TWI551955B - 繪畫裝置和物品的製造方法 - Google Patents

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Description

繪畫裝置和物品的製造方法
本發明係有關繪畫裝置和物品的製造方法。
作為用來製造諸如半導體積體電路之裝置的繪畫裝置，日本專利No.4858745提出了一種使用規則排列的多個電子束而在基板上實施圖案繪畫以提高生產率的裝置。日本專利No.4858745中所描述的繪畫裝置對規則排列的電子束中的每一個的劑量(dose)進行調控以透過電子束在任意位置繪畫任意形狀的圖案。
日本專利No.4858745中所描述的繪畫裝置在基板上排列多個電子束，並且藉由調控這些電子束來調整以相等的間距(pitch)所形成的繪畫圖元(pixel)的色調，藉此在基板上繪畫任意圖案。將參考圖1A和1B來描述繪畫的狀態。電子束B1、B2和B3被設計成以10nm的間距而排列。與電子束B1至B3相對應的繪畫圖元中的電子束B1~B3的強度輪廓(profile)分別被稱為P1、P2和P3。藉由將P1~P3相加所獲得的合成強度輪廓(劑量分佈)被稱為 SUM_P。如圖1A所示，如果電子束B1至B3係如所設計般地排列，則藉由將P1和P3的強度設定為P2的強度的50%，以便在預定的位置處形成抗蝕劑圖案，其寬度(亦即，其中之SUM_P係等於或大於抗蝕劑的顯影閾值RT之區域的線寬)為20nm。此外，如果P1和P3的強度被設定為P2的強度的100%，則設計而形成具有30nm的線寬的抗蝕劑圖案。
然而，實際上，電子束B1至B3不是如所設計般地以10nm的間距而排列著，而是如圖1B所示在存在有誤差的情況下排列。因此，不能獲得目標合成強度輪廓(劑量分佈)SUM_P，並且形成具有不同的線寬和形成位置的抗蝕劑圖案。忠實地形成與設計圖案相對應的抗蝕劑圖案是不可能的。
本發明提供例如在實現目標劑量分佈方面係有利的繪畫裝置。
本發明在其第一態樣中提供一種繪畫裝置，用以利用帶電粒子束而在基板上實施繪畫，所述裝置包括：控制器，被配置成基於所述帶電粒子束在所述基板上的多個位置中的每一個相對於與所述多個位置中的每一個相對應的目標位置的位移的資訊、以及與所述多個位置中的每一個相對應的目標位置處的所述帶電粒子束的目標劑量，以控制所述多個位置中的每一個位置處的所述帶電粒子束的劑 量。
本發明在其第二態樣中提供一種繪畫裝置，用以利用多個帶電粒子束而在基板上實施繪畫，所述裝置包括：控制器，被配置成基於所述多個帶電粒子束中的每一個在所述基板上的目標位置、所述多個帶電粒子束中的每一個的所述目標位置處的目標劑量、以及所述多個帶電粒子束中的每一個在所述基板上的位置，以控制所述多個帶電粒子束中的每一個在所述基板上的位置處的劑量。
本發明在其第三態樣中提供一種物品的製造方法，所述方法包括以下步驟：使用繪畫裝置而在基板上實施繪畫；對其上已實施繪畫的所述基板進行顯影；以及處理顯影後的基板以製造所述物品，其中，所述繪畫裝置利用帶電粒子束而在所述基板上實施繪畫，並且包括控制器，其被配置成基於所述帶電粒子束在所述基板上的多個位置中的每一個相對於與所述多個位置中的每一個相對應的目標位置的位移的資訊、以及與所述多個位置中的每一個相對應的目標位置處的所述帶電粒子束的目標劑量，以控制所述多個位置中的每一個處的所述帶電粒子束的劑量。
