CN116736644A - 带电粒子束描绘方法、带电粒子束描绘装置以及计算机可读取的存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供带电粒子束描绘方法、带电粒子束描绘装置以及计算机可读取的存储介质，能够减小射束照射位置的偏差。本实施方式的带电粒子束描绘方法通过偏转器使带电粒子束偏转，向形成有抗蚀剂膜的基板照射上述带电粒子束来描绘图案。该方法为，以第1照射量向要形成图案的图案区域照射射束，以上述抗蚀剂膜不析像的第2照射量向不形成图案的非图案区域的至少一部分照射上述带电粒子束，基于上述第1照射量以及与上述图案区域的图案密度相应的上述抗蚀剂膜的带电量，决定上述第2照射量，上述图案区域的带电量与以上述第2照射量照射的非析像照射区域的带电量之差比上述第2照射量为零时小。
Description
本申请是如下申请：以日本专利申请2022-038282(申请日：2022年3月11日)为基础申请，主张该基础申请的优选权。本申请通过参照该基础申请而包括该基础申请的全部内容。
技术领域
本发明涉及带电粒子束描绘方法、带电粒子束描绘装置以及计算机可读取的存储介质。
背景技术
随着LSI的高集成化，半导体设备所要求的电路线宽逐年微细化。为了向半导体设备形成所希望的电路图案，采用如下方法：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、或者尤其是在步进器、扫描仪中使用的也称作中间掩模。)缩小转印到晶片上。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。
在向掩模等基板照射电子束的情况下，照射位置及其周围因过去照射的电子束而带电，照射位置偏移。以往，作为消除该射束照射位置偏移的方法之一，已知有在基板上形成防带电膜(CDL：Charge Dissipation Layer)，防止基板表面的带电的方法。但是，该防带电膜基本上具有酸的特性，因此，在基板上涂布有化学放大型抗蚀剂的情况下等，相容性不好。此外，为了形成防带电膜而需要设置新的设备，制造成本进一步增大。
因此，提出了如下技术：不使用防带电膜，进行带电效应校正(CEC：ChargingEffect Correction)。在以往的带电效应校正中，存在伴随每个区域的带电量之差变大而校正残差变大、射束照射位置的偏差变大这样的问题。
发明内容
本发明提供一种能够减小射束照射位置的偏差的带电粒子束描绘方法、带电粒子束描绘装置以及计算机可读取的存储介质。
本发明的一个方式的带电粒子束描绘方法，通过偏转器使带电粒子束偏转，向形成有抗蚀剂膜的基板照射上述带电粒子束来描绘图案，其中，以第1照射量向要形成图案的图案区域照射射束，以上述抗蚀剂膜不析像的第2照射量向不形成图案的非图案区域的至少一部分照射上述带电粒子束，基于上述第1照射量以及与上述图案区域的图案密度相应的上述抗蚀剂膜的带电量，决定上述第2照射量，上述图案区域的带电量与以上述第2照射量照射的非析像照射区域的带电量之差比上述第2照射量为零时小。
附图说明
图1是本发明的实施方式的描绘装置的概要图。
图2是对工作台移动的样子进行说明的图。
图3a是表示为了测定抗蚀剂带电效应而使用的测试布局的图，图3b是盒阵列的示意图。
图4a、图4b是表示带电量信息的曲线图。
图5是对该实施方式的描绘方法进行说明的流程图。
图6是表示非析像照射区域的例子的图。
图7是图案密度的直方图。
图8是表示目标带电量的计算例的图。
图9是表示非析像照射量的计算例的图。
图10a是表示描绘布局的图，图10b是表示比较例的射束照射位置的误差的图，图10c是表示该实施方式的射束照射位置的误差的图。
图11是表示非析像照射区域的例子的图。
符号的说明
