KR101481463B1 - 하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법 - Google Patents

하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법 Download PDF

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Abstract

종래보다 편향 정밀도를 더 향상시키는 것이 가능한 묘화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 묘화 장치(100)는 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정하는 Z 측정부(50)와, 기판의 묘화 위치에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 위치 의존 높이 방향 분포를 기판의 높이 방향 분포에 가산하여 보정하는 Z맵 보정부(54)와, 보정된 Z맵을 이용하여 묘화되는 패턴의 위치 이탈량을 연산하는 Z 보정부(60)와, 얻어진 편향 이탈량이 보정된 위치에 전자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 편향량 연산부(62)와, 얻어진 편향량으로 하전 입자빔을 편향하여 기판에 패턴을 묘화하는 묘화부(150)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법{CHARGED PARTICLE BEAM WRITING APPARATUS AND CHARGED PARTICLE BEAM WRITING METHOD}
본 발명은 하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법에 관한 것으로, 예를 들면 기판의 높이 방향 분포에 의한 편향 위치 보정을 행하는 묘화 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 유일하게 패턴을 생성하는 매우 중요한 프로세스이다. 최근, LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선폭은 해마다 미세화되고 있다. 이들 반도체 디바이스에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해서는 고정밀도의 원화(原畵) 패턴(레티클 혹은 마스크라고도 함)이 필요하다. 여기서, 전자선(전자빔) 묘화 기술은 본질적으로 뛰어난 해상성을 가지고 있어, 고정밀도의 원화 패턴의 생산에 이용된다.
도 6은 종래의 가변 성형형(成形型) 전자선 묘화 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
가변 성형형 전자선(EB : Electron beam) 묘화 장치는 이하와 같이 동작한다. 제 1 애퍼처(aperture)(410)에는 전자선(330)을 성형하기 위한 직사각형, 예를 들면 장방형(長方形)의 개구(411)가 형성되어 있다. 또한, 제 2 애퍼처(420)에는 제 1 애퍼처(410)의 개구(411)를 통과한 전자선(330)을 원하는 직사각형 형상으로 성형하기 위한 가변 성형 개구(421)가 형성되어 있다. 하전 입자 소스(430)로부터 조사되고 제 1 애퍼처(410)의 개구(411)를 통과한 전자선(330)은 편향기에 의해 편향되고, 제 2 애퍼처(420)의 가변 성형 개구(421)의 일부를 통과하여, 소정의 일방향(예를 들면, X방향이라고 함)으로 연속적으로 이동하는 스테이지 상에 탑재된 시료(340)에 조사된다. 즉, 제 1 애퍼처(410)의 개구(411)와 제 2 애퍼처(420)의 가변 성형 개구(421)와의 양방을 통과할 수 있는 직사각형 형상이, X 방향으로 연속적으로 이동하는 스테이지 상에 탑재된 시료(340)의 묘화 영역에 묘화된다. 제 1 애퍼처(410)의 개구(411)와 제 2 애퍼처(420)의 가변 성형 개구(421)의 양방을 통과시켜, 임의 형상을 작성하는 방식을 가변 성형 방식(VSB 방식)이라고 한다.
이러한 전자빔 묘화를 행할 시, 묘화 장치의 위치 오차를 발생시키는 요인은 여러 가지 있지만, 그 하나로서 전자빔의 편향 오차를 들 수 있다. 기판의 묘화면은 완전한 평면은 아니므로, 묘화면에는 요철이 생겨 있다. 이러한 요철에 의한 높이 방향 분포에 의해 초점 위치가 이탈하여 묘화 치수도 변동한다. 따라서, 묘화면의 이러한 높이 방향 분포에 의한 묘화 치수의 이탈을 빔의 편향 위치에서 보정하기 위하여, 예를 들면 기판면의 높이 방향 분포에 의해 편향 위치를 보정하는 등의 방법(예를 들면, 특허 문헌 1 참조)이 행해지고 있다. 그러나, 패턴의 미세화에 수반하여, 종래의 편향 위치 보정만으로는 그 치수 정밀도의 요구에 대하여 보정 잔차가 남아, 이러한 치수 정밀도의 요구에 응할 수 없게 되고 있다. 예를 들면, 더블 패터닝 등의 다중 묘화법에서는 위치 오차를, 예를 들면 수 nm 이하로 억제할 필요가 생기고 있다.
