KR102026648B1 - 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법 - Google Patents

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본 발명의 일 태양에 따른 멀티 하전 입자빔 묘화 장치는, 복수의 홀이 형성되며, 상기 복수의 홀을 하전 입자빔이 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재와, 상기 멀티빔 중 각각 대응하는 빔의 온 오프를 전환하는 복수의 블랭커가 배치된 블랭킹 애퍼처 어레이와, 묘화 대상의 기판이 재치되며, XY 방향으로 이동 가능한 스테이지와, 상기 멀티빔의 초점 위치를 조정하는 대물 렌즈와, 상기 멀티빔의 비점 수차를 보정하는 코일과, 상기 스테이지에 설치되며, 상기 멀티빔 중 1 개의 빔을 통과시키는 검사 애퍼처와, 상기 멀티빔을 편향시키는 편향기와, 상기 멀티빔을 상기 검사 애퍼처 상에서 XY 방향으로 스캔하여 상기 검사 애퍼처를 통과한 상기 멀티빔의 각 빔의 빔 전류를 검출하는 전류 검출기와, 검출된 빔 전류에 기초하여 빔 화상을 작성하고, 상기 빔 화상의 특징량을 산출하여, 상기 특징량에 기초하여 상기 대물 렌즈 또는 상기 코일을 제어하는 제어부를 구비하는 것이다.

Description

멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법 {MULTI-CHARGED PARTICLE BEAM WRITING APPARATUS AND MULTI-CHARGED PARTICLE BEAM WRITING METHOD}
본 발명은 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법에 관한 것이다.
LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스의 회로 선폭은 더 미세화되고 있다. 이들 반도체 디바이스에 회로 패턴을 형성하기 위한 노광용 마스크(스테퍼 또는 스캐너에서 이용되는 것은 레티클이라고도 함)를 형성하는 방법으로서, 우수한 해상성을 가지는 전자빔 묘화 기술이 이용되고 있다.
전자빔 묘화 장치로서, 지금까지의 1 개의 빔을 편향시켜 기판 상의 필요한 개소에 빔을 조사하는 싱글빔 묘화 장치 대신에 멀티빔을 사용한 묘화 장치의 개발이 진행되고 있다. 멀티빔을 이용함으로써 1 개의 전자빔으로 묘화하는 경우에 비해 많은 빔을 조사할 수 있으므로, 스루풋을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다. 멀티빔 방식의 묘화 장치에서는, 예를 들면, 전자총으로부터 방출된 전자빔을 복수의 홀을 가진 애퍼처 부재에 통과시켜 멀티빔을 형성하고, 블랭킹 애퍼처 어레이에서 각 빔의 블랭킹 제어를 행하여, 차폐되지 않은 빔이 광학계에서 축소되어 이동 가능한 스테이지 상에 재치된 기판에 조사된다.
멀티빔 묘화에서는 초점 맞춤 등의 광학계의 조정이 중요하다. 종래에 대물 렌즈로 초점 위치를 변경하면서 스테이지 상의 라인 형상의 반사 마크를 스캔하여 반사 전자를 검출하고, 각 초점 위치에서 얻어진 프로파일에 기초하여 초점 맞춤을 행하고 있었다. 반사 마크의 스캔은 라인 형상의 반사 마크의 연장 방향에 대하여 직교하도록 행할 필요가 있다. 대물 렌즈로 초점 위치를 이동시키면 기판 상에 조사되는 멀티빔 전체상의 형상이 회전한다. 이 때문에, 종래에는 연동 계수에 기초하여 2 개의 대물 렌즈의 출력을 연동시켜 멀티빔 전체상의 회전을 취소했었다. 그러나, 2 개의 대물 렌즈의 연동 계수를 사전에 산출한다고 하는 수고가 들었다.
또한, 멀티빔은 다수(예를 들면 약 26 만개)의 빔으로 이루어져, 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재 또는 각 빔의 블랭킹 제어를 행하는 블랭킹 애퍼처 어레이를 전혀 결함이 포함되지 않도록 제조하는 것은 매우 곤란했다. 애퍼처 부재 또는 블랭킹 애퍼처 어레이의 결함에 기인하여 기판에 의도하지 않은 빔이 도달하거나 필요한 빔이 차단되어 도달하지 않는 경우가 있었다. 이러한 결함이 발생한 경우, 종래의 반사 마크를 스캔하는 방법에서는 SN 비가 낮아지는 경우가 있었다.
본 발명은 멀티빔의 초점 맞춤 등의 광학계의 조정을 간편하고 고정밀도로 행할 수 있는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법을 제공한다.
