KR20120088568A - 하전 입자빔 묘화 장치 - Google Patents

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Abstract

시료의 표면 형상을 정확히 측정하여 높은 정밀도로 묘화할 수 있는 하전 입자빔 묘화 장치를 제공한다. 높이 측정부(40)에서 광원(41)으로부터 조사되는 광(Li)을 마스크(2) 상에서 투광 렌즈(42)에 의해 수속시킨 다음, 마스크(2) 상에서 반사된 광(Lr)을 수광 렌즈(43)를 거쳐 수광 소자(44)에 입사시킨다. 수광 소자(44)에서 광의 위치가 검출되면, 신호 처리부(60)를 거쳐 높이 데이터 처리부(70)에서 높이 데이터(Hr)가 작성된다. 광(Lr)의 광량이 임계치 이상이면, 높이 데이터(Hr)를 편향 제어부(30)로 보낸다. 한편, 광(Lr)의 광량이 임계치보다 작을 경우에는 묘화 전에 취득한 높이 데이터 맵(Hm)으로부터 대응하는 좌표의 높이 데이터를 편향 제어부(30)로 보낸다. 편향 제어부(30)는 높이 데이터 처리부(70)로부터 보내진 높이 데이터에 기초하여 전자빔 광학계(10)의 조정을 행한다.

Description

하전 입자빔 묘화 장치{CHARGED PARTICLE BEAM WRITING APPARATUS}
본 발명은 하전 입자빔 묘화 장치에 관한 것이다.
최근, 대규모 집적 회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭은 더 협소해지고 있다. 반도체 소자는 회로 패턴이 형성된 원화(原畵) 패턴(마스크 또는 레티클을 가리킴. 이하에서는 마스크라고 총칭함)을 이용하여, 이른바 스텝퍼라고 불리는 축소 투영 노광 장치에서 웨이퍼 상에 패턴을 노광 전사하여 회로 형성함으로써 제조된다. 이러한 미세한 회로 패턴을 웨이퍼에 전사하기 위한 마스크의 제조에는 전자빔 묘화 장치 등의 하전 입자빔 묘화 장치가 이용된다.
전자빔 묘화 장치는 본질적으로 뛰어난 해상도를 가지고 또한 초점 심도를 크게 확보할 수 있으므로, 높은 단차(段差) 상에서도 치수 변동을 억제할 수 있다고 하는 이점을 가진다. 특허 문헌 1에는 전자빔 묘화 장치를 이용한 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법이 개시되어 있다.
이러한 전자빔 묘화 장치를 이용하여 마스크 상에 묘화할 경우, 묘화 위치의 이탈 또는 전자빔의 초점 이탈 등을 피하기 위하여, 묘화 전에 마스크 표면의 높이를 측정할 필요가 있다. 여기서, 마스크 표면이 완전한 평면이면, 마스크 상의 임의의 한 점에서의 높이를 측정하고 이 높이에 전자빔의 초점을 맞춤으로써 원하는 패턴을 묘화할 수 있다. 그러나, 실제의 마스크 표면은 완전한 평면이 아니고 약간이지만 변형되어 있다. 이 때문에, 전자빔의 초점을 마스크 상의 한 점을 기준으로 결정하면, 마스크면 상에 초점이 없는 부분이 발생한다.
따라서, 마스크의 변형에 의한 초점의 이탈을 보정하는 방법이 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 우선 마스크면의 복수의 점에서의 높이를 측정하여, 복수의 2 차 방정식을 얻는다. 이어서, 이들 2 차 방정식의 계수를 최소 제곱법에 의해 구하고, 얻어진 계수를 이용한 높이 보정식에 의해 초점과 편향 게인의 보정을 행한다.
또한, 특허 문헌 2에는 마스크의 노광 영역 외의 몇 점에서의 높이를 측정하고, 얻어진 값으로부터 조사 위치의 높이를 설정하는 방법이 개시되어 있다.
일본특허공개공보 소61-34936호 일본특허공개공보 평5-47648호 일본특허공개공보 2007-150243호
그러나, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 보정 방법은 마스크면 상의 복수의 점에서 측정한 결과로부터, 마스크면의 높이를 보간(補間) 연산하는 것이다. 따라서, 실제의 마스크의 표면 형상에 근사할 수는 있어도, 마스크의 정확한 표면 형상을 파악할 수는 없다. 이 때문에, 마스크의 정확한 높이 데이터와의 차이가 발생한다.
또한, 전자빔 묘화 장치에서는 스루풋의 향상을 도모하기 위하여, 패턴 밀도가 낮은 부분에서 스테이지의 이동 속도를 빠르게 하여 묘화 시간을 단축하는 것이 행해진다. 스테이지의 이동 속도를 상기와 같이 변경하면, 이 영역의 시단부(始端部)에서 스테이지가 가속되고, 이 영역의 종단부(終端部)에서 스테이지가 감속되게 된다. 이 때, 스테이지의 가감속에 의해 마스크에 관성력이 작용하기 때문에, 마스크 표면의 높이가 변동하고, 묘화 전에 구한 높이 데이터와 일치하지 않게 된다.
한편, 마스크 표면의 높이를 묘화 시에 측정할 수 있으면, 상기 문제를 해결할 수 있다. 그러나 이 경우에는 다음과 같은 문제가 발생한다.
