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TWI709156B - 多帶電荷粒子束描繪裝置 - Google Patents

多帶電荷粒子束描繪裝置 Download PDF

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TWI709156B
TWI709156B TW107135115A TW107135115A TWI709156B TW I709156 B TWI709156 B TW I709156B TW 107135115 A TW107135115 A TW 107135115A TW 107135115 A TW107135115 A TW 107135115A TW I709156 B TWI709156 B TW I709156B
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森田博文
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日商紐富來科技股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種多帶電荷粒子束描繪裝置，包括：放出部，放出帶電荷粒子束；限制孔徑基板，形成有單一的第1開口；成形孔徑陣列，形成有多個第2開口，於包含所述多個第2開口的區域接受已通過所述第1開口的所述帶電荷粒子束的照射，並藉由所述帶電荷粒子束的一部分各自通過所述多個第2開口而形成多個電子束；以及遮蔽孔徑陣列，形成有多個第3開口，以供已通過所述多個第2開口的多個電子束中之各自對應的電子束通過，並於各第3開口設有進行電子束的遮蔽偏轉的遮蔽器。

Description

多帶電荷粒子束描繪裝置
本發明是有關於一種多帶電荷粒子束描繪裝置。
伴隨著大規模積體電路(large scale integrated circuit，LSI)的高集積化，半導體元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元件上，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(mask)，或特別是用於步進機(stepper)或掃描儀(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)。
使用多個電子束的描繪裝置與利用一個電子束進行描繪的情況相比，可一次照射大量的電子束，所以可以大幅提高生產能力(throughput)。作為多個電子束描繪裝置的一形態的使用了遮蔽孔徑陣列(blanking aperture array)的多個電子束描繪裝置，例如是使自一個電子槍放出的電子束通過具有多個開口的成形孔徑陣列而形成多個電子束(multiple beam)。多個電子束通過遮蔽孔徑陣列的各自所對應的遮蔽器(blanker)內部。
遮蔽孔徑陣列包括用以使電子束單獨地偏轉的電極對 及於其間的電子束通過用的開口，藉由將電極對(遮蔽器)中的一者固定為接地電位，並將另一者於接地電位與除此之外的電位之間進行切換，而分別單獨地對要通過的電子束進行遮蔽偏轉。藉由遮蔽器進行了偏轉的電子束被遮蔽，未經偏轉的電子束則照射至試樣上。
成形孔徑陣列伴隨著電子束照射而溫度上升，並因熱膨脹而開口間距會變化。若成形孔徑陣列的開口間距變化，則多個電子束的電子束間距會變化，並產生不再通過遮蔽孔徑陣列的開口的電子束，從而出現應該於試樣表面上成像的電子束陣列的一部分產生缺損的問題。
作為抑制成形孔徑陣列的溫度上升的手段，考慮改良成形孔徑陣列保持機構的散熱性。但是，因電子束需要於真空中進行照射，成形孔徑陣列或其保持機構被配置於真空中，因此無法充分抑制成形孔徑陣列的溫度上升。
