CN112558420A - 多带电粒子束评价方法以及多带电粒子束描绘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多带电粒子束评价方法以及多带电粒子束描绘装置。基于本发明的一个方案的多带电粒子束评价方法具备：使用多带电粒子束在基板上以预定的间距描绘使线宽的设计值以预定的变化量变化的多个评价图案的工序；测定所描绘的多个评价图案的线宽的工序；以及提取出多个评价图案的线宽测定结果与设计值之间的差值的分布在特定周期中的变动的工序。上述预定的变化量为数据分辨率以上，且比成为多带电粒子束的每一束的照射单位区域的像素的尺寸小。

Description

多带电粒子束评价方法以及多带电粒子束描绘装置
技术领域
本发明涉及多带电粒子束评价方法以及多带电粒子束描绘装置。
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，采用如下的方法：使用缩小投影型曝光装置，将在石英上形成的高精度的原画图案(掩模、或者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作中间掩模)缩小转印至晶片上。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。
关于使用多粒子束的描绘装置，与利用1条电子束进行描绘的情况相比，能够一次照射较多的粒子束，因此能够大幅提高生产量。在作为多粒子束描绘装置的一个实施方式的、使用了消隐孔径阵列的多粒子束描绘装置中，例如使从1个电子枪射出的电子束通过具有多个开口的成型孔径阵列来形成多粒子束(多个电子束)。多粒子束在与消隐孔径阵列的各个对应的消隐器内通过。消隐孔径阵列具有用于使粒子束相独立地偏转的电极对，在电极对之间形成有粒子束通过用的开口。将电极对(消隐器)的一方的电极固定在接地电位，将另一方的电极在接地电位与接地以外的电位进行切换，由此来进行所通过的电子束的消隐偏转。借助消隐器而偏转后的电子束被遮蔽，未被偏转的电子束照射至基板上。
多粒子束描绘装置将基板的描绘区域分割成网格状的多个像素，借助通过对各像素照射所需要的照射量的粒子束而形成的像素图案(位图)的组合来描绘所期望的图案。当像素尺寸为粒子束尺寸的情况下，利用1条粒子束照射1个像素。对由描绘数据定义的图形图案分配像素，基于针对每个像素配置的图形图案的面积密度来计算各像素的照射量。因而，当将照射面积密度为100％的像素的粒子束的照射量设为100％的情况下，存在照射量不足100％的粒子束。
在多粒子束描绘中，因光学系统的特性等原因，会产生照射位置偏移的粒子束。关于多粒子束，由于使其整体一并偏转，因此无法对粒子束的位置相独立地进行修正。因此，进行根据粒子束的位置偏移量而朝周围的粒子束分配照射量的照射量调制处理，使得即便在利用位置偏移后的粒子束进行曝光的情况下，也不会在对抗蚀剂赋予的剂量分布呈现出粒子束位置偏移的影响。
这样，因对应的像素的图案面积密度或照射量调制处理，存在大量照射量不到100％的粒子束(灰度束)。当并未适当地进行照射量的调整的情况下，有时会对描绘图案的尺寸精度或位置精度造成影响。并且，有时会呈现出各粒子束的模糊的影响。因此，谋求一种能够定量地、且容易地评价灰度束的控制性或析像力的方法。
发明内容
本发明提供一种能够容易地评价灰度束的控制性或析像力的多带电粒子束评价方法以及多带电粒子束描绘装置。
本发明的一个方案所涉及的多带电粒子束评价方法具备：使用多带电粒子束在基板上以预定的间距描绘使线宽的设计值以预定的变化量变化的多个评价图案的工序；测定所描绘的上述多个评价图案的线宽的工序；以及提取出上述多个评价图案的线宽测定结果与设计值之间的差值的分布在特定周期中的变动的工序。上述预定的变化量为数据分辨率以上，且比成为上述多带电粒子束的每一束的照射单位区域的像素的尺寸小。
附图说明
图1是基于本发明的实施方式的多带电粒子束描绘装置的简图。
图2是对扫描动作的例子进行说明的图。
图3的(a)～(d)是对描绘动作的一例进行说明的图。