마스크에 전자빔을 조사하면, 마스크 상에 형성된 도전성 재료, 예를 들면 크롬(Cr)을 이용한 차광층 상에 형성된 레지스트가 대전(帶電)된다. 이 상태에서 조사를 계속하면, 대전된 마스크가 생성하는 전계에 의해 전자빔의 궤도가 꺾여 원하는 위치에 묘화할 수 없게 된다. 따라서, 대전된 층을 접지하는 것이 행해지고 있다. 예를 들면, 스테이지 상에 재치(載置)된 마스크의 주위를 둘러싸도록 지지 기구를 설치하고, 이 지지 기구 상에 기판 커버를 배치한다. 지지 기구에 어스 배선을 설치함으로써 기판 커버가 어스에 접속되므로, 마스크의 주연부 근방에서 산란된 전자가 기판 커버에서 포착되고, 마스크 주연부에서의 대전이 방지된다.
그러나, 마스크 표면의 높이 측정을 묘화 시에 리얼 타임으로 행하고자 하면, 기판 커버가 있음으로 해서 측정할 수 없는 영역이 발생한다. 이는, 높이 측정이 전자빔의 조사 영역 부근에 조사된 광의 반사광을 검출하여 행해지는 것에 기인하고 있다. 즉, 묘화 시에서는 상기한 바와 같이 마스크 상에 기판 커버가 재치된다. 이 때문에, 기판 커버 근방에서의 마스크면의 높이를 측정하고자 하면, 높이 측정을 위하여 마스크를 향해 조사된 광이 기판 커버에 의해 차단된다. 그러면, 마스크면으로부터의 반사광을 검출할 수 없어, 높이 측정을 행할 수 없게 된다.
또한, 높이 측정을 행할 수 있다 하더라도 다음과 같은 문제가 발생하는 것도 상정된다. 즉, 묘화에서의 높이 측정 데이터는 높이 측정부로부터 전자빔 묘화 장치의 묘화 제어부로 보내진 다음, 이 데이터에 기초하여 전자빔 광학계의 조정이 행해진다. 그러나, 예를 들면 높이 측정부로부터 제어부로의 통신 시에 통신 에러가 발생하면, 높이 측정 데이터가 제어부로 송신되지 않는다. 이 때문에, 높이 측정을 행할 수 없는 경우와 마찬가지로, 데이터를 취득할 수 없는 결과가 된다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 시료의 표면 형상을 정확하게 측정하여 높은 정밀도로 묘화할 수 있는 하전 입자빔 묘화 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 기재로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 제 1 태양은, 하전 입자빔에 의해 스테이지 상에 재치되는 시료에 소정의 패턴을 묘화하는 하전 입자빔 묘화 장치로서, 시료에 광을 조사하고 시료로부터의 반사광을 수광함으로써, 시료의 높이 측정을 행하는 높이 측정부와, 묘화 전에 높이 측정부에서 측정한 값에 기초하는 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 데이터와, 묘화 시에 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터 중 어느 일방의 데이터를 받아, 시료 상에서의 하전 입자빔의 조사 위치를 조정하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제 1 태양에 있어서, 제어부는 반사광의 광량이 임계치 이상이면, 묘화 시에 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터를 받고, 반사광의 광량이 임계치보다 작으면, 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 데이터를 받는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 있어서, 제어부는 미리 정해진 소정의 영역내의 좌표에 대해서는 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 데이터를 받는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 1 태양에 있어서, 제어부는 묘화 시에 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터와 전회 측정한 높이 데이터와의 차가 임계치 이하이면, 묘화 시에 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터를 받고, 이 차가 임계치보다 크면, 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 테이터를 받는 것이 바람직하다.
여기서, 묘화 시에 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터를 Hr(n ＋ 1)(n = 정수)로 하면, 전회 측정한 높이 데이터는 Hrn으로 할 수 있다.
본 발명의 제 2 태양은, 하전 입자빔에 의해 스테이지 상에 재치되는 시료에 소정의 패턴을 묘화하는 하전 입자빔 묘화 장치로서, 시료에 광을 조사하고 시료로부터의 반사광을 수광함으로써, 시료의 높이 측정을 행하는 높이 측정부와, 묘화 전에 높이 측정부에서 측정한 값에 기초하는 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 데이터와, 묘화 시에 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터와의 차로부터 얻어지는 오프셋 값을 높이 데이터 맵에 가산한 값을 받아, 시료 상에서의 하전 입자빔의 조사 위치를 조정하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 시료의 표면 형상을 정확하게 측정하여 높은 정밀도로 묘화할 수 있는 하전 입자빔 묘화 장치가 제공된다.
도 1은 본 실시예에서의 전자빔 묘화 장치의 구성도이다.
도 2는 전자빔에 의한 묘화 방법의 설명도이다.
도 3은 본 실시예에서의 전자빔 묘화 방법의 일례이다.
도 4는 본 실시예에서의 전자빔 묘화 방법의 다른 예이다.
도 5는 본 실시예에서의 전자빔 묘화 방법의 다른 예이다.
도 1은 본 실시예에서의 전자빔 묘화 장치의 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전자빔 묘화 장치의 시료실(1) 내에는 시료인 마스크(2)가 설치되는 스테이지(3)가 설치되어 있다. 마스크(2)는, 예를 들면 석영 등의 마스크 기판 상에 차광막으로서의 크롬(Cr)막이 형성되고, 이 위에 레지스트막이 형성된 것이다. 본 실시예에서는 레지스트막에 대하여 전자빔으로 묘화를 행한다.
