專利名稱：利用笛卡爾電子束寫入系統(tǒng)寫大面積閉合曲線圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及電子束光刻(EBL)，更特別地，涉及以最小的誤差累積在大面積上寫曲線圖案的EBL方法。
背景技術(shù)：
EBL是用于在工件或樣品例如半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生極精細(xì)圖案的專門技術(shù)。在EBL中，樣品被覆蓋以對電子敏感的抗蝕劑膜并且橫過電子束(e束)移動。EBL的主要優(yōu)點(diǎn)在于它克服了光的衍射極限并且能構(gòu)圖納米范圍的特征。EBL由于其低的速度而還未成為標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)。因?yàn)閑束必須在待構(gòu)圖的表面上掃描，通常在x-y笛卡爾座標(biāo)系中光柵掃描，所以圖案產(chǎn)生是串行的。與其中樣品的整個(gè)表面被一次構(gòu)圖的并行技術(shù)例如傳統(tǒng)光學(xué)光刻相比，這導(dǎo)致了非常慢的圖案生成。結(jié)果，EBL主要用于產(chǎn)生傳統(tǒng)光學(xué)光刻使用的曝光掩模。對于商業(yè)應(yīng)用，EBL通常利用專用e束設(shè)備或?qū)懭胂到y(tǒng)產(chǎn)生，例如可以從Leica Microsystems和Hitachi，Ltd.獲得的那些。
商業(yè)e束寫入系統(tǒng)使用x-y臺(stage)，x-y臺在與入射的e束正交的平面中在笛卡爾座標(biāo)系中移動樣品。該臺在x-y座標(biāo)系中分成方形域(field)并以光柵技術(shù)沿x和y方向從域到域移動使得樣品的域相繼位于e束之下。特定域被定位之后，e束掃描該域內(nèi)的子域從而在該域內(nèi)寫入圖案的一部分。這些e束寫入系統(tǒng)對于它們的主要應(yīng)用工作良好，即半導(dǎo)體掩模的構(gòu)圖，其中整個(gè)樣品包含與各半導(dǎo)體芯片對應(yīng)的大量較小的相同圖案，且這些圖案包含大量直線。然而，難以使用這些系統(tǒng)寫入閉合的曲線圖案例如圓，特別是在整個(gè)樣品的大面積上延伸的圓形圖案。這是因?yàn)榕_從域到域的移動中誤差累積從而圓形圖案的最后部分與第一部分不關(guān)聯(lián)。
大面積圓形圖案的e束寫入的一個(gè)應(yīng)用是用于圖案化的磁記錄盤。已經(jīng)提出具有圖案化的磁記錄盤的磁記錄硬盤驅(qū)動器來增加數(shù)據(jù)密度。在圖案化的盤中，盤上的磁記錄層構(gòu)圖成以同心圓數(shù)據(jù)道布置的小的隔離數(shù)據(jù)島。圖案化的盤還具有非數(shù)據(jù)區(qū)，其用于數(shù)據(jù)道中讀/寫頭的伺服定位。為了實(shí)現(xiàn)面數(shù)據(jù)密度大于約300Gbit/in2的圖案化的盤，圖案周期沿道通常低于約50nm且數(shù)據(jù)島的直徑低于約30nm。用于制造具有這樣的極小特征的一種建議方法是通過利用具有表面形貌圖案的母盤或“壓模(stamper)”進(jìn)行納米壓印。在該方法中，其表面上具有聚合物膜的磁記錄盤襯底壓在母盤上。聚合物膜接收母盤圖案的圖像，因此成為用于盤襯底的后續(xù)蝕刻的掩模。磁記錄盤所需的磁層和其它層然后沉積到被蝕刻的盤襯底上從而形成圖案化的介質(zhì)盤。用于納米壓印的母盤可以通過EBL制造，只要圓形圖案能夠以高精度寫入。
所需的是用于商業(yè)笛卡爾型EBL系統(tǒng)的e束寫入方法，其使得閉合曲線圖案尤其是同心圓形圖案能夠在較大面積上寫入，而沒有x-y臺從域到域的移動導(dǎo)致的誤差積累。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是操作笛卡爾型EBL設(shè)備從而有效且精確地在工件的寬面積上寫入閉合曲線圖案例如圓的方法。曲線圖案覆蓋x-y臺的多個(gè)鄰接域，且所述臺沿著所述鄰接域定義的路徑移動。與第一和倒數(shù)第二域關(guān)聯(lián)的對準(zhǔn)標(biāo)記形成在樣品上。對準(zhǔn)標(biāo)記用于調(diào)節(jié)最后域的形狀從而當(dāng)e束在最后域中掃描時(shí)在倒數(shù)第二域和第一域之間存在圖案的基本連續(xù)的連接。用于第一和倒數(shù)第二域的對準(zhǔn)標(biāo)記每個(gè)可以是方形的頂點(diǎn)。通過計(jì)算兩個(gè)方形的頂點(diǎn)之間的x和y偏移來調(diào)整最后域的形狀。所計(jì)算的偏移用于校正e束在最后域中的掃描從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的圖案連接。本發(fā)明尤其可應(yīng)用于制造用于納米壓印圖案化磁記錄盤的具有同心圓形道的母盤。
