CN112020761A - 带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法 - Google Patents
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Abstract
在抑制计算量的同时高精度地进行漂移修正。本发明的一个实施方式的带电粒子束描绘装置具备：放射带电粒子束的放射部；调整上述带电粒子束相对于载置于工作台的基板的照射位置的偏转器；根据描绘数据，生成包含每次照射的照射尺寸、照射位置以及粒子束通断时间的照射数据的照射数据生成部；针对上述带电粒子束所要照射的每个预定的区域、或者所要照射的上述带电粒子束的每个预定的照射数，参照多个上述照射数据，基于上述照射尺寸、上述照射位置以及上述粒子束通断时间，算出朝上述基板照射的上述带电粒子束的照射位置的漂移量，并基于该漂移量生成对照射位置偏移进行修正的修正信息的漂移修正部；以及基于上述照射数据以及上述修正信息来控制由上述偏转器产生的偏转量的偏转控制部。
Description
技术领域
本发明涉及带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法。
背景技术
伴随着LSI的高度集成化，半导体器件所要求的电路线宽逐年微细化。为了在半导体器件形成所期望的电路图案，采用使用缩小投影式曝光装置将在石英上形成的高精度的原画图案(掩模、或者是尤其是在步进式曝光装置或扫描式曝光装置中使用的也称为中间掩模)缩小转印至晶圆上的方法。高精度的原画图案由电子束描绘装置描绘，使用所谓的电子束光刻技术。
在电子束描绘装置中，因各种各样的原因，在描绘中会产生电子束的照射位置随时间推移而偏移的被称为电子束漂移的现象。例如，在描绘装置的偏转电极等照射系统附着有污染物，因来自描绘对象基板的散射电子而导致污染物带电，由此产生电子束漂移。为了消除该电子束漂移，进行漂移修正。
例如，在专利文献1中公开了如下的方法：根据以每次照射的粒子束电流量、粒子束照射位置、粒子束的通断时间作为参数的修正计算式算出漂移量，对由偏转器导致的偏转量进行修正。但是，由于针对每1次照射计算偏转器表面的电荷蓄积量，因此伴随着照射数的增加而计算量变多。例如，当假设每1次照射的电荷蓄积量的计算时间为1μs的情况下，100千兆(1×1011)照射量的计算需要耗费约28小时，并不现实，在描绘中难以实时地进行计算。
在专利文献2中公开了如下的方法：按照一定时间对粒子束照射量(＝照射时间×照射面积)进行累加，并根据累加量来对因偏转器而导致的偏转量进行修正。在该方法中，若缩短粒子束照射量的累加量的算出间隔则漂移的修正精度提高，但计算量增加。若加长累加量的算出间隔则能够使计算量降低，但修正精度下降。这样，累加量的算出间隔与修正精度处于此消彼长的关系。并且，若使算出间隔恒定，则在照射数大幅变动的描绘布局的情况下存在无法追随照射数的变化的问题。
专利文献1：日本特许第4439038号公报
专利文献2：日本特开平9－45602号公报
专利文献3：日本特开平10－256110号公报
专利文献4：日本特许第2781941号公报
专利文献5：日本特开平10－22195号公报
专利文献6：日本特开2010－73909号公报
专利文献7：日本特开平9－293671号公报
发明内容
本发明的课题在于提供一种能够在抑制计算量的同时高精度地进行漂移修正的带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法。
本发明的一个实施方式所涉及的带电粒子束描绘装置具备：放射部，放射带电粒子束；偏转器，调整上述带电粒子束相对于被载置于工作台的基板的照射位置；照射数据生成部，根据描绘数据，生成包含每次照射的照射尺寸、照射位置以及粒子束通断时间的照射数据；漂移修正部，针对上述带电粒子束所要照射的每个预定的区域、或者所要照射的上述带电粒子束的每个预定的照射数，参照多个上述照射数据，基于上述照射尺寸、上述照射位置以及上述粒子束通断时间，算出朝上述基板照射的上述带电粒子束的照射位置的漂移量，并基于该漂移量生成对照射位置偏移进行修正的修正信息；以及偏转控制部，基于上述照射数据以及上述修正信息来控制由上述偏转器产生的偏转量。
