TWI713074B - 多帶電粒子束描繪裝置及其粒子束評價方法 - Google Patents

多帶電粒子束描繪裝置及其粒子束評價方法 Download PDF

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Abstract

本發明是有關於一種多帶電粒子束描繪裝置及其粒子束評價方法。本實施形態的多帶電粒子束描繪裝置包括：成形孔徑基板，形成多個第一開口，並藉由帶電粒子束通過所述多個第一開口而形成多波束；消隱孔徑陣列機構，配置有對所述多波束之中分別對應的束進行接通斷開切換的多個消隱器；平台，載置描繪對象的基板且能夠移動；檢查孔徑，設置於所述平台，以使所述多波束中一條束通過的方式設置第二開口；電流檢測器，檢測通過所述檢查孔徑的所述第二開口的束的電流量；偏轉器，使所述多波束偏轉，並對所述多波束中的一條束進行偏轉控制，以使其處於包括所述第二開口的周邊的區域的規定位置；以及運算部，根據由所述電流檢測器所檢測出的束電流來求出束位置。

Description

多帶電粒子束描繪裝置及其粒子束評價方法
本發明是有關於一種多帶電粒子束描繪裝置及其粒子束評價方法。
伴隨著大規模積體電路（large scale integrated circuit，LSI）的高集積化，半導體器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器件上，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，或特別是用於步進器（stepper）或掃描器（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）。
使用多波束的描繪裝置與利用一條電子束進行描繪的情況相比，能夠一次照射大量的束，所以可以大幅提高總處理量（throughput）。作為多波束描繪裝置的一形態的使用消隱孔徑陣列的多波束描繪裝置中，例如是使自一個電子槍釋放的電子束通過具有多個開口的成形孔徑陣列而形成多波束（多個電子束）。多波束通過消隱孔徑陣列的各自所對應的消隱器內部。消隱孔徑陣列包括：用以使束個別地偏轉的電極對、及設置於電極間的束通過用的開口，將其中一個電極固定於接地電位，將另一個電極切換為接地電位與其他電位，藉此分別個別地對通過的電子束進行消隱偏轉。將藉由消隱器而偏轉的電子束遮蔽，使未偏轉的電子束照射至試料上。
描繪裝置中，有時照射至試樣的電子束產生振動（波動），而需要測定振動，並評價振動的方向性及其原因。以往的單束描繪裝置中，對配置於試樣面的校準標記照射束，並檢測來自標記的反射電子，根據反射電子的強度變化來評價電子束的振動。
藉由多波束描繪裝置照射的多波束於束間空開間隔，照射區域廣，而無法應用如上所述的檢測來自標記的反射電子的方法。認為僅使多波束中的一條波束接通來掃描標記，但是僅使用一條束，反射電子的強度極其小而難以檢測。
[發明所欲解決之課題]
本發明提供一種能夠評價多波束描繪裝置的束振動的多帶電粒子束描繪裝置及其粒子束評價方法。 [解決課題之手段]
本發明的一形態的多帶電粒子束描繪裝置包括：成形孔徑基板，形成多個第一開口，並藉由帶電粒子束通過所述多個第一開口而形成多波束；消隱孔徑陣列機構，配置有對所述多波束之中分別對應的束進行接通斷開切換的多個消隱器；平台，載置描繪對象的基板且能夠移動；檢查孔徑，設置於所述平台，以使所述多波束中一條束通過的方式設置第二開口；電流檢測器，檢測通過所述檢查孔徑的所述第二開口的束的電流量；偏轉器，使所述多波束偏轉，並對所述多波束中的一條束進行偏轉控制，以使所述一條束處於包括所述第二開口的周邊的區域的規定位置；以及運算部，根據由所述電流檢測器所檢測出的束電流來求出束位置。
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。本實施形態中，作為帶電粒子束的一例，對使用電子束的構成進行說明。但是，帶電粒子束並不限於電子束，亦可為離子束等其他帶電粒子束。
所述描繪裝置包括：描繪部W，對作為描繪對象的基板24照射電子束來描繪所需的圖案；以及控制部C，對描繪部W的動作進行控制。
