KR0137706B1

KR0137706B1 - 샷 패턴들의 회전이 용이하고 이득 보정이 가능한 ulsi 리쏘그라피를 위한 전자 빔 직접 기록 시스템과 이를 위한 전자 빔 직접 기록 방법

Info

Publication number: KR0137706B1
Application number: KR1019940030206A
Authority: KR
Inventors: 가쯔유끼 이또; 히로시 야마시따
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛본덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1993-11-17
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 1998-06-01
Also published as: US5438207A; JPH07142352A; EP0657916A1; DE69408114D1; DE69408114T2; KR950015553A; EP0657916B1

Abstract

애퍼추어 부재를 갖는 전자 빔 직접 기록 시스템에서, 반도체 기판 위에 그려진 패턴에 평가 패턴을 맵핑하기 위한 애퍼추어 부재를 위하여 평가 애퍼추어가 제공되었다. 미리 정해진 폭을 갖는 짧은 라인들은 첫번째 라인/간격 패턴을 형성하기 위하여 첫번째 샷 패턴의 주변 부분에 수평과 수직방향으로 첫번째 피치들로 배열된다. 비슷하게, 짧은 라인들이 두번째 라인/간격 패턴들을 형성하기 위하여 두번째와 세번째 샷 패턴의 주변 부분에수평과 수직방향으로 첫번째 피치들과는 약간 다른 두번째 피치들로 배열된다. 샷의 회전과 이들의 크기는 샷 패턴들의 평가 패턴들 사이의 매칭 위치로부터 결정된다. 따라서, 노출 조사량을 조절하고 스티칭(stitching) 오차와 같은 위치 오차를 보정하며 구성 부재들을 정렬시키고 재생산도에 대한 평가를 달성하는 것이 짧은 시간 기간 동안에 가능해진다.

Description

샷 패턴들의 회전이 용이하고 이득 보정이 가능한 ULSI 리쏘그라피를 위한 전자 빔 직접 기록 시스템과 이를 위한 전자 빔 직접 기록 방법

제1도는 전자 빔 직접 기록 시스템의 종래의 예의 구조를 나타내는 간략한 블럭 다이어그램.

제2도는 본 발명에 따른 전자 빔 직접 기록 시스템의 실시예를 간략하게 나타내는 블럭 다이어그램.

제3도는 제2도의 전자 빔 직접 기록 시스템에 의해 반도체 기판 상에 그려진 패턴의 일부분을 도식적으로 나타내는 간략한 평면도.

제4도는 전자 빔 직접 기록 시스템에 사용되는 전자 빔 직접 기록 방법의 실시예를 나타내는 흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11:전자층12:첫번째 애퍼추어 부재

13:전자 빔14:편향기

15:평가 애퍼추어16:두번째 애퍼추어 부재

17:대물 렌즈18:반도체 기판

19:패턴

본 발명은 전자 빔 직접 기록 시스템과 이를 위한 전자 빔 직접 기록 방법에 관련되며, 특히, ULSI(ultra large-scale integrated circuits)를 위한 리쏘그라피(lithography)에 사용되는 전자 빔 노출 시스템으로서의, 샷 패턴의 용이한 회전과 이득 보정을 가능하게 하는 전자 빔 직접 기록 시스템에 관련되며, 이를 위한 전자 빔 직접 기록 방법에 관한 것이다.

전자 빔 직접 기록 시스템은 크기면에서 패턴들의 수가 수백만 또는 그 이상인 크기를 갖고 집적 기술과 정밀 기술의 진보된 수준을 필요로 하는 ULSI 제조를 위한 리쏘그라피 기술에서 없어서는 않되었고 또 현재도 없어서는 않된다. 리쏘그라피는 반도체 기판에 원하는 패턴을 그리기 위한 프로세스이다.

리쏘그라피에 대해서, 전자 빔 직접 기록 시스템은 일반적으로 5KeV에서 100KeV에 이르는 에너지 범위 안에서, 마스크 기판이나 웨이퍼 위에 코팅된 레지스트 필름에 주사되어 레지스트의 주사되지 않은 곳의 화학 반응들을 마스크 기판이나 웨이퍼 위에 원하는 패턴을 얻을 수 있도록 하는데 사용할 수 있게 하는 고속 전자 빔을 발사하는데 적합하다. 전자 빔은 높은 해상도를 허용하기 위하여 지름이나 사각형의 한 변의 길이가 0.1μm 또는 더 작은 영역 안으로 수렴된다. 또한, 빔은 전기장과 자기장을 통하여 임의적으로 편향된다. 따라서, 컴퓨터로부터의 빔 편향 주사 신호를 제어하여, 높은 정밀도의 원하는 패턴을 얻을 수 있다.

전자 빔은 단면 형태에 따라 가우션(Gaussian)빔과 어떤 형태가 있는 빔으로 분류된다. 후자는 대응되는 단면 형태의 애퍼추어를 통하여 원하는 형태를 갖게되고, 맵핑을 위해 조사된 때 원하는 줄어든 형태를 갖도록 수렴한다. ULSI)를 위한 리쏘그라피를 위하여 전자 빔 직접 기록 시스템을 사용함에 있어서, 후자는 전자-광학적으로 겹쳐진 한 쌍의 애퍼추어를 통하여 정의된 가변 단면 형태를 갖는 가변 형태 빔으로 나타난다.

