TWI517196B - 具有中間腔室的帶電粒子微影系統 - Google Patents

Description

具有中間腔室的帶電粒子微影系統

本發明關於一種帶電粒子微影裝置，且尤指一種用於具有冷卻系統之微影系統的隙縫陣列。

目前，大多數商用微影系統使用光束與遮罩作為一種機構來複製用於使諸如具有抗蝕劑塗層的晶圓之目標曝光的圖型資料。在無遮罩的微影系統中，帶電粒子束被用來將圖型資料寫入到目標上。射束是例如藉由將其個別接通及切斷而經個別控制來產生所需的圖型。對於設計操作在商用可接受產量之高解析度的微影系統而言，此類系統的尺寸、複雜度、與成本成為障礙。

甚者，現存的帶電粒子束技術是適用於針對相當粗略的影像圖型化之微影系統，例如：達到90 nm及更高者的臨界尺度。然而，存在對於改良性能的增長需求。要達到例如22 nm之較小許多的臨界尺度而維持例如每小時在10與100個晶圓之間的充分晶圓產量是所期望。為了以持續減小的特徵尺寸來達到如此大的產量，必須增大該種系統所產生的束的數目，增大在帶電粒子束中的電流，且減小在束之間的距離。

帶電粒子束微影系統是典型操作在由真空腔室所提供的真空環境中。產生帶電粒子束的源是較佳操作在高真空環境中，而達到在真空腔室中的此高真空是困難且耗時，降低了微影系統的整體產量。甚者，在真空腔室中之諸如水蒸氣與其從覆有抗蝕劑的晶圓及系統構件所除氣的碳氫化合物之污染物亦是問題。

本發明企圖藉由提出一種用於將圖型轉移到目標表面上之帶電粒子微影系統來對付此等問題。該種系統包含：主要真空腔室；源腔室與中間腔室，二者均位在主要真空腔室中；束產生器，其用於產生帶電粒子束，該束產生器是位在源腔室中；及，第一隙縫陣列元件，其用於產生來自該束的複數個帶電粒子射束，第一隙縫陣列元件是位在中間腔室中。該種系統是適用於維持在主要真空腔室中的第一壓力、在中間腔室中的第二壓力、以及在源腔室中的第三壓力，且其中第一壓力是低於周圍壓力，第二壓力是低於第一壓力，且第三壓力是低於第二壓力。

該中間腔室可包括用於允許帶電粒子束從源腔室到中間腔室內之傳輸的第一開口、以及用於允許帶電粒子束從中間腔室離開到主要真空腔室內之傳輸的第二開口，其中第一隙縫陣列元件的隙縫形成第二開口。

該種系統可更包含：用於將中間腔室的第二開口閉合的閥。該源腔室可包含出口與泵抽系統，其用於產生在源腔室中的第三壓力，且泵可包含化學或吸氣泵。該源腔室與中間腔室可各自包含出口與泵抽系統，其用於產生在中間腔室中的第二壓力以及在源腔室中的第三壓力，且泵可包含化學或吸氣泵。

該種系統可更包含：位在中間腔室中的準直系統，其適用於使帶電粒子束在到達第一隙縫陣列之前為準直。該第一隙縫陣列元件可包含以複數個群所配置的複數個隙縫，該等隙縫是用於讓射束通過隙縫陣列元件，其中該等隙縫群形成束區域，其與在束區域之間所形成且不含有任何用於射束通過的隙縫之複數個非束區域為分隔開且有區別的。

該第一隙縫陣列元件可備有冷卻通道，其適用於用來使第一隙縫陣列元件冷卻的冷卻媒體之輸送，該等冷卻通道是設置在第一隙縫陣列元件的非束區域中。

該第一隙縫陣列元件可包含其具有厚度與寬度的平板，其中該等隙縫是穿過平板厚度而形成在平板的非束區域中，且該等冷卻通道是內在形成在平板的非束區域中且朝平板寬度的方向而延伸。該第一隙縫陣列元件可包含整體限流隙縫陣列，該第一隙縫陣列元件的隙縫具有凹陷在面對朝向該束產生器之第一隙縫陣列元件的上表面之下方的最窄部分。

該種系統可更包含：複數個隙縫陣列元件，其包括第一隙縫陣列、熄滅器陣列、束光闌陣列、與投射透鏡陣列，各個隙縫陣列元件包含以複數個群所配置的複數個隙縫，該等隙縫是用於讓射束通過隙縫陣列元件，且其中各個隙縫陣列元件的隙縫群形成束區域，其與在束區域之間所形成且不含有任何用於射束通過的隙縫之複數個非束區域為分隔開且有區別的，且其中該等隙縫陣列元件的束區域是經對準以形成束軸，其各者包含複數個射束，且該等隙縫陣列元件的非束區域是經對準以形成在其中不存在有任何射束的非束軸。

該第一隙縫陣列元件可備有面對朝向束產生器的彎曲上表面。該第一隙縫陣列元件可經細分成為交替的無隙縫區域與隙縫區域，各個隙縫區域包含複數個隙縫，且其中該彎曲上表面涵蓋複數個無隙縫區域與隙縫區域。該第一隙縫陣列元件的彎曲上表面可形成其突出在朝向束產生器的上表面之上方的升高圓頂狀區域，或可形成在面對束產生器的上表面區域中的圓頂狀凹陷部。該種系統可具有光軸且彎曲表面是根據置中在環繞光軸的餘弦函數所成形。

下文是本發明的種種實施例的描述，其僅為舉例而言且參考圖式。該等圖式為非依比例所繪製且僅意圖為說明目的。

圖1顯示一種帶電粒子多射束微影系統1的一個實施例的簡化示意圖。此類的微影系統是例如描述在美國專利第6,897,458號、第6,958,804號、第7,084,414號、與第7,129,502號，此等美國專利是經讓渡給本申請案的申請人且為以參照方式而將其整體納入本文。

