CN108305825B - 带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法 - Google Patents

带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法 Download PDF

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Abstract

根据一个实施方式，带电粒子束描绘装置具备：照射部(201)，向分别形成有规定的标记的不同的多个基板，分别照射带电粒子束；以及检测器(114)，检测用带电粒子束扫描规定的标记时射出的带电粒子，并输出检测信号。本装置还具备：放大器(124)，对检测信号进行调整以及放大，并输出放大信号；以及测定部(211)，基于放大信号测定标记的位置。本装置还具备储存部(128)，储存有用于放大检测信号的放大器的增益的初始值、并且是与扫描的条件对应的多个增益的初始值，放大器根据基于扫描的条件而选择出的增益的初始值对检测信号进行放大。

Description

带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法
技术领域
实施方式涉及带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法，例如涉及形成于基板的对准标记的检测方法。
背景技术
伴随着半导体器件的高集成化，半导体器件所要求的电路线宽逐年细微化。为了在半导体器件形成希望的电路图案，需要高精度的原画图案。这里，电子射线(电子束)描绘技术在本质上具有优越的分辨率，使用于高精度的原画图案的生产。
图6是用于说明以往的电子射线描绘装置的动作的概念图，示出了可变成形模的电子射线描绘装置的一个例子。
在第1光阑320形成有用于使电子射线300成形的矩形的开口321。另外，在第2光阑330形成有用于使通过了第1光阑320的开口321的电子射线300成形为希望的矩形形状的可变成形开口331。
试样301载置在向规定的一个方向(例如X方向)连续地移动的工作台上。从电子枪310照射并通过了第1光阑320的开口321的电子射线300利用偏转器偏转，通过第2光阑330的可变成形开口331的一部分，被向试样301照射。即，能够通过第1光阑320的开口321与第2光阑330的可变成形开口331的两方的电子射线300例如成形为矩形形状，其结果，在试样301的描绘区域描绘出矩形形状。将使电子射线300通过第1光阑320的开口321与第2光阑330的可变成形开口331这两方而描绘任意形状的方式称作可变成形方式。
然而，伴随着近来的电路图案的微细化，要求光刻中的分辨率的提高。解决的方法之一为使用相移掩模进行光刻的相移法。上述的电子射线描绘装置例如能够用于制造相移掩模用的PSM(Phase Shifting Mask)基板。该情况下的试样301的例子是用于制造PSM基板的被加工基板，例如包含玻璃基板和形成在玻璃基板上的一层以上的层。
相移掩模需要遮光层的图案与半色调层的图案的双层图案，使这些图案重合时的对位(对准)精度成为问题。例如采用了如下方法：在形成第1层的图案时，在遮光层以及半色调层形成对准标记，在描绘第2层的图案时，基于对准标记的位置调整第2层的图案的描绘位置。
此时，对准标记难以配置于第1层的实际图案(主图案)内，因此一般配置于主图案的周围。由此，对准标记大多配置于基板(被加工基板)的描绘精度补偿区域的极限位置附近或其外侧。因此，对准标记与主图案相比位置精度变差的可能性较高。
上述的电子射线描绘装置一般具有通过电子束扫描测定对准标记(以下，有时简记为“标记”)的位置，并以该标记位置为基准在基板描绘图案的对准描绘功能。对准描绘功能迄今为止主要使用于PSM基板的制造用途。
