电子束曝光系统的制作方法

专利名称：电子束曝光系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子束曝光领域，尤其涉及电子束曝光系统。
背景技术：
几种电子束曝光系统在本领域中是已知的。这些系统中的大部分 被设置得用于将非常精确的图案转移到衬底的曝光表面上。由于依照 摩耳定律，平版印刷术特征变得越来越小，因此电子束的高分辨率可
用于延续所述驱动以使得所述特征更小。
传统电子束曝光设备具有大约为l/100晶片/hr的处理量。然而， 出于平版印刷术的目的，至少几个晶片/hr的商业上可接受的处理量是 必需的。已提出了用于增加电子束曝光设备的处理量的几种方法。
例如，US-A1-5.760.410和US-A1-6.313.476披露了一种使用具有 这样一种横截面的电子束的平版印刷系统，所述横截面在将图案转移 到目标的曝光表面上的过程中改变。在使用静电偏转使得射束在孔内 移动的操作过程中形成射束的特定横截面或形状。选定的孔部分地消 隐(blank)并且从而构成电子束。目标曝光表面在射束下面移动以便 于更新所述表面。以这种方式记录图案。这种系统的处理量仍然是有 限的。
在 US-A1國20010028042 、 US-A1國20010028043 和 US-A1-20010028044中披露了一种电子束平版印刷系统，所述系统通 过多个连续波(CW)发射器而使用多个电子束以产生多个电子小射 束。之后每个小射束被独立成形并消隐以便于在基础衬底上形成图案。由于所有这些发射器都具有略不相同的发射特性，因此小射束的同质 性是个问题。通过将每个独立射束电流调整为参考电流可校正这个问 题。用于该错配的校正值极难于计算并且会耗费大量时间，这减少了 系统的处理量。
在Vacuum Science and Technology杂志B18 (6)的3061到3066 页中，披露了一种系统，所述系统使用用于产生一个电子束的一个 LaB6-源，所述电子束随后膨胀、准直并且分裂为多个小射束。使得目 标曝光表面相对于多个小射束沿第 一方向机械地移动，使用消隐静电 偏转器接通和切断小射束，同时扫描偏转器扫过已沿垂直于第一方向 的方向穿过目标曝光表面上的消隐器阵列的小射束，从而每次形成一 个图像。在该已知系统中，静电和/或磁性透镜用于在投射到目标曝光 表面上之前缩小图像。在缩小程序中形成了小于之前那个图像的至少 一个完整中间图象。当整个图像具有期望尺寸时，它被投射到目标曝 光表面上。这种方法的主要缺点在于，多个电子小射束必须一起穿过 至少一个完整截面。在该截面中，不同小射束中的电子之间的库仑作 用将干扰图像，从而降低分辨率。而且，由于图像的强缩小， 一次曝 光的区域相当小，因此曝光一个印模需要多次晶片扫描曝光一个印 模需要16次扫描，因此要求非常高的阶段速率以达到商业容许处理量。
在GB-Al-2.340.991中，披露了具有照射系统的多束粒子平版印 刷系统，所述系统产生大量离子子射束。照射系统使用具有用于将射 束分裂为子射束的孔板的单个离子源或多个源。在使用单个离子源的 系统中，使用多束光学系统将所述孔板投射(缩小)到衬底上。所述 系统还使用布置在多束光学系统后面的静电多极系统的偏转单元，以 便于校正子射束的各个成像像差并且在记录期间定位子射束。该文献 没有披露每个子射束是如何被调制的。此外，控制各个子射束是个问 题，以及保持子射束之间的一致性也是个问题。
在Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34 ( 1995 ) 6689-6695中，披露了具有 特定ZrO/W-TFE热发射源的多电子束("探针")平版印刷系统，所述 热发射源具有浸入在磁场中的发射器尖端。这样一种源的缺点在于其有限的输出。而且，该源需要截面。不再描述"探针"的相互同质性。 而且，所述源的强度是个问题。
所述文献还以概括的方式提及了记录策略，其中一级沿一个方向 移动，并且偏转器使得"探针，，同时垂直于级移动的方向移过相同的距 离。该文献中没有考虑到的另一个问题是，电子小射束从其预期位置 的校正偏差。

发明内容
本发明的一个目的是改进已知电子束曝光设备的性能。 另一个目的是改进已知电子束曝光设备的分辨率。 本发明的另一个目的是改进已知电子束曝光设备的处理量。 本发明的另一个目的是克服现有技术中与库仑作用和缩小方法 相关的问题。
本发明的另一个目的是使得控制小射束的一致性简化，尤其是在 记录过程中。
