TW201432773A - 多重帶電粒子束描繪裝置 - Google Patents

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Abstract

多重帶電粒子束描繪裝置，其特徵為，具備：平台，係載置試料且可移動；放出部，放出帶電粒子束；孔徑構件，形成有複數個開口部，在包含複數個開口部全體之開口部形成區域受到帶電粒子束的照射，帶電粒子束的一部分分別通過複數個開口部，藉此形成多射束；縮小光學系統，將多射束縮小；及雙透鏡，配置於縮小光學系統的後段，倍率為1倍且磁通量的方向為反向。

Description

多重帶電粒子束描繪裝置
本發明係有關多重帶電粒子束描繪裝置，例如有關對平台上的試料照射射束以描繪圖樣之手法。
肩負半導體裝置微細化發展的微影(lithography)技術，在半導體製程當中是唯一生成圖樣的極重要製程。近年來隨著LSI的高度積體化，半導體裝置所要求之電路線寬正逐年微細化。當中，電子線(電子束)描繪技術在本質上具有優良的解析性，對晶圓等使用電子線來描繪係行之已久。
舉例來說，有使用多射束(multi-beam)的描繪裝置。相較於以一道電子束描繪的情形下，藉由使用多射束，能夠一次照射較多的射束，故能使產能大幅提升。該多射束方式之描繪裝置當中，例如是將從電子槍放出的電子束通過具有複數個孔的光罩而形成多射束，各自受到遮沒(blanking)控制，未被遮蔽的各射束會照射至試料上的所需位置(例如，參照日本專利公開公報2006-261342號)。
多射束描繪裝置中，會利用由雙透鏡(doublet lens)等透鏡群所構成之縮小光學系統，來將多射束以較高的縮小率縮小轉印。若如多射束般射束數增加，則縮小轉印的區域會變大，故為了維持描繪精度，必須將畸變像差抑制得較小。此時，若藉由縮小光學系統的透鏡群來減小畸變像差，則工作距離(working distance，WD)會變短，而會與利用最終透鏡與試料面之間的空間之其他機器等干涉，造成問題。當然，即使在單射束方式中，今後在進一步追求描繪精度的情況下，仍可預見該問題會愈來愈不能忽視。
本發明係提供一種描繪裝置，在維持縮小率或像差抑制的同時，可增大工作距離。
本發明一態樣之多重帶電粒子束描繪裝置，其特徵為，具備：平台，係載置試料且可移動；放出部，放出帶電粒子束；孔徑構件，形成有複數個開口部，在包含複數個開口部全體之開口部形成區域受到帶電粒子束的照射，帶電粒子束的一部分分別通過複數個開口部，藉此形成多射束；縮小光學系統，將多射束縮小；及雙透鏡，配置於縮小光學系統的後段，倍率為1倍且磁通量的方向為反向。
10‧‧‧多射束
20a~20e‧‧‧電子束
22‧‧‧孔(開口部)
24、26‧‧‧電極(遮沒器)
30‧‧‧描繪區域
32‧‧‧條紋區域
34‧‧‧照射區域
36‧‧‧射域圖樣
100‧‧‧描繪裝置
101‧‧‧試料
102‧‧‧電子鏡筒
103‧‧‧描繪室
150‧‧‧描繪部
160‧‧‧控制電路
201‧‧‧電子槍
202‧‧‧照明鏡頭
203‧‧‧孔徑構件
204‧‧‧遮沒板
205‧‧‧透鏡
206‧‧‧限制孔徑構件
207‧‧‧對物透鏡
212、214‧‧‧透鏡
216‧‧‧偏轉器
218‧‧‧靜電透鏡
220‧‧‧投光器
222‧‧‧受光器
A~H‧‧‧孔
r0、r1‧‧‧旋轉半徑
O1、O2、O3‧‧‧像點
WD、WD'‧‧‧工作距離
圖1為實施形態1之描繪裝置構成示意概念圖。
圖2A與圖2B為實施形態1之孔徑構件構成示意概念圖。
圖3為實施形態1之遮沒板構成示意概念圖。
圖4A至圖4C為實施形態1之描繪動作說明用概念圖。
圖5為實施形態1之光學系統與成像系統的光線圖一例示意圖。
圖6A與圖6B為實施形態1之光學系統與磁場強度的一例示意圖。
以下在實施形態中，作為帶電粒子束的一例，係以使用了電子束之構成來做說明。但，帶電粒子束並非限於電子束，也可以是離子束等使用帶電粒子的射束。
