CN104122758B - 绘画装置和物品的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绘画装置和物品的制造方法，该绘画装置包含：多个带电粒子光学系统，所述多个带电粒子光学系统沿第一方向以某个节距排列，每个带电粒子光学系统被配置为利用带电粒子束照射基板；台架，被配置为保持基板并且沿与所述第一方向正交的第二方向相对于所述带电粒子光学系统移动；以及控制器，被配置为针对每个带电粒子光学系统确定用于绘画的带电粒子束，以便满足由SW＝Pc/α＝Ps/β给出的关系，这里，Ps为射击区域沿第一方向的阵列节距，SW为通过每个带电粒子光学系统的每个绘画区域沿第一方向的宽度，Pc为绘画区域沿第一方向的阵列节距，α和β为自然数。

Description

绘画装置和物品的制造方法

技术领域

本发明涉及用于利用多个带电粒子束在基板上执行绘画的绘画装置以及物品的制造方法。

背景技术

作为用于制造诸如半导体集成电路的器件的绘画装置，日本专利公开No.62-144323提出一种通过使用多个电子光学系统(带电粒子光学系统)在基板的多个射击区域(shot region)上同时执行绘画以增加生产率的绘画装置。当通过使用多个电子光学系统同时执行绘画时，由电子光学系统保持和处理的绘画图案数据的总量根据电子光学系统的数量而增加。但是，在许多情况下，具有相同形状的图案被绘画在所述多个射击区域上。

在日本专利公开No.62-144323中所描述的绘画装置中，所述多个电子光学系统使用的绘画数据被所述多个射击区域共享。通过使用相同的绘画数据在所述多个射击区域上同时执行绘画，由此减少要被保持和处理的绘画数据的规模。另外，在日本专利公开No.62-144323中所描述的绘画装置中，分别包含独立的校正器件的多个电子光学系统被周期性地布置。当在已经绘画的下层图案上执行覆盖绘画(overlay drawing)时，基于下层图案的形状对于每个电子光学系统校正要覆盖的绘画图案的位置。

图1示出通过使用多个这种电子光学系统在晶片的多个射击区域上同时执行绘画的状态。在图1中，通过使用三个电子光学系统在晶片10上的5(行)×5(列)＝25个射击区域上执行绘画。三个电子光学系统Col_1、Col_2以及Col_3中的每一个可向晶片10投射多个或5(行)×5(列)电子束。

当晶片10通过其上放置晶片10的台架(未示出)关于电子光学系统Col_1、Col_2以及Col_3移动到图1的上侧时，电子光学系统Col_1-Col_3分别绘画条带(stripe)区域S1-S3。在该条带绘画中，通过沿晶片10的移动方向(列方向)排列的电子光学系统的所述多个电子束在晶片10上执行多次绘画。晶片10上的电子束的照射剂量通过电子束的开启/关闭控制照射来控制。

电子束的照射剂量通过使用事先从设计数据产生的绘画数据被重复地控制。电子光学系统Col_1-Col_3同时执行绘画所需要的绘画数据是对于条带区域S1-S3的宽度的绘画数据。由于绘画位置在射击区域之间改变，因此，如图1所示，绘画数据在电子光学系统之间改变。因此，必须事先冗余地产生在电子光学系统之间改变的绘画数据并保持该数据，由此导致绘画数据的总量的增加。

为了解决该问题，日本专利No.4308504描述了一种能够机械地调整多个电子光学系统的光轴之间的距离的电子束绘画。

但是，在日本专利No.4308504中描述的机械地调整电子光学系统的光轴之间的距离以由电子光学系统共享绘画数据的方法具有机械调整精度和绘画精度的问题。

发明内容

本发明提供例如在共用绘画数据和绘画精度方面有利的技术。

本发明在其第一方面中提供一种用于利用带电粒子束在基板上执行绘画的绘画装置，该装置包括：多个带电粒子光学系统，每个带电粒子光学系统被配置为利用多个带电粒子束照射基板，所述多个带电粒子光学系统沿第一方向以某个节距排列；台架，被配置为保持基板并且沿与所述第一方向正交的第二方向相对于所述多个带电粒子光学系统移动；以及控制器，被配置为针对多个带电粒子光学系统中的每一个确定所述多个带电粒子束中的要被用于绘画的带电粒子束，以便满足由SW＝Pc/α＝Ps/β给出的关系，这里，Ps为基板上的射击区域沿第一方向的阵列节距，SW为通过所述多个带电粒子光学系统中的每一个的基板上的多个绘画区域中的每一个沿第一方向的宽度，Pc为所述多个绘画区域沿第一方向的阵列节距，α和β为自然数。

