TW476979B - Charged particle beam exposure apparatus and method - Google Patents

Description

476979 五、發明說明（1 ) 本發明係有關於一種使用帶電粒子束，例如電子束等 之曝光方法及曝光裝置，尤有關於-種曝光方法與曝光裝 置，於該裝置中積存污染物所引起的電子束漂移乃可被消 減，故旎長時間保持精癌的曝光圖案者。 隨著積體電路整合程度的提高，乃需要更高水準的圖 案曝光技#ί而圖案曝光技術的極限則被曝光技術所園 限。以傳統的光曝照技術已難以達成更高水準的圖案曝 光，故乃需要一種新的曝光技術。使用帶電粒子束例如電 子束的曝光技術，能比使用光的曝照技術曝光更微細的圖 形’而幾乎可被視為下一代的曝光技術。 本發明雖亦可使用電子束以外的帶電粒子束來曝光， 但將以電子束為例來作說明。在電子束曝光裝置中，電子 係由一電子鎗所產生，並被一電場加速而產生一電子束。 該電子束的形狀和方向，會被設在一透鏡筒内的電磁透鏡 或偏導器所控制。該電子束能以各種不同的方法來成型。 但是，通常該電子束會被以一矩形的第一孔隙成型為矩 形’再被以一第二孔隙或一消隱孔隙陣列（ΒΑΑ)光罩（一般 稱為透射光罩）來成型為一曝光束。如此被成型的電子束會 被一偏導器所偏導，而照射在一樣品例如晶圓或網狀罩體 上。該等曝光的圖案將會連接而形成一所要的圖形。在電 子束曝光操作中，係能以0·02μηι的定位精確度來製成小於 0·05μηι寬的圖案。 但是’該電子束曝光裝置會有一個問題，即該電子束 的照射位置會隨著時間而改變，故該曝光圖形會變差。此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------^衣 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線0· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 476979

電 的 子束照射位置的偏移即稱為電子束漂移。而電子束漂移 主要原因係為充電漂移，其乃由於累積在靜電偏導電極 之π染物上，或位於該樣品附近的透鏡筒底部處之電荷所 產生的電場所致。該樣品的表面一般係塗敷_層有機材料 的光阻膜，而以高能電子束照射該有機材料所產生的氣 體，或該氣體中之碳成分等，則會附著於周邊構件的表面 上。因此，具有非常高絕緣性的污染物將會產生於該等構 件的表面上。反射電子與次級電子的電荷將會累積在該等 污染物上，而產生一電場。該輻射電子束會彼此電場所偏 導，而使該電子束照射的位置改變。該等雜質甚至會產生 在遠離該樣品之處，但污染的程度會隨著遠離該樣品之距 離而減少。 過分的電子束漂移將不可能進行正常的曝光，因此該 等雜質必須被清除。日本未審查的專利公開案（Ko㈣第 61-20321號及6-325709號等，乃揭露一種清理雜質的方 法，其中該曝光裝置的操作會被暫時中止，而氧會被注入 該曝光裝置的真空室中來產生電漿，各構件的表面會被由 此所產生之電漿灰化成氣體，再將該氣體釋放於外部而來 除去其表面污染雜質。但是，該方法須要暫時地中止曝光 裝置的操作，俾將氧注人其中。此不僅會大大地減少該裝 置的利用率，亦會使該等構件表面的鍍層退化。 另一方面，Kokai第9-25981 1號乃揭露一種方法，其中 係將臭氧注入該電子束曝光裝置之真空室的至少一部份， 而在曝光的同時來清除雜質。被注入真空室的臭氧會被曝 -------------Μ--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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476979 A7 五、發明說明（3 ) f用的電子束激活而改變成氧基，其會使構件表面上的雜 質·氣化。