图4的(a)是示出在栅格上的例子的图，图4的(b)以及(c)是示出从栅格偏离的例子的图。
图5的(a)是示出在栅格上的例子的图，图5的(b)是示出从栅格偏离的例子的图。
图6是对该实施方式所涉及的多粒子束评价方法进行说明的流程图。
图7是示出评价图案的例子的图。
图8是示出评价图案的尺寸测定结果和设计值之间的差值的分布的例子的图表。
图9是示出评价图案的例子的图。
图10是示出评价图案的例子的图。
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，对作为带电粒子束的一例而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是基于本实施方式的描绘装置的简要结构图。描绘装置具备控制部1和描绘部2。描绘装置是多带电粒子束描绘装置的一例。描绘部2具备电子镜筒20和描绘室30。在电子镜筒20内配置有电子枪21、照明透镜22、成型孔径阵列基板23、消隐孔径阵列基板24、缩小透镜25、限制孔径部件26、物镜27、以及偏转器28。缩小透镜25以及物镜27均由电磁透镜构成，由缩小透镜25以及物镜27构成缩小光学系统。
在描绘室30内配置有XY工作台32。在XY工作台32上载置有作为描绘对象的基板40。基板40是制造半导体装置时的曝光用掩模、制造半导体装置的半导体基板(硅晶片)、涂布有抗蚀剂但尚未描绘任何图案的掩模基板等。
在成型孔径阵列基板23，以预定的排列间距呈矩阵状地形成有m行n列(m，n≧2)的开口。各开口均由相同尺寸形状的矩形或者圆形形成。
从电子枪21射出的电子束B借助照明透镜22而大致垂直地对成型孔径阵列基板23的多个开口整体进行照明。电子束B通过成型孔径阵列基板23的多个开口，由此形成m行n列的电子束(多粒子束)MB。
在消隐孔径阵列基板24，与成型孔径阵列基板23的各开口的配置位置对应地形成有通过孔。在各通过孔分别配置有成对的2个电极的组(消隐器：消隐偏转器)。在各粒子束用的2个电极中的一方连接有施加电压的放大器，另一方被接地。通过各通过孔的电子束彼此独立地借助被施加于成对的2个电极的电压而偏转。通过该电子束的偏转来进行消隐控制。
通过消隐孔径阵列基板24后的多粒子束MB由缩小透镜25缩小，并朝在限制孔径部件26形成的中心的开口前进。由消隐孔径阵列基板24的消隐器偏转后的电子束相对于限制孔径部件26的中心的开口而发生位置偏移，由限制孔径部件26遮蔽。另一方面，未由消隐器偏转的电子束通过限制孔径部件26的中心的开口。
这样，限制孔径部件26遮蔽借助消隐器而以成为粒子束截止的状态的方式被偏转了的各粒子束。进而，利用在从粒子束通过至粒子束截止的期间形成的、通过了限制孔径部件26的粒子束来形成1次发射的量的粒子束。
通过限制孔径部件26后的多粒子束MB由物镜27对焦而成为所期望的缩小率的图案像，借助偏转器28一并偏转，并照射至基板40。例如，在XY工作台32连续移动时，利用偏转器28进行控制，以使得粒子束的照射位置追随于XY工作台32的移动。
一次照射的多粒子束MB理想状态下以对成型孔径阵列基板23的多个开口的排列间距乘以上述的所期望的缩小率而得的间距排列。描绘装置以连续地依次照射发射粒子束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，所需要的粒子束通过消隐控制而被控制为粒子束通过。
如图2所示，基板40的描绘区域50例如在y方向以预定的宽度被假想分割成长条状的多个带状区域52。例如，使XY工作台32移动，进行调整以使得能够通过一次多粒子束MB的照射而进行照射的照射区域位于第1个带状区域52的左端，开始进行描绘。通过使XY工作台32朝－x方向移动，能够相对地使描绘朝x方向进展。
在第1个带状区域52的描绘结束后，使工作台位置朝－y方向移动，进行调整以使得照射区域位于第2个带状区域52的右端，开始进行描绘。进而，通过使XY工作台32例如朝x方向移动，朝－x方向进行描绘。
通过以在第3个带状区域52中朝x方向进行描绘、在第4个带状区域52中朝－x方向进行描绘的方式交替地改变朝向并进行描绘，能够缩短描绘时间。但是，并不限于交替地改变朝向并进行描绘的情况，在描绘各带状区域52时，也可以朝相同的方式进行描绘。
