带电粒子束描绘装置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及带电粒子束描绘方法。
背景技术
伴随LSI的高集成化，半导体器件中要求的电路线宽逐年微细化。为了对半导体器件形成期望的电路图案，采用如下方法：使用缩小投影式曝光装置，将在石英上所形成的高精度的原图图案(掩模、或者尤其是在步进曝光装置、扫描器中使用的原图图案也被称为中间掩模。)缩小转印到晶片上的方法。高精度的原图图案通过电子束描绘装置来描绘，并使用所谓的电子束光刻技术。
在使用电子束描绘装置在基板上描绘图案的情况下，为了避免描绘位置的偏移、电子束的焦点偏移等，而测定基板表面的正确的高度，根据所测定到的高度来调整透镜，使电子束会聚于基板表面。例如，使用电子束描绘装置的高度测定部，在描绘前，对基板表面照射光并检测反射光，测定基板表面的多个部位的高度，基于测定结果使用3次多项式等而计算基板表面的近似曲面，并制作高度分布(Z图，Z-map)。根据描绘装置的构成，有基板的周缘部等无法测定表面高度的区域，对于该区域，通过多项式的外推插值来应对。
但是，基于多项式近似的Z图与实际的基板表面高度之间的误差有时会关系到描绘精度的恶化。为了减小误差，考虑提高多项式的次数，但在提高了次数的情况下，在外推部(基板周缘部等的测定范围外)，误差反而变大，描绘精度有时恶化。
发明内容
本发明提供能够高精度地计算基板表面的高度分布，能够使描绘精度提高的带电粒子束描绘装置及带电粒子束描绘方法。
本发明的一个形态的带电粒子束描绘装置，具备：描绘部，使用带电粒子束，对基板的表面描绘图案；测定部，测定上述基板的中央部的多个部位的表面高度；制作部，用第1多项式对上述测定部的测定值进行拟合，通过使用了该第1多项式的外推插值，计算上述基板的周缘部的表面高度的第1高度分布，用比该第1多项式高次的第2多项式对该测定值进行拟合，通过使用了该第2多项式的内插插值，计算上述中央部的表面高度的第2高度分布，将该第1高度分布与该第2高度分布结合，制作该基板的高度分布；以及控制部，基于根据上述基板的高度分布计算出的描绘位置的表面高度，调整上述带电粒子束的焦点位置。
附图说明
图1是本发明的实施方式的带电粒子束描绘装置的概略图。
图2是表示工作台移动的例子的图。
图3是表示主偏转区域的形状变化的例子的图。
图4是说明同实施方式的Z图制作方法的流程图。
图5是表示基板表面高度的测定结果的例子的图。
图6的(a)表示表面高度的测定区域，图6的(b)表示板表面高度的测定结果的例子，图6的(c)是表示近似多项式的图。
图7的(a)～图7的(c)是表示Z图的例子的图。
图8是说明同实施方式的描绘方法的流程图。
图9是说明别的实施方式的Z图制作方法的流程图。
图10的(a)表示基板表面高度的测定结果的例子，图10的(b)表示周缘部的表面高度推定值，图10的(c)是表示近似多项式的图。
图11是说明别的实施方式的Z图制作方法的流程图。
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。在本实施方式中，作为带电粒子束的一例，对使用了电子束的构成进行说明。但是，带电粒子束不限于电子束，也可以是使用了离子束等带电粒子的束。
图1所示的描绘装置，具备对掩模、晶片等对象物照射电子束而描绘期望的图案的描绘部100、和控制由描绘部100进行的描绘动作的控制部200。描绘部100具有电子束镜筒102及描绘室104。
在电子束镜筒102内，配置有电子枪101、照明透镜112、投影透镜114、物镜116、消隐孔径120、第1孔径122、第2孔径124、消隐偏转器130、成形偏转器132、主偏转器134及副偏转器136.