가변 형태 빔은 본질적으로 고속이고 고정밀인 프로세스에 적합하므로, 따라서 ULSI의 리쏘그라피를 위하여 그와 같은 빔을 사용한 형태의 전자 빔 직접 기록 시스템에 대한 큰 요구에 부응한다.

제1도는 그와 같은 형태의 종래의 전자 빔 직접 기록 시스템을 나타낸다. 종래의 시스템은 전자 빔(113)을 발사하기 위한 전자 총(111), 서로 수직 공간적으로 떨어져 있고 빔(113)에 원하는 장방형의 형태를 주기위한 상호작용을 하도록 배열되는 첫번째와 두번째 애퍼추어 부재(112 및 116)들, 제어된 장방형 패턴을 원하는 크기로 만들기 위한 쉐이핑 렌즈로 기능하기 위해 애퍼추어 부재(112 및 116)들 사이에 끼워진 편향기(114), 및 두번째 애퍼추어 부재(116)를 통해온 전자 빔(113)이 장방형 패턴이 직접적으로 기록되거나 그려지도록 맵핑되는 반도체 기판(118) 표면위의 노출된 위치에 대응되는 이미지를 형성하기 위해 촛점 맞추어지도록 하기 위한 대물렌즈(117, objective) 등으로 구성된다.

종래 시스템의 종래 전자 빔 직접 기록 방법이 설명될 것이다. 두번째 애퍼추어 부재(116)에 형성된 장방형 창을 통하여, 전자 빔(113)이 반도체 기판(118)에 임의의 위치에 장방형 패턴을 맵핑하기 위하여 통과된다. 이와 같이 단일 노출에 의한 맵핑을 본 설명에서는 원 샷(one shot)이라 하자. 원하는 패턴을 그리기 위해서는, 순차적으로 수행되고 기판(118) 위의 노출 위치를 이동시키는 일련의 샷들이 필요하다. 그리는 과정 중, 기판(118) 위에서 당연히 서로 인접한 맵핑 영역을 갖는 연속적인 샷들의 어떤 한 쌍은 서로 연속적인 경계를 갖도록 이루어지므로 따라서 평가 패턴(181)들이 원하는 선형적인 구성으로 그려질 수 있다. X방향과 Y방향 모두에서 측정을 행하기위해, X방향과 Y방향으로 각각 선형패턴이 그려진다. 그려진 선형 패턴들은 글자 L의 형태나 십자 형태로 결합될 수 있다. 필요한 경우, 다수의 평가 패턴들은 반도체 췹 상에서 떨어진 위치에 그려지기도 한다.

또한 직접 기록 방법은 전자 빔 방출 량은 노출 조사량(exposure dose)를 조절하는 단계, 결국 회전과 이득을 보정하기 위하여 스티칭(stitching) 오차와 같은 샷 패턴들의 위치 오차들을 보정하는 단계, 시스템의 구성 부재들을 정렬시키는 단계 및 패턴 재생산도를 평가하는 단계들을 포함한다. 이러한 평가의 한 예로, 서술된 형태의 전자 빔 노출 시스템에서의 서로 인접하여 맵핑된 스트라잎(stripe)들 사이의 스티칭 오차들을 줄이기 위한 방법이 저널 오브 사이언스 앤드 테크놀로지(Journal of Vacuum Science and Technology) Vol.1 B6, No.1 1988년 1/2월호의 213쪽에서 215쪽까지에서 검토되었다. 검토된 방법은 측정된 값들과 같은 결과 데이타를 제어 컴퓨터에 의해 기술된 항목들의 측정을 수행하기 위하여 전자 빔 직접 기록 시스템의 제어 컴퓨터에 입력되기 전에, 라인 폭 측정 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)이나 그와 유사한 것에 의한 방법에 의해 스트라잎들 사이의 스티칭 오차들의 각각의 크기의 측정 뿐만아니라 그들의 구성을 조사하는 단계를 사용한다.

종래의 시스템과 특히 종래의 방법의 예에서는 기술된 바와 같이, 다수의 샷 들이 SEM에 의해 측정된 크기를 갖는 요구되는 패턴을 생성하기 위하여 서로의 주변에 이웃하는 맵핑 영역을 갖고 노출 조사량을 조절하고 시스템 구성 부재들을 정렬하며 재생산도 측정이 달성될 수 있도록 스티칭 오차에 대항하는 것과 같은 회전과 이득의 보정에 의해 장방형 창 모양인 두번째 애퍼추어 부재를 통하여 수행된다.

SEM의 사용은, 광학 현미경과 비교할 때, 크기의 측정을 위해 상당히 오랜 시간이 소요되고 성가신 일이다. SEM의 판독 오차를 50,000에서 100,000(곱셈 인수, multiplication factor) 사이라 가정한 경우, 오차 한계는 약 0.03μm 정도여야 한다. 구해진 이미지가 분명하지 않고 따라서 크기의 오차가 쉽게 발생하는 레지스트의 인접점이 직접적으로 측정되어야 하므로, 만일 분리된다면, 크기의 오차는 더욱 증가될 수 있다. 그와 같은 단점을 피하기 위하여, 샘플을 다시 준비할 필요가 있다.

