡5b與5d)操作在高電壓處，舉例來說，高於500eV的電壓。電極5b(也就是，該聚焦鏡配置的中間電極)可以被用來折射該帶電粒子射束。用於此透鏡的合宜電壓可能為15至25kV，舉例來說，約20kV。透鏡5a、5c可能保持在0V處。另一個透鏡5d可以被用來修正像差，如稍後將進行的討論。透鏡5d可能操作在非常低的電壓處，舉例來說，約1kV。
該系統裡面之非指定器件上出現的高電壓為非所希望，舉例 來說，因為此等電壓會創造額外的電場，其會以令人無法接受且經常為無法預期的方式影響該帶電粒子射束。所以，透鏡5a至5d，且於此實施例還有孔徑陣列6，係被放置在一高電壓屏障配置201裡面，用以遮擋保護該配置201外面的器件，避免受到出現在該屏障配置201裡面的高電壓影響。再者，在使用期間出現的帶電粒子射束也將受到遮擋保護，不會受到從該高電壓屏障配置201外面之位置處所發出的電場影響，該電場可能負面影響該射束的均勻性及/或可能引起額外的像差。較佳的係，該屏障配置201包括一金屬絲網(wire mesh)結構。使用金屬絲網結構取代其中有數個小開口之封閉式結構會使得該屏障配置201裡面的體積能夠更輕易地被抽真空，用以達到合宜的真空壓力。
該一或多個唧筒220被放置在該屏障配置201外面，以便防止該一或多個唧筒被充電。該帶電粒子射束會產生熱，明確地說，因為孔徑平板6的帶電粒子反向散射的結果所造成。因此，該一或多個唧筒220也會被加熱，所以，這會影響它們的效率。其它器件的操作可能也會因加熱而受到負面影響。所以，該射束產生器進一步包括一用以移除熱度(例如，在該準直器系統裡面所產生的熱度)的冷卻配置203。該冷卻配置203包圍該高電壓屏障配置201以及該一或多個唧筒220。因此，該一或多個唧筒220會被放置在該高電壓屏障配置201與該冷卻配置203之間。該冷卻配置203可能包括一或多條冷卻通道204，冷卻液體(例如，水)可以流過該冷卻通道。相較於由導熱材料製成的散熱片，藉由其中有冷卻液體流的冷卻通道來使用主動式冷卻會強化熱傳輸效果。
較佳的係，一磁屏障配置205會包圍該冷卻配置203。使用 磁屏障配置205會阻隔可能影響該帶電粒子射束的外部磁場。較佳的係，該磁屏障配置205包括一或多個壁部，該壁部包括磁導率(magnetic permeability)大於約20,000的磁屏障材料。較佳的係，該磁屏障材料的磁導率大於約300,000。最佳的係，該磁屏障材料還具有低剩磁(remanence)。磁屏障材料的範例包含，但是並不受限於，繆金屬(mu-metal)類型和NanovateTM-EM。
該磁屏障配置205不會阻隔由該配置205裡面的繞線所產生的磁場干擾該帶電粒子射束。舉例來說，此繞線係用以充電電極5b、5d。基於此項理由，該磁屏障配置205裡面的該金屬絲為筆直並且配向在以該準直器系統為中心的徑向方向中。再者，該繞線的方式可以使得不同金屬絲的磁場盡可能彼此抵消。在該磁屏障配置205外面的金屬絲的配向比較不重要，因為由此等位置處的金屬絲所產生的磁場可以被配置205阻隔。請注意，該磁屏障配置205未必需要為一種封閉式結構。尤其是在底部，該配置205可能為開放，在圖4中以虛線表示。
包含高電壓屏障配置201、冷卻配置203、以及磁屏障配置205在內的所有器件可以被放置在一真空腔室101裡面。使用一分離的真空腔室作為微影設備的一部分可以有助於模組式設計。舉例來說，該真空腔室裡面的所有器件接著可以彼此對齊排列並且在運送至製造環境之前進行測試。
圖5概略顯示該射束產生器的概要圖。較佳的係，該源頭3被放置在真空高於該準直器所在之區域103的區域102中。在圖5至8中，該準直器被概略描繪成具有元件符號300的方塊。該準直器係由具有足部 231的支撐結構230來支撐。較佳的係，該支撐結構230具有所謂A形結構的形式。該支撐結構230可能被連接至框架240。為建立真空，該射束產生器包括用於初始抽真空的一或多個埠口250、251。元件符號260表示一凸緣，其可以被排列成用以耦合在冷卻流體及/或繞線中。
