KR20080082475A - 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법 및 하전 입자 빔의 비점조정 방법 - Google Patents

하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법 및 하전 입자 빔의 비점조정 방법 Download PDF

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KR20080082475A
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Abstract

본 발명의 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법은, 렌즈 코일을 이용하여, 소정의 기준면의 위치에 하전 입자 빔의 초점을 맞추기 위한 제1 설정치를 측정하고, 정전 렌즈와 상기 렌즈 코일을 이용하여, 상기 정전 렌즈의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제1 환산 계수와 상기 렌즈 코일의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제2 환산 계수를 취득하고,
시료면의 높이 분포를 측정하고, 상기 제2 환산 계수를 이용하여 상기 제1 설정치를 보정하여, 상기 렌즈 코일에 있어서의 상기 하전 입자 빔의 초점 위치를 상기 소정의 기준면의 위치로부터 상기 시료면의 높이 분포의 중간 높이 위치로 보정하고, 상기 제1 환산 계수를 이용하여 상기 시료면의 높이 위치에 따라서 상기 정전 렌즈의 제2 설정치를 보정하여, 상기 정전 렌즈에 의해 상기 하전 입자 빔의 초점 위치를 보정하는 것을 특징으로 한다.
Figure P1020080020280
묘화 장치, 정전 렌즈, 렌즈 코일, 하전 입자 빔, 환산 계수

Description

하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법 및 하전 입자 빔의 비점 조정 방법{FOCUSING METHOD OF CHARGED PARTICLE BEAM AND POSITIONAL DEVIATION ADJUSTMENT METHOD OF CHARGED PARTICLE BEAM}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2007년 3월 7일 일본에서 출원된 종래 일본 특허 출원 제2007-057900호를 기초로 그 우선권의 혜택을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참고로 포함된다.
본 발명은 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법 및 하전 입자 빔의 비점 조정 방법에 관한 것으로, 예를 들어, 전자 빔을 가변 성형시키면서 시료에 전자 빔을 조사하는 전자 빔 묘화 장치에 있어서의 초점 맞춤 방법 및 비점 조정 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 매우 중요한 프로세스이다. 최근, LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로선폭은 해마다 미세화되어 오고 있다. 이들 반도체 디바이스에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위한 리소그래피 기술에는, 고정 밀도의 원화 패턴(레티클 혹은 마스크라고도 함)이 필요해진다. 여기서, 전자선(전자 빔) 묘화 기술은 본질적으로 우수한 해상성과 정밀도를 갖고 있어, 이 고정밀도의 원화 패턴의 생산에 이용된다.
도11은 종래의 가변 성형형 전자선 묘화 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
가변 성형형 전자선(EB : Electron beam) 묘화 장치에서는, 이하와 같이 묘화된다. 제1 조리개(410)에는, 전자선(330)을 성형하기 위한 직사각형, 예를 들어 장방형의 개구(411)가 형성되어 있다. 또한, 제2 조리개(420)에는, 개구(411)를 통과한 전자선(330)을 원하는 직사각형 형상으로 성형하기 위한 가변 성형 개구(421)가 형성되어 있다. 하전 입자 소스(430)로부터 조사되어, 개구(411)를 통과한 전자선(330)은 편향기에 의해 편향된다. 그리고, 가변 성형 개구(421)의 일부를 통과하여, 코일 렌즈 등으로 초점을 맞추어, 스테이지 위에 탑재된 시료(340)에 조사된다. 그때, 스테이지는 소정의 일 방향(예를 들어, X방향으로 함)으로 연속적으로 이동하고 있다. 즉, 개구(411)와 가변 성형 개구(421)와의 양방을 통과할 수 있는 직사각형 형상이, 시료(340)의 묘화 영역에 묘화된다. 개구(411)와 가변 성형 개구(421)와의 양방을 통과시켜, 임의 형상을 작성하는 방식을 가변 성형 방식이라 한다. 가변 성형형의 전자 빔 묘화 장치에 대해서는, 개시된 문헌이 존재한다(예를 들어, 일본 특허 공개 평9-293670호 공보 참조).
전자 빔 묘화 장치에서는, 빔의 초점을 시료에 맞출 필요가 있다. 초점을 맞추는 방법의 일례에 대해 이하에 설명한다.
도12는 초점 맞춤 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
예를 들어, 교정 마크(504)를 별도로 준비하여, 렌즈 코일(502)을 이용하여 교정 마크(504)의 위치에 초점을 맞추는 등의 조정 방법이 이용되고 있었다. 그러나, 시료면(510)이 평면이라고는 할 수 없으므로, 반드시 교정 마크(504)의 높이 위치와 시료면(510) 전체면이 일치하지 않고, 그 기울기에 의해 생기는 오차분을 보정할 필요가 있었다. 통상, 대략적인 초점 조정에는 다이나믹 레인지가 큰 전자기 렌즈를 사용하고, 나머지 오차분에 대해서는, 별도, 정전 렌즈를 이용하여 고속이며 고정밀도로 보정하는 것이 시도되고 있었다. 그러나, 묘화되는 패턴의 미세화에 수반하여, 이 오차의 보정을 더욱 고정밀도로 행하는 것이 요구되고 있다. 그것을 위해서는, 정전 렌즈의 분해능을 높일 필요가 있다. 이것을 위해서는 정전 렌즈의 다이나믹 레인지(506)를 좁게 한 쪽이 유리하다. 도12와 같이, 정전 렌즈의 다이나믹 레인지(506)의 범위 내에 시료면(510) 전체면이 들어가 있는 경우에는 정전 렌즈를 사용하여 포커스 조정을 행할 수 있다.