為了更充分理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該參考下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明。


圖1是傳統(tǒng)EBL系統(tǒng)的示意圖；圖2是傳統(tǒng)EBL系統(tǒng)x-y臺的一部分，示出了幾個(gè)域以及用于從域到域移動的光柵技術(shù)，一個(gè)域被放大以示出其子域；圖3是圖案的視圖，定義覆蓋x-y臺的域的圓形路徑；圖4A是示意圖，示出了圓形圖案的第一、倒數(shù)第二和最后域(分別是域1、m-1和m)從而示出了向最后域?qū)懭霑r(shí)誤差積累的影響；
圖4B示出本發(fā)明的用于計(jì)算最后域的變換形狀的方法；圖4C示出用于計(jì)算最后域的變換形狀的方法的變型，其中沒有沿x方向的計(jì)算的偏移。
具體實(shí)施例方式
圖1是普通EBL設(shè)備或?qū)懭胂到y(tǒng)的高層次框圖。柱(column)形成并控制e束。柱下面是含有臺的腔，臺支承樣品并在正交于e束的x-y平面內(nèi)移動樣品。真空系統(tǒng)維持腔內(nèi)的適當(dāng)真空水平。系統(tǒng)通過EBL計(jì)算機(jī)控制，其控制諸如裝載和卸載樣品、聚焦e束、消隱(開啟和關(guān)斷e束)、使e束與樣品對準(zhǔn)、以及發(fā)送圖案數(shù)據(jù)到圖案生成器的功能。EBL計(jì)算機(jī)驅(qū)動向系統(tǒng)的各部件提供電源和信號的一組控制電子組件。
用戶首先利用商業(yè)可得的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件布置圖案。CAD軟件將圖案轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)交換中間文件格式例如GDSII。EBL計(jì)算機(jī)將中間格式轉(zhuǎn)換成EBL設(shè)備特有的格式從而控制臺和e束在樣品上寫入圖案。在傳統(tǒng)寫入方法中，臺在e束下沿x和y方向被光柵掃描，且e束必要時(shí)被消隱(blank)以寫入圖案。EBL設(shè)備使用在寫入圖案之前形成在樣品上的對準(zhǔn)標(biāo)記。使用全局對準(zhǔn)標(biāo)記來校正樣品在臺上的放置和旋轉(zhuǎn)。使用圖案特有的對準(zhǔn)標(biāo)記來精確定位圖案的特定部分，例如半導(dǎo)體晶片上的各芯片。系統(tǒng)檢測對準(zhǔn)標(biāo)記且然后EBL計(jì)算機(jī)計(jì)算移動臺和掃描e束時(shí)所需的調(diào)整。
圖2示出傳統(tǒng)EBL系統(tǒng)x-y臺的部分50，具有編號為1至9的數(shù)個(gè)方形域。臺以光柵(raster)方式移動，如路徑52所示，沿+x方向至連續(xù)的方形域1、2、3，然后沿+y方向至域4，然后沿-x方向至域5、6，然后沿+y方向至域7，然后沿+x方向至域8、9。如果域內(nèi)沒有圖案的部分，則當(dāng)該域在e束下面時(shí)e束被“消隱”。實(shí)際的系統(tǒng)通?？砂_(dá)數(shù)萬個(gè)域，每個(gè)域通常具有達(dá)1200×1200微米的尺寸。如域2、3和4之間的間隙所示，從一個(gè)域到下一個(gè)后續(xù)域的定位會存在誤差，這將導(dǎo)致從一個(gè)域到下一個(gè)域“縫合”圖案時(shí)的誤差。通常該誤差會非常小，例如，誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ在6-8nm的范圍，但是隨著臺橫跨樣品的大面積移動該誤差可積累至不可接受的水平。圖2還示出普通域4的放大。每個(gè)域含有多個(gè)方形子域，通常64×64個(gè)(或4096)子域。一旦樣品已被機(jī)械定位使得e束與域例如域4的中心對準(zhǔn)，則然后e束電子掃描該域內(nèi)的子域。子域之間掃描時(shí)的縫合誤差遠(yuǎn)小于域之間的誤差，例如誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ在2-3nm的范圍。
