KR100237098B1

KR100237098B1 - 하전빔 노광 시스템 및 하전빔 노광방법

Info

Publication number: KR100237098B1
Application number: KR1019970012138A
Authority: KR
Inventors: 나오아키 아이자키
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛본 덴기 가부시키가이샤
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2000-01-15
Also published as: GB2311650A; GB2311650B; GB9706458D0; KR970067590A; JPH09266152A; JP3082662B2; US5932884A

Abstract

본 발명에 따라, 전류밀도 측정기를 사용하지 않고 애퍼처를 형상화하는 NA에 따라 하전빔의 전류밀도를 조정할 수 있는 하전빔 노광 시스템이 제공된다. 이 시스템은 제1 애퍼처 마스크상에 형성된 제1 애퍼처와 제2 채퍼처 마스크상에 형성된 제2 애퍼처를 포함한다. 전류밀도 측정기를 하전빔의 전류밀도를 조정한다. 제2 애퍼처 선택기는 제2 애퍼처중의 하나를 선택한다. 노광시간 측정기는 하전빔에 시편을 노광시키는 시간을 조정한다. 전류 검출기는 하전빔에 의해 발생된 전류를 검출한다. 수정 데이터 발생기는 전류를 예비설정치 이하로 제한하기 위해 수정 데이터를 발생한다. 하전빔은 제1 애퍼처의 형상을 갖는 제1 애퍼처를 통과한다. 제1 애퍼처의 형상을 갖는 하전빔은 제1 애퍼처와 제2 애퍼처의 선택된 하나와의 복합 형상을 갖도록 제2 애퍼처 중의 선택된 하나를 통과한다. 복합 형상을 갖는 하전된 빔은 시편위에 방사되어 복합 형상의 영상을 형성한다.

Description

하전빔 노광 시스템 및 하전빔 노광방법

제1도는 종래의 전자 빔 노광 시스템의 구성을 보여주는 개략도.

제2도는 또다른 종래의 전자 빔 노광 시스템의 구성을 보여주는 개략도.

제3도는 본 발명의 실시예 1에 따른 전자 빔 노광 시스템의 구성을 보여주는 개략도.

제4도는 실시예 1에 따른 시스템을 사용한 전자 빔 노광 방법의 처리단계를 보여주는 플로우챠트.

제5도는 본 발명의 실시예 2에 따른 전자 빔 노광 시스템의 구성을 보여주는 개략도.

제6도는 본 발명의 실시예 3에 따른 전자 빔 노광 시스템의 구성을 보여주는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 전자기렌즈 제어기 102 : 전류밀도 데이터 메모리

103 : 반사체 제어기 104 : 애퍼처 선택 데이터 전송기

105 : 귀선전극 제어기 106 : 노광시간 데이터 메모리

107,107a,107b : 전류측정 유니트 108 : 노광시간 측정기

109 : 전류밀도 측정기

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 반도체 직접 회로(ICs) 및 ICs의 패턴을 옮기기 위한 마스크를 제조하기 위해 사용된 노광 기술에 관한 것으로서, 특히 빔을 형상화하기 위한 다수의 다른 형상의 애퍼처로 애퍼처 마스크와 전자나 이온과 같은 하전된 입자의 빔을 사용한 하전빔 셀 투사(projection) 노광 및 하전빔 셀 투사 노광 시스템(charged-beam cell projection exposure system)에 관한 것이다.

최근, 반도체 ICs에 대해 날로 높아지는 밀도와 오퍼레이션 속도를 제공하기 위해서, 반도체 ICs의 장치 및/또는 부품의 치수는 계속 소형화되어왔다.

장치와 부품 치수의 소형화를 실현하기 위해서, 자외선(UV)을 이용한 종래의 광학적 노광장치를 사용하여, 짧은 파장을 갖는 빛을 사용하고, 수치 애퍼처(NA)의 증가, 개선된 휘도와 같은 개선이 있으며, 다른 것도 이루어졌다. 동시에, 위상-이전(phase-transfer) 마스크를 사용한 새로운 타입의 광학적 노광 장치 및 그밖에 다른 노광장치가 제안되어왔다.

또한, 전자-빔 또는 X-선 노광과 같은 광학 노광을 제외한 새로운 타입의 노광을 개발하는 것이 진전되어왔다.

256-Mbit 다이내믹 랜덤 액세스 메모리(DRAMs)와 같은 미세 패턴을 갖는 반도체 IC의 경우, 전자 빔을 사용한 다양한 노광기술이 개발되어왔다.

전자 빔을 사용한 이러한 노광 시스템은 점 빔(point beam) 및 가변 형상 빔(variable shape beam)의 두가지 타입으로 분류할 수 있다.

전 빔 타입의 전자-빔 노광 시스템을 사용하면, 레지스트 피막된 반도체 웨이퍼 상에 이전될 패턴은 작은 단위 영역으로 나뉘어지고, 전자의 점 빔은 스캐닝을 위해 편향됨으로써, 일련의 방법으로 레지스트 피막된 웨이퍼 상에 그 패턴을 기록한다.

한편, 가변형상 빔 타입의 전자-빔 노광 시스템을 사용하면, 이전될 패턴이 단위 직사각형 영역으로 나뉘어진다. 그러한 단위 영역의 것에 상응하는 크기와 형상을 갖는 직사각형상의 빔 반점을 제공하는 전자빔이 만들어지고 스캐닝하도록 편향됨으로써, 일련의 방법으로 레지스트 피막된 웨이퍼 상에 그 패턴을 기록한다.

따라서, 종래의 전자-빔 노광 시스템은 노광시간이 오래 걸린다. 예를들면, 상기 언급된 256-Mbit DRAMs에 필요한 노광시간은 칩 하나당 약 10분정도이다. 이러한 시간은 UV광을 사용한 종래의 광학적 노광 시스템에 필요한 노광시간의 약 100배이다.