圖6所示的係在其中提供一磁屏障配置205的圖5的射束產生器。該磁屏障配置205可能具有圍繞該源頭3與該準直器300的圓柱形盒體的形式，而且頂端被封閉，底部則張開。從圖中可以看見，雖然僅使用屏障配置205，不過其會形成不僅只有磁屏障的阻隔結構。舉例來說，金屬絲以及冷卻流體管便可能無法通過。再者，該屏障配置205較佳的係被安置成使得器件能夠輕易地被置換及/或維修。
圖7所示的係具有真空腔室隔離的圖6的射束產生器。明確地說，一平板310，較佳的係，一金屬平板，會創造一第一真空腔室102與一第二真空腔室103，其中，該第一真空腔室102較佳的係含有低於該第二真空腔室103的壓力。埠口250現在可被用來將真空腔室102抽真空；而埠口251則可被用來將真空腔室103抽真空。該平板受到一環圈325的支撐。
圖8所示的係具有真空腔室隔離之另一實施例的圖6的射束產生器。於此情況中，結構315會被安置圍繞該源頭3，用以創造第一真空腔室102。該結構315可能同樣會受到一環圈325的支撐。
於圖7與8中所示之射束產生器的實施例中，該磁屏障配置205的屏障結構會被中斷。圖9所示的係由源頭腔室102與準直器300以及該磁屏障配置205一起組成的基本佈局，它們被排列成使得該第一真空腔室102與該第二真空腔室103之間的真空裂縫受到限制，也就是，它的負面 影響為可接受。請注意，結構315現在包括介於該第一真空腔室102與該第二真空腔室103之間的另一壁部317。再者，在該屏障作用遭到中斷的位置處，該屏障平板會被形成使得它們的走向彼此平行一段特定的距離以上。
圖10所示的係一準直器系統的一實施例的剖面圖。於圖10中所示的實施例中，該準直器系統包括其中具有一凹腔的主體，其中，該凹腔的結構會被設計成使得該凹腔的表面充當該聚焦鏡的外電極5a、5c。該聚焦鏡的中央電極5b可以藉由多個分隔體，舉例來說，藉由將參考圖11與12進行討論的三或多個彈簧元件，保持在該凹腔裡面的正確位置處。較佳的係，該主體形成冷卻配置203。於此情況中，較佳的係，該主體包括一或多條冷卻通道(圖11中所示)，用以容納一冷卻流體(舉例來說，水)流。
在圖10中所示的實施例中，上電極5a的形狀會進一步被設計成使得被放置在上游處的源頭3受到有效的遮擋保護，不會受到該聚焦鏡之中央電極5b所產生的電場影響。該中央電極5b係被用來折射由該源頭所產生的帶電粒子射束。
該剖面圖進一步顯示該高電壓屏障201和該一或多個唧筒220的存在。最後，在圖10中所示的實施例中，在該凹腔裡面的較低位置處還出現另一電極5d。此另一電極5d可以用於進行像差修正。此電極5d之圖中所示的形狀可以為從該孔徑陣列處反向散射的低能量電子進一步提供一互斥作用力。結果，會有比較少的電子重新進入該凹腔，其會減少EBID。雷同於該聚焦鏡的中央電極5b，該另一電極5d會藉由多個分隔體，舉例來說，藉由將參考圖11與12進行討論的三或多個彈簧元件，被連接至該凹腔。
圖11所示的係圖10之準直器系統的高空剖面圖。該冷卻配置203包括一或多條冷卻通道340，用以容納一冷卻液體流。於圖11的實施例中，該冷卻通道係利用雷射鑽鑿與雷射熔接所形成之具有一蓋板345的多條溝槽。或者，可以藉由本技術中已知的一或多種其它技術，例如，銅銲(brazing)，來製造冷卻通道。該冷卻通道較佳的係還會在垂直方向，如箭頭所示，中進行冷卻。
圖11進一步顯示，用於支撐該準直器的支撐結構230可能具備匹配被放置在預設位置處之球體232的足部231。使用此等球體232會達到讓微影系統中不同模組彼此對齊的目的。
再者，圖11還顯示彈簧元件320，用以連接該聚焦鏡的中央電極5b以及該另一電極5d與該凹腔的表面。此種配置的剖面圖概略描繪在圖12中，其顯示該彈簧元件320的一種可能配向。