1：电子镜筒；2：基板；3：XY工作台；4：反射镜；5：电子枪；6：电子束；7：照明透镜；8：第1孔径板；9：投影透镜；10：偏转器；11：第2孔径板；12：物镜；13：偏转器；14：描绘室；15：静电透镜；16：消隐偏转器；21、140：存储装置；30：描绘控制部；32：图案密度分布计算部；35：非析像照射区域决定部；36：带电量决定部；38：非析像照射量计算部；41：发射数据生成部；42：消隐控制部；43：成形偏转器控制部；44：物镜偏转器控制部；45：工作台位置检测部；46：工作台控制部；100：描绘装置。
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。在实施方式中，作为带电粒子束的一例，对使用了电子束的构成进行说明。但是，带电粒子束并不限定于电子束，也可以是离子束等。
图1是实施方式的描绘装置的概要构成图。图1所示的描绘装置100具备描绘部W以及控制部C。描绘装置100是电子束描绘装置的一例。描绘部W具有电子镜筒1以及描绘室14。在电子镜筒1内配置有电子枪5、照明透镜7、第1孔径板8、投影透镜9、成形偏转器10、第2孔径板11、物镜12、物镜偏转器13、静电透镜15以及消隐偏转器16。
在描绘室14内配置有XY工作台3。在XY工作台3上配置有成为描绘对象的基板2。在基板2中包括用于半导体制造的曝光的光掩膜、形成半导体装置的半导体晶片等。此外，在要描绘的光掩膜中包括还什么都未被描绘的掩膜坯。例如，基板2具有石英、设置在石英上的铬膜、以及设置在铬膜上的抗蚀剂层。在XY工作台3上，在与配置基板2的位置不同的位置，配置有工作台位置测定用的反射镜4。
在XY工作台3上，在与配置有基板2的位置不同的位置，设置有校准用的标记M。例如，标记M是金属制的十字形状，通过电子束对标记M进行扫描，通过检测器(省略图示)检测来自标记M的反射电子，进行聚焦调整、位置调整、偏转形状校正系数的调整等。
控制部C具有控制计算机110、120、工作台位置检测部45、工作台控制部46、偏转控制电路130、存储器142、磁盘装置等的存储装置21、140等。偏转控制电路130与消隐偏转器16、成形偏转器10以及物镜偏转器13连接。
控制计算机110具有进行装置整体的控制的描绘控制部30、图案密度分布计算部32、非析像照射区域决定部35、带电量决定部36以及非析像照射量计算部38的功能。控制计算机110的各部可以由包括电路、计算机、处理器、电路基板、量子电路或者半导体装置等的硬件构成，也可以由软件构成。控制计算机110的各部的输入数据、运算结果保存于存储器142。
控制计算机120具有发射数据生成部41的功能。发射数据生成部41可以由软件构成，也可以由硬件构成。
偏转控制电路130具有消隐控制部42、成形偏转器控制部43以及物镜偏转器控制部44的功能。消隐控制部42、成形偏转器控制部43以及物镜偏转器控制部44可以由软件构成，也可以由硬件构成。
在存储装置140中保存有定义要描绘的多个图形图案的描绘数据(布局数据)。
从电子枪5(发射部)发射的电子束6通过照明透镜7对具有矩形的孔的第1孔径板8整体进行照明。此处，首先将电子束6成形为矩形。通过第1孔径板8后的第1孔径像的电子束6由投影透镜9投影到第2孔径板11上。第2孔径板11上的第1孔径像的位置由被成形偏转器控制部43控制的成形偏转器10偏转，能够使射束形状与尺寸变化(可变成形)。
通过第2孔径板11后的第2孔径像的电子束6通过物镜12对焦，通过被物镜偏转器控制部44控制的例如静电型的偏转器(物镜偏转器13)偏转，照射到配置成能够移动的XY工作台3上的基板2的所希望的位置。XY工作台3由工作台控制部46驱动控制。XY工作台3的位置由工作台位置检测部45检测。在工作台位置检测部45中，例如包括向反射镜4照射激光，基于入射光与反射光的干涉来测定位置的激光测长装置。静电透镜15与基板2面的凹凸对应地动态校正电子束6的焦点位置(动态聚焦)。
