KR20130064024A - 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 하전 입자빔 묘화 장치는, 시료를 재치 가능한 스테이지와, 시료에 조사하는 하전 입자빔을 출사하는 조사부와, 제 1 개구부를 가지고 상기 하전 입자빔을 성형하는 애퍼처를 구비한다. 그리고, 상기 애퍼처가 제 1 부재와 제 2 부재와의 적층 구조를 가지고, 상기 제 2 부재의 상기 제 1 개구부 단부의 위치가 상기 제 1 부재의 상기 제 1 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있다.

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 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 패턴을 생성하는 매우 중요한 프로세스이다. 최근, LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선폭은 해마다 미세화되고 있다. 이들 반도체 디바이스에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해서는 고정밀도의 원화(原畵) 패턴(레티클 혹은 마스크라고도 함)이 필요하다. 여기서, 전자선(전자빔) 묘화 기술은 본질적으로 뛰어난 해상성을 가지고 있어, 고정밀도의 원화 패턴의 생산에 이용된다.
상술한 전자빔 묘화에서는, 보다 고정밀도인 시료면 내, 예를 들면 마스크면 내의 선폭 균일성이 요구되고 있다. 여기서 이러한 전자빔 묘화에서는, 편향기에 전자가 대전됨으로써 전자빔이 드리프트하여, 묘화의 위치 정밀도가 열화되는 현상이 발생한다.
묘화의 위치 정밀도를 향상시키기 위하여, 전자빔의 드리프트를 억제하는 것이 바람직하다.
JP-A H06-120126에는, 전자빔 차폐 능력이 높은 텅스텐을 이용하여 애퍼처(aperture)를 제조하고, 애퍼처 개구부의 가공 정밀도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
본 발명의 일태양의 하전 입자빔 묘화 장치는, 시료를 재치(載置) 가능한 스테이지와, 시료에 조사하는 하전 입자빔을 출사하는 조사부와, 제 1 개구부를 가지고 상기 하전 입자빔을 성형하는 애퍼처를 구비하고, 상기 애퍼처가 제 1 부재와 제 2 부재의 적층 구조를 가지고, 상기 제 2 부재의 상기 제 1 개구부 단부(端部)의 위치가 상기 제 1 부재의 상기 제 1 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일태양의 하전 입자빔 묘화 장치는, 시료를 재치 가능한 스테이지와, 시료에 조사하는 하전 입자빔을 출사하는 조사부와, 복수의 개구부를 가지고, 상기 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 상기 하전 입자빔의 조사를 받고, 상기 복수의 개구부를 상기 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티빔을 형성하는 애퍼처를 구비하고, 상기 애퍼처가 제 1 부재와 제 2 부재의 적층 구조를 가지고, 상기 제 2 부재의 상기 개구부 단부의 위치가 상기 제 1 부재의 상기 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일태양의 하전 입자빔 묘화 방법은, 시료를 스테이지에 재치하고, 상기 시료를 향해 하전 입자빔을 출사하고, 상기 하전 입자빔을 제 1 개구부를 가지는 애퍼처를 이용하여 성형하는 하전 입자빔 묘화 방법으로서, 상기 애퍼처가 제 1 부재와 제 2 부재의 적층 구조를 가지고, 상기 제 2 부재의 상기 제 1 개구부 단부의 위치가 상기 제 1 부재의 상기 제 1 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 것을 특징으로 한다.
도 1a, 1b는 제 1 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 모식도이다.
도 2는 제 1 실시예의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 3은 제 1 실시예의 가변 성형형 전자 묘화의 동작을 설명하는 도이다.
도 4는 전자의 투과율과 실리콘 막 두께와의 관계를 나타낸 도이다.
도 5는 제 2 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 단면 모식도이다.
도 6은 제 3 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 단면 모식도이다.
도 7a ~ 7c는 제 3 실시예의 애퍼처의 제조 방법을 도시한 도이다.
도 8은 제 4 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 단면 모식도이다.
도 9a, 9b는 제 5 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 모식도이다.
도 10은 제 6 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 상면 모식도이다.
도 11은 제 7 실시예의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 12a, 12b는 제 1 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 모식도이다.
도 13은 종래 기술의 애퍼처의 단면도이다.
전자빔 드리프트가 발생하는 원인으로서, 전자빔을 성형하는 애퍼처를 투과하여 산란하는 전자의 존재가 고려된다. 전자의 산란을 억제하기 위해서는, 애퍼처를 두껍게 하는 것이 고려된다. 그러나, 애퍼처의 개구부의 단부(모서리부)의 가공 정밀도가 악화되어, 전자빔의 성형 정밀도가 열화된다고 하는 문제가 발생한다.
이하에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 이하, 실시예에서는 하전 입자빔의 일례로서, 전자빔을 이용한 구성에 대하여 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되지 않고, 이온빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다.
