KR100334636B1

KR100334636B1 - 노출된 시료의 표면 상에 부분적인 불균일이 있는 경우에도 고도로 정밀한 노출을 할 수 있는 대전 입자빔 노출 장치 및 노출 방법

Info

Publication number: KR100334636B1
Application number: KR1019990028182A
Authority: KR
Inventors: 야마다아키오; 오카와타쭈로
Original assignee: 히로시 오우라; 주식회사 아도반테스토
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2002-04-27
Also published as: GB2339960B; KR20000011676A; DE19934076A1; TW414960B; GB2339960A; GB9916395D0

Abstract

노출되어지는 시료 표면의 부분적인 불균일성을 검출하며 상기 시표 표면의 높이를 조정할 수 있는 대전 입자빔 노출 장치가 개시된다. 이 대전 입자빔 노출 장치는 대전 입자빔 소스, 대전 입자빔 성형기(shaper), 상기 대전 입자빔이 상기 시료 위에 방출되어지는 위치를 변화시키기 위한 편향기, 상기 시료 위에 상기 대전 입자빔을 조사(projecting)하기 위한 조사기, 및 노출 시에 상기 편향기와 상기 조사기를 제어하기 위한 제어 유닛을 포함한다. 집중되고 적절하게 편향되는 대전 입자빔에 의해 임의의 패턴이 상기 시료 위에 그려진다. 상기 장치는 상기 장치 내에 상기 시료를 이동시키기 위한 스테이지와, 상기 시료가 상기 장치에 적재되어 있는 동안 적어도 미리 결정된 밀도를 가지는 상기 시료의 미리 결정된 범위 내의 높이 분포를 측정하기 위한 높이 측정 유닛을 더 포함한다.

Description

노출된 시료의 표면 상에 부분적인 불균일이 있는 경우에도 고도로 정밀한 노출을 할 수 있는 대전 입자빔 노출 장치 및 노출 방법{CHARGED PARTICLE BEAM EXPOSURE APPARATUS AND EXPOSURE METHOD CAPABLE OF HIGHLY ACCURATE EXPOSURE IN THE PRESENCE OF PARTIAL UNEVENNESS ON THE SURFACE OF EXPOSED SPECIMEN}

본 발명은 전자빔과 같은 대전 입자의 빔을 사용하는 노출 기법이나, 특히 노출되는 시료(구체적으로는 웨이퍼)의 표면 위에 부분적인 불균일성이나 부분적인 일그러짐을 검출하는데 유용한 노출 장치와 노출 방법에 관한 것이다.

근래에 집적회로의 밀도를 증가시키면서, 전자빔이나 이온빔과 같은 대전 입자빔을 사용하는 신노출방법 또는 X 선을 사용하는 노출 방법이 연구되어 왔고 미세 패턴(fine pattern)을 형성하는데 오랫동안 대들보로 있었던 포토리소그라피를 대체할 수 있는 방법으로 실현되어왔다. 이들 신기법 중에서, 전자빔을 사용하여 패턴을 형성하는 전자빔 노출법은 상기 전자빔의 단면적이 수십 ㎚ 정도로까지 감소될 수 있으며 1㎛ 이하의 미세한 패턴을 형성할 수 있다는 점에서 큰 특징을 갖는다.

전자빔 노출 장치는 포토리소그라피 보다 더 미세한 패턴을 노출시키기 위한 것이고, 또한 높은 정밀도를 가지고 달성될 수 있는 노출을 위해서는, 미리 결정된 단면 모양을 가지는 빔이 웨이퍼 상의 희망하는 위치에 정밀한 조명(irradiation)을 보장하도록 집중되어야 하는 것을 필요로 한다. 상기 웨이퍼의 표면의 위치(즉, 높이)의 변화는 초점 이탈 상태(out-of-focus)와 노출 위치의 변위를 일으킨다. 초점 이탈 상태와 변위는 노출 패턴의 정밀도를 저하시킨다.

포토리소그라피에서는, 한번의 투사(one shot)에 하나의 칩(다이(die))를 노출시키는 것이 일반적인 관행이다. 이 노출은 웨이퍼 높이가 하나의 칩의 노출 범위 내에서 동일하다는 가정 위에 달성된다. 다르게 말하면, 하나의 칩의 노출 범위 내에 높이의 변화는, 만약 있다면, 조정될 수 없다. 이러한 이유로 인하여, 하나의 칩의 노출 범위 내에서 높이의 변화는 측정되지 않았다. 대조적으로, 전자빔 노출 장치에서는, 한번의 투사(one shot)로 노출된 범위가 단일빔 기법에 대해서 가장 작고, 또한 가변 직4각형법(variable rectangle method), 블록 노출법(block exposure method) 및 블랭킹 애퍼처(BAA: Blanking Aperture Array) 노출법에 대하여 이 순서로 증가한다. 그럼에도 불구하고, 최대 노출 범위는 수십 ㎛의 제곱 영역(square)으로 제한된다. 만약 각 노출 범위에 대하여 웨이퍼 높이가 측정되고 조절된다면, 더 높은 정밀도의 노출도 가능하게 된다. 이러한 조정이 수행될 수 있기 위해서는, 웨이퍼 위치, 즉 상기 빔이 조사되어지는 웨이퍼 표면의 높이를 정밀하게 측정해야 하는 것이 필요하다.

웨이퍼 표면 높이를 측정하는 잘 알려진 종래의 방법은 전자빔이나 광빔을 사용하는 방법을 포함한다. 전자빔을 사용하는 방법에서는, 전자빔의 초점을 변화시키면서 노출 정열(alignment)을 위해 웨이퍼 상에 형성된 기준 패턴이 스캐닝되며, 상기 과정에서 반사된 빔이 검출된다. 상기 반사된 빔의 검출 신호가 가장 가파른 변화를 겪게 되었을 때의 시점에서 상기 빔은 정확히 초점 형성되는 것으로 결정된다. 그러나, 이 방법은 이 측정이 기준 패턴을 가지는 부분에 대해서만 가능하다는 것과 초점을 변화시킴으로써 다수의 스캐닝 동작을 실제로 요구하고 있어서, 측정을 하는데 긴 시간을 필요로 하는 문제점을 야기한다.

웨이퍼 표면의 높이를 측정하는데 공지된 다른 범주의 방법은 광학적 높이 측정 장치를 사용한다. 이 범주는 비점수차(astigmatism)나 나이프 에지의 사용에 의하여 초점의 변위를 검출하며 초점을 웨이퍼 표면 상에 고정시키기 위한 방식으로 피드백에 의하여 제어되는 상기 위치로부터 웨이퍼 표면의 높이를 검출하는 방법 또는 광빔이 웨이퍼 표면 상에 방사(radiate)되며 반사된 광빔의 변위가 검출되고 이것에 의하여 웨이퍼 표면의 높이나 높이 변화를 검출하는 방법을 포함한다. 어떤 경우에도, 이 높이는 웨이퍼 상의 한 점에서만 측정 가능하다. 전체 웨이퍼 표면에 걸친 높이 분포를 측정하기 위하여, 웨이퍼는 스테이지와 함께 움직이고, 높이는 상기 웨이퍼 상의 복수의 점에서 측정되며, 또한 측정점들은 스프라인 함수(spline function)나 웬트젤 함수(Wentwel function)에 의하여 보간(interpolated)되는데, 이것에 의하여 전체 표면에 걸친 높이 분포를 나타내는 굴곡면(curved surface)을 계산하게 된다. 이 높이는 웨이퍼를 움직이면서 연속적으로 측정될 수도 있는데, 이 경우에 그 높이는 운동의 궤적을 따라 측정되어 그 결과로 전체 웨이퍼 표면에 걸친 높이 분포를 나타내는 굴곡면이 보간법에 의하여 또한 계산된다. 이 굴곡면에 따라, 노출에 대한 전자빔의 초점과 편향 효율성은 웨이퍼 표면의 높이를 조정하기 위하여 설정된다.

위에서 설명된 높이 측정의 종래의 방법은 불균일성이나 일그러짐이 웨이퍼 표면 위에 상대적으로 넓은 영역에 걸쳐 일어나는 경우, 즉 이 불균일성이 평탄한(smooth) 굴곡면으로 근사시킬 수 있도록 존재하는 한의 경우에는 문제 될 것이 없다. 그러한 경우에는, 웨이퍼 표면 높이가 높은 정밀도로 조정될 수 있다.

그러나, 부분적인 불균일성이나 부분적인 일그러짐이 웨이퍼 표면의 상대적으로 작은 범위에 존재하는 경우에는, 부분적인 불균일성이 존재하는 점들이 항상 확인될 수 있는 것은 아니다는 것이 문제이다.