此類的微影系統1適當包含其產生複數個射束的射束產生器2、將射束圖型化以形成經調節射束的射束調節器、以及用於將經調節射束投射到目標表面上的射束投射器。射束產生器典型包含源與至少一個分束器。在圖1中的源是電子源3，其經配置以產生實質同質、擴展的電子束4。電子束4的束能量是較佳在約1到10 keV之範圍中維持為相當低。為了達成此舉，加速電壓較佳為低，且電子源3可關於在接地電位的目標而為保持在約-1到-10 kV之間的電壓，雖然亦可使用其他設定。

在圖1中，來自電子源3的電子束4通過準直透鏡5，其用於使電子束4為準直。準直透鏡5可為任何型式的準直光學系統。在準直之前，電子束4可通過雙重八極(未顯示)。隨後，電子束4撞擊在分束器，其在圖1的實施例中為第一隙縫陣列6(雖然可能在陣列6之前有其他的隙縫陣列)。第一隙縫陣列6較佳包含具有通孔的平板。隙縫陣列6是經配置以將部分的束4阻隔。此外，陣列6允許複數個射束7通過，藉以產生複數個平行電子射束7。

圖1的微影系統1產生大量的射束7，較佳為約10,000到1,000,000個射束，雖然誠然可能產生更多或較少射束。注意，其他的已知方法亦可用來產生經準直的射束。第二隙縫陣列可經附加在系統中，藉以從電子束4來產生子束且從子束來產生電子射束7。此允許更進一步在下游的子束操縱，此結果為有益於系統操作，尤其當在系統中的射束數目為5,000個或更多者。

射束調節器(其在圖1經標示為調節系統8)典型包含其包含複數個熄滅器之配置的射束熄滅器陣列9、及射束光闌陣列10。該等熄滅器是能夠使電子射束7中的一或多者偏轉。在本發明的實施例中，該等熄滅器是更明確為其備有第一電極、第二電極與隙縫的靜電偏轉器。該等電極於是位在隙縫的相對側上以用於產生跨過隙縫的電場。通常，第二電極是接地電極，即：連接到接地電位的電極。

為了將電子射束7聚焦在熄滅器陣列9的平面內，微影系統可更包含聚光透鏡陣列(未顯示)。

在圖1的實施例中，射束光闌陣列10包含用於允許射束通過的隙縫陣列。射束光闌陣列10以其基本形式為包含其備有通孔的基板，通孔是典型為圓形孔，雖然其他形狀亦可經使用。在一些實施例中，射束光闌陣列10的基板是由具有規則間隔陣列的通孔之矽晶圓所形成，且可經覆有金屬的表面層以防止表面充電。在一些進一步的實施例中，該金屬是不會形成諸如CrMo的天然氧化物表層的一種型式者。

射束熄滅器陣列9與射束光闌陣列10是一起操作來將射束7阻隔或讓射束7通過。在一些實施例中，射束光闌陣列10的隙縫是與在射束熄滅器陣列9中的靜電偏轉器的隙縫為對準。若射束熄滅器陣列9使射束偏轉，射束將不會通過在射束光闌陣列10之中的對應隙縫。反而，射束將由射束光闌陣列10的基板所阻隔。若射束熄滅器陣列9未使射束偏轉，射束將通過在射束光闌陣列10之中的對應隙縫。在一些替代實施例中，射束熄滅器陣列9與射束光闌陣列10之間的合作是俾使由於在熄滅器陣列9之中的偏轉器之射束偏轉造成射束通過在射束光闌陣列10之中的對應隙縫，而未偏轉造成由於射束光闌陣列10的基板之阻隔。

調節系統8是配置為基於由控制單元60所提供的輸入而將圖型附加到射束7。控制單元60可包含資料儲存單元61、讀出單元62、及資料轉換器63。控制單元60可位在遠離系統的其餘部分，例如：在無塵室的內部之外。使用光纖64，持有圖型資料之經調節的光束14可經傳送到投射器65，其將來自在光纖陣列(示意描繪為平板15)內的光纖末端的光線投射到微影系統1的電子光學部分，其由虛線的方框與參考標號18所示意標出。

在圖1的實施例中，經調節的光束被投射到射束熄滅器陣列9。更明確而言，來自光纖末端的經調節的光束14被投射在位於射束熄滅器陣列9的對應感光元件上。感光元件可經配置將光訊號轉換成為不同型式的訊號，例如：電氣訊號。經調節的光束14載有一部分的圖型資料以供控制其耦接到對應感光元件的一或多個熄滅器。適宜而言，為了將光束14投射到對應感光元件上，諸如投射器65的光學元件可經使用。此外，為了要允許光束14以適合的入射角來投射，反射鏡可被納入，例如：適當置放在投射器65與射束熄滅器陣列9之間。

投射器65可在控制單元60的控制之下而藉由投射器定位裝置17來與平板15為適當對準。結果，在投射器65與射束熄滅器陣列9內的感光元件之間的距離可同樣變化。

在一些實施例中，光束可(至少部分為)藉由光學波導而從平板被轉移朝向感光元件。光學波導可將光線導引到極接近感光元件的位置，適合而言為小於厘米，較佳為隔開在毫米的規模。在光學波導與對應感光元件之間的短距離降低了光損失。另一方面，位在遠離其可由帶電粒子射束所佔有空間的平板15與投射器65之使用具有優點在於，射束干擾為最小化且射束熄滅器陣列9的結構為較不複雜。

出自射束調節器的經調節射束是由射束投射器所投射為在目標24的目標表面13之上的光點。射束投射器典型包含其用於將經調節的射束掃描在目標表面13之上的掃描偏轉器、及其用於使經調節的射束聚焦在目標表面13之上的投射透鏡系統。此等構件可存在於單一個末端模組內。

此類的末端模組是較佳被構成為一種可插入、可替換單元。末端模組可因此包含偏轉器陣列11與投射透鏡配置12。可插入、可替換單元亦可包括上文關於射束調節器所論述的射束光闌陣列10。在離開末端模組之後，射束7撞擊在其定位在目標平面的目標表面13。對於微影應用而言，目標通常包含其備有帶電粒子敏感層或抗蝕層的晶圓。