本发明在其第二方面中提供一种物品的制造方法，该方法包括：通过使用在第一方面中限定的绘画装置在基板上执行绘画；对其上已执行绘画的基板进行显影；以及处理显影后的基板以制造物品。

参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出通过使用多个这种电子光学系统在多个射击区域上同时执行绘画的状态的示图；

图2是示出电子光学系统的布置的示图；

图3是示出根据本发明的绘画装置的布置的框图；

图4A-4C是用于解释根据本发明的绘画装置的绘画方法的示图；

图5A和5B是用于解释根据本发明的绘画装置的绘画方法的示图；

图6A和6B是用于解释射击的阵列节距、电子光学系统的布置节距以及条带绘画宽度之间的关系的示图。

具体实施方式

以下将描述用于通过使用多个带电粒子光学系统在基板的多个射击区域上同时执行绘画的绘画装置的实施例，所述多个带电粒子光学系统沿第一方向布置并且多个带电粒子光学系统中的每一个能够向基板发射多个带电粒子束。注意，相同的附图标记在用于解释实施例的全部附图中表示相同的部件等，并且将省略其重复描述。

[绘画装置]

图2是示出向基板投影带电粒子束的带电粒子光学系统(电子光学系统)100的布置的示图。电子源101为所谓的热电子(热电子)发射电子源，其包含例如LaB6或BaO/W(扩散阴极)作为电子发射材料。准直透镜102例如为静电透镜，其被配置为通过电场会聚电子束。由电子源101发射的电子束经由准直透镜102变为大致平行的电子束。

消隐光圈阵列(blanking aperture array)103通过二维排列的光圈(未示出)将来自准直透镜102的大致平行的电子束分割成多个电子束。所述多个被分割的电子束对电子光学系统100的绘画区域EA的照射通过可单独驱动的静电消隐器(未示出)进行开启-关闭控制。注意，电子束的消隐(照射关闭)可通过例如包含偏转器的布置来执行，但可通过另一布置来完成。静电电子透镜104和磁场电子透镜105通过它们的透镜效果来形成所述消隐光圈阵列103的多个光圈的中间图像。磁场电子透镜106用作物镜，并将中间图像投影到绘画区域EA上。偏转器107将已穿过消隐光圈阵列103的所述多个电子束一起沿预定的方向偏转，由此移动绘画位置。

图3是示出用于通过使用多个电子光学系统在基板的多个射击区域上同时执行绘画的绘画装置的布置的框图。注意，根据本实施例的绘画装置通过多个电子束在基板上执行绘画。但是，除了电子束以外的带电粒子束(例如，离子束)可被使用。绘画装置可被一般化为用于通过多个带电粒子束在基板上执行绘画的绘画装置。根据本实施例的绘画装置包括三个电子光学系统100。台架(stage)11保持基板(晶片)10，并在执行绘画时可相对于所述多个电子光学系统100沿第一方向和与第一方向垂直的第二方向移动。台架11包含静电吸盘(chuck)(未示出)和电子束检测器(未示出)，该静电夹盘被配置为保持晶片10，该电子束检测器包含电子束入射的开口图案并被配置为检测电子束的位置。检测器12利用具有抗蚀剂(resist)不敏感的波长的光来照射在晶片10上形成的对准标记，并且通过图像传感器检测来自标记的镜面反射图像。

消隐控制电路13单独地控制电子光学系统100的消隐光圈阵列103。缓冲存储器和数据处理电路14产生消隐控制电路13对于电子光学系统100的控制数据。偏转器控制电路15单独地控制电子光学系统100的偏转器107的偏转量。电子透镜控制电路22控制电子透镜104-106以调整电子光学系统100的投影倍率(缩小率)。位置检测处理电路16基于来自检测器12的信号来计算形成在晶片10上的图案(射击区域)的诸如偏移和旋转的误差。台架控制电路17与被配置为测量台架11的位置的激光干涉计(未示出)协作地控制台架11的位置。

设计数据存储器18存储要由绘画装置所绘画的图案的设计数据。数据转换计算器19将设计数据分割成具有由绘画装置所设定的宽度的条带单位(部分区域)，由此将数据转换成中间数据以有利于随后的处理。中间数据存储器(存储器)20存储每个部分区域的中间数据。根据要绘画的图案，主控制系统21向缓冲存储器和数据处理电路14的缓冲存储器传送中间数据并控制上述多个控制电路和处理电路，由此总体地控制绘画装置。数据转换计算器19和中间数据存储器20构成产生装置24，其被配置为产生要被绘画装置使用的绘画数据。主控制系统21、消隐控制电路13、缓冲存储器和数据处理电路14、偏转器控制电路15、电子透镜控制电路22、位置检测处理电路16以及台架控制电路17构成控制器23，其被配置为控制绘画装置的绘画。

