光刻胶检查设备、光刻胶检查方法以及电子束曝光设备

光刻胶检查设备、光刻胶检查方法以及电子束曝光设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于并要求于2021年8月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2021-0104898的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本发明构思涉及电子束曝光设备、使用电子束曝光设备的光刻胶检查方法以及光刻胶检查设备。


背景技术：

4.随着大规模集成电路(lsi)的高集成度，半导体元件所需要的电路的线宽度已逐渐地更小型化。为了形成半导体元件所需要的电路图案，使用了通过使用缩小投影型的曝光设备在晶片上缩小并转移高精度掩模(或掩模版)的方法。在这种情况下，主要通过使用电子束光刻法来制造高精度掩模。
5.电子束的曝光可以在超高压环境或真空环境中执行，并且在真空环境中发生的针对电子束光刻法的光刻胶的释气(outgassing)可能是污染电子束光学系统的部件的原因。电子束光学系统的部件的污染可能引起电子束的照射位置移位的束漂移现象。


技术实现要素：

6.本发明构思提供光刻胶检查设备、使用所述光刻胶检查设备的光刻胶检查方法以及电子束曝光设备。
7.根据一些实施例，提供了光刻胶检查方法。所述光刻胶检查方法包括：在衬底上提供光刻胶；用电子束和激发束照射所述光刻胶；检测由所述光刻胶响应于所述激发束而生成的荧光；以及基于所述荧光评价所述光刻胶。
8.根据一些实施例，提供了光刻胶检查设备。所述光刻胶检查设备包括：电子束光学系统，所述电子束光学系统被配置为用电子束照射包括荧光团的光刻胶；以及检查光学系统，所述检查光学系统被配置为用激发束照射所述光刻胶，并且检测由所述荧光团响应于所述激发束而生成的荧光。
9.根据一些实施例，提供了电子束曝光设备。所述电子束曝光设备包括：电子束光学系统，所述电子束光学系统被配置为用电子束照射包括荧光团的光刻胶；激发光源，所述激发光源被配置为向所述光刻胶照射激发束；以及检测器，所述检测器被配置为检测由所述荧光团响应于所述激发束而生成的荧光，其中，所述激发光源和所述检测器构成倾斜光学系统，并且所述电子束光学系统包括垂直光学系统。
附图说明
10.通过结合附图进行的以下详细描述，将更清楚地理解本发明构思的实施例，在附图中：
11.图1是根据示例实施例的光刻胶检查设备的示意图；
12.图2a和图2b是根据示例实施例的由光刻胶检查设备生成的光刻胶的图像；
13.图3是根据示例实施例的用于描述光刻胶检查设备的操作的曲线图；
14.图4至图6b是根据示例实施例的用于描述光刻胶检查设备的操作的图；
15.图7是根据示例实施例的用于描述光刻胶检查设备的操作的曲线图；
16.图8a至图8c是根据示例实施例的用于描述电子束光学系统的操作的图；
17.图9是根据示例实施例的光刻胶检查方法的流程图；以及
18.图10是根据另一示例实施例的电子束曝光设备的示意图。
具体实施方式
19.在下文中，将参考附图详细地描述本发明构思的实施例。在附图中相同的附图标记被用于相同的部件，并且将省略其重复描述。
20.图1是根据示例实施例的光刻胶检查设备10的示意图。
21.光刻胶检查设备10可以包括：电子束光学系统100，该电子束光学系统100被配置为用电子束elb照射光刻胶pr；以及检查光学系统200，该检查光学系统200被配置为检查光刻胶pr。
22.根据示例实施例，光刻胶检查设备10可以检查光刻胶pr的特性。光刻胶检查设备10可以被配置为定量地评价光刻胶pr对电子束elb的响应。光刻胶检查设备10可以量化光刻胶pr中的光敏粒子的移动、光刻胶pr的释气等。