본 명세서에서 묘화 데이터란, 시료에 묘화하는 패턴의 기초 데이터이다. 묘화 데이터는 CAD 등으로 설계자에 의해 생성된 설계 데이터를 묘화 장치 내에서의 연산 처리가 가능해지도록 포맷을 변환한 데이터이다. 도형 등의 묘화 패턴이 예를 들면 도형의 정점 등의 좌표로 정의되어 있다.
또한 본 명세서 중 동일 또는 유사한 부분에는, 동일한 부호가 부여되는 경우가 있다.
(제 1 실시예)
본 실시예의 하전 입자빔 묘화 장치는, 시료를 재치 가능한 스테이지와, 시료에 조사하는 하전 입자빔을 출사하는 조사부와, 제 1 개구부를 가지고 하전 입자빔을 성형하는 애퍼처를 구비하고, 애퍼처가 제 1 부재와 제 2 부재와의 적층 구조를 구비하고 있다. 그리고, 제 2 부재의 제 1 개구부 단부의 위치가 제 1 부재의 제 1 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있다.
본 실시예의 하전 입자빔 묘화 장치는, 제 1 부재와 제 2 부재와의 적층 구조를 구비하고 있다. 그리고, 제 1 부재의 개구부 단부를 얇게 함으로써 개구부 단부의 가공 정밀도를 확보할 수 있다. 한편, 개구부 단부의 위치가 제 1 부재에 대하여 후퇴한 제 2 부재를 적층함으로써, 애퍼처의 전자빔 방지 능력을 향싱시킨다. 따라서, 전자가 애퍼처를 통과하여 산란하는 것에 기인하는 전자빔의 드리프트를 억제하는 것이 가능해진다.
도 2는, 본 실시예의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2에서 묘화 장치(100)는 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는 하전 입자빔 묘화 장치의 일례가 된다. 그리고, 묘화 장치(100)는 시료(101)에 원하는 패턴을 묘화한다.
묘화부(150)는 전자 경통(102), 묘화실(103)을 가지고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 블랭킹(BLK) 편향기(212), 블랭킹(BLK) 애퍼처(214), 제 1 애퍼처(203), 투영 렌즈(204), 편향기(205), 제 2 애퍼처(206), 대물 렌즈(207) 및 편향기(208)가 배치되어 있다.
또한, 묘화실(103) 내에는 이동 가능하게 배치된 XY 스테이지(105)가 배치되어 있다. 또한, XY 스테이지(105) 상에는 시료(101)가 배치되어 있다. 시료(101)로서, 예를 들면 웨이퍼에 패턴을 전사하는 노광용의 마스크 기판이 포함된다. 마스크 기판으로서는, 아직 아무것도 묘화되어 있지 않은 마스크 블랭크스가 포함된다.
제어부(160)는 구동 회로(108), 자기 디스크 장치(109), 편향 제어 회로(110), 디지털 아날로그 변환기(DAC)(112, 114, 116), 제어 계산기(120) 및 메모리(121)를 가지고 있다.
제어 계산기(120)에는, 자기 디스크 장치(109)에 기억된 묘화 데이터가 입력된다. 제어 계산기(120)에 입력되는 정보 혹은 연산 처리 중의 각 정보 및 처리 후의 각 정보는 그 때마다 메모리(121)에 기억된다.
제어 계산기(120)에는 메모리(121), 편향 제어 회로(110), 자기 디스크 장치(109)가 도시하고 있지 않은 버스를 개재하여 접속되어 있다. 편향 제어 회로(110)는 DAC(112, 114, 116)에 접속된다. DAC(112)는 BLK 편향기(212)에 접속되어 있다. DAC(114)는 편향기(205)에 접속되어 있다. DAC(116)는 편향기(208)에 접속되어 있다.
도 2에서는, 본 실시예를 설명함에 있어서 필요한 구성 부분에 대하여 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어서, 통상, 필요한 그 외의 구성이 포함되는 것은 말할 필요도 없다.
도 3은, 본 실시예의 가변 성형형 전자 묘화의 동작을 설명하는 도이다. 이하에, 도 2, 도 3을 참조하여 묘화 장치(100)에 의한 묘화 방법에 대하여 설명한다.
조사부의 일례가 되는 전자총(201)으로부터 전자빔(200)이 출사된다. 전자총(201)으로부터 나온 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 직사각형, 예를 들면 장방형의 홀을 가지는 제 1 애퍼처(203) 전체를 조명한다.
제 1 애퍼처(203)에는, 전자빔(200)을 성형하기 위한 직사각형, 예를 들면 장방형의 개구부(411)가 형성되어 있다. 여기서, 전자빔(200)을 장방형으로 성형한다.
