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带电粒子束描绘方法以及带电粒子束描绘装置

2021-04-25 18:47:39

带电粒子束描绘方法以及带电粒子束描绘装置

  技术领域

  本发明涉及带电粒子束描绘方法以及带电粒子束描绘装置。

  背景技术

  随着LSI的高集成化,半导体器件所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,采用了如下方法:使用缩小投影型曝光装置,将光掩模的图案缩小转印到晶片上。高精度的原始图案通过电子束描绘装置来描绘,使用了所谓的电子束光刻技术。

  已知有在电子束描绘时向基板面照射的电子在抗蚀剂内散射(前方散射)并且从基板反射(后方散射)而导致产生图案的尺寸变动的所谓邻近效应的问题。作为校正邻近效应的方法之一,已知有照射量校正法。该校正方法为,基于射束照射位置的周边图案的尺寸、疏密,按照每个位置决定照射量。

  在照射量校正中,对向光掩模照射的电子束在基板反射、将抗蚀剂再次曝光而产生的后方散射照射量进行计算。该计算使用例如以几μm见方的网格表现布局内的图案信息的图案密度图与作为后方散射分布函数的高斯核的积和运算(卷积)而高速化。邻近效应的影响范围为10μm左右,照射量校正中的计算网格尺寸是几μm左右。

  近年来,对影响范围为几百nm~几μm左右的EUV基板固有的后方散射或工序所引起的线宽错误进行校正的中距离效应校正的必要性提高。中距离效应校正的计算网格尺寸是几百nm左右。

  以往,在电子束描绘装置中,如图11所示,计算出计算网格上的发射图形重心坐标,对该重心的周围的网格值D11~D14进行插值计算,决定了该发射图形的照射量。但是,在发射尺寸比中距离效应校正网格尺寸大的情况下,在发射的边缘部,该发射的照射量和通过校正计算求出的校正照射量之差有时变大。

  例如如图12所示,考虑发射SH1的发射尺寸比计算网格的网格尺寸大的情况。发射SH1的照射量D1根据发射SH1的中心的周围(附近)的计算网格ME1、ME2中的校正照射量(网格值)而被计算。另一方面,发射SH1的图中左侧的边缘部位于计算网格ME0的位置,其校正照射量为D0。因而,在发射SH1的边缘部,照射量以ΔD(=D1-D0)的量不足,描绘图案尺寸(析像线宽)比设计值小。

  为了应对这种问题,考虑减小最大发射尺寸或在边缘附近将发射分割得小的方法,但发射数增加,描绘时间变长。另外,即使充分地减小最大发射尺寸,在以往的邻近效应校正的理论中,在图案边缘部使前方散射贡献为入射剂量的1/2,在边缘附近具有剂量梯度的中距离效应校正中,该前提不成立,产生校正残差,导致描绘精度的恶化。

  发明内容

  本发明的实施方式提供能够提高描绘精度的带电粒子束描绘方法以及带电粒子束描绘装置。

  本发明的一方式的带电粒子束描绘方法具备如下工序:使用被定义了图形图案的描绘数据,将所述图形图案分割为能够通过带电粒子束的发射照射的尺寸的多个发射图形;将描绘对象基板的描绘区域虚拟分割成网格状而分为多个网格区域,基于所述图形图案的位置,按照每个所述网格区域计算对邻近效应以及影响半径小于邻近效应的中距离效应进行校正的校正照射量;使用所述校正照射量计算各发射图形的照射量;基于所述照射量计算所述发射图形的边缘部的不足照射量;基于所述不足照射量,对所述发射图形进行尺寸调整;以及使用所述照射量的带电粒子束,对所述描绘对象基板描绘进行了所述尺寸调整的发射图形。

  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略图。

  图2是第一成形孔径板以及第二成形孔径板的立体图。

  图3是说明该实施方式的描绘方法的流程图。

  图4是表示剂量分布的图。

  图5是表示剂量分布的图。

  图6的(a)、图6的(b)是表示评价点的设定例的图。

  图7是表示评价点的设定例的图。

  图8的(a)是表示尺寸误差的例子的曲线图,图8的(b)是表示描绘位置偏移量的例子的曲线图。

  图9是另一实施方式的电子束描绘装置的概略图。

  图10是说明另一实施方式的描绘方法的流程图。

  图11是表示发射图形与计算网格的例子的图。

  图12是表示发射图形的边缘部的照射量不足的例子的图。

  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。在实施方式中,作为带电粒子束的一个例子,对使用了电子束的构成进行说明。但是,带电粒子束并不限定于电子束,也可以是离子束等。