또한, 두가지 종류의 종래의 전자-빔 노광 시스템은 종래의 광학적 노광 시스템에 비해서 비싸다는 단점이 있다.

필요한 노광시간을 단축시키기 위해서, 개선된 전자-빔 노광 방법이 개발되었고, 이것은 “전자 빔 셀 투사 노광 방법”이라는 용어로 사용한다.

이러한 개선된 노광방법은 (a) 1977년에 공고된 일본 미심사 특허 공보 제소화52-119185호, (b) 문헌[the Exetended Abstracts of the 50th Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics, 27a-K-6, 452페이지, 1989년, 제목: “EB 셀 투사 사진석판술의 연구(I)” : T. 마쯔자까 등이 쓴 “전자 광학”], 및 (c) 문헌[the Exetended Abstracts of the 50th Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics, 27a-K-7, 452페이지, 1989년, 제목 : “EB 셀 투사 사진 석판술의 연구(II)” : T. Y. 나까야마 등이 쓴 “Si 애퍼처의 제조”] “전자 빔 셀 투사”노광 방법이라는 용어의 개선된 노광 방법에서, 이전될 패턴은 각 단위 또는 셀 영역으로 나뉘어지고, 셀 영역의 형상과 크기에 상응하는 형상과 크기를 갖는 애퍼처가 애퍼처 마스크 위에 형성된다. 전자 빔은 단위 영역에 따른 애퍼처를 통과함으로써 형상화되고, 레지스트 피막된 반도체 웨이퍼상에 방사된다(irradiated).

특히, 전자 빔은 제1 애퍼처 마스크 위에 형성된 직사각형 제1 애퍼처에 방사됨으로써, 직사각형으로 빔을 형상화한다. 한편, 이전될 반도체 칩의 패턴은 다양한 각 셀 영역으로 나뉘어지고, 셀 영역의 것에 상응하는 크기와 형상을 갖는 다양한 두 번째 애퍼처가 두 번째 애퍼처 마스크 위에 형성된다. 두 번째 애퍼처 중의 임의의 것이 선택적으로 사용된다.

제1 애퍼처 위의 제1 애퍼처를 통과함으로써 직사각형상 전자 빔은 제2 마스크 위의 제2 애퍼처 중의 선택된 하나에 방사됨으로써, 복잡한 형상의 빔을 형성한다. 그 복잡한 형상화된 빔은 다음에 레지스트 피막된 웨이퍼상에 방사됨으로써, 그 웨이퍼 위에 복잡한 형상을 갖는 반점을 만든다. 그렇게 하여, 웨이퍼의 방사된 영역은 한 번에 전자 빔에 노광된다.

웨이퍼 위에 형성된 형상화된 반점이 전체 반점에 실질적으로 일정한 전류를 갖는 방법으로 결정된다.

종래의 전자 빔 셀 투사 노광 방법을 사용하면, 전자 빔의 복합 형상화된 반점(즉, 제1 애퍼처의 복합 영상 및 제2 애퍼처 중의 선택된 하나)은 단일 반점으로 레지스트 피막된 웨이퍼상에 만들어지므로, 칩 패턴에 필요한 시간이 단축될 수 있다.

필요한 전자 광학 시스템과 필요한 애퍼처 마스크 구성은 실현될 수 있기 때문에, 대량생산을 할 수 있는 종래의 “전자 빔 셀 투사” 노광 방법을 수행하기 위한 노광 시스템이 개발되어왔다. 이러한 시스템의 일례는 제1도에 나타나 있다.

제1도에서, 전자 공급원으로서의 전자총(41)으로부터 방출된 전자 빔(40)은 제1 애퍼처 마스크(43) 상에 제1 애퍼처(43a)로 빔(40)을 방사함으로써 직사각형으로 형상화된다. 다음에 직사각형 형상의 빔(40)은 제1 형상화 렌즈(44a), 편향기(45), 및 형상화된 제2 애퍼처(46a)를 갖는 제2 애퍼처 마스크(46) 쪽으로 방사될 제2 형상화 렌즈(44b)를 통해서 전달된다.

직사각형 형상의 빔(40)은 제2 애퍼처 마스크(46) 상에 형상화된 제2 애퍼처(46a)중의 선택된 하나에 선택적으로 방사됨으로써, 선택된 제2 애퍼처(46a)의 형상으로 빔(40)을 형상화한다. 그렇게 하여, 빔(40)은 제1 애퍼처(43a) 및 선택된 제2 애퍼처(46a)의 복합된 형상으로 형상화된다.

다음에 복합 형상을 갖는 전자 빔(40)은 축소렌즈(49a)와 투영(projection)렌즈(49b)에 의해서 레지스트 피막된 반도체 웨이퍼(50)상에 축소투영된다. 그러면, 제1 및 제2 애퍼처(43a) 및 (46a)의 복합 형상의 영상이 웨이퍼(50) 위의 전자 레지스트막(도시되지 않음)상에서 만들어진다.

그러나, 제1도의 종래의 전자 빔 셀 투사 노광 시스템을 사용하면, 웨이퍼상의 레지스트막 위에 정밀하지 않은 패턴형상될 수 있는 문제가 있다. 이것은 제2 애퍼처(46)의 선택된 것의 NA는 옮겨질 패턴의 타입에 따라서 과도하게 클 수 있고, 그 결과, 복합 형상을 갖는 전자 빔(40)의 처짐이 쿨롱의 상호인력 효과 때문에 처짐의 효과가 무시될 수 없는 레벨까지 증가할 것이다. 전달된 전자 빔(40)의 전류 밀도의 크기가 증가함에 따라 쿨롱의 상호인력 효과의 강도가 증가한다는 것은 공지되어있다. 따라서, 최대 NA를 갖는 제2 애퍼처(46a)의 개개를 통과하는 빔(40)이 충분히 낮게 처지는 방법으로 조정되도록 설계된다면, 미세 패턴에 관련된 상기 문제점은 해결될 수 있다.

