专利名称：电子束聚焦设备及使用该设备的电子束投影微影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子束投影微影系统(EPL)，特别是一种控制由电子束发射器发射的电子束的路径的电子束聚焦设备及使用该设备的EPL系统。
背景技术：
在半导体制造过程中，使用各种印刷技术在一基板表面上形成所希望的图案。常规光微影使用如紫外线射线，当使用该技术会有线宽的限制。由此，下一代微影技术(NGL)最近已经提出，用该技术能够实现具有毫微量级线宽的更小型和集成的半导体。下一代微影术如包括电子束投影式微影(EPL)，离子投影式微影(IPL)，超紫外线微影术(EUVL)，及近X射线微影术。
在所述NGL系统中，由于EPL系统具有简单的结构且易于使用大面积电子束发射器，现在广泛地被使用；EPL系统是通过使用由发射器发出的电子束对覆在要处理的基板上的电子保护层进行加工而形成为所希望的图案。
图1表示一个常规电子束投影微影系统的结构图，其中包括一放置一要处理的晶片30的真空室10。由于真空室10的内部用一真空泵60保持一预定真空压力，真空室10通常要用具有一定强度的钢板制成。
一用于发射电子束的发射器20置于真空室10内，且要处理的晶片30以预定距离离开电子束发射器20设置。一具有预定图案的模板22置于电子束发射器20的表面。这样电子束由发射器20通过模板22露出部分被发射。因此，电子束的发射用于在覆盖在晶片30表面的电子保护层32上制成与发射器20表面图案相同的图案。
一用于加热发射器20而使之发射电子束的加热器40放置在电子束发射器20的后部。通过加热器40的加热，可以从发射器20得到各种发射电子束的机理。根据所用的机理，可以改变发射器20的材料和结构。
用于在发射器20和要处理晶片之间产生电场的电极51和52分别置于真空室10内高于和低于发射器20和晶片30处。用于产生真空室10内部的外部磁铁71和72放在真空室10的上部和下部。电极51和52及磁铁71和72在发射器20和晶片30之间产生电磁场。因而控制发射器20发射的电子束路径。使电子束聚焦到覆盖在晶片30上的电子保护层32上的正确位置。
在上述常规EPL系统中，由于真空室10与外部磁铁71和72是分离的，只有真空室10随着真空泵60而振动。这样，发射器20发射的电子束路径产生弯曲，就很难形成具有纳米量级线宽的图案。
常规EPL系统的另一个缺点是由于真空室10是由铁磁材料如钢板制成的，因此磁铁71和72产生的磁通量会通过真空室10泄漏而不能在发射器20和晶片30之间集中。如此就不能在发射器20和晶片30之间产生均匀的磁场，并且为了产生足够的磁场强度，系统要使用大的外部磁铁71和72，使制造成本增加。
发明内容
本发明提供一种能够在电子束发射器和晶片之间产生均匀电磁场的电子束聚焦设备，它能减小由于真空室振动造成的电子束路径的弯曲；以及一种使用该电子束聚焦设备的电子束投影微影系统。
根据本发明的一个方面，提供了一电子束聚焦设备，它用于控制由电子束投影微影系统的电子束发射器发射的电子束的路径。该设备包括各自放在装有晶片的真空室上部和下部的顶部和底部磁铁，顶部和底部磁铁用于在真空室内产生磁场；上部和下部磁极片各自从真空室的顶部和底部壁伸出，并且分别与顶部磁铁和底部磁铁磁接触；环形的上部和下部伸出部从上部和下部磁极片相对表面伸出。在此，含铁磁材料的橡胶板插在顶部磁铁与上部磁极片和底部磁铁与下部磁极片之间。
而且顶部和底部磁铁可以上下移动，且包括一由电磁材料制成的铁芯和在铁芯外绕制的线圈构成的电磁铁。所述真空室由非磁材料如铝或铝合金制成。
所述上部和下部伸出部的内径大于晶片的外径。
而且，上部和下部电极板用于在晶片和电子束发射器之间产生电场，它们以预定距离彼此分开地分别设置在上部和下部伸出部上。它们的外径大于晶片的内径。