23.光刻胶pr可以是例如正型或负型。当光刻胶pr是正型时，可以通过使用显影工艺来去除光刻胶pr的被电子束elb曝光的部分。当光刻胶pr是负型时，可以通过使用显影工艺来去除光刻胶pr的未被电子束elb曝光的部分。正型光刻胶pr的示例可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和聚丁烯-1砜(pbs)。负型光刻胶pr的示例可以包括聚甲基丙烯酸缩水甘油酯共丙烯酸乙酯(cop)。
24.光刻胶pr可以包括荧光团(fluorophores)。荧光团可以完全均匀地且匀质地分散在光刻胶pr中各处。作为示例，荧光团可以与构成光刻胶pr的光敏粒子以物理方式混合，或者可以与构成光刻胶pr的光敏粒子以化学方式组合(以化学方式结合)。
25.在这种情况下，荧光团可以包括当被激发时发射光的化合物。荧光团通常可以包括芳族基团或具有π键的平面(或环状)分子。荧光团的非限制性示例可以包括异硫氰酸荧光素(fitc)。根据荧光团的种类，检查光学系统200还可以进一步包括被配置为生成激活光束并照射光刻胶以激活荧光团的激光设备。
26.光刻胶pr可以位于透明衬底ts上。可以通过使用包括旋涂方法的各种涂布方法来在透明衬底ts上提供光刻胶pr。根据示例实施例，透明衬底ts相对于由激发光源210生成的激发束exb并且相对于由光刻胶pr的荧光团响应于激发束exb而生成的荧光fl可以是透明的。
27.光刻胶pr可以以薄膜的形式布置在透明衬底ts上。光刻胶pr可以包括第一表面pru和与第一表面pru相反的第二表面prb。光刻胶pr的第二表面prb可以面对透明衬底ts。光刻胶pr的第一表面pru也可以被称为上表面，并且光刻胶pr的第二表面prb也可以被称为下表面。
28.作为示例，透明衬底ts可以安装在光刻胶检查设备10的检查台上。作为另一示例，透明衬底ts可以包括其上施加有光刻胶pr的光刻胶检查设备10的检查台。
29.电子束光学系统100可以包括电子枪110、消隐孔径(blanking aperture)121、第一形成孔径123、第二形成孔径125、第一偏转器131、第二偏转器133、第三偏转器135、照明透镜(lighting lens)141、投影透镜143和物镜145。电子束光学系统100可以被配置为用电子束elb照射光刻胶pr的第一表面pru。
30.电子枪110可以生成并发射电子束elb。
31.第一偏转器131可以使由电子枪110发射的电子束elb偏转(deflect)。例如，当电子束光学系统100处于“开”状态时，第一偏转器131可以使电子束elb偏转，使得电子束elb穿过消隐孔径121。例如，当电子束光学系统100处于“关”状态时，第一偏转器131可以使电子束elb偏转，使得电子束elb被消隐孔径121阻挡。当电子束光学系统100从“关”状态改变为“开”状态并且再次改变为“关”状态时，已穿过消隐孔径121的电子束elb可以被称为一个“射击”。
32.通过穿过第一偏转器131和消隐孔径121而生成的每个射击的电子束elb可以被照明透镜141引导到具有例如矩形形状的开口的第一形成孔径123。
33.已穿过第一形成孔径123的开口的电子束elb可以具有矩形形状的束截面。由第一形成孔径123形成的电子束elb可以被投影透镜143投影到第二形成孔径125。
34.第二偏转器133可以使已穿过第一形成孔径123的电子束elb偏转。根据示例实施例，可以通过相对于第二形成孔径125调整电子束elb的偏转来改变已穿过第二形成孔径125的开口的电子束elb的形状和尺寸。
35.已穿过第二形成孔径125的电子束elb可以被物镜145聚焦，被第三偏转器135偏转以照射光刻胶pr。
36.检查光学系统200可以包括例如明场光学显微镜和使用荧光的单分子显微镜。单分子显微镜可以包括基于单分子定位方法的显微镜。单分子定位方法可以包括用于计算表示由荧光团发射的荧光的强度分布的点扩展函数(psf)并且通过将psf的最大点确定为荧光团的位置以高精度确定荧光团的位置的技术。
37.因为荧光显微术选择性地检测仅由荧光团生成的荧光束，所以荧光显微术可以不受周围图案(例如，透明衬底ts的粗糙度等)影响。因为荧光显微术仅受荧光材料的量子产率和荧光团密度影响，所以与一般光学显微术相比，荧光显微术可以以高灵敏度检测检查对象。
