KR101476389B1 - 전자빔 묘화 장치 및 전자빔 묘화 방법 - Google Patents

전자빔 묘화 장치 및 전자빔 묘화 방법 Download PDF

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Abstract

전자빔 묘화 장치(100)는, 시료(216)가 재치되는 XY 스테이지(105)와, 전자빔(200)을 출사하는 전자총(201)과, 전자빔(200)의 축방향으로 배열하는 전극을 구비하는 렌즈(202, 204, 207, 210)가 배치된 전자 경통(102)을 가진다. XY 스테이지(105)와 전자 경통(102) 사이에는, 전자빔(200)이 시료(216)에 조사되어 발생하는 반사 전자 또는 2 차 전자를 차단하는 차폐판(211)이 설치되어 있다. 차폐판(211)의 직상에는, 전자빔(200)의 초점 위치를 변경하는 정전 렌즈(210)가 배치되어 있고, 정전 렌즈(210)에는 전압 공급 수단(135)으로부터 항상 양의 전압이 인가된다.

Description

전자빔 묘화 장치 및 전자빔 묘화 방법{ELECTRON BEAM WRITING APPARATUS AND ELECTRON BEAM WRITING METHOD}
본 발명은, 전자빔 묘화 장치 및 전자빔 묘화 방법에 관한 것이다.
최근, 대규모 집적 회로(LSI ; Large Scale Integration)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭은 더 협소해지고 있다.
반도체 소자는 회로 패턴이 형성된 원화(原畵) 패턴(마스크 또는 레티클을 가리킴. 이하에서는, 마스크라고 총칭함)을 이용하여, 이른바 스텝퍼라고 불리는 축소 투영 노광 장치로 웨이퍼 상에 패턴을 노광 전사하여 회로 형성함으로써 제조된다. 여기서, 미세한 회로 패턴을 웨이퍼에 전사하기 위한 마스크의 제조에는, 전자빔을 이용한 묘화 장치가 이용된다. 이 장치는 본질적으로 뛰어난 해상도를 가지고 또한 초점 심도를 크게 확보할 수 있으므로, 높은 단차(段差) 상에서도 치수 변동을 억제할 수 있는 이점을 가진다.
특허공개공보 평9-293670 호에는, 전자빔 리소그래피 기술에 사용되는 가변 성형형 전자빔 묘화 장치가 개시되어 있다. 이러한 장치에서의 묘화 데이터는, CAD(Computer Aided Design) 시스템을 이용하여 설계된 반도체 집적 회로 등의 설계 데이터(CAD 데이터)에, 보정 또는 도형 패턴의 분할 등의 처리를 실시함으로써 작성된다.
예를 들면, 전자빔의 사이즈에 의해 규정되는 최대 샷(Shot) 사이즈 단위로 도형 패턴의 분할 처리가 행해지고, 또한 분할된 각 샷의 좌표 위치, 사이즈 및 조사 시간이 설정된다. 그리고, 묘화하는 도형 패턴의 형상 또는 크기에 따라 샷이 성형되도록 묘화 데이터가 작성된다. 묘화 데이터는, 사각형(短冊) 형상의 프레임(주편향 영역) 단위로 구획되고, 또한 그 내부는 부편향 영역으로 분할되어 있다. 즉, 칩 전체의 묘화 데이터는, 주편향 영역의 사이즈에 따른 복수의 띠 형상의 프레임 데이터와, 프레임 내에서 주편향 영역보다 작은 복수의 부편향 영역 단위로 이루어지는 데이터 계층 구조로 이루어져 있다.
부편향 영역은, 부편향기에 의해 주편향 영역보다 고속으로 전자빔이 주사되어 묘화되는 영역이며, 일반적으로 최소 묘화 단위가 된다. 부편향 영역 내를 묘화할 시에는, 패턴 도형에 따라 준비된 치수와 형상의 샷이 성형 편향기에 의해 형성된다. 구체적으로, 전자총으로부터 출사된 전자빔이 제 1 애퍼처(aperture)로 직사각형 형상으로 성형된 후, 성형 편향기로 제 2 애퍼처 상에 투영되어, 그 빔 형상과 치수를 변화시킨다. 이 후, 대물 렌즈로 초점이 조정된 후, 부편향기와 주편향기에 의해 편향되어 스테이지 상에 재치(載置)된 마스크에 조사된다.