본 발명의 일 태양에 따른 멀티 하전 입자빔 묘화 장치는, 복수의 홀이 형성되며, 상기 복수의 홀을 하전 입자빔이 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재와, 상기 멀티빔 중 각각 대응하는 빔의 온 오프를 전환하는 복수의 블랭커가 배치된 블랭킹 애퍼처 어레이와, 묘화 대상의 기판이 재치되며, XY 방향으로 이동 가능한 스테이지와, 상기 멀티빔의 초점 위치를 조정하는 대물 렌즈와, 상기 멀티빔의 비점 수차를 보정하는 코일과, 상기 스테이지에 설치되며, 상기 멀티빔 중 1 개의 빔을 통과시키는 검사 애퍼처와, 상기 멀티빔을 편향시키는 편향기와, 상기 멀티빔을 상기 검사 애퍼처 상에서 XY 방향으로 스캔하여 상기 검사 애퍼처를 통과한 상기 멀티빔의 각 빔의 빔 전류를 검출하는 전류 검출기와, 검출된 빔 전류에 기초하여 빔 화상을 작성하고, 상기 빔 화상의 특징량을 산출하여, 상기 특징량에 기초하여 상기 대물 렌즈 또는 상기 코일을 제어하는 제어부를 구비하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 멀티 하전 입자빔 묘화 장치의 개략도이다.
도 2는 애퍼처 부재의 개략도이다.
도 3은 동 실시 형태에 따른 빔 검사부의 개략도이다.
도 4는 동 실시 형태에 따른 멀티빔 검사용 애퍼처의 사시도이다.
도 5는 동 실시 형태에 따른 멀티빔 검사용 애퍼처의 평면도이다.
도 6은 검사용 애퍼처에 조사되는 멀티빔을 나타내는 도면이다.
도 7은 동 실시 형태에 따른 초점 맞춤 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8(a)는 빔 화상의 예를 나타내는 도면이고, 도 8(b)는 빔 어레이 인식 처리의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 렌즈값이 상이한 빔 화상의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 렌즈값과 휘도 분산의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 11은 최적 렌즈값을 측정하는 빔군의 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 동 실시 형태에 따른 비점 수차 조정 방법을 설명하는 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 멀티 하전 입자빔 묘화 장치의 개략도이다. 본 실시 형태에서는 하전 입자빔의 일례로서 전자빔을 이용한 구성에 대해 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되지 않으며, 이온빔 등의 다른 하전 입자빔 이어도 된다.
이 묘화 장치는 묘화 대상의 기판(24)에 전자빔을 조사하여 원하는 패턴을 묘화하는 묘화부(W)와, 묘화부(W)의 동작을 제어하는 제어부(C)를 구비한다.
묘화부(W)는 전자빔 경통(2) 및 묘화실(20)을 가지고 있다. 전자빔 경통(2) 내에는 전자총(4), 조명 렌즈(6), 애퍼처 부재(8), 블랭킹 애퍼처 어레이(10), 축소 렌즈(12), 제한 애퍼처 부재(14), 대물 렌즈(16), 편향기(17) 및 비점 보정 코일(18)이 배치되어 있다.
묘화실(20) 내에는 XY 스테이지(22)가 배치된다. XY 스테이지(22) 상에는 묘화 대상인 기판(24)이 재치되어 있다. 묘화 대상인 기판(24)은 예를 들면 웨이퍼 또는 웨이퍼에 엑시머 레이저를 광원으로 한 스테퍼 또는 스캐너 등의 축소 투영형 노광 장치 또는 극단 자외선 노광 장치(EUV)를 이용하여 패턴을 전사하는 노광용의 마스크가 포함된다.
또한, XY 스테이지(22)에는 기판(24)이 재치되는 위치와는 상이한 위치에 멀티빔 검사용 애퍼처(40)(이하, '검사 애퍼처(40)'라고 기재함) 및 전류 검출기(50)를 가지는 멀티빔용 빔 검사 장치가 배치되어 있다. 검사 애퍼처(40)는 조정 기구(도시 생략)에 의해 높이가 조정 가능해져 있다. 검사 애퍼처(40)는 기판(24)과 동일한 높이 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
제어부(C)는 제어 계산기(32), 편향 제어 회로(34), 렌즈 제어 회로(36) 및 코일 제어 회로(38)를 가지고 있다. 편향 제어 회로(34)는 편향기(17)에 접속되어 있다. 렌즈 제어 회로(36)는 대물 렌즈(16)에 접속되어 있다. 코일 제어 회로(38)는 비점 보정 코일(18)에 접속되어 있다.