图3的(a)～(d)是对带状区域52内的描绘动作的一例进行说明的图。图3的(a)～(d)例如示出在x、y方向使用4×4的多粒子束在带状区域52内进行描绘的例子。
带状区域52例如呈格子状地被分割为多个像素区域PX(以下记为像素PX)。在该例子中，在x方向或者y方向使照射位置每次偏移1个像素PX的同时通过16次发射来对多粒子束整体的1个照射区域进行曝光(描绘)。1个像素PX是每1条粒子束的照射单位区域。即、像素PX的尺寸就是粒子束尺寸。
图3的(a)示出通过1次发射照射到的像素PX。其次，如图3的(b)所示，在使位置在y方向每次偏移1个像素的同时，依次进行第2、3、4次发射，接着，如图3的(c)所示，使位置在x方向偏移1个像素，进行第5次发射。其次，在使位置在y方向每次偏移1个像素的同时，依次进行第6、7、8次发射。反复进行同样的动作，如图3的(d)所示，依次进行剩余的第9～16次发射。通过16次发射，能够利用1条粒子束描绘以粒子束间距划分的范围。
在进行描绘处理时，控制部1从存储部(省略图示)读取描绘数据，并使用描绘数据所定义的图案，计算各带状区域52内的所有的像素PX的图案面积密度ρ。控制部1对图案面积密度ρ乘以基准照射量D0，计算朝各像素PX照射的粒子束的照射量ρD0。
例如，当朝各像素分配线状图案的情况下，关于图案短边方向的端部的像素，存在图案面积密度ρ为100％的情况和不足100％的情况。当端部的像素的图案面积密度ρ为100％的情况下，如图4的(a)所示，图案(图中斜线部)的端边与像素PX的边界一致。
当图案面积密度ρ不足100％的情况下，如图4的(b)、图4的(c)所示，图案的端边与像素PX的边界不一致。端部的像素PX被照射照射量与图案面积密度ρ对应的灰度束。通过调整针对端部的像素PX的照射量，能够控制线状图案的线宽(W、W1、W2)。
图4的(a)～4的(c)示出调整针对图中右端部的像素PX的照射量的例子，但如图5的(a)、5的(b)所示，也能够调整针对左端部的像素PX的照射量。
另外，在以下的说明中，将如图4的(a)、图5的(a)所示那样图案的端边与像素PX的边界一致的状态称为“在栅格上”，将如图4的(b)、图4的(c)、图5的(b)所示那样照射灰度束而图案的端边与像素PX的边界不一致的状态称为“从栅格偏离”。
这样，在多粒子束描绘中，通过调整各像素的照射量(表示照射时间的灰度值)，能够以比x方向或者y方向的粒子束尺寸小、数据分辨率大的尺寸，控制图案的尺寸或配置位置。因此，需要评价灰度束的控制性或析像力。
如图6所示，基于本实施方式的多粒子束的粒子束照射量控制性的评价方法具有：评价图案描绘工序(步骤S1)、测定所描绘的评价图案的尺寸的工序(步骤S2)、根据尺寸测定结果来解析照射量控制性的工序(步骤S3)。
在评价图案描绘工序中，使XY工作台32停止，在基板40上，作为评价图案，相互平行地以预定的间距N描绘如图7所示那样的、使线宽以数据分辨率以上且粒子束尺寸(像素尺寸)以下的步长逐渐变化的多个线状图案。例如，间距N是能够利用偏转器28使1个粒子束偏转的尺寸。线状图案的线宽方向的一方的端边(图中左侧的端边)彼此的间距为相同的值N。1个线状图案由1条粒子束描绘。多个线状图案分别由不同束同时描绘。
不同束是通过成型孔径阵列基板23的不同开口的粒子束。换言之，不同束是通过消隐孔径阵列基板24的不同通过孔的粒子束。线状图案的线宽方向(宽度方向)是线状图案的短边方向。线状图案的线宽方向与线状图案的长边方向(延伸方向)正交。
在图7所示的例子中，将粒子束尺寸设为R，使线宽每次改变R/10。即、以反复配置有线宽N/2的图案P0、线宽N/2+R/10的图案P1、线宽N/2+2R/10的图案P2、线宽N/2+3R/10的图案P3、···、线宽N/2+9R/10的图案P9的方式来描绘评价图案。例如，在粒子束尺寸R为10nm的情况下，图案P0～P9的线宽依次相差1nm。
通过调整各图案的宽度方向的端部(图中右端部)的像素的照射量，能够在将间距N固定的同时描绘线宽互不相同的图案。图案P0的两端部在栅格上。图案P1～P9的左端部在栅格上、右端部从栅格偏离。