一般来说，对准标记的位置测定处理包含标记检测用的放大器的调整、为了检测标记而扫描基板上的较宽范围的搜索扫描、以及用于精密地测定标记中心的测定扫描。在放大器的调整中，扫描对准标记，根据对准标记与基底的对比度取得放大器的放大率(增益)与基准信号(等级)，调整放大器的放大率与基准信号。但是，载置在电子射线描绘装置的工作台上的基板的标记位置具有取决于基板的输送精度的偏差。由此，在最初的放大器的调整扫描中，难以可靠地对对准标记上进行扫描并取得放大器的放大率。
另外，近年来，需要制造EUV(Extreme Ultra-Violet)基板时的对准描绘功能。PSM基板与EUV基板由于材质不同，因此使用这些基板时的放大器的放大率也互不相同。因此，在以相同的电子射线描绘装置处理PSM基板与EUV基板的情况下，必须设定与各个对准标记信号匹配的放大率。
发明内容
本发明的实施方式提供能够提高通过束扫描来检测形成于基板的规定的标记时的标记检测精度的带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法。
根据一个实施方式，带电粒子束描绘装置具备：照射部，向分别形成有规定的标记的不同的多个基板，分别照射带电粒子束；以及检测器，检测用上述带电粒子束扫描上述规定的标记时射出的带电粒子，并输出检测信号。上述装置还具备：放大器，对上述检测信号进行调整以及放大，并输出放大信号；测定部，基于上述放大信号测定上述标记的位置。上述装置还具备储存部，储存有与上述扫描的条件对应的多个上述增益的初始值，且该初始值是用于放大上述检测信号的上述放大器的增益的初始值，上述放大器根据基于上述扫描的条件选择出的上述增益的初始值对上述检测信号进行放大。
根据另一实施方式，带电粒子束描绘方法具备：照射工序，向形成有规定的标记的基板照射带电粒子束；检测工序，检测用上述带电粒子束扫描上述基板时从上述基板射出的带电粒子，并输出检测信号。上述方法还具备：放大工序，从针对上述检测信号的放大器的增益的初始值、且是与上述扫描的条件对应的多个上述增益的初始值中选择某一个，基于选择出的上述增益的初始值将上述检测信号放大，并输出放大信号；以及测定工序，基于上述放大信号测定上述标记的位置。
附图说明
图1是示出第1实施方式的电子射线描绘装置的构成的示意图。
图2A以及图2B是示出第1实施方式的PSM基板与EUV基板的一个例子的俯视图。
图3A～图4C是示出第1实施方式的PSM基板的制造方法的一个例子的剖面图。
图5是用于说明第1实施方式的电子射线描绘方法的流程图。
图6是用于说明以往的电子射线描绘装置的动作的概念图。
具体实施方式
(第1实施方式)
图1是示出第1实施方式的电子射线描绘装置100的构成的示意图。在图1中，成为带电粒子束描绘装置的一个例子的电子射线描绘装置100具备描绘部110和控制部120。
而且，描绘部110具备电子镜筒111、描绘室112、XY工作台113、以及检测器114，电子镜筒111内具备电子枪201、照明透镜202、第1光阑203、投影透镜204、偏转器205、第2光阑206、偏转器207、物镜208、以及偏转器209。电子枪201是照射部的一个例子。
另外，控制部120具备控制计算机121、偏转控制电路122、存储器123、放大器124、I/F(Interface：接口)电路125、以及存储装置126、127、128。存储装置128是储存部的一个例子。控制计算机121例如执行规定的程序处理，从而能够作为测定部211、取得部212、调整部213、保存部214、以及对准部215发挥功能。另外，控制计算机121能够与经由网络而和电子射线描绘装置100连接的PC(Personal Computer：个人计算机)130进行通信。
出自于电子枪201的电子束200利用照明透镜202，对具有矩形的开口的第1光阑203整体进行照明。由此，电子束200首先成形为矩形。这里，电子束200是带电粒子束的一个例子。
