KR101782337B1 - 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

본 발명의 일 태양의 하전 입자빔 묘화 장치는, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의되는 이동 수에 따라 묘화 대상의 도형 패턴을 확대한 확대 패턴을 작성하는 확대 패턴 작성부와, 이동 수에 따라 도형 패턴을 축소한 축소 패턴을 작성하는 축소 패턴 작성부와, 확대 패턴과 축소 패턴을 이용하여, 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 소영역 각각에 조사되는 하전 입자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수를 연산하는 조사 계수 연산부와, 조사 계수를 이용해 소영역마다 얻어지는 조사량의 하전 입자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 따라 시료에 도형 패턴을 묘화하는 묘화부를 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, 멀티빔 묘화 및 래스터 스캔 묘화에서의 각 화소의 조사량을 설정하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 유일하게 패턴을 생성하는 매주 중요한 프로세스이다. 최근, LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선폭은 해마다 미세화되고 있다. 여기서, 전자선(전자빔) 묘화 기술은 본질적으로 우수한 해상성을 가지고 있어, 마스크 블랭크스로 전자선을 사용하여 마스크 패턴을 묘화하는 것이 행해지고 있다.
예를 들면, 멀티빔을 사용한 묘화 장치가 있다. 1 개의 전자빔으로 묘화하는 경우에 비해, 멀티빔을 이용함으로써 한 번에 많은 빔을 조사할 수 있으므로 스루풋을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다. 이러한 멀티빔 방식의 묘화 장치에서는, 예를 들면, 전자총으로부터 방출된 전자빔을 복수의 홀을 가진 마스크에 통과시켜 멀티빔을 형성하고, 각각 블랭킹 제어되어 차폐되지 않은 각 빔이 광학계로 축소되고, 마스크상이 축소되고 편향기로 편향되어 시료 상의 원하는 위치로 조사된다.
여기서, 예를 들면 가변 성형빔 묘화 장치에서는 원하는 위치에 특정 형상의 빔의 조사를 행할 수 있기 때문에, 패턴 가장자리의 위치와 빔 가장자리의 위치를 대응시킨 묘화가 가능하다. 이에 반해, 각각의 빔의 조사 위치를 자유롭게 제어할 수 없는 멀티빔 묘화 장치에서는, 묘화 대상 영역을 복수의 화소로 분할하고, 묘화 대상 패턴을 화소 패턴(비트 패턴이라고도 함)으로 변환하여 화소 패턴을 묘화하고 있다. 따라서, 모든 패턴에 대해 패턴 가장자리와 빔 가장자리의 위치를 대응시키는 것은 곤란하다. 이 때문에, 멀티빔 묘화 장치에서는 패턴 가장자리가 원하는 위치에서 형성되도록 패턴 가장자리가 걸려 있는 화소를 조사하는 빔의 조사량을 조절할 것이 요망된다. 여기서, 각 화소의 조사량을 결정하는 방법으로서, 종래에 1 번째의 방법으로서, 화소 내의 패턴 면적 밀도에 빔의 조사량을 비례시키는 방법을 들 수 있다. 1 번째의 방법과 유사한 방법으로서, 패턴 면적 밀도에 완전히 일치시키는 경우가 아니라 예를 들면, 노광 영역의 몇 개의 화소는 100%의 그레이 레벨까지 노광되고, 다른 화소는 완전한 그레이 레벨의 50%까지 밖에 노광되지 않는다. 나머지 화소는 0% 조사량으로 노광된다고 하는 기술이 개시되어 있다(예를 들면, 일본특허공개공보 제2010-123966호 참조). 그 외에 2 번째의 방법으로서, 화소의 중심점이 패턴 내에 들어가 있으면 100%의 조사량의 빔을 조사하고, 들어가 있지 않으면 빔을 조사하지 않는다고 하는 방법을 들 수 있다.
여기서 1 번째의 방법에서는, 위치를 이동시키면서 다중 묘화를 행하지 않는 경우라면 패턴 가장자리에서의 빔의 도스 프로파일의 기울기를 가파르게 할 수 있어 높은 콘트라스트로 묘화하는 것이 가능해질 수 있다. 그러나, 위치를 이동시키면서 다중 묘화를 행하는 경우, 패턴이 화소에 조금이라도 걸려 있으면 그 화소에서 빔을 조사하게 되어, 그 만큼 빔의 도스 프로파일의 기울기가 작아져 콘트라스트의 저하가 발생한다. 이 때문에, 고정밀도의 위치 및 선폭의 패턴을 형성하도록 레지스트를 현상하는 것이 어려워진다. 2 번째의 방법에서는, 화소 경계와 패턴 가장자리와의 위치가 맞지 않는 경우, 레지스트의 해상 위치가 이탈되어 패턴 가장자리 정밀도를 높이는 것이 애초에 곤란해진다.
본 발명은, 빔의 도스 콘트라스트를 높게 유지하면서 고정밀도의 패턴 형성을 가능하게 할 수 있는 하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법을 제공한다.
본 발명의 일 태양의 하전 입자빔 묘화 장치는,
위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의되는 이동 수에 따라 묘화 대상의 도형 패턴을 확대한 확대 패턴을 작성하는 확대 패턴 작성부와,
이동 수에 따라 도형 패턴을 축소한 축소 패턴을 작성하는 축소 패턴 작성부와,
확대 패턴과 축소 패턴을 이용하여, 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 소영역 각각에 조사되는 하전 입자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수를 연산하는 조사 계수 연산부와,
하전 입자빔원, 편향기 및 시료를 재치하는 스테이지를 가지며, 조사 계수를 이용해 소영역마다 얻어지는 조사량의 하전 입자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 의해 시료에 도형 패턴을 묘화하는 묘화부
를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 하전 입자빔 묘화 방법은,
위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의되는 이동 수에 따라 묘화 대상의 도형 패턴을 확대한 확대 패턴을 작성하고,
이동 수에 따라 도형 패턴을 축소한 축소 패턴을 작성하고,
확대 패턴과 축소 패턴을 이용하여, 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 소영역 각각에 조사되는 하전 입자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수를 연산하고,
조사 계수를 이용해 소영역마다 얻어지는 조사량의 하전 입자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 의해 시료에 상기 도형 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양의 하전 입자빔 묘화 장치는,
위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의되는 이동 수 이하의 값에 따라 묘화 대상의 도형 패턴을 확대한 확대 패턴을 작성하는, 적어도 1 개의 회로에 의해 구성되는 확대 패턴 작성부와,
이동 수 이하의 값에 따라 도형 패턴을 축소한 축소 패턴을 작성하는, 상기 적어도 1 개의 회로에 의해 구성되는 축소 패턴 작성부와,
확대 패턴과 축소 패턴을 이용하여, 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 소영역 각각에 조사되는 하전 입자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수를 연산하는, 상기 적어도 1 개의 회로에 의해 구성되는 조사 계수 연산부와,
조사 계수를 이용해 소영역마다 얻어지는 조사량의 하전 입자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 의해 시료에 도형 패턴을 묘화하는 묘화부
를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양의 하전 입자빔 묘화 방법은,
위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의되는 이동 수 이하의 값에 따라 묘화 대상의 도형 패턴을 확대한 확대 패턴을 작성하고,
이동 수 이하의 값에 따라 도형 패턴을 축소한 축소 패턴을 작성하고,
확대 패턴과 축소 패턴을 이용하여, 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 소영역 각각에 조사되는 하전 입자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수를 연산하고,
조사 계수를 이용해 소영역마다 얻어지는 조사량의 하전 입자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 의해 시료에 상기 도형 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 실시 형태 1에서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2(a)와 도 2(b)는 실시 형태 1에서의 성형 애퍼처 어레이 부재의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 실시 형태 1에서의 블랭킹 애퍼처 어레이부의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시 형태 1에서의 블랭킹 애퍼처 어레이부의 멤브레인 영역 내의 구성의 일부를 나타내는 상면 개념도이다.
도 5는 실시 형태 1에서의 묘화 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 실시 형태 1에서의 확대 도형 패턴 작성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8(a) 내지 도 8(h)는 실시 형태 1에서의 이동 수와 이동 다중도와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 형태 1에서의 이동 다중도(N) = 2인 경우에서의 화소 레이어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시 형태 1에서의 이동 다중도(N) = 4인 경우에서의 화소 레이어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 실시 형태 1에서의 이동 다중도(N) = 5인 경우에서의 화소 레이어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시 형태 1에서의 축소 도형 패턴 작성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 실시 형태 1에서의 화소와 도형 패턴과의 배치 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14(a) 내지 도 14(c)는 실시 형태 1에서의 조사 계수의 값을 구하는 법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는 실시 형태 1에서의 부호화 거리의 연산 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 16(a)와 도 16(b)는 실시 형태 1에서의 부호화 거리의 다른 연산 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 17(a)와 도 17(b)는 실시 형태 1에서의 조사 계수의 값을 구하는 법의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 18(a) 내지 도 18(e)는 실시 형태 1과 비교예에서의, 화소의 경계와 패턴 가장자리가 일치하지 않는 도형 패턴을 이동 다중도(N) = 2로 다중 묘화한 경우에서의 빔의 도스 프로파일의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 19(a) 내지 도 19(e)는 실시 형태 1과 비교예에서의, 화소의 경계와 패턴 가장자리가 일치하지 않는 도형 패턴을 이동 다중도(N) = 2로 다중 묘화한 경우에서의 빔의 도스 프로파일의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 실시 형태 1에서의 직사각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다.
도 21(a)와 도 21(b)는 실시 형태 1에서의 직사각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례의 일부를 확대한 도면이다.
도 22는 실시 형태 1에서의 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다.
도 23(a)와 도 23(b)는 실시 형태 1에서의 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례의 일부를 확대한 도면이다.
도 24는 실시 형태 1에서의 임의각 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다.
도 25(a)와 도 25(b)는 실시 형태 1에서의 임의각 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례의 일부를 확대한 도면이다.
도 26은 실시 형태 1에서의 임의각 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 27(a)와 도 27(b)는 실시 형태 1에서의 임의각 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 다른 일례의 일부를 확대한 도면이다.
도 28(a) 내지 도 28(c)는 실시 형태 2에서의 조사 계수의 값을 구하는 법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 29는 실시 형태 2에서의 이동 수와 이동 다중도와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 실시 형태에서는, 화소 패턴에 의해 패턴 형성하는 묘화 방법에서 빔의 도스 콘트라스트를 높게 유지하여 고정밀도의 패턴 형성을 가능하게 하는 하전 입자빔 묘화 장치에 대해 설명한다.
