TW439098B - Lithography device for carrying out projection lithography by means of charged particles and method of manufacturing an integrated electronic circuit - Google Patents

Description

^ 909a A7 ____B7_ 五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種微影裝置，用於藉由帶電粒子執行投 射微影’該裝置包含一成像粒子光學系統，用於使一微影 物件結構成像於一微影成像表面上。 此型式之一裝置可由SPIE會刊厂電子束源及帶電粒子光 學器材」之文章而得知，其係於199:5年7月ι〇_ μ由W-K. Waskiewicz等人所寫，名稱為「用於SCALPEL觀念驗證工 具的電子光學設計」’發表於1995年SPIE第2522卷。 粒子光學成像’較顯著者為電子光學成像，可以用於極 小結構一諸如積體電子電路或此電路之遮罩的微影製造， 而解析度小於光的波長。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 ----------^------ΐτ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 微影物件結構之藉由電子成像於一微影成像表面原則上 可以—方式執行：循序及非循序„在循序成像的事例中， —電子源的射出表面’或其一部分，以—強烈減少的比例 成像於微影成像表面上，而其上正待提供待形成的微影結 構。電子源的此影像（「光點」）藉由-例如，撓性線圈_移 過4物件，在該移位期間’電子束係空的或不空。於是， 待成像之圖案的像去循序窝於微影成像表面上。當微影結 構的尺寸更大，此結構的掃描窝入將需要顯著更多的時 間，即，時間的増加成比例於結構的表面積。因為目前在 積體電路技術中，有一強烈的傾向以成像於逐漸增大的結 構，則積體電路生產期間的生產力強烈減少，以致於此成 像方法逐漸更加被人排斥。 在非循序成像的事例中，待成像的微影物件結構由電子 束均勻照射，且一聚焦透鏡系統用於形成微影物件結構之 -4 · 本紙乐^5^通用中關家標準（CNS > Α4胁（21GX2^7公釐1 經濟部t央標隼局員工消费合作社印製 4 ci 90 98 A7 _____ B7 五、發明説明（2 ) 一影像，縮小或未縮小，於微影成像表面上。待成像之圖 案的像素於是同時，即，非循序，投射於微影成像表面 上°所以，此微影方法也稱為投射微影。 所引fcL的文章說明一投射微影方法，其中一微影物件結 構藉由一轉動對稱電子透鏡系統成像於一微影成像表面 上此微影物件結構可以藉由一（較大）微影遮罩的提供 而形成，遮罩係待成像於—微影成像表面上，以自彼產生 真實（小很多）的微影遮罩。待成像的微影物件結構也可以 由真實遮罩形成，其接著成像於微影成像表面上（在該事 例中係一晶圓）’以自彼形成積體電路。此習知的微影方 法稱為SCALPEL®(「以角向限制投射電子束微影散 佈」）。其中之電子透鏡的成像系統由具有一轉動對稱透 鏡場的二電子透鏡形成，其—起構成一望遠鏡系統。 在本發明的内文中，應瞭解，—望遠鏡系統係意謂一透 鏡系統，其將一入射的平行束轉換為一平行的外放束。此 系統之一最簡單形式由具有一共同光學軸線的二透鏡组 成’ 一透鏡的後焦點重合於另一透鏡的前焦點，與所引證 的現行技藝系統之事例相同。投射微影需要一望遠鏡系 統’因為一較大的微影物件結構（直徑的大小等級為1公 厘）必須完成成像於微影成像表面上β該結構的邊緣原則 上必須與其中心一樣尖銳’其意謂在待成像之結構邊緣的 成像缺陷可能幾乎不大於在中心部分者^只有當成像系統 係望遠鏡系統時，此條件才可圓滿地滿足，以致於就本發 明而言，藉由此一系統執行成像是很重要的口 -5- 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS) A4規格（210 XW7公釐） ---------裝------訂------. {請先«讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 3 g Ο 9 g jjr A7 五、發明説明（3) 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 在^投射微影產生積體電路期間，生產力是由電 小決定，以照射待成像之微影物 以，在積體電路製造的事例中# 稱（所 彳T 1乐待成像的遮罩）。 ::電流有一限制’因為電子束中的電子互相排斥(所謂 庫倫作用)而導致電子束中的電子之能量散佈及電子(束畸 變m電子束中的電流更大，則二效應更大，且2 成像系統的成像缺陷。成像缺陷可能不超過一特定值，以 致於電子束中的電流亦有一上限，即，待製造的積體電路 之生產力亦有一上限。 在電子束中的電子間隔小之處，gp，在電子束的交又 域，所述排斥效應在該部分的電子束最強。在所引證的 仃技藝系統中，此一交叉發生在一起構成望遠鏡系統的 圓形透鏡之間，即，在二透鏡的重合焦點區域。縱然交〜 也可能形成於望遠鏡系統前方的電子束中，此交叉對於 (幾何）成像缺陷沒有影響，因為它們位於電子束的照射部 分中，且未發生於物件（微影物件結構）及影像（微影成像 表面）之間的成像束路獲中。 本發明之一目的係使電子束中之電流的該限制較不 重，即，增加積體電路製造期間的生產力。 為此目的’依據本發明的微影裝置之特徵為粒子光學 統包含至少五個四極，該四極的相鄰四極每次互相垂直 延伸，該四極的強度及位置係俾使，微影成像表面上之 影物件結構的成像係有記號的，且系統在X - Z平面及y 平面是可伸縮的。 區 現 叉 嚴 系 而 微

Z ---------裝-- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 i k -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 439098 經濟部中央梂举扃貝工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（4 ) 由粒子光學可知，四極場施加純收歛效應於一包含光學 軸線4第一平面（收歛平面）中的帶電粒子束，然而，其在 一垂直於彼而延伸且包含光學軸線的平面（發散平面）中有 純發散效應。在本發明的内文中，應暸解，互相垂直延伸 的四極係四極系統，其中一個四極的收歛（發散）平面垂直 於另一個四極的收歛（發散）平面而延伸。 本發明係根據對於以下事實的瞭解，藉由多於—的四 極’原則上可以形成一有記號的影像。藉由一系統，其在 X-Z平面及y-Ζ平面是可伸縮的’以實現此影像，使所欲 的高解析度可在影像的邊緣達成。 此外’四極的使用提供额外的利益，即，與圓形透鏡相 比’只有少數功率損耗在產生場的極片繞组中D此係由於 眾所週知的粒子光學事實’即’四極可達成強的透鏡效 應，而使用較少數目的安培圈，故功率損耗低。所以，這 些繞組僅導致些微的溫度増加’以致於熱膨脹所致的機械 變形保持為有限。 注意’由02.06.95公告（16.11.93申請，公告號碼7_ 1423丨8)的曰本專利申請案5-28^48，已知其本身係藉由 四極使一交叉畸變’以抵抗在一橫過透鏡系統的電子束中 之庫儉作用，四極係配置在交叉區域以形成一具有放大的 束剖面之束結構。然而，由引證文件而知的成像系統意圖 形成一應用於循序成像的光點形狀（所以是微影成像表面 的掃描曝光）。此習知系統包含轉動對稱透鏡及四極，依 據引證文件所述的方法’所欲的光點形狀之獲得係藉由使 本紙張尺奴财關家鮮（CNS ) A4规格(210X297公釐) ---------I------1T------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 098 iSO五、發明説明（5 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 一第二束限制間隙，接著使此總成成 像於-⑹成像表面上。顯然’此並非投射微影，所以， 引證又件並未有任何提示提到需要何步驟，以藉由獨特的 四極-其並且構成一望遠鏡系統_執行投射微影。 當採取依據本發明的上述步驟時，亦可達成的是，影像 係轉動自由，即，微影成傻类& 於凤像表面上的影像已未相對於微影 物件結構轉動’而與四極的激勵無關。此大致上簡化待使 用裝備的對準。 在依據本發明之微影裝置之一較佳實施例中，自微影物 件結構至微影成像表面的χ放大率等於y放大率。一般而 言，當四極用於一有㈣的影像時，乂方向的放大率盘y 方向的放大率有異。