通过了第1光阑203的第1光阑像的电子束200利用投影透镜204，投影到具有可变成形开口的第2光阑206上。第2光阑206上的第1光阑像的位置被偏转器205控制。第2光阑206能够使电子束200的束形状以及尺寸变化。
通过了第2光阑206的第2光阑像的电子束200利用物镜208对焦，并利用偏转器207、209偏转。然后，该电子束200被照射到以能够在描绘室112内移动的方式配置的XY工作台113上的基板101。基板101的例子是用于制造PSM基板或EUV基板的被加工基板，例如，包含玻璃基板和形成在玻璃基板上的一层以上的层。
偏转器205、207、209通过控制计算机121并经由偏转控制电路122而被控制，使用于电子束200的轨道的控制。控制计算机121能够通过控制电子束200的轨道，用电子束200扫描基板101。通过控制计算机121的运算获得的结果等的输入输出数据被储存于存储器123。
若以电子束200扫描基板101，则电子从基板101飞出。在该情况下，检测器114检测出电子而将该检测信号输出。并且，放大器124将放大了该检测信号的放大信号输出。该放大信号被输入到控制计算机121，利用于对准标记的检测等。
另外，I/F电路125被使用于与PC130等外部装置的通信用途。存储装置126、127、128中分别储存描绘数据、发射数据(shot data)、标记信息。标记信息的例子是对准标记的检测所使用的初始值或对准标记的位置信息。
本实施方式的电子射线描绘装置100具有通过电子束扫描测定形成于基板101的对准标记的位置、并以该标记位置为基准向基板101描绘图案的对准描绘功能。该功能所需的电子射线描绘装置100的控制及各种运算处理通过控制计算机121来进行。以下，对基于本实施方式的对准描绘功能的处理的一个例子进行说明。
首先，将基板101载置在XY工作台113上。接下来，以电子束200照射到基板101的方式使XY工作台113移动，调整XY工作台113的位置。
接下来，在后述的搜索扫描之前，取得放大器124的放大率(以下记为“增益”)与偏移基准信号(以下记为“等级(level)”)。具体而言，在检测信号的放大工序中，从存储装置128取得对于检测信号的放大信号的增益以及等级的初始值，将基板101扫描并取得等级值。
接下来，为了检测出对准标记，以电子束200扫描(搜索扫描)基板101上的较宽范围。其结果，从基板101的射出的电子被检测器114检测出，并输出检测信号。另外，放大器124将该检测信号根据增益的初始值放大，并且根据等级的初始值输出放大信号。然后，控制计算机121基于该放大信号，检测形成于基板101的对准标记。
在搜索扫描成功的情况下，进行用于精密地测定所检测出的对准标记的中心的测定扫描。具体而言，能够利用调整部213调整上述的增益以及等级的值而进行电子束扫描，并基于以调整后的增益以及等级对检测信号进行放大及调整而得的放大信号，来测定对准标记的位置。
在对准标记的位置测定成功的情况下，最终调整好的增益以及等级的值被作为增益以及等级的新的初始值而更新，并保存于存储装置128内。具体而言，在本次的搜索扫描中使用的初始值被更新为上述新的初始值。保存于存储装置128内的新的初始值在下次的搜索扫描时被从存储装置128取得并使用。
另一方面，对准标记的位置的测定结果用于基板101的图案彼此的对准。例如，在描绘PSM基板的第2层的图案时，为了使第1层的图案与第2层的图案的对位，使用对准标记的位置的测定结果。具体而言，描绘第2层的图案时的电子束200的照射位置被基于对准标记的位置而控制。关于该处理的具体例，之后参照图2A～图5来叙述。
如以上那样，本实施方式的对准标记通过搜索扫描被检测出，并通过扫描测定其位置。为了短时间内结束这些工序，例如考虑使搜索扫描的标记检测精度提高，并使搜索扫描的失败次数减少。
因此，在本实施方式中，作为搜索扫描时的增益以及等级的值，使用预先储存于存储装置128的扫描条件所对应的初始值。由此，通过预先将适当的值作为初始值而储存，能够使搜索扫描的标记检测精度提高。并且，在对准标记的位置测定成功之后，以成功时的增益以及等级的值更新初始值，从而能够将最新的适当的值作为初始值而再次利用。
