TW201911361A - 多帶電粒子束描繪裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的一態樣的多帶電粒子束描繪裝置包括：放出部，放出帶電粒子束；成形孔徑陣列，形成有多個第1開口，於包含所述多個第1開口的區域接受所述帶電粒子束的照射，並藉由所述帶電粒子束的一部分分別通過所述多個第1開口而形成多束；X射線屏蔽板，形成有供通過了所述多個第1開口的多束中分別對應的束通過的多個第2開口，並對藉由所述帶電粒子束照射至所述成形孔徑陣列而放射的X射線進行遮蔽；以及遮蔽孔徑陣列，形成有供通過了所述多個第1開口及所述多個第2開口的多束中分別對應的束通過的多個第3開口，並於各第3開口設有進行束的遮蔽偏轉的遮蔽器。

Description

多帶電粒子束描繪裝置
本發明是有關於一種多帶電粒子束描繪裝置。
伴隨著大規模積體電路（large scale integrated circuit，LSI）的高集積化，半導體元件所要求的電路線寬逐年被微細化。為了將所需的電路圖案形成於半導體元件上，目前採用使用縮小投影型曝光裝置，將形成於石英上的高精度的原圖圖案（遮罩，或特別是用於步進機（stepper）或掃描儀（scanner）中者，亦稱為光罩（reticle））縮小轉印至晶圓上的方法。高精度的原圖圖案是藉由電子束描繪裝置來描繪，使用所謂的電子束微影技術（electron beam lithography technology）。
使用多束的描繪裝置與利用一個電子束進行描繪的情況相比，可一次照射大量的束，所以可以大幅提高總處理量（throughput）。作為多束描繪裝置的一形態的使用了遮蔽孔徑陣列的多束描繪裝置例如是使自一個電子槍放出的電子束通過具有多個開口的成形孔徑陣列而形成多束（多個電子束）。多束通過遮蔽孔徑陣列各自所對應的遮蔽器（blanker）內部。遮蔽孔徑陣列包括用以使束單獨偏轉的電極對及其之間的束通過用的開口，藉由將電極對（遮蔽器）中的一者固定為接地電位，並將另一者於接地電位與除此之外的電位之間進行切換，而分別單獨地對要通過的電子束進行遮蔽偏轉。藉由遮蔽器進行了偏轉的電子束被遮蔽，未經偏轉的電子束則照射至試樣上。遮蔽孔徑陣列搭載用以對各遮蔽器的電極電位進行獨立控制的電路元件。
於利用形成多束的成形孔徑陣列來阻擋電子束時，會放射制動放射X射線。當所述X射線照射至遮蔽孔徑陣列時，存在因總劑量（總電離劑量（Total Ionizing Dose，TID））效應，電路元件中所含的金屬氧化物半導體（Metal-oxide-semiconductor）場效型電晶體的電氣特性劣化從而引起電路元件的動作不良之虞。
本發明的實施形態提供一種降低藉由成形孔徑陣列放射並照射至遮蔽孔徑陣列的X射線的量的多帶電粒子束描繪裝置。
本發明的一態樣的多帶電粒子束描繪裝置包括：放出部，放出帶電粒子束；成形孔徑陣列，形成有多個第1開口，於包含所述多個第1開口的區域接受所述帶電粒子束的照射，並藉由所述帶電粒子束的一部分分別通過所述多個第1開口而形成多束；X射線屏蔽板，形成有供通過了所述多個第1開口的多束中分別對應的束通過的多個第2開口，並對藉由所述帶電粒子束照射至所述成形孔徑陣列而放射的X射線進行遮蔽；以及遮蔽孔徑陣列，形成有供通過了所述多個第1開口及所述多個第2開口的多束中分別對應的束通過的多個第3開口，並於各第3開口設有進行束的遮蔽偏轉的遮蔽器。
以下，基於圖式來對本發明的實施形態進行說明。於實施的形態中，對使用電子束作為帶電粒子束的一例的構成進行說明。但是，帶電粒子束並不限於電子束，亦可為離子束等。
圖1是實施形態的描繪裝置的概略構成圖。圖1所示的描繪裝置100是多帶電粒子束描繪裝置的一例。描繪裝置100包括電子鏡筒102及描繪室103。於電子鏡筒102內配置有電子槍111、照明透鏡112、成形孔徑陣列10、X射線屏蔽板20、遮蔽孔徑陣列30、縮小透鏡115、限制孔徑構件116、接物透鏡117及偏轉器118。
遮蔽孔徑陣列30安裝（搭載）於安裝基板40。於安裝基板40的中央部形成有供電子束（多束MB）通過的開口42。
於描繪室103內配置有XY工作台105。於XY工作台105上配置描繪時成為描繪對象基板的塗佈有抗蝕劑的、尚未進行任何描繪的空白遮罩（mask blank）等試樣101。而且，於試樣101中包括製造半導體裝置時的曝光用遮罩或製造半導體裝置的半導體基板（矽晶圓）等。