描繪部W包括電子束鏡筒2及描繪室20。在電子束鏡筒2內，配置有電子槍4、照明透鏡6、成形孔徑陣列基板8、消隱孔徑陣列機構10、縮小透鏡12、限制孔徑基板14、物鏡16、及偏轉器18。
在描繪室20內，配置有XY平台22。在XY平台22上，載置成為描繪對象的基板24。基板24例如為晶圓或曝光用遮罩。
於XY平台22上，配置有XY平台22的位置測定用的鏡26。另外，於XY平台22，於與載置基板24的位置不同的位置，配置有具有多波束檢查用孔徑40（以下，記載為「檢查孔徑40」）及電流檢測器50的多波束用束檢查裝置。檢查孔徑40較佳為設置於與基板24相同的高度位置。
自電子槍4釋放的電子束30藉由照明透鏡6而大致垂直地對整個成形孔徑陣列基板8進行照明。圖2是表示成形孔徑陣列基板8的構成的概念圖。成形孔徑陣列基板8中，以規定的排列間距呈矩陣狀形成有縱向（y方向）m行×橫向（x方向）n行（m、n≧2）的開口部80。例如，形成512行×512行的開口部80。各開口部80是由相同的尺寸形狀的矩形所形成。各開口部80亦可為相同直徑的圓形。
電子束30對包含成形孔徑陣列基板8的所有的開口部80的區域進行照明。藉由一部分電子束30分別通過所述多個開口部80，而形成如圖1所示般的多波束30a～多波束30e。
在消隱孔徑陣列機構10中，對準成形孔徑陣列基板8的各開口部80的配置位置形成有貫通孔，在各貫通孔中，分別配置有包含成對的兩個電極的消隱器。通過各貫通孔的多波束30a～多波束30e的各者藉由消隱器所施加的電壓而分別獨立地偏轉。藉由所述偏轉而對各束進行消隱控制。藉由消隱孔徑陣列機構10，對通過成形孔徑陣列基板8的多個開口部80的多波束的各束進行消隱偏轉。
關於通過消隱孔徑陣列機構10的多波束30a～多波束30e，藉由縮小透鏡12而各束尺寸與排列間距縮小，且朝向形成於限制孔徑基板14的中心部的開口部行進。藉由消隱孔徑陣列機構10的消隱器而偏轉的電子束的軌道移位，位置與限制孔徑基板14的中心的開口部產生偏移，而藉由限制孔徑基板14加以遮蔽。另一方面，未藉由消隱孔徑陣列機構10的消隱器進行偏轉的電子束通過限制孔徑基板14的中心的開口部。
限制孔徑基板14對藉由消隱孔徑陣列機構10的消隱器而偏轉成束斷開（OFF）的狀態的各電子束進行遮蔽。然後，自變為束接通（ON）起至變為束斷開為止通過限制孔徑基板14的束形成一次投射（shot）的電子束。
通過限制孔徑基板14的多波束30a～多波束30e藉由物鏡16而對焦，於基板24上成為所需的縮小率的圖案像。通過限制孔徑基板14的各電子束（多波束整體）藉由偏轉器18統一偏轉為相同方向，照射至基板24。
當XY平台22連續移動時，藉由偏轉器18進行追蹤控制，以使束的描繪位置（照射位置）追隨XY平台22的移動。關於XY平台22的位置，自平台位置檢測器36朝向XY平台22上的鏡26照射雷射，使用其反射光來測定。
一次照射的多波束理想的是以在成形孔徑陣列基板8的多個開口部80的排列間距上乘以所述所需的縮小率所得的間距排列。所述描繪裝置在以連續地依次照射投射束的光柵掃描（raster scan）方式進行描繪動作，而描繪所需的圖案時，根據圖案，藉由消隱控制而將需要的束控制成束接通。
控制部C具有控制計算機32及控制電路34。控制計算機32（運算部）包括：束位置算出部60、解析部62、及投射資料生成部64。控制計算機32的各部既可由電氣電路等硬體構成，亦可由軟執行所述功能的程式等軟體構成。在包含軟體的情況下，可將實現所述功能的程式儲存於記錄介質，由包含電氣電路的電腦讀取且執行所述程式。
投射資料生成部64讀取保存於記憶體（省略圖式）的描繪資料，對描繪資料進行多段的資料轉換處理而產生裝置固有的投射資料，並將其輸出至控制電路34。描繪資料例如定義有各圖形圖案的配置位置、圖形種類及圖形尺寸等。在投射資料中定義有各投射的照射量及照射位置座標等。控制電路34將各投射的照射量除以電流密度以求出照射時間t，於進行對應的投射時，對消隱孔徑陣列機構10的對應的消隱器施加偏轉電壓，使得束以照射時間t接通。