图4A-4C是用于解释根据本发明的绘画装置的绘画方法的示图。图4A示出电子光学系统100的绘画区域上的电子束的阵列的示例。在本实施例中，电子束包含5(行)×20(列)的电子束。行节距(pitch)为列节距的两倍。如图4A所示，台架11从图的上侧移动到下侧。这里将解释在如图4B所示的沿晶片10上的电子束的行方向排列图4A所示的电子束的位置1-6处通过使用指定曝光剂量的曝光图案来执行绘画的方法。假定所有的电子束按照相同的时钟照射晶片10，并且目标电子束阵列的5行由j-n来代表。台架11被假定为以每单位时钟移动行节距的速度连续地移动。

此时，当目标电子束阵列的行j-n的电子束由图4C所示的每单位时钟的开启/关闭控制信号的时间表来控制时，如图4B所示的曝光图案被获得。参照图4B，位于虚线1-6上的信号是在沿晶片10上的电子束的行方向排列的、在位置1-6处曝光的行j-n的电子束的上述开启/关闭控制信号。

通过每单位时钟沿列方向移动行节距的台架11，晶片10上的行j-n的电子束的照射位置被移动。出于该原因，由于晶片10上的给定行上的电子束的位置在两个时钟之后到达前一行的绘画位置，因此，每个行的控制信号沿时间方向偏移两个时钟。即，通过对行j-n上的五个电子束的剂量进行积算(integrate)，图4B所示的曝光图案被获得。由于曝光图案的色调由处于开启状态中的行数控制，因此，曝光图案仅在所有行的电子束结束绘画之后被获得。当通过图4A-4C所示的方法来控制5(行)×20(列)＝总共100个电子束时，可由一个电子光学系统100绘画条带区域。沿与台架移动方向垂直的方向每个电子光学系统100绘画的条带区域的宽度将被称为绘画可能(enable)区域的宽度SW0。

图5A和5B是用于解释通过使用三个电子光学系统100在晶片10上执行绘画的方法的示图。图5A是示出通过使用三个电子光学系统100在晶片10上的沿垂直和水平方向周期性地布置的射击区域SH上绘画图案的状态的示图。在台架11的一次扫描移动期间，三个电子光学系统100分别绘画条带区域EA1-EA3。当每个电子光学系统100完成一列的条带绘画时，主控制系统21沿与台架扫描方向垂直的方向逐步地移动台架11，并执行下一条带绘画。图5B示出该状态。当重复台架11的扫描移动、通过电子光学系统100的条带绘画以及台架11的步进移动时，可在沿垂直和水平方向周期性地布置的所有的多个射击区域上执行绘画。

图6A和6B是用于解释沿与台架扫描方向垂直的方向射击区域SH的阵列节距Ps、一个电子光学系统100的绘画区域的共用宽度SW以及电子光学系统100的绘画区域的阵列节距Pc之间的关系的示图。注意，射击区域SH的阵列节距Ps不是形成在晶片10上的射击区域的实际值或测量值，而是标称值(nominal value)或设计值(工艺设计中的值)。在本发明中，可在不改变电子光学系统100的节距即间隔的情况下改变电子光学系统100的绘画区域的阵列节距Pc。主要由于电子光学系统100的布置的机械约束，所述多个电子光学系统100的布置节距需要为预定的距离或者更大。在这些约束下，所述多个电子光学系统100被布置，使得沿与台架扫描方向垂直的方向的布置节距变为预定的节距。一个或多个芯片阵列形成在射击区域SH中。沿与台架扫描方向垂直的方向的射击区域SH的节距Ps根据要制造的器件的设计而改变。

每个电子光学系统100可以绘画可能区域的宽度SW0的范围内的任意宽度执行条带绘画。从生产率的观点看，沿与台架扫描方向垂直的方向的每个电子光学系统100的绘画区域的宽度SW理想地为最大宽度，即，绘画可能区域的宽度SW0。但是，当每个电子光学系统100以宽度SW0执行条带绘画时，如图6A所示，通过条带分割一个射击区域SH的边界线在射击区域或电子光学系统之间改变。为了在应对这种情况的同时执行绘画，保持在中间数据存储器20中的中间数据在射击区域或电子光学系统之间改变。作为结果，必须对于每个射击区域或电子光学系统冗余地保持其中仅通过条带分割射击区域的边界线的位置改变的数据，从而导致存储器等的存储规模的增加。

