TW574720B

TW574720B - An apparatus and method of focusing

Info

Publication number: TW574720B
Application number: TW90121737A
Authority: TW
Inventors: Victor Katsap; Eric Munro; John Andrew Rouse; Warren K Waskiewicz; Xieqing Zhu
Original assignee: Agere Syst Guardian Corp; Elith Llc
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2004-02-01
Also published as: KR100577754B1; EP1184891B1; JP4677571B2; JP2002141281A; US6440620B1; EP1184891A1; KR20020018981A; US20030022077A1; US6620565B2; DE60040664D1

Description

574720

[發明背景] [發明領域] 本發明係有關於一種電子圖案轉移，且特別有關於用散射-非散射光罩之電子圖案轉移以及甚至有關於依照如1 992年1月7日發佈之美國專利編號5,〇79，112所描述= SCALPEL製程之電子圖案轉移。本發明亦適用於離子圖案 [習知技術說明] 一傳統範例裝置4 〇如圖1所描述，包括一電子或其他能量來源41 ;聚光透鏡系統42 ;包括阻擋區域44和透明區域45的光罩43 ·，物鏡46 ;後聚焦面（back f〇cal plane)^ 片（f ilter)47 ,如圖所示包括同軸光瞳（aperture)48 ;= 影透鏡系統49 ;位於透鏡51和鏡台52之間之曝光媒介5〇，二者組成配準和直線對準系統53。上述裝置4〇由真空反應室（chamber)54和空氣鎖（air 1〇ck)55所完備，上述將提供樣本交換。另一傳統裝置如圖2所示，包括一微粒來源3〇，圖示如一電子槍，傳送電子束31，準直透鏡32將起始偏離射線導回平行關係至33如圖示。掃瞄偏折器（scan deflect〇r)34* 35負責電子掃瞄，也就是持續χ方向的掃瞄。上述第二個偏折器提供對y方向的移動，持續性或隨χ方向掃瞄步進。光罩36，如範例名稱描述，被支柱37所分割。關於通過上述光罩，上述現今含有圖案之電子束38，具動態對焦和相差補償器39、40的影響。偏折器41和42預備在χ-電子和y 一

574720 五、發明說明（2) 電子^作的掃瞄/步進時，臨近區域的精確配置。投影透鏡43和可變軸偏折器44 一起，上述多重光暗清片45包括光曈46在晶圓平台48上之晶圓47上產生一對焦= 過的’為圖解目的’光罩36表示為含有圖二上述電子束的㈣，上述電子束收斂於一點父越（、或影像倒轉），在由光瞳濾片46所決定之平面或接近面上《上述孔徑濾片45為電子影像遮住不需要的散輯ί Ϊ致亦可以用來撐住其他"雜訊"-例如遮住不需要的

特徵邊界之散職射4瞳46也定義上料統之數位光瞳 I或瞳孔）。圖1裝置分別有聚光和投影透鏡系統，這有助於在小機械調整下對焦。另夕卜，投影系統具有多重透鏡亦較佳。舉例來說，利用三透鏡來做影像失真相差的修正，以及控制影像旋轉。 " 上述範例，傳統投影透鏡49、43亦可包含其他元舉例說明，可包含具有二個光學平衡透鏡之雙重透鏡，相 J極，：自然消除相對相差的操作或是上述二者共有的操 7丄和平時應用一樣，負責上述形狀場的產生之硬體為" 透鏡。

在圖2，透鏡39和40動態修正相差和對焦，例如修正晶圓南度差和場曲#，由這些透鏡來負責動態調*，減少感應衰退時間在來加速上述過程。舉例來說，動態相差修正可能需要其他的偏折器來補償由設備/製程缺陷所

