TWI480914B - 末端模組及帶電粒子的多子束系統 - Google Patents
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Description
本發明關於用於帶電粒子的多子束系統(舉例來說,用於帶電粒子的多子束微影系統或檢驗系統),以及用於此類投射系統的末端模組。
近來,大部分商業性的微影系統使用遮罩來作用為儲存且重製用於暴露目標物的圖案資料之工具,舉例來說,具有光阻塗層的晶圓。在無遮罩的微影系統中,帶電粒子的子束是用來寫入圖案資料到目標物上。子束個別地控制(舉例來說,藉由個別將它們的開關開啟與關閉),以產生所需的圖案。對於將高解析微影系統設計成可以操作商業上可接受的生產率,此類系統的尺寸、複雜性以及成本成為了阻礙。
用於帶電粒子的多子束系統之一種類型的設計顯示在例如美國專利案第5,905,267號,其中電子射束擴大、準直且藉由孔洞陣列分成複數個子束。所得的影像接著藉由縮小式光電系統而縮小並投射在晶圓之上。縮小式光電系統聚焦且縮小所有子束在一起,使得子束整組是映像的且在尺寸上縮小。在此設計中,所有的子束穿過一般的交叉,其由於子束中的帶電粒子之間的互相影響而產生了扭曲以及解析度的下降。
沒有此類一般交叉的設計也已經被提出,其子束個別
地聚焦且縮小。然而,當此類系統建構成具有龐大數量的子束時,提供用於個別控制每一個子束之複數個透鏡變得沒有用處。龐大的個別控制透鏡之建構使得系統變得複雜,且透鏡之間的間距必須足夠,以擁有每一個透鏡的必要構件之空間,且擁有個別的控制訊號至每一個透鏡之通道。此類系統的光學圓柱之較高高度造成許多缺點,舉例來說,維持真空的增加體積,且用於子束的長路徑增加了例如由子束漂移所造成之準直錯誤的影響
本發明試圖去改善已知系統並藉由提供用於帶電粒子的多子束系統之投射透鏡配置來滿足此類問題,該投射透鏡配置包含一個或多個薄板以及投射透鏡的一個或多個陣列。每一個薄板具有孔洞的陣列形成在其中,而投射透鏡形成在孔洞的位置。投射透鏡的陣列形成投射透鏡系統的陣列,每一個投射透鏡系統包含一個或多個投射透鏡,該投射透鏡形成在投射透鏡的一個或多個陣列的對應點。該投射透鏡系統配置在間距為大約薄板孔洞的直徑之1至3倍的範圍,且每一個投射透鏡系統是用於縮小和聚焦一個或多個帶電粒子子束至目標平面,每一個投射透鏡系統具有有效聚焦長度,其範圍大約在間距之1至5倍,且縮小帶電粒子子束到至少25倍。
投射透鏡配置較佳地包含至少1萬個陣列的投射透鏡系統。該投射透鏡系統的聚焦長度較佳地是小於大約1毫
米。投射透鏡配置較佳包含兩個或多個薄板,且薄板較佳地藉由與最厚薄板厚度之相同等級的大小的距離而分離。投射透鏡系統的陣列的間距較佳地範圍是在大約50至500微米,且投射透鏡配置從上端到下端之距離較佳地範圍是大約0.3至2.0毫米。每一個陣列的投射透鏡較佳地是配置成實質上在一個平面中。
投射透鏡較佳地包含靜電透鏡,且每一個薄板較佳地包含用於形成靜電透鏡的電極。電場較佳地是在電極之間產生大於10千伏特/毫米(kV/mm),或更佳地是大約25至50千伏特/毫米。投射透鏡配置可以包含配置三個薄板,使得每一個薄板的對應孔洞是實質上互相準直,且第三薄板電極較佳地是維持在如同目標物的實質上相同的電壓。在第一薄板和第二薄板之間的電壓差較佳地是小於在第二薄板和第三薄板之間的電壓差,且第二薄板和第三薄板在電極的電壓較佳的範圍是在大約3至6千伏特。
第一薄板和第二薄板的位置較佳地是分離大約100至1000微米,或更佳地是分離大約100至200微米,第二薄板和第三薄板的位置較佳地是分離大約50至500微米,或更佳地是分離大約150至250微米,且第三薄板的位置較佳地是與目標物分離大約25至400微米,或更佳地是與目標物分離大約50至200微米。
在另一個觀念中,本發明也包含可架置在帶電粒子的多子束系統之末端模組,其中末端模組包含投射透鏡配置。該末端模組也可包含射束停止器陣列,其位於投射透
鏡配置的上端,其中射束停止器陣列包含具有孔洞陣列形成於其中的薄板,其中射束停止器陣列孔洞實質上與投射透鏡系統準直。射束停止器陣列孔洞的直徑較佳地範圍是大約5至20微米(即,micrometer或μm),且射束停止器陣列和投射透鏡配置之間的距離較佳地是小於大約5毫米(mm)。該末端模組也可以包含用於掃描子束的偏轉系統,偏轉系統位於射束停止器陣列和投射透鏡配置之間。