제어 계산기(32)는 묘화 데이터 처리부(60), 묘화 제어부(61), 빔 어레이 인식부(62), 특징량 산출부(63), 최적 렌즈값 검출부(66) 및 최적 코일값 검출부(67)를 가진다. 특징량 산출부(63)는 휘도 분산 산출부(64) 및 타원 피팅부(65)를 포함한다. 제어 계산기(32)의 각 부는 전기 회로 등의 하드웨어로 구성되어도 되고, 이들 기능을 실행하는 프로그램 등의 소프트웨어로 구성되어도 된다. 소프트웨어로 구성하는 경우에는 이들 기능을 실현하는 프로그램을 기록 매체에 수납하고, 전기 회로 등을 포함하는 컴퓨터에 판독시켜 실행시켜도 된다.
묘화 데이터 처리부(60)는 기억 장치(도시 생략)로부터 묘화 데이터를 독출하고, 복수 단의 데이터 변환 처리를 실시하여 샷 데이터를 생성한다. 샷 데이터는 화소마다 생성되어 묘화 시간(조사 시간)이 연산된다. 예를 들면 대상 화소에 패턴을 형성하지 않는 경우, 빔 조사가 무(無)가 되므로, 묘화 시간 0 혹은 빔 조사 없음의 식별 코드가 정의된다. 여기서는 1 회의 멀티빔의 샷에서의 최대 묘화 시간(T)(최대 노광 시간)이 미리 설정된다. 실제로 조사되는 각 빔의 조사 시간은 산출된 패턴의 면적 밀도에 비례하여 구하면 적합하다. 또한, 최종적으로 산출되는 각 빔의 조사 시간은 도시하지 않은 근접 효과, 포깅 효과, 로딩 효과 등의 치수 변동을 일으키는 현상에 대한 치수 변동분을 조사량에 따라 보정한 보정 후의 조사량에 상당하는 시간으로 하면 적합하다. 따라서, 실제로 조사되는 각 빔의 조사 시간은 빔마다 상이할 수 있다. 각 빔의 묘화 시간(조사 시간)은 최대 묘화 시간(T) 내의 값으로 연산된다. 또한, 묘화 데이터 처리부(60)는 연산된 각 화소의 조사 시간 데이터를 이러한 화소를 묘화하게 될 빔용의 데이터로 하여, 멀티빔의 샷마다 멀티빔의 각 빔의 배열순으로 나열한 조사 시간 배열 데이터를 생성한다.
편향 제어 회로(34)는 조사 시간 배열 데이터(샷 데이터)를 이용하여 멀티빔을 편향시킬 편향량 데이터를 생성한다. 묘화 제어부(61)는 편향 제어 회로(34) 및 묘화부(W)를 구동하는 제어 회로(도시 생략)에 묘화 처리를 실시하기 위한 제어 신호를 출력한다. 묘화부(W)는 제어 신호에 기초하여 멀티빔을 이용해 기판(24)에 원하는 패턴을 묘화한다. 구체적으로는 이하와 같이 동작한다.
전자총(4)로부터 방출된 전자빔(30)은 조명 렌즈(6)에 의해 대략 수직으로 애퍼처 부재(8) 전체를 조명한다. 도 2는 애퍼처 부재(8)의 구성을 나타내는 개념도이다. 애퍼처 부재(8)에는 세로(y 방향) m 열×가로(x 방향) n 열(m, n ≥ 2)의 홀(개구부)(80)이 소정의 배열 피치로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 예를 들면, 512 열×512 열의 홀(80)이 형성된다. 각 홀(80)은 모두 동일한 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 각 홀(80)은 동일한 직경의 원형이어도 상관없다.
전자빔(30)은 애퍼처 부재(8)의 모든 홀(80)이 포함되는 영역을 조명한다. 이들 복수의 홀(80)을 전자빔(30)의 일부가 각각 통과함으로써, 도 1에 나타낸 것과 같은 멀티빔(30a ~ 30e)이 형성되게 된다.
블랭킹 애퍼처 어레이(10)에는 애퍼처 부재(8)의 각 홀(80)의 배치 위치에 맞춰 관통홀이 형성되고, 각 관통홀에는 쌍이 되는 2 개의 전극으로 이루어지는 블랭커가 각각 배치된다. 각 관통홀을 통과하는 전자빔(30a ~ 30e)은 각각 독립적으로 블랭커가 인가하는 전압에 의해 편향된다. 이 편향에 의해 각 빔이 블랭킹 제어된다. 블랭킹 애퍼처 어레이(10)에 의해 애퍼처 부재(8)의 복수의 홀(80)을 통과한 멀티빔의 각 빔에 대하여 블랭킹 편향이 행해진다.