本发明涉及一种用于将图案转移到目标的表面上的电子束曝光
设备，包括
-用于产生多个电子小射束的小射束发生器；
-用于接收所述多个电子小射束的调制阵列，包括用于调制电子
小射束的强度的多个调制器；
-控制器，可操作地连接于所述调制阵列，用于使用控制信号独 立地控制所述调制器；
-调节器，可操作地连接于每个调制器，用于独立地调节每个调 制器的控制信号；
-包括静电透镜的阵列的聚焦电子光学系统，其中每个透镜将由 所述调制阵列传输的相应的独立小射束聚焦于小于300nm的横截面， 以及
-用于以使得图案将被转移到其上的其曝光表面处于聚焦电子光 学系统的第一焦平面中的方式固定所述目标的目标固定器。在该设备中，可消除电子交叉，因为它不缩小图像的完整(部分)。 以这种方式，分辨率和记录速度增加了。而且，消除了控制每个独立 小射束中的电流的需要。由于位置校正和调制是综合的，因此所述设 备不太复杂。
在本发明所涉及的电子束曝光设备的实施例中，所述调制阵列包
括
-小射束消隐器阵列，包括多个使穿过的电子小射束偏转的小射 束消隐器，
-小射束停止阵列，具有与所述小射束消隐器阵列的所述小射束 消隐器对齐的多个孔。
以这种方式，可消除电子小射束在一个焦点中的交叉，并且可进 行高速的调制。在一个实施例中，基本上每个小射束消隐器与一个电 子小射束对齐以便于可独立地调制每个小射束。此外，小射束停止阵 列包括至少一个孔平面，基本上每个孔与一个电子小射束对齐，最好 具有相对于小射束位于中心的孔。以这种方式，当电子小射束未偏转 时小射束穿过一个孔，而当电子小射束被偏转时小射束被阻断或停止。 在该调制阵列的一个实施例中，所述控制器可操作地连接于所述小射 束消隐器。
在一个实施例中，电子束曝光设备还装有用于测量至少一个所述
小射束的实际位置的测量装置，并且所述控制器装有用于储存所述实 际位置和期望位置的存储装置、用于比较所述小射束的期望位置与实
际位置的比较器，并且其特征在于，所述调节器被可操作地连接于控
制器，用于接收用于调节发出到调制器的控制信号的指令，以便于抵
偿所述小射束的测量的期望位置与实际位置之间的差异。以这种方式，
通过调节控制信号，可以容易的方式校正所述小射束的定位。例如，
可如US-Al-5.929.424中所述的那样执行实际位置的测量。
在一个实施例中，控制器可操作地连接于所述小射束消隐器，在
一个实施例中通过调节器连接于所述小射束消隐器。
在一个实施例中，调节器可操作地连接于用于接收指示调节量的指令的所述控制器。可根据上述比较器的结果值确定调节量。
在另一个实施例中，调节器适用于独立地调节每个控制信号的时
序，可以这种非常容易的方式执行校正。
在本发明所涉及的电子束曝光设备的一个实施例中，所述小射束
产生装置包括
-用于发射至少一个电子束的源；
-用于将所述至少一个发射的电子束分离成所述多个电子小射束 的至少一个射束分离器。
以这种方式，如果所述源在所有相关方向均匀发射的话，易于实 现小射束之中的均匀强度分布。在一个实施例中，所述电子束曝光设 备还包括布置于所述射束分离装置和所述小射束消隐器阵列之间的用 于聚焦所述多个电子小射束的第二静电透镜阵列。在该实施例中，基 本上每个都与一个电子小射束对齐并且聚焦一个电子小射束。在其另 一个实施例中，小射束消隐器阵列被布置在所述第二静电透镜阵列的 焦平面中。
在本发明的具有射束分离器的电子束曝光设备的一个实施例中， 所述射束分离器包括空间滤波片，最好包括孔阵列。以这种方式，具 有一个射束的一个源，或者，当源强度不足或者强度在射束上波动时， 若干源被容易地分离成多个小射束。
当源强度较高时，所述分离装置可包括沿电子束或多个小射束的 路径以连续顺序布置的多个孔阵列，所述孔阵列具有相互对齐的孔， 沿从所述源到所述目标的路径的每下一个孔阵列都具有小于前一孔阵 列中的孔的孔。这减少了热负荷。
在孔阵列的一个实施例中，每个孔阵列的孔被布置为六角形结 构，这可实现紧密一体化。
在包括包含孔阵列的分离装置的电子束曝光设备的另一个实施 例中，所述孔阵列的每个孔的面积都与基于通过同一个孔被传输的小
射束的电流密度成反比。
在包括射束分离器的电子束曝光设备的另一个实施例中，所述射束分离器包括孔阵列，其中所述孔阵列中的孔尺寸适合于形成预定小 射束电流的离散集。
这些实施例改进了电子小射束的一致性。
在包括射束分离器的电子束曝光设备的另一个实施例中，所述射 束分离器包括静电四极透镜阵列。
在一个实施例中，本发明所涉及的电子束曝光设备包括热电子 源。在一个实施例中，所述热电子源适合于在空间电荷有限范围内工 作。我们发现空间电荷具有均化作用，这在该专门应用中是有利的。 而且，在某些设定中，空间电荷可具有负透镜作用。