이러한 단점은 시스템이 일정한 시간 동안 처리하는 양이 줄어드는 문제를 일으킨다.

따라서 본 발명은 노출 조사량을 조절할 수 있고, 샷이나 접점 또는 그와 유사한 것들을 빨라진 속도로 간단하게 회전시킬 수 있고 이득을 보정할 수 있는, 전자 빔 직접 기록 시스템과 전자 빔 직접 기록 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

위의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 전자 빔을 제공하기 위한 전자총, 요구되는 장방형 패턴을 얻기 위하여 수직적으로 정렬된 첫번째와 두번째 애퍼추어 부재, 요구되는 크기의 장방형 패턴을 생성하기 위하여 첫번째와 두번째 애퍼추어 부재 사이에 끼워지는 전자-광학적 쉐이핑 렌즈로서의 편향기, 두번째 애퍼추어 부재를 통과한 때에 맵핑 동작의 대상으로서의 반도체 기판의 표면에 전자 빔을 촛점 맞추는 대물렌즈 등으로 이루어진 전자 빔 직접 기록 시스템이 제공된다. 두번째 애퍼추어 부재는 반도체 기판 상에 미리 결정된 크기를 갖는 장방형의 첫번째 샷 패턴과 첫번째 방향으로 첫번째 샷 패턴에 인접한 두번째 패턴 및 첫번째 방향에 직각 방향인 두번째 방향으로 첫번째 샷 패턴에 인접한 세번째 샷 패턴들을 각각 맵핑하기 위한 전자 빔의 노출동작으로서 첫번째, 두번째, 세번째 샷에 대응하는 샷 애퍼추어와 첫번째 샷 패턴의 주변 부분의 첫번째 라인/간격 패턴과 각각 두번째와 세번째 샷 패턴의 주변 부분의 두번째 라인/간격 패턴들을 맵핑하여 형성되는 평가 패턴들에 대응하는 평가 애퍼추어로 구성된다. 첫번째 라인/간격 패턴들은 첫번째 샷 패턴의 주변 부분에 있는 첫번째와 두번째 방향의 첫번째 피치(pitch)로 배열된 미리 결정된 폭을 각각 갖는 짧은 라인들로 구성된다. 두번째 라인/간격 패턴들은 두번째와 세번째 샷 패턴 각각의 주변 부분에서 첫번째와 두번째 방향으로 첫번째 피치들과는 약간 다른 두번째 피치로 조정된 짧은 라인들로 구성된다.

부가하여, 첫번째 내지 세번째 샷 패턴은 바람직하게는 반도체 기판 상에 형성되는 LSI 췹의 각각의 패턴일 수 있다.

첫번째와 두번째 피치들은 그들 사이에 바람직하게는 다음과 같은 메인/보조 스케일 관계를 갖을 수 있다:

L=u·p=(u±1)s

여기서, L은 보조 스케일의 전체 길이, u는 메인과 보조 스케일의 각각의 분할 수를 나타내고, s는 메인 스케일의 분할된 길이를 나타내며, p는 보조 스케일의 분할 길이를 나타낸다.

스케일 관계상, 메인 스케일의 각각의 분할은 역시 다음과 같은 관계에 따라 더 작게 분할될 수 있다:L=u·p=(r·u±1)s

여기서, (r=(세분의 수+1)/분할)이다.

이와 관련하여, 각각의 첫번째 라인/간격 패턴과 두번째 라인/간격 패턴들의 중심점(central point)에 중심 라인이 유리하게 포함되며 이때 중심 라인은 다른 짧은 라인들보다 약간 더 길다.