本发明的一个实施方式所涉及的带电粒子束描绘方法具备：放射带电粒子束的工序；使用偏转器，调整上述带电粒子束相对于被载置于工作台的基板的照射位置的工序；根据描绘数据，生成包含每次照射的照射尺寸、照射位置以及粒子束通断时间的照射数据的工序；针对上述带电粒子束所要照射的每个预定的区域、或者所要照射的上述带电粒子束的每个预定的照射数，参照多个上述照射数据，基于上述照射尺寸、上述照射位置以及上述粒子束通断时间，算出朝上述基板照射的上述带电粒子束的照射位置的漂移量的工序；基于上述漂移量生成对照射位置偏移进行修正的修正信息的工序；以及基于上述照射数据以及上述修正信息对由上述偏转器产生的偏转量进行控制的工序。
发明效果
根据本发明，能够在抑制计算量的同时高精度地进行漂移修正。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的带电粒子束描绘装置的简图。
图2是第1成形孔径以及第2成形孔径的立体图。
图3是对偏转区域进行说明的概念图。
图4是示出电荷蓄积量的变化的图表。
图5是示出带电与放电的函数的图表。
图6是示出电荷蓄积量的变化的图表。
图7是示出偏转电极的例子的图。
图8是示出累计照射数与漂移计算时间之间的关系的例子的表。
图9是示出漂移测定结果、带电漂移计算结果以及干扰漂移量的变化的例子的图表。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。在本实施方式中，作为带电粒子束的一例，针对使用电子束的结构进行说明。但是，带电粒子束并不限于电子束，也可以是离子束等。
图1是示出实施方式中的描绘装置的结构的概念图。在图1中，描绘装置100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、消隐孔径214、第1成形孔径203、投影透镜204、成形偏转器205、第2成形孔径206、物镜207、主偏转器208、副偏转器209、以及副副偏转器216。
在描绘室103内配置有能够在XY方向移动的XY工作台105。在XY工作台105上配置有涂布有光刻胶的、成为描绘对象的基板101。基板101包含用于制造半导体装置的曝光用的掩模、硅晶圆、掩模基板等。
在XY工作台105上设置有用于测定电子束的漂移量的标记(省略图示)。标记例如呈十字形状或点状，是在硅基板上用钽或钨等重金属形成的。
在XY工作台105的上方设置有通过电子束针对标记的照射来检测电子束的照射位置(粒子束位置)的照射位置检测器220。作为照射位置检测器220，例如能够使用利用电子束来扫描标记、并将由标记反射的反射电子作为电流值检测的电子检测器。所检测到的粒子束位置被通知给后述的控制计算机110。
从设置在电子镜筒102内的电子枪201(放射部)放射的电子束200在通过消隐偏转器212内时由消隐偏转器212切换是否将电子束照射至基板。
电子束200借助照明透镜202而照射至具有矩形的开口A1(参照图2)的第1成形孔径203。通过在第1成形孔径203的开口A1通过，电子束B被成形为矩形状。
通过第1成形孔径203后的第1孔径像的电子束200借助投影透镜204而投影至具有可变成形开口A2(参照图2)的第2成形孔径206上。此时，借助成形偏转器205，投影至第2成形孔径206上的第1孔径像被实施偏转控制，能够使通过可变成形开口A2的电子束的形状和尺寸变化(进行可变成形)。
通过第2成形孔径206的可变成形开口A2后的第2孔径像的电子束200借助物镜207对焦，由主偏转器208、副偏转器209、以及副副偏转器216偏转，照射至载置于连续移动的XY工作台105上的基板101。
控制部160具有控制计算机110、存储器112、偏转控制电路120、DAC(数模变换)放大器130、132、134、136、138(偏转放大器)、以及存储装置140。