일본특허공개공보 2007-043083호
상술한 바와 같이, 패턴의 미세화에 수반하여, 종래의 편향 위치 보정만으로는 그 치수 정밀도의 요구에 대하여 보정 잔차가 남아, 이러한 치수 정밀도의 요구에 응할 수 없게 되고 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 극복하고 종래보다 편향 정밀도를 더 향상시키는 것이 가능한 묘화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일태양의 하전 입자빔 묘화 장치는, 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정하는 측정부와, 기판의 묘화 위치에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 위치 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 기판의 높이 방향 분포에 위치 의존 높이 방향 분포를 가산하여 기판의 높이 방향 분포를 보정하는 높이 방향 분포 보정부와, 보정된 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 위치 이탈량을 연산하는 편향 이탈량 연산부와, 얻어진 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 편향량 연산부와, 얻어진 편향량으로 하전 입자빔을 편향하여 기판에 패턴을 묘화하는 묘화부를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 높이 방향 분포 보정부는, 또한 기판에의 묘화 시간에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 시간 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 보정 후의 기판의 높이 방향 분포에 또한 시간 의존 높이 방향 분포를 가산하여 기판의 높이 방향 분포를 더 보정하고, 편향 이탈량 연산부는, 또한 시간 의존 높이 방향 분포에 의해 보정된 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량을 연산하고, 편향량 연산부는, 또한 시간 의존 높이 방향 분포를 이용하여 보정된 높이 방향 분포에 의한 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하면 적절하다.
본 발명의 다른 태양의 하전 입자빔 묘화 장치는, 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정하는 측정부와, 기판에의 묘화 시간에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 시간 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 기판의 높이 방향 분포에 시간 의존 높이 방향 분포를 가산하여 기판의 높이 방향 분포를 보정하는 높이 방향 분포 보정부와, 보정된 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 위치 이탈량을 연산하는 편향 이탈량 연산부와, 얻어진 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 편향량 연산부와, 얻어진 편향량으로 하전 입자빔을 편향하여 기판에 패턴을 묘화하는 묘화부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일태양의 하전 입자빔 묘화 방법은, 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정하는 공정과, 기판의 묘화 위치에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 위치 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 기판의 높이 방향 분포에 위치 의존 높이 방향 분포를 가산하여 기판의 높이 방향 분포를 보정하는 공정과, 보정된 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량을 연산하는 공정과, 얻어진 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 공정과, 얻어진 편향량으로 하전 입자빔을 편향하여 기판에 패턴을 묘화하는 공정을 구비한 것을 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양의 하전 입자빔 묘화 장치는, 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정하는 공정과, 기판에의 묘화 시간에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 시간 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 기판의 높이 방향 분포에 시간 의존 높이 방향 분포를 가산하여 기판의 높이 방향 분포를 보정하는 공정과, 보정된 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량을 연산하는 공정과, 얻어진 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 공정과, 얻어진 편향량으로 하전 입자빔을 편향하여 기판에 패턴을 묘화하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기판의 높이 방향 분포만으로는 남는 보정 잔차를 더 보정할 수 있다. 따라서, 종래보다 편향 정밀도를 더 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 묘화 방법의 주요부 공정을 나타낸 순서도이다.
도 3은 실시예 1에 따른 높이 방향의 분포에 의해 변화하는 패턴의 이탈을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 실시예 1에 따른 높이 방향의 분포에 대한 편향 이탈을 나타낸 그래프와 식의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 1에 따른 평가 기판과 평가 패턴의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 종래의 가변 성형형 전자선 묘화 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 실시예에서는 하전 입자빔의 일례로서 전자빔을 이용한 구성에 대하여 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되지 않고, 이온 빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다. 또한, 하전 입자빔 장치의 일례로서 가변 성형형(成形型)의 묘화 장치에 대하여 설명한다.
실시예 1
도 1은 실시예 1에 따른 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다. 도 1에서 묘화 장치(100)는 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는 하전 입자빔 묘화 장치의 일례이다. 특히, 가변 성형형의 묘화 장치의 일례이다. 묘화부(150)는 전자 경통(鏡筒)(102)과 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 제 1 애퍼처(203), 투영 렌즈(204), 편향기(205), 제 2 애퍼처(206), 대물 렌즈(207), 주편향기(208) 및 부편향기(209)가 배치되어 있다. 묘화실(103) 내에는 XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는 묘화 시에는 묘화 대상이 되는 마스크 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는 반도체 장치를 제조할 시의 노광용 마스크가 포함된다. 또한, 시료(101)에는 레지스트가 도포된, 아직 아무것도 묘화되어 있지 않은 마스크 블랭크스가 포함된다. 또한, 묘화실(103)에는 시료(101)의 상방으로부터 시료(101)면을 향해 비스듬히 레이저를 조사하는 조사부와 시료(101)에서 반사된 레이저광을 수광하는 수광부에 의해 구성되는 Z 센서(210)가 배치된다.
제어부(160)는 제어 계산기 유닛(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(120), 앰프(212) 및 자기(磁氣) 디스크 장치 등의 기억 장치(140, 142, 146, 147, 148, 149)를 가지고 있다. 제어 계산기 유닛(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(120), 앰프(212) 및 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(140, 142, 146, 147, 148, 149)는 도시하지 않은 버스를 통해 서로 접속되어 있다.