在具有热电子源的另一个实施例中，热电子源具有球形阴极表 面。在一个实施例中，所述热电子源包括至少一个提取器电极。在另 一个实施例中，所述提取器电极为平面提取器电极。在其一个实施例 中，所述提取器被布置在空间电荷区域后面并且具有用于诱发负透镜 作用的正电压。这些电压可被设定在用于为发射的电子束形成负透镜 作用的预定值。
在另一个实施例中，所述提取器电极具有带有通孔的球形表面。 所有这些实施例都用于在电子束上产生负透镜影响，从而消除电子束 中的交叉。
在本发明的电子束曝光设备的另一个实施例中，所述设备还包括 用于在所述源发射的电子束到达所述分离装置之前将其转换为准直电 子束的照射系统。
在电子束曝光设备的另一个实施例中，所述小射束发生器包括源 阵列，其中每个源都负责产生一个电子小射束。在其另一个实施例中，
所述电子束曝光设备还包括布置于所述源阵列和所述小射束消隐器阵
列之间的用于聚焦所述多个电子小射束的第二静电透镜阵列。
在具有小射束消隐器的电子束曝光设备的一个实施例中，所述小
射束消隐器包括静电偏转器。
在本发明所涉及的电子束曝光设备的另 一个实施例中，还包括设 在调制阵列与聚焦电子光学系统之间的扫描偏转装置，用于使得电子小射束偏转从而扫描所述目标啄光表面。在其一个实施例中，所述扫 描偏转装置包括静电扫描偏转器。在其另一个实施例中，所述电子束 曝光设备还装有用于使得所述静电扫描偏转器与用于固定所述目标的 所述装置相对于彼此在图案将被转移到其上的表面的平面中沿不同于 所述静电扫描偏转器所执行的偏转的方向移动的致动装置。
在一个实施例中，所述调节器或者时间偏移装置适合于相对于彼 此偏移所述扫描偏转装置和所述致动器的时基。在其一个实施例中， 所述调制器的控制信号具有一个时基并且所述目标固定器的致动器具 有第二时基，并且这些时基可相对于彼此改变。这例如可用于可仅用 一个小射束记录必须被记录在目标表面上并且将位于两个小射束之间 的关键性部分。
在其另一个实施例中，电子束曝光设备还包括调制阵列和聚焦电 子光学系统之间的一个辅助孔板，所述辅助孔板具有指向所述目标的 膝光表面并且基本平行于所述目标的曝光表面的 一个表面，其中所述 静电扫描偏转器为淀积在面对位于所述消隐器阵列和聚焦电子光学系 统的静电透镜阵列之间曝光表面的辅助孔板侧部上的导电片。在其另 一个实施例中，所述静电扫描偏转器为淀积在存在于聚焦电子光学系 统中的任意一个透镜板的目标曝光表面侧部处的导电片。在其一个实 施例中，所述导电片交替地具有正电势或负电势。
在具有消隐静电偏转器的电子束曝光设备的一个实施例中，这些 偏转器使得电子小射束以这种方式偏转，即，通过小射束停止阵列使 得小射束的指定部分停止。
在本发明所涉及的电子束曝光设备的另一个实施例中，还包括位 于聚焦电子光学系统的静电透镜阵列与所述保护装置之间的后减小加 速度级，用于加速多个传输的电子小射束中的电子。
在所述控制器的一个实施例中，还装有用于通过以下方式抵偿目 标膝光表面上电子小射束的不正确定位的校正装置，所述方式即，
-比较所述小射束的理论位置与实际位置
-调节控制信号以抵偿所述小射束的所述理论位置与所述测量的实际位置之间的差异。
在本发明所涉及的电子束曝光设备的一个实施例中，还包括用于 防止碰撞电子所释放的颗粒到达孔阵列、透镜阵列或消隐器阵列中任 何一个的保护装置，最好位于聚焦电子光学系统的静电透镜阵列与目
标的曝光表面之间，最好包括其中孔具有小于20pm的尺寸的孔阵列。 在本发明所涉及的电子束曝光设备的一个实施例中，所有孔阵 列、透镜阵列或消隐器阵列都与这样一个电源相连接，当容许气体进 入到所述系统中时，所述电源产生用于清洁所述板并且去除所有污染 物的等离子体。
在本发明所涉及的电子束曝光设备的另一个实施例中，所述系统 在大约200-600 。C的高温下被操纵以便于保持设备清洁。
本发明还涉及一种用于将图案转移到目标的表面上的电子束曝 光设备，包括
-用于产生多个电子小射束的小射束发生器；
-用于接收所述多个电子小射束的调制阵列，包括用于调制电子 小射束的强度的多个调制器；
-控制器，可操作地连接于所述调制阵列，用于使用控制信号独 立地控制所述调制器；
-包括静电透镜的阵列的聚焦电子光学系统，其中每个透镜将由 所述调制阵列传输的相应的独立小射束聚焦于小于300nm的横截面， 以及
-用于以使得图案将被转移到其上的其曝光表面处于聚焦电子光 学系统的第一焦平面中的方式固定所述目标的目标固定器，