在偏转控制电路120连接有DAC放大器130、132、134、136、138。DAC放大器130连接于消隐偏转器212。DAC放大器132连接于副偏转器209。DAC放大器134连接于主偏转器208。DAC放大器136连接于副副偏转器216。DAC放大器138连接于成形偏转器205。
控制计算机110具备照射数据生成部50、漂移修正部52、以及描绘控制部54。照射数据生成部50、漂移修正部52、以及描绘控制部54的各功能可以由软件构成、也可以由硬件构成。
图3是用于说明偏转区域的概念图。如图3所示，基板101的描绘区域10以主偏转器208的可偏转幅度例如在y方向呈长条状地被假想分割为多个带状区域20。进而，以主偏转器208的可偏转幅度将带状区域20在x方向分割后的区域成为主偏转器208的偏转区域(主偏转区域)。
该主偏转区域以副偏转器209的可偏转尺寸呈网格状地被假想分割为多个分区(SF)30。进而，各SF30以副副偏转器216的可偏转尺寸呈网格状地被假想分割为多个子分区(此处使用意味着第3偏转的Tertiary Deflection Field的简称而称为“TF”。下同)40。在各TF40的各照射位置42描绘照射图形。
从偏转控制电路120对DAC放大器130输出消隐控制用的数字信号。在DAC放大器130中，将数字信号变换为模拟信号，并在将其放大的基础上作为偏转电压施加于消隐偏转器212。借助该偏转电压使电子束200偏转，进行各照射的消隐控制。
从偏转控制电路120对DAC放大器138输出成形偏转用的数字信号。在DAC放大器138中，将数字信号变换为模拟信号，并在将其放大的基础上作为偏转电压施加于偏转器205。借助偏转电压使电子束200偏转至第2成形孔径206的特定的位置，形成所期望的尺寸以及形状的电子束。
从偏转控制电路120对DAC放大器134输出主偏转控制用的数字信号。DAC放大器134将数字信号变换为模拟信号，并在将其放大的基础上作为偏转电压施加于主偏转器208。借助该偏转电压使电子束200偏转，各照射的粒子束被偏转至被呈网格状地假想分割的预定的分区(SF)的基准位置A(例如对应的SF的中心位置或者左下的角部位置等)。并且，当在XY工作台105连续移动的同时进行描绘的情况下，上述偏转电压也包含追随于工作台移动的追踪用的偏转电压。
从偏转控制电路120对DAC放大器132输出副偏转控制用的数字信号。DAC放大器132将数字信号变换为模拟信号，并在将其放大的基础上作为偏转电压施加于副偏转器209。借助该偏转电压使电子束200偏转，各照射的粒子束偏转至成为最小偏转区域的TF40的基准位置B(例如对应的TF的中心位置或者左下的角部位置等)。
从偏转控制电路120对DAC放大器136输出副副偏转控制用的数字信号。DAC放大器136将数字信号变换为模拟信号，并在将其放大的基础上作为偏转电压施加于副副偏转器216。借助该偏转电压使电子束200偏转，各照射的粒子束偏转至TF40内的各照射位置42。
在描绘装置100中，使用多级的偏转器，按照每个带状区域20进行描绘处理。此处，作为一例，使用主偏转器208、副偏转器209、以及副副偏转器216这3级偏转器。在XY工作台105例如朝－x方向连续移动的同时，针对第1个带状区域20朝x方向进行描绘。进而，在第1个带状区域20的描绘结束后，同样地或者朝反方向进行第2个带状区域20的描绘。以后，同样地进行第3个以后的带状区域20的描绘。
主偏转器208以追随XY工作台105的移动的方式将电子束200依次朝SF30的基准位置A偏转。并且，副偏转器209将电子束200依次从各SF30的基准位置A朝TF40的基准位置B偏转。进而，副副偏转器216将电子束200从各TF40的基准位置B朝照射至该TF40内的粒子束的照射位置42偏转。
这样，主偏转器208、副偏转器209、以及副副偏转器216具有尺寸不同的偏转区域。TF40为多级偏转器的偏转区域中的最小偏转区域。
存储装置140例如为磁盘装置，存储用于向基板101描绘图案的描绘数据。该描绘数据是将设计数据(布局数据)变换为描绘装置100用的格式而得的数据，从外部装置输入至存储装置140并被保存。