本發明提供一種可抑制成形孔徑陣列的溫度上升的多帶電荷粒子束描繪裝置。
本發明的一形態的多帶電荷粒子束描繪裝置包括：放出部，放出帶電荷粒子束；限制孔徑基板，形成有單一的第1開口；成形孔徑陣列，形成有多個第2開口，於包含所述多個第2開口的區域接受已通過所述第1開口的所述帶電荷粒子束的照射，並藉由所述帶電荷粒子束的一部分各自通過所述多個第2開口而形 成多個電子束；以及遮蔽孔徑陣列，形成有多個第3開口，以供已通過所述多個第2開口的多個電子束中之各自對應的電子束通過，並於各第3開口設有進行電子束的遮蔽偏轉的遮蔽器。
1:描繪裝置
10:描繪部
12:電子束鏡筒
14:電子槍
16:照明透鏡
17:限制孔徑(限制孔徑基板)
17A:開口(第1開口)
17B:開口
18:成形孔徑陣列
18A:開口(第2開口)
20:遮蔽孔徑陣列
20A:通過孔(第3開口)
22:投影透鏡
24:偏轉器
26:阻擋孔徑
26A:開口
28:接物透鏡
30:靜電透鏡
32:格子透鏡
40:描繪室
42:XY工作台
44:基板
50、50B:電子束照射區域(照射區域)
60:控制部
62:控制計算機
64:偏轉控制電路
B:電子束
MB:多個電子束
圖1是本發明的第1實施形態的多帶電荷粒子束描繪裝置的概略圖。
圖2是限制孔徑的平面圖。
圖3成形孔徑陣列的平面圖，表示成形孔徑陣列中的電子束照射區域。
圖4是第2實施形態的多帶電荷粒子束描繪裝置的概略圖。
圖5(a)是第3實施形態的限制孔徑的平面圖，圖5(b)是表示成形孔徑陣列中的電子束照射區域的圖。
圖6是表示回旋行進的電子束的示例的圖。
圖7是本發明的第5實施形態的多帶電荷粒子束描繪裝置的概略圖。
以下，根據圖式來對本發明的實施形態進行說明。於實施的形態中，作為帶電荷粒子束的一例，對使用電子束的構成進行說明。但是，帶電荷粒子束並不限於電子束，亦可為離子束等。
[第1實施形態]
圖1所示的描繪裝置包括：描繪部10，將電子束照射至遮罩 或晶圓等的對象物而描繪所期望的圖案；以及控制部60，對描繪部10的動作進行控制。描繪部10是具有電子束鏡筒12及描繪室40的多個電子束描繪裝置的一例。
於電子束鏡筒12內配置有電子槍14、照明透鏡16、限制孔徑17(限制孔徑基板)、成形孔徑陣列18、遮蔽孔徑陣列20、投影透鏡22、偏轉器24、阻擋孔徑(stopping aperture)26、及接物透鏡28。
於描繪室40內配置有XY工作台42。於XY工作台42上，載置有成為描繪對象的基板44即遮罩空白片(mask blanks)。
如圖2所示，於限制孔徑17中形成有單一的開口17A(第1開口)。開口17A例如為圓形。限制孔徑17配置於較成形孔徑陣列18更靠電子束行進方向的上游側的位置，對電子束的一部分進行遮蔽，而減少朝成形孔徑陣列18的電子束照射量。
為了抑制散射電子，限制孔徑17較佳為使用矽、碳、鋁、鈦等電子的反射率(後向散射係數)小、容易加工的材料。
如圖3所示，於成形孔徑陣列18中，以規定的排列間距形成有縱m行×橫n列(m,n≧2)的開口18A(第2開口)。各開口18A均以相同尺寸形狀的矩形形成。開口18A的形狀亦可為圓形。
於縱向的開口18A的個數與橫向的開口18A的個數相同的情況下(於m=n的情況下)，開口18A的配置區域的形狀成為正方形。
通過限制孔徑17的開口17A而形成為圓形的電子束B照射至成形孔徑陣列18的照射區域50(孔徑像)較開口18A的配置區域稍大。
藉由使電子束的一部分各自通過多個開口18A，而形成多個電子束MB(multi-beam)。
遮蔽孔徑陣列20設於成形孔徑陣列18的下方(光路徑的下游側)，並形成有對應於成形孔徑陣列18的各開口18A的通過孔20A(第3開口)。對各通過孔20A配置包含成對的兩個電極的組合的遮蔽器(省略圖示)。遮蔽器中的一個電極固定為接地電位，另一個電極於接地電位與其他電位之間切換。