스테이지(3)는 스테이지 제어부(50)에 의해 X 방향(지면에서의 좌우 방향)과 Y 방향(지면에서의 수직 방향)으로 구동된다. 스테이지(3)의 이동 위치는 레이저 측장계 등을 이용한 위치 회로(49)에 의해 측정된다. 그리고, 스테이지 제어부(50)는 위치 회로(49)로부터의 데이터를 기초로 스테이지(3)를 원하는 위치로 조정한다.
시료실(1)의 상방에는 빔 조사 수단으로서의 전자빔 광학계(10)가 설치되어 있다. 이 광학계(10)는 전자총(6), 각종 렌즈(7, 8, 9, 11, 12), 블랭킹용 편향기(13), 성형 편향기(14), 빔 주사용의 주편향기(15), 빔 주사용의 부편향기(16) 및 2 개의 빔 성형용의 애퍼처(17, 18) 등으로 구성되어 있다.
도 2는 전자빔에 의한 묘화 방법의 설명도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 마스크(2) 상에 묘화되는 패턴(51)은 사각형 형상의 프레임 영역(주편향 영역)(52)으로 분할되어 있다. 전자빔(54)에 의한 묘화는 스테이지(3)가 일방향(예를 들면, X 방향)으로 연속 이동하면서 프레임 영역(52)마다 행해진다. 또한, 프레임 영역(52)은 부편향 영역(53)으로 분할되어 있고, 전자빔(54)은 부편향 영역(53) 내의 필요한 부분만을 묘화한다. 또한, 프레임 영역(52)은 주편향기(15)의 편향 폭으로 결정되는 사각형 형상의 묘화 영역이며, 부편향 영역(53)은 부편향기(16)의 편향 폭으로 결정되는 단위 묘화 영역이다.
부편향 영역(53)의 기준 위치의 위치 결정은 주편향기(15)에서 행해지고, 부편향 영역(53) 내에서의 묘화는 부편향기(16)에 의해 제어된다. 즉, 주편향기(15)에 의해 전자빔(54)이 소정의 부편향 영역(53)에 위치 결정되고, 부편향기(16)에 의해 부편향 영역(53) 내에서의 묘화 위치가 결정된다. 또한, 성형 편향기(14)와 빔 성형용의 애퍼처(17, 18)에 의해 전자빔(54)의 형상과 치수가 결정된다.
이어서, 스테이지(3)를 일방향으로 연속 이동시키면서 부편향 영역(53) 내를 묘화하고, 1 개의 부편향 영역(53)의 묘화가 종료되면, 다음의 부편향 영역(53)을 묘화한다. 프레임 영역(52) 내의 모든 부편향 영역(53)의 묘화가 종료되면, 스테이지(3)를 연속 이동시키는 방향과 직교하는 방향(예를 들면, Y 방향)으로 스텝 이동시킨다. 이 후, 동일한 처리를 반복하여 프레임 영역(52)을 순차적으로 묘화한다.
부편향 영역(53)은 부편향기(16)에 의해 프레임 영역(52)보다 고속으로 전자빔(54)이 주사되어 묘화되는 영역이며, 일반적으로 최소 묘화 단위가 된다. 부편향 영역(53) 내를 묘화할 시에는 패턴 도형에 따라 준비된 치수와 형상의 샷(shot)이 성형 편향기(14)에 의해 형성된다. 구체적으로, 전자총(6)으로부터 출사된 전자빔(54)이 제 1 애퍼처(17)에서 직사각형 형상으로 성형된 다음, 성형 편향기(14)에서 제 2 애퍼처(18)로 투영되어, 이 빔 형상과 치수를 변화시킨다. 이 후 전자빔(54)은 상술한 바와 같이, 부편향기(16)와 주편향기(15)에 의해 편향되어 스테이지(3) 상에 재치된 마스크(2)에 조사된다.
그러나, 설계자(유저)가 작성한 CAD 데이터는 OASlS 등의 계층화된 포맷의 설계 중간 데이터로 변환된다. 설계 중간 데이터에는 레이어(층)마다 작성되어 각 마스크에 형성되는 설계 패턴 데이터가 저장된다. 여기서, 일반적으로 전자빔 묘화 장치는 OASIS 데이터를 직접 판독할 수 있도록 구성되어 있지는 않다. 즉, 전자빔 묘화 장치의 제조 메이커마다 독자적인 포맷 데이터가 이용되고 있다. 이 때문에, OASIS 데이터는 레이어마다 각 전자빔 묘화 장치 해당하는 고유의 포맷 데이터로 변환되고 나서 장치에 입력된다.
도 1에서 부호 20은 입력부이며, 기억 매체인 자기 디스크를 통하여 전자빔 묘화 장치에 포맷 데이터가 입력되는 부분이다. 설계 패턴에 포함되는 도형은 직사각형 또는 삼각형을 기본 도형으로 한 것이므로, 입력부(20)에는, 예를 들면 도형의 기준 위치에서의 좌표(x, y), 변의 길이, 직사각형 또는 삼각형 등의 도형 종류를 구별하는 식별자가 되는 도형 코드와 같은 정보로서 각 패턴 도형의 형상, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터가 저장된다.