控制電路34以使各束偏轉至投射資料所示的位置（座標）的方式，算出偏轉量，並對偏轉器18施加偏轉電壓。藉此，此次投射出的多波束一併偏轉。
於此種描繪裝置中，當進行描繪處理時，需要進行束的振動測定。於本實施形態中，將具有檢查孔徑40及電流檢測器50的檢查裝置用於束的振動測定。
圖3（a）是檢查裝置的概略構成圖，圖3（b）是檢查孔徑40的平面圖。檢查孔徑40例如包括圓形的平面形狀的基板41，於基板41的中心部形成貫通基板41的開口部42。基板41例如包含Pt、W等重金屬。
於將基板24上的多波束的束間距設為C，將（一條）束的尺寸設為S的情況下，開口部42的直徑ϕ1較佳為S＜ϕ1＜C-S。例如，將束尺寸S設為10 nm，將束間距C設為160 nm，將直徑ϕ1設為100 nm。
當直徑ϕ1大於束尺寸S時，一條電子束可全部通過開口部42（無散射透射），從而可使S/N比變高。較佳為使直徑ϕ1盡可能大，以便可以容易地看到束並且孔不會被異物堵塞。
另外，當直徑ϕ1小於C-S時，於掃描多波束時，相鄰的兩條束（的一部分）不會同時通過開口部42。因此，開口部42僅使多波束中的一條電子束通過，而將其他的束遮蔽。
通過開口部42的電子束入射至電流檢測器50，從而檢測束電流。例如可將固態檢波器（solid-state detector，SSD)（半導體檢測器）用於電流檢測器50。電流檢測器50的檢測結果通知給控制計算機32。
接著，使用圖4所示的流程，對束振動的測定·評價方法進行說明。
控制消隱孔徑陣列機構10的消隱器，使一部分（或全部）束接通，利用偏轉器18使束朝x方向及y方向的二維方向偏轉來對檢查孔徑40進行掃描（步驟S1）。電流檢測器50檢測束電流。
控制計算機32將由電流檢測器50檢測出的束電流轉換成亮度，並基於偏轉器18的偏轉量製作束圖像。例如，製成如圖5所示般的束圖像。這是使4×4陣列的束接通來掃描檢查孔徑40時的圖像的一例。控制計算機32自束圖像識別束陣列。
束位置算出部60利用由平台位置檢測器36檢測出的平台位置，來算出束陣列區域內的各束的位置及束陣列的中心座標（步驟S2）。
於步驟S1，使所接通的束中的一條束以橫穿開口部42的邊緣部的方式沿x方向進行一維掃描（步驟S3）。例如，如圖6（a）所示，使一條束B的y方向的位置與開口部42吻合，而沿x方向進行掃描。該束B成為束振動的測定對象的束。
圖6（b）是表示掃描束時的電流檢測器50對束電流的檢測結果的圖表。於束B被檢查孔徑40遮蔽的期間，檢測值M1極其小（大致為零），束B開始通過開口部42後，檢測值逐漸增加，當束B整體通過開口部42後，檢測值M2變成固定。
束位置算出部60算出用以使束B偏轉至束電流成為MI與M2的中間值（（M1+M2）/2）的位置P的偏轉量（步驟S4）。其是如下位置，即如圖7（a）所示，束B的x方向的一半側（圖中斜線部分）落在開口部42的邊緣部而被檢查孔徑40遮蔽，另一半側通過開口部42。
同樣地，使束B以橫穿開口部42的邊緣部的方式沿y方向進行一維掃描，根據束電流的檢測結果，算出用以使束B偏轉至如下位置的偏轉量，即如圖7（b）所示，束B的y方向的一半側（圖中斜線部分）落在開口部42的邊緣部而被檢查孔徑40遮蔽，另一半側通過開口部42。
如圖8所示，亦可使束B沿分別相對於x方向及y方向成45°的方向進行掃描，算出用以使束B偏轉至束B的一部分落在開口部42的邊緣部的位置的偏轉量。
使束B分別於束B的整體通過開口部42的位置、束B的整體被檢查孔徑40遮蔽的位置、如圖7（a）及圖7（b）所示的位置固定一定時間，藉由電流檢測器50對束電流進行檢測、測定（步驟S5）。解析部62對束電流的檢測結果進行解析，算出束的振動（步驟S6）。
例如，如圖7（a）所示，束B的x方向的一半側被檢查孔徑40遮蔽，另一半側通過開口部42的位置處的束電流的檢測結果中，束B的x方向的振動的影響大。例如，於所述位置，即便束B沿y方向振動，束電流的檢測結果幾乎無變化，而沿x方向振動的情況下，束電流的檢測結果變化（大）。
如圖7（b）所示，束B的y方向的一半側被檢查孔徑40遮蔽，另一半側通過開口部42的位置處的束電流的檢測結果中，束B的y方向的振動的影響大。例如，於所述位置，即便束B沿x方向振動，束電流的檢測結果幾乎無變化，而沿y方向振動的情況下，束電流的檢測結果變化（大）。