그러나, 전자빔이 마스크에 조사되면, 마스크에 닿아 반사한 전자(반사 전자) 또는 마스크에 입사하여 발생한 전자(2 차 전자)가 전자 경통 내를 상방향으로 진행한다.
도 3은, 50 keV의 에너지를 가지는 반사 전자의 궤도를 시뮬레이션한 것이다. 여기서는, 10°, 30°, 50°, 70° 및 90°의 각 사출각에 대하여 일방향에 한하여 시뮬레이션하고 있다.
또한 도 4는, 100 eV의 에너지를 가지는 2 차 전자의 궤도를 시뮬레이션한 것이다. 마찬가지로, 10°, 30°, 50°, 70° 및 90°의 각 사출각에 대하여 일방향에 한하여 시뮬레이션하고 있다.
또한 도 3 및 도 4에서, 횡축은 X 방향, 즉 전자빔 축에 직교하는 방향을 나타내고 있다. 또한 종축은 Z 방향, 즉 전자빔 축에 평행인 방향을 나타내고 있다. 또한 이들 경우에는, 자계형 렌즈, 즉 코일에 전류를 흘림으로써 자장을 발생시키는 렌즈를 대물 렌즈로서 이용하고 있다.
도 3 및 도 4에 나타낸 시뮬레이션 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 반사 전자 또는 2 차 전자는, 전자빔 축을 따라 이에 감기는 것과 같은 나선 운동을 행한다. 이 때문에, 전자빔은 반사 전자 또는 2 차 전자의 영향을 받아 드리프트를 발생시키고, 목표로 하는 위치로부터 이탈한 위치에 조사된다.
본 발명은, 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것이다. 즉 본 발명의 목적은, 반사 전자 또는 2 차 전자에 의한 전자빔의 드리프트를 저감할 수 있는 전자빔 묘화 장치 및 전자빔 묘화 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은, 이하의 기재로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 제 1 태양은, 시료가 재치되는 스테이지와,
전자빔을 출사하는 전자총과, 전자빔의 축방향으로 배열하는 전극을 구비하는 정전 렌즈가 배치된 전자 경통을 가지는 전자빔 묘화 장치에 있어서,
정전 렌즈에 항상 양의 전압을 인가하는 전압 공급 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제 2 태양은, 전자 경통 내에 배치된 전자총으로부터 전자빔을 출사하고, 스테이지 상에 재치되는 시료 상에 소정의 패턴을 묘화하는 전자빔 묘화 방법에 있어서,
전자빔의 축방향으로 전극이 배열된 정전 렌즈에 항상 양의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 정전 렌즈에 항상 양의 전압을 인가하는 전압 공급 수단을 가지므로, 반사 전자 또는 2 차 전자에 의한 전자빔의 드리프트를 저감할 수 있는 전자빔 묘화 장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 전자빔의 축방향으로 전극이 배열된 정전 렌즈에 항상 양의 전압을 인가하므로, 반사 전자 또는 2 차 전자에 의한 전자빔의 드리프트를 저감할 수 있는 전자빔 묘화 방법이 제공된다.
도 1은 본 실시예에서의 전자빔 묘화 장치의 구성도이다.
도 2는 전자빔에 의한 묘화 방법의 설명도이다.
도 3은 50 keV의 에너지를 가지는 반사 전자의 궤도를 시뮬레이션한 도면이다.
도 4는 100 eV의 에너지를 가지는 2 차 전자의 궤도를 시뮬레이션한 도면이다.
도 5는 정전 렌즈의 구성과 배치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 1은, 본 실시예에서의 전자빔 묘화 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에서, 전자빔 묘화 장치(100)는 가변 성형형의 전자빔 묘화 장치의 일례이며, 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다.
묘화부(150)는 전자 경통(102)과 묘화실(103)을 구비하고 있다.
전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 블랭킹 편향기(212), 블랭킹애퍼처(214), 제 1 성형 애퍼처(203), 투영 렌즈(204), 성형 편향기(205), 제 2 성형 애퍼처(206), 대물 렌즈(207), 주편향기(208), 부편향기(209) 및 정전 렌즈(210)가 배치되어 있다.