부분적인 불균일성은 웨이퍼가 스테이지 상에 고정되는 때 정전 처크(electrostatic chuck)(웨이퍼 처크)와 상기 웨이퍼 사이에 사로 잡힌 먼지나 웨이퍼 부분(wafer parts)과 같은 이물질에 의하여 종종 야기된다. 그러한 이물질은 스테이지 상에 고착되며 동일한 위치의 부분 높이를 반복적으로 변화시키거나 또는 노출 과정 이후에 웨이퍼로 전달되며 이리하여 그 다음 웨이퍼가 스테이지 위에 고정되기 이전에 제거된다. 어쨋든, 웨이퍼 표면에 대한 부분적인 불균일성의 존재가 확인될 수 없다는 문제에 봉착한다. 부분적인 불균일성이나 그와 같은 것이 주어진 웨이퍼 상에 존재하는 경우에는, 그 사실이 확인될 수 있어야 한다는 것과 몇가지 예방 조치가 특정 웨이퍼에 대하여 취해져야 하는 것이 최우선으로 중요하다.

웨이퍼 표면의 부분적인 불균일성이나 그와 같은 것을 검출하기 위해 생각해 볼 수 있는 다른 수단은 종래의 높이 측정 과정에서 웨이퍼를 운반하는 스테이지를 미세하게 이동시킴으로써 측정점의 수를 증가시키는 것이다. 그러나, 이 방법은 검출된 부분 불균일성이 웨이퍼 그 자체로 기인하는 것인지 아니면 스테이지의 이동과 그 결과로 생기는 높이의 변화로 야기된 것인지를 정확하게 확인할 수 없다. 그러므로, 검출 결과를 결정하는 것이 분명치 않게 되는 문제가 있게 된다. 또한 측정점의 더 많은 수는 상당한 양의 시간을 소비하고 전체적으로 이 장치의 작업 처리량을 감소시킨다.

본 발명은 위에서 설명된 종래 기술의 문제점으로 인하여 창안되었으며, 그로 말미암는 본 발명의 목적은 노출되는 시료면 상에 전개되어 있는 부분적인 불균일성이 명확하게 검출될 수 있으며 이리하여 노출되어지는 시료의 표면의 높이가 정밀하게 조정될 수 있어서, 이것에 의하여 고도로 정밀한 노출과 향상된 수율(an improved yield)에 기여할 수 있는 대전 입자의 빔 노출 장치와 노출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 대전 입자빔 노출 장치와 방법은 이 장치 내에 적재되는 시료에 대해 미리 결정된 밀도 이상으로 노출되어지는 시료 상에 미리 결정된 범위 내에 있는 높이 분포를 측정하기 위한 높이 측정 유닛을 사용한다.

구체적으로는, 본 발명의 한 양상에 따라 대전 입자빔 노출 장치가 제공되는데, 대전 입자빔을 발생시키기 위한 대전 입자빔 소스, 상기 대전 입자빔의 모양을 성형하기 위한 성형기(shaper), 상기 대전 입자빔이 노출되는 시료 위에 방사(radiate)되는 위치를 변화시키기 위한 편향기, 상기 노출되는 시료 위에 상기 대전 입자빔을 조사(project)하는 조사기(projector), 노출 시에 상기 편향기와 상기 조사기를 제어하기 위한 제어 유닛, 적절하게 조사되고 편향되는 상기 대전 입자빔을 통해 상기 노출되는 시료 위에 패턴을 그리기 위한 수단, 상기 장치 내에서 상기 노출되는 시료를 이동시키기 위한 스테이지, 및 상기 시료가 상기 장치에 적재되는 동안 미리 결정된 밀도 이상으로 노출되어지는 상기 시료의 미리 결정된 범위 내에 있는 높이 분포를 측정하기 위한 높이 측정 유닛을 포함한다.

이 장치는 스테이지로 상기 시료를 이동시킴으로써 높이 측정 유닛에 대한 상기 노출되는 시료의 측정점을 변화시키며, 여러 점에서의 상기 측정치를 결합하며 또한 상기 노출되는 시료의 전체 표면에 걸친 높이 분포를 계산하기 위한 검출 높이 처리 유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 양상을 따라, 시료 위에 적절하게 집중되고 편향되는 대전 입자빔에 의해 상기 노출되는 시료 위에 패턴을 그리기 위한 대전 입자빔 노출 방법이 제공되는데, 상기 방법은 상기 대전 입자빔에 의하여 패턴을 그리기에 앞서, 노출 장치의 스테이지 위에 시료를 적재하는 단계와, 미리 결정된 밀도 이상의 상기 시료의 미리 결정된 범위에 있는 높이 분포를 측정하는 단계와, 상기 스테이지와 함께 이동되는 상기 시료 위의 측정점을 변화시킴으로써 상기 시료의 전체 표면에 걸친 높이 분포를 계산하며 여러 점에서의 측정치를 결합시키는 단계와, 이 측정치에 기초를 둔 상기 시료의 부분적인 높이 변화의 허용성을 결정하는 단계와, 및 상기 허용성의 결정이 만족되는 경우에 상기 시료를 노출시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 대전 입자빔 노출 장치와 방법에 대한 구성에서, 시료 표면의 미리 결정된 범위의 높이 분포는 대전 입자빔에 의하여 패턴이 그려지지(plot) 않을 때(노출 과정이 실시되지 않을 때) 이 장치에 적재되는 상기 시료를 가지는 높이 측정 유닛에 의하여 측정된다. 지금까지, 종래의 높이 측정 방법으로는 확인하기가 매우 어려웠던 노출되어지는 시료에 대한 부분 불균일성은 명확하게 검출될 수 있다. 그 결과로, 노출되어지는 시료의 높이 측정에 기초하여 (노출 시에 대전 입자빔의 편향 효율성에 초점을 맞추거나 또는 설정함에 의한) 높이 측정과 높이 조정은 높은 정밀도로 수행될 수 있고, 이것에 의하여 고도로 정밀한 노출 및 개선된 수율에 도달하는 것이 가능하다.

이 장치는 상기 노출되어지는 시료 위에 노출 영역의 미리 결정된 범위 내에 미리 결정된 허용치를 초과하는 높이 변화를, 만약 검출된다면, 공시하는 알람을 발생시키기 위한 알람 유닛과, 상기 높이가 변화되는 상기 시료 위의 위치에 대응하는 스테이지의 위치에 대한 정보를 저장하기 위한 저장 유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다. 알람은, 예를 들어 K =ΔH/ΔL - 여기서 ΔL은 상기 노출되어지는 시료 위의 노출 영역에서의 두 점 사이의 거리이고, ΔH는 이 두 점 사이의 높이 차이다 - 로서 정의된 추정치(K)가 미리 결정된 값을 초과하였는지 아닌지에 대한 결정 결과에 따라서, 발생된다. 더욱이, 이 장치는 미리 결정된 허용치를 초과하는 높이 변화가, 상기 알람이 복수의 시료 상에서 발생되는 스테이지 위치에 대한 정보로부터, 상기 시료 자체에 의해서 야기되는지 아니면 상기 스테이지에 의해서 야기되는지를 결정하기 위한 결정 유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.

높이 측정 유닛은 예를 들어 2 차원 어레이로 서로 평행하는 복수의 광빔들을 방출하기 위한 광빔 방출기와 상기 노출되어지는 시료들의 표면으로부터 반사된 복수의 광빔들을 검출하기 위한 2 차원 광검출기를 포함한다. 광빔 방출기는 2 차원 어레이로 된 복수의 광빔 소스를 포함하는 방식 또는 레이저빔 소스, 상기 레이저빔 소스로부터 방출된 레이저 빔을 평행 빔으로 변환하기 위한 렌즈, 및 상기 평행 빔을 상기 애퍼처에 대응하는 복수의 빔으로 분할하기 위하여 2 차원 어레이로 된 복수의 애퍼처를 구비하는 애퍼처 어레이를 포함하는 방식으로 구성된다.

높이 측정 유닛은 기준면으로부터 반사된 광빔과 상기 노출되는 시료면으로부터 반사된 광빔 사이의 간섭에 의하여 발생된 간섭 프린지(fringe)로부터 상기높이 분포를 측정하기 위한 간섭 유닛이다. 이 간섭 유닛은, 레이저빔 소스, 상기 레이저빔 소스로부터 방출된 레이저빔을 평행 빔으로 변환하기 위한 렌즈, 기준 반사면, 상기 평행 빔을 상기 노출 시료면으로 입사하는 빔과 상기 기준 반사면으로 입사하는 빔으로 분할하고 상기 시료면으로부터 반사된 상기 빔과 상기 기준 반사면으로부터 반사된 상기 빔을 결합시키기 위한 빔 분할기, 및 결합된 광빔의 형태로 얻어진 간섭 패턴을 검출하기 위한 2 차원 광 검출기를 포함하는 타이만-그린(Twyman-Green) 간섭계일 수도 있다.