通過各通過孔20A的電子束藉由施加至遮蔽器的電壓而分別獨立地受到偏轉。如此，多個遮蔽器對已通過成形孔徑陣列18的多個開口18A的多個電子束MB中各自對應的電子束進行遮蔽偏轉。
阻擋孔徑26將藉由遮蔽器進行了偏轉的電子束加以遮蔽。未藉由遮蔽器進行偏轉的電子束通過形成於阻擋孔徑26的中心部的開口26A。阻擋孔徑26為了減少藉由遮蔽孔徑陣列20進行個別遮蔽時的電子束的遺漏，而配置於電子束的擴展變小的交叉(光源像)的成像面。
控制部60具有控制計算機62、偏轉控制電路64等。偏轉控制電路64連接於遮蔽孔徑陣列20及偏轉器24。控制計算機62自記憶裝置(省略圖示)讀取描繪資料，進行多段的資料轉換 處理而生成裝置固有的投射資料(shot data)。於投射資料中定義各投射的照射量及照射位置坐標等。
控制計算機62根據投射資料，將各投射的照射量輸出至偏轉控制電路64。偏轉控制電路64將所輸入的照射量除以電流密度而求出照射時間t。然後，偏轉控制電路64以進行相應的投射時遮蔽器僅以照射時間t來進行電子束ON的方式，對遮蔽孔徑陣列20的相應的遮蔽器施加偏轉電壓。
另外，控制計算機62以使各電子束偏轉至投射資料所示的位置(坐標)的方式，將偏轉位置資料輸出至偏轉控制電路64。偏轉控制電路64對偏轉量進行運算，並對偏轉器24施加偏轉電壓。藉此，該次投射的多個電子束MB統一受到偏轉。
自電子槍14(放出部)放出的電子束B藉由照明透鏡16而大致垂直地對限制孔徑17進行照明。已通過限制孔徑17的開口17A的電子束對成形孔徑陣列18的開口配置區域進行照明。藉由電子束B通過成形孔徑陣列18的多個開口18A，而形成多個電子束MB。多個電子束MB通過遮蔽孔徑陣列20各自所對應的遮蔽器內部。
已通過遮蔽孔徑陣列20的多個電子束MB藉由投影透鏡22而縮小，且朝向阻擋孔徑26的中心的開口26A前進。此處，藉由遮蔽孔徑陣列20的遮蔽器進行了偏轉的電子束自阻擋孔徑26的開口26A偏離位置，而被阻擋孔徑26遮蔽。另一方面，未藉由遮蔽器進行偏轉的電子束通過阻擋孔徑26的開口26A。藉由 遮蔽器的接通/斷開，來進行遮蔽控制，從而控制電子束的接通(ON)/斷開(OFF)。
如此，阻擋孔徑26將藉由遮蔽孔徑陣列20的遮蔽器而以變成電子束OFF的狀態的方式受到偏轉的各電子束加以遮蔽。而且，於自變成電子束ON起直至變成電子束OFF已通過阻擋孔徑26的電子束成為一次份額的投射的電子束。
已通過阻擋孔徑26的多個電子束MB藉由接物透鏡28而聚焦於基板44上，成為期望的縮小率的圖案像。已通過阻擋孔徑26的各電子束(多個電子束整體)藉由偏轉器24而朝相同方向統一偏轉，並照射至各電子束於基板44上的各自的照射位置。
再者，於圖1的示例中，偏轉器24配置於較阻擋孔徑26更靠光路徑的上游側的位置，但亦可配置於下游側。
於XY工作台42進行連續移動時，電子束的照射位置以追隨XY工作台42的移動的方式藉由偏轉器24控制。XY工作台42的移動藉由未圖示的工作台控制部來進行。
於本實施形態中，於成形孔徑陣列18的上方(較成形孔徑陣列18更靠光路徑的上游側)設置限制孔徑17，減少向成形孔徑陣列18的電子束照射量。因此，可抑制成形孔徑陣列18的溫度上升，防止開口18A的開口間距的變化。
由於自電子槍14放出的電子束的一部分受到限制孔徑17所遮蔽，於成形孔徑陣列18的電子束照射區域50的周緣部產生朝向外側逐漸變暗的(照射量下降的)區域。若此種照射量下 降區域(以下，亦稱為「半影模糊」)與開口18A重疊，則形成電流密度低的電子束。減小半影模糊的方式較佳為：為了避免形成電流密度低的電子束，於最外周的開口18A與限制孔徑17的陰影的間隔需要半影模糊份額以上的距離的裕量(margin)，因此將照射區域縮窄至極限盡可能在使電子束照射量減少方面來減小半影模糊。
為了充分減小半影模糊，較佳為使成形孔徑陣列18與限制孔徑17的間隔D滿足以下的條件。於以下的條件式中，α為基板44上的電子束會聚角，M為自成形孔徑陣列18向基板面的成像倍率，P為成形孔徑陣列18的開口18A的排列間距。
