CN115113490A - 多带电粒子射束描绘装置及其调整方法 - Google Patents

多带电粒子射束描绘装置及其调整方法 Download PDF

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Abstract

提供能够简便且高精度地进行多射束的像散校正的多带电粒子射束描绘装置及其调整方法。多带电粒子射束描绘装置具备：物镜，调整多射束的焦点位置；像散校正元件，校正多射束的像散；检查孔径，使多射束中的一根通过；偏转器，使多射束偏转，在检查孔径上扫描多射束；电流检测器，检测通过检查孔径后的多射束的各射束的射束电流；射束图像制作部，基于射束电流制作射束图像；特征量计算部，在第一方向上将射束图像的亮度相加而生成第一波形，根据第一波形计算第一特征量，在与第一方向不同的第二方向上将射束图像的亮度相加而生成第二波形，根据第二波形计算第二特征量；及参数计算部，基于第一及第二特征量，计算对像散校正元件设定的激励参数。

Description

多带电粒子射束描绘装置及其调整方法
[关联申请]
本申请享受以日本专利申请2021－047496号(申请日：2021年3月22日)为基础申请的优先权。本申请通过参照此基础申请包括基础申请的全部内容。
技术领域
本发明涉及多带电粒子射束描绘装置及其调整方法。
背景技术
随着LSI的高集成化，半导体器件的电路线宽进一步微细化。用于在这些半导体器件上形成电路图案的曝光用掩模(步进曝光装置或扫描仪中使用的掩模也称为中间掩模(reticle))的方法，使用具有优异的分辨率的电子射束描绘技术。
作为电子射束描绘装置，正在进行使用多射束的描绘装置的开发，以取代此前的使一根射束偏转而向基板上的必要部位照射射束的单射束描绘装置。通过使用多射束，与使用一根电子射束进行描绘的情况相比，能够照射更多的射束，因此能够大幅度地提高生产率。在多射束方式的描绘装置中，例如，使从电子枪释放的电子射束通过具有多个孔的孔径部件而形成多射束，由消隐孔径阵列进行各射束的消隐控制，未被遮蔽的射束由光学系统缩小，照射到在可移动的载物台上载置的基板上。
在多射束描绘中，对焦、像散调整等光学系统的调整是重要的。以往，一边用物镜改变焦点位置，一边扫描载物台上的线状的反射标记，来检测反射电子，基于在各焦点位置得到的分布进行对焦。在日本特开2018－82120号公报中，记载了用多射束扫描检查孔径来制作射束图像，基于射束图像的特征量求出最优焦点位置，并控制物镜。
另外，在日本特开2018－82120号公报中记载了如下内容：检测射束图像内的个别射束的轮廓，进行椭圆拟合，以接近正圆的方式控制像散校正线圈的励磁电流值。但是，在这样的方法中，在模糊大、像散量大等情况下，存在拟合失败，解析变得困难的问题。
发明内容
本发明提供能够简便且高精度地进行多射束的像散校正的多带电粒子射束描绘装置及其调整方法。
本发明的一个方式的多带电粒子射束描绘装置，包括：物镜，调整多射束的焦点位置；像散校正元件，校正所述多射束的像散；载物台，载置作为描绘对象的基板；检查孔径，设置于所述载物台，使所述多射束中的一根射束通过；电流检测器，检测通过了所述检查孔径后的所述多射束的各射束的射束电流；偏转器，使所述多射束偏转，在所述检查孔径上扫描所述多射束；射束图像制作部，基于检测出的射束电流来制作射束图像；特征量计算部，在第一方向上将所述射束图像的亮度相加而生成第一波形，并根据所述第一波形计算第一特征量，在与所述第一方向不同的第二方向上将所述射束图像的亮度相加而生成第二波形，并根据所述第二波形计算第二特征量；以及参数计算部，基于所述第一特征量及所述第二特征量，计算对所述像散校正元件设定的激励参数。
附图说明
图1是本发明的实施方式的多带电粒子射束描绘装置的概略图。
图2是孔径部件的概略图。