該氣體嗣會被排出。該氧基的產生乃視電子束的 I 強度而疋。由於該電子束的強度會從該裝置的一部份到另 一部份而有所不同，故在該真空室的不同部份中會被注入 不同量的臭氧。 第1圖乃示出一用來將臭氧供AK〇kai第9_25981 1號所 揭之電子束曝光裝置的機構之結構例。氧氣會由一氧氣筒 51被供入一臭氧產生單元（臭氧化器）52。該臭氧化器％例 如為Siemens ozone tube，其係一種泛用習知的裝置，故不 在此詳細說明。總之，該臭氧化器52會由所供人的氧來產 生臭氧，並形成氧與臭氧的混合物（混合氣體）。此混合物 《有激活的氧（氧基）。在該混合物中之臭氧濃度—般約為 10% 〇 該臭氧混合物會被送至質流感測器“以，並被注入該 電子束曝光裝置之柱筒10内的真空室中。有一可產生、成 型及偏導該電子束的電子束光學系統，及一可固持並移動 該樣品的移動機構，乃被設在該真空室中。該真空室的内 部係保持在約IxlO·4巴斯卡（Pa) (lxl〇_6 T〇rr)的低壓（真 空）。故，在該真空室内的大部份氣體即為氧與臭氧的混合 物。當在真空室中的氣體被真空泵p排出時，則該混合物 會由MFS供入，而使該真空室内部保持於前述的低壓。當 在曝光時，該電子束會轟擊臭氧氣體而產生氧基，其將會 除掉雜質。 由該臭氧化器52供至該MFS的混合物，有部份將經由 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 6

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4MFS左人真空室中’而其大部份會被送至—臭氧處理單 ㈣，並被處理還原為氧再釋放於大氣中。在該臭氧化器 52所供應的氧與臭氧混合物中，其粒子會互相轟擊並再結 合，而臭氧會還原成氧分子。故，臭氧的濃度會隨著時間 而減低。因此’當該混合物在臭氧化器52中產生之後，必 須立即供至該MFS中。 於該電子束曝光裝置中’該電子束會被產生，而有— 圖案會被該電子束料光，目此該A空㈣㈣最好能保 持一高真空狀態。在〖心“第9_25981 1號案中所揭的電子束 曝光裝置’臭氧會被注入真空室内，俾能產生氧基，即使 正在曝光操作中。不過，注入的臭氧量最好要儘可能地少， 俾能使該真空室内部保持在高度真空狀態。但是，注入該 真空室之-少量過多的臭氧，即會造成使污染物不能被完 全除掉的問題。注入該真空室内之混合物中所含的氧，並 不會全部地投入於產生氧基，而氧基的產生係有賴於臭氧 之里。因此，藉著提高該混合物中的臭氧濃度，則產生氧 基的量乃可增加，並保持該真空室内部之高真空狀態。但 是，由前述傳統臭氧化器所獲得的氧與臭氧之混合物中， 其臭氧濃度係約為10%，且在由該臭氧化器注入真空室時 會減低。因此，問題即在於，被注入真空室内的混合物之 臭氧濃度不能被提高。 在第1圖中’該臭氧化器52所產生之含有臭氧的混合 物，會同時被送至該臭氧處理單元53與MFS處。因此，該 混合物必須被置於壓力下。而高濃度的臭氧是有危險的。

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 476979 A7 五、發明說明（5 ) 所以，由该臭氧化器52產生之含臭氧的混合物，在臭氧處 理單το 53中被還原為氧之後，將會被釋放於大氣中。但是， 由該臭氧化器52產生之含臭氧的混合物，在被加壓並送至 該MFS及臭氧處理單元53時，亦可能會外茂於大氣中。 頁 由該臭氧化器52供至該MFS的混合物，僅有一小部份 會通過該MFS被注入真空室中，而大部份的混合物會被送 ^該臭氧處理單元53，於該處其會被還原成氧並釋放於大 氣中。於此過程中，在該臭氧化器52内所產生之含有臭氧 的氧化物，只有-小部份會實際被使用到，而該混合物之 極大比例的部份則被浪費掉了。