D≦P/(10．M．α)
藉由使間隔D滿足上述條件式，可使半影模糊為排列間距P的1/10以下。
為了減少朝成形孔徑陣列18的電子束照射量，考慮於成形孔徑陣列18的上方配置形成有對應於開口18A的多個開口的限制孔徑陣列。但是，若限制孔徑陣列的開口與成形孔徑陣列18的開口18A的位置錯開，則多個電子束的一部分會缺損。為了高精度地進行限制孔徑陣列的開口與成形孔徑陣列18的開口18A的對位，需要設置複雜且昂貴的對位機構。
另外，若使用形成有多個開口的限制孔徑陣列，則限制 孔徑陣列的開口的尺寸會更小，所以若因污染物(contamination)而閉塞了開口，則多個電子束的一部分會缺損。而且，即便不至於閉塞開口，污染與電子束的距離靠近，電子束因充電(charge up)而被偏轉，電子束精度將顯著劣化。
相對於此，於本實施形態中，配置具有直徑大的單一的開口17A的限制孔徑17。因此，無需高精度地進行與成形孔徑陣列18的開口18A的對位。而且，不存在阻塞開口17A的可能性(極低)，即便於開口17A的周緣產生了污染，亦可加大電子束與污染的間隔，從而可使充電帶來的電子束偏轉效果極小。
[第2實施形態]
圖4表示第2實施形態的描繪裝置的概略構成。本實施形態與圖1所示的第1實施形態相比，不同點在於設有靜電透鏡30。於圖4中，對與圖1所示的第1實施形態相同的部分標注相同符號並省略說明。
靜電透鏡30構成將成形孔徑陣列18用作格子的格子透鏡32。格子透鏡32減少照明系統的像差，縮小阻擋孔徑26中的光源像的尺寸。靜電透鏡30配置於照明透鏡16與成形孔徑陣列18之間。
為了避免擾亂格子透鏡32的電場，限制孔徑17配置於照明透鏡16之中，或較照明透鏡16更靠上方(光路徑的上游側)的位置。圖4示出了將限制孔徑17配置於照明透鏡16之中的示例。
於設置有格子透鏡32的情況下，亦可減少朝成形孔徑陣列18的電子束照射量，抑制成形孔徑陣列18的溫度上升。
[第3實施形態]
於所述第1實施形態中，對如圖2所示，限制孔徑17中形成有圓形的開口17A的示例進行了說明，但亦可如圖5(a)所示形成有矩形的開口17B。圖5(b)表示已通過限制孔徑17的開口17B的電子束照射至成形孔徑陣列18的矩形的照射區域50B。
開口17B的形狀較佳為設為與成形孔徑陣列18的開口18A的配置區域的形狀相符的形狀。例如於開口18A的配置區域的形狀為正方形的情況下，開口17B的形狀亦設為正方形。藉此，照射區域50B亦呈正方形。
於使圖3所示的圓形的照射區域50的直徑與圖5(b)所示的正方形的照射區域50B的對角線長度相同的情況下，與所述第1實施形態相比，本實施形態可使朝成形孔徑陣列18的電子束照射量進而減少約36%。因此，可更有效果地抑制成形孔徑陣列18的溫度上升。
[第4實施形態]
於圖4所示的所述第2實施形態中，亦可使用形成有矩形的開口17B的限制孔徑17。於照明透鏡16為磁場型的情況下，通過開口17B而形成為矩形的電子束於磁場之中回旋行進。因此，較佳為如圖6所示，以矩形的照射區域50B與開口18A的配置區域的位置一致的方式使限制孔徑17旋轉配置。
限制孔徑17的旋轉量可預先計算而求出。亦可設置限制孔徑17的旋轉機構，一面改變限制孔徑17的旋轉量一面對照射至試樣面的電子束進行檢測，從而決定旋轉量。
[第5實施形態]
圖7表示第5實施形態的描繪裝置的概略構成。本實施形態與圖4所示的第2實施形態相比，不同點在於：省略投影透鏡22，多個電子束MB的各電子束以朝向阻擋孔徑26的開口26A並持有角度的方式行進。限制孔徑17既可形成有圓形的開口17A，亦可形成有矩形的開口17B。於圖7中，對與圖4所示的第2實施形態相同的部分標注相同符號並省略說明。
多個電子束MB整體的電子束徑自通過限制孔徑17時起逐漸變小。進而，多個電子束MB的電子束間距自通過成形孔徑陣列18時起逐漸變小。