그리고, 제 1 애퍼처(203)를 통과한 제 1 애퍼처 이미지의 전자빔(200)은 투영 렌즈(204)에 의해 제 2 애퍼처(206) 상에 투영된다. 제 2 애퍼처(206)에는, 개구(411)를 통과한 전자선(200)을 원하는 직사각형 형상으로 성형하기 위한 개구부(421)가 형성되어 있다.
제 2 애퍼처(206) 상에서의 제 1 애퍼처 이미지의 위치는, 편향기(205)(도 2)에 의해 편향 제어된다. 그리고, 개구부(421)의 소정의 일부를 통과하여, 빔 형상과 치수를 변화시킬 수 있다. 그 결과, 전자빔(200)은 성형된다.
그리고, 제 2 애퍼처(206)를 통과한 제 2 애퍼처 이미지의 전자빔(200)은 대물 렌즈(207)(도 2)에 의해 초점을 조정하고, 편향기(208)에 의해 편향된다. 그 결과, 연속 이동하는 XY 스테이지(105) 상의 시료(101)의 원하는 위치에 조사된다.
XY 스테이지(105)의 이동은 구동 회로(108)에 의해 구동된다. 편향기(205)의 편향 전압은 편향 제어 회로(110) 및 DAC(114)에 의해 제어된다. 편향기(208)의 편향 전압은 편향 제어 회로(110) 및 DAC(116)에 의해 제어된다.
이와 같이, 개구(411)와 가변 성형 개구(421)의 양방을 통과할 수 있는 직사각형 형상이 시료(101)의 묘화 영역에 묘화된다. 개구(411)와 가변 성형 개구(421)의 양방을 통과시켜, 임의 형상을 작성하는 방식을 가변 성형 방식이라고 한다.
여기서, 시료(101) 상의 전자빔(200)이 원하는 조사량을 시료(101)에 입사 시키는 조사 시간(t)에 도달한 경우, 이하와 같이 블랭킹한다. 즉, 시료(101) 상에 필요 이상으로 전자빔(200)이 조사되지 않도록 하기 위해, 예를 들면 정전형의 BLK 편향기(212)로 전자빔(200)을 편향하고, 또한 BLK 애퍼처(214)로 전자빔(200)을 차단한다. 이에 의해, 전자빔(200)이 시료(101)면 상에 도달하지 않도록 한다. BLK 편향기(212)의 편향 전압은 편향 제어 회로(110) 및 DAC(112)에 의해 제어된다.
빔 ON(블랭킹 OFF)의 경우, 전자총(201)으로부터 나온 전자빔(200)은, 도 2에서의 실선으로 나타내는 궤도로 나아가게 된다. 한편, 빔 OFF(블랭킹 ON)의 경우, 전자총(201)으로부터 나온 전자빔(200)은, 도 2에서의 점선으로 나타내는 궤도로 나아가게 된다. 또한, 전자 경통(102) 내 및 묘화실(103) 내는, 도시하고 있지 않은 진공 펌프에 의해 진공 배기되고, 대기압보다 낮은 압력이 되는 진공 분위기로 되어 있다.
도 1a, 1b는, 본 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 모식도이다. 도 1a가 상면도, 도 1b가 도 1a의 AA 단면도이다.
본 실시예에서는, 도 2, 도 3의 제 1 애퍼처(203) 및 / 또는 제 2 애퍼처(206)에 도 1a, 1b의 애퍼처(10)가 적용된다.
애퍼처(10)는 제 1 개구부(12)를 구비하고 있다. 이러한 제 1 개구부(12)를 전자빔이 통과하여 성형된다. 도 1b의 단면도에서의 제 1 개구부(12)의 크기는, 예를 들면 20 μm ~ 50μm 정도이다.
애퍼처(10)는, 제 1 부재(14a)와 제 2 부재(16a)의 적층 구조를 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 제 2 부재(16a)가 전자총(201) 측에 위치하고 있다. 즉, 제 2 부재(16a)의 상면에 전자빔이 조사되는 구성으로 되어 있다. 단, 제 1 부재(14a)가 전자총(201) 측에 위치하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
제 1 부재(14a)와 제 2 부재(16a)는 동일한 재료로 형성되며, 예컨대, 실리콘으로 형성되어 있다. 가공 시에 기존의 반도체 프로세스를 적용할 수 있는 점, 불순물을 낮게 억제할 수 있는 점 등으로부터 재료로서 실리콘을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 예를 들면 실리콘 질화물(silicon nitride), 실리콘 탄화물(silicon carbide), 실리콘 게르마나이드(silicon germanide) 등의 반도체, 또는 금속 또는 금속 화합물을 이용하는 것도 가능하다.