圖3示出可在樣品的大面積上延伸的圓形圖案60。如圖3所示，閉合的曲線圖案(圓形圖案60)和它覆蓋的域不是成比例的從而可以更好地示出本發(fā)明及其要解決的問題。圖案60定義圓形路徑，其覆蓋m多個(gè)鄰接域。這些域包括第一域1和圓形圖案60的起始附近的連續(xù)鄰接域2-8、以及圖案60末端處的鄰接域m-3、m-2、m-1和最后域m。在本發(fā)明中圖案60不是通過x-y臺的傳統(tǒng)光柵型移動寫入，而是通過臺移動到圓形圖案60中的連續(xù)鄰接域來寫入。這減少了寫入時(shí)間并減小了如圖2所示在光柵方法中臺跨越所有域移動時(shí)發(fā)生的縫合誤差的積累。
然而，即使利用臺的該鄰接域移動，從圓形圖案60的第一域1至最后域m誤差仍將積累，導(dǎo)致圖案在最后域m中的部分將不會與圖案在第一域中的部分完美閉合。這在圖4中通過圖案部分80、82示意性示出。圓形圖案60中的第一域(域1)示出為具有位于或基本靠近域1頂點(diǎn)61、62、63、64的對準(zhǔn)標(biāo)記。倒數(shù)第二域(域m-1)示出為具有位于或基本靠近域m-1頂點(diǎn)71、72、73、74的對準(zhǔn)標(biāo)記。對準(zhǔn)標(biāo)記通常預(yù)先寫在樣品上。當(dāng)臺沿圓形圖案60的鄰接域完成其移動并到達(dá)域m-1時(shí)，定位誤差的積累導(dǎo)致域1相對于域m-1的位移。由Δx1、Δx2、Δy1和Δy2表示的該相對位移或偏移將導(dǎo)致圖案在最后域(域m)中的部分80不與圖案在域1中的部分82完美縫合。
本發(fā)明中，對準(zhǔn)標(biāo)記寫入到第一域中，并且還寫入到沿鄰接路徑通過中間域與第一域間隔開的第二域中。中間域的形狀通過測量對準(zhǔn)標(biāo)記的偏移而從方形變換為非矩形。在將描述的示例中，第一域是m個(gè)域中的域1(圖案的第一個(gè)域)，第二域是域m-1(圖案的倒數(shù)第二個(gè)域)，中間域是域m(圖案的最后域)。形狀變換的域m于是將具有與頂點(diǎn)72、61、64、73基本對應(yīng)的頂點(diǎn)，從而域m-1和域1之間具有基本連續(xù)的連接，如虛線84、86所示。然后e束利用計(jì)算的偏移在形狀變換的域中掃描。該計(jì)算的偏移示于圖4A的框中。這樣，當(dāng)e束掃描域m中的子域時(shí)，其根據(jù)圖4B的變換計(jì)算掃描至校正位置x’、y’。這將使得圖案部分80以連續(xù)的方式與圖案部分82連接。
在供選的變換中，僅y座標(biāo)被變換，導(dǎo)致域m和域1之間的故意的間隙。該變型的計(jì)算示于圖4C的框中。該變型對于在用于圖案化的磁記錄盤的母盤中形成圓形道從而避免沿道的頻率的改變會是合意的。因而，在沿道或x方向沒有計(jì)算的偏移。
本發(fā)明可應(yīng)用于任何曲線圖案的e束寫入，特別是在樣品的較大面積上延伸的閉合曲線圖案。本發(fā)明特別適用于制造用于納米壓印圖案化的磁記錄盤的母盤。該母盤具有同心道的圓形對稱圖案，其可布置成道的徑向組。同心道的一組或環(huán)帶被單獨(dú)控制，并且在任何兩個(gè)連續(xù)組的e束寫入之間，為了精確，e束可以利用對準(zhǔn)標(biāo)記自動重新校準(zhǔn)。同心道的組的對稱中心利用對準(zhǔn)標(biāo)記被精確確定。這確保了所有組相對于彼此精確定位且居中。另外，通過繞圓形路徑的鄰接域移動臺而不是通過傳統(tǒng)的在笛卡爾座標(biāo)中光柵化臺，域之間的縫合誤差被最小化。利用該方法，圓形圖案將主要沿徑向方向積累誤差，這對于盤伺服圖案是更適合的。變換每個(gè)圓形圖案中的最后域的形狀和最后域的e束掃描的方法最小化了倒數(shù)第二域和第一域中的圖案之間的縫合誤差。