多個電子束MB以較藉由成形孔徑陣列18形成的電子束間距窄的間距通過遮蔽孔徑陣列20。
於所述第1實施形態~第4實施形態中，限制孔徑17中所形成的開口17A、開口17B的尺寸與成形孔徑陣列18中的電子束照射區域50、電子束照射區域50B的尺寸為相同程度，但於本實施形態中，開口17B的尺寸大於電子束照射區域50B的尺寸。
於多個電子束MB一面縮窄電子束間距一面朝向阻擋孔徑26行進的情況下，限制孔徑17亦可減少朝成形孔徑陣列18的電子束照射量，抑制成形孔徑陣列18的熱膨脹。
再者，本發明並不限定於所述實施形態，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揭示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。
10‧‧‧描繪部
12‧‧‧電子束鏡筒
14‧‧‧電子槍
16‧‧‧照明透鏡
17‧‧‧限制孔徑(限制孔徑基板)
18‧‧‧成形孔徑陣列
20‧‧‧遮蔽孔徑陣列
20A‧‧‧通過孔(第3開口)
22‧‧‧投影透鏡
24‧‧‧偏轉器
26‧‧‧阻擋孔徑
26A‧‧‧開口
28‧‧‧接物透鏡
40‧‧‧描繪室
42‧‧‧XY工作台
44‧‧‧基板
60‧‧‧控制部
62‧‧‧控制計算機
64‧‧‧偏轉控制電路
B‧‧‧電子束
MB‧‧‧多個電子束

Claims (7)

  1. 一種多帶電荷粒子束描繪裝置，包括：放出部，放出帶電荷粒子束；限制孔徑基板，形成有單一的第1開口；成形孔徑陣列，形成有多個第2開口，於包含多個所述第2開口的區域接受已通過所述第1開口的所述帶電荷粒子束的照射，並藉由所述帶電荷粒子束的一部分各自通過多個所述第2開口而形成多個電子束；以及遮蔽孔徑陣列，形成有多個第3開口，以供已通過多個所述第2開口的多個電子束中之各自對應的電子束通過，並於各所述第3開口設有進行電子束的遮蔽偏轉的遮蔽器，其中，把於描繪對象的基板的表面上的多個所述第2開口的像的成像倍率設為M，把電子束會聚角設為α，把所述成形孔徑陣列的所述第2開口的排列間距設為P的情況下，所述限制孔徑基板與所述成形孔徑陣列之間的間隔D滿足：D≦P/(10．M．α)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電荷粒子束描繪裝置，更包括：照明透鏡，配置於較所述成形孔徑陣列更靠光路徑的上游側的位置，且所述限制孔徑基板配置於所述照明透鏡與所述成形孔徑陣列之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電荷粒子束描繪裝置，更包括：照明透鏡，配置於較所述成形孔徑陣列更靠光路徑的上游側的位置，靜電透鏡，配置於所述照明透鏡與所述成形孔徑陣列之間；且所述限制孔徑基板配置於所述照明透鏡之中，或較所述照明透鏡更靠光路徑的上游側的位置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電荷粒子束描繪裝置，其中所述第1開口的形狀為圓形。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電荷粒子束描繪裝置，其中所述第1開口的形狀及多個所述第2開口的配置區域的形狀為矩形。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的多帶電荷粒子束描繪裝置，更包括：磁場型的照明透鏡，配置於較所述成形孔徑陣列更靠光路徑的上游側的位置；以及旋轉機構，使所述限制孔徑基板旋轉。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的多帶電荷粒子束描繪裝置，其中 所述第3開口的排列間距較所述第2開口的排列間距窄。
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