  图1是本发明的实施方式的电子束描绘装置的概略图。图1所示的电子束描绘装置是具备控制部C与描绘部W的可变成形射束型的描绘装置。

  描绘部W具备镜筒30与描绘室60。在镜筒30内配置有电子枪32、照明透镜34、消隐器36、消隐孔径板37、第一成形孔径板38、投影透镜40、成形偏转器42、第二成形孔径板44、物镜46、主偏转器48、以及副偏转器50。

  在描绘室60内配置有XY载台62。在XY载台62上载置有描绘对象的基板70。基板70是制造半导体装置时的曝光用掩模、或者描绘半导体电路的半导体基板(硅晶片)等。另外,基板70也可以是被涂覆了抗蚀剂的还没有任何描绘的掩模坯料(blanks)。

  从设于镜筒30内的电子枪32(释放部)释放的电子束B通过照明透镜34照射到具有矩形的开口39(参照图2)的第一成形孔径板38。电子束B通过第一成形孔径板38的开口39而成形为矩形。

  通过了第一成形孔径板38的第一孔径像(矩形)的电子束B在通过消隐器36(消隐偏转器)内时被消隐器36切换是否向基板70照射电子束。在通过消隐器36成为射束切断的情况下,电子束B被偏转,以便被消隐孔径板37遮挡。在射束接通的情况下,被控制为电子束B通过消隐孔径板。

  通过了消隐孔径板37的第一孔径像(矩形)的电子束B被投影透镜40投影到具有开口45(参照图2)的第二成形孔径板44上。此时,通过成形偏转器42,投影到第二成形孔径板44上的第一孔径像(矩形)被偏转控制,能够使通过开口45的电子束的形状与尺寸变化(进行可变成形)。另外,如果通过成形偏转器42控制成第一孔径像(矩形)的电子束B全部通过第二成形孔径板44的开口45,则也能够不使第一孔径像(矩形)的电子束的形状与尺寸变化。

  通过了第二成形孔径板44的开口45的第二孔径像的电子束B利用物镜46对焦,利用主偏转器48以及副偏转器50偏转,照射到载置于连续地移动的XY载台62上的基板70的目标位置。

  控制部C具有控制计算机10、存储装置20、以及偏转控制电路24。由多个图形图案构成的描绘数据(布局数据)被从外部输入到存储装置20并储存。

  控制计算机10具有校正处理部11、发射分割部12、不足照射量计算部13、剂量梯度计算部14、尺寸调整(resize)量计算部15、尺寸调整处理部16、发射数据生成部17、以及描绘控制部18。

  控制计算机10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,可以将实现控制计算机10的至少一部分的功能的程序收纳于记录介质,使包含电路的计算机读取该程序并执行。记录介质并不限定于磁盘、光盘等能够装卸的介质,也可以是硬盘装置、存储器等固定型的记录介质。

  电子束描绘装置例如用于光掩模的图案描绘。在光掩模的制作中,首先,准备设有铬膜等遮光膜以及抗蚀剂的石英基板,利用电子束描绘装置向抗蚀剂描绘希望的图案。在描绘之后,通过显影处理,将抗蚀剂的曝光部(或者非曝光部)溶解去除而形成抗蚀剂图案。接着,以抗蚀剂图案为掩模,利用干式蚀刻装置进行蚀刻处理,对遮光膜进行加工。之后,通过将抗蚀剂剥离,制作出光掩模。

  在电子束描绘中,由于散射电子的影响,产生图案的尺寸变动,因此需要校正照射量而抑制尺寸变动。在本实施方式中,进行邻近效应以及中距离效应的校正,并且以减少校正残差的方式进行发射尺寸的校正(尺寸调整)。

  按照图3所示的流程图说明本实施方式的描绘方法。

  首先,校正处理部11从存储装置20读出描绘数据,使用描绘数据中定义的图形图案,计算用于校正邻近效应以及中距离效应的影响引起的尺寸变动的校正照射量D(x)(步骤S1)。校正照射量根据以下的式1所示的积分方程式来求出。例如将基板的描绘区域虚拟分割为几百nm左右的网格尺寸的计算网格(网格区域),按照每个计算网格来计算校正照射量D(x)。