본 발명에 따르면, 전자 빔을 공급하기 위한 전자총, 요구된 장방향 패턴을 얻기위해 수직적으로 배열된 첫번째와 두번째 애퍼추어 부재, 원하는 크기의 장방형 패턴을 만들기위한 첫번째와 두번째 애퍼추어 부재 사이에 끼워지는 전자-광학적 쉐이핑 렌즈인 편향기, 전자 빔이 두번째 애퍼추어 부재를 통하여 통과된 때 맵핑 동작의 대상인 반도체 기판의 표면 상에 전자 빔을 촛점 마추기 위한 대물렌즈 등을 포함하는 전자 빔 직접 기록 시스템에 사용되는 전자 빔 직접 기록 방법을 또한 제공한다. 그러한 방법은 첫번째, 두번째, 세번째 샷 패턴들과 두번째 애퍼추어 부재에 의한 평가 패턴들을 형성하기 위한 패턴 형성하는, 미리 결정된 크기를 갖는 장방형 모양의 첫번째 샷 패턴과 첫번째 방향으로 첫번째 샷 패턴에 인접한 두번째 샷 패턴 및 첫번째 방향에 수직인 두번째 방향의 첫번째 샷 패턴에 인접한 세번째 패턴을 반도체 기판 상에 맵핑하는 것과 첫번째 샷 패턴의 주변 부분에 첫번째와 두번째 방향으로 첫번째 피치로 미리 결정된 폭을 갖는 각각의 짧은 라인들을 배열하여 첫번째 라인/간격 패턴을 맵핑하는 것 및 첫번째 피치와 약간 다르고 피치들 사이의 메인/보조 스케일 관계를 형성하기 위해 첫번째 피치와 상호 작용하는 두번째의 피치로 두번째와 세번재 샷 패턴의 각각의 주변 부분에 첫번째와 두번째 방향으로 짧은 라인들을 배열하여 두번째 라인/간격 패턴을 맵핑하는 것 등을 포함하는 패턴 형성 단계들로 이루어진다. 직접 기록 방법은 또한, 첫번째 라인/간격 패턴의 짧은 라인들 각각이 두번째 라인/간격 패턴중의 어느 하나와의 사이에서 위치적 매칭이 일어나는 곳의 매칭 라인의 서수(ordinal value) 값을 얻는 첫번째 위치 차이 감지 단계로 이루어지는데 이때 상기 서수 값은 중심 라인에 대하여 결정된다. 또한 직접 기록 방법은 첫번째 라인/간격 패턴의 짧은 라인들 각각이 두번째 라인/간격 패턴의 다른 것과의 사이에서 위치적 매칭이 일어나는 곳의 매칭의 서수값을 얻기위한 두번째 위치 차이 감지 단계로 이루어지는데, 이때 서수값은 중심선에 대하여 결정된다. 또한 직접 기록 방법은 각각의 서수값을 첫번째와 두번째 피치로부터 정해지는 메인/보조 스케일 관계의 해상도로 곱하는 곱셈 단계를 포함하는데, 그것에 의해서 첫번째, 두번째 및 세번재 샷 패턴들 사이의 실제 크기의 오차를 구할 수 있다.

본 발명의 주제에 따르면, 결국 두번째 애퍼추어 부재는 미리 결정된 크기를 갖는 장방형 모양의 첫번째 샷 패턴과 첫번째 방향으로 첫번째 샷 패턴과 인접한 두번째 패턴, 및 첫번째 방향과 수직인 두번째 방향으로 첫번째 샷 패턴과 인접한 세번째 샷 패턴 등을 반도체 기판 상에 맵핑한다. 두번째 애퍼추어 부재는 또한 첫번째 샷 패턴의 주변 부분에 첫번째 라인/간격 패턴을, 두번째와 세번재 샷 패턴의 각각의 주변 부분에두번째 라인/간격 패턴들을 맵핑한다. 첫번째 라인/간격 패턴은 첫번째 샷 패턴의 주변 부분에 첫번째와 두번째 방향으로 첫번째 피치로 배열된 미리 결정된 폭을 갖는 짧은 라인들을 포함한다. 두번째 라인/간격 패턴들은 첫번째 피치와는 약간 다른 두번째 피치로 각각의 두번째와 세번째 샷 패턴의 주변 부분에 첫번째와 두번째 방향으로 배열된 짧은 라인들을 포함한다. 결과적으로, 인접한 샷 패턴들 사이의 크기 오차는 첫번째 피치를 갖는 첫번째 라인/간격 패턴과 두번째 피치를 갖는 두번째 라인/간격 패턴들 각각의 사이의 매칭 위치를 각각 감지하여 결정될 수 있다.

본 발명의 목적과 특징은 여기에 첨부된 도면들과 관련하여 취해진 아래의 상술된 설명을 고려하므로써 명백해질 것이다.

첨부된 도면들과 관련하여, 본 발명에 따른 전자 빔 직접 기록 시스템과 전자 빔 직접 기록 방법의 실시예들이 각각 자세히 설명될 것이다. 제2도로부터 제4도까지는 실시예를 나타낸다.

제2도는 본 발명에 따른 전자 빔 직접 기록 시스템의 실시예를 나타내는 블럭 다이어그램이다. 제2도에 나타내진 실시예의 직접 기록 시스템은 세기 제어 전자 빔(13)을 제공하기 위한 전자총(11)과 첫번째 애퍼추어 부재(12), 편향기(14), 뒤에 설명된 맵핑 동작, 즉 노출 동작의 대상인 반도체 기판(18)의 표면에 전자 빔(13)을 촛점 마추기 위한 대물렌즈(17), 샷 애퍼추어(161), 및 평가 애퍼추어(15)를 갖는 두번째 애퍼추어 부재(16) 등을 포함한다. 첫번째 애퍼추어 부재(12)와 두번째 애퍼추어 부재(16)은 전차오(11)과 반도체 기판(18) 사이의 서로 수직적으로 떨어진 제어 가능한 위치로 배열되며, 따라서, 그들은 서로 상호작용하여 맵핑 패턴을 형태상 가변적으로 정의할 수 있게 한다. 편향기(14)는 첫번째와 두번째 애퍼추어 부재들 사이에 끼워지고, 맵핑 패턴에 조절할 수 있는 크기를 주기위한 동작이 가능하다.