照射数据生成部50针对收纳于存储装置140的描绘数据进行多级的数据变换处理，将成为描绘对象的各图形图案分割成能够通过1次照射来照射的尺寸的照射图形，生成描绘装置固有的格式的照射数据。在照射数据中，针对每次照射例如定义有表示各照射图形的图形类别的图形码、图形尺寸(照射尺寸)、照射位置、粒子束通断时间等。所生成的照射数据被临时存储于存储器112。
关于照射数据所包含的粒子束导通时间通过如下方式计算：考虑接近效应、模拟效应、负载效应之类的引起图案的尺寸变动的原因而计算描绘区域10的各位置处的电子束的照射量(注入量)Q，并将所计算出的照射量Q除以电流密度J。粒子束截止时间根据描绘中的工作台移动速度、粒子束移动量、DAC放大器的建立时间等计算。
照射数据的生成与描绘处理并行进行，事先生成多次照射的照射数据并存储于存储器112。例如，事先生成一条带状区域20的量的照射数据并存储于存储器112。
在本实施方式中，参照事先生成的多次照射的照射数据，使用多次照射的累计照射数、平均化后的照射尺寸(粒子束尺寸)和照射位置(粒子束偏转位置)、累计粒子束通断时间，计算出偏转器(主偏转器208、副偏转器209或者副副偏转器216)表面的电荷蓄积量，对因电荷积累现象而导致的带电漂移进行修正。
如图4所示，1次照射具有粒子束导通的期间tshot和粒子束截止的期间tstl，在偏转器表面，反复呈现粒子束照射(粒子束导通)时的因散射电子而导致的带电态和粒子束截止时的放电态。
关于构成偏转器的多个电极，分别能够以图5所示的函数C(t)、D(t)来表示电极表面的电荷蓄积量的变化。函数C(t)表示粒子束导通时的带电，函数D(t)表示粒子束截止时的放电。在图5的数式中，τc是表示带电容易度的时间常数，τd是表示放电容易度的时间常数。
若将图4所示的第i个照射开始时的电荷蓄积量设为Qi，则第i个照射结束时(第i+1个照射开始时)的电荷蓄积量Qi+1、第i+1个照射结束时(第i+2个照射开始时)的电荷蓄积量Qi+2分别能够用以下的数式1表示。在数式1中，Qmax为饱和电子量、tshot为粒子束导通的时间(照射时间)、tstl为粒子束截止的时间(建立时间)、τc为带电的时间常数、τd为放电的时间常数。
[数1]
图4所示的图表与按照每1次照射计算电荷蓄积量的情况下的计算式对应。当按照每1次照射计算电荷蓄积量的情况下，伴随着照射数的增加而计算量变多，难以与描绘处理并行地而实时地进行漂移修正。因此，在本实施方式中，通过针对多次照射合计来计算电荷蓄积量能够提高计算速度、实时地进行漂移修正。
例如，在按照每2次照射计算电荷蓄积量的情况下，能够将电荷蓄积量看作如图6那样变化而简化计算。在该情况下，第i+1个照射结束时(第i+2个照射开始时)的电荷蓄积量Qi+2能够根据第i个照射开始时的电荷蓄积量Qi而用以下的数式2算出，能够1次结束2次照射的量的计算。
[数2]
并且，由于在偏转器中使用多个电极，因此认为带电源也存在多处。因此，如图7所示，考虑偏转器由4个电极E1～E4构成，且每N次照射(对N次照射进行合计)计算各电极的电荷蓄积量(带电量)的情况。能够根据电极Ej(j＝1～4)的第i个照射开始时的电荷蓄积量Qi、j，用以下的数式3求出N次照射后的电荷蓄积量Qi+N、j。
[数3]
累计照射数：N
累计照射时间：tshot(total)
累计建立时间(＝累计描绘时间－累计照射时间)：tstl(total)
平均偏转方向：
平均照射尺寸：
在数式3中，时间常数τcj、τdj、系数α、Qmax，j是与描绘布局无关的装置固有的状态参数，因此，能够通过分别以2个以上条件测定漂移的变化而得的结果事先求出粒子束照射量或者照射间隔和偏转位置。
能够使用各电极的电荷蓄积量而用以下的数式4算出漂移量。
[数4]
图8示出将照射合计的数量(数式3的累计照射数N)与1×108次照射量的漂移量的算出所需要的时间之间的关系的例子。累计照射数N越大，1×108次照射量的漂移量的算出所需要的时间越减少。另外，即便将累计照射数N改变为100、1000、10000、100000、1000000，所算出的漂移量也几乎不变。
