KR20010070490A - 이온 빔 가공위치 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 시료상의 기준점인 참조 마크를 참조하면서 이온 빔에 의해 가공을 진행시키는 집속 이온 빔 가공방법에 있어서, 기준점 확인에 많은 시간을 낭비하지 않고, 미세한 가공을 정밀도 좋게 마무리할 수 있는 가공방법을 제공하는 것으로서, 본 발명의 해결수단은 정밀도가 요구되는 미세한 가공시는 참조 마크 확인에 의한 위치보정작업을 짧은 시간간격으로 실행하여 고 정밀도의 가공을 행하지만, 정밀도가 요구되지 않는 가공의 경우에는 위치보정작업을 긴 시간 간격으로 실행하여, 비효율적인 위치보정작업을 생략함으로써, 낭비시간을 없애 비교적 단시간에 고 정밀도의 집속 이온 빔 가공을 실현하는 것이다.

Description

이온 빔 가공위치 보정방법{Ion Beam Processing Position Correction Method}

본 발명은 집속 이온 빔 장치를 이용하여 반도체소자나 그 제조에 이용하는 포토마스크 등의 가공에 있어서, 정밀한 가공을 실현하기 위해 행해지는 위치보정,즉 포인트 드리프트 수정방법에 관한 것이다.

기판표면에 패턴막이 형성되어 있는 시료표면상에 집속 이온 빔을 소정 위치영역에 빔을 반복 주사하여 조사하고, 상기 패턴막을 에칭 제거하거나, 기판상의 패턴 가공 소정영역에 가스총에 의해 유기 화합물 증기를 내뿜음과 동시에 이온 빔을 조사하여 패턴막을 형성시키는 가공을 실시할 때, 시료에 대해 조사되는 이온 빔의 위치가 정확한 것이 요구된다. 그런데 집속 이온 빔을 이용하여 미세한 가공을 행하는 경우, 이온 빔 광학계나 시료를 재치하는 스테이지 등의 안정성이나, 시료 표면의 전위나 온도 등의 환경 조건의 변화에 따라 시료에 조사하는 이온 빔 위치의 편차가 발생된다.

종래, 정확한 가공을 실행하기 위해 시료면상의 적당한 패턴을 참조 패턴으로서 화상상에 등록 기억해 두고, 반복 가공동안 임의의 시간마다 상기 참조 패턴을 검출하여 기억 위치와 편차가 있을 때는 그 만큼 편차량을 수정하여 가공을 진행시키는 방법이 행해지고 있었다.

이 이온 빔 가공을 실행하는 집속 이온 빔 장치의 주요구성을 도5에 도시한다.

도시하지 않은 이온 광학계를 거쳐 집속된 이온 빔은 주사전극(1)에 의해 적절히 편향되어 시료 스테이지(3)에 재치된 시료(2) 표면에 조사된다. 시료면에 이온 빔이 조사되면, 시료면에서 2차 하전 입자가 떼어지는데, 상기 2차 하전 입자는 이온 빔이 조사된 부분의 시료물질에 의존한다. 이 빔 조사에 의해 떼어진 2차 하전 입자는 검출기(4)에 의해 포착되어, 그 주목 하전 입자량이 검출된다. 이 값은A/D 변환기(6)로 디지털화되어, 컴퓨터(8)의 기억부에 빔 조사를 받은 곳의 데이터로서 기억된다.

컴퓨터(8)가 소정량 영역의 빔 주사를 지정하면, 구동계(7)를 통하여 상기 주사전극(1)에 이온 빔을 해당 영역내의 주사를 실행하도록 편향 전압이 인가된다. 이 주사에 의거하여 각 빔 스폿에 의한 2차 하전 입자의 검출치를 위치정보와 함께 기억하면, 컴퓨터(8)가 지정한 영역의 주사 화상이 얻어지게 되고, 이 화상은 필요에 따라 디스플레이(10)에 표시할 수 있다.

