KR100257640B1 - 전자선 노광 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

미세 디자인 롤을 가지는 패턴의 하이브리드 노광에 적용될 수 있는 전자선 노광방법 및 장치를 제공하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 전자선 노광 방법은 전자 빔이 무시할 수 있는 편향 왜곡으로 조사될 수 있는 사이즈를 가지는 복수의 필드로 묘사되도록 제2패턴을 분할하기 위한 제1필드 분할 단계(S2)와; 복수의 필드 각각에 대하여 피팅 공정(S3)을 수행하기 위한 제1피팅 단계로서, 3차 보정식이 광 왜곡으로 보정값을 피트하는데 응용되고, 보정 후 피팅 에러가 계산되는 단계와; 피팅 에러가 선결된 허용 범위보다 더 큰 복수의 필드 각각에 대하여 필드 분할 공정(S5)을 수행하기 위한 제1필드 분할 단계로서, 관련 필드가 서브 필드 쌍으로 분할되고 피팅 공정이 각각의 상기 서브 필드에 대하여 수행되는 단계와; 피팅 에러가 선결된 허용 범위보다 더 크고 사이즈가 선결된 최소 사이즈 보다 더 큰 각각의 상기 서브 필드에 대하여 필드 분할 공정을 반복하기 위한 서브 필드 분할 단계를 포함한다.

Description

전자선 노광 방법 및 그 장치
제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 전자선 노광 방법을 구현하기 위한 장치를 도시하는 블록 다이어그램.
제2도는 제1도의 실시예의 필드 분할 방법을 도시하는 플로우차트.
제3도는 제1도의 실시예의 필드 분할 방법을 도시하는 개략도.
제4도는 전자선 노광 시스템의 종래의 구성예를 도시하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 전자총 22, 23 : 전자 렌즈
24 : 편향 전극 25 : 스테이지
26 : 전자 빔 27 : 시료
28 : 제어 장치 29 : 외부 메모리
210 : 내부 메모리 11 : 연산 장치
212 : 스테이지 제어회로 213 : 빔 편향회로
214 : 자기 디스크 장치 215 : 가산 회로
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 전자선 노광에 관한 것으로서, 특히 IC(Intergrated Circuit)와 같은 패턴을 반도체 웨이퍼상에 직접 묘사하는 것에 관한 것이다.
최근에 반도체 IC 칩의 급속한 소형화 및 고밀도화가 현저하게 추진되었고, 미세 디자인 룰이 현재 적용되고 있다.
종래에는, IC 칩의 양산화 라인에서 패턴을 인쇄하는데 광 노광이 이용되었다. 그러나, 이제 광 노광으로 인쇄하기 어려운 미세 패턴을 처리하는데 고해상도를 가지며 망선이 필요없는 전자선 노광에 초점이 맞추어지고 있다. 전자선 노광의 고행상도뿐만 아니라 광노광의 높은 생산성을 이용하기 위하여, 더 큰 디자인 룰을 가지는 패턴에 대한 광노광과 미세 디자인 룰을 가지는 패턴에 대한 전자선 노광에 적용하기 위하여 하이브리드 기술이 추진된다.
제4도는 전자선 노광 시스템의 종래의 예의 구성을 도시하는 개략적인 다이어그램이다.
제4도의 장치는 가속 전원(16)에 영향을 받는 전기장에 의해 가속되는 전자빔(10)을 발생하는 전자총(11)과, 전자 빔(10)의 제어, 예를 들면, 조사의 집중, 블래킹, 위치 결정 또는 세기 제어를 담당하는 전자기 렌즈 및 구경과 같은 다양한 전극을 포함하는 전자 경통부(12)와, 묘사를 위하여 웨이퍼(20)가 위치되는 웨이퍼 테이블을 포함하는 시료실(13)과, 웨이퍼 테이블의 위치를 제어하는 X-Y 스테이지(15)를 포함하는 본체(1)를 가진다. 본체(1)는 진공 펌프(4A 내지 4C)에 의해 진공으로 되며 방진 테이블(5)상에 설치된다.
