專利名稱：電子束聚焦設(shè)備及使用該設(shè)備的電子束投影微影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子束投影微影系統(tǒng)(EPL)，特別是一種控制由電子束發(fā)射器發(fā)射的電子束的路徑的電子束聚焦設(shè)備及使用該設(shè)備的EPL系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造過程中，使用各種印刷技術(shù)在一基板表面上形成所希望的圖案。常規(guī)光微影使用如紫外線射線，當(dāng)使用該技術(shù)會有線寬的限制。由此，下一代微影技術(shù)(NGL)最近已經(jīng)提出，用該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)具有毫微量級線寬的更小型和集成的半導(dǎo)體。下一代微影術(shù)如包括電子束投影式微影(EPL)，離子投影式微影(IPL)，超紫外線微影術(shù)(EUVL)，及近X射線微影術(shù)。
在所述NGL系統(tǒng)中，由于EPL系統(tǒng)具有簡單的結(jié)構(gòu)且易于使用大面積電子束發(fā)射器，現(xiàn)在廣泛地被使用；EPL系統(tǒng)是通過使用由發(fā)射器發(fā)出的電子束對覆在要處理的基板上的電子保護(hù)層進(jìn)行加工而形成為所希望的圖案。
圖1表示一個常規(guī)電子束投影微影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，其中包括一放置一要處理的晶片30的真空室10。由于真空室10的內(nèi)部用一真空泵60保持一預(yù)定真空壓力，真空室10通常要用具有一定強(qiáng)度的鋼板制成。
一用于發(fā)射電子束的發(fā)射器20置于真空室10內(nèi)，且要處理的晶片30以預(yù)定距離離開電子束發(fā)射器20設(shè)置。一具有預(yù)定圖案的模板22置于電子束發(fā)射器20的表面。這樣電子束由發(fā)射器20通過模板22露出部分被發(fā)射。因此，電子束的發(fā)射用于在覆蓋在晶片30表面的電子保護(hù)層32上制成與發(fā)射器20表面圖案相同的圖案。
一用于加熱發(fā)射器20而使之發(fā)射電子束的加熱器40放置在電子束發(fā)射器20的后部。通過加熱器40的加熱，可以從發(fā)射器20得到各種發(fā)射電子束的機(jī)理。根據(jù)所用的機(jī)理，可以改變發(fā)射器20的材料和結(jié)構(gòu)。
用于在發(fā)射器20和要處理晶片之間產(chǎn)生電場的電極51和52分別置于真空室10內(nèi)高于和低于發(fā)射器20和晶片30處。用于產(chǎn)生真空室10內(nèi)部的外部磁鐵71和72放在真空室10的上部和下部。電極51和52及磁鐵71和72在發(fā)射器20和晶片30之間產(chǎn)生電磁場。因而控制發(fā)射器20發(fā)射的電子束路徑。使電子束聚焦到覆蓋在晶片30上的電子保護(hù)層32上的正確位置。
在上述常規(guī)EPL系統(tǒng)中，由于真空室10與外部磁鐵71和72是分離的，只有真空室10隨著真空泵60而振動。這樣，發(fā)射器20發(fā)射的電子束路徑產(chǎn)生彎曲，就很難形成具有納米量級線寬的圖案。
常規(guī)EPL系統(tǒng)的另一個缺點(diǎn)是由于真空室10是由鐵磁材料如鋼板制成的，因此磁鐵71和72產(chǎn)生的磁通量會通過真空室10泄漏而不能在發(fā)射器20和晶片30之間集中。如此就不能在發(fā)射器20和晶片30之間產(chǎn)生均勻的磁場，并且為了產(chǎn)生足夠的磁場強(qiáng)度，系統(tǒng)要使用大的外部磁鐵71和72，使制造成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠在電子束發(fā)射器和晶片之間產(chǎn)生均勻電磁場的電子束聚焦設(shè)備，它能減小由于真空室振動造成的電子束路徑的彎曲；以及一種使用該電子束聚焦設(shè)備的電子束投影微影系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一電子束聚焦設(shè)備，它用于控制由電子束投影微影系統(tǒng)的電子束發(fā)射器發(fā)射的電子束的路徑。