KR20140112423A

KR20140112423A - 멀티 빔의 전류 조정 방법

Info

Publication number: KR20140112423A
Application number: KR1020140028049A
Authority: KR
Inventors: 켄이치 사이토
Original assignee: 가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-09-23
Also published as: JP6061741B2; KR101575117B1; US20140265827A1; JP2014179383A; US9455123B2

Abstract

실시예의 멀티 빔의 전류 조정 방법은, 웨넬트 전극을 가지는 열 전자 총으로부터 방출된 전자 빔의 일부가 각각 복수의 개구부를 통과함으로써 형성된 멀티 빔의 전류 밀도 분포를 취득하고, 전류 밀도 분포를 참조하여, 멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치 이상인 적어도 1 개의 빔을 선택해, 멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치보다 작은 빔을 차폐한 상태에서, 전류 밀도가 역치 이상인 이러한 적어도 1 개의 빔의 전류치를 측정하고, 열 전자 총의 웨넬트 전극에 인가하는 전압과 적어도 1 개의 빔의 전류치와의 상관 관계를 이용하여, 측정된 전류치가 목표 전류치가 되기 위한 웨넬트 전극에 인가하는 목표 전압치를 연산하여, 목표 전압치를 상기 웨넬트 전극에 인가하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 빔의 전류 조정 방법{METHOD FOR ADJUSTING ELECTRIC CURRENT OF MULTI BEAM}

본 발명은, 멀티 빔의 전류 조정 방법에 관한 것이며, 예를 들면, 스테이지 상의 시료에 멀티 빔을 조사함으로써, 패턴을 묘화할 때의 전류를 조정하는 수법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 유일 패턴을 생성하는 매우 중요한 프로세스이다. 최근, LSI의 고집적화에 따라, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선 폭은 해마다 미세화되고 있다. 여기서, 전자선(전자 빔) 묘화 기술은 본질적으로 우수한 해상성을 가지고 있어, 웨이퍼 등에 전자선을 사용하여 묘화하는 것이 행해지고 있다.

예를 들면, 멀티 빔을 사용한 묘화 장치가 있다. 1 개의 전자 빔으로 묘화하는 경우에 비해, 멀티 빔을 이용함으로써 한 번에 많은 빔을 조사할 수 있으므로, 스루풋을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다. 이러한 멀티 빔 방식의 묘화 장치에서는, 예를 들면, 전자 총으로부터 방출된 전자 빔을 복수의 홀을 가진 마스크를 통해 멀티 빔을 형성하여, 각각 블랭킹 제어되고, 차폐되지 않은 각 빔이 시료 상의 원하는 위치로 조사된다(예를 들면, 일본특허공개공보 2006－261342호 참조).

전자 빔 묘화에 이용하는 열 전자 방출형 전자 총으로는, 캐소드(음극) 재료가 동작 중에 증발한다. 그 때문에, 캐소드 재료의 형상은 시간과 함께 변화하고, 그 영향으로 시료 상에 조사되는 전자 빔의 전류 밀도 분포도 시간과 함께 변화한다. 그 때문에, 멀티 빔의 각 빔의 전류량은 시간과 함께 변화한다. 종래, 묘화 전에 각 빔의 전류량을 측정하고, 측정된 전류량을 기초로 각 빔의 조사 시간(노광 시간)을 정하고 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 시간의 경과에 의한 캐소드 재료의 열화에 따라, 묘화 시간이 길어지면, 각 빔에서의 노광 시간에 오차가 발생된다. 그 때문에, 묘화된 패턴의 치수 정밀도가 나빠진다고 하는 문제가 있었다.

멀티 빔은 아니지만, 싱글 빔 방식의 전자 빔 묘화에서는, 시료 상에 닿는 싱글 빔 전체의 전류량을 측정하여, 전류 밀도를 취득하고, 전류 밀도를 유지하도록 바이어스 전압 등을 조정하는 기술이 개시되어 있다(예를 들면, 일본특허공보 4676461호 참조).