도13은 정전 렌즈의 다이나믹 레인지의 범위 내로부터 벗어나는 경우의 일례를 나타내는 도면이다.
다이나믹 레인지(506)를 좁게 하면, 초점을 맞추는 기준으로 되는 위치가 교정 마크(504)의 위치인 경우, 시료면이 기우는 방법에 따라서는, 도13에 도시하는 바와 같이, 그 다이나믹 레인지(506)로부터 시료면의 일부가 벗어나 버리는 경우가 존재한다. 도13에서는, 시료면(512)이 다이나믹 레인지(506)로부터 벗어나 버리는 상태를 나타내고 있다. 다이나믹 레인지(506)로부터 벗어나 버리면 초점 보정을 할 수 없어지므로 고정밀도인 패턴을 묘화하는 것이 곤란해져 버린다는 문제가 생겨 왔다.
또한, 전자 빔 묘화 장치에서는, 초점을 맞춘 경우라도 또한 수차의 보정, 특히, 비점 조정을 행할 필요가 있다. 비점 조정에 있어서도 비점 조정용 코일을 이용하여 교정 마크의 위치에서 비점을 조정하는 조정 방법이 이용되고 있었다. 그러나, 상술한 바와 같이, 시료면이 평면이라고는 할 수 없으므로, 반드시 교정 마크의 높이 위치와 시료면 전체면이 일치하지 않아, 그 기울기에 의해 생기는 오차분을 보정할 필요가 있었다. 그 오차분에 대해서도, 별도, 정전 렌즈 등으로 고정밀도로 보정하는 것이 시도되고 있었다. 그 경우라도 상기와 마찬가지로, 다이나믹 레인지로부터 시료면의 일부가 벗어나 버리는 경우가 존재한다. 다이나믹 레인지로부터 벗어나 버리면 비점 조정을 할 수 없어지므로 고정밀도인 패턴을 묘화하는 것이 곤란해져 버린다는 문제가 생겨 왔다.
묘화되는 패턴의 미세화에 수반하여, 이들 문제를 해결하는 방법이 요구되지만, 본 제안에서는 정전 렌즈의 다이나믹 레인지를 최대한 유효하게 사용하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명은, 정전 렌즈로 시료면의 초점 맞춤을 행하는 것이 가능한 초점 맞춤 방법 및 비점 조정을 행하는 것이 가능한 비점 조정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태의 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법은,
렌즈 코일을 이용하여, 소정의 기준면의 위치에 하전 입자 빔의 초점을 맞추기 위한 제1 설정치를 측정하고,
정전 렌즈와 렌즈 코일을 이용하여, 정전 렌즈의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제1 환산 계수와 렌즈 코일의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제2 환산 계수를 취득하고,
시료면의 높이 분포를 측정하고,
제2 환산 계수를 이용하여 제1 설정치를 보정하여, 렌즈 코일에 있어서의 하전 입자 빔의 초점 위치를 소정의 기준면의 위치로부터 시료면의 높이 분포의 중간 높이 위치로 보정하고,
제1 환산 계수를 이용하여 시료면의 높이 위치에 따라서 정전 렌즈의 제2 설정치를 보정하여, 정전 렌즈에 의해 상기 하전 입자 빔의 초점 위치를 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태의 하전 입자 빔의 비점 조정 방법은,
비점 조정용 코일을 이용하여, 소정의 마크 위치에서의 하전 입자 빔의 비점을 보정하기 위한 제1 설정치를 측정하고,
정전 전극과 비점 조정용 코일을 이용하여, 정전 전극의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제1 환산 계수와 비점 조정용 코일의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제2 환산 계수를 취득하고,
시료면의 높이 분포를 측정하고,
상기 제2 환산 계수를 이용하여 제1 설정치를 보정하여, 비점 조정용 코일에 있어서의 하전 입자 빔의 비점 보정 위치를 소정의 마크 위치로부터 시료면의 높이 분포의 중간 높이 위치로 보정하고,
제1 환산 계수를 이용하여 시료면의 높이 위치에 따라서 정전 전극의 제2 설정치를 보정하여, 정전 전극에 의해 하전 입자 빔의 비점을 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 정전 렌즈로 시료면의 초점 맞춤을 행하는 것이 가능한 초점 맞춤 방법 및 비점 조정을 행하는 것이 가능한 비점 조정 방법을 제공할 수 있다.
이하, 실시 형태에서는, 하전 입자 빔의 일례로서, 전자 빔을 이용한 구성에 대해 설명한다. 단, 하전 입자 빔은 전자 빔에 한정되는 것은 아니고, 이온 빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이라도 상관없다.