그리고 도 1b에 도시한 바와 같이, 제 2 부재(16a)의 제 1 개구부 단부(개구부 모서리)의 위치가, 제 1 부재(14a)의 제 1 개구부 단부(개구부 모서리)의 위치에 대하여 후퇴하고 있다. 즉, 제 2 부재(16a)의 개구부는 제 1 부재(14a)의 개구부보다 크고, 서로의 개구부 단부가 중첩되지 않도록 적층되어 있다.
도 13은, 종래 기술의 애퍼처의 단면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 애퍼처가 단층이고, 또한 개구부 단부의 애퍼처의 두께가 얇을 경우, 애퍼처를 통과한 전자가 산란하여 편향기에 대전되고, 전자빔의 드리프트가 발생하는 요인이 된다.
도 4는, 전자의 투과율과 실리콘 막 두께와의 관계를 나타낸 도이다. 전자의 입사 에너지는 50 keV를 가정하고 있다. 도 4로부터 명확 해지는 바와 같이, 실리콘 막 두께가 1μm에서는 100%, 5μm에서는 90% 정도가 투과되지만, 20μm에서는 1% 이하가 된다. 이와 같이, 전자의 투과를 억제하는 관점에서는, 실리콘의 애퍼처의 두께는 20μm이상인 것이 바람직하다.
다만, 애퍼처의 두께를 두껍게 하면 애퍼처의 가공이 곤란해져, 애퍼처의 개구 단부의 가공 정밀도가 저하된다. 이 때문에, 빔 성형의 정밀도가 저하되어, 묘화 정밀도가 열화된다. 예를 들면, 미세한 반도체 제품용의 마스크 가공에 충분한 가공 정밀도를 얻기 위해서는, 애퍼처의 두께는 5μm 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 제 1 부재(14a)의 개구부 단부의 막 두께를, 가공 정밀도를 우선하여 예를 들면 5μm 이하로 한다. 그리고, 제 1 부재(14a)의 개구부 단부의 막 두께(t1)보다 개구부 단부의 막 두께(t2)가 두꺼운 제 2 부재(16b)를 적층시킴으로써, 제 2 부재의 하전 입자빔 투과율이 제 1 부재보다 작아지도록 한다. 이에 따라, 전자의 통과를 충분히 차단하는 것이 가능해진다. 따라서, 애퍼처의 개구부 모서리의 가공 정밀도를 유지하면서, 전자빔의 드리프트를 억제할 수 있다.
예를 들면, 제 1 부재(14a) 및 제 2 부재(16a)가 모두 실리콘일 경우, 막 두께(t1)와 막 두께(t2)의 합이 20μm 이상이 되는 것이 바람직하다.
제 2 부재(16a)의 개구부 단부의, 제 1 부재(14a)의 개구부 단부로부터의 후퇴량(도 1b에서 d)은, 전자의 투과량을 억제하는 관점에서는 작으면 작을수록 바람직하다. 후퇴량(d)은 5μm 이하인 것이 바람직하고, 3μm 이하인 것이 보다 바람직하다.
단, 후퇴량(d)이 너무 작으면, 제 1 부재(14a)와 제 2 부재(16a)를 접합에 의해 제조할 경우, 후퇴량을 확보한 접합이 곤란해진다. 따라서, 후퇴량(d)은 0.5μm 이상이 바람직하고, 1μm 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 실시예의 하전 입자빔 묘화 장치에 의하면, 하전 입자빔의 성형 정밀도의 확보와 하전 입자빔의 드리프트 억제를 양립시키는 하전 입자빔 묘화 장치가 실현된다. 또한, 본 실시예의 하전 입자빔 묘화 장치를 이용한 묘화 방법에 의하면, 하전 입자빔의 성형 정밀도의 확보와 하전 입자빔의 드리프트 억제에 의해, 고정밀도의 묘화를 실현하는 것이 가능해진다.
(제 2 실시예)
본 실시예는, 제 1 부재와 제 2 부재가 상이한 재료로 형성되는 점 이외에는 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 제 1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 기술을 생략한다.
도 5는, 본 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 단면 모식도이다. 애퍼처(20)의 제 1 부재(14b)와 제 2 부재(16b)는 상이한 재료로 형성되어 있다. 그리고, 제 2 부재(16b)의 전자 통과율이 제 1 부재(14b)의 전자 통과율보다 작게 되어 있다.
제 1 부재(14b)는, 예를 들면 실리콘이다. 또한, 제 2 부재(16b)는 실리콘보다 전자를 투과시키기 어려운 재료(원자량이 큰 재료)이다. 예를 들면, 전자 차폐 능력이 높고, 묘화 장치 내의 오염원이 되기 어려운 고융점 금속, 예컨대 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈 등을 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따르면, 제 1 부재(14b)보다 전자를 투과시키기 어려운 재료를 제 2 부재(16b)에 적용함으로써, 제 2 부재(16b)의 막 두께를 얇게 하는 것이 가능해진다.