本發明在其第四態樣中提供一種物品的製造方法，所述方法包括以下步驟：使用繪畫裝置而在基板上實施繪畫；對其上已實施繪畫的所述基板進行顯影；以及處理顯影後的基板以製造所述物品，其中，所述繪畫裝置利用多個帶電粒子束而在所述基板上實施繪畫，並且包括控制器，其被配置成基於所述多個帶電粒子束中的每一個在所 述基板上的目標位置、所述多個帶電粒子束中的每一個的所述目標位置處的目標劑量、以及所述多個帶電粒子束中的每一個在所述基板上的位置，以控制所述多個帶電粒子束中的每一個在所述基板上的位置處的劑量。
從以下參考附圖對示例性實施例的描述，本發明的其它特徵將變得清楚。
100‧‧‧電子光學系統
101‧‧‧電子源
102‧‧‧準直透鏡
103‧‧‧消隱孔徑陣列
104‧‧‧靜電電子透鏡
105‧‧‧磁場電子透鏡
106‧‧‧磁場電子透鏡
107‧‧‧偏轉器
10‧‧‧基板
11‧‧‧台架
12‧‧‧檢測器
13‧‧‧消隱控制電路
14‧‧‧資料處理電路
15‧‧‧倍率控制電路
16‧‧‧電子束位置處理電路
17‧‧‧台架控制電路
18‧‧‧設計資料記憶體
19‧‧‧資料轉換器
20‧‧‧中間資料記憶體
21‧‧‧主控制器
圖1A和1B是用來解釋當存在有電子束的陣列誤差時的圖案的示圖；圖2是示出電子光學系統的配置的示圖；圖3是示出繪畫裝置的方塊圖；圖4A至4C是用來解釋多重繪畫的示圖；圖5A和5B是用來解釋設計的電子束陣列和實際的電子束陣列的示圖；圖6是用來解釋設計的電子束陣列和實際的電子束陣列的圖表；圖7A和7B是用來解釋電子束的陣列誤差的校正結果的示圖；圖8是用來解釋插值方法(interpolation method)的另一示例的示圖；圖9是示出插值方法的另一示例的詳細流程圖。
以下將參考附圖來描述本發明的實施例。注意，在用以解釋實施例的所有附圖中，原則上相同的附圖標記表示相同的部件及類似者，並且將省略它們的重複描述。
繪畫裝置
圖2是示出根據本發明的繪畫裝置中所使用的電子光學系統(帶電粒子光學系統)100的配置的示圖。在本實施例中，將描述使用電子束在基板上實施繪畫的繪畫裝置。然而，本發明還可用於使用諸如離子束等的另一種帶電粒子束而在基板上實施繪畫的繪畫裝置。包括例如LaB6或BaO/W(擴散陰極)作為電子發射材料之所謂的熱電子型(熱電子)發射電子源可以被用作為電子源101。被配置成藉由電場來會聚電子束的靜電透鏡可以被用作為準直透鏡102。由電子源101所發射的電子束經由準直透鏡102而變為幾乎平行的電子束。
消隱孔徑(aperture)陣列103藉由二維排列的孔徑而將來自準直透鏡102的電子束分割成多個電子束，並且藉由可以針對每個分割後的電子束而被驅動的靜電消隱器(未示出)來控制每個電子束通過繪畫區域EA。消隱孔徑陣列103和靜電消隱器(未示出)構成配置成決定基板上的電子束的照射或非照射的消隱單元。靜電電子透鏡104和磁場電子透鏡105藉由它們的透鏡效應而形成消隱孔徑陣列103的多個孔徑的中間影像。磁場電子透鏡106用作為物鏡並且將孔徑的中間影像投射到繪畫區域EA上。靜電電 子透鏡104、磁場電子透鏡105和磁場電子透鏡106構成配置成將已通過消隱孔徑陣列103的多個電子束投射到晶片10上的投射系統。偏轉器(deflector)107使已通過消隱孔徑陣列103的多個電子束在預定方向上一起偏轉。
圖3示出根據本發明的繪畫裝置的示例。除上述電子光學系統100以外，繪畫裝置還包括X-Y台架(台架)11，該台架11在固持晶片(基板)10的情況下可移動於與光軸垂直的X-Y平面(水平平面)內。台架11包括配置成固持基板10的靜電吸盤。在台架11上配置檢測器12，該檢測器12被配置成檢測照射晶片10之電子束的電流和在基板上的位置。
消隱控制電路13分別地控制每個消隱孔徑陣列103。資料處理電路14包括緩衝記憶體，並且產生消隱控制電路13的控制資料。倍率控制電路15控制磁場電子透鏡105的倍率。電子束位置處理電路16基於來自檢測器12的信號以計算每個電子束的電流值和實際位置。台架控制電路17與配置成測量台架11之位置的雷射干涉計(未示出)協同合作地控制台架11的位置。