시스템에서, 샷 애퍼추어(161)은 반도체 기판(18)상의 그려진 LSI나 VLSI 패턴(19)에 있는 LSI 췹이나 VLSI 췹에 대응하는 정사각형의 샷 패턴(제3도의 91a 내지 91i까지의 샷 패턴들 중의 하나를 나타낸다.)을 맵핑하기 위한 각 관련 샷을 제공한다. 패턴(19)는 맵핑된 샷 패턴(91a에서 91i까지)들에 대응하는 다수의 인접한 장방형 영역들로 이루어진 격자(lattice)의 형태로 일련의 샷들에 의해 그려진다(이하에서는 집합적으로 91로 언급된다).

두번째 애퍼추어 부재(16)은 각 샷 패턴(91)내의 평가 패턴(92a에서 92i까지)를 맵핑하는데 기여하고(이하에서는 집합적으로 92로 언급된다), 평가 패턴(92)를 구성하고 패턴(15)의 세로 방향으로 서로로부터 떨어져 위치하며 측면으로 뻗어이는 막대기형의 짧은 라인들의 연속으로 구성되는 각각을 구성하는 두 종류의 라인/간격 패턴들(21a,22a,21b,22b,...,21d,22d,...)을 맵핑하기 위한 평가 애퍼추어(15)를 포함한다(이하에서는 집합적으로 21,22 또는 21 및/또는 22로 언급된다). 라인/간격 패턴(21 및 22)는 각 샤 패턴(91)의 네개의 주변 부분 안에, 즉, 그들의 내부의 네개의 모서리나 변들 길이를 따라서, 맵핑된다. 각 라인/간격 패턴(21 및 22)안에는, 측면의 짧은 라인들은 패턴(21 및 22)의 세로 방향으로 미리 결정된 폭을 갖으며, 세로 방향, 즉, 수직방향(도면에서)이나 샷 패턴(91)의 첫번째 방향이거나 수평방향(도면에서)이나 첫번째 방향에 직각인 방향인 두번째 방향으로 미리 결정된 거리의 간격들이나 피치들로 배열된다. 라인/간격 패턴(21 및 22)중의 어느 한 종류의 라인 피치(이하에서는 첫번째 라인/간격 패턴이라 언급된다)들은 라인/간격 패턴(21 및 22)의 다른 종류에 있는 피치(이하에서는 두번째 라인/간격 패턴)들과는 다르다. 더구나, 라인 피치들은 라인/간격 패턴(21 및 22)중 인접한 두개 사이에서 다르고, 따라서, 수평방향으로나 수직방향으로 서로에 인접한 샷 패턴(91)들 중의 임의의 두개 사이에 낀 경계 라인의 양 변 사이에서 다르다. 바꾸어 말하면, 첫번째와 두번째 라인/간격 패턴(21 및 22)중 어느 하나는 경계 라인의 한 변에 맵핑되고, 다른 하나는 그들의 다른 한 변에 맵핑된다. 평가 애퍼추어(15)는 정사각형으로 배열된 4개의 패턴의 조합으로 형성된다:그들 중 두개는 각각 첫번째 라인/간격 패턴(21 및 22)에 대응하며, 다른 두개는 각각 두번째 라인/간격 패턴(21 및 22)에 대응한다. 각각 엇갈려 배열된 샷 패턴(91)의 각각 위에 그들 자신을 맵핑하기 위한, 하나는 각각 첫번째 라인/간격 패턴(21 및 22)에 대응하는 정사각형으로 배열된 4개의 패턴들의 조합을 갖거나, 다른 하나는 각각 두번째 라인/간격 패턴(21 및 22)에 대응하는 같은 형태로 배열된 4개의 패턴들을 갖는 한 쌍의 평가 애퍼추어가 제공된다.

제3도에는 샷 패턴(91)과 샷 패턴(91)의 각 경계선을 따라 맵핑된 평가 패턴(21 및 22)를 포함하는 그려진 패턴(19)을 부분적이고 도식적으로 나타냈다. 그려진 패턴(19)의 수평방향과 수직방향에는 샷 패턴(91)의 세개의 횡 (row)과 세개의 열(column)들이 배열되어 있다. 즉, 각각 인접한 9부분으로 구성된 샷 패턴(91)이 예들어 맵핑되어 있다. 간단히 말한다면, 수평방향으로 서로 인접한 샷 패턴(91a와 91b) 사이와 수직방향으로 서로 인접한 샷 패턴(91a와 91d)들 사이의 관계로 설명할 수 있다.

샷 패턴(91a)의 주변에 맵핑딘 평가 패턴(92)는 번호(212)로 표시되고 짧은 라인중 약간 그러나 특징적으로(significantly) 다른 라인들보다긴 중심라인(211a)를 갖고 미리 결정된 거리 s를 피치로 수직적으로 배열된 짧은 라인들로 구성된 첫번째 라인/간격 패턴(21a)를 갖으며, 번호(222)로 표시되고 짧은 라인중 약간 그러나 특징적으로 다른 라인들보다 긴 중심 라인(221a)를 갖고 간격 s를 피치로 수평적으로 배열된 짧은 라인들로 구성된 첫번째 라인/간격 패턴(22a)를 갖는다.