이하, 실시 형태에서는, 하전 입자빔의 일례로서 전자빔을 이용한 구성에 대해 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되지 않으며, 이온빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다. 또한, 이하, 하전 입자빔 묘화 장치의 일례로서 멀티빔 묘화 장치에 대해 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 래스터 스캔형의 묘화 장치여도 적용할 수 있다. 바꾸어 말하면, 각 실시 형태의 방법은 화소 패턴(비트 패턴)의 조합에 의해 패턴 형성하는 묘화 방식에 대해 적용 가능하다.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 1에서 묘화 장치(100)는 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치의 일례이다. 묘화부(150)는 전자 경통(102)과 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 부재(203), 블랭킹 애퍼처 어레이부(204), 축소 렌즈(205), 제한 애퍼처 부재(206), 대물 렌즈(207) 및 편향기(208)가 배치되어 있다. 묘화실(103) 내에는 XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는, 묘화 시에는 묘화 대상 기판이 되는 마스크 블랭크스 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는 반도체 장치를 제조할 때의 노광용 마스크, 혹은 반도체 장치가 제조되는 반도체 기판(실리콘 웨이퍼) 등이 포함된다. XY 스테이지(105) 상에는, 또한 XY 스테이지(105)의 위치 측정용의 미러(210)가 배치된다.
제어부(160)는 제어 계산기(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(130), 스테이지 위치 검출기(139) 및 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(140, 142)를 가지고 있다. 제어 계산기(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(130), 스테이지 위치 검출기(139) 및 기억 장치(140, 142)는 도시하지 않은 버스를 개재하여 서로 접속되어 있다. 기억 장치(140)(기억부)에는 복수의 도형 패턴의 패턴 데이터가 정의된 묘화 데이터가 묘화 장치(100)의 외부로부터 입력되고, 저장되어 있다.
제어 계산기(110) 내에는 설정부(50), 시프트 방향 연산부(52), 시프트량 연산부(54), 확대 패턴 작성부(56), 축소 패턴 작성부(58), 판정부(60), 조사 계수 연산부(62), k 맵 작성부(64), 조사량 연산부(66), 조사 시간 연산부(68), 묘화 제어부(70), 설정부(71) 및 도스 맵 작성부(72)가 배치되어 있다. 설정부(50), 시프트 방향 연산부(52), 시프트량 연산부(54), 확대 패턴 작성부(56), 축소 패턴 작성부(58), 판정부(60), 조사 계수 연산부(62), k 맵 작성부(64), 조사량 연산부(66), 조사 시간 연산부(68), 묘화 제어부(70), 설정부(71) 및 도스 맵 작성부(72)와 같은 각 '~ 부'는 1 개의 연산 회로(processing circuitry)를 가진다. 이러한 연산 회로는 예를 들면, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로 혹은 반도체 장치를 포함한다. 각 '~ 부'는 공통되는 연산 회로(processing circuitry)(동일한 연산 회로)를 이용해도 되고, 혹은 상이한 연산 회로(s)(다른 연산 회로)를 이용해도 된다. 설정부(50), 시프트 방향 연산부(52), 시프트량 연산부(54), 확대 패턴 작성부(56), 축소 패턴 작성부(58), 판정부(60), 조사 계수 연산부(62), k 맵 작성부(64), 조사량 연산부(66), 조사 시간 연산부(68), 묘화 제어부(70), 설정부(71) 및 도스 맵 작성부(72)에 입출력되는 정보 및 연산 중인 정보는 메모리(112)에 그때마다 저장된다.
여기서, 도 1에서는 실시 형태 1을 설명함에 있어서 필요한 구성을 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어서 통상적으로 필요한 그 외의 구성을 구비하고 있어도 상관없다.
도 2(a)와 도 2(b)는 실시 형태 1에서의 성형 애퍼처 어레이 부재의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 2(a)에서 성형 애퍼처 어레이 부재(203)에는, 세로(y 방향) m 열 × 가로(x 방향) n 열(m, n ≥ 2)의 홀(개구부)(22)이 소정의 배열 피치로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 도 2(a)에서는 예를 들면, 512 × 8 열의 홀(22)이 형성된다. 각 홀(22)은 모두 동일 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은, 동일 외경의 원형이어도 상관없다. 여기서는 y 방향의 각 열에 대해 x 방향으로 A부터 H까지의 8 개의 홀(22)이 각각 형성되는 예가 나타나 있다. 이들 복수의 홀(22)을 전자빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써 멀티빔(20)이 형성되게 된다. 여기서는 가로세로(x, y 방향)가 모두 2 열 이상의 홀(22)이 배치된 예를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다. 그 외에 예를 들면, 가로세로(x, y 방향) 중 어느 일방이 복수 열이고 타방은 1 열 뿐이어도 상관없다. 또한, 홀(22)의 배열 방법은 도 2(a)와 같이 가로세로가 격자 형상으로 배치되는 경우에 한정되지 않는다. 도 2(b)에 나타낸 바와 같이 예를 들면, 세로 방향(y 방향) 1 단째 열과 2 단째 열의 홀끼리가 가로 방향(x 방향)으로 치수(a)만큼 이동하여 배치되어도 된다. 마찬가지로, 세로 방향(y 방향) 2 단째 열과 3 단째 열의 홀끼리가 가로 방향(x 방향)으로 치수(b)만큼 이동하여 배치되어도 된다.
도 3은 실시 형태 1에서의 블랭킹 애퍼처 어레이부의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시 형태 1에서의 블랭킹 애퍼처 어레이부의 멤브레인 영역 내의 구성의 일부를 나타내는 상면 개념도이다. 또한, 도 3과 도 4에서 제어 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41, 43)의 위치 관계는 일치시켜 기재하지 않았다. 블랭킹 애퍼처 어레이부(204)는, 도 3에 나타낸 바와 같이 지지대(33) 상에 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판(31)이 배치된다. 기판(31)의 중앙부는, 예를 들면 이면측으로부터 얇게 깎여 얇은 막 두께(h)의 멤브레인 영역(30)(제1 영역)으로 가공되어 있다. 멤브레인 영역(30)을 둘러싸는 주위는 두꺼운 막 두께(H)의 외주 영역(32)(제2 영역)이 된다. 멤브레인 영역(30)의 상면과 외주 영역(32)의 상면은 동일한 높이 위치, 혹은 실질적으로 동일한 높이 위치가 되도록 형성된다. 기판(31)은 외주 영역(32)의 이면에서 지지대(33) 상에 보지(保持)된다. 지지대(33)의 중앙부는 개구되어 있으며, 멤브레인 영역(30)의 위치는 지지대(33)의 개구된 영역에 위치하고 있다.
멤브레인 영역(30)에는, 도 2(a)(혹은 도 2(b))에 나타낸 성형 애퍼처 어레이 부재(203)의 각 홀(22)에 대응하는 위치에 멀티빔 각각의 빔 통과용의 통과홀(25)(개구부)이 개구된다. 그리고 멤브레인 영역(30) 상에는, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 각 통과홀(25)의 근방 위치에 해당하는 통과홀(25)을 사이에 두고 블랭킹 편향용의 제어 전극(24)과 대향 전극(26)의 조(블랭커: 블랭킹 편향기)가 각각 배치된다. 또한, 멤브레인 영역(30) 상의 각 통과홀(25)의 근방에는, 각 통과홀(25)용의 제어 전극(24)에 편향 전압을 인가하는 제어 회로(41)(로직 회로)가 배치된다. 각 빔용의 대향 전극(26)은 그라운드 접속된다.
또한 도 4에 나타낸 바와 같이, 각 제어 회로(41)는 제어 신호용의 예를 들면 10 비트의 병렬 배선이 접속된다. 각 제어 회로(41)는, 제어 신호용의 예를 들면 10 비트의 병렬 배선 외에 클록 신호선 및 전원용의 배선이 접속된다. 클록 신호선 및 전원용의 배선은 병렬 배선의 일부의 배선을 유용해도 상관없다. 멀티빔을 구성하는 각각의 빔마다 제어 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)에 의한 개별 블랭킹 기구(47)가 구성된다. 또한 도 3의 예에서는, 제어 전극(24)과 대향 전극(26)과 제어 회로(41)가 기판(31)의 막 두께가 얇은 멤브레인 영역(30)에 배치된다. 단, 이에 한정되지 않는다.
각 통과홀(25)을 통과하는 전자빔(20)은, 각각 독립적으로 이러한 쌍이 되는 2 개의 전극(24, 26)에 인가되는 전압에 의해 편향된다. 이러한 편향에 의해 블랭킹 제어된다. 바꾸어 말하면, 제어 전극(24)과 대향 전극(26)의 조는 성형 애퍼처 어레이 부재(203)의 복수의 홀(22)(개구부)을 통과한 멀티빔 중 대응 빔을 각각 블랭킹 편향시킨다.
이어서, 묘화 장치(100)에서의 묘화부(150)의 동작에 대해 설명한다. 전자총(201)(방출부, 하전 입자빔원)으로부터 방출된 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 대략 수직으로 성형 애퍼처 어레이 부재(203) 전체를 조명한다. 성형 애퍼처 어레이 부재(203)에는 직사각형의 복수의 홀(개구부)이 형성되고, 전자빔(200)은 모든 복수의 홀이 포함되는 영역을 조명한다. 복수의 홀의 위치에 조사된 전자빔(200)의 각 일부가 이러한 성형 애퍼처 어레이 부재(203)의 복수의 홀을 각각 통과함으로써, 예를 들면 직사각형 형상의 복수의 전자빔(멀티빔)(20a ~ e)이 형성된다. 이러한 멀티빔(20a ~ e)은 블랭킹 애퍼처 어레이부(204)의 각각 대응하는 블랭커(제1 편향기: 개별 블랭킹 기구) 내를 통과한다. 이러한 블랭커는 각각 개별적으로 통과하는 전자빔(20)을 편향시킨다(블랭킹 편향을 행함).