偏轉器陣列11可採取一種掃描偏轉器陣列的形式，其配置以使通過射束光闌陣列10的各個射束7偏轉。偏轉器陣列11可包含複數個靜電偏轉器，其致能相當小的驅動電壓之施加。雖然偏轉器陣列11經描繪在投射透鏡配置12的上游，偏轉器陣列11亦可被定位在投射透鏡配置12與目標表面13之間。

投射透鏡配置12經配置以在由偏轉器陣列11的偏轉之前或之後而使射束7聚焦。較佳而言，聚焦造成其直徑為約10到30奈米的幾何光點尺寸。在此類的較佳實施例中，投射透鏡配置12是較佳配置為提供約100到500倍的縮小，最佳為儘可能大，例如：在300到500倍的範圍中。在此較佳實施例中，投射透鏡配置12可有利位在接近目標表面13。

在一些實施例中，束保護器可位在目標表面13與投射透鏡配置12之間。該束保護器可為金屬薄片或平板，其備有複數個適當定位的隙縫。該束保護器經配置以在經釋放的抗蝕劑粒子可到達在微影系統1中的任何敏感元件之前而將其吸收。

投射透鏡配置12可因此確保的是，在目標表面13之單一個像素的光點尺寸是正確的，而偏轉器陣列11可藉由適當的掃描操作而確保的是，在目標表面13之像素的位置是關於微尺度為正確。尤其，偏轉器陣列11的操作是俾使像素配合到其最後構成在目標表面13的圖型之像素柵。將被瞭解的是，在目標表面13的像素之巨尺度定位是由存在於目標24之下方的晶圓定位系統所適當致能。

一般而言，目標表面13包含在基板頂部上的抗蝕膜。部分的抗蝕膜將由帶電粒子(即：電子)射束的施加所化學方式修改。作為其結果，該膜的經照射部分將多少有些可溶解在顯影劑中，造成在晶圓上的抗蝕圖型。晶圓上的抗蝕圖型可隨後經轉移到下層，即：藉由在半導體製造技術中為已知的實施、蝕刻、及/或沉積步驟。明顯地，若照射為不均勻，抗蝕劑可能並未以均勻方式來顯影，導致在圖型中的錯誤。高品質投射是因此為關係重大以得到一種提供可複製結果的微影系統。不應有在照射中的任何差異為由偏轉步驟所造成。

圖2示意顯示在圖1之微影系統中的射束熄滅器陣列9的一個實施例的操作。尤其是，圖2示意顯示其包含射束熄滅器陣列9與射束光闌陣列10之射束調節器的一部分的橫截面圖。射束熄滅器陣列9是備有複數個隙縫35。為了參考，目標24亦已經被指出。此圖為非依比例所繪製。

該種射束調節器的圖示部分是經配置以調節三個射束7a、7b、與7c。射束7a、7b、與7c可形成其可為來自單一個源之一束或來自單一個子束所產生的單一射束群的部分者。圖2的射束調節器是配置用於使射束群收斂朝向對於各群的共同收斂點P。此共同收斂點P是較佳位在對於射束群的光軸O。

圖3A示意顯示在射束熄滅器陣列內之電極配置的俯視圖，其中，該射束熄滅器陣列經配置以使射束群收斂朝向共同收斂點。在此實施例中，射束熄滅器採取靜電調節器30的形式，各個調節器30包含第一電極32、第二電極34、及隙縫35，其延伸通過射束熄滅器陣列的本體。電極32、34是位在隙縫35的相對側上以產生跨過隙縫35的電場。個別調節器30形成其環繞位在中央的光軸O之一種放射狀配置。在圖3A所示的實施例中，二個電極32、34均具有凹面形狀，其使得電極32、34的形狀為符合圓柱狀隙縫35。此圓柱狀隙縫的形狀其本身為適用於防止某些光學像差(諸如：像散)的引入。

圖3B顯示在射束熄滅器陣列內之電極的另一種配置，其中，該射束熄滅器陣列經配置以使射束群收斂朝向共同收斂點。在此配置中，個別調節器30再次形成其環繞位在中央的光軸O之一種放射狀配置。然而，個別調節器30不是置放在其環繞光軸的同心圓，而是在由具有方位為實質垂直於彼此之行與列所形成的陣列中。同時，個別調節器30的電極32、34具有方位為俾使其可使射束偏轉沿著從光軸O所延伸的放射狀直線。

圖4示意顯示在射束熄滅器陣列內之電極的又一種配置的俯視圖。在此實施例中，電極32、34再次為位在環繞隙縫35，但是數個調節器30的第二電極54被整合成為單一個條帶。調節器30是以列所配置。隔離區39是適當存在於調節器30的第一列37與調節器30的第二列38之間。隔離區39是設計來防止不期望的放電。

圖5示意顯示可用於根據本發明實施例的射束熄滅器陣列9之構件的拓撲配置的俯視圖。該射束熄滅器陣列被細分成為束區域51與非束區域52。束區域51代表經配置來接收並且調節射束的區域。非束區域52是經配置來提供用以支撐在束區域51內的構件所需要之構件區域的區域。

存在於束區域51內的構件包括調節器30。調節器30可採取靜電偏轉器的形式，如關於圖2至4所論述。

在非束區域52內的構件可包括感光元件40，其配置來接收經調節的光訊號，例如：以如關於圖1所論述的方式。感光元件40的適合實例包括而不限於光二極體與光電晶體。在圖5所示的實施例中的非束區域更包括解多工器41。由感光元件40所接收的光訊號可為經多工後的訊號以包括對於超過一個調節器30的資訊。因此，在光訊號被感光元件40所接收之後，光訊號被轉移到解多工器41，訊號是在其處被解多工。在解多工之後，經解多工後的訊號是經由專用的電氣連接42而發送到正確的調節器30。