本發(fā)明已經(jīng)在上面描述為用于變換最后域從而提供倒數(shù)第二個(gè)域和第一個(gè)域之間的平滑連續(xù)圖案。然而，本發(fā)明也完全可以應(yīng)用于除了最后域之外還跨越更多域提供連續(xù)圖案。如果倒數(shù)第二個(gè)域與第一個(gè)域之間的未對準(zhǔn)太大，且域尺寸不那樣大，則最后域中校正的圖案會顯示出顯著變形(distortion)。如果圖案是圖案化的磁記錄盤中的圓形道，則這將導(dǎo)致盤驅(qū)動伺服系統(tǒng)在兩個(gè)端部會合的地方難以或不可能遵循道中的曲線。為了防止這點(diǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)圖案的末端時(shí)，可以在多于一個(gè)域上使圖案平滑化。因此，可以在圖案末端附近的數(shù)個(gè)域的每個(gè)中寫入對準(zhǔn)標(biāo)記，例如除了域m-1外，還有域m-4、m-3和m-2。域例如域m-3的形狀將通過測量域m-4與域m-2之間的對準(zhǔn)標(biāo)記的偏移來變換。然后以如上所述的方式，e束將利用計(jì)算的偏移在形狀變換了的m-3域中掃描。該過程可以持續(xù)到最后域m的形狀被變換，得到在圖案末端附近的多個(gè)鄰接域上具有連續(xù)形狀的圖案。這將允許最后域中的變形較小，增加了產(chǎn)生可用圖案的機(jī)會。
圖案也可以沿著鄰接域的路徑在其它域上被平滑化，例如在沿著全圓形道分布的域。例如，如果m＝100，則可以是域25、50、75和100。對準(zhǔn)標(biāo)記將寫在域24和26、49和51、74和76、以及99和1中。這些對準(zhǔn)標(biāo)記分別用于測量變形并計(jì)算用于域25、50、75和100的后續(xù)寫入的偏移。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于誤差的積累僅發(fā)生在全圓形道的一部分上(在該例子中僅在圖案的約90度或四分之一上)，這限制了總誤差積累。
盡管本發(fā)明參照其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了特定示出和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所定義的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。因此，所公開的發(fā)明認(rèn)為僅是示例性的并僅限制在所附權(quán)利要求書確定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用電子束即e束設(shè)備在樣品上寫入圖案的方法，該e束設(shè)備具有用于在與該e束基本正交的平面中移動該樣品的定位臺，該定位臺具有在x-y笛卡爾座標(biāo)系中布置的多個(gè)方形域并能夠用e束定位每個(gè)域，將被寫入的該圖案定義處于多個(gè)鄰接域中的閉合曲線路徑，該方法包括用該e束定位該路徑的域；在該樣品上寫入該圖案的處于所述域內(nèi)的部分；以及用該e束連續(xù)定位該路徑的鄰接域且對于每個(gè)鄰接域在該樣品上寫入該圖案的處于所述鄰接域內(nèi)的部分。
2.如權(quán)利要求1的方法，還包括在該樣品上形成與第一域相關(guān)的多個(gè)第一對準(zhǔn)標(biāo)記以及在該樣品上形成與第二域相關(guān)的多個(gè)第二對準(zhǔn)標(biāo)記。
3.如權(quán)利要求2的方法，還包括用該e束定位該路徑的所述第二域；根據(jù)該第一和第二對準(zhǔn)標(biāo)記調(diào)整與該路徑的所述第一和第二域鄰接的中間域的形狀；以及用該e束定位該路徑的形狀調(diào)整了的中間域并在該樣品上寫入該圖案的處于該中間域內(nèi)的部分。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中調(diào)整該中間域的形狀包括變換該中間域的形狀從而在所述第二域和所述第一域之間提供基本連續(xù)的連接。
5.如權(quán)利要求3的方法，其中調(diào)整該中間域的形狀包括將該中間域的形狀從方形調(diào)整為非矩形。