(제1 실시 형태)
도1은 제1 실시 형태에 있어서의 묘화 장치의 구성을 도시하는 개념도이다.
도1에 있어서, 하전 입자 빔 묘화 장치의 일례인 묘화 장치(100)는 묘화부(150)와 제어계를 구비하고 있다. 묘화부(150)는 전자 경통(102) 및 전자 경통(102)에 접속되는 묘화실(103)을 갖고 있다. 그리고, 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 편향기(205), 렌즈 코일(OLF)(207), 정전 렌즈(208), 비점 조정용 비점 코일(212), 정전 전극(216) 및 반사 전자 검출기(214)가 배치되어 있다. 또한, 묘화실(103) 내에는 XY 스테이지(105)가 배치된다. 그리고, XY 스테이지(105) 위에는 시료(101)가 적재된다. 또한, XY 스테이지(105) 위에는 교정 마크 부재(106)가 배치된다. 또한, 묘화실(103) 위에는 투광기(222)와 수광기(224)로 구성되는 Z 센서 유닛이 탑재된다. 제어계로서는, 제어 계산기(CPU)(120), 메모리(122), 정전 렌즈 제어부(130), 렌즈 코일 제어부(140), 비점 코일 제어부(160), 아날로그 디지털(A/D) 변환기(170), 정전 전극 제어부(180), 증폭기(132, 172, 182)를 구비하고 있다. CPU(120)에 입력 혹은 CPU(120)로부터 출력되는 신호 데이터는 메모리(122)에 저장된다. 또한, CPU(120) 내부에서의 연산 결과는, 연산시마다, 메모리(122)에 저장된다. 또한, CPU(120) 내부에서의 연산 결과 혹은 입력 데이터는 외부 인터페이스(I/F)를 통해 입출력 가능하다. 도1에서는, 본 제1 실시 형태를 설명하는 데 있어서 필요한 구성 부분에 대해 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어서, 그 밖의 구성이 포함되어도 상관없다.
도2는 제1 실시 형태에 있어서의 전자 빔의 초점 맞춤 방법의 주요부 공정을 나타내는 흐름도이다.
도2에 있어서, 전자 빔의 초점 맞춤 방법은, 교정 마크 위치에서의 초점 맞춤 공정(S102)과, 환산 계수 취득 공정(S104)과, Z 분포 측정 공정(S106)과, 중간 위치로의 기준 위치 보정 공정(S110)과, 정전 포커스 공정(S112) 등의 일련의 공정을 실시한다.
스텝 S102에 있어서, 교정 마크 위치에서의 초점 맞춤 공정으로서, 렌즈 코일(207)을 이용하여, 교정 마크 위치에 전자 빔(200)의 초점을 맞춘다. 그를 위해, 초점 위치에 맞추기 위한 OLF 설정치(제1 설정치)를 측정한다(설정치 측정 공정).
도3은 제1 실시 형태에 있어서의 측정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
여기서, 교정 마크 부재(106)에는 높이가 다른 2개의 면(232, 234)을 구비하고 있다. 교정 마크 부재(106)의 높이가 다른 복수의 면(232, 234)은 소정의 기준면의 일례이다. 도3에서는, 2개의 면으로 하고 있지만, 3개 이상의 면이라도 상관없다. 도3에서는, 면(234)을 기준면으로 하고 있다. 면(232)을 기준면으로 해도 상관없다. 그리고, 면(234)으로부터 예를 들어 -20 ㎛인 높이 위치에 면(232)을 형성하고 있다. 여기서, 2개의 면의 단차는, 정전 렌즈(208)의 다이나믹 레인지보다 커지도록 설정하면 바람직하다. 각 면에는 교정 마크가 형성되어 있다. 그리고, 렌즈 코일(207)로 면(234)에 전자 빔(200)의 초점을 맞춘다. 구체적으로는, 우선, 전자총(201)으로부터 전자 빔(200)을 조사한다. 그리고, CPU(120)에 제어된 렌즈 코일 제어부(140)로부터 어느 임의의 설정치로 설정된 전류 신호가 렌즈 코 일(207)에 통전된다. 렌즈 코일(207)은, 이 전류 신호에 의해 제어된다. 그리고, 통전된 전류에 의한 코일 작용에 의해 전자 빔(200)의 초점 높이가 제어된다. 그 상태에서, 편향기(205)에 의해, 교정 마크 위를 통과하도록 전자 빔(200)을 편향시켜 교정 마크의 빔 프로파일을 측정한다. 혹은, XY 스테이지(105)를 이동시켜, 교정 마크의 빔 프로파일을 측정한다. 즉, 교정 마크 위를 주사하여 교정 마크의 빔 프로파일을 측정한다. 빔 프로파일은, 전자 빔(200)이 교정 마크에 조사된 것에 의해 방출되는 반사 전자(12) 혹은 2차 전자를 반사 전자 검출기(214)에서 검출함으로써 측정할 수 있다. 또한, 반사 전자 검출기(214)의 출력 신호는 증폭기(172)에 의해 증폭되고, A/D 변환기(170)에서 디지털 신호로 변환된다. 그리고, 그 출력은 CPU(120)에 출력된다. 그리고, 측정 데이터를 기초로 하여 빔 프로파일을 취득할 수 있다. 그리고, 복수의 설정치로 렌즈 코일(207)에 통전하여, 마찬가지로 빔 프로파일을 취득한다.