패턴막을 에칭 제거하는 작업은 조작부(9)에서의 설정에 의거하여 컴퓨터(8)가 그 가공영역에의 빔 조사를 구동계(7)를 통하여 상기 주사전극(1)에 적절하게 편향전압 인가함으로써 실행된다.

또한, 기판상에 패턴막을 형성시키는 가공은 조작부(9)에서의 설정에 의거하여 컴퓨터(8)가 패턴가공 소정영역에 구동계(7)를 통하여 가스총(5)에 의해 유기 화합물 증기를 내뿜음과 동시에, 구동계(7)를 통하여 상기 주사전극(1)에 적절하게 편향전압 인가하여 이온 빔을 상기 영역에 조사하여 가공을 실시한다.

이러한 종류의 이온 빔 가공장치는 상기 동작으로 가공을 행함과 동시에 그 가공이 위치 편차를 일으키지 않도록, 가공 도중 반복하여 상기 주사 화상을 얻어 참조 패턴이 당초 위치로부터의 편차분을 검지하고, 상기 편차분을 보정하는 작업이 실행된다.

일본국 특공평 5-4660호 공보에는 적당한 참조 패턴이 없는 시료나 참조 패턴의 인식 정밀도를 높이기 위해, 이온 빔에 의해 점상태의 가공을 실시하여 이를기준 참조점으로 하는 방법이 개시되어 있다. 즉, 도4에 도시한 바와 같이 집속 이온 빔을 주사하면서 2차 하전 입자를 검출하여 시료면 화상을 표시함과 동시에 상기 참조 마크(스타트 시)(M₀)를 화상상의 위치로서 기억하고, 가공작업을 위해 이온 빔의 주사범위를 한정하여 소정회수 주사한 후, 다시 주사화상을 얻어 상기 참조 마크(보정 시)(M_i)를 검출하여 상기 기억하고 있는 참조 마크 위치(M₀)와 비교하여 참조 마크의 위치 편차분을 구하고, 그 편차(이동량)에 따라 빔 위치 인식을 보정하는 것이다.

종래의 이 이온 빔 가공에 대해 시료가공의 샘플로서, 도4에 도시한 반도체 소자의 관찰 단면을 가공하는 작업에 따라 설명한다.

이 가공작업은 시료중의 단면 관찰을 실행하고자 하는 원하는 곳(도면중 마무리 가공 영역 ④ 부분)이 특정되면, 그 곳에서 적당한 거리가 떨어진 곳에 기준으로 하는 참조 마크(M)를 우선 에칭에 의해 정하고, 상기 관찰 단면부를 포함하는 근방에 보호막을 형성시키는 디포지션이라는 작업 ①이 행해지고, 계속해서 관찰 단면의 전방부에 큰 구멍을 뚫는 대략적 가공 ②가 행해지고, 계속하여 상기 큰 구멍에서 관찰 단면부에 걸쳐 구멍을 확대하는 중(中)가공 ③이 행해지고, 마지막에 관찰 단면부를 연마하는 마무리 가공 ④가 실행되어 일련의 가공을 끝낸다.

이 동안, 시료와 이온 빔의 위치관계가 일정하게 유지되면, 정밀도 좋은 가공을 행할 수 있는데, 이 가공은 전술한 바와 같이 가공 도중에 미소한 위치 편차를 동반하는 것이다.

따라서, 가공 도중에 가공을 중단하여 주사 화상을 얻고, 상기 참조 마크(M_i)가 당초 화상위치(M₀)와 비교하여 편차를 검지하면, 그 편차분을 컴퓨터(8)내에서 수정 처리하고, 주사전극에 인가되는 전압을 보정함으로써 위치 보정이 이루어진다. 위치 보정량이 큰 경우는 시료 스테이지(3)를 이동시켜 수정하는데, 이 가공 도중의 위치 편차는 일반적으로는 미소하고, 상기한 바와 같이 주사전극의 구동 조정으로 보정한다. 이 위치보정 타이밍은 종래는 도3에 도시한 바와 같이 일정시간 간격으로 행해지는 것이 일반적이다. 정밀도 좋은 가공을 하기 위해서는 참조 마크(기준점)(M)의 위치확인을 빈번하게 행하지 않으면 안되는데, 빈번하게 실행하면 그 만큼 화상처리시간이 증가하여 가공시간이 길어지는 문제가 발생한다. 가공시간단축과 가공 정밀도의 향상은 상호 양립될 수 없는 것이었다.