图2是用于对工作台移动的样子进行说明的图。在对基板2进行描绘的情况下，使XY工作台3沿着例如X方向连续移动。描绘区域以电子束6的可偏转宽度被假想分割为多个长条状的条形区域(SR)。以条形区域为单位进行描绘处理。XY工作台3的X方向的移动例如为连续移动，同时使电子束6的发射位置也追随工作台移动。通过连续移动，能够缩短描绘时间。
在描绘完一个条形区域之后，在Y方向上步进进给XY工作台3，在X方向(反方向)上进行下一个条形区域的描绘动作。通过使各条形区域的描绘动作以蛇行的方式进展，能够缩短XY工作台3的移动时间。
在描绘装置100中，当对布局数据(描绘数据)进行处理时，将描绘区域假想分割为长条状的多个帧区域，对每个帧区域进行数据处理。在不进行多重曝光的情况下，通常，帧区域与条形区域成为相同的区域。在进行多重曝光的情况下，帧区域与条形区域根据多重度而偏移。这样，基板2的描绘区域被假想分割为多个成为描绘单位区域的帧区域(条形区域)，描绘部W对每个帧区域(条形区域)进行描绘。
当向基板2的抗蚀剂层照射电子束时，照射位置及其周围带电。由于形成图案的区域(射束照射区域)与不形成图案的区域(不照射射束的区域)的带电量之差，产生射束照射位置的偏差。本发明人发现，对不形成图案的区域也以抗蚀剂不会析像的程度照射射束，使抗蚀剂表面的带电量在基板整体上变得均匀，由此能够抑制射束照射位置的偏差。
在计算对不形成图案的区域以抗蚀剂不会析像的程度照射的射束照射量(非析像照射量)时，在本实施方式中，事先求出基板2中的射束照射量Dexp及图案密度p与图案区域的带电量C之间的关系C(p，Dexp)，并作为带电量信息登记到存储装置21中。
带电量信息C(p，Dexp)例如能够根据日本特许5480496号公报所公开的测试布局的描绘结果通过实验求出。图3a是表示为了测定抗蚀剂带电效应而使用的测试布局的图。另外，在图3a中，为了更容易理解各部的内容，改变比例尺来表示。
对于图3a所示的测试布局，在间距L1为1mm、1边的长度L2为80mm的栅格(81×81栅格)上描绘第1盒阵列之后，在该布局的中央以射束照射量Dexp描绘1边的长度L3为40mm的图案密度p的照射垫，在照射垫描绘之后，在与第1盒阵列相同的栅格上描绘第2盒阵列，由此得到测试布局。
如图3b中放大示出那样，第1盒阵列例如是1边的长度L4为4μm的正方形的图案。此外，第2盒阵列例如是1边的长度L5为14μm、以比第1盒阵列大的尺寸挖空中央的框状的图案。
分配照射垫的图案密度以及照射量，分别形成上述测试布局。
使用抗蚀剂图像测定法分别测定描绘的第1以及第2盒阵列的位置，从第2盒阵列的位置减去第1盒阵列的位置，由此能够测定因照射垫的带电效应而引起的位置偏移。由此，得到因照射垫的带电效应而引起的从设计位置偏移的位置偏移量分布P1。
能够使用为了根据带电量分布计算位置偏移量而假定的响应函数r(x，y)，如以下那样根据位置偏移量分布求出带电量。首先，如以下的式(1)那样，通过在照射垫上的区域中为1nC/cm2、在照射垫以外的区域中为零的函数C0(x，y)与响应函数r(x，y)的卷积积分，求出假定为照射垫均匀地以1nC/cm2带电时的位置偏移量分布P0。
(1)
根据P0与作为测定结果的P1取得相关时的斜率，能够求出照射垫的带电量。针对使图案密度以及照射量变动而得到的每个测试布局，求出带电量。
将成为照射到每单位体积的电子数的指标的pDexp作为变量，如图4a那样求出带电量信息C(p，Dexp)。
射束照射量Dexp根据邻近效应校正式，使用抗蚀剂的析像剂量Dth、反向散射系数η，具有以下的式(2)的关系。因此，也能够将图案密度p作为变量，如图4b那样表示带电量信息C(p，Dexp)。