블랭킹 애퍼처 어레이부(204)를 통과한 멀티빔(20a ~ e)은 축소 렌즈(205)에 의해 축소되어, 제한 애퍼처 부재(206)에 형성된 중심의 홀을 향해 진행된다. 여기서, 블랭킹 애퍼처 어레이부(204)의 블랭커에 의해 편향된 전자빔(20)은, 제한 애퍼처 부재(206)의 중심의 홀로부터 위치가 어긋나, 제한 애퍼처 부재(206)에 의해 차폐된다. 한편, 블랭킹 애퍼처 어레이부(204)의 블랭커에 의해 편향되지 않은 전자빔(20)은, 도 1에 나타낸 바와 같이 제한 애퍼처 부재(206)의 중심의 홀을 통과한다. 이러한 개별 블랭킹 기구의 ON / OFF에 의해 블랭킹 제어가 행해져, 빔의 ON / OFF가 제어된다. 이와 같이, 제한 애퍼처 부재(206)는 개별 블랭킹 기구에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐한다. 그리고, 빔마다 빔 ON이 되고 나서 빔 OFF가 될 때까지 형성된 제한 애퍼처 부재(206)를 통과한 빔에 의해 1 회분의 샷의 빔이 형성된다. 제한 애퍼처 부재(206)를 통과한 멀티빔(20)은, 대물 렌즈(207)에 의해 초점이 맞춰져 원하는 축소율의 패턴상이 되어, 편향기(208)에 의해 제한 애퍼처 부재(206)를 통과한 각 빔(멀티빔(20) 전체)이 동일 방향으로 일괄적으로 편향되고, 각 빔의 시료(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다. 또한, 예를 들면 XY 스테이지(105)가 연속 이동하고 있을 때, 빔의 조사 위치가 XY 스테이지(105)의 이동에 추종(트래킹)하도록 편향기(208)에 의해 제어된다. XY 스테이지(105)의 위치는, 스테이지 위치 검출기(139)로부터 레이저를 XY 스테이지(105) 상의 미러(210)를 향해 조사하고, 그 반사광을 이용하여 측정된다. 한 번에 조사되는 멀티빔(20)은, 이상적으로는 성형 애퍼처 어레이 부재(203)의 복수의 홀의 배열 피치에 전술한 원하는 축소율을 곱한 피치로 나열되게 된다. 묘화 장치(100)는, 각 회의 트래킹 동작 중에 XY 스테이지(105)의 이동에 추종하면서 샷 빔이 되는 멀티빔(20)을 편향기(208)에 의한 빔 편향 위치의 이동에 의해 1 화소씩 묘화 제어부(70)에 의해 제어된 묘화 시퀀스를 따라 조사해 가는 묘화 동작을 행한다. 원하는 패턴을 묘화할 때, 패턴에 따라 필요한 빔이 블랭킹 제어에 의해 빔 ON으로 제어된다.
도 5는 실시 형태 1에서의 묘화 순서를 설명하기 위한 도면이다. 시료(101)의 묘화 영역(31)(혹은 묘화될 칩 영역)은 소정의 폭으로 직사각형 형상의 스트라이프 영역(35)으로 분할된다. 그리고, 각 스트라이프 영역(35)은 복수의 메쉬 형상의 화소 영역(36)(화소)으로 가상 분할된다. 화소 영역(36)(화소)의 사이즈는 예를 들면, 빔 사이즈 혹은 그 이하의 사이즈이면 적합하다. 예를 들면 10 nm 정도의 사이즈로 하면 적합하다. 화소 영역(36)(화소)은 멀티빔의 1 개의 빔 당 조사 단위 영역이 된다.
멀티빔(20)으로 시료(101)를 묘화할 때, 멀티빔(20)에 의한 1 회의 조사에 의해 조사 영역(34)을 조사하게 된다. 전술한 바와 같이, 트래킹 동작 중에 XY 스테이지(105)의 이동에 추종하면서 샷 빔이 되는 멀티빔(20) 전체를 일괄적으로 편향기(208)에 의한 빔 편향 위치의 이동에 의해 1 화소씩 차례로 연속해서 조사해간다. 그리고, 시료(101) 상의 어느 화소를 멀티빔의 어느 빔이 조사할 지는 묘화 시퀀스에 따라 결정된다. 멀티빔의 x, y 방향으로 각각 인접하는 빔 간의 빔 피치를 이용하여, 시료(101)면 상에서의 x, y 방향으로 각각 인접하는 빔 간의 빔 피치(x 방향) × 빔 피치(y 방향)의 영역은 n × n 화소의 영역(서브 피치 영역)으로 구성된다. 예를 들면, 1 회의 트래킹 동작으로 XY 스테이지(105)가 - x 방향으로 빔 피치(x 방향)만큼 이동하는 경우, x 방향 혹은 y 방향(혹은 경사 방향)으로 1 개의 빔에 의해 조사 위치를 시프트하면서 n 화소가 묘화된다. 동일한 n × n 화소의 영역 내의 다른 n 화소가 차회의 트래킹 동작으로 전술한 빔과는 상이한 빔에 의해 동일하게 n 화소가 묘화된다. 이와 같이 n 회의 트래킹 동작으로 각각 상이한 빔에 의해 n 화소씩 묘화됨으로써, 1 개의 n × n 화소의 영역 내의 모든 화소가 묘화된다. 멀티빔의 조사 영역 내의 다른 n × n 화소의 영역에 대해서도 동시기에 동일한 동작이 실시되어, 동일하게 묘화된다. 이러한 동작에 의해 조사 영역(34) 내의 모든 화소가 묘화 가능해진다. 이들 동작을 반복함으로써, 대응하는 스트라이프 영역(35) 전체를 묘화할 수 있다. 그리고, 묘화 장치(100)에서는 필요한 화소에 필요한 조사량의 빔을 조사함으로써 형성되는 화소 패턴(비트 패턴)의 조합에 의해 원하는 패턴을 묘화할 수 있다.
도 6은 실시 형태 1에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타내는 순서도이다. 도 6에서 실시 형태 1에서의 묘화 방법은, 도형 패턴 설정 공정(S102)과, 시프트 방향 연산 공정(S104)과, 시프트량 연산 공정(S106)과, 확대 패턴 작성 공정(S108)과, 축소 패턴 작성 공정(S110)과, 패스 설정 공정(S111)과, 판정 공정(S112)과, 조사 계수 연산 공정(S113)과, 조사 계수 맵 작성 공정(S114)과, 도스 맵 작성 공정(S120)과, 조사량 연산 공정(S130)과, 조사 시간 맵 작성 공정(S132)과, 묘화 공정(S134)이라고 하는 일련의 공정을 실시한다.
도형 패턴 설정 공정(S102)으로서, 설정부(50)는, 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 독출하여, 묘화 데이터에 정의되어 있는 복수의 도형 패턴 중 1 개를 설정한다.
시프트 방향 연산 공정(S104)으로서, 시프트 방향 연산부(52)는, 도형 패턴을 예를 들면 확대하는 방향으로 시프트하기 위한 도형 패턴의 각 꼭지점의 시프트 방향을 연산한다. 여기서는 일례로서 확대하기 위한 방향을 연산하였으나, 축소하기 위한 방향을 연산해도 된다.
도 7은 실시 형태 1에서의 확대 도형 패턴 작성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 나타낸 확대 도형 패턴(42)은 꼭지점(1, 2, 3)을 가지는 삼각형의 도형 패턴(40)의 확대예이다. 도 7에서 변(s1), 변(s2), 변(s3)은 확대 패턴(42)의 변이다. 변(s1)은 꼭지점(1, 2)을 통과하는 변과 병행하여 점(p1)을 통과하는 직선 상에, 변(s2)은 꼭지점(2, 3)을 통과하는 변과 병행하여 점(p2)을 통과하는 직선 상에, 변(s3)은 꼭지점(3, 1)을 통과하는 변과 병행하여 점(p3)을 통과하는 직선 상에 배치한다. 도면 중의 꼭지점(1, 2, 3)에서부터 연장되는 화살표는 각각 꼭지점(1)에서부터 점(p1), 꼭지점(2)에서부터 점(p2), 꼭지점(3)에서부터 점(p3)으로의 배치 방향을 나타내고 있다. 시프트 방향 연산부(52)는 꼭지점(1, 2) 간의 좌표의 차분을 연산하고, 구한 차분의 절대값의 대소와 부호를 기초로 하여 꼭지점(1)에서부터 점(p1)으로의 배치 방향을 구한다. 구체적으로는, 먼저 꼭지점(1)의 좌표(v1)를 v1 = (x1, y1), 꼭지점(2)의 좌표(v2)를 v2 = (x2, y2)로 하여 dx = x2 - x1과 dy = y2－y1을 연산한다. 이어서, 구한 dx와 dy의 절대값 ｜dx｜와 ｜dy｜의 값을 비교하여, ｜dx｜의 값이 작으면 x 축을 따른 dx의 부호의 방향을, ｜dy｜의 값이 작으면 y 축을 따른 dy의 부호의 방향을 꼭지점(1)에서부터 점(p1)으로의 배치 방향으로 결정한다. 도 7에서는, 변v1v2에 대해 ｜dy｜가 ｜dx｜보다 작아 dy의 부호는 음이다. 따라서, p1은 꼭지점(1)에서부터 - y 방향으로 배치된다.
마찬가지로, 시프트 방향 연산부(52)는 꼭지점(2, 3) 간의 좌표의 차분을 연산하고, 구한 차분의 절대값의 대소와 부호를 기초로 하여 꼭지점(2)에서부터 점(p2)으로의 배치 방향을 구한다. 구체적으로는, 꼭지점(3)의 좌표(v3)를 v3 = (x3, y3)로 하여 먼저 dx = x3 - x2와 dy = y3 - y2를 연산한다. 이어서, 구한 dx와 dy의 절대값 ｜dx｜와 ｜dy｜의 값을 비교하여, ｜dx｜의 값이 작으면 x 축을 따른 dx의 부호의 방향을, ｜dy｜의 값이 작으면 y 축을 따른 dy의 부호의 방향을 꼭지점(2)에서부터 점(p2)으로의 배치 방향으로 결정한다. 도 7에서는, 꼭지점(2, 3)을 통과하는 변에 대해 ｜dx｜가 ｜dy｜보다 작아 dx의 부호는 양이다. 따라서, p2는 꼭지점(2)에서부터 + x 방향으로 배치된다.
