CN109585246B - 多带电粒子束描绘装置及多带电粒子束描绘方法 - Google Patents

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Abstract

本实施方式的带电粒子束描绘装置，具备：台架位置检测器，用于检测供描绘对象的基板载置的能够移动的台架的位置；标记，设置于上述台架；检测器，通过使上述多束在上述标记上扫描，从而检测各束的束位置；束形状测定部，基于检测出的上述束位置和上述台架的位置，以规定的时间间隔测定照射到上述基板的多束的束形状；以及描绘数据处理部，基于测定出的上述束形状，计算用于校正上述束形状的上述各束的校正照射量。

Description

多带电粒子束描绘装置及多带电粒子束描绘方法
技术领域
本发明涉及多带电粒子束描绘装置及多带电粒子束描绘方法。
背景技术
伴随LSI的高集成化，半导体器件所要求的电路线宽逐年微细化。为了对半导体器件形成所期望的电路图案，采用使用缩小投影型曝光装置，将在石英上形成的高精度的原图图案(掩模、或者尤其是步进曝光装置、扫描器中使用的掩模也被称为中间掩模。)缩小转印在晶片上的方法。高精度的原图图案，通过电子束描绘装置来描绘，使用所谓的电子束光刻技术。
使用了多束的描绘装置，与用1根电子束描绘的情况相比，一次能够照射很多的束，所以能够大幅提高生产率。在多束方式的描绘装置中，例如，使从电子枪放出的电子束通过具有多个孔的孔径部件而形成多束，进行各束的消隐控制，未被遮蔽的各束被光学系统缩小，并照射到载置于能够移动的台架上的基板。
在多束方式的描绘装置中，一次照射多个束，将在孔径部件的相同的孔或者不同的孔通过而形成的束彼此连接，描绘所期望的图形形状的图案。照射到基板上的多束整体像的形状(以下，也存在记载为“束形状”的情况)作为描绘图形的连接精度来表现。在描绘装置中，由于各种各样的原因，束形状可能随着时间经过而变化。束形状的变化导致描绘精度的劣化。
发明内容
本发明提供能够测定并校正束形状，并能够抑制描绘精度的劣化的多带电粒子束描绘装置及多带电粒子束描绘方法。
本发明的一个方式的多带电粒子束描绘装置，具备：成形孔径阵列，形成有多个孔，带电粒子束在上述多个孔通过从而形成多束；消隐孔径阵列，配置有用于切换与上述多束的各束分别对应的束的开启关断的多个消隐器；台架，能够移动，供描绘对象的基板载置；台架位置检测器，检测上述台架的位置；标记，设置于上述台架；偏转器，将上述多束偏转；检测器，通过使上述多束在上述标记上扫描，从而检测各束的束位置；束形状测定部，基于检测出的上述束位置和上述台架的位置，以规定的时间间隔测定照射到上述基板的多束的束形状；以及描绘数据处理部，基于测定出的上述束形状，计算用于校正上述束形状的上述各束的校正照射量。
附图说明
图1是本发明的实施方式的多带电粒子束描绘装置的概略图。
图2是成形孔径阵列的示意图。
图3是上述实施方式的多束检查用孔径的剖视图。
图4是说明使用检查用孔径的束形状测定方法的流程图。
图5是表示通过束扫描获得的图像的一例的图。
图6是表示束阵列识别处理的例子的图。
图7是说明束阵列中心坐标的求出方法的图。
图8是表示计算出的束形状的例子的图。
图9是表示近似式的系数更新的一例的曲线。
图10是说明上述实施方式的多带电粒子束描绘方法的流程图。
图11是反射标记的俯视图。
图12是说明束形状的测定方法的图。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的实施的方式进行说明。在实施的方式中，对使用了电子束作为带电粒子束的一例的构成进行说明。但是，带电粒子束并不限于电子束，也可以是离子束等。
图1是表示本实施方式的描绘装置的构成的概念图。在图1中，描绘装置具备描绘部1和控制部100。描绘装置是多带电粒子束描绘装置的一例。描绘部1具备镜筒2和描绘室20。在镜筒2内，配置有电子枪4、照明透镜6、成形孔径阵列8、消隐孔径阵列10、缩小透镜12、限制孔径部件14、物镜15、线圈16、主偏转器17(偏转器)及副偏转器(省略图示)。