본 발명의 상기와 같은 목적과 다른 목적, 특징과 이점들은 실시예를 참조로 하여 아래에서 상세하게 기술될 것이다.

본 발명은 첨부하는 도면을 참조로 하여 아래에서 설명되는 바와 같은 상세한 설명으로부터 좀더 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 블록 노출법을 사용하는 전자빔 노출 장치의 전형적인 구성예의 일부를 도시하는 개략도.

도 2는 전자빔 노출 장치의 노출면의 높이 변화의 영향을 설명하기 위한 도면.

도 3은 종래의 전자빔 노출 장치의 노출면의 높이를 광학적으로 측정하기 위한 측정점들의 예를 도시하는 도면.

도 4는 부분 불균일성의 변화가 보간법(interpolation)에 의한 높이 분포를 계산하기 위한 종래의 방법으로 발생하는 경우에 야기되는 문제점을 설명하기 위한 도면.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자빔 노출 장치의 구성의 일부를 개략적으로 도시하는 도면.

도 6a 내지 도 6d 는 제 1 실시예에 따른 높이 측정 유닛의 구성과 상기 장치에 의한 검출 원리를 설명하기 위한 도면.

도 7a 및 도 7b는 제 1 실시예에 따른 상기 장치의 광빔 방출기의 구성예를 도시하는 도면.

도 8은 제 1 실시예에 따른 측정 영역의 운동예를 도시하는 도면.

도 9는 제 1 실시예에 따른 방법의 흐름을 도시하는 흐름도.

도 10은 높이 측정 유닛의 제 1 변형에 따른 구성을 도시하는 도면.

도 11은 높이 측정 유닛의 제 2 변형에 따른 구성을 도시하는 도면.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 높이 측정 유닛의 구성과 상기 전자빔 노출 장치에서 얻어진 간섭 패턴을 개략적으로 도시하는 도면.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 노출 유닛 11 : 전자총

18 : 블록 마스크 32 : 마스크 스테이지

33 : 웨이퍼 스테이지 40 : 제어 유닛

44 : 노출 순서 제어기 46 : 주 편향기 조정 회로

48 : 패턴 발생기 51, 52, 53, 54, 55, 56 : 증폭기 유닛

61 : 광빔 방출기 62 : 광 검출기

71 : 광빔 소스 81 : 반도체 레이저

82 : 시준 렌즈 85 : 빔분할기

종래 기술을 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 전자빔 노출 장치와 종래 장치의 문제점을 간략하게 설명하고자 한다.

종래 기술에서는, 전자빔을 사용하는 노출 과정은 소위 '단일 스트로크(the single-stroke)' 묘사 방법을 사용하는 단일빔 노출법에 의하여 수행되어 왔다. 그러므로, 이 패턴이 미세하면 미세할수록, 노출에 필요한 빔이 더 작아진다. 그 결과 노출을 위해 요구되는 시간이 아주 길게 된다. 이러한 불편을 제거하기 위하여, 가변 정4각형 노출법(variable rectangle exposure method), 블랭킹 애퍼처 어레이 노출법(blanking aperture array exposure method), 블록 노출법(block exposure method), 등등이 고안되었고 실제 적용을 하여 왔다. 위에서 기술된 노출법 중 어느 하나에 적용 가능한, 본 발명은 일예로서 블록 노출법을 취하여 아래에서 설명하고자 한다.

블록 노출법은 반복 패턴의 단위를 구성하는 몇가지 기본 패턴에 대응하는 애퍼처로 구성된 블록 마스크를 사용한다. 이 단위 패턴들은 블록 마스크의 희망하는 애퍼처를 통해 빔을 투과시키며 노출되는 시료에 조사함으로써 발생된다. 그후 이 단위 패턴은 반복 패턴을 노출시키기 위해 연결된다. 이 블록 노출법은 기본 패턴이 실질적으로 노출의 전 영역에 걸쳐 반복적으로 구성되는 1Gb DRAM 이나 4Gb DRAM을 위한 미세한 패턴을 노출시키는데 아주 효과적이다.

도 1은 블록 노출법을 사용하는 전자빔 노출 장치의 전형적인 구성예를 개략적으로 도시한다.

도시된 바와 같이, 전자빔 노출 장치는 노출 유닛(10)과 제어 유닛(40)으로 구성된다. 노출 유닛(10)에서, 일점 쇄선으로 한정된 부분(CLM)은 '컬럼'이라고 명명한다. 컬럼(CLM)에서, 참조 번호 11은 전자빔을 방출시키기 위한 전자총을 지시하고, 참조 번호 12는 상기 방출된 전자빔을 평행 빔으로 변환하기 위한 렌즈를, 참조 번호 13은 상기 전자빔의 단면을 정 4각형으로 모양을 만들기 위한 애퍼처를 구비하는 마스크, 참조 번호 14는 이렇게 모양이 성형된 상기 전자빔을 집중시키기 위한 렌즈, 참조 번호 15는 상기 성형된 전자빔이 블록 마스크(이후에 기술된 참조 번호 18로 지정된 부분) 위에 방사되는 위치를 편향시키기 위한 편향기, 참조 번호 16, 17은 전자빔 흐름의 방향을 따라 서로에 대하여 대향되게 배열된 렌즈, 참조 번호 18은 상기 렌즈(16 및 17) 사이에 수평으로 이동 가능하게 배열될 뿐만 아니라 희망하는 바대로 전자빔의 단면을 성형시키기 위하여 애퍼처 (투과 패턴)로 구성된 블록 마스크, 참조 번호 19 내지 22는 상기 블록 마스크(18) 위에 상기 전자빔을 편향시켜 원래의 광축 상으로 상기 희망하는 투과 패턴을 거쳐 지나간 상기 전자빔을 복귀시킴으로써 상기 희망하는 투과 패턴을 선택하기 위한 마스크 편향기, 참조 번호 23, 24는 각각 상기 전자빔의 편향을 조정하기 위한 다이나믹초점 코일(dynamic focus coil)과 다이나믹스티그 코일(dynamic stigue coil), 참조 번호 25는 상기 전자빔을 차단하거나 투과시키기 위한 블랭킹 편향기, 참조 번호 26은 상기 전자빔의 단면을 줄이기 위한 렌즈, 참조 번호 27은 상기 전자빔의 단면의 모양을 원형으로 성형시키기 위한 애퍼처를 구비하는 마스크, 참조 번호 28, 29는 상기 성형된 전자빔을 상기 노출되는 시료(이후에 기술되는 웨이퍼(W)) 위에 방사하기 위한 조사 렌즈, 및 참조 번호 30, 31은 각각 상기 빔을 상기 웨이퍼(W) 위의 제 위치에 설정하기 위한 주 편향기와 보조 편향기를 지시한다.

참조 번호 32는 상기 블록 마스크(18)를 지지하며 수평 방향으로 이동시키기 위한 마스크 스테이지를 지시하고, 또한 참조 번호 33은 상기 웨이퍼(W)를 운반하며 수평 방향으로 이동 가능한 웨이퍼 스테이지를 지시한다. 구체적으로 도시되지는 않았지만, 이 웨이퍼 스테이지(33)는 컬럼(CLM)와 함께 진공 상태로 연결된 챔버 내에 배열되고, 또한 수평 방향으로 상기 스테이지의 좌표 위치를 검출하기 위한 수단(레이저 간섭계나 그와 같은 것)과 검출 결과에 따라 상기 스테이지를 이동시키기 위한 스테이지 이동 기구에 연결된다. 이후 설명에서는, 이 웨이퍼 스테이지(33)는 단순히 스테이지라고 명명될 것이다.