如上述那样，基板101的例子是用于制造PSM基板或EUV基板的被加工基板。在该情况下，PSM基板与EUV基板由于材质或构造不同，因此扫描条件不同。即，搜索扫描时的适当的增益以及等级的值在PSM基板与EUV基板中不同。因此，在本实施方式中，将增益以及等级的初始值在PSM基板用与EUV基板用中进行区别，从而应对该问题。
具体而言，在本实施方式的存储装置128中保存有因扫描条件而不同的多个文件，例如用于储存PSM基板用的数据的PSM文件、以及用于储存EUV基板用的数据的EUV文件。而且，PSM基板用的增益以及等级的初始值被储存于PSM文件，EUV基板用的增益以及等级的初始值被储存于EUV文件。PSM基板、EUV基板、PSM文件、EUV文件分别是第1基板、第2基板、第1文件、第2文件的一个例子。
在本实施方式中，将基板101设为PSM基板时，从PSM文件取得增益以及等级的初始值，使用这些初始值进行搜索扫描。另外，在之后的测定扫描中获得的新的初始值被保存于PSM文件。同样，将基板101设为EUV基板时，从EUV文件取得增益以及等级的初始值，使用这些初始值进行搜索扫描。另外，在之后的测定扫描中获得的新的初始值被保存于EUV文件。关于该处理的具体例，之后参照图2A～图5来叙述。
图2A以及图2B是表示第1实施方式的PSM基板与EUV基板的一个例子的俯视图。
图2A示出了由基板101制造出的EUV基板，图2B示出了由基板101制造出的PSM基板。这些基板具有实际图案(主图案)区域1和设于实际图案区域1的周围的对准标记区域2，在对准标记区域2内具备多个对准标记3。
图2A的EUV基板在四角具备四个对准标记3，但对准标记3的个数、配置并不限定于此。另外，图2B的PSM基板在各边具备多个对准标记3，但对准标记3的个数、配置并不限定于此。另外，图2A以及图2B的对准标记3形成为十字型，但也可以具有其他形状。
以下，以PSM基板作为一个例子，说明由基板101制造PSM基板及EUV基板的工序。但是，以下的方法也能够大体应用于制造EUV基板时。
图3A～图4C是表示第1实施方式的PSM基板的制造方法的一个例子的剖面图。
图3A示出了用于制造PSM基板的基板(被加工基板)101，在玻璃基板11上依次形成有半色调层12、遮光层13、以及抗蚀剂膜14。半色调层12的例子是MoSi(硅化钼)层。遮光层13的例子是Cr(铬)层。
首先，将基板101搬入电子射线描绘装置100内，利用电子束200将第1层的图案描绘于抗蚀剂膜14(图3A)。此时，第1层的图案被描绘于实际图案区域1内的抗蚀剂膜14，对准标记3用的图案被描绘于对准标记区域2内的抗蚀剂膜14。
接下来，从电子射线描绘装置100搬出基板101，使抗蚀剂膜14显影，以抗蚀剂膜14作为掩模对遮光层13以及半色调层12进行蚀刻(图3B)。其结果，在实际图案区域1内的遮光层13以及半色调层12形成第1层的图案。进而，在对准标记区域2内的遮光层13以及半色调层12形成对准标记3。
接下来，在玻璃基板11上，隔着半色调层12以及遮光层13，依次形成抗蚀剂膜15与防带电膜16(图3C)。
接下来，将基板101搬入电子射线描绘装置100内，从PSM文件取得PSM基板用的初始值，在该初始值之下进行搜索扫描(图4A)。即，以电子束200扫描基板101上的较宽范围。此时，向对准标记区域2内的遮光层13入射的电子束200如箭头A1、A2所示那样在遮光层13反射或穿过对准标记3。其结果，能够根据从基板101到来的电子检测对准标记3。控制计算机121使用来自放大器124的放大信号检测对准标记3。
接下来，在利用测定扫描测定了对准标记3的位置之后，利用电子束200将第2层的图案描绘于抗蚀剂膜15(图4B)。此时，在第1层的图案与第2层的图案的对位中使用对准标记3的位置的测定结果。此外，由测定扫描被最终调整好的增益以及等级的值作为PSM基板用的新的初始值，保存于PSM文件内。