블랭킹 애퍼처 어레이(10)를 통과한 멀티빔(30a ~ 30e)은 축소 렌즈(12)에 의해 각각의 빔 사이즈와 배열 피치가 축소되고, 제한 애퍼처 부재(14)에 형성된 중심의 홀을 향해 진행된다. 블랭킹 애퍼처 어레이(10)의 블랭커에 의해 편향된 전자빔은 그 궤도가 변위되어 제한 애퍼처 부재(14)의 중심의 홀로부터 위치가 벗어나, 제한 애퍼처 부재(14)에 의해 차폐된다. 한편, 블랭킹 애퍼처 어레이(10)의 블랭커에 의해 편향되지 않은 전자빔은 제한 애퍼처 부재(14)의 중심의 홀을 통과한다.
제한 애퍼처 부재(14)는 블랭킹 애퍼처 어레이(10)의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 전자빔을 차폐한다. 그리고, 빔 ON이 되고 나서 빔 OFF가 될 때까지 제한 애퍼처 부재(14)를 통과한 빔이 1 회분의 샷의 전자빔이 된다.
제한 애퍼처 부재(14)를 통과한 전자빔(30a ~ 30e)은 대물 렌즈(16)에 의해 초점이 맞춰져 기판(24) 상에서 원하는 축소율의 패턴상이 된다. 제한 애퍼처 부재(14)를 통과한 각 전자빔(멀티빔 전체)은 편향기(17)에 의해 동일 방향으로 일괄적으로 편향되어 기판(24)에 조사된다.
한 번에 조사되는 멀티빔은, 이상적으로는 애퍼처 부재(8)의 복수의 홀(80)의 배열 피치에 전술한 원하는 축소율을 곱한 피치로 나열되게 된다. 이 묘화 장치는 샷 빔을 연속해서 차례로 조사해 가는 래스터 스캔 방식으로 묘화 동작을 행하며, 원하는 패턴을 묘화할 때, 패턴에 따라 필요한 빔이 블랭킹 제어에 의해 빔 ON으로 제어된다. XY 스테이지(22)가 연속 이동하고 있을 때, 빔의 조사 위치가 XY 스테이지(22)의 이동에 추종하도록 편향기(17)에 의해 제어된다.
이러한 묘화 장치에서는 묘화 정밀도를 향상시키기 위해 광학계를 조정하여 최적의 초점 위치로 설정하고 또한 비점 수차를 보정할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는 검사 애퍼처(40) 및 전류 검출기(50)를 가지는 멀티빔용 빔 검사 장치를 이용해 빔을 검사하여 광학계를 조정한다.
도 3 ~ 도 5를 이용하여 멀티빔용 빔 검사 장치의 구성에 대해 설명한다. 도 3은 멀티빔용 빔 검사 장치의 개략 구성도이다. 도 4는 검사 애퍼처(40)를 하면측에서 본 사시도이다. 도 5는 검사 애퍼처(40)를 상면측에서 본 평면도이다. 또한, 도 3에 나타낸 검사 애퍼처(40)는 도 5의 III - III 선으로의 절단단면도로 되어 있다.
검사 애퍼처(40)는 전자빔이 하나만 통과하도록 제한하는 것으로서, 예를 들면 산란층(41)과 흡수층(43)을 구비하는 것을 이용할 수 있다. 산란층(41)은 흡수층(43) 상에 마련되어 있다. 검사 애퍼처(40)는 예를 들면 원형의 평면 형상을 이루며, 중심축을 따라 관통홀이 형성되어 있다. 이 관통홀은 흡수층(43)의 중심부에 형성된 개구부(44)와, 산란층(41)의 중심부에 형성되며 개구부(44)에 이어지는 관통홀(42)로 이루어진다.
검사 애퍼처(40)를 제작하는 경우, 예를 들면 Pt 또는 W 등의 저지능이 높은 중금속의 박막을 준비하여, FIB(집속 이온빔)를 이용한 에칭에 의해 하면측에 개구부(44)를 형성한다. 이어서, FIB를 이용한 에칭에 의해 개구부(44)의 바닥부에 개구부(44)보다 직경이 작은 관통홀(42)을 형성한다. 중금속 박막 중 개구부(44)가 형성된 부분이 흡수층(43)에 상당하고, 관통홀(42)이 형성된 부분이 산란층(41)에 상당한다. 또한, 가공 순서는 이에 한정되지 않는다.
기판(24) 상에서의 멀티빔의 빔 피치를 P, (1 개의) 빔의 사이즈를 S로 한 경우, 관통홀(42)의 직경(φ1)은 S < φ1 < P-S로 하는 것이 바람직하다. 직경(φ1)이 빔 사이즈(S)보다 크면 1 개의 전자빔이 모두 관통홀(42)을 통과(무산란 투과)할 수 있어 S/N 비를 높일 수 있다. 직경(φ1)은 빔을 찾아내기 쉽고 또한 이물에 의해 홀이 막히지 않도록 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다.