샷 패턴(91b 및 91d)에 맵핑된 평가 패턴(92b 및 92d)는 그들 자신 안에 각각 수직방향과 수평방향으로 배열된 두번째 라인/간격 패턴(21b 및 22d)를 각각 갖으며, 반면에 또한 샷 패턴(91b)에 있는 첫번째 라인/간격 패턴(22b)뿐만 아니라 샷 패턴(91d)에 있는 두번째 라인/간격 패턴(21d)를 각각 더 포함한다. 두번째 라인/간격 패턴(21b 및 22d)의 각각은 피치 거리 s와는 약간 다르고 피치 p와 미리 결정된 관계를 갖는 미리 결정된 거리 p를 피치로 배열된 짧은 라인들로 구성된다.

서로 인접한 첫번째와 두번째 라인/간격 패턴(21a 및 21b 또는 22a 및 22d)들 사이에는 첫번째 라인/간격 패턴은 메인 스케일을 구성하고 두번째 라인/간격 패턴은 보조 스케일을 구성하는 메인/보조 스케일 관계가 있으며, 반면에 이러한 관계는 반대적일 수 있다. 그 관계를 이제 자세히 설명할 것이다.

메인 스케일과 보조 스케일 또는 보조 스케일의 하위 스케일간의 관계에 있어서, 후자는 측정을 위하여 더 작은 유니트를 얻기 위하여 전자를 더욱 작게 나누기 위하여 사용된다. 메인과 보조 스케일들은 그들 사이에 다음과 같은 관계가 성립한다:

L=u·p=(u±1)s(1)

여기서, L은 보조 스케일의 전체 길이, u는 메인과 보조 스케일 각각의 분할된 수를 나타내고, s는 메인 스케일의 분할 하나의 길이를 나타내며, p는 보조 스케일의 분할 하나의 길이를 표시한다.

표현된 식(1)에 의하면, 보조 스케일의 분할 길이 p는 분할 수 u+1과 관련된 길이(u±1)s를 u로 균등히 나누어 얻어진다. 즉, 이러한 관계는 (p=[(u+1)s]/u)로 표현되고, 따라서 식(1)과 같이 된다. 위의 표현에서, u±1은 u+1 또는 u-1로 표시되는 분할을 나타낸다.

또한, 메인 스케일의 각 분할을 세분하기 위한 스케일을 사용할 수 있다. 이러한 스케일에서, 다음의 표현은 유효하며, 여기서 r은 메인 스케일의 각 분할의 세분 수를 나타낸다.

L=u·p=(r·u±1)s(2)

이때, r={(세분 수+1)/분할}을 뜻한다.

그와 같은 세분을 사용하지 않는 경우, 즉, 세분의 수가 0이라면, r은 1이 되며 따라서 표현된 식(2)는 표현된 식(1)과 동일하게 된다. 일반적으로, r값은 1 또는 2로 마추어진다.

표현식(1)과 (2)의 분할 길이 s와 p는 각각 본 실시예에서 1.00μm와 1.02μm로 마추어진 피치 거리 s와 p에 관련된다. 따라서, 피치 거리 s에 대응하는 메인 스케일의 분할 수는 50인 반면에 보조 스케일의 길이는 피치거리 p의 50배, 즉 51μm를 얻을 수 있다. 결국, 측정을 위한 해상도는 피치 거리 s의 1/50, 즉 0.02μm가 된다. 본 실시예에서는 세분수는 0이다.

그려진 패턴(19)를 자세히 나타내는 제3도에는 리쏘그라피샷 패턴(91)에 추가하여 평가 애퍼추어(15)와 관련된 평가 패턴(92)를 포함한다. 수평방향으로 서로 인접한 샷 패턴(91a와 91b) 사이에 불일치나 오차가 없다면, 첫번째 라인/간격 패턴(21a)의 중심 라인(211a)는 두번째 라인/간격 패턴(21b)의 중심 라인과 매치(match)된다. 만일 그와 같은 위치적 오차가 있다면, 샷 패턴(91a)의 수직 방향으로 펼쳐진 첫번째 라인/간격 패턴(21a)의 중의 하나의 짧은 라인은 정확히 또는 사실상 샷 패턴(91b)의 수직적으로 펼쳐진 두번째 라인/간격 패턴(21b)의 짧은 라인들 중의 하나와 일치하거나 매칭하나, 그들의 중심 라인은 그렇지 못하다. 중심 라인(211a)로부터 세어지는 짧은 라인들의 서수로의 거리를 사용하여 일치한 라인이나 매칭하는 짧은 라인을 감지하여, 샷의 불완전한 회전이나 이득 제어에 기인한 샷 패턴 91a와 91b 사이에 초래되는 수직방향의 위치 오차의 오프셋(offset)량이나 쉬프트(shift)를 감지할 수 있다.

수직방향으로 서로 인접한 샷 패턴(91a아 91d)에 대해서는, 그들 사이의 수평방향의 위치 오차는 역시 비슷한 방법으로 감지할 수 있다.

