KR101108368B1

KR101108368B1 - 전자 빔 묘화 장치 및 전자 빔 묘화 방법

Info

Publication number: KR101108368B1
Application number: KR1020090024696A
Authority: KR
Inventors: 다까나오 도오야
Original assignee: 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2012-01-30
Also published as: CN101692417B; KR20090102661A; CN101546134A; CN101692417A; US20090246655A1; US8067753B2; JP2009260265A; CN101546134B; JP5203992B2

Abstract

본 발명의 과제는 마스크(M)를 이면에서 보유 지지하는 경우에, 초점 조정 기구에 의한 초점 높이의 조정 범위를 크게 하지 않고, 마스크의 높이 어긋남의 영향을 보정할 수 있도록 한 전자 빔 묘화 장치 및 전자 빔 묘화 방법을 제공하는 것이다.

XY 스테이지(3) 상에 마크대(4)가 고정되어 있는 영역을 회피하여 Z 스테이지(5)를 탑재하고, Z 스테이지(5) 상에 설치된 보유 지지 기구(6) 상에 마스크(M)를 적재한다. 초점 조정 기구에 의한 조정 범위의 중간값을 마크대(4)의 높이에 일치시킨다. 마크대(4)의 높이를 측정하는 동시에, 마스크(M)의 복수의 측정점의 높이를 측정하고, 이들 측정점의 높이 중 최고값과 최저값의 중간값의 높이가 마크대(4)의 높이에 일치하도록 Z 스테이지(5)를 이동시킨다.

마크대, 마스크, 초점 조정 기구, 전자 빔 묘화 장치, 전자 광학 경통

Description

전자 빔 묘화 장치 및 전자 빔 묘화 방법{ELECTRON BEAM DRAWING DEVICE AND ELECTRON BEAM DRAWING METHOD}

본 발명은, 마스크를 이면에서 보유 지지하는 보유 지지 기구를 구비하고, 이 보유 지지 기구에 보유 지지된 마스크 표면에 전자 빔을 조사하여 원하는 패턴을 묘화하는 전자 빔 묘화 장치 및 전자 빔 묘화 방법에 관한 것이다.

종래, 전자 빔 묘화 장치에서 마스크 상에 패턴을 묘화할 때에는, 마스크 상면을 보유 지지하는 상면 보유 지지 기구가 채용되어 있었다. 도 7의 (a)는 이 상면 보유 지지 기구에 의한 마스크(M)의 보유 지지 상태를 나타내고 있다. 상면 보유 지지 기구는, 전자 광학계를 구비한 전자 광학 경통(101)으로부터 조사되는 전자 빔(도시하지 않음)의 광축 방향에 직교하는 방향으로 이동 가능한 XY 스테이지(104) 상에 설치되고, 마스크(M)의 상면을 압박하는 상면 기준편을 구비한 클램프(102)와, 이 상면 기준편과 동축 상에서 마스크(M)의 이면에 접촉하는, 도시하지 않은 압박 수단에 의해 상방으로 압박되는 클램프 핀(103)으로 구성되고, 마스크(M)를 클램프(102)의 상기 상면 기준편과 클램프 핀(103)으로 끼움 지지하여 보유 지지하는 구조를 갖는다(예를 들어, 특허문헌 1 참조)

이 상면 보유 지지 기구는, 마스크(M)와의 접촉을 최소한으로 하여 고정하고 있으므로, 마스크(M)의 클린도를 유지할 수 있다. 또한, 마스크(M)의 이면 형상의 교정에 의해 발생하는 마스크(M)의 표면의 오차의 영향을 억제하여, 재현성이 우수하다.

그런데, 최근 반도체 등의 회로 패턴의 미세화 요구를 만족시키기 위해서는, 전자 빔의 분해능을 높일 필요가 있다. 그를 위해서는 전자 광학 경통(101)을 마스크(M)에 근접시키는 것이 매우 중요해져 가고 있다. 전자 광학 경통(101)과 마스크(M)의 거리는, 현재 수㎜ 정도의 차수(order)로 되어 있지만, 상기 클램프(102)의 상면 기준편의 두께도 같은 정도이다. 그로 인해, 도 7의 (b)에서 도시하는 바와 같이, 상기 미세화 요구에 따르기 위해 전자 광학 경통(101)을 근접시키면, 클램프(102)의 상면 기준편을 위한 공간을 확보하는 것이 곤란하게 되어 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는, 도 8의 (a)에서 도시하는 바와 같이, 마스크의 보유 지지 기구로서 정전 척 등의 마스크(M)를 이면에서 보유 지지하는 이면 보유 지지 기구(105)를 사용하면 된다. 그러나, 이 이면 보유 지지 기구(105)를 사용한 경우, 마스터(M)의 두께는 100㎛ 차수의 공차가 있으므로, 도 7에서 설명한 상면 보유 지지 기구를 사용한 경우와 달리, 마스크(M)의 표면의 높이 방향의 위치 어긋남이 현재화(顯在化)된다[도 8의 (b) 참조].