其特征在于，所述小射束发生器包括至少一个热电子源，所述源 包括至少一个适合于在空间电荷有限区域中工作的提取器电极，所述 源适合于产生电子束，并且所述小射束发生器还装有用于将所述电子 束分离成多个电子小射束的射束分离器。
使用这样一种特定小射束发生器可提供具有充足电流的均匀的 小射束，从而提供高处理量。在其一个实施例中，所述提取器电极被布置在所述空间电荷有限 区域后面并且具有用于为所述电子束诱发负透镜作用的正电压。
本发明还涉及用于产生多个电子小射束的电子束发生器，其中所 述小射束发生器包括至少一个热电子源，所述源包括至少一个适合于 在空间电荷有限区域中工作的提取器电极，所述源适合于产生电子束， 并且所述小射束发生器还装有用于将所述电子束分离成多个电子小射 束的射束分离器。
本发明还涉及一种用于将图案转移到目标的表面上的电子束曝
光设备，包括用于产生多个电子小射束的小射束发生器；用于调制每 个电子小射束的多个调制器；以及为每个调制器提供控制信号的控制 器，所述控制信号具有时基，其中所述控制器适合于相对于其他控制 信号独立地调节一个控制信号的时基。
在该设备中，以非常简单并且精致的方式解决了定位和调制的问 题，减少了部件的数量并且提供了坚固的设备。
本发明还涉及用于使用以上所述的电子束曝光设备通过电子束 将图案转移到目标曝光表面上的方法，以及涉及使用本发明的设备处 理的晶片。所述设备还可用于例如用在目前工艺水平光学平版印刷系 统中的掩模的制造。


在下列的本发明所涉及的电子束曝光设备的实施例中对本发明 进行进一步说明，其中
图l示出了本发明所涉及的设备，
图2A示出了已知电子束曝光设备的细节，
图2B示出了电子束膝光设备的细节，
图3示出了具有球形外表面的电子源，
图3A示出了具有空间电荷区域的源，
图4示出了源于小射束的电子束曝光设备的一个实施例，
图5A、 5B示出了本发明的扫描偏转阵列的实施例，图6A、 6B示出了本发明的扫描轨迹， 图7A-7D示出了调制时序的调节，以及 图8A、 8B示出了调制时序的调节的效果。
具体实施例方式
图l中示意性地示出了本发明的一个实施例。电子从一个稳定的 电子源1发射。照射系统对射出的电子束5聚焦和准直以均匀地照射在 孔板6上所需区域上。例如这可利用透镜3和4来实现。由于孔板6，电 子束5被分裂成多个小射束，其中示出了两个5a和5b。产生多个小射束 的另一种可选择的方式是使用电子源阵列。每一个电子源产生一个小 射束，小射束以与利用一个源和分裂装置的组合产生的小射束相同的 方式被调制。由于每一个源的发射特征略有不同，因此具有射束分离 器6的一个源1是优选的。静电透镜7的阵列使得每一个小射束聚焦成所 需的直径。小射束消隐器阵列8以使得每一个独立的小射束与小射束消 隐器阵列8的板中的孔重合的方式被定位。小射束消隐器阵列8包括小 射束消隐器，例如消隐静电偏转器。当电压被施加在消隐偏转器上时， 建立穿过相应孔的电场。所通过的小射束，例如小射束9在小射束停止 阵列10处偏转和停止，小射束停止阵列10遵循电子小射束轨迹位于小 射束消隐器阵列8后方。在没有电压施加在消隐偏转器上时，电子小射 束将通过小射束停止阵列IO,并且到达包括静电透镜13阵列的聚焦电 子光学系统。该阵列13独立地将每一个传输的小射束12聚焦在目标曝 光表面14上。最后，扫描偏转装置，最常用的是静电扫描偏转器，沿 着一个方向使得小射束一起移动到目标曝光表面14上。在图1中所示的 实施例中，扫描偏转器位于小射束停止阵列10的目标曝光表面侧lla 上，从而形成附加的扫描偏转阵列ll。但是，其他位置也是可能的。 在扫描目标曝光表面14的过程中，扫描偏转器沿着不同于扫描偏转方 向的方向相互之间相对移动。通常，目标是晶片或者覆有抗蚀剂层的 掩模。
图l中所示的构造的一个重要方面是，利用小射束消隐器阵列8和小射束停止阵列10的组合产生的整个图像整体上没有被缩小。相反， 每一个独立的小射束被聚焦电子光学系统13独立地聚焦在目标啄光表 面14上。在图2A和2B中示出了这两种方法之间的差异。在图2A中， 包括2个电子小射束5a和5b的整个图像被缩小以实现所需的分辨率。缩 小图像需要至少一个交叉X。在该交叉中，所有电子必须通过一个小 的区域。库仑作用影响在交叉X处的分辨率。
在本发明中，使用图2中所示的方法。考虑被投射在目标曝光表 面14上的两个相邻的小射束5a、 5b。利用缩小方法使得两个小射束之 间的距离变得更小。但是，本发明的聚焦方法不改变两个小射束之间 的距离。仅减小每一个小射束的截面。