38.检查光学系统200可以用被配置为激发光刻胶pr中的荧光团的激发束exb照射光刻胶pr。检查光学系统200可以检测由激发荧光团生成的荧光fl。
39.因此，检查光学系统200可以确定荧光团在光刻胶pr中的位置。检查光学系统200可以在几纳米的误差范围内确定荧光团的位置。
40.检查光学系统200可以被布置为与电子束光学系统100间隔开，光刻胶pr位于检查光学系统200与电子束光学系统100之间。例如，电子束光学系统100可以面对光刻胶pr的第一表面pru，而检查光学系统200可以面对光刻胶pr的第二表面prb。
41.检查光学系统200可以包括激发光源210、检测器220、分色镜230和反射镜240。包括分色镜230和反射镜240的检查光学系统200的配置可以是示例，并且在任何意义上，实施
例不限于此。检查光学系统200可以包括用于用激发束exb照射光刻胶pr并且检测由光刻胶pr的荧光团生成的荧光fl的任意光学部件。
42.根据示例实施例，激发光源210可以包括被配置为生成并发射激发束exb的激光设备。激发束exb可以穿透分色镜230，被反射镜240反射，并且到达光刻胶pr。激发束exb可以具有紫外光线、可见光线或红外光线的波段的波长。作为非限制性示例，激发束exb的波长可以是大约488nm。
43.光刻胶pr的荧光团可以生成与激发束exb相对应的荧光fl(也就是说，通过被激发束exb激发生成与激发束exb相对应的荧光fl)。荧光fl的波长可以不同于激发束exb的波长。荧光fl的波长可以大于激发束exb的波长。在图1中，为了描述的方便，仅示出了在与透明衬底ts的上表面基本上垂直的方向上发射的一部分荧光fl，但是可以从每一个荧光团各向同性地发射荧光fl。
44.荧光fl可以被反射镜240反射，被分色镜230反射，并且到达检测器220。反射镜240相对于激发束exb和荧光fl中的每一者的波长可以具有高反射率。分色镜230相对于激发束exb的波长可以具有低反射率(即，高透射率)，并且相对于荧光fl的波长可以具有高反射率。
45.检测器220可以被配置为检测荧光fl。检测器220可以被配置为基于荧光fl确定每一个荧光团的位置。如上所述，检测器220可以被配置为生成光刻胶pr的图像，在该图像中，基于荧光fl示出了每一个荧光团的位置。换句话说，检测器220可以被配置为基于荧光fl生成与光刻胶pr的图像相对应的电信号，在该图像中，示出了每一个荧光团的位置。
46.根据示例实施例，光刻胶检查设备10还可以包括被配置为控制电子束光学系统100和检查光学系统200中的每一者的控制器。检查光学系统200还可以包括被配置为所示出的分析器250。
47.控制器可以控制电子枪110的振荡，第一偏转器131、第二偏转器133和第三偏转器135的操作，激发束exb的振荡以及检测器220的总体操作。
48.分析器250可以基于由荧光fl生成的光刻胶pr的图像和光刻胶pr的荧光团的变化(例如，密度变化)来确定光刻胶pr的释气的程度。
49.分析器250可以追踪光刻胶pr的各个荧光团的移动，并且生成光刻胶pr中的每个粒子的移动的矢量图。分析器250可以基于光刻胶pr中的每个粒子的移动的矢量图来生成粒子的移动距离的幅度的直方图。
50.控制器和分析器250可以包括诸如工作站计算机、台式计算机、膝上型计算机和平板计算机的计算设备。控制器和分析器250可以被各自配置为硬件，或者被配置为包括在硬件中的软件。控制器和分析器250还可以包括简单控制器，微处理器，诸如中央处理单元(cpu)和图形处理单元(gpu)的复杂处理器，包括软件、专用硬件或专用固件的处理器。控制器和分析器250可以由例如诸如数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)和专用集成电路(asic)的专用硬件来实现。