이 높이 방향의 위치 어긋남이 발생하면, 마크대에서 전자 빔의 초점 조정이나 빔 위치 조정을 행해도, 실제 묘화시에 초점 흐림이나 위치 어긋남 등이 발생하여, 묘화 정밀도에 영향을 미치는 문제가 있다. 예를 들어, 도 9의 (a)와 같이, 마크대(106)와 마스크(M1)의 높이가 일치하고 있으면, 마크대(106)에서 미리 조정한 전자 빔으로 묘화할 수 있지만, 도 9의 (b)와 같이 마크대(106)보다도 마스크(M2)가 높기 때문에, 높이 어긋남 g1이 발생하고 있는 경우나, 도 9의 (c)와 같이 마크대(106)보다도 마스크(M3)가 낮기 때문에, 높이 어긋남 g2가 발생하고 있는 경우, 높이 어긋남의 영향을 보정할 필요가 있다.

여기서, 전자 광학 경통은 전자 빔의 초점 높이를 소정의 조정 범위에서 가변하는 초점 조절 기구를 구비하고 있어, 높이 어긋남의 영향의 보정을 초점 조정 기구에 의한 초점 높이의 조정으로 행하는 것을 생각할 수 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이 경우, 초점 높이의 조정 범위를 마스크의 두께의 공차인 100㎛ 차수로 하는 것이 필요하게 되지만, 이와 같은 큰 조정 범위를 확보하는 것은 곤란하다.

[특허문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평10-55950호 공보

[특허문헌 2] 미국특허 제6741331호 공보

본 발명은, 이상의 점에 비추어, 마스크를 이면에서 보유 지지하는 경우에, 초점 조정 기구에 의한 초점 높이의 조정 범위를 크게 하지 않고, 마스크의 높이 어긋남의 영향을 보정할 수 있도록 한 전자 빔 묘화 장치 및 전자 빔 묘화 방법을 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 전자 빔 묘화 장치는, 마스크를 이면에서 보유 지지하는 보유 지지 기구를 구비하고, 이 보유 지지 기구에 보유 지지된 마스크 표면에 전자 빔 조사 수단에 의해 전자 빔을 조사하여 원하는 패턴을 묘화하는 전자 빔 묘화 장치이며, 상기 전자 빔의 광축 방향과 직교하는 방향으로 이동 가능한 XY 스테이지와, 이 XY 스테이지 상에 고정된 전자 빔의 초점 조정용 마크대와, 이 마크대가 고정되어 있는 영역을 회피하여 상기 XY 스테이지 상에 탑재되고 상기 광축 방향으로 이동 가능한 Z 스테이지와, 상기 마크대의 높이와 상기 보유 지지 기구에 적재된 마스크의 높이를 측정하는 높이 측정 수단을 갖고, 상기 전자 빔 조사 수단은 상기 전자 빔의 초점 높이를 소정의 조정 범위에서 가변하는 초점 조정 기구를 구비하고, 이 조정 범위의 중간값은 상기 마크대의 높이에 일치하고, 상기 마스크 보유 지지 기구는, 상기 Z 스테이지 상에 설치되고, 상기 높이 측정 수단에 의해 측정된 상기 마크대의 높이와 상기 보유 지지 기구에 적재된 마스크의 높이의 차분을 산출하는 차분 산출 수단과, 산출된 차분 정보를 기초로 상기 마스 크의 높이가 상기 마크대의 높이에 일치하도록 Z 스테이지를 이동시키는 Z 스테이지 제어 수단을 구비하고, 상기 차분 산출 수단의 산출에서 사용되는 상기 마스크의 높이는, 상기 높이 측정 수단에 의해 마스크 상의 복수의 측정점을 측정하여, 측정된 복수의 측정점의 높이 중 최고값과 최저값의 중간값인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 전자 빔 묘화 장치에 있어서, 상기 높이 측정 수단에 의해 측정되는 마스크 상의 측정점은, 적어도 마스크의 네 코너 및 중심의 5군데인 것이 바람직하다.

그런데, 마스크의 높이는 마스크의 기울기에 의해 불균일해지는 경우도 있다. 그래서, 본 발명의 전자 빔 묘화 장치는, 상기 보유 지지 기구에 적재된 마스크의 기울기를 산출하는 기울기 산출 수단을 갖고, 상기 Z 스테이지는, 이 산출된 기울기 정보를 기초로 하여, 마스크의 표면이 상기 전자 빔의 광축에 대해 수직이 되도록 기울기 보정 수단을 구비한 것으로 하는 것이 바람직하다. 기울기 보정 수단을 구비한 Z 스테이지는, 전자 빔의 광축 방향에 대해 독립하여 이동 가능한 3 이상의 지지 기구로 구성된 것이면 된다.