또한, 수십 μm 정도의 범위에 존재하는 도형의 집합을 일반적으로 클러스터 또는 셀이라고 칭하는데, 이를 이용하여 데이터를 계층화하는 것이 행해지고 있다. 클러스터 또는 셀에는 각종 도형을 단독으로 배치하거나 소정의 간격으로 반복하여 배치할 경우의 배치 좌표 및 반복 기술도 정의된다. 또한, 클러스터 또는 셀 데이터는 프레임 또는 스트라이프라고 칭해지는 폭이 수백 μm이며 길이가 포토마스크의 X 방향 또는 Y 방향의 전체 길이에 대응하는 100 mm 정도의 사각형 형상 영역에 배치된다.
도형 패턴의 분할 처리는 전자빔의 사이즈에 의해 규정되는 최대 샷 사이즈 단위로 행해지고, 분할된 각 샷의 좌표 위치, 사이즈 및 조사 시간이 설정된다. 그리고, 묘화되는 도형 패턴의 형상 및 크기에 따라 샷이 성형되도록 묘화 데이터가 작성된다. 묘화 데이터는 사각형 형상의 프레임 영역(주편향 영역) 단위로 구획되고, 그 안은 부편향 영역으로 분할되어 있다. 즉, 칩 전체의 묘화 데이터는 주편향 영역의 사이즈에 따른 복수의 띠 형상의 프레임 데이터와, 프레임 내에서 주편향 영역보다 작은 복수의 부편향 영역 단위로 이루어지는 데이터 계층 구조로 되어 있다.
제어 계산기(19)에 의해 입력부(20)로부터 독출된 묘화 데이터는 도 2의 프레임 영역(52)마다 패턴 메모리(21)에 일시적으로 저장된다. 패턴 메모리(21)에 저장된 프레임 영역(52)마다의 패턴 데이터, 즉 묘화 위치 및 묘화 도형 데이터 등으로 구성되는 프레임 정보는 묘화 데이터 보정부(31)로 보내진다.
묘화 데이터 보정부(31)에서는 원래의 설계치의 데이터에 대하여 소정의 시간 간격으로 드리프트 보정이 행해진다. 구체적으로, 측정된 드리프트량에 기초하여 드리프트 보정용의 보정치가 연산되고, 설계치의 데이터와 보정치의 데이터가 가산되어 합성된다. 이어서, 얻어진 보정치에 대하여 스테이지(3) 상에서의 위치 보정이 행해진다. 즉, 위치 회로(49)에서 측정한 스테이지(3)의 위치 데이터는 제어 계산기(19)로 보내지고, 이 후 묘화 데이터 보정부(31)로 보내져, 드리프트 보정이 된 설계치의 데이터에 가산된다. 합성된 데이터는 패턴 데이터 디코더(22)와 묘화 데이터 디코더(23)로 보내진다.
또한, 묘화 데이터 보정부(31)에서는 근접 효과, 포깅 효과(fogging effect), 로딩 효과와 같은 패턴의 치수 변화를 발생시키는 요인에 대하여, 묘화 후의 패턴 치수가 설계 데이터의 치수와 동일하게 되도록 빔 조사량을 변화시키는 보정 처리도 행해진다.
근접 효과는 레지스트막에 조사된 전자가 글라스 기판의 내부에서 반사하여 레지스트막을 재조사하는 현상이다. 또한, 포깅 효과는 레지스트막에 조사된 전자가 그 표면에서 반사하고, 전자빔 묘화 장치의 광학 부품에 반사한 다음, 레지스트막을 광범위에 걸쳐 재조사하는 현상이다. 이 현상은 레지스트막에 전자가 조사되어 발생된 2 차 전자에 의해서도 발생된다. 또한, 로딩 효과는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 하층의 차광막 등을 에칭할 시에, 면 내에서의 레지스트막 및 차광막의 면적의 차이가 원인이 되어 발생하는 치수 변화이다. 근접 효과의 영향 반경(σ)이 수십 μm 정도인데 반해, 포깅 효과의 영향 반경(σF)은 10 mm 정도, 로딩 효과의 영향 반경(σL)은 10 mm ~ 수십 mm에도 달한다.
묘화 영역의 각 위치에서의 전자빔의 보정 조사량의 산출에는, 예를 들면 특허 문헌 3(일본특허공개공보 2007-150243호)에 기재된 방법을 참조할 수 있다. 이 방법에서는 우선 묘화 영역이 제 1 치수로 메쉬 형상으로 분할된 각 제 1 메쉬 영역에서의 포깅 효과 보정 조사량을 계산한다. 또한, 묘화 영역이 제 2 치수로 메쉬 형상으로 분할된 각 제 2 메쉬 영역에서의 로딩 효과 보정 치수치도 계산한다. 그리고, 이 보정 치수치에 기초하여, 각 제 2 메쉬 영역에서의 전자빔의 기준 조사량 맵과 근접 효과 보정 계수 맵을 작성한다. 이어서 이들 맵을 이용하여, 묘화 영역이 제 1과 제 2 치수보다 작은 제 3 치수로 메쉬 형상으로 분할된 각 제 3 메쉬 영역에서의 근접 효과 보정 조사량을 계산한다. 그리고, 포깅 효과 보정 조사량과 근접 효과 보정 조사량에 기초하여, 묘화 영역의 각 위치에서의 전자빔의 보정 조사량을 계산한다.