도4는 제1 실시 형태에 있어서의 빔 프로파일의 일례를 나타내는 도면이다.
이상과 같이 하여 얻어진 빔 프로파일(10) 중에서 분해능(σ)이 가장 작아지는 빔 프로파일일 때의 설정치가 초점을 맞추었을 때의 OLF 설정치로 된다. 여기서, 분해능(σ)은, 정의하기 나름이지만, 최대 빔 강도의 10 ％로 되는 위치로부터 90 ％로 되는 위치까지의 폭(길이), 혹은, 최대 빔 강도의 20 ％로 되는 위치로부터 80 ％로 되는 위치까지의 폭(길이) 등으로 정의하면 된다.
도5는 제1 실시 형태에 있어서의 렌즈 설정치와 빔 흐려짐의 관계를 나타내는 그래프이다.
도5에서는, 분해능(σ)을 빔 흐려짐이라는 정의로 기재하고 있다. 도5에 나타내는 바와 같이 복수의 설정치로 측정하여, 빔 흐려짐이 최소로 될 때의 렌즈 설정치가, 초점이 있었던 OLF 설정치로 된다.
S104에 있어서, 환산 계수 취득 공정으로서, 정전 렌즈(208)의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제1 환산 계수와 렌즈 코일(207)의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제2 환산 계수를 취득한다. 그를 위해, 우선, 렌즈 코일(207)을 이용하여, 교정 마크 부재(106)의 각 면(232, 234)의 위치에 초점을 맞추기 위한 설정치를 측정한다. 렌즈 코일(207)의 면(234)의 위치에 초점을 맞추기 위한 설정치는, 이미 구해졌으므로, 나머지 면(232)의 위치에 초점을 맞추기 위한 설정치를 측정한다. 측정 방법은, 상술한 내용과 같은 조작을 이번에는, 면(232)에서도 행하고, 면(232)에 전자 빔(200)의 초점을 맞추었을 때의 설정치를 취득한다. 이에 의해, 면(234)에서의 설정치(a1)와 면(232)에서의 설정치(a2)를 취득한다. 이상과 같이 하여, OLF 설정치(a1, a2)를 취득할 수 있다. 그리고, 렌즈 코일(207)의 환산 계수(k1)를 k1 = (a1 - a2)/20으로 구할 수 있다.
이번에는, 정전 렌즈(208)로 면(234)의 위치에 전자 빔(200)의 초점을 맞춘다. 우선, 전자총(201)으로부터 전자 빔(200)을 조사한다. 그리고, CPU(120)에 제어된 정전 렌즈 제어부(130)로부터 어느 임의의 설정치로 설정된 전압 신호가 증폭기(132)에 의해 증폭되어 정전 렌즈(208)에 인가된다. 정전 렌즈(208)는, 이 전압 신호에 의해 제어된다. 그리고, 인가된 전압에 의한 정전 작용에 의해 전자 빔(200)의 초점 높이가 제어된다. 여기서는, 미리, 면(234)의 초점 부근에 렌즈 코일(207)로 어느 정도 조정해 두면 좋다. 그 상태에서, 편향기(205)에서 전자 빔을 주사하여, 교정 마크의 빔 프로파일을 측정한다. 빔 프로파일을 측정하는 방법은, 렌즈 코일(207)로 측정한 방법과 마찬가지이다. 그리고, 복수의 설정치로 정전 렌즈(208)를 인가하여, 마찬가지로 빔 프로파일을 취득한다. 그리고, 얻어진 빔 프로파일 중에서 분해능(σ)이 가장 작아지는 빔 프로파일일 때의 설정치가 초점을 맞추었을 때의 정전 설정치로 된다. 여기서, 다음에, 면(232)에서 마찬가지로 측정하고자 해도, 면(232)에서는 다이나믹 레인지를 초과해 버리므로, 렌즈 코일(207)로 2개의 면(232, 234)의 단차보다 작은, 예를 들어, 10 ㎛만큼 초점 위치를 변화시킨다. 이미 렌즈 코일(207)의 환산 계수(k1)가 얻어져 있으므로, 렌즈 코일(207)로 10 ㎛만큼 초점 위치를 변화시키는 것은 가능하다. 그리고, 그 상태에서, 편향기(205)에서 전자 빔을 주사하여, 교정 마크의 빔 프로파일을 측정한다. 그리고, 면(234)에 전자 빔(200)의 초점을 맞추었을 때의 설정치를 취득한다. 이에 의해, 면(234)에서의 설정치(b1)와 10 ㎛만큼 이동한 위치에서의 설정치(b2)를 취득한다. 이상과 같이 하여, 정전 설정치(b1, b2)를 취득할 수 있다. 그리고, 정전 렌즈(208)의 환산 계수(k2)를 k2 = (b1 - b2)/10으로 구할 수 있다.