조명 렌즈(202), 투영 렌즈(204), 대물 렌즈(207) 및 정전 렌즈(210)는 모두 전자빔(200)의 결상 위치를 조절하는 렌즈이다. 이들은 도 1에 도시한 바와 같이, 전자빔(200)의 축방향으로 배열되어 있다. 본 실시예에서 조명 렌즈(202), 투영 렌즈(204) 및 대물 렌즈(207)는 모두 자계형 렌즈이다. 한편 정전 렌즈(210)는, 전자빔(200)의 축방향으로 배열하는 전극을 가지고 있고, 전극 간에 인가되는 전압에 의해 전자빔(200)의 초점 위치를 제어할 수 있다.
전자빔(200)의 초점 위치를 효율적으로 제어하기 위해서는, 정전 렌즈(210)가 자계 내에 배치될 필요가 있다. 편향기가 자계 중에 배치되는 구성의 전자빔 묘화 장치에서는, 편향기가 정전 렌즈를 겸할 수 있다. 한편, 본 실시예의 전자 경통(102)에서는 자장이 편향기의 하방을 향하기 때문에, 정전 렌즈(210)는 편향기의 하방, 구체적으로 주편향기(208)의 하방에 위치한다. 이는, 본 실시예의 전자빔 묘화 장치가 종래와는 상이한 점 중 하나이다.
도 5는, 정전 렌즈(210)의 구성과 배치를 모식적으로 도시한 도면이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 정전 렌즈(210)는 주편향기(208)의 하방에 배치된다.
도 5의 예시에서, 주편향기(208)는 8 극의 정전 편향기이다. 주편향기(208)는 소정의 부편향 영역으로 전자빔을 편향한다. 예를 들면, XY 방향의 소정의 방향으로 편향 시키기 위하여, 도 1의 DAC 앰프 유닛(133)으로부터, 전극(1)에 (y), 전극(2)에 {(x ＋ y) /
Figure 112013013230041-pat00001
}, 전극(3)에 (x), 전극(4)에 {(x － y) /
Figure 112013013230041-pat00002
}, 전극(5)에 (-y), 전극(6)에 {(－x － y) /
Figure 112013013230041-pat00003
}, 전극(7)에 (-x), 전극(8)에 {(-x ＋ y) /
Figure 112013013230041-pat00004
}와 같은 전압을 인가한다. 이와 같이 함으로써, 전자빔을 소정의 방향으로 편향시킬 수 있다. 또한 DAC 앰프 유닛(133)은, 도 5의 예시의 경우, 8 극의 정전 편향기의 각 전극에 설치된 앰프에 의해 구성된다. 또한, 전자빔의 편향에 필요한 전압은 예컨대, 250 V이다.
도 5에서, 정전 렌즈(210)는 수직 방향(즉, 도 1에서 전자빔(200)의 축방향)으로 배열하는 3 개의 전극을 가진다. 이 중, 중앙의 전극(102)은 렌즈 전극이며, 접지 전극(101, 103)으로 끼워진 구조이다. 이들의 전극 간에 인가되는 전압에 의해, 전자빔(200)의 초점 위치가 제어된다. 본 실시예에서는, 후술하는 바와 같이, 도 1의 전압 공급 수단(135)에 의해 항상 양의 전압이 정전 렌즈(210)에 인가된다. 또한 전압 공급 수단(135)의 동작은, 도 1의 제어 계산기(110)에 의해 제어된다.
조명 렌즈(202)는, 전자총(201)으로부터 출사된 전자빔(200)을 제 1 성형 애퍼처(203)에 조명한다. 그러면, 전자빔(200)은 예를 들면 직사각형으로 성형된다. 그리고, 투영 렌즈(204)로 제 2 성형 애퍼처(206)에 투영된다. 여기서, 제 2 성형 애퍼처(206) 상에서의 제 1 성형 애퍼처 이미지의 위치는, 성형 편향기(205)로 제어된다. 이에 따라, 전자빔의 형상과 치수가 변화한다. 제 2 성형 애퍼처(206)를 투과한 전자빔(200)은 대물 렌즈(207)로 초점이 조정된 후, 주편향기(208)와 부편향기(209)로 편향된다. 이 후, 또한 정전 렌즈(210)로 초점 위치가 보정되어, 묘화실(103)에 재치된 시료(216)에 조사된다.
본 실시예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이 전자 경통(102)의 하부, 구체적으로 정전 렌즈(210)의 하방에 차폐판(211)을 배치하는 것이 바람직하다. 차폐판(211)을 설치함으로써, 시료(216)에의 전자빔(200)의 조사에 의해 발생한 반사 전자 또는 2 차 전자가 전자 경통(102)으로 침입하는 것을 저감할 수 있다.