본 실시예에서는, 예를 들면 마스크(2) 상의 소정 위치에서의 패턴의 측정 치수와 설계 치수의 차로부터 치수 보정량을 구하고, 도 1의 묘화 데이터 보정부(31)에서 이 치수 보정량을 나타낸 치수 보정 맵이 작성된다. 또한, 전자빔 묘화 장치의 외부에서 치수 보정 맵을 작성하고, 작성된 맵을 입력부(20)에 입력하고, 제어 계산기(19)에서 독출해도 좋다. 이어서, 묘화 데이터 보정부(31)에서 치수 보정 맵에 대응하는 보정 조사량이 구해지고, 이 보정 조사량으로부터 마스크(2)의 소정 위치에서의 전자빔의 조사량이 구해진다. 여기서, 보정 조사량은 근접 효과 보정 조사량, 포깅 효과 보정 조사량 및 로딩 효과 보정 조사량 중 적어도 하나로 할 수 있다. 얻어진 보정 조사량은 패턴 데이터 디코더(22)와 묘화 데이터 디코더(23)로 보내진다.
패턴 데이터 디코더(22)로부터의 정보는 블랭킹 회로(24)와 빔 성형기 드라이버(25)로 보내진다. 구체적으로, 패턴 데이터 디코더(22)에서 상기 데이터에 기초한 블랭킹 데이터가 작성되어, 블랭킹 회로(24)로 보내진다. 또한, 원하는 빔 치수 데이터도 작성되어 빔 성형기 드라이버(25)로 보내진다. 그리고, 빔 성형기 드라이버(25)로부터 전자 광학계(10)의 성형 편향기(14)로 소정의 편향 신호가 인가되어, 전자빔(54)의 치수가 제어된다.
또한, 패턴 데이터 디코더(22)로부터의 정보는 부편향 영역 편향량 산출부(28)로 보내진다. 부편향 영역 편향량 산출부(28)는 패턴 데이터 디코더(22)에서 작성된 빔 형상 테이터로부터 부편향 영역(53)에서의 샷마다의 전자빔의 편향량(이동 거리)을 산출한다. 산출된 정보는 세틀링 시간 결정부(29)로 보내지고, 부편향에 의한 이동 거리에 대응한 세틀링 시간이 결정된다.
세틀링 시간 결정부(29)에서 결정된 세틀링 시간은 편향 제어부(30)로 보내진 다음, 패턴의 묘화의 타이밍을 계산하면서, 편향 제어부(30)로부터 블랭킹 회로(24), 빔 성형기 드라이버(25), 주편향기 드라이버(26), 부편향기 드라이버(27) 중 어느 하나로 적절히 보내진다.
한편, 묘화 데이터 디코더(23)의 출력은 주편향기 드라이버(26)와 부편향기 드라이버(27)로 보내진다. 그리고, 주편향기 드라이버(26)로부터 주편향기(15)로 소정의 편향 신호가 인가되어, 전자빔(54)이 소정의 주편향 위치에 편향 주사된다. 또한, 부편향기 드라이버(27)로부터 부편향기(16)로 소정의 부편향 신호가 인가되어, 부편향 영역(53) 내에서의 묘화가 행해진다.
도 1에서 마스크(2)를 스테이지(3)에 재치하면, 마스크(2)에는 자중(自重)에 의한 휨이 발생한다. 또한, 마스크(2)를 스테이지(3)에서 하면 지지할 경우에는 마스크 고유의 두께 및 평행도도 마스크(2)의 표면 높이에 영향을 준다. 이 때문에, 마스크(2)의 표면 형상, 두께, 평행도 및 휨의 합성에 의한 높이 변화에 의해, 전자빔(54)의 조사 위치가 이탈하거나 초점이 흐려져 마스크(2) 상에 원하는 패턴을 형성할 수 없게 된다. 따라서, 마스크(2)의 표면의 높이를 정확하게 측정할 필요가 있다.
본 실시예에서는 우선 묘화 전에 마스크(2)의 높이 측정을 행하여, 마스크(2)의 높이 데이터 맵(Hm)을 작성한다.
스테이지(3) 상에 재치된 마스크(2)의 높이는 높이 측정부(40)에서 측정된다. 높이 측정부(40)는 광원(41)과, 광원(41)으로부터 조사되는 광(Li)을 마스크(2) 상에서 수속시키는 투광 렌즈(42)와, 마스크(2) 상에서 반사한 광(Lr)을 받아 수속시키는 수광 렌즈(43)와, 수광 렌즈(43)에 의해 수속된 광(Lr)을 수광하여 광의 위치를 검출하는 수광 소자(44)를 가진다.
수광 소자(44)에서 광의 위치가 검출되면, 신호 처리부(60)를 거쳐 높이 데이터 처리부(70)에서 높이 데이터가 작성된다. 즉, 높이 데이터 처리부(70)는 수광 소자(44)로부터의 출력 신호를 받아, 수광 소자(44)에서 검출된 광의 위치에 따른 마스크(2)의 표면의 높이 데이터로 변환한다. 본 실시예에서는 이 높이 데이터를 이용하여 피팅을 행하여, 높이 데이터 맵(Hm)을 작성한다. 또한, 높이 측정부(40)에서 측정한 높이 데이터는 구체적으로 다음과 같이 처리된다.
높이 측정부(40)에서는 수광 소자(44)로부터 2 개의 신호(I1, I2)가 출력된다. 이들 신호는 신호 처리부(60)를 거쳐 높이 데이터 처리부(70)로 보내진다. 높이 데이터 처리부(70)에서는 수광 소자(44)로부터의 신호가 I/V 변환 앰프에서 전류치로부터 전압치로 변환된다. 이어서, 각 신호(V1, V2)가 비반전 증폭 앰프에 의해 적절한 전압 레벨로 증폭된 다음, A/D 변환부에서 디지털 데이터로 변환된다. 그리고, 이 데이터를 이용하여, 이하에 서술하는 바와 같이 하여, 마스크(2) 표면의 높이 데이터가 작성된다.