또한, 본 발명의 전자 빔 묘화 장치에 있어서, 상기 보유 지지 기구는, 마스크의 이면을 흡착하는 정전 척으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전자 빔 묘화 방법은, 마스크를 이면에서 보유 지지하는 보유 지지 기구에 보유 지지된 마스크의 표면에 전자 빔 조사 수단에 의해 전자 빔을 조사하여 원하는 패턴을 묘화하는 전자 빔 묘화 방법이며, 상기 전자 빔의 광축 방향과 직교하는 방향으로 이동 가능한 XY 스테이지에 전자 빔의 초점 조정용 마크대 를 고정하는 동시에, 상기 마크대가 고정되어 있는 영역을 회피하여 상기 XY 스테이지 상에 상기 광축 방향으로 이동 가능한 Z 스테이지를 탑재하고, 상기 Z 스테이지 상에 상기 보유 지지 기구를 설치하고, 상기 전자 빔 조사 수단에 구비하는 초점 조정 기구에 의한 상기 전자 빔의 초점 높이의 소정의 조정 범위의 중간값이 상기 마크대의 높이에 합치하도록 상기 전자 빔 조사 수단을 조정하는 공정과, 상기 마크대의 높이를 측정하는 동시에, 상기 보유 지지 기구 상에 적재한 마스크 상의 복수의 측정점의 높이를 측정하고, 측정된 복수의 측정점의 높이 중 최고값과 최저값의 중간값을 마스크의 측정 높이로 하고, 상기 마크대의 측정 높이와 상기 마스크의 측정 높이를 비교하여 차분을 산출하고, 산출된 차분 정보를 기초로 하여 상기 마스크의 측정 높이가 상기 마크대의 측정 높이에 일치하도록 상기 Z 스테이지를 이동 제어하는 높이 조정 공정을 행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 전자 빔 묘화 방법에 있어서는, 상기 보유 지지 기구 상에 적재한 마스크 상의 복수의 측정점의 높이로부터 마스크의 표면의 기울기를 산출하고, 이 산출된 기울기 정보를 기초로 하여 마스크의 표면이 상기 전자 빔의 광축에 대해 수직이 되도록 상기 Z 스테이지에 구비하는 기울기 보정 수단을 제어하는 기울기 보정 공정을 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 높이 조정 공정 후에 상기 기울기 보정 공정을 행해도 좋고, 또한 상기 기울기 보정 공정 후에 상기 높이 조정 공정을 행해도 좋다.

본 발명의 전자 빔 묘화 장치 및 묘화 방법에 따르면, 마스크 상면에서 보유 지지하는 경우에 필요해지는 보유 지지 기구의 물리적 공간의 제약이 없어짐으로써, 종래보다도, 전자 광학 경통을 마스크에 의해 한층 더 근접시킬 수 있게 되어 고도의 미세화 요구에 따를 수 있다. 또한, 마스크의 보유 지지 기구를 설치한 Z 스테이지와 마크대를 분리함으로써, 전자 빔 조정을 행한 마크대와 동일 높이에서 마스크로의 묘화를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 마크대의 높이에 초점 조정 기구의 조정 범위의 중간값을 맞추는 동시에, 마스크의 마크대의 높이에 맞추는 마스크의 높이를 복수의 측정점의 높이의 최고값과 최저값의 중간값으로 함으로써, 마스크의 표면의 최고점 및 최저점의 높이가 초점 조정 기구의 조정 범위 내에 들어간다. 그 결과, 초점 조정 기구의 조정 범위를 마스크의 두께의 공차에 맞추어 크게 하지 않아도, 초점 조정 기구의 조정 범위를 최대한 활용하여 마스크의 높이 어긋남의 영향을 보정할 수 있다.

도 1은 마스크(M)의 표면에 전자 빔을 조사하여 원하는 패턴을 묘화하는 전자 빔 묘화 장치를 도시하고 있다. 이 전자 빔 묘화 장치는, 묘화실(1)과, 묘화실(1)의 천장부에 기립 설치한 전자 빔 조사 수단인 전자 광학 경통(2)을 구비하고 있다. 묘화실(1)에는, 전자 빔의 광축 방향과 직교하는 X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능한 XY 스테이지(3)가 설치되어 있다.

XY 스테이지(3) 상에는, 도 2, 도 3에 명시한 바와 같이 마크대(4)가 기립 설치되어 있다. 마크대(4)는 묘화를 행하기 전에, 전자 빔의 초점 조정이나 빔 위치 조정을 위해 사용된다. 또한, XY 스테이지(3) 상이며, 마크대(4)가 기립 설치 되어 있는 영역을 회피한 영역에, 전자 빔의 광축 방향, 즉, Z 방향으로 이동 가능한 Z 스테이지(5)가 탑재되어 있다. Z 스테이지(5) 상에는, 마스크(M)를 그 이면에서 보유 지지하는 보유 지지 기구(6)가 설치되어 있다.