根据本发明的另一方面，提供一EPL系统，包括一用于装一晶片的真空室，一位于真空室内以预定距离对着所述晶片分开放置的电子束发射器，该电子束发射器用于向所述晶片发射电子束；及如前所述的控制电子束发射器发射的电子束路径的电子束聚焦设备。
在此，一用于支承所述电子束发射器的发射器支架放在上部和下部电极板之一处，一用于支承所述晶片的晶片支架放在另一个电极板上。发射器支架和晶片支架由石英玻璃制成。
上述结构能够在所述晶片和所述电子束发射器之间提供均匀的电/磁场并减小由于真空室振动引起的电子束路径的弯曲。
通过参照附图对优选实施例的详细说明，本发明的目的和优点会更加明显。
图1表示一常规电子束投影微影(EPL)系统的结构示意图；图2表示根据本发明优选实施例的电子束均聚焦设备和使用该设备的EPL系统的结构图；图3是图2所示电子束聚焦设备的部分立体图；图4A和B表示在如图2所示顶部和底部磁铁周围及真空室内产生的磁通量的分布；图5A表示在如图2所示真空室内产生的电场分布；及图5B表示在如图2所示上部和下部电极板之间产生的电场分布。
具体实施例方式
下面参考附图对根据本发明优选实施例作出的一电子束聚焦设备和一电子束投影微影(EPL)系统进行说明。不同图中相同标号代表相同的部件。
参见图2和图3，一如本发明的EPL系统包括一真空室110，它包围一空间，一晶片130放置其中；一电子束发射器120，安装在真空室110内；和一用于控制从电子束发射器120中发射的电子束路径的电子束聚焦设备。
真空室110与真空泵112连接以保持真空室内的真空。在这种情况下，真空室最好由非磁材料制成。这可以防止如后所述的顶部和底部磁铁161和162产生的磁通量从真空室110中泄露。真空室可以由塑料制成。但是，为防止真空室110在高真空下变形，要具有足够的强度，最好是由磁导率近似1并具有适当强度的铝或铝合金制成。
晶片130放在真空室110内部一侧并由晶片支架142支承，且一电子保护层132覆在晶片130的表面。
电子束发射器120由一发射器支架141支承，且与晶片130以预定距离彼此分开地相对设置在真空室110内。一以预定图案成型的掩膜122在电子束发射器120表面形成，并且电子束从掩膜122未盖住部分发射出来。因此，电子束在覆在晶片130相对表面上的保护层132上形成与发射器120表面图案相同的图案。
如前所述，可以变化用于从电子束发射器120中发射电子束的机理。例如，在使用加热电子束发射器120以发射电子束时，可以在发射器120的后部放置一加热器(未示出)。
所述电子束聚焦设备包括分别置于真空室110顶部和底部的顶部和底部磁铁161和162，上部和下部磁极片171和172分别从真空室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极片171和172的相互面对的表面上伸出。
所述放在所述真空室110上面和下面的顶部和底部磁铁161和612分别以预定距离与所述真空室110分开地设置，并在真空室110内产生磁场。对顶部和底部磁铁161和162，希望用易于调整的电磁铁而不是永磁铁。在本例中顶部和底部磁铁161和162由电磁铁构成，分别由导磁材料制成的铁芯161a和162a及由绕制在铁芯161a和162a外部的线圈161b和162b组成。
上部和下部磁极片171和172分别从真空室110的顶部和底部壁面伸出磁性地与顶部和底部磁铁161和162的铁芯161a和162a接触。因此，安装的上部和下部磁极片171和172将顶部和底部磁铁161和162产生的磁通量导入真空室110内。特别是，如果真空室110是由非磁性材料制成时，就能够大大减少从真空室110泄漏磁通量。
优选地，顶部和底部磁铁161和162可以上下移动。根据上述结构，装设在使上部和下部磁极片171和172的所述真空室110首先设置在顶部和底部磁铁161和162之间，然后分别向着上部和下部磁极片171和172移动顶部和底部磁铁161和162，由此通过对上部和下部磁极片171和172施加预定的压力使它们粘在一起。这样就防止在顶部磁铁161和上部磁极片171和底部磁铁162和下部磁极片172之间的交界面上磁通的泄漏。