图3是说明该实施方式的像散调整方法的流程图。
图4A是表示射束图像的图，图4B及图4C是表示亮度相加波形的图。
图5A、图5B是表示透镜值与特征量的关系的例子的曲线图。
图6是表示透镜值与特征量的关系的例子的曲线图。
图7是表示亮度相加波形的图。
图8是表示加权后的亮度相加波形的图。
图9A、图9B是表示透镜值与特征量的关系的例子的曲线图。
图10是说明亮度相加方向的图。
附图标记说明
2 电子射束镜筒
4 电子枪
6 照明透镜
8 孔径部件
10 消隐孔径阵列
12 缩小透镜
14 限制孔部件
16 物镜
17 偏转器
18 像散校正线圈
20 描绘室
22 XY载物台
32 控制计算机
34 偏转控制电路
36 透镜控制电路
38 线圈控制电路
40 多射束检查用孔径(检查孔径)
50 电流检测器
60 描绘数据处理部
61 描绘控制部
62 射束图像制作部
63 特征量计算部
67 最优线圈值检测部
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
图1是本发明的实施方式的多带电粒子射束描绘装置的概略图。在本实施方式中，作为带电粒子射束的一例，对使用电子射束的结构进行说明。但是，带电粒子射束不限于电子射束，也可以是离子射束等其他带电粒子射束。
该描绘装置具备：描绘部W，对作为描绘对象的基板24照射电子射束而描绘期望的图案；和控制部C，控制描绘部W的动作。
描绘部W具有电子射束镜筒2及描绘室20。在电子射束镜筒2内配置有电子枪4、照明透镜6、孔径部件8、消隐孔径阵列10、缩小透镜12、限制孔径部件14、物镜16、偏转器17以及像散校正线圈18。
在描绘室20内配置XY载物台22。在XY载物台22上载置有作为描绘对象的基板24。作为描绘对象的基板24例如包括晶片、以及使用以准分子激光为光源的步进曝光装置(stepper)、扫描仪等的缩小投影型曝光装置、极端紫外线曝光装置(EUV)对晶片转印图案的曝光用掩模。
另外，在XY载物台22上，在与载置基板24的位置不同的位置上，配置有多射束用射束检查装置，该多射束用射束检查装置具有多射束检查用孔径40(以下，记载为“检查孔径40”)及电流检测器50。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优选设置在与基板24相同的高度位置。
控制部C具有控制计算机32、偏转控制电路34、透镜控制电路36以及线圈控制电路38。偏转控制电路34与偏转器17连接。透镜控制电路36与物镜16连接。线圈控制电路38与像散校正线圈18连接。
控制计算机32具有描绘数据处理部60、描绘控制部61、射束图像制作部62、特征量计算部63以及最优线圈值计算部67(参数计算部)。控制计算机32的各部既可以由电路等硬件构成，也可以由执行这些功能的程序等软件构成。在由软件构成的情况下，也可以将实现这些功能的程序收纳在记录介质中，使包含电路等的计算机读入并执行。
在未图示的存储装置中存储有将设计数据(布局数据)变换为描绘装置用的格式的描绘数据。描绘数据处理部60从该存储装置读出描绘数据，实施多级的数据变换处理，生成发射数据。发射数据按每个像素而被生成，运算描绘时间(照射时间)。例如，在对象像素上不形成图案的情况下，由于射束照射为无，所以定义描绘时间零或者没有射束照射的识别码。在此，预先设定一次多射束照射中的最大描绘时间T(最大曝光时间)。实际照射的各射束的照射时间优选与计算出的图案的面积密度成比例地求出。另外，最终计算出的各射束的照射时间优选为与校正后的照射量相当的时间，该校正后的照射量是通过照射量来校正相对于引起未图示的邻近效应、模糊效应、负载效应等尺寸变动的现象的尺寸变动量而得到的。因此，实际照射的各射束的照射时间可按每个射束而不同。用最大描绘时间T内的值运算各射束的描绘时间(照射时间)。另外，描绘数据处理部60将运算出的各像素的照射时间数据作为描绘该像素的射束用的数据，针对多射束的每一次发射，生成按照多射束的各射束的排列顺序排列的照射时间排列数据。
