CN103257528B - 电子束描绘装置及电子束描绘方法 - Google Patents

电子束描绘装置及电子束描绘方法 Download PDF

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Abstract

一种电子束描绘装置及电子束描绘方法，该电子束描绘装置（100）具有：XY载物台（105），载放试样（216）；以及电子镜筒（102），配置有出射电子束（200）的电子枪（201）和具备排列在电子束（200）的轴向上的电极的透镜（202、204、207、210）。在XY载物台（105）和电子镜筒（102）之间设置有屏蔽板（211），该屏蔽板（211）屏蔽电子束（200）向试样（216）照射而产生的反射电子或二次电子。在屏蔽板（211）的正上方配置有改变电子束（200）的焦点位置的静电透镜（210），始终从电压供给单元（135）对静电透镜（210）施加正电压。

Description

电子束描绘装置及电子束描绘方法
技术领域
本发明涉及电子束描绘装置及电子束描绘方法。
背景技术
近年来，伴随着大规模集成电路(LSI：Large Scale Integration)的高集成化及大容量化，半导体元件所要求的电路线宽越来越窄。
通过使用形成有电路图案的原图图案(指掩模或中间掩模。以下总称为掩模)、并由所谓被称为步进曝光装置的缩小投影曝光装置在晶片上曝光转印图案而进行电路形成，由此来制造半导体元件。此处，在用于将微小的电路图案转印到晶片上的掩模的制造中，使用了描绘装置，该描绘装置使用了电子束。该装置本质上具有优良的析像度，并能够大大确保焦深，因此具有即使在高的阶差上也能够抑制尺寸变动的优点。
日本特开平9-293670号公报公开了电子束光刻技术所使用的可变成形型电子束描绘装置。这样的装置中的描绘数据，是通过对使用CAD(Computer Aided Design：计算机辅助设计)系统来设计的半导体集成电路等的设计数据(CAD数据)实施修正、图形图案的分割等处理而制作的。
例如，以由电子束的尺寸规定的最大发射尺寸单位来进行图形图案的分割处理，同时设定所分割的各发射的坐标位置、尺寸及照射时间。此后，以根据描绘的图形图案的形状、大小来将发射成形的方式制作描绘数据。描绘数据以长方形状的帧(主偏转区域)单位来划分，并且将其中分割为副偏转区域。即，芯片整体的描绘数据成为数据分级结构，该数据分级结构含有按照主偏转区域的尺寸的多个带状的帧数据和在帧内比主偏转区域小的多个副偏转区域单位。
副偏转区域为，通过副偏转器而比主偏转区域高速地扫描电子束来描绘的区域，一般成为最小描绘单位。在描绘副偏转区域内时，由成形偏转器来形成根据图案图形而准备的尺寸和形状的发射。具体地，从电子枪出射的电子束，在由第一孔隙成形为矩形状后，由成形偏转器投影到第二孔隙上，而使其束形状和尺寸变化。此后，由物镜对焦后，通过副偏转器和主偏转器而偏转，并照射在载物台上所载放的掩模上。
可是，当将电子束照射在掩模上时，撞上掩模而反射的电子(反射电子)、以及入射到掩模而产生的电子(二次电子)在电子镜筒内向上方前进。
图3是模拟了具有50keV的能量的反射电子的轨道的图。此处，对于10°、30°、50°、70°及90°的各射出角，限于一个方向而进行模拟。
此外，图4是模拟了具有100eV的能量的二次电子的轨道的图。同样，对于10°、30°、50°、70°及90°的各射出角，限于一个方向而进行模拟。
另外，在图3及图4中，横轴表示X方向、即与电子束轴正交的方向。此外，纵轴表示Z方向、即与电子束轴平行的方向。此外，在这些情况下，将磁场型透镜、即通过在线圈中流动电流而产生磁场的透镜用作物镜。