한편, 직경(φ1)이 P-S보다 작으면 멀티빔을 스캔했을 때에 인접하는 2 개의 빔(의 일부)이 동시에 관통홀(42)을 통과하는 경우가 없다. 따라서, 관통홀(42)은 멀티빔 중 1 개의 전자빔만을 통과시킬 수 있다. 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이, 전자빔(B1)이 관통홀(42)을 통과할 때 전자빔(B1) 옆의 전자빔(B2)은 관통홀(42)에 겹쳐지지 않는다.
예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이, 전자빔(B1)이 관통홀(42)을 통과할 때 전자빔(B1)의 1 개 옆의 전자빔(B2)(전자빔(B1)의 주변의 8 개의 전자빔(B2))은 산란층(41)에 조사되어, 일부는 산란층(41)의 표면에서 반사되지만 그 대부분은 파선으로 나타낸 바와 같이 산란층(41)에 침입하여 산란된다. 산란한 전자는 산란층(41)을 관통하여 그 일부는 그대로 진공 중을 직진하고, 일부는 흡수층(43)의 표면에서 반사되고 일부는 흡수층(43)에 입사하여 전류 검출기(50)에는 (대부분) 도달하지 않는다. 전자빔(B1)의 2 개 이상 옆의 전자빔(B3)은 산란층(41)에서 산란된다. 산란한 전자는 흡수층(43)에 침입하여 흡수된다.
또한, 검사 애퍼처(40)의 구조는 전술한 것에 한정되지 않으며, 전자빔이 하나만 통과하도록 제한할 수 있는 것을 적용할 수 있다.
관통홀(42) 및 개구부(44)를 통과한 전자빔(도 3의 전자빔(B), 도 6의 전자빔(B1))은 전류 검출기(50)에 입사하여 빔 전류가 검출된다. 전류 검출기(50)에는 예를 들면 SSD(반도체 검출기(solid-statedetector))를 이용할 수 있다. 전류 검출기(50)에 의한 검출 결과는 제어 계산기(32)에 통지된다.
이어서 도 7에 나타낸 순서도를 이용하여, 최적의 초점 위치를 구하여 초점 맞춤을 행하는 방법을 설명한다.
본 실시 형태에서는 블랭킹 애퍼처 어레이(10)의 일부의 영역을 측정 영역으로 하여 검사(검사 애퍼처(40)의 스캔)를 행한다. 이는 빔 스캔에 사용하는 편향기(17)의 최대 편향량이 블랭킹 애퍼처 어레이(10)의 전역을 커버할 수 있을 만큼 크지 않기 때문이다. 이 때문에, 먼저 블랭킹 애퍼처 어레이(10)에서의 측정 영역(빔 온할 영역)을 결정한다(단계(S11)).
XY 스테이지(22)를 이동하여 측정 영역의 빔을 조사 가능한 위치에 검사 애퍼처(40)를 배치한다(단계(S12)).
렌즈 제어 회로(36)가 대물 렌즈(16)의 자화 전류값(렌즈값)을 변경 · 설정한다(단계(S13)). 후술하는 바와 같이, 렌즈값은 미리 설정된 범위 내의 복수의 값이 가변으로 설정되게 된다. 렌즈값을 변경하면 초점 위치가 변경된다.
측정 영역의 블랭커에 의해 빔 온이 된 복수의 빔을 편향기(17)로 XY 방향으로 편향시켜 검사 애퍼처(40)를 스캔하고, 관통홀(42)을 통과하는 전자빔을 순차적으로 전환한다(단계(S14)). 전류 검출기(50)가 빔 전류를 검출한다.
제어 계산기(32)는 전류 검출기(50)에 의해 검출된 빔 전류를 휘도로 변환하고, 편향기(17)의 편향량에 기초해 빔 화상을 작성하여 화상 해석을 행한다(단계(S15)). 예를 들면, 도 8(a)에 나타낸 것과 같은 빔 화상이 작성된다. 이는 검사 영역을 좌하 (1, 1), 4×4 어레이로 한 경우의 화상의 일례이다.
도 8(b)는 측정 영역의 근방에 상시 온 결함의 빔이 존재하는 경우의 화상을 나타내고 있다. 빔 어레이 인식부(62)가 측정 영역에 대응하는 빔 어레이 영역을 인식하며, 영역 외의 결함은 무시된다. 예를 들면, 검사 영역이 4×4 어레이인 것은 미리 결정되어 있기 때문에, 빔 어레이 인식부(62)는 4×4 어레이의 사이즈의 영역 내에 포함되는 빔 수가 가장 많아지도록 빔 어레이를 인식한다.
그리고, 특징량 산출부(63)가 빔 화상의 특징량을 산출한다. 구체적으로는, 휘도 분산 산출부(64)가 빔 화상의 특징량으로서 휘도 분산을 산출한다.