接下来，将基板101从电子射线描绘装置100搬出，使抗蚀剂膜15显影，以抗蚀剂膜15为掩模对遮光层13进行蚀刻(图4C)。其结果，在实际图案区域1内的遮光层13形成第2层的图案。
之后，虽基板101进行各种工序。这样，由基板101制造PSM基板。
图5是用于说明第1实施方式的电子射线描绘方法的流程图。图5示出了向形成有对准标记的基板101描绘图案时的对准标记的位置测定处理的一个例子，与图4A的工序对应。
首先，关于载置在XY工作台113上的基板101，从存储装置128取得等级的初始值与增益的初始值(步骤S1、S2)。此时，在将基板101加工为PSM基板的情况下，从PSM文件取得初始值，在将基板101加工为EUV基板的情况下，从EUV文件取得初始值。在本实施方式中，PC130的用户对于基板101的种类在PC130的画面上选择PSM基板或EUV基板，该选择结果被从PC130通知给控制计算机121，控制计算机121从与该选择结果对应的文件取得初始值。
接下来，将增益以及等级设定为初始值(步骤S3)，在该设定下执行基板101的搜索扫描(步骤S4)。其结果，在检测出对准标记的情况下(步骤S5)，开始测定扫描。
具体而言，调整增益以及等级的值而在对准标记附近进行电子束扫描，在调整好的增益以及等级之下检测对准标记，由此精密地测定标记中心(步骤S6)。其结果，在对准标记的位置测定成功的情况下(步骤S7)，将调整好的增益以及等级的值作为新的初始值而保存(步骤S8)。然后，基于对准标记的位置进行第1层与第2层的图案的对位，描绘第2层的图案。另一方面，在对准标记的位置测定失败的情况下，返回步骤S4。
此外，在本实施方式中，也可以在基板101上描绘3层以上的图案。此时，在描绘第3层之后的各图案时，进行步骤S1～S8的处理。例如，在描绘第3层的图案时，使用在第2层的描绘时保存的增益以及等级的初始值。
这里，详细地说明增益以及等级的初始值。
如上述那样，PSM基板与EUV基板由于材质或构造不同，因此搜索扫描时的适当的增益以及等级的值在PSM基板与EUV基板中不同。例如，遮光层13的材料或膜厚在这些基板之间大多不同。因此，在本实施方式中，将增益以及等级的初始值在PSM基板用与EUV基板用中进行了区别。
这在不同的PSM基板彼此、或不同的EUV基板彼此中也成立。例如，对于某一PSM基板来说适当的增益以及等级的值，有时不同于对另一PSM基板来说适当的增益以及等级的值。由此，在本实施方式中，可以在存储装置128中储存两种以上的PSM文件，并在不同的PSM文件中储存不同初始值。在该情况下，PC130的用户在PC130的画面上从多种PSM基板中选择1种PSM基板。这在EUV基板中也是相同的。
另外，PSM文件或EUV文件内的初始值如上述那样在测定扫描后被更新。此时，初始值的更新可以自动地开始，也可以仅在PC130的用户许可了的情况下进行初始值的更新。另外，初始值的更新可以以用新的初始值覆盖旧的初始值的形式进行，也可以以在保留旧的初始值的同时保存新的初始值的形式进行。在后者的情况下，用户也可以将新的初始值恢复成旧的初始值。
另外，考虑在电子射线描绘装置100的出厂时，将储存有制造商调整好的增益以及等级的初始值的PSM文件及EUV文件，储存于存储装置128内。在该情况下，在初始值的最初的更新之前，使用制造商调整好的初始值。但是，也可以采用出厂时的电子射线描绘装置100中不储存初始值、而由用户自己设定最初的初始值的方式。而且，也可以采用出厂时的电子射线描绘装置100中不储存PSM文件及EUV文件、而由用户自己制作这些文件的方式。
另外，在本实施方式中，以PSM基板或EUV基板分开制作了文件，但也可以根据其他条件分开制作文件。
如以上那样，本实施方式的电子射线描绘装置100使用预先储存于存储装置128的初始值作为搜索扫描时的增益以及等级的值。由此，通过预先将适当的值作为初始值而储存，能够使搜索扫描的标记检测精度提高。