在描绘室20内，配置XY台架22及检测器26。在XY台架22上，配置作为描绘对象的基板70。基板70包括制造半导体装置时的曝光用掩模、或者制造半导体装置的半导体基板(硅晶片)等。另外，基板70包括，涂布有抗蚀剂的还未进行任何描绘的掩模衬底(MaskBlanks)。
在XY台架22上，配置XY台架22的位置测定用的反射镜24。另外，在XY台架22上，设置有束校准用的反射标记M。反射标记M为例如十字型的形状，以易于通过用电子束进行扫描来检测位置(参照图11)。检测器26在用电子束对反射标记M的十字进行扫描时，检测来自反射标记M的反射电子。
在XY台架22上，在与供基板70载置的位置不同的位置，配置有位置检测用的标记。标记不特别限定，但能够使用例如透过型的标记即多束检查用孔径40(以下，记载为“检查孔径40”)。检查孔径40进一步构成具有电流检测器50的多束用束检查装置。检查孔径40的高度能够通过调整机构(省略图示)来调整。检查孔径40优选被设置在与基板70相同的高度位置。
控制部100具有控制计算机110、偏转控制电路130、数字模拟转换(DAC)放大器131、线圈控制电路132、透镜控制电路133、检测放大器134、台架位置检测器135及磁盘装置等的存储装置140。
偏转控制电路130、线圈控制电路132、透镜控制电路133、检测放大器134、台架位置检测器135及存储装置140，经由总线连接于控制计算机110。存储装置140中，被从外部输入描绘数据而进行保存。
偏转控制电路130上连接DAC放大器131。DAC放大器131连接于主偏转器17。线圈控制电路132上连接有线圈16。透镜控制电路133上连接有物镜15。
控制计算机110具备描绘数据处理部111、描绘控制部112、束形状测定部113、拟合处理部114、图制作部115、系数更新部116及图更新部117。控制计算机110的各部的功能，既可以通过硬件来实现，也可以通过软件来实现。在通过软件构成的情况下，可以将用于实现控制计算机110的至少一部分的功能的程序保存于记录介质，并使包括电气电路的计算机读入并执行该程序。记录介质不限定于磁盘、光盘等的可装拆的记录介质，也可以是硬盘装置、存储器等的固定型的记录介质。
图2是表示成形孔径阵列8的构成的概念图。如图2所示，在成形孔径阵列8中，纵(y方向)m列×横(x方向)n列(m，n≥2)的孔(开口部)80以规定的排列间距形成为矩阵状。各孔80都用相同的尺寸形状的矩形形成。或者，可以是相同的直径的圆形。
从电子枪4放出的电子束30，通过照明透镜6大致垂直地对成形孔径阵列8整体照明。电子束30将包括成形孔径阵列8的全部的孔80的区域照明。电子束30的一部分在这多个孔80分别通过，从而形成如图1所示那样的多束30a～30e。
在消隐孔径阵列10中，在与图2所示的成形孔径阵列8的各孔80对应的位置形成有用于多束的各束通过的通过孔(开口部)。在各通过孔的附近，配置有使束偏转的消隐偏转用的电极(消隐器：消隐偏转器)。
通过各通过孔的电子束30a～30e，分别独立地在从消隐器施加的电压的作用下偏转。通过该偏转进行消隐控制。这样，多个消隐器进行在成形孔径阵列8的多个孔80(开口部)通过了的多束中的各个对应的束的消隐偏转。
通过了消隐孔径阵列10的多束30a～30e，在缩小透镜12的作用下，各自的束尺寸和排列间距被缩小，并朝向在限制孔径部件14形成的中心的孔前进。通过消隐孔径阵列10的消隐器而偏转的电子束，其轨道移位，位置从限制孔径部件14的中心的孔偏离，并被限制孔径部件14遮蔽。另一方面，通过消隐孔径阵列10的消隐器并未偏转的电子束，在限制孔径部件14的中心的孔通过。
限制孔径部件14，将通过消隐孔径阵列10的消隐器偏转为成为束关断(OFF)的状态的各电子束遮蔽。