컴퓨터(3B)는 프리셋 묘사 파라미터를 이용하여 데이터 기억부(2B)로부터 공급된 패턴 데이터에 따라서 웨이퍼(20)상에 패턴을 조사하도록 X-Y 스테이지(15)와 경통(12)의 전극을 통과하는 전자 빔(10)을 제어한다.
다음에, 제4도의 종래 시스템에 따른 필드 분할과 하이브리드 기술의 수퍼임포즈(superimpose) 방법이 설명된다.
전자 빔의 편향 각이 한계값보다 더 크면, 편향 왜곡은 전자선 노광에서 묘사 정밀도를 무시할 수 없을 정도로 저하시킨다. 따라서, 필드라 지칭되는 묘사 영역에는 한계가 있으며, 여기서 전자 빔은 무시할 수 있는 편향 왜곡내에서 패턴 묘사를 위해 이동될 수 있다. 일반적으로 상기 필드의 사이즈는 소요의 칩 사이즈보다 더 작아서 상기 칩 패턴을 특정 사이즈를 각각 가지는 복수의 필드로 분할하므로서 칩 패턴의 전자선 노광은 필드 바이 필드로 수행된다.
필드 분할 방법에 대한 한 방법이 일본 특허출원공개 제219617/‘91호에 개시되어 있는데, 여기서 묘사 데이터는 복수의 서브 필드의 데이터로 분할되고, 그 측면의 길이는 장치의 최대 허용 필드 측면의 1/N이며, 여기서 N은 1이상의 양의 정수이다. 고해상도가 요구되면, 전자선 노광은 종래 기술에서의 각각의 서브 필드에 의해 수행되지만, N×N 서브 필드보다 크지 않은 몇몇 서브 필드, 즉, 비교적 저해상도가 허용되는 최대 허용 필드상에서 수행된다.
다른 방법이 일본 특허출원공고 제15139/‘96호에 개시되어 있으며, 여기서 스몰 필드 사이즈는 충분한 정밀도를 가지는 작은 패턴을 묘사하는데 적용되고 스몰 필드 사이즈는 처리 수행을 관리하기 위한 큰 패턴을 묘사하는데 적용된다.
하이브리드 기술에서의 수퍼임포즈 방법은 일본 특허출원공개 제186331/‘82호 및 제057216/‘87호에 개시된 종래의 예와 관련하여 기술된다.
특허출원공개 제 186331/‘82호의 종래 기술에서, 왜곡 측정을 위한 기준 표시는 광노광에 이용된 망선상에 제공된다. 웨이퍼에 인쇄된 기준 표시를 검사하므로서, 인쇄된 패턴의 왜곡량은 전자선 노광 시스템 의해 측정되고, 미세 패턴을 수퍼임포즈하기 위한 전자 빔의 위치 선정 신호에 더해진다. 따라서, 하이브리드 노광은 상기 종래의 기술로 수행된다.
특허출원공개 제057216/‘87호의 종래 기술에서, 수퍼임포즈되는 패턴의 종류에 따라서, 즉, 망선 패턴과 마스크 패턴간의 차이에 따라서 광노광이 측정되기 전에 보상 신호 준비된다.
그러나, 광노광에 의해 이미 인쇄된 제1패턴상에 새로운 패턴이 전자선 노광에 의해 수퍼임포즈되는 하이브리드 기술에서, 전술한 전자 빔의 편향 왜곡은 칩 사이즈 전체에 걸쳐있는 제1패턴의 광 왜곡외에 각 필드에서 유도된다.