但是，在顶部磁铁161和上部磁极片171或底部磁铁162和下部磁极片172之间的粘接交界面并非彼此相互平行，顶部和底部磁铁161和162也许不能分别与上部和下部磁极片171和172完全粘合。为防止不完全粘合现象发生，希望在顶部磁铁161和上部磁极片171、底部磁铁162和下部磁极片172之间分别插入含有电磁材料如铁的橡胶板181和182。由于橡胶板181和182的弹力，顶部和底部磁铁161和162可以与上部和下部磁极片171和172完全接触。这样就有效地防止顶部磁铁161和上部磁极片171或底部磁铁162和下部磁极片172之间磁通量的泄漏。
上部和下部伸出部191和192具有环形，用于在电子束发射器120和晶片130之间分布磁场。
图4A和4B表示所述顶部和底部磁铁161和162周围及真空室110内产生的磁通量的分布。参考图4A和4B，所述顶部和底部磁铁161和162在顶部和底部磁铁161和162周围及真空室110内产生磁场。在本例中，由所述顶部和底部磁铁161和162产生磁通量通过上部和下部磁极片171和172被吸入真空室110内。而且，由于真空室110是用非磁铁材料构成的，防止了磁通量通过真空室110的泄漏。从图中可以看出，通过分别从上部和下部磁极片171和172相对表面上伸出的上部和下部伸出部191和192，在真空室110的中心周围产生均匀的磁场。特别是在上部和下部磁极片171和172的中心部分磁场比其边的部分更均匀。因此希望上部和下部伸出部191和192的内径要大于晶片130的外径以使电子束发射器120和晶片130能够放在一个磁场完全均匀的S区域内。它们的内径最好分别大于晶片130的外径1.3倍，如将近1.5倍。
参考图2，上部和下部电极板151和152分别放在上部伸出部191和电子束发射器120、下部伸出部192和晶片130之间，上部和下部电极板151和152以预定距离相对分开地设置。电源153连接到上部和下部电极板151和152以在彼此之间产生电场。
图5A和5B表示所述真空室110内产生的电场分布及所述上部和下部电极板151和152之间产生的电场分布。
从图5A和5B中可以看出在所述真空室110内产生的电场在上部和下部电极板151和152之间的中心周围是均匀分布的。因此，希望将电子束发射器120和晶片130放在真空室110内的上部和下部电极板151和152之间的中央处。而且希望上部和下部电极板151和152的外径分别大于晶片130外径，由此电子束发射器120和晶片130可以放在完全均匀的电场范围内。较好地，上部和下部电极板151和152的外径分别大于晶片130外径1.3倍，如大约1.5倍。
回到图2，其中支承电子束发射器120的发射器支架141放在上部电极板151下表面，而支承晶片130的晶片支架142放在下部电极板152的上表面。分别将发射器支架141和晶片支架142结构成可以移动支承发射器120和晶片130。而且希望发射器支架141和晶片支架142由石英玻璃制成，它不会对真空室110内部的磁场和电场有影响且不产生任何颗粒。
如上所述，本发明能够在真空室中央部分如在发射器和晶片之间提供均匀的电场和磁场，而防止通过真空室的磁流量的泄漏。而且顶部和底部磁铁放在真空室外面紧密地粘到安装在真空室上的上部和下部磁极片上，因此减少了由于真空室的振动产生的电子束路径弯曲。这更易于以纳米量级的线宽制造更细微的图案。
因此，本发明只是参考优选的实施例进行说明，应该需要明白的是，本领域普通技术人员在不违背本发明的精神和范围所作出的各种形式的变型都限定在所附加的权利要求中。
权利要求