通过了限制孔径部件14的电子束30a～30e，通过线圈16被进行校准调整，通过物镜15被进行调焦，在基板70上成为所期望的缩小率的图案像。主偏转器17，将通过了限制孔径部件14的各电子束(多束整体)会聚为相同方向后将其偏转，并照射到基板70上的描绘位置(照射位置)。
在XY台架22连续移动时，以束的描绘位置(照射位置)追踪XY台架22的移动的方式通过主偏转器17进行追踪控制。XY台架22的位置，从台架位置检测器135朝向XY台架22上的反射镜24照射激光，并使用该反射光进行测定。
一次照射的多束，理想地以对成形孔径阵列8的多个孔80的排列间距乘以上述的所期望的缩小率而得到的间距排列。该描绘装置，以使发射束连续地依次照射的光栅扫描方式进行描绘动作，在描绘所期望的图案时，根据图案，必要的束通过消隐控制而被控制为束开启(ON)。
控制计算机110的描绘数据处理部111，从存储装置140读出描绘数据，进行多级数据转换，生成发射数据。在发射数据中，定义了对将基板70的描绘面以例如束尺寸分割为格子状的多个照射区域而得到的各照射区域的照射有无、及照射时间等。
描绘控制部112，基于发射数据及台架位置信息，对偏转控制电路130输出控制信号。偏转控制电路130基于控制信号，控制消隐孔径阵列10的各消隐器的施加电压。另外，偏转控制电路130运算出以追踪XY台架22的移动的方式进行束偏转所用的偏转量数据(追踪偏转数据)。作为数字信号的追踪偏转数据被输出至DAC放大器131，DAC放大器131，将数字信号转换为模拟信号的基础上，进行放大并作为追踪偏转电压施加至主偏转器17。
在多束方式的描绘装置中，在描绘对象的基板70上，一次照射以对成形孔径阵列8的多个孔80的排列间距乘以规定的缩小率而得到的间距排列的多个束，将束彼此相连而将束间距填补，从而描绘所期望的图形形状的图案。为此，在描绘处理前、描绘处理中，需要检测束位置，测定束形状并调整尺寸。
本实施方式的描绘装置，使用多束用束检查装置，测定束形状。
图3是多束用束检查装置的概略构成图。检查孔径40进行限制以使电子束仅1根通过。检查孔径40形成例如圆形的平面形状，沿着中心轴形成有供1根束通过的贯通孔42。
通过了贯通孔42的电子束B，入射至电流检测器50，束电流被检测到。电流检测器50能够使用例如SSD(半导体检测器(solid-state detector))。电流检测器50的检测结果被通知至控制计算机110。
束形状测定部113，使用以多束对检查孔径40进行扫描而得到的各束的束电流检测结果，测定束形状。按图4所示的流程图对束形状的测定方法详细地进行说明。
将消隐孔径阵列10分割为多个测定区域，用各测定区域的束对检查孔径40进行扫描。换言之，将成形孔径阵列8分割为多个测定区域，使在各测定区域的孔80通过了的束开启并对检查孔径40进行扫描。
将消隐孔径阵列10(成形孔径阵列8)分割为多个测定区域，是由于束扫描中使用的主偏转器17的最大偏转量没大到能够覆盖消隐孔径阵列10的全域的程度。即使偏转量大到能够覆盖消隐孔径阵列10的全域，也会由于束偏转量变大，由此束的轨道改变而束形状发生畸变，使束位置的测定精度低下，因此测定中使用的偏转量优选小到束形状不会发生畸变的程度。为此，首先，决定消隐孔径阵列10的区域分割数n(n是2以上的整数)(步骤S21)。
另外，主偏转器17的偏转量较大，能够覆盖消隐孔径阵列10的全域，并且，通过束偏转而产生的束形状的畸变相对于测定精度而言足够小的情况下，也可以不进行测定区域的分割。
选择还未进行测定的区域，并决定测定区域(步骤S22)。使XY台架22移动，在测定区域的束的正下方的位置配置检查孔径40(步骤S23)。
例如，使测定区域的消隐器的施加电压为0V，使其他的区域(非测定区域)的消隐器的施加电压为5V，用主偏转器17使通过测定区域的消隐器被设为束开启的多个束在XY方向上偏转，对检查孔径40进行扫描，依次切换在贯通孔42通过的电子束(步骤S24)。电流检测器50检测束电流。