마찬가지로, 시프트 방향 연산부(52)는 꼭지점(3, 1) 간의 좌표의 차분을 연산하고, 구한 차분의 절대값의 대소와 부호를 기초로 하여 꼭지점(3)에서부터 점(p3)으로의 배치 방향을 구한다. 구체적으로는, 먼저 꼭지점(3)의 좌표(v3)를 v3 = (x3, y3)로 하여 먼저 dx = x3 - x2와 dy = y3 - y2를 연산한다. 이어서, 구한 dx와 dy의 절대값 ｜dx｜와 ｜dy｜의 값을 비교하여, ｜dx｜의 값이 작으면 x 축을 따른 dx의 부호의 방향을, ｜dy｜의 값이 작으면 y 축을 따른 dy의 부호의 방향을 꼭지점(3)에서부터 점(p3)으로의 배치 방향으로 결정한다. 도 7에서는, 꼭지점(3, 1)을 통과하는 변에 대해 ｜dy｜가 ｜dx｜보다 작아 dy의 부호는 양이다. 따라서, p3는 꼭지점(3)에서부터 + y 방향으로 배치된다.
시프트량 연산 공정(S106)으로서, 시프트량 연산부(54)는, 도형 패턴(40)을 확대 도형 패턴(42)으로 확대하는 경우의 시프트량(s)을 연산한다. 구체적으로는, 시프트량(s)은 화소(36)의 그리드폭(w)과 이동 수(m)를 이용하여 다음 식(1)로 정의된다.
(1) s = w / (2 · m)
여기서, 이동 수(m)는, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의된다. 이동 수(m)는, 시료(101)에 묘화할 묘화 데이터의 묘화 처리 조건으로서 설정된 다중 묘화의 위치를 이동시키면서 행하는 다중도(이동 다중도)에 따라 구해진다.
도 8(a) 내지 도 8(h)는 실시 형태 1에서의 이동 수와 이동 다중도와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 여기서는, 멀티빔으로 1 회의 조사로 조사 가능한 조사 영역(34)을 그리드로서 나타내고 있다. 도 8(a)에서는 가상의 기준 그리드와 이동 다중도(N) = 2인 다중 묘화에서의 2 회의 묘화 위치의 일례를 나타내고 있다. 도 8(a)의 예에서는 1 회째의 묘화에 대해 화소(37a)를 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 그리고, 2 회째의 묘화에 대해 화소(37b)를 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 따라서, 도 8(a)의 예에서는 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 다중도(이동 다중도)(N) = 2가 된다. 이러한 경우에, 도 8(a)의 예에서는 x 방향으로 화소(37a)와 화소(37b)의 이동한 2 개의 묘화 위치가 존재하므로, x 방향의 이동 수(m)는 2가 된다. y 방향으로 화소(37a)와 화소(37b)의 이동한 2 개의 묘화 위치가 존재하므로, y 방향의 이동 수(m)는 2가 된다. 따라서, x, y 방향으로 함께 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 2 개이므로, 이동 수(m)는 2가 된다.
도 8(b)의 예에서는 1 회째의 묘화에 대해 화소(37a)를 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 그리고, 2 회째의 묘화에 대해 화소(37b)를 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 그리고, 3 번째의 묘화에 대해 화소(37c)를 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 그리고, 4 번째의 묘화에 대해 화소(37d)를 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 따라서, 도 8(b)의 예에서는 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 다중도(이동 다중도)(N) = 4가 된다. 이러한 경우에, 도 8(b)의 예에서는 x 방향으로 화소(37a)와 화소(37b)의 이동한 2 개의 묘화 위치가 존재하므로, x 방향의 이동 수(m)는 2가 된다. y 방향으로 화소(37a)와 화소(37c)의 이동한 2 개의 묘화 위치(혹은, 화소(37b)와 화소(37d))가 존재하므로, y 방향의 이동 수(m)는 2가 된다. 따라서, x, y 방향으로 함께 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 2 개이므로, 이동 수(m)는 2가 된다.
도 8(c)의 예에서는 마찬가지로 5 개의 화소를 각각 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 따라서, 도 8(c)의 예에서는 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 다중도(이동 다중도)(N) = 5가 된다. 이러한 경우에, 도 8(c)의 예에서는 x 방향으로 이동한 5 개의 묘화 위치가 존재하므로, x 방향의 이동 수(m)는 5가 된다. y 방향으로 이동한 5 개의 묘화 위치가 존재하므로, y 방향의 이동 수(m)는 5가 된다. 따라서, x, y 방향으로 함께 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 5 개이므로, 이동 수(m)는 5가 된다.
도 8(d)의 예에서는 마찬가지로 8 개의 화소를 각각 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 따라서, 도 8(d)의 예에서는 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 다중도(이동 다중도)(N) = 8이 된다. 이러한 경우에, 도 8(d)의 예에서는 x 방향으로 이동한 4 개의 묘화 위치가 존재하므로, x 방향의 이동 수(m)는 4가 된다. y 방향으로 이동한 4 개의 묘화 위치가 존재하므로, y 방향의 이동 수(m)는 4 가 된다. 따라서, x, y 방향으로 함께 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 4 개이므로, 이동 수(m)는 4가 된다.
도 8(e)의 예에서는 마찬가지로 9 개의 화소를 각각 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 따라서, 도 8(e)의 예에서는 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 다중도(이동 다중도)(N) = 9가 된다. 이러한 경우에, 도 8(e)의 예에서는 x 방향으로 이동한 3 개의 묘화 위치가 존재하므로, x 방향의 이동 수(m)는 3이 된다. y 방향으로 이동한 3 개의 묘화 위치가 존재하므로, y 방향의 이동 수(m)는 3이 된다. 따라서, x, y 방향으로 함께 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 3 개이므로, 이동 수(m)는 3이 된다.
도 8(f)의 예에서는 마찬가지로 10 개의 화소를 각각 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 따라서, 도 8(f)의 예에서는 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 다중도(이동 다중도)(N) = 10이 된다. 이러한 경우에, 도 8(f)의 예에서는 x 방향으로 이동한 10 개의 묘화 위치가 존재하므로, x 방향의 이동 수(m)는 10이 된다. y 방향으로 이동한 10 개의 묘화 위치가 존재하므로, y 방향의 이동 수(m)는 10이 된다. 따라서, x, y 방향으로 함께 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 10 개이므로, 이동 수(m)는 10이 된다.
도 8(g)의 예에서는 마찬가지로 16 개의 화소를 각각 중심으로 하는 조사 영역(34)(그리드)을 조사한다. 따라서, 도 8(g)의 예에서는 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 다중도(이동 다중도)(N) = 16이 된다. 이러한 경우에, 도 8(g)의 예에서는 x 방향으로 이동한 4 개의 묘화 위치가 존재하므로, x 방향의 이동 수(m)는 4가 된다. y 방향으로 이동한 4 개의 묘화 위치가 존재하므로, y 방향의 이동 수(m)는 4가 된다. 따라서, x, y 방향으로 함께 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 4 개이므로, 이동 수(m)는 4가 된다. 도 8(h)의 예에서는 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 다중도(이동 다중도)(N) = 4가 된다. 이러한 경우에, 도 8(h)의 예에서는 x 방향으로 이동한 4 개의 묘화 위치가 존재하므로, x 방향의 이동 수(m)는 4가 된다. y 방향으로 이동한 4 개의 묘화 위치가 존재하므로, y 방향의 이동 수(m)는 4가 된다. 따라서, x, y 방향으로 함께 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 4 개이므로, 이동 수(m)는 4가 된다.
도 9는 실시 형태 1에서의 이동 다중도(N) = 2인 경우에서의 화소 레이어의 일례를 나타내는 도면이다. 도 9의 예에서는, 1 회째의 묘화를 행한 후, 1 / 2 화소씩 x 방향과 y 방향으로 각각 위치를 이동시켜 2 회째의 묘화를 행하는 이동 다중도(N) = 2의 다중 묘화를 행하는 경우를 나타내고 있다.
도 10은 실시 형태 1에서의 이동 다중도(N) = 4인 경우에서의 화소 레이어의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10의 예에서는, 1 회째의 묘화를 행한 후, 1 / 2 화소씩 x 방향과 y 방향으로 각각 위치를 이동시켜 2 회째의 묘화를 행하고, 동일하게 1 / 2 화소씩 x 방향과 y 방향으로 각각 위치를 이동시켜 3 번째의 묘화를 행하고, 동일하게 1 / 2 화소씩 x 방향과 y 방향으로 각각 위치를 이동시켜 4 번째의 묘화를 행하는, 이동 다중도(N) = 4의 다중 묘화를 행하는 경우를 나타내고 있다.
도 11은 실시 형태 1에서의 이동 다중도(N) = 5인 경우에서의 화소 레이어의 일례를 나타내는 도면이다. 도 11의 예에서는, 1 회째의 묘화를 행한 후, x 방향으로 2 / 5 화소, y 방향으로 1 / 5 화소 각각 위치를 이동시켜 2 회째의 묘화를 행하고, 동일하게 x 방향으로 2 / 5 화소, y 방향으로 1 / 5 화소 각각 위치를 이동시켜 3 번째의 묘화를 행하고, 동일하게 - x 방향으로 3 / 5 화소, y 방향으로 1 / 5 화소 각각 위치를 이동시켜 4 번째의 묘화를 행하고, 동일하게 x 방향으로 2 / 5 화소, y 방향으로 1 / 5 화소 각각 위치를 이동시켜 5 번째의 묘화를 행하는, 이동 다중도(N) = 5의 다중 묘화를 행하는 경우를 나타내고 있다.
확대 패턴 작성 공정(S108)으로서, 확대 패턴 작성부(56)는, 이동 수(m)에 따라 묘화 대상의 도형 패턴(40)을 확대한 확대 패턴(42)을 작성한다. 구체적으로는, 확대 패턴 작성부(56)는, 연산된 시프트 방향 및 시프트량을 따라 도형 패턴의 각 변의 양 단의 2 꼭지점 간을 통과하는 직선(각 변을 연장한 직선)을 확대하는 방향으로 이동(시프트)시켜, 이들 복수의 직선으로 둘러싸이는 도형을 작성함으로써 확대 패턴(42)을 작성한다.
축소 패턴 작성 공정(S110)으로서, 축소 패턴 작성부(58)는, 이동 수(m)에 따라 도형 패턴(40)을 축소한 축소 패턴을 작성한다.