본 발명의 일 태양의 멀티 빔의 전류 조정 방법은,

웨넬트 전극을 가지는 열 전자 총으로부터 방출된 전자 빔의 일부가 각각 복수의 개구부를 통과함으로써 형성된 멀티 빔의 전류 밀도 분포를 취득하는 공정과,

전류 밀도 분포를 참조하여, 멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치 이상인 적어도 1 개의 빔을 선택하고,

열 전자 총의 웨넬트 전극에 인가하는 전압을 가변으로 하여, 전류 밀도가 역치 이상인 적어도 1 개의 빔의 전류치를 각각 측정하고, 웨넬트 전극에 인가하는 전압과, 적어도 1 개의 빔의 전류치와의 상관 관계를 취득하고,

스테이지에 배치된 시료에 패턴을 묘화하고 있는 도중에, 시료의 묘화 영역을 직사각형 형상으로 가상 분할한 스트라이프 영역의 묘화가 종료할 때마다, 이러한 적어도 1 개의 빔이 스테이지에 배치된 전류 검출기에 입사 가능한 위치로 스테이지를 이동시키고,

스테이지를 이동시킨 후, 멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치보다 작은 빔을 차폐한 상태에서, 이러한 적어도 1 개의 빔을 전류 검출기에 입사시켜, 스트라이프 영역의 묘화가 종료할 때마다, 적어도 1 개의 빔의 전류치를 측정하고,

상관 관계를 이용하여, 측정된 전류치가 목표 전류치가 되기 위한 웨넬트 전극에 인가하는 목표 전압치를 연산하고,

목표 전압치를 웨넬트 전극에 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 태양의 멀티 빔의 전류 조정 방법은,

웨넬트 전극을 가지는 열 전자 총으로부터 방출된 전자 빔의 일부가 각각 복수의 개구부를 통과함으로써 형성된 멀티 빔의 전류 밀도 분포를 취득하고,

멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치보다 작은 빔을 차폐한 상태에서, 전류 밀도가 역치 이상인 이러한 적어도 1 개의 빔의 전류치를 측정하고,

열 전자 총의 웨넬트 전극에 인가하는 전압과, 적어도 1 개의 빔의 전류치와의 상관 관계를 이용하여, 측정된 전류치가 목표 전류치가 되기 위한 웨넬트 전극에 인가하는 목표 전압치를 연산하고,

목표 전압치를 상기 웨넬트 전극에 인가하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 실시예 1에서의 전자 총과 전자 총 전원 회로의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3A 및 도 3B는 실시예 1에서의 애퍼쳐 부재의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 4는 실시예 1에서의 블랭킹 플레이트의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 5는 실시예 1에서의 전류 밀도 분포의 균일성과 전자 총의 동작 시간의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 1에서의 멀티 빔의 전류 조정 방법의 요부 공정을 설명하기 위한 플로우 차트도이다.
도 7은 실시예 1에서의 멀티 빔의 전류 밀도 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 1에서의 참조 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 1에서의 참조 영역 빔 전류를 측정하는 수법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10A 및 도 10B는 실시예 1에서의 온도 제한 영역과 공간 전하 영역을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 실시예 1에서의 웨넬트 전압과 참조 전류와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 실시예 1에서의 웨넬트 전압과 참조 전류와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13A 내지 도 13C는 실시예 1에서의 묘화 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 14A 및 도 14B는 실시예 1의 비교예에서의 캐소드의 증발에 따른 전류 밀도 분포의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 실시예 1의 비교예에서의 캐소드의 증발 전후의 전류 밀도 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 16A 및 도 16B는 실시예 1에서의 캐소드의 증발에 따른 전류 밀도 분포의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 실시예 1에서의 캐소드의 증발 전후의 전류 밀도 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 18A 및 도 18B는 실시예 1에서의 멀티 빔과 싱글 빔에서의 전류 조정의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 실시예 2에서의 참조 영역 빔 전류를 측정하는 수법의 다른 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 20은 실시예 3에서의 개별 빔 전류를 측정하는 수법의 다른 일례를 설명하기 위한 개념도이다.

이하, 실시예에서는, 멀티 빔 묘화를 행하는 경우의 시간의 경과에 따른 전류 밀도 분포의 변화를 억제할 수 있는 묘화 장치에 대해 설명한다.