在描绘室104内，配置有以能够移动的方式配置的XY工作台140。在XY工作台140上，载置有成为描绘对象的基板150。作为基板150，包括晶片、对晶片转印图案的曝光用的掩模。另外，该掩模包括还未形成任何图案的掩模基板。
在描绘室104中，设置有Z传感器160(高度测定部)，该Z传感器160(高度测定部)具有从基板150的上方朝向基板150的表面、倾斜地照射激光的照射部、及接收在基板150的表面反射后的激光的受光部。
控制部200具备存储装置202、204、206、控制计算机210、偏转控制部220及工作台控制部230。存储装置202、204、206是例如磁盘装置。存储装置202中保存有描绘数据。该描绘数据中定义了图形图案的形状及位置。
控制计算机210具备Z图制作部212、发射(日语：ショット)数据生成部214、描绘控制部216及校正部218。Z图制作部212、发射数据生成部214、描绘控制部216及校正部218的各功能，既可以用软件构成，也可以用硬件构成。
从电子枪101放出的电子束103，通过照明透镜112对具有矩形的孔的第1孔径122整体进行照明。这里，电子束103被成形为矩形。然后，通过第1孔径122后的第1孔径像的电子束103，通过投影透镜114而投影于第2孔径124上。在第2孔径124上的第1孔径像的位置，通过成形偏转器132被进行偏转控制，能够使束形状和尺寸变化。通过第2孔径124后的第2孔径像的电子束103，通过物镜116来对焦，并通过主偏转器134及副偏转器136被偏转后，被照射于连续移动的XY工作台140上的基板150的期望的位置。
从电子枪101放出的电子束103，通过消隐偏转器130，而在束开启的状态下被控制以通过消隐孔径120，在束关断的状态被偏转以使束整体被消隐孔径120所遮蔽。从束关断的状态成为束开启、之后变为束关断为止在消隐孔径120通过的电子束成为1次电子束的发射。根据各发射的照射时间，可调整对基板150照射的电子束的每次发射的照射量。
图2是表示图案描绘時的工作台移动的一例的图。在对基板150描绘的情况下，使XY工作台140在例如x方向上连续移动，同时将描绘区域10虚拟分割为电子束103能够偏转的宽度的长条状的多个条纹(帧)20，将电子束103照射到基板150的1个条纹20上。通过使连续移动能够使描绘时间缩短。并且，若将1个条纹20描绘结束，则将XY工作台140在y方向上输送步长，沿x方向(反向)地进行下一个条纹20的描绘动作。
XY工作台140的移动速度可以是匀速也可以是可变速。例如，可以根据描绘图案的图案密度而改变速度。例如，在描绘密的图案时，使工作台速度较慢，在描绘稀疏的图案时使工作台速度较快。
条纹20的宽度是通过主偏转器134能够偏转的宽度。并且，针对各条纹20，在y方向上也以与条纹的x方向的宽度相同的宽度被分割。该分割后的区域成为通过主偏转器134能够偏转的主偏转区域。将该主偏转区域进一步细分化后的区域成为副偏转区域。
副偏转器136用于高速且高精度地控制每次发射的电子束103的位置。因此，偏转范围限定于副偏转区域，超出该区域的偏转通过用主偏转器134使副偏转区域的位置移动而进行。另一方面，主偏转器134用于控制副偏转区域的位置，在包含多个副偏转区域的范围(主偏转区域)内移动。另外，在描绘中，XY工作台140在x方向上连续地移动，因此通过主偏转器134使副偏转区域的描绘原点随时移动(追踪)，从而能够追随XY工作台140的移动。
在电子束描绘装置中，进行透镜系统的调整，以使焦点高度位置(Z＝0)与基板150的表面一致。若基板150的高度从焦点高度位置偏移，则如图3所示那样，基板表面上的主偏转区域的形状旋转或伸缩。在图3所示的例子中，随着基板的表面高度向负的方向(远离透镜系统的方向)偏移，主偏转区域缓缓地逆时针旋转，区域尺寸伸长。反之，随着基板的表面高度向正的方向(靠近透镜系统的方向)偏移，主偏转区域缓缓地顺时针旋转，区域尺寸缩小。
主偏转区域的形状的旋转、伸缩会引起描绘位置的偏移。因此，事先制作基板150的表面高度的分布(Z图)，并进行与描绘位置的高度相应的光学系统的校正(对焦、主偏转区域的形状的伸缩/旋转校正)。
使用图4所示的流程图，说明本实施方式的Z图制作方法。首先，使用Z传感器160，在基板150的表面的多点测定高度(步骤S101)。图5表示测定结果的一例。例如，测定基板150的表面的8×8个位置的高度。
在基板150上，载置了基板带电防止用的盖(图示省略)，该盖位于基板150的周缘部的上方，成为檐，会妨碍从Z传感器160输出的激光照射于基板150的周缘部。因此，如图6的(a)所示，基板150(描绘区域10)的中央部R1中的高度能够通过Z传感器160测定，与此相对周缘部R2的高度无法通过Z传感器160测定。