본 발명의 과제는 상기 문제를 해결하는 것으로서, 즉 시료상의 기준점인 참조 마크를 참조하면서 이온 빔에 의해 가공을 진행시키는 집속 이온 빔 가공방법에 있어서, 기준점 확인에 많은 시간을 낭비하지 않고, 미세한 가공을 정밀도 좋게 마무리할 수 있는 가공방법을 제공하는 것에 있다.

도1은 본 발명의 실시예를 도시하는 작동 설명도.

도2는 본 발명의 기본작동을 설명하는 도면.

도3은 종래 방법에 의한 작동을 설명하는 도면.

도4는 집속 이온 빔 가공과 위치보정을 나타내는 도면.

도5는 집속 이온 빔 장치의 주요 구성을 도시하는 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 주사 전극 2 : 시료

3 : 시료 스테이지 5 : 가스 총

M₀: 참조 마크(스타트 시) M_i: 참조 마크(보정 시)

본 발명은 정밀도가 요구되는 미세한 가공시에는 참조 마크 확인에 의한 위치보정 작업을 짧은 시간 간격으로 실행하여 고 정밀도의 가공을 행하지만, 정밀도가 요구되지 않는 가공의 경우에는 위치보정 작업을 긴 시간 간격으로 실행하여,비효율적인 위치보정 작업을 생략함으로써, 낭비시간을 없애 비교적 단시간에 고 정밀도의 집속 이온 빔 가공을 실현하는 것이다.

본 발명은 이온 빔 가공에서 위치보정을 일정시간 간격으로 행한 경우, 가공 정밀도를 확보하는 것과, 효율적인 가공 요구 사이에서 위치보정 타이밍이 어중간하게 설정되어 버리는 것을 감안하여, 일정시간 간격이 아니라 작업내용에 따른 시간 간격으로 효율적으로 실행하는 것에 이른 것이다. 이는 일련의 가공작업중에서 예컨대 대략적 가공 ②는 단순히 시료를 틸트하여 관찰 단면에 대해 깊은 각도에서 이온 빔을 조사할 수 있는 만큼 구멍을 뚫으면 되므로, 정밀한 가공이 요구되는 것은 아니다.

따라서, 이 작업은 시료의 가공 정밀도를 걱정하지 않고 큰 빔 전류로 실행되는 대략적 가공이고, 이 가공에 관해서는, 미세한 위치 편차는 문제되지 않으므로, 이 작업중의 위치보정은 긴 타이밍에서 실행하여 낭비 시간을 적게 하려는 것이다.

디포지션이나 중 가공시의 위치보정은 중간정도의 타이밍에서 실행하고, 마무리 가공에 있어서는 정밀한 가공이 요구되므로, 그만큼 빈번하게 위치보정을 실행한다.

이 작업방법을 도2에 도시한다. 이 예는 대략적 가공시의 위치보정 타이밍을 4로 하고, 중 가공과 디포지션을 2로 하며, 마무리 가공을 1로서 실행한 것이다.

대략적 가공은 직경이 큰 빔에 의해 행해지고, 중 가공과 디포지션시의 이온 빔 직경은 중간, 마무리 가공은 직경이 가는 빔으로 정밀하게 행해지는데, 이 빔직경은 빔 전류의 크기에 대응하는 것이다. 이 위치보정 타이밍은 작업순서에 따라 작업내용에 대응시켜 컴퓨터(8)에 설정되어 있고, 이온 빔 장치의 스타트 및 가공 전환시에 첫회 보정이 실행됨과 동시에 다음번 이후의 위치보정은 그 작업 내용 즉 그 때의 빔 직경(빔 전류)에 대응한 시간 간격으로 실행되는 것이다.