該設(shè)備包括各自放在裝有晶片的真空室上部和下部的頂部和底部磁鐵，頂部和底部磁鐵用于在真空室內(nèi)產(chǎn)生磁場；上部和下部磁極片各自從真空室的頂部和底部壁伸出，并且分別與頂部磁鐵和底部磁鐵磁接觸；環(huán)形的上部和下部伸出部從上部和下部磁極片相對表面伸出。在此，含鐵磁材料的橡膠板插在頂部磁鐵與上部磁極片和底部磁鐵與下部磁極片之間。
而且頂部和底部磁鐵可以上下移動，且包括一由電磁材料制成的鐵芯和在鐵芯外繞制的線圈構(gòu)成的電磁鐵。所述真空室由非磁材料如鋁或鋁合金制成。
所述上部和下部伸出部的內(nèi)徑大于晶片的外徑。
而且，上部和下部電極板用于在晶片和電子束發(fā)射器之間產(chǎn)生電場，它們以預(yù)定距離彼此分開地分別設(shè)置在上部和下部伸出部上。它們的外徑大于晶片的內(nèi)徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一EPL系統(tǒng)，包括一用于裝一晶片的真空室，一位于真空室內(nèi)以預(yù)定距離對著所述晶片分開放置的電子束發(fā)射器，該電子束發(fā)射器用于向所述晶片發(fā)射電子束；及如前所述的控制電子束發(fā)射器發(fā)射的電子束路徑的電子束聚焦設(shè)備。
在此，一用于支承所述電子束發(fā)射器的發(fā)射器支架放在上部和下部電極板之一處，一用于支承所述晶片的晶片支架放在另一個電極板上。發(fā)射器支架和晶片支架由石英玻璃制成。
上述結(jié)構(gòu)能夠在所述晶片和所述電子束發(fā)射器之間提供均勻的電/磁場并減小由于真空室振動引起的電子束路徑的彎曲。


通過參照附圖對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)會更加明顯。
圖1表示一常規(guī)電子束投影微影(EPL)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電子束均聚焦設(shè)備和使用該設(shè)備的EPL系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖3是圖2所示電子束聚焦設(shè)備的部分立體圖；圖4A和B表示在如圖2所示頂部和底部磁鐵周圍及真空室內(nèi)產(chǎn)生的磁通量的分布；圖5A表示在如圖2所示真空室內(nèi)產(chǎn)生的電場分布；及圖5B表示在如圖2所示上部和下部電極板之間產(chǎn)生的電場分布。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖對根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作出的一電子束聚焦設(shè)備和一電子束投影微影(EPL)系統(tǒng)進(jìn)行說明。不同圖中相同標(biāo)號代表相同的部件。
參見圖2和圖3，一如本發(fā)明的EPL系統(tǒng)包括一真空室110，它包圍一空間，一晶片130放置其中；一電子束發(fā)射器120，安裝在真空室110內(nèi)；和一用于控制從電子束發(fā)射器120中發(fā)射的電子束路徑的電子束聚焦設(shè)備。
真空室110與真空泵112連接以保持真空室內(nèi)的真空。在這種情況下，真空室最好由非磁材料制成。這可以防止如后所述的頂部和底部磁鐵161和162產(chǎn)生的磁通量從真空室110中泄露。真空室可以由塑料制成。但是，為防止真空室110在高真空下變形，要具有足夠的強(qiáng)度，最好是由磁導(dǎo)率近似1并具有適當(dāng)強(qiáng)度的鋁或鋁合金制成。
