專利名稱：電子束單元投影刻印系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用電子束將形成在一塊轉(zhuǎn)換掩模上的圖形轉(zhuǎn)換到一件物體上去的電子束單元投影刻印裝置，更具體地涉及一種能使一塊轉(zhuǎn)換掩模高度精確地在一個工作臺上定位的這樣的裝置。
相關(guān)技術(shù)的描述隨著半導(dǎo)體器件的尺寸一再地縮小，常規(guī)的光刻系統(tǒng)要被用電子束直接向一塊譬如半導(dǎo)體片的物體上轉(zhuǎn)換圖形的電子束刻印系統(tǒng)所取代。電子束刻印系統(tǒng)提供了高分辨率，但它存在生產(chǎn)率低的問題。為了解決此問題，采用了諸如全投影工藝和程序刻印工藝之類的常用轉(zhuǎn)換掩模系統(tǒng)。在這樣的常規(guī)系統(tǒng)中，例如以所需圖形作孔徑形成的轉(zhuǎn)換掩模安置在一座工作臺上，并使電子束通過孔徑產(chǎn)生按所需圖形成形的電子束，投射到一塊半導(dǎo)體片上，用以在其上面轉(zhuǎn)換圖形。轉(zhuǎn)換掩模通常是用不能穿透電子并且易于處理的材料制成的。例如，典型的情況是用硅制造轉(zhuǎn)換掩模。例如，上述轉(zhuǎn)換掩模的制造方法，已在Y.Nakayama等人所著“電子束單元投影刻印的高精度校準方法”一文中提出，發(fā)表在SPIEVol.1924(1993)，P183-192。
圖1為常規(guī)電子束投影刻印裝置之一的剖視圖。電子束302由主體腔300中的電子束源301發(fā)射，經(jīng)第一孔徑303成形為矩形束，然后經(jīng)第一束形透鏡304和第一束形偏轉(zhuǎn)板305射至第二孔徑307。第二孔徑307是以所需圖形作孔徑形成的，因而它起著轉(zhuǎn)換掩模的作用。電子束302是經(jīng)第二孔徑307按所需圖形形成的。然后，電子束302經(jīng)第二和第三束形透鏡304b和304c以及束形偏轉(zhuǎn)板305b和305c射到置于工作臺309上的一塊襯底308上。這樣，就完成了全部圖形轉(zhuǎn)換。
上述的刻印裝置中，將第二孔徑307安置在其上的一座工作臺306被設(shè)計成可水平移動。當?shù)诙讖?07安置在工作臺306上時，工作臺306先從主體腔300移出，并進入一個與主體腔300相連的輔助腔312中。在輔助腔312中，第二孔徑307安置在工作臺306上，然后用手工精確地進行θ角的補償。這里的θ角補償是指在X-Y平面內(nèi)調(diào)節(jié)形成在第二孔徑307上的圖形的方向。
然后，將輔助腔312抽成真空，并將連通輔助腔312與主體腔300的漏氣閥311打開。然后，用象裝配桿310那樣的一個夾具推動第二孔徑307和工作臺306一起進入主體腔300，隨后使工作臺306定位并固定在那里。當?shù)诙讖?07要用另一個有不同圖形的孔徑替換時，第二孔徑307則以與上述相反的方式從主體腔300中取出。
上述刻印裝置只是根據(jù)上述的θ角在輔助腔312中將第二孔徑307定位。因此，需要根據(jù)X和Y軸方向的位置在主體腔300中對第二孔徑307定位。這樣的一種定位方法在公告號2-237107的未審定的日本專利中提出過，下文予以說明。
如圖2所示，將一個檢測器317安置成面對第二孔徑307。檢測器317檢測從第二孔徑307反射出來的一部分電子束，并根據(jù)檢測的反射束辨認第二孔徑307的表面形狀。這樣，就可以檢查第二孔徑307的圖形是否正確形成了。于是，它還有可能利用圖形檢查的數(shù)據(jù)獲得有關(guān)在X-Y平面內(nèi)第二孔徑307的位置的資料。這種技術(shù)也能用于設(shè)定第二孔徑307與襯底308或是一塊半導(dǎo)體片之間的相對位置，在這種情況下，則如圖1中所示，將一個第二檢測器318安置成面對半導(dǎo)體片308，用以檢測從半導(dǎo)體片308反射出來的電子束。