如圖2所示，於成形孔徑陣列10中，以規定的排列間距形成有縱m行×橫n列（m, n≧2）的開口（第1開口）12。各開口12均以相同尺寸形狀的矩形形成。開口12的形狀亦可為圓形。藉由使電子束B的一部分分別通過該些多個開口12，而形成多束MB。
如圖3所示，於成形孔徑陣列10的上表面，前孔徑陣列（pre-Aperture Array）14與成形孔徑陣列10設置為一體。於前孔徑陣列14，對照成形孔徑陣列10的各開口12的配置位置而形成有電子束通過用的開口16。開口16的直徑大於開口12的直徑，開口12與開口16連通。
成形孔徑陣列10及前孔徑陣列14例如是於矽基板上形成有開口者。
於成形孔徑陣列10的下表面（束行進方向的下游側的面）設有X射線屏蔽板20。例如，X射線屏蔽板20藉由銀糊而固著於成形孔徑陣列10。於X射線屏蔽板20，對照成形孔徑陣列10的各開口12的配置位置而形成有電子束通過用的開口22（第2開口）。開口22的間距（自開口22的中心至鄰接的開口22的中心為止的距離）與開口12的間距相同。
開口22的直徑與開口12的直徑相同或大於開口12的直徑，開口22與開口12連通。較佳為以X射線屏蔽板20不堵塞開口12的方式，考慮開口12與開口22的對位精度而使開口22的直徑大於開口12的直徑。
X射線屏蔽板20使利用成形孔徑陣列10（及前孔徑陣列14）阻擋電子束時因制動輻射而產生的X射線衰減，防止對設於遮蔽孔徑陣列30的電路元件的損傷或試樣101上的抗蝕劑的感光。
X射線屏蔽板20的原子序數越大，X射線吸收率越大。因此，X射線屏蔽板20較佳為包括重金屬、例如鎢、金、鉭、鉛、鉿、鉑等。
於對多束MB進行成形時，成形孔徑陣列10阻擋電子束B的大部分，所以發熱而熱膨脹。較佳為接合於成形孔徑陣列10的X射線屏蔽板20與成形孔徑陣列10同程度地熱膨脹。例如，於成形孔徑陣列10的材料為矽的情況下，較佳為於X射線屏蔽板20的材料中使用熱膨脹係數（線膨脹係數）與矽接近的鎢。
遮蔽孔徑陣列30設於X射線屏蔽板20的下方，並對照成形孔徑陣列10的各開口12的配置位置而形成有通過孔（第3開口）32。對各通過孔32配置包括成對的兩個電極的組合的遮蔽器。遮蔽器的電極中的其中一個固定為接地電位，另一個於接地電位與其他電位之間切替。通過各通過孔32的電子束藉由施加至遮蔽器的電壓（電場）而分別獨立地受到偏轉。
如此，多個遮蔽器對通過了成形孔徑陣列10的多個開口12的多束MB中分別對應的束進行遮蔽偏轉。
自電子槍111（放出部）放出的電子束B藉由照明透鏡112而幾乎垂直地對成形孔徑陣列10整體進行照明。藉由電子束B通過成形孔徑陣列10的多個開口12，而形成多個電子束（多束）MB。多束MB通過X射線屏蔽板20的開口22，並通過遮蔽孔徑陣列30各自所對應的遮蔽器內部。
通過了遮蔽孔徑陣列30的多束MB藉由縮小透鏡115而縮小，且朝向限制孔徑構件116的中心的孔行進。此處，藉由遮蔽器進行了偏轉的電子束自限制孔徑構件116的中心的孔錯開位置，而被限制孔徑構件116遮蔽。另一方面，未藉由遮蔽器進行偏轉的電子束通過限制孔徑構件116的中心的孔。藉由遮蔽器的接通/斷開，來進行遮蔽控制，從而控制束的接通/斷開。
如此，限制孔徑構件116將藉由多個遮蔽器而以成為束斷開的狀態的方式受到偏轉的各束加以遮蔽。而且，自束接通至束斷開之前的時間是通過了限制孔徑構件116的束的一次投射。
通過了限制孔徑構件116的多束藉由接物透鏡117而聚焦，將成形孔徑陣列10的開口12的形狀（物面的像）以期望的縮小率投影至試樣101（像面）。多束整體藉由偏轉器118而朝相同方向統一偏轉，並照射至各束於試樣101上的各自的照射位置。於XY工作台105進行連續移動時，束的照射位置以追隨XY工作台105的移動的方式藉由偏轉器118控制。
一次照射的多束理想的是以將成形孔徑陣列10的多個開口12的排列間距乘以所述期望的縮小率而得的間距進行排列。描繪裝置100以連接依次照射投射束的光柵掃描（raster scan）方式進行描繪動作，描繪期望的圖案時，將不需要的束藉由遮蔽控制而控制為束斷開。