另外，本实施方式的电子射线描绘装置100在对准标记的位置测定的成功后，以成功时的增益以及等级的值更新初始值。由此，能够将最新的适当的值作为初始值而再次利用。由此，即使电子射线描绘装置100中的照射部(电子枪201)或检测器114的性能因老化而变化，也能够对应于老化而将初始值更新成适当的值。
这样，根据本实施方式，能够使利用电子束扫描检测形成于基板101的对准标记时的标记检测精度提高。
此外，本实施方式的电子射线描绘装置100也可以使用多束作为电子束200。本实施方式的对准描绘功能也能够应用于使用多束的情况。另外，电子束200也可以替换成离子束等其他带电粒子束。
虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种形态实施，在不脱离本发明的主旨范围，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并且包含于权利要求书所记载的发明及其等效的范围内。

Claims (5)

1.一种带电粒子束描绘装置，具备：
照射部，向分别形成有规定的标记的不同的多个基板，分别照射带电粒子束；
检测器，检测用上述带电粒子束扫描上述规定的标记时射出的带电粒子，并输出检测信号；
放大器，对上述检测信号进行调整以及放大，并输出放大信号；
测定部，基于上述放大信号测定上述标记的位置；以及
储存部，储存有与上述扫描的条件对应的多个用于放大上述检测信号的上述放大器的增益的初始值，
上述放大器根据基于上述扫描的条件而选择出的上述增益的初始值，对上述检测信号进行放大，
上述储存部还储存有与上述扫描的条件对应的多个用于调整上述检测信号的上述放大器的等级的初始值，
上述测定部还根据基于上述扫描的条件而选择出的上述等级的初始值，对上述检测信号进行调整，
该带电粒子束描绘装置还具备对上述放大器的增益以及等级进行调整的调整部，
在上述储存部中，基于上述测定部对上述标记的位置的测定成功的情况下的上述增益以及上述等级的值，更新上述增益以及上述等级的新的初始值。
2.如权利要求1所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述多个基板包含第1基板与第2基板，
上述储存部具备：第1文件，储存在对上述第1基板进行扫描的情况下使用的上述增益的初始值与上述等级的初始值；以及第2文件，储存在对上述第2基板进行扫描的情况下使用的上述增益的初始值与上述等级的初始值。
3.如权利要求1所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
还具备对准部，该对准部基于由上述测定部测定出的上述标记的位置，控制向上述基板描绘图案时的上述带电粒子束的照射位置。
4.一种带电粒子束描绘方法，具备：
照射工序，向形成有规定的标记的基板照射带电粒子束；
检测工序，检测用上述带电粒子束扫描上述基板时从上述基板射出的带电粒子，并输出检测信号；
放大工序，从与上述扫描的条件对应的多个针对上述检测信号的放大器的增益的初始值中选择某一个，基于选择出的上述增益的初始值将上述检测信号放大，并输出放大信号；以及
测定工序，基于上述放大信号测定上述标记的位置，
在上述测定工序中，还从与上述扫描的条件对应的多个用于调整上述检测信号的上述放大器的等级的初始值中选择某一个，基于选择出的上述等级的初始值调整上述检测信号，
基于对上述标记的位置的测定成功的情况下的上述增益的值，更新为上述增益以及上述等级的新的初始值。
5.如权利要求4所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
还具备如下对准工序：基于由上述测定工序测定出的上述标记的位置，控制向上述基板描绘图案时的上述带电粒子束的照射位置。
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