本發明也包含帶電粒子的多子束系統,該系統包含用於產生帶電粒子射束的帶電粒子源、用於準直射束的準直器、用於從準直射束產生複數個子束的孔洞陣列、用於聚焦子束的聚集陣列、子束阻斷器陣列(該子束阻斷器陣列實質上位於聚集陣列的聚焦平面)、且包含用於使子束偏轉的偏轉器,並且該末端模組包含投射透鏡配置。該多子束系統的帶電粒子較佳地具有範圍大約在1至10千電子伏特(keV)的能量。末端模組的投射透鏡配置較佳地包含用於在子束到達目標物之前而聚焦且縮小子束之最終元件,且末端模組的投射透鏡配置較佳地包含帶電粒子的多子束系統之主要縮小元件。
接下來本發明的具體實施例描述是僅以範例的方式並參考圖式而提出。
圖1基於沒有所有電子子束的一般交叉之電子射束光學系統,顯示帶電粒子的多子束微影系統之具體實施例的
概要圖。該微影系統描述在例如美國專利第6,897,458、6,958,804、7,084,414以及7,129,502號,藉此其整體併入以作為參考資料,該整體讓渡給本發明的擁有者。在顯示於圖1的具體實施例中,該微影系統包含電子源1以產生同質(homogeneous)、擴大的電子射束20。射束能量較佳地是維持在大約1至10千電子伏特的相對低的範圍。為了達到此,加速電壓較佳為低,電子源相對於在接地電位的目標較佳維持在大約-1至-10千伏特之間,不過也可以使用其他設置。
來自於電子源1的電子射束20穿過雙八極2以及隨後的準直器透鏡3以用來準直電子射束20。隨後,電子射束20撞擊在孔洞陣列4上,該孔洞陣列阻擋部份射束,且允許複數個子束21穿過孔洞陣列4。孔洞陣列較佳地包含具有通孔的薄板。因此,產生複數個平行電子子束21。系統產生許多子束21,較佳為大約10,000至1,000,000個子束,不過也有可能使用更多或更少的子束。需注意的是,其他已知的方法也可以使用來產生準直的子束。
複數個電子子束21穿過聚集透鏡陣列5,其聚焦每一個電子子束21在射束阻斷器陣列6的平面上。此射束阻斷器陣列6較佳地包含複數個阻斷器,其每一者可以偏轉一個或多個電子子束21。
隨後,電子子束21進入末端模組7。末端模組7較佳地是建構成可插入、可替換的單元,其包含各種構件。在此具體實施例中,末端模組包含射線停止器陣列8、射束偏
轉陣列9以及投射透鏡配置10,不過不是所有的這些都需要包含在末端模組中,且他們可能會因此而配置困難。在其他功能之中,該末端模組7將會提供大約100至500倍的縮小,較佳是盡可能的大,例如在大約300至500倍的範圍間。較佳地,該末端模組7偏轉子束,如下所述。在離開末端模組7之後,子束21撞擊在位在目標平面上的目標物11的表面上。對於微影應用,目標物通常包含晶圓,其提供帶電粒子感光層或光阻層。
在末端模組7中,電子子束21首先穿過射束停止器陣列8。此射束停止器陣列8大幅地決定子束的起始角度。在此具體實施例中,射束停止器陣列包含用於允許子束穿過的孔洞陣列。在基本形式中,射束停止器陣列包含提供通孔的基板,雖然也可以使用其他形狀,但典型地使用圓形孔。在一個具體實施例中,該射束停止器陣列8的基板由矽晶圓而形成規律間隔通孔的陣列,且可以塗覆金屬表面層,以避免表面電荷。在一個具體實施例中,該金屬為並不會形成自然氧化表層的類型,舉例來說,CrMo。
在一個具體實施例中,通過射束停止器陣列8者會與射束阻斷器陣列6的元件準直。該射束阻斷器陣列6以及射束停止器陣列8一起操作,以阻斷子束21或讓子束21通過。如果子束阻斷器陣列6偏轉子束,其將不會穿過在射束停止器陣列8的相對應孔洞,反而子束會被射束停止器陣列8的基板所阻斷。但如果子束阻斷器陣列6沒有偏轉子束,則子束接著將會穿過在射束停止器陣列8的相對
應孔洞,且接著將會入射在目標物11的表面而成為一光點。
然後,該子束穿過射束偏轉陣列9,其提供用於在X及/或Y方向偏轉每一個子束21,其實質上垂直於未經偏轉子束21的方向。然後,子束穿過投射透鏡配置10且投射在目標平面的目標物11(通常為晶圓)之上。
為了在目標物上的投射光點之中及在投射光點之間的電流與電荷的一致性和同質性,且因為射束停止器薄板8大幅地決定射束的起始角度,在射束停止器陣列8孔洞的直徑較佳為小於子束到達射束停止器陣列的直徑。在一個具體實施例中,在射束制動陣列8的孔洞具有範圍在5至20微米的直徑,而描述在具體實施例中之撞擊在射束停止器陣列8的子束21的直徑典型地範圍大約在30至75微米。