(2)
按照图5所示的流程图对使用了如此求出的带电量信息C(p，Dexp)登记到存储装置21中的描绘装置的描绘方法进行说明。该描绘方法具有图案密度分布计算工序(步骤S100)、非析像照射区域决定工序(步骤S102)、带电量决定工序(步骤S104)、非析像照射量计算工序(步骤S106)以及描绘工序(步骤S108)。
在图案密度分布计算工序(步骤S100)中，图案密度分布计算部32从存储装置140读出描绘数据，将描绘区域(或者帧区域)以规定尺寸(栅格尺寸)假想分割为网格状，针对每个网格区域，对表示描绘数据中定义的图形图案的配置比例的图案密度进行运算。然后，制作每个网格区域的图案密度的分布。
在非析像照射区域决定工序(步骤S102)中，非析像照射区域决定部35决定以非析像照射量进行射束照射的非析像照射区域。例如，如图6所示，将不形成图案的非图案区域中的、从图案区域端部离开因图案照射而产生的反向散射电子波及不到(邻近效应波及不到)的距离L0的区域设为非析像照射区域R1。距离L0例如为30μm左右。
在带电量决定工序(步骤S104)中，带电量决定部36决定在非析像照射区域中成为目标的带电量Ct。例如，设为与描绘布局中最频繁出现的图案密度(照射量)对应的带电量Ct。
例如，基于图案密度分布计算部32计算出的每个网格区域的图案密度，得到图7所示的图案密度的直方图。在该直方图中提取最频繁出现的图案密度。可以是图案密度的平均值或中央值。此时，将图案密度0％排除在外。
带电量决定部36参照带电量信息C(p，Dexp)，根据与提取出的图案密度对应的带电量决定作为目标的带电量Ct。图8表示提取出的图案密度为60％的情况下的带电量Ct的例子。但是，带电量Ct需要充分小于抗蚀剂的析像剂量Dth，但不需要和与图案密度对应的带电量严格地一致，只要将带电量的偏差抑制到一定程度即可。即，与不向非析像照射区域进行射束照射的情况相比，图案区域中的带电量与非析像照射区域中的带电量之差变小即可。
在非析像照射量计算工序(步骤S106)中，非析像照射量计算部38参照带电量信息C(p，Dexp)，计算用于成为带电量Ct的非析像照射量。此时，例如，如图9所示，求出与带电量Ct对应的pDexp。此处，作为pDexp，求出两个解(A1、A2)，但例如如果取抗蚀剂的析像剂量Dth的30％的余量，则选择相对于析像剂量Dth的余量大的A1。在非析像照射区域中，照射规定的照射密度、例如贝塔图案(p＝100％的无间隙的图案)，因此，能够根据选择出的pDexp计算非析像照射量。
在描绘工序(步骤S108)中，在控制计算机120内，发射数据生成部41从存储装置140读出描绘数据，进行多级的数据转换处理，生成描绘装置100固有的格式的发射数据。描绘数据中定义的图形图案的尺寸通常大于描绘装置100能够通过一次发射形成的发射尺寸。因此，在描绘装置100内，将各图形图案分割(发射分割)为多个发射图形，以成为描绘装置100能够通过一次发射形成的尺寸。然后，针对每个发射图形，将表示图形种类的图形代码、坐标以及尺寸这样的数据定义为发射数据。
此时，发射数据生成部41判断为在步骤S102中决定出的非析像照射区域存在贝塔图案(无间隙的图案)，生成发射数据。
发射数据生成部41针对图案区域进行邻近效应校正运算等，求出每次发射的照射量(照射时间)，定义到发射数据中。此外，发射数据生成部41针对非析像照射区域，将在步骤S106中计算出的非析像照射量定义到发射数据中。
在偏转控制电路130内，按照发射顺序，成形偏转器控制部43针对每个发射图形，根据发射数据中定义的图形种类以及尺寸对用于使电子束6可变成形的成形偏转器10的偏转量进行运算。此外，物镜偏转器控制部44对用于偏转到照射该发射图形的基板2上的位置的物镜偏转器13的偏转量进行运算。然后，配置在电子镜筒1内的物镜偏转器13根据运算出的偏转量使电子束偏转，由此，在基板2上描绘图案。