제어 계산기 유닛(110) 내에는 Z 측정부(50), Z맵 작성부(52), Z맵 보정부(54), 묘화 데이터 처리부(56), 묘화 제어부(58), 위치 의존 이탈량 연산부(72), 시간 의존 이탈량 연산부(74), 위치 의존 Z맵 연산부(76) 및 시간 의존 Z맵 연산부(78)가 배치되어 있다. Z 측정부(50), Z맵 작성부(52), Z맵 보정부(54), 묘화 데이터 처리부(56), 묘화 제어부(58), 위치 의존 이탈량 연산부(72), 시간 의존 이탈량 연산부(74), 위치 의존 Z맵 연산부(76) 및 시간 의존 Z맵 연산부(78)와 같은 기능은 전기 회로 등의 하드웨어로 구성되어도 좋고, 이들의 기능을 실행하는 프로그램 등의 소프트웨어로 구성되어도 좋다. 혹은, 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구성되어도 좋다. Z 측정부(50), Z맵 작성부(52), Z맵 보정부(54), 묘화 데이터 처리부(56), 묘화 제어부(58), 위치 의존 이탈량 연산부(72), 시간 의존 이탈량 연산부(74), 위치 의존 Z맵 연산부(76) 및 시간 의존 Z맵 연산부(78)에 입출력되는 정보 및 연산 중의 정보는 메모리(112)에 그 때마다 저장된다.
편향 제어 회로(120) 내에는 Z 보정부(60) 및 편향량 연산부(62)가 배치되어 있다. Z 보정부(60) 및 편향량 연산부(62)와 같은 기능은 전기 회로 등의 하드웨어로 구성되어도 좋고, 이들의 기능을 실행하는 프로그램 등의 소프트웨어로 구성되어도 좋다. 혹은, 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구성되어도 좋다. Z 보정부(60) 및 편향량 연산부(62)에 입출력되는 정보 및 연산 중의 정보는 도시하지 않은 메모리에 그 때마다 저장된다.
여기서, 도 1에서는 실시예 1을 설명함에 있어서 필요한 구성을 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에서 통상적으로 필요한 그 외의 구성을 구비하고 있어도 상관없다. 예를 들면, 위치 편향용으로는 주편향기(208)와 부편향기(209)의 주부(主副) 2 단의 다단 편향기를 이용하고 있지만, 3 단 이상의 다단 편향기에 의해 위치 편향을 행하는 경우라도 좋다.
도 2는 실시예 1에 따른 묘화 방법의 주요부 공정을 나타낸 순서도이다. 도 2에서 실시예 1에서의 묘화 방법은 묘화 개시 전의 전처리와 실제 묘화 처리를 실시한다. 우선, 전처리로서 Z 측정 공정(S102)과, Z맵 작성 공정(S104)과, 평가 패턴 묘화 공정(S106)과, 회전 및 신축 측정 공정(S108)과, 위치 의존 이탈량 연산 공정(S110)과, 시간 의존 이탈량 연산 공정(S112)과, 위치 의존 △Z 분포 연산 공정(S114)과, 시간 의존 △Z 분포 연산 공정(S116)과 같은 일련의 공정을 실시한다. 이어서, 실제 묘화 공정으로서 Z 측정 공정(S202)과, Z맵 작성 공정(S204)과, Z맵 보정 공정(S206)과, 묘화 개시 처리 공정(S208)과, Z맵 보정 공정(S210)과, 묘화 재개 처리 공정(S212)과 같은 일련의 공정을 실시한다.
도 3은 실시예 1에 따른 높이 방향의 분포에 의해 변화하는 패턴의 이탈을 설명하기 위한 개념도이다. 전자빔 묘화에 있어서는, 자장 렌즈계에서의 편향 영역의 Z(기판면과 수직인 방향: 높이 방향)에 대하여, 도 3에 도시한 바와 같이 편향 이탈이 발생함으로써 편향 영역의 위치가 이탈한다. 초점 높이 위치(Z = 0)에 있어서는, 정확한 위치에 묘화되는 경우에, Z 값이 변화함에 따라 편향 영역이 회전(rot)하고, 또한 영역 사이즈의 신축(scale 혹은 ‘Exp.’라고 나타냄)도 발생한다. 예를 들면, 도 3의 예에서는 Z 값이 음의 방향(렌즈계로부터 멀어지는 방향)으로 이탈함에 따라 서서히 왼쪽 방향으로 회전하고, 영역 사이즈가 커진다. 반대로, Z 값이 양의 방향(렌즈계에 가까워지는 방향)으로 이탈함에 따라 서서히 오른쪽 방향으로 회전하고, 영역 사이즈가 축소된다. 예를 들면, XY 스테이지(105)에 높이 위치가 상이한 복수의 마크를 배치해 두고, 이러한 복수의 마크 위치를 전자빔으로 스캔함으로써 Z 값에 대한 편향 이탈의 변화율을 구할 수 있다.
