TWI616924B - Method for adjusting charged particle beam drawing device and charged particle beam drawing method - Google Patents

Method for adjusting charged particle beam drawing device and charged particle beam drawing method Download PDF

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Abstract

本實施形態之帶電粒子束描繪裝置的調整方法，係求取對帶電粒子束描繪裝置設定之射束尺寸的補償量。本方法，是指派規定尺寸的射束的分割數，使用分割出的射束進行描繪，在基板上形成線狀的評估圖樣，對每一分割數求取前述評估圖樣的線寬的和設計尺寸相差之變化量，將基於帶電粒子束所賦予的能量的分布之線寬的模型函數，擬合至每一分割數的前述變化量，而算出前述補償量。

Description

帶電粒子束描繪裝置的調整方法及帶電粒子束描繪方法
本發明有關帶電粒子束描繪裝置的調整方法及帶電粒子束描繪方法。
隨著LSI的高度積體化，半導體裝置之電路線寬年年持續地微細化。為了對半導體裝置形成期望的電路圖樣，會採用下述手法，即，利用縮小投影型曝光裝置，將形成於石英上之高精度的原圖圖樣(光罩，或特別是用於步進機或掃描機者亦稱為倍縮光罩)縮小轉印至晶圓上。高精度的原圖圖樣，係藉由電子束描繪裝置來描繪，運用所謂的電子束微影技術。
就電子束微影的一種方式而言，可舉出使用可變成形射束之VSB(Variable Shaped Beam)方式。此方式，是例如使用藉由通過第1成形孔徑的開口、與第2成形孔徑的開口而被成形為任意形狀之電子束，而在被載置於可動平台之試料上描繪圖形圖樣。
這樣的VSB方式，是將成形為各種尺寸、形狀之射束予以拼合而形成圖樣。為了在試料上描繪高精度的圖 樣，必須將射束尺寸的偏差量亦即補償(offset)調整成最佳的值，而對描繪裝置設定。
求取最佳補償量之習知方法中，首先，指派分割數及補償量，來描繪將分割出的同一寬度的矩形射束予以拼合而成的線圖樣，以形成評估圖樣。接著，對每一補償量，求出相對於分割數而言之評估圖樣的線寬的變化程度(斜率)。接下來，由各補償量以及評估圖樣的線寬變化的斜率，求出斜率成為零之補償量，並將此補償量算出作為線寬不因分割數而變化之最佳補償量。
但，線寬的變化量和分割數是呈非線性關係，依上述方法求出的補償量，會與實際的最佳補償量產生偏差。因此，無法對描繪裝置設定最佳的補償量，難以使描繪精度提升。
此外，上述習知方法中，必須指派分割數及補償量來描繪評估圖樣，因此求取最佳補償量會花費時間。
本發明之實施形態，提供一種求取可使描繪精度提升之補償量，並且能夠縮短求取此補償量所需的時間之帶電粒子束描繪裝置的調整方法，及使用設定了這樣的補償量之描繪裝置而能夠描繪高精度的圖樣之帶電粒子束描繪方法。
一實施形態之帶電粒子束描繪裝置的調整方法，係求取對帶電粒子束描繪裝置設定之射束尺寸的補償量之帶電 粒子束描繪裝置的調整方法，具備：指抓規定尺寸的射束的分割數，使用分割出的射束進行描繪，在基板上形成線狀的評估圖樣之工程；及對每一分割數求取前述評估圖樣的線寬的和設計尺寸相差之變化量之工程；及將基於帶電粒子束所賦予的能量的分布之線寬的模型函數，擬合至每一分割數的前述變化量，而算出前述補償量之工程。
10‧‧‧光罩基板
40‧‧‧電子束鏡筒
41‧‧‧電子槍
42‧‧‧遮沒孔徑
43‧‧‧第1孔徑
44‧‧‧第2孔徑
45‧‧‧遮沒偏向器
46‧‧‧成形偏向器
47‧‧‧對物偏向器
48(CL)‧‧‧照明透鏡
48(OL)‧‧‧對物透鏡
48(PL)‧‧‧投影透鏡
49‧‧‧電子束
50‧‧‧描繪室