第二孔徑307的尺寸通常為電子束302的100倍以上。這樣，在上述的常規(guī)方法中，其中第二孔徑307的圖形是以一束電子反射束為依據(jù)檢測到的，而對第二孔徑307的定位則是按照檢測結(jié)果進行的，為對第二孔徑307進行全面觀測就必需用電子束302對第二孔徑307進行掃描，這就要化費太多的時間并造成低效率的定位操作。特別是，當采用通過由第二孔徑307形成的一個圖形或一個窗口向襯底308發(fā)射的電子束對第二孔徑進行定位時，就要化費相當多的時間去查找窗口，這是由于窗口的面積約為第二孔徑307整個面積的5％或者更小。
如早先所提的θ角補償是由手工進行的。因此，電子束是以補償?shù)姆绞教岣咂涫褂镁鹊?。然而，由于電子束的偏轉(zhuǎn)范圍小，它很難進行充分的θ角補償。
本發(fā)明的目的是要提供一種能以高精度和高效率對第二孔徑進行X-Y方向和θ角兩種位置定位的電子束單元投影刻印裝置。
所提供的一種電子束單元投影刻印裝置包括有一個電子束源，一個第一孔徑，電子束從電子束源發(fā)射通過它按一種形狀成形，一個按所需轉(zhuǎn)換圖形開孔形成的第二孔徑，電子束通過第二孔徑并射向一件物體，以及一座可沿X和Y軸方向移動的工作臺，第二孔徑被安置在該工作臺上，其特征在于，在第二孔徑和工作臺上其中至少有一個裝上一個對準標記，并有一臺例如具有可變倍率的顯微鏡的裝置，供觀測對準標記，使第二孔徑按所需位置定位。
最好顯微鏡具有可變的放大倍率，使其低倍率用于至少在第一孔徑和工作臺之一當中作寬范圍觀測并使高倍率用于在放大的條件下觀測對準標記。顯微鏡最好還包含一個安置成面對工作臺頂面的物鏡以及安置在容設(shè)顯微鏡的腔體之外的一個目鏡。顯微鏡最好設(shè)計成能在腔體外面操作改變其倍率。
對準標記可以至少提供三個。當提供多個對準標記時，最好有一個對準標記安置成與顯微鏡的光軸成一直線。
還提供一種電子束單元投影刻印裝置，它包括有一個電子束源，一個第一孔徑，電子束從電子束源發(fā)射通過它按一種形狀成形，一個按所需轉(zhuǎn)換圖形開孔形成的第二孔徑，使電子束適于通過第二孔徑并射向一件物體，以及一座可沿X和Y軸方向移動的工作臺，第二孔徑被安置在工作臺上，其特征在于，至少在第二孔徑和工作臺中的一個上設(shè)置一個對準標記，一個攝取對準標記圖象的電荷耦合器件，一個檢測對準標記和參考點的位置之間錯位的位置識別器件，以及一個根據(jù)位置識別器件發(fā)射的輸出移動工作臺使第二孔徑定位的系統(tǒng)。
電荷耦合器件最好設(shè)計成具有可變的攝象范圍和攝象倍率。
該裝置還可以包括一個用于監(jiān)視對準標記和參考點之間位置關(guān)系的顯示器。
在上述裝置中，通過具有可變倍率的顯微鏡或是電荷耦合器件的手段觀測設(shè)在第二孔徑或是工作臺上的對準標記對第二孔徑進行定位。這樣，通過用調(diào)成低倍率的顯微鏡觀測第二孔徑和寬范圍的工作臺，根據(jù)對準標記對第二孔徑進行了首次粗略的定位，然后以調(diào)成高倍率的顯微鏡進行精確定位。暈樣就有可能在一段短時間之內(nèi)使對準標記與預(yù)定的參考點調(diào)準，以此快速完成對設(shè)放第二孔徑的工作臺進行位置調(diào)節(jié)。此外，由于能對第二孔徑作全面觀測，就有可能找出轉(zhuǎn)換圖形的缺陷和損傷，借以避免不良的轉(zhuǎn)換圖形。特別是，通過利用那些缺陷和損傷的位置信息，電荷耦合器件使其有可能自動阻止這樣的缺陷或損傷轉(zhuǎn)換到如半導(dǎo)體片這樣的物體上去。
本發(fā)明的上述和其它目的以及其優(yōu)越特性，從以下參照附圖進行的描述中將更為明顯可見，其中相同的標號表示所有附圖的相同或類似部分。
圖1為常規(guī)電子束單元投影刻錢裝置的剖視圖。
圖2為圖1所示裝置的局部放大視圖。
圖3為本發(fā)明第一項實施例的電子束單元投影刻印裝置的剖視圖。
圖4為在工作臺上放置第二孔徑的頂視圖，在工作臺上設(shè)有三個對準標記。
圖5為本發(fā)明第二項實施例的電子束單元投影刻印裝置的剖視圖。