도 4는 실시예 1에 따른 높이 방향의 분포에 대한 편향 이탈을 나타낸 그래프와 식의 일례를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시한 편향 이탈의 측정치로부터, 도 4에 나타내는 바와 같은 Z 값에 대한 회전량과 신축량을 구할 수 있다. 이러한 상대 관계로부터 편향 이탈량(dx, dy)은 도 4에 나타낸 식으로 구할 수 있다. 따라서, 묘화 대상이 되는 시료(101)의 각 위치에서의 Z 값(높이 위치)을 Z 센서(210)로 측정함으로써 높이 방향 분포를 측정하여, 맵화함으로써 이러한 편향 이탈량(dx, dy)을 연산할 수 있다. 실제로 묘화할 시에는, 예를 들면 이러한 편향 이탈량(dx, dy)을 부호를 반전시켜 설계 상의 묘화 위치(x, y)에 가산한 위치에서 편향량을 연산하면 된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 패턴의 미세화에 수반하여 이러한 보정에 의한 보정 잔차(殘差)도 무시할 수 없어지고 있다. 보정 잔차에는 묘화 위치에 의존한 위치 의존의 보정 잔차분과 묘화 시간에 따라 발생하는 시간 의존의 보정 잔차분이 존재한다고 상정된다. 따라서, 실시예 1에서는 이러한 위치 의존의 보정 잔차분과 시간 의존의 보정 잔차분을 구하여, 이러한 보정 잔차도 보정의 대상으로 한다. 이 때문에, 실제 묘화 전에 전처리로서 이러한 보정 잔차분을 구한다.
도 5는 실시예 1에 따른 평가 기판과 평가 패턴의 일례를 도시한 도면이다. 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 평가 기판에는 첫 번째(1s)의 칩 패턴과 두 번째(2s)의 칩 패턴이 인접 혹은 이웃하여 묘화된다. 평가 패턴은 평가 기판면 내에 격자 형상으로 배치되는 복수의 칩 패턴으로 구성된다. 각 칩은, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 예를 들면 정방형 혹은 장방형과 같은 직사각형의 복수의 콘택트 패턴이 위치 측정용으로 배열되도록 레이아웃되면 된다. 1 개의 칩은, 예를 들면 편향 영역 사이즈로 설정되면 적절하다. 이러한 평가 패턴을 묘화하기 위하여, 묘화 장치(100)의 XY 스테이지(105) 상에 평가 기판이 재치된다. 평가 패턴의 패턴 데이터는 기억 장치(142)에 외부로부터 입력되어 저장되어 있다.
Z 측정 공정(S102)으로서, 우선 평가 기판면의 높이 위치(Z 값)를 측정한다. 측정은 XY 스테이지(105)를 이동시키면서 Z 센서(210)로 각 위치의 Z 값을 측정한다. Z 센서(210)의 출력은 앰프(212)를 거쳐 Z 측정부(50)에 출력된다. Z 측정부(50)는 이러한 측정치를 취득한다. Z 값을 측정하는 위치는 세분화하는 것이 보다 정밀도가 향상되는데, 예를 들면 상술한 칩을 배치하는 위치마다 측정해도 된다.
Z맵 작성 공정(S104)으로서, Z맵 작성부(52)는 얻어진 Z 값으로부터 높이 방향 분포(Z맵)를 작성한다. Z맵은 기억 장치(149)에 저장되면 된다.
평가 패턴 묘화 공정(S106)으로서, 우선 묘화 데이터 처리부(56)가 기억 장치(142)로부터 평가 패턴의 패턴 데이터를 독출하고, 복수단의 데이터 변환 처리를 행하여 장치 고유의 샷(shot) 데이터를 생성한다. 샷 데이터는 기억 장치(146)에 일시적으로 저장된다. 묘화 제어부(58)의 제어 하에 편향 제어 회로(120)가 샷 데이터를 입력받아, Z 보정부(60)에 의해 상술한 Z 값(높이 위치)에 대한 편향 이탈량(dx, dy)을 연산한다. 그리고, 편향량 연산부(62)가 평가 패턴의 패턴 데이터 상의 편향 위치(x, y)에 연산된 편향 이탈량(dx, dy)을 부호를 반전시켜 가산한 위치에의 편향량을 연산한다. 이상과 같이 하여, 각 위치에 빔을 샷할 시의 편향량이 연산된다. 그리고, 묘화 제어부(58)의 제어 하에 묘화부(150)는 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 평가 기판에 빠짐없이 편향 영역을 설정하여 각 편향 영역에 대하여 도 5의 (b)에 도시한 평가 패턴을 묘화한다. 예를 들면, 왼쪽 아래로부터 차례로 이 단의 우측으로 묘화를 진행시킨다. 그리고, 이 단의 묘화가 종료되면 상측으로 1 단을 옮겨, 옮긴 단의 묘화를 진행시킨다. 이와 같이 차례로 묘화를 진행하여, 평가 기판 전체 면에 대하여 묘화한다. 이러한 동작을 첫 번째(1s)와 두 번째(2s)와 같이, 예를 들면 2 회 반복한다. 2s에서는 1s에서 묘화한 평가 패턴에 인접한 위치 혹은 이웃하는 위치와 동일한 패턴을 묘화하면 된다.