圖13與14所示的係準直器系統的替代實施例。於此等實施例中並非運用圖10中所示的單一結構，取而代之的係，該準直器系統包括分開的主體401與402，兩個主體一起形成雷同於圖10中所示並且參考圖10所述的結構。除此之外，在該結構的底端還出現一孔徑陣列6，雷同於圖11中所示的孔徑陣列。
在圖13中所示的實施例中，該聚焦鏡的電極5a、5b、以及5c被形成在單一主體401中。同樣地，另一電極5d和孔徑陣列6係另一主體402的一部分。該主體401與402可以彼此對齊。
在圖14中所示的實施例中，該聚焦鏡的電極5a、5b、以及5c以及該另一電極5d形成單一主體401；而孔徑陣列6則表示為另一主體 402。再次地，該主體401與402可以彼此對齊，以便達到最佳結果。
本文已經參考上面所討論的特定實施例說明過本發明。應該理解的係，此等實施例可以有熟習本技術的人士所熟知的各種修正與替代形式，其並沒有脫離本發明的精神與範疇。據此，本文雖然已經說明過特定實施例；不過，此等特定實施例僅為範例，並沒有限制本發明的範疇，本發明的範疇定義在隨附的申請專利範圍中。
3‧‧‧源頭
5a‧‧‧準直器透鏡
5b‧‧‧準直器透鏡
5c‧‧‧準直器透鏡
5d‧‧‧準直器透鏡
6‧‧‧孔徑陣列
101‧‧‧主真空腔室
201‧‧‧高電壓屏障配置
203‧‧‧冷卻配置
204‧‧‧冷卻通道
205‧‧‧磁屏障配置
210‧‧‧金屬絲
220‧‧‧唧筒

Claims (29)

  1. 一種用於曝光一標靶(13)的帶電粒子微影系統(1)，該系統包括：- 一帶電粒子射束產生器，用以產生一帶電粒子射束；- 一孔徑陣列(6)，用以從該帶電粒子射束形成複數道小射束；以及- 一小射束投射器(12)，用以將該小射束投射於該標靶的一表面上，其中，該帶電粒子射束產生器包括：- 一帶電粒子源頭(3)，用以產生一發散的帶電粒子射束；- 一準直器系統(5a、5b、5c、5d；72；300)，用以折射該發散的帶電粒子射束；以及- 一抽吸系統的一或多個開口；- 一高電壓屏障配置(201)，用以遮擋保護該高電壓屏障配置外面的器件，避免受到該高電壓屏障配置裡面的高電壓影響；以及- 一冷卻配置(203)，用以移除熱度；其中，該等一或多個開口被放置在該高電壓屏障配置與該冷卻配置之間。
  2. 根據申請專利範圍第1項的微影系統，其中，該一或多個開口係一或多個唧筒(220)的一部分，該一或多個唧筒被放置在該高電壓屏障配置與該冷卻配置之間。
  3. 根據申請專利範圍第2項的微影系統，其中，該一或多個唧筒為吸氣劑唧筒或是昇華唧筒。
  4. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項的微影系統，其中，該帶電粒子源頭被放置在一第一真空腔室(102)中，而該準直器系統、該高電壓 屏障配置、該冷卻配置、以及該抽吸系統的該等開口被放置在一第二真空腔室(103)中。
  5. 根據申請專利範圍第4項的微影系統，其中，一孔徑陣列被放置在該第二真空腔室中該準直器系統的下游處。
  6. 根據申請專利範圍第4或5項的微影系統，其中，該第一真空腔室被放置在該第二真空腔室中。
  7. 根據申請專利範圍第4或5項的微影系統，其中，該第一真空腔室與該第二真空腔室被放置在一第三真空腔室中。
  8. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項的微影系統，其中，該高電壓屏障配置包括一金屬絲網結構。
  9. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項的微影系統，其中，一磁屏障配置(205)包圍該冷卻配置。
  10. 根據申請專利範圍第9項的微影系統，其中，該磁屏障配置包括包括繆金屬的一或多個平板。
  11. 根據申請專利範圍第9項的微影系統，其中，該準直器系統包括適合接收超過500eV電壓的一或多個透鏡結構(5b；5d)，且其中，該產生器進一步包括多條金屬絲(210)，用以提供該電壓給該一或多個透鏡結構。