以下在實施形態中，說明一種描繪裝置，在維持縮小率或像差抑制的同時，可增大工作距離。
實施形態1
圖1為實施形態1之描繪裝置構成示意概念圖。圖1中，描繪裝置100具備描繪部150與控制電路160。描繪裝置100為多重帶電粒子束描繪裝置之一例。構成描繪部 150的各機器，係藉由控制電路160而被驅動及控制。描繪部150具備電子鏡筒102與描繪室103。在電子鏡筒102內，配置有電子槍201、照明透鏡202、孔徑構件203、遮沒板204、透鏡205、限制孔徑構件206、對物透鏡207、構成雙透鏡之透鏡212，214、偏轉器216、及靜電透鏡218。在描繪室103內配置XY平台105。在XY平台105上，配置有於描繪時成為描繪對象基板的光罩等試料101。試料101係包括製造半導體裝置時的曝光用光罩、或製造出半導體裝置的半導體基板(矽晶圓)等。此外，試料101包括已塗布阻劑，但尚未描繪之光罩底板(mask blanks)。在描繪室103上或描繪室103上部，配置Z感測器，用來測定試料面的高度位置(Z方向位置)。Z感測器具有照射雷射光之投光器220、及接受從測定對象面(在此為試料面)反射的反射光之受光器222。此外，照明透鏡202、透鏡205、對物透鏡207、及透鏡212，214皆由電磁透鏡所構成。
在此，圖1中記載了說明實施形態1所必須之構成。對描繪裝置100而言，通常也可具備必要的其他構造。
圖2A與圖2B為實施形態1之孔徑構件構成示意概念圖。圖2A中，在孔徑構件203，有縱(y方向)m列×橫(x方向)n列(m，n≧2)的孔(開口部)22以規定之排列間距形成為矩陣狀。圖2A中，例如形成512×8列的孔22。各孔22均形成為相同尺寸形狀的矩形。或者是相同外徑的圓形亦可。在此，舉例於y方向的各列，分別 在x方向形成從A至H的8個孔22。電子束200的一部分分別通過該些複數個孔22，藉此形成多射束20。在此，雖然舉例於縱橫(x，y方向)均配置了2列以上的孔22，但並不限於此。舉例來說，亦可為在縱橫(x，y方向)的其中一方有複數列，而另一方僅有1列。此外，孔22的排列方式，亦不限於如圖2A般配置成縱橫為格子狀之情形。如圖2B所示，舉例來說，縱方向(y方向)第1段的列及第2段的列的孔，彼此可於橫方向(x方向)錯開尺寸a而配置。同樣地，縱方向(y方向)第2段的列及第3段的列的孔，彼此也可於橫方向(x方向)錯開尺寸b而配置。
圖3為實施形態1之遮沒板構成示意概念圖。在遮沒板204，係配合孔徑構件203的各孔22的配置位置，而形成其通過孔；在各通過孔，分別配置有成對之2個電極24、26的組合(遮沒器：第1偏轉器)。通過各通過孔的電子束20，會分別獨立地藉由該成對之2個電極24、26所施加之電壓而偏向。藉由該偏向而受到遮沒控制。像這樣，複數個遮沒器，係對通過孔徑構件203的複數個孔22(開口部)的多射束當中，進行分別對應的射束之遮沒偏向。
從電子槍201(放出部)放出之電子束200，會藉由照明透鏡202而近乎垂直地對孔徑構件203全體做照明。在孔徑構件203，形成有矩形的複數個孔(開口部)，電子束200係對包含所有複數個孔之區域做照明。照射至複 數個孔的位置之電子束200的各一部分，會分別通過該孔徑構件203的複數個孔，藉此形成例如矩形形狀的複數個電子束(多射束)20a~e。該多射束20a~e會通過遮沒板204的各個相對應之遮沒器(第1偏轉器)內。該遮沒器會分別將個別通過之電子束20加以偏向(進行遮沒偏向)。又，通過遮沒板204的多射束20a~e，會藉由透鏡205而被收斂，朝向形成於限制孔徑構件206中心的孔行進。此處，藉由遮沒板204的遮沒器而被偏向的電子束20，其位置會偏離限制孔徑構件206(遮沒孔徑構件)中心的孔，而被限制孔徑構件206遮蔽。另一方面，未受到遮沒板204的遮沒器偏向的電子束20，會通過限制孔徑構件206中心的孔。藉由該遮沒器的ON/OFF，來進行遮沒控制，控制射束的ON/OFF。像這樣，限制孔徑構件206，是將藉由複數個遮沒器而偏向成為射束OFF狀態之各射束加以遮蔽。接著，藉由從成為射束ON開始至成為射束OFF為止所形成之通過限制孔徑構件206的射束，形成1次份的射域的射束。通過限制孔徑構件206的多射束20之圖樣像，會藉由對物透鏡207而合焦，並藉由偏轉器216而一同被偏向，照射至試料101上各自之照射位置。