  

  在式1中,C是抗蚀剂的吸收量且为一定值。K是从照射剂量向累积能量的转换系数。η是校正系数。gb(x)是表示邻近效应及中距离效应的影响分布的高斯函数。

  描绘数据中定义的图形图案的尺寸通常比描绘部W通过一次的发射能够形成的发射尺寸大。因此,发射分割部12将各图形图案分割为多个发射图形,以便成为能够通过一次的发射形成的尺寸(步骤S2)。

  如图4所示,在着眼于一个发射图形FG的情况下,该发射图形FG的照射量是发射图形FG的重心(中心)的位置x1的校正照射量d1,该校正照射量d1通过对其附近的校正照射量(网格值)进行插值计算而计算。

  发射图形FG的边缘部分的校正照射量d0通过对其位置x0的附近的校正照射量(网格值)进行插值计算而计算。描绘发射图形FG的区域中的校正照射量D(x)能够通过以下的式2所示的一次式表示。

  D(x)=d0+α·r···式2

  在式2中,r是x坐标(x方向的位置)。另外,α是校正照射量的斜率,α=(d1-d0)/(x1-x0)。

  图4所示的曲线C1表示中距离效应校正处理下的剂量分布(profile)。发射图形FG的边缘部的前方散射贡献在邻近效应校正的理论中成为发射图形FG的照射量的1/2。因而,发射图形FG的边缘部的照射量Da成为d1/2。

  图4所示的曲线C2表示照射了式2所示的校正照射量D(x)的情况下的剂量分布。发射图形FG的边缘部的曲线C2的值成为边缘部的目标照射量Dt1。目标照射量Dt1能够通过以下的式3求出。

  

  在式3中,gf(x)是表示前方散射的影响分布的高斯函数。σf是前方散射影响半径。

  因而,通过中距离效应校正计算计算出的发射图形FG的边缘部的照射量Da相对于目标照射量Dt1有ΔD=Dt1-Da的不足。照射量的不足会导致图案尺寸变细,因此需要校正。在校正时,首先,不足照射量计算部13使用上述的式2、式3,计算出发射图形FG的边缘部的不足照射量ΔD(步骤S3)。

  剂量梯度计算部14计算出由曲线C1表示的剂量分布的、发射图形FG的边缘部的梯度Sx0(曲线C1的斜率)(步骤S4)。梯度Sx0能够根据以下的式4~式7计算。

  

  

  X=a时,

  

  若假定为L>>σf,则

  

  式4的erf(x)是误差函数。

  如图5所示,通过对发射图形FG进行尺寸调整,使边缘位置偏移ΔB的量,使得剂量分布如曲线C3那样,最初的边缘位置x0的照射量成为目标照射量Dt1。尺寸调整量计算部15使用以下的式8计算出发射图形FG的尺寸调整量ΔB(步骤S5)。

  

  尺寸调整处理部16基于尺寸调整量ΔB对发射图形FG进行尺寸调整(步骤S6)。对发射图形FG的两方的边缘部实施尺寸调整处理。

  发射数据生成部17生成用于发射该发射图形FG的发射数据。发射数据包含发射位置、发射尺寸、照射时间等。照射时间是发射图形FG的照射量d1除以电流密度而得的值。

  描绘控制部18将发射数据向偏转控制电路24传送。偏转控制电路24基于发射数据控制各偏转器的偏转量,对基板70描绘图形图案(步骤S7)。对发射分割部12分割图形图案而生成的所有发射图形进行步骤S3~S7的处理。

  如此,使发射图形的边缘位置偏移相当于发射图形的边缘部的不足照射量的大小,对发射图形进行尺寸调整,使得析像图案的尺寸与设计尺寸的差异变小,能够提高描绘图案的尺寸·位置精度。

  在上述实施方式中,也可以使发射图形FG的边缘部分的校正照射量d0的1/2为目标照射量Dt2。在该情况下,不足照射量ΔD成为ΔD=d0/2-d1/2。尺寸调整量ΔB能够通过以下的式9计算。

  