在此事例中，將需要額外的步驟以 補償如此引起的畸變，例如’藉由待成像物件的一先前畸 變。該步驟的結I，獲得一非畸變的影像，以致於此額外 步驟可以省略。 在依據本發明之微影裝置之又一較佳實施例中，成像粒 子光學系統的各種參數具有如申請專利範圍第3項所述的 值。 本發明將參考圖而詳細說明如下，其中對應的參考號碼 標示對應的元件。其中： 圖1示意表示依據現行技藝之成像粒子光學系統，其用 於使一微影物件結構成像於一微影成像表面上； 圖2示意表示一成像粒子光學系統，其設有五個依據本 發明的四極。 -8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) 裝· 丁 i 43 9098 ΑΊ Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 、發明説明（6) 主要元件符號說明 A (遮罩14與四極32間之)距離 a (四極32與四極34間之)距離 b (四極34與四極36間之)距離 c (四極36與四極38間之)距離 D (四極40與成像表面16之)距離 d (四極38與四極40間之)距離 di (遮罩14與透鏡10間之)距離 (透鏡12與晶圓16間之)距離 2 電子源 4 光學軸線 6 透鏡 8 透鏡 10 (電子)透鏡 12 (電子)透鏡 14 物件(或遮罩） 16 成像表面(或晶圓） 18 交叉 20 光束截面 24 膜片 26 孔徑角 28 照射束 30 成像束 32 四極 9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 29?公釐> ^—.1· n —I— ^^^^1 ^^^1 UK I'*,6C ^^^^1 ^^^1 ^^1 n^—-·.> Tp^-5 (請先閲讀背面之注意事項再填耗本頁) 43 9098 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（ 34 四極 36 四極 38 四極 40 四極 42 (束限制)間隙 44 (束限制)間隙 圖广，表了玉見行技藝成像粒子光學系統，其用於使 -微影物件結構成像於—微影成像表面上。此圖中，一電 子束由—電子源2產生4子束沿著—光學軸線4行進通 過透m所示⑽也由二圓形（即’轉動對稱）透鏡8 及ίο組成，其軸線重合於系統的光學軸線二透鏡1〇及 1 2將待成像的微影物件結構1 4 -例如，—微影遮軍_成 像於微衫成像表面16上，例如，於其上待形成積體電 路的晶圓》所示系統中，透鏡1〇的焦距f〗等於16〇公厘， 如同自遮罩14至透鏡1〇的距離di。透鏡12的焦距匕等於 40公厘’如同自透鏡12至待照射晶圓16表面的距離d2 β 由這些號碼可知，遮罩以達到16〇:4〇 = 4· i的縮小因子成像 於BB圓上。當二透鏡的孔與間隙之直徑比（孔與間隙比）選 擇為相等且這些透鏡的激勵相等但相反時，此系統幾乎不 造成影像轉動或無影像轉動。 待成像於晶圓1 6表面上的遮罩1 4之照射係藉由二電容 器透鏡6及8，其形成一或多或少平行而寬度約為1公厘的 光束截面20的區域，即，於遮罩14的區域。此圖也顯示 一圓形束限制膜片24，其在透鏡10及12之重合焦點區域 -10- 本紙張尺度適用中囡國家標隼（cm) a4规格（2ΐ〇χ29?公釐〉 I I n 11 1111iT-~ I I n I 体 (錆先Μ讀背面之注意事項存填寫本萸) 43 9098 經濟部中夹搮準局员工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 的直徑為160微米。由透鏡1〇之焦距1的所述值及膜片 24的直獲也可知，電子束的孔徑角26等於^毫篮（1〇 _3 rad) ° 圖1顯不二束路徑：照射束2 8的束路徑（以實線顯示）及 成像束3 0的束路徑（以虚線顯示），雖然照射束及成像束 非分離的束’而是形成自源2發出的電子束之部分，二想 像束2 8及3 0之間有區別，以說明不同的功能（照射及成 像）。照射束2 8的光經由電容器系統6 ' 8平行入射於遮軍 14上。平行光經由透鏡1〇聚焦於此透鏡及透鏡I?的共同 焦平面，之後，它們自透鏡丨2再平行射出，以行進於成 像表面16的方向。經由電容器系統6、8，成像束30的光 以非平行方式入射於遮罩14上。結果，遮罩14由透鏡1〇 成像於無限遠處’即，自遮罩14之一給定點射出的光自 透鏡1 0以平行束射出。