그러나 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 반사 전자 또는 2 차 전자는 전자빔(200)의 광축을 따라 이에 감기는 것과 같은 나선 운동을 행한다. 이 때문에, 일부의 반사 전자 또는 2 차 전자는, 차폐판(211)의 개구부를 투과하고, 전자 경통(102) 내에서 전자 구름을 형성한다. 이러한 전자 구름은 전자빔(200)의 궤도를 변화시키므로, 시료(216) 상의 목표로 하는 위치에 전자빔(200)이 조사되지 않게 된다.
상기 전자 구름의 형성에는, 전자 경통(102) 내에서의 전계가 영향을 주고 있다고 생각할 수 있다. 즉, 전자 경통(102) 내에 음의 전계가 형성되면, 반사 전자 또는 2 차 전자가 가지는 에너지와의 사이에 전위차가 발생하고, 이 전위차가 포텐셜 장벽이 되어 전자 구름이 형성된다고 생각할 수 있다. 또한, 반사 전자 또는 2 차 전자는 에너지가 낮아 이동 속도가 느리기 때문에, 전자 경통(102) 내에서 체류하기 쉽다. 이러한 것도, 전자 구름을 쉽게 형성하는 요인이 된다고 생각할 수 있다.
따라서 본 발명자는, 전자빔의 축방향으로 배열된 정전 렌즈를 구성하는 전극에 항상 양의 전압을 인가함으로써 전자 구름의 형성을 방지할 수 있다고 생각하여, 본 발명에 이르렀다.
본 실시예에서는, 차폐판(211)의 상방에 배치되는 렌즈(구체적으로, 정전 렌즈(210))를 구성하는 전극에 항상 양의 전압을 인가한다. 그러면, 차폐판(211)의 개구부를 투과하여 전자 경통(102) 내로 침입한 반사 전자 또는 2 차 전자는, 정전 렌즈(210)가 형성하는 전계에 이끌려 이동한다. 이 때, 정전 렌즈(210)의 상방으로는 자장을 발생시키는 자장 렌즈가 없으므로, 반사 전자 또는 2 차 전자는 전자 경통(102) 내에 랜덤으로 끌여당겨진다. 즉, 끌어당겨진 전자가 일개소에 집중하여, 전자 구름을 형성하지 않는다. 따라서 본 실시예의 구성에 따르면, 반사 전자 또는 2 차 전자가 전자 경통(102) 내에 체류하는 것을 방지하여, 전자빔(200)의 궤도가 변화하는 것을 억제할 수 있다.
예를 들면, 정전 렌즈(210)가 전자총(201)측으로 설치된 제 1 전극과, 시료(216)측으로 설치된 제 2 전극에 의해 구성될 경우, 이들 전극에 양의 전압을 인가한다. 인가 전압은, 예를 들면 0 V부터 250 V의 범위 내로 할 수 있고, 평균 100 V에서 200 V의 전압을 인가할 수 있다. 이러한 범위 내의 전압치를 조정함으로써, 예컨대 전자빔(200)의 초점 위치를 최대로 10 μm 정도 변화시킬 수 있다.
도 1에서, 묘화실(103)의 내부에는 XY 스테이지(105)가 배치되어 있다.
XY 스테이지(105) 상에는 묘화 대상이 되는 마스크 등의 시료(216)가 재치된다. 시료(216)로서 마스크를 이용할 경우, 그 구성은 예를 들면 석영 등의 마스크 기판 상에, 크롬(Cr)막 또는 몰리브덴 실리콘(MoSi)막 등의 차광막이 형성되고, 또한 그 위에 레지스트막이 형성된 것으로 할 수 있다. 그리고, 이 레지스트막 상에 전자빔(200)에 의해 소정의 패턴을 묘화한다.
또한 XY 스테이지(105) 상에서, 시료(216)와 상이한 위치에는 레이저 측장용의 반사 미러(106)가 배치되어 있다. 레이저 측장기(145)로부터 출사된 레이저광이 반사 미러(106)로 반사되고, 이를 레이저 측장기(145)가 수광함으로써, XY 스테이지(105)의 위치가 구해진다. 얻어진 데이터는, 제어 계산기(110)의 묘화 데이터 처리부(112)에 출력된다.