晶片130放在真空室110內(nèi)部一側(cè)并由晶片支架142支承，且一電子保護(hù)層132覆在晶片130的表面。
電子束發(fā)射器120由一發(fā)射器支架141支承，且與晶片130以預(yù)定距離彼此分開地相對設(shè)置在真空室110內(nèi)。一以預(yù)定圖案成型的掩膜122在電子束發(fā)射器120表面形成，并且電子束從掩膜122未蓋住部分發(fā)射出來。因此，電子束在覆在晶片130相對表面上的保護(hù)層132上形成與發(fā)射器120表面圖案相同的圖案。
如前所述，可以變化用于從電子束發(fā)射器120中發(fā)射電子束的機(jī)理。例如，在使用加熱電子束發(fā)射器120以發(fā)射電子束時，可以在發(fā)射器120的后部放置一加熱器(未示出)。
所述電子束聚焦設(shè)備包括分別置于真空室110頂部和底部的頂部和底部磁鐵161和162，上部和下部磁極片171和172分別從真空室110的上部和下部壁伸出，并且上部和下部伸出部191和192由所述上部和下部磁極片171和172的相互面對的表面上伸出。
所述放在所述真空室110上面和下面的頂部和底部磁鐵161和612分別以預(yù)定距離與所述真空室110分開地設(shè)置，并在真空室110內(nèi)產(chǎn)生磁場。對頂部和底部磁鐵161和162，希望用易于調(diào)整的電磁鐵而不是永磁鐵。在本例中頂部和底部磁鐵161和162由電磁鐵構(gòu)成，分別由導(dǎo)磁材料制成的鐵芯161a和162a及由繞制在鐵芯161a和162a外部的線圈161b和162b組成。
上部和下部磁極片171和172分別從真空室110的頂部和底部壁面伸出磁性地與頂部和底部磁鐵161和162的鐵芯161a和162a接觸。因此，安裝的上部和下部磁極片171和172將頂部和底部磁鐵161和162產(chǎn)生的磁通量導(dǎo)入真空室110內(nèi)。特別是，如果真空室110是由非磁性材料制成時，就能夠大大減少從真空室110泄漏磁通量。
優(yōu)選地，頂部和底部磁鐵161和162可以上下移動。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，裝設(shè)在使上部和下部磁極片171和172的所述真空室110首先設(shè)置在頂部和底部磁鐵161和162之間，然后分別向著上部和下部磁極片171和172移動頂部和底部磁鐵161和162，由此通過對上部和下部磁極片171和172施加預(yù)定的壓力使它們粘在一起。這樣就防止在頂部磁鐵161和上部磁極片171和底部磁鐵162和下部磁極片172之間的交界面上磁通的泄漏。
但是，在頂部磁鐵161和上部磁極片171或底部磁鐵162和下部磁極片172之間的粘接交界面并非彼此相互平行，頂部和底部磁鐵161和162也許不能分別與上部和下部磁極片171和172完全粘合。為防止不完全粘合現(xiàn)象發(fā)生，希望在頂部磁鐵161和上部磁極片171、底部磁鐵162和下部磁極片172之間分別插入含有電磁材料如鐵的橡膠板181和182。由于橡膠板181和182的彈力，頂部和底部磁鐵161和162可以與上部和下部磁極片171和172完全接觸。這樣就有效地防止頂部磁鐵161和上部磁極片171或底部磁鐵162和下部磁極片172之間磁通量的泄漏。
上部和下部伸出部191和192具有環(huán)形，用于在電子束發(fā)射器120和晶片130之間分布磁場。
圖4A和4B表示所述頂部和底部磁鐵161和162周圍及真空室110內(nèi)產(chǎn)生的磁通量的分布。參考圖4A和4B，所述頂部和底部磁鐵161和162在頂部和底部磁鐵161和162周圍及真空室110內(nèi)產(chǎn)生磁場。在本例中，由所述頂部和底部磁鐵161和162產(chǎn)生磁通量通過上部和下部磁極片171和172被吸入真空室110內(nèi)。而且，由于真空室110是用非磁鐵材料構(gòu)成的，防止了磁通量通過真空室110的泄漏。從圖中可以看出，通過分別從上部和下部磁極片171和172相對表面上伸出的上部和下部伸出部191和192，在真空室110的中心周圍產(chǎn)生均勻的磁場。特別是在上部和下部磁極片171和172的中心部分磁場比其邊的部分更均勻。因此希望上部和下部伸出部191和192的內(nèi)徑要大于晶片130的外徑以使電子束發(fā)射器120和晶片130能夠放在一個磁場完全均勻的S區(qū)域內(nèi)。它們的內(nèi)徑最好分別大于晶片130的外徑1.3倍，如將近1.5倍。