52‧‧‧XY平台
[圖1]本實施形態之描繪裝置的調整方法說明流程圖。
[圖2]電子束描繪裝置的概略圖。
[圖3](a)~(c)為評估圖樣的描繪方法之例子示意圖。
[圖4]每一分割數的和設計值相差的線寬變化量之例子示意圖。
[圖5](a)~(c)為電子束所賦予的能量的分布與圖樣的線寬之關係示意圖。
[圖6]將模型函數擬合至每一分割數的和設計值相差的線寬變化量之例子示意圖。
[圖7]比較例之評估圖樣的線寬示意圖。
[圖8]比較例之評估圖樣的線寬變化的斜率示意圖。
以下，依據圖面說明本發明之實施形態。
對於電子束描繪裝置，係於裝置的調整階段設定射束尺寸的偏差量亦即補償量，並使用此補償量來修正射束尺寸而進行描繪。圖1為求取對電子束描繪裝置設定之最佳補償量之描繪裝置的調整方法說明流程圖。
如圖1所示，本方法，具備：一面改變射束尺寸一面對基板上的阻劑膜描繪評估圖樣之工程(步驟S101~S103)；及進行顯影處理而形成阻劑圖樣之工程(步驟S104)；及以阻劑圖樣作為遮罩來進行蝕刻處理，而在遮光膜形成評估圖樣之工程(步驟S105)；及計測評估圖樣的線寬之工程(步驟S106)；及模型函數之擬合工程(步驟S107)；及最佳補償量之算出工程(步驟S108)。
圖2為進行評估圖樣的描繪之電子束描繪裝置的概略圖。電子束描繪裝置，具有電子束鏡筒40與描繪室50。在電子束鏡筒40內，配置有電子槍41、遮沒孔徑42、第1孔徑43、第2孔徑44、遮沒偏向器45、成形偏向器46、對物偏向器47、透鏡48(照明透鏡CL、投影透鏡PL、對物透鏡OL)。
在描繪室50內，配置有配置成可移動之XY平台52。在XY平台52上，載置有評估用之光罩基板10。光罩基板10，為在玻璃基板上層積鉻膜等遮光膜以及阻劑膜而成之物。
從電子槍41放出之電子束49，會藉由照明透鏡48(CL)而對帶有矩形的孔之第1孔徑43全體做照明。此 處，係將電子束49先成形為矩形。然後，通過了第1孔徑43的第1孔徑像之電子束，會藉由投影透鏡48(PL)而被投影至第2孔徑44上。第2孔徑44上的第1孔徑像的位置，係藉由成形偏向器46而受到控制，而能夠令其射束形狀及尺寸變化。然後，通過了第2孔徑44的第2孔徑像之電子束，會藉由對物透鏡48(OL)而合焦，藉由對物偏向器47而受到偏向，照射至XY平台52上的光罩基板10的期望位置。
從電子槍41放出的電子束49，藉由遮沒偏向器45，在射束ON的狀態下被控制成通過遮沒孔徑42，在射束OFF的狀態下則被偏向而使得射束全體被遮沒孔徑42遮蔽。從射束OFF的狀態變為射束ON，其後再變為射束OFF為止前通過了遮沒孔徑42的電子束，便成為1次的電子束的擊發。藉由各擊發的照射時間，照射至光罩基板10的表面的阻劑膜之電子束的每一擊發的照射量會受到調整。
電子束描繪裝置的各部受到未圖示之控制裝置所控制。例如，控制裝置，控制對物偏向器47的偏向量及XY平台52的移動量，來改變電子束的照射位置。此外，控制裝置，控制成形偏向器46的偏向量，來改變射束形狀及尺寸。如此一來，便能改變形狀或尺寸而對光罩基板10上的阻劑膜照射電子束。
圖3(a)~(c)為本實施形態之評估圖樣的描繪方法之例子。評估圖樣之描繪中，是使用將線圖樣於長邊方 向(圖中左右方向)分割成同一尺寸的矩形R，再將此矩形R於線圖樣的短邊方向(圖中上下方向)分割而成之形狀的射束。將此射束予以拼合，來描繪作為評估圖樣之線圖樣。此外，指派短邊方向的分割數來改變射束的形狀，依同樣方式描繪作為評估圖樣之線圖樣。圖3(a)~(c)分別揭示分割數為3、4、8之例子。
像這樣，指派分割數，使用改變了尺寸(短邊方向的寬度)之射束，對光罩基板10上的阻劑膜描繪由複數個線圖樣所構成之評估圖樣(步驟S101~S103)。另，描繪評估圖樣時，對電子束描繪裝置設定之補償量為一定。此補償量，為射束尺寸之挪移(shift)量，用來修正由電子束描繪裝置的電子束鏡筒40或控制部分的些微偏差等所引起之射束尺寸的偏差。藉由將補償量訂為零，電子束描繪裝置中射束尺寸的演算處理會變得容易。