구체적으로, 높이 데이터 처리부(70)에서 측정치(V1, V2)로부터 (V1 - V2) / (V1 ＋ V2)의 값이 계산된다(정규화 처리). 이 값은 소정 시간 간격(예를 들면, 20 밀리초 이하)으로 갱신되고, 얻어진 값을 시간 평균하여(평균화 처리), 마스크(2)의 표면의 높이 데이터(Z1)를 얻는다. 또한, 평균화 처리는 샘플링 데이터의 최대치와 최소치를 제외한 값에 대하여 행할 수 있다.
이어서, 높이 데이터 처리부(70)에서는 높이 데이터(Z1)에 대하여 상기한 바와 같은 평균화 처리가 행해진 다음 직선화 보정 처리가 행해진다.
상기한 직선화 보정 처리는 마스크(2) 표면의 높이 변화의 직선성을 교정하는 처리이다. 구체적으로, 수광 소자(44)에서 얻어진 정규화 데이터에 특정의 분해능(um / bit)을 곱하면 정확히 마스크면의 변화를 출력하는 고유의 보정 계수를 이용하여, 다항식 연산 처리를 행한다. 다항식 연산의 보정 계수의 산출은 높이의 기준이 되는 원기(原器)를 설치하고 그 높이를 계측한 결과를 기초로, 원기의 치수와 일치하는 고유의 다항식 근사 계수를 최소 이승법으로 구함으로써 행한다. 여기서, 원기란 계단 형상으로 복수의 단차를 가지고, 단차의 치수가 미리 정밀도 좋게 계측되어 있는 시료이다. 전자빔 묘화 장치에서는 마스크(2)의 표면의 높이를 전자빔 묘화 장치의 높이 기준면과의 상대 높이로서 계측할 필요가 있다. 따라서, 높이 기준면의 높이 데이터와 마스크(2)의 표면의 높이 데이터의 차를 취하여, 마스크(2)의 표면의 높이 데이터(Z2)를 얻는다.
이상과 같이 하여 얻어진 높이 데이터(Z2)에 기초하여, 전자빔 광학계(10)의 조정이 행해진다. 구체적으로, 높이 데이터 처리부(70)에서 얻어진 높이 데이터(Z2)는 편향 제어부(30)로 보내진다. 또한, 패턴 메모리(21)에 저장된 패턴 데이터도 상기에서 서술한 바와 같이 하여 편향 제어부(30)로 보내진다.
이어서, 마스크(2)에 전자빔(54)을 조사하여 소정의 패턴을 묘화한다. 이 묘화 공정은 다음과 같이 하여 행해진다.
우선, 시료실(1) 내의 스테이지(3) 상에 마스크(2)를 재치한다. 이어서, 스테이지(3)의 위치 검출을 위치 회로(49)에 의해 행하고, 제어 계산기(19)로부터의 신호에 기초하여, 스테이지 제어부(50)에 의해 스테이지(3)를 묘화 가능한 위치까지 이동시킨다.
이어서, 전자총(6)으로부터 전자빔(54)을 출사한다. 출사된 전자빔(54)은 조명 렌즈(7)에 의해 집광된다. 그리고, 블랭킹용 편향기(13)에 의해 전자빔(54)을 마스크(2)에 조사할지 여부의 조작을 행한다.
제 1 애퍼처(17)에 입사된 전자빔(54)은 제 1 애퍼처(17)의 개구부를 통과한 다음, 빔 성형기 드라이버(25)에 의해 제어된 성형 편향기(14)에 의해 편향된다. 그리고, 제 2 애퍼처(18)에 형성된 개구부를 통과함으로써, 원하는 형상과 치수를 가지는 빔 형상이 된다. 이 빔 형상은 마스크(2)에 조사되는 전자빔(54)의 묘화 단위이다.
전자빔(54)은 빔 형상으로 성형된 다음 축소 렌즈(11)에 의해 축소된다. 그리고, 마스크(2) 상에서의 전자빔(54)의 조사 위치는 주편향기 드라이버(26)에 의해 제어된 주편향기(15)와, 부편향기 드라이버(27)에 의해 제어된 부편향기(16)에 의해 제어된다. 주편향기(15)는(도 2에 도시함), 마스크(2) 상의 부편향 영역(53)에 전자빔(54)을 위치 결정한다. 또한, 부편향기(16)는 부편향 영역(53) 내에서 묘화 위치를 위치 결정한다.
마스크(2)에의 전자빔(54)에 의한 묘화는 스테이지(3)를 일방향으로 이동시키면서 전자빔(54)을 주사함으로써 행해진다. 구체적으로, 스테이지(3)를 일방향으로 이동시키면서, 각 부편향 영역(53) 내에서의 패턴의 묘화를 행한다. 그리고, 1 개의 프레임 영역(52) 내에 있는 모든 부편향 영역(53)의 묘화를 종료한 후에는 스테이지(3)를 새로운 프레임 영역(52)으로 이동하여 마찬가지로 묘화한다.