偏转控制电路34使用照射时间排列数据(发射数据)，生成使多射束偏转的偏转量数据。描绘控制部61向偏向控制电路34及驱动描绘部W的控制电路(省略图示)输出用于实施描绘处理的控制信号。描绘部W基于控制信号，使用多射束在基板24上描绘期望的图案。具体而言，如下进行动作。
从电子枪4释放的电子射束30通过照明透镜6大致垂直地对孔径部件8整体进行照明。图2是表示孔径部件8的结构的概念图。在孔径部件8上，纵(y方向)m列×横(x方向)n列(m，n≥2)的开口部80以规定的排列间距形成为矩阵状。例如，形成512列×512列的开口部80。各开口部80均由相同尺寸形状的矩形形成。各开口部80也可以是相同直径的圆形。
电子射束30对包括孔径部件8的全部开口部80的区域进行照明。通过使电子射束30的一部分分别通过这多个开口部80，形成图1所示的多射束30a～30e。
在消隐孔径阵列10中，与孔径部件8的各开口部80的配置位置对应地形成贯通孔，在各贯通孔中分别配置由成对的2个电极构成的消隐器。通过各贯通孔的电子射束30a～30e分别独立地通过消隐器所施加的电压而偏向。通过该偏转，对各射束进行消隐控制。通过消隐孔径阵列10，对通过了孔径部件8的多个开口部80的多射束的各射束进行消隐偏转。
通过了消隐孔径阵列10的多射束30a～30e，各自的射束尺寸和排列间距由缩小透镜12来缩小，朝向形成在限制孔径部件14上的中心开口前进。由消隐孔径阵列10的消隐器偏转后的电子射束，其轨道移位而位置从限制孔径部件14的中心的开口偏离，电子射束被限制孔径部件14遮蔽。另一方面，未被消隐孔径阵列10的消隐器偏转的电子射束在限制孔径部件14的中心的开口通过。
限制孔径部件14将由消隐孔径阵列10的消隐器偏转为电子射束成为关闭(OFF)的状态的各电子射束遮蔽。并且，从射束开启(ON)后到射束关闭为止通过了限制孔径部件14的射束成为一次发射的电子射束。
通过了限制孔部件14的电子射束30a～30e通过物镜16被对焦，而在基板24上形成具有期望的缩小率的图案图像。通过了限制孔部件14的各电子射束(多射束整体)由偏转器17向相同方向集中偏转，并照射在基板24上。
一次被照射的多射束，理想的是以对孔径部件8的多个开口部80的排列间距乘以上述期望的缩小率而得到的间距排列。该描绘装置以连续依次照射出发射射束的光栅扫描方式进行描绘动作，在描绘期望的图案时，根据图案，通过消隐控制将必要的射束控制为射束开启(ON)。在XY载物台22连续移动时，由偏转器17来控制，以使得射束的照射位置追随XY载物台22的移动。
在这样的描绘装置中，为了提高描绘精度，需要调整光学系统并校正像散。在本实施方式中，使用具有检查孔径40及电流检测器50的多射束用射束检查装置来检查射束，并调整光学系统。
检查孔径40限制为电子射束仅通过一根，例如在中心部形成有贯通孔。在将基板24上的多射束的射束间距设为P、并将(1根)射束的尺寸设为S的情况下，优选贯通孔的直径φ1为S<φ1<P－S。由于S<P－S，因此射束间距P大于射束尺寸S的两倍。
通过使直径φ1大于射束尺寸S，从而能够使1根电子射束整体通过贯通孔，能够提高S/N比。直径φ1优选尽可能大，以便容易找到射束，而且孔不会被异物堵塞。
另外，通过使直径φ1小于P－S，从而在扫描多射束时，相邻的两根射束(的一部分)不会同时通过贯通孔。因此，贯通孔能够仅使多射束中的一个电子射束通过。
通过了检查孔径40的贯通孔后的一根电子射束入射到电流检测器50，检测射束电流。电流检测器50例如可以使用SSD(半导体检测器(solid－state detector))。电流检测器50的检测结果被通知给控制计算机32。