描繪裝置100係以一面移動XY平台105一面連續依序照射射域射束之逐線掃描(raster scan)方式來進行描繪動作，當描繪所需圖樣時，因應圖樣不同，必要之射束會藉由遮沒控制而被控制成射束ON。
圖4A至圖4C為實施形態1之描繪動作說明用概念圖。如圖4A所示，試料101的描繪區域30，例如朝y方向以規定寬度被假想分割成長條狀的複數個條紋區域32。該各條紋區域32便成為描繪單位區域。首先，使XY平台105移動，調整以使得一次的多射束20照射所能夠照射之照射區域34位於第1個條紋區域32的左端或更左側之位置，開始描繪。在描繪第1個條紋區域32時，例如使XY平台105朝-x方向移動，藉此便相對地朝x方向進行描繪。令XY平台105以規定速度例如連續移動。第1個條紋區域32描繪結束後，使平台位置朝-y方向移動，調整以使得照射區域34相對地於y方向位於第2個條紋區域32的右端或更右側之位置，這次如圖4B所示般，例如使XY平台105朝x方向移動，藉此朝-X方向進行相同描繪。在第3個條紋區域32朝x方向描繪、在第4個條紋區域32朝-x方向描繪，像這樣一面交互地改變方向一面描繪，藉此能夠縮短描繪時間。但，並不限於該一面交互改變方向一面描繪之情形，在描繪各條紋區域32時，亦可朝同方向進行描繪。1次的射域當中，如圖4C所示，藉由因通過孔徑構件203的各孔22而形成之多射束，便會一次形成與各孔22相同數量之複數個射域圖樣36。舉例來說，通過孔徑構件203的1個孔A的射束，會照射至圖4C中所示「A」的位置，並在該位置形成射域圖樣36。同樣地，舉例來說，通過孔徑構件203的1個孔B的射束，會照射至圖4C中所示「B」的位 置，並在該位置形成射域圖樣36。以下、針對C~H亦同。又，當描繪各條紋32時，在XY平台105朝向x方向移動途中，會以連續依序照射射域射束之逐線掃描方式來描繪。此外，在XY平台105移動當中，多射束的照射位置會藉由偏轉器216而被一同偏向。此外，試料101面的高度位置(Z方向位置)會由於表面的微小凹凸等而時時刻刻變化。因此，會藉由Z感測器測定試料101面的高度位置分布，在描繪中則依據高度位置分布而藉由靜電透鏡218即時變更焦點位置，亦即進行動態聚焦(dynamic focusing)。
圖5為實施形態1之光學系統與成像系統的光線圖一例示意圖。圖5中，描繪裝置100中，藉由透鏡205與對物透鏡207，構成磁場為反方向(磁通量方向為反方向)而激磁大小(AT：安匝(ampere-turn))相等，倍率為n：1(縮小率1/n)之雙透鏡30。藉由該雙透鏡30來構成縮小光學系統。藉由磁場為反方向而激磁大小(AT：安匝)相等之雙透鏡30，便能控制使得射束像不旋轉。同樣地，藉由透鏡212、214，構成磁場為反方向而激磁大小(AT)相等，倍率為1：1(縮小率1/1)之雙透鏡32。圖1例子中揭示了多射束的各射束中心之軌道，而圖5例子中則揭示了將通過遮沒板204後的多射束假定成1個射束之假想射束的成像系統光線圖。針對構成多射束的各射束，雖然射束軌道各自相異，但會成為同樣的成像系統光線圖。圖5中，各射束並非在限制孔徑構件206的高 度位置成像，故在此省略了透鏡205與對物透鏡207之間的限制孔徑構件206的圖示。在遮沒板204的高度位置結合之多射束10，會以遮沒板204作為物點O1，藉由透鏡205被折曲成為平行光，再藉由對物透鏡207在像點O2成像。習知之描繪裝置中，是將該雙透鏡30的像點O2構成為試料101面。因此，對物透鏡207的下端與像點O2(試料面)之間的距離便是工作距離WD’。多射束描繪中，為了增加縮小率，對物透鏡207的磁場的峰值強度較大。因此，從對物透鏡207的高度中心至像點O2(試料面)之距離b會變短。另一方面，透鏡205的磁場的峰值強度變小，故從物點O1至透鏡205的高度中心之距離a，相較於像點O2側會相對變長。為了拉長工作距離WD’，只要拉長距離b即可，但為了維持縮小光學系統的縮小率，必須維持距離b與距離a之比值。若為了拉長距離b而拉長距離a，那麼根據模擬，畸變像差會變大，故難以容許。根據模擬，縮短從對物透鏡207的高度中心至像點O2(試料面)之距離b，才能減小畸變像差。故，必須不改變物點O1的位置而增大工作距離。