在本範例中,射束停止器陣列8的孔洞直徑限制了子束的剖面(該子束是在30至75微米的範圍之直徑值中),變成在5至20微米的範圍的上述值之中,且較佳的是在5至10微米的範圍中。以此方式,僅允許子束的中心部分穿過射束停止器薄板8,以投射在目標物11之上。子束的中心部分具有相對均勻的電荷密度。藉由射束停止器陣列8的此類子束的周圍區域之切除也大幅地決定在系統的末端模組7之子束的起始角度,以及在目標物11的電流總量。在一個具體實施例中,在射束停止器陣列8的孔洞是圓形的,其造成具有一般地均勻的起始角度之子束。
圖2詳細地顯示末端模組7的具體實施例,顯示了射束停止器陣列8、偏轉陣列9以及投影透鏡配置10,投射
電子子束在目標物11上。子束21投射在目標物11上,較佳地是產生直徑大約在10至30奈米的幾何光點尺寸,且更佳的是大約20奈米。在此類設計中,投射透鏡配置10較佳地提供大約100至500倍的縮小。在此具體實施例中,如圖2所示,子束21的中心部分首先穿過射束停止器陣列8(假設此並沒有被子束阻斷器陣列6所偏轉)。接著,子束穿過射束偏轉陣列9的偏轉器或配置在隨後形成偏轉系統之偏轉器組,子束21隨後穿過投射透鏡配置10的光電系統並終於撞擊在目標平面中的目標物11上。
在具體實施例中(如圖2所示),投射透鏡配置10具有3個薄板12、13、14依序配置,其用來形成靜電透鏡陣列。該薄板12、13、14較佳地包含具有孔洞形成於其中的基板。孔洞較佳地形成為穿過基板的圓形孔,不過也可以使用其他形狀。在一個具體實施例中,使用半導體晶片工業所熟知的程序步驟而可以藉由矽或其他半導體而形成基板。舉例來說,該孔洞可以使用半導體製造工業所熟知的微影或蝕刻技術而方便地形成在基板中。所使用的微影和蝕刻技術較佳地是控制為足夠精確,以確保孔洞的位置、尺寸以及形狀之均勻性。此均勻性容許必要條件的排除,以個別地控制每一個子束的焦距和路徑。
在孔洞位置的均勻性(即在孔洞之間均勻的距離(間隔)與在基板表面上的孔洞之均勻配置)容許建造具有密集地擁擠的子束之系統,其在目標物上產生均勻柵格圖案。在一個具體實施例中,在孔洞之間的間隔是在50至500
微米的範圍,間隔的誤差較佳是100奈米或是更少。再者,在使用複數個薄板之系統中,在每一個薄板中相對應孔洞是準直的。在薄板之間的孔洞之非準直會造成延著不同軸的聚焦長度的差異。
孔洞的尺寸之均勻性可以使形成在孔洞位置上的靜電投射透鏡均勻。透鏡尺寸的誤差會造成在聚焦中的誤差,使得一些子束將會聚焦在目標平面上,而其他的子束則不會。在一個具體實施例中,其中孔洞的尺寸在50至150微米的範圍,尺寸的誤差較佳是100奈米或是更少。
孔洞的形狀之均勻性也很重要。在使用圓形孔處,圓形孔的均勻造成經產生的透鏡的聚焦長度在兩軸是相同的。
基板較佳地是被塗覆電導體塗層,以形成電極。導體塗層較佳地是在每一個基板上形成單一電極,並覆蓋在薄板的兩面之孔洞的周圍以及孔的內部。舉例來說,具有導體天然氧化物的金屬(舉例來說,鉬(molybdenum))是較佳地使用半導體製造工業所熟知的技術而用在沉積在薄板的電極。電壓施加在每一個電極,以控制形成在每一個孔洞位置的靜電透鏡之形狀。針對完整的陣列,每一個電極藉由單一控制電壓所控制。因此,在顯示三個電極透鏡的具體實施例中,將會僅有代表所有數千個透鏡的三個電壓。
圖2顯示分別具有電壓V1、V2、V3的薄板12、13、14施加至他們的電極。在薄板12、13之間和薄板13、14
之間的電極之壓差產生靜電透鏡在薄板的每一個孔洞的位置。此孔洞的陣列之每一個位置產生「垂直」靜電透鏡組,其互相準直、產生投射透鏡系統的陣列。每一個投射透鏡系統包含形成在每一個薄板孔洞的陣列的相對點之靜電透鏡組。形成投射透鏡系統的每一個靜電透鏡組可以被認為成單一有效投射透鏡,其聚焦且縮小一個或多個子束,且具有有效聚焦長度以及有效縮小。在僅使用單一薄板的系統中,單一電壓可以與接地平面相連接而使用,使得靜電透鏡形成於薄板的每一個孔洞的位置。
孔洞的均勻性之變化將會造成形成在孔洞位置的靜電透鏡之變化。孔洞的均勻性造成均勻的靜電透鏡。因此,三個控制電壓V1、V2、V3造成均勻靜電透鏡的陣列,其聚焦且縮小許多電子子束21。靜電透鏡的特性是由三個控制電壓所控制,使得子束的聚焦和縮小的總量可以藉由控制這些三個電壓而控制。以此方法,單一一般控制訊號可以用來控制靜電透鏡的整個陣列,以用於縮小和聚焦非常大量的電子子束。一般控制訊號可以提供給每一個薄板或提供為在兩個或多個薄板之間的壓差。用於不同的投射透鏡配置的薄板之數量會改變,且一般控制訊號的數量也會改變。其中孔洞具有足夠均勻的佈置和尺寸,這樣可以使用一個或多個一般控制訊號來聚焦電子子束且縮小子束。因此,在圖2中的具體實施例,包含三個控制電壓V1、V2、V3之三個控制訊號是用來聚焦和縮小所有的子束21。