이와 같이, 상술한 환산 계수(k2)는, 정전 렌즈를 이용하여 하전 입자 빔을 소정의 기준면에 초점을 맞추기 위한 설정치를 이용하여 취득된다. 그리고, 환산 계수(k1)는, 렌즈 코일을 이용하여 하전 입자 빔을 소정의 기준면에 초점을 맞추기 위한 설정치를 이용하여 취득된다.
S106에 있어서, Z 분포 측정 공정으로서, Z 센서를 이용하여 시료(101)면의 높이 분포를 측정한다. 우선, 기준 높이로 되는 교정 마크 부재(106)의 면(234)이 광축의 중심 위치에 오도록 XY 스테이지(105)를 이동시킨다. 그리고, 그 상태에서 투광기(222)로부터 레이저광을 면(234)에 조사하여, 면(234)으로부터의 반사광을 수광기(224)가 수광한다. 그리고, 수광기(224)의 출력 신호는, CPU(120)에 출력된다. 이 면(234)의 높이를 Z 방향의 기준치로 한다. 다음에, 시료(101)면의 묘화 영역 내에 대략 균등하게 할당된 복수의 위치에서 마찬가지로 높이를 측정한다. 이들 조작에 의해 시료(101)면의 Z 분포를 얻을 수 있다.
S110에 있어서, 기준 위치 보정 공정으로서, 환산 계수(k1)를 이용하여 설정치(a1)를 보정하여, 렌즈 코일(207)에 있어서의 전자 빔(200)의 초점 위치를 교정 마크 부재(106)의 면(234)의 위치로부터 시료(101)면의 Z 분포의 중간 높이 위치(가상면)로 보정한다. 환산 계수(k1)와 거리(ΔZ)의 곱을 설정치(a1)에 가산하면, 보정치(a3)를 얻을 수 있다. 그리고, 이 중간 높이 위치를 정전 렌즈(208)의 다이나믹 레인지의 중간 위치로 설정한다.
도6은 제1 실시 형태에 있어서의 포커스 위치와 다이나믹 레인지의 관계를 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이, 렌즈 코일(207)에 있어서의 전자 빔(200)의 초점 위치를 면(234)의 높이 위치(250)로부터 중간 높이 위치(252)로 보정하여, 이 위치를 기준 위치로 함으로써, 정전 렌즈(208)의 다이나믹 레인지(240)를 다이나믹 레인지(242)의 위치로 이동시킬 수 있다. 그로 인해, 시료(101)면이 기울어져 있어도 면 전체를 정전 렌즈(208)의 다이나믹 레인지(242)의 범위 내에 들어가게 할 수 있다. 그 리고, 이 상태에서 묘화를 개시한다.
S112에 있어서, 정전 포커스 공정으로서, 묘화시에는, Z 센서로 묘화하는 시료(101)면의 위치의 높이를 측정하고, 환산 계수(k2)를 이용하여 시료(101)면의 높이 위치에 따라서 정전 렌즈(208)의 설정치(제2 설정치)를 보정한다. 이와 같이 하여, 정전 렌즈(208)에 의해 전자 빔(200)의 초점 위치를 동적으로 보정한다. 정전 렌즈(208)의 환산 계수(k2)를 알고 있으므로, 중간 높이 위치(252)로부터의 높이 방향의 거리(ΔZ)만큼 이동시키는 정전 설정치(Δb)는, Δb = k2ㆍΔZ로 얻을 수 있다.
이상과 같이 구성함으로써, 정전 렌즈(208)의 다이나믹 레인지의 범위 내에 시료(101)면의 위치를 배치시킬 수 있다. 따라서, 시료(101)면의 각 위치에 따라서 초점 위치를 맞출 수 있다. 따라서, 시료(101)에 소정의 패턴을 묘화하면서 정전 렌즈(208)로 리얼 타임으로 초점 위치를 보정할 수 있다. 그 결과, 고정밀도인 치수의 패턴을 묘화할 수 있다.
(제2 실시 형태)
제1 실시 형태에서는, 초점 맞춤에 대해 설명했지만, 전자 빔 묘화 장치에서는, 초점을 맞춘 경우라도 또한 편향 수차의 보정, 특히, 비점 조정이 필요한 경우가 있다. 비점 조정에 있어서도 제1 실시 형태와 같은 방법을 이용할 수 있다. 이하, 도면을 이용하여 설명한다. 장치 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도7은 제2 실시 형태에 있어서의 전자 빔의 초점 맞춤 방법의 주요부 공정을 나타내는 흐름도이다.
도7에 있어서, 전자 빔의 비점 조정 방법은, 교정 마크 위치에서의 비점 조정 공정(S202)과, 환산 계수 취득 공정(S204)과, Z 분포 측정 공정(S206)과, 중간 위치로의 기준 위치 보정 공정(S210)과, 정전 비점 보정 공정(S212) 등의 일련의 공정을 실시한다.