회전 및 신축 측정 공정(S108)으로서, 각 칩의 콘택트 패턴의 위치를 측정하여 각 칩이 배치된 편향 영역에서의 회전량과 신축량을 측정한다. 상술한 바와 같이 하여 묘화된 평가 패턴은 평가 기판면의 높이 위치에서의 편향 이탈 보정이 행해져 묘화된 패턴이다. 따라서, 평가 패턴의 위치를 측정하면, 각 편향 영역에서의 회전량과 신축량을 알 수 있다. 예를 들면, 칩 마다 x, y의 2 변수의 1 차 함수로 피팅함으로써 각 위치에서의 편향 영역의 회전량(rot)과 신축량(scale)을 연산할 수 있다. 평가 패턴의 측정 결과(측정 데이터)는 기억 장치(147)에 외부로부터 입력되어 저장된다.
위치 의존 이탈량 연산 공정(S110)으로서, 위치 의존 이탈량 연산부(72)는 평가 패턴의 측정 데이터를 독출하여, 묘화 위치에 의존한 이탈량을 연산한다. 여기서는, 예를 들면 각 위치에서 1s에서의 측정 결과와 2s에서의 측정 결과의 평균치를 구함으로써, 시간에 의존하지 않고 묘화 위치에 의존한 이탈량을 구할 수 있다.
시간 의존 이탈량 연산 공정(S112)으로서, 시간 의존 이탈량 연산부(74)는 평가 패턴의 측정 데이터를 독출하고, 묘화 시간에 의존한 이탈량을 연산한다. 여기서는, 예를 들면 각 위치에서 1s에서의 측정 결과로부터 앞서 구한 위치 의존 이탈량을 차감한다. 마찬가지로, 각 위치에서 2s에서의 측정 결과로부터 앞서 구한 위치 의존 이탈량을 차감한다. 그리고, 묘화 시간 순으로 차분치를 배정함으로써, 위치에 의존하지 않는, 시간에 의존한 이탈량을 구할 수 있다.
또한, 실시예 1에서는 이들의 위치 의존 이탈량과 시간 의존 이탈량을 Z 값으로 환산한다.
위치 의존 △Z 분포 연산 공정(S114)으로서, 위치 의존 Z맵 연산부(76)는 기판의 묘화 위치에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차(설계 위치에 대한 위치 이탈량)를 높이 방향의 Z 값으로 환산한 위치 의존 높이 방향 분포(△z(pos.))를 연산한다. 도 4에 나타낸 식을 이용하여, 각 위치(x, y)에서의 위치 의존 이탈량(dx, dy)으로부터 z 값(△z)을 역산하면 된다. 이상과 같이 하여, 위치 의존 높이 방향 분포(△z(pos.) (혹은 △z(pos.) 맵이라고도 함)를 연산한다. 연산된 위치 의존 높이 방향 분포(△z(pos.))는 기억 장치(148)에 저장된다.
시간 의존 △Z 분포 연산 공정(S116)으로서, 시간 의존 Z맵 연산부(78)는 기판에의 묘화 시간에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차(설계 위치에 대한 위치 이탈량)를 높이 방향의 값으로 환산한 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))를 연산한다. 도 4에 나타낸 식을 이용하여, 각 위치(x, y)에서의 시간 의존 이탈량(dx, dy)으로부터 z 값(△z)을 역산하면 된다. 이상과 같이 하여, 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))(혹은 △z(time) 맵이라고도 함)를 연산한다. 연산된 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))는 기억 장치(148)에 저장된다.
이상과 같이 하여, 위치 의존 높이 방향 분포(△z(pos.))와 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))를 취득한다. 상술한 예에서는 묘화 장치(100) 내에서 위치 의존 높이 방향 분포(△z(pos.))와 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))를 연산하여 구하고 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 묘화 장치(100)의 외부에서 구하고 나서 기억 장치(148)에 저장해도 된다. 그리고, 이들을 이용하여 묘화 대상 기판이 되는 시료(101)에 대하여 실제 묘화를 행한다. 시료(101)에 대하여 묘화하는 묘화 데이터(레이아웃 데이터)는 기억 장치(140)에 외부로부터 입력되어 저장된다.
Z 측정 공정(S202)으로서, Z 측정부(50)는 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정한다. 즉, 각 위치에서 묘화 대상 기판이 되는 시료(101)의 묘화면의 높이 위치(Z 값)를 측정한다. 측정 방법은 상술한 내용과 동일하다.
Z맵 작성 공정(S204)으로서, Z맵 작성부(52)는 각 위치에서 측정된 높이 위치(Z 값)를 이용하여 높이 방향 분포(Z맵)를 작성한다. Z맵은 기억 장치(149)에 저장된다.