投射透鏡配置較佳地形成所有用於聚焦子束至目標表
面之所有聚焦工具。此可能藉由投射透鏡的均勻性而製造,其提供足夠的均勻性來聚焦和縮小子束,使得沒有需要校正個別電子子束的焦距及/或路徑。藉由簡化系統的建構、簡化系統的控制與調整,此相當地減少了整體系統的成本與複雜度,且大幅度地減小了系統的尺寸。
在一個具體實施例中,在投射透鏡形成處之孔洞的佈置和尺寸是控制在一容忍值,其足夠可使用一個或多個一般控制訊號而聚焦電子子束,以達成聚焦長度的均勻度佳於0.05%。投射透鏡系統在標稱間距(nominal pitch)留出間隔,且聚焦每一個電子子束以形成在目標表面上的光點。在薄板之孔洞的佈置和尺寸較佳是控制在一容忍值,以達成光點在目標表面之空間分佈的變化值小於0.2%的標稱間距。
該投射透鏡配置10藉由薄板12、13及14彼此接近湊緊設置而精巧,因此,儘管在該電極上使用相對較低的電壓(相較於通常使用於電子射束光學的電壓),但它能產生非常高的電場。這些高電場產生具有小焦距距離之靜電投射透鏡,因為對於靜電透鏡來說,聚焦長度可以藉由射束能量除以電極之間電場強度之比例而估計。在這方面,10千伏特/毫米先例能夠實現,目前的具體實施例適用於第二薄板13和第三薄板14之間的電位差較佳地是在25至50千伏特/毫米範圍內。這些電壓V1、V2和V3較佳地設置,使得在第二和第三薄板(13、14)之間電壓的差異較大於在第一和第二薄板(12、13)之間電壓的差異。這樣造成了形成在
薄板13、14之間的較強透鏡,使得每個投射透鏡系統的有效透鏡平面位於薄板13、14之間,如圖2所示,在透鏡打開時,藉由在薄板13、14之間曲、虛線所示。配置有效透鏡平面接近該目標物,並使該投射透鏡系統具有一較短的聚焦長度。為簡潔起見,它進一步指出,雖然顯示於圖2之子束自偏轉器9聚焦,但子束21聚焦的更準確地代表是顯示於圖3B。
該電極電壓V1、V2和V3是較佳地設置,使得電壓V2為較電壓V1接近電子源1的電壓,造成在子束21中的帶電粒子減速。在某一具體實施例中,該目標物是在0伏特(接地電位),並且相對於該目標物的電子源大約是-5千伏特,電壓V1約是-4千伏特,以及電壓V2約是-4.3千伏特。相對於目標物的電壓V3大約是0伏特,其避免了在薄板14與目標物之間的強電場,但如果目標物表貌不是平坦,其可能引起子束的擾亂。在薄板(和其他投射系統的組件)間的距離較佳為小。藉由這個配置,實現聚焦式和縮小式投射透鏡,且降低在子束中經提取的帶電粒子的速度。隨著電壓約為-5千伏特的電子源,藉由中央電極(薄板13)將帶電粒子減速,並隨後藉由在接地電位具有一電壓之底部電極(薄板14)加速。這種減速允許在電極處使用較低電場,而仍實現用於投射透鏡排列之所希的縮小和聚焦。具有控制電壓V1、V2和V3之三個電極的優點(而不是如以往系統所使用只有具有控制電壓V1和V2之兩個電極)是這子束聚焦的控制將在從該子束加速電壓之控制
的一些範圍解耦。該解耦發生是因為投射影透鏡系統可以藉由調整在電壓V2的和V3之間電壓差而未改變電壓V1來進行調整。因此,在電壓V1和源電壓之間的電壓差基本上保持不變,使得加速電壓基本上保持恆定,減少於圓柱的上部份之準直結果。
圖2也說明在Y方向上藉由偏轉陣列9偏轉子束21,圖2說明該子束的偏轉從左至右。在圖2之具體實施例,顯示用於一個或多個子束通過之在偏轉陣列9中之孔洞,並在孔洞相對兩側上提供電極,該電極提供電壓+V和-V。於電極上提供一個電位差使得通過孔洞的子束或子束們偏轉。動態地變化該電壓(或電壓的標誌)將允許子束以掃描方式在此Y方向上掃過。
以描述於Y方向的偏轉之同樣的方式,在X方向的偏轉也可於之後及/或之前進行(於圖2的X方向是進出紙張的方向)。在該具體實施例的描述中,當基板使用掃描模組或掃描階段而轉換到另一個方向,可使用用於掃描在基板表面上的子束之某一偏轉方向。轉換方向較佳地是轉換至Y方向並與X方向一致。