S202에 있어서, 교정 마크 위치에서의 비점 조정 공정으로서, 비점 조정용 비점 코일(212)을 이용하여, 교정 마크 위치에서의 전자 빔(200)의 비점을 보정한다. 그를 위해, 비점을 보정하기 위한 비점 설정치(제1 설정치)를 측정한다(설정치 측정 공정).
도8은 제2 실시 형태에 있어서의 교정 마크의 일례를 나타내는 도면이다.
교정 마크 부재(106)의 높이가 다른 복수의 면(232, 234)은 소정의 기준면의 일례이다. 교정 마크 부재(106)의 각 면(232, 234) 위에는, 도8에 도시하는 바와 같은 상방으로부터 보아 원형인 교정 마크(도트 마크)(236)가 형성되어 있다. 예를 들어, 하지(下地)로 되는 면(232, 234)에 이용하는 재료보다도 반사율이 큰 재료를 이용한다. 예를 들어, 텅스텐(W), 탄탈(Ta) 등의 고융점 금속이나, 금(Au), 백금(Pt) 등의 중금속을 이용하면 적절하다. 그리고, x방향과 y방향의 각각에 대해, 분해능(σ)이 최소로 되는 렌즈 코일(207)의 설정치를 구한다. 측정 방법은 초점 맞춤과 마찬가지이다. 편향기(205)에 의해 교정 마크(236) 위를 x방향과 y방향의 각각의 방향으로 통과하도록 전자 빔(200)을 편향시켜 교정 마크(236)의 x방향의 빔 프로파일과 y방향의 빔 프로파일을 측정하면 된다. 혹은, XY 스테이 지(105)를 x방향과 y방향의 각각으로 이동시켜, 교정 마크(236)의 x방향의 빔 프로파일과 y방향의 빔 프로파일을 측정하면 된다. 즉, 교정 마크(236) 위를 x방향과 y방향으로 주사하여 각각 빔 프로파일을 측정하면 된다. 복수의 렌즈 코일(207)의 설정치로 같은 조작을 행함으로써, 초점 맞춤과 마찬가지로, 분해능(σ)과 렌즈 코일(207)의 설정치의 관계를 얻을 수 있다.
도9는 제2 실시 형태에 있어서의 분해능과 렌즈 코일의 설정치의 관계를 나타내는 도면이다.
비점이 있지 않은 경우, 도9에 나타내는 바와 같이, x방향의 그래프와 y방향의 그래프가 일치하지 않는다. 그로 인해, 비점 코일(212)로 x방향의 그래프와 y방향의 그래프가 일치하도록 조정한다. 구체적으로는, 우선, 전자총(201)으로부터 전자 빔(200)을 조사한다. 그리고, CPU(120)에 제어된 비점 코일 제어부(160)로부터 어느 임의의 설정치로 설정된 전류 신호가 비점 코일(212)에 통전된다. 비점 코일(212)은, 이 전류 신호에 의해 제어된다. 그리고, 통전된 전류에 의한 코일 작용에 의해 전자 빔(200)의 초점 높이가 제어된다. 비점 코일(212)의 설정치를 변경시켜, 다시, 도9에 나타내는 바와 같은 그래프의 데이터를 측정한다. 이와 같은 조작을 반복함으로써, x방향의 그래프와 y방향의 그래프를 일치시키도록 조정한다. 그리고, 일치했을 때의 설정치가 코일 비점 설정치(제1 설정치)로 된다.
S204에 있어서, 환산 계수 취득 공정으로서, 정전 전극(216)의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제1 환산 계수와 비점 코일(212)의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제2 환산 계수를 취득한다. 그를 위해, 우선, 비점 코일(212) 을 이용하여, 교정 마크 부재(106)의 각 면(232, 234)의 교정 마크(236)에서의 비점을 보정하기 위한 설정치를 측정한다. 비점 코일(212)의 면(234)의 교정 마크(236)에서의 비점을 보정하기 위한 설정치는, 이미 구해졌으므로, 남은 면(232)의 교정 마크(236)에서의 비점을 보정하기 위한 설정치를 측정한다. 측정 방법은, 상술한 내용과 같은 조작을 이번에는, 면(232)에서도 행하고, 면(232)의 교정 마크(236)에서의 비점을 보정하기 위한 설정치를 취득한다. 이것에 의해, 면(234)에서의 설정치(c1)와 면(232)에서의 설정치(c2)를 취득한다. 이상과 같이 하여, 코일 비점 설정치(c1, c2)를 취득할 수 있다. 그리고, 비점 코일(212)의 환산 계수(k3)를 k3 = (c1 - c2)/20으로 구할 수 있다.