針對所有的分割數進行了描繪後(步驟S102_Yes)，使用周知的顯影裝置及顯影液，將已受到電子束照射之阻劑膜顯影(步驟S104)。阻劑膜當中，已受到電子束照射之處會對顯影液可溶，而形成阻劑圖樣。
步驟S105中，以阻劑圖樣作為遮罩，將露出的遮光膜蝕刻。如此一來，遮光膜便受到加工，而形成評估圖樣。蝕刻處理後，藉由灰化等將阻劑圖樣除去。
步驟S106中，使用CD-SEM等計測裝置，計測評估圖樣的尺寸(線寬)。然後，對描繪時的每一分割數，求取評估圖樣的尺寸與設計尺寸之差。圖4為每一分割數的 和設計值相差的線寬變化量之例子示意圖。
步驟S107中，使用基於電子束所賦予的能量的分布來將圖樣的線寬予以模型化而成之模型函數Lm，將步驟S106中求出之每一分割數的和設計值相差的線寬變化量予以擬合。
圖5(a)為電子束所賦予的能量的分布與圖樣的線寬之關係示意圖。能量達閾值以上之區域係和線寬相對應。由這樣的能量分布來決定模型函數Lm=f(n，a)。此處，n為分割數，a為補償量。也就是說，模型函數Lm，是一藉由規定分割數及補償量來算出圖樣的線寬之函數。
能量分布，如圖5(a)~(c)所示，會因應阻劑材料的種類或設計尺寸而相異。因此，針對基於能量分布之模型函數Lm，亦因應阻劑材料或設計尺寸而準備複數個相異者。步驟S107中使用的模型函數Lm，是基於在光罩基板10形成的阻劑膜的種類、或評估圖樣的設計尺寸來選定。實際上，模型函數Lm係具備輸入和設計尺寸或阻劑材料(及製程條件)相應的常數之變數，藉由輸入它們來選定擬合所使用之模型函數Lm=f(n，a)。
圖6為模型函數Lm擬合至每一分割數的和設計值相差的線寬變化量之例子。
步驟S108中，對於每一分割數的和設計值相差的線寬變化量，模型函數Lm係藉由最小平方法算出最近似之最佳補償量a0。具體而言，以下數式的S成為最小之補償量a即為最佳補償量a0。
上述數式中n1~nk為分割數，d1~dk為分割數n1~nk時的評估圖樣的線寬的計測結果。
藉由這樣的方法求出的最佳補償量a0，即使改變分割數，改變射束形狀，描繪圖樣的線寬仍幾乎不會變化。藉由對電子束描繪裝置設定這樣的最佳補償量a0，便能使描繪精度提升。
〔比較例〕
利用圖7及圖8說明比較例之補償量的算出方法。此方法中，如同上述實施形態般指派分割數來改變射束的形狀，並且還指派對描繪裝置設定之補償量，而描繪評估圖樣。
接著，進行顯影、蝕刻等，在遮光膜形成評估圖樣。然後，計測評估圖樣的尺寸(線寬)，對描繪時的每一分割數及每一補償量，求取評估圖樣的尺寸。圖7為每一分割數及每一補償量的線寬之例子示意圖。
接著，對每一補償量，求取相對於分割數而言之線寬的變化的斜率。圖8為每一補償量的線寬的變化的斜率之例子示意圖。然後，藉由線性近似，求出線寬的變化的斜率成為零之補償量a1。
此方法，其前提是補償量所造成的線寬的變化量係和 分割數呈線性關係。但，補償量所造成的線寬的變化量和分割數是呈非線性關係，因此圖8所示的補償量a1，會與實際的最佳補償量產生偏差。此外，此方法不僅指派分割數還指派補償量來進行描繪，因此評估圖樣之描繪所需的時間會變長。
另一方面，按照上述本實施形態，是將基於電子束所賦予的能量的分布之模型函數擬合至描繪結果，藉此便能求出可使電子束描繪裝置的描繪精度提升之最佳補償量a0。
此外，評估圖樣之描繪時，不需指派分割數、指派補償量，因此相較於比較例的方法，能夠縮短求取補償量所需要的時間。
上述實施形態中，雖說明了運用了電子束之構成，但亦可使用離子束等其他帶電粒子束。
另，本發明並不限定於上述實施形態本身，於實施階段中在不脫離其要旨的範圍內能夠將構成要素變形而予具體化。此外，藉由將上述實施形態中揭示之複數個構成要素予以適當組合，能夠形成種種發明。例如，亦可將實施形態所示之全部構成要素中刪除數個構成要素。又，亦可將不同實施形態之間的構成要素予以適當組合。