如上所述,關於該末端模組7的偏轉器和透鏡的彼此配置不同於在粒子光學技術中的一般期待。一般來說,偏轉器是位於投射透鏡後,使得聚焦是首先完成,然後將該聚焦之子束偏轉。如圖2和3中之系統,首先偏轉子束然後聚焦之,結果該子束進入投射透鏡的離軸且位於與該投射透鏡的光軸相關之角度。熟知該領域之技藝人士可明顯
了解,之後的配置可能在經偏轉的子束中引起相當大離軸像差。
用於微影之該投射系統的應用中,子束應聚焦和定位於具有十倍奈米的光點尺寸之超高精確度,具有準確的奈米尺寸和奈米程度的準確位置。發明人察覺到,偏轉聚焦之子束(例如遠離子束之光軸數百奈米)將很容易會導致失焦的子束。為了滿足此精準度要求,這將嚴重限制了偏轉器的總量或子束會在目標物11表面上迅速變為失焦。
如上文所討論的,為了實現該投射透鏡配置使用在微影系統的目的,該投射透鏡系統的有效聚焦長度是短的,並且該投射透鏡系統的透鏡平面是以非常接近目標平面而定位。因此,在用於子束偏轉系統中之投射透鏡和目標平面之間很少有剩餘空間。發明人認知到,任何偏轉器或偏轉系統應設於投射透鏡之前,該聚焦長度應該是如此有限的規模,儘管以這樣的配置會發生明顯的離軸像差。
此外顯示於圖1和2之偏轉陣列9上端和投射透鏡配置10下端之配置允許子束21的強大聚焦,特別是在每個投射透鏡系統聚焦成唯一的子束(或少數的子束)之系統下,允許子束減少尺寸(縮小)至少大約100倍,較佳地是大約350倍。系統中,每個投射透鏡系統聚焦成一群子束,較佳地是10到100個子束,每一個投射透鏡系統提供至少約25倍的縮小,較佳為約50倍。這種高度縮小還有另一個優勢:在該投射透鏡配置10(上端)大幅減少前,關於對孔洞和透鏡的精準度的條件,從而以更低的成本建
構微影裝置。這種配置之另一個優點是,整體系統的圓柱長度(高度)可以大幅減少。在這方面,它也傾向縮小該投射透鏡的聚焦長度和增大縮小因子,以便達成一個有限高度的投射圓柱,較佳為從目標物至電子源小於1公尺,而且更好地高度約在150至700毫米之間。這種具有短的圓柱設計使得微影系統易於安裝和容納,且由於有限的圓柱高和較短的子束路徑,其也減少了單獨子束的漂移影響。較小的漂移降低子束準直問題,並實現了較為簡單和節省費用的設計以使用。但是,這樣的配置出現了末端模組的各個組件上的額外需求。
藉由定位於投射系統上端的偏轉系統,該偏轉子束將不再通過於其光軸之投射系統。因此,當偏轉時,聚焦在目標平面之未偏轉的子束將對目標平面失焦。為了限制由於子束的偏轉的失焦之效果,在某一具體實施例的末端模組中,偏轉陣列9盡可能接近投射透鏡陣列10定位。以這種方式,當偏轉的子束通過投射透鏡陣列,其仍將相對地接近其未偏轉之光軸。較佳地,偏轉陣列定位在自投射透鏡陣列10約0至5毫米,較佳地是盡可能接近同時保持與投射透鏡的隔絕。在實際的設計上,為適應線路,可使用0.5毫米之距離。另一種具體實施例還提供了另一種裝置來解決這一問題,參考圖5於下方描述。
以如上所述的配置,投射透鏡系統10的主要透鏡平面較佳為位於兩薄板13和14之間。根據該上述之具體實施例,在系統中帶電粒子的總能量是保持相對較低,如前所
提及。例如,對於一電子射束來說,能量較佳地是可達約10千伏特的範圍。以這種方式,減少在目標物產生的熱量。然而,由於帶電粒子的如此低的能量,系統中之色差增加。這就需要特定的量測來抵消這不利的影響。其中之一是已經提到的在投射透鏡配置10中之相對較高的靜電場。高靜電場導致形成具有低聚焦長度之靜電透鏡,致使該透鏡具有低色差。
色差通常與聚焦長度成比例。為了減少色差並提供到目標平面的電子射束之適當投射,該光學系統的聚焦長度是較佳地限制於一毫米或更少。此外,根據本發明,該透鏡系統10之最後薄板14是非常薄,以確保小的聚焦長度而沒有位在透鏡內之焦點平面。薄板14的厚度較佳為在約50至200微米的範圍內。
由於上述提及之理由,保持加速電壓相對較低是所希的,以獲得相對強的縮小,並盡可能將像差保持為低。為了滿足這些相互矛盾的要求,構想具有該彼此定位密切之投射透鏡系統的透鏡的配置。這一新概念要求投射透鏡的較低電極14,其較佳地提供成盡可能接近目標平面,且具有偏轉器較佳地是位於投射透鏡前之效果。藉由末端模組7之配置以減輕所造成的像差的另一種量測是將該偏轉器9和投射透鏡10以相互最小距離定位。
如上所述,圖3A說明了在透鏡陣列的相互距離是一個高度微型化的性質。在這方面,在薄板12和13之間的相互距離d1和d2是如同薄板13厚度的同一程度大小。在一