이번에는, 정전 전극(216)을 이용하여 면(234)의 교정 마크(236)에서의 비점을 보정한다. 정전 전극(216)은, 정전 전극 제어부(180)로부터 출력된 어느 임의의 설정치로 설정된 전압 신호가 증폭기(182)에서 증폭되어, 정전 전극(216)에 인가된다. 정전 전극(216)은, 이 전압 신호에 의해 제어된다. 여기서는, x, y방향으로 비점 보정하기 위해, 예를 들어, 4극의 전극을 이용한다. 그리고, 인가된 전압에 의한 정전 작용에 의해 전자 빔(200)의 비점이 보정된다. 정전 전극(216)의 설정치를 변경시켜, 다시, 도9에 나타내는 바와 같은 그래프의 데이터를 측정한다. 이와 같은 조작을 반복함으로써, x방향의 그래프와 y방향의 그래프를 일치시키도록 조정한다. 그리고, 일치했을 때의 설정치가 정전 비점 설정치로 된다. 여기서, 렌즈 코일(207)로 2개의 면(232, 234)의 단차보다 작은, 예를 들어, 10 ㎛만큼 초점 위치를 변화시킨다. 이미 렌즈 코일(207)의 환산 계수(k1)가 얻어져 있으므로, 렌즈 코일(207)로 10 ㎛만큼 초점 위치를 변화시키는 것은 가능하다. 그리고, 그 상태에서, 편향기(205)에서 전자 빔을 주사하여, 교정 마크(236)의 x방향의 빔 프로파일과 y방향의 빔 프로파일을 측정한다. 그리고, 면(234)의 교정 마크(236)에서의 비점을 보정하기 위한 설정치를 취득한다. 이에 의해, 면(234)에서의 설정치(d1)와 10 ㎛만큼 이동한 위치에서의 설정치(d2)를 취득한다. 이상과 같이 하여, 정전 비점 설정치(d1, d2)를 취득할 수 있다. 그리고, 정전 전극(216)의 환산 계수(k4)를 k4 = (d1 - d2)/10으로 구할 수 있다.
이와 같이, 환산 계수(k4)는, 정전 전극(216)을 이용하여 하전 입자 빔을 소정의 기준면에 초점을 맞추기 위한 설정치를 이용하여 취득된다. 그리고, 환산 계수(k3)는, 비점 조정용 코일을 이용하여 하전 입자 빔을 소정의 기준면에 초점을 맞추기 위한 설정치를 이용하여 취득된다.
S206에 있어서, Z 분포 측정 공정으로서, Z센서를 이용하여 시료(101)면의 높이 분포를 측정한다. 이 공정은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
S210에 있어서, 기준 위치 보정 공정으로서, 환산 계수(k3)를 이용하여 설정치(c1)를 보정하여, 비점 코일(212)에 있어서의 전자 빔(200)의 비점 보정 위치를 교정 마크 부재(106)의 면(234)의 위치로부터 시료(101)면의 Z 분포의 중간 높이 위치(가상면)로 보정한다. 환산 계수(k3)와 거리(ΔZ)의 곱을 설정치(c1)에 가산하면, 보정치(c3)를 얻을 수 있다. 그리고, 이 중간 높이 위치를 정전 전극(216)의 다이나믹 레인지의 중간 위치로 설정한다.
도10은 제2 실시 형태에 있어서의 포커스 위치와 다이나믹 레인지의 관계를 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이, 비점 코일(212)에 있어서의 전자 빔(200)의 비점 보정 위치를 면(234)의 높이 위치(250)로부터 중간 높이 위치(252)로 보정하여, 이 위치를 기준 위치로 함으로써, 정전 전극(216)의 다이나믹 레인지(241)를 다이나믹 레인지(243)의 위치로 이동시킬 수 있다. 그로 인해, 시료(101)면이 기울어 있어도 면 전체를 정전 전극(216)의 다이나믹 레인지(243)의 범위 내에 들어가게 할 수 있다. 그리고, 이 상태에서 묘화를 개시한다.
S212에 있어서, 정전 포커스 공정으로서, 묘화시에는, Z 센서로 묘화하는 시료(101)면의 위치의 높이를 측정하고, 환산 계수를 이용하여 시료(101)면의 높이 위치에 따라서 정전 전극(216)의 정전 설정치(제2 설정치)를 보정하여, 정전 전극(216)에 의해 전자 빔(200)의 비점을 동적으로 보정한다. 환산 계수(k4)를 알고 있으므로, 중간 높이 위치로부터의 높이 방향의 거리(ΔZ)만큼 이동시킨 경우의 정전 설정치(Δd)는, Δd = k4ㆍΔZ로 얻을 수 있다.
이상과 같이 구성함으로써, 정전 전극(216)의 다이나믹 레인지의 범위 내에 시료(101)면의 위치를 배치시킬 수 있다. 따라서, 비점을 조정할 수 있다. 따라서, 시료(101)에 소정의 패턴을 묘화하면서 정전 전극(216)으로 리얼 타임으로 비점을 보정할 수 있다. 그 결과, 고정밀도인 치수의 패턴을 묘화할 수 있다.
이상, 구체예를 참조하면서 실시 형태에 대해 설명했다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 장치 구성이나 제어 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 되는 장치 구성이나 제어 방법을 적절하게 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들어, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는, 기재를 생략했지만, 필요로 되는 제어부 구성을 적절하게 선택하여 이용하는 것은 말할 것도 없다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절하게 설계 변경할 수 있는 모든 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법 및 비점 조정 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.