由於經多工的光訊號之使用以及感光元件40與解多工器41之配置，感光元件40的數目是低於調節器30的數目。具有受限數目的感光元件40致使能夠降低非束區域52的尺度。束區域51可於是被置放為更接近在一起，以提高在熄滅器陣列中的每單位面積之調節器30的數目。相較於未經多工的實施例，若相同數目的調節器將經使用，該射束熄滅器陣列的佈局將於是更為緊密。若熄滅器陣列的尺度將維持為實質相同，更多的調節器可經使用。替代而言，取代減小非束區域52的尺寸，經多工的實施例之使用可致使能使用具有更大的光接收面積之感光元件40。每個感光元件40為更大的光接收面積之使用降低了要將光訊號指引朝向正確的感光元件40所需要的光學器件的複雜度且使得光接收結構更為強健。

調節器30可為以行與列所適當配置而允許經由字線56與位元線57與儲存元件58的定址，如在圖6所示。此類陣列方式的定址降低其從解多工器41延伸到調節器30之連接的數目。舉例來說，在圖6中，僅有10條連接線存在，而個別的定址將造成25條連接線來定址25個調節器30。此類的連接線減少改良射束熄滅器陣列9的可靠度，由於其變得較不易受到歸因於在解多工器41與調節器30之間的故障連接之失效的影響。甚者，若以此類陣列方式定址配置所置放，連接可佔有較少的空間。

圖7A與7B是一種具有分割成為束與非束區域的柱之微影機器的示意圖，其顯示機器的一些元件的更多細節。圖7A顯示一種帶電粒子源(其包含具有陰極70a與槍安裝平板70b的電子槍70)、準直器電極72、以及一連串的陣列元件，其包括隙縫陣列6、聚光透鏡陣列74、多隙縫陣列75、射束熄滅器陣列9、射束光闌陣列10與投射透鏡陣列12。

圖7B是展開圖，其顯示通過此等隙縫陣列元件的橫截面。在圖示的實施例中，第一隙縫陣列6包括準直器隙縫陣列6a與限流陣列6b。該系統還包括三個聚光透鏡陣列74、多隙縫陣列75、射束熄滅器陣列9、射束光闌陣列10、與三個投射透鏡陣列12。各個隙縫陣列元件包括：束區域，其包含大量隙縫，對應射束群是在從源到目標的其路徑而通過該等隙縫；及，非束區域，其中不具有任何用於射束的隙縫。束區域包含用於輸送並且操縱射束之分隔開且有區別的區域，且非束區域包含專用於容納其用來支援種種隙縫陣列元件功能的構件與電路之分隔開且有區別的區域。

在圖7B所示的實施例中，束區域是位在種種隙縫陣列元件上的對應垂直位置，使得垂直柱的射束是沿著射束的軌跡而通過各個隙縫陣列元件的單一個對應束區域的隙縫。在圖示的實施例中，具有多柱的射束，各柱包含實質平行的射束且不同的射束柱為實質平行於彼此，且各群的射束通過各個隙縫陣列元件的單一個束區域。在其他實施例中，在一柱內的射束可能為不平行，例如：收斂或發散，且/或該等射束柱可能為不平行。非束區域是類似位在種種隙縫陣列元件上的對應垂直位置。造成的結構產生在微影機器的投射柱之垂直高度的實質部分者內的垂直軸，交替出現為帶電粒子射束所佔有的軸以及其中不存在任何射束的軸。隙縫陣列元件與投射柱是通常位在真空腔室之中，例如在圖8A與8B所示意顯示。

在圖7B的實施例中，交替出現的射束軸與非射束軸是從在投射柱中的第一隙縫陣列元件6a開始。第一隙縫陣列元件6a是歸因於在其內的隙縫配置而初始產生該等軸。第一隙縫陣列元件6a可作成部分的準直器電極，或位在緊鄰於準直器電極，如在圖7A所示。準直器隙縫陣列元件6a可與限流隙縫陣列6b為整體形成，隙縫陣列6b具有隙縫為對準或部分為隙縫陣列6a的隙縫。此二個隙縫陣列元件可備有共同組的冷卻導管77、78，其位在該等隙縫陣列元件的非束區域中，用於通過諸如水的冷卻媒體，如在圖7B所指出。各個隙縫陣列元件或整組隙縫陣列元件可具有其本身組的冷卻導管，且冷卻設定點設定在不同溫度階層，例如：由冷卻媒體的流量率所設定。

在圖7A與7B的投射柱中，該柱隨後為包含聚光透鏡陣列74，其在此實施例中包含一組的三個聚光透鏡電極。在該等聚光透鏡電極74的下游是多隙縫陣列元件75以及射束調節器或熄滅器元件9。在此等元件之進一步的下游，具有充分的中間空間79來容納光學器件系統與感測器，束光闌陣列10被納入，且更進一步的下游為投射透鏡組件12。射束偏轉器陣列是從圖7A與7B所省略，但是可位在束光闌陣列之上方或下方。

該投射柱且因此該系統是藉由將其部分細分為束與非束軸所改良。從源到目標之投射柱的簡圖是顯示在圖9，其顯示微影機器形成多個子束7a(藉由隙縫陣列6)與來自各個子束的多個射束7b(藉由多隙縫陣列75)，且該等子束與射束是以與非束軸為交替出現的軸而配置在投射柱內。

在射束熄滅器元件9的位置之此類分割成為束與非束軸允許光學器件、光學器件感測器以及關聯與進一步需要電路之有效率空間納入在其非束區域中。光學器件可包含自由空間光學器件，如同光纖，其將自圖型串流系統的光訊號導引到射束熄滅器元件上，且尤其是位在熄滅器元件上的感光元件。

束與非束軸可從第一隙縫陣列元件6而延伸直到投射透鏡陣列元件12。此範圍有關於柱空間以及在上游與下游被納入在其內的元件。在所有情況下，尤其是在隙縫陣列元件6a與6b、多隙縫陣列75、熄滅器陣列9與束光闌陣列10，非束區域較佳為備有結構支撐元件以加強剛性且因此該等隙縫陣列元件的作用品質。如可在圖7B所看出，支撐元件可對於投射柱的二個接續隙縫陣列元件為共同。結構元件亦可為適以作用為結構冷卻元件，例如：以用於冷卻媒體之冷卻導管的形式。就此而言，該柱的至少第一隙縫陣列元件6是在非束區域中為備有冷卻導管77。