  12. 根據申請專利範圍第11項的微影系統，其中，該磁屏障配置內部的該等金屬絲為筆直。
  13. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項的微影系統，其中，該準直器系統包括一包括三個電極(5a、5b、5c)的聚焦鏡。
  14. 根據申請專利範圍第13項的微影系統，進一步包括一位於該聚焦鏡下 游處的孔徑陣列，且其中，該抽吸系統的該一或多個開口被放置在該聚焦鏡與該孔徑陣列之間。
  15. 根據申請專利範圍第13項的微影系統，其中，該準直器系統包括其中具有一凹腔的主體，其中，該凹腔的結構會被設計成使得該凹腔的表面充當該聚焦鏡的外電極，且其中，該聚焦鏡的中央電極(5b)會藉由用以連接該中央電極與該凹腔之表面的三或多個彈簧元件(320)保持在該凹腔裡面的正確位置處。
  16. 根據申請專利範圍第15項的微影系統，其中，該準直器系統在該凹腔裡面包括另一電極(5d)用於進行像差修正，且其中，該另一電極會藉由用以連接該另一電極與該凹腔之表面的三或多個彈簧元件(320)保持在該凹腔裡面的正確位置處。
  17. 一種使用在根據前面申請專利範圍中任一項之帶電粒子微影系統中的帶電粒子射束產生器，該帶電粒子射束產生器包括：- 一帶電粒子源頭(3)，用以產生一發散的帶電粒子射束；- 一準直器系統(5a、5b、5c、5d；72；300)，用以折射該發散的帶電粒子射束；以及- 一抽吸系統的一或多個開口；- 一高電壓屏障配置(201)，用以遮擋保護該高電壓屏障配置外面的器件，避免受到該高電壓屏障配置裡面的高電壓影響；以及- 一冷卻配置(203)，用以移除熱度；其中，該一或多個開口被放置在該高電壓屏障配置與該冷卻配置之間。
  18. 根據申請專利範圍第17項的產生器，其中，該一或多個開口係一或多 個唧筒(220)的一部分，該一或多個唧筒被放置在該高電壓屏障配置與該冷卻配置之間。
  19. 根據申請專利範圍第18項的產生器，其中，該一或多個唧筒為吸氣劑唧筒或是昇華唧筒。
  20. 根據申請專利範圍第17至19項中任一項的產生器，進一步包括一孔徑陣列(6)，用以從該帶電粒子射束形成複數道小射束。
  21. 根據申請專利範圍第17至19項中任一項的產生器，其中，該高電壓屏障配置包括一金屬絲網結構。
  22. 根據申請專利範圍第17至19項中任一項的產生器，其中，一磁屏障配置(205)包圍該冷卻配置。
  23. 根據申請專利範圍第22項的產生器，其中，該磁屏障配置包括包括繆金屬的一或多個平板。
  24. 根據申請專利範圍第22項的產生器，其中，該準直器系統包括適合接收超過500eV電壓的一或多個透鏡結構(5b；5d)，且其中，該產生器進一步包括多條金屬絲(210)，用以提供該電壓給該一或多個透鏡結構。
  25. 根據申請專利範圍第24項的產生器，其中，該磁屏障配置內部的該等金屬絲為筆直。
  26. 根據申請專利範圍第17至19項中任一項的產生器，其中，該準直器系統包括一包括三個電極(5a、5b、5c)的聚焦鏡。
  27. 根據申請專利範圍第26項的產生器，進一步包括一位於該聚焦鏡下游處的孔徑陣列，且其中，該抽吸系統的該一或多個開口被放置在該聚焦鏡與該孔徑陣列之間。
  28. 根據申請專利範圍第26項的產生器，其中，該準直器系統包括其中具有一凹腔的主體，其中，該凹腔的結構會被設計成使得該凹腔的表面充當該聚焦鏡的外電極(5a、5c)，且其中，該聚焦鏡的中央電極(5b)會藉由用以連接該中央電極與該凹腔之表面的三或多個彈簧元件(320)保持在該凹腔裡面的正確位置處。
  29. 根據申請專利範圍第28項的產生器，其中，該準直器系統在該凹腔裡面包括另一電極(5d)用於進行像差修正，且其中，該另一電極會藉由用以連接該另一電極與該凹腔之表面的三或多個彈簧元件(320)保持在該凹腔裡面的正確位置處。
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