此外，消隐控制部42基于发射数据中定义的照射量(照射时间)对消隐偏转器16进行控制，对每次发射的照射量进行控制。
对于图10a所示的描绘布局，在不应用本实施方式的方法而进行以往的带电效应校正来描绘图案的情况下，如图10b所示，在图案区域与非图案区域的边界部处校正残差变大。另一方面，在应用本实施方式的方法来描绘图案的情况下，如图10c所示，确认了能够减小射束照射位置的偏差。
这样，根据本实施方式，对非图案区域照射非析像照射量的射束，在基板整体中抗蚀剂表面的带电量均匀，因此能够抑制射束照射位置的偏差。
在上述实施方式中，对将从图案确保了距离L0的区域设为非析像照射区域R1的例子进行了说明，如图11所示，也可以将图案以外的区域(非图案区域)的整个区域设为非析像照射区域R2。
在该情况下，根据图案的分布决定非析像照射区域R2的照射量Bexp，以满足以下的式(3)所示的邻近效应校正式。式(3)中的g(x)是表示反向散射的函数。
当定义图案密度p时，能够如以下的式(4)那样表现。
(4)
带电量Q由图案密度p、图案区域的照射量Dexp、非析像照射区域R2的射束照射量Bexp决定。例如，分配p、Dexp、Bexp，描绘图3a所示的测试布局，根据描绘结果求出带电量Q(p，Dexp，Bexp)。带电量Q(p，Dexp，Bexp)能够由式(5)那样的多项式表示。
(5) Q＝a*Dexp+b*Bexp+c*pDexp+d*pBexp
决定Bexp，以使得带电量Q(p，Dexp，Bexp)相对于任意的图案密度p恒定。针对图案密度p的掩模区域的非析像照射量Bexp通过对带电量与照射量的函数Q(p，Dexp(Bexp)，Bexp)＝const.求解而求出。此处，Dexp(Bexp)是满足邻近效应校正式的函数。对以下的式(6)求解而求出Bexp。在无解的情况下，Bexp为预先决定的一定的照射量。
Q＝a*Dexp+b*Bexp+c*pDexp+d*pBexp＝const. ···(6)
在基板整个面求出Bexp的情况下，带电分布变得均匀，能够抑制射束照射位置的偏差。
即使在不能在基板整个面求出Bexp的情况下，如果图案区域与非图案区域的带电量之差与不照射非图案区域的情况相比变小，则能够得到效果。但是，残留带电量的不均匀，效果是部分的。在该情况下，也可以并用使用了带电量预测的CEC(带电效应校正)。
在上述实施方式中，对单射束描绘装置进行了说明，但也可以应用于多射束描绘装置。
因带电现象而引起的照射位置的偏移并不限定于电子束描绘装置。本发明能够适用于以电子束等的带电粒子束检查图案的检查装置等、使用通过向目标位置照射带电粒子束而得到的结果的带电粒子束装置。
在上述实施方式中，也可以对物镜12(物镜光学系统)的下表面施加正电位，以降低在描绘室内散射的电子降落到基板的雾带电的影响，使得照射的电子束引起的直接带电成为支配性，以免二次电子返回到基板表面。
另外，本发明并不限定于上述实施方式本身，而是能够在实施阶段在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形而具体化。此外，通过由上述实施方式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所有构成要素中删除一些构成要素。并且，可以适当组合分布在不同实施方式中的构成要素。
Claims (14)
1.一种带电粒子束描绘方法，通过偏转器使带电粒子束偏转，向形成有抗蚀剂膜的基板照射上述带电粒子束来描绘图案，其中，
以第1照射量向要形成图案的图案区域照射射束，