由图3、图4所示的模拟结果可知，反射电子、二次电子沿着电子束轴而进行绕在其上那样的螺旋运动。因此，电子束受到反射电子、二次电子的影响而引起漂移，会照射到从作为目标的位置偏移的位置。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的。即，本发明的目的在于提供一种能够降低由反射电子、二次电子引起的电子束的漂移的电子束描绘装置及电子束描绘方法。
本发明的其它目的及优点，根据下述记载，是显而易见的。
本发明的第一方案的电子束描绘装置，具有：载物台，载放试样；电子镜筒，配置有出射电子束的电子枪和具备排列在所述电子束的轴向上的电极的静电透镜；以及屏蔽板，该屏蔽板设置在所述载物台和所述电子镜筒之间，降低所述电子束向所述试样照射而产生的反射电子或二次电子对所述电子镜筒的侵入，所述静电透镜配置在所述屏蔽板的正上方，在所述电子束对所述试样描绘的过程中，所述静电透镜始终被施加正电压。
本发明的第二方案的电子束描绘方法，从配置在电子镜筒内的电子枪出射电子束，在载放在载物台上的试样上描绘规定的图案，该电子束描绘方法的特征在于，在所述电子束对所述试样描绘的过程中，配置在屏蔽板的正上方的静电透镜始终被施加正电压，所述屏蔽板设置在所述载物台和所述电子镜筒之间，降低所述电子束向所述试样照射而产生的反射电子或二次电子对所述电子镜筒的侵入。
发明效果
根据本发明的第一方案，具有始终对静电透镜施加正电压的电压供给单元，因此提供能够降低由反射电子或二次电子引起的电子束的漂移的电子束描绘装置。
根据本发明的第二方案，始终对在电子束的轴向上排列有电极的静电透镜施加正电压，因此提供能够降低由反射电子或二次电子引起的电子束的漂移的电子束描绘方法。
附图说明
图1是本实施方式中的电子束描绘装置的构成图。
图2是基于电子束的描绘方法的说明图。
图3是模拟了具有50keV的能量的反射电子的轨道的图。
图4是模拟了具有100eV的能量的二次电子的轨道的图。
图5是示意性地表示静电透镜的构成和配置的图。
具体实施方式
图1是表示本实施方式中的电子束描绘装置的构成的图。
在图1中，电子束描绘装置100为可变成形型的电子束描绘装置的一例，具备描绘部150和控制部160。
描绘部150具备电子镜筒102和描绘室103。
在电子镜筒102内配置有电子枪201、照明透镜202、消隐偏转器212、消隐孔隙(アパーチャ)214、第一成形孔隙203、投影透镜204、成形偏转器205、第二成形孔隙206、物镜207、主偏转器208、副偏转器209及静电透镜210。
照明透镜202、投影透镜204、物镜207及静电透镜210均为调节电子束200的成像位置的透镜。如图1所示，它们被排列在电子束200的轴向上。在本实施方式中，照明透镜202、投影透镜204及物镜207均为磁场型透镜。另一方面，静电透镜210具有排列在电子束200的轴向上的电极，能够通过施加到电极间的电压，来控制电子束200的焦点位置。
为了有效地控制电子束200的焦点位置，需要将静电透镜210配置在磁场内。在将偏转器配置在磁场中的构成的电子束描绘装置中，偏转器能够兼做静电透镜。另一方面，在本实施方式的电子镜筒102中，磁场朝向偏转器的下方，因此静电透镜210位于偏转器的下方，具体地，位于主偏转器208的下方。这是本实施方式的电子束描绘装置与以往的不同点之一。
图5是示意性地表示静电透镜210的构成和配置的图。如该图所示，静电透镜210被配置在主偏转器208的下方。
在图5的例中，主偏转器208为8极的静电偏转器。主偏转器208使电子束向规定的副偏转区域偏转。例如，为了向XY方向的规定方向偏转，而从图1的DAC放大器部件133向电极(1)施加(y)的电压、向电极(2)施加的电压、向电极(3)施加(x)的电压、向电极(4)施加的电压、向电极(5)施加(-y)的电压、向电极(6)施加的电压、向电极(7)施加(-x)的电压、向电极(8)施加的电压。通过这样，能够使电子束向规定的方向偏转。另外，在图5的例的情况下，DAC放大器部件133由设置在8极的静电偏转器的各电极上的放大器来构成。此外，电子束的偏转所需的电压，例如为250V。
