CN110571116A - 带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法。本实施方式的带电粒子束描绘装置具备：发射部，发射带电粒子束；第1光圈，对上述带电粒子束进行成形；照明透镜，将上述带电粒子束照射到上述第1光圈；第2光圈，对透过了上述第1光圈之后的带电粒子束进行成形；投影透镜，将透过了上述第1光圈之后的带电粒子束投影到上述第2光圈；物镜，是对透过了上述第2光圈之后的带电粒子束进行对焦的磁场型透镜；以及静电透镜，与作为描绘对象的基板的表面高度相匹配地进行带电粒子束的焦点修正，上述静电透镜配置在上述物镜内，向该静电透镜的电极施加正电压，该电极上端的该物镜的磁场强度为规定值以下。

Description

带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法
技术领域
本发明涉及带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法。
背景技术
随着LSI的高集成化，对半导体器件要求的电路线宽逐年微细化。为了对半导体器件形成所希望的电路图案，而采用有如下方法：使用缩小投影型曝光装置，将形成在石英上的高精度的原始图案(掩模，或者尤其是在步进曝光装置、扫描设备中使用的掩模也称为中间掩模。)缩小转印到晶片上。高精度的原始图案通过电子束描绘装置来描绘，使用所谓的电子束光刻技术。
在电子束描绘装置中，通过物镜将各发射的射束对焦到试样面上，并且使用静电透镜，以与试料面的凹凸对应的方式在描绘中动态地进行焦点修正(动态聚焦)。在将施加于该静电透镜的偏置电压设为负的情况下，成雾电子(Fogging electron)增加，会妨碍描绘图案的尺寸精度提高。
为了抑制成雾电子的影响，优选将施加于静电透镜的偏置电压设为正。但是，在对静电透镜施加正的偏置电压的情况下，来自试样面的二次电子(包含反射电子)高密度地滞留在射束轨道上，使电子束的轨道变化，存在可能会使射束位置精度劣化这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述以往的实际情况而完成的，其目的在于提供带电粒子束描绘装置以及带电粒子束描绘方法，在以正偏压运用焦点修正静电透镜的同时，防止射束位置精度的劣化。
本发明一个方式的带电粒子束描绘装置具备：发射部，发射带电粒子束；第1光圈，对上述带电粒子束进行成形；照明透镜，将上述带电粒子束照射到上述第1光圈；第2光圈，对透过了上述第1光圈的带电粒子束进行成形；投影透镜，将透过了上述第1光圈的带电粒子束投影到上述第2光圈；物镜，是对透过了上述第2光圈的带电粒子束进行对焦的磁场型透镜；以及静电透镜，与描绘对象的基板的表面高度相匹配地进行带电粒子束的焦点修正，上述静电透镜配置在上述物镜内，对该静电透镜的电极施加正电压，该电极上端的该物镜的磁场强度为规定值以下。
附图说明
图1是本发明的实施方式的电子束描绘装置的概要图。
图2是第1成形光圈以及第2成形光圈的立体图。
图3是物镜以及焦点修正静电透镜的截面图。
图4是对物镜的磁场分布以及焦点修正静电透镜的位置进行说明的图。
图5是对射束位置偏移量的计算方法进行说明的图。
图6是表示焦点修正静电透镜的电极前端的磁场强度与射束位置偏移量之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的实施方式的电子束描绘装置的概要图。图1所示的电子束描绘装置是具备控制部100和描绘部200的可变成形型的描绘装置。
描绘部200具备电子镜筒220以及描绘室230。在电子镜筒220内配置有电子枪201、照明透镜202、消隐器203、第1成形光圈204、投影透镜205、偏转器206、第2成形光圈207、物镜208、偏转器209以及焦点修正透镜210。
在描绘室230内配置有XY载台211。在XY载台211上载放有作为描绘对象的基板240。在描绘室230的上部配置有对基板240的高度方向(Z方向)的位置进行检测的Z传感器250。Z传感器250由投光器与受光器的组合构成，从投光器照射的光被基板240的表面反射，受光器接受该反射光，由此能够测定基板240的表面高度。
由Z传感器250检测到的高度数据，在由检测电路150转换成数字数据之后传送到控制计算机110。
从设置在电子镜筒220内的电子枪201(发射部)发射的电子束B，当在消隐器(消隐偏转器)203内通过时，通过消隐器203来切换是否向基板照射电子束。
通过照明透镜202将电子束B照射到具有矩形开口32(参照图2)的第1成形光圈204整体。由于在第1成形光圈204的开口32中通过，因此电子束B成形为矩形。
通过了第1成形光圈204之后的第1光圈像的电子束B，通过投影透镜205投影到具有可变成形开口34(参照图2)的第2成形光圈207上。此时，能够通过偏转器206对投影到第2成形光圈207上的第1光圈像进行偏转控制，使在可变成形开口34中通过的电子束的形状以及尺寸变化(进行可变成形)。
