TW591327B - Electron emitters for lithography tools - Google Patents

Description

591327 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明之領域 本發明係關於供製造半導體積體電路使用之微影術裝置。 發明之背景 電子束曝光工具在半導體處理供微影術使用，巳超過二十 年。第一電子束曝光工具係依據在物體平面掃描之高度聚 焦束光柵之飛點概念。電子束在其掃描時予以調變，因而 束本身產生微影圖案。此等工具曾廣為使用供高精度工作 ，諸如微影遮罩製作，但光柵掃描模式經發現太慢，而無 法在半導體晶圓處理有所需要之高通過量。電子束在此設 備相似於在電子顯微鏡所使用者，亦即聚焦至一小點束高 亮度源。 最近，人們曾依據配合角限制投影電子束微影術之散射 (Scattering with Angular Limitation Projection Electron-beam Lithography，簡稱SCALPEL)技術，發展成功一種新型電子 束曝光工具。在此工具，將一寬面積投影通過一微影遮罩 至物體平面。由於在一次可使相對大面積半導體晶圓曝光（ 例如1平方毫米），通過量為可接受。此工具之高解析度使 其對超細線微影術亦即次微米具有吸引力。 在SCALPEL曝光工具，電子束源之需求顯著不同於習知 聚焦束曝光工具，或習知TEM或SEM者。雖然目標仍為高解 析度成像，此必須在相對高（10-100毫安）槍電流達成，以 便實現經濟性晶圓通過量。與供代表性聚焦束源之1〇4至 lOSAcm^sr·1之值比較，所需要之軸向亮度為相對低，例如 102至104AcnT2sr“。然而，在較大面積之束通量必須高度均 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 591327 A7 B7 五、發明説明（2 ) 勻，以獲得所需要之微影劑量寬容度及CD控制。 在開發SCALPEL工具之一項棘手障礙，為開發一種電子 源，其在相對大面積提供均勾電子通量，具有相對低亮度 ，並有一電子放射器具有足夠使用期限，以避免過度之停 機時間。在一種改良型魏納特電子槍配置之六硼化鑭（LaB6) 放射器，經發現可望供此應用，並且第一代SCALPEL工具 係利用此等電子源所構成。人們繼續致力改進在LaB6表面 之電子放射分布之均勻性，但成功有限。以簡單之鋰圓盤 替代LaB6放射器，經發現改進表面放射均勻性及穩定性。 雖然SCALPEL系統被視為高度成功之細線微影曝光工具， 但人們繼續致力改進電子束源之效率及均勻性。 發明之概述吾人發展成功一種用於SCALPEL系統之新型 電子束源，其使用一電子束整形元件，以在寬放射面積修 勻主放射表面之電子束分布。束整形元件為一網狀格柵， 其在魏納特槍安裝在開口。網狀格柵為等電位網版，在網 版之每一孔徑作用如一單獨之魏納特放射器，而有其自身 之漏斗形電場。結果為理想適合SCALPEL工具之高度均勻 寬面積電子束。 所建議之格栅形魏納特之光學類比，為一蠅眼透鏡，或散 射板或擴散器，其將非均勻光束轉變成為在光學照明系統 之均勻束。 本發明將在下列詳細說明予以更特別說明，配合附圖，其 將會更瞭解區別本發明與習知電子束源之諸多特色。 附圖之簡要說明 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂

線 591327 A7 ___ _ B7 五、發明説明（3 ) 圖1為一種有一鈕圓盤放射器之習知魏納特電子槍之示意 圖； 圖2為一種根據本發明所改良型之魏納特電子槍之示意圖 圖3為自一種習知魏納特電子槍之網狀格栅之電子束分布 之不意圖； 圖4為自本發明之改良型魏納特電子槍之網狀格柵之電子 束分布之7JT意圖； 圖5為本發明之網狀格栅之示意圖，示相關尺寸；以及 圖6為示意圖，例示SCALPEL曝光系統之原理。 詳細說明 請參照圖1，示一種習知魏納特電子槍有基座丨丨，陰極支 承臂12，陰極燈絲13，由魏納特支承臂15所構成之魏納特 電極及習知魏納特孔徑16。基座η可為陶瓷，支承臂12可 為鈕，鋼，或鉬。燈絲13可為鎢金屬線，形成魏納特孔徑 之材料了為鋼或挺’及電子放射器14例如為一 4ε圓盤。電 子放射器之有效面積一般為在〇·5-3毫米之範圍。電子放射 器較佳為一有直徑在0 5-2 0毫米範圍之圓盤。陽極略示在 17 ’及電子束略示在18。為簡明起見，圖中未示習知及在 此項為熟知之束控制裝置。精於此項技藝者將會察知，在 諸圖中之尺寸不一定依照比例。 如較早所提及，用於SCALPEL曝光工具之電子源，其一 項重要特色，為相對低電子束亮度。供最有效曝光，束亮 度較佳為限於一值少於l〇4Acm-2sr-i。此係大為不同於供最 -6- 五、發明説明（4 ) 大亮度一般為予以最佳化之習知掃描束曝光工具。請見例 如1986年5月I3日杈予lu等人之美國專利4,588,928號。 圖2中示根據本發明之改良電子槍。供魏納特用之開口設 有、，、罔狀格柵2 3，配置在電子放射之路徑2 5。網狀格柵2 3在 電位等於魏納特電極，並作用如_有多重源之輔助放射器。 圖3中示來自一標準圓形鏜孔魏納特槍，亦即圖丨之槍之 電子放射圖;t。明顯可見來自魏納特之相對非均勻，鐘形 曲、、泉輸出圖4中示來自配備本發明之魏納特槍，亦即圖2 之槍之電子放射圖案。·可看出多重放射圖案，其用以在空 間分配電子通量越過—寬隸，並在陽極表面保證一扁平 平均電場。在物體平自，個別電子束重# ,並且整合之電 子通量為高度均勻。 形成網狀格栅之網版元件，可具有各種構形。最簡單為一 種有正方形孔徑之習知機織網版。然而，網版可具有三角 形孔徑，六角形緊密併合孔徑，或甚至圓形孔徑。其可為 機織或非機織。精於此項技藝者可想出用於自一連續層形 成適當網版之技術。例如，在一連績金屬片或箔之多重開 ，可藉諸如雷射鑽孔等技術產生。細網眼也可藉電成型 技術形成。網狀格柵應該導電，但網眼之材料在其他方面 為相對我關緊要。起’鐫’ ^目’鈇’或甚至鋼，均為適當 1料。此等材料可予以外塗以例如金或铪，以減少自網狀 柵之寄生放射。網狀格柵較佳為具有透明度在4 〇 _ 9 〇 %之 範圍透明度界足為總網狀格拇面積所劃分之平面空白空 間。在電子放射表面與網狀格柵間之間隔，一般為在^丨至