鑑此，實施形態1中，係在作為縮小光學系統之雙透鏡30的後段，配置了磁場為反方向而激磁大小(AT)相等，倍率為1：1(縮小率1/1)之雙透鏡32。雙透鏡32中，以O2作為物點，藉由透鏡212折曲成為平行光，再藉由透鏡214在像點O3(試料101面)成像。故，實施形態1中，透鏡214的下端與像點O3(試料101面)之 距離便是工作距離WD。只要將從透鏡214的高度中心至像點O3(試料面)之距離c設定成比距離b還長，便能使工作距離WD比工作距離WD’還長。此外，雙透鏡32中，由於倍率為1倍，故透鏡212，214的磁場的峰值強度相同。故，從物點O2至透鏡212的高度中心之距離，與從透鏡214的高度中心至像點O3(試料面)之距離會同為值c。此外，能夠維持雙透鏡30所致之像差抑制，故能在維持像差狀況的同時拉長(增大)工作距離WD。
圖6A與圖6B為實施形態1之光學系統與磁場強度的一例示意圖。圖6A中，揭示了作為縮小光學系統之由透鏡205與對物透鏡207所構成之雙透鏡30，以及對於縮小後的多射束不加以縮小放大而傳輸之由透鏡212、214所構成之雙透鏡32。在此，揭示相對於光軸呈對稱之兩截面的其中一方側。圖6B中，揭示各透鏡的磁場。雙透鏡30中，如圖6B所示，為使像維持不旋轉，而做成相同的激磁大小。因此，透鏡205的磁場曲線的面積S1與對物透鏡207的磁場曲線的面積S2會被設定成相同值。另一方面，為達成縮小率1/n，對物透鏡207的磁場的峰值強度b’，係被設定成比透鏡205的磁場的峰值強度a’還大。縮小率會與該峰值強度比a’/b’成比例。另一方面，雙透鏡32中同樣地，為使像維持不旋轉，而做成相同的激磁大小。因此，透鏡212的磁場曲線的面積S3與透鏡214的磁場曲線的面積S4會被設定成相同值。在此，雙透鏡32中，為增大工作距離WD，係將透鏡214 的磁場的峰值強度c’設定成比對物透鏡207的磁場的峰值強度b’還小。如此一來，便能使圖5所示之距離c比距離b更長。雙透鏡32中，由於倍率為1，故透鏡212的磁場的峰值強度亦會和透鏡214的磁場的峰值強度為相同值c’。
在此，如圖5所示，當將藉由對物透鏡207而成像於像點O2之多射束10引導至透鏡212時，為使距離c比距離b更長，雙透鏡32的內徑係被設定成比縮小光學系統的雙透鏡30的內徑還大。因此，實施形態1中，如圖1所示，便能將使多射束朝試料101面上偏向之偏轉器216配置在雙透鏡32的內徑側。同樣地，也能將一面描繪一面進行動態聚焦之靜電透鏡218配置在雙透鏡32的內徑側。故，從該點看來也能有效活用設置空間。又，由於能增大工作距離WD，故能讓雙透鏡32不會在來自Z感測器的雷射光及反射光的軌道上干涉。換言之，雙透鏡32係配置在不會和來自Z感測器的雷射光及反射光的軌道上干涉之位置。此外，由於能增大工作距離WD，故亦可足夠配置測定平台位置之雷射量測裝置的反射鏡等。
如上所述，按照實施形態1，能夠在維持縮小率或像差抑制的同時，增大工作距離WD。故，與利用最終透鏡214與試料101面之間的空間之其他機器等的干涉便得以消弭，且即使像是在多射束描繪這樣縮小轉印區域較大的情形下，仍能進行高精度的描繪。
以上已參照具體例說明了實施形態。但，本發明並非 由該些具體例所限定。上述逐線掃描動作僅為一例，亦可為使用了多射束的逐線掃描動作等其他動作方法。此外，上述例子中雖揭示多射束描繪裝置，但並不限於此，只要是配置有磁場呈相反方向之電磁透鏡組合，則亦可為單射束描繪裝置。能夠發揮相同的效果。