參照圖3示出第一項實施例的一臺電子束單元投影刻印裝置，從保持真空的主體腔100內(nèi)設(shè)置的電子束源101發(fā)射出一束電子束102。第一孔徑103或第一束形約束將電子束經(jīng)束成預(yù)定的形狀，然后這樣受約束的電子束102通過第一束形透鏡104a和第一束形偏轉(zhuǎn)板105a射向設(shè)放在工作臺106上的第二孔徑107或第二束形約束。在這里，第二孔徑107是按照一個圖形開孔形成的，因而它起轉(zhuǎn)換掩模的作用。電子束102通過由第二孔徑107的窗孔確定的圖形，然后通過第二和第三束形透鏡104b和104c以及束形偏轉(zhuǎn)板105b和105c射至設(shè)放在工作臺109上如半導(dǎo)體片那樣的一個物體。這樣，就在半導(dǎo)體片108上一次作出圖形。
在主體腔100中，在設(shè)放第二孔徑107的工作臺106的附近，設(shè)置了一臺光學(xué)顯微鏡113。光學(xué)顯微鏡113被安排成穿通主體腔100的側(cè)壁，它有一個物鏡設(shè)置成面對工作臺106的頂面，而目鏡則設(shè)置在主體腔100的外面。光學(xué)顯微鏡113設(shè)計成在主體腔100外面操作改變其倍率，其光軸位置與工作臺106相對固定。例如，光學(xué)顯微鏡113可以包含旋轉(zhuǎn)式的物鏡，它能從顯微鏡113的外面變換，同時/或者可以包含可變換的目鏡。
第二孔徑107固定在工作臺106的預(yù)定位置上。工作臺106被設(shè)計成能在主體腔100內(nèi)的一定點和與主體腔100鄰接設(shè)置的輔助腔112之間移動，這種移動能從輔助腔112的外面通過一根設(shè)定桿110操縱。輔助腔112通過一個放氣閥111與主體腔100相連，當放氣閥111打開時它與主體腔100相通，而當放氣閥111關(guān)閉時則與主體腔封斷。
如圖4中所示，三個用作對準的標記114a、114b和114c設(shè)于工作臺106上的第二孔徑107周圍。標記114a至114c各有預(yù)定的X-Y坐標值。只有對準標記114b設(shè)置成與顯微鏡113的光軸成一直線。要注意對準標記數(shù)不僅限于三個，也可以在工作臺106上設(shè)放四個或者更多的對準標記。還要注意對準標記也可以設(shè)放在置于工作臺106中的第二孔徑107上。
在上述刻印裝置中，置放第二孔徑107的工作臺106被設(shè)計成可在一X-Y平面內(nèi)移動。當在工作臺106上置放第二孔徑107時，工作臺106首先移出主體腔100并進入與主體腔100鄰接設(shè)置的輔助腔112中。在輔助腔112中，在工作臺106上置放第二孔徑107，然后用手動進行精確的θ角補償。
然后，將輔助腔112抽成真空，并使放氣閥111打開。然后，用設(shè)定桿110推動第二孔徑107與工作臺106一起進入主體腔100，隨后將工作臺106設(shè)定在它的位置上并予以固定。
通過用光學(xué)顯微鏡113觀測對準標記114a至114c并輕輕移動工作臺106使對準標記114b與光學(xué)顯微鏡113的光軸成一直線，使第二孔徑107設(shè)定在它的位置上。在對第二孔徑107定位中，光學(xué)顯微鏡113首先安排用較低的倍率，譬如用十倍，這就有可能易于在一個視場內(nèi)發(fā)現(xiàn)對準標記114a至114c。在這樣較低的倍率下使對準標記114b與光學(xué)顯微鏡113的光軸粗略對成直線之后，將光學(xué)顯微鏡轉(zhuǎn)換到較高的倍率，譬如用1000至2000倍。然后使對準標記114b與光學(xué)顯微鏡113的光軸精確地對成直線。這樣，就有可能將工作臺106因而將第二孔徑107以高精度設(shè)定在應(yīng)設(shè)的位置上。
用光學(xué)顯微鏡113的手段觀測三個對準標記114a至114c，并沿X-Y軸方向同時也在θ角方向移動工作臺106，使得對準標記114a至114c相對于光學(xué)顯微鏡113的光軸有一特定的相互位置關(guān)系，這樣就能完成對固定第二孔徑107的工作臺106進行θ角補償。