較佳具體實施例中,厚度d1和d2是約在100至200微米範圍。目標平面至最後薄板14的距離d3較佳為小於距離d2以允許用於短聚焦長度。然而,需要在薄板14較低的表面和晶圓的表面之間提供最小距離,以提供用於晶圓機械運動的配額。在目前示範的具體實施例中,距離d3約在50至100微米。在某一具體實施例中,d2約為200微米,並且d3約為50微米。這些距離是相關於該電壓V1、V2和V3,以及於薄板12、13和14的透鏡之孔洞18的d4大小,以允許經偏轉的子束通過,同時將一或多個子束聚焦。
在如說明之末端模組7的設計中,薄板12、13和14之透鏡孔洞之直徑d4是大於射束停止器陣列8的同軸準直孔洞數倍之直徑,其中較佳地具有約5至20微米之直徑。直徑d4較佳是在約50到150微米的範圍。在某一具體實施例中,直徑d4是約100微米並且射束停止器陣列之孔洞直徑約15微米。
此外,在目前的設計中,薄板13的中央基板有著最大厚度,較佳為約50到500微米的範圍。用於薄板12的基板厚度相對是較小,較佳為約50至300微米,並且用於薄板14的相對是最小,較佳為約50至200微米。在某一具體實施例,用於薄板13的基板厚度約是200微米,用於12約是150微米,而用於14約是150微米。
根據圖3A之具體實施例,圖3B說明了透鏡的實際聚焦效果,通過一項所謂的光線追蹤(traced ray)說明投影透鏡配置10的孔洞18的截面。這張圖片說明了在此具體
實施例中透鏡系統10的實際透鏡平面是在薄板13和14之間。還應該指出,在此設計中位於最下層薄板14和目標平面11之間的距離d3應該是非常小的以允許短的聚焦長度。
圖4是薄板12、13或14其中之一的透視圖,其中較佳地包括基板19、較佳的材料(諸如矽)以提供孔洞18。藉由在孔洞18的直徑d7約一倍或半倍之鄰近孔洞中心之間的相互距離P(間距),孔洞可排列成三角(如圖所示)或四方或其他合適的關係。據某一具體實施例,薄板之基板可能是約20至30平方毫米,較佳為位在他們整個面積上之固定相互距離。在某一個具體實施例,基板約是26平方毫米。
該子束的總電流需要實現一個特定的產量(即每小時暴露特定數量的晶圓),其取決於所需的劑量、晶圓的面積和間接時間。於此射出干擾限制系統中所需要的劑量取決於所需的特徵尺寸和均勻性,以及射束能量等其他因素。
使用電子射束微影,以在光阻中獲得一定特徵尺寸(關鍵尺度或CD),一定的解析度是必要的。這項解析度是由三個貢獻所決定:射束尺寸、光阻中的電子的散射,和與酸擴散結合之二次電子平均自由路徑。這三個貢獻以平方關係加成以決定總光點尺寸。這三個貢獻的射束尺寸和散射取決於加速電壓。為解決在光阻的特徵,總光點尺寸應為如所希的特徵尺寸(CD)的同一程度等級。於實際應用上不僅在CD而且也對CD的均勻度是非常重要的,並且這最後一項要求將決定實際需要之光點尺寸。
電子束射束系統的最大單一射束流取決於光點尺寸。對於小的光點尺寸來說,流也是非常小的。為獲得一個良好的CD均勻度,所需要的光點尺寸將限制單一射束流以遠遠低於所要求的獲得高產量之流。因此,需要大量的子束(對於每小時10片晶圓的產量,子束通常超過10,000個)。對於一個電子射束系統,通過某一透鏡的總電流藉由庫侖相互作用力(Coulomb interactions)限制,使射束的有限數量可以通過某一透鏡及/或某一交叉點發送。這一結果意味著,在高通量系統中之透鏡數量也需要增大。
在所述的具體實施例中,實現了大量低能量射束的非常密集的配置,使得在尺寸上複數個子束可裝入面積可比得上典型的晶圓暴露區域的尺寸。
該孔洞的間距較佳為盡可能小,以在一小面積上盡可能創造許多靜電透鏡。這使得高密度的子束成為可能,並降低了必須跨越目標表面掃描的子束之距離。然而,由於孔洞之間的短距離,以及藉由鄰近透鏡的邊緣區域所造成的可能像差,當薄板變得太脆弱時,減少用於一孔洞的給定口徑尺寸之間距是藉由生產和造成的結構問題所限制。
圖5是一個偏轉器替代設計的說明,其意圖進一步減輕末端模組7配置的影響。藉由這設計,即使當子束偏離時,完成子束21通過投射透鏡配置10之有效的透鏡平面的中心部分。在這種方式下,藉由通過投射透鏡配置10偏轉所造成的球面像差為最低。這設計的一項重要的改善是:增加可使用的偏轉總量,而光點尺寸的解析度不會受
到損害。