此外，有關裝置構成或控制手法等與本發明說明無直接必要的部分等，雖省略其記載，但可適當選擇使用必要之裝置構成或控制手法。舉例來說，有關控制描繪裝置100之控制部構成雖省略其記載，但當然可適當選擇使用必要之控制部構造。
其他具備本發明之要素，且所屬技術領域者可適當變更設計之所有帶電粒子束描繪方法及帶電粒子束描繪裝置，均包含於本發明之範圍。
雖已說明了本發明的幾個實施形態，但該些實施形態僅是提出作為例子，並非意圖限定發明範圍。該些新穎之實施形態，可以其他各種形態來實施，在不脫離發明要旨之範圍內，能夠進行各種省略、置換、變更。該些實施形態或其變形，均包含於發明範圍或要旨當中，且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。
100‧‧‧描繪裝置
101‧‧‧試料
102‧‧‧電子鏡筒
103‧‧‧描繪室
105‧‧‧XY平台
150‧‧‧描繪部
160‧‧‧控制電路
200‧‧‧電子束
201‧‧‧電子槍
202‧‧‧照明透鏡
203‧‧‧孔徑構件
204‧‧‧遮沒板
205‧‧‧透鏡
206‧‧‧限制孔徑構件
207‧‧‧對物透鏡
212、214‧‧‧透鏡
216‧‧‧偏轉器
218‧‧‧靜電透鏡
220‧‧‧投光器
222‧‧‧受光器
20a~20e‧‧‧電子束

Claims (10)

  1. 一種多重帶電粒子束描繪裝置，其特徵為，具備：平台，係載置試料且可移動；放出部，放出帶電粒子束；孔徑構件，形成有複數個開口部，在包含前述複數個開口部全體之開口部形成區域受到前述帶電粒子束的照射，前述帶電粒子束的一部分分別通過前述複數個開口部，藉此形成多射束；縮小光學系統，將前述多射束縮小；及雙透鏡(doublet lens)，配置於前述縮小光學系統的後段，倍率為1倍且磁通量的方向為反向。
  2. 如申請專利範圍第1項之多重帶電粒子束描繪裝置，其中，前述雙透鏡的內徑，比前述縮小光學系統的內徑還大。
  3. 如申請專利範圍第1項之多重帶電粒子束描繪裝置，其中，更具備配置於前述雙透鏡的內徑側，使前述多射束朝試料面上偏向之偏轉器。
  4. 如申請專利範圍第1項之多重帶電粒子束描繪裝置，其中，更具備配置於前述雙透鏡的內徑側之靜電透鏡。
  5. 如申請專利範圍第1項之多重帶電粒子束描繪裝置，其中，更具備將雷射光照射於前述試料面上，利用來自前述 試料面的反射光而測定前述試料面的高度位置之感測器，前述雙透鏡，係配置於不會和前述雷射光及前述反射光的軌道上干涉之位置。
  6. 如申請專利範圍第1項之多重帶電粒子束描繪裝置，其中，前述縮小光學系統具有2個透鏡，更具備：複數個遮沒器，配置於比前述縮小光學系統還前段，將前述多射束的各射束遮沒偏向；及遮沒孔徑構件，配置於前述縮小光學系統所具有的2個透鏡之間，將藉由遮沒控制而被控制成為射束OFF之前述多射束的一部分加以遮蔽。
  7. 如申請專利範圍第1項之多重帶電粒子束描繪裝置，其中，前述雙透鏡係被設定成相同的激磁大小。
  8. 如申請專利範圍第1項之多重帶電粒子束描繪裝置，其中，前述縮小光學系統，具有磁場的峰值強度被設定成相異之2個透鏡，前述雙透鏡，在磁場的峰值強度被設定成相異之前述2個透鏡的後段側，係被設定成相同的激磁大小。
  9. 如申請專利範圍第8項之多重帶電粒子束描繪裝置，其中，前述雙透鏡的磁場的峰值強度，係被設定成比前述縮小光學系統的前述2個透鏡當中磁場的峰值強度較大之透鏡的磁場的峰值強度還小。
  10. 如申請專利範圍第1項之多重帶電粒子束描繪裝 置，其中，更具備：複數個遮沒器，將前述多射束的各射束遮沒偏向；及遮沒孔徑構件，將藉由遮沒控制而被控制成為射束OFF之前述多射束的一部分加以遮蔽；配置於前述雙透鏡的內徑側之偏轉器，係將多射束當中通過前述遮沒孔徑構件的各射束一同偏向至試料上。
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