본 발명은 위치보정 타이밍을 도3에 도시한 일정시간 간격이 아니라 작업내용에 따른 타이밍으로 실행한다. 즉, 정밀 가공이 요구될 때에는 빈번하게 위치보정이 실행되고, 정밀도가 요구되지 않는 대략적 가공시에는 위치 보정작업을 적게 하여 그만큼 가공작업을 진행시킴으로써, 가공에 요하는 작업 시간을 비교적 적고 또한 치밀하고 정밀도 좋은 가공을 실행할 수 있는 합리적인 가공법이다.

또한, 본 발명에서는 단순히 가공의 작업 내용에 대응하는 것 뿐만 아니라, 초기치로서 대응시킨 후는 보정량이 클 때는 짧은 시간간격으로, 또한, 작을 때에는 긴 시간간격이 되도록 그때 그때 맞는 보정량을 가미하여 보정 타이밍을 변화시킴으로써, 더욱 효율 좋은 보정을 실행하는 가공법을 제공한다.

<실시예>

본 발명의 실시예의 하나를 도1을 참조하면서 설명한다.

이 예는 기본적으로 가공 내용에 대응시켜 위치보정을 실행하는 타이밍을 바꾸는 것인데, 단순히 가공내용에 따른 위치보정 시간간격으로 하는 것이 아니라, 가공내용에 대응하여 설정된 시간 간격으로 초기 타이밍은 정해지지만, 그 후의 보정 타이밍은 검지한 편차량을 상기 가공 내용에 대응하여 설정된 시간 간격으로 가미하여 변화시켜 위치보정을 실행하는 것이다.

대략적 절삭 가공시의 빔 전류는 수 nA∼수십 nA의 대전류로 행해지고, 이 빔 직경은 ø0.5㎛ 정도이고, 중 가공시 및 디포지션시의 빔 전류는 수백 pA의 중전류로 행해지고, 이 때의 빔 직경은 ø0.05㎛ 정도이며, 또한 마무리 가공시의 빔 전류는 수십 pA의 소전류로 행해지고, 이 때의 빔 직경은 ø0.02㎛ 정도이다.

본 실시예는 가공에 이용하는 이온 빔의 직경(이는 이온 전류의 값에 대응한다)에 대응시켜, 스타트시 및 가공 전환시에 이 위치 보정 타이밍을 초기치로 하여, 구체적으로는 마무리 가공시의 보정 타이밍은 1min, 중가공시 및 디포지션시는 2min으로, 대략적 가공시는 4min으로 설정해 두는 것이다.

그리고, 다음번 보정 타이밍(T_i)은 그 때의 시간간격(T_i-1)에 보정치가 이온 빔 직경에 비해 클 때는 시간 간격을 짧게 하도록 수정하고, 작을 때는 길게 하도록 다음식에 따라 수정하도록 했다. 단, 초기치로부터 현저하게 변화된 시간설정이 되지 않도록, 각각의 시간간격(T)에, 최대 및 최소치를 설정할 수 있도록 하고 있다.

T_i= T_i-1× 2/(1+ ｜전회 보정량/빔 직경｜) …… 1식

본 실시예의 보정회수와 그 보정치를 하기 표1에 표시한다.

지금, 시료상에서 관찰 단면 위치가 정해지면, 우선 그 주변에 보호막 형성의 ① 디포지션이 실행된다. 이 작업은 중전류로 실행되므로 위치보정 타이밍 초기치(2T₀)는 마무리 가공시(T₀)의 배에 해당하는 즉 이 실시예에서는 T₀= 1min이므로 2min로 세트된다.