이하, 실시예에서는, 하전 입자 빔의 일례로서, 전자 빔을 이용한 구성에 대해 설명한다. 단, 하전 입자 빔은, 전자 빔에 한정되는 것이 아니며, 이온 빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이여도 상관없다.

실시예 1.

도 1은, 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 1에서, 묘화 장치(100)는, 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는, 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치의 일례이다. 묘화부(150)는, 전자 경통(102)과 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는, 전자 총(201), 조명 렌즈(202), 애퍼쳐 부재(203), 블랭킹 플레이트(204), 축소 렌즈(205), 제한 애퍼쳐 부재(206), 대물 렌즈(207), 및 편향기(214)가 배치되어 있다. 묘화실(103) 내에는, XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는, 묘화 시에는 묘화 대상 기판이 되는 마스크 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는, 반도체 장치를 제조할 때의 노광용 마스크, 또는 반도체 장치가 제조되는 반도체 기판(실리콘 웨이퍼) 등이 포함된다. 또한, 시료(101)에는, 레지스터가 도포된, 아직 아무 것도 묘화되어 있지 않은 마스크 블랭크스가 포함된다. 또한, XY 스테이지(105) 상에는, 시료(101)가 배치되는 위치와는 다른 위치에 패러데이 컵(106)이 배치된다.

또한, 축소 렌즈(205)와 대물 렌즈(207)는 모두 전자 렌즈로 구성되고, 자기장이 역방향으로 여자의 크기가 예를 들면 동일해지도록 배치된다. 축소 렌즈(205)와 대물 렌즈(207)에 의해 축소 광학계가 구성된다.

제어부(160)는, 제어 계산기(110), 메모리(112), 제어 회로(120), 전자 총 전원 회로(130), 앰프(132), 및 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(140, 142)를 가지고 있다. 제어 계산기(110), 메모리(112), 제어 회로(120), 전자 총 전원 회로(130), 앰프(132), 및 기억 장치(140, 142)는, 도시하지 않은 버스를 개재하여 서로 접속되어 있다.

제어 계산기(110) 내에는, 묘화 제어부(50), 개별 빔 전류(Ik) 측정부(52), 전류 밀도(J) 분포 작성부(54), 설정부(56), 참조 영역 빔 전류(Is) 측정부(58), 상관 데이터 취득부(60), 목표 전압 연산부(62), 설정부(64), 판정부(66), 및 묘화 데이터 처리부(68)가 배치된다. 묘화 제어부(50), Ik 측정부(52), J 분포 작성부(54), 설정부(56), Is 측정부(58), 상관 데이터 취득부(60), 목표 전압 연산부(62), 설정부(64), 판정부(66), 및 묘화 데이터 처리부(68)라고 하는 각 기능은, 프로그램이라고 하는 소프트웨어로 구성되어도 좋다. 또는, 전자 회로 등의 하드웨어로 구성되어도 좋다. 또는, 이들의 조합이어도 좋다. 제어 계산기 유닛(110) 내에 필요한 입력 데이터 또는 연산된 결과는, 그 때마다 메모리(112)에 기억된다. 또한, 묘화 제어부(50), Ik 측정부(52), J 분포 작성부(54), 설정부(56), Is 측정부(58), 상관 데이터 취득부(60), 목표 전압 연산부(62), 설정부(64), 판정부(66), 및 묘화 데이터 처리부(68)의 적어도 1 개가 소프트웨어로 구성되는 경우에는, CPU 또는 GPU라고 하는 계산기가 배치된다.

여기서, 도 1에서는, 실시예 1을 설명하는데 있어서 필요한 구성을 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어, 통상, 필요한 그 밖의 구성을 갖추고 있어도 상관없다.