控制计算机110，将通过电流检测器50检测到的束电流转换为亮度，并基于主偏转器17的偏转量制作束图像，并进行图像解析(步骤S25)。例如，制作如图5所示那样的束图像。这是将检查区域设为左下(1，1)、4×4阵列的情况下的图像的一例。另外，在该图像中，有(1，1)及(3，3)的束缺失。
在测定区域的附近存在始终开启缺陷的束的情况下，获得如图6所示那样的图像。束形状测定部113，识别与测定区域对应的束阵列区域，区域外的缺陷被无视。例如，测定区域为4×4阵列的情况是预先决定的，因此束形状测定部113，以在4×4阵列的尺寸的区域内包括的束数变得最多的方式识别束阵列。
束形状测定部113，使用通过台架位置检测器135检测到的台架位置，检测束阵列区域内的各束的位置。然后，束形状测定部113，根据各束的位置，算出与测定区域对应的束阵列的中心坐标(步骤S26)。
例如，如图7所示，设定变量i，j，将各束的x坐标、y坐标拟合为以下的数式，并求出系数c0，c1，c2，d0，d1，d2。在图7所示的例子中，有(1，1)及(3，3)的束缺失，因此将它们以外的束的x坐标，y坐标拟合为该数式。
xi＝c0+c1i+c2j
yj＝d0+d1i+d2j
求出了系数c0，c1，c2，d0，d1，d2后，使用该数式，计算中心坐标。在图7所示的例子中，通过代入i＝2.5，j＝2.5，算出束阵列的中心坐标。上述的数式不仅可以为1次项，还可以是考虑了2次项、更高次项的数式。
对消隐孔径阵列10的n个测定区域全部进行这样的检查孔径40的扫描、图像解析及束阵列的中心坐标计算(步骤S22～S27)。
在对全部的测定区域的测定结束后(步骤S27＿是)，束形状测定部113，基于各测定区域的束阵列的中心坐标，测定束形状(步骤S28)。例如，束形状测定部113，用3次多项式拟合与n个测定区域对应的束阵列的中心坐标，求出表示束形状的多项式。将该多项式绘制为曲线时，获得如例如图8所示的束形状。图8为，在-1≤x≤1且-1≤y≤1的范围内设定理想格子，并对从理想格子的偏离量进行绘制而将束形状以视觉上易于捕捉的方式表示的图。
拟合处理部114进行将所测定的束形状近似为数式的拟合处理。例如，拟合处理部114以如以下那样的近似式对束形状进行近似。
X＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2+a6x3+a7x2y+a8xy2+a9y3+a10x4+a11x3y+a12x2y2+a13xy3+a14y4
Y＝b0+b1x+b2y+b3x2+b4xy+b5y2+b6x3+b7x2y+b8xy2+b9y3+b10x4+b11x3y+b12x2y2+b13xy3+b14y4
图制作部115制作对拟合残差(束形状与近似式的差分)进行表现的图。
描绘数据处理部112，基于束形状的近似式及图，计算校正剂量(照射量)。通过使用校正剂量进行描绘，由此校正束形状。
在本实施方式中，以规定的时间间隔，进行束形状的测定、拟合处理及图的制作。在描绘刚刚开始后，束并不稳定，因此使束形状的测定间隔较短。伴随着时间的经过，束稳定下来，因此逐渐地延长测定间隔。由此，能够抑制描绘生产率的低下。
在从前次的束形状测定起经过了规定时间，并测定新的束形状时，基于该新的束形状，重新计算近似式及图。在剂量的调制之际参照的近似式及图突然大幅变化时，能够在其前后发生描绘图案的急剧的尺寸变化。
为此，在本实施方式中，优选的是，基于形状的测定间隔和根据测定结果计算出的近似式及图的变化量，将剂量调制中参照的近似式及图阶段性地更新，避免突然地大幅地变化。系数更新部116，以比束形状的测定间隔短的更新间隔，将近似式的系数阶段性地更新。图更新部117，以比束形状的测定间隔短的更新间隔，将图阶段性地更新。