通过了第2成形光圈207的可变成形开口34之后的第2光圈像的电子束B，由物镜208以及焦点修正透镜210进行对焦，由偏转器209偏转，而照射到载放在连续地移动的XY载台211上的基板240上。
偏转器209由偏转区域的大小不同的多级的偏转器构成。例如，可以是主偏转器以及副偏转器的两级构成，也可以是主偏转器、副偏转器以及副副偏转器的三级构成。
照明透镜202、投影透镜205以及物镜208使用电磁透镜(磁场型透镜)。焦点修正透镜210用于进行针对基板240表面的高度变动的动态聚焦调整，使用静电透镜。
图2是用于对基于第1成形光圈204以及第2成形光圈207的射束成形进行说明的概要图。在第1成形光圈204上形成有用于使电子束B成形的矩形的开口32。
此外，在第2成形光圈207上形成有可变成形开口34，该可变成形开口34用于将通过了第1成形光圈204的开口32之后的电子束B成形为所希望的形状。通过了第1成形光圈204的开口32以及第2成形光圈207的可变成形开口34的双方之后的射束形状，被描绘到连续地移动的XY载台211上所搭载的基板240的描绘区域。
如图1所示，控制部100具有控制计算机110、偏转控制电路120、存储部130、透镜控制电路140以及检测电路150。成为布局数据的描绘数据被从外部向存储部130输入并保存。
控制计算机110具有发射数据生成部111以及描绘控制部112。控制计算机110的各部可以由电路等硬件构成，也可以由软件构成。在由软件构成的情况下，也可以将实现控制计算机110的至少一部分功能的程序保存在存储介质中，使包括电路的计算机读入该程序并执行。存储介质并不限定于磁盘、光盘等的能够拆装的介质，也可以是硬盘装置、存储器等固定型的存储介质。
发射数据生成部111从存储部130读出描绘数据，进行多级数据转换处理而生成发射数据。发射数据中包含发射形状、发射尺寸、发射位置、发射时间等信息。
描绘控制部112将发射数据按照发射顺序传送到偏转控制电路120。偏转控制电路120使用发射数据对消隐器203、偏转器206以及偏转器209的偏转量进行控制，并进行描绘处理。
透镜控制电路140进行设置于描绘部200的各透镜的控制。例如，透镜控制电路140对向物镜208的线圈施加的电流量进行控制。此外，透镜控制电路140基于由Z传感器250检测出的基板240的表面高度，对向焦点修正透镜210施加的电压进行控制。
接着，对物镜208以及焦点修正透镜210的构成进行说明。物镜208为电磁透镜，如图3所示，具有线圈208a以及收纳线圈208a的磁轭208b。磁轭208b由铁等导磁率较高的材料构成，在一部分设置有切口(极片208c)。
在线圈208a中流动电流而形成的磁力线，经由极片208c向空间泄漏并形成磁场。
焦点修正透镜210与物镜208的内部、例如极片208c的高度相匹配地配置。焦点修正透镜210为静电透镜，具有环状的三段的电极210a、210b以及210c。向上下的电极210a以及210c施加0V的电压，向中段的电极210b施加正电压，而在正偏压下运用焦点修正透镜210。
当电子束照射于基板240时，入射到基板240而产生的二次电子(包含与基板240碰撞而反射了的反射电子)在电子镜筒220内朝上方行进。该二次电子在物镜208的磁场中进行螺旋运动。二次电子的轨道半径在磁场较强的区域中变小，在磁场较弱的区域中变大。
此外，二次电子为，当在焦点修正透镜210的电极210b内行进时，由于向电极210b施加的电压的影响而速度变大。当穿过电极210b时，二次电子减速、速度变小。
在二次电子的轨道半径较小、但速度较大的情况下，二次电子的密度变低，对从电子枪201输出的电子束的轨道造成的影响较小。此外，在二次电子的速度较小、但轨道半径较大的情况下，二次电子密度变低，对从电子枪201输出的电子束的轨道造成的影响较小。
另一方面，在二次电子的轨道半径较小、且速度较小的情况下，二次电子密度变高，可能会使从电子枪201输出的电子束的轨道变化，使射束位置精度劣化。即，当穿过电极210b之后的区域的磁场较强时，射束位置精度可能会劣化。
因此，如图4所示，在本实施方式中构成为，焦点修正透镜210的电极210b的上端位于磁场(轴线上磁场)的强度成为规定值Bth以下的区域。由此，在磁场较强、二次电子的轨道半径较小的区域中，二次电子的速度变大，二次电子密度变低。在穿过电极210b而二次电子速度变小的区域中，磁场较弱而二次电子的轨道半径变大、二次电子密度变低。
由于能够防止产生二次电子密度较高的区域，因此能够防止射束位置精度的劣化。此外，由于在正偏压下运用焦点修正透镜210，因此能够抑制成雾电子的影响。
磁场強度Bth被设定为，使得射束照射位置的位置偏移量成为规定值以下。根据图5所示的计算式求出射束照射位置的位置偏移量Δpos。在图5中，ε0是真空的介电常数，Q是区域的电荷量，m是电子的质量，vr是二次电子的半径方向速度，vz是二次电子的z方向速度，L是减速区域的长度，h是减速区域离基板240表面的高度。此外，kl是物镜208的缩小率，e是基本电荷，I是射束电流，V0是射束能量，η是反射效率，Vs是二次电子能量。二次电子的射出角度为45°。