<표1>

제1 회째 위치 보정은 스타트후 2T₀= 2min에 실행된다. 이 때의 편차량은 + 0.04μm(벡터량)이므로 그만큼 드리프트 보정을 실시함과 동시에, 다음번 보정까지의 간격을 상기 1식에 의해 계산하여, 2T₀× 2/(1+ ｜0.04/0.05｜)= 2T₀× 1.11= 2.22min을 얻는다.

이는 보정치가 빔 직경 0.05㎛보다 작은 0.04㎛이므로, 초기설정 시간간격보다 1.11배 길어진 것이다.

그런데, 이 보정 타이밍까지 동안에 보호막 형성작업이 종료하여 다음의 구멍뚫는 가공의 전환 시기가 오므로, 제2 회째 위치보정은 그 가공 전환시에 실행된다.

이 때의 편차량은 0.01㎛이고, 그만큼의 드리프트 보정이 이루어지는데, 다음번 위치보정 타이밍은 대략적 가공시의 빔 직경에 대응하여 설정된 4T₀= 4min으로 된다.

제3 회째 보정에서는 편차량이 0.24㎛이므로, 그만큼의 드리프트 보정을 실시함과 동시에, 다음번 보정까지의 간격을 상기 1식에 의해 계산하여, 4T₀×2/(1+ ｜0.24/0.5｜)= 4T₀×1.35= 5.20min을 얻는다.

즉, 제4 회 위치보정은 제3 회 보정시부터 5.20min의 간격으로 실행되고, 그 때의 편차량은 0.17㎛이 되므로, 그만큼의 드리프트 보정을 실시하고, 다음번 보정까지의 간격을 상기 1식에 의해 계산하여, 4T₀×1.35 ×2/(1+ ｜0.l7/0.5｜) = 4T₀×l.35 ×1.49= 4T₀×2.01= 8.04 min을 얻는다.

그러나, 제5 회 보정은 그 시간 간격을 만료하기 전에, 대략적 가공을 끝내 고 중가공으로 들어가는 전환 타이밍을 맞이하므로, 그 전환시에 실행되고, 그 시점의 편차량 ＋ 0.01㎛의 드리프트를 보정하고, 제6 회 보정까지의 시간 간격을 중가공시의 빔 직경에 대응한 2T₀= 2min으로 한다.

그리고, 그 제6 회 보정에서는 편차량이 0이므로, 다음번 보정까지의 간격을1식에 의해 2T₀×2/(1+ ｜0/0.05｜)= 2T₀×2= 4min을 얻는다.

그러나 제7 회 보정은 이 타이밍 전에 오는 마무리 가공 개시시에 실행되고, 그 때의 편차량 ＋ 0.03㎛을 얻는다.

이 값은 드리프트 보정에 이용되는데, 다음번 보정시까지의 시간 간격 계산에는 이용되지 않고, 제8 회 보정은 그 전환 시점에서 마무리 가공시의 빔 직경에 대응한 시간 간격 T₀= 1min을 경과한 시점에서 실행된다.

이때의 편차량이 0.02㎛이므로, 그 드리프트분이 보정됨과 동시에 제9 회 위치보정 실행 타이밍을 1식에서 T₀×2/(1+ ｜0.02/0.02｜) = T₀×1= 1min을 계산하여 정한다.

제9 회 보정에서는 편차량이 0.03㎛이므로, 그 드리프트분을 보정함과 동시에 제10회 위치보정 실행 타이밍을 1식에서 T₀×2/(1+ ｜0.03/0.02｜)= T₀×0.8 = 0.8min을 계산하여 정한다.

제10 회 보정은 이 시점에서 실행되고, 편차량이 0.03㎛이므로, 그 드리프트분을 보정함과 동시에 제11 회 위치보정 실행 타이밍을 1식에서 T₀×0.8 ×2/(1+ ｜0.03/0.02｜)= T₀×0.64= 0.64min을 계산하여 정한다.