도 12는 실시 형태 1에서의 축소 도형 패턴 작성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도면 중에 나타낸 축소 도형 패턴(44)은 도 7과 동일한 꼭지점(1, 2, 3)을 가지는 삼각형의 도형 패턴(40)의 축소예이다. 도 12에서 변(t1), 변(t2), 변(t3)은 축소 패턴(44)의 변이다. 변(t1)은 꼭지점(1, 2)을 통과하는 변과 병행하여 점(q1)을 통과하는 직선 상에, 변(t2)은 꼭지점(2, 3)을 통과하는 변과 병행하여 점(q2)을 통과하는 직선 상에, 변(t3)은 꼭지점(3, 1)을 통과하는 변과 병행하여 점(q3)을 통과하는 직선 상에 배치한다. 도면 중의 꼭지점(1, 2, 3)에서부터 연장되는 화살표는 각각 꼭지점(1)에서부터 점(q1), 꼭지점(2)에서부터 점(q2), 꼭지점(3)에서부터 점(q3)으로의 배치 방향을 나타내고 있다. 꼭지점(1)에서부터 점(q1)으로의 배치 방향은, 도 7의 설명 시에 구한 꼭지점(1)에서부터 점(p1)으로의 배치 방향과 반대 방향이다. 따라서 도 12의 경우, q1은 꼭지점(1)에서부터 + y 방향으로 배치된다.
마찬가지로 꼭지점(2)에서부터 점(q2)으로의 배치 방향은, 도 7의 설명 시에 구한 꼭지점(2)에서부터 점(p2)으로의 배치 방향과 반대 방향이다. 따라서 도 12의 경우, q2는 꼭지점(2)에서부터 - x 방향으로 배치된다.
마찬가지로 꼭지점(3)에서부터 점(q3)으로의 배치 방향은, 도 7에서 설명 시에 구한 꼭지점(3)에서부터 점(p3)으로의 배치 방향과 반대 방향이다. 따라서 도 12의 경우, q3는 꼭지점(3)에서부터 - y 방향으로 배치된다.
또한, 시프트량(s)에 대해서도 이미 식(1)에 의해 연산 완료이다. 따라서 축소 패턴 작성부(58)는, 연산된 시프트 방향(확대 방향의 반대 방향) 및 연산된 시프트량을 따라 도형 패턴의 각 변의 양 단의 2 꼭지점 간을 통과하는 직선(각 변을 연장한 직선)을 축소하는 방향으로 이동(시프트)시켜, 이들 복수의 직선으로 둘러싸이는 도형을 작성함으로써 축소 패턴(44)을 작성한다.
그리고, 도형 패턴 설정 공정(S102)으로 되돌아와서, 묘화 데이터에 정의된 모든 도형 패턴에 대해 마찬가지로 도형 패턴 설정 공정(S102)부터 축소 패턴 작성 공정(S110)까지를 반복한다. 또한, 이들 루프 처리는 스트라이프 영역(35) 단위로 실시되면 적합하다. 이상에 따라, 각 도형 패턴에 대해 확대 패턴과 축소 패턴이 작성된다.
패스 설정 공정(S111)으로서, 설정부(71)는, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화의 패스를 설정한다. 예를 들면, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 다중도(이동 다중도)(N) = 2인 경우라면, 1 회째의 묘화 처리를 패스(1)로서 설정하고, 위치를 이동시킨 2 회째의 묘화 처리를 패스(2)로 설정하면 된다. 이 때, 설정부(71)는 위치를 이동시킨 패스(2)용의 화소 레이어를 작성한다. 이동량은 전술한 바와 같이 예를 들면 1 / 2 화소씩 이동시키면 좋다.
판정 공정(S112)으로서, 판정부(60)는, 당해 패스의 화소 레이어를 이용하여 화소(36)마다 당해 화소(36)의 대표 위치(예를 들면, 중심)가 어느 한 도형 패턴의 확대 패턴(42) 외(혹은 선상)에 위치하는지, 혹은 당해 도형 패턴의 축소 패턴(44) 내(혹은 선상)에 위치하는지, 혹은 그 외(당해 도형 패턴의 축소 패턴(44)과 확대 패턴(42)의 사이)에 위치하는지를 판정한다.
도 13은 실시 형태 1에서의 화소와 도형 패턴과의 배치 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 13에서 대표 위치(39a)의 화소는, 대표 위치(39a)가 도형 패턴의 확대 패턴(42) 외에 위치한다고 판정한다. 대표 위치(39b)의 화소는, 대표 위치(39b)가 도형 패턴의 축소 패턴(44) 내에 위치한다고 판정한다. 대표 위치(39c)의 화소는, 대표 위치(39c)가 도형 패턴의 축소 패턴(44)과 확대 패턴(42)의 사이에 위치한다고 판정한다.
조사 계수 연산 공정(S113)으로서, 조사 계수 연산부(62)는, 확대 패턴(42)과 축소 패턴(44)을 이용하여 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 화소(36)(소영역) 각각에 조사되는 전자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수(k)를 연산한다. 여기서, 조사 계수 연산부(62)는 화소(36)마다 당해 화소(36)의 대표 위치(예를 들면, 중심)가 축소 패턴(44) 내에 들어가는 경우에 조사 계수(k)를 1로 연산한다. 또한, 조사 계수 연산부(62)는 화소(36)마다 당해 화소(36)의 대표 위치가 확대 패턴(42)의 외측에 위치하는 경우에 조사 계수(k)를 0으로 연산한다. 또한, 조사 계수 연산부(62)는 화소(36)마다 당해 화소(36)의 대표 위치가 확대 패턴(42)과 축소 패턴(44)의 사이에 위치하는 경우에 조사 계수(k)를 함수(f)에 의해 연산한다(k = f). 구체적으로는, 조사 계수 연산부(62)는 화소(36)마다 당해 화소(36)의 대표 위치가 확대 패턴(42)의 내측이며 축소 패턴(44)의 외측에 위치하는 경우에 이동 수(m)를 이용하여 조사 계수(k)를 연산한다.
도 14(a) 내지 도 14(c)는 실시 형태 1에서의 조사 계수의 값을 구하는 법의 일례를 나타내는 도면이다. 도 14(a)에 나타낸 바와 같이, 함수(f)는 원래의 도형 패턴(40)을 사용한 대상 화소에서부터 변까지의 부호화 거리 L(LX 혹은 LY)과 이동 수(m)를 이용하여 정의된다. 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)가 (m - 1) / (2m) 이하인 경우에는, 함수(f) = 0으로 정의된다. 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)가(m + 1) / (2m) 이상인 경우에는, 함수(f) = 1로 정의된다. 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)가 (m - 1) / (2m)보다 크고 (m + 1) / (2m)보다 작은 경우에는, 함수(f) = (mL - (m - 1) / 2)로 정의된다. 전술한 이동 수(m)와 이동 다중도와의 관계는 도 14(b)와 같다. 또한, 함수(f)의 값은 도 14(c)에 나타낸 바와 같이 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)에 따라 변화된다. 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)가 (m - 1) / (2m)부터 (m + 1) / (2m)까지 함수(f)의 값은 1 차 비례로 커진다.
도 15는 실시 형태 1에서의 부호화 거리의 연산 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 대상 화소(36)의 대표 위치(예를 들면 중심)의 좌표(x, y)에서부터 도형 패턴(40)의 변까지의 거리를 부호도 포함하여 연산한다. 도 15의 예에서는 예를 들면 삼각형의 도형 패턴(40)인 경우를 나타내고 있다. 도형 패턴(40)의 3 개의 꼭지점의 좌표를 v1, v2, v3로 한다. 좌표(v1) = (v1x, v1y), 좌표(v2) = (v2x, v2y), 좌표(v3) = (v3x, v3y)로 한다. 꼭지점(v1, v2)을 통과하는 직선(L12)의 방정식은 이하의 식(2)로 정의할 수 있다. 또한, dx = v2x - v1x, dy = v2y - v1y로 한다.
(2) dx(y - v1y) = dy(y - v1x)
또한, 식(2)를 사용하여 꼭지점(v1, v2)을 통과하는 직선(L12)의 방정식(FL12(x, y))을 이하의 식(3)과 같이 바꿔 쓴다.
(3) FL12(x, y) = dy(y - v1x) - dx(y - v1y)
대상 화소(36)의 대표 위치(x, y)를 식(3)에 대입했을 때, FL12(x, y)의 부호가 음이면 대표 위치(x, y)는 도형 패턴(40)의 꼭지점(v1, v2)을 통과하는 변의 외측(도형 패턴(40)의 외부측)을 의미한다. 반대로, FL12(x, y)의 부호가 양이면 대표 위치(x, y)는 도형 패턴(40)의 꼭지점(v1, v2)을 통과하는 변의 내측(도형 패턴(40)의 내부측)을 의미한다. 따라서, 각 변에 대해 동일하게 연산하여, 모두 양이면 대표 위치(x, y)는 도형 패턴(40)의 내측에 있게 된다.
여기서, 대상 화소(36)의 대표 위치(x, y)에서부터 x, y 축을 따른 직선(L12)으로의 부호화 거리(L)는, y 축을 따른 부호화 거리(LY)이면 식(4 - 1)로 정의된다. x 축을 따른 부호화 거리(LX)이면 식(4 - 2)로 정의된다.
(4 - 1) LY(x, y) = y - v1y - (dy / dx)(x - v1x)
(4 - 2) LX(x, y) = x - v1x - (dx / dy)(y - v1y)
도 16(a)와 도 16(b)는 실시 형태 1에서의 부호화 거리의 다른 연산 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 16(a)에 나타낸 바와 같이, 대상 화소(36)의 대표 위치(x, y)에서부터 어느 직선에 대하여 y 축을 따른 부호화 거리(LY)는 식(3)을 이용하여 다음의 식(5 - 1)로 정의할 수 있다. 또한 도 16(b)에 나타낸 바와 같이, 대상 화소(36)의 대표 위치(x, y)에서부터 어느 직선에 대하여 x 축을 따른 부호화 거리(LX)는 식(3)을 이용하여 다음의 식(5 - 2)로 정의할 수 있다.
(5 - 1) LY(x, y) = FL12(x, y) / dx
(5 - 2) LX(x, y) = FL12(x, y) / dy
함수(f)의 연산에서 부호화 거리(L)는 LX와 LY 중 절대값이 작은 쪽을 이용한다.
