TWI654421B - 帶電粒子束的解析度測定方法及帶電粒子束描繪裝置 - Google Patents

帶電粒子束的解析度測定方法及帶電粒子束描繪裝置

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Abstract

本發明的一態樣的帶電粒子束的解析度測定方法，具備：將帶電粒子束的焦點位置在高度方向上變更，對每個前述焦點位置，將在基板上形成的點標記以前述帶電粒子束進行掃描的工程；在每個前述焦點位置，檢出從前述點標記反射的反射帶電粒子的工程；從前述反射帶電粒子的檢出結果，演算出將散射帶電粒子分佈對應到前述焦點位置的每個高度的工程；進行包含將前述帶電粒子束的開口角及解析度作為參數的前述帶電粒子束的束波形的近似式與前述點標記的標記形狀的摺積演算的工程；以及將每個前述高度的散射帶電粒子分佈與前述摺積演算的演算結果進行擬合，算出前述開口角及解析度的工程。

Description

帶電粒子束的解析度測定方法及帶電粒子束描繪裝置
本發明係有關於帶電粒子束的解析度測定方法及帶電粒子束描繪裝置。
隨著LSI的高積體化，半導體裝置的電路線寬也一年比一年更細微化。為了在半導體裝置上形成所期望的電路圖案，係使用縮小投影型曝光裝置，採用將在石英上形成高精度的原始圖案(遮罩、或者特別是用於步進器或掃描器者，也稱之為光罩。)縮小轉印至晶圓上的方法。高精度的原始圖案藉由電子束描繪裝置來描繪，就是利用所謂的電子束光蝕刻技術。
在電子束描繪裝置中，基於束的解析度及開口角進行對焦等各種設定。例如，進行電子束掃描，對基板上的點圖案(金屬圖案)照射電子束，量測反射電子，從該量測結果演算出束強度分佈，從束強度分佈基於預定的式子演算出束解析度(例如參照特開2007-188671號公報，特開2007-234263號公報)。
為了提升電子束描繪裝置的描繪精度，希望能高精確地計算束的解析度及開口角。
本發明提供一種帶電粒子束的解析度測定方法及帶電粒子束描繪裝置，能夠高精確地求出帶電粒子束的解析度及開口角。
本發明的一態樣的帶電粒子束的解析度測定方法，具備：將帶電粒子束的焦點位置在高度方向上變更，對每個前述焦點位置，將在基板上形成的點標記以前述帶電粒子束進行掃描的工程；在每個前述焦點位置，檢出從前述點標記反射的反射帶電粒子的工程；從前述反射帶電粒子的檢出結果，演算出將散射帶電粒子分佈對應到前述焦點位置的每個高度的工程；進行包含將前述帶電粒子束的開口角及解析度作為參數的前述帶電粒子束的束波形的近似式與前述點標記的標記形狀的摺積演算的工程；以及將每個前述高度的散射帶電粒子分佈與前述摺積演算的演算結果進行擬合，算出前述開口角及解析度的工程。
30‧‧‧描繪部
40‧‧‧電子鏡筒
50‧‧‧描繪室
41‧‧‧電子槍
42‧‧‧遮蔽孔
43‧‧‧第1成形孔
44‧‧‧第2成形孔
45‧‧‧遮蔽偏向器
46‧‧‧成形偏向器
47‧‧‧對物偏向器
48‧‧‧透鏡(照明透鏡CL、投影透鏡PL、對物透鏡OL)
10‧‧‧控制部
12‧‧‧控制計算機
14‧‧‧控制電路
16‧‧‧放大器
18‧‧‧A/D變換器
圖1為關於本發明的實施形態之電子束描繪裝置的概略圖。
圖2為說明電子束的可變成形的圖。
圖3為說明關於同實施形態之束解析度及開口角的測定方法的流程圖。
圖4為表示散射電子分佈之例的圖形。
圖5為表示散射電子分佈的微分波形之例的圖形。
圖6為說明散射電子分佈的測定結果與演算結果間的擬合處理的流程圖。
圖7為表示標記形狀的近似例的圖。