图1的电子源1通常在大约30-300平方微米的面积上释放 100A/cm2。在一个实施例中，使用热电子源。电子最好在空间电荷有 限发射区域中被发射以受益于空间电荷的均质化效应。这样的 一 个源 的示例是LaB6晶体、包括氧化钡的分配器源或者包括覆有氧化钪的钡 或者鵠层的分配器源。
提取器电极2通常但不是必需地聚焦射束。照射透镜3-4在孔阵列 6上产生平行电子束5。透镜3-4被优选以限制由于库仑作用而导致的射 束能量扩展，即，使得射束的开度角尽可能的大。另外，透镜3-4被优 选以限制由于色差和球面像差效应产生的射束模糊。对于后者，最好 使用孔阵列6作为透镜电极，这是由于它可产生负的色差和球面像差， 导致对透镜3-4的像差的补偿。另外，能够利用透镜4以通过对其进行 略微聚焦或者散焦来放大图形。
但是，在这样一个实施例中，从一个发射器射出的电子束在其扩 展之前被聚焦在小交叉X中。在该交叉X内，由于在该交叉X中的电子 与电子的相互作用而导致存在大能量扩展。最后，交叉X将缩小成像 在目标膝光表面上。由于库仑作用，没有达到所需的分辨率。因此， 需要沿着在没有交叉的情况下扩展和准直被扩展的射束的方法。
在图3中所示的第一实施例中，利用具有球形外表面或者半球形 外表面15的电子源1避免在照射电子光学器件中的交叉。在该构造中，形成大的张开角，它将减小由于在发射的电子束5中的电子与电子的相 互作用而导致的模糊。另外，电子束形成球形波前，导致位于源的中 心的实际交叉16。在实际的交叉中不存在电子；因此不存在干扰的电 子与电子的相互作用。
可利用包括大孔的球形提取器提取电子。提取器球形的主要优点 是产生更均质的场。
在一个可选择的实施例中，如图3A中所示，通过从处于电压Vs 并且具有远的平面提取器h的源/阴极l提取电子表面从而避免交叉。平 面提取器相对于源1具有正电压+Vi。源和提取器的组合先用作负透镜。 这样，通过提取器h提取的电子由于发散的电场而扩展。另外，产生 实际的交叉，这在很大程度上减小了由于库仑作用而导致的分辨率损 失。在源l和提取器h之间，存在空间电荷区域S,如图3A中所示。该 空间电荷的存在增强了由于源-提取器組合所产生的负透镜效果。
通过调谐Vi，能够让源l以其空间电荷有限发射模式工作。该发 射模式的主要优点是大大增加发射的均质性。可通过选择具有限定的 发射区域的源来限制总电流的增加。
孔阵列6具有直径通常为5-150微米的孔并且间距为50-500微米。 孔最好被布置成六边形图形。孔阵列6将进入的平行电子束5分裂成多 个电子小射束，数量通常为5000-30000个。孔的尺寸被调节以补偿照 射的不均匀的电流密度。每一个孔具有与基于通过同一孔传输的独立 的小射束的电流密度成反比的面积。因此，在每一个独立的小射束中 的电流是相同的。如果孔板上热负荷变得太大，随着沿着电子束或者 多个电子小射束的路径减小孔的直径，几个孔阵列以串行顺序布置。 这些孔阵列具有相互对准的孔。
使得准直的电子束5分裂成多个电子小射束的另一种可能的方式 是利用四极透镜阵列。这样一种阵列的可能的构造在US-6.333.058中 披露，该文献的全部内容在这里合并参考。
图4示出了源于多个小射束的本发明的其中一个实施例中的平版 印刷系统的细节近图。聚光透镜阵列7将每一个小射束聚焦到0.1-1微米的直径。它包括两个具有孔的对准板。板的厚度通常为10 - 500微米， 而孔的直径通常为50-200微米并且间距为50-500微米。保护小射束的 绝缘体(未示出)以通常为1-IO毫米的相互之间的距离支撑所述板。
调制阵列包括小射束消隐器阵列8和小射束停止阵列10。在小射 束消隐器阵列8处，通常的射束直径为0.1-5微米，而通常的横向能量 约为l-20meV。小射束消隐器17用于接通和断开小射束。它们包括消 隐静电偏转器，它包括多个电极。最好至少一个电极接地。另一个电 极与电路相连。通过该电路，控制数据被送向消隐静电偏转器。这样， 每一个消隐偏转器可被独立控制。在不利用小射束消隐器17的情况下， 电子小射束将穿过孔到达小射束停止阵列IO。当电压被施加在小射束 消隐器阵列8中的消隐静电偏转器电极上时，相应的电子小射束将被偏 转和停止在小射束停止阵列10上。
在一个实施例中，小射束消隐器阵列8位于电子小射束的静电焦 平面中。对于处于该位置的消隐器阵列，该系统对于失真是低敏感的。 在该实施例中，小射束停止阵列位于电子小射束的焦平面外。