在图5中，静电透镜210具有排列在铅垂方向(即、图1中电子束200的轴向)上的三个电极。其中，中央的电极(102)为透镜电极，是由接地电极(101)、(103)夹着的结构。通过施加在这些电极间的电压，来控制电子束200的焦点位置。在本实施方式中，如后述那样，通过图1的电压供给单元135而始终对静电透镜210施加正电压。另外，电压供给单元135的动作由图1的控制计算机110控制。
照明透镜202将从电子枪201出射的电子束200照明到第一成形孔隙203。于是，电子束200例如成形为矩形。此后，由投影透镜204投影到第二成形孔隙206。此处，第二成形孔隙206上的第一成形孔隙像的位置由成形偏转器205控制。由此，电子束的形状和尺寸变化。透射了第二成形孔隙206的电子束200，在由物镜207对焦后，由主偏转器208和副偏转器209偏转。此后，进一步由静电透镜210修正焦点位置，而照射到载放在描绘室103中的试样216上。
在本实施方式中，如图1所示，优选在电子镜筒102的下部，具体地，在静电透镜210的下方配置屏蔽板211。通过设置屏蔽板211，能够减少由于电子束200向试样216的照射而产生的反射电子、二次电子进入电子镜筒102的情况。
但是，如使用图3、图4说明的那样，反射电子、二次电子沿着电子束200的光轴而进行绕在其上那样的螺旋运动。因此，一部分反射电子、二次电子透射屏蔽板211的开口部，在电子镜筒102内形成电子云。这样的电子云使电子束200的轨道变化，因此不会将电子束200照射到试样216上的作为目标的位置。
上述电子云的形成，被认为是受到了电子镜筒102内的电场的影响。即，被认为是，当在电子镜筒102内形成负的电场时，在与反射电子、二次电子具有的能量之间产生电位差，该电位差成为势垒而形成电子云。此外，反射电子、二次电子能量低且移动速度慢，因此容易滞留在电子镜筒102内。这也被认为是容易形成电子云的主要原因。
因此，本发明人认为，通过始终对构成排列在电子束的轴向上的静电透镜的电极施加正电压，能够防止电子云的形成，并完成了本发明。
在本实施方式中，始终对构成配置在屏蔽板211的上方的透镜(具体为静电透镜210)的电极施加正电压。于是，透射屏蔽板211的开口部而进入了电子镜筒102内的反射电子、二次电子，被静电透镜210形成的电场吸引而移动。此时，在静电透镜210的上方不具有产生磁场的磁场透镜，因此反射电子、二次电子被随机拉进电子镜筒102内。即，被拉进的电子集中在一处，不会形成电子云。因而，根据本实施方式的构成，能够防止反射电子、二次电子滞留在电子镜筒102内，而抑制电子束200的轨道变化。
例如，在静电透镜210由设置在电子枪201侧的第一电极和设置在试样216侧的第二电极构成的情况下，对这些电极施加正电压。施加电压例如可以在0V～250V的范围内，可以施加平均100V～200V的电压。通过调整这样的范围内的电压值，例如能够使电子束200的焦点位置最大变化10μm左右。
在图1中，在描绘室103的内部配置有XY载物台105。
在XY载物台105上载放作为描绘对象的掩模等试样216。在使用掩模作为试样216的情况下，其构成可以为，例如，在石英等掩模基板上形成有铬(Cr)膜、钼硅(MoSi)膜等遮光膜，进一步在其上形成有抗蚀剂膜。此后，在该抗蚀剂膜上，通过电子束200描绘规定的图案。
此外，在XY载物台105上，在与试样216不同的位置上配置有激光测长用的反射镜106。通过由反射镜106反射从激光测长仪145出射的激光、并由激光测长仪145将其受光，而求出XY载物台105的位置。所得到的数据被输出到控制计算机110的描绘数据处理部112。