圖8為表示標記形狀的近似例的圖。
圖9為說明關於別的實施形態之束解析度及開口角的測定方法的流程圖。
以下，根據圖式說明本發明的實施形態。
圖1為關於本發明的實施形態之電子束描繪裝置的概略圖。圖1所示的描繪裝置1為具備：描繪部30、控制描繪部30動作的控制部10之可變成形型描繪裝置。
描繪部30具有：電子鏡筒40及描繪室50。電子鏡筒40內配置有：電子槍41、遮蔽孔42、第1成形孔43、第2成形孔44、遮蔽偏向器45、成形偏向器46、對物偏向器47、及透鏡48(照明透鏡CL、投影透鏡PL、對物透鏡OL)。
在描繪室50內配置有：以移動可能的方式配置的XY載台52、及檢出器54。XY載台52上載置有基板60。基板60例如是在表面上形成有成為金屬標記的點標記62之矽基板。點標記62為長方體(平面視為四角形)形狀，藉由反射率比矽還大的鎢或鉭等金屬材料製作。檢出 器54係檢出由電子束的照射而從點標記62反射的反射電子。
從設於電子鏡筒40內的電子槍41所放出的電子束49，在通過遮蔽偏向器45內時，藉由遮蔽偏向器45在束ON的狀態下被控制成通過遮蔽孔42，在束OFF的狀態下被控制成束全體由遮蔽孔42遮蔽而偏向。從束OFF的狀態變成束ON，之後到再變回束OFF為止，通過遮蔽孔42的電子束49成為1次的電子束射擊。
因通過遮蔽偏向器45及遮蔽孔42而生成的各射擊的電子束49，藉由照明透鏡48照射具有矩形開口43a(參照圖2)的第1成形孔43。因為通過第1成形孔43的開口43a，電子束49成形成矩形。
通過第1成形孔43的第1成形孔像的電子束，藉由投影透鏡48(PL)投影至第2成形孔44上。第2成形孔44上的第1孔像的位置被成形偏向器46所控制。藉此，可以改變(進行可變成形)通過第2成形孔44的開口44a的電子束的形狀及尺寸。
通過第2成形孔44的電子束，經由對物透鏡48(OL)來聚焦，由對物偏向器47偏向，以掃描的方式對XY載台52上的基板60的點標記62作照射。
控制部10具有：控制計算機12、控制電路14、放大器16、及A/D變換器18。在檢出器54所檢出的信號由放大器16放大，在A/D變換器18被變換成數位信號，而發送至控制計算機12。
控制計算機12的輸入輸出資料及演算中的資料被適宜地儲存於記憶體(圖示略)中。控制計算機12控制描繪裝置1的各部的動作。例如，控制計算機12通過控制電路14來控制遮蔽偏向器45、成形偏向器46、對物偏向器47的偏向量。又，控制計算機12進行描繪部30所照射的電子束解析度及開口角的計算。
利用圖3所示的流程圖來說明電子束的解析度及開口角的測定方法。
進行電子束掃描，從形成於基板60上的點標記62的正前方開始向點標記62上移動的方式照射電子束(步驟S1)。電子束的束大小比點標記62的寬度尺寸還小。
通過電子束的照射，由檢出器54來檢出從點標記62反射(散射)的電子(步驟S2)。在檢出器54所檢出的信號經由放大器16及A/D變換器18被發送至控制計算機12。
控制計算機12從反射電子的檢出結果來測定散射電子分佈(步驟S3)。例如，隨著電子束的掃描，重疊(照射)於點標記62的電子束面積漸漸地增加(第1區間)後，成為一定(第2區間)，之後漸漸地減少(第3區間)。因此，散射電子分佈在將縱軸設為散射電子量、橫軸設為束位置時，如圖4所示，成為在第1區間上升，在第2區間為一定，在第3區間下降的波形。圖4顯示在橫軸方向上設為1024點的測定結果之例。
將該波形微分後，成為圖5所示的1個波峰與1個波谷的連續波形。