設計資料記憶體18儲存要被繪畫出的射擊(shot)圖案的設計圖形資料。資料轉換器19將該設計圖形資料分割成具有由繪畫裝置所設定的寬度的條帶(stripe)單位，藉以將該資料轉換成中間圖形資料以便有助於後續處理。中間資料記憶體20儲存由資料轉換器19所轉換的中間圖形資料。中間資料記憶體20儲存經壓縮的條帶資料。根據要 被繪畫出的圖案，主控制器21將中間圖形資料傳送至資料處理電路14的緩衝記憶體，並且控制上述多個控制電路和處理電路，藉以總體上控制繪畫裝置。主控制器21和上述多個控制電路、處理電路等構成繪畫裝置的控制器。
圖4A至4C是用以解釋根據本實施例的繪畫裝置的基本繪畫方法的示圖。圖4A示出電子光學系統100的繪畫區域EA上的電子束陣列。在本實施例中，電子束陣列包括5(列)×20(行)的電子束。列間距是行間距的兩倍。如圖4A中的箭頭所示，台架11從該圖的上側到下側移動。這裡將描述藉由圖4A所示的目標電子束陣列如圖4B所示在晶片10上的同一行中的位置1至6處使用指定劑量的照射圖案來繪畫的方法。所有的電子束按照相同的時鐘來照射晶片10。假定透過j、k、l、m和n來表示目標電子束陣列的列並且台架11以每單位時鐘移動一個行間距的速度而連續地移動。
此時，當如圖4C所示地設定目標電子束陣列的列(j至n)之每一個單位時鐘的接通/關斷信號的時間表時，獲得如圖4B所示的照射圖案。參考圖4C，線1至6是在晶片10上的相同位置1~6處照射的列(j至n)的接通/關斷信號。由於台架11每兩個單位時鐘移動一個列間距，因此相同位置處的線每一列偏移兩個單位時鐘。也就是說，藉由將偏移兩個單位時鐘的列j至n的電子束相加而獲得如圖4B所示的照射圖案。
電子束接通於其中之列的數量，亦即，重複地(overlappingly)在同一位置處照射基板之電子束的數量決定照射圖案的色調。因此，僅在所有列j至n的電子束結束繪畫之後才獲得照射圖案。此外，圖4A所示之電子束的多個行的總寬度與由繪畫裝置所設定的條帶寬度相對應。實際上，在晶片上，行間距為數十nm並且行的數量為4000，因此條帶寬度為80至100μm。
將描述根據本實施例的繪畫裝置中對電子束的陣列誤差進行校正的方法。圖5A顯示基板10上的設計的電子束陣列和實際的電子束陣列。實際的電子束陣列係基於每個電子束在基板10上的實際位置，其係由電子束位置處理電路16基於來自檢測器12的輸出來予以計算出。每個電子束在行方向上的位置按電子束的間距來予以歸一化(normalize)。
因此，藉由整數來表示所設計的電子束陣列中的每個電子束的行方向上的位置(目標位置)的座標。△(n)表示與具有座標n的目標位置相對應的位置相對於該目標位置的位移。圖5B顯示目標位置處的座標n與對應的實際位置之間的位移△(n)關係。由於電子束具有的行的數量(實際為248)小於列的數量(實際為4000或更多)，所以繪畫裝置假定同一行中的位置的偏移量係相同的。
與目標位置處的座標n相對應之實際位置的座標的值F(n)藉由下式來予以表示：F(n)=n+△(n)...(1)
條帶寬度是由裝置所固定的。因此，需要調整電子光學系統100的投射倍率，以便將位於行方向上之兩端的電子束設定為目標位置的座標值(n=Nmax,-Nmax)。電子光學系統100的調整倍率β藉由下式來予以表示：β=2×Nmax/{|(-Nmax+△(-Nmax)|+(Nmax+△(Nmax))}...(2)