본 실시예에서는 묘화와 동시에 리얼 타임으로 마스크(2)의 표면의 높이 측정을 행한다. 이 때의 높이 측정 방법은 상술한 묘화 전의 높이 측정 방법과 동일하다. 즉, 높이 측정부(40)에서 광원(41)으로부터 조사되는 광(Li)을 마스크(2) 상에서 투광 렌즈(42)에 의해 수속시킨 다음, 마스크(2) 상에서 반사된 광(Lr)을 수광 렌즈(43)를 거쳐 수광 소자(44)에 입사시킨다. 수광 소자(44)는 광(Lr)을 수광하여 광의 위치를 검출한다.
수광 소자(44)에서 광의 위치가 검출되면, 신호 처리부(60)를 거쳐 높이 데이터 처리부(70)에서 높이 데이터(Hr)가 작성된다. 여기서, 본 실시예에서는 마스크(2)의 표면에서 반사된 광(Lr)의 광량을 측정하고, 이 광량이 임계치 이상인지의 여부를 높이 데이터 처리부(70)에서 판단한다. 광(Lr)의 광량이 임계치 이상이면, 높이 데이터(Hr)를 편향 제어부(30)로 보낸다. 한편, 광(Lr)의 광량이 임계치보다 작을 경우에는 기판 커버(도시하지 않음)에 의해 광(Li)이 차단되는 등 하여 정확한 높이 측정을 할 수 없었다고 판단하고, 묘화 전에 취득한 높이 데이터 맵(Hm)으로부터 대응하는 좌표의 높이 데이터를 편향 제어부(30)로 보낸다. 편향 제어부(30)는 높이 데이터 처리부(70)로부터 보내진 높이 데이터에 기초하여, 전자빔 광학계(10)의 조정을 행한다.
도 3은 이상의 공정을 나타낸 순서도이다.
또한, 기판 커버에 의해 광(Li)이 차단되는 영역은 사전에 특정 가능하므로, 이 영역 내의 좌표에 대해서는 높이 데이터(Hr)가 아닌 높이 데이터 맵(Hm)으로부터 취득되는 높이 데이터를 편향 제어부(30)로 보내도록 해도 좋다.
본 실시예에 따르면, 묘화를 행하면서 마스크(2)의 표면의 높이를 측정하고, 얻어진 높이 데이터(Hr)에 기초하여 전자빔(54)의 초점을 조정하므로, 정확한 초점 조정과 위치 보정을 행할 수 있다. 또한, 높이 측정 시에, 마스크(2)의 표면에서 반사된 광(Lr)의 광량이 임계치 이상인지 여부를 판단하여, 광량이 임계치보다 작을 경우에는 높이 데이터(Hr) 대신에 묘화 전에 취득된 높이 데이터 맵(Hm)을 이용하여 전자빔(54)의 초점을 조정한다. 이 방법에 따르면, 묘화 시의 높이 측정에서 광(Lr)의 광량 부족에 의해 정확한 높이 데이터(Hr)를 취득할 수 없는 경우라도 데이터의 누락을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 도 4의 순서도에 나타낸 공정에 의해 묘화를 행할 수도 있다.
상기예와 마찬가지로, 묘화 전에 마스크(2)의 표면의 높이 측정을 행하여, 높이 데이터 맵(Hm)을 취득한다. 이어서, 묘화와 동시에 리얼 타임으로 마스크(2)의 표면의 높이 측정을 행한다. 높이 측정부(40)에서 측정한 데이터는 신호 처리부(60)를 거쳐 높이 데이터 처리부(70)로 보내진다. 이 후, 높이 데이터 처리부(70)에서 높이 데이터(Hr)가 작성된다.
도 4의 예에서는 높이 데이터 처리부(70)에서 n(n : 정수) 번째로 취득한 높이 데이터(Hrn)와, (n ＋ 1) 번째에 취득한 높이 데이터(Hr(n ＋ 1))의 차가 구해진다. 따라서, 적어도 이 때까지 n 번째에 취득한 높이 데이터(Hrn)는 높이 데이터 처리부(70)에 보존된다.
상기에서 구한 차를 임계치와 비교하여, 차가 임계치 이하이면, 높이 데이터(Hr(n ＋ 1))를 편향 제어부(30)로 보낸다. 한편, 상기한 차가 임계치보다 클 경우에는 전자빔 묘화 장치 내에서의 통신 불량 등에 의해, n 번째와 (n＋1) 번째와의 사이에 높이 데이터 처리부(70)에서 취득할 수 없었던 높이 데이터가 있다고 판단한다. 그리고, 묘화 전에 취득된 높이 데이터 맵(Hm)으로부터 n 번째의 좌표와 (n＋1) 번째의 좌표와의 사이의 좌표의 높이 데이터를 편향 제어부(30)로 보낸다. 편향 제어부(30)는 높이 데이터 처리부(70)로부터 보내진 높이 데이터에 기초하여 전자빔 광학계(10)의 조정을 행한다.
도 4의 방법에 의해서도, 묘화를 행하면서 마스크(2)의 표면의 높이를 측정하고, 얻어진 높이 데이터(Hr)에 기초하여 전자빔(54)의 초점을 조정하므로, 정확한 초점 조정과 위치 보정을 행할 수 있다. 또한, 높이 측정 시에 n 번째에 취득한 높이 데이터(Hrn)와 (n ＋ 1) 번째에 취득한 높이 데이터(Hr(n ＋ 1)와의 차가 임계치 이하인지 여부를 판단하여, 임계치보다 클 경우에는 높이 데이터(Hr) 대신에 묘화 전에 취득된 높이 데이터 맵(Hm)을 이용하여 전자빔(54)의 초점을 조정한다. 이 방법에 따르면, 묘화 시의 높이 측정에서 통신 불량 등에 의해 높이 데이터(Hr)를 취득할 수 없는 경우라도 데이터의 누락을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 도 5의 순서도에 나타낸 공정에 의해 묘화를 행할 수도 있다.