또한, 광 왜곡의 양과 변화 또는 미분은 칩 사이즈에 대한 각 필드의 위치에 의존한다. 따라서, 디자인 룰 사이즈가 미세화되면, 광 왜곡이 정확하게 측정될 수 있을 때에도, 서브 필드 또는 스몰 필드의 사이즈가 일정하게 미리 결정되는 종래의 하이브리드 기술에 따라서, 충분한 정밀도와 충분한 효율을 가지면서 광노광에 의해 인쇄된 제1패턴상에 전자 빔 패턴을 수퍼임포즈하는 것은 아주 어려워진다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
따라서, 본 발명의 주목적은 미세 디자인 룰을 가지는 패턴의 하이브리드 노광에 편리하게 적용되는 전자선 노광 방법과 장치를 제공하는 것이다. 여기서, 전자 빔의 위치는 필요하고 충분한 정밀도로 보정된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 광 노광에 의해 시료에 인쇄된 제1패턴상에 제2패턴을 수퍼임포즈하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전자선 노광 방법은 제2패턴을 전자 빔이 고정된 값내에서 편향 왜곡으로 조사될 수 있는 사이즈를 각각 가지는 복수의 필드로 분할하기 위하여 제1필드를 분할하는 단계와, 각각의 상기 복수의 필드에 대한 피팅(fitting)공정을 수행하기 위한 제1피팅 단계로서, 상기 피팅 공정에서, 관련 필드에서 제1패턴의 광 노광에 의해 유도된 광 왜곡으로 피트(fit)하도록 관련 필드에서 제2패턴을 보정하는데 적용될 수 있는 보정식이 상기 관련 필드에서의 상기 광 왜곡의 샘플링 포인트에서의 3차 보정식에 의해 주어진 보정값과 광 왜곡간의 차이의 최대값을 최소화하기 위하여 3차 보정값의 상수항을 수정하므로서 조정되고, 제1패턴과 보정된 후의 제2패턴간에 상기 관련 필드의 최대 상대 차이를 나타내는 피팅 에러가 계산되는 단계와, 상기 피팅 에러가 선결된 허용 범위보다 더 큰 각각의 상기 복수 필드에 대하여 관련 필드가 서브 필드 쌍으로 분할되고 상기 피팅 공정이 각각의 상기 서브필드에 대하여 수행되는 필드 분할 공정을 수행하기 위한 제1필드 분할 단계와, 상기 피팅 에러가 상기 선결된 허용 범위보다 더 크고 사이즈가 선결된 최소 사이즈보다 더 큰 각각의 상기 서브 필드에 대하여 상기 필드 분할 공정을 반복하는 서브 필드 분할 단계를 포함한다.
따라서, 가장 적절한 필드 분할과 보상 방법이 상기 실시예에서 필요한 정밀도와 충분한 효율을 가지는 미세 패턴에 적용될 수 있는 하이브리드 노광을 가능하게 하는 인쇄된 패턴의 광 왜곡값의 분포에 따라서 수행될 수 있다.
[발명의 구성 및 작용]
다음에 본 발명의 실시예가 도면과 관련하여 설명된다.
제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 전자선 노광 방법을 구현하기 위한 장치를 도시하는 블록 다이어그램이다.
제1도에서, 상기 장치는 전자 빔(26)을 발생하기 위한 전자 총(21)과, 상기 전자 빔(26)을 시료(27)의 한 점에 집중하기 위한 전자 렌즈(22와 23)와, 전자 빔(26)의 조사를 상기 시료(27)의 표면상에 조사위치하기 위한 편향 전극(24)세트와, 상기 편향 전극(24) 세트를 제어하기 위하여 편향 신호를 발생하기 위한 빔 편향 회로(213)와, 시료(27)가 탑재되는 스테이지(25)와, 상기 스테이지(25)가 이동함에 따라서 스테이지 제어신호를 발생하기 위한 스테이지 제어 회로(212)와, 광 노광 시스템의 왜곡값이 기록되는 자기 디스크 장치(214)와, 예를 들면, CAD(컴퓨터 이용 설계)시스템으로 준비된 묘사 패턴 데이터를 기억하기 위한 외부 메모리(29)와, 상기 왜곡값과 관련하여, 묘사 패턴 데이터가 분할되는 각각의 필드의 사이즈 계산을 담당하는 연산 장치(211)와, 사이즈 및 보정 값, 즉, 이동 거리, 회전각 또는 확대 이득과 같은 각각의 필드의 정보를 기억하기 위한 내부 메모리(210)와, 상기 내부 메모리(210)에 기억된 보정값을 전자 빔(26)의 조사 위치를 나타내기 위한 빔 편향 회로(213)에 공급되는 묘사 패턴 데이터의 값에 더하기 위한 가산 회로(215)와, 외부 메모리(29), 내부 메모리(210), 연산 장치(211), 자기 디스크 장치(214), 스테이지 제어회로(212) 및 가산 회로(215)를 통한 빔 편향 회로(213)를 제어하기 위한 제어 장치(28)를 포함한다.