束B的整體通過開口部42的位置處的束電流的檢測結果中，自電子槍4釋放的電子束的輸出強度的波動大幅顯現。
束B的整體被檢查孔徑40遮蔽的位置處的束電流的檢測結果中，大幅顯現出背景雜訊。
解析部62減去電子束的輸出強度的波動及背景雜訊，根據圖7（a）所示的位置的束電流檢測結果，算出x方向的束位置的振動量。例如，對束電流檢測結果實施快速傅立葉轉換（Fast Fourier Transformation，FFT）（高速傅立葉轉換）處理，對x方向的束振動的頻率特性進行解析。
同樣地，解析部62減去電子束的輸出強度的波動及背景雜訊，根據圖7（b）所示的位置的束電流檢測結果，算出y方向的束位置的振動量。例如，對束電流檢測結果實施FFT處理，對y方向的束振動的頻率特性進行解析。
如此，藉由使束偏轉至一條電子束的一部分被檢查孔徑40遮蔽的位置，並檢查通過開口部42的部分的束電流，可評價束振動。
當使測定對象的束落在開口部42的一部分來檢測束電流時，可以規定的頻率對其他區域的束進行接通/斷開切換，來測定串音雜訊。圖9（a）～圖9（C）表示測定對象的束（圖中黑色）、與進行接通/斷開切換的束（圖中斜線部）的例子。圖10（a）表示對圖9（a）的情況的束電流檢測結果進行FFT處理的結果的例子。圖10（b）、圖10（c）分別與圖9（b）、圖9（c）對應。
可知：圖10（b）的峰值頻率與束接通/斷開的頻率一致的情況下，存在拾取由使測定對象的束偏轉的消隱器的周圍的消隱器的動作所引起的雜訊的可能性。圖10（a）、圖10（c）中未顯現出峰值，故可知對圖9（a）、圖9（c）所示的束進行接通/斷開切換的消隱器的動作未產生影響。
所述實施形態中，對檢查孔徑40的開口部42為圓形的例子進行了說明，但亦可如圖11（a）所示般設為矩形的開口部42A。另外，亦可設為多邊形的開口部。圖11（b）表示八邊形的開口部42B。
再者，本發明並不限定於所述實施形態本身，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公開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。
2‧‧‧電子束鏡筒 4‧‧‧電子槍 6‧‧‧照明透鏡 8‧‧‧成形孔徑陣列基板 10‧‧‧消隱孔徑陣列機構 12‧‧‧縮小透鏡 14‧‧‧限制孔徑基板 16‧‧‧物鏡 18‧‧‧偏轉器 20‧‧‧描繪室 22‧‧‧XY平台 24‧‧‧基板 26‧‧‧鏡 30‧‧‧電子束 30a～30e‧‧‧多波束 32‧‧‧控制計算機 34‧‧‧控制電路 36‧‧‧平台位置檢測器 40‧‧‧檢查孔徑 41‧‧‧基板 42、42A、42B‧‧‧開口部 50‧‧‧電流檢測器 60‧‧‧束位置算出部 62‧‧‧解析部 64‧‧‧投射資料生成部 80‧‧‧開口部 B‧‧‧束 C‧‧‧控制部 MI、M2‧‧‧檢測值 P‧‧‧位置 W‧‧‧描繪部 S1～S6‧‧‧步驟 ϕ1‧‧‧直徑
圖1是本發明的實施形態的描繪裝置的概略圖。 圖2是成形孔徑陣列基板的概略圖。 圖3（a）是所述實施形態的束檢查裝置的概略圖。圖3（b）是檢查孔徑的平面圖。 圖4是說明束振動的測定·評價方法的流程圖。 圖5是表示束圖像的例子的圖。 圖6（a）是表示束掃描的例子的圖。圖6（b）是表示束電流的檢測結果的圖表。 圖7（a）及圖7（b）是表示束振動測定時的束偏轉位置的圖。 圖8是表示束振動測定時的束偏轉位置的圖。 圖9（a）～圖9（c）是表示測定對象束、與進行接通/斷開切換的束區域的圖。 圖10（a）～圖10（c）是表示對束電流檢測結果進行FFT處理而算出的頻率特性的圖表。 圖11（a）及圖11（b）是表示檢查孔徑的開口部的形狀的例子的圖。
2‧‧‧電子束鏡筒
4‧‧‧電子槍
6‧‧‧照明透鏡
8‧‧‧成形孔徑陣列基板
10‧‧‧消隱孔徑陣列機構
12‧‧‧縮小透鏡
14‧‧‧限制孔徑基板
16‧‧‧物鏡
18‧‧‧偏轉器
20‧‧‧描繪室
22‧‧‧XY平台
24‧‧‧基板
26‧‧‧鏡
30‧‧‧電子束
30a~30e‧‧‧多波束