图9是表示基于系数更新部116的近似式的系数更新的一例的曲线。图9表示近似式的某1项的系数的更新例。如图9所示，在根据时刻t的测定结果计算出的系数为a1的情况下，系数更新部116以在剂量调制中参照的近似式的系数在时刻2t成为a1的方式阶段性地更新系数。
同样地，在根据时刻2t的测定结果计算出的系数为a2的情况下，系数更新部116以在剂量调制中参照的近似式的系数在时刻3t成为a2的方式阶段性地更新系数。这样，系数更新部116，基于根据前次的测定结果计算出的近似式的系数、根据本次的测定结果计算出的近似式的系数及测定间隔，求出平均时间的系数变化量，并使系数逐渐变化。
另外，在图9所示的例子中，在时刻t到2t期间阶段性地将系数更新6次，但系数的更新次数、1次的更新中的系数的变化量是任意的。
另外，在图9所示的例子中，在时刻4t的测定后，测定间隔变为2t，下一次测定为时刻6t。在根据时刻4t的测定结果计算出的系数为a4的情况下，系数更新部116以在时刻5t系数成为a4的方式阶段性地更新。在系数达到了a4后，即时刻5t～6t期间，使系数为a4并恒定不变。
使用图10所示的流程图，对本实施方式的多带电粒子束描绘方法进行说明。
在对基板70的图案描绘之前，使用多束用束检查装置，测定束的初始形状(步骤S1)。基于束形状的测定结果，拟合处理部114计算近似式，图制作部115制作对拟合残差进行表现的图(步骤S2)。
进行对基板70的图案描绘(步骤S3)，若经过规定时间并达到束形状的测定定时(步骤S4＿是)，则使描绘处理中断，进行束形状的测定(步骤S5)。如上所述，束形状的测定间隔，伴随着时间的经过而逐渐变长。
拟合处理部114及图制作部115，计算基于本次的测定结果的、新的近似式及图(步骤S6)。
系数更新部116，根据基于前次的测定结果的近似式、基于本次的测定结果的近似式及从前次的测定到本次的测定的经过时间，计算在下一次测定之前变化的近似式的系数的变化量(步骤S7)。另外，图更新部116根据基于前次的测定结果的图、基于本次的测定结果的图及从前次的测定到本次的测定的经过时间，计算每单位时间的图的变化量。此时，也可以求出每单位时间的近似式的系数及图的变化量，并使之阶段性地变化。在该情况下，在步骤S7中，决定系数及图的更新间隔、更新次数、1次的更新中的系数及图的变化量。
在使描绘处理继续的情况下(步骤S8＿否)，系数更新部116，基于在步骤S7中计算出的每单位时间的系数变化量，使系数阶段性地变化，更新近似式。另外，图更新部117，基于在步骤S7中计算出的每单位时间的图变化量，将图阶段性地更新。
描绘数据处理部111，参照更新的近似式及图，对剂量进行校正(调制)以校正束形状，并生成发射数据。在将近似式及图阶段性地更新的情况下，剂量阶段性地变化。描绘控制部112使用发射数据来控制描绘部1，并进行描绘处理(步骤S3)。
这样，根据本实施方式，测定伴随时间经过而变化的束形状，并进行校正，从而能够抑制描绘精度的劣化。另外，将在束形状的校正中参照的束形状的近似式及对拟合残差进行表现的图阶段性地更新，避免使它们急剧地大幅变化，从而能够抑制尺寸变动。
另外，通过使束形状的测定间隔可变，并逐渐延长测定间隔，从而能够抑制对描绘生产率的影响。
在上述实施方式中，对使用多束用束检查装置来测定束形状的例子进行了说明，但也能够使用反射标记M作为标记来测定束形状。通过使用反射标记，与使用检查孔径相比精度低但能够高速地测定束位置。反射标记M例如是如图11所示的十字形状，通过主偏转器17使电子束B向前后左右(x方向及y方向)偏转，对反射标记M的十字进行扫描，用检测器26检测反射电子，在用检测放大器134放大后转换为数字数据的基础上，将测定数据输出至控制计算机110。束形状测定部113，根据将所测定的反射电子按时序排列的曲线(反射电子的强度的变化)和此时的台架位置，计算束的位置。