  尺寸调整处理部16基于计算出的尺寸调整量ΔB,对发射图形FG进行尺寸调整。

  在上述实施方式中,一维地说明了评价照射量的点,但优选的是以图形的重心、以及各边缘(图形的各边)与从重心垂落到各边缘的垂线相交的交点为评价点。

  图6的(a)表示矩形的重心dc、以及从重心dc垂落到4边的垂线与各边相交的交点dt、db、dl、dr。例如根据重心dc的周围的网格区域的校正照射量计算第一照射量,根据交点dt的周围的网格区域的校正照射量计算第二照射量。使用第一照射量与第二照射量的差分求出不足照射量,求出包含交点dt的边缘(边)的尺寸调整量。

  图6的(b)表示三角形的重心dc以及从重心dc垂落到3边的垂线与各边相交的交点db、dl、da。

  也可以对于一个边缘(边)设置多个评价点。例如在图7所示的例子中,在一个边L1设有d1、d2、d3的三个评价点。d0是重心。d1、d3是边L1的端点。d2是从重心d0垂落到边L1的垂线与边L1的交点。根据重心d0的周围的网格区域的校正照射量计算第一照射量。对于d1、d2、d3的各个,根据周围的网格区域的校正照射量计算第二照射量。

  使用第一照射量和评价点d1中的第二照射量计算不足照射量,根据该不足照射量来计算评价点d1中的尺寸调整量。同样,使用第一照射量和评价点d2中的第二照射量计算不足照射量,根据该不足照射量来计算评价点d2中的尺寸调整量。使用第一照射量和评价点d3中的第二照射量计算不足照射量,根据该不足照射量来计算评价点d3中的尺寸调整量。将评价点d1、d2、d3各自的尺寸调整量的平均值设为边L1的尺寸调整量。另外,也可以将与重心d0的角度作为权重而取得加权平均,计算出尺寸调整量。

  图8的(a)和图8的(b)示出进行上述实施方式中说明过的尺寸调整处理的情况和不进行该尺寸调整处理的情况下的描绘图案的尺寸误差以及描绘位置的偏移量的一个例子。确认到通过进行尺寸调整处理,尺寸精度以及位置精度提高。

  在如多射束描绘装置那样能够使一条射束尺寸充分小的情况下,如以下的式10~式14所示,能够对邻近效应的校正式追加考虑了前方散射的不足量的项而进行校正计算。

  考虑了前方散射不足量的追加项

  

  前方散射内核(kernel)

  

  

  U(x)=∫pgb(x-x')dx'…式13

  

  本发明也能够应用于多射束描绘装置。以下,对应用于多射束描绘装置的情况进行说明。

  图9是多射束描绘装置的概略构成图。多射束描绘装置具备控制部MC与描绘部MW。描绘部MW具备电子镜筒200与描绘室230。在电子镜筒200内配置有电子枪201、照明透镜202、成形孔径部件203、消隐板204、缩小透镜205、限制孔径部件206、物镜207、以及偏转器208。缩小透镜205以及物镜207都由电磁透镜构成,由缩小透镜205以及物镜207构成缩小光学系统。

  在描绘室230内配置XY载台232。在XY载台232上载置描绘对象的基板240。基板240是制造半导体装置时的曝光用掩模、描绘半导体电路的半导体基板(硅晶片)、涂覆有抗蚀剂的还未进行任何描绘的掩模坯料等。

  控制部MC具备控制计算机100、磁盘装置等存储装置120、以及控制电路130。控制计算机100具有网格分割部101、面积密度计算部102、第一网格转换部103、第二网格转换部104、第三网格转换部105、第四网格转换部106、第一卷积运算部107、第二卷积运算部108、第三卷积运算部109、照射量计算部110、以及描绘控制部111。控制计算机100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,可以将实现至少一部分的功能的程序收纳于记录介质,并使包含电路的计算机读取并执行该程序。

  在成形孔径部件203上,多个开口部沿纵(y方向)、横(x方向)以规定的排列间距例如形成为矩阵状。各开口部都由相同的尺寸形状的矩形或者圆形形成。

  从电子枪201释放的电子束B通过照明透镜202大致垂直地对成形孔径部件203整体进行照明。电子束B穿过成形孔径部件203的多个孔,从而形成例如矩形形状的多个电子束(多射束)MB。