根據圖5的替代性設計,兩個偏轉器9a及9b一前一後地定位於其電極上之每一個相對的電壓。對偏轉目的,在每個偏轉器9a及9b上之這些電壓的標示是同時接通。在有效透鏡平面10之偏轉子束21的中心(且靠近投射系統的光軸),是藉由微調距離d5與相互距離d6結合的偏轉角度的比例實施,距離d5是在偏轉器9b及投射透鏡配置10的有效透鏡之間,距離d6是在兩個偏轉器9a及9b之間,並且在電極上施加電壓。電極9a及9b的電壓以這方式相互改變,所以子束21的中心點是在投射透鏡配置10的光學平面上,並且跨越投射透鏡系統的光軸(在圖5中顯示為一個圓點虛線)。因此,第一偏轉器9a以一角度阿法(alpha)1將子束21自光軸偏離,並且偏轉器9b將子束21以一角度阿法2偏轉回相反的方向。這樣一來,當子束21通過投射透鏡配置10的有效透鏡平面,子束偏轉了一個角度阿法3。
本發明已藉參照上文的某些具體實施例所討論。將體認到,這些具體實施例容許於此技藝領域中眾所周知的各種形式的修改和替代而未違背本發明的精神和範疇。因此,雖然已於特定的具體實施例中說明,這些僅是例子且未限制本發明的範疇,其由隨附的申請專利範圍所定義。
1‧‧‧電子源
2‧‧‧雙八極
3‧‧‧準直透鏡
4‧‧‧孔洞陣列
5‧‧‧聚集透鏡陣列
6‧‧‧子束阻斷器陣列
7‧‧‧末端模組
8‧‧‧射束停止器陣列
9‧‧‧射束偏轉陣列
9a‧‧‧偏轉器
9b‧‧‧偏轉器
10‧‧‧投射透鏡配置
11‧‧‧目標物
12-14‧‧‧薄板
18‧‧‧孔洞
19‧‧‧基板
20‧‧‧電子射束
21‧‧‧子束
d1-d7‧‧‧距離
V1-V3‧‧‧電壓
本發明的各種觀念已參考顯示在圖中的實施例而進一
步地解釋,其中:圖1是帶電粒子的多子束微影系統之範例的簡化概要圖;圖2是圖1微影系統的末端模組的簡化概要側面圖;圖3A是在圖2末端模組的投射透鏡中的透鏡陣列之電壓及共同距離的側面簡化概要圖;圖3B概要地闡述在子束上之圖2的投射透鏡效應,並顯示為垂直剖面圖。
圖4是圖2的投射透鏡的透鏡陣列的基板之透視圖。
圖5是末端模組偏轉系統的另一具體實施例剖面圖之概要呈現。
1‧‧‧電子源
2‧‧‧雙八極
3‧‧‧準直透鏡
4‧‧‧孔洞陣列
5‧‧‧聚集透鏡陣列
6‧‧‧子束阻斷器陣列
7‧‧‧末端模組
8‧‧‧射束停止器陣列
9‧‧‧射束偏轉陣列
10‧‧‧投射透鏡配置
11‧‧‧目標物
20‧‧‧電子射束
21‧‧‧子束
Claims (30)
- 一種可架置在帶電粒子的多子束系統之末端模組,該末端模組包含:投射透鏡配置,其用以投射帶電粒子子束至目標物上,該投射透鏡配置包含用以產生投射透鏡的一個或多個陣列的一個或多個薄板,每一個薄板具有孔洞的陣列形成在其中,而該投射透鏡形成在該孔洞的位置,該投射透鏡的一個或多個陣列形成投射透鏡系統的陣列,每一個投射透鏡系統包含一個或多個投射透鏡,該投射透鏡形成在該投射透鏡的一個或多個陣列的對應點;射束停止器陣列,其位於該投射透鏡配置的上端,該射束停止器陣列包含具有孔洞陣列形成於其中的薄板,該射束停止器陣列的孔洞實質上與該投射透鏡系統準直;其中,當該子束到達該射束停止器陣列時,該射束停止器陣列的孔洞的直徑是比該子束直徑還小,其中,該投射透鏡系統配置在間距為該薄板的孔洞的直徑之1至3倍的範圍,以及其中,提供每一個投射透鏡系統來用於縮小和聚焦一個或多個帶電粒子子束至目標平面上,每一個投射透鏡系統在操作期間具有範圍在該間距之1至5倍的有效聚焦長度,且縮小該帶電粒子子束到至少25倍。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中該射束停止器陣列的孔洞的直徑是在範圍大約5至20微米。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中該射束停止器陣列和該投射透鏡配置之間的距離是小於5毫米。
- 根據申請專利範圍第2項所述之末端模組,其中該射束停止器陣列和該投射透鏡配置之間的距離是小於大約5毫米。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中在操作期間之該投射透鏡系統的聚焦長度是小於1毫米。
- 根據申請專利範圍第1項至第5項任一項所述之末端模組,其中更進一步地包含用於掃描該子束的偏轉系統,該偏轉系統位於該射束停止器陣列和該投射透鏡配置之間。