또한, XY 스테이지(3)의 이동 속도가 고속인 경우, 가감속시에 마스크(M)에 작용하는 관성력이 커져, 마스크(M)의 위치 어긋남이 발생하기 쉬워진다. 여기서, 보유 지지 기구(6)가 마스크(M)의 이면을 흡착하는 정전 척으로 구성되어 있으면, 마스크(M)의 위치 어긋남을 방지할 수 있다.

전자 광학 경통(2)은, 내장하는 전자총으로부터 발생해진 전자 빔을 필요한 단면 형상으로 성형한 후, 편향시켜 마스크(M)에 조사하는 공지의 것으로, 그 상세한 설명은 생략한다. 전자 광학 경통(2)은 조사 제어부(7)에 의해 제어된다. 또한, 전자 광학 경통(2)은, 도 3에 도시하는 대물 렌즈(2a)를 구비하고 있고, 대물 렌즈(2a)에 인가하는 전압을 조사 제어부(7)에 의해 변화시킴으로써, 전자 빔의 초점 높이를 소정의 조정 범위 내에서 가변할 수 있도록 하고 있다. 즉, 대물 렌즈(2a) 및 조사 제어부(7)에 의해 전자 빔의 초점 높이를 소정의 조정 범위 내에서 가변하는 초점 조정 기구가 구성된다.

또한, 대물 렌즈(2a)의 초점 위치는 전자 광학계의 다른 구성 요소, 예를 들어 대물 렌즈(2a)의 상측에 설치하는 다른 하나의 대물 렌즈 등에 의해서도 조정할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 전자 빔의 초점 높이의 조정 범위의 상한 Fh와 하한 Fl의 중간값 Fm[=(Fh+Fl)/2]이 마크대(4)의 높이에 일치하도록, 전자 광학계의 다른 구성 요소, 예를 들어 다른 하나의 대물 렌즈 등을 조정한다. 또한, 이 대물 렌즈(2a)의 설치 높이는 조정 나사 등에 의해 조정하는 것도 가능하다. 이 조정시에는, 전자 빔의 초점 높이를 중간값 Fm으로 유지한 상태에서 마크대(4)의 상면에 각인한 마크(4a)를 횡단하도록 전자 빔을 주사하고, 마크대(4)로부터의 반사 전자를 도시하지 않은 반사 전자 검출기에 의해 검출한다. 전자 빔의 초점 높이가 마크대(4)의 상면의 높이에 일치하고 있는 경우에는, 마크(4a)에 전자 빔이 조사된 시점에서 반사 전자의 검출수가 급준하게 급상승하지만, 전자 빔의 초점 높이가 마크대(4)의 상면의 높이로부터 벗어나고 있는 경우에는, 반사 전자의 검출수의 급상승이 완만해진다. 그리고, 반사 전자의 검출수의 개시가 급준해지도록 대물 렌즈(2a)의 설치 높이를 조절하여, 상기 중간값 Fm을 마크대(4)의 상면의 높이에 일치시킨다.

XY 스테이지(3)는 XY 스테이지 제어부(8)에 의해 X 방향 및 Y 방향으로 이동 제어된다. Z 스테이지(5)는 Z 스테이지 제어부(9)에 의해 Z 방향으로 이동 제어된다. 그리고, 조사 제어부(7), XY 스테이지 제어부(8) 및 Z 스테이지 제어부(9)는 전체 제어부(10)에 의해 통괄 제어된다. 전체 제어부(10)에는, 제1 메모리(11₁)와 제2 메모리(11₂)가 접속되어 있다. 제1 메모리(11₁)에는 패턴 데이터가 기억되어 있다. 전체 제어부(10)는 패턴 데이터를 기초로 하여 묘화할 도형의 형상, 위치를 규정하는 묘화 데이터를 작성하여, 이를 제2 메모리(11₂)에 기억시킨다.

또한, 전자 빔 묘화 장치는, XY 스테이지(5)의 X 방향 및 Y 방향의 위치를 측정하는 스테이지 위치 측정 수단(12)과, 보유 지지 기구(6)에 보유 지지되는 마 스크(M)의 높이를 측정하는 높이 측정 수단(13)을 구비하고 있다. 스테이지 위치 측정 수단(12)은 XY 스테이지(3)에 고정된 스테이지 미러(3a)로의 레이저광의 입반사에 의해 XY 스테이지(3)의 위치를 측정하는 레이저 측장계로 구성되어 있다. 또한, 도 2, 도 3에서는 스테이지 미러(3a)가 생략되어 있다.

높이 측정 수단(13)은, 레이저광을 마스크(M)의 표면에 기울기 상방으로부터 수렴하여 조사하는 투광부(13a)와, 마스크(M)로부터의 반사광을 수광하여 반사광의 위치를 검출하는 수광부(13b)와, 반사광의 위치로부터 마스크(M)의 높이를 산출하는 높이 산출부(13c)로 구성되어 있다. 높이 측정 수단(13)에서 측정된 마스크(M)의 높이 데이터는 전체 제어부(10)에 입력된다.