以上述抗蚀剂膜不析像的第2照射量向不形成图案的非图案区域的至少一部分照射上述带电粒子束，
基于上述第1照射量以及与上述图案区域的图案密度相应的上述抗蚀剂膜的带电量，决定上述第2照射量，上述图案区域的带电量与以上述第2照射量照射的非析像照射区域的带电量之差比上述第2照射量为零时小。
2.根据权利要求1所述的带电粒子束描绘方法，其中，
以上述第2照射量向上述非图案区域中从上述图案区域离开规定距离的区域照射上述带电粒子束。
3.根据权利要求2所述的带电粒子束描绘方法，其中，
以上述第2照射量并以无间隙的图案向从上述图案区域离开上述规定距离的区域照射上述带电粒子束。
4.根据权利要求1所述的带电粒子束描绘方法，其中，
以上述第2照射量向上述非图案区域的整个区域照射上述带电粒子束。
5.根据权利要求1所述的带电粒子束描绘方法，其中，
基于上述第1照射量以及与在描绘布局中最频繁出现的图案密度相应的上述抗蚀剂膜的带电量，决定上述第2照射量。
6.根据权利要求1所述的带电粒子束描绘方法，其中，
对调整向上述基板照射的上述带电粒子束的焦点的物镜的下表面施加正电位。
7.一种带电粒子束描绘装置，通过偏转器使带电粒子束偏转，向形成有抗蚀剂膜的基板照射上述带电粒子束来描绘图案，具备：
发射部，发射上述带电粒子束；
存储部，存储带电量信息，该带电量信息表示要形成基于描绘数据的图案的区域即图案区域中的上述带电粒子束的第1照射量及图案密度与上述抗蚀剂膜的带电量之间的关系；
非析像照射量计算部，参照上述带电量信息，基于上述第1照射量、以及根据上述图案区域的上述图案密度求出的上述抗蚀剂膜的带电量，计算向不形成图案的非图案区域照射上述带电粒子束时的第2照射量，以使上述抗蚀剂膜不析像、上述图案区域的带电量与以上述第2照射量照射的非析像照射区域的带电量之差比上述第2照射量为零时小；以及
描绘部，以上述第1照射量向上述图案区域照射上述带电粒子束，以上述第2照射量向上述非图案区域照射上述带电粒子束。
8.根据权利要求7所述的带电粒子束描绘装置，其中，
上述描绘部以上述第2照射量向上述非图案区域中从上述图案区域离开规定距离的区域照射上述带电粒子束。
9.根据权利要求8所述的带电粒子束描绘装置，其中，
上述描绘部以上述第2照射量并以无间隙的图案向从上述图案区域离开上述规定距离的区域照射上述带电粒子束。
10.根据权利要求7所述的带电粒子束描绘装置，其中，
上述描绘部以上述第2照射量向上述非图案区域的整个区域照射上述带电粒子束。
11.根据权利要求7所述的带电粒子束描绘装置，其中，
上述非析像照射量计算部基于上述第1照射量以及与在描绘布局中最频繁出现的图案密度相应的上述抗蚀剂膜的带电量，计算上述第2照射量。
12.根据权利要求7所述的带电粒子束描绘装置，其中，
上述描绘部具有调整向上述基板照射的上述带电粒子束的焦点的物镜，对上述物镜的下表面施加正电位。
13.一种计算机可读取的存储介质，保存有程序，其中，
所述程序使计算机执行以下步骤：
向形成有抗蚀剂膜的基板照射带电粒子束，计算用于对上述抗蚀剂膜进行析像而形成图案的上述带电粒子束的第1照射量的步骤；以及
基于上述第1照射量以及与要形成上述图案的图案区域的图案密度相应的上述抗蚀剂膜的带电量，计算向上述基板的不形成图案的非图案区域照射上述带电粒子束时的第2照射量，以使上述抗蚀剂膜不析像、上述图案区域的带电量与以上述第2照射量照射的非析像照射区域的带电量之差比上述第2照射量为零时小的步骤。
14.根据权利要求13所述的计算机可读取的存储介质，其中，
基于上述第1照射量以及与在描绘布局中最频繁出现的图案密度相应的上述抗蚀剂膜的带电量，计算上述第2照射量。
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