다른 한편으로 제어 유닛(40)에서. 참조 번호 41은 전체 전자빔 노출 장치를 제어하기 위한 중앙 처리 장치(CPU)를 지시하고, 참조 번호 42는 집적 회로 유닛이나 그와 같은 것에 대한 디자인 데이터를 저장하기 위하여 시스템 버스(BUS)를 거쳐 상기 CPU(41)에 연결되는 저장 매체를, 참조 번호 43은 상기 시스템 버스(BUS)를 거쳐 상기 CPU(41)에 연결되는 인터페이스, 참조 번호 44는 상기 인터페이스(43)로부터 전송되는 노출 시작/종료 정보에 일반적으로 기초한 노출 과정의 순서를 제어하기 위한 노출 순서 제어기, 및 참조 번호 45는 상기 노출 순서 제어기(44)에 의하여 제어된 데이터 출력과 함께 상기 인터페이스(43)로부터 전송되는 묘사 패턴(plotting pattern)과 블록 마스크(18)에 대한 데이터를 저장하기 위한 데이터 메모리를 지시한다. 참조 번호 46은 상기 노출 순서 제어기(44)의 제어에 따라 상기 데이터 메모리(45)로부터 나오는 상기 주 편향기의 편향 데이터에 기초하여 상기 주 편향기(30)에 대한 편향 양 조정값(deflection amount adjustment value)을 계산하는 것과 같은 과정을 수행하기 위한 주 편향기 조정 회로를 지시한다. 참조 번호 47은 각 투사(shot) 동안 상기 전체 노출 장치가 상기 노출 순서 제어기(44)의 제어를 받아 이후에 기술되는 패턴 발생기와 패턴 조정 유닛으로부터 전송되는 노출 시간 데이터, 노출 시간 조정 데이터, 및 안정 시간 데이터를 기초로 하여 동작하게 해주기 위한 계산 처리 클록과 블랭킹 클록을 발생시키기 위한 클록 발생기를 지시한다. 참조 번호 48은, 상기 클록 발생기(47)로부터 나오는 계산 처리 클록에 따라 상기 데이터 메모리(45)에 저장된 상기 데이터를 기초로 하여 상기 블록 마스크(18)를 투과한 패턴들 중 하나를 지정하며, 상기 블록 마스크(18) 상에 지정된 패턴의 위치를 나타내는 마스터 방사 위치 데이터(master radiation position data)(즉 희망하는 묘사 패턴을 노출시키는데 사용되는 특정 투과 패턴을 나타내는 패턴 데이터 코드(PDC: Pattern Data Code))를 발생시키며, 또한 상기 특정 묘사 패턴이 노출되어지는 상기 웨이퍼(W) 위의 위치를 나타내는 웨이퍼 노출 위치 데이터(즉 하나의 빔 방사에 대응하는 투사 패턴 데이터(SPD :Shot Pattern Data))를 발생시키기 위한 패턴 발생기를 지시한다. 참조 번호 49는 상기 블록 마스크(18) 상 각 패턴(패턴 데이터 코드(PDC: Pattern Data Code)의 위치와 대응하는 편향 데이터 사이에 (상기 인터페이스(43)를 거쳐), 미리 측정된, 관계를 저장하기 위한 마스크 메모리를 지시한다. 참조 번호 50은 상기 클록 발생기(47)로부터 나오는 상기 계산 처리 클록에 반응하여 상기 패턴 발생기(48)로부터 나오는 상기 투사 패턴 데이터(SPD)와 상기 마스크 메모리(49)로부터 나오는 상기 편향 데이터에 기초하여 상기 묘사된(plotted) 패턴의 형상과 상기 지정된 패턴의 형상 사이의 차이점에 대응하는 조정값을 계산하는 것과 같은 과정을 수행하기 위한 패턴 조정 유닛을 지시한다. 참조 번호 51은 상기 패턴 조정 유닛(50)으로부터 나오는 상기 조정값을 아날로그 값으로 변환하며, 그 값을 증폭하고 또한 상기 아날로그 값을 상기 편향기(15)에 상기 조정된 편향 데이터로서 적절하게 출력하기 위한 디지털-아날로그 변환기 및 증폭기(DAC & AMP)(본 명세서에서는 편의를 위하여 '증폭기 유닛'이라고 명명함)을 지시한다. 참조 번호 52, 53은 상기 마스크 메모리(49)로부터 나오는 상기 편향 데이터를 아날로그 데이터로 변환하며, 상기 아날로그 데이터를 적절하게 증폭하고 또한 상기 아날로그 데이터를 상기 다이나믹초점 코일(23)과 상기 다이나믹스티그 코일(24)와 상기 마스크 편향기(19 내지 22)로 각각 출력하기 위한 증폭기 유닛을 지시한다. 참조 번호 54는 상기 클록 발생기(47)로부터 나오는 상기 블랭킹 클록을 아날로그 데이터로 변환하며, 상기 아날로그 데이터를 적절하게 증폭하고 또한 상기 아날로그 데이터를 블랭킹 신호로서 상기 블랭킹 편향기(25)에 출력하기 위한 증폭기 유닛을 지시한다. 참조 번호 55, 56은 상기 패턴 조정 유닛(50)과 상기 주 편향기 조정 회로(46)으로부터 나오는 상기 조정값을 아날로그 값들로 변환하며, 상기 아날로그 값을 적절하게 증폭하고 또한 상기 아날로그 값들을 상기 보조 편향기(31)와 상기 주 편향기(30)에 상기 조정된 편향 데이터로서 출력하기 위한 증폭기 유닛을 지시한다.

위에서 기술된 구성에서, 노출 방법은 다음 방식으로 수행된다.

먼저, 노출되는 데이터는 CPU(41)에 의하여 저장 매체(42)로부터 판독되어 데이터 메모리(45)에 저장된다. 일단 노출이 CPU(41)로부터 노출 순서 제어기(44)에 인가되는 시작 신호로 시작되면, 상기 데이터 메모리(45)에 저장된 주 편향기 편향 데이터는 조정값이 계산되어 적용되는 주 편향기 조정 회로(46)에 전송되며, 증폭기 유닛(56)을 거쳐 조정된 편향 데이터로서, 주 편향기(30)에 전송된다. 그후, 출력값이 안정화된 후, 노출 순서 제어기(44)는 계산 처리 클록과 블랭킹 클록을 발생시키도록 클록 발생기(47)를 제어한다. 이 계산 처리 클록에 반응하여, 상기 패턴 발생기(48)는 데이터 메모리(45)에 저장된 블록 데이터와 패턴 데이터를 판독하고, 각 데이터를 기초로 하여, 패턴 데이터 코드(PDC)와 투사 패턴 데이터(SPD)를 각각 발생시킨다. 그후, 패턴 데이터 코드(PDC)에 대한 편향 데이터는 마스크 메모리(49)로부터 판독되고 패턴 조정 유닛(50)에 제공된다. 패턴 조정 유닛(50)은 계산 처리 클록에 반응하여 패턴 발생기(48)로부터 나오는 투사 패턴 데이터(SPD)와 편향 데이터를 기초로 한 조정값 계산 과정을 수행한다. 패턴 조정 유닛(50)으로부터 출력되는 데이터, 마스터 메모리(49)로부터 판독된 데이터, 및 클록 발생기(47)로부터 발생된 블랭킹 클록은 각각 대응하는 증폭기 유닛(51 내지 55)에 입력 되고, 또한 아날로그 데이터로 변화되고 적절하게 증폭된 후에는, 상기 편향기들이나 상기 코일들에 제공된다.

다른 한편으로, 상기 전자총(11)으로부터 방출되었던 전자빔은 상기 렌즈(12)에 의하여 평행빔으로 변환되고, 또한 상기 마스크(13)의 정4각형 애퍼처를 투과한 후에는, 상기 렌즈(14, 16)에 의하여 집중되고 상기 블록 마스크(18) 위에 방사된다. 이와 같이 방사된 전자빔은 상기 블록 마스크(18) 상에서 적절히 편향된다. 구체적으로, 상기 블록 마스크(18) 상에 상대적으로 큰 (약 5㎜) 범위의 편향은 상기 마스크 편향기(19, 20)에 의하여 수행된다. 상기 마스크(18) 상의 희망하는 투과 패턴이 상기 편향기(19, 20)에 의하여 선택되고 나면, 상대적으로 작은 (약 500㎛) 범위의 편향이 상기 편향기(15)에 의하여 수행된다. 그후, 상기 블록 마스크(18) 상의 희망하는 투과 패턴을 거쳐 지나간 전자빔은 상기 마스크 편향기(21, 22)에 의하여 원래의 광축 상으로 복귀되고, 상기 렌즈(17)에 의하여 집중되어진 후에는, 빔조정 코일(다이나믹초점 코일(23)과 다이나믹스티그 코일(24))에 의하여 편향 조절된다. 더욱이, 블랭킹 편향기(25) 사이를 지난 후, 상기 전자빔은 상기 렌즈(26)에 의하여 감소된 빔의 단면을 가지며, 상기 마스크(27)의 원형 애퍼처를 거쳐 지나고, 또한 조사 렌즈(28, 29)를 거쳐 상기 웨이퍼(W) 상으로 조사(즉 노출)된다. 상기 웨이퍼(W) 상에 방사된 전자빔은 주 편향기(30)에 의하여 약 2㎜ 의 큰 편향 영역 내로 편향되며 나아가 보조 편향기(31)에 의하여 약 100㎛의 작은 편향 영역 내로 편향된다. 이 과정에서, 상기 전자빔은 블랭킹 편향기(25)에 의하여 턴온/턴오프 되는데, 이것에 의하여 웨이퍼(W) 상의 패턴을 묘사(plot)하게 된다.

블록 노출형의 전자빔 노출 장치가 위에서 설명되었다. (가변 정4각형 노출법이나 BAA 노출법과 같은) 다른 노출법을 사용하는 전자빔 노출 장치들도 상기 블록 노출법과 동일한 기본 구성을 가지며 동일한 작동 단계를 가진다.