직접 기록 시스템의 동작이 본 발명의 전자 빔 직접 기록 시스템의 실시예 따른 제2도와 제3도 및 제4도의 흐름도(flowchart)에 관련하여 설명될 것이다. 반도체 기판(18) 위에는 미리 결정된 패턴(19)를 그리기 위한 전자 빔(13)의 여러개의 샷들이 행해진다(단계 S1). 결국, 그렇게 발생된 패턴(19)는 인접한 샷 패턴(91a와 91b)의 각각의 라인/간격 패턴들(91a와 91b) 사이의 매칭 라인을 결정하기 위한, 또 중심 라인(211a)에 대한 거리 또는 위치 값을 기록하기 위한 광학 현미경에 의하여 관찰된다(단계 S2). 이 예에서, 중심 라인(211a)에 대하여 첫번째 상단 라인(212)은 매칭 라인이고, +1의 거리는 기록되기 위한 감지 값으로 보이지 않는 메모리에 기록된다.

다음에, 같은 방법으로, 라인/간격 패턴(22a와 22d) 사이의 매칭 라인이 감지되고 감지된 값이 기록된다(단계 S3). 이 예에서, 중심 라인(221a)의 왼쪽 변의 두번째 라인(222)는 매칭라인이고, 따라서 감지된 값은 '2이다.

중심 라인(221 또는 222)로부터의 공간 이동의 양(길이의 서수 단위에 의한 오프셋 량)을 결정하기 위해서, 단계 S2 및 S3에서의 감지된 각 값들은 라인/간격 패턴의 판독 해상도(0.02μm)에 의해 곱해진다. 이러한 경우, 수직방향으로는 +0.02μm의 이동이 수평방향으로는 +0.04μm의 이동이 계산된다. 비슷하게, 평가 패턴(92)의 각각의 라인/간격 패턴(21 및 22)들에 대해서, S2에서 S4까지의 단계가 순차적으로 수행된다.

다음의 설명으로 알 수 있듯이, 본 발명에 따르면, 두번째 애퍼추어 부재는 반도체 기판 상에서 서로 수평방향과 수직방향으로 서로 인접한 첫번째, 두번째 및 세번재 샷 패턴에 대응하는 샷 애퍼추어와, 첫번째와 두번째 라인/간격 패턴을 그려서 발생된 평가 패턴에 대응하는 평가 애퍼추어를 포함한다. 첫번째 라인/간격 패턴에서는, 짧은 라인들은 수직방향과 수평방향으로 첫번째 샷 패턴의 주변 부분에 첫번째 피치로 배열된다. 두번째 라인/간격 패턴에서는, 짧은 라인들은 수직방향과 수평방향으로 두번째와 세번재 샷 패턴의 주변 부분에 첫번째 피치와는 약간 다른 두번째 피치로 배열된다. 이러한 배열은 반도체 기판 상의 첫번째와 두번째 라인/간격 패턴들 사이에 메인/보조 스케일 관계가 성립되도록 허락한다. 결과적으로, 서로 인접한 첫번째에서 세번재 샷 패턴들 사이에는, 짧은 시간 기간 동안 위치 오차가 광학적으로 쉽게 측정될 수 있으며, 이는 시스템의 일정 시간 동안 처리량(througput)을 개선시킨다.

평가 패턴은 LSI 췹의 주변 부분에 직접 맵핑되고, 표본을 준비하기위한 시간 기간은 필요없게 된다. 또한, 레지스트 필름의 인접 오차(abutment error)의 크기를 직접 측정할 필요가 없으므로, 일반적인 크기 오차(dimensional error)의 원인을 제거할 수 있다.

본 발명을 특정한 설명적인 실시예에 관련하여 설명하였지만, 그와 같은 실시예에 의해 제한되지 않으며 오히려 첨부된 청구항에 제한된다. 본 기술 분야에 숙련된 자들은 본 발명의 범위와 취지로부터 벗어나지 않고 실시예를 변화시킬 수 있거나 수정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims

전자 빔 직접 기록 시스템에 있어서:

전자 빔을 제공하기 위한 전자총;

요구되는 장방형 패턴을 얻기 위해 수직방향으로 배열된 첫번째와 두번째 애퍼추어 부재;

요구된 크기의 장방형 패턴을 발생하기 위한 첫번째 애퍼추어 부재와 두번째 애퍼추어 부재 사이에 끼워진 전자-광학적 쉐이핑 렌즈로 된 편향기; 및

두번째 애퍼추어 부재를 지나온 전자 빔을 맵핑 동작의 대상인 반도체 기판의 표면상에 촛점 마추기 위한 대물 렌즈를 포함하고,

상기 두번째 애퍼추어 부재는 미리 정해진 크기를 갖는 장방형의첫번째 샷 패턴, 첫번째 방향으로 첫번째 샷 패턴과 인접한 두번째 샷 패턴 및 첫번째 방향에 수직인 두번째 방향으로 첫번째 샷 패턴과 인접한 세번째 샷 패턴을 반도체 기판 위에 각각 맵핑하기 위한 전자 빔의 노출 동작으로서 첫번째, 두번째 및 세번째 샷에 대응하는 샷 애퍼추어와 첫번째 라인/간격 패턴을 첫번째 샷 패턴의 주변 부분에, 그리고 두번째 라인/간격 패턴을 각각 두번째와 세번째 샷 패턴의 주변 부분에 맵핑하여 형성되는 평가 패턴들에 대응하는 평가 애퍼추어를 포함하고;