묘화실(103)의 상부에는, 시료(216)의 높이 방향(Z 방향)의 위치를 검출하는 Z 센서(107)가 배치되어 있다. Z 센서(107)는 투광기와 수광기의 조합으로 구성되고, 투광기로부터 조사된 광을 시료(216)의 표면에서 반사시키고, 이 반사광을 수광기가 수광함으로써 시료(216)의 높이를 측정할 수 있다. Z 센서(107)에 의해 검출된 높이 데이터는 검출기(143)로 보내져 디지털 데이터로 변환된 후, 제어 계산기(110)의 묘화 데이터 처리부(112)에 출력된다.
블랭킹 편향기(212)는, 예를 들면 2 극 또는 4 극 등의 복수의 전극에 의해 구성된다. 성형 편향기(205), 주편향기(208) 및 부편향기(209)는, 예를 들면 4 극 또는 8극 등의 복수의 전극에 의해 구성된다. 각 편향기에는 전극마다 적어도 1 개의 DAC(Digital Analog Converter) 앰프 유닛이 접속된다.
제어부(160)는 제어 계산기(110), 편향 제어 회로(120), DAC 앰프 유닛(130 ~ 133) 및 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(144)를 가지고 있다.
제어 계산기(110), 편향 제어 회로(120) 및 기억 장치(144)는 도시하지 않은 버스를 개재하여 서로 접속되어 있다. 또한, 편향 제어 회로(120)와 DAC 앰프 유닛(130 ~ 133)도 도시하지 않은 버스를 개재하여 서로 접속되어 있다.
DAC 앰프 유닛(130)은 블랭킹 편향기(212)에, DAC 앰프 유닛(131)은 성형 편향기(205)에, DAC 앰프 유닛(132)은 부편향기(209)에, DAC 앰프 유닛(133)은 주편향기(208)에 각각 접속되어 있다.
편향 제어 회로(120)로부터는, 각 DAC 앰프 유닛(130 ~ 133)에 대하여 각각 독립한 제어용의 디지털 신호가 출력된다. 각 DAC 앰프 유닛(130~133)에서는, 각각의 디지털 신호가 아날로그 신호로 변환되고, 더 증폭된다. 이 후, 이 신호는 편향 전압으로서 접속된 편향기에 출력된다. 이에 따라, 전자빔(200)을 원하는 위치에 편향시킬 수 있다.
도 2는, 전자빔(200)에 의한 묘화 방법의 설명도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 시료(216) 상에 묘화되는 패턴(51)은 사각형 형상의 프레임 영역(52)으로 분할되어 있다. 전자빔(200)에 의한 묘화는, 도 1에서 XY 스테이지(105)가 일방향(예를 들면, X 방향)으로 연속 이동하여, 프레임 영역(52)마다 행해진다. 프레임 영역(52)은 또한 부편향 영역(53)으로 분할되어 있고, 전자빔(200)은 부편향 영역(53) 내의 필요한 부분만을 묘화한다. 또한 프레임 영역(52)은, 주편향기(208)의 편향폭으로 정해지는 사각형 형상의 묘화 영역이며, 부편향 영역(53)은, 부편향기(209)의 편향폭으로 정해지는 단위 묘화 영역이다.
부편향 영역(53)의 기준 위치의 위치 결정은 주편향기(208)로 행해지고, 부편향 영역(53) 내에서의 묘화는 부편향기(209)에 의해 제어된다. 즉, 주편향기(208)에 의해 전자빔(200)이 소정의 부편향 영역(53)에 위치 결정되고, 부편향기(209)에 의해 부편향 영역(53) 내에서의 묘화 위치가 결정된다. 또한, 성형 편향기(205)와 빔 성형용의 애퍼처(203, 206)에 의해 전자빔(200)의 형상과 치수가 결정된다. 그리고, XY 스테이지(105)를 일방향으로 연속 이동시켜, 부편향 영역(53) 내를 묘화하고, 1 개의 부편향 영역(53)의 묘화가 종료되면, 다음의 부편향 영역(53)을 묘화한다. 프레임 영역(152) 내의 모든 부편향 영역(53)의 묘화가 종료되면, XY 스테이지(105)를 연속 이동시키는 방향과 직교하는 방향(예를 들면, Y 방향)으로 스텝 이동시킨다. 이 후, 동일한 처리를 반복하여 프레임 영역(52)을 순차적으로 묘화한다.