도 2는 상기 웨이퍼의 높이 변화에 의하여 야기되는 문제를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서 도시된 바와 같이, H1으로 나타낸 웨이퍼 표면 상에 초점이 형성된 전자빔(EB1 내지 EB3)은 상기 웨이퍼 표면이 H2 또는 H3 로 나타낸 점으로 변화할 때 초점 이탈 상태(out-of-focus)를 야기한다. 또한 웨이퍼 표면이 H1 에서부터 H2 또는 H3로 변하는 경우에, 웨이퍼 표면에 대하여 임의의 입사각으로 방사되는 전자빔(EB2 및 EB3)은 노출 위치의 변위(displacement)를 야기한다. 이 초점 이탈 상태와 변위는 노출 패턴의 정밀도(accuracy)를 저하시킨다.

포토리소그라피 기법에서는, 한번의 투사(one shot)로 각 칩(다이(die))를 노출시키는 것이 일반적인 관행이며, 또한 상기 노출은 상기 웨이퍼가 하나의 칩의 노출 범위 내에서 동일한 높이를 가진다는 가정 하에 시행된다. 다르게 말하면, 하나의 칩의 노출 범위 내의 웨이퍼 높이 변화는, 만약 있다면, 조정될 수 없다. 이러한 이유 때문에, 하나의 칩의 노출 범위 내의 웨이퍼 높이 변화는 측정되지 않는다. 대조적으로 전자빔 노출 장치에서는, 한번의 투사로 노출된 범위는 단일빔 방법에서 가장 작으며, 가변 정4각형법, 블록 노출법 및 BAA 노출법의 순서로 증가한다. 그러나, 기껏해야, 노출 범위는 수십 ㎛의 제곱 영역(square)이다. 그 결과로, 각 노출 범위에 대한 웨이퍼 높이를 측정하며 조정함으로써 더 높은 정밀성을 갖는 노출이 가능하게 된다. 초점 이탈 상태는, 예를 들어 도 1에서 도시된 다이나믹초점 코일(23)과 다이나믹스티그 코일(24)에 의하여 조정되는 반면, 위치 이탈(out-of-position) 상태는 예를 들어 보조 편향기(31)의 편향 효율성을 바꿈으로써 조정된다. 이러한 조정 방법은 상기 빔으로 조사되어지는 상기 웨이퍼의 위치, 즉 상기 웨이퍼 표면의 높이를 정확히 측정해야 하는 것을 요구한다.

위에서 서술된 바와 같이, 전자빔이나 광빔을 사용하는 방법은 웨이퍼 표면의 높이를 측정하는 방법으로 알려져 있다. 그러나, 이들 방법 중 어느 것에서도, 한 점에서만의 높이가 측정되고, 또한 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 높이를 측정하기 위해서는, 스테이지가 이동하는 것이 요구되는데, 이에 의해 스테이지의 운동으로 인한 오차의 문제를 야기한다. 전체 웨이퍼 표면에 걸친 높이 분포가 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 광빔을 사용하는 높이 측정 유닛으로 측정되는 경우에, 상기 웨이퍼는 상기 스테이지에 의하여 이동되고 또한 상기 웨이퍼 상의 복수의 점들에서 높이가 측정된다. 상기 각 점들은 스프라인 함수(spline function)나 웬첼 함수(Wentzel function)에 의하여 보간되는데, 이것에 의하여 전체 표면에 걸친 높이 분포를 나타내는 굴곡면(curved surface)을 계산하게 된다. 상기 높이는 웨이퍼를 이동시키는 동안 연속적으로 측정되며, 그 경우에 상기 높이는 운동의 궤적을 따라 측정되고 또한 보간법이나 그와 같은 것에 의하여 전체 웨이퍼 표면에 걸친 높이 분포를 나타내는 굴곡면이 계산된다. 그 결과의 굴곡면에 따라서, 상기 전자빔은 초점이 형성되거나 편향 효율성은 상기 웨이퍼 표면 높이를 조정하기 위하여 노출 시에 설정된다.

위에서 기술된 높이 측정을 하는 종래의 방법에서는, 불균일성(unevenness)이나 일그러짐(distortion)이 웨이퍼면의 상대적으로 넓은 범위에 걸쳐 일어날 수도 있는데, 즉 평탄한 굴곡면에 의하여 어림잡을 수 있는 불균일성이나 그와 같은 것이 일어날 수도 있다. 이 경우에, 특별한 문제가 부과되지는 않으며 상기 웨이퍼 높이면은 상당한 정밀도로 조정될 수 있다. 그러나, 부분적인 불균일성이나 부분적인 일그러짐이 상기 웨이퍼 면의 상대적으로 작은 범위 내에 일어나는 경우에는 부분적인 불균일성이나 그와 같은 것이 일어난 점들이 항상 확인될 수 있는 것은 아니다. 도 4는 이 문제를 설명하기 위한 도면이다. P1 내지 P3 로 나타낸 3개의 점들에서 높이가 측정되며 점선으로 도시된 바와 같이 상기 높이 분포를 나타내는 굴곡면(VS)은 스프라인 함수나 웬첼 함수로 근사시키는 보간법을 사용하여 생성되어, 그 결과 이 굴곡면(VS)을 따라 조정이 이루어지게 된다. 그러나, 평탄한 굴곡면으로 근사화시킬 수 없는 부분적인 불균일성이나 그와 같은 것이 상기 웨이퍼 표면 상에 일어나는 경우에, 실제면은 PS로 나타낸 면이고 굴곡면(VS)과의 차이는 완전하게 조정될 수 없다. 위에서 기술된 바와 같이, 이 부분적인 불균일성이나 그와 같은 것은 정전 처크(electrostatic chuck)(웨이퍼 처크)와 특정 웨이퍼 사이에 사로잡혀 있는 웨이퍼 조각 또는 먼지와 같은 이물질에 의하여 종종 야기된다.

이 때문에, 이 문제를 해결하기 위하여 생각된 종래의 방법은 상기 웨이퍼를 운반하는 스테이지를 미세하게 이동시킴으로써 측정점의 수를 증가시키는데 있다. 그러나, 이 방법에서는, 상기 검출되는 부분적인 불균일성이 웨이퍼 그 자체에 의하여 야기되는지 아니면 상기 스테이지의 이동으로 인한 높이 변화에 의하여 야기되는지를 정확하게 구별하는 것은 어렵다. 그러므로, 상기 검출 결과의 결정이 명확치 않은 것이 문제이다. 또한 다수의 측정점은 측정을 하는데 상당한 양의 시간을 소비하여, 전체로서는 이 장치의 작업 처리량을 감소시키는 문제점을 야기한다.

도 5a 및 도 5b 는 본 발명의 제 1 실시예를 따른 전자빔 노출 장치의 구성 일부를 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 1에서와 같이, 참조 번호 10은 노출 유닛을 지시하고, 참조 번호 11은 전자빔(EB)을 방출하기 위한 전자총을, 문자 W는 웨이퍼를, 참조 번호 33은 웨이퍼(W)를 운반하며 수평 방향으로 이동 가능한 스테이지를, 및 참조 번호 40은 제어 유닛을 지시한다. 더욱이, 참조 번호 60은 컬럼(CLM)과 함께 진공 상태를 유지하면서 상기 웨이퍼(W)를 운반하는 상기 스테이지(33)를 수납하기 위한 챔버를 지시한다. 컬럼(CLM)과 제어 유닛(40)은 기본적으로 도 1을 참조로 하여 위에서 설명된 구성과 동일한 구성을 가진다.

이 실시예에 따른 장치는 광빔 방출기(61), 2 차원 광검출기(62), 및 상기 2 차원 광검출기(62)의 출력 신호를 처리하며 높이 분포를 계산하기 위한 측정 높이 처리 유닛(63)을 포함하는 높이 측정 유닛을 더 포함한다. 상기 광빔 방출기(61)와 상기 2 차원 광검출기(62)는 도시된 바와 같은 챔버(60)의 상부 내벽에 배열된다. 측정 높이 처리 유닛(63)은 예를 들어 도 1의 CPU(41)에 있는 소프트웨어에 의하여 실현된다. 이후에 설명되는 바와 같이, 상기 광빔 방출기(61)와 상기 2 차원 광검출기(62)는 상기 웨이퍼(W)의 노출에 앞서 상기 웨이퍼면의 높이 변화를 측정하는데 사용된다. 이러한 목적으로, 상기 광빔 방출기(61)로부터 방출되는 방사광(radiation light)(M)이 사용된다.