  在消隐板204,配合于成形孔径部件203的各孔的配置位置地形成有通过孔。在各通过孔分别配置成对的两个电极的组(消隐器:消隐偏转器)。在各射束用的两个电极的一方配置施加电压的放大器,另一方接地。穿过各通过孔的电子束分别独立地由施加到成对的两个电极的电压偏转。通过该电子束的偏转,进行消隐控制。

  穿过了消隐板204的多射束MB由缩小透镜205缩小,朝向形成于限制孔径部件206的中心的开口前进。通过消隐板204的消隐器偏转后的电子束其位置从限制孔径部件206的中心的开口偏离,被限制孔径部件206遮挡。另一方面,未被消隐器偏转的电子束穿过限制孔径部件206的中心的开口。

  如此,限制孔径部件206将个别通过消隐机构而偏转为射束切断的状态的各射束遮挡。然后,利用从成为射束接通到成为射束切断为止所形成的、穿过了限制孔径部件206的射束,形成一次量的发射的射束。

  穿过了限制孔径部件206的多射束MB由物镜207对焦,成为希望的缩小率的图案像,并由偏转器208汇集偏转,照射到基板240。例如在XY载台232连续移动时,利用偏转器208进行控制,以使射束的照射位置跟随XY载台232的移动。

  一次照射的多射束MB在理想的情况下,以成形孔径部件203的多个孔的排列间距乘以上述希望的缩小率而得的间距排列。描绘装置通过连续地依次照射发射射束的光栅扫描方式进行描绘动作,在描绘希望的图案时,通过消隐控制,按照图案将所需的射束控制为射束接通。

  按照图10所示的流程图来说明进行使用了上述的式10、式11的校正计算并计算各射束的照射量而进行描绘处理的方法。

  首先,网格分割部101将基板240的描绘区域虚拟分割为格子状的多个网格区域(步骤S11)。网格分割部11进行分割,以成为一条射束尺寸对应的较小的网格尺寸(第一网格尺寸),例如10nm左右。以下,也将小网格尺寸的网格区域称为小网格区域。

  接着,面积密度计算部102从存储装置120读出描绘数据,对小网格区域分配图形图案,计算各小网格区域的图案面积密度。由此,可获得定义了每个小网格区域的图案面积密度的第一网格数据。

  第一网格转换部103将第一网格数据转换为适合中距离效应校正的网格尺寸(第二网格尺寸),例如100nm左右的中网格尺寸的第二网格数据(步骤S12)。例如将多个小网格区域转换(结合)为一个中网格区域。中网格区域的网格值使用多个小网格区域的网格值以及位置等而计算。

  第一卷积运算部107以第二网格数据作为输入,利用中距离效应校正核心进行卷积运算,生成第三网格数据(步骤S13)。第三网格数据的网格值成为被校正了中距离效应的照射量。

  第三网格数据与第二网格数据相同,是中网格尺寸的网格数据。第二网格转换部104将第三网格数据转换为小网格尺寸的第四网格数据(步骤S14)。小网格区域的网格值通过与中网格区域的各顶点相关联的网格值的内插处理而计算。第一网格数据与第四网格数据的网格尺寸相同。

  第三网格转换部105将第三网格数据转换为适合邻近效应校正的网格尺寸(第三网格尺寸)、例如1.6μm左右的大网格尺寸的第五网格数据(步骤S15)。

  第二卷积运算部108以第五网格数据作为输入,通过邻近效应校正核心进行卷积运算,生成第六网格数据(步骤S16)。第六网格数据的网格值成为被校正了邻近效应的照射量。

  第六网格数据与第五网格数据相同,是大网格尺寸的网格数据。第四网格转换部108将第六网格数据转换为小网格尺寸的第七网格数据(步骤S17)。第一网格数据与第七网格数据的网格尺寸相同。

  第三卷积运算部109以第一网格数据作为输入,通过前方散射核心进行卷积运算,生成第八网格数据(步骤S18)。

  照射量计算部110根据第八网格数据计算前方散射项,对该计算结果加上第四网格数据以及第七网格数据,从而计算出校正照射量(步骤S19)。

  一旦将步骤S12~19的处理重复n次、例如3次左右(步骤S20_是),就进行描绘处理(步骤S21)。描绘控制部111经由控制电路130等控制描绘部MW而进行描绘处理。描绘部MW基于校正照射量,控制消隐板204的各消隐器,调整各射束的照射量,对基板240描绘图案。

  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,通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适当组合,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。

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