Claims (8)

  1. 一種帶電粒子束描繪裝置的調整方法，係求取對帶電粒子束描繪裝置設定之射束尺寸的補償量之帶電粒子束描繪裝置的調整方法，其特徵為，指派規定尺寸的射束的分割數，使用分割出的射束進行描繪，在基板上形成線狀的評估圖樣，對每一分割數求取前述評估圖樣的線寬的和設計尺寸相差之變化量，將基於帶電粒子束所賦予的能量的分布之線寬的模型函數，擬合至每一分割數的前述變化量，而算出前述補償量，前述模型函數，是因應基板上的阻劑的種類、及前述評估圖樣的線寬的設計尺寸而準備複數個，分割數及補償量為變數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束描繪裝置的調整方法，其中，從複數個模型函數中，基於前述基板上的阻劑的種類及形成於前述基板上之前述評估圖樣的設計尺寸來選定1個模型函數，選定的模型函數對每一前述分割數的變化量算出最近似之補償量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束描繪裝置的調整方法，其中，將對帶電粒子束描繪裝置設定之補償量訂為一定，而描繪前述評估圖樣。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之帶電粒子束描繪裝置 的調整方法，其中，描繪前述評估圖樣時，將對前述帶電粒子束描繪裝置設定之補償量訂為零。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束描繪裝置的調整方法，其中，前述評估圖樣係短邊方向的寬度為相同而包含複數個線圖樣，描繪各線圖樣之射束，其短邊方向的寬度相異。
  6. 一種帶電粒子束描繪方法，其特徵為，指派帶電粒子束描繪裝置的規定尺寸的射束的分割數，使用分割出的射束進行描繪，在基板上形成線狀的評估圖樣，對每一分割數求取前述評估圖樣的線寬的和設計尺寸相差之變化量，將基於帶電粒子束所賦予的能量的分布之線寬的模型函數，擬合至每一分割數的前述變化量，而算出射束尺寸的補償量，對前述帶電粒子束描繪裝置設定算出的補償量，而進行描繪處理，前述模型函數，是因應基板上的阻劑的種類、及前述評估圖樣的線寬的設計尺寸而準備複數個，分割數及補償量為變數。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之帶電粒子束描繪方法，其中，將對前述帶電粒子束描繪裝置設定之補償量訂為一定，而描繪前述評估圖樣。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之帶電粒子束描繪方 法，其中，描繪前述評估圖樣時，將對前述帶電粒子束描繪裝置設定之補償量訂為零。
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