그러나, 충분히 낮은 NA를 가지고 옮겨질 패턴의 셀 영역을 노광시킬 때, 필요한 노광시간이 단축될 수 있기 때문에, 전류밀도가 가능한한 큰 것이 바람직하다. 단축된 노광시간은 제1도의 노광 시스템의 전체 처리성능을 개선한다.

따라서, 제1도의 종래의 시스템의 전체 처리 성능을 개선시키기 위해서, 옮겨질 셀 영역의 NA에 따라서 전자 빔(40)의 전류밀도를 조정하거나 변화시킬 필요가 있다.

옮겨질 셀 영역의 NA에 따라서 전자 빔(40)의 전류밀도 조정을 실현시키기 위해서, 1992년 공보된 일본의 미심사된 특허 공부 제 평성4-137520호에 기재된 노광 시스템이 사용될 수 있다.

제2도는 일본의 미심사된 특허 공부 제 평성4-137520호에 기재된 종래의 노광 시스템을 나타낸 것이다.

제2도의 노광 시스템에서, 전자총(51)으로부터 방출된 전자 빔(50)은 제1 애퍼처 마스크(53)상의 제1 직사각형 애퍼처에 빔(50)을 방사함으로써 직사각형으로 형상화된다. 다음에, 그 직사각형 형상의 빔(50)은 제1 형상화 렌즈(54a), 편향기(55), 및 제2 형상화 렌즈(54b)를 통해서 전달되고, 형상화된 제2 애퍼처를 갖는 제2 애퍼처 마스크(56) 쪽으로 방사된다. 상기 구조는 제1도의 종래의 노광 시스템의 것과 같다.

그러나, 제3 애퍼처 마스크(66)와 구동 모터(67)는 제2 형상화 렌즈(54b)와 제2 애퍼처 마스크(56) 사이의 제2도의 시스템에 추가로 제공된다.

제3 애퍼처 마스크(66)는 다수의 맞물린 제3 애퍼처(66a)를 갖고, 전류 빔(50)의 전류밀도를 조정하는 역할을 한다. 제3 애퍼처 마스크(66)의 제3 애퍼처(66a)는 10% 감량에서 100% 내지 50%의 전류밀도의 상이한 크기의 메쉬를 갖는다. 모터(67)는 맞물린 애퍼처(66a) 중의 하나를 선택하기 위해서 전자 빔(50)에 수직인 평면의 마스크(66)를 전달하는 역할을 한다.

제3 애퍼처 마스크(66) 상의 제3 애퍼처(66a) 중의 선택된 하나를 통과하는 직사각형 형상의 빔(50)은 제2 애퍼처 마스크(56) 상에 형상화된 제2 애퍼처 중의 선택된 것에 선택적으로 방사됨으로써, 제1 애퍼처와 선택된 제2 애퍼처의 복합 형상으로 그 빔을 형상화한다.

조정된 전류밀도와 복합 형상을 갖는 전자 빔(50)은 다음에 축소렌즈(59a)와 투영렌즈(59b)에 의해서 레지스트 피막된 반도체 웨이퍼(60)상에 감소 투사된다. 그러면, 제1 및 제2 애퍼처의 복합 형상의 영상이 웨이퍼(60) 위의 전자 레지스트막(도시되지 않음) 위에서 만들어진다.

일본의 미심사된 특허 공보 제 평성4-137520호에는 맞물린 제3 에퍼처(66a)의 각각이 선택되는 단계에서 명백히 언급되지 않았다. 애퍼처(66a)의 측정이 그들의 NAs에 따라 제2 애퍼처 마스크(56) 상에 형상화된 애퍼처의 노광 데이터를 제조하는 단계에서 이루어진다고 생각된다.

또한 일본의 미심사된 특허 공보 제 평성4-137520호에는 제3 애퍼처 마스크(66)상에 맞물린 애퍼처(66a)가 제1 또는 제2 애퍼처 마스크(53 또는 56)상에 직접 형성될 수 있다고 기재되어있다. 이 경우에, 각각 제1 또는 제2 애퍼처 마스크(53 또는 56)가 형성되기 전에 애퍼처(66a)의 레이아웃과 적당한 메쉬 크기를 결정할 필요가 있다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

위에서 설명한 바와 같이, 일본의 미심사된 특허 공보 제 평성4-137520호에 기재된, 제2도의 종래의 노광 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 다양한 맞물린 장치들(66a)은 전류밀도의 전체 조정범위에 따라 상응하는 애퍼처 마스크(66) 상에서 만들어질 것이 요구된다.

둘째, 일본의 미심사된 특허 공보 제 평성4-137520호에는 전류밀도를 조정하기 위한 메쉬가 2.5㎛ 이하의 선폭을 갖도록 설계되는 것이 기재되어있다. 그러므로, 앞으로는 이전될 패턴을 더 소형화될 것으로 사료되며, 그 메쉬는 1 또는 0.5㎛ 이하의 라인폭을 갖는 것이 필요하다. 그러한 극히 미세한 메쉬는 일정하게 제조되기가 매우 어렵고, 제조 효율을 현저히 저하시키고, 제조 비용을 크게 증가시킨다.

세번째, 제2 애퍼처 마스크(56)상에 형상화된 애퍼처가 한 애퍼처로부터 다른 애퍼처로 사용되기 위해 변경 또는 교체될 때 전류-밀도 조정 애퍼처(66a)의 적당한 것을 자동으로 선택하기 위해서, 전자 빔(50)의 전류밀도를 조정하기 위한 애퍼처(66a)의 결정 또는 선택은 그들의 NAs에 따라 제2 애퍼처 마스크(56)상에 형상화된 애퍼처를 위한 노광 데이터를 제조하는 단계에서 이루어질 필요가 있다.