如图6的(b)所示，仅中央部R1获得表面高度的测定值。图6的(b)表示将y坐标固定的情况下的x方向的高度测定值的分布的例子。
以往，计算使用了中央部R1的高度测定值(实测值)的近似曲面(多项式)，对于周缘部R2，通过多项式的外推插值来应对。例如，如图6的(c)所示那样，用3次多项式F3对实测值进行近似。
但是，如果是3次左右的低次的多项式，近似的误差有时不会充分小。近似的误差通过使用更高次的多项式而变小。例如，通过用6次的多项式F6进行近似，从而与3次多项式F3相比，误差变小。
但是，若使用高次的多项式，在周缘部R2(外推部)的误差变大。因此，在本实施方式中，在Z图的制作时，对于无法测定表面高度的周缘部R2，使用低次(例如3次)的多项式的外推来防止误差变大，并且对于能够测定表面高度的中央部R1，使用高次(例如6次)的多项式来减小近似的误差。
Z图制作部212，用低次的多项式对步骤S101中获得的测定值进行拟合，计算近似曲面(步骤S102)，通过该近似曲面的外推插值，制作周缘部R2的Z图(步骤S103)。例如制作出如图7的(a)所示那样的x方向、y方向上分别排列16个Z值的、Z图的最外周部分。
接下来，Z图制作部212，用高次的多项式对步骤S101中获得的测定值进行拟合，计算近似曲面(步骤S104)，通过该近似曲面的内插插值，制作中央部R1的Z图(步骤S105)。例如制作出如图7的(b)所示那样的排列了14个×14个Z值的、Z图的中央部分。
Z图制作部212将在步骤S103制作出的周缘部R2的Z图与在步骤S105制作出的中央部R1的Z图结合，制作出Z图(步骤S106)。例如，制作出图7的(c)所示那样的排列了16×16个Z值的Z图。制作出的Z图被保存于存储装置204。
接下来，使用图8所示的流程图，对本实施方式的描绘方法进行说明。在图8的流程图中，步骤S201～S204是描绘开始前的前处理。
首先，在XY工作台140上载置评价基板，使用图4所示的方法制作出评价基板的Z图(步骤S201)。
接下来，对评价基板描绘评价图案(步骤S202)。发射数据生成部214从存储装置202中读出评价图案的描绘数据，进行多级的数据变换处理，生成装置固有的发射数据。在发射数据中，按每个发射，包含例如表示各发射图形的图形种类的图形码、图形尺寸、发射位置、照射时间等。发射数据被暂时地保存于存储器(图示省略)。描绘控制部216将发射数据向偏转控制部220输出。
偏转控制部220基于发射数据，生成用于控制偏转器130、132、134、136的偏转信号。偏转信号在D/A变换后通过未图示的DAC放大器而被放大，并被施加于偏转器130、132、134、136的电极。由此，能够将期望的形状的电子束，以期望的照射时间(照射量)照射于评价基板的期望的位置。另外，评价图案在使评价基板停止的状态被描绘。评价图案可以是线图案，也可以是孔图案。
测定所描绘出的评价图案的位置，并测定主偏转区域的旋转量和伸缩量(步骤S203)。例如，通过用x、y2个变量的1次函数对所描绘出的评价图案的测定位置进行拟合，从而能够计算各位置处的主偏转区域的旋转量和伸缩量。
根据在步骤S201制作出的Z图和在步骤S203计算出的各位置处的主偏转区域的旋转量及伸缩量，计算对通过基板面高度改变从而主偏转区域的形状何种程度旋转及伸缩进行表示的Z依存位置偏移系数A1、A2、B1、B2(步骤S204)。计算出的系数A1、A2、B1、B2在后述的校正式中被利用，并被保存于存储装置206中。
另外，计算用于校正与描绘位置相应的主偏转区域的畸变的校正系数a0～a9、b0～b9，并保存于存储装置206。例如，使XY工作台140移动并使工作台上的标记(图示省略)移动到期望的主偏转区域的各位置。然后，在主偏转区域内的各位置使电子束偏转并计测标记位置，求出其残差。然后，对所获得的残差，用将x、y作为变量的函数式进行拟合，由此计算系数a0～a9、b0～b9。系数a0～a9、b0～b9也在后述的校正式中被利用。
求出校正系数后，对于描绘对象的基板150进行实际描绘。对于基板150描绘的图案的描绘数据，从外部被输入并被保存于存储装置202。
使用图4所示的方法，制作基板150的Z图(步骤S205)。Z图被保存于存储装置204。
使描绘处理开始(步骤S206)。例如，发射数据生成部214从存储装置202读出描绘数据，进行多级的数据变换处理，生成装置固有的发射数据。为了用描绘装置描绘图形图案，需要将描绘数据中定义的各图形图案分割为以1次束的发射能够照射的尺寸。因此，发射数据生成部214将描绘数据所示的图形图案分割为以1次束的发射能够照射的尺寸后生成发射图形。然后，按每个发射图形生成发射数据。在发射数据中定义了例如图形种类、图形尺寸、照射位置及照射量。所生成的发射数据依次且暂时性地被保存于存储器(图示省略)。