在图6A中，条带可扩展到(extend over)多个射击区域SH。当在已经绘画的下层图案上执行覆盖绘画时，首先，检测器12检测设置在下层图案上的标记的位置。主控制系统21基于检测器12的输出来使位置检测处理电路16事先获得关于形成在下层上的射击区域和其中的一部分中的一个的位置(例如，偏移、放大以及旋转)的信息。然后，每个电子光学系统100的独立的偏转器107基于位置的信息单独地校正要覆盖在下层图案上的图案的绘画位置，即，以条带为基础校正绘画位置。绘画位置的校正量在射击图案之间改变。因此，当条带扩展到相邻的射击区域时，不能同时校正两个射击区域中的绘画位置并通过相同的条带执行绘画。

本发明通过确定要用于在具有任意尺寸即任意节距的多个射击区域SH上绘画的一组多个电子束并调整要通过该组的电子束绘画的条带的宽度来解决上述问题。在本发明中，图6B所示的关系在沿与台架扫描方向垂直的方向射击区域SH的节距Ps、电子光学系统100的绘画区域的节距Pc以及电子光学系统100的绘画区域的宽度(条带宽度)SW之间成立。即，条带宽度SW被调整为射击区域SH的节距Ps和电子光学系统100的绘画区域的节距Pc二者的约数(divisor)。

在图6B所示的布置关系中，每个射击区域SH通过分别具有宽度SW的条带在相同的分割位置处并以相同的宽度被均匀分割。射击区域之间的边界匹配依据条带的绘画区域之间的边界。由此，要保持在中间数据存储器20中的中间数据可以整数分割射击区域SH的条带为基础被共享，并且用于保持数据的存储器的规模可被减小。另外，由于依据条带的绘画区域从不扩展到相邻的射击区域，因此，可通过使用根据射击区域而改变的校正量来完成校正。

用于建立图6B所示的布置关系的条件要满足以下两式：

SW≤SW0 …(1)

SW＝Pc/α＝Ps/β(α和β为自然数) …(2)

从生产率的观点看，条带宽度SW可基于射击区域的节距Ps被设为接近绘画可能区域的宽度SW0的量。更具体地，数据转换计算器19首先从值Ps/SW0确定与射击区域通过条带分割的数目相对应的自然数β，并确定Ps/β作为条带宽度SW。条带宽度SW可基于电子束的列节距(绘画像素的节距)被调整。条带宽度SW可通过由电子透镜控制电路22调整电子光学系统100的投影倍率(缩小率)基于等于或小于绘画像素的节距的单位被微调。当投影倍率被调整时，绘画像素的节距也改变小的量。在这种情况下，β被再次调整以使得条带宽度SW匹配电子束的列节距的倍数，或者被调整使得投影倍率的调整量变得更小。

在以这种方式确定条带宽度SW之后，数据转换计算器19将电子光学系统100的绘画区域的节距Pc调整为条带宽度SW的倍数。电子光学系统100的绘画区域的节距Pc基本上由机械固定位置来确定。但是，每个电子光学系统100的偏转器107可执行微调。电子光学系统100的绘画区域的节距Pc可通过使用当在绘画可能区域的宽度SW0的范围内调整条带宽度SW时所产生的过剩区域宽度(SW0-SW)来调整。条带宽度SW远小于电子光学系统100的绘画区域的节距Pc。满足该条件的电子光学系统100的绘画区域的节距Pc可通过像条带宽度SW一样小的量的调整来确定。

如果电子光学系统100的绘画区域的节距Pc的调整量大并落在通过偏转器107或过剩区域宽度(SW0-SW)可调整的范围外，那么从β再次执行调整。这使得能够进行调整，使得电子光学系统100的绘画区域的节距Pc的调整量落在可调整范围内。利用上述方法，数据转换计算器19确定满足式(1)和(2)二者的条带宽度SW和电子光学系统100的绘画区域的节距Pc。根据本发明，能够在不机械地调整电子光学系统100并改变它们之间的节距的情况下防止通过一个电子光学系统100的绘画区域扩展到两个射击区域。