在高度方向(z方向)上偏離電子束的焦點位置，取得n個位置(n為2以上的整數)的z座標的散射電子分佈(步驟S1~S5)。例如，在每個z座標得到圖5所示的微分波形。
此外，在偏離焦點位置時，較佳為先進行光學系統的調整而使束的大小不改變。又，因為束的強度也成為擬合對象，在每個偏離焦點位置，較佳為不變更檢出器54的感度。
接著，利用圖6所示的流程圖說明有關擬合處理(步驟S6)。
將電子束的開口角設為α、測定時的焦點偏離設為b時，每個z座標的電子束的解析度σ(z)以以下的式1表示。
將束位置設為x、束大小的一半設為h時，束波形以以下的近似式(式2)來表示。
從該近似式可以利用束解析度σ及束開口角α來取得每個z座標的束波形(步驟S61)。又，將點標記62假定為長方體，將標記高度、標記位置、標記寬度作為擬合參數求得標記形狀(步驟S62)。步驟S61所求出的束波形及步驟S62所求出的標記形狀，合於步驟S1~S5的測定結果，例如以橫軸方向1024點來進行形狀近似。
控制計算機12進行在步驟S61求出的束波形、與在步驟S62求出的標記波形的摺積演算，計算每個z座標的散射電子分佈(步驟S63)。摺積演算例如可以如以下的方式執行。首先，將束波形與標記形狀(例如以1024點將形狀近似)的頻率成份以FFT(快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform))來求出。接著，將束波形的頻率成份與標記形狀的頻率成份的共軛複數在每個頻率成份相乘。接著，將其結果進行逆FFT(逆快速傅立葉轉換(Inverse Fast Fourier Transform))。
在摺積演算的演算結果中，將在步驟S1~S5得到的n個散射電子分佈的測定結果進行擬合，求出誤差(每個橫軸方向的測定點的散射電子強度差的平方總和)(步驟S65)。在誤差變小的區間(步驟S66_Yes)，將擬合參數更新(變更)(步驟S67)，重複步驟S61~S65。求出誤差沒有變小時的(誤差成為最小)的α及σ(b)。藉此，能夠同時算出電子束的開口角及解析度。
因此，根據本實施形態，因為測定在z方向上偏移焦點位置的每個z座標的散射電子分佈，而對每個z座標的測定結果進行一次束開口角α及解析度σ的擬合，能夠高精度地求出開口角α及解析度σ。
控制計算機12控制描繪部30而使解析度成為 最小的b變成焦點位置。
在上述實施形態中，雖將點標記62的標記形狀假定成長方體，但因為點標記62的加工精度、及對於點標記62的電子束照射造成的劣化等，標記形狀並不一定會成為長方體。因此，較佳為將關於標記形狀的參數也作為擬合參數來考慮。
例如，如圖7所示，將標記高度的一半設為A、標記位置設為o、標記寬度設為w、標記劣化程度(例如在束掃描方向的點標記上面的兩邊緣之曲率半徑)設為δ1、δ2時，標記形狀能以以下式3來近似。此外，式3的值為負的範圍設為0。
控制計算機12進行上述式2的束波形與式3的標記形狀的摺積演算，對演算結果將n個散射電子分佈的測定結果進行擬合。擬合參數為束波形中的σ(b)、α、h、及b、標記形狀中的A、o、w、δ1、δ2共計9個。
例如，作為最小平方法可以使用Gauss-Newton法。此時，因為也包含數值演算誤差的影響，每個遞迴關係式的執行中平方誤差未必會越變越小，以遞迴關係式來更新擬合參數時，將更新前的擬合參數與更新後的擬合參數之間作平分(例如100等份)，將其中平方誤差成為最小的點作為下一個擬合參數來採用較佳。重複進行平方誤差的計算及擬合參數的更新，求出誤差最小時的α及σ(b)。藉此，能夠同時算出電子束的開口角及解析度。因為也將點標記形狀作為擬合參數來考慮，能夠更高精度地求出開口角α及解析度σ。