본 발명은 전류밀도 조정 장치를 사용하지 않고 시편 위에 미세한 패턴을 이전시킬 수 있는 하전빔 노광 시스템 및 하전빔 노광방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 하전빔의 전류밀도를 계속 변화시킬 수 있는 하전된 빔 노광 시스템 및 하전빔 노광방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 노광공정 바로 전에 형상화 장치에 따라서 필요한 노광시간과 하전빔의 전류밀도를 수정하기 위해 데이터를 준비할 수 있는 하전빔 노광 시스템 및 하전빔 노광방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적들과 그 밖에 특별히 언급하지 않은 다른 목적들은 다음 설명으로부터 당 업계의 숙련자들에게 더욱 명백해질 것이다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명의 제1 양태에 따라, 하전빔 노광 시스템이 제공된다. 이 시스템에서, 하전빔은 하전빔 공급원으로부터 방출된다. 하전빔을 제1 형상으로 형상화하는 제1 애퍼처는 제1 애퍼처 마스크 상에 형성된다. 하전빔을 제2 형상으로 선택적으로 형상화하는 제2 애퍼처는 제2 애퍼처 마스크 상에 형성된다.

그 시스템은 하전빔의 전류밀도를 조정하는 전류밀도 측정기, 제2 애퍼처 중의 하나를 선택적으로 선택하는 제2 애퍼처 선택기, 시편의 노광 시간을 하전된 빔에 조정하는 노광시간 측정기, 하전빔에 의해 발생된 전류를 검지하기 위한 전류 검출기, 및 노광시간 수정 데이터와 전류밀도 수정 데이터를 발생시키기 위한 수정 데이터 발생기를 포함한다.

하전빔은 제1 형상으로 형상화될 제1 애퍼처로 방사된다. 제1 형상으로 형상화된 하전빔은 제2 형상 중의 상응하는 하나로 형상화될 제2 애퍼처 중의 선택된 하나로 더 방사됨으로써, 제1 애퍼처와 제2 애퍼처의 선택된 하나의 복합 형상으로 하전빔을 형상화한다. 복합 형상으로 형상화된 하전빔은 복합형상의 영상을 시편 위에 형성하기 위해 시편에 방사된다.

전류 검출기에 의해 검출된 전류의 값이 예비설정치를 초과하면, 수정 데이터 발생기는 하전빔의 전류밀도가 예비설정치 이하로 감소되고 시편의 노광시간은 증가되어 노광의 양을 사실상 계속 변화시키지 않도록 하는 방법으로 전류밀도 수정 데이터와 노광 시간 수정 데이터를 발생한다. 전류밀도 조정장치는 전류밀도수정 데이터에 따른 하전빔의 전류를 조정한다. 노광시간 측정기는 노광 시간수정 데이터에 따라 시편의 노광시간을 조정한다.

본 발명의 제1 양태에 따른 하전빔 노광 시스템을 사용하면, 전류 검출기에 의해 검출된 전류의 값이 예비설정치를 초과하면, 수정 데이터 발생기는, 하전빔의 전류밀도가 예비설정치 이하로 감소되고 시편의 노광시간이 실질적으로 변화하지 않게 유지하도록 노광의 양을 증가시키는 방법으로, 전류밀도 수정 데이터와 노광시간 수정 데이터를 발생한다.

전류 밀도 조정장치는 전류 밀도 수정 데이터에 따라 하전빔의 전류밀도를 조정한다. 동시에, 노광 시간 조정장치는 노광 시간 수정 데이터에 따라 시편의 노광시간을 조정한다.

따라서, 제조되기 어렵고 비용이 높은 전류밀도 측정기를 사용지 않고, 제1 패턴이 시편 위에 이전될 수 있다.

또한, 하전빔의 전류밀도는 전류밀도 수정 데이터에 기초해서 전류밀도 조정장치에 의해서 조정되거나 변화된다. 그러므로, 하전빔의 전류밀도는 연속해서 변화될 수 있다.

또한, 전류밀도 수정 데이터와 노광시간 수정 데이터는 제2 애퍼처 중의 선택된 하나를 위한 하전빔의 전류밀도의 검출을 통해서 수정데이터 발생기에 의해서 발생된다. 이것은 하전빔의 전류밀도를 수정하기 위한 데이터와 필요한 노광시간을 수정하기 위한 데이터가 노광공정 바로 전에 만들어질 수 있게 한다.

제1 양태에 따른 노광 시스템에서, 전류 검출기로서, 패러데이 컵 또는 전류계를 사용하는 것이 바람직하다. 레지스트 피막된 반도체 웨이퍼, 또는 마스크 또는 십자선이 시편으로서 통상 사용된다. 하전빔으로서, 전자 또는 이온의 빔을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 양태에 따라, 하전빔 노광 방법이 제공되며, 그 방법은 (a) 시편의 노광 전에 하전빔에 의해 발생된 전류를 검출하는 단계와, (b) 검출된 전류의 값을 예비설정치와 비교하는 단계와, (c) 검출된 전류의 값이 예비설정치를 초과하면, 하전빔의 전류밀도가 그 예비설정치 이하로 감소되고 시편의 노광시간이 증가되어 노광량이 변화되지 않게 유지하도록 하는 방법으로, 전류밀도 수정 데이터와 노광시간 수정 데이터를 발생하는 단계와, (d) 전류밀도 수정 데이터와 노광시간 수정 데이터에 따라서 하전빔의 전류밀도와 시편의 노광시간을 수정하는 단계, 및 (e) 수정된 노광시간을 위한 수정된 전류밀도에서 시편에 하전빔을 방사하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제2 양태에 따른 하전빔 노광방법을 사용하면, 하전빔에 의해 발생된 전류는 시편의 노광 전에 검출되고, 다음에 검출된 전류의 값은 예비설정치와 비교된다.