32‧‧‧控制計算機
34‧‧‧控制電路
36‧‧‧平台位置檢測器
40‧‧‧檢查孔徑
50‧‧‧電流檢測器
60‧‧‧束位置算出部
62‧‧‧解析部
64‧‧‧投射資料生成部
W‧‧‧描繪部
C‧‧‧控制部

Claims (7)

  1. 一種多帶電粒子束描繪裝置，包括：成形孔徑基板，形成多個第一開口，並藉由帶電粒子束通過所述多個第一開口而形成多波束；消隱孔徑陣列機構，配置有對所述多波束之中分別對應的束進行接通斷開切換的多個消隱器；平台，載置描繪對象的基板且能夠移動；檢查孔徑，設置於所述平台，以使所述多波束中一條束通過的方式設置第二開口；電流檢測器，檢測通過所述檢查孔徑的所述第二開口的束的電流量；偏轉器，使所述多波束偏轉，並對所述多波束中的一條束進行偏轉控制，以使所述一條束處於包括所述第二開口的周邊的區域的規定位置；以及運算部，根據由所述電流檢測器所檢測出的束電流來求出束位置，其中所述規定位置是藉由所述第二開口的邊緣部將所述一條束的一部分遮蔽的位置，其中所述規定位置包括：藉由所述第二開口的邊緣部將所述一條束的第一方向的一半側遮蔽的位置，以及藉由所述第二開口的邊緣部將所述一條束的與所述第一方向正交的第二方向的一半側遮蔽的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述規定位置包括：所述一條束的整體通過所述第二開口的位置，及所述一條束的整體被所述檢查孔徑遮蔽的位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述規定位置是包含所述一條束自所述第二開口的周邊部至所述第二開口的區域，所述偏轉器以沿著規定方向對所述區域進行掃描的方式對所述一條束進行偏轉控制。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，其中所述消隱孔徑陣列機構以規定的頻率對與所述一條束不同的多條束進行接通斷開切換，所述偏轉器將所述一條束偏轉控制至所述第二開口的規定位置，所述運算部根據由所述電流檢測器檢測出的電流量，求出有無所述規定的頻率的雜訊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電粒子束描繪裝置，於將所述多波束的束間距設為C，將一條束的尺寸設為S的情況下，所述第二開口的直徑Φ1為S<Φ1<C-S。
  6. 一種多帶電粒子束描繪裝置的粒子束評價方法，包括：釋放帶電粒子束的步驟；藉由所述帶電粒子束通過設置於成形孔徑基板的多個第一開口，來形成多波束的步驟；使用多個消隱器，對所述多波束中分別對應的束的接通斷開 進行切換的步驟；對束朝設置於載置描繪對象的基板的平台，且使所述多波束中的一條束通過的第二開口的規定位置進行偏轉控制的步驟；檢測通過所述第二開口的束的電流量的步驟；基於所檢測出的電流量，對束位置進行評價的步驟，其中所述規定位置是藉由所述第二開口的邊緣部將所述一條束的一部分遮蔽的位置，其中自藉由所述第二開口的邊緣部遮蔽了一部分的束的電流量的第一檢測結果，減去整體通過所述第二開口的一條束的電流量的第二檢測結果，及所述一條束的整體被所述檢查孔徑遮蔽時的電流量的第三檢測結果，對束振動的頻率特性進行解析。
  7. 一種多帶電粒子束描繪裝置的粒子束評價方法，包括：釋放帶電粒子束的步驟；藉由所述帶電粒子束通過設置於成形孔徑基板的多個第一開口，來形成多波束的步驟；使用多個消隱器，對所述多波束中分別對應的束的接通斷開進行切換的步驟；對束朝設置於載置描繪對象的基板的平台，且使所述多波束中的一條束通過的第二開口的規定位置進行偏轉控制的步驟；檢測通過所述第二開口的束的電流量的步驟；基於所檢測出的電流量，對束位置進行評價的步驟，其中所述規定位置是藉由所述第二開口的邊緣部將所述一條束的一部分 遮蔽的位置，所述規定位置包括：藉由所述第二開口的邊緣部將所述一條束的第一方向的一半側遮蔽的位置，以及藉由所述第二開口的邊緣部將所述一條束的與所述第一方向正交的第二方向的一半側遮蔽的位置。
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