도 17(a)와 도 17(b)는 실시 형태 1에서의 조사 계수의 값을 구하는 법의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 도 17(a)와 도 17(b)에서는 화소(36)의 대표 위치(예를 들면, 중심)가 축소 패턴(44)의 외측이며 확대 패턴(42)의 내측인 경우를 상정하고 있다. 화소(36)의 대표 위치(예를 들면, 중심)가 축소 패턴(44)의 내측이면 1, 확대 패턴(42)의 외측이면 0이라는 점은 전술한 경우와 동일하다. 이러한 경우, 도 17(a)에 나타낸 바와 같이 화소(36)의 대표 위치(x, y)에서의 축소 패턴(44)의 변인 직선(L12)의 방정식(FL12(x, y))의 값(FL축소(x, y))은 음이 된다. 한편, 도 17(b)에 나타낸 바와 같이 화소(36)의 대표 위치(x, y)에서의 확대 패턴(42)의 변인 직선(L12)의 방정식(FL12(x, y))의 값(FL확대(x, y))은 양이 된다. 그리고, 화소(36)의 대표 위치가 확대 패턴(42)과 축소 패턴(44)의 사이에 위치하는 경우에 조사 계수(k)를 함수(f)로 정의한다. 이러한 경우, 함수(f)는 다음의 식(6)으로 정의할 수 있다.
(6) k = f = m · (FL확대(x, y) - FL축소(x, y)) / max.(｜dx｜, ｜dy｜)
또한, dx와 dy는 확대 패턴(42)과 축소 패턴(44)에 대해 각각 구한다. 그리고, max.(｜dx｜, ｜dy｜)는 확대 패턴(42)과 축소 패턴(44)의 각각 dx의 절대값과 dy의 절대값 중에서 가장 큰 값을 의미한다.
조사 계수 맵 작성 공정(S114)으로서, k 맵 작성부(64)는, 패스마다 당해 패스에서의 조사 계수(k) 맵을 작성한다. 조사 계수(k) 맵은 스트라이프 영역(35)마다 작성되면 적합하다. 작성된 조사 계수 맵은 기억 장치(142)에 저장된다.
도스 맵 작성 공정(S120)으로서, 도스 맵 작성부(72)는, 패스마다 각 화소의 도스량을 연산하여 도스 맵을 작성한다. 구체적으로는, 이하와 같이 동작한다. 도스 맵 작성부(72)는, 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 독출하여, 시료(101)의 묘화 영역 혹은 묘화될 칩 영역이 메쉬 형상으로 가상 분할된 복수의 메쉬 영역의 메쉬 영역마다 그 내부에 배치되는 패턴의 면적 밀도(ρ)를 산출한다. 면적 밀도(ρ)를 연산할 때의 메쉬 영역은 화소와 일치할 필요는 없다. 메쉬 영역은 예를 들면 근접 효과의 영향 반경의 1 / 10 정도, 예를 들면 1 μm 정도로 하면 적합하다. 포깅 효과 또는 로딩 효과의 계산에서는 더 큰 사이즈로 한다. 한편, 화소 사이즈는 예를 들면 빔 사이즈(수십 nm 오더)가 되므로, 통상적으로 메쉬 영역은 화소보다 큰 사이즈가 된다. 이러한 면적 밀도(ρ)를 이용하여, 근접 효과, 포깅 효과, 로딩 효과 등의 치수 변동을 일으키는 현상에 대한 치수 변동분을 조사량에 따라 보정하는 보정 조사 계수(Dp)를 연산한다. 또한, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화의 패스마다 당해 패스의 화소 레이어에서의 각 화소에 패턴이 차지하는 면적 밀도(ρ')를 연산한다. 그리고, 패스마다 각 화소(36)에 대해 예를 들면, 기준 조사량(Dbase)에 보정 조사 계수(Dp(x, y))와 면적 밀도(ρ’(x, y))와 1 / 다중도(N)를 곱한 도스량(D(x, y))을 연산한다. 또한, 여기서의 좌표(x, y)는 화소의 위치를 나타내고 있다. 보정 조사 계수(Dp)는 당해 화소(36)가 위치하는 메쉬 영역의 값을 이용하면 된다. 또한, 여기서는 일례로서 각 패스에 대해 조사량을 1 / 다중도(N)씩으로 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 패스마다 조사량의 비율을 가변으로 해도 좋다. 그리고, 패스마다 연산된 각 화소의 도스량(D(x, y))을 맵 값으로 하는 도스 맵을 작성한다. 도스 맵은 스트라이프 영역(35)마다 작성되면 적합하다. 작성된 도스 맵은 기억 장치(142)에 저장된다.
또한, 도스 맵 작성 공정(S120)은 전술한 도형 패턴 설정 공정(S102)부터 조사 계수 맵 작성 공정(S114)까지의 각 공정과는 병렬로 실시하면 된다.
조사량 연산 공정(S130)으로서, 조사량 연산부(66)는, 패스마다 기억 장치(142)로부터 당해 패스에서의 도스 맵과 조사 계수 맵을 독출하고, 조사 계수(k)를 이용하여 화소(36)마다 당해 패스에서의 조사량(D)을 연산한다. 구체적으로는, 당해 패스에서의 도스량에 조사 계수(k)를 곱함으로써 당해 패스에서의 조사량(D)을 연산하면 된다.
조사 시간 맵 작성 공정(S132)으로서, 조사 시간 연산부(68)는, 패스마다 각 화소의 조사량(D)을 전류 밀도(J)로 나눔으로써 패스마다 각 화소의 조사 시간(t)을 연산한다. 그리고, 패스마다 연산된 각 화소의 조사 시간(t)을 맵 값으로 하는 조사 시간 맵을 작성한다. 조사 시간 맵은 스트라이프 영역(35)마다 작성되면 적합하다. 작성된 조사 시간 맵은 기억 장치(142)에 저장된다. 또한, 조사 시간 연산부(68)는 얻어진 조사 시간을 조사 시간 분해능의 예를 들면 10 비트의 조사 시간 데이터로 변환한다. 조사 시간 데이터(샷 데이터)는 기억 장치(142)에 저장된다.
아직 작성되지 않은 패스가 남아 있는 경우에는, 패스 설정 공정(S111)으로 되돌아와 모든 패스가 종료될 때까지 패스 설정 공정(S111)부터 조사 시간 맵 작성 공정(S132)까지의 각 공정을 반복한다. 또한, 이들 루프 처리는 스트라이프 영역(35) 단위로 실시되면 적합하다. 이상에 따라, 각 패스에 대해 조사 시간 맵이 작성된다.
묘화 공정(S134)으로서, 묘화 제어부(70)의 제어 하에 편향 제어 회로(130)는, 기억 장치(142)로부터 조사 시간 데이터를 독출하여, 샷마다 각 빔용의 제어 회로(41)에 조사 시간 데이터를 출력한다. 그리고, 묘화부(150)는 패스마다 조사 계수(k)를 이용해 화소마다 얻어지는 조사량의 전자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 따라 시료(101)에 도형 패턴을 묘화한다. 구체적으로는, 묘화부(150)는 패스마다 연산된 조사 시간(t)의 대응 빔을 포함하는 멀티빔(20)을 이용하여 시료(101)에 패턴을 묘화한다. 또한, 묘화 순서는 묘화 제어부(70)에 제어된 묘화 시퀀스를 따라 진행한다. 스트라이프 영역 단위로 각 패스를 전환해도 되고, 샷마다 각 패스를 전환해도 된다. 샷마다 각 패스를 전환함으로써 묘화 시간을 단축시킬 수 있다.
도 18(a) 내지 도 18(e)는 실시 형태 1과 비교예에서의, 화소의 경계와 패턴 가장자리가 일치하지 않는 도형 패턴을 이동 다중도(N) = 2로 다중 묘화한 경우에서의 빔의 도스 프로파일의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 18(a)에서는, 1 층째(L = 1)(1 패스째)의 화소 레이어와 2 층째(L = 2)(2 패스째)의 화소 레이어와 도형 패턴(48a)을 중첩시킨 모습을 나타내고 있다. 도 18(a)의 예에서는 화소(36)의 경계와 패턴 가장자리가 일치하지 않는 도형 패턴을 나타내고 있다. 그리고, 도 18(a)의 예에서는 1 패스째의 화소 레이어의 위치에서부터 1 / 2 화소씩 x, y 방향으로 위치를 이동하여 2 패스째의 묘화를 행하는 경우를 나타내고 있다. 도 18(b)에서는 도형 패턴(48a)의 단면을 나타내고 있다. 도 18(c)에서는, 비교예 1로서 화소 내의 패턴 면적 밀도에 빔의 조사량을 단순히 비례시키는 방법으로 1 패스째의 묘화와 2 패스째의 묘화를 행한 경우의 빔의 도스 프로파일의 일례를 나타내고 있다. 도 18(d)에서는, 비교예 2로서 화소의 중심점이 패턴 내에 들어가 있으면 100%의 조사량의 빔을 조사하고, 들어가 있지 않으면 빔을 조사하지 않는다고 하는 방법으로 1 패스째의 묘화와 2 패스째의 묘화를 행한 경우의 빔의 도스 프로파일의 일례를 나타내고 있다. 도 18(e)에서는, 실시 형태 1의 방법으로 1 패스째의 묘화와 2 패스째의 묘화를 행한 경우의 빔의 도스 프로파일의 일례를 나타내고 있다. 비교예 1에서는 조금이라도 화소 내에 도형 패턴이 중첩되면 조사하게 된다. 이 때문에, 그 만큼 빔의 도스 프로파일의 기울기가 작아져 콘트라스트의 저하가 발생한다. 이 때문에, 고정밀도의 위치 및 선폭의 패턴을 형성하도록 레지스트를 현상하는 것이 어려워진다. 이에 반해, 비교예 2와 실시 형태 1은 모두 빔의 도스 프로파일의 기울기가 작아지지 않아 콘트라스트의 저하를 억제할 수 있다.