검출된 전류의 값이 예비설정치를 초과하면, 하전빔의 전류밀도가 그 예비설정치 이하로 감소되고 시편의 노광시간은 노광량을 증가시켜 변화시키지 않게 유지하도록 하는 방법으로, 전류밀도 수정 데이터와 노광시간 수정 데이터가 발생된다.

전류밀도 수정 데이타와 노광시간 수정 데이터에 따라서 하전빔의 전류밀도와 시편의 노광시간이 각각 수정된다. 이렇게 함으로써, 하전빔은 수정된 노광시간을 위한 수정된 전류밀도에서 시편에 방사된다.

따라서, 제조하기 어렵고 비용이 높은 전류 조정 장치를 사용하지 않고 미세패턴이 시편 위에 이전될 수 있다. 또한, 하전빔의 전류밀도는 계속 변화될 수 있다. 또한, 하전빔의 전류밀도를 수정하는 데이터와 필요한 노광시간을 수정하는 데이터는 노광 공정 바로 전에 만들어질 수 있도록 한다.

제2 양태에 따른 노광 방법에서, 레지스트 피막된 반도체 웨이퍼, 또는 마스크 또는 십자선이 시편으로서 통상 사용된다. 전류는 패러데이 컵 또는 전류계를 사용하여 검출되는 것이 바람직하다.

[발명의 구성 및 작용]

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하려 한다.

[실시예 1]

실시예 1에 따른 전자 빔 셀 투사 노광 시스템은 제3도에 도시되어 있다.

제3도에 도시된 바와 같이, 이 시스템은 전자공급원으로서 역할을 하는 전자총(11), 한 쌍의 전자기 렌즈(12a, 12b), 직사각형 애퍼처(13a)를 갖는 제1 애퍼처 마스크(13), 형상화 렌즈(14), 정전 편향기(15), 상이한 형상, 상이한 크기, 및 상이한 NAs를 갖는 다수의 애퍼처(16a)를 갖는 제2 애퍼처 마스크(16), 귀선전극 전극(17), 패러데이 컵(18), 및 전자 광학 칼럼(30)내에 위치한 축소-투영 렌즈 시스템(19)를 갖는다.

시편으로서, 표면이 전자 레지스트막(도시되지 않음)에 의해 피막된 반도체 웨이퍼(20)는 축소-투영 렌즈 시스템(19) 바로 아래 칼럼(30)에 특수자세로 위치한다. 전자총(11)으로부터 방출된 전자 빔(10)은 제1 애퍼처 마스크(13) 상에 직사각형 애퍼처(13a)에 방사됨으로써, 빔(10)을 직사각형으로 형상화한다. 그 직사각형상의 빔(10)은 다음에 형상화 렌즈(14)와 편향기(15)를 통해서 전달되고, 제2 애퍼처 마스크(16)를 향해서 방사된다.

직사각형상의 빔(10)은 제2 애퍼처 마스크(16) 상에 애퍼처(16a) 중의 선택된 하나의 방사됨으로써, 빔(10)을 직사각형 애퍼처(13a)의 복합 형상과 애퍼처(16a)의 선택된 하나로 형상화한다.

복합 형상으로 형상화된 전자 빔(10)은 귀선전극 전극(17)을 통해서 전달되고, 다음에 축수-투영 렌즈 시스템(19)에 의해서 레지스트 피막된 반도체 웨이퍼(20)상에 축소투영된다.

그러면 웨이퍼(20) 위의 레지스트막 위에 제1 및 제2 애퍼처(13a)와 (16a)의 복합 형상의 영상이 만들어진다.

또한, 제3도의 실시예 1에 따른 전자 빔 노광 시스템은 조정장치 서브 시스템을 포함한다.

애퍼처 선택 데이터 트랜스미터(104)는 특정 애퍼처 선택 데이터에 따라 신호(A1, A2 및 A3)을 편향 조정장치(103), 전류밀도 데이터 메모리(102), 및 노광시간 데이터 메모리(106)로 각각 전송한다. 그렇게 보내진 전류밀도 데이터는 전류밀도 데이터 메모리(102)에 저장된다. 메모리(102)에 저장된 데이터는 다음에 신호D로서 전자기렌즈 제어기(101)로 보내진다. 한편, 그렇게 보내진 노광시간 데이터는 노광시간 데이터 메모리(106)내에 저장된다. 메모리(106) 내에 저장된 데이터는 다음에 신호F로서 귀선전극 전극 조정장치(105)로 보내진다.

전자기렌즈 제어기(101)는 전류밀도 데이터 메모리(102)로부터 보내진 신호D에 따라 전자기 렌즈 쌍(12a 및 12b)을 조절함으로써, 전자총(11)으로부터 방출된 전자 빔(10)의 직경을 조정한다. 상부 렌즈(12a)는 빔(10)의 직경을 증가시키는 역할을 하며, 하부 렌즈(12b)는 그의 직경을 감소시키는 역할을 한다. 이러한 작용은 조정장치(101)에 보내진 조절 신호(S1 및 S2)에 따라 수행된다.

전자기 렌즈(12a 및 12b)와 전자기렌즈 제어기(101) 쌍은 방출된 전자 빔(10)의 전류밀도를 조절하는 기능을 제공한다.

편향기 조정장치(103)는 신호(53)에 의해서 정전 편향기(15)를 조절함으로써, 신호 A1에 따라 제2 애퍼처 마스크(16)상의 애퍼처(16a) 중에서 선택된 하나에 전자 빔(10)을 방사한다. 그러면, 직사각형 형상의 전자 빔(10)은 선택된 애퍼처(16a)의 형상으로 형상화된다. 다시말하면, 빔(10)은 제1 애퍼처 마스크(13)상의 애퍼처(13a)와 제2 애퍼처 마스크(16)상에서 선택된 애퍼처(16a)의 복합 형상으로 형상화된다.