부편향 영역(53)은, 부편향기(209)에 의해 주편향 영역보다 고속으로 전자빔(200)이 주사되어 묘화되는 영역이며, 일반적으로 최소 묘화 단위가 된다. 부편향 영역(53) 내를 묘화할 시에는, 패턴 도형에 따라 준비된 치수와 형상의 샷이 성형 편향기(205)에 의해 형성된다. 구체적으로, 전자총(201)으로부터 출사된 전자빔(200)이 제 1 성형 애퍼처(203)로 직사각형 형상으로 성형된 후, 성형 편향기(205)로 제 2 성형 애퍼처(206)에 투영되어, 그 빔 형상과 치수를 변화시킨다. 이 후, 전자빔(200)은 상술한 바와 같이, 부편향기(209)와 주편향기(208)에 의해 편향되어, XY 스테이지(105) 상에 재치된 시료(216)에 조사된다.
시료(216)에 전자빔(200)이 조사되면, 반사 전자 또는 2 차 전자가 발생한다. 이들 전자는, 전자빔(200)의 광축을 따라 이에 감기는 것과 같은 나선 운동을 행하여, 전자 경통(102) 내를 상방향으로 진행한다. 본 실시예에서는, 정전 렌즈(210)를 구성하는 전극에 항상 양의 전위가 부여되어 있으므로, 전자 경통(102) 내로 침입한 반사 전자 또는 2 차 전자는 정전 렌즈(210)가 형성하는 전계에 이끌려 이동한다. 이에 따라, 전자 경통(102) 내에서의 전자 구름의 형성이 방해되므로, 전자빔(200)의 드리프트를 방지하여, 시료(216) 상의 원하는 위치에 전자빔(200)이 조사된다.
이어서 도 1의 전자빔 묘화 장치를 이용하여, 시료(216) 상에 원하는 패턴을 묘화하는 방법에 대하여 기술한다.
도 1에서, 제어 계산기(110)에는 기억 장치(144)가 접속된다. 제어 계산기(110)는 그 내부에 묘화 데이터 처리부(112)를 가진다.
설계자(유저)가 작성한 CAD 데이터는, OASIS 등의 계층화된 포맷의 설계 중간 데이터로 변환된다. 설계 중간 데이터에는 레이어(층)마다 작성되어, 시료(216) 상에 형성되는 설계 패턴 데이터가 저장된다. 여기서 일반적으로, 전자빔 묘화 장치는 OASIS 데이터를 직접 판독할 수 있도록 구성되어 있지는 않다. 즉, 전자빔 묘화 장치의 제조 메이커마다 독자의 포맷 데이터가 이용되고 있다. 이 때문에, OASIS 데이터는 레이어마다 각 전자빔 묘화 장치에 고유의 포맷 데이터로 변환되고 나서 장치에 입력된다.
도 1에서는, 기억 장치(144)를 통하여 전자빔 묘화 장치(100)에 포맷 데이터(40)가 입력된다.
설계 패턴에 포함되는 도형은, 장방형 또는 삼각형을 기본 도형으로 한 것이므로, 기억 장치(144)에는 예를 들면 도형의 기준 위치에서의 좌표(x, y), 변의 길이, 장방형 또는 삼각형 등의 도형 종류를 구별하는 식별자가 되는 도형 코드와 같은 정보로서, 각 패턴 도형의 형태, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터가 저장된다.
또한, 수십 μm 정도의 범위에 존재하는 도형의 집합을 일반적으로 클러스터 또는 셀이라 칭하는데, 이를 이용하여 데이터를 계층화하는 것이 행해지고 있다. 클러스터 또는 셀에는 각종 도형을 단독으로 배치하거나, 소정의 간격으로 반복 배치할 경우의 배치 좌표 또는 반복 기술도 정의된다. 클러스터 또는 셀 데이터는, 또한 프레임 또는 스트라이프라 칭해지는 폭이 수백 μm로서, 길이가 시료(216)의 X 방향 또는 Y 방향의 전체 길이에 대응하는 100 mm 정도의 사각형 형상 영역에 배치된다.
도형 패턴의 분할 처리는, 전자빔(200)의 사이즈에 의해 규정되는 최대 샷 사이즈 단위로 행해지고, 또한 분할된 각 샷의 좌표 위치, 사이즈 및 조사 시간이 설정된다. 그리고, 묘화하는 도형 패턴의 형상 또는 크기에 따라 샷이 성형되도록 묘화 데이터가 작성된다. 묘화 데이터는, 사각형 형상의 프레임(주편향 영역) 단위로 구획되고, 또한 그 내부는 부편향 영역으로 분할되어 있다. 즉, 칩 전체의 묘화 데이터는, 주편향 영역의 사이즈에 따른 복수의 띠 형상의 프레임 데이터와, 프레임 내에서 주편향 영역보다 작은 복수의 부편향 영역 단위로 이루어지는 데이터 계층 구조로 이루어져 있다.