당업자라면 추가의 이점 및 변경을 쉽게 생각해낼 수 있다. 따라서, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 본 명세서에 도시되고 설명된 특정 설명 및 대표적 실시형태로만 한정되지 않는다. 그러므로, 첨부된 특허청구의 범위 및 그 균등물에 의해 한정된 바와 같은 일반적 발명 개념의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고서 다양한 변경을 가할 수 있다.
도1은 제1 실시 형태에 있어서의 묘화 장치의 구성을 도시하는 개념도.
도2는 제1 실시 형태에 있어서의 전자 빔의 초점 맞춤 방법의 주요부 공정을 나타내는 흐름도.
도3은 제1 실시 형태에 있어서의 측정 방법을 설명하기 위한 개념도.
도4는 제1 실시 형태에 있어서의 빔 프로파일의 일례를 나타내는 도면.
도5는 제1 실시 형태에 있어서의 렌즈 설정치와 빔 흐려짐의 관계를 나타내는 그래프.
도6은 제1 실시 형태에 있어서의 포커스 위치와 다이나믹 레인지의 관계를 나타내는 도면.
도7은 제2 실시 형태에 있어서의 전자 빔의 초점 맞춤 방법의 주요부 공정을 나타내는 흐름도.
도8은 제2 실시 형태에 있어서의 교정 마크의 일례를 나타내는 도면.
도9는 제2 실시 형태에 있어서의 분해능과 렌즈 코일의 설정치의 관계를 나타내는 도면.
도10은 제2 실시 형태에 있어서의 포커스 위치와 다이나믹 레인지의 관계를 나타내는 도면.
도11은 종래의 가변 성형형 전자선 묘화 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도.
도12는 초점 맞춤 방법의 일례를 나타내는 도면.
도13은 정전 렌즈의 다이나믹 레인지의 범위 내로부터 벗어나는 경우의 일례를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 묘화 장치
101 : 시료
102 : 전자 경통
103 : 묘화실
105 : XY 스테이지
120 : 제어 계산기(CPU)
122 : 메모리
150 : 묘화부
170 : 아날로그 디지털(A/D) 변환기
201 : 전자총
205 : 편향기
207 : 렌즈 코일
208 : 정전 렌즈
214 : 반사 전자 검출기
222 : 투광기
224 : 수광기

Claims (6)

  1. 렌즈 코일을 이용하여, 소정의 기준면의 위치에 하전 입자 빔의 초점을 맞추기 위한 제1 설정치를 측정하고,
    정전 렌즈와 상기 렌즈 코일을 이용하여, 상기 정전 렌즈의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제1 환산 계수와 상기 렌즈 코일의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제2 환산 계수를 취득하고,
    시료면의 높이 분포를 측정하고,
    상기 제2 환산 계수를 이용하여 상기 제1 설정치를 보정하여, 상기 렌즈 코일에 있어서의 상기 하전 입자 빔의 초점 위치를 상기 소정의 기준면의 위치로부터 상기 시료면의 높이 분포의 중간 높이 위치로 보정하고,
    상기 제1 환산 계수를 이용하여 상기 시료면의 높이 위치에 따라서 상기 정전 렌즈의 제2 설정치를 보정하여, 상기 정전 렌즈에 의해 상기 하전 입자 빔의 초점 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중간 높이 위치를 상기 정전 렌즈의 다이나믹 레인지의 중간 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 환산 계수는, 상기 정전 렌즈를 이용하여 상기 하전 입자 빔을 상기 소정의 기준면에 초점을 맞추기 위한 설정치를 이용하여 취득되 고,
    상기 제2 환산 계수는, 상기 렌즈 코일을 이용하여 상기 하전 입자 빔을 상기 소정의 기준면에 초점을 맞추기 위한 설정치를 이용하여 취득되는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소정의 기준면은, 높이가 다른 복수의 면을 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시료에 소정의 패턴을 묘화하면서, 상기 정전 렌즈에 의해 리얼 타임으로 상기 하전 입자 빔의 초점 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔의 초점 맞춤 방법.
  6. 비점 조정용 코일을 이용하여, 소정의 마크 위치에서의 하전 입자 빔의 비점을 보정하기 위한 제1 설정치를 측정하고,
    정전 전극과 상기 비점 조정용 코일을 이용하여, 상기 정전 전극의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제1 환산 계수와 상기 비점 조정용 코일의 설정치를 거리에 따라서 변경하기 위한 제2 환산 계수를 취득하고,
    시료면의 높이 분포를 측정하고,
    상기 제2 환산 계수를 이용하여 상기 제1 설정치를 보정하여, 상기 비점 조정용 코일에 있어서의 상기 하전 입자 빔의 비점 보정 위치를 상기 소정의 마크 위 치로부터 상기 시료면의 높이 분포의 중간 높이 위치로 보정하고,
    상기 제1 환산 계수를 이용하여 상기 시료면의 높이 위치에 따라서 상기 정전 전극의 제2 설정치를 보정하여, 상기 정전 전극에 의해 상기 하전 입자 빔의 비점을 보정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔의 비점 조정 방법.
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