倍率控制電路15基於該調整倍率β來調整磁場電子透鏡105的倍率。與座標n的目標位置相對應之在倍率調整之後的電子束的實際位置的座標值G(n)藉由下式來予以表示：G(n)=β×F(n)...(3)
位於行方向上之兩端的電子束的位置透過實施倍率調整被調整為目標位置。然而，如果存在有陣列誤差，儘管實施倍率調整，但在倍率調整之後的實際位置G(n)也通常不被設定為整數，而目標位置處的座標為整數n。因此，為了獲得倍率調整後電子束陣列中的目標合成強度輪廓(SUM_P：目標劑量分佈)，應根據電子束的目標位置處的強度而對電子束的實際位置處的強度進行插值。
現在，假定夾著(sandwich)G(n)的整數是k和(k+1)。另外，當位置n處的強度為l(n)時，位置G(n)處的強度由l(G(n))來予以表示。同樣地，夾著位置G(n)的兩個整數k和(k+1)的位置處的強度分別由l(k)和l(k+1)來予以表示。位置G(n)處的強度l(G(n))可以使用兩個整數k和(k+1)的位置處的兩個強度l(k)和l(k+1)如以下等式(4)般地藉由線性插值來予以計算： 對於u=(k+1)-G(n)且v=G(n)-k l(G(n))=u×l(k)+V×l(k+1)...(4)
在本實施例中，藉由使用由整數k和(k+1)如此所表示的多個目標位置處的強度而獲得在倍率調整之後的實際位置G(n)處的強度來校正電子束的陣列誤差。圖7A和7B分別示出當在倍率調整之後沒有實施上述校正時(圖7A)和當實施校正時(圖7B)的合成強度輪廓(SUM_P)。在沒有實施校正的圖7A的情況下，要被真正形成的圖案的中心位置和寬度兩者相對於目標值被大大地偏移。
另一方面，在倍率調整之後校正了陣列誤差的圖7B的情況下，即使電子束陣列具有誤差，合成強度輪廓(SUM_P)與目標之間的差也落在容許的範圍內。結果，在基於位置的位移資訊校正陣列誤差的圖7B的情況下，精確地形成具有與設計圖案相對應的寬度和位置的圖案。如圖7B所示，即使在倍率調整之後，電子束B1至B3中的每一個的陣列仍然相對於由虛線所表示的目標位置而偏移。在圖7B中，透過校正陣列誤差，B2的強度增大為比所設計的100%略高，B3的強度增大為比所設計的50%高得多(約70%)，並且B1的強度減小為比所設計的50%低得多(約30%)。結果，如圖7B中所看到的，具有等於或大於三個電子束B1至B3的合成強度輪廓SUM_P(a)的閾值RT的值的區域被向右方向校正，並且其寬度接近於設計的寬度。
接著，以下將描述校正(補償)電子束的陣列誤差的方法的另一示例。首先，藉由最右側來進一步表示等式(3) 的右側。
G(n)=β×F(n)=n+△g(n)...(3')
關於G(n)，圖6示出目標位置處的座標n與對應的實際位置之間的位移△g(n)關係。座標n與△(n)之間的關係在圖6中再次被示出。與圖5B不同，當n為負時，考慮到位移方向，△(n)取負值。如可從圖6中所看到的，位於列方向的兩端的電子束的位置藉由倍率調整而被調整為目標位置。然而，如果存在有陣列誤差，儘管實施倍率調整，但在倍率調整之後的實際位置G(n)也通常不被設定為整數，而目標位置處的座標被設定為整數。
圖8示出根據電子束的目標位置處的強度而對電子束的實際位置處的強度進行插值以在倍率調整之後的電子束陣列中獲得目標合成強度輪廓(SUM_P：目標劑量分佈)的方法的另一示例。實心圓n1、n2和n3分別是電子束B1、B2和B3的目標位置處的座標。空心圓G(n1)、G(n2)和G(n3)分別是電子束B1、B2和B3的實際位置的座標。在圖8的插值方法中，與目標位置n相對應的實際位置G(n)處的強度lG(n)以對相鄰的目標位置的強度l(n)進行分割的形式而被決定為以下的等式(4')、(5')和(6')：lG(n1)=l(n1)×{v1/(u1+v1)}...(4')