圖8A與8B是簡圖，其顯示在主要真空腔室中的投射柱的某些構件。圖8A指出在系統中的較佳操作真空壓力，其中主要腔室在約2×10^-6毫巴，中間腔室在約4×10^-9毫巴，且源腔室在約10^-9毫巴。圖8B顯示在系統中的碳氫化合物污染物之典型造成部分壓力的計算，其中碳氫化合物部分壓力在主要腔室中為約7×10^-8毫巴，在中間腔室中為約10^-10毫巴，且在源腔室中為約10^-11毫巴。

在此實施例中，源3是位在個別的源腔室102之中，且在此實施例中，準直器72與從第一隙縫陣列元件(AA,aperture array)到多隙縫陣列(MAA,multi-aperture array)的隙縫陣列元件是位在中間腔室103之中。一個替代實施例還包括射束熄滅器陣列元件在中間腔室103之中，使得該熄滅器陣列元件之較小許多的隙縫形成在中間腔室與主要腔室之間的開口。在另一個實施例中，第一隙縫陣列元件(AA)形成在中間腔室與主要腔室之間的開口，而其餘隙縫陣列元件為位在主要腔室中。

圖10說明一種具有中間真空腔室的帶電粒子微影系統之另一個實施例。圖11顯示圖10之微影系統的中間真空腔室與構件的橫截面，且圖12顯示圖11之微影系統的構件的更多細節。該種微影系統是被封閉在主要真空腔室101之中。該種微影系統操作在真空環境中。真空是所期望來將粒子移除，該等粒子可能由帶電粒子束所離子化且成為被吸引到源，可能分離且經沉積到微影系統的構件上，且可能使帶電粒子束散開。約2×10^-6毫巴的真空為較佳。為了維持真空環境，帶電粒子微影系統是位在主要真空腔室101之中。注意，圖10是簡圖且該種微影系統的諸多構件並未顯示，其正常為位在主要真空腔室中，例如：短行程與長行程的晶圓台、等等。

帶電粒子源3是位在源真空腔室102之中，源真空腔室102接著位在主要真空腔室101之中。此致能在源腔室102之中的環境被差別泵抽到比主要腔室101為顯著較高的真空，例如：高達10^-10毫巴。雖然僅有單一個源3被顯示在圖10中，源腔室102可容納超過一個源。在源腔室102之內的高真空可提升源3的使用期限，降低在源腔室中的氣體為與帶電粒子束干擾的效應，且對於一些型式的源而言，可甚至為對於其運作所需要。該源是典型為電子源。熱分配器型式的源可經使用。

在源腔室中的高真空造成較少的自由分子為循環在源腔室內。限制在源腔室中的自由分子將限制來自主要腔室的污染物，諸如水蒸氣與從經暴露之覆有抗蝕劑的晶圓所除氣的碳氫化合物可受限，且減少在源腔室中之構件上的電子束引發沉積(EBID,electron beam induced deposition)。

圖10至12的系統還包括中間腔室103，其位在主要腔室101之中。在此實施例中，中間腔室容納準直系統5(其可例如諸如在圖7A所示的單一個準直器電極72或是一或多個準直器透鏡)與第一隙縫陣列元件6。附加的隙縫陣列元件可被包括在中間腔室中，諸如在圖8A所示的實施例中。

源與中間腔室可經構成為單一個真空腔室，其具有壁部來將該腔室分割成為用於源的頂部以及包含中間腔室的底部。微影柱的典型尺度是對於從源3到第一隙縫陣列6的距離124為300 mm、對於從第一隙縫陣列到束切換模組121之頂部的距離125為30 mm、以及對於從束切換模組121之頂部到投射光學模組122之底部的距離126為60 mm。

在中間腔室103之中的環境被差別泵抽到在主要腔室與源腔室的真空度之間的中間壓力。舉例來說，該系統可為以在約2×10^-6毫巴的主要腔室、在約4×10^-9毫巴的中間腔室、與在約10^-9毫巴的源腔室來操作。類似於源腔室，此高真空造成較少的自由分子為循環在中間腔室內，限制來自主要腔室的污染物(諸如：水蒸氣與經除氣的碳氫化合物)，且減少在中間腔室中的構件上的EBID。

源腔室102是備有在源腔室102之壁部中的開口105以允許帶電粒子束4之傳輸到中間腔室103與主要腔室101之中。源腔室可備有閥106，若必要時用來將開口105閉合，即：若在源腔室內的壓力位準必須要維持在比在真空腔室中的壓力位準為較低許多的壓力位準。舉例來說，若真空腔室是例如為了維修目的而被打開，閥106可被閉合。在此類情況中，高真空度是維持在源腔室內，此可改良微影裝置的停機時間。代替等待直到在源腔室內的壓力位準為充分，僅有真空腔室必須被泵抽降壓到期望的壓力位準，此位準是高於在源腔室中所需要的位準。閥106是由致動單元106a所控制，致動單元106a可包含壓電致動器，例如：Physikinstrumente型號N-214或N-215 。

要允許帶電粒子束4的傳輸之在源腔室102中的開口105必須為相當大以發射大束。此開口的尺寸是相當於對於26 mm×26 mm微影系統柱所需的圓形束的實質小部分，且此大開口是太大以致不能維持從主要腔室101到源腔室102的大壓力降，即：從在源腔室中的10^-9毫巴到在主要腔室中的2×10^-6毫巴之壓力差。中間真空腔室103建立中間壓力的環境，其致使此大壓力差能夠維持。

中間腔室具有：對應於源腔室開口105的開口107，其用於准許帶電粒子束的進入；及，在中間腔室與主要腔室之間的開口108，其允許帶電粒子射束之傳輸到主要腔室中。閥109可提供在若必要時用來將開口108閉合，例如：若主要腔室是為了維修目的而被打開。高真空度可經維持在中間(與源)腔室內，此可改良微影裝置的停機時間，藉由減少泵抽降壓時間，因為僅有主要真空腔室必須被泵抽降壓到期望的壓力位準，其為高於在中間與源腔室中所需要的位準。閥109是由致動單元109a所控制，致動單元109a可包含壓電致動器。