편향기(15)와 편향기 조정장치(103)는 제2 애퍼처(16)상의 애퍼처(16a)의 선택된 하나의 기능을 제공한다.

귀선전극 전극 조정장치(105)는 신호 F에 따라서 귀선전극 전극(17)을 조절함으로써, 조절 신호 S4에 의해서 복합형상된 전자 빔(10)을 켜고 끄고함으로써, 전자 빔(10)에 웨이퍼를 노광하는 것을 시작 및 중지한다.

귀선전극 전극(17)과 귀선전극 전극 조정장치(105)는 전자 빔(10)에 웨이퍼를 노광시키는 시간을 제공한다.

패러데이 컵(18)은 적당한 전압을 걸은 상태에서 전자 빔(10)에서 전자를 포획하고, 포획된 전자들의 양에 따라서 신호 S5를 전류측정 유니트(107)로 보낸다. 다시말하면, 패러데이 컵(18)은 전자 빔(10)의 검출기로서 역할을 하거나 빔(10)때문에 전류를 검출한다.

전류 측정장치(107)는 신호 S5에 기초해서 전자 빔(10)에 의해 발생된 전류를 측정한다. 장치(107)는 측정된 전류에 따라 신호 B1과 B2를 각각 노광시간 계산기(108)와 전류 계산기(109)에 출력한다.

패러데이 컵(18)과 전류 측정 장치(107)는 전자 빔(10)에 근거해서 전류를 측정하는 기능을 제공한다.

전류 측정장치(107)는 츨정된 전류의 값 I가 미리 정한 예비설정치 IPRESET를 초과하는지 여부를 판정한다. 예비설정치 IPRESET은, 제2 애퍼처 마스크(16)상의 선택된 애퍼처(16a)를 통해서 전달된 전자빔(10)의 처짐이, 쿨롱의 상호인력이 미치더라도 처짐효과가 무시될 수 있는 레벨로 유지되도록 결정된다.

측정된 전류의 값 I가 예비설정치 IPRESET을 초과하면(즉, I〉IPRESET), 전류 측정 유니트(107)는 신호 B1 및 B2를 노광시간 계산기(108)와 전류밀도 계산기(109)로 보낸다. 측정된 전류의 값 I가 예비설정치 IPRESET을 초과하지 않으면(즉, I≤IPRESET), 전류측정 유니트(107)는 노광시간 계산기(108)와 전류밀도 계산기(109)로 아무 신호도 보내지 않는다.

노광시간 계산기(108)는 신호신호 B1을 받으면, 그것은 필요한 노광을 계산하고, 수신된 신호 B1에 따라 노광시간 수정 데이터를 발생한다. 노광시간 수정 데이터는 신호 E로서 노광시간 데이터 메모리(106)에 출력되고, 그안에 저장된다.

전류밀도 계산기(109)가 신호 B2를 받으면, 전자 빔(10)의 필요한 전류 밀도를 계산하고, 수신된 신호 B2에 따라 전류 밀도 수정 데이터를 발생한다. 전류밀도 수정 데이터는 신호 C로서 전류밀도 데이터 메모리(102)에 출력되고, 그 안에 저장된다.

전류밀도 데이터 메모리(102)에 저장된 전류밀도 수정 데이터는 전자기 렌즈 렌즈 조정장치(101)에 의해서 판독됨으로써, 노광 공정 전에 신호 A2에 따라서 전자 빔(10)의 전류밀도를 수정한다. 이와 동시에, 노광시간 데이터 메모리(108)에 저장된 노광 시간 수정 데이터는 귀선전극 전극 조정장치(105)에 의해서 판독됨으로써, 신호 A3에 따라 웨이퍼(20)의 노광시간을 수정한다.

다음에, 제3도의 노광 시스템을 사용한 노광 방법은 제4도를 참고해서 설명된다.

먼저, 노광공정 전에, 제2 애퍼처 마스크(16) 상의 애퍼처(16a) 중에서 원하는 하나를 선택한다(단계 S101). 다음에, 전자 빔(10)이 전자 총(11)으로부터 방출되고(단계 S102), 전자 빔(10)에 의해서 발생된 전류는 패러데이 컵(18)과 전류 측정 유니트(107)에 의해서 측정된다(단계 S103).

다음에, 전류 측정장치(107)에 의해서 측정된 전류의 값 I가 예비설정치 IPRESET을 초과하는지 아닌지 판정된다. 측정된 전류의 값 I가 예비설정치 IPRESET을 초과하면(즉, I〉IPRESET), 전류측정 유니트(107)는 신호 B1 및 B2를 노광시간 계산기(108)와 전류밀도 계산기(109)로 보낸다.

신호 B2에 응답하여, 전류밀도 측정기(109)는 전자 빔(10)의 필요한 전류밀도를 계산하고, 수신된 신호 B2에 따라서 전류밀도 수정 데이터를 발생한다(단계 S105). 전류밀도 수정 데이터는 전류밀도 데이터 메모리(102)에 저장된다(단계 S107).

마찬가지로, 신호 B1에 응답하여, 노광시간 계산기(108)는 필요한 노광시간을 계산하고, 수신된 신호 B1에 따라서 노광시간 수정 데이터를 발생한다(단계 S106). 노광시간 수정 데이터는 노광시간 데이터 메모리(106)에 저장된다(단계 S107).

전자기렌즈 제어기(101)는 전류밀도 데이터 메모리(101)에 저장된 전류밀도 수정 데이터를 판독하고, 수정 데이터를 사용하여 신호 A2에 따라 전류밀도를 수정한다(단계 S109). 동시에, 귀선전극 전극 조정장치(105)가 노광시간 데이터 메모리(108)에 저장된 노광시간 수정 데이터를 판독하고, 그 수정 데이터를 사용하여 신호 A3에 따라 노광 시간을 수정한다.