描绘控制部216将发射数据向偏转控制部220输出。偏转控制部220基于发射数据，生成用于控制各偏转器的偏转信号。
描绘控制部216向工作台控制部230输出速度指令信号，以成为与描绘图案的密度对应的工作台速度。工作台控制部230基于速度指令信号，控制XY工作台140的速度。
校正部218从对偏转控制部220输出的发射数据，取得描绘位置(束照射位置)x、y(步骤S207)。
校正部218根据Z图，计算描绘位置x、y处的基板表面高度z＝Zmap(x、y)(步骤S208)。校正部218通过Z图中定义的值的1次插值，计算描绘位置x、y处的高度。通过1次插值，在中央部R1与周缘部R2间由近似多项式的次数不同引起的不连续性得到校正。
从发射数据取得基于主偏转器134的电子束的偏转位置mx、my(主偏转位置。副偏转区域的描绘原点。)(步骤S209)。
使用以下的校正式，求出DAC值(对用于决定对主偏转器134设定的电压值的DAC(图示省略)输出的值)，校正主偏转区域的形状(步骤S210)。
DAC值X＝a0+(a1+A1＊z)mx+(a2+A2＊z)my+a3＊mx2+···+a9＊my3
DAC值Y＝b0+(b1+B1＊z)mx+(b2+B2＊z)my+b3＊mx2+···+b9＊my3
描绘控制部216，基于计算出的主偏转区域的形状校正量，控制物镜116，调整焦点位置，校正主偏转区域的旋转/伸缩，进行描绘处理。
根据本实施方式，对于基板的中央部R1，用高次多项式对中央部R1的表面高度实测值进行近似，并基于该高次多项式制作Z图。另外，对于无法测定表面高度的基板的周缘部R2，用低次多项式对中央部R1的表面高度实测值进行近似，通过使用了该低次多项式的外推插值，制作Z图。然后，将中央部R1的Z图与周缘部R2的Z图结合。结合后的Z图为，防止周缘部R2的误差增大并且与中央部R1的实测值之间的误差非常小的图。
通过使用这样的Z图，能够高精度地计算基板面高度，高精度地进行焦点位置的调整等，能够降低束的描绘位置的偏移。
图9是说明别的实施方式的Z图制作方法的流程图。
使用Z传感器160，在基板150的表面的多点，测定高度(步骤S301)。例如，测定基板150的中央部R1的8×8个位置的高度。例如，获得如图10的(a)所示那样的测定值。
如图10的(b)所示，用低次的多项式对步骤S301中获得的测定值进行拟合，计算近似曲面(步骤S302)。使用该近似曲面，求出周缘部R2的表面高度的推定值(步骤S303)。
如图10的(c)所示，将步骤S301中获得的测定值与步骤S303中获得的推定值结合，用高次的多项式对测定值及推定值进行拟合，计算近似曲面(步骤S304)，通过该近似曲面的内插插值，制作Z图(步骤S305)。
这样，通过使用对表面高度的测定值进行近似的低次的多项式，来推定周缘部R2的表面高度，并用高次的多项式对测定值和推定值进行近似，也能够高精度地制作Z图。
图11是说明其他的实施方式的Z图制作方法的流程图。
使用Z传感器160，在基板150的表面的多点，测定高度(步骤S401)。例如，测定基板150的中央部R1的14×14个位置的高度。
用低次的多项式对步骤S401中获得的测定值进行拟合而计算近似曲面(步骤S402)，通过该近似曲面的外推插值，制作周缘部R2的Z图(步骤S403)。
将在步骤S401中获得的测定值与在步骤S403制作出的周缘部R2的Z图结合，制作Z图(步骤S404)。
通过增加基于Z传感器160的中央部R1的表面高度的测定点，并将测定值作为中央部R1的Z图而原封不动地使用，也能够高精度地制作Z图。另外，也可以是，用高次的多项式对中央部R1的测定数据进行拟合，对于周缘部R2进行低次的多项式的外推插值而求出推定值或者图时，将对测定数据进行拟合而得到的R1的最外周的数据，作为周缘部R2的最内周的数据而原封不动地使用。
另外，本发明并不原封不动限定于上述实施方式，在实施阶段在不脱离其主旨的范围内能够将构成要素变形并具体化。例如，在上述的实施方式中，可以使用按每个发射形成图形并照射的可变成形束，但也可以照射规定形状的束或同时照射多束。另外，通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适当的组合，能够形成各种发明。例如，可以从实施方式所示的全部构成要素删除几个构成要素。并且，可以将不同的实施方式涉及的构成要素适当组合。