도 19(a) 내지 도 19(e)는 실시 형태 1과 비교예에서의, 화소의 경계와 패턴 가장자리가 일치하지 않는 도형 패턴을 이동 다중도(N) = 2로 다중 묘화한 경우에서의 빔의 도스 프로파일의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 19(a)에서는, 1 층째(L = 1)(1 패스째)의 화소 레이어와 2 층째(L = 2)(2 패스째)의 화소 레이어와 도형 패턴(48b)을 중첩시킨 모습을 나타내고 있다. 도 19(a)의 예에서는 도형 패턴(48a)의 좌단(左端)측을 1 / 4 화소 축소시켜 화소(36)의 경계에 일치시키고, 도형 패턴(48a)의 우단(右端)측을 1 / 2 화소 축소시킨 도형 패턴(48b)을 나타내고 있다. 그리고, 도 19(a)의 예에서는 1 패스째의 화소 레이어의 위치에서부터 1 / 2 화소씩 x, y 방향으로 위치를 이동시켜 2 패스째의 묘화를 행하는 경우를 나타내고 있다. 도 19(b)에서는 도형 패턴(48b)의 단면을 나타내고 있다. 도 19(c)에서는, 비교예 1로서 화소 내의 패턴 면적 밀도에 빔의 조사량을 단순히 비례시키는 방법으로 1 패스째의 묘화와 2 패스째의 묘화를 행한 경우의 빔의 도스 프로파일의 일례를 나타내고 있다. 도 19(d)에서는, 비교예 2로서 화소의 중심점이 패턴 내에 들어가 있으면 100%의 조사량의 빔을 조사하고, 들어가 있지 않으면 빔을 조사하지 않는다고 하는 방법으로 1 패스째의 묘화와 2 패스째의 묘화를 행한 경우의 빔의 도스 프로파일의 일례를 나타내고 있다. 도 19(e)에서는, 실시 형태 1의 방법으로 1 패스째의 묘화와 2 패스째의 묘화를 행한 경우의 빔의 도스 프로파일의 일례를 나타내고 있다. 비교예 2에서는 2 패스째와 같이 화소 경계와 패턴 가장자리의 위치가 맞지 않는 경우, 레지스트의 해상 위치가 이탈되어 패턴 가장자리 정밀도를 높게 하는 것이 애초에 곤란해진다. 이에 반해, 비교예 1과 실시 형태 1은 모두 레지스트의 해상 위치를 패턴 가장자리의 위치에 맞출 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 따르면 비교예 1, 2 각각의 약점을 모두 극복할 수 있다.
도 20은 실시 형태 1에서의 직사각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다. 도 20에서 가로축은 위치를 나타내고, 세로축은 조사량을 나타내고 있다. 또한, 도 20에서는 위치를 이동시킨 2 개의 직사각형 패턴을 묘화하는 경우를 나타내고 있다. 왼쪽에 나타낸 직사각형 패턴에서는, 단부의 위치를 1 nm씩 10 회 이동시켜 묘화한 입사 도스 프로파일을 중첩시킨 그래프를 나타내고 있다. 오른쪽에 나타낸 직사각형 패턴에서는, 단부의 위치를 0.1 nm씩 10 회 이동시켜 묘화한 입사 도스 프로파일을 중첩시킨 그래프를 나타내고 있다.
도 21(a)와 도 21(b)는 실시 형태 1에서의 직사각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례의 일부를 확대한 도면이다. 도 21(a)에서는, 도 20의 왼쪽에 나타낸 직사각형 패턴의 입사 도스 프로파일의 A 부를 확대한 결과를 나타내고 있다. 도 21(b)에서는, 도 20의 오른쪽에 나타낸 직사각형 패턴의 입사 도스 프로파일의 B 부를 확대한 결과를 나타내고 있다. 실시 형태 1에 따르면, 직사각형 패턴에 대해 도 21(a)에 나타낸 바와 같이 1 nm의 도형 가장자리 위치의 제어는 물론, 도 21(b)에 나타낸 바와 같이 0.1 nm의 도형 가장자리 위치의 제어도 할 수 있다.
도 22는 실시 형태 1에서의 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다. 도 22에서 가로축은 위치를 나타내고, 세로축은 조사량을 나타내고 있다. 또한, 도 22에서는 위치를 이동시킨 2 개의 삼각형 패턴을 묘화하는 경우를 나타내고 있다. 왼쪽에 나타낸 삼각형 패턴에서는, 사선의 단부의 위치를 x 방향으로 1 nm씩 5 회 이동시켜 묘화한 입사 도스 프로파일을 중첩시킨 그래프를 나타내고 있다. 오른쪽에 나타낸 삼각형 패턴에서는, 사선의 단부의 위치를 x 방향으로 0.1 nm씩 5 회 이동시켜 묘화한 입사 도스 프로파일을 중첩시킨 그래프를 나타내고 있다.
도 23(a)와 도 23(b)는 실시 형태 1에서의 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례의 일부를 확대한 도면이다. 도 23(a)에서는, 도 22의 왼쪽에 나타낸 삼각형 패턴의 입사 도스 프로파일의 C 부를 확대한 결과를 나타내고 있다. 도 23(b)에서는, 도 22의 오른쪽에 나타낸 삼각형 패턴의 입사 도스 프로파일의 D 부를 확대한 결과를 나타내고 있다. 실시 형태 1에 따르면, 삼각형 패턴에 대해 도 23(a)에 나타낸 바와 같이 1 nm의 도형 가장자리 위치의 제어는 물론, 도 23(b)에 나타낸 바와 같이 0.1 nm의 도형 가장자리 위치의 제어도 할 수 있다.
도 24는 실시 형태 1에서의 임의각 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다. 도 24에서 가로축은 위치를 나타내고, 세로축은 조사량을 나타내고 있다. 또한, 도 24에서는 위치를 이동시킨 2 개의 임의각 삼각형 패턴(여기서는 30°)을 묘화하는 경우를 나타내고 있다. 왼쪽에 나타낸 임의각 삼각형 패턴에서는, 사선의 단부의 위치를 x 방향으로 1 nm씩 5 회 이동시켜 묘화한 입사 도스 프로파일을 중첩시킨 그래프를 나타내고 있다. 오른쪽에 나타낸 임의각 삼각형 패턴에서는, 사선의 단부의 위치를 x 방향으로 0.1 nm씩 5 회 이동시켜 묘화한 입사 도스 프로파일을 중첩시킨 그래프를 나타내고 있다.
도 25(a)와 도 25(b)는 실시 형태 1에서의 임의각 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 일례의 일부를 확대한 도면이다. 도 25(a)에서는, 도 24의 왼쪽에 나타낸 임의각 삼각형 패턴의 입사 도스 프로파일의 E 부를 확대한 결과를 나타내고 있다. 도 25(b)에서는, 도 24의 오른쪽에 나타낸 임의각 삼각형 패턴의 입사 도스 프로파일의 F 부를 확대한 결과를 나타내고 있다. 실시 형태 1에 따르면, 30°의 임의각 삼각형 패턴에 대해 도 25(a)에 나타낸 바와 같이 1 nm의 도형 가장자리 위치의 제어는 물론, 도 25(b)에 나타낸 바와 같이 0.1 nm의 도형 가장자리 위치의 제어도 할 수 있다.
도 26은 실시 형태 1에서의 임의각 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 도 26에서 가로축은 위치를 나타내고, 세로축은 조사량을 나타내고 있다. 또한, 도 26에서는 위치를 이동시킨 2 개의 임의각 삼각형 패턴(여기서는 15°)을 묘화하는 경우를 나타내고 있다. 왼쪽에 나타낸 임의각 삼각형 패턴에서는, 사선의 단부의 위치를 x 방향으로 1 nm씩 5 회 이동시켜 묘화한 입사 도스 프로파일을 중첩시킨 그래프를 나타내고 있다. 오른쪽에 나타낸 임의각 삼각형 패턴에서는, 사선의 단부의 위치를 x 방향으로 0.1 nm씩 5 회 이동시켜 묘화한 입사 도스 프로파일을 중첩시킨 그래프를 나타내고 있다.
도 27(a)와 도 27(b)는 실시 형태 1에서의 임의각 삼각형 패턴의 도형 가장자리 제어의 효과를 설명하기 위한 입사 도스 프로파일의 다른 일례의 일부를 확대한 도면이다. 도 27(a)에서는, 도 26의 왼쪽에 나타낸 임의각 삼각형 패턴의 입사 도스 프로파일의 G 부를 확대한 결과를 나타내고 있다. 도 27(b)에서는, 도 26의 오른쪽에 나타낸 임의각 삼각형 패턴의 입사 도스 프로파일의 H 부를 확대한 결과를 나타내고 있다. 실시 형태 1에 따르면, 15°의 임의각 삼각형 패턴에 대해 도 27(a)에 나타낸 바와 같이 1 nm의 도형 가장자리 위치의 제어는 물론, 도 27(b)에 나타낸 바와 같이 0.1 nm의 도형 가장자리 위치의 제어도 할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 따르면 화소 패턴에 의해 패턴 형성하는 묘화 방법에서 입사 빔의 도스 콘트라스트를 높게 유지하면서 고정밀도의 패턴을 묘화할 수 있다.
실시 형태 2.
실시 형태 1에서는 이동 수(m)를 그대로 이용하여 함수(f)(= 조사 계수(k))를 연산하는 경우에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 실시 형태 2에서는, 이동 수(m)를 포함하는 그 이외의 값을 이용하는 경우에 대해 설명한다. 묘화 장치(100)의 구성은 도 1과 동일하다. 또한, 묘화 방법의 구성은 도 6과 동일하다. 이하, 특별히 설명하는 점 이외의 내용은 실시 형태 1과 동일하다. 도형 패턴 설정 공정(S102)과 시프트 방향 연산 공정(S104)의 내용은 실시 형태 1과 동일하다.
도 28(a) 내지 도 28(c)는 실시 형태 2에서의 조사 계수의 값을 구하는 법의 일례를 나타내는 도면이다. 도 14(c)에서 설명한 경우와 마찬가지로, 이동 수(m)를 그대로 이용한 경우, 도 28(c)의 그래프(A')에 나타낸 바와 같이 함수(f)의 값은 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)에 따라 변화된다. 여기서, 이동 수(m)가 큰 값을 취하는 경우, 그래프(A')의 기울기가 가파르게 된다. 이러한 경우, 부호화 거리(L)의 약간의 변화로도 함수(f)의 값(조사 계수(k))이 크게 변화된다. 그래서, 실시 형태 2에서는 그래프(B’)에 나타낸 바와 같이 이러한 기울기를 그래프(A')보다 완만하게(작게) 할 수 있도록 구성한다. 이 때문에, 실시 형태 2에서는 이동 수(m)를 그대로 이용하지 않고 이동 수 이하의 값(M)을 정의한다. 이동 수 이하의 값(M)은 1 ≤ M ≤ m으로 정의된다. 이와 같이, 이동 수 이하의 값(M)은, 이동 수(m) 이하이고 또한 1 이상의 값이 이용된다.