如以上所作的說明，只要第二孔徑107放置在工作臺106上，就有可能用顯微鏡113首先用低倍率然后用高倍率觀測對準標記114a至114c，用以進行工作臺106因而也就是第二孔徑107的對準。于是，由于對準是用兩步進行，即粗略對準步驟和精確對準步驟，就有可能作大界限的對準以及實現(xiàn)快速對準。此外，因為通過光學(xué)顯微鏡113的手段能夠全面觀測第二孔徑107，就有可能發(fā)現(xiàn)形成在第二孔徑107上的轉(zhuǎn)換圖形的缺陷和損傷，從而避免不良的轉(zhuǎn)換圖形。
圖5示出一臺本發(fā)明第二項實施例的電子束單元投影刻印裝置。用與圖3和4中所示第一項實例相同或類似的部件或元件，按照與上兩幅圖相同的方式進行設(shè)置。在第二項實施例中，在腔體200中安置了一個電荷耦合器件(CCD)的部件213取代在第一項實施例中所述的光學(xué)顯微鏡113。CCD部件213包含其中有CCD的一個攝象器件213a，供攝取置放第二孔徑207的工作臺206頂面的圖象。CCD部件213還包含一個位置識別器件213b，供識別第二孔徑207的位置；以及一個控制器，供設(shè)計成可在一個X-Y軸平面內(nèi)移動的工作臺206進行位置控制。CCD攝象器件213a、位置識別器件213b以及控制器213c全部與一個中央處理器(CPU)215電連接，并設(shè)計成從CPU215接受控制信號。一個顯示器216與CPU215相連，用于監(jiān)視對準標記114a至114c與一參考點之間的位置關(guān)系。
在運行中，CCD攝象器件213a從CPU215接受控制信號，由此以低倍率攝取設(shè)置在工作臺206上的對準標記114a至114c的圖象，例如，采用調(diào)短的CCD攝象器件213a的成象透鏡焦距。位置識別器件213b根據(jù)CCD攝象器件213a提供的圖象信息確定工作臺206的位置，并向CPU215傳送表示出工作臺206的檢測位置和一參考點之間錯位的信號。CPU215便向控制器213c發(fā)送一個控制信號使其移動工作臺206，使得檢測的錯位減至最小。
然后，CPU215向CCD攝象器件213a發(fā)送一個控制信號器件213a轉(zhuǎn)換到高倍率。然后，按照先前所提的同樣方式觀測對準標記114a至114c，由此檢測工作臺206偏離參考點的錯位，CPU215則向控制器213c發(fā)送一個控制信號使其移動工作臺206，使錯位減至最小。在對準中對準標記114a至114c與參考點之間的位置關(guān)系由顯示器216監(jiān)視。這樣，就有可能自動并且快捷地將工作臺206因而也就是將第二孔徑207設(shè)定在其應(yīng)設(shè)的位置上。
在上述第二項實施例中，CCD部件213設(shè)計成首先以低倍率為粗對準尋找對準標記114a至114c，再以高倍率作精密對準。這樣，就有可能使第二孔徑207快速地設(shè)定在它應(yīng)設(shè)定的位置上，并有足夠?qū)掗煹南藿绻┑诙讖?07定位。采用CPU215的手段可以在任何地方確定參考點。因此，通過向CPU215提供有關(guān)第二孔徑207所要求設(shè)定位置的信息便能使參考點確定在所要求的點上。與第一項實施例的情況類似，根據(jù)由CCD攝象器件213a所攝取的圖象，還可以檢查用第二孔徑207形成的圖形以及檢查第二孔徑207是否存在什么缺陷。特別是，通過利用有關(guān)那些缺陷和損傷的位置信息，CCD攝象器件213a使得有可能自動地停止這樣的缺陷或損傷轉(zhuǎn)換到半導(dǎo)體片208上。
權(quán)利要求
1.一種電子束單元投影刻印裝置，包括有一個電子束源(101)；一個第一孔徑(103)，一束從所述電子束源(101)射出的電子束(102)經(jīng)過它形成為一種形狀；一個按照所需轉(zhuǎn)換圖形開出窗口形成的第二孔徑(107)，所述電子束(102)通過所述第二孔徑(107)并射向一個物體(108)；以及一座可沿X和Y軸方向移動的工作臺(106)，所述第二孔徑(107)被放置在所述工作臺(106)上，其特征在于，它還包括一個對準標記(114a、114b或114c)設(shè)置在所述第二孔徑(107)和所述工作臺(106)兩者中的至少一個之上；以及觀測所述對準標記(114a、114b或114c)使所述第二孔徑(107)設(shè)定在所應(yīng)設(shè)位置上的工具(113)。