lG(n2)=l(n1)×{u1/(u1+v1)}+l(n2)×{v2/(u2+v2)}+l(n3)×{v3/(u3+v3)}...(5')
lG(n3)=l(n2)×{u2/(u2+v2)}+l(n3)×{u3/(u3+v3)}...(6')
當倍率調整之後不使用等式(4')至(6')實施校正時，如 圖5A那樣，要被真正形成的圖案的寬度和中心位置兩者相對於目標值被大大地偏移。另一方面，當倍率調整之後校正了陣列誤差時，如圖5B那樣，即使電子束陣列具有誤差，合成強度輪廓(SUM_P)與目標之間的差仍落在容許的範圍內。結果，當基於位置的位移資訊以已校正(補償)陣列誤差時，精確地形成與設計圖案相對應的寬度和位置的圖案。
圖9示出上述插值處理的詳細處理流程。在圖9中，n為整數並且表示電子束的目標位置和光束位址。G(n)表示電子束的實際位置。l(n)表示與目標位置n相對應的強度的資料串(data string)。lG(n)表示在位置G(n)處進行插值後的強度的資料串。INTEGER(G)表示返回小於G(n)的最大整數的函數。資料處理電路14藉由實施圖9中的處理而將目標位置處的強度的資料串l(n)轉換成插值後的強度的資料串lG(n)。該資料串作為控制資料被傳送至消隱控制電路13。
在本實施例中，重複地在同一位置處照射基板的電子束的數量被調整以調整基板上的每個位置處的電子束的劑量。然而，可以藉由調整由消隱單元所決定的電子束的時間來調整電子束的劑量。在本實施例中，在對電子束的陣列誤差進行校正之前調整磁場電子透鏡105的倍率。然而，例如，當實施繪畫以使得圖案與具有倍率誤差的底層重疊時，可以透過考慮倍率誤差調整磁場電子透鏡105的倍率或者不調整磁場電子透鏡105的倍率的情況下來校正 (補償)電子束的陣列誤差。
物品的製造方法
上述繪畫裝置例如可以被使用來製造物品，例如諸如半導體裝置或具有精細結構的元件的微裝置。物品的製造方法可以包括以下步驟：藉由使用繪畫裝置利用塗敷在基板上的光致抗蝕劑而在該基板的光致抗蝕劑上形成潛像(latent image)圖案的步驟(在基板上實施繪畫的步驟)；以及對在以上步驟中形成潛像圖案的基板進行顯影的步驟。該製造方法還可以包括其它已知的處理(例如，氧化、沉積、氣相沉積、摻雜、平坦化、蝕刻、抗蝕劑去除、切割、焊接和封裝)。與傳統方法相比，根據本實施例的物品的製造方法在物品的性能、品質、生產率和生產成本中的至少一者是有利的。
儘管已參考示例性實施例描述了本發明，但應當理解，本發明不限於所揭示的示例性實施例。後附之申請專利範圍的範疇要被賦予最廣泛的解釋，以包含所有這樣的修改以及等同結構和功能。
B1、B2、B3‧‧‧電子束

Claims (13)

  1. 一種繪畫裝置，用以利用帶電粒子束而在基板上實施繪畫，該裝置包括：控制器，被配置成基於該帶電粒子束在基板上的多個位置中的每一個相對於與該多個位置中的每一個相對應的目標位置的放置誤差的資訊、以及與該多個位置中的每一個相對應的目標位置處的帶電粒子束的目標劑量，以控制該多個位置中的每一個處的帶電粒子束的劑量。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的裝置，還包括檢測器，該檢測器被配置成檢測帶電粒子束，其中，該控制器被配置成基於來自該檢測器的輸出而獲得該資訊。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的裝置，還包括消隱設備，該消隱設備被配置成實施帶電粒子束的消隱，其中，該控制器被配置成藉由控制該消隱設備來控制劑量。