不使用Gauss-Newton法而使用梯度下降法(最快下降法)，在減少各參數使其變化時，使其與平方誤差減少量呈比例，而使各參數變化也可以。或是以其他的最小平方法求出擬合參數使誤差成為最小。
擬合對象可以使用散射波形，使用散射波形的微分波形或二次微分波形也可以(圖6步驟S64)。使用微分波形時，求出擬合參數使得平方誤差(每個橫軸方向的測定點的散射電子強度的微分、與摺積演算結果的微分之差的平方總和)成為最小。使用二次微分波形時也一樣。
也可以不將標記形狀假定為長方體，例如，也可以將剖面形狀假定成矩形的凹凸形，也可以如圖8所示，假定成剖面形狀為矩形以外的任意形狀者。
在上述實施形態中，當測定散射電子分佈時，當焦點位置偏移時雖進行光學系統的調整而使束的大小沒有變化，但將束的大小的調整為0是困難的。因此，較佳為將束的大小變化也作為擬合參數來考慮。
又，在上述實施形態中，雖利用在基板60上形成的1個點標記62來測定散射電子分佈，但藉由利用複 數個點標記62來測定散射電子分佈，能夠使擬合精度提升。
因此，利用圖9的流程圖來說明以複數個點標記62測定散射電子分佈，將束的大小變化也進行擬合，來測定電子束的解析度及開口角的方法。
進行電子束掃描，對形成於基板60的m個(m為2以上的整數)的點標記62之中的1個進行電子束照射，檢出反射電子，取得散射電子分佈(步驟S11~S13)。接著，在高度方向(z方向)偏離電子束的焦點位置，取得n個位置(n為2以上的整數)的z座標的散射電子分佈(步驟S14、S15)。步驟S11~S15的處理也與圖3的步驟S1~S5的處理一樣。將這種在n個位置的z座標的散射電子分佈的取得對m個點標記62依序進行(步驟S16、S17)。
如同後述，雖將束的大小變化也作為擬合參數考慮，但在散射電子分佈的測定時，在偏移焦點位置時進行光學系統的調整以使束的大小不改變。又，檢出器54的感度不改變。
擬合處理(步驟S18)與圖6所示的處理一樣。但是，因為也將束的大小變化作為擬合參數，將上述式2的h設為h(z)=k(z)＊ h(0)。束強度與束的大小的平方呈反比，也就是使在座標z的束強度成為在z=0的束強度的1/(k(z))2倍。
又，將式1測定時的焦點偏離b設為點標記62的個數份(m個)，同時將式3所示的標記形狀的近似式 準備成點標記62的個數份(m個)。
將測定時的焦點偏離(b)精度提升作為目的，在z=0附近的焦點位置的偏離間隔設為比其他區域還小也可以。
將式1的焦點偏離b設為m個，將束的大小h(z)進行將z=0設為基準時作為複數個的束波形、與m個標記形狀的近似式間的摺積演算，計算每個z座標的散射電子分佈。接著，在在摺積演算的演算結果中，將在步驟S11~S17得到的散射電子分佈的測定結果進行擬合，求出誤差。更新擬合參數，求出誤差成為最小時的開口角α及解析度σ(b)。
因為將束的大小變化也作為擬合參數，擬合對象非散射電子分佈的微分波形，而是散射電子分佈也可以高精度地進行擬合。又，在z大的位置也能對散射電子分佈進行高精度的擬合。
又，因為也將標記劣化程度δ1、δ2作為擬合參數來考慮，在基板60上的點標記62劣化時也一樣，能夠使用於散射電子分佈的測定。
在上述實施形態中，雖說明有關用束大小比點標記62的寬度尺寸還小的電子束照射點標記62的例子，但因為從點標記及束形狀來計算散射電子分佈，束大小沒有限制，照射束的大小比點標記62的寬度尺寸還大的電子束也可以。