具體而言，相較於實際上 被注入並使用於該真空室内的臭氧濃度，其作為原料:供 應及消耗的氧量係相當地大，因此該氧原料的成言。 本發明的目的即為解決前述之問題，並提供一種^電 ^子束曝光方法及裝置，其可在以少量的氧來進行曝光 日”错將面濃度的臭氧注入該真空室的至少一部份，而能 除去構件表面上的雜質，並儘量減低臭氧外线於大氣中的 危險。 到上述之目的’依據本發明之_態樣，乃在提 =:電粒子束曝光方法與裝置，其中於減壓狀態下所 產生勺臭氧會被〉主入該曝光裝置的真空室内。 具體而言，在本發明之該帶電粒子 壓的臭氧會被注入該真空室的至少一部份；、法中’低 該帶電粒子束曝光於該樣品上。即， ®案會被 氣屋力的低壓下來被產生。 以孔係在—低於大 (210 x 297 公爱） 本紙張尺度賴中國國雜準（CNs)A4g A7 A7 五、發明說明（ 6 ) 依據本發日月$ g At (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之另一怨樣，乃在提供一種帶電粒子束曝 I A包含-第-真空室，-真空泵可抽空該真空室 一：’ -帶電粒子束光學系統，可在該第一真空室内產生 兩。電♦子束，並以該帶電粒子束來在一樣品上曝光一所 ^圖案’及_臭氧供應機構’可當在該帶電粒子束光學系 =的，品上被曝照圖案時，將低壓臭氧注入該真空室的 ,、 伤而°亥臭氧供應機構含有一第二真空室，其内 卩係保持低於大氣壓力的壓力，及_臭氧化器，可在該第 八二至内，將至少一部份由一供應口供入的氧臭氧化， 在攻第一真空室内以低壓所生成的臭氧，會被供入第一 真空室内部的至少一部份。 依據本發明，係在比大氣壓力更低的壓力下來產生臭 氧，並注入該裝置的第一真空室中。在一低壓下，粒子的 平均自由路較長，且粒子互相轟擊的機會較低。因此，所 生成的臭氧較不會如在正常壓力下一般易被消滅，而使其 月匕產生含有南濃度臭氧的混合物。而氧基的狀況亦相同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裳 故’在該真空室内之臭氧量將可增加，而不必降低該第一 真空室内的真空度。在該第一真空室中所產生的氧基量乃 視臭氧量而定’因此產生更大量的氧基而不減少該第一真 空室内的真空度，將可獲得更強的清潔作用。相反地，當 藉產生相同量的氧基來維持同等的清潔能力時，將得以改 善其真空度。 因臭氧係在低壓下來產生，因此臭氧濃度可保持一段 長時間。又，在低壓下，其流量率會反比於壓力而增加。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 發明說明（7) 因此臭、氧由第一真空室達到第一真空室所需的時間很 短，故而會消除臭氧濃度減少的問題。此外，在低壓下產 生的臭氧較不會有外洩的危險。 在第二真空室中的壓力會被保持高於第一真空室中的 壓力。具體而言，最好係選擇適於產生臭氧的條件。 假使第二真空室中的壓力被一第二真空室所減低，則 有可為控由第一真空室供入第一真空室的臭氧與氧基之 量的流量率調控閥，會被設在該第二與第一真空室之間， 而可控制注入第一真空室中的臭氧。 或者，亦能以一導管來連接該第二與第一真空室，並 利用可抽空該第一室的真空泵來減降第二_室的壓 力在本例中，諸如邊導管的截面積與所供應的氧量等條 件，s被適當地設成可確保第二真空室中所需的壓力。 圖式之簡單說明·· 本發明之特徵及優點等，將可由以下說明配合所附圖 式而更清楚地瞭解，其中·· 第1圖係不出傳統的電子束曝光裝置之臭氧產生單元 的構造不意圖，其中該臭氧會在曝光時被注入一真空室的 至少一部份； 第2圖為本發明第一實施例之電子束曝光裝置的構造 示意圖； 第3圖為該第一實施例之臭氧產生單元的構造示意圖； 第4A與4B圖乃示出在習知技術與該第一實施例之間 所測得之臭氧量差異圖；及 476979 A7 五、發明說明（8 ) 第5圖為本發明第二實施例之電子束曝光裝置的構造 示意圖。 