이 제11 회째 보정은 편차량이 0.02㎛이므로, 그 드리프트분을 보정함과 동시에 제12 회의 위치보정 실행 타이밍을 1식에서 T₀×0.64 ×2/(1+ ｜0.02/0.02｜)= T₀×0.64= 0.64min을 산출한다.

이 후 제12 회∼제15 회 보정까지 편차량은 빔 직경과 동일한 0.02㎛이므로 동일한 T₀×0.64= 0.64min의 시간간격으로 순차 실행되고, 제16 회 보정시 전에 마무리 가공의 종료시점이 되어 가공작업을 종료한다.

본 발명은 시료상의 기준점을 참조하여 위치보정을 행하면서 이온 빔에 의해 가공을 진행하는 집속 이온 빔 가공에서, 정밀도가 요구되는 미세한 가공시는 위치보정을 짧은 타이밍에서 실행하여 고 정밀도의 가공을 행함과 동시에, 정밀도가 요구되지 않는 가공의 경우에는 위치 보정을 긴 타이밍에서 실행하는 집속 이온 빔 가공위치 보정방법이므로, 위치 정밀도가 높게 요구되지 않는 가공시에는 긴 시간간격으로 위치보정을 실행함으로써 낭비되는 시간을 없애고, 반면 위치 정밀도가 높게 요구되는 가공시에는 짧은 시간 간격으로 빈번하게 위치보정을 실행함으로써 정밀도가 좋은 가공을 비교적 적은 시간에 효율적으로 실행할 수 있다.

또한, 그 시간간격을 단순히 가공의 작업내용에 대응시켜 정하는 것이 아니라, 보정시의 보정량을 보정내용에 대응한 값에 가미하여, 피드 백 제어하도록 하면, 더욱 효과적인 타이밍에서 보정을 실행할 수 있다.

Claims (5)

1. 시료상의 기준점을 참조하여 위치보정을 행하면서 이온 빔에 의해 가공을 진행시키는 집속 이온 빔 가공에 있어서, 정밀도가 요구되는 미세한 가공시에는 위치보정을 짧은 시간간격으로 실행하여 고 정밀도의 가공을 행함과 동시에, 정밀도가 요구되지 않는 가공의 경우에는 위치보정을 긴 시간 간격으로 실행하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 가공위치 보정방법.
2. 제1항에 있어서, 이온 빔에 의해 단면 관찰 시료를 가공하는 경우에, 이용되는 빔 직경에 대응시켜 보호막 형성작업은 중간 시간 간격으로, 구멍을 ??는 대략적 가공은 긴 시간 간격으로, 전방 구멍에서 관찰부 근방까지의 중가공은 중간 시간 간격으로, 최후의 관찰부 마무리 가공은 짧은 시간 간격으로 위치보정을 실행하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 가공위치 보정방법.
3. 제1항에 있어서, 위치보정을 실행하는 시간간격은, 빔 직경마다 초기치를 미리 설정해 두고, 스타트시 및 가공 전환시부터 상기 설정시간에 보정을 실행하고, 다음번 위치 보정 타이밍은 그 때의 시간간격에 보정량을 가미하여 산출하여 실행하는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 가공위치 보정방법.
4. 제3항에 있어서, 보정량이 빔 직경보다 클 때는 보정시간 간격을 짧게 하고,빔 직경보다 작을 때는 보정시간 간격을 길게 하는 산출법을 채용한 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 가공위치 보정방법
5. 시료상의 기준점을 참조하여 위치 보정을 행하면서 이온 빔에 의해 가공을 진행시키는 집속 이온 빔 가공에 있어서,

   정밀도가 요구되는 미세한 가공의 경우에, 위치보정을 짧은 시간 간격으로 실행하여 고 정밀도의 가공을 행하는 공정과,

   정밀도가 요구되지 않는 가공의 경우에, 위치보정을 긴 시간 간격으로 실행하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 가공위치 보정방법.