도 1에서, 제어 계산기(110)에 의해 기억 장치(144)로부터 판독한 묘화 데이터는, 묘화 데이터 처리부(112)에서 복수 단의 데이터 처리를 받는다. 이에 따라, 샷 테이터가 생성된다. 샷 데이터는, 편향 제어 회로(120) 내의 편향량 연산부(121)로 보내진다.
편향량 연산부(121)는, 묘화 데이터 처리부(112)로부터 샷 데이터, XY 스테이지(105)의 위치 정보 및 시료(216)의 높이 정보가 보내진다. 그리고, 블랭킹 편향기(212), 성형 편향기(205), 부편향기(209) 및 주편향기(208)에서의 각 편향량을 연산한다. 얻어진 각 편향량은 편향 신호 생성부(124)로 보내진다.
편향 신호 생성부(124)는 블랭킹 편향기(212), 성형 편향기(205), 부편향기(209) 및 주편향기(208)의 각 전극에 인가해야 할 편향 신호를 생성한다. 각 편향 신호는, 대응하는 각 DAC 앰프 유닛(130 ~ 133)에 출력된다.
DAC 앰프 유닛(130 ~ 133)은, 각각 편향 신호 생성부(124)로부터 출력된 디지털 신호의 편향 신호를 아날로그 신호로 변환한 후, 이를 증폭하여 편향 전압을 생성한다. 생성된 편향 전압은 각각 대응하는 편향기(212, 205, 209, 208)에 인가된다.
전자총(201)으로부터 출사된 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 제 1 성형 애퍼처(203)에 조명된다. 이에 따라, 전자빔(200)은 예를 들면 직사각형으로 성형된다. 이어서 전자빔(200)은, 투영 렌즈(204)에 의해 제 2 성형 애퍼처(206)에 투영된다. 제 2 성형 애퍼처(206)에서의 투영 위치는 성형 편향기(205)에 인가되는 편향 전압에 의해 결정된다.
또한, 블랭킹 애퍼처(214)와 블랭킹 편향기(212)는, 시료(216) 상에서의 전자빔(200)의 조사를 제어하는 역할을 한다.
제 2 성형 애퍼처(206)를 투과한 전자빔(200)은 원하는 형상과 치수로 성형된다. 이어서, 대물 렌즈(207)로 초점이 조정된 후, 주편향기(208)와 부편향기(209)에 의해 편향된다. 즉, 이들에 인가되는 각 편향 전압에 따른 위치에 전자빔(200)이 편향된다. 주편향기(208)는 전자빔(200)을 소정의 부편향 영역에 위치 결정한다. 한편, 부편향기(209)는 부편향 영역 내에서의 도형 묘화 단위의 위치 결정을 행한다.
주편향기(208)와 부편향기(209)에 의해 편향된 전자빔(200)은, 정전 렌즈(210)에 의해 시료(216) 상에서의 초점 위치가 조정된다. 본 실시예에서는, 정전 렌즈(210)를 구성하는 전극의 전위는 항상 양이다. 즉 묘화 시에, 정전 렌즈(210)에는 전압 공급 수단(135)에 의해 항상 양의 전압이 인가된다. 제어 계산기(110)는 전압 공급 수단(135)의 동작을 제어한다. 예를 들면, 0 V 내지 250 V의 범위 내의 전압이, 전압 공급 수단(135)으로부터 정전 렌즈(210)로 공급되도록 할 수 있다. 인가 전압을 변경함으로써, 전자빔(200)의 초점 위치가 변경된다. 이 경우, 오프셋을 고려하여, 예를 들면 평균 100 V 내지 200 V의 전압이 인가되도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 시료(216)는 XY 스테이지(105) 상에 재치된다. 또한, XY 스테이지(105)와 전자 경통(102) 사이에는 차폐판(211)이 배치되어 있다. 여기서, 시료(216), XY 스테이지(105), 차폐판(211)의 각 전위는 모두 0(제로) V이다. 이 때문에, 정전 렌즈(210)가 항상 양의 전위가 되도록 하면, 시료(216)에 조사되어 발생한 반사 전자 또는 2 차 전자는, 정전 렌즈(210)가 형성하는 전계에 이끌려 전자 경통(102) 내를 상방향으로 이동한다. 즉, 정전 렌즈(210)가 양의 전계를 형성함으로써, 반사 전자 또는 2 차 전자가 가속되므로, 이들이 전자 경통(102) 내에 체류하는 것을 방지한다. 따라서, 전자빔(200)의 드리프트가 억제되고, 전자빔(200)을 시료(216) 상의 원하는 위치에 조사하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들면 상기 실시예에서는, 조명 렌즈(202), 투영 렌즈(204) 및 대물 렌즈(207)를 자계형 렌즈로 했지만, 이들 중 적어도 1 개를 정전 렌즈로 할 수도 있다. 이 경우, 전자 경통(102) 내에서의 어느 한 정전 렌즈에 항상 양의 전압을 인가함으로써, 본 발명의 효과를 얻는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 전자빔을 이용했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이온빔 등의 다른 하전 입자빔을 이용할 경우에도 적용 가능하다.