在描绘室103的上部配置有检测试样216的高度方向(Z方向)的位置的Z传感器107。Z传感器107由投光器和受光器的组合构成，通过由试样216的表面反射从投光器照射的光、并由受光器将该反射光受光，能够测定试样216的高度。由Z传感器107检测的高度数据，在被送到检测器143并转换为数字数据后，被输出到控制计算机110的描绘数据处理部112。
消隐偏转器212例如由2极或4极等多个电极构成。成形偏转器205、主偏转器208及副偏转器209，例如由4极或8极等多个电极构成。在各偏转器上，对每个电极连接至少一个DAC(Digital Analog Converter：数模转换器)放大器部件。
控制部160具有控制计算机110、偏转控制电路120、DAC放大器部件130～133及磁盘装置等存储装置144。
控制计算机110、偏转控制电路120及存储装置144经由未图示的总线而相互连接。此外，偏转控制电路120和DAC放大器部件130～133也经由未图示的总线而相互连接。
DAC放大器部件130连接到消隐偏转器212，DAC放大器部件131连接到成形偏转器205，DAC放大器部件132连接到副偏转器209，DAC放大器部件133连接到主偏转器208。
从偏转控制电路120对各DAC放大器部件(130～133)分别输出独立的控制用数字信号。在各DAC放大器部件(130～133)中，将各个数字信号转换为模拟信号，进一步放大。此后，该信号作为偏转电压而被输出到所连接的偏转器。由此，能够使电子束200向所期望的位置偏转。
图2是基于电子束200的描绘方法的说明图。
如图1及图2所示，在试样216上描绘的图案51被分割为长方形状的帧区域52。基于电子束200的描绘，在XY载物台105在图1中沿一个方向(例如X方向)连续移动的同时、按每个帧区域52来进行。帧区域52进一步被分割为副偏转区域53，电子束200仅描绘副偏转区域53内的必要的部分。另外，帧区域52为由主偏转器208的偏转宽度决定的长方形状的描绘区域，副偏转区域53为由副偏转器209的偏转宽度决定的单位描绘区域。
副偏转区域53的基准位置的定位由主偏转器208进行，副偏转区域53内的描绘由副偏转器209控制。即，由主偏转器208将电子束200定位在规定的副偏转区域53中，由副偏转器209决定副偏转区域53内的描绘位置。并且，由成形偏转器205和束成形用的孔隙203、206决定电子束200的形状和尺寸。此后，在使XY载物台105沿一个方向连续移动的同时，描绘副偏转区域53内，如果一个副偏转区域53的描绘结束，则描绘下一个副偏转区域53。如果帧区域52内的全部副偏转区域53的描绘结束，则使XY载物台105沿与使之连续移动的方向正交的方向(例如Y方向)步进移动。此后，反复进行同样的处理，去依次描绘帧区域52。
副偏转区域53为通过副偏转器209而比主偏转区域高速地扫描电子束200来描绘的区域，一般成为最小描绘单位。在描绘副偏转区域53内时，由成形偏转器205来形成根据图案图形而准备的尺寸和形状的发射。具体地，从电子枪201出射的电子束200，在由第一成形孔隙203成形为矩形状后，由成形偏转器205投影到第二成形孔隙206，而使其束形状和尺寸变化。此后，电子束200如上述那样通过副偏转器209和主偏转器208而偏转，并照射在XY载物台105上所载放的试样216上。
当对试样216照射电子束200时，产生反射电子、二次电子。这些电子在沿着电子束200的光轴而进行绕在其上那样的螺旋运动的同时，在电子镜筒102内向上方前进。在本实施方式中，始终对构成静电透镜210的电极赋予正电位，因此进入了电子镜筒102内的反射电子、二次电子，被静电透镜210形成的电场吸引而移动。由此能够阻碍电子镜筒102内的电子云的形成，因此防止电子束200的漂移，从而将电子束200照射在试样216上的所期望的位置上。
接着，对使用图1的电子束描绘装置而在试样216上描绘所期望的图案的方法进行叙述。