- 根據申請專利範圍第6項所述之末端模組,其中該偏轉系統和該投射透鏡配置之間的距離是在範圍0.5至5毫米。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中該末端模組包含至少1萬個陣列的投影透鏡系統。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中該投影透鏡配置包含兩個或多個薄板。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中該投射透鏡配置包含至少三個薄板。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中該薄板藉由與最厚薄板的厚度之相同等級的大小的距離而分離。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中該 投射透鏡系統的陣列的間距是在範圍50至500微米。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中該投射透鏡配置從上端到下端之距離是在範圍0.3至2.0毫米。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中每一個陣列的投射透鏡是配置成實質上在一個平面中。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中該投射透鏡包含靜電透鏡。
- 根據申請專利範圍第15項所述之末端模組,其中每一個薄板包含用於形成該靜電透鏡的電極。
- 根據申請專利範圍第16項所述之末端模組,其中在操作期間大於10千伏特/毫米的電場是在該投射透鏡配置的電極之間產生。
- 根據申請專利範圍第16項所述之末端模組,其中在操作期間在範圍25至50千伏特/毫米範圍的電場是在該投射透鏡配置的電極之間產生。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其進一步包含第一薄板、該第一薄板下端的第二薄板以及該第二薄板下端的第三薄板,配置該薄板的孔洞,使得每一個薄板的對應孔洞是實質上互相準直。
- 根據申請專利範圍第19項所述之末端模組,其中該第三薄板包含一電極,在操作期間其是維持在如同該目標物的實質上相同的電壓。
- 根據申請專利範圍第19項所述之末端模組,其中每 一個薄板包含電極,且其中在操作期間該第一薄板和該第二薄板之間的電壓差是小於在該第二薄板和該第三薄板之間的電壓差。
- 根據申請專利範圍第19項所述之末端模組,其中每一個薄板包含電極,且其中在操作期間該第二薄板和該第三薄板的電極之電壓是在範圍大約3至6千伏特。
- 根據申請專利範圍第19項所述之末端模組,其中該第一薄板和該第二薄板是定位成分離100至1000微米,該第二薄板和該第三薄板是定位成分離50至500微米,並且該第三薄板定位在自該目標物25至400微米處。
- 根據申請專利範圍第19項所述之末端模組,其中該第一薄板和該第二薄板是定位成分離100至200微米,該第二薄板和該第三薄板是定位成分離150至250微米,並且該第三薄板定位在自該目標物50至200微米處。
- 根據申請專利範圍第1項所述之末端模組,其中提供每一個投射透鏡系統來用於縮小和聚焦單一帶電粒子子束至該目標平面上,其中每一個投射透鏡系統在操作期間縮小該帶電粒子子束到至少100倍。
- 一種帶電粒子的多子束系統,其包含:用於產生帶電粒子射束的帶電粒子源;用於準直該射束的準直器;用於從經準直的該射束產生複數個子束的孔洞陣列;用於聚焦該子束的聚集陣列;子束阻斷器陣列,其實質上位於該聚集陣列的聚焦平 面,且包含用於使該子束偏轉的偏轉器;以及申請專利範圍第1項之末端模組。
- 根據申請專利範圍第26項所述之帶電粒子的多子束系統,其中在操作期間依據該帶電粒子源所產生的該子束的帶電粒子具有範圍在1至10千電子伏特的能量。
- 根據申請專利範圍第26項所述之帶電粒子的多子束系統,其中該末端模組的投射透鏡配置包含用於在該子束到達該目標物之前而聚焦且縮小該子束之最終元件。
- 根據申請專利範圍第27項所述之帶電粒子的多子束系統,其中該末端模組的投射透鏡配置包含用於在該子束到達該目標物之前而聚焦且縮小該子束之最終元件。
- 根據申請專利範圍第26項至第29項任一項所述之帶電粒子的多子束系統,其中該末端模組的該投射透鏡配置包含該帶電粒子的多子束系統之主要縮小元件。
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