Z맵 보정 공정(S206)으로서, Z맵 보정부(54)는 기판의 묘화 위치에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 위치 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 기판의 높이 방향 분포에 위치 의존 높이 방향 분포를 가산하여 기판의 높이 방향 분포를 보정한다. Z맵 보정부(54)는 높이 방향 분포 보정부의 일례이다. 구체적으로, Z맵 보정부(54)는 기억 장치(148)로부터 위치 의존 높이 방향 분포(△z(pos.))를 독출하고, 작성된 Z맵의 각 값에 위치 의존 높이 방향 분포(△z(pos.))의 대응 위치의 값을 가산한다. 이에 의해, 위치 의존의 이탈량이 보정된 Z맵으로 할 수 있다. 보정 후의 Z맵은 기억 장치(149)에 저장되어, 앞서 저장되어 있는 Z맵과 치환된다. 혹은, 덮어 쓰기되어도 좋다.
묘화 개시 처리 공정(S208)으로서, 우선 묘화 데이터 처리부(56)는 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 독출하고, 복수단의 데이터 변환 처리를 행하여 장치 고유의 샷 데이터를 생성한다. 묘화 장치(100)에서 도형 패턴을 묘화하기 위해서는 1 회의 빔의 샷으로 조사할 수 있는 사이즈로 묘화 데이터에 정의된 각 도형 패턴을 분할할 필요가 있다. 따라서, 묘화 데이터 처리부(56)는 묘화 데이터가 나타내는 도형 패턴을 1 회의 빔의 샷으로 조사할 수 있는 사이즈로 분할하여 샷 도형을 생성한다. 그리고, 샷 도형마다 샷 데이터를 생성한다. 샷 데이터에는, 예를 들면 도형 종류, 도형 사이즈, 조사 위치 및 조사량이 정의된다. 생성된 샷 데이터는 기억 장치(146)에 순차적이고 일시적으로 저장된다.
그리고, 편향 이탈량 연산 공정으로서, Z 보정부(60)는 샷 데이터를 독출하여, 샷 데이터마다, 보정된 Z’맵(Z맵 ＋ △z(pos.))을 참조하여 각 위치(x, y)에 대하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량(dx, dy)을 연산한다. Z 보정부(60)는 편향 이탈량 연산부의 일례이다. 보정 연산은 도 4에 나타낸 식을 이용하면 된다.
그리고, 편향량 연산 공정으로서, 편향량 연산부(62)는 얻어진 편향 이탈량(dx, dy)이 보정된 위치(x, y)에 전자빔(200)을 편향하기 위한 편향량을 연산한다. 구체적으로, 편향량 연산부(62)가 샷 데이터 상의 편향 위치(x, y)에 연산된 편향 이탈량(dx, dy)을 부호를 반전시켜 가산한 위치에의 편향량을 연산한다. 이상과 같이 하여, 각 위치에 빔을 샷할 시의 편향량이 연산된다. 그리고, 묘화 제어부(58)의 제어 하에 묘화부(150)는 얻어진 편향량으로 전자빔(200)을 편향하여 시료(101)에 패턴을 묘화한다. 구체적으로, 이하와 같이 동작한다.
전자총(201)(방출부)으로부터 방출된 전자빔(200)은 조명 렌즈(202)에 의해 직사각형, 예를 들면 장방형의 홀을 가지는 제 1 애퍼처(203) 전체를 조명한다. 여기서, 전자빔(200)을 우선 직사각형, 예를 들면 장방형으로 성형한다. 그리고, 제 1 애퍼처(203)를 통과한 제 1 애퍼처 이미지의 전자빔(200)은 투영 렌즈(204)에 의해 제 2 애퍼처(206) 상에 투영된다. 편향기(205)에 의해, 이러한 제 2 애퍼처(206) 상에서의 제 1 애퍼처 이미지는 편향 제어되어, 빔 형상과 치수를 변화시킬 수 있다. 그리고, 제 2 애퍼처(206)를 통과한 제 2 애퍼처 이미지의 전자빔(200)은 대물 렌즈(207)에 의해 초점을 맞추고, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의해 편향되어, 연속적으로 이동하는 XY 스테이지(105)에 배치된 시료(101)의 원하는 위치에 조사된다. 도 1에서는 위치 편향으로 주부(主副) 2 단의 다단 편향을 이용한 경우를 도시하고 있다. 이러한 경우에는 주편향기(208)에서 묘화 영역을 가상 분할한 서브 필드(SF)의 기준 위치에 스테이지 이동을 추종하면서 해당 샷의 전자빔(200)을 편향하고, 부편향기(209)에서 SF 내의 각 조사 위치에 이러한 해당 샷의 빔을 편향하면 된다.