Claims (11)

  1. 시료가 재치(載置)되는 스테이지와,
    전자빔을 출사하는 전자총과, 상기 전자빔의 축방향으로 배열하는 전극을 구비하는 정전 렌즈가 배치된 전자 경통과,
    상기 정전 렌즈에 항상 양의 전압을 인가하는 전압 공급 수단과,
    상기 스테이지와 상기 전자 경통 사이에 설치되고, 상기 전자빔이 상기 시료에 조사되어 발생하는 반사 전자 또는 2 차 전자를 차단하는 차폐판
    을 가지는 것을 특징으로 하는 전자빔 묘화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 공급 수단으로부터 상기 정전 렌즈에 0 V 내지 250 V의 범위 내의 양의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는, 전자빔 묘화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압 공급 수단으로부터 상기 정전 렌즈에, 평균 100 V 내지 200 V의 양의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는, 전자빔 묘화 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 상기 차폐판의 직상(直上)에 배치되어, 상기 전자빔의 초점 위치를 변경하는 것임을 특징으로 하는, 전자빔 묘화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자총으로부터 출사된 전자빔을 성형하는 제 1 애퍼처와,
    상기 제 1 애퍼처를 투과한 전자빔을 더 성형하는 제 2 애퍼처와,
    상기 전자빔을 상기 제 1 애퍼처에 조명하는 조명 렌즈와,
    상기 제 1 애퍼처를 투과한 전자빔을 상기 제 2 애퍼처에 투영하는 투영 렌즈와,
    상기 제 2 애퍼처를 투과한 전자빔의 초점을 조정하는 대물 렌즈를 가지고,
    상기 조명 렌즈, 상기 투영 렌즈 및 상기 대물 렌즈는 모두 자계형 렌즈이며,
    상기 정전 렌즈는, 상기 대물 렌즈와 상기 차폐판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 전자빔 묘화 장치.
  7. 전자빔 묘화 방법으로서,
    전자 경통 내에 배치된 전자총으로부터 출사된 전자빔을 조명 렌즈에 의해 제 1 애퍼처에 조사하는 공정과
    상기 제 1 애퍼처를 투과한 전자빔을 투영 렌즈에 의해 제 2 애퍼처에 투영하는 공정과,
    상기 제 2 애퍼처를 투과한 전자빔의 초점을 대물 렌즈에 의해 조정하는 공정과,
    상기 대물 렌즈를 투과한 전자빔을, 상기 전자빔의 축방향으로 전극이 배열된 정전렌즈를 거쳐 시료에 조사하는 공정
    을 가지고,
    상기 정전 렌즈에 항상 양의 전압을 인가하며,
    스테이지와 상기 전자 경통 사이에, 상기 전자빔이 상기 시료에 조사되어 발생하는 반사 전자 또는 2 차 전자를 차단하는 차폐판을 배치하고,
    상기 정전 렌즈를 상기 차폐판의 직상에 배치하여, 상기 전자빔의 초점 위치를 변경하는 것
    을 특징으로 하는, 전자빔 묘화 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈에 0 V 내지 250 V의 범위 내의 양의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전자빔 묘화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정전 렌즈에 평균 100 V 내지 200 V의 양의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전자빔 묘화 방법.
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