결과적으로, 노광공정은 전자 빔(10)의 전류밀도와 웨이퍼(20)의 수정된 노광시간을 사용하여 수행된다(단계 110).

측정된 전류의 값 I가 예비설정치 IPRESET을 초과하지 않으면(즉, I≤IPRESET), 데이터 수정 단계(S105 내지 S109)가 수행되지 않으며, 노광 공정이 즉시 수행된다(단계 S110).

동일한 공정 단계(S1 내지 S10)은 각각 제2 애퍼처 마스크(16)상에 나머지 애퍼처(16a)가 수행된다.

제4도의 플로우챠트에서, 상기 단계(S1010 내지 S109)는 영상 또는 빔(10)의 각 복합 형상의 제1 노광 공정 바로 전에 수행된다. 그러나, 상기 단계(S1010 내지 S109)는 노광시 웨이퍼(20)를 칼럼(30)으로 조정할 때 그 복합 형상 또는 영상 모두에 대해 반복될 수 있다. 이 경우, 단계(S110)는 제2 애퍼처 마스크(16) 상의 모든 애퍼처(16a)에 대해 단계(S101 내지 S109)의 반복을 종료한 후에 수행된다.

위에 설명한 바와 같이, 제3도의 실시예 1에 따른 하전빔 노광 시스템을 사용하면, 패러데이 컵(18)에 의해 검출된 전류의 값 I가 예비설정치 IPRESET을 초과하면(즉, I〉IPRESET), 노광시간 계산기(108)와 전류밀도 계산기(109)는 노광시간 수정데이터와 전류밀도 수정 데이터를 발생하여, 하전빔(10)의 전류밀도가 예비설정치 이하로 감소되고, 웨이퍼(20)의 노광시간이 증가되어, 실질적으로 노광시간을 변경시키지 않도록 한다.

전자기렌즈 제어기(101)와 전자기 렌즈(12a 및 12b)는 전류밀도 수정 데이터에 따라 전자 빔(10)의 전류밀도를 조절한다. 동시에, 귀선전극 전극 조정장치(105)와 귀선전극 전극(17)은 노광시간 수정 데이터에 따라서 웨이퍼(20)의 노광시간을 조절한다.

따라서, 복합 형상 전자 빔(10)의 전류밀도는 적당한 범위 내로 제한되고, 빔(10)의 처짐이 과도하게 증가하는 것이 방지된다. 그 결과, 제조하기 어렵고 비용이 높은 종래의 전류밀도 측정기를 사용하지 않고 미세 패턴을 웨이퍼(20)상에 이전할 수 있다.

또한, 전류밀도 수정 데이터에 기초해서 전자기 렌즈 조정장치(101)에 의해 전자 빔(10)의 전류밀도가 조정 또는 변경된다. 따라서, 빔(10)의 전류밀도를 계속 변경시킬 수 있다.

또한, 전류밀도 수정 데이터와 노광시간 수정 데이터는 각각, 제2 애퍼처 마스크(16) 상에 애퍼처(16a)의 선택된 하나에 대한 전자 빔(10)의 전류밀도의 검출을 통해서 전류밀도 계산기(109)와 노광시간 계산기(108)에 의해서 발생된다. 이것은 짐(10)의 전류밀도를 수정하기 위한 데이터와 필요한 노광시간을 수정하기 위한 데이터를 노광단계 바로 전에 수행할 수 있도록 한다.

[실시예 2]

실시예 2에 따른 전자 빔 셀 투사 노광 시스템은 제5도에 도시되어있다.

실시예 2에 따른 노광 시스템은, 전류 측정장치(28)가 패러데이 컵(18) 대신에 제2 애퍼처 마스크(16)의 위쪽에 제공된 외에는 제3도의 실시예 1의 것과 같은 구성을 한다. 그러므로, 제5도의 상응하는 부품에 대해서는 동일한 부호를 사용함으로써 동일한 구성에 관련된 설명은 생략한다.

제5도에서, 전류측정 유니트(28)는 제2 애퍼처 마스크(16)에 의해 산란된 직사각형 전자·빔(10) 안의 전자의 일부에 의해서 발생된 전류를 검출한다. 다음에, 장치(28)은 검출된 산란된 전자로 인한 전류를 측정한다. 검출된 산란된 전자에 의해 발생된 전류에 대한 산란된 전자에 의해 발생된 총 전류의 비와, 입사된 전자에 의해 발생된 전류에 대한 산란된 전자에 의해 발생된 총 전류의 비는 미리 측정한다.

그러므로, 제2 애퍼처 마스크(16)에 대한 입사된 전자에 의해 발생된 전류는 검출된 산란된 전자들에 의해 발생된 전류에 의해 알 수 있다. 그렇게 해서 얻어진 입사되기 전에 의한 전류와 입사된 전자에 의한 예비설정 총 전류로부터, 복합 형상전자 빔(10)에 의해 발생된 전류가 계산될 수 있다.

따라서, 제4도에 도시된 것과 같은 공정단계(S101 내지 S110, 또는 S101 S109)를 사용하면, 실시예 1과 동일한 이점이 얻어진다.

[실시예 3]

실시예 3에 따른 전자 빔 셀 투사 노광 시스템은 제6도에 도시되어있다.

실시예 3에 따른 시스템은 패러데이 컵(18) 대신에 제2 애퍼처 마스크(16)의 주위에 전류측정 장치(38)가 제공되는 것 외에는 제3도의 실시예 1의 것과 동일한 구성을 갖는다. 그러므로, 제6도의 상응하는 부품에 대해서는 동일한 부호를 사용함으로써 동일한 구성에 관련된 설명은 생략한다.