參考圖2，上部和下部電極板151和152分別放在上部伸出部191和電子束發(fā)射器120、下部伸出部192和晶片130之間，上部和下部電極板151和152以預(yù)定距離相對分開地設(shè)置。電源153連接到上部和下部電極板151和152以在彼此之間產(chǎn)生電場。
圖5A和5B表示所述真空室110內(nèi)產(chǎn)生的電場分布及所述上部和下部電極板151和152之間產(chǎn)生的電場分布。
從圖5A和5B中可以看出在所述真空室110內(nèi)產(chǎn)生的電場在上部和下部電極板151和152之間的中心周圍是均勻分布的。因此，希望將電子束發(fā)射器120和晶片130放在真空室110內(nèi)的上部和下部電極板151和152之間的中央處。而且希望上部和下部電極板151和152的外徑分別大于晶片130外徑，由此電子束發(fā)射器120和晶片130可以放在完全均勻的電場范圍內(nèi)。較好地，上部和下部電極板151和152的外徑分別大于晶片130外徑1.3倍，如大約1.5倍。
回到圖2，其中支承電子束發(fā)射器120的發(fā)射器支架141放在上部電極板151下表面，而支承晶片130的晶片支架142放在下部電極板152的上表面。分別將發(fā)射器支架141和晶片支架142結(jié)構(gòu)成可以移動支承發(fā)射器120和晶片130。而且希望發(fā)射器支架141和晶片支架142由石英玻璃制成，它不會對真空室110內(nèi)部的磁場和電場有影響且不產(chǎn)生任何顆粒。
如上所述，本發(fā)明能夠在真空室中央部分如在發(fā)射器和晶片之間提供均勻的電場和磁場，而防止通過真空室的磁流量的泄漏。而且頂部和底部磁鐵放在真空室外面緊密地粘到安裝在真空室上的上部和下部磁極片上，因此減少了由于真空室的振動產(chǎn)生的電子束路徑彎曲。這更易于以納米量級的線寬制造更細(xì)微的圖案。
因此，本發(fā)明只是參考優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)該需要明白的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不違背本發(fā)明的精神和范圍所作出的各種形式的變型都限定在所附加的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種用于控制電子束投影微影系統(tǒng)的電子束發(fā)射器發(fā)發(fā)射的電子束路徑的電子束聚焦設(shè)備，該設(shè)備包括頂部和底部磁鐵，它們分別放在裝晶片的真空室的上面和下面，所述頂部和底部磁鐵用于產(chǎn)生真空室內(nèi)的磁場；上部和下部磁極片，它們分別從所述真空室頂部和底部伸出，并且分別與所述底部和底部磁鐵磁性地接觸；及上部和下部環(huán)形伸出部，從所述上部和下部磁極片相互面對的表面上伸出。
2.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中在所述頂部磁鐵和上部磁極片之間及底部磁鐵和下部磁極片之間插有含鐵磁性材料的橡膠板。
3.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中在所述頂部和底部磁鐵設(shè)置為可上下移動。
4.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中所述頂部和底部磁鐵是包括由鐵磁材料構(gòu)成的鐵芯和繞在所述鐵芯外的線圈的電磁體。
5.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中所述真空室是由非磁性材料制成的。