도 2는, 실시예 1에서의 전자 총과 전자 총 전원 회로의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도 2에서, 전자 총(201)은, 열 전자 총(열 방출형 전자 총)이며, 전자 총(201) 내에는, 캐소드(40)와, 웨넬트(42)(웨넬트 전극)와, 애노드(44)가 배치된다. 캐소드(40)로서, 예를 들면, 6 붕소화 랜턴(LaB6) 결정 등을 이용하면 바람직하다. 웨넬트(42)는, 캐소드(40)와 애노드(44)의 사이에 배치된다. 또한, 애노드(44)는, 접지되고, 전위가 그라운드 전위로 설정되어 있다. 전자 총(201)에는, 전자 총 전원 회로(130)가 접속된다.

전자 총 전원 회로(130) 내에서는, 가속 전압 전원 회로(132)와, 바이어스 전압 전원 회로(134)와, 필라멘트 전력 공급 회로(136)(필라멘트 전력 공급부)와, 전류 검출기(137, 138)가 배치된다. 가속 전압 전원 회로(132)의 음극(－)측이 전자 경통(102) 내의 캐소드(40)에 접속된다. 가속 전압 전원 회로(132)의 양극(＋)측은, 전자 경통(102) 내의 애노드(44)에 접속되고, 또한 접지(그라운드 접속)되어 있다. 또한, 가속 전압 전원 회로(132)의 음극(－)은, 바이어스 전압 전원 회로(134)의 양극(＋)에도 분기하여 접속되고, 바이어스 전압 전원 회로(134)의 음극(－)은, 웨넬트(42)에 전기적으로 접속된다. 환언하면, 바이어스 전압 전원 회로(134)는, 가속 전압 전원 회로(132)의 음극(－)과 웨넬트(42)와의 사이에 전기적으로 접속되도록 배치된다. 또한, 캐소드(40)의 전자 방출면과는 반대측의 부분은 도시하지 않은 히터 부재로 덮여 있다. 그리고, 필라멘트 전력 공급 회로(136)는, 이러한 캐소드(40)의 히터 부재에 접속된다. 가속 전압 전원 회로(132)는, 캐소드(40)와 애노드(44) 간에 가속 전압을 인가하게 된다. 바이어스 전압 전원 회로(134)는, 웨넬트(42)에 바이어스 전압을 인가하게 된다. 그리고, 필라멘트 전력 공급 회로(136)는, 히터 부재를 개재하여 캐소드(40)에 필라멘트 전력을 공급하여 가열하게 된다. 전류 검출기(137)는, 캐소드(40)의 히터 부재와 필라멘트 전력 공급 회로(136)와의 회로에 직렬로 접속되어 있다. 전류 검출기(138)는, 가속 전압 전원 회로(132)의 양극(＋)측과 그라운드와의 사이에 직렬로 접속되어 있다.

도 3A 및 도 3B는, 실시예 1에서의 애퍼쳐 부재의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 3A에서, 애퍼쳐 부재(203)에는, 종(y 방향) m 열 × 횡(x 방향) n 열(m, n≥2)의 홀(개구부)(22)이 소정의 배열 피치로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 도 3A에서는, 예를 들면, 512 × 8 열의 홀(22)이 형성된다. 각 홀(22)은, 모두 같은 치수 형상의 직사각형(矩形)으로 형성된다. 또는, 같은 외경의 원형이어도 상관없다. 여기에서는, y 방향의 각 열에 대해, x 방향으로 A부터 H까지의 8 개의 홀(22)이 각각 형성되는 예가 도시되어 있다. 이들 복수의 홀(22)을 전자 빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티 빔(20)이 형성되게 된다. 여기에서는, 종횡(x, y 방향)이 모두 2 열 이상의 홀(22)이 배치된 예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 종횡(x, y 방향) 어느 일방이 복수 열이고, 타방은 1 열뿐이어도 상관없다. 또한, 홀(22)의 배열의 방법은, 도 3A에 도시한 바와 같이, 종횡이 격자 형상으로 배치되는 경우로 한정되는 것은 아니다. 도 3B에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 종 방향(y 방향) 1 단째의 열과, 2 단째의 열의 홀끼리가, 횡 방향(x 방향)으로 치수 a만큼 어긋나게 배치되어도 좋다. 마찬가지로, 종 방향(y 방향) 2 단째의 열과, 3 단째의 열의 홀끼리가, 횡 방향(x 방향)으로 치수 b만큼 어긋나게 배치되어도 좋다.