在图1中，在控制计算机110上连接存储装置144。控制计算机110在其内部具有描绘数据处理部112。
设计者(用户)制作的CAD数据被转换为OASIS等分级的格式的设计中间数据。在设计中间数据中存放按每层制作并在试样216上形成的设计图案数据。此处，电子束描绘装置一般未构成为直接读入OASIS数据。即，每个电子束描绘装置的制造商使用独自的格式数据。因此，OASIS数据在按每层转换为各电子束描绘装置所固有的格式数据后被输入到装置中。
在图1中，通过存储装置144而将格式数据输入电子束描绘装置100。
设计图案所包含的图形是以长方形、三角形为基本图形的图形，因此在存储装置144中存放例如图形的基准位置上的坐标(x，y)、边的长度、作为区别长方形、三角形等图形种类的标识符的图形代码的信息、即定义了各图案图形的形状、大小、位置等的图形数据。
并且，一般将几十μm左右的范围内存在的图形的集合称为组或单元，而使用其进行数据分级。在组或单元中，还定义将各种图形单独配置或隔开某个间隔而反复配置的情况下的配置坐标、反复描述。组或单元数据进一步被配置在、被称为帧或条的、宽度为几百μm、长度为与试样216的X方向或Y方向的全长对应的100mm左右的长方形状区域中。
图形图案的分割处理，以由电子束200的尺寸规定的最大发射尺寸单位来进行，同时设定所分割的各发射的坐标位置、尺寸及照射时间。此后，以根据描绘的图形图案的形状、大小来将发射成形的方式制作描绘数据。描绘数据以长方形状的帧(主偏转区域)单位来划分，并且将其中分割为副偏转区域。即，芯片整体的描绘数据成为数据分级结构，该数据分级结构含有按照主偏转区域的尺寸的多个带状的帧数据和在帧内比主偏转区域小的多个副偏转区域单位。
在图1中，通过控制计算机110从存储装置144读出的描绘数据，由描绘数据处理部112接受多级的数据处理。由此生成发射数据。发射数据被送向偏转控制电路120内的偏转量运算部121。
对于偏转量运算部121，从描绘数据处理部112发送发射数据、XY载物台105的位置信息及试样216的高度信息。此后，运算消隐偏转器212、成形偏转器205、副偏转器209及主偏转器208中的各偏转量。所得到的各偏转量被送向偏转信号生成部124。
偏转信号生成部124生成应向消隐偏转器212、成形偏转器205、副偏转器209及主偏转器208的各电极施加的偏转信号。各偏转信号被向对应的各DAC放大器部件130～133输出。
DAC放大器部件130～133，在分别将从偏转信号生成部124输出的数字信号的偏转信号转换为模拟信号后，将其放大而生成偏转电压。所生成的偏转电压分别被向对应的偏转器212、205、209、208施加。
从电子枪201出射的电子束200，由照明透镜202对第一成形孔隙203照明。由此，电子束200例如成形为矩形。接着，电子束200由投影透镜204投影到第二成形孔隙206。第二成形孔隙206上的投影位置由施加到成形偏转器205的偏转电压决定。
另外，消隐孔隙214和消隐偏转器212起到控制试样216上的电子束200的照射的作用。
透射了第二成形孔隙206的电子束200成形为所期望的形状和尺寸。接着，在由物镜207对焦后，由主偏转器208和副偏转器209偏转。即，电子束200被偏转到与施加到它们上的各偏转电压相应的位置。主偏转器208将电子束200定位在规定的副偏转区域中。另一方面，副偏转器209进行副偏转区域内的图形描绘单位的定位。
由主偏转器208和副偏转器209偏转的电子束200，通过静电透镜210而对准试样216上的焦点位置。在本实施方式中，构成静电透镜210的电极的电位始终为正。即，在描绘时，始终由电压供给单元135对静电透镜210施加正电压。控制计算机110控制电压供给单元135的动作。例如，能够将0V～250V的范围内的电压从电压供给单元135向静电透镜210供给。通过改变施加电压，可改变电子束200的焦点位置。在这种情况下，考虑到偏置，例如优选施加平均100V～200V的电压。