(제 3 실시예)
본 실시예는, 제 1 부재와 제 2 부재가 동일한 제조 방법으로 형성되는 점 이외에는 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 제 1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 기술을 생략한다.
도 6은, 본 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 단면 모식도이다. 애퍼처(30)의 제 1 부재(14c)와 제 2 부재(16c)는 동일한 제조 방법으로 형성되어 있다. 이하에, 제 1 부재(14c)와 제 2 부재(16c)가 모두 실리콘인 경우를 예로 설명한다.
도 7a ~ 7c는, 본 실시예의 애퍼처의 제조 방법을 도시한 도이다. 우선 도 7a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판을 에칭에 의해 가공하여 제 1 부재(14c)를 형성한다. 이어서 도 7b에 도시한 바와 같이, 제 1 부재(14c)와 동일한 제조 방법으로 제 2 부재(16c)를 형성한다. 이 후 도 7c에 도시한 바와 같이, 제 2 부재(16c)를 반대 방향으로 하여, 제 1 부재(14c)와 접합시킨다. 접합은 접착제를 이용해도 되고, 서로의 표면을 미러 연마하여 압착해도 된다.
본 실시예에 따르면, 제 1 부재(14c)와 제 2 부재(16c)를 동일한 프로세스로 제조하기 때문에 애퍼처의 제조가 용이해진다.
(제 4 실시예)
본 실시예는, 제 1 개구부 단부에서 제 1 부재와 제 2 부재와의 경계에 공극이 있는 점 이외에는 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 제 1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 기술을 생략한다.
도 8은, 본 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 단면 모식도이다. 도면에 도시한 바와 같이, 제 1 개구부(12)의 단부에서 제 1 부재(14d)와 제 2 부재(16d)와의 경계에 공극이 형성되어 있다.
본 실시예에 따르면, 제 2 부재(16d)로 전자가 차폐될 시, 전자의 에너지에 의해 제 2 부재(16d)가 고온화하여 열변형이 발생했다 하더라도, 제 1 부재(14d)와의 사이에 공극이 있기 때문에, 이 변형이 제 1 부재(14d), 특히 그 개구부 단부로 전달되기 어렵다. 따라서, 제 1 부재(14d)의 변형이 발생하기 어렵고, 빔 성형의 정밀도가 열화되는 것이 억제된다.
공극의 사이즈는, 제 2 부재(16d)의 열변형의 제 1 부재(14d)에의 영향도, 가공의 용이성 등을 고려하여 적절히 결정된다. 예를 들면, 도 8에서의 횡방향의 길이는 1μm ~ 5μm, 공극의 상하 방향의 폭은 0.5μm ~ 2μm 이다.
(제 5 실시예)
본 실시예는, 제 1 개구부보다 면적이 작은 제 2 개구부와, 제 2 개구부와 동일 형상인 제 3 개구부를 더 구비하고, 제 2 부재의 제 2 및 제 3 개구부 단부의 위치가 각각 제 1 부재의 제 2 및 제 3 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 점 이외에는 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 제 1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 기술을 생략한다.
도 9a, 9b는, 본 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 모식도이다. 도 9a가 상면도, 도 9b가 도 9a의 BB 단면도이다.
애퍼처(50)는, 제 1 개구부(12)보다 면적이 작은 제 2 개구부(22)와, 제 2 개구부(22)와 동일 형상인 제 3 개구부(24)를 구비하고 있다. 제 2 개구부(22)와 제 3 개구부(24)는, 제 1 부재(14e)와 제 2 부재(16e)를 접합하여 애퍼처를 제조할 시, 이 2 개의 개구부가 위치 조정용의 조정 마크로서 기능한다. 따라서, 제 1 부재(14e)와 제 2 부재(16e)의 조정 정밀도가 향상된다.
또한, 면적이 작은 제 2 개구부(22) 또는 제 3 개구부(24)는, 예를 들면 전자빔의 빔 강도 분포를 모니터하기 위한 모니터 마크로서 이용하는 것이 가능해진다. 모니터 마크로서 이용하는 관점에서는, 제 2 개구부(22) 및 제 3 개구부(24)는 정방형 또는 원형인 것이 바람직하지만, 장방형 또는 그 외의 형상을 채용하는 것도 가능하다.
또한, 위치 조정용의 조정 마크로서 이용하는 관점에서는, 제 2 개구부(22) 및 제 3 개구부(24)의 사이즈는 작은 것이 바람직하다. 이 관점에서, 제 2 개구부(22) 및 제 3 개구부(24)의 변 또는 직경은 1μm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 제 4 개구부를 더 형성함으로써, 조정 마크를 3 개소로 하여, 한층 더 나은 조정 정밀도의 향상을 실현하는 것도 가능하다.