도 4는, 실시예 1에서의 블랭킹 플레이트의 구성을 나타내는 개념도이다. 블랭킹 플레이트(204)에는, 애퍼쳐 부재(203)의 각 홀(22)의 배치 위치에 맞추어 통과 홀이 형성되고, 각 통과 홀에는, 쌍이 되는 2 개의 전극(24, 26)의 조(블랭커：제 1 편향기)가 각각 배치된다. 각 통과 홀을 통과하는 전자 빔(20)은, 각각 독립적으로 이러한 쌍이 되는 2 개의 전극(24, 26)에 인가되는 전압에 의해 편향된다. 이러한 편향에 의해 블랭킹 제어된다. 이와 같이, 복수의 블랭커가, 애퍼쳐 부재(203)의 복수의 홀(22)(개구부)을 통과한 멀티 빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행한다.

전자 총(201)(방출부)으로부터 방출된 전자 빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 거의 수직으로 애퍼쳐 부재(203) 전체를 조명한다. 애퍼쳐 부재(203)에는, 직사각형의 복수의 홀(개구부)이 형성되고, 전자 빔(200)은, 모든 복수의 홀이 포함되는 영역을 조명한다. 복수의 홀의 위치에 조사된 전자 빔(200)의 각 일부가, 이러한 애퍼쳐 부재(203)의 복수의 홀을 각각 통과함으로써, 예를 들면, 직사각형 형상의 복수의 전자 빔(멀티 빔)(20a~e)이 형성된다. 이러한 멀티 빔(20a~e)은, 블랭킹 플레이트(204)의 각각 대응하는 블랭커(제 1 편향기) 내를 통과한다. 이러한 블랭커는, 각각, 개별적으로 통과하는 전자 빔(20)을 편향한다(블랭킹 편향을 행한다). 그리고, 블랭킹 플레이트(204)를 통과한 멀티 빔(20a~e)은, 축소 렌즈(205)에 의해, 굴절시켜져 집광하고, 제한 애퍼쳐 부재(206)에 형성된 중심의 홀을 향해 나아간다. 여기서, 블랭킹 플레이트(204)의 블랭커에 의해 편향된 전자 빔(20)은, 제한 애퍼쳐 부재(206)(블랭킹 애퍼쳐 부재)의 중심의 홀로부터 위치가 어긋나, 제한 애퍼쳐 부재(206)에 의해 차폐된다. 한편, 블랭킹 플레이트(204)의 블랭커에 의해 편향되지 않은 전자 빔(20)은, 제한 애퍼쳐 부재(206)의 중심의 홀을 통과한다. 이러한 블랭커의 ON/OFF에 의해, 블랭킹 제어가 행해져, 빔의 ON/OFF가 제어된다. 이와 같이, 제한 애퍼쳐 부재(206)는, 복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐한다. 그리고, 빔 ON이 되고 나서 빔 OFF가 되기까지 형성된, 제한 애퍼쳐 부재(206)를 통과한 빔에 의해 1 회분의 쇼트의 빔이 형성된다. 제한 애퍼쳐 부재(206)를 통과한 멀티 빔(20)의 패턴상은, 대물 렌즈(207)에 의해 초점이 맞춰져, 편향기(214)에 의해 일괄되게 편향되어, 시료(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다.

묘화 장치(100)는, XY 스테이지(105)가 이동하면서 쇼트 빔을 연속하여 순서대로 조사해가는 라스터 스캔 방식으로 묘화 동작을 행하여, 원하는 패턴을 묘화할 때, 패턴에 따라 필요한 빔이 블랭킹 제어에 의해 빔 ON으로 제어된다.