上述的数式3、4、以及包含时间常数τcj、τdj、系数α、Qmax，j的计算式数据被收纳于存储装置140。漂移修正部52从存储装置140取出计算式数据。漂移修正部52参照收纳于存储器112的多个照射数据，算出多次照射的累计照射时间(粒子束导通的时间的合计值)、累计建立时间(粒子束截止的时间的合计值)、平均偏转方向、平均照射尺寸，并将所算出的值代入计算式而算出各电极的电荷蓄积量。
漂移修正部52根据各电极的电荷蓄积量算出漂移量，并求出消除漂移量的漂移修正量。漂移修正部52基于漂移修正量生成电子束的偏转量(粒子束照射位置)的修正信息，并赋予给描绘控制部54。描绘控制部54使用该修正信息而将粒子束照射位置的修正量赋予给偏转控制电路120。
描绘控制部54将照射数据转送给偏转控制电路120。偏转控制电路120基于照射数据而将消隐控制用的信号朝DAC放大器130输出，将成形偏转用的信号朝DAC放大器138输出。
偏转控制电路120基于照射数据和粒子束照射位置的修正量而将偏转控制用的信号朝DAC放大器132、134、136输出。由此，在描绘部150中，粒子束照射位置被修正。
这样，根据本实施方式，参照特定区间的多个照射数据，使用累计照射数、在区间内平均化后的粒子束尺寸、粒子束偏转位置(偏转方向)、区间内的粒子束导通、截止的累计时间算出漂移量，因此能够在抑制计算量的同时高精度地进行漂移修正。
特定区间(数式3的累计照射数N)并无特殊限定，例如可以为每个分区(SF30)、可以为每个子分区(TF40)、也可以为每预定照射数。
在上述实施方式中，虽然能够对因电荷积累现象而导致的带电漂移进行修正，但在描绘装置中还会产生因热或气压等原因而导致的漂移(干扰漂移)。因此，能够通过进行干扰漂移的修正而进一步提高描绘精度。干扰漂移能够用以下的方法算出。
在描绘处理中，以任意的间隔使描绘动作暂时停止，测定电子束漂移量。例如，用电子束扫描XY工作台105上的标记，基于照射位置检测器220根据反射电子的电流量检测到的粒子束位置，测定电子束漂移量。
该测定值也包含带电漂移和干扰漂移双方的影响，因此，通过从测定值减去即将使描绘动作暂时停止前的带电漂移的计算结果，求出干扰漂移量。以预定的时间间隔多次求出干扰漂移量，并对其趋势进行函数近似。干扰漂移量的近似函数登记于存储器。图9中示出漂移测定结果、带电漂移计算结果、干扰漂移量、干扰漂移量的近似函数的例子。
在算出近似函数后，漂移修正部52使用该函数预测干扰漂移量的变化。将所预测出的干扰漂移量和带电漂移的计算结果合并作为整体的电子束漂移量，对偏转量进行修正。
在上述实施方式中，对使用单粒子束的描绘装置进行了说明，但也可以是多粒子束描绘装置。
另外，本发明并不保持不变地限定于上述实施方式，在实施阶段能够在不脱离其主旨的范围对构成要素进行变形而具体化。并且，能够通过上述实施方式中公开的多个构成要素的适当组合来形成各种发明。例如，可以从实施方式所示的全部构成要素删除若干个构成要素。此外，也可以将不同的实施方式中的构成要素适当组合。
虽然使用特定的实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域技术人员知晓，能够在不脱离本发明的意图和范围的情况下进行各种各样的变更。
本申请基于2018年8月2日提出申请的日本特许出愿2018－146121，并通过引用而援引上述文件的整体。
附图标记说明
50 照射数据生成部
52 漂移修正部
54 描绘控制部
100 描绘装置
110 控制计算机
150 描绘部
160 控制部
Claims (8)
1.一种带电粒子束描绘装置，具备：
放射部，放射带电粒子束；
偏转器，调整上述带电粒子束相对于载置于工作台的基板的照射位置；
照射数据生成部，根据描绘数据，生成包含每次照射的照射尺寸、照射位置以及粒子束通断时间的照射数据；