591327 A7 B7 五 、發明説明 1.0¾米之範圍。 請參照圖5，網狀格柵有約為5 〇微米之桿” b "，及有” C，， 約為200微米之正方形單元。此網狀格柵具有透明度約為 65% 。在下表中之實例 ，表示經發現為適當之網狀格柵結 構。 表I 單元尺寸，nc"，微米 桿寬度”b”，微 米 格柵# 100 200 50 格柵#200 88 37 格柵#300 54 31 單兀尺寸” C ’’為在一有正方形開口之網眼，開口之寬度。 供矩形網狀格柵，尺寸”c”約為開口面積之平方根。開口較 佳約為對稱，亦即為正方形或圓形。 除了開口之比c/t較佳為大於丨外，網狀格栅之厚度t為相 對不重要。下式求得在諸網狀格柵參數間之合宜關係·· D ： b> = 4 ； C ： t>= 1 . 5 其中D為陰極-格拇距離。 ,如以上所指示，本發明之電子槍最宜在SCALPEL電子束 微影術機械利用作為電子源。在目前業界作法，在- ，造半導體裝置’擬想聚合物抗蚀劑材料以光化蝴 將==束輻射)之細線圖案曝光。此係在習知作法 將先化為射導引通過—微影遮罩，並至—抗蚀劑塗布基材 -8 - 591327 A7 B7 五、發明説明（6 ) 所達成。遮罩可位於靠近基材，以供接近印刷，或可置於 離開基材及投影至基材之遮罩之影像，以供投影印刷。 SCALPEL微影術工具之特徵為在很小線寬度，亦即，0.1 微米或更小之高對比影像圖案。其產生具有寬過程容度之 高解析度，與光學投影系統之高通過量相配合。使用一泛 光電子束使相對大面積之晶圓曝光，便使高通過量為可成 能。使用包含標準磁場束轉向及聚焦之電子束光學裝置， 使泛光束成像至微影遮罩，並且其後至基材，亦即抗蝕劑 塗布之晶圓。微影遮罩係以高電子散射之部位及低電子散 射之部位所構成，該等部位在圖案界定所希望之特色。適 當遮罩結構之細節，可見於1992年1月7日及1993年1 1月2日 ，均授予Berger等人之美國專利5,079，112號及5,258,246號。 SCALPEL工具之一項重要特色，為置於在微影遮罩與基 材間之後焦面滤光鏡。後焦面滤光鏡阻斷高度散射電子， 同時使弱散射電子通過而作用，因此在基材形成影像圖案 。阻斷濾光鏡因此在影像吸收不想要之輻射。此與在影像 之不想要之輕射由遮罩其本身所吸收，促使遮罩之加熱及 畸變，並促使縮短遮罩使用期限之習知微影術工具大為不 同。 圖6例示SCALPEL微影術系統所據以操作之原理。微影遮 罩52以一由圖2之電子槍所產生之100千電子伏（keV)電子之 均勻泛光束5 1予以照明。膜片遮罩5 2包含高電子散射之材 料之部位5 3及低電子散射材料之部位5 4。束之弱散射部份 ，亦即射線5 1 a被磁性透鏡5 5聚焦通過後焦面阻斷濾光鏡 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） m 裝

線 591327 A7 _B7 五、發明説明（7 ) 5 6之孔徑5 7。後焦面濾光鏡5 6可為一適合阻斷電子之矽晶 圓或其他材料。在此處由射線51b及51c所表示之電子束之高 度散射部份，被後焦面濾光鏡5 6所阻斷。通過後焦面阻斷 滤光鏡5 6之電子束影像被聚焦至一位於5 9所示光學平面之 抗蚀劑塗布基材。部位6 〇複製微影遮罩5 2之特色5 4，亦即 予以曝光之部位，及部位61複製微影遮罩之特色53 ,亦即 不予以曝光之部位。如在此項技藝所熟知，此等部位為可 互換，以產生負或正抗蝕劑圖案。 SCALPEL工具之重要特色，為一阻斷濾光鏡定位在或靠 近電子束影像之後焦面。SCALPEL系統之另外細節，可見 於1992年1月7日及1993年1 1月2日，均授予Berger等人之美 國專利5,〇79，112號及5,258,246號，此二專利經予就可發現 對本發明之實施有用之細節，參考併入本文。 請予瞭解，此說明所包括之諸圖為示意性，並且不一定按 照比例。裝置構形等不意為對在此處所說明之裝置結構傳 達任何限制。 為供在此處及在後附申請專利範圍之定義之目的，魏納特 放射器一詞預計界定一實心金屬主體，有一近似扁平放射 表面’該扁平放射表面為對稱，亦即具有圓形或規律多邊 形之形狀。也為供定義之目的，本文中所稱基材一詞，界 定電子束曝光系統之物體平面，而不論是否有一半導體工 件存在於基材。卷子光學裝置平面一詞可用以說明^一在電 子束曝光系統，在電子槍之電子放射表面與電子束影像所 聚焦至之表面’亦即半導體晶圓所位於之物體平面之間， -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 591327 A7 B7 五、發明説明（8 在2間X - y平面。 雖然實施本發明所需要之電子束光學裝置為熟知者，並且 在此處不予以詳細說明，但在本發明之改良型魏納特槍， 供遠場束整形及供調節曝光劑量所需要之格柵偏壓則不然 。切斷偏壓在習知魏納特槍一般為4〇〇v或更多。因為在本 發明足改良型魏納特槍存在網狀格柵，格柵偏壓之切斷為 y ' 〇〇V並且在大多數結構，例如以上所說明之實施例 為V於50V。此電壓可直接加至魏納特電極，並可使用半 導體驅動t路予以切換或調變，其急劇減低裝置之成本及 束控制系統之響應時間。 因為本發明之槍設計之相對低切斷電壓，方便及相對簡單 在電子束源導入預為準偁之束擺動，藉以進一步增強束勻 性。擺動可藉一低頻，亦即卜1〇 kHz束驅動訊號所產生，其 丁以重疊在魏納特格柵偏壓。此擺動改變在擺動之頻率束 圖案，致使在電子束前之任何尖峰或熱點週期性移動，並 使卩过時間之整合通量在空間等化。 ' 精於此項技藝者將會想出本發明之各種另外修改。此專利 說明書基本上依靠此項技藝通過其而有進步之諸項原埋| 其同等原理，與其旨意之所有偏差，均適當視為在如及 明及申請專利之本發明範圍以内。 說 主要元件符號表 11 基座 12 陰極支承臂 13 陰極燈絲 14 電子放射器 -11 - 591327 A7 B7 五、發明説明（9 ) 15 Wehnelt支承臂 16 Wehnelt 孔徑 17 陽極 18 電子束 23 網狀格柵 25 電子放射路徑 51 均勻泛光束 51a，51b，51c 射線 ' 52 微影遮罩 53 高電子散射材料部位 54 低電子散射材料部位 55 磁性透鏡 56 濾光鏡 57 孔徑 59 抗姓劑塗布基材 60 複製微影術低電子散射材料部位之部位 61 複製微影術高電子散射材料部位之部位 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 591327 修正替換本 A8 B8 C8 D8