상기 첫번째 라인/간격 패턴은 첫번째 샷 패턴의 주변 부분에 있는 첫번째와 두번째 방향으로 첫번째 피치로 배열된 미리 정해진 폭을 각각 갖는 짧은 라인들을 포함하며;

상기 두번째 라인/간격 패턴은 첫번째 피치와는 약간 다른 두번째 피치로 두번째와 세번째 샷 패턴 각각의 주변 부분에 첫번째와 두번째 방향으로 배열된 짧은 라인들을 포함하는

것을 특징으로 하는 전자 빔 직접 기록 시스템.
제1항에 있어서, 첫번째, 두번째 및 세번째 샷 패턴은 반도체 기판 상에 형성된 LSI 췹의 각각의 패턴들인 것을 특징으로 하는 전자 빔 직접 기록 시스템.
제1항에 있어서, 첫번째와 두번째 피치들은 피치들 사이에 성립된 메인/보조 스케일 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 빔 직접 기록 시스템.
제3항에 있어서, 메인/보조 스케일 관계는

L=u·p=(u±1)s

(여기서, L은 보조 스케일의 전체 길이, u는 메인과 보조 스케일의 각각의 분할 수를 나타내고, s는 메인 스케일의 분할 길이를 표시하며, p는 보조 스케일의 분할 길이를 나타낸다.)이 되도록 성립되는 것을 특징으로 하는 전자 빔 직접 기록 시스템.
제4항에 있어서, 메인 스케일의 각 분할이

L=u·p=(r·u±1)s

(여기서, r은 [(세분 수+1)/분할]이다.) 되는 관계에 따라 세분되는 것을 특징으로 하는 전자 빔 직접 기록 시스템.
제1항에 있어서, 첫번째 라인/간격 패턴과 두번째 라인/간격 패턴의 각각의 중심 점에 있으며, 다른 짧은 라인들보다 약간 긴 중심 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 빔 직접 기록 시스템.
전자 빔을 제공하기 위한 전자총, 요구되는 장방형 패턴을 얻기 위해 수직방향으로 정렬된 첫번째와 두번째 애퍼추어 부재, 요구되는 크기의 장방형 패턴을 발생하기 위한 첫번째 애퍼추어 부재와 두번째 애퍼추어 부재 사이에 끼워진 전자-광학적인 쉐이핑 렌즈로 된 편향기, 및 두번째 애퍼추어 부재를 통해 지나온 전자 빔을 맵핑 동작의 대상인 반도체 기판의 표면에 촛점 마추기 위한 대물렌즈를 포함하는 전자 빔 드로윙 장치에 사용되는 전자 빔 직접 기록 방법에 있어서:

두번째 애퍼추어 부재에 의해 첫번째와 두번째 및 세번째 샷 패턴과 평가 패턴을 형성하고, 미리 정해진 크기를 갖는 장방형의 첫번째 샷 패턴과 첫번째 방향으로 첫번째 샷 패턴과 인접한 두번째 샷 패턴 및 첫번째 방향과 수직인 두번째 방향으로 첫번째 샷 패턴과 인접한 세번째 샷 패턴들을 반도체 기판 위에 맵핑하는 것을 포함하고, 첫번째 샷 패턴의 주변 부분에 첫번째와 두번째 방향으로 첫번째 피치들로 미리 정해진 폭을 각각 갖는 짧은 라인들을 배열하여 첫번째 라인/간격 패턴을 맵핑하며, 첫번째 피치들과는 약간 다르며 피치들 사이의 메인/보조 스케일 관계를 성립하기 위하여 첫번째 피치들과 상호작용하는 두번째 피치로 각각 두번째와 세번째 샷 패턴의 주변 부분에서 첫번째와 두번째 방향으로 짧은 라인들을 배열하여 두번째 라인/간격 패턴을 맵핑하는 패턴 형성 단계;

첫번째 라인/간격 패턴의 각각의 짧은 라인들과 두번째 라인/간격 패턴들 중의 어느 한 라인과의 사이에서 위치적인 매칭이 일어나는 매칭 라인의 서수값인, 중심 라인에 관련하여 결정되는 서수 값을 얻는 첫번째 위치 차이 감지 단계;

첫번째 라인/간격 패턴의 각각의 짧은 라인들과 세번째 라인/간격 패턴들 중의 다른 라인과의 사이에서 위치적인 매칭이 일어나는 매칭 라인의 서수 값인, 중심 라인에 관련하여 미리 정해진 서수 값을 얻는 두번째 위치 차이 감지 단계; 및

첫번째와 두번째 및 세번째 샷 패턴 사이의 실제적인 크기 오차들을 감지하도록 첫번째와 두번째 피치들로부터 결정된 메인/보조 스케일 관계의 해상도로 각각의 서수 값을 곱하는 곱셈 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 빔 직접 기록 방법.