於本實施形態中，X射線屏蔽板20防止因成形孔徑陣列10而放射的X射線照射至搭載於遮蔽孔徑陣列30的電路元件等。藉此，於防止X射線導致的電路元件的動作不良的產生的同時，可增長電路元件的壽命（電氣性地正常動作的時間）。
X射線屏蔽板20越厚X射線的吸收率越高。圖4是表示針對X射線屏蔽板20的厚度與設於X射線屏蔽板20的下方（束行進方向的下游側）的矽氧化膜所吸收的X射線量的關係的、根據實驗及模擬實驗（simulation）獲得的結果的圖表。矽氧化膜設想為遮蔽孔徑陣列30的電路元件中所含的電晶體的閘極絕緣膜或元件分離層。
於模擬實驗中，設X射線屏蔽板20的材料為鎢。圖4的圖表的橫軸設為X射線屏蔽板20的有效厚度。於X射線屏蔽板20形成有多個開口22，有效厚度是考慮了開口率（體積）的厚度。例如，於厚度400 μm的X射線屏蔽板20中，當開口22的開口率為50%時，有效厚度為200 μm，當開口率為25%時，有效厚度為300 μm。
可根據以下的數式求出矽氧化膜的X射線吸收量D。
於所述數式中，e為X射線的能量，k為係數，t為束照射時間，f(e)為實測的制動放射X射線強度，g(e)為透過X射線屏蔽板的X射線透過率，h(e)為表示矽氧化膜的X射線吸收率的函數。
如圖4所示，X射線屏蔽板20的厚度（有效厚度）越大，X射線的吸收率越高（=透過率越低），矽氧化膜的X射線吸收量越減少。矽氧化膜的X射線吸收量越少，電路元件（電晶體）的壽命越長。例如，若不設置X射線屏蔽板20時的電晶體的壽命為1小時～2小時，則設置有有效厚度200 μm的X射線屏蔽板20時的電晶體的壽命為其大約1000倍即40日～80日左右。可根據對遮蔽孔徑陣列30的電路元件所期望（要求）的交換頻率來決定X射線屏蔽板20的較佳的厚度。
X射線屏蔽板20厚度越厚，X射線吸收率越高，所以被要求具有高的縱橫比（aspect ratio）的開口22。因此，例如也可如圖5所示設為積層有多枚形成有開口22A的板厚小的X射線屏蔽板20A的結構。
圖6是表示描繪裝置的變化例的構成的一部分的圖。於所述實施形態中，如圖1所示，藉由縮小透鏡115與接物透鏡117構成了縮小光學系統。因此，自電子槍111放出的電子束B藉由照明透鏡112而幾乎垂直地對成形孔徑陣列10整體進行了照明，但並不限定於此。於圖6中，示出了不使用縮小透鏡115而藉由照明透鏡112及接物透鏡117來構成縮小光學系統的情況。
自電子槍111放出的電子束B以於形成於限制孔徑構件116的中心的孔處形成交叉（crossover）的方式藉由照明透鏡112收斂，對成形孔徑陣列10整體進行照明。藉由成形孔徑陣列10形成的多束的各束以朝向限制孔徑構件116中心的孔並保持有角度的方式行進。多束MB整體的束徑自通過成形孔徑陣列10時起逐漸變小。因此，以較藉由成形孔徑陣列10形成的多束的束間距更窄的間距通過遮蔽孔徑陣列30。開口32的排列間距較開口12的排列間距窄。
通過了限制孔徑構件116的多束MB藉由接物透鏡117而聚焦，成為期望的縮小率的圖案像，藉由偏轉器118，通過了限制孔徑構件116的各束（多束整體）朝相同方向統一偏轉，並照射至各束於試樣101上的各自的照射位置。
如上所述，於圖6所示的描繪裝置中，多束MB的各束以朝向限制孔徑構件116中心的孔並保持有角度的方式行進。因此，較佳為如圖7、圖8所示，X射線屏蔽板的開口不遮擋多束MB的各束。圖7表示一層結構的X射線屏蔽板20B，圖8表示積層有多層板厚小的X射線屏蔽板20C的結構。X射線屏蔽板20B的開口22B的間距與開口12的間距不同。
於圖8所示的示例中，對照各束的軌道使開口22C的位置稍微錯開而積層有多枚X射線屏蔽板20C。因多束MB於磁場中回旋行進，所以較佳為使開口22C的位置相對於上層的X射線屏蔽板20C於x方向及y方向上錯開來配置下層的X射線屏蔽板20C。
亦可預先於X射線屏蔽板20上形成較成形孔徑陣列10的開口12多的開口22，並利用開口22中與成形孔徑陣列10的開口12對準良好的區域。
藉由將成形孔徑陣列10的材料設為輕元素，可降低放射X射線的產生量。例如，較佳為利用碳化矽（SiC）或碳（C）來製作成形孔徑陣列10。
於成形孔徑陣列10的材料的熱膨脹係數與X射線屏蔽板20的材料的熱膨脹係數（大為）不同的情況下，較佳為採用成形孔徑陣列10的熱不易傳遞至X射線屏蔽板20的構成。例如，使用熱阻大的接著劑將X射線屏蔽板20固著於成形孔徑陣列10。亦能夠以與成形孔徑陣列10點接觸的方式配設X射線屏蔽板20，以減小接觸面積。而且，也可空開間隔來配置成形孔徑陣列10與X射線屏蔽板20。