漂移修正部，针对上述带电粒子束所要照射的每个预定的区域、或者所要照射的上述带电粒子束的每个预定的照射数，参照多个上述照射数据，基于上述照射尺寸、上述照射位置以及上述粒子束通断时间，算出朝上述基板照射的上述带电粒子束的照射位置的漂移量，并基于该漂移量生成对照射位置偏移进行修正的修正信息；以及
偏转控制部，基于上述照射数据以及上述修正信息来控制由上述偏转器产生的偏转量。
2.根据权利要求1所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述偏转器具有多个电极，
上述漂移修正部使用多次照射的照射尺寸的平均值、多次照射的照射位置的平均值、以及多次照射的累计粒子束通断时间，计算上述偏转器的各电极的带电量，并根据各电极的带电量算出上述漂移量。
3.根据权利要求1或2所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述偏转器具有：
第1偏转器，以追随上述工作台的移动的方式，将带电粒子束偏转至上述基板的描绘区域被假想分割为网格状而成的多个第1小区域的基准位置；
第2偏转器，将上述带电粒子束从各第1小区域的基准位置偏转至各第1小区域被假想分割为网格状而成的多个第2小区域的基准位置；以及
第3偏转器，将上述带电粒子束从各第2小区域的基准位置偏转至照射至该第2小区域内的粒子束的照射位置，
上述漂移修正部参照上述第1小区域所包含的多次照射的照射数据、或者上述第2小区域所包含的多次照射的照射数据，算出上述漂移量。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
还具备；
标记，设置在上述工作台上；以及
照射位置检测器，根据利用上述带电粒子束扫描上述标记时的反射带电粒子检测粒子束照射位置，
基于根据由上述照射位置检测器检测到的粒子束照射位置测定的漂移量和上述漂移修正部算出的漂移量之间的差分，求出干扰漂移量。
5.一种带电粒子束描绘方法，具备：
放射带电粒子束的工序；
使用偏转器调整上述带电粒子束相对于载置于工作台的基板的照射位置的工序；
根据描绘数据，生成包含每次照射的照射尺寸、照射位置以及粒子束通断时间的照射数据的工序；
针对上述带电粒子束所要照射的每个预定的区域、或者所要照射的上述带电粒子束的每个预定的照射数，参照多个上述照射数据，基于上述照射尺寸、上述照射位置以及上述粒子束通断时间，算出朝上述基板照射的上述带电粒子束的照射位置的漂移量的工序；
基于上述漂移量生成对照射位置偏移进行修正的修正信息的工序；以及
基于上述照射数据以及上述修正信息来控制由上述偏转器产生的偏转量的工序。
6.根据权利要求5所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
上述偏转器具有多个电极，
使用多次照射的照射尺寸的平均值、多次照射的照射位置的平均值、以及多次照射的累计粒子束通断时间，计算上述偏转器的各电极的带电量，并根据各电极的带电量算出上述漂移量。
7.根据权利要求5或6所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
上述偏转器具有：
第1偏转器，以追随上述工作台的移动的方式，将带电粒子束偏转至上述基板的描绘区域被假想分割为网格状而成的多个第1小区域的基准位置；
第2偏转器，将上述带电粒子束从各第1小区域的基准位置偏转至各第1小区域被假想分割为网格状而成的多个第2小区域的基准位置；以及
第3偏转器，将上述带电粒子束从各第2小区域的基准位置偏转至照射至该第2小区域内的粒子束的照射位置，
参照上述第1小区域所包含的多次照射的照射数据、或者上述第2小区域所包含的多次照射的照射数据，算出上述漂移量。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
根据利用上述带电粒子束扫描设置在上述工作台上的标记时的反射带电粒子检测粒子束照射位置，
基于根据检测到的粒子束照射位置测定的漂移量和上述算出的漂移量之间的差分，求出干扰漂移量。
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