마스크(M)에의 패턴의 묘화시에는, 전체 제어부(10)로부터 XY 스테이지 제어부(8)에 동작 지령이 내려져 XY 스테이지(3)가 이동된다. 또한, 조사 제어부(7)에서는, 전체 제어부(10)로부터 입력되는 묘화 데이터를 기초로, 스테이지 위치 측정 수단(12)에서 측정한 XY 스테이지(3)의 위치를 확인하면서, 전자 광학 경통(2) 내의 전자 빔의 성형 제어, 편향 제어를 행하여, 마스터(M)의 필요한 위치에 전자 빔을 조사한다. 또한, 마스크(M)의 전자 빔 조사 부위의 높이를 높이 측정 수단(13)에 의해 실시간 측정하여, 마스크(M)의 높이에 맞추어 전자 빔의 초점 높이를 조정하여, 높이 어긋남에 의한 영향을 보정한다.

그런데, 마스크(M)의 이면을 보유 지지 기구(6)로 보유 지지하는 경우에는, 마스크(M)의 두께 공차분의 높이 어긋남을 발생시킨다. 높이 어긋남에 의한 영향을 초점 높이의 조정으로 보정하기 위해서는, 초점 높이의 조정 범위를 마스크(M) 의 두께의 공차인 100㎛ 차수로 하는 것이 필요하게 된다. 그러나, 이와 같은 큰 조정 범위를 확보하는 것은 곤란하다.

그래서, 본 실시 형태에서는, Z 스테이지(5)의 이동 제어를 행하여, 마스크(M)의 높이를 전자 빔의 조정을 행한 마크대(4)의 높이에 일치시키고 있다. 도 3은 Z 스테이지(5)에 의한 높이 조정의 전후 상태를 나타낸 것이다. 도 3의 (a)는, 마크대(4)의 높이에 비해, 마스크(M)의 높이가 낮은 경우의 조정 전의 상태를 나타내고 있다. 도 3의 (b)는, 마스크(M)의 높이를 마크대(4)의 높이에 일치시키기 위해, Z 스테이지(5)를 상방향으로 이동시킨 조정 후의 상태를 도시하고 있다. 또한, 도시하지 않지만, 마스크(M)가 마크대(4)보다도 높은 경우에는, Z 스테이지(5)를 하방향으로 이동시켜 조정하면 된다.

Z 스테이지(5)의 구동 기구는, 예를 들어 대향하는 테이퍼 형상의 경사면이 평행해지도록, 베어링 등의 가이드 수단을 개재시켜 1쌍의 테이블을 설치하고, 하방의 테이블을 스테핑 모터 또는 초음파 모터에 의해 수평 방향으로 이동시킴으로써, 상방의 테이블을 상하 방향으로 이동시키도록 구성된다.

도 4는 Z 스테이지(5)에 의한 높이 조정의 처리 순서를 나타내고 있다. 우선, XY 스테이지(3)에 마크대(4)를 고정한다(S1). 다음에, 상기한 바와 같이 대물 렌즈(2a)의 설치 높이를 조정하여, 전자 빔의 초점 높이의 조정 범위의 상한 Fh와 하한 Fl의 중간값 Fm을 마크대(4)의 높이에 일치시킨다(S2). 또한, 마크대(4)의 높이(h₀)를 높이 측정 수단(13)에 의해 측정한다(S3). 측정된 마크대(4)의 높 이(h₀)는 메모리 등에 기억된다(S4).

계속해서, 보유 지지 기구(6)를 Z 스테이지(5) 상에 탑재하고(S5), 마스크(M)를 묘화실(1)에 반입하여 보유 지지 기구(6) 상에 적재한다(S6).

다음에, 적재된 마스크(M)의 높이(h₁)를 높이 측정 수단(13)에 의해 측정한다(S7). 그런데, 마스크(M)의 높이는 장소에 따라 고저차가 있으므로, 측정점에 따라 변동이 생길 가능성이 있다. 그래서, 마스크(M)의 높이 측정시에는, 높이 측정 수단(13)에 의해 마스크(M) 상의 복수의 측정점을 측정하여, 측정된 복수의 측정점의 높이 중 최고값과 최저값의 중간값[=(최고값+최저값)/2]을 마스크(M)의 높이(h₁)로 한다. 또한, 마스크(M)를 보유 지지 기구(6)로 보유 지지한 경우, 마스크(M)의 표면 형상은 평행도와 중력 휨에 기인하여 변화한다. 그래서, 높이 측정 수단(13)에 의해 측정되는 마스크(M) 상의 복수의 측정점은, 적어도 마스크(M)의 네 코너 및 중심의 5군데인 것이 바람직하다.