도 5는, 실시예 1에서의 전류 밀도 분포의 균일성과 전자 총의 동작 시간의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 가변 성형형의 싱글 빔 방식의 묘화 장치를 이용하여, 마스크 면 상에 분포하는 복수의 30 μm각의 영역을, 각 측정 영역으로 하고, 이러한 각 측정 영역의 전류를 측정함으로써, 마스크 면 상의 전류 밀도 분포의 균일성을 측정했다. 구체적으로는, 제 1 성형 애퍼쳐를 통과한 빔 전체를 제 2 성형 애퍼쳐도 통과시키고, 이러한 제 1 성형 애퍼쳐상을 스테이지 상에 조사한다. 그 때, 스테이지 상에 배치된, 마스크 면 상에서 30 μm각에 상당하는 검출 면적을 가진 패러데이 컵의 위치를 각 측정 영역의 위치로 이동시키면서, 각 측정 영역의 위치에서 패러데이 컵에 의해 검출된 전류를 측정한다. 이에 의해, 각 측정 영역의 전류를 측정할 수 있다. 그 때, 마스크 면의 중심 위치의 측정 영역을 조사하는 빔에 마스크 면 상의 전류 밀도 분포의 피크가 포함되도록 광축 등을 조정했다. 그리고, 이러한 전류 밀도 분포의 피크가 포함되는 측정 영역의 전류를 일정하게 유지하기 위하여, 수십 분 간격으로 웨넬트 전압(바이어스 전압)을 조정했다. 그 결과, 도 5에 도시한 바와 같이, 전류 밀도 분포의 균일성은, 2000 시간에 약 0.3%의 변화밖에 없다는 실험 결과를 얻었다. 이러한 결과로부터, 멀티 빔 묘화에서도, 전류 밀도 분포의 피크가 포함되는 개별 빔의 전류를 일정하게 유지하기 위하여, 소정 간격으로 웨넬트 전압(바이어스 전압)을 조정하면, 장기간에 걸쳐 멀티 빔 전체에서의 전류 밀도 분포의 균일성을 고정밀도로 유지할 수 있음을 알아냈다.

도 6은, 실시예 1에서의 멀티 빔의 전류 조정 방법의 요부 공정을 설명하기 위한 플로우 차트도이다. 도 6에서, 실시예 1에서의 멀티 빔의 전류 조정 방법은, 개구부 면적 측정 공정(S102)과, 캐소드 온도 및 웨넬트 전압 설정 공정(S104)과, 개별 빔 전류(Ik) 측정 공정(S106)과, 전류 밀도(J) 분포 작성 공정(S108)과, 원점 홀 및 참조 영역 설정 공정(S110)과, 참조 영역 빔 설정 공정(S112)과, 참조 영역 빔 전류(Is) 측정 공정(S114)과, 상관 데이터 취득 공정(S116)과, 묘화 개시 후에, 스트라이프 영역마다의 패러데이 컵 이동 공정(S118)과, 참조 영역 빔 설정 공정(S120)과, 참조 영역 빔 전류(Is) 측정 공정(S122)과, 목표 전압 연산 공정(S124)과, 목표 전압 설정 공정(S126)과, 판정 공정(S128)이라고 하는 일련의 공정을 실시한다.

개구부 면적 측정 공정(S102)으로서, 애퍼쳐 부재(203)의 각 홀(22)을 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 촬상하고, 촬상한 상으로부터 멀티 빔의 각 빔을 형성하는 개구부의 개구 면적(Sk)을 산출한다. 또는, 애퍼쳐 부재(203)의 각 홀(22)에 레이저를 조사하고, 홀(22)마다의 레이저의 투과 광량을 이용하여 각 빔을 형성하는 개구부의 개구 면적(Sk)을 산출한다. 이하, k는, 개별 빔의 식별 번호 또는 좌표(벡터)를 나타낸다.

캐소드 온도 및 웨넬트 전압 설정 공정(S104)으로서, 묘화 제어부(50)는, 전자 총(201)이 양호하게 동작하는 캐소드 온도(필라멘트 전력)를 필라멘트 전력 공급 회로(136)로 설정한다. 또한, 묘화 제어부(50)는, 전자 총(201)이 양호하게 동작하는 웨넬트 전압을 바이어스 전압 전원 회로(134)로 설정한다.