51.根据一些实施例，控制器和分析器250的操作可以被实现为存储在机器可读介质中的命令，该命令由一个或更多个处理器读取和执行。在这种情况下，机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算装置)可读取的形式存储和/或发送信息的任意机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(rom)，随机存取存储器(ram)，磁盘存储介质，光学存储介
质，闪速存储器设备，电、光学、声学或其他不同形式的无线电信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)和其他任意信号。
52.控制器和分析器250可以包括用于执行针对控制器和分析器250描述的操作或者用于执行要在下面描述的任意过程的固件、软件、例程、命令。然而，这仅是为了描述的方便，并且应当理解的是，上述控制器和分析器250的操作可以由计算设备、处理器、控制器、或执行固件、软件、例程、命令的其他设备等来执行。
53.图2a和图2b是根据示例实施例的由光刻胶检查设备10生成的光刻胶pr的图像。图2a是光刻胶pr的部分por被电子束elb曝光之前的光刻胶pr的图像，并且图2b是光刻胶pr的部分por被电子束elb曝光之后的光刻胶pr的图像。在图2a和图2b中，点分别表示荧光团的位置。
54.参考图1至图2b，可以识别出：与曝光前相比，通过电子束elb的曝光，部分por的荧光团的密度已经降低了。光刻胶检查设备10的分析器250可以通过对光刻胶pr的图像中包括的荧光团的数目进行计数来计算光刻胶pr中的荧光团的每个像素在曝光前后的密度变化。光刻胶检查设备10的分析器250可以实时地追踪光刻胶pr的图像中包括的每个荧光团的移动。
55.图3是根据示例实施例的用于描述光刻胶检查设备10的操作的曲线图。
56.在图3中，水平轴可以表示以μc/cm2为单位的电子束elb的强度，而垂直轴可以表示光刻胶pr的图像的每个像素中的荧光团在曝光于电子束elb前后的密度差的标准偏差。
57.在图3中，被强度等于或小于大约10μc/cm2的电子束elb曝光的光刻胶pr的样品被分类为第一阶段1，被强度为大约10μc/cm2至大约1000μc/cm2的电子束elb曝光的光刻胶pr的样品被分类为第二阶段2，而被强度为大约1000μc/cm2至大约10000μc/cm2的电子束elb曝光的光刻胶pr的样品被分类为第三阶段3。
58.在图3中，可以识别出：在电子束elb的强度与荧光团在电子束曝光前后的密度差的标准偏差之间存在正相关。
59.图4至图6b是根据示例实施例的用于描述光刻胶检查设备10的操作的图。
60.图4示出了被强度为大约10μc/cm2的电子束elb曝光的光刻胶pr的图像，并且该图像可以被分类为上述第一阶段1的样品。图5a示出了被强度为大约630μc/cm2的电子束elb曝光的光刻胶pr的图像，并且该图像可以被分类为上述第二阶段2的样品。图6a示出了被强度为大约10000μc/cm2的电子束elb曝光的光刻胶pr的图像，并且该图像可以被分类为上述第三阶段3的样品。
61.图5b示出了通过使用原子力显微镜(afm)沿着图5a中的线aa-aa'扫描光刻胶pr的结果，并且图6b示出了通过使用afm沿着图6a中的线bb-bb'扫描光刻胶pr的结果。
62.参考图4，被强度为大约10μc/cm2的电子束elb曝光的光刻胶pr的垂直高度没有变化。换句话说，在被强度为大约10μc/cm2的电子束elb曝光的光刻胶pr中尚未发生释气。
63.参考图5a和图5b，光刻胶pr的被强度为大约630μc/cm2的电子束elb曝光的部分的垂直高度已降低了大约3nm。换句话说，光刻胶pr的被电子束elb曝光的部分已被去除。
64.参考图6a和图6b，光刻胶pr的被强度为大约10000μc/cm2的电子束elb曝光的部分的垂直高度已降低了大约30nm。换句话说，光刻胶pr的被电子束elb曝光的部分已被去除。