마스크(M)의 높이(h₁)를 구한 후, 기억되어 있던 상기 마크대의 높이(h₀)를 판독하여, 차분 산출부(14)(도 1 참조)에서 마스크(M)의 높이(h₁)와 마크대(4)의 높이(h₀)를 비교하여, 양자의 차분을 산출한다(S8). 차분이 "0"인 경우는(S9), 양자의 높이가 일치하고 있으므로 높이 조정을 종료하고, 묘화를 개시한다. 한편, 차분이 "0"이 아닌 경우, 즉, 양자의 높이가 일치하고 있지 않은 경우에는, 이 차분 정보를 기초로 Z 스테이지 제어부(9)에 의해 Z 스테이지(5)를 이동 제어하여(S10), 다시 S7 내지 S9의 처리를 실행한다. 또한, 차분은, 실제로는 "0"이 아닌, 일정 임계치 이하의 값으로서 운용한다.

이상의 높이 조정을 행하면, 전자 빔 조정을 행한 마크대(4)와 동일 높이에서 마스크(M)로의 묘화를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 마크대(4)의 높이에 초점 조정 기구의 조정 범위의 중간값 Fm을 맞추는 동시에, 마크대(4)의 높이에 맞추는 마스크(M)의 높이를 복수의 측정점의 높이의 최고값과 최저값의 중간값으로 함으로써, 마스크(M)의 표면의 최고점 및 최저점의 높이가 초점 조정 기구의 조정 범위 내에 들어간다. 그 결과, 초점 조정 기구의 조정 범위를 마스크(M)의 두께의 공차에 맞추어 크게 하지 않아도, 초점 조정 기구의 조정 범위를 최대한 활용하여 마스크(M)의 높이 어긋남의 영향을 보정할 수 있다.

또한, 마크대(4)의 높이(h₀)의 측정은, 보유 지지 기구(6) 상에 마스크(M)를 적재한 후 행해도 좋다. 또한, 초점 조정 기구의 조정 범위의 중간값 Fm을 마크대(4)의 높이에 일치시키는 조정은, Z 스테이지(5) 상에 보유 지지 기구(6)를 설치한 후 행해도 좋다.

또한, 상기 제1 실시 형태에서는, Z 스테이지(5) 및 보유 지지 기구(6)를 각각 단일 부재로 구성하였지만, 도 5에 도시하는 제2 실시 형태와 같이 Z 스테이지(5)를 단일 구동 기구에 의해 서로 동기하여 상하 이동되는 복수의 지지 핀(5a)으로 구성하는 동시에, 보유 지지 기구(6)를 복수의 지지 핀(5a) 상에 설치한 복수의 받침 시트(6a)로 구성하는 것도 가능하다. 마스크(M)는 그 이면에 있어서 이들 받침 시트(6a)에 착좌하여 보유 지지된다. 또한, 제2 실시 형태는 XY 스테이지(3)의 이동 속도가 저속인 경우에 적용되는 것이며, 받침 시트(6a)와 마스크(M) 사이의 마찰력에 의해 마스크(M)의 위치 어긋남이 방지된다.

제2 실시 형태에 있어서도, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 마스크(M)의 높이가 마크대(4)의 높이와 다를 때는, 상술한 높이 조정 처리를 행하고, 복수의 지지 핀(5a)을 구동하여, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 마스크(M)의 높이를 마크대(4)의 높이에 일치시킨다.

그런데, 마스크(M)의 높이 조정은, Z 스테이지(5)에 의한 상하 방향의 이동뿐만 아니라, 기울기를 시정하여 조정하는 것이 필요한 경우도 있다. 그래서, 도 6에 도시하는 제3 실시 형태에서는, Z 스테이지(5)를 기울기 보정 수단을 구비하는 것으로 구성하고 있다. 즉, Z 스테이지(5)를, 전자 빔의 광축 방향에 대해 독립하여 이동 가능한 3개의 지지 핀(지지 기구)(5b)으로 구성하고, 각 지지 핀(5b) 상에 보유 지지 기구(6)를 구성하는 각 받침 시트(6a)를 설치하고 있다. 또한, 지지 핀(5b)의 수는 3개에 한정되는 것은 아니며, 4개 이상이라도 좋다.

마스크(M)의 두께가 불균일한 경우, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 마스크(M)의 표면이 기울어진다. 이 경우에는, 마스크(M)의 기울기를 산출하고, 기울기에 따라서 각 지지 핀(5b)을 개별적으로 구동하여, 마스크(M)의 표면이 전자 빔의 광축에 대해 수직이 되도록 마스크(M)의 기울기를 보정한다. 그 후, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 마스크(M) 상의 복수의 측정점의 높이를 측정하여, 이들 측정점의 높이의 최고값과 최저값의 중간값이 마크대(4)의 높이에 일치하도록 각 지지 핀(5b)을 동기 구동한다. 이에 의해, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 마스크(M)의 표면을 전자 빔의 광축에 대해 수직으로 한 상태에서 마스크(M)의 높이를 마크대(4)의 높이에 일치시킬 수 있다.