接着，使用图3所示的流程图，说明调整像散的方法。
移动XY载物台22，在可照射多射束的位置配置检查孔径40(步骤S1)。
线圈控制电路38变更、设定用于校正像散的像散校正线圈18(像散校正元件)的激励参数(励磁电流值、像散校正线圈值)(步骤S2)。如后所述，像散校正线圈值被设定为，预先设定的范围内的多个值可变。首先，将像散校正线圈值设定为E1。
透镜控制电路36变更、设定物镜16的激励参数(励磁电流值、透镜值)(步骤S3)。如后所述，透镜值被设定为，预先设定的范围内的多个值可变。
用偏转器17使多射束向XY方向偏转，扫描检查孔径40，依次切换在贯通孔通过的电子射束(步骤S4)。电流检测器50检测射束电流。扫描方向不限定于XY方向(射束阵列排列方向)，可以是任意方向。用于扫描的多射束不需要是通过在孔径部件8的开口部80通过而形成的全部射束，也可以是一部分射束。即，将消隐孔径阵列10的一部分的消隐器设为射束开启，且将其他的消隐器设为射束关闭，而扫描检查孔径40即可。
控制计算机32取得由电流检测器50检测出的射束电流。射束图像制作部62将射束电流变换为亮度，基于偏转器17的偏转量，制作射束图像。然后，特征量计算部63根据射束图像来计算特征量(步骤S5)。
例如，所述特征量计算部63通过在纵方向(y方向)上将如图4A所示的射束图像的亮度相加，来计算如图4B所示的波形W1。另外，特征量计算部63将射束图像的亮度在横方向(x方向)上相加，来计算图4C所示的波形W2。
然后，特征量计算部63计算波形W1的特征量A1、波形W2的特征量A2。例如，计算亮度(亮度相加值)的方差作为特征量A1、A2。射束图像中的射束形状越接近正圆，射束图像的亮度的偏差越大，作为特征量的亮度方差的值越大。
对预先设定的范围内的多个透镜值的全部进行上述检查孔径40的扫描、射束图像的制作以及特征量的计算(步骤S3～S6)。
接着，返回到步骤S2，将像散校正线圈值变更、设定为E2。然后，对预先设定的范围内的多个透镜值的全部进行检查孔径40的扫描、射束图像的制作以及特征量的计算(步骤S3～S6)。
图5A是表示将像散校正线圈值设为E1、将纵轴设为特征量、并将横轴设为透镜值的情况下的特征量A1、A2的变化的曲线图。图5B是表示将像散校正线圈值设为E2、将纵轴设为特征量、并将横轴设为透镜值的情况下的特征量A1、A2的变化的曲线图。
如果在对像散校正线圈值设定E1、E2，并对预先设定的范围内的多个透镜值的全部算出特征量A1、A2(步骤S7_是)，则最优线圈值算出部67用以下的方法计算出最优像散校正线圈值(步骤S8)。
在图5A、图5B所示的曲线图中，特征量A1取极值的透镜值与特征量A2取极值的透镜值不一致而背离。在图5A中，特征量A1取极值的透镜值与特征量A2取极值的透镜值的差量为D1。在图5B中，特征量A1取极值的透镜值与特征量A2取极值的透镜值的差量为D2。取极值的透镜值的差量是由起因于像散的射束形状的变形引起的。
像散校正线圈值越接近最优值，射束形状的正圆度越提高，取极值的透镜值的差量越小。最优线圈值算出部67根据将像散校正线圈值设为E1时的差量D1、以及将像散校正线圈值设为E2时的差量D2，计算出如图6所示那样取极值的透镜值一致、差量为0的线圈值(最优像散校正线圈值)。
描绘控制部61通过对像散校正线圈18设定计算出的最优像散校正线圈值，能够高精度地校正多射束的像散，高精度地描绘图案。
这样，根据本实施方式，通过用多射束扫描检查孔径40，并依次切换在贯通孔通过的电子射束，从而能够在短时间内制作射束图像。改变像散校正线圈18的像散校正线圈值及物镜16的透镜值，生成像散校正线圈值及焦点位置不同的多个射束图像。将各射束图像的亮度在x方向及y方向上相加而生成波形W1、W2，计算出波形W1、W2的特征量A1、A2，计算出特征量A1取极值的透镜值与特征量A2取极值的透镜值一致的最优像散校正线圈值。因此，能够在短时间内高精度地求出最优像散校正线圈值。