透鏡i 2將此平行束聚焦於成像表 面16'上’其與透鏡12的後焦點重合.於是，由束28照射 的遮罩14成像於成像表面16上。 在一起構成望遠鏡系統的二透鏡1〇及12之間，一交又 18形成於二透鏡的重合焦點區域。於是，二透鏡1〇及12 間之電子的最高空間集中發生於束路徑中的此點，所以係 在圓形束限制膜片24的孔徑中，其直徑為160微米。膜片 24的尺寸由所需要的成像束孔徑角決定，該孔徑角本身 由允許的成像缺陷造成，所以是由所欲的影像解析度造 成。 圖2示意表示一成像粒子光學系統’其包含五個依據本 -11- 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (请先閲讀背面之注項存填寫本頁) 装·

,1T 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 43 9098 A7 B7___ _____ 五、發明説明（9 ) 發明的四極32、34、36、38及4 0。此圖顯示通過系統而用 於x-z平面及用於y-z平面的束路徑，照射束28的束路徑 由實線代表，而成像束30的束路徑由虚線代表，如圓1 > y-z平面的束路徑與y-z平面的束路徑之比較顯示，無論 在何處，當成像線2 8形成一焦線於X - z平面（例如，在四 極34及38)，此束並不形成一焦線於y-z平面中，反之亦 然。此意謂，並非具備強烈集中空間電荷之交叉，如圖1 的交又1 8，而是形成空間分離的焦線，其具備低很多的 空間電荷集中。 圖2所示系統的物理尺寸由六尺寸參數A、a、b、c、d及 D定義，其具有下.列意義： A=遮罩14及第一個四極32之間的距離， a =第一個四極32及第二個四極34之間的距離， b =第二個四極34及第三個四極36之間的距離， c=第三個四極36及第四個四極38之間的距離， d =第四個四極38及第五個四極40之間的距離， D =第五個四極40及成像表面16之間的距離。 自遮罩14至成像表面16的系統角向放大率假定等於 Μ。此外’系統係可伸縮亦為一先決條件當此一系統的 該五成像參數之二（例如，b及D指定）時，剩餘三參數的 值可以決定。如果一系統滿足轉換矩陣T，則其為可伸縮：

"12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS> Α4規格（210Χ297公釐） 1111111[· 裝—™— I —* I I 訂 β, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 3 9⑽ 8，五、發明説明（10) A7 B7 現在可以證明，以下要求能夠藉由下列關係（2 ) - ( 5 )而 滿足： Λ -2DM2 (1 — Μ) ·<〇(! +M2- C) 2(1 * Μ) Γ (2) a = b -2Μ+ C 2 ( X + A/) (3) c = b7} (4) d = b -2M+ C 2M2{1+M) (5) 在這些式子中，C = V(M + 6M2+M3)"就相關的透鏡激勵 而言，其滿足q 1 = a (見式（3 ) ; q !因而係焦距）， qs = d(見式（5))，至於q2-q4，其滿足： 2ah _ h -2M + C σ, = -z ~ Ω a+b ⑹ be b*c b ⑺ ---------裝·'..-----訂------線1令 (請先閑讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝 2cd b

2M+ C (S) c+d Μ { M1 W + C) -13- 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210 X 25>7公釐）

Claims (1)