2.按照權(quán)利要求1所述的電子束單元投影刻印裝置，其特征在于，其中所述的工具就是具有可變倍率的一臺顯微鏡(113)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的電子束單元投影刻印裝置，其特征在于，其中所述顯微鏡(113)具有供觀測所述第二孔徑(107)與所述工作臺(106)兩者至少有一個當中的寬闊區(qū)域的低倍率，并有供在放大條件下觀測所述對準標記(114a、114b或114c)的高倍率。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的電子束單元投影刻印裝置，其特征在于，其中所述裝置至少有三個對準標記(114a、114b、114c)。
5.按照權(quán)利要求4所述的電子束單元投影刻印裝置，其特征在于，其中所述對準標記(114a、114b、114c)中的一個(114b)被設(shè)置成與所述顯微鏡(113)的一根光軸成一直線。
6.一種電子束單元投影刻印裝置，包括有一個電子束源(201)；一個第一孔徑(203)，一束從所述電子束源(201)射出的電子束(202)經(jīng)過它形成為一種形狀；一個按照所需轉(zhuǎn)換圖形開出窗口形成的第二孔徑(207)，所述電子束(202)適合通過所述第二孔徑(207)并射向一個物體(208)；以及一座可沿X和Y軸方向移動的工作臺(206)，所述第二孔徑(207)被放置在所述工作臺(206)上，其特征在于，它還包括一個對準標記(114、114b或114c)設(shè)置在所述第二孔徑(207)和所述工作臺(206)兩者中的至少一個之上；一個用于攝取所述對準標記(114a、114b或114c)圖象的電荷耦合器件(213a)；一個用于檢測所述對準標記(114a、114b或114c)的位置和一參考點之間錯位的位置識別器件(213b)；以及根據(jù)由所述位置識別器件(213b)傳送的輸出信號移動所述工作臺(206)使所述第二孔徑(207)定位的工具(213c)。
7.按照權(quán)利要求6所述的電子束單元投影刻印裝置，其特征在于，所述裝置還包括有一個用于監(jiān)視所述對準標記(114a、114b或114c)和所述參考點之間位置關(guān)系的顯示器(216)。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的電子束單元投影刻印裝置，其特征在于，其中所述的電荷耦合器件(213a)具有可變的攝象范圍和攝象倍塞。
9.按照權(quán)利要求6或7所述的電子束單元投影刻印裝置，其特征在于，其中所述裝置至少有三個對準標記(114a、114b、114c)。
10.按照權(quán)利要求9所述的電子束單元投影刻印裝置，其特征在于，其中所述對準標記(114a、114b、114c)中的一個被設(shè)置成與所述位置識別器件(213a)的一根光軸成一直線。
全文摘要
提供了一種電子束單元投影刻印裝置，包括有一電子束源，一個使經(jīng)過的電子束形成形狀的第一孔徑，一個按照所需轉(zhuǎn)換圖形開出窗口使電子束通過并射向一物體的第二孔徑，以及一座可沿X和Y軸方向移動的工作臺，第二孔徑置于工作臺上，在工作臺上有一對準標記和一臺可變倍率的顯微鏡用于觀測對準標記使第二孔徑設(shè)定在所應(yīng)設(shè)的位置上。先用低倍率對第二孔徑作粗略定位，再用高倍率作精確定位，以此快捷完成工作臺的位置調(diào)節(jié)。
文檔編號H01J37/304GK1156327SQ9612063
公開日1997年8月6日 申請日期1996年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月15日
發(fā)明者伊藤勝志 申請人:日本電氣株式會社