또한, 마스크(M)의 기울기를 보정하기 전에, 마스크(M)의 복수의 측정점의 높이를 측정하여, 이들 측정점의 높이의 최고값과 최저값의 중간값이 마크대(4)의 높이에 일치하도록 각 지지 핀(5b)을 동기 구동하여 마스크(M)의 높이 조정을 행하고, 그 후에 마스크(M)의 기울기에 따라서 각 지지 핀(5b)을 개별적으로 구동하여 마스크(M)의 기울기를 보정해도 좋다.

또한, 마스크(M)의 기울기의 산출 방법은, 높이 측정 수단(14)으로 마스크(M) 상의 복수의 측정점의 높이를 측정하여, 이들 측정 데이터를 기초로 하여, 예를 들어 최적의 일차 근사식을 최소 제곱법에 의해 구하면 된다. 즉, 상기 측정 데이터 Z_i=F(x_i, y_i)의 미분식 Z'=f(x, y)의 x 및 y를 일차 근사식 ax+by+c로 근사하여 구하는 a, b가 기울기가 된다. 기울기를 보정하기 위해서는, 보정 후에 마찬가지로 하여 구한 기울기가 0이 되도록 하면 된다. 또한, c는 지지 핀(5b)의 상하 보정분이다.

마스크(M)의 기울기의 산출은, 도 1에 가상선으로 나타낸 기울기 산출부(15)에서 행해진다. 그리고, 기울기 산출부(15)에서 산출된 기울기 정보가 Z 스테이지 제어부(9)에 보내져, 기울기가 보정되도록 Z 스테이지 제어부(9)에 의해 각 지지 핀(5b)이 개별적으로 이동 제어된다.

또한, 제2, 제3 실시 형태에서는, 각 지지 핀(5a, 5b) 상에 각 받침 시트(6a)를 설치하였지만, 각 받침 시트(6a)를 각 지지 핀(5a, 5b)의 상단부에 일체 성형해도 좋다. 또한, 제1 실시 형태의 정전 척으로 이루어지는 보유 지지 기구(6)를 제2, 제3 실시 형태의 지지 핀(5a, 5b) 상에 설치하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 전자 빔 묘화 장치의 구성을 도시하는 개념도.

도 2는 도 1의 전자 빔 묘화 장치의 XY 스테이지 부분의 평면도.

도 3의 (a)는 제1 실시 형태의 Z 스테이지에 의한 높이 조정 전의 상태를 도시하는 측면도, 도 3의 (b)는 제1 실시 형태의 Z 스테이지에 의한 높이 조정 후의 상태를 도시하는 측면도.

도 4는 Z 스테이지에 의한 높이 조정의 처리 순서를 나타내는 흐름도.

도 5의 (a)는 제2 실시 형태의 Z 스테이지에 의한 높이 조정 전의 상태를 도시하는 측면도, 도 5의 (b)는 제2 실시 형태의 Z 스테이지에 의한 높이 조정 후의 상태를 도시하는 측면도.

도 6의 (a)는 제3 실시 형태의 Z 스테이지에 의한 높이 조정 전의 상태를 도시하는 측면도, 도 6의 (b)는 제3 실시 형태의 Z 스테이지에 의한 높이 조정 후의 상태를 도시하는 측면도.

도 7의 (a)는 상면 보유 지지 기구에 의한 마스크의 보유 지지 상태를 도시하는 측면도, 도 7의 (b)는 전자 광학 경통과 마스크와의 거리를 짧게 한 상태를 도시하는 측면도.

도 8의 (a)는 이면 보유 지지 기구에 의한 마스크의 보유 지지 상태를 도시하는 측면도, 도 8의 (b)는 마스크의 두께 공차분의 높이 어긋남을 나타내는 측면도.

도 9의 (a)는 마크대와 마스크의 높이가 일치하고 있는 상태를 도시하는 측면도, 도 9의 (b)는 마크대보다도 마스크가 높은 상태를 도시하는 측면도, 도 9의 (c)는 마크대보다도 마스크가 낮은 상태를 도시하는 측면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 전자 광학 경통(전자 빔 조사 수단)

2a : 대물 렌즈(초점 조정 기구)

3 : XY 스테이지

4 : 마크대

5 : Z 스테이지

5b : 지지 핀(지지 기구)

6 : 보유 지지 기구

7 : 조사 제어부(초점 조정 기구)

9 : Z 스테이지 제어부(Z 스테이지 제어 수단)

13 : 높이 측정 수단

14 : 차분 산출부(차분 산출 수단)

15 : 기울기 산출부(기울기 산출 수단)

Claims

마스크를 이면에서 보유 지지하는 보유 지지 기구를 구비하고, 이 보유 지지 기구에 보유 지지된 마스크 표면에 전자 빔 조사 수단에 의해 전자 빔을 조사하여 원하는 패턴을 묘화하는 전자 빔 묘화 장치이며,