中間腔室103可構成使得在中間腔室與主要腔室之間的開口108為由第一隙縫陣列元件所形成。此可藉由形成中間腔室的一部分壁部103為緊密配合第一隙縫陣列元件6來達成。舉例來說，凹部可經形成在中間腔室壁部103a來順應第一隙縫陣列元件的外邊緣，如可在圖11與12所看出。以此方式，開口108的尺寸是大為減小，開口的區域包含第一隙縫陣列的複數個極小隙縫。開口108的此大為減小尺寸允許較大許多的差別壓力被維持在中間腔室103與主要腔室101之間。

微影系統是較佳用模組方式來設計以容許容易維修。主要的子系統是較佳為以獨立可移式的模組來構成，使得其可儘可能為以對於其他子系統的不多干擾而從微影機器所移除。此為特別有利於一種經封閉在真空腔室中的微影機器，在真空腔室對於機器的接近受到限制。因此，故障的子系統可經快速移除且替換，而無須切斷或干擾其他的系統。在圖10至12所示的實施例中，此等模組式子系統可包括束切換模組121以及投射光學模組122，束切換模組121包括聚光透鏡陣列74、多隙縫陣列75、與射束熄滅器陣列9，且投射光學模組122包括射束光闌陣列10與投射透鏡陣列12。該等模組經設計為從對準框所滑進及滑出。各個模組需要大量的電氣訊號及/或光學訊號、以及用於其操作的電力。在真空腔室內的模組接收來自其典型為位在該腔室外之控制系統的此等訊號。真空腔室包括開口或埠，其用於允許載有來自控制系統的訊號之電纜進入真空殼體而同時維持環繞該等電纜的真空密封。各個模組較佳具有其大量的電氣、光學、及/或電力纜線連接為路由通過專用於該模組的一或多個埠。此致使對於一個特定模組的電纜為能夠被切斷、移除或替換而不會干擾對於任何其他模組的電纜。

主要真空腔室101是備有出口110與真空泵抽系統111。源腔室102可備有其本身出口112與泵113，且中間腔室103亦可備有出口114與泵115。泵113與115是示意顯示為在外部將主要腔室抽空。此可造成振動被饋入通過到微影系統。指定在腔室102與103中的真空度，化學或吸氣泵可用來捕捉在此等腔室中的分子而無須排氣在主要腔室之外。低溫泵亦可用於此等腔室，但是歸因於腔室的小尺寸而可能被排除。

將系統中的壓力位準泵抽降壓可用以下方式來實行。首先，主要腔室101與中間腔室103與源腔室102經泵抽降壓到主要腔室101的位準。此可完全或主要由主要真空腔室101的泵抽系統111所完成。泵抽系統111可具有用於主要腔室的一或多個專用真空泵，或一或多個真空泵可共用在用於數個各別微影系統的數個主要真空腔室之間。各個主要腔室可具有一個小的真空泵，且共用一個較大的真空泵。能夠使用超過一個泵來實現在主要真空腔室中的真空將產生真空泵冗餘性，其可改良真空操作的可靠度。若一個真空泵故障，另一個真空泵可取代其作用。

在主要真空腔室中的真空可由渦輪真空泵所產生，且低溫泵系統亦可被使用。例如以一或多個低溫泵屏蔽117之形式的水蒸氣低溫泵可被包括在主要真空腔室101之中以捕捉在主要腔室中的水蒸氣而有助於形成在主要腔室中的真空。此舉減小要產生適當真空所需之真空泵的尺寸且減少泵抽降壓時間，且未使用任何的可動零件，使得不會引入其典型為由其他型式的低溫(<4K)系統所引起的振動。較佳而言，真空泵是先致動而隨後為低溫泵系統的致動。真空泵系統在低溫泵系統之前的致動可導致一種更有效率的真空泵抽程序，且更進一步加強效率，真空泵可在例如要得到低於某個預定臨限值的壓力值所需時間之某段期間後而與主要真空腔室隔離。在真空泵的隔離之後，低溫泵系統可繼續操作以完成真空之產生。

然後，中間腔室與源腔室是附加經泵抽到期望的較低壓力，較佳為用一種化學吸氣劑以熟悉此技術人士所已知的方式。藉著使用例如吸氣劑之一種再生、化學且所謂的被動泵，在中間腔室與源腔室之內的壓力位準可使處於比在主要腔室中的壓力位準為低的位準。吸氣劑的使用避免真空腔室的內部或緊接外側鄰近處為受到若真空渦輪泵將針對此目的來使用所將為之情形的聲音及/或機械振動。

主要腔室是初始為藉由將在腔室內的空氣抽離而泵抽降壓。泵抽降壓是藉由使用低溫泵屏蔽或類似的方法來儘可能多捕捉在腔室中留下的分子而繼續。此造成“捕捉”其循環在主要腔室中的分子且防止此等分子進入中間腔室與源腔室。藉由使用該等隙縫陣列中之一者的隙縫來形成在主要腔室與中間腔室之間的開口，因而減小開口尺寸，在主要腔室中的(相對許多)分子進入中間腔室的機會亦為降低。同理，在源與中間腔室之間的開口限制進一步降低量的分子進入源腔室的機會。隙縫陣列之使用來分開主要腔室與中間腔室可允許在該等腔室間的較高壓力差且減少從主要腔室移動到中間腔室、並且前進到源腔室的污染物分子。

主要腔室是比中間與源腔室為較大許多，且含有諸多構件，其為除氣的碳氫化合物、水、與其他污染物分子的來源。碳氫化合物之除氣的最密集來源是來自微影系統所曝光之覆有抗蝕劑的晶圓。此等碳氫化合物是與帶電粒子互相作用且形成EBID(電子束引發沉積)沉積物。主導污染成長是典型在隙縫上，污染為由EBID過程所成長。在電極上的電流密度是比在隙縫上為較低許多。