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的裝置，其中，該控制器被配置成藉由控制被利用來照射該多個位置中的每一個的帶電粒子束的數量來控制劑量。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的裝置，其中，該繪畫裝置利用多個帶電粒子束來實施繪畫，該繪畫裝置包括投射系統，該投射系統被配置成將多個帶電粒子束投射到基板上，並且該控制器被配置成決定該投射系統的投射倍率，並且 利用該投射倍率而獲得投射在基板上的該多個帶電粒子束中的每一個的位置相對於與該位置相對應的目標位置的放置誤差的資訊作為該資訊。
  6. 一種繪畫裝置，用以利用多個帶電粒子束而在基板上實施繪畫，該裝置包括：控制器，被配置成基於該多個帶電粒子束中的每一個在基板上的目標位置、該多個帶電粒子束中的每一個的目標位置處的目標劑量、以及該多個帶電粒子束中的每一個在基板上相對於與該位置相對應的目標位置的放置誤差，以控制該多個帶電粒子束中的每一個在基板上的位置處的劑量。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的裝置，其中，該控制器被配置成基於該多個帶電粒子束中的每一個的放置誤差和目標位置藉由對該多個帶電粒子束中的每一個的目標劑量進行分割而獲得該多個帶電粒子束中的每一個的位置處的劑量。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述的裝置，還包括檢測器，該檢測器被配置成檢測多個帶電粒子束中的每一個，其中，該控制器被配置成基於來自該檢測器的輸出而獲得關於該多個帶電粒子束中的每一個在基板上的放置誤差的資訊。
  9. 根據申請專利範圍第6項所述的裝置，還包括消隱設備，該消隱設備被配置成實施多個帶電粒子束中的每 一個的消隱，其中，該控制器被配置成藉由控制該消隱設備來控制該多個帶電粒子束中的每一個的劑量。
  10. 根據申請專利範圍第6項所述的裝置，其中，該控制器被配置成藉由控制被利用來照射該基板上之該多個帶電粒子束中的每一個的位置之帶電粒子束的數量來控制該多個帶電粒子束中的每一個的劑量。
  11. 根據申請專利範圍第6項所述的裝置，還包括投射系統，該投射系統被配置成將多個帶電粒子束投射到基板上，其中，該控制器被配置成決定該投射系統的投射倍率，並且利用該投射倍率而獲得關於投射在基板上的該多個帶電粒子束中的每一個的放置誤差的資訊。
  12. 一種物品的製造方法，該方法包括以下步驟：使用繪畫裝置而在基板上實施繪畫；對其上已實施繪畫的基板進行顯影；以及處理顯影後的基板以製造物品，其中，該繪畫裝置利用帶電粒子束而在基板上實施繪畫，並且包括：控制器，被配置成基於該帶電粒子束在基板上的多個位置中的每一個相對於與該多個位置中的每一個相對應的目標位置的放置誤差的資訊、以及與該多個位置中的每一個相對應的目標位置處的帶電粒子束的目標劑量，以控制該多個位置中的每一個處的帶電粒子束的劑量。
  13. 一種物品的製造方法，該方法包括以下步驟：使用繪畫裝置而在基板上實施繪畫；對其上已實施繪畫的基板進行顯影；以及處理顯影後的基板以製造物品，其中，該繪畫裝置利用多個帶電粒子束而在基板上實施繪畫，並且包括：控制器，被配置成基於該多個帶電粒子束中的每一個在基板上的目標位置、該多個帶電粒子束中的每一個的目標位置處的目標劑量、以及該多個帶電粒子束中的每一個在基板上相對於與該位置相對應的目標位置的放置誤差，以控制該多個帶電粒子束中的每一個在基板上的位置處的劑量。
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