第2圖係示出本發明第一實施例之電子束曝光裝置的 整體構造。該第一實施例之電子束曝光裝置，乃包含對前 述之Kokai第9-259811號案中所揭的電子束曝光裝置之臭 氧產生單7L的改良。該結構之其它部件係與K〇kai第 9-259811號案中所揭裝置的對應部件相同。 首先’該第一實施例之電子束曝光裝置的整體構造， 將參考第2圖來被簡要地說明。 邊電子束曝光裝置乃包含一柱筒1〇，其含有一腔室^ 封裝一電子鎗14, 一腔室2封裝一可供校準的透鏡刊，並具 有一第一孔隙，一腔室3封裝一偏導器5，並具有一第二孔 隙或罩體20, 一偏導器6，一供擋止的圓形孔隙27，一投射 透鏡及一偏導器7 ’及一主腔室4封裝一晶圓W。該腔室3 更被分隔成三個小室3a、3b、3c等。階枱35a、35b會固持 著該晶圓W，並沿χ與γ方向移動，而被封裝在該主腔室4 中。 圖中標號Ρ2係指一分子渦輪系，乃可抽空該柱筒的内 部’標號Ρ3為一渦輪分子泵主要供抽空該腔室4的内部， 其體積乃大於該柱筒。標號Ρ1係指一離子泵，可維持該電 子鎗14之腔室1内的真空。該離子泵具有使該被渦輪分子泵 Ρ2抽空之腔室1保持一定真空度的能力。該離子泵係藉將 一金屬材料例如鈦離子化並吸收氣體而來保持真空，其乃 以習知的原理來操作，故不再冗述說明。 k紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 二^1· •線· 476979 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 該電子束曝光裝置之曝光原理亦已公知故不於後說 明.。而有關臭氧注入該腔室的操作將被說明。 依據該第一實施例之電子束曝光裝置，臭氧係在曝光 時被注入該等腔室中。電子束會轟擊被注入的臭氧，而使 該臭氧分成氧與激活的氧（氧基）。該等氧基會與雜質反 應，該等雜質係大致附著或累積在構件表面上者，其將會 被蒸發成一氧化碳或二氧化碳，並被真空泵排出。因此， 如前述之電子束漂移將可避免。 標號8係指一臭氧產生單元，其乃有異於Kokai第 9-259811號案中所揭之該裝置。在該臭氧產生單元8中所生 成之含有臭氧的混合物（氣體），會經由一可啟閉之閥9及質 流感測器MFS1、MFS2、MFS3等，被注入腔室中。經由 MFS2的混合物會通過入口 28被供入腔室2中，而經由MFS3 的混合物會從入口 2 9供入腔室3中。該電子鎗丨4的陰極在產 生電子束時並不會氧化，但若供入臭氧或氧時則會被氧 化。因此，封裝該電子鎗14的腔室1會與其它的腔室2、3、 4等隔離，而藉設在孔板0R1中的孔隙ap 1來形成真空。又， 有一閥B1設在該渦輪分子泵P2與腔室1之間，而當要形成 真空時會被開啟。在達到一預定的高真空度時，該閥會被 關閉，而以離子泵P1來維持該腔室i中的高度真空。因此， 臭氧會被阻止進入該腔室丨内。而該腔室丨内部會被保持比 其它腔室2、3、4的内部更高度的真空。 該電子束在靠近電子鎗的±方部份具有較大的電荷 量，該處會容易產生氧基，而在靠近晶圓~的下方部份， --------訂---------線. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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本纸張尺度_巾®國家標準（cns)^^21q 污^的問題較嚴重。為此原目，藉著降低該下方部份的真 空二，、臭氧的量將可增加。具體而言，臭氧會經由不同的 流量感測器MFS2、MFS3被供入腔室2與腔室3中，而減少 在該流量感測器MFS2中的流量率。又，有—第二孔板㈣ 被。