상기 전자 빔의 광축 방향과 직교하는 방향으로 이동 가능한 XY 스테이지와, 이 XY 스테이지 상에 고정된 전자 빔의 초점 조정용 마크대와, 이 마크대가 고정되어 있는 영역을 회피하여 상기 XY 스테이지 상에 탑재되어 상기 광축 방향으로 이동 가능한 Z 스테이지와, 상기 마크대의 높이와 상기 보유 지지 기구에 적재된 마스크의 높이를 측정하는 높이 측정 수단을 갖고,

상기 전자 빔 조사 수단은, 상기 전자 빔의 초점 높이의 조정범위의 중간값을 상기 마크대의 높이에 일치시키는 초점 조정 기구를 구비하고,

상기 보유 지지 기구에 적재된 마스크의 기울기를 산출하는 기울기 산출 수단을 갖고, 상기 Z 스테이지는, 이 산출된 기울기 정보를 기초로 하여, 마스크의 표면이 상기 전자 빔의 광축에 대해 수직이 되도록 마스크의 기울기를 보정하는 기울기 보정 수단을 구비하고,

상기 높이 측정 수단에 의해 측정되는 마스크 상의 측정점은, 적어도 마스크의 네 코너 및 중심의 5군데이고,

상기 마스크 보유 지지 기구는, 상기 Z 스테이지 상에 설치되고, 상기 높이 측정 수단에 의해 측정된 상기 마크대의 높이와 상기 보유 지지 기구에 적재된 마스크의 높이의 차분을 산출하는 차분 산출 수단을 구비하고,

상기 마스크의 높이는, 상기 높이 측정 수단에 의해 측정된 복수의 측정점의 높이 중 최고값과 최저값의 중간값이며, 또한

상기 마스크 보유 지지 기구는 Z 스테이지 제어 수단을 구비하고,

상기 Z 스테이지 제어 수단은, 산출된 상기 차분 정보를 기초로 상기 마스크의 높이가 상기 마크대의 높이에 일치하도록 Z 스테이지를 이동시키고, 또한

상기 높이 측정 수단은, 중간값을 상기 마크대의 높이에 일치시킨 상기 조정범위를 이용하여, 상기 Z 스테이지에 의해 이동된 상기 마스크의 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔 묘화 장치.
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제1항에 있어서, 상기 기울기 보정 수단을 구비한 Z 스테이지는, 상기 광축 방향에 대해 독립하여 이동 가능한 3 이상의 지지 기구로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자 빔 묘화 장치.
제1항에 있어서, 상기 보유 지지 기구는, 마스크의 이면을 흡착하는 정전 척으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전자 빔 묘화 장치.
마스크를 이면에서 보유 지지하는 보유 지지 기구에 보유 지지된 마스크의 표면에 전자 빔 조사 수단에 의해 전자 빔을 조사하여 원하는 패턴을 묘화하는 전자 빔 묘화 방법이며,

상기 전자 빔의 광축 방향과 직교하는 방향으로 이동 가능한 XY 스테이지에 전자 빔의 초점 조정용 마크대를 고정하는 동시에, 상기 마크대가 고정되어 있는 영역을 회피하여 상기 XY 스테이지 상에 상기 광축 방향으로 이동 가능한 Z 스테이지를 탑재하고, 상기 Z 스테이지 상에 상기 보유 지지 기구를 설치하고,

상기 전자 빔 조사 수단에 구비하는 초점 조정 기구에 의한 상기 전자 빔의 초점 높이의 소정의 조정 범위의 중간값이 상기 마크대의 높이에 합치하도록 상기 전자 빔 조사 수단을 조정하는 공정과,

상기 마크대의 높이를 측정하는 동시에, 상기 보유 지지 기구 상에 적재된 마스크 상의 적어도 마스크의 네 코너 및 중심의 5군데의 높이를 측정하고, 측정된 복수의 측정점의 높이 중 최고값과 최저값의 중간값을 마스크의 측정 높이로 하고, 상기 마크대의 측정 높이와 상기 마스크의 측정 높이를 비교하여 차분을 산출하고, 산출된 차분 정보를 기초로 하여 상기 마스크의 높이가 상기 마크대의 높이에 일치하도록 상기 Z 스테이지를 이동 제어하는 공정과,

상기 보유 지지 기구 상에 적재한 마스크 상의 복수의 측정점의 높이로부터 마스크의 표면의 기울기를 산출하고, 이 산출된 기울기 정보를 기초로 하여 마스크의 표면이 상기 전자 빔의 광축에 대해 수직이 되도록 상기 Z 스테이지에 구비하는 기울기 보정 수단을 제어하는 기울기 보정 공정을 행하고, 또한

상기 Z 스테이지를 이동 제어하는 공정에 있어서, 중간값을 상기 마크대의 높이에 일치시킨 상기 조정 범위를 이용하여, 상기 Z 스테이지에 의해 이동된 마스크의 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔 묘화 방법.
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제6항에 있어서, 상기 높이 조정 공정 후에 상기 기울기 보정 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔 묘화 방법.
제6항에 있어서, 상기 기울기 보정 공정 후에 상기 높이 조정 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 전자 빔 묘화 방법.