이러한 검사를 미리 설정된 범위 내의 복수의 렌즈값 전부에 대해 행한다(단계(S13 ~ S16)). 렌즈값을 변경하여 스캔함으로써, 도 9에 나타낸 것과 같은 렌즈값마다의 빔 화상이 얻어진다. 도 10은 렌즈값과 휘도 분산의 관계의 일례를 나타낸다.
초점 위치가 최적값에 가까울 수록 빔 화상의 콘트라스트가 높아져 휘도의 분산이 커진다. 이 때문에, 최적 렌즈값 검출부(66)는 휘도 분산이 최대가 되는 렌즈값을 최적 렌즈값으로서 검출한다(단계(S17)). 렌즈 제어 회로(36)는 묘화 처리시에 최적 렌즈값을 대물 렌즈(16)에 설정한다.
최적 렌즈값 검출부(66)는 검사에 의해 얻어진 휘도 분산을 함수 피팅하고, 구한 함수의 극대값이 되는 렌즈값을 최적 렌즈값으로서 검출해도 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면 측정 영역 내의 복수의 빔을 스캔하여 관통홀(42)을 통과하는 전자빔을 순차적으로 전환함으로써 빔 화상을 단시간에 작성할 수 있다. 대물 렌즈(16)의 렌즈값을 할당하여 복수의 초점 위치에서의 빔 화상을 작성하고, 각 빔 화상의 휘도 분산으로부터 최적의 렌즈값을 단시간에 또한 고정밀도로 구할 수 있다.
본 실시 형태에서는 멀티빔 전체상의 회전을 취소하는 처리는 불필요하기 때문에, 렌즈의 연동 없이 초점 맞춤을 간편한 조작으로 행할 수 있다.
다수의 빔으로 구성되는 멀티빔에서는 최적의 초점 위치가 빔 영역에 따라 상이한 상면 만곡이라고 하는 현상이 존재한다. 1 개의 측정 영역에 대해서만 최적 렌즈값을 검출하여 이 렌즈값을 설정한 경우, 다른 영역의 빔 블러의 영향이 커지는 경우가 있다. 이 때문에, 복수의 측정 영역에 대하여 최적 렌즈값을 검출하여 복수의 최적 렌즈값의 중앙값을 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상면 만곡에 수반하는 빔 블러의 영향을 저감시킬 수 있다.
예를 들면 도 11에 나타낸 바와 같이, 멀티빔 중 네 모서리와 중앙의 5 개소를 측정 영역(70)으로 하고, 각 측정 영역(70)의 빔군(72)으로 검사 애퍼처(40)를 스캔한다. 각 측정 영역(70)에 대응한 빔 화상의 최적 렌즈값을 산출하여, 산출한 5 개의 최적 렌즈값의 중앙값(또는 평균값)을 구한다. 바꾸어 말하면, 각 측정 영역(70)에 대응한 제1 최적 초점 위치를 산출하여, 산출한 5 개의 제1 최적 초점 위치의 중앙값(또는 평균값)을 제2 최적 초점 위치로 하고, 이 제2 최적 초점 위치에 기초하여 대물 렌즈(16)를 조정한다.
이어서, 비점 수차를 조정하는 방법을 도 12에 나타낸 순서도를 이용하여 설명한다.
먼저, 블랭킹 애퍼처 어레이(10)에서의 측정 영역(빔 온할 영역)을 결정한다(단계(S21)). XY 스테이지(22)를 이동하여 측정 영역의 빔을 조사 가능한 위치에 검사 애퍼처(40)를 배치한다(단계(S22)).
코일 제어 회로(38)가 비점 수차를 보정할 비점 보정 코일(18)의 자화 전류값(비점 보정 코일값)을 변경 · 설정한다(단계(S23)). 후술하는 바와 같이, 비점 보정 코일값은 미리 설정된 범위 내의 복수의 값이 가변으로 설정되게 된다.
렌즈 제어 회로(36)가 대물 렌즈(16)의 자화 전류값(렌즈값)을 변경 · 설정한다(단계(S24)). 후술하는 바와 같이, 렌즈값은 미리 설정된 범위 내의 복수의 값이 가변으로 설정되게 된다.
측정 영역의 블랭커에 의해 빔 온이 된 복수의 빔을 편향기(17)로 XY 방향으로 편향시켜 검사 애퍼처(40)를 스캔하고, 관통홀(42)을 통과하는 전자빔을 순차적으로 전환한다(단계(S25)). 전류 검출기(50)가 빔 전류를 검출한다.