又於腔至2與腔室3之間，而在該等腔室2與3之間的臭氧 之移動，可藉縮小該孔板〇R2之孔隙ap2來加以限制。藉著 減少e玄閥B2的開啟程纟，該腔室2内部會被保持在半真 空，而腔室3與4的内部則被保持在低真空。具體而言，腔 室1係保持在1\1〇11><10-、，腔室2則在1><1〇0至5><1〇.3 Pa，而腔室3、4係在 5xl〇·3至 lxl〇-2 pa。 "氦（He)氣會被注入由該臭氧產生單元8供入閥9的含臭 氧“物中j：匕係為了除掉附著在隱藏構件上的雜質，俾 在範圍内放射该電子束不會產生任何曝光問題。 —第3圖係為該第一實施例之臭氧產生單元8的構造圖。 ^第3圖所示，該臭氧產生單元8包含一電極64設在一筒狀 '又體62内#’及—桿狀電極63被設在該殼體62中央的絕緣 件6 67所固持。该絕緣件67設有一孔導通其右側，且該 双體62 V通-導官7卜而-方面連接於該閥9,另_方面又 連接於真空泵68。該殼體62的内部及導管71的内部會被真 ^泵68抽空（減壓）至_壓力，其係低於大氣壓力但高於腔 室3中的壓力。该真空泵68連接於一臭氧處理單元的，而使 由該真空泵68排出之氣體中所含的臭氧能回復為氧，並釋 放於大氣中。該導管71會經由質流感測gMFs5連接於一氦 氣筒70因此忒含臭氧的混合物會再與氦氣混合而供入該 X 297公釐）

476979 A7 五、發明說明（11) 智 慧 財 $ 社 印 製 閥9。該閥9的流量率係可變化的。如上所述，該殼體62與 導管71的内部係維持在比腔室3更高的壓力。故，在導管71 中的混合物能以被閥9所調整的流量率流入該腔室3内。 在該殼體62的前端，有一喷嘴連接於質流感測器 MFS4 ’氧可由氧氣筒61經此供入。有一高壓之高頻信號會 由一振盪裔65施於電極63與64之間，而使該電極63與64之 間放電。故被供入的氧在通過電極63與64之間時會被臭氧 化。如上所述，在殼體62與導管71中，其壓力會被真空泵 68所降低，因此可產生高濃度的臭氧。此高濃度會維持一 段長時間。該混合物亦含有如上所述的氧基。該含有高濃 度臭氧及氦氣的混合物，會經由閥9，質流感測器mfs卜 MFS2、MFS3等，被注入第2圖的腔室2與3中。 注入腔室3中的臭氧濃度會被以一> 光儀來測量，而有 使用本發明與未使用本發明之測出結果乃示於第4A與仙 圖中。當在該分光儀中測量時，臭氧會分解，因此，該質 譜分光測量並不被認為是_種可推鹰的方法，而只是在沒 有更好的方法下所使用者。第4A圖乃示出未注入臭氧時， 及以第1圖所示之傳統方法所產生的臭氧來注人時，盆氧、 純與氧基之量。標號32係指氧其分子量為32，標號鄉 才曰臭乳其分子量為48，而標號16係指氧基其分子量為η。 第侧乃示出未注入臭氧時，及以該第一實施例來注入臭 氧時’其氧、臭氧與氧基之量。在未注入臭氧時，心士果 係與習知技術中所得者相同，而其值乃小於可檢二 限。相較於傳統之產生及注人臭氧的方法，1 之旦 訂 底 如 本紙張尺度—適用中國國家標準(CNS)A4規格公釐) 4/6979 A7 五、發明說明（12) 同氧與氧基皆有增加，依據該第一實施例，其臭氧之量係 增加大約5倍。如上所述，儘管使用分光儀之測量方法並非 十分精確，但可確定的是利用本發明，其臭氧之量顯然可 以增加。 第5圖乃示出本發明第二實施例之電子束曝光裝置的 構造圖。該構造中之柱筒1〇，腔室1至4,真空泵pi至p3， . 及孔板0R1、OR2等皆與第一實施例者相同。該臭氧產生 單元的構造亦相同於第一實施例，惟除該高壓電源81係使 用DC電源來施加於電極63與64之間以造成放電，而取代使 用高頻信號源65。有一導管82連接於一殼體62，並經由一 入口 29導通該腔室3。因此，若該腔室被抽空時，該導管^ 與殼體62的内部壓力/亦會減降。當該月空室3的内部被真空化 成5x10至ΐχίο ?3時，該殼體62中的壓力乃視導管μ的 $面積與長度，及所供入的氧量而定。