65.图7示出了图3中示出的第一阶段至第三阶段(阶段1至3)的样品的荧光团在电子
束elb曝光前后的密度变化的标准偏差，以及响应于图4至图6b中示出的第一阶段至第三阶段(阶段1至3)的样品被电子束elb曝光，光刻胶pr的垂直高度变化。
66.参考图7，验证了：在荧光团的密度差的标准偏差与光刻胶pr在曝光前后响应于曝光的垂直高度变化之间存在高相关(例如，相关系数接近于大约1)。
67.再次参考图1，光刻胶检查设备10的分析器250可以使荧光团的密度差与在曝光前后由电子束elb的曝光引起的光刻胶pr的垂直高度变化相关联。因此，可以实时地测量光刻胶pr中的荧光团响应于电子束elb曝光的密度变化的标准偏差，并且可以定量地测量通过释气去除的光刻胶pr的量，而不用使用原子显微镜来测量。
68.最近，由于远紫外(euv)的使用，可能需要制造用于在晶片上实现超精细图案(例如，临界尺寸等于或小于大约3nm的图案)的掩模。
69.为了制造具有超精细图案的掩模，可能需要改进电子束elb的分辨率，因此，可能需要高剂量电子束elb曝光。在这种情况下，由于光刻胶pr的质量劣化和光刻胶pr的释气，高剂量电子束elb曝光可能引起电子束光学系统100的污染。
70.在电子束光学系统100中生成的污染可能会放大电子束漂移现象，并且引起掩模图像放置错误。掩模图像放置错误可能使指示垂直堆叠在集成电路中的电路层之间的一致性的覆盖图(overlay)劣化，并且因此，可以降低半导体元件制造中的产量和工艺裕度。
71.在高剂量电子束elb曝光中，很久之前工业界和学术界已经指出了光刻胶pr的质量劣化和释气的问题，但是仍然尚未提出相对于高剂量电子束elb条件测量或定量地定义光刻胶pr的稳健性(robustness)的方法。
72.根据示例实施例，通过使用光刻胶检查设备10来检查包括荧光团的光刻胶pr，可以在高剂量电子束elb条件下定量地测量光刻胶pr的稳健性。
73.换句话说，通过在通过使用电子束光学系统100曝光光刻胶pr期间同时检查由光刻胶pr中的荧光团生成的荧光fl，可以定量地测量光刻胶pr在高剂量电子束elb条件下的行为，而无需分立的原子力显微镜(afm)。
74.图8a至图8c是根据示例实施例的用于描述电子束光学系统100的操作的图。
75.图8a是指示荧光团响应于电子束elb曝光的移动的矢量图。图8b是图8a中的区域por'的放大图，并且图8c是基于图8b中示出的矢量图而生成的直方图。
76.参考图1和图8a至图8c，通过在用电子束elb使光刻胶pr曝光期间同时以一定时间间隔检测由光刻胶pr的荧光团生成的荧光fl，光刻胶检查设备10可以生成指示荧光团在光刻胶pr中的位置的多个图像。
77.通过根据指示荧光团的位置的多个图像实时地追踪荧光团的移动，电子束光学系统100可以生成图8a和图8b中示出的矢量图。在这种情况下，图8a和图8b中的箭头可以指示荧光团的移动。
78.可以根据图8a和图8b中的矢量图来计算每个荧光团的移动距离，并且可以基于每个荧光团的移动距离来生成图8c的直方图。从图8c的直方图中，可以获得荧光团的移动距离的统计值(例如，平均值、中值、标准偏差等)，并且因此，可以执行光刻胶pr的特性(例如，稳健性)的定量评价。
79.图9是根据示例实施例的光刻胶检查方法的流程图。
80.参考图1和图9，光刻胶pr的检查可以包括：提供包括荧光团的光刻胶pr，所述荧光
团均匀地且均质地分散在光刻胶pr中(p10)；用电子束elb和激发束exb照射光刻胶pr并且接收由光刻胶pr发射的荧光fl(p20)；以及基于荧光fl评价光刻胶pr(p30)。
81.操作p10可以包括将荧光团提供给光刻胶材料，使得荧光团均匀地且均质地分散在光刻胶材料中。在这种情况下，荧光团可以与构成光刻胶材料的粒子一起构成物理混合物，或者可以与构成光刻胶材料的粒子以化学方式组合。
82.接下来，可以将包括均匀地且均质地分散的荧光团的光刻胶材料施加在透明衬底ts上以形成光刻胶pr。因此，可以提供包括均匀地且均质地分散的荧光团的光刻胶pr。