   1. 一種用於製造半導體積體電路之方法，包 步騾，在此步驟，使用一透鏡系統將—作 束投影至一抗蝕劑塗布之半導體晶圓之表 ’包含至少一微影 一作成圖案之電子 含下列步驟： (a)順序通過下列，將一 面，該方法包 電子束投影至該抗蝕劑塗布之 半導體晶圓： (i) 一微影遮罩；及 (11)後焦面濾光鏡，該後焦面濾光鏡基本上對 電子束中之電子為不透明； 泫方法之特徵為，該電子束係藉一電子槍所產生， 並且該電子槍係藉下列操作；及 (b)在一作為陰極之電子放射器及一與該電子放射器間 開之1%極之間建立偏壓，該電子槍在電子放射器與 陽極之間有一導電網狀格柵，該網狀格柵有一 4 〇 _ 9 0 %之間的透明度，因而電子束自電子放射器流動 通過導電網狀格栅至陽極。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該電子束有一亮度 少於 li^Acn^sr-1。 3 · —種電子束曝光系統，包含： (a) —電子束放射器； (b) —導電網狀格栅，有一 40-90%之間的透明度； (c) 一正陽極； (d) —微影遮罩； (e ) —後焦面滤光鏡； 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 591327 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (f) 一基材； (g) 裝置，包括偏壓裝置，用於自電子束放射器產生電 子束；及 (h) 裝置，用於導引至少部份之電子束順序通過導電網 狀格柵’通過正陽極，通過微影遮罩，通過後焦面. 濾光鏡，並至基材。 4 ·如申請專利範圍第3項之系統，其中該網狀格柵與電予 放射器間開一距離在〇 · 1至1 · 〇毫米之範圍。 5 ·如申請專利範圍第3項之系統，其中電子放射器包含— 叙圓盤。 6 .如申請專利範圍第3項之系統，另包括偏壓裝置，用於 在電壓少於100V偏壓電子放射器。 7 .如申請專利範圍第6項之系統，其中該偏壓裝置包括裳 置，用於以交流電壓偏壓電子放射器。 -2-

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