现在，传输的小射束必须被聚焦在目标曝光表面14上。这是利用 包括具有至少一个静电透镜阵列的聚焦电子光学系统13来实现的。每 一个独立传输的电子小射束被相应的静电透镜聚焦在目标曝光表面 上。透镜阵列包括两个或者多个板13a和13b,它们具有10- 500微米的 厚度以及直径为50 - 250微米的孔13c 。两个相邻的板之间的距离在50 - 800微米之间并且板与板之间可是不同的。如果需要的话，聚焦电子 光学系统还可包括磁性透镜阵列。接着，它位于小射束停止阵列10和 静电类型的物镜阵列之间，以进一步增强电子光学系统的聚焦性能。
所有在晶片或者掩模上形成图案的电子束平版印刷系统中的主 要问题是污染。它严重降低了平版印刷系统的性能，这是由于电子和 抗蚀剂层中的颗粒之间的相互作用，从而使得抗蚀性能降低。在聚合 物抗蚀剂中，由于裂化而使得分子被释放。释放的抗蚀剂颗粒穿过真 空移动并且可被存在于该系统中的任何结构吸收。
为了解决污染问题，在一个特定的实施例中，靠近目标曝光表面设置保护装置，即，在目标曝光表面和聚焦电子光学系统之间，所述
保护装置可是箔片或者板。两种选项都设有直径小于20微米的孔。在 它们可到达平版系统中的任何敏感性元件之前，保护装置吸收被释放 的抗蚀剂颗粒。在一些情况下，必需在预定时期后更新保护装置，例 如在每一个被处理的晶片或者掩模后。对于保护性板，整个板可被更 换。在一个特定的实施例中，箔片被巻绕在绕线圏器周围。就在整个 目标曝光表面14上方，小部分箔片被拉紧。仅该部分被暴露在污染下。 在特定时间后，箔片的保护性能力快速劣化，这是由于被吸收的颗粒。 接着暴露的箔片部分需要被更换。为了能够这样做，箔片从一个绕线 圏器输送到另一个绕线團器，从而使得更新的箔片部分暴露在污染的 颗粒下。
以上所述的整个系统在较低电压下工作。在其中需要高能电子的 操作中，辅助加速度级被布置在聚焦电子光学系统的静电透镜阵列13 与保护装置之间。该加速度级为通过的电子增加了能量。所述射束可 -陂辅助加速数万电子伏，例如，50keV。
如先前图l中所示的，通过两种方式使得已成功穿过小射束停止 阵列10的小射束12指向目标曝光表面14上的期望位置。首先，所有致 动装置使得目标曝光表面14和系统的其余部分沿某一机械扫描方向相 对于彼此移动。之后扫描偏转装置沿不同于机械扫描方向的方向静电 地扫描所传输的小射束12。所述扫描偏转装置包括静电扫描偏转器18。 在图1和图3中这些扫描偏转器18被布置在辅助孔阵列11上，并且在图4 中,皮示出。
在一个实施例中，静电扫描偏转器18被淀积在目标静电透镜阵列 13的一个板的目标曝光表面侧部上，以使得主要在物镜的前焦平面中 产生偏转。期望结果是偏转的小射束垂直撞击在目标表面上。
在另一个实施例中，具有两个偏转器阵列， 一个沿第一方向偏转 而另一个沿第二 (相反)方向一偏转。组合的偏转导致在没有改变小 射束相对于目标表面的垂直轴的情况下的小射束的移位，小射束在目 标表面位置处的移位。在第二实施例中，静电扫描偏转器18被布置在保护装置上。 静电扫描偏转器18包括扫描偏转电极，所述扫描偏转电极被布置 得用于沿相同方向偏转一组电子小射束。如图5A中所示的，扫描偏转 电极可以片19的形式被淀积在目标曝光表面侧部处的适当板20上。当 将片19靠近小射束淀积，从而靠近孔21时，由于这减小了d"d，因此 可实现最佳产量。而且，最好将扫描偏转电极布置在独立小射束交叉 平面的外部。
在一个实施例中，如图5B中所示的，通过在导电片19上施加交流 电压，第一组件沿一个方向被扫描而下一组件沿相反方向被扫描。第 一片例如具有正电势，而第二片具有负电势，接下来的一个具有正电 势等等。比方说扫描方向被表示为y。 一行传输的电子小射束沿-y方向 被扫描，同时接下来的行被指向+y。
如已经描述的，存在两个扫描方向，机械扫描方向M和偏转扫描 方向S，在图6A和6B中都已示出。可以三种方式执行才几械扫描。目标 啄光表面移动，系统的其余部分移动，或者它们都沿不同方向移动。 沿与机械扫描不同的方向执行偏转扫描。它最好垂直或几乎垂直于机 械扫描方向，这是由于扫描偏转长度Ax大于偏转方向的扫描角(Xsd。存 在两个优选的扫描轨迹，为了清楚起见在图6中都示出。第一个为三角 形形状的扫描轨迹(图6A),第二个为锯齿状扫描轨迹(图6B)。
当机械扫描长度为处理量限制因素时，如上所述的一组电子束曝 光设备用于同时曝光整个晶片。
假定理想方格存在于晶片上并且电子小射束可被精确地布置在 方格坐标上。比方说当电子小射束可被布置在最小形体尺寸的1/30" 内时可产生精确图案。之后为了记录一个像素，需要30个扫描行以及 30x30 = 900个格点。对于45nm模式来说，所述定位应可被控制于1.5nm 的范围内。因此数据路径应能够处理大量数据。