제어 장치(28)와 연산 장치(211)는 컴퓨터의 CPU에 의해 수행된다.
다음에, 제2도의 플로우챠트 및 필드 분할 방법을 나타내는 제3도의 개략도와 관련하여 본 실시예의 필드 분할 방법이 기술된다.
제2도의 단계 S1에서, 다음을 포함하는 필드 분할을 위한 초기 상태가 준비된다.
1) 자기 디스크 장치(214)에 기록되는 광 노광의 왜곡 값, 2) 칩 패턴이 분할되는 필드의 최소 사이즈, 3) 왜곡값을 보정하는데 적용되는 보정식, 예를 들면, 3차 방정식의 피팅(fitting)상태, 상기 실시예에서, 보정식에 따른 적절한 과정을 거친 후 보정되지 않은 왜곡값(이하, 피팅 에러)의 허용 범위는 피팅 상태로 표시된다.
단계 S2에서, 예를 들면, 제3도의 패턴(3a)의 묘사 패턴 데이터는 필드(3b)로 분할되고, 상기 필드의 A 내지 P는 최대 필드 사이즈를 가지며, 이들의 정보는 내부 메모리(210)에 기억된다. 여기서, 전자 빔(26)의 비선형 편향에 따른 편향 왜곡(3e)이 무시할 수 있을 정도로 작게되도록 최대 필드 사이즈가 결정된다.
단계 S3에서, 필드(3b)의 각각의 정보는 내부 메모리(210)로부터 판독되고 제어장치(8)를 통하여 순서대로 연산 장치(211)로 운반된다. 연산 장치(211)에서, 피팅 처리는 보정식을 이용하는 자기 디스크 장치(214)에서 측정되고 준비된 왜곡과 관련하여 운반된 정보에 따라서 각각의 필드(3b)에 대하여 수행된다.
다음에, 상기 피팅 처리의 예가 설명된다.
이 예에서, 보정식은 수학식 1과 수학식 2로 표현되는 것으로 간주하며, 여기서 상수항 a0, b0는 이동값이고, 일차 및 2차항은 각각 이득값과 회전값을 나타낸다.
[수학식 1]
X′=a0+a1X+a2Y+a3X2+a4Y2+a5X3+a6Y3
[수학식 2]
Y′= b0+b1X+b2Y+b3X2+b4Y2+b5X3+b6Y3
예로서, 필드 A의 피팅 처리에 대하여, 왜곡값 {X′d, Y′d}이 측정되어 자기 디스크(214)에 기록되는 필드 A에 포함된 각각의 샘플링 포인트의 좌표(X,Y)는 상기 수학식 1과 수학식 2로 교체된다. 2차항의 차, (X′d-X′)2+(Y′d-Y′)2는 각각의 샘플링 포인트에 대하여 계산된다. 그러면, 필드 A의 샘플링 포인트 가운데 최대 제곱차를 가지는 피팅 포인트가 검출되고 상수 계수 a0및 b0는 피팅 포인트에서의 제곱차가 0이 되도록 수정된다. 상수 계수를 수정한 후, 다른 샘플링 포인트의 좌표(X,Y)는 수학식 1과 수학식 2로 교체되고, 다른 샘플링 포인트의 최대 상대값(X-Y)의 차, │X′d-X│/X′d및 │Y′d-Y′│/Y′d는 피팅 에러로서 출력된다.