574720 五、發明說明（3) 產生誤差之。透鏡3 9和4 0為例證和他們可能包含其他元件。圖3和圖4圖示具有範例光學的系統，以下圖3和圖4之討論概要的圖解，為傳統電子圖案轉移之基礎理論之基本0 上述傳統單透鏡系統如圖3所示，利用電子束，或其他描繪輪廓之能量，定義為射線1入射在具有遮蔽區域3和透明區域4之光罩2上’傳送穿過透明區域4的射線為射線 1 a ’傳送至遮蔽區域4的射線為射線1 b。這樣的射線連同由後聚焦面濾片6產生的射線被透鏡5折射。如射線1 a的簡要描繪，射線1 a穿過光曈濾片7以形成包括複製照亮區域 1 0和未照亮區域11的影像9。光線1 b以超過一散射角度散射，無法穿過光瞳7，而被濾片6的無光瞳區域8吸收或阻斷。〆傳統系統中散射能量選擇性的被用來形成影像如圖4 所不。在此，當穿透射線la被過濾區域18所阻止時，散射射線lb穿過光瞳17。影像19為由選擇性照明區域21所產生之影像9的負>{，區域2G未被照明。這樣的安排，上聚焦面濾片吸收但其他的設計可利用散射形式，如 (Bragg)散射等等。 ’光罩—至-晶圓一 5 : 1 ’他們亦可用於i 一般投影系統如圖1 -4中所示 (mask-to-wafer)縮放比依次為4 ·· 1 1或其他縮放比。一般而言圖卜4中的系統安排方式使晶圓上的影像

574720 五、發明說明（4) =可此的範圍内對焦。如圖5所示的簡化系統，其目標是 :光罩62上之影像60在晶圓64上對焦，假設雙重透鏡66、 68，如圖5所示，沒有相差，而最佳對焦影像7〇出現在高沂（Gaussian)平面72，然而，因不同形式的相差，最顯著的為色差和球面相差，由上述雙重透鏡66、68所呈現，最，對焦影像平面74通常不會落在高斯平面72上。決定最佳〜像平面74的傳統技術是在最佳平面上分別分析色差和球面相差相效應，上述技術討論如下。一用來评估光束焦距品質的傳統技術為點瀰散函數 =〇lnt spread function，pSF)，典型地包括自位於光罩 62平面中心單一點發射高達5〇〇〇的軌線，並逐一研究上軌線在晶圓6 4平面的到達點。 ^型起始條件包括源自於高達12mrad(高達1〇mrad 8mrac〇洛下角度之電子角分佈，電子實際上的能量分佈。上述後者由分析電子能量在穿過光罩62前後的分佈驗而知。範例電子能量分佈如圖6所示。由可知，電：穿過上述光罩62造成能量分佈的改 k. 一基本分置（可達2^的電子失去能量因電子 (PlaSm〇n)非彈性碰撞而成。圖6的波峰A / 述薄膜而沒有失去能量，而且它的寬度電子通二子有非弹性娅撞而有些量的能量損失。冤：佈為電子圖案光罩的特徵，其令薄膜 1为由路徑小，如SCALPELTM光罩結構。、X x、子的平均自第9頁 1003-4287-PF.ptd 574720 五、發明說明（5) 圖6中戶斤千次點穿過投影；^貧料是由模擬軟體處理計算由上述發射述晶圓圖i’上述投影雙重透鏡66，w落至上五排列幾何相差t轨線。由於圖5中上述透鏡的第3和第點。分析顯示最大的=斯平面72中之影像就不再是一球面相i，上ί ί差（抽向物件—轴向影像）為色差和像的中心點，ϊ:造成軌線分佈圍繞著-表示為高斯影軌道對軸的"上升η函數分析可以用來估計焦點品質如上之最小解析特模糊或在上述晶圓64 電子和靜電透鏡同樣的運用於不同的對焦活動在 f 此效應被稱為色相（chr〇matic 之電子將不會聚隹Λ 向點發射但具有不同能量述軸上的不：Π ΐ像空間中之一點，而是通過上 -模糊圈。換t之m:似或冋斯衫像平面上形成 2t軸由不同角度發射亦相同：磁力和靜電透鏡冋樣聚焦使較大角度電子比小角：T電透鏡平面，因而在卜、十、禅相々μ 電子較接近上述透鏡換言之，被而士 ί ϊ心或尚斯影像平面上形成一模糊圈。 Ν …面相差轉化一點物件至成二維影像。每-面相差分別被描述為模糊圈或模糊，用母個模糊圈的直徑之面積和得到一概略估計：