개별 빔 전류(Ik) 측정 공정(S106)으로서, Ik 측정부(52)는, 멀티 빔의 각 빔의 전류치(ik)를 측정한다. 구체적으로는 이하와 같이 동작한다. 측정 대상의 빔만 빔 ON이 되고, 다른 빔은 빔 OFF가 되도록 블랭킹 플레이트(204) 내의 블랭커에서 편향한다. 이에 의해, 대상 빔(20)만을 스테이지 상까지 이끌 수 있다. 그 때, 패러데이 컵(106)에 이러한 대상 빔(20)이 조사되도록 XY 스테이지(105)를 이동시켜 둔다. 이에 의해, 대상 빔(20)의 전류치를 검출할 수 있다. 나머지의 빔은, 제한 애퍼쳐 부재(206)로 차폐된다. 따라서, 묘화실(103)까지 빔이 도달하기 전에 차폐된다. 따라서, 스테이지(105) 또는 시료(101)까지 빔이 도달하는 일은 없다. 패러데이 컵(106)으로 측정된 정보는, 앰프(132)로 디지탈 신호로 변환되어, Ik 측정부(52)로 출력된다. 이에 의해, Ik 측정부(52)는, 대상 빔의 전류(ik)를 측정할 수 있다. 이러한 동작을 모든 빔에 대해 실시한다. 이에 의해, 빔마다의 빔 전류(ik)를 측정할 수 있다.

전류 밀도(J) 분포 작성 공정(S108)으로서, J 분포 작성부(54)는, 측정된 각 빔 전류(ik)를 애퍼쳐 부재(203)의 대응하는 홀(22)의 개구 면적(Sk)으로 나눔으로써, 각 빔의 전류 밀도(J)를 연산한다. 그리고, J 분포 작성부(54)는, 빔 위치(빔 형성한 홀(22)의 위치)마다, 연산된 전류 밀도(J)를 정의하여, 전류 밀도(J) 분포를 작성한다.

도 7은, 실시예 1에서의 멀티 빔의 전류 밀도 분포의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 멀티 빔의 전류 밀도 분포는, 피크 위치를 기준으로 하여 방사 형상으로 분포한다. 그 때문에, 멀티 빔의 전류 밀도 분포에서는, 전류 밀도의 최대치를 100%로 하여, 전류 밀도에 의한 등고선을 그릴 수 있다.

이상과 같이 하여, 전자 총(201)으로부터 방출된 전자 빔의 일부가 각각 애퍼쳐 부재(203)의 복수의 홀(22)을 통과함으로써 형성된 멀티 빔의 전류 밀도 분포를 취득한다.

원점 홀 및 참조 영역 설정 공정(S110)으로서, 설정부(56)는, 전류 밀도 분포를 참조하여, 원점 홀 및 참조 영역을 설정한다.

도 8은, 실시예 1에서의 참조 영역의 일례를 나타내는 도면이다. 설정부(56)는, 전류 밀도 분포를 참조하여, 멀티 빔 중, 우선, 최대 전류 밀도가 되는 빔 형성홀(22)(원점 홀)을 설정한다. 도 8의 예에서는, 전류 밀도(J)가 99%의 영역 내에 있는 99%의 등고선과 겹쳐지지 않는 1 개의 홀을 원점 홀로 설정한다. 그리고, 설정부(56)는, 전류 밀도 분포를 참조하여, 전류 밀도(J)가 역치 이상인 영역을 설정한다. 도 8의 예에서는, 예를 들면, 역치를 99%로 설정한 경우에는, 원점 홀만이 선택된다. 예를 들면, 역치를 98%로 설정한 경우에는, 원점 홀을 포함한 98%의 등고선 내에 위치하는 복수의 홀(23)이 선택된다. 그 때, 등고선에 홀(22)의 일부라도 겹치는 경우에는, 그 홀은 포함되지 않게 한다. 이상과 같이 선택된 영역을 참조 영역(25)으로서 설정한다. 역치는 적절히 설정되면 된다.

참조 영역 빔 설정 공정(S112)으로서, 설정부(56)는, 전류 밀도 분포를 참조하여, 멀티 빔 중, 전류 밀도(J)가 역치 이상인 적어도 1 개의 빔