시프트량 연산 공정(S106)으로서, 시프트량 연산부(54)는, 도형 패턴(40)을 확대 도형 패턴(42)으로 확대하는 경우의 시프트량(s)을 연산한다. 구체적으로는, 시프트량(s)은 화소(36)의 그리드폭(w)과 이동 수 이하의 값(M)을 이용하여 다음의 식(7)로 정의된다.
(7) s = w / (2 · M)
확대 패턴 작성 공정(S108)으로서, 확대 패턴 작성부(56)는, 이동 수 이하의 값(M)에 따라 묘화 대상의 도형 패턴(40)을 확대한 확대 패턴(42)을 작성한다. 구체적인 내용은 실시 형태 1과 동일하다. 여기서는, 식(7)로 구한 시프트량(s)이 이용된다.
축소 패턴 작성 공정(S110)으로서, 축소 패턴 작성부(58)는, 이동 수 이하의 값(M)에 따라 도형 패턴(40)을 축소한 축소 패턴을 작성한다. 구체적인 내용은 실시 형태 1과 동일하다. 여기서는, 식(7)로 구한 시프트량(s)이 이용된다.
패스 설정 공정(S111)과 판정 공정(S112)의 내용은 실시 형태 1과 동일하다.
조사 계수 연산 공정(S113)으로서, 조사 계수 연산부(62)는, 확대 패턴(42)과 축소 패턴(44)을 이용하여 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 화소(36)(소영역) 각각에 조사되는 전자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수(k)를 연산한다. 또한, 조사 계수 연산부(62)는 화소(36)마다 당해 화소(36)의 대표 위치(예를 들면, 중심)가 축소 패턴(44) 내에 들어가는 경우에 조사 계수(k)를 1로 연산한다. 또한, 조사 계수 연산부(62)는 화소(36)마다 당해 화소(36)의 대표 위치가 확대 패턴(42)의 외측에 위치하는 경우에 조사 계수(k)를 0으로 연산한다. 또한, 조사 계수 연산부(62)는 화소(36)마다 당해 화소(36)의 대표 위치가 확대 패턴(42)과 축소 패턴(44)의 사이에 위치하는 경우에 조사 계수(k)를 함수(f)에 의해 연산한다(k = f). 이러한 점은 실시 형태 1과 동일하다. 구체적으로는, 조사 계수 연산부(62)는 화소(36)마다 당해 화소(36)의 대표 위치가 확대 패턴(42)의 내측이며 축소 패턴(44)의 외측에 위치하는 경우에 이동 수 이하의 값(M)을 이용하여 조사 계수(k)를 연산한다. 단, 함수(f)의 연산은 도 28(a)에 나타낸다. 이 때의 이동 다중도와 이동 수(m)와의 관계는 도 28(b)에 나타낸다. 도 28(a)에 나타낸 바와 같이, 함수(f)는 원래의 도형 패턴(40)을 사용한 대상 화소에서부터 변까지의 부호화 거리 L(LX 혹은 LY))과 이동 수 이하의 값(M)을 이용하여 정의된다. 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)가 (M - 1) / (2M) 이하인 경우에는, 함수(f) = 0으로 정의된다. 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)가 (M + 1) / (2M) 이상인 경우에는, 함수(f) = 1로 정의된다. 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)가 (M - 1) / (2M)보다 크고 (M + 1) / (2M)보다 작은 경우에는, 함수(f) = (ML - (M - 1) / 2)로 정의된다. 당해 화소(36)의 부호화 거리(L)가 (M - 1) / (2M)부터 (M + 1)/(2 M)까지 함수(f)의 값은 도 28(c)에 나타낸 바와 같이 1 차 비례로 커진다. 이하의 공정은 실시 형태 1과 동일하다.
이상과 같이 이동 수(m)에서 이동 수 이하의 값(M)으로 변경함으로써, 이동 수(m)가 큰 값을 취하는 경우에도 그래프의 기울기가 가파르게 되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 급격한 조사량의 변화를 억제할 수 있다. 부호화 거리(L)는 패스마다 변경되므로, 패스마다 함수(f)(조사 계수(k))가 변화된다. 그 결과, 1 개의 패스에서의 개별 빔에 의한 조정보다 복수의 패스의 빔에 의한 조정의 가능성이 커지므로 평균화할 수 있다. 따라서, 묘화 정밀도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 도 8(a) 내지 도 8(h)의 예에서는, x, y 방향으로 함께 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 동일한 값이 되는 경우, 즉, 이동 수(m)가 한 가지로 결정되는, 이동 수와 이동 다중도와의 관계의 일례를 나타냈으나, 이에 한정되지 않는다.
도 29는 실시 형태 2에서의 이동 수와 이동 다중도와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 29에서는 가상의 기준 그리드와 이동 다중도(N) = 4인 다중 묘화에서의 4 회의 묘화 위치의 일례를 나타내고 있다. 도 29의 예에서는 x 방향으로 이동한 4 개의 묘화 위치가 존재하므로, x 방향의 이동 수(m)는 4가 된다. y 방향으로 이동한 2 개의 묘화 위치가 존재하므로, y 방향의 이동 수(m)는 2가 된다. 따라서, x, y 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 상이하다. 실시 형태 2에서는, 이러한 경우 작은 개수로 이동 수(m)를 정의한다. 도 29의 예에서는 y 방향의 이동 수를 이용한다. 따라서 실시 형태 2에서는, 이동 수 이하의 값(M)은 이러한 작은 개수로 정의되는 이동 수(m) 이하의 값이 이용된다.
이상, 구체적인 예를 참조하여 실시 형태에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 29에 나타낸 x, y 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 상이한 경우를 실시 형태 1에 적용하는 경우, x, y 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수 중 작은 개수로 이동 수(m)를 정의하면 된다. 도 29의 예에서는 y 방향의 이동 수를 이용하면 된다.
또한, 장치 구성 또는 제어 방법 등 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요한 장치 구성 또는 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요한 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
그 외에 본 발명의 요소를 구비하며 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명하였으나, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규 실시 형태는 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태 또는 그 변형은 발명의 범위 또는 요지에 포함되고, 또한 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의되는 이동 수에 따라 묘화 대상의 도형 패턴을 확대한 확대 패턴을 작성하는 확대 패턴 작성부와,
    상기 다중 묘화에서의 상기 이동 수에 따라 상기 도형 패턴을 축소한 축소 패턴을 작성하는 축소 패턴 작성부와,
    상기 다중 묘화에서의 상기 이동 수에 따라 작성된 상기 확대 패턴과 상기 축소 패턴을 이용하여, 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 소영역 각각에 조사되는 하전 입자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수를 연산하는 조사 계수 연산부와,
    하전 입자빔원, 편향기 및 시료를 재치하는 스테이지를 가지며, 상기 조사 계수를 이용해 소영역마다 얻어지는 조사량의 하전 입자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 따라 시료에 상기 도형 패턴을 묘화하는 묘화부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조사 계수 연산부는 소영역마다 상기 소영역의 대표 위치가 상기 축소 패턴 내에 들어가는 경우에 상기 조사 계수를 1로 연산하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조사 계수 연산부는 소영역마다 상기 소영역의 대표 위치가 상기 확대 패턴의 외측에 위치하는 경우에 상기 조사 계수를 0으로 연산하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조사 계수 연산부는 소영역마다 상기 소영역의 대표 위치가 상기 확대 패턴의 내측이며 상기 축소 패턴의 외측에 위치하는 경우에 상기 이동 수를 이용하여 상기 조사 계수를 연산하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  5. 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의되는 이동 수에 따라 묘화 대상의 도형 패턴을 확대한 확대 패턴을 작성하고,
    상기 다중 묘화에서의 상기 이동 수에 따라 상기 도형 패턴을 축소한 축소 패턴을 작성하고,
    상기 다중 묘화에서의 상기 이동 수에 따라 작성된 상기 확대 패턴과 상기 축소 패턴을 이용하여, 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 소영역 각각에 조사되는 하전 입자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수를 연산하고,
    상기 조사 계수를 이용해 소영역마다 얻어지는 조사량의 하전 입자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 따라 시료에 상기 도형 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
  6. 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의되는 이동 수 이하의 값에 따라 묘화 대상의 도형 패턴을 확대한 확대 패턴을 작성하는 확대 패턴 작성부와,
    상기 다중 묘화에서의 상기 이동 수 이하의 값에 따라 상기 도형 패턴을 축소한 축소 패턴을 작성하는 축소 패턴 작성부와,
    상기 다중 묘화에서의 상기 이동 수 이하의 값에 따라 작성된 상기 확대 패턴과 상기 축소 패턴을 이용하여, 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 소영역 각각에 조사되는 하전 입자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수를 연산하는 조사 계수 연산부와,
    상기 조사 계수를 이용해 소영역마다 얻어지는 조사량의 하전 입자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 따라 시료에 상기 도형 패턴을 묘화하는 묘화부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조사 계수 연산부는 소영역마다 당해 소영역의 대표 위치가 상기 확대 패턴의 내측이며 상기 축소 패턴의 외측에 위치하는 경우에 상기 이동 수 이하의 값을 이용하여 상기 조사 계수를 연산하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 x 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수와 상기 y 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수가 상이한 경우에는, 작은 개수로 상기 이동 수가 정의되고,
    상기 작은 개수로 정의되는 상기 이동 수 이하의 값이 이용되는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 이동 수 이하의 값은 1 이상의 값이 이용되는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  10. 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화에서의 복수 회의 묘화 위치 중 x 방향과 y 방향 중 한 방향으로 이동한 복수의 묘화 위치의 개수로 정의되는 이동 수 이하의 값에 따라 묘화 대상의 도형 패턴을 확대한 확대 패턴을 작성하고,
    상기 다중 묘화에서의 상기 이동 수 이하의 값에 따라 상기 도형 패턴을 축소한 축소 패턴을 작성하고,
    상기 다중 묘화에서의 상기 이동 수 이하의 값에 따라 작성된 상기 확대 패턴과 상기 축소 패턴을 이용하여, 묘화 영역이 메쉬 형상으로 분할된 복수의 소영역 각각에 조사되는 하전 입자빔의 조사량을 변조하는 조사 계수를 연산하고,
    상기 조사 계수를 이용해 소영역마다 얻어지는 조사량의 하전 입자빔을 이용하여, 위치를 이동시키면서 행하는 다중 묘화법에 따라 시료에 상기 도형 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
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