以上所述的记录策略是基于以下假定的，即，小射束可仅被接通 或切断。为了通过更少的方格行减少数据量，并且因此减少的方格单 元好像是逻辑法。然而，期望图案明显经受尺寸控制。避免该问题的一种方法是通过离散的剂量控制为目标曝光表面形成图案。再根据矩
形方格分开所述图案。然而，方格行的数量更少，例如为每一尺寸2-5 个，这形成了约4-25个格点数量。为了获得关于更细方格的相同图案 可靠性，每个方格单元的强度都是可变的。由所谓的灰度值表示所述 强度。在3比特灰度值表示法中，数值为最大剂量的0、 1/7、 2/7、 3/7、 4/7、 5/7、 6/7、和1倍。减少了小射束的定位所需的数据量，尽管由于 所控制的剂量变化每个单元由更多的信息表示。
在本发明中可以若干种方法引入灰度级记录。首先可以这样一种 方式控制射束的偏转，即，使得部分射束穿过小射束停止阵列IO,而 一部分射束继续朝向目标曝光表面14前进。以这种方式可使得例如1/3 或2/3的射束停止，从而形成目标曝光表面上的4个可行剂量，即最大 剂量的0、 1/3、 2/3和1倍,相当于2比特灰度值表示。
形成灰度级的另一种方法是以这样一种方式使得小射束偏转， 即，它们没有相对于目标表面移动预定的时间量T，所述时间量T大于 消隐器的最小接通/切断时间。在时间T期间，调制器可在一个位置上 淀积l、 2、 3等等个点，从而形成灰度级。
用于产生这4个所谓的灰度值的另一个方法是改变孔阵列6中的
孔尺寸。如果例如存在三个孔尺寸的话，原始尺寸，允许一半的原始 电流穿过的尺寸和具有仅使得四分之一原始电流穿过的面积的孔，可 产生与前面所述相同的离散剂量值。通过用小射束消隐器阵列8的偏转 电极17接通和切断小射束，可将期望的剂量淀积在目标曝光表面14上。 后一种方法的缺点在于，记录一个像素需要更多的小射束。最多，包 括用于离散剂量控制的前述方法还可用于产生多于4个灰度值，例如， 8个、16个、32个或64个。
目标啄光表面上的小射束的位置大部分通常没有正确地与期望 位置相对应。这是由于例如不同的阵列相对于彼此的未对准导致的。 另外，制造公差也可导致各个小射束的偏移。为了将正确的图案从控 制器中转移到目标的曝光表面上，必须进行校正。因此，在具体实施 例中，顺序测量并储存所有小射束的位置。然后将每个位置与所述小射束应具有的位置相比较。然后将位置中的差异组合于被输送到调制 装置的图案信息中。
由于改变被输送到调制装置的信号序列耗费大量时间，因此通过 将其转换为小射束调制控制中的时序方面的相应差异而将位置方面的
测量差异组合于图案信息中。图7A-7D和图8A-8B示出了如何执行所述 调节。如已经描述的，通过组合两个扫描机构执行小射束扫描机械 扫描和偏转扫描。每个偏转扫描行提供被输送到每个小射束的所有图 案数据。如图7A和7B中所示的，形成有图案的目标的曝光表面上的期
望偏转扫描宽度Ws，小于所述设备可操纵的偏转扫描宽度W。vers，。
过扫描能力能够校正偏转扫描方向。在图7A中所述小射束被正确地定 位。然而，在图7B中，所述小射束已移动到右侧。通过一旦所述小射 束进入到期望区域中时提供图案数据的这样一种方式调节时序，可抵 偿所述偏差。机械扫描方向上的所述调节没有图7B中所示的精确。由 于每个扫描行都记录图案数据，只有离散时间延迟是可能的，即，每 个扫描行的图案产生可被延迟或加速。随机时间延迟将产生完全新的 控制数据序列。所述序列的计算耗费大量时间因此是不可取的。在图 7C和图7D中示出了顺序的形式。在图7C中再次与其前五个相应扫描 行一起示出了小射束的期望位置。在图7D中示出了小射束的实际位置 和其轨迹。为了清楚起见，分别用空心圓和虛线示出了期望的小射束 和扫描行。可看出的是，期望位置中的第一扫描行没有覆盖需要通过 小射束形成图案的区域。因此小射束在第二扫描行中间开始形成图案。 有效地，信息的延迟已耗费了扫描一个偏转扫描行所需的时间。
图8A和8B示出了时序中的改变是如何通过非理想定位的小射束 所记录的结构的初始不正确定位校正的示例。图8A示出了没有任何时 序校正的情况。空心点示出了校正位置下的小射束，而填充点示出了 小射束的实际位置。沿所绘线扫描小射束以便于记录图案。在理想情 况下所述线为虛线而在实际情况下所述线为实线。在该示例中所记录 的结构为单线。设想黑色和白色记录策略，即，小射束为"接通，，或"切 断"。当"接通，，信号被输送给调制装置时图案被记录。为了记录单线，类似于上部曲线中所示的某个信号序列被输送给调制装置。当实际上 相同的信号序列被输送时，该线在不同于期望位置的位置处被记录。 小射束的这种偏差导致所记录的结构的偏差。