제6도에서, 전류측정 유니트(38)는 제2 애퍼처 마스크(16)에 전기적으로 연결되어있다. 장치(38)은 전자 빔(10) 중의 제2 애퍼처 마스크(16)로 입사 전류에 의해 발생된 전류를 검출하고, 검출된 입사된 전자에 의한 전류를 측정한다.

검출된 입사 전자에 의해 발생된 전류에 대한 입사된 전자에 의해 발생된 총전류의 비는 미리 측정된다. 그러므로, 검출된 입사전자의 전류와, 입사전류에 의한 미리정한 총 전류로부터, 복합 형상 정지 빔(10)에 의해 발생된 전류가 발생될 수 있다.

따라서, 제4도와 같은 공정단계(S101 내지 S110 또는 S101 내지 S109)를 사용하면, 실시예 1에서와 같은 이점이 얻어진다.

상기 실시예 1 내지 실시예 3에서, 전자 빔(10)을 사용하면 패턴 레지스트 피막된 반도체 웨이퍼(20) 위에 이전된다. 그러나, 본 발명은 반도체 장치 제조 분야등에서 사진석판술을 위해 마스크 또는 열십자와 같은 다른 시편에 적용될 수도 있으며, 전자 빔(10) 대신에 이온 빔이 사용될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 수정이 가능하다는 것은 당 업계의 숙련자들에게 자명한 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims

하전빔 노광 시스템(charged-beam exposure system)에 있어서, 하전빔을 방출하는 하전빔 공급원과; 하전빔을 제1 형상으로 형상화하기 위한 제1 애퍼처를 갖는 제1 애퍼처(aperture) 마스크와; 하전빔을 제2 형상으로 선택적으로 형상화하기 위한 제2 애퍼처를 갖는 제2 애퍼처 마스크와; 하전빔의 전류밀도를 조정하기 위한 전류밀도 측정기와; 제2 애퍼처중에서 하나를 선택하기 위한 제2 애퍼처 선택기와; 시편을 하전빔에 노광시키는 시간을 조정하기 위한 노광시간 측정기와; 하전빔에 의해 발생된 전류를 검출하는 전류 검출기; 및 전류밀도 수정 데이터와 노광 시간 수정 데이터를 발생하는 수정 데이터 발생기를 포함하고, 하전빔은 제1 형상으로 형상화된 제1 애퍼처에 방사되고, 상기 제1 형상으로 형상화된 하전빔이 제2 형상들 중의 하나에 해당하는 것으로 형상화될 제2 애퍼처 중에서 선택된 것에 더 방사됨으로써, 하전빔을 제1 애퍼처와 제2 애퍼처의 복합 형상에서 선택된 것으로 형상화하고, 상기 복합 형상으로 형상화된 하전빔은 시편 위에 복합 형상의 영상을 형성하도록 시편에 방사되고, 전류검출기에 의해 검출된 전류의 값이 예비설정(preset) 값을 초과하면, 수정 데이터 발생기는, 하전빔의 전류밀도는 그 예비설정치 이하로 감소되고 시편의 노광시간은 증가되어 실질적으로 노광량을 변화시키지 않도록 하는 방법으로, 전류밀도 수정 데이터와 노광시간 수정 데이터를 발생하고, 상기 전류밀도 측정기는 전류밀도 수정 데이터에 따라 하전빔의 전류밀도를 조정하고, 상기 노광시간 측정기는 노광시간 수정 데이터에 따라 시편의 노광시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 하전빔 노광 시스템.
제1항에 있어서, 검출기로서 패러데이 컵이 사용되고, 그 패러데이 컵은 제2 애퍼처 중에서 선택된 하나를 통과하는 하전빔이 만나는 곳에 위치한 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 검출기로서 전류계가 사용되고, 그 전류계는 상기 제2 애퍼처 마스크에 의해 하전빔의 산란된 성분에 의해서 발생된 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 검출기로서 전류계가 사용되고, 그 전류계는 제2 애퍼처의 선택된 하나로 흐르는 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
하전빔 노광 방법에 있어서, 하전빔은 제1 형상으로 형상화될 제1 애퍼처 마스크 상에 형성된 제1 애퍼처로 방사되고, 제1 형상과 함께 하전빔은 다음에 제2 형상으로 형상화될 제2 애퍼처 상에 형성된 제2 애퍼처 중의 선택된 하나에 방사됨으로써, 하전빔을 상기 제1 애퍼처와 상기 제2 애퍼처 중에서 선택된 하나의 복합 형상으로 형상화하고, 복합 형상을 갖는 상기 하전빔은 시편에 방사됨으로써, 시편 위로 복합형상을 이전하는, 하전빔 노광 방법으로서, (a) 시편의 노광 전에 하전빔에 의해 발생된 전류를 검출하는 단계와, (b) 검출된 전류의 값을 예비설정치와 비교하는 단계와, (c) 검출된 전류의 값이 예비설정치를 초과하면, 하전빔의 전류밀도가 그 예비설정치 이하로 감소되고 시편의 노광시간이 증가되어 노광량이 변화되지 않게 유지하도록 하는 방법으로, 전류밀도 수정 데이터와 노광시간 수정 데이터를 발생하는 단계와 (d) 전류밀도 수정 데이터와 노광시간 수정 데이터에 따라서 하전빔의 전류밀도와 시편의 노광시간을 수정하는 단계, 및 (e) 수정된 노광시간을 위한 수정된 전류밀도에서 시편에 하전빔을 방사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하전빔 노광 방법.
제5항에 있어서, 상기 단계(a) 내지 단계(d)는, 제2 형상의 각각에 대해 시편에 제1 노광을 하기 바로 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 단계(a) 내지 단계(d)는 제2 형상 모두에 대해 시편의 노광을 시작하기 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.