在上述实施方式中，求出了将像散校正线圈值设为E1时的差量D1、以及将像散校正线圈值设为E2时的差量D2，但也可以将对像散校正线圈18设定的线圈值设为3以上。
在上述实施方式中，使用方差作为波形(亮度相加值)的特征量，但也可以将波形的最大值与最小值之差作为特征量。另外，也可以将波形的微分值的最大值与最小值之差作为特征量。另外，如图7所示，也可以对每个射束间距周期求出最大值与最小值之差，并将差的合计作为特征量。
如图8所示，所述特征量计算部63可以使用在y方向上将亮度相加而得到的波形W1来对射束图像的亮度进行加权，并在x方向上将加权后的亮度相加来计算波形W2′。例如，根据未加权的波形W2计算出的每个透镜值的特征量表示图9A所示的变化，与此相对，根据加权后的波形W2′计算出的每个透镜值的特征量表示图9B所示的变化，取极值的透镜值被强调。
同样地，也可以使用在x方向上将亮度相加而得到的波形W2对射束图像的亮度进行加权，在y方向上将加权后的亮度相加来计算波形W1'，并根据波形W1'计算特征量。
在上述实施方式中，将射束图像的亮度沿着x方向(0°)和y方向(90°)的射束阵列排列方向相加来求出波形，但相加方向不限于此，只要是进行像散调整的2个方向即可。例如，也可以如图10所示，在正交的斜方向(45°)和(135°)上将射束图像的亮度相加来求出波形。作为光学现象，像散在90°方向上发生，因此通过在正交的方向上将亮度相加而求出波形，并计算特征量，从而能够视为独立的成分，能够高效地校正像散。
在上述实施方式中，说明了使用像散校正线圈产生的磁场来校正像散的结构，但也可以使用通过电场来校正像散的透镜或像散校正元件。
另外，本发明并不限定于上述实施方式本身，在实施阶段，在不脱离其主旨的范围内能够对构成要素进行变形而具体化。另外，通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适当组合，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。进而，也可以适当组合不同实施方式中的构成要素。

Claims (17)

1.一种多带电粒子射束描绘装置，其特征在于，具备：
物镜，调整多射束的焦点位置；
像散校正元件，校正所述多射束的像散；
载物台，供作为描绘对象的基板载置；
检查孔径，设置于所述载物台，使所述多射束中的1根射束通过；
电流检测器，检测通过了所述检查孔径后的所述多射束的各射束的射束电流；
偏转器，使所述多射束偏转，在所述检查孔径上扫描所述多射束；
射束图像制作部，基于检测出的所述射束电流来制作射束图像；
特征量计算部，在第一方向上将所述射束图像的亮度相加而生成第一波形，并根据所述第一波形计算第一特征量，在与所述第一方向不同的第二方向上将所述射束图像的亮度相加而生成第二波形，并根据所述第二波形计算第二特征量；以及
参数计算部，基于所述第一特征量及所述第二特征量，计算对所述像散校正元件设定的激励参数。
2.根据权利要求1所述的多带电粒子射束描绘装置，其特征在于，
利用所述物镜的多个第一激励参数以及所述像散校正元件的多个第二激励参数分别扫描所述检查孔径，
所述射束图像制作部制作与所述多个第一激励参数以及所述多个第二激励参数对应的多个射束图像，
所述特征量计算部根据所述多个射束图像来计算多个所述第一特征量及多个所述第二特征量；
所述参数计算部基于多个所述第一特征量及多个所述第二特征量，以使所述第一特征量取极值的所述第一激励参数与所述第二特征量取极值的所述第一激励参数一致的方式来计算对所述像散校正元件设定的激励参数。
3.根据权利要求1所述的多带电粒子射束描绘装置，其特征在于，