본 실시예에 따르면, 애퍼처 제조가 용이해지고 제조 정밀도가 향상된다. 따라서, 예를 들면 제 1 부재(14e)의 개구부 단부로부터의 제 2 부재(16e)의 후퇴량을 용이하게 축소하는 것이 가능해진다. 또한, 전자빔의 강도 분포의 모니터도 가능해진다.
(제 6 실시예)
본 실시예는, 개구부의 형상이 상이한 점 이외에는 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 제 1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 기술을 생략한다.
도 10은, 본 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 상면 모식도이다. 애퍼처(60)의 개구부(12)는 직사각형이 아닌, 직사각형과 육각형을 조합한 형상이다.
본 실시예에 따르면, 상부에 있는 1 매 더, 예를 들면 직사각형 애퍼처와 조합함으로써, 전자빔을 직사각형뿐 아니라, 삼각형 그 외의 다각형으로 성형하는 것이 가능해진다.
(제 7 실시예)
본 실시예의 하전 입자빔 묘화 장치는, 시료를 재치 가능한 스테이지와, 시료에 조사하는 하전 입자빔을 출사하는 조사부와, 복수의 개구부를 가지고, 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 상기 하전 입자빔의 조사를 받고, 복수의 개구부를 상기 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 애퍼처를 구비한다. 그리고, 상기 애퍼처가 제 1 부재와 제 2 부재와의 적층 구조를 가지고, 제 2 부재의 개구부 단부의 위치가 제 1 부재의 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 실시예는, 하전 입자빔 묘화 장치가, 복수의 전자빔을 이용하여 묘화하는 멀티빔 방식의 묘화 장치이다. 제 1 ~ 제 6 실시예에서는, 전자빔을 임의 형상으로 성형하는 가변 성형에 이용되는 애퍼처를 예로 설명했지만, 본 실시예에서는 멀티빔을 형성하는 애퍼처를 예로 한다는 점에서 제 1 ~ 제 5 실시예와 상이하다. 애퍼처의 개구부의 구조, 재료, 기능 등, 제 1 ~ 제 5 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 일부 기재를 생략한다.
도 11은, 본 실시예의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 11에서 묘화 장치(500)는 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(500)는 멀티빔 방식의 하전 입자빔 묘화 장치의 일례가 된다. 그리고, 묘화 장치(500)는 시료(101)에 원하는 패턴을 묘화한다.
묘화부(150)는 전자 경통(120), 묘화실(103)을 가지고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 애퍼처(203), 블랭킹 플레이트(304), 축소 렌즈(305), 제한 애퍼처(306), 대물 렌즈(207) 및 편향기(208)가 배치되어 있다.
또한, 묘화실(103) 내에는 이동 가능하게 배치된 XY 스테이지(105)가 배치되어 있다. 또한, XY 스테이지(105) 상에는 시료(101)가 배치되어 있다. 시료(101)로서, 예컨대, 웨이퍼에 패턴을 전사하는 노광용의 마스크 기판이 포함된다. 마스크 기판으로서는, 아직 아무것도 묘화되어 있지 않은 마스크 블랭크스가 포함된다.
제어부(160)는 구동 회로(108), 자기 디스크 장치(109), 편향 제어 회로(110), 디지털 아날로그 변환기(DAC)(112, 116), 제어 계산기(120) 및 메모리(121)를 가지고 있다.
제어 계산기(120)에는, 자기 디스크 장치(109)에 기억된 묘화 데이터가 입력된다. 제어 계산기(120)에 입력되는 정보 혹은 연산 처리 중 및 처리 후의 각 정보는 그 때마다 메모리(121)에 기억된다.
제어 계산기(120)에는 메모리(121), 편향 제어 회로(110), 자기 디스크 장치(109)가 도시하고 있지 않은 버스를 개재하여 접속되어 있다. 편향 제어 회로(110)는 DAC(112, 116)에 접속된다. DAC(112)는 블랭킹 플레이트(304)에 접속되어 있다. DAC(116)는 편향기(208)에 접속되어 있다.
도 11에서는, 본 실시예를 설명함에 있어서 필요한 구성 부분에 대하여 기재하고 있다. 묘화 장치(500)에 있어서, 통상, 필요한 그 외의 구성이 포함되는 것은 말할 필요도 없다.
이하에, 도 11을 참조하여 묘화 장치(500)에 의한 묘화 방법에 대하여 설명한다.
조사부의 일례가 되는 전자총(201)으로부터 전자빔(200)이 출사된다. 전자총(201)으로부터 나온 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 대략 수직으로 애퍼처(203) 전체를 조명한다.