Dconf - (Ochr2+Dsh2)0^ 574720 五、發明說明（6) 一如以上陳述’點瀰散函數分析計算真實電子的分佈_ 模糊-在任何已知平面上，來估測該分佈和上述理想，近似點高斯影像的接近程度。、點瀰散函數分析可用來在上述影像空間中找到模糊圈達到最小的上述平面；上述搜查標準可設為代表丨2%的所 =發射電子數和另外88%的發射電子數所形成邊界之間的半徑距離（12/88標準）。相同的程序可以在2〇%和8〇%之所有發射電子數所形成之邊界重覆運用。傳統12/88模擬結果’只有考慮球面相差，如圖7所示。、如圖7所示，電子束模糊在高斯平面（〇·〇〇在水平軸）達到45nm，當在高斯平面在水平軸），上述電子束模糊達到最小值約1 511111( 1 4.52811111)。換言之，焦點在Z = -4 microns平面時最佳。最佳焦點平面位置如圖8所示，其中一電子束橫截面圖對應圖7所示，再一次，焦點最佳位置在z = — 4微米平面上0 同樣的，當僅考慮色差時，焦點品質因電子束 =電子而較差，如圖9所示。再一次，最佳焦點平面位里 ^斯平面前4微米的位置。上述對應電子束橫截剖面如圚〇所不，如圖1 〇所示，最小光束模糊如點瀰散函數上距離所估計約6〇nm( 58.868nm)。上述安排如圖7-1〇所示，表不僅考慮球面相差或色差不能精確的定位最佳焦面。 “、、。、τ [發明概述]

574720

本發明之一形態為一實行電子圖案轉移的裝置以及一對焦的方法，其中球面相差和色差結合，以減少上述色差之負面效應。在一實施例中，上述裝置包括··一來源、一光罩、一投影柱、以及使上述電子束聚焦於其上之晶圓，其中上述晶圓位置位於投影柱之球面相差減低因色差在上述投影柱造成之負失焦效應的平面上。再另一實施例中，本發明指出一種對焦的方法，其中投影柱之球面相差減低因色差在上述投影柱造成之負失焦效應的平面上。 [圖式簡單說明]

第1圖係第一傳統電子圖案裝置配置。第2圖係第二傳統電子圖案裝置配置。第3-4圖係圖1、2之範例傳統光學。第5圖係第三傳統電子圖案裝置配置。第6圖係範例電子能量分佈。第7-8圖係僅考慮球面相差之點瀰散函數。第9-10圖僅考慮色差之點瀰散函數。第11圖係具本發明之範例實施例的電子圖案系統。第1 2圖係圖1 1之光罩、投影雙重透鏡和晶圓之細部圖。

第1 3-1 4圖係考慮球面相差和色差之點瀰散函數。第1 5 a -1 5 c圖係點瀰散函數和透鏡相差之一般關係。第1 6 a -1 6 c圖係球面相差如何結合色差來改變點瀰散函數的形狀進而改善電子圖實系統之對焦。 [符號說明]

1003-4287-PF.ptd 第12頁 574720 發明說明（8) 1〜射線； 1 a〜穿透射線； lb〜散射射線； 2〜光罩； 3〜光罩之遮蔽區域； 4〜光罩之透明區域 5〜透鏡； 6〜後聚焦面濾片； 7〜光瞳； 8〜無光瞳區域； 9〜影像； 1 0〜照亮區域； 11〜未照亮區域； 1 7〜光瞳； 1 8〜過濾區域； 1 9〜影像； 2 0〜未照明區域； 2 1〜選擇性照明區域 (圖2 ) 3 0〜微粒來源； 31〜電子束； 32〜準直透鏡； 34〜掃瞄偏折器； 3 5〜掃瞄偏折器； 36〜光罩； 37〜支柱； 38〜電子束； 39〜動態對焦； 40〜相差補償器； 4卜偏折器； 42〜偏折器； 43〜投影透鏡； 44〜可變軸偏折器； 45〜多重光瞳濾片； 4 6〜光瞳； 4 7〜晶圓； 48〜晶圓平台； (圖1)40〜傳統範例裝置 4卜電子或其他能量來源； 4 2〜聚光透鏡系統； 43〜光罩； 44〜光罩之阻擋區域； 45〜光罩之透明區域 4 6〜物鏡； 47〜後聚焦面濾片； 4 8〜同轴光瞳； 4 9〜投影透鏡系統；