中間腔室有助於限制其歸因於污染物與EBID成長的隙縫劣化，尤其在隙縫的邊緣。雖然污染問題(即：在隙縫中的EBID成長引起減小的隙縫直徑)是在束光闌(其較接近碳氫化合物除氣的來源)比在隙縫陣列為更嚴重，碳氫化合物部分壓力與EBID成長的效應是在其位在更遠離晶圓之隙縫陣列上亦為顯著，且可能需要該等隙縫的淨化。令在中間腔室103與主要腔室101之間的開口108為由該等隙縫陣列元件中之一者的隙縫所形成，大的壓力差可經維持在源與中間腔室以及主要腔室之間。甚者，在中間腔室的碳氫化合物部分壓力是非常顯著降低到極低的位準，且在源腔室中為降低到更低的位準，如在圖8B所指出。此較低的碳氫化合物部分壓力是大大地降低在該等隙縫陣列與位於此等腔室中的其他構件上之EBID成長。

本發明的構想是結合二個觀點成為一種設計，俾使該二個觀點中的各者符合最低規格，即：最大壓力。此二個觀點是維持在源腔室與主要腔室之間的必要壓力差、以及降低在中間與源腔室中的污染物發生率，尤其藉由降低在此等腔室中的碳氫化合物部分壓力且降低EBID成長。由於中間腔室的使用，歸因於諸如碳氫化合物的污染物在中間與源腔室的分量之污染是根據預備計算而預期下降為因數100的程度。

圖13是射束熄滅器元件9的俯視圖，其顯示束區域81(亦稱為隙縫區域)與非束區域82(亦稱為非隙縫區域)。較佳而言，束與非束區域是構成為矩形軸橫截面，非束區域82的寬度為束區域81的寬度之一半所構成，典型為4 mm與2 mm寬。此類組合將該等非束區域或軸為緊接納入而被納入在系統中。

圖14與15顯示第一隙縫陣列元件6的一個實施例，其包含具有彎曲上表面的整塊平板90。隙縫陣列元件6的此實施例可與本文所述的其他陣列元件為一起使用在本文所述的微影系統之任一個實施例中，可包括其形成為整體單元的準直器隙縫陣列6a與限流隙縫陣列6b，且可包括經對準且形成本文所述的軸之交替出現的束與非束區域。

該隙縫陣列的上表面是以簡單凸面形狀而朝上彎曲(朝帶電粒子源的方向)來形成升高圓頂狀部分91。曲面的中央可高於彎曲段的邊緣為約3 mm，具有例如50 mm的周長。隙縫區域84代表經配置來接收帶電粒子束的區域，且各個隙縫區域84包含複數個通孔形式的隙縫。在此實施例中，隙縫區域84為矩形(5個矩形的隙縫區域被顯示而不同數目可經使用)來匹配諸如在圖13所示之熄滅器陣列9的其他元件的矩形束區域。非隙縫區域85是無隙縫的區域且在隙縫區域84之間與隙縫區域84交替出現來形成矩形區域。該隙縫陣列的平板90包括冷卻媒體可流動通過其之內部形成在平板中的冷卻通道77a。冷卻通道延伸通過非隙縫區域85，沿著各個非隙縫區域的長度而延伸。

本發明已經關於上文所論述的某些實施例來描述。將被承認的是，在沒有脫離本發明的精神與範疇之情況下，此等實施例是容許對於熟習此技術人士為眾所週知的種種修改與替代形式。是以，雖然特定實施例已經描述，此等者僅為舉例且並未限制本發明的範疇，其為在隨附的申請專利範圍中所定義。