애퍼처(203)에는, 직사각형 예를 들면, 장방형 혹은 정방형의 복수의 홀(개구부)이 형성되고, 전자빔(200)은 모든 복수의 홀이 포함되는 영역을 조명한다. 이러한 애퍼처(203)의 복수의 홀을 통과함으로써, 예를 들면, 직사각형 형상의 복수의 전자빔(멀티빔)(200a ~ 200e)이 형성된다.
멀티빔(200a ~ 200e)은 블랭킹 플레이트(304)의 각각 대응하는 블랭커 내를 통과한다. 이러한 블랭커는, 각각 개별로 통과하는 전자빔(200a ~ 200e)을 편향한다.
블랭킹 플레이트(304)를 통과한 멀티빔(200a ~ 200e)은, 축소 렌즈(305)에 의해 축소되고, 제한 애퍼처(블랭킹 애퍼처)(306)에 형성된 중심의 홀을 향해 나아간다. 여기서, 블랭킹 플레이트(304)의 블랭커에 의해 편향된 멀티빔(200a ~ 200e)은, 제한 애퍼처(306)의 중심의 홀로부터 위치가 이탈하고, 제한 애퍼처 부재에 의해 차폐된다.
한편, 블랭킹 플레이트(304)의 블랭커에 의해 편향되지 않았던 멀티빔(200a ~ 200e)은, 제한 애퍼처(306)의 중심의 홀을 통과한다. 이러한 블랭커의 on / off에 의해 블랭킹 제어가 행해지고, 빔의 on / off가 제어된다.
이러한 제한 애퍼처(306)는, 복수의 블랭커에 의해 빔 off의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐한다. 그리고, 빔 on이 되고 나서 빔 off가 될 때까지 형성된, 제한 애퍼처 부재(306)를 통과한 빔에 의해 1 회분의 샷의 빔이 형성된다.
제한 애퍼처(306)를 통과한 멀티빔(200a ~ 200e)은 대물 렌즈(207)에 의해 초점이 조정되고, 원하는 축소율의 패턴 이미지가 되어, 편향기(208)에 의해 제한 애퍼처(306)를 통과한 각 빔(멀티빔 전체(200a ~ 200e)이 동일 방향으로 모두 편향되고, 각 빔의 시료(101) 상의 각각의 위치에 조사된다.
또한, 예컨대, XY 스테이지(105)가 연속 이동하고 있을 때, 빔의 조사 위치가 XY 스테이지(105)의 이동에 추종하도록 편향기(208)에 의해 제어된다. 한번에 조사되는 멀티빔(200a ~ 200e)은, 이상적으로는 애퍼처의 복수의 홀의 배열 피치에 상술한 원하는 축소율을 곱한 피치로 나란하게 된다.
묘화 장치(500)는 샷 빔을 연속하여 차례로 조사하는 래스터 스캔 방식으로 묘화 동작을 행하고, 원하는 패턴을 묘화할 시, 불필요한 빔은 블랭킹 제어에 의해 빔 off가 되도록 제어된다.
도 12a, 12b는, 본 실시예의 애퍼처의 구조를 도시한 모식도이다. 도 12a가 상면도, 도 12b가 1 개의 개구부의 단면도이다.
본 실시예에서는, 도 11의 애퍼처(203)에 도 12a, 12b의 애퍼처(70)가 적용된다.
애퍼처(70)에는, 세로(y 방향) m 열 × 가로(x 방향) n 열(m, n ≥ 2)의 홀(개구부)(12)이 소정의 배열 피치로 형성되어 있다. 도 12a에서는, 예를 들면 8×8 열의 개구부(12)가 형성되어 있다. 각 개구부(12)는 모두 동일한 치수 형상의 직사각형, 예를 들면, 장방형 혹은 정방형으로 형성된다. 혹은, 동일한 외경의 원형이어도 상관없다.
이들 복수의 개구부(12)를 전자빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티 빔(200a ~ 200e)이 형성되게 된다.
또한 개구부의 배열은, 도 12a와 같이 종횡, 동일한 수가 격자 형상으로 배치되는 경우를 예로 설명했지만, 이 배열에 한정되지 않는다. 예를 들면, 세로와 가로의 수가 상이해도 된다. 또한, 예를 들면 인접하는 세로 또는 가로의 열의 개구부가, 소정의 치수만큼 이동한 배치로 해도 상관없다.
도 12b에 도시한 바와 같이, 애퍼처(70)는 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 부재(14a)와 제 2 부재(16a)의 적층 구조를 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 제 2 부재(16a)가 전자총(201) 측에 위치하고 있다. 즉, 제 2 부재(16a)의 상면에 전자빔이 조사되는 구성으로 되어 있다.