前孔徑陣列14亦可設於成形孔徑陣列10的下表面。而且，成形孔徑陣列10與前孔徑陣列14亦可不為一體，亦可分離。
另外，本發明並不限定於所述實施形態，於實施階段，能夠在不脫離本發明宗旨的範圍內，使構成要素變形而具體化。而且，能夠藉由所述實施形態所揭示的多個構成要素的適當組合來形成各種發明。例如，亦可從實施形態所示的全部構成要素中刪除若干個構成要素。進而，亦可適當地將遍及不同實施形態的構成要素加以組合。
10‧‧‧成形孔徑陣列
12‧‧‧開口（第1開口）
14‧‧‧前孔徑陣列
16、22A、22B、22C、42‧‧‧開口
20、20A、20B、20C‧‧‧X射線屏蔽板
22‧‧‧開口（第2開口）
30‧‧‧遮蔽孔徑陣列
32‧‧‧通過孔（第3開口）
40‧‧‧安裝基板
100‧‧‧描繪裝置
101‧‧‧試樣
102‧‧‧電子鏡筒
103‧‧‧描繪室
105‧‧‧XY工作台
111‧‧‧電子槍
112‧‧‧照明透鏡
115‧‧‧縮小透鏡
116‧‧‧限制孔徑構件
117‧‧‧接物透鏡
118‧‧‧偏轉器
B‧‧‧電子束
MB‧‧‧多束
圖1是本發明的實施形態的多帶電粒子束描繪裝置的概略圖。 圖2是成形孔徑陣列的平面圖。 圖3是成形孔徑陣列及X射線屏蔽板的剖面圖。 圖4是表示X射線屏蔽板的有效厚度與氧化膜所吸收的X射線量的關係的圖表。 圖5是變化例的X射線屏蔽板的剖面圖。 圖6是變化例的多帶電粒子束描繪裝置的概略圖。 圖7是變化例的X射線屏蔽板的剖面圖。 圖8是變化例的X射線屏蔽板的剖面圖。

Claims (10)

  1. 一種多帶電粒子束描繪裝置，包括： 放出部，放出帶電粒子束； 成形孔徑陣列，形成有多個第1開口，在包含所述多個第1開口的區域接受所述帶電粒子束的照射，並藉由所述帶電粒子束的一部分分別通過所述多個第1開口而形成多束； X射線屏蔽板，形成有多個第2開口，以供通過所述多個第1開口的多束中之分別對應的束通過，並對藉由所述帶電粒子束照射至所述成形孔徑陣列而放射的X射線進行遮蔽；以及 遮蔽孔徑陣列，形成有多個第3開口，以供通過所述多個第1開口及所述多個第2開口的多束中之分別對應的束通過，並在各所述第3開口設有進行束的遮蔽偏轉的遮蔽器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述X射線屏蔽板包括積層的多個屏蔽板。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述第3開口的排列間距較所述第1開口的排列間距窄，所述第1開口的排列間距與所述第2開口的排列間距不同。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述多個屏蔽板是以將上層的屏蔽板與下層的屏蔽板的所述第2開口的位置錯開的方式積層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中， 所述X射線屏蔽板固著於所述成形孔徑陣列， 所述成形孔徑陣列包含矽，所述X射線屏蔽板包含鎢。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述第2開口的直徑大於所述第1開口的直徑。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中， 更包括於所述成形孔徑陣列上設置的前孔徑陣列， 於所述前孔徑陣列，配合所述多個第1開口的配置位置而形成有束通過用的多個第4開口。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述第4開口的直徑大於所述第1開口的直徑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述X射線屏蔽板包含鎢、金、鉭、鉛、鉿或鉑。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述成形孔徑陣列包含碳化矽或碳。
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