在测定束形状的情况下，仅特定的束开启，基于束尺寸的设计值，在开启束的正下方使反射标记M移动，对反射标记M的十字进行扫描而计算束位置。例如，如图12所示，如与成形孔径阵列8的中心对应的束及与四角对应的束那样，依次切换开启的束，计算各束的位置，并与上述实施方式同样地求出束形状。
在束不稳定的描绘刚刚开始后，可以使用反射标记M高频度地测定束形状，之后，如束稳定下来，则使用多束用束检查装置高精度地测定束形状。
另外，本发明并不原封不动地限定于上述实施方式，在实施阶段在不脱离其主旨的范围内能够将构成要素变形后具体化。另外，通过将上述实施方式所公开的多个构成要素的适当的组合，能够形成各种发明。例如，可以从实施方式所示的全部构成要素删除几个构成要素。进而，可以将跨不同的实施方式的构成要素适当组合。

Claims (7)

1.一种多带电粒子束描绘装置，具备：
成形孔径阵列，形成有多个孔，带电粒子束在上述多个孔通过从而形成多束；
消隐孔径阵列，配置有用于切换与上述多束的各束分别对应的束的开启关断的多个消隐器；
台架，能够移动，供描绘对象的基板载置；
台架位置检测器，检测上述台架的位置；
检查孔径，设置于上述台架，使上述多束中的一根束通过；
偏转器，将上述多束偏转；
检测器，通过使上述多束在上述检查孔径上扫描，从而检测通过了上述检查孔径的上述多束的各束的束电流；
束形状测定部，基于由上述检测器检测出的束电流，制作束图像，基于上述束图像和上述台架的位置，以规定的时间间隔测定对上述基板照射的多束的束形状；
描绘数据处理部，基于测定出的上述束形状，计算用于校正上述束形状的上述各束的校正照射量，
拟合处理部，计算对测定出的上述束形状进行近似的近似式；以及
图制作部，制作对测定出的上述束形状与上述近似式的差分进行表现的图，
上述描绘数据处理部基于根据测定出的上述束形状所更新的近似式及图，计算上述校正照射量。
2.如权利要求1所述的多带电粒子束描绘装置，其特征在于，还具备：
系数更新部，在新的上述近似式被计算出时，将近似式的系数阶段性地更新；以及
图更新部，在新的图被制作出时，将图阶段性地更新。
3.如权利要求2所述的多带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述系数更新部，以比上述规定的时间间隔短的更新间隔，将近似式的系数阶段性地更新。
4.如权利要求1至3中任一项所述的多带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述规定的时间间隔，被设定为伴随时间的经过而变长。
5.一种多带电粒子束描绘方法，具备如下工序：
放出带电粒子束；
上述带电粒子束在孔径部件的多个开口部通过，从而形成多束；
使用多个消隐器，进行用于切换上述多束中的各个对应的束的开启/关断的消隐偏转；
使用偏转器，使消隐偏转后的束追随能够载置基板的台架的移动地向各束的描绘位置偏转；
用上述多束以规定的时间间隔扫描设置于上述台架的检查孔径，该检查孔径使上述多束中的一根束通过；
检测通过了上述检查孔径的上述多束的各束的束电流；
基于上述束电流，制作束图像，基于上述束图像和上述台架的位置，测定对上述基板照射的多束的束形状；
基于测定出的上述束形状，计算用于校正上述束形状的上述各束的校正照射量；
计算对上述束形状进行近似的近似式；
制作对上述束形状与上述近似式的差分进行表现的图；以及
基于测定出的束形状，更新近似式及图，基于更新后的近似式及图，计算上述校正照射量。
6.如权利要求5所述的多带电粒子束描绘方法，其特征在于，
在新的上述近似式被计算出时，将近似式的系数阶段性地更新，
在新的图被制作出时，将图阶段性地更新。
7.如权利要求6所述的多带电粒子束描绘方法，其特征在于，
以比上述规定的时间间隔短的更新间隔，将近似式的系数阶段性地更新。
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