1003-4287-PF.ptd 第13頁 574720 五、發明說明（9) 5 0〜曝光媒介； 5卜透鏡； 52〜鏡台； 53〜配準和直線〗 54〜真空反應室； 55〜空氣鎖； 6 0〜影像； 62〜光罩； 64〜晶圓； 66〜雙重透鏡； 68〜雙重透鏡； 70〜最佳對焦影< 72〜高斯平面； 74〜最佳對焦影< 1 0 0〜實施例的電子圖案系統； 102〜射搶； 104〜第一透鏡系 106〜光學形狀光瞳； 1 08〜空白光曈； 11 0〜第二透鏡系統； 112〜光罩； 114〜投影雙重透鏡； 116〜透鏡； 11 7〜後聚焦面； 11 7a〜光瞳； 118〜透鏡； 1 2 0〜晶圓； 122〜磁性殼； 124〜線圈； 1 2 6〜偏折器； 1 2 8〜光瞳； [本發明之詳細說明] 圖11圖示本發明一實施例的電子圖案系統1 〇〇之範例實施例，上述電子圖案系統100可包括一射搶1〇2，一第一透鏡系統1 0 4 (具有一位於平面中間之光學形狀光曈1 〇 6 )，一空白光瞳108，一第二透鏡系統110，一光罩112，一投影雙重透鏡114，包括兩個透鏡116、118和一後聚焦面 117(和光瞳117a)，以及一晶圓120。圖12圖示上述光罩 11 2，上述投影雙重透鏡11 4，以及一晶圓1 2 0之細部。特

1003-4287-PF.ptd 第14頁 574720 五、發明說明（11) 在上述情形下，球面相差變成一正面因素，在上述兩個焦聚點間重新分布電子，並產生最佳焦點的單一平面-最小電子束模糊。傳統的電子束顯影工具，球面相差總被視為一負面因素，增加電子束模糊及減少工具解析度。然而，在上述的排置中，球面相差幫助減少整體電子束模糊和及改善工具解析度。如上面討論的，由圖5 —10的傳統裝置導証出上述共同結論，為上述投影柱之最佳聚焦平面74事實上位於上斯平面前4微米處，且電子束最小模糊為（152 + 6〇2)

0·5 = 62ηιη。然而，如同上面提要，上述最佳焦點平面事實上並非位於高斯平面72前4微米之處，這是因為上述球面相差和色差的相互作用，上述兩個相差之結合效應使最佳焦點影像平面沒有落在球面相差或色差分別的最佳焦面上。如前，較影光學圖作用。關係，示在上透鏡，的點瀰具相差有關圖11 -1 4所示，上述晶圓應被放置在高斯平面上述兩個㈣分狀最料面靠近上述投影柱或投〇

15_16解釋以上所定義之上述球面相差和色差相互圖15a-l5c圖示點瀰散函數和透鏡相差之間的一般圖15a圖示在上述物件平面的點瀰散函數，圖i5b 述影像平面的點㈣函數，包括—理想透鏡，雙重或投影柱’不具相差，圖15e圖示在上述影像平面散函數，包括一、真實透鏡，雙重透鏡，或投影柱，。圖1 6a圖不僅被球面相差變寬之點瀰散函數（利用

574720 五、發明說明（12) 2 0/80標準）。圖16b圖示僅被色差變寬之點瀰散函 20/80標準）。最後，圖l6c圖示由球面相差和色差之，用效應變寬之點瀰散函數（利用2 〇 / 8 〇標準），加入上^互相差至色差使20/80上升距離變短，並使點_散函數重新形成。如圖16a-l6c所示，加入上述球面相差至2線色差使點瀰散函數之在20/80範圍間坡度更陡，而述上述電子束顯影工具之上述顯影結果改善。使本發明可被實施如下，首先分析，類似於之前和 9:1:有關的分析’ *決定最佳焦點平面，僅考慮色差：耆導入球面相差效應直到得到最佳焦點平面，考慮，差和色差的總合效應，⑹圖13-14所示。接著將上述晶面目放置於新的最僅焦點平面。 ® 穿過光罩11 2的電子能量分佈獨立於系統，投影透鏡116 ’118之球面相差係數會因透鏡設計而不同， 5mm至150mm之間。模擬顯示最佳的球面相差係數範圍 5隨至1001〇„1，當落在這範圍，球面相差有助對效的色差產生之電子束模糊。和對有以上對發明的敘述和圖"有關，然而，本發明的原理 :被用於圖1、2、5所示之傳統系統，或其他具有一電源’一光罩或薄m -投影柱和電子束聚焦位置的系，。特別是圖11所描述的發射搶’然而，上述電子源可 1任何—形式的傳統電子源。再者，圖i i圖示第一透鏡系统一空白光瞳108 ’和第二透鏡系統110，然*，這些 7C件並非必備的。再者，雖然圖丨丨圖示一光罩丨丨2，上述