1‧‧‧帶電粒子多射束微影系統

2‧‧‧射束產生器

3‧‧‧電子源

4‧‧‧電子束

5‧‧‧準直透鏡

6‧‧‧第一隙縫陣列

6a‧‧‧準直器隙縫陣列元件

6b‧‧‧限流隙縫陣列

7‧‧‧射束

7a、7b、7c‧‧‧射束

8‧‧‧調節系統

9‧‧‧射束熄滅器陣列

10‧‧‧射束光闌陣列

11‧‧‧偏轉器陣列

12‧‧‧投射透鏡配置

13‧‧‧目標表面

14‧‧‧光束

15‧‧‧平板

16‧‧‧用於晶元定位系統之控制單元

17‧‧‧投射器定位裝置

18‧‧‧電子光學單元

20‧‧‧投射區域

24‧‧‧目標

30‧‧‧調節器

32‧‧‧第一電極

34‧‧‧第二電極

35‧‧‧隙縫

37‧‧‧第一列

38‧‧‧第二列

39‧‧‧隔離區

40‧‧‧感光元件

41‧‧‧解多工器

42‧‧‧電氣連接

51‧‧‧束區域

52‧‧‧非束區域

55‧‧‧束保護器

56‧‧‧字線

57‧‧‧位元線

58‧‧‧儲存元件

60‧‧‧控制單元

61‧‧‧資料儲存單元

62‧‧‧讀出單元

63‧‧‧資料轉換器

64‧‧‧光纖

65‧‧‧投射器

70‧‧‧電子槍

70a‧‧‧陰極

70b‧‧‧槍安裝平板

72‧‧‧準直器電極

74．．．聚光透鏡陣列

75．．．多隙縫陣列

77、78．．．冷卻導管

77a．．．冷卻通道

79．．．中間空間

81．．．束區域

82．．．非束區域

84．．．隙縫區域

85．．．非隙縫區域

90．．．整塊平板

91．．．升高圓頂狀部分

101．．．主要真空腔室

102．．．源真空腔室

103．．．中間腔室

103a．．．壁部

105、107、108．．．開口

106、109．．．閥

106a、109a．．．致動單元

110、112、114．．．出口

111．．．泵抽系統

113、115．．．泵

117．．．低溫泵屏蔽

121．．．束切換模組

122．．．投射光學模組

124．．．距離

125．．．距離

126．．．距離

本發明的種種觀點與本發明之實施例的某些實例是經說明在圖式中，其中：

圖1是一種帶電粒子多射束微影系統的一個實施例的簡化示意圖；

圖2是示意圖，其顯示在圖1之微影系統中的射束熄滅器陣列的一個實施例的操作；

圖3A與3B是在射束熄滅器陣列內之電極配置的示意圖；

圖4是在射束熄滅器陣列內之電極的另一個實施例的示意圖；

圖5是用於射束熄滅器陣列之構件的一個拓撲配置的示意圖；

圖6是用於射束熄滅器陣列之構件的另一個拓撲配置的示意圖；

圖7A與7B是一種具有分割成為束與非束區域的一柱之微影機器的示意圖；

圖8A與8B是一種微影機器的示意圖，其顯示在真空腔室中的隙縫陣列元件；

圖9是一種形成多個子束與多個射束之微影機器的簡化示意圖；

圖10是示意圖，其說明一種具有中間真空腔室的帶電粒子微影系統；

圖11是圖10之帶電粒子微影系統的中間真空腔室與構件的橫截面；

圖12是圖11之帶電粒子微影系統的構件的詳細圖；

圖13是一種射束熄滅器元件的一個實施例的俯視圖，其顯示束區域與非束區域；且

圖14與15是一種具有束與非束區域以及冷卻通道之隙縫陣列元件的另一個實施例的圖式。

3．．．電子源

4．．．電子束

6．．．第一隙縫陣列

7．．．射束

9．．．射束熄滅器陣列

10．．．射束光闌陣列

12．．．投射透鏡配置

13．．．目標表面

24．．．目標

74．．．聚光透鏡陣列

75．．．多隙縫陣列

101．．．主要真空腔室

102．．．源真空腔室

103．．．中間腔室

105、107、108．．．開口

106、109．．．閥

106a、109a．．．致動單元

110、112、114．．．出口

111．．．泵抽系統

113、115．．．泵

117．．．低溫泵屏蔽

Claims (18)

1. 一種帶電粒子微影系統，其用於將圖型轉移到目標的表面上，該種系統包含：主要真空腔室；源腔室與中間腔室，二者均位在該主要真空腔室中；束產生器，其用於產生帶電粒子束，該束產生器是位在該源腔室中；第一隙縫陣列元件，其用於產生來自該束的複數個帶電粒子射束，該第一隙縫陣列元件分開該主要腔室與該中間腔室以允許在該等兩腔室間的較高壓力差；其中該種系統是適用於維持在該主要真空腔室中的第一壓力、在該中間腔室中的第二壓力、及在該源腔室中的第三壓力，且其中該第一壓力是低於周圍壓力，該第二壓力是低於該第一壓力，且該第三壓力是低於該第二壓力。
2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該中間腔室包括用於允許該帶電粒子束從該源腔室到該中間腔室內之傳輸的第一開口、及用於允許該帶電粒子束從該中間腔室離開到該主要真空腔室內之傳輸的第二開口，其中該第一隙縫陣列元件的隙縫形成該第二開口。
3. 如申請專利範圍第2項之系統，其更包含：用於將該中間腔室的第二開口閉合的閥。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之系統，其中該源腔室包含出口與泵抽系統，其用於產生在該源腔室中的第三壓力。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之系統，其中該源腔室與中間腔室各自包含出口與泵抽系統，其用於產生在該中間腔室中的第二壓力及在該源腔室中的第三壓力。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之系統，其更包含：位在該中間腔室中的準直系統，其適用於使該帶電粒子束在到達該第一隙縫陣列之前為準直。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之系統，其中該第一隙縫陣列元件包含以複數個群所配置的複數個隙縫，該等隙縫是用於讓該等射束通過該隙縫陣列元件，其中該等隙縫群形成束區域，其與在該等束區域之間所形成且不含有任何用於該等射束通過的隙縫之複數個非束區域為分隔開且有區別的。
8. 如申請專利範圍第7項之系統，其中該第一隙縫陣列元件是備有冷卻通道，其適用於用來使該第一隙縫陣列元件冷卻的冷卻媒體之輸送，該等冷卻通道是設置在該第一隙縫陣列元件的非束區域中。
9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該第一隙縫陣列元件包含其具有厚度與寬度的平板，其中該等隙縫是穿過該平板厚度而形成在該平板的非束區域中，且該等冷卻通道是內在形成在該平板的非束區域中且朝該平板寬度的方向而延伸。
10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之系統，其中該第一隙縫陣列元件包含整體限流隙縫陣列，該第一隙縫陣列元件的隙縫具有凹陷在面對朝向該束產生器之該第一 隙縫陣列元件的上表面之下方的最窄部分。
11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之系統，其更包含：複數個隙縫陣列元件，其包括該第一隙縫陣列、熄滅器陣列、束光闌陣列、與投射透鏡陣列，各個隙縫陣列元件包含以複數個群所配置的複數個隙縫，該等隙縫是用於讓該等射束通過該等隙縫陣列元件，且其中各個隙縫陣列元件的隙縫群形成束區域，其與在該等束區域之間所形成且不含有任何用於該等射束通過的隙縫之複數個非束區域為分隔開且有區別的，且其中該等隙縫陣列元件的束區域是經對準以形成束軸，其各者包含複數個射束，且該等隙縫陣列元件的非束區域是經對準以形成在其中不存在有任何射束的非束軸。
12. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該源腔室與該中間腔室係被構成為單一個真空腔室，其具有壁部來分割該單一個真空腔室以形成該源腔室與該中間腔室。
13. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該中間腔室包含可連接至一泵抽系統的一出口，用以產生在該中間腔室中的該第二壓力。
14. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該源腔室與該中間腔室之至少一者係備有其本身的化學或吸氣泵。
15. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該中間腔室包含將該帶電粒子束從該源腔室傳輸到該中間腔室內的第一開口，以及將該帶電粒子束從該中間腔室離開傳輸到該主要真空腔室內的第二開口。
16. 如申請專利範圍第17項之系統，其中該中間腔室包含將該中間腔室的該第二開口閉合的閥。
17. 如申請專利範圍第17項之系統，其中該第一隙縫陣列元件的隙縫形成該中間腔室的該第二開口。
18. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該源腔室係被安裝在該中間腔室上方。