제어 계산기(32)는 전류 검출기(50)에 의해 검출된 빔 전류를 휘도로 변환하고, 편향기(17)의 편향량에 기초해 빔 화상을 작성하여 화상 해석을 행한다(단계(S26)). 타원 피팅부(65)가 빔 화상 내의 각 빔의 윤곽을 검출해 타원 피팅을 행하여 타원형(대략 원형)의 빔 형상을 추출한다. 그리고, 타원 피팅부(65)는 특징량으로서 타원의 긴 직경과 짧은 직경의 비율을 산출한다.
이러한 검사를 미리 설정된 범위 내의 복수의 렌즈값 전부에 대해 비점 보정 코일값을 변경하면서 행한다(단계(S23 ~ S28)).
비점 보정 코일값이 최적값에 가까울수록 빔 형상은 완전한 원에 가까워지며, 렌즈값(초점 위치)를 변경해도 타원의 긴 직경과 짧은 직경의 비율은 작아진다. 즉, 비점 보정 코일값마다의 타원의 긴 직경과 짧은 직경의 비율의 분산은 비점 보정 코일값이 최적값에 가까울수록 작아진다. 이 때문에, 최적 코일값 검출부(67)는 타원의 긴 직경과 짧은 직경의 비율의 분산이 최소가 되는 비점 보정 코일값을 최적 비점 보정 코일값으로서 검출한다(단계(S29)). 코일 제어 회로(38)는 묘화 처리시에 최적 비점 보정 코일값(최적 자화 전류값)을 비점 보정 코일(18)에 설정한다.
이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 측정 영역의 복수의 빔을 스캔하고, 관통홀(42)을 통과하는 전자빔을 순차적으로 전환함으로써 빔 화상을 단시간에 작성할 수 있다. 비점 보정 코일(18)의 비점 보정 코일값 및 대물 렌즈(16)의 렌즈값을 할당하여 비점 보정 코일값 및 초점 위치가 상이한 복수의 빔 화상을 작성한다. 각 빔 화상 내의 타원 형상의 개별 빔의 긴 직경과 짧은 직경의 비율을 산출하여, 비점 보정 코일값마다의 비율의 분산으로부터 최적의 비점 보정 코일값을 단시간에 또한 고정밀도로 구할 수 있다.
타원의 긴 직경과 짧은 직경의 비율 대신에 빔 화상 내의 복수의 타원(타원 어레이)의 배열 피치를 특징량으로서 구해도 된다. 빔 화상 내에서는 복수의 타원이 직교하는 2 축 상에 배치되어 있다. 비점 보정 코일값이 최적값에 가까울 수록 제1 축 상에서의 제1 피치와 제2 축 상에서의 제2 피치가 가까운 값이 되어, 렌즈값(초점 위치)을 변경해도 제1 피치와 제2 피치의 비율은 작아진다. 즉, 비점 보정 코일값이 최적값에 가까울수록 비점 보정 코일값마다의 제1 피치와 제2 피치의 비율(배열 피치)의 분산은 작아진다. 이 때문에, 최적 코일값 검출부(67)는 제1 피치와 제2 피치의 비율의 분산이 최소가 되는 비점 보정 코일값을 최적값으로서 검출한다.
다수의 빔으로 구성되는 멀티빔에서는 최적의 비점 보정 코일값이 영역에 따라 상이한 경우가 있다. 1 개의 측정 영역에 대해서만 최적 비점 보정 코일값을 검출하고 이 비점 보정 코일값을 설정한 경우, 대략 완전한 원의 빔 영역이 있는 한편으로 편평률이 큰 타원의 빔 영역이 존재하여, 멀티빔 내에서 빔 형상의 차이가 커지는 경우가 있다.
이 때문에, 복수의 측정 영역에 대하여 최적 비점 보정 코일값을 검출하고, 복수의 최적 비점 보정 코일값의 중앙값(또는 평균값)을 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 멀티빔 전체에서 비점 수차를 보정할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태 그대로에 한정되지 않으며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들면, 실시 형태에 나타낸 전체 구성 요소로부터 몇 개의 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 상이한 실시 형태에 걸친 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.