574720 五、發明說明（13) 光罩可以用任何相似的元件，例如一薄膜。再者，雖然圖 11圖示一投影雙重透鏡包括透鏡116，透鏡118和一後聚焦面117(和光瞳117a)，上述投影雙重透鏡114可被任何數目的透鏡或是光學元件取代。再者，在圖n，其目標在於在使電子在晶圓1 2 0上對焦，上述電子可在任何元件上之任何平面對焦，並不一定要是晶圓。再者，雖然以上實施範例所述，先僅由色差效應開#，再考慮球面相差效應，相反的順序亦是一個實施方式。限定本：明發Γ /已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以

神和範圍内1^ Ϊ習此項技藝者，纟不脫離本發明之精當視後附之申；；利·更因此本發明之保護範圍 τ月寻利乾圍所界定者為準。

Claims

574720 丨案號 90121737

六、申請專利範圍 1 · 一種對焦裝置，源，產生電子罩，讓電子束影柱，具有可穿過；

數；以及一晶其中述投影柱 2 ·如柱之球面 3. 如較僅由色 4. 如裝置為電子圖案工 5 ·如圖案工具 6 ·如柱包含至 7.如柱包含至 8 ·如柱之球面 9.- 讓上述電子束穿過之球面相差係子束對焦於其上，投影柱之球面相差減低因色差在上效應的平面上。第1項之對焦裝置，其中上述投影 15Omm 〇第1項之對焦裝置，其中上述平面平面接近投影柱4-20nm。第1項之對焦裝置，其中上述對焦一部分，而上述光罩厚度較上述電自由徑小。第4項之對焦裝置，其中上述電子電子圖案工具。第1項之對焦裝置，其中上述投影圓，讓上述晶造成之申請專相差係申請專差決定申請專子圖案具之電中請專為一SCALPEL 申請專利範圍少一個透鏡。申請專利範圍第6項之對焦裝置，其中上述投影少一個雙重透鏡。申請專利範圍第2項之對焦裝置，其中上述投影相差係數為5-lOOmm。種對焦方法，包括：上述電圓位於負失焦利範圍數為5-利範圍之影像利範圍工具之子平均利範圍 TM

1003-4287.PF3.ptc 第19頁 574720 __案號 90121737___一年月 g__修正____ 六、申請專利範圍使電子束穿過一光罩和一具有球面相差係數之投影柱；僅根據色差決定第一影像平面位置；帶入球面相差；決定根據上述色差和上述球狀相差決定第二影像平面位置；選擇上述第二平面，其中投影柱之球面相差減低因色差在上述投影柱造成之負失焦效應的平面上；以及放置晶圓於上述第二影像面上。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項之對焦方法，其中上述投影柱之球面相差係數為5 —15〇mm。 ^ 11.如申請專利範圍第9項之對焦方法，其中上述平面較僅由色差決定之影像平面接近投影柱4_20nm。 1 2.如申請專利範圍第9項之對焦方法，其中上述光罩、、投影柱為電子圖案工具之一部分，而上述光罩厚度較上述電子圖案工具之電子平均自由徑小。 1 3 ·如申請專利範圍第丨2項之對焦方法，其中上述電子圖案工具為一SCALPELTM電子圖案工具。 1 4·如申請專利範圍第9項之對焦方法，其中上述投影柱包含至少一個透鏡。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項之對焦方法，其中上述投影柱包含至少一個雙重透鏡。 16·如申請專利範圍第1 0項之對焦方法，其中上述投影柱之球面相差係數為5-100mm。

1003-4287-PF3.ptc 第20頁