83.在操作p20中，可以在至少一定时间间隔期间同时用电子束elb和激发束exb照射光刻胶pr。从电子束elb处于“关”状态时起，可以用激发束exb照射光刻胶pr。即使在电子束elb被改变为“开”状态的时间点之后，也可以用激发束exb照射光刻胶pr。因此，通过在电子束elb曝光前后接收荧光fl，检查光学系统200可以测量光刻胶pr中的荧光团在电子束elb曝光前后的变化。
84.可以实时地执行用于光刻胶pr的定量评价的操作p20中的物理测量，而不用在彼此不同的设备之间移动被施加有光刻胶pr的透明衬底ts。因此，可以以低成本并以少量时间执行根据示例实施例的光刻胶pr的检查。
85.在操作p30中，可以基于荧光fl生成其中荧光团的位置被指示的光刻胶pr的图像。根据示例实施例，检查光学系统200可以根据其中荧光团的位置被指示的光刻胶pr的图像来计算光刻胶pr的荧光团在电子束elb曝光前后的密度变化的标准偏差。因此，可以测量由于响应于电子束elb曝光而导致光刻胶pr的释气而形成的高度变化，并且可以量化光刻胶pr的特性(例如，稳健性)。
86.根据其他示例实施例，检查光学系统200可以根据其中荧光团的位置被指示的光刻胶pr的图像来生成指示根据电子束elb曝光荧光团的移动的矢量图。根据示例实施例，可以从矢量图生成根据荧光团的移动距离的直方图，并且可以基于该直方图定量地评价光刻胶pr的特性(例如，光刻胶pr中的粒子的移动率)。
87.图10是根据另一示例实施例的电子束曝光设备20的示意图。
88.参考图10，电子束曝光设备20可以包括电子束光学系统100、激发光源310、检测器320和分析器350。根据示例实施例，电子束曝光设备20可以包括例如euv掩模制造设备。
89.根据示例实施例，电子束光学系统100可以通过使用电子束elb来使形成在掩模衬底ms上的光刻胶pr曝光。电子束光学系统100可以基于掩模数据使掩模衬底ms曝光。因为电子束光学系统100的描述与参考图1给出的描述基本上相同，所以其重复描述被省略。
90.根据一些实施例，在电子束elb曝光工艺之前，是将掩模数据转换成像素数据的过程。像素数据可以包括被直接用于实际曝光的数据，并且可以包括要曝光的对象的特征的数据和分配给每个特征的剂量的数据。
91.根据示例实施例，激发光源310和检测器320可以构成倾斜光学系统。激发光源310可以在相对于光刻胶pr的上表面倾斜的方向上用激发束exb照射光刻胶pr。检测器320可以检测由光刻胶pr的荧光团响应于激发束exb而生成的荧光fl。
92.根据示例实施例，激发光源310和检测器320可以在电子束曝光室内原位检查光刻胶pr。在由电子束光学系统100执行电子束elb曝光的同时，激发光源310和检测器320可以实时地检查光刻胶pr。与光刻胶pr的评价相关的分析器350的操作和分析器350的配置可以
通常类似于参考图1描述的那些。
93.根据示例实施例，通过在执行电子束elb曝光的同时检测由光刻胶pr中的荧光团生成的荧光fl，可以实时地检查光刻胶pr的状态。因此，可以实时地监测由于释气而导致的电子束光学系统100的污染等，并且可以改进euv掩模制造的可靠性。
94.在执行电子束elb曝光之后，可以通过执行后续工艺来形成euv掩模。后续工艺可以包括例如显影、蚀刻、清洁等的工艺。根据一些实施例，用于形成euv掩模的后续工艺可以包括测量工艺、缺陷检查工艺或缺陷修复工艺。根据一些实施例，用于形成euv掩模的后续工艺可以包括薄膜涂布工艺。可以在通过使用最终清洁和检查识别出在euv掩模的表面上没有污染粒子或化学污点之后执行薄膜涂布工艺。可以通过薄膜在euv掩模的传送和可用寿命期间保护euv掩模免受污染、冲击等。
95.虽然已参考本发明构思的实施例特别示出并描述了本发明构思，但是应理解的是，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对本文做出形式和细节上的各种改变。