可通过执行调整使得条带宽度SW变为电子光学系统100的绘画区域的节距Pc和射击区域的节距Ps的最大公约数，确定条带宽度SW。更具体地，数据转换计算器19首先获得电子光学系统100的绘画区域的节距Pc和射击区域的节距Ps的最大公约数γ。数据转换计算器19然后从值γ/SW0确定与通过用条带分割电子光学系统100的绘画区域的节距Pc和射击区域的节距Ps的最大公约数的宽度而获得的数目相对应的自然数的值，并随后通过与上述方法相同的方法来确定条带宽度SW。

当在多个被分割的绘画区域上执行依次绘画时，与根据本实施例的条带绘画一样，由于电子光学系统100的老化等，绘画位置在绘画区域之间偏移。特别地，可能跨越绘画区域之间的边界在绘画图案的形状上出现误差。为了应对由于这种老化等而出现的绘画位置的偏移，可以提供在彼此相邻的绘画区域(目标部分)处于绘画区域的边界部分处中执行多次绘画的重叠区域。另外，当在已经绘画的下层图案上执行覆盖绘画时，绘画数据可被校正。为了应对这种校正，可以提供在绘画区域的边界部分处扩展到彼此相邻的区域的重叠区域。当提供重叠区域时，考虑重叠区域的宽度OW，数据转换计算器19调整条带宽度SW。在这种情况下，式(1)变为：

SW≤(SW0-OW) …(3)

[物品的制造方法]

使用上述绘画装置的物品的制造方法适于制造物品，例如，诸如半导体器件的微器件或具有细微结构的元件。物品的制造方法可包括通过使用绘画装置在基板上利用涂覆到其上的光致抗蚀剂(photoresist)形成潜像图案的步骤(在基板上执行绘画的步骤)和对在以上步骤中在其上形成潜像图案的基板进行显影的步骤。制造方法还可包括其它已知的处理(例如，氧化、沉积、气相沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切割、接合和封装)。与传统的方法相比，根据本实施例的物品的制造方法在物品的性能、质量、生产率和生产成本中的至少一个方面是有利的。

尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种用于利用带电粒子束在基板上执行绘画的绘画装置，该装置包括：

多个带电粒子光学系统，每个带电粒子光学系统被配置为利用多个带电粒子束照射基板，所述多个带电粒子光学系统沿第一方向以某个节距排列；

台架，被配置为保持基板并且沿与所述第一方向正交的第二方向相对于所述多个带电粒子光学系统移动；以及

控制器，被配置为针对所述多个带电粒子光学系统中的每一个确定多个带电粒子束中的要被用于绘画的带电粒子束，以便满足等式：SW＝Pc/α＝Ps/β，这里，Ps为基板上的射击区域沿第一方向的阵列节距，SW为通过所述多个带电粒子光学系统中的每一个的基板上的多个绘画区域中的每一个沿第一方向的宽度，Pc为所述多个绘画区域沿第一方向的阵列节距，α和β为自然数。

2.根据权利要求1的装置，其中，所述控制器被配置为通过将基板上的射击区域沿第一方向的设计阵列节距定义为Ps来执行所述确定。

3.根据权利要求1的装置，其中，所述控制器被配置为确定在所述多个带电粒子光学系统中的至少一个中用于绘画的带电粒子束的偏转量，以便满足所述等式。

4.根据权利要求1的装置，其中，所述控制器被配置为确定通过所述多个带电粒子光学系统的所述多个带电粒子束的投影倍率，以便满足所述等式。

5.根据权利要求1的装置，还包括被配置为针对每个射击区域中具有涉及所述确定的宽度SW的多个部分区域中的每一个产生绘画数据的产生装置。

6.根据权利要求5的装置，其中，所述产生装置包含被配置为存储绘画数据的存储器。

7.根据权利要求1的装置，其中，所述控制器被配置为控制所述多个带电粒子光学系统，使得用于绘画的带电粒子束基于与形成在基板上的射击区域和射击区域中的一部分中的至少一个的位置有关的信息而被偏转。

8.根据权利要求7的装置，还包括被配置为检测形成在基板上的标记的检测器，

其中，所述控制器被配置为基于所述检测器的输出来获得所述信息。

9.根据权利要求1的装置，其中，所述多个带电粒子光学系统中的每一个被配置为利用沿所述第一方向和第二方向排列的所述多个带电粒子束照射基板，并且利用沿所述第二方向排列的多个带电粒子束对基板上的目标部分执行多次照射。

10.一种器件的制造方法，该方法包括：

通过使用权利要求1-9中的任一项中限定的绘画装置在基板上执行绘画；

对其上已执行绘画的基板进行显影；以及

处理显影后的基板以制造器件。