图8B示出了其中施加时序校正的情况。分别用虚线和实线和点表 示理论和实际点和轨迹。实际情况中的信号序列不同于理论图案信息， 实际上实际情况中的信号序列(下部曲线)在不同于理想结构(上部 曲线)下相同序列被输送的时间下被输送。因此，现在单线沿偏转扫 描方向被记录在校正位置中。而且，图案处理开始一个扫描行更早导 致沿偏转扫描方向的单线的更好定位。应该注意的是，所述单线未被 精确地定位在校正位置处。这是由于理想和实际情况中扫描行之间的 轻微偏差所导致的。
因此本电子束曝光系统能够使用时序校正动态地调节扫描行的 位置。这允许图案中的关键性部分被记录在一个扫描行中而不是使用 两个扫描行的两个半部分，这将关键性部分分布在两个扫描行上。也 可局部地进行该校正，即，可在小时间窗上校正所述时序。所述控制 器应鉴别通常被分布在两个扫描行上的关键性部分。之后，所述控制 器应计算校正的时序窗，并且将校正的时序窗提供给扫描电子小射束 所需的时基。图7D示出了调节原理，所述原理可用在这里。
所有透镜板、孔板和消隐器板都可与这样一个电源相连接，当容 许气体进入到所述系统中时，所述电源产生等离子体。所述等离子体 用于清洁所述板并且去除所有污染物。如果一种等离子体不能彻底清 洁的话，可容许两种气体连续地进入到所述系统中。例如首先可容许 氧气用于去除存在于系统中的所有碳氢化合物。在氧等离子体离开之 后，产生了第二等离子体(例如包含HF)以便于去除所有存在的氧化 物。
减少污染物的另一种可能性是在高温(即，150-400'C)下执行 所有操作。1000-1500。C的预处理可为必需的。在这些温度下碳氢化合 物没有机会凝结在系统中的任何元件上。允许一部分氧进入到所述系 统中可进一步增强清洁处理。应该理解的是，上述描述是用于解释优选实施例的操作，不应认 为其限制了本发明的范围。本发明的范围仅由所附权利要求限制。从 上述描述中，本领域普通技术人员可明白许多改变，所述改变仍包含 在本发明的精神和保护范围内。
权利要求
1. 一种用于对可移动目标的表面曝光的无掩模系统，包括包括用于产生发散束的提取器电极的电子束发生器；用于由所述发散束产生准直束的第一光学系统；用于由所述准直束产生多个小射束的射束分离器；用于减少所述小射束的交叉部分的第二光学系统；和用于向着所述目标加速所述小射束的加速级。
2. 如权利要求1的系统，还包括用于调制所述小射束的强度的调 制阵列，所述调制阵列包括小射束消隐器阵列和小射束停止阵列。
3. 如权利要求2的系统，其中所述小射束消隐器阵列包括静电偏 转器的阵列，每个静电偏转器包括接地的第一电极和连接到接收控制 数据的电路的第二电极。
4. 如权利要求3的系统，其中所述小射束消隐器阵列位于第一光 学系统和第二光学系统之间。
5. 如权利要求3的系统，其中每个静电偏转器被单独地控制。
6. 如权利要求3的系统，其中第二光学系统包括用于聚焦所述小 射束的静电透镜的阵列。
7. 如权利要求1的系统，其中所述提取器是平面提取器。
8. 如权利要求1的系统，其中所述提取器和电子源彼此相对定位 为使得在使用时，在它们之间出现空间电荷有限区域。
9. 如权利要求1的系统，其中电子源具有有限的发射区域。
10，如权利要求1的系统，其中所述小射束在真空中被加速。
全文摘要
本发明涉及一种用于将图案转移到目标的表面上的电子束曝光设备，包括用于产生多个电子小射束(5a、5b)的小射束发生器；用于接收所述多个电子小射束的调制阵列，包括用于调制电子小射束的强度的多个调制器；控制器，可操作地连接于所述调制阵列，用于单独地控制所述调制器；调节器，可操作地连接于每个调制器，用于单独地调节每个调制器的控制信号；包括静电透镜的阵列(7)的聚焦电子光学系统，其中每个透镜将由所述调制阵列传输的相应的单个小射束聚焦于小于300nm的横截面，以及用于以使得图案将被转移到其上的其曝光表面处于聚焦电子光学系统的第一焦平面中的方式固定所述目标的目标固定器。
文档编号H01J37/304GK101414125SQ200810166460
公开日2009年4月22日 申请日期2003年10月30日 优先权日2002年10月30日
发明者亚历山大·哈德瑞克·文森特·范费恩, 彼得·克瑞特, 波特·扬·卡姆弗彼科, 马尔科·扬-哈科·威兰 申请人:迈普尔平版印刷Ip有限公司