控制計算機12的機能，可以以硬體來構成， 也可以以軟體來構成。以軟體來構成時，可以將實現至少一部的機能的程式儲存至CD-ROM等記錄媒體，使具有電路的電腦來讀取並執行。
上述實施形態中，雖說明有關照射電子束的描繪裝置，但照射離子束等其他帶電粒子束也可以。描繪裝置並不限於可變成形型，也可以是將複數束進行一次照射的多重束描繪裝置。
然而，本發明並不限於上述的實施例，可以在實施階段中，以不脫離此內容的範圍內，改變及具體化構成要素。此外，也可以將上述實施例所揭示的複數構成要素做適當的組合，完成各種發明。例如：也可以將實施例所示的全部構成要素做一些刪除。再來，也可將不同的實施例中的構成要素做適當的組合。

Claims (10)

  1. 一種帶電粒子束的解析度測定方法，具備：將帶電粒子束的焦點位置在高度方向上變更，對每個前述焦點位置，將在基板上形成的點標記以前述帶電粒子束進行掃描的工程；在每個前述焦點位置，檢出從前述點標記反射的反射帶電粒子的工程；從前述反射帶電粒子的檢出結果，演算出將散射帶電粒子分佈對應到前述焦點位置的每個高度的工程；進行包含將前述帶電粒子束的開口角及解析度作為參數的前述帶電粒子束的束波形的近似式與前述點標記的標記形狀的摺積演算的工程；以及將每個前述高度的散射帶電粒子分佈與前述摺積演算的演算結果進行擬合，算出前述開口角及解析度的工程。
  2. 如請求項1所記載的帶電粒子束的解析度測定方法，其中，前述標記形狀，係以包含將高度、寬度、劣化程度、及位置作為參數的近似式來表示。
  3. 如請求項2所記載的帶電粒子束的解析度測定方法，其中，前述劣化程度為前述點標記的邊緣曲率半徑。
  4. 如請求項1所記載的帶電粒子束的解析度測定方法， 其中，將前述帶電粒子束的焦點位置在高度方向變更時，進行光學系統的調整使得束的大小不改變。
  5. 如請求項4所記載的帶電粒子束的解析度測定方法，其中，將前述帶電粒子束的焦點位置在高度方向變更時，使得檢出前述反射帶電粒子的檢出器感度不改變。
  6. 如請求項1所記載的帶電粒子束的解析度測定方法，其中，在前述基板上形成複數點標記，在每個前述焦點位置將各點標記以帶電粒子束進行掃描，從反射帶電粒子的檢出結果來演算出散射帶電粒子分佈。
  7. 如請求項1所記載的帶電粒子束的解析度測定方法，其中，前述帶電粒子束的束波形的近似式，包含將在高度方向的前述帶電粒子束的大小變化作為參數者。
  8. 如請求項1所記載的帶電粒子束的解析度測定方法，其中，將前述散射帶電粒子分佈的微分與前述摺積演算的演算結果的微分進行擬合，算出前述開口角及解析度。
  9. 一種帶電粒子束描繪裝置，具備：將帶電粒子束的焦點位置在高度方向上變更，對每個前述焦點位置，將在基板上形成的點標記以前述帶電粒子束進行掃描的描繪部；以及 在對應前述焦點位置的每個高度，從前述點標記所反射的帶電粒子的檢出結果演算出散射帶電粒子分佈，進行包含將前述帶電粒子束的開口角及解析度作為參數的前述帶電粒子束的束波形的近似式與前述點標記的標記形狀的摺積演算，將每個前述高度的散射帶電粒子分佈與前述摺積演算的演算結果進行擬合，算出前述開口角及解析度的控制計算機。
  10. 如請求項9所記載的帶電粒子束描繪裝置，其中，前述標記形狀，係以包含將高度、寬度、劣化程度、及位置作為參數的近似式來表示。
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