여기서, 묘화를 개시하고 나서 시간이 경과함으로써, 시간 의존의 이탈량이 발생한다. 따라서, 실시예 1에서는 묘화 처리를 개시한 다음 소정의 시간이 경과한 후, 앞서 구한 시간 의존의 이탈량을 보정한다. 묘화 처리는 묘화 영역을 사각형 형상으로 스트라이프 영역으로 분할하여, 스트라이프 영역마다 묘화 처리를 진행시한다. 그리고, 전자빔 묘화에서는 시간의 경과 등에 의해 빔 드리프트가 발생한다. 이 때문에, 예를 들면 묘화 중에 정기적 혹은 부정기적으로 일시 묘화 처리를 중단하여, 드리프트 보정을 행한다. 예를 들면, 10 분 후 혹은 20 분 후의 시간 경과 후에 묘화를 일시 중단하여 보정한다. 드리프트 보정은 스트라이프 영역 간에서 행하는 경우가 많다. 따라서, 실시예 1에서는 이러한 드리프트 보정과 같은 일단 묘화 처리를 중단했을 시에 Z맵을 보정한다.
또한, Z맵 보정 공정(S210)으로서, Z맵 보정부(54)는 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))를 입력받고, 묘화 개시 전에 보정한 기판의 높이 방향 분포에 추가로 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))를 가산하여, 기판의 높이 방향 분포를 더 보정한다. 구체적으로, 일단 묘화 처리를 중단할 시에, Z맵 보정부(54)는 묘화 개시 시점으로부터 중단한 시점에서의 묘화 시간을 측정한다. 그리고, Z맵 보정부(54)는 기억 장치(148)로부터 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))를 독출하고, 이러한 묘화 시간에 따른 높이 위치(△z(time))를 Z맵의 각 위치의 값에 가산한다. 이에 의해, 시간 의존의 이탈량이 보정된 Z맵으로 할 수 있다. 보정 후의 Z맵은 기억 장치(149)에 저장되어, 앞서 저장되어 있는 Z맵과 치환된다. 혹은, 덮어 쓰기되어도 좋다.
묘화 재개 처리 공정(S212)으로서, 묘화 처리를 재개한다. 구체적으로, 편향 이탈량 연산 공정으로서, Z 보정부(60)는 샷 데이터를 독출하여, 샷 데이터마다 시간 의존분도 보정된 Z’’맵(Z맵 ＋ △z(pos.) ＋ △z(time))을 참조하여, 각 위치(x, y)에 대하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량(dx, dy)을 연산한다. Z 보정부(60)는 편향 이탈량 연산부의 일례이다. 보정 연산은 도 4에 나타낸 식을 이용하면 된다.
그리고, 편향량 연산 공정으로서, 편향량 연산부(62)는 얻어진 편향 이탈량(dx, dy)이 보정된 위치(x, y)에 전자빔(200)을 편향하기 위한 편향량을 연산한다. 구체적으로, 편향량 연산부(62)가 샷 데이터 상의 편향 위치(x, y)에 연산된 편향 이탈량(dx, dy)을 부호를 반전시켜 가산한 위치에의 편향량을 연산한다. 이상과 같이 하여, 각 위치에 빔을 샷할 시의 편향량이 연산된다. 그리고, 묘화 제어부(58)의 제어 하에 묘화부(150)는 얻어진 편향량으로 전자빔(200)을 편향하여 시료(101)에 패턴을 묘화한다.
그리고, 다음의 묘화 중단 시에, 재차 Z맵 보정 공정(S210)부터 묘화 재개 처리 공정(S212)까지를 반복한다. 여기서, 다음의 Z맵 보정 공정(S210)에서는 재개 시부터 다음의 중단 시까지의 시간에 상당하는 높이 위치(△z)를 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))로부터 독출하여 가산해도 좋다. 혹은, 앞서 가산한 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))치를 차분하고, 그 대신에 당초의 묘화 개시 시부터 금회의 중단 시의 시점까지의 시간에 상당하는 높이 위치(△z)를 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))로부터 독출하여 가산해도 좋다.
이상과 같이 시간 경과에 따라 시간 의존 높이 방향 분포(△z(time))를 보정한다. 이에 의해, 당초는 위치 의존분의 보정 잔차가 보정되고, 묘화 개시 후에는 시간 경과에 따라 시간 의존의 보정 잔차를 보정할 수 있다.
여기서, 상술한 예에서는 위치 의존분의 보정 잔차와 시간 의존의 보정 잔차의 양방을 보정하고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 정밀도는 떨어지지만, Z맵에 대하여 시간 의존의 보정 잔차만을 보정하도록 해도 상관없다. 혹은, Z맵에 대하여 위치 의존의 보정 잔차만을 보정하도록 해도 상관없다. 어느 쪽이라도 당초의 Z맵만으로는 보정할 수 없었던 보정 잔차를 보정할 수 있다. 따라서, 기판의 높이 방향 분포만으로는 남는 보정 잔차를 더 보정할 수 있다. 따라서, 편향 형상의 잔차를 보정할 수 있어, 종래보다 편향 정밀도를 더 향상시킬 수 있다.
이상, 구체예를 참조하여 실시예에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들의 구체예에 한정되지 않는다.
또한, 장치 구성 및 제어 방법 등 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 장치 구성 및 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
이 외에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 하전 입자빔 묘화 장치 및 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.