상기예와 마찬가지로, 묘화 전에 마스크(2)의 표면의 높이 측정을 행하여, 높이 데이터 맵(Hm)을 취득한다. 이어서, 묘화와 동시에 리얼 타임으로 마스크(2)의 표면의 높이 측정을 행한다. 높이 측정부(40)에서 측정한 데이터는 신호 처리부(60)를 거쳐 높이 데이터 처리부(70)로 보내진다. 이 후, 높이 데이터 처리부(70)에서 높이 데이터(Hr)가 작성된다.
도 5의 예에서는 높이 데이터 처리부(70)에서 오프셋 값을 구하고, 높이 데이터 맵(Hm)으로부터 얻어지는 높이 데이터에 오프셋 값을 가산한 값을 편향 제어부(30)로 송신한다.
오프셋 값은 높이 데이터(Hr)와 높이 데이터 맵(Hm)으로부터 얻어지는 이 높이 데이터(Hr)에 대응하는 좌표의 높이 데이터와의 차이다. 여기서, 높이 데이터 맵(Hm)은 측정치인 높이 데이터와, 측정치로부터 보간(補間)에 의해 구한 높이 데이터를 포함한다. 오프셋 값은 마스크(2)의 표면에서 반사된 광(Lr)의 광량이 임계치 이상일 경우에만 갱신된다.
도 5의 방법에서는 묘화를 행하면서 마스크(2)의 표면의 높이를 측정하고, 얻어진 높이 테이터(Hr)에 기초하여 높이 데이터 맵(Hm)과의 오프셋 값을 구한다. 그리고, 보정된 높이 데이터 맵(Hm)의 값을 이용하여 전자빔(54)의 초점을 조정하므로, 정확한 초점 조정과 위치 보정을 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들면, 상기 실시예에서는 전자빔을 이용했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이온 빔 등의 다른 하전 입자빔을 이용할 경우에도 적용 가능하다.
1 : 시료실
2 : 마스크
3 : 스테이지
4 : 스테이지 구동 회로
6 : 전자총
7, 8, 9, 11, 12 : 각종 렌즈
10 : 광학계
13 : 블랭킹용 편향기
14 : 성형 편향기
15 : 주편향기
16 : 부편향기
17 : 제 1 애퍼처
18 : 제 2 애퍼처
19 : 제어 계산기
20 : 입력부
21 : 패턴 메모리
22 : 패턴 데이터 디코더
23 : 묘화 데이터 디코더
24 : 블랭킹 회로
25 : 빔 성형기 드라이버
26 : 주편향기 드라이버
27 : 부편향기 드라이버
28 : 부편향 영역 편향량 산출부
29 : 세틀링 시간 결정부
30 : 편향 제어부
31 : 묘화 데이터 보정부
40 : 높이 측정부
41 : 광원
42 : 투광 렌즈
43 : 수광 렌즈
44 : 수광 소자
49 : 위치 회로
50 : 스테이지 제어부
51 : 묘화되는 패턴
52 : 프레임 영역
53 : 부편향 영역
54 : 전자빔
60 : 신호 처리부
70 : 높이 데이터 처리부

Claims (5)

  1. 하전 입자빔에 의해 스테이지 상에 재치(載置)되는 시료에 소정의 패턴을 묘화하는 하전 입자빔 묘화 장치로서,
    상기 시료에 광을 조사하여 상기 시료로부터의 반사광을 수광함으로써, 상기 시료의 높이 측정을 행하는 높이 측정부와,
    묘화 전에 상기 높이 측정부에서 측정한 값에 기초하는 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 데이터와, 묘화 시에 상기 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터 중 어느 일방의 데이터를 수신하여, 상기 시료 상에서의 상기 하전 입자빔의 조사 위치를 조정하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 반사광의 광량이 임계치 이상이면, 묘화 시에 상기 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터를 수신하고, 상기 반사광의 광량이 임계치보다 작으면, 상기 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 미리 정해진 소정의 영역 내의 좌표에 대해서는 상기 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 묘화 시에 상기 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터와 전회(前回) 측정한 높이 데이터와의 차가 임계치 이하이면, 묘화 시에 상기 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터를 수신하고, 상기 차가 임계치보다 크면, 상기 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  5. 하전 입자빔에 의해 스테이지 상에 재치(載置)되는 시료에 소정의 패턴을 묘화하는 하전 입자빔 묘화 장치로서,
    상기 시료에 광을 조사하여 상기 시료로부터의 반사광을 수광함으로써, 상기 시료의 높이 측정을 행하는 높이 측정부와,
    묘화 전에 상기 높이 측정부에서 측정한 값에 기초하는 높이 데이터 맵으로부터 얻어지는 높이 데이터와, 묘화 시에 상기 높이 측정부에서 측정한 높이 데이터와의 차로부터 얻어지는 오프셋 값을 상기 높이 데이터 맵에 가산한 값을 수신하여, 상기 시료 상에서의 상기 하전 입자빔의 조사 위치를 조정하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
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