1.一种用于控制电子束投影微影系统的电子束发射器发发射的电子束路径的电子束聚焦设备，该设备包括顶部和底部磁铁，它们分别放在装晶片的真空室的上面和下面，所述顶部和底部磁铁用于产生真空室内的磁场；上部和下部磁极片，它们分别从所述真空室顶部和底部伸出，并且分别与所述底部和底部磁铁磁性地接触；及上部和下部环形伸出部，从所述上部和下部磁极片相互面对的表面上伸出。
2.如权利要求1所述设备，其中在所述顶部磁铁和上部磁极片之间及底部磁铁和下部磁极片之间插有含铁磁性材料的橡胶板。
3.如权利要求1所述设备，其中在所述顶部和底部磁铁设置为可上下移动。
4.如权利要求1所述设备，其中所述顶部和底部磁铁是包括由铁磁材料构成的铁芯和绕在所述铁芯外的线圈的电磁体。
5.如权利要求1所述设备，其中所述真空室是由非磁性材料制成的。
6.如权利要求5所述设备，其中所述真空室是由铝或铝合金制成的。
7.如权利要求1所述设备，其中所述上部和下部伸出部的内径分别大于所述晶片的外径。
8如权利要求1所述设备，其中上部和下部电极板分别放在上部和下部伸出部上且以预定距离彼此相对地分开设置，用于在所述晶片和所述电子束发射器之间产生电场。
9.如权利要求8所述设备，其中所述上部和下部电极板的外径大于所述晶片的外径。
10.一种电子束投影微影系统，包括一真空室，它围出一个放置一晶片的空间；一电子束发射器，它在所述真空室内对着所述晶片并以预定距离分开地设置，它发射电子束到所述晶片上；及一控制所述电子束发射器发射的电子束路径的电子束聚焦设备，其中所述电子束聚焦设备包括分别放在装晶片的真空室的上面和下面，用于产生真空室内的磁场的顶部和底部磁铁；分别从所述真空室顶部和底部伸出，并且分别与所述底部和底部磁铁磁性地接触的上部和下部磁极片；及上部和下部环形伸出部，从所述上部和下部磁极片相互面对的表面上伸出。
11.如权利要求10所述设备，其中所述顶部磁铁和上部磁极片之间及底部磁铁和下部磁极片之间插有含铁磁性材料的橡胶板。
12.如权利要求10所述设备，其中所述顶部和底部磁铁设置为可上下移动。
13.如权利要求10所述设备，其中所述顶部和底部磁铁是包括由铁磁材料构成的铁芯和绕在所述铁芯外的线圈的电磁体。
14.如权利要求10所述设备，其中所述真空室是由非磁性材料制成的。
15.如权利要求14所述设备，其中所述真空室是由铝或铝合金制成的。
16.如权利要求10所述设备，其中所述上部和下部伸出部的内径分别大于所述晶片的外径。
17.如权利要求10所述设备，其中上部和下部电极板分别放在上部和下部伸出部上且以预定距离彼此相对地分开设置，用于在所述晶片和所述电子束发射器之间产生电场。
18.如权利要求17所述设备，其中所述上部和下部电极板的外径大于所述晶片的外径。
19.如权利要求17所述设备，其中用于支承所述电子束发射器的发射器支架放在上部和下部电极板的其中之一，用于支承所述晶片的晶片支架放在另一个电极板上。
20.如权利要求19所述设备，其中所述发射器支架和晶片支架由石英玻璃制成。
全文摘要
一种电子束聚焦设备在电子束投影微影系统中控制由发射器发射的电子束的路径，该设备有顶部和底部磁铁，放在装晶片真空室的上面和下面，顶部和底部磁铁产生真空室内的磁场；上部和下部磁极片，从真空室顶部和底部伸出，与底部和底部磁铁磁性地接触；及上部和下部环形伸出部，从上部和下部磁极片相互面对的表面上伸出。所述微影系统包括围出一放置一晶片空间的真空室；发射器，它在真空室内以预定距离对着晶片分开地设置，发射电子束到晶片上；及有上述结构的电子束聚焦设备。电子束聚焦设备及使用该设备的所述影微影系统能在晶片和电子束发射器之间提供均匀的电/磁场并减小由于真空室振动引起的电子束路径的弯曲。
文档编号H01J37/305GK1527358SQ03159790
公开日2004年9月8日 申请日期2003年9月25日 优先权日2003年3月7日
发明者文昌郁, 柳寅儆, 金东煜 申请人:三星电子株式会社