因此，藉適當地設 定該等參數’即可獲得在該殼體62中之所需麼力。 由以上說明應可瞭解，本發明係在提供一種使用電子 束或類似物之帶電粒子束曝光裝置’其中在構件表面上的 雜質將可藉當曝光時以-小量的耗氧量在一真空室的至少 一部份注人高濃度的臭氧來加以清除，而使其能減少臭氧 外洩於大氣中的危險。 本紙張尺度適鮮賴家標準'CNS)A4規格Β χ视公£ 裝--------訂---------線----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 476979 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（l3) 元件標號對照 1... 腔室 36... .透鏡 2... ，腔室 51... .氧氣筒 3… ，腔室 52... ，臭氧化器 3a 、3b、3c...小室 53... .臭氧處理單元 4·.· _主腔室 61... .氧氣筒 5··, .偏導器 62··· .殼體 6 · · .偏導器 63 .桿狀電極 7.. .偏導器 64··, .電極 8.. .臭氧產生單元 65·. .振盪器 9.. •閥 66 ' 67...絕緣件 10 ...柱筒 68...真空泵 14 ...電子繪 69·· .臭氧處理單元 20 ...罩體 70.. .氦氣筒 27 ...圓形孔隙 71·· .導管 28 、29…入口 81·· .高壓電源 35a、35b…階枱 82.. .導管 ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 16

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種帶電粒子束曝光方法，係以低壓臭氧注入一真空室 的至/部份，而藉一帶電粒子束在一樣品上曝光一圖 案者，乃包含在比大氣壓力更低的壓力下來產生臭氧的 步驟。 2· —種帶電粒子束曝光裝置，包含·· 一真空室； 一真空泵可抽空該真空室内部； 一帶電粒子束光學系統可在該真空室中產生一帶 電粒子束，並以該帶電粒子束在一樣品上曝光該所需圖 案；及 一臭氧供應機構可在該帶電粒子束光學系統中之 該樣品上被曝光圖案時，將低壓臭氧注入該真空室内部 的至少一部份； 其中忒臭氧供應機構包含一第二真空室，其内部壓 力比大氣更低，及-臭氧化器可將由—供應孔供入該第 二真空室内的氧之至少一部份臭氧化；且 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 /該低壓的第二真空室中所產生之臭氧會被供入 該第一真空室内部的至少一部份。 3.如申請專利範圍第2項之帶電粒子束曝光裝置，其中該 臭氧供應機構包含： 第一真空泵可將該第二真空室的真空度減降至 低於該第一真空室的真空度；及 一流量率調控閥設於該第二真空室與第一真空室 之間，而可調控由第二真空室供入第一真空室的臭 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 17 476979 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 量。 4·如申請專利範圍第2項之帶電粒子束曝光裝置，更包含 一導管可將該第二真空室與第一真空室互相連接； 其中該第二真空室會被該真空泵減降壓力。 (I -------------裝--------訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •線· ‘經濟部智慧財產局員工消費合作社印製， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 18