另外，在评价图案的描绘时，优选预先关闭消隐孔径阵列基板24的形变修正、基板40的挠曲修正等修正功能。此时，通过将评价图案的图案数据配置在将描绘区域分割为像素的网格的开始坐标，且以该图案数据的配置间距为网格的整数倍的方式制作描绘数据并进行描绘，能够实施完全的在栅格上描绘，因此，通过与之进行比较，能够进行更高精度的在栅格上/从栅格偏离评价。并且，也可以通过将在栅格上和从栅格偏离重叠描绘，评价多重通道的在栅格上、从栅格偏离。
在描绘这样的评价图案后，进行显影、蚀刻处理，并使用SEM(扫描型电子显微镜)等测定在基板40上形成的图案的线宽。
在解析工序中，计算线宽的测定结果与设计值之间的差值(ΔCD)。若对所计算出的差值按照图案的顺序依次描点，则例如能够得到如图8所示那样的图表。为了提取出该差值分布中的特定周期中的变动，进行FFT(高速傅里叶变换)处理，计算空间频率。当空间频率的峰值为预定的阈值以下的情况下，判定为能够实现所期望的描绘精度。当空间频率的峰值超过预定的阈值的情况下，判定为存在产生工艺的变动、灰度束的灰度偏移、对焦偏移等的可能性。
这样，通过描绘以小于粒子束尺寸的大小使尺寸一点点变化的评价图案，对评价图案的尺寸测定结果进行FFT处理，并确认是否未产生任意的周期，能够容易且定量地评价灰度束的控制性或析像力。
关于图7所示的评价图案，针对使线宽从N/2起每次增大R/10的例子进行了说明，但也可以使其每次减小R/10。评价图案的线宽的差值也可以并非R/10。评价图案的间距并不限定于N，也可以是k×N(k为2以上的整数)。成为评价图案的基准的线宽并不限定于N/2，也可以是j×N(j为1以上的整数)。
在上述的本实施方式中，针对使评价图案的间距固定而改变线宽的例子进行了说明，但也可以使线宽固定而改变间距。
例如，如图9所示，使间距每次改变成为数据分辨率以上的R/10而描绘线宽N/2的评价图案。即、以使得图案P10与P11的间距为N、图案P11与P12的间距为N+R/10、图案P12与P13的间距为N+2R/10、···、图案P19与P10的间距为N+9R/10的方式反复配置图案P10～P19。例如，当粒子束尺寸R为10nm的情况下，图案的间距依次相差1nm。
通过调整各图案的宽度方向的两端部的像素的照射量，能够描绘使线宽固定并使间距逐渐变化的评价图案。例如，图案P0的两端部在栅格上。图案P11的左端部在栅格上、右端部从栅格偏离。图案P12～P19的两端部从栅格偏离。
测定所描绘的图案的线宽，根据线宽的测定结果与设计值之间的差值分布的空间频率，能够容易地发现特定周期中的异常。并且，测定描绘图案的间距，根据测定结果与设计值之间的差值分布的空间频率，能够评价描绘位置的控制性。
关于评价图案，也可以用恒定的间距描绘以小于粒子束尺寸的偏移幅度在宽度方向依次偏移并将多个矩形部在长边方向连结的线状的图案。
例如，如图10所示，1条线状图案P20是使宽度N/2的矩形部C1～C4在宽度方向每次偏移R/10并进行连结的图案。即、矩形部C2相对于矩形部C1在宽度方向偏移R/10、矩形部C3相对于矩形部C1在宽度方向偏移2R/10、矩形部C4相对于矩形部C1在宽度方向偏移3R/10。以预定的间距N描绘多个图案P20。
通过调整各矩形部的宽度方向的两端的像素的照射量，能够描绘使矩形部错开并连结的线状的图案。各图案P20的矩形部C1的宽度方向的两端部在栅格上。各图案P20的矩形部C2～C4的宽度方向的两端部从栅格偏离。
测定所描绘的图案的各矩形部的线宽，根据基于线宽的测定结果与设计值之间的差值的空间频率，能够容易地发现特定周期中的异常。并且，通过考虑两端在栅格上的矩形部C1的线宽测定结果，能够除去消隐孔径阵列基板24的形变的影响。
也可以通过多重描绘来描绘评价图案。在第1次的描绘和第2次的描绘中，也可以将端部在栅格上的像素和端部从栅格偏离的像素互换。并且，评价图案并不限定于线形状，只要是具有一定的线宽的形状即可，例如也可以是接触孔图案。