6.如權(quán)利要求3的方法，其中該第一對準(zhǔn)標(biāo)記定義第一方形的頂點(diǎn)并且該第二對準(zhǔn)標(biāo)記定義第二方形的頂點(diǎn)，且其中將該中間域的形狀調(diào)整為非矩形包括計(jì)算該第一和第二方形的頂點(diǎn)之間的x和y偏移。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中在該樣品上寫入該圖案的位于該中間域內(nèi)的部分包括利用所計(jì)算的偏移將該e束定位至最后域內(nèi)的子域從而掃描該e束至所述子域。
8.如權(quán)利要求6的方法，其中該中間域的該非矩形形狀通過該第一域的兩個(gè)頂點(diǎn)和該第二域的兩個(gè)頂點(diǎn)定義。
9.如權(quán)利要求6的方法，其中存在m個(gè)鄰接域，其中該第一域是域1，其中該第二域是域m-1，且其中該中間域是域m。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中將被寫入的該閉合曲線圖案是圓形圖案。
11.如權(quán)利要求9的方法，其中該樣品是用于納米壓印圖案化介質(zhì)磁記錄盤的母盤。
12.一種利用電子束即e束設(shè)備在樣品上寫入圓形圖案的方法，該電子束設(shè)備具有用于在與該e束基本正交的平面中移動該樣品的定位臺，該定位臺具有在x-y笛卡爾座標(biāo)系中布置的多個(gè)方形域并能夠用該e束定位每個(gè)域，每個(gè)域具有多個(gè)子域并且將被寫入的該圖案定義處于多個(gè)鄰接域中的圓形路徑，該方法包括用該e束定位該路徑的第一域；在該樣品上形成與該第一域相關(guān)的多個(gè)第一對準(zhǔn)標(biāo)記；橫越該第一域的所述子域掃描該e束從而寫入該圖案的處于所述第一域內(nèi)的部分；用該e束順序定位該路徑的鄰接域并且對于每個(gè)鄰接域橫越所述子域掃描該e束從而寫入該圖案的處于所述鄰接域內(nèi)的部分；用該e束定位該路徑的倒數(shù)第二個(gè)域；在該樣品上形成與該倒數(shù)第二個(gè)域相關(guān)的多個(gè)第二對準(zhǔn)標(biāo)記；橫越該倒數(shù)第二個(gè)域的所述子域掃描該e束從而寫入該圖案的處于該倒數(shù)第二個(gè)域內(nèi)的部分；根據(jù)該第一和第二對準(zhǔn)標(biāo)記計(jì)算將應(yīng)用于該路徑的最后域的所述子域的偏移；以及利用所計(jì)算的偏移橫越該最后域的子域掃描該e束從而寫入該圖案的處于該最后域內(nèi)的部分，以提供與該圖案的寫入在該第一域中的部分基本連續(xù)的連接。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中該第一對準(zhǔn)標(biāo)記定義第一方形的頂點(diǎn)并且該第二對準(zhǔn)標(biāo)記定義第二方形的頂點(diǎn)，且其中計(jì)算所述偏移包括計(jì)算該第一和第二方形的頂點(diǎn)之間的x和y偏移。
14.如權(quán)利要求12的方法，其中該樣品是用于納米壓印圖案化介質(zhì)磁記錄盤的母盤。
全文摘要
本發(fā)明提供一種操作笛卡爾型電子束即e束光刻(EBL)設(shè)備的方法，其能夠有效且精確地在工件的寬面積上寫入閉合曲線圖案例如圓。曲線圖案覆蓋EBL設(shè)備的x－y定位臺的多個(gè)鄰接域，并且所述臺沿著所述鄰接域定義的路徑移動。與第一和倒數(shù)第二域關(guān)聯(lián)的對準(zhǔn)標(biāo)記形成在樣品上。對準(zhǔn)標(biāo)記用于調(diào)整最后域的形狀從而當(dāng)e束在最后域中掃描時(shí)在倒數(shù)第二域和第一域之間存在圖案的基本連續(xù)的連接。本發(fā)明尤其可應(yīng)用于制造用于納米壓印圖案化磁記錄盤的具有同心圓形道的母盤。
文檔編號H01L21/00GK101055428SQ20071009678
公開日2007年10月17日 申請日期2007年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月12日
發(fā)明者托馬斯·R·阿爾布雷克特, 茲沃尼米爾·班迪克, 邁克爾·J·魯克斯 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司