1. 43B09Q ABCD 1. 申請專利範圍 一種利用帶電粒子執行投射微影之微影裝置， 該裝置包含-成像粒子光學系統，用於將—微影物件結 構（1 4 )成像於一微影成像表面（〗6 )上， 其特徵為粒子光學系統包含至少五個四極（32、Μ、 36、38、40)， 該四極的相鄰四極每次互相垂直而延伸， 該四極的強度及位置係俾使微影成像表面（10)上之 微影物件結構（1 4)的成像係有記號的，且系統在χ_ζ 平面及y-z平面是可伸縮的。 2. 如_清專利範園第1項之微影裝置，其中自微影物件結 構至微影成像表面的X放大率]^^^等於y放大率My β 3. 如申請專利範圍第2項之微影裝置，其中下列四關係存 在於粒子光學系統的各尺寸參數（A，a，b，c，d，D)之 間： > _ ~2 0MZ (1 * M) + b ( X + 4Μ + Af2 - c ) 2 ( 1 + AT) " ' (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) % (1) a = b - 2M + C 2 (1 +ΛΠ (2) 經濟部中央標隼局貝工消费合作社印製 b (3) d = 2M+ C 2M2 (1 ^ M) (4) •0s* \ -16 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS > A4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央棹準局負工消費合作社印製 4^B09q a8 w B8 C8 D8 "* - . — _ 六、申請專利範圍 其中： M =自微影物件結構（14)至微影成像表面（16)的角向 放大率， C = / ( Μ + 6 Μ 2 + Μ 3 ) 微影物件結構（14)及第一個四極（32)之間的距 離， a=第一個四極（32)及第二個四極（34)之間的距離， b=第二個四極（34)及第三個四極（36)之間的距離， c =第三個四極（36)及第四個四極（38)之間的距離， d =第四個四極（38)及第五個四極（40)之間的距離， 第五個四極（40)及微影成像表面（16)之間的距 離。 4. 一種製造積體電子電路之方法，其中藉由一帶電粒予 束，一微影物件結構（1 4 )的投射微影影像形成於一微影 成像表面（16)上，形成部分的積體電子電路，該影像藉 由一成像粒子光學系統而實現， 其特徵為 成像束承受第一至第五個四極場的效應，且包含彼，其 形成部分的粒子光學系統，該四極場的相鄰四極場每次 互相垂直而延伸， 該四極場的強度及位置係選擇為俾使，微影成像表面 (16)上之微影物件結構（14)的成像係有記號的，且系 統在X-Z平面及y-Z平面是可伸縮的。 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中該四極場之強度及 -17· 本紙張尺度適用中國國家梯率（CNS ) A4规格（21 〇 X 297公羞） ---------^------4?------各： f靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 43 90 98 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 位置的選擇能使自微影物件結構至微影成像表面的又放 大率Mx等於y放大率My〇 6.如申請專利範圍第5項之方法，其中粒子光學系統的各 尺寸參數（A，a，b，c，d，D)的選擇能使下列四關係存 在於這些尺寸參數之間： -2DM3(1+M) +b(l*4M->-M2~C) A ⑴ -2,.C 2(1+W) (2) —^ I. (請先聞讀背面之注f項再填寫本頁} b '~R (3) d=b. -2M+C 2M2(1+M} ¢4) 訂 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印裝 其中： 〇dX M =由成像粒子光學系統自微影物件結構（14)至微影 成像表面（16)的角向放大率， C = /*(M + 6M2 + M3) A =微影物件結構（1 4 )及第一個四極場中心之間的距 離， a =第一個四極場中心及第二個四極場中心之間的距 離， b =第二個四極場中心及第三個四極場中心之間的距 離， c =第三個四極場中心及第四個四極場中心之間的距 -18 本紙珉尺度逋用申國國家梂準（CNS ) A4規格（2丨0X297公簸） 43 90 98 A8 68 C8 D8 六、申請專利範圍 離， d =第四個四極場中心及第五個四極場中心之間的距 離， D =第五個四極場中心及微影成像表面（1 6 )之間的距 離。 裝 i !* Μ C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 -19- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4洗格（210X297公釐）