如上述那样，试样216被载放在XY载物台105上。此外，在XY载物台105和电子镜筒102之间配置有屏蔽板211。此处，试样216、XY载物台105、屏蔽板211的各电位均为0V。因此，如果使静电透镜210始终成为正电位，则照射到试样216而产生的反射电子、二次电子，被静电透镜210形成的电场吸引而在电子镜筒102内向上方移动。即，通过静电透镜210形成正的电场，反射电子、二次电子被加速，因此防止它们滞留在电子镜筒102内。因而，能够抑制电子束200的漂移，并能够使电子束200照射到试样216上的所期望的位置。
另外，本发明并非限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形而实施。
例如，在上述实施方式中，使照明透镜202、投影透镜204及物镜207为磁场型透镜，但也可以使它们中的至少一个为静电透镜。在该情况下，通过始终对电子镜筒102内的任一静电透镜施加正电压，能够得到本发明的效果。
此外，在上述实施方式中使用了电子束，但本发明并非限定于此，在使用了离子束等其它带电粒子束的情况下也能够适用。

Claims (10)

1.一种电子束描绘装置，其特征在于，具有：
载物台，载放试样；
电子镜筒，配置有出射电子束的电子枪和具备排列在所述电子束的轴向上的电极的静电透镜；以及
屏蔽板，该屏蔽板设置在所述载物台和所述电子镜筒之间，降低所述电子束向所述试样照射而产生的反射电子或二次电子对所述电子镜筒的侵入，
所述静电透镜配置在所述屏蔽板的正上方，在所述电子束对所述试样描绘的过程中，所述静电透镜始终被施加正电压。
2.如权利要求1所述的电子束描绘装置，其特征在于，
对所述静电透镜施加0V～250V的范围内的正电压。
3.如权利要求2所述的电子束描绘装置，其特征在于，
对所述静电透镜施加平均100V～200V的正电压。
4.如权利要求1所述的电子束描绘装置，其特征在于，
所述静电透镜改变所述电子束的焦点位置。
5.如权利要求4所述的电子束描绘装置，其特征在于，具有：
第一孔隙，将从所述电子枪出射的电子束成形；
第二孔隙，将透射了所述第一孔隙的电子束进一步成形；
照明透镜，将所述电子束照明到所述第一孔隙；
投影透镜，将透射了所述第一孔隙的电子束投影到所述第二孔隙；以及
物镜，将透射了所述第二孔隙的电子束对焦，
所述照明透镜、所述投影透镜及所述物镜均为磁场型透镜，
所述静电透镜配置在所述物镜和所述屏蔽板之间。
6.一种电子束描绘方法，从配置在电子镜筒内的电子枪出射电子束，在载放在载物台上的试样上描绘规定的图案，该电子束描绘方法的特征在于，
在所述电子束对所述试样描绘的过程中，配置在屏蔽板的正上方的静电透镜始终被施加正电压，所述屏蔽板设置在所述载物台和所述电子镜筒之间，降低所述电子束向所述试样照射而产生的反射电子或二次电子对所述电子镜筒的侵入。
7.如权利要求6所述的电子束描绘方法，其特征在于，
所述静电透镜改变所述电子束的焦点位置。
8.如权利要求7所述的电子束描绘方法，其特征在于，具有：
利用照明透镜将从所述电子枪出射的电子束照明到第一孔隙的工序；
利用投影透镜将透射了所述第一孔隙的电子束投影到第二孔隙的工序；
利用物镜将透射了所述第二孔隙的电子束对焦的工序；以及
经由所述静电透镜将透射了所述物镜的电子束照射到所述试样的工序。
9.如权利要求8所述的电子束描绘方法，其特征在于，
对所述静电透镜施加0V～250V的范围内的正电压。
10.如权利要求9所述的电子束描绘方法，其特征在于，
对所述静电透镜施加平均100V～200V的正电压。
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