그러므로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼면의 높이 변화를 측정할 때, 상기 웨이퍼(W)는 상기 스테이지(33) 상에 적재되어 있는 동안, 상기 광빔 방출기(61)에서부터 조사된 상기 광(M)으로 조사되는 위치로 적절하게 이동된다. 다른 한편으로, 도 5a 에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)의 노출 과정에서, 상기 웨이퍼(W)를 운반하는 상기 스테이지(33)는 상기 컬럼(CLM)에서부터 전자빔(EB)으로 조사되는 위치로 적절하게 이동된다.

제 1 실시예에 따른 상기 광빔 방출기(61)와 2 차원 광검출기(62)의 특정한 구성예가 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a와 도 7b를 참조로 하여 설명될 것이다.

먼저, 도 6a와 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 광빔 방출기(61)는 2 차원 어레이로 된 복수의 광빔 소스(71)을 구비한다. 각 광빔 소스(71)는 도 7a에 도시된 바와 같이, LED나 반도체 레이저와 같은 실질적으로 점광원을 구성하는 광원(72)이 투명 플라스틱 등의 렌즈 몸체(74)와 몰딩되도록, 형성된다. 렌즈 몸체(74)는 렌즈의 한 측에 구형이거나 비구형인 렌즈면을 구비하여서 상기 광원(72)으로 나오는 광이 거의 평행빔으로 방출되도록 한다. 참조 번호 73은 상기 광원(72)의 단자를 지시한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, (이 경우에는 5×5)인 다수의 광빔 소스(71)는 지그(jig)나 그와 같은 것으로 고정되며 각 광빔 소스(71)의 후미측이 베이스 플레이트(77)의 구멍 내에 위치하는 방식으로 배열된다. 그후, 각 광원 소스(71)는 광빔을 방출하기 위하여 턴온 된다. 광빔 소스(71)로부터 나오는 광빔은 상기 지그의 조정 기구에 의하여 조정되어, 그 결과 그 광빔들이 미리 결정된 방향으로 평행하게 방출된다. 이 조정이 완료되면, 플라스틱이나 접착제(76)가 베이스 플레이트(77)의 구멍들 안으로 주입되는데, 이것에 의하여 각 광빔 소스(71)가 베이스 플레이트(77)에 고정되게 된다. 그 결과로, 서로에 대하여 평행한 복수의 광빔을 방출하기 위한 광빔 방출기(61)가 얻어진다.

2 차원 광검출기(62)는 CCD 와 같은 이미지 픽업 장치이다. 도 6a 및 도 6b에서 도시된 구성에서, 상기 광빔 방출기(61)로부터 나오서 상기 웨이퍼(W)를 향하여 방출된 복수의 광빔들은 상기 웨이퍼(W)의 표면으로부터 반사되고, 반사 방향(즉, 빔의 위치)은 상기 2 차원 광 검출기(62)에 의하여 검출된다.

이 과정에서, 도 6a에서 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)의 표면은 실질적으로 평평하다(즉, 부분적인 불균일성이나 그와 같은 것이 전개되어 있지 않다)고 가정해 보자. 상기 2 차원 광검출기(62)에 의하여 검출되는 각 빔의 위치를 나타내는 상기 패턴(검출 패턴)은 도 6c에서 도시된 바와 같은, 상기 광빔 소스들(71)의 배열에 대응하는 규칙적인 패턴이다.

다른 한편으로, 부분 불균일성이나 그와 같은 것이 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 웨이퍼(W)의 표면 상에 전개되어 있는 경우에는, 상기 2차원 광검출기(62) 상의 검출 패턴은 도 6d에 도시된 바와 같은 정상의 규칙적 패턴으로부터 변위된다. 상기 측정 높이 처리 유닛(63)은 2 차원 광 검출기(62)의 출력 신호를 처리하며 이것에 의하여 각 광빔의 방사점(radiation point)을 확인하고, 이리하여 변위의 량(amount of displacement)으로부터 높이 분포를 계산한다. 이러한 방식으로, 부분 불균일성이 전개되어 있는 점과 정상 높이(normal height)의 점을 포함하는 두 점 사이의 거리(ΔL)와 두 점 사이의 높이차(ΔH)를 결정하는 것이 가능하다. 이러한 정보(ΔL, ΔH)는 이후에 기술되는 바와 같이, 각 웨이퍼에 대하여 부분 불균일성의 추정치(K)를 결정하는데 사용된다.

위에서부터 본 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 장치는 상기 광빔 방출기(61)로부터 방출되는 복수의 광빔으로 조사되는 상기 웨이퍼(W) 상의 범위의 높이 분포를 동시에 측정할 수 있다. 이 범위의 높이 분위가 동시에 측정되기 때문에, 스테이지 이동의 정밀도(degree of accuracy)에 의하여 영향을 받게 되는 일이 없이 짧은 시간 내에 상기 측정이 완료될 수 있다. 이 실시예에 따라, 상기 광빔 방출기(61)로부터 방출되는 복수의 광빔들로 조사되는 상기 웨이퍼(W) 상의 범위는 약 2 제곱㎝ (2cm square)이다. 그러므로, 이 범위 내의 상기 웨이퍼면의 높이 변화(부분적인 불균일성)가 측정될 수 있다.

동시에 상기 광빔 방출기(61)의 상기 광빔 소스(71)를 턴온 하는 대신에, 하나 또는 복수의 광빔 소스(71)가 상기 높이 분포를 순차적으로 한 스폿으로(as a spot) 측정하기 위하여 결합될 수 있다. 그 결과로, 각 빔의 확인이 용이하게 된다. 더욱이, 상기 스테이지는 그 동안에 이동되지 않으므로, 상기 스테이지의 이동에 의한 오차가 야기되지는 않는다.

제 1 실시예에 따른 전자빔 노출 장치에서, 상기 웨이퍼가 추정치(K)에 기초하여 노출되는지 아니면 상기 웨이퍼와 노출 장치가 노출이 없이 후속하는 스테이지에서 검사되는지가 결정된다. 이 결정은 전체 노출 장치를 제어하기 위한 CPU(예를 들어 도 1에서 도시된 CPU(41))에 의하여 수행된다. 다른 한편으로, 노출 과정이 추정치(K)에 기초하여 수행되지 않는다고 결정되는 경우에는, 특정 웨이퍼에 대한 추정치(K)는 상기 특정한 부분 불균일성이 발생하고 있는 상기 웨이퍼 상의 위치에 대응하는 상기 스테이지 위치에 대한 정보와 함께 적절한 저장 매체(예를 들어 도 1에 도시된 저장 매체(42))에 저장된다. 이렇게 저장된 정보는 후속 스테이지에서 상기 웨이퍼나 노출 장치를 검사하는데 사용될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 높이 분포가 상기 광빔 방출기(61)와 2 차원 광 검출기(62)에 의하여 측정될 수 있는 범위가 A로 정의된다. 상기 범위(A) 내의 높이 분포는 상기 2 차원 광검출기(62)의 출력에 기초한 상기 범위의 위치에서 측정 높이 처리 유닛(63)에 의하여 계산된다. 계산 결과가 저장되고 나면, 상기 웨이퍼(W)는 상기 스테이지와 함께 이동되며, 다른 범위의 높이 분포를 측정하는 동작을 반복한다. 이러한 방식으로, 상기 웨이퍼(W)의 전체면에 걸쳐 높이 분포가 측정될 수 있다.

이제, 제 1 실시예에 따른 상기 전자빔 노출 장치에 의하여 수행되는 상기 방법들(상기 높이 변화 측정법과 상기 노출법)이 도 9의 흐름도를 참조로 하여 설명될 것이다.

먼저, 단계(S1)에서, 상기 웨이퍼(W)는 상기 스테이지(33)에 적재된다. 도5b에서 도시된 바와 같이, 그 다음 단계(S2)에서, 상기 웨이퍼(W)는 상기 광빔 방출기(61)와 상기 2차원 광검출기(62) 아래의 한 위치로 이동되며, 또한 상기 스테이지(33)를 이동시키는 동안, 도 8에서 도시된 상기 영역(A)의 상기 높이 분포의 측정과 저장이 반복되는데, 이것에 의하여 상기 웨이퍼(W)의 전체면에 걸친 상기 높이 분포를 측정하게 된다.

그 다음 단계(S3)에서, 상기 추정치(K)는 상기 웨이퍼(W)의 전체 노출 영역에 걸쳐 취해지는 상기 높이 변화 측정을 기초로 하여 취득된 상기 부분 불균일성의 정보(ΔL, ΔH)로부터 결정된다. 이것은 K = ΔH/ΔL 로서 정의된다. 단계(S4)에서는, 추정치(K)가 미리 설정된 값을 초과하는지(YES), 아니면 초과하지 않는지(NO), 즉 미리 결정된 허용치를 초과하는 높이 변화가 상기 웨이퍼(W)의 노출 영역의 미리 결정된 범위 내에 검출되어 지는지(YES) 아니면 검출되지 않는지(NO)를 결정하게 된다. 이 결정이 YES인 경우에는, 상기 과정은 단계(S5)로 진행하는 반면, 이 결정이 NO인 경우에는, 상기 과정은 단계(S6)로 진행한다.