Claims (10)

  1. 복수의 홀이 형성되며, 상기 복수의 홀을 하전 입자빔이 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재와,
    상기 멀티빔 중 각각 대응하는 빔의 온 오프를 전환하는 복수의 블랭커가 배치된 블랭킹 애퍼처 어레이와,
    묘화 대상의 기판이 재치되며, XY 방향으로 이동 가능한 스테이지와,
    상기 멀티빔의 초점 위치를 조정하는 대물 렌즈와,
    상기 멀티빔의 비점 수차를 보정하는 코일과,
    상기 스테이지에 설치되며, 상기 멀티빔 중 1 개의 빔을 통과시키는 검사 애퍼처 - 상기 1 개의 빔을 통과시키는 검사 애퍼처는 상기 멀티빔의 각 빔 사이즈 보다 크고 상기 멀티빔의 빔 피치와 상기 빔 사이즈의 차보다 작은 관통홀을 형성함 -와,
    상기 멀티빔을 편향시키는 편향기와,
    상기 멀티빔을 상기 검사 애퍼처 상에서 XY 방향으로 스캔하여 상기 검사 애퍼처를 통과한 상기 멀티빔의 각 빔의 빔 전류를 검출하는 전류 검출기와,
    검출된 빔 전류에 기초하여 빔 화상을 작성하고, 상기 빔 화상의 특징량을 산출하여, 상기 특징량에 기초하여 상기 대물 렌즈 또는 상기 코일을 제어하는 제어부
    를 구비하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 초점 위치에서 상기 검사 애퍼처를 스캔하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 초점 위치에 대응하는 복수의 빔 화상을 작성하고, 상기 특징량으로서 각 빔 화상의 휘도 분산을 산출하여, 산출한 휘도 분산으로부터 제1 최적 초점 위치를 구하여 상기 대물 렌즈를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 휘도 분산이 최대가 되는 빔 화상에 대응하는 초점 위치를 상기 제1 최적 초점 위치로서 검출하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 멀티빔의 복수의 영역의 빔을 차례로 사용하여 상기 검사 애퍼처를 스캔하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 영역에 대응하는 복수의 제1 최적 초점 위치를 구하고, 상기 복수의 제1 최적 초점 위치로부터 제2 최적 초점 위치를 구하여, 상기 제2 최적 초점 위치에 기초하여 상기 대물 렌즈를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 제1 최적 초점 위치의 중앙값 또는 평균값을 상기 제2 최적 초점 위치로서 구하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 초점 위치 및 상기 코일의 복수의 자화 전류값으로 상기 검사 애퍼처를 스캔하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 초점 위치 및 상기 복수의 자화 전류값에 대응하는 복수의 빔 화상을 작성하고, 상기 빔 화상 내의 빔 형상을 타원으로 피팅하여, 상기 특징량으로서 타원의 긴 직경과 짧은 직경의 비율을 산출하고, 자화 전류값마다의 상기 비율의 분산으로부터 최적 자화 전류값을 구하여 상기 코일을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 멀티빔의 복수의 영역의 빔을 차례로 사용하여 상기 검사 애퍼처를 스캔하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 영역에 대응하는 복수의 최적 자화 전류값을 구하고, 상기 복수의 최적 자화 전류값의 중앙값 또는 평균값에 기초하여 상기 코일을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    복수의 초점 위치 및 상기 코일의 복수의 자화 전류값으로 상기 검사 애퍼처를 스캔하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 초점 위치 및 상기 복수의 자화 전류값에 대응하는 복수의 빔 화상을 작성하고, 상기 빔 화상 내의 복수의 빔 형상을 타원으로 피팅하여, 상기 특징량으로서 직교하는 2 축 상에서의 복수의 타원의 배열 피치를 산출하고, 자화 전류값마다의 상기 배열 피치의 분산으로부터 최적 자화 전류값을 구하여 상기 코일을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 멀티빔의 복수의 영역의 빔을 차례로 사용하여 상기 검사 애퍼처를 스캔하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 영역에 대응하는 복수의 최적 자화 전류값을 구하고, 상기 복수의 최적 자화 전류값의 중앙값 또는 평균값에 기초하여 상기 코일을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  10. 하전 입자빔을 방출하는 공정과,
    애퍼처 부재의 복수의 홀을 상기 하전 입자빔이 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 공정과,
    블랭킹 애퍼처 어레이에 설치된 복수의 블랭커를 이용하여 각각 대응하는 빔의 온 오프를 전환하는 공정과,
    묘화 대상의 기판이 재치되는 스테이지에 설치되며, 상기 멀티빔 중 1 개의 빔을 통과시키는 검사 애퍼처 상에서 상기 멀티빔을 XY 방향으로 스캔하는 공정 - 상기 1 개의 빔을 통과시키는 검사 애퍼처는 상기 멀티빔의 각 빔 사이즈 보다 크고 상기 멀티빔의 빔 피치와 상기 빔 사이즈의 차보다 작은 관통홀을 형성함 -과,
    상기 검사 애퍼처를 통과한 상기 멀티빔의 각 빔의 빔 전류를 검출하는 공정과,
    검출된 빔 전류에 기초하여 빔 화상을 작성하는 공정과,
    상기 빔 화상의 특징량을 산출하고, 상기 특징량에 기초하여 상기 멀티빔의 초점 위치를 조정하는 대물 렌즈 또는 상기 멀티빔의 비점 수차를 보정하는 코일을 제어하는 공정
    을 구비하는 멀티 하전 입자빔 묘화 방법.
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