另外，本发明并不限定于上述实施方式自身，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，通过在上述实施方式中公开的多个构成要素的适当组合能够形成各种发明。例如，可以从实施方式所公开的全部构成要素删除几个构成要素。此外，也可以将不同实施方式中的构成要素适当组合。

Claims (17)

1.一种多带电粒子束评价方法，具备：
使用多带电粒子束在基板上以预定的间距描绘使线宽的设计值以预定的变化量变化的多个评价图案的工序；
测定所描绘的上述多个评价图案的线宽的工序；以及
提取出上述多个评价图案的线宽测定结果与设计值之间的差值的分布在特定周期中的变动的工序，
上述预定的变化量为数据分辨率以上，且比成为上述多带电粒子束的每一束的照射单位区域的像素的尺寸小。
2.根据权利要求1所述的多带电粒子束评价方法，其中，
通过对空间频率进行解析来提取出上述特定周期中的变动。
3.根据权利要求1所述的多带电粒子束评价方法，其中，
在上述描绘中，将修正功能关闭而进行描绘。
4.根据权利要求2所述的多带电粒子束评价方法，其中，
将上述评价图案的图案数据配置于将上述评价图案分割为上述像素的网格的开始坐标，并以使得上述图案数据的配置间距成为上述网格的整数倍的方式制作上述评价图案的描绘数据。
5.根据权利要求1所述的多带电粒子束评价方法，其中，
使用上述多带电粒子束的不同的束同时描绘上述多个评价图案。
6.一种多带电粒子束评价方法，具备：
使用多带电粒子束在基板上以使设计上的间距以预定的变化量变化的方式描绘多个评价图案的工序；
测定所描绘的上述多个评价图案的间距的工序；以及
提取出上述多个评价图案的间距的测定结果与设计值之间的差值的分布在特定周期中的变动的工序，
上述预定的变化量比成为上述多带电粒子束的每一束的照射单位区域的像素的尺寸小。
7.根据权利要求6所述的多带电粒子束评价方法，其中，
通过对空间频率进行解析来提取出上述特定周期中的变动。
8.根据权利要求6所述的多带电粒子束评价方法，其中，
在上述描绘中，将修正功能关闭而进行描绘。
9.根据权利要求8所述的多带电粒子束评价方法，其中，
将上述评价图案的图案数据配置于将上述评价图案分割为上述像素的网格的开始坐标，并以使得上述图案数据的配置间距成为上述网格的整数倍的方式制作上述评价图案的描绘数据。
10.根据权利要求6所述的多带电粒子束评价方法，其中，
使用上述多带电粒子束的不同的束同时描绘上述多个评价图案。
11.一种多带电粒子束评价方法，具备：
使用多带电粒子束在基板上以预定的间距描绘多个具有设计线宽的评价图案的工序；
测定所描绘的上述多个评价图案的线宽的工序；以及
提取出上述多个评价图案的线宽测定结果与设计值之间的差值的分布在特定周期中的变动的工序，
各评价图案具有在宽度方向偏移并连结的多个矩形部，
上述多个矩形部的偏移幅度为数据分辨率以上，且比成为上述多带电粒子束的每一束的照射单位区域的像素的尺寸小，
测定各矩形部的线宽。
12.根据权利要求11所述的多带电粒子束评价方法，其中，
通过对空间频率进行解析来提取出上述特定周期中的变动。
13.根据权利要求11所述的多带电粒子束评价方法，其中，
在上述描绘中，将修正功能关闭而进行描绘。
14.根据权利要求13所述的多带电粒子束评价方法，其中，
将上述评价图案的图案数据配置于将上述评价图案分割为上述像素的网格的开始坐标，并以使得上述图案数据的配置间距成为上述网格的整数倍的方式制作上述评价图案的描绘数据。
15.根据权利要求11所述的多带电粒子束评价方法，其中，
使用上述多带电粒子束的不同的束同时描绘上述多个评价图案。
16.一种多带电粒子束描绘装置，具备：
描绘部，使用多带电粒子束在基板上描绘图案；以及
控制部，控制上述描绘部，以便在上述基板上以预定的间距描绘线宽的变化量为数据分辨率以上且比成为上述多带电粒子束的每一束的照射单位区域的像素的尺寸小的多个线状的评价图案。
17.根据权利要求16所述的多带电粒子束描绘装置，其中，
将修正功能关闭而描绘上述评价图案。
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