이것은 피팅 처리의 한 예이다. 그러나, 필드를 상기 왜곡에 맞추고 피팅 오차를 얻기 위하여 다른 적절한 방법이 응용될 수 있다. 예를 들면, 보정식은 2차 방정식일 수도 있고, 수학식 1 및 수학식 2의 각각의 계수의 종속 앙상블은 피팅을 위하여 수정될 수도 있으며, 적합성은 제곱차의 합으로 평가될 수도 있다.
다시 제3도로 돌아가서, 얻어진 피팅 에러는 피팅 상태, 즉 단계 S1에서 나타낸, 예를 들면, 5%의 허용 범위와 비교된다. 피팅 에러가 상기 허용 범위내에 있을 때, 제어는 단계 7로 가고 상기 예에서 다음 필드인 필드 B의 피팅 처리가 수행되며, 제어는 단계 S3내지 S8로 되돌아간다.
반면에, 관련된 필드의 피팅 에러가 허용 범위보다 더 크면, 관련 필드, 즉, 필드 A는 제3도의 필드 분할 방법(3c)에 도시된 바와 같이 단계 S5에서 서브 필드 A1과 A2 쌍으로 나누어진다. 여기서, 최대 차를 나타내는 피팅 에러가 │X′d-X′│/X′d이면, 필드 A는 좌우로 분할되지만, 상기 예에서 피팅 에러가 │Y′d-Y′│/Y′d로 주어지면 상하로 분할된다.
그 다음에 단계 S6에서, 분할된 서브 필드의 사이즈가 단계 S1에서 표시된 최소 사이즈인지 아닌지 검사된다. 만약 최소 사이즈이면, 제어는 다음 필드 피팅을 위하여 단계 S7으로 간다. 그렇지 않으면, 피팅 처리는 서브 필드 A1 및 A2 각각에 대하여 수행되고, 제어는 다시 단계 S3으로 되돌아간다. 상기 과정들은 패턴(3a)이 허용 범위내의 피팅 에러를 가지거나 최소 사이즈를 가지는 필드로 분할될 때까지 반복된다.
따라서, 가장 적절한 필드 분할과 보정 방법이 상기 실시예에서 인쇄된 패턴의 광 왜곡값 분포에 따라서 수행될 수 있고, 필요한 정밀도와 충분한 효율을 가지는 미세 패턴에 응용할 수 있는 하이브리드 노광이 가능하다.

Claims (5)

  1. 광 노광에 의해 시료상에 인쇄된 제1패턴상에 제2패턴을 수퍼임포즈하는 전자선 노광 방법에 있어서, 제2패턴을 전자 빔이 정해진 값 내의 편향 왜곡으로 조사될 수 있는 사이즈를 각각 가지는 복수의 필드로 분할하기 위한 제1필드 분할 단계와, 상기 복수의 필드 각각에 대한 피팅 공정을 수행하기 위한 제1피팅 단계로서, 상기 피팅 공정에서, 상기 관련 필드의 제1패턴의 광 노광에 의해 유도된 광 왜곡에 대하여 피트하도록 관련 필드의 제2패턴을 보정하는데 적용될 수 있는 보정식이 상기 관련 필드에서의 상기 광 왜곡에 따라서 상기 보정식의 몇몇 계수를 수정하므로서 조정되고, 제1패턴과 보정된 후의 제2패턴간에 상기 관련 필드의 최대 상대 차이를 나타내는 피팅 에러가 계산되는 단계와, 상기 피팅 에러가 선결된 허용 범위보다 더 큰 각각의 상기 복수 필드 각각에 대하여, 관련 필드가 서브 필드 쌍으로 분할되고 상기 피팅 공정이 각각의 상기 서브 필드에 대하여 상기 피팅 공정이 수행되는 필드 분할 공정을 수행하기 위한 제1필드 분할 단계와, 상기 피팅 에러가 상기 선결된 허용 범위보다 더 크고 사이즈가 선결된 최소 사이즈보다 더 큰 각각의 상기 서브 필드에 대하여 상기 필드 분할 공정을 반복하기 위한 서브 필드 분할 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 노광 