50 : Z 측정부
52 : Z맵 작성부
54 : Z맵 보정부
56 : 묘화 데이터 처리부
58 : 묘화 제어부
60 : Z 보정부
62 : 편향량 연산부
72 : 위치 의존 이탈량 연산부
74 : 시간 의존 이탈량 연산부
76 : 위치 의존 Z맵 연산부
78 : 시간 의존 Z맵 연산부
100 : 묘화 장치
101, 340 : 시료
102 : 전자 경통
103 : 묘화실
105 : XY 스테이지
110 : 제어 계산기 유닛
112 : 메모리
120 : 편향 제어 회로
140, 142, 146, 147, 148, 149 : 기억 장치
150 : 묘화부
160 : 제어부
200 : 전자빔
201 : 전자총
202 : 조명 렌즈
203, 410 : 제 1 애퍼처
204 : 투영 렌즈
205 : 편향기
206, 420 : 제 2 애퍼처
207 : 대물 렌즈
208 : 주편향기
209 : 부편향기
210 : Z 센서
212 : 앰프
330 : 전자선
411 : 개구
421 : 가변 성형 개구
430 : 하전 입자 소스

Claims (5)

  1. 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정하는 측정부와,
    상기 기판의 묘화 위치에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 위치 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 상기 기판의 높이 방향 분포에 상기 위치 의존 높이 방향 분포를 가산하여 상기 기판의 보정된 높이 방향 분포를 생성하는 높이 방향 분포 보정부와 - 상기 패턴의 위치 오차는 상기 기판의 묘화 위치에 의존한 요소를 포함하고 상기 기판에 대한 묘화 시간에 의존한 요소를 제외함 -,
    상기 보정된 상기 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량을 연산하는 편향 이탈량 연산부와,
    얻어진 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 편향량 연산부와,
    얻어진 편향량으로 하전 입자빔을 편향하여 기판에 패턴을 묘화하는 묘화부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 높이 방향 분포 보정부는, 상기 기판에의 묘화 시간에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 시간 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 보정 후의 기판의 높이 방향 분포에 상기 시간 의존 높이 방향 분포를 가산하여 상기 기판의 높이 방향 분포를 더 보정하고,
    상기 편향 이탈량 연산부는, 상기 시간 의존 높이 방향 분포에 의해 보정된 상기 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량을 연산하고,
    상기 편향량 연산부는, 상기 시간 의존 높이 방향 분포를 이용하여 보정된 높이 방향 분포에 의한 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  3. 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정하는 측정부와,
    상기 기판에의 묘화 시간에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 시간 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 상기 기판의 높이 방향 분포에 상기 시간 의존 높이 방향 분포를 가산하여 상기 기판의 보정된 높이 방향 분포를 생성하는 높이 방향 분포 보정부와 - 상기 패턴의 위치 오차는 상기 기판의 묘화 시간에 의존한 요소를 포함하고 상기 기판에 대한 묘화 위치에 의존한 요소를 제외함 -,
    상기 보정된 상기 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량을 연산하는 편향 이탈량 연산부와,
    얻어진 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 편향량 연산부와,
    얻어진 편향량으로 하전 입자빔을 편향하여 기판에 패턴을 묘화하는 묘화부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  4. 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정하는 공정과,
    상기 기판의 묘화 위치에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 위치 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 상기 기판의 높이 방향 분포에 상기 위치 의존 높이 방향 분포를 가산하여 상기 기판의 보정된 높이 방향 분포를 생성하는 공정과 - 상기 패턴의 위치 오차는 상기 기판의 묘화 위치에 의존한 요소를 포함하고 상기 기판에 대한 묘화 시간에 의존한 요소를 제외함 -,
    상기 보정된 상기 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량을 연산하는 공정과,
    얻어진 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 공정과,
    얻어진 편향량으로 하전 입자빔을 편향하여 기판에 패턴을 묘화하는 공정
    을 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
  5. 묘화 대상이 되는 기판의 높이 방향 분포를 측정하는 공정과,
    상기 기판에의 묘화 시간에 의존하여 발생하는 패턴의 위치 오차를 높이 방향의 값으로 환산한 시간 의존 높이 방향 분포를 입력받아, 상기 기판의 높이 방향 분포에 상기 시간 의존 높이 방향 분포를 가산하여 상기 기판의 보정된 높이 방향 분포를 생성하는 공정과 - 상기 패턴의 위치 오차는 상기 기판의 묘화 시간에 의존한 요소를 포함하고 상기 기판에 대한 묘화 위치에 의존한 요소를 제외함 - ,
    상기 보정된 상기 높이 방향 분포를 이용하여 묘화되는 패턴의 편향 이탈량을 연산하는 공정과,
    얻어진 편향 이탈량이 보정된 위치에 하전 입자빔을 편향하기 위한 편향량을 연산하는 공정과,
    얻어진 편향량으로 하전 입자빔을 편향하여 기판에 패턴을 묘화하는 공정
    을 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
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