所述特征量计算部使用所述第一波形对所述射束图像的亮度进行加权，将加权后的所述射束图像的亮度在所述第二方向上相加，而生成所述第二波形。
4.根据权利要求1所述的多带电粒子射束描绘装置，其特征在于，
所述第一方向与所述第二方向正交。
5.根据权利要求1所述的多带电粒子射束描绘装置，其特征在于，
所述第一方向及所述第二方向是所述多射束的射束阵列排列方向。
6.根据权利要求1所述的多带电粒子射束描绘装置，其特征在于，
所述第一特征量及所述第二特征量是所述第一波形及所述第二波形中的亮度的方差。
7.根据权利要求1所述的多带电粒子射束描绘装置，其特征在于，
所述第一特征量及所述第二特征量是所述第一波形及所述第二波形中的亮度的最大值与最小值的差量。
8.根据权利要求1所述的多带电粒子射束描绘装置，其特征在于，
所述第一特征量及所述第二特征量是所述第一波形及所述第二波形中的微分值的最大值与最小值的差量。
9.根据权利要求1所述的多带电粒子射束描绘装置，其特征在于，
所述第一特征量及所述第二特征量是所述第一波形及所述第二波形中的每个射束间距周期的亮度的最大值与最小值的差量的合计。
10.一种多带电粒子射束描绘装置的调整方法，
将对多射束的焦点位置进行调整的物镜设定为第一激励参数，变更所述第一激励参数的设定，在多个所述第一激励参数下分别进行如下一系列工序的工序：用所述多射束对检查孔径进行扫描，该检查孔径设置于载物台且使所述多射束中的一根射束通过；检测通过了所述检查孔径后的所述多射束的各射束的射束电流；基于所述射束电流来制作所述第一激励参数中的射束图像；在第一方向上将所述射束图像的亮度相加而生成第一波形，并根据所述第一波形计算第一特征量，在与所述第一方向不同的第二方向上将所述射束图像的亮度相加而生成第二波形，并根据所述第二波形计算第二特征量；
根据所述第一激励参数与所述第一特征量的相关，计算所述第一特征量取极值的所述第一激励参数，所述第一激励参数与所述第一特征量的相关是根据与多个所述第一激励参数对应的多个所述第一特征量而求出的；
根据所述第一激励参数与所述第二特征量的相关，计算所述第二特征量取极值的所述第一激励参数，所述第一激励参数与所述第二特征量的相关是根据与多个所述第一激励参数对应的多个所述第二特征量而求出的；
以使所述第一特征量取极值的第一激励参数与所述第二特征量取极值的所述第一激励参数一致的方式来计算第二激励参数，该第二激励参数是对校正所述多射束的像散的像散校正元件设定的激励参数。
11.根据权利要求10所述的多带电粒子射束描绘装置的调整方法，其特征在于，
使用所述第一波形对所述射束图像的亮度进行加权，将加权后的所述射束图像的亮度在所述第二方向上相加，而生成所述第二波形。
12.根据权利要求10所述的多带电粒子射束描绘装置的调整方法，其特征在于，
所述第一方向与所述第二方向正交。
13.根据权利要求12所述的多带电粒子射束描绘装置的调整方法，其特征在于，
所述第一方向及所述第二方向是所述多射束的射束阵列排列方向。
14.根据权利要求10所述的多带电粒子射束描绘装置的调整方法，其特征在于，
所述第一特征量及所述第二特征量是所述第一波形及所述第二波形中的亮度的方差。
15.根据权利要求10所述的多带电粒子射束描绘装置的调整方法，其特征在于，
所述第一特征量及所述第二特征量是所述第一波形及所述第二波形中的亮度的最大值与最小值的差量。
16.根据权利要求10所述的多带电粒子射束描绘装置的调整方法，其特征在于，
所述第一特征量及所述第二特征量是所述第一波形及所述第二波形的微分值的最大值与最小值的差量。
17.根据权利要求10所述的多带电粒子射束描绘装置的调整方法，其特征在于，
所述第一特征量及所述第二特征量是所述第一波形及所述第二波形中的每个射束间距周期的亮度的最大值与最小值的差量的合计。
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