6.如權(quán)利要求5所述設(shè)備，其中所述真空室是由鋁或鋁合金制成的。
7.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中所述上部和下部伸出部的內(nèi)徑分別大于所述晶片的外徑。
8如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中上部和下部電極板分別放在上部和下部伸出部上且以預(yù)定距離彼此相對地分開設(shè)置，用于在所述晶片和所述電子束發(fā)射器之間產(chǎn)生電場。
9.如權(quán)利要求8所述設(shè)備，其中所述上部和下部電極板的外徑大于所述晶片的外徑。
10.一種電子束投影微影系統(tǒng)，包括一真空室，它圍出一個放置一晶片的空間；一電子束發(fā)射器，它在所述真空室內(nèi)對著所述晶片并以預(yù)定距離分開地設(shè)置，它發(fā)射電子束到所述晶片上；及一控制所述電子束發(fā)射器發(fā)射的電子束路徑的電子束聚焦設(shè)備，其中所述電子束聚焦設(shè)備包括分別放在裝晶片的真空室的上面和下面，用于產(chǎn)生真空室內(nèi)的磁場的頂部和底部磁鐵；分別從所述真空室頂部和底部伸出，并且分別與所述底部和底部磁鐵磁性地接觸的上部和下部磁極片；及上部和下部環(huán)形伸出部，從所述上部和下部磁極片相互面對的表面上伸出。
11.如權(quán)利要求10所述設(shè)備，其中所述頂部磁鐵和上部磁極片之間及底部磁鐵和下部磁極片之間插有含鐵磁性材料的橡膠板。
12.如權(quán)利要求10所述設(shè)備，其中所述頂部和底部磁鐵設(shè)置為可上下移動。
13.如權(quán)利要求10所述設(shè)備，其中所述頂部和底部磁鐵是包括由鐵磁材料構(gòu)成的鐵芯和繞在所述鐵芯外的線圈的電磁體。
14.如權(quán)利要求10所述設(shè)備，其中所述真空室是由非磁性材料制成的。
15.如權(quán)利要求14所述設(shè)備，其中所述真空室是由鋁或鋁合金制成的。
16.如權(quán)利要求10所述設(shè)備，其中所述上部和下部伸出部的內(nèi)徑分別大于所述晶片的外徑。
17.如權(quán)利要求10所述設(shè)備，其中上部和下部電極板分別放在上部和下部伸出部上且以預(yù)定距離彼此相對地分開設(shè)置，用于在所述晶片和所述電子束發(fā)射器之間產(chǎn)生電場。
18.如權(quán)利要求17所述設(shè)備，其中所述上部和下部電極板的外徑大于所述晶片的外徑。
19.如權(quán)利要求17所述設(shè)備，其中用于支承所述電子束發(fā)射器的發(fā)射器支架放在上部和下部電極板的其中之一，用于支承所述晶片的晶片支架放在另一個電極板上。
20.如權(quán)利要求19所述設(shè)備，其中所述發(fā)射器支架和晶片支架由石英玻璃制成。
全文摘要
一種電子束聚焦設(shè)備在電子束投影微影系統(tǒng)中控制由發(fā)射器發(fā)射的電子束的路徑，該設(shè)備有頂部和底部磁鐵，放在裝晶片真空室的上面和下面，頂部和底部磁鐵產(chǎn)生真空室內(nèi)的磁場；上部和下部磁極片，從真空室頂部和底部伸出，與底部和底部磁鐵磁性地接觸；及上部和下部環(huán)形伸出部，從上部和下部磁極片相互面對的表面上伸出。所述微影系統(tǒng)包括圍出一放置一晶片空間的真空室；發(fā)射器，它在真空室內(nèi)以預(yù)定距離對著晶片分開地設(shè)置，發(fā)射電子束到晶片上；及有上述結(jié)構(gòu)的電子束聚焦設(shè)備。電子束聚焦設(shè)備及使用該設(shè)備的所述影微影系統(tǒng)能在晶片和電子束發(fā)射器之間提供均勻的電/磁場并減小由于真空室振動引起的電子束路徑的彎曲。
文檔編號H01J37/305GK1527358SQ03159790
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者文昌郁, 柳寅儆, 金東煜 申請人:三星電子株式會社