도 5a에서 도시된 바와 같이, 단계(S6)에서는, 상기 웨이퍼(W)가 노출된다. 이 노출 과정은 상기 웨이퍼면의 높이 분포 측정을 기초로 하여 노출 시에 상기 전자빔의 고도로 정밀한 초점 형성이나 편향 효율성의 설정을 가능하게 해주는데, 이리하여 고도로 정밀한 노출과 개선된 수율을 가능하게 한다. 이 후에, 상기 특정 웨이퍼가 처리되어야 하는 맨 마지막 웨이퍼인지(YES) 또는 아닌지(NO)가 단계(S7)에서 결정된다. 이 결정이 YES 인 경우에는, 상기 흐름은 '종료'하는 반면, 이 결정이 NO 인 경우에는, 상기 과정은 위에서 언급된 상기 단계들을 반복하기 위하여 단계(S1)으로 복귀한다.

다른 한편으로, 미리 결정된 허용치를 초과하는 높이 변화가 상기 웨이퍼(W)의 노출 영역의 미리 결정된 범위 내에 검출되는 경우에는, 상기 웨이퍼(W)가 결함이 있다는 것을 나타내는 알람이 발생되며 또한 이 특정 웨이퍼는 단계(S5)에서 노출의 대상으로서는 거절된다. 이 알람은 CPU(41)에 있는 디스플레이나 그와 같은 것에 의하여 발생된다. 또한, 상기 웨이퍼 상의 추정치(K)는 상기 스테이지 위치에 대한 대응하는 정보와 함께 저장 매체에 저장된다. 이와 같이 저장된 상기 정보는 미리 결정된 허용치를 초과하는 높이 변화가 상기 스테이지 위의 동일한 위치에서 발생하고 있다는 것을 나타내는 경우에는, 먼지나 이와 같은 것이 상기 스테이지의 특정 부분에 부착되어 있는 것으로 간주된다. 그러므로, 그러한 경우에는, 상기 스테이지를 손질하라고 하는 명령이 주어진다. 상기 결함 위치를 나타내는 이러한 방식으로 저장된 상기 정보는 상기 장치와 상기 웨이퍼를 검사하는데 사용된다. 단계(S5)가 완료 되면, 위에서 설명된 상기 단계들을 반복하기 위해서 상기 과정은 단계(S7)으로 진행한다.

위에서 설명된 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 전자빔 노출 장치에서, 상기 광빔 방출기(61)로부터 나오는 상기 광(M)은 노출되어지기에 앞서 상기 스테이지(33)에 적재된 상기 웨이퍼(W) 상의 미리 결정된 작은 범위에 방사되며, 또한 상기 특정 범위로부터 반사되는 상기 광은 상기 웨이퍼면의 높이 변화를 측정하기 위하여 상기 2 차원 광검출기(62)에 의하여 검출된다. 이리하여, 종래 기술에서는 확인이 어려웠던 상기 부분 불균일성이나 그와 같은 것이 상기 웨이퍼(W) 상에서 발생한 점들을 명확하게 검출하는 것이 가능하게 된다.

제 1 실시예에 따라, 복수의 빔 소스(71)의 배열이 복수의 평행 광빔을 방출하기 위하여 상기 광빔 방출기(61)로서 사용된다. 그럼에도 불구하고, 여러 가지 다른 변형들이 가능하다.

도 10은 제 1 변형의 구성을 도시하는 도면이다. 이 변형에서, 반도체 레이저(81)로부터 방출되는 레이저 빔은 시준 렌즈(82)에서 평행 빔으로 변환되며, 그후 복수의 광빔들은 후속 스테이지 내에 배치된 애퍼처 플레이트(83)로 구성된 복수의 애퍼처에 대응하는 방식으로 발생된다. 이 경우에, 비록 각 광빔이 독립적으로 턴온될 수는 없을 지라도, 평행 광빔의 정밀한 배열을 얻을 수는 있다.

또한, 상기 2 차원 광검출기(62)는 상기 웨이퍼(W)로부터 반사된 상기 광빔들이 실질적으로 수직으로 웨이퍼에 입사하도록 하는 방식으로 배열된다. 상기 2 차원 광검출기(62)가 상기 웨이퍼(W)의 표면에 평행하게 배열되는 제 1 실시예는 상기 웨이퍼(W)의 높이가 동일한 양으로 변화하는 경우에, 상기 웨이퍼(W)로부터 반사되는 상기 광빔들이 상기 2 차원 광검출기(62) 상에 동일한 양만큼 변위되어, 이것에 의하여 높이 분포의 계산을 용이하게 해주는 이점을 가진다. 그러나, 상기 광빔들이 상기 2 차원 광검출기(62)에 큰 입사각으로 입사하기 때문에, 상기 2 차원 광검출기(62)는 큰 광수신 각을 가질 수 있는 것이 요구되고, 이것에 의하여 사용될 수 있는 이미지 픽업 장치는 제한을 받는 문제점을 야기하게 된다. 대조적으로, 도 10의 구성에서는, 각 광빔이 상기 웨이퍼(W) 상의 반사되는 점으로부터 상기 2 차원 광검출기(62)까지의 거리가 다르다. 그러므로, 심지어 상기 웨이퍼(W)의 높이 변화가 동일한 경우에도, 상기 2 차원 광검출기(62) 상의 각 광빔의 변위는 다르게 되는데, 이리하여 조정을 위한 계산을 필요로 하게 된다. 그러나, 각 광빔이 상기 2 차원 광검출기(62)에 실질적으로 수직으로 입사하기 때문에, 보통의 이미지 픽업 장치도 사용될 수 있다.

도 11은 제 2 변형의 구성을 도시하는 도면이다. 이 변형에서, 제 1 변형에서와 같이, 반도체 레이저(81)로부터 방출되는 레이저 빔이 시준 렌즈(82)에서 평행 빔으로 변환되며, 또한 복수의 광빔들이 후속 스테이지 내의 애퍼처 플레이트(83)로 구성된 복수의 애퍼처에 대응하는 방식으로 발생된다. 상기 광빔들은 상기 웨이퍼(W)에 빔 분할기(84)를 거쳐 수직으로 입사한다. 상기 웨이퍼(W) 상에서 반사되는 상기 광빔들은 상기 빔 분할기(84)에 의하여 방향이 90°다른 방향으로 반사되며 상기 2 차원 광검출기(62)에 실질적으로 수직으로 입사한다. 이 구성은 상기 빔분할기(84)를 필요로 한다. 그러나, 상기 2차원 광검출기(62)는 상기 웨이퍼(W)의 표면에 실질적으로 평행하게 배열되기 때문에, 상기 웨이퍼(W) 상에서 반사되는 각 광빔은 상기 웨이퍼(W)의 높이 변화가 동일하게 있는 한, 상기 2 차원 광검출기(62)에 동일한 정도로 변위된다. 더욱이, 각 광빔은 상기 2 차원 광검출기(62)에 실질적으로 수직으로 입사한다.

제 1 실시예는 복수의 평행 광빔들의 방향 변화를 검출하기 위한 높이 측정 유닛을 사용한다. 그러나, 주어진 범위의 높이 분포를 동시에 측정할 수 있는 어떠한 장치라도 사용될 수 있다. 제 2 실시예는 높이 측정 유닛으로서 간섭계를 사용한다.

도 12는 제 2 실시예에 따른 전자빔 노출 장치에 대한 높이 측정 유닛의 구성을 도시하는 도면이다. 상기 높이 측정 유닛 이외의 부분들은 상기 제 1 실시예의 대응하는 부분들과 동일하다.

도 12에서 도시된 바와 같이, 상기 반도체 레이저(81)로부터 방출되는 레이저빔은 상기 시준 렌즈(82)에서 평행한 빔으로 변환되며, 또한 상기 빔분할기(85)에서 2 개의 빔으로 분할된다. 상기 빔들 중 하나는 상기 웨이퍼(W)에 수직으로 입사하며, 또한 다른 하나의 빔은 광학적으로 편평한 반사면을 구비하는 기준 거울(86)에 수직으로 입사한다. 상기 웨이퍼(W) 상에서 반사된 빔과 상기 기준 미러(86) 상에서 반사되는 빔은 다시 상기 빔분할기(85)에 입사하며, 그후 결합되며 서로 간섭이 되고 나면, 상기 2 차원 광검출기(62)에 입사한다. 이리하여, 상기 웨이퍼(W)의 높이 분포에 대응하는 간섭 프린지(fringe)를 검출하며 분석함으로써, 상기 2 차원 광검출기(62)는 상기 웨이퍼(W)의 높이 분포를 측정할 수 있다. 그 결과 측정치는 상기 웨이퍼의 부분 불균일성의 추청치(K)를 결정하는데 사용된다.