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보정식은 제1패턴의 X 및 Y 좌표 성분의 두 개의 3차식으로 표현되고, 상기 3차식은 상기 관련 필드에서 2차 패턴의 각각의 X 및 Y좌표 성분을 보정하기 위하여 보정값을 주는 것을 특징으로 하는 전자선 노광 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 몇몇 계수는 상기 두 3차식의 상수항인 것을 특징으로 하는 전자선 노광 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광 왜곡은 상기 제1패턴에 대응하는 샘플링 포인트에서 상기 광 왜곡의 X 및 Y성분이 상기 샘플링 포인트의 좌표와 함께 기록되고, 상기 상수항은 상기 광 왜곡의 상가 X 및 Y성분간의 최대 차이값과 상기 관련 필드의 상기 샘플링 포인트에서 상기 두 3차식에 의해 주어진 대응 보정값을 최소화하도록 상기 피팅 공정에서 수정되는 것을 특징으로 하는 전자선 노광 방법.
  5. 광 노광에 의해 시료상에 인쇄된 제1패턴상에 제2패턴을 수퍼임포즈하기 위한 전자선 노광을 위한 장치에 있어서, 제1패턴의 광 노광에 의해 유도된 광 왜곡을 기억하기 위한 제1메모리와, 제2패텅의 데이터를 기억하기 위한 제2메모리와, 제2패턴을 전자 빔이 고정된 값내에서 편향 왜곡으로 조사될 수 있는 사이즈를 각각 가지는 복수의 필드로 분할하고, 각각의 상기 복수의 필드에 대한 피팅 공정을 수행하는데 있어서, 상기 피팅 공정에서, 상기 제1메모리에 대한 상기 관련 필드의 상기 광 왜곡으로 피트하도록 관련 필드의 제2패턴을 보정하는데 적용될 수 있는 보정식이 상기 관련 필드에서의 상기 광 왜곡에 따른 상기 보정식의 몇몇 계수를 수정하므로서 조정되고, 제1패턴과 보정된 후의 제2패턴간에 상기 관련 필드의 최대 상대 차이를 나타내는 피팅 에러가 계산되고, 상기 피팅 에러가 선결된 허용 범위보다 더 큰 각각의 상기 복수 필드에 대하여 관련 필드가 서브 필드 쌍으로 분할되고 상기 피팅 공정이 각각의 상기 서브 필드에 대하여 수행되는 필드 분할 공정을 수행하며, 상기 피팅 에러가 상기 선결된 허용 범위보다 더 크고 사이즈가 선결된 최소 사이즈보다 더 큰 각각의 상기 서브 필드에 대하여 상기 필드 분할 공정을 반복하기 위한 연산장치와, 상기 서브 필드와 상기 필드 분할 공정의 반복 후의 상기 서브 필드로 분할되지 않은 복수의 필드 각각에 대하여 수정된 후의 상기 몇몇 계수의 상기 연산 장치로부터 공급된 값을 기억하기 위한 제3메모리와, 상기 제2메모리에 기억된 제2패턴의 상기 데이터를 판독하고 상기 서브필드와 상기 필드 분할 공정 반복 후의 상기 서브 필드로 분할되지 않는 복수의 필드 각각을 위한 상기 제3메모리에 기억된 상기 값에 대한 상기 보정식에 따라서 상기 데이터의 보정값을 계산하는 제어 장치와, 상기 제어 장치에 의해 판독된 상기 데이터에 상기 보정값을 가산하기 위한 가산회로와, 상기 가산 회로의 출력에 따라서 상기 전자 빔을 편향하는 빔 편향 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 노광 장치.
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