图6表示根据该计算式求出的位置偏移量以及位置偏移量的实验值。根据图6可知，计算式与实验值的趋势大致一致。
当根据实验值推测不确定的参数时，位置偏移量Δpos能够根据以下的计算式求出。C是比例常数。
Δpos＝C×B×I×h/V0
根据该式能够求出如下情况：例如，当比例常数C＝100000时，在使射束电流I为1μA、高度h＝10mm、射束能量V0为50keV的情况下，为了使位置偏移量Δpos小于1nm，只要使规定值Bth小于0.05T(特斯拉)即可。即，通过使静电透镜(焦点修正透镜)210的电极210b延伸至磁场强度小于0.05T的区域，能够将射束照射位置的位置偏移量抑制为小于1nm。换言之，通过将向物镜208的线圈供给的电流调整为使焦点修正透镜210的电极210b的上端位置处的磁场强度小于0.05T，能够将射束照射位置的位置偏移量抑制为小于1nm。
在上述实施方式中优选构成为，焦点修正透镜210的电极210b的下端也位于磁场强度为规定值Bth以下的区域。即，优选为，电极210b遍及磁场强度大于规定值Bth的区域整体延伸。物镜208的磁场最强的部位处于电极210b的上端与下端之间。
在上述实施方式中，对作为带电粒子束的一例而使用了电子束的构成进行了说明，但带电粒子束并不限定于电子束，也可以是离子束等使用了带电粒子的射束。
在上述实施方式中对描绘装置的例子进行了说明，但也能够应用于使用了带电粒子束的检查装置。
另外，本发明并不限定于上述实施方式本身，在实施阶段能够在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形而具体化。此外，通过适当组合上述实施方式所公开的多个构成要素，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。进而，也可以适当组合不同的实施方式的构成要素。

Claims (11)

1.一种带电粒子束描绘装置，具备：
发射部，发射带电粒子束；
第1光圈，对上述带电粒子束进行成形；
照明透镜，将上述带电粒子束照射到上述第1光圈；
第2光圈，对透过了上述第1光圈之后的带电粒子束进行成形；
投影透镜，将透过了上述第1光圈之后的带电粒子束投影到上述第2光圈；
物镜，是对透过了上述第2光圈之后的带电粒子束进行对焦的磁场型透镜；以及
静电透镜，与作为描绘对象的基板的表面高度相匹配地进行带电粒子束的焦点修正，
上述静电透镜配置在上述物镜内，向该静电透镜的电极施加正电压，该电极上端的该物镜的磁场强度为规定值以下。
2.如权利要求1所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述电极的至少一部分延伸到上述物镜的磁场强度大于上述规定值的区域。
3.如权利要求2所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述电极下端的上述物镜的磁场强度为上述规定值以下。
4.如权利要求3所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述电极遍及上述物镜的磁场强度大于上述规定值的区域整体而延伸。
5.如权利要求1所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述静电透镜具有上端电极、中段电极以及下段电极这三段电极，
向上述上段电极以及上述下段电极施加0V电压，向上述中段电极施加上述正电压。
6.如权利要求5所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述中段电极遍及上述物镜的磁场强度大于上述规定值的区域整体而延伸。
7.如权利要求1所述的带电粒子束描绘装置，其特征在于，
上述物镜具有线圈以及收纳该线圈的磁轭，
在上述磁轭上设置有切口，
上述静电透镜配置于上述切口的高度。
8.一种带电粒子束描绘方法，具备：
发射带电粒子束的工序；
使用作为磁场型透镜的物镜，对上述带电粒子束进行对焦并向作为描绘对象的基板照射上述带电粒子束而形成图案的工序；以及
使用配置在上述物镜内的静电透镜，与上述基板的表面高度相匹配地进行上述带电粒子束的焦点修正的工序，
向上述静电透镜的电极施加正电压，
以上述电极上端的上述物镜的磁场强度成为规定值以下的方式，向该物镜的线圈供给电流。
9.如权利要求8所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
以上述电极下端的上述物镜的磁场强度成为规定值以下的方式，向该物镜的线圈供给电流。
10.如权利要求9所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
上述物镜的磁场强度最大的部位处于上述电极的上端与下端之间的高度。
11.如权利要求8所述的带电粒子束描绘方法，其特征在于，
上述静电透镜具有上段电极、中段电极以及下段电极这三段电极，
向上述上段电极以及上述下段电极施加0V电压，向上述中段电极施加上述正电压。
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