전술한 실시예에서, 블록 노출법이 일례로서 취해졌다. 그러나, 본 발명의 요지로부터 명확한 것과 같이, 본 발명은 가변 정4각형 노출법이나 블랭킹 애퍼처 어레이(BAA) 노출법과 같은 임의의 유형의 노출법에도 동일한 효과로 물론 적용 가능하다.

또한, 상기 전자빔이 대전 입자빔으로 사용된다는 전술한 설명에도 불구하고, 본 발명은 상기 전자빔으로 제한되지 않고, 오히려 이온빔도 동일한 효과로서사용될 수 있다는 것이 분명하게 될 것이다.

이리하여, 본 발명에 따른 대전 입자빔 노출 장치와 노출법에서는, 노출되어지는 시료의 표면에서 발생되는 부분적인 불균일성이나 그와 같은 것이 명확하게 검출될 수 있다는 것이 전술한 설명으로부터 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상기 시료 표면의 높이 측정과 상기 높이 측정을 기초로 한 높이 조정이 높은 정밀도로 이루어질 수 있다. 이것은 고도로 정밀한 노출과 향상된 수율에 크게 기여하게 된다.

Claims

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대전 입자빔을 발생시키기 위한 대전 입자빔 소스와, 상기 대전 입자빔의 모양을 성형하기 위한 성형기(shaper)와, 상기 대전 입자빔이 노출 시료 상에 방사되는 위치를 변화시키기 위한 편향기와, 상기 시료 상에 상기 대전 입자빔을 조사(project)하기 위한 조사기(projector)와, 노출 시에 상기 편향기와 상기 조사기를 제어하기 위한 제어 유닛과, 조사되고 적절하게 편향되는 상기 대전 입자빔을 통해 상기 시료 상에 패턴을 묘사하기 위한 수단과, 상기 장치 내에 있는 상기 시료를 이동시키기 위한 스테이지와, 상기 시료가 상기 장치에 적재되어 있는 동안 적어도 미리 결정된 밀도를 가지는 상기 시료의 미리 결정된 범위의 높이 분포를 측정하기 위한 높이 측정 유닛을 포함하는 대전 입자빔 노출 장치로서, 상기 스테이지와 함께 상기 시료를 이동시킴으로써 상기 높이 측정 유닛에 의한 상기 시료의 측정점을 변화시키며, 각 점들에서 상기 측정치를 결합하며, 또한 상기 노출 시료의 전체면에 걸쳐 상기 높이 분포를 측정하기 위한 검출 높이 처리 유닛을 포함하는 대전 입자빔 노출 장치에 있어서,

상기 높이 변화의 검출값이 상기 노출 시료 상의 노출 영역의 미리 결정된 범위 내에 있는 상기 높이 측정 유닛에 의하여 미리 결정된 허용치를 초과한다는 것을, 만약 있다면, 나타내는 알람을 송출하기 위한 알람 발생기와, 상기 높이 변화가 발생한 상기 시료 상의 위치에 대응하여 상기 스테이지의 위치에 대한 정보를 저장하기 위한 저장 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 대전 입자빔 노출 장치.
제 3항에 있어서, 상기 높이 변화의 검출값이 상기 노출 시료 상의 노출 영역의 미리 결정된 범위 내에 있는 상기 높이 측정 유닛에 의하여 미리 결정된 허용치를 초과한다는 것을, 만약 있다면, 나타내는 알람을 송출하는 알람 발생기와, 상기 높이 변화가 발생한 상기 시료 상의 위치에 대응하여 상기 스테이지의 위치에 대한 정보를 저장하기 위한 저장 유닛을 더 포함하는, 대전 입자빔 노출 장치.
제 3항에 있어서, 상기 복수의 시료들에 대하여 상기 알람이 발생되는 상기 스테이지 위치에 대한 정보로부터, 상기 미리 결정된 허용치를 초과하는 상기 높이 변화가 상기 개개의 시료에 의하여 야기되는지 아니면 상기 스테이지에 의하여 야기되는지를 결정하기 위한 결정 유닛을 더 포함하는, 대전 입자빔 노출 장치.
제 4항에 있어서, 상기 복수의 시료들에 대하여 상기 알람이 발생되는 상기 스테이지 위치에 대한 정보로부터, 상기 미리 결정된 허용치를 초과하는 상기 높이 변화가 상기 개개의 시료에 의하여 야기되는지 아니면 상기 스테이지에 의하여 야기되는지를 결정하기 위한 결정 유닛을 더 포함하는, 대전 입자빔 노출 장치.
제 3항에 있어서, 상기 높이 측정 유닛은 2 차원 어레이로 된 복수의 평행한 광빔들을 방출하기 위한 광빔 방출기와 상기 노출 시료면에서 반사되는 상기 복수의 광빔들을 검출하기 위한 2 차원 광검출기를 포함하는, 대전 입자빔 노출 장치.
제 7항에 있어서, 상기 광빔 방출기는 2 차원 어레이로 된 복수의 광빔 소스들을 포함하는, 대전 입자빔 노출 장치.
제 7항에 있어서, 상기 광빔 방출기는, 레이저 광원, 상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저빔을 평행 빔으로 변환하기 위한 렌즈, 및 상기 평행 빔을 상기 애퍼처에 대응하는 복수의 빔들로 분할하기 위하여 2 차원 어레이로 된 복수의 애퍼처를 구비하는 애퍼처 플레이트를 포함하는, 대전 입자빔 노출 장치.
제 3항에 있어서, 상기 높이 측정 유닛은 기준 평면에서 반사되는 광빔과 상기 노출 시료면에서 반사되는 광빔 사이의 간섭에 의하여 생성되는 간섭 프린지(fringe)로부터 상기 높이 분포를 측정하기 위한 간섭 유닛인, 대전 입자빔 노출 장치.
제 10항에 있어서, 상기 간섭 유닛은, 레이저 광원, 상기 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저빔을 평행 빔으로 변환하기 위한 렌즈, 기준 반사면, 상기 평행 빔을 상기 시료면으로 입사하는 빔과 상기 기준면으로 입사하는 빔으로 분할하고 상기 시료면에서 반사되는 빔과 상기 기준면에서 반사되는 빔을 결합하기 위한 빔 분할기, 및 상기 결합된 광빔에 의하여 얻어지는 간섭 패턴을 검출하기 위한 2 차원 광검출기를 포함하는, 대전 입자빔 노출 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 높이 분포 측정치에 따라 상기 편향기의 편향의 양과 상기 조사기의 초점 중 적어도 하나를 조정하는 대전 입자빔 노출 장치.
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시료 상에 집중되고 적절하게 편향되는 대전 입자빔을 통해, 상기 시료 상에 하나의 패턴을 묘사하기 위한 대전 입자빔 노출 방법으로서, 상기 방법은 상기 대전 입자빔을 통해 패턴을 묘사하기 전에, 상기 노출 장치의 스테이지 상에 상기 시료를 적재하는 단계와, 적어도 미리 결정된 밀도로 상기 시료의 미리 결정된 범위 내의 높이 분포를 측정하는 단계와, 상기 스테이지로 상기 시료를 이동시킴으로써 상기 시료의 측정점을 변화시키며, 상기 각 점들에서 상기 측정치들을 결합하며, 이리하여 상기 시료의 전체면에 걸쳐 상기 높이 분포를 계산하는 단계와, 상기 결정치에 기초하여 상기 시료표면의 부분적인 높이 변화가 허용가능한지 여부를 결정하는 단계와, 상기 시료의 표면의 상기 부분적인 높이 변화가 허용 가능한 경우에는 상기 시료를 노출하는 단계를 포함하는 대전 입자빔 노출 방법에 있어서,

상기 시료의 표면의 상기 부분적인 높이 변화에 대한 허용치에 관한 상기 결정은 K=ΔH/ΔL - 여기서 ΔL은 상기 시료 상의 노출 영역에 있는 두 점 사이의 거리이고 ΔH는 상기 두 점 사이의 높이차이다 - 로서 정의된 추정치(K)가 미리 결정된 값을 초과하는지 여부를 결정함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는, 대전 입자빔 노출 방법.
제 14항에 있어서, 상기 허용치에 관한 상기 결정이 부(否)인 경우에는, 상기 시료가 결함을 가지고 있다는 것을 나타내는 알람을 송출하고, 상기 시료에 대한 상기 노출 과정은 보류(held)되며 또한 상기 시료에 대한 상기 추정치(K)는 상기 높이 변화가 발생한 상기 시료 상의 위치에 대응하는 스테이지 위치에 대한 정보와 함께 저장 매체에 저장되는, 대전 입자빔 노출 방법.