제 1 부재(14a)와 제 2 부재(16a)는 동일한 재료로 형성되고, 예를 들면 실리콘으로 형성되어 있다. 가공 시에 기존의 반도체 프로세스를 적용할 수 있는 점, 불순물을 낮게 억제할 수 있는 점 등으로부터 재료로서 실리콘을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 예를 들면 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 게르마나이드 등의 반도체, 또는 금속 또는 금속 화합물을 이용하는 것도 가능하다.
그리고 도 12b에 도시한 바와 같이, 제 2 부재(16a)의 제 1 개구부 단부(개구부 모서리)의 위치가, 제 1 부재(14a)의 제 1 개구부 단부(개구부 모서리)의 위치에 대하여 후퇴하고 있다. 즉, 제 2 부재(16a)의 개구부는 제 1 부재(14a)의 개구부보다 크고, 서로의 개구부 단부가 중첩되지 않도록 적층되어 있다.
본 실시예의 하전 입자빔 묘화 장치에 의하면, 하전 입자빔의 성형 정밀도의 확보와 하전 입자빔의 드리프트 억제를 양립시키는 하전 입자빔 묘화 장치가 실현된다. 또한, 본 실시예의 하전 입자빔 묘화 장치를 이용한 묘화 방법에 의하면, 멀티빔의 성형 정밀도의 확보와 하전 입자빔의 드리프트 억제에 의해, 고정밀도의 묘화를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 여기서는 멀티빔 방식의 묘화 장치의 애퍼처의 개구부에, 제 1 실시예와 동일한 구조를 적용할 경우를 예로 설명했지만, 제 2 ~ 제 5 실시예에 나타낸 것과 동일한 구조를 적용하는 것도 가능하다.
이상, 구체예를 참조하여 실시예에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되지 않는다.
또한, 장치 구성 또는 제어 방법 등 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 장치 구성 또는 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
그 외에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 시료를 재치(載置) 가능한 스테이지와,
    시료에 조사하는 하전 입자빔을 출사하는 조사부와,
    제 1 개구부를 가지고 상기 하전 입자빔을 성형하는 애퍼처를 구비하고,
    상기 애퍼처가 제 1 부재와 제 2 부재의 적층 구조를 가지고, 상기 제 2 부재의 상기 제 1 개구부 단부(端部)의 위치가 상기 제 1 부재의 상기 제 1 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부재의 하전 입자빔 투과율이 상기 제 1 부재보다 작은 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부보다 면적이 작은 제 2 개구부와, 상기 제 2 개구부와 동일 형상인 제 3 개구부를 더 구비하고, 상기 제 2 부재의 상기 제 2 및 제 3 개구부 단부의 위치가, 각각 상기 제 1 부재의 상기 제 2 및 제 3 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부 단부에 있어서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 경계에 공극이 있는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재가 동일한 재료인 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재가 실리콘인 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 상이한 재료인 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 부재가 실리콘이며, 상기 제 2 부재가 고융점 금속인 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  9. 시료를 재치 가능한 스테이지와,
    시료에 조사하는 하전 입자빔을 출사하는 조사부와,
    복수의 개구부를 가지고, 상기 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 상기 하전 입자빔의 조사를 받고, 상기 복수의 개구부를 상기 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 애퍼처를 구비하고,
    상기 애퍼처가 제 1 부재와 제 2 부재의 적층 구조를 가지고, 상기 제 2 부재의 상기 개구부 단부의 위치가 상기 제 1 부재의 상기 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 부재의 하전 입자빔 투과율이 상기 제 1 부재보다 작은 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부 단부에 있어서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재와의 경계에 공극이 있는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    복수의 개구부가 각각 동일한 치수 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재가 동일한 재료인 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 부재가 실리콘인 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 상이한 재료인 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 부재가 실리콘이며, 상기 제 2 부재가 고융점 금속인 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 장치.
  17. 시료를 스테이지에 재치하고,
    상기 시료를 향해 하전 입자빔을 출사하고,
    상기 하전 입자빔을 제 1 개구부를 가지는 애퍼처를 이용하여 성형하는 하전 입자빔 묘화 방법으로서,
    상기 애퍼처가 제 1 부재와 제 2 부재의 적층 구조를 가지고, 상기 제 2 부재의 상기 제 1 개구부 단부의 위치가 상기 제 1 부재의 상기 제 1 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 부재의 하전 입자빔 투과율이 상기 제 1 부재보다 작은 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부보다 면적이 작은 제 2 개구부와, 상기 제 2 개구부와 동일 형상의 제 3 개구부를 더 구비하고, 상기 제 2 부재의 상기 제 2 및 제 3 개구부 단부의 위치가, 각각 상기 제 1 부재의 상기 제 2 및 제 3 개구부 단부의 위치에 대하여 후퇴하고 있는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 개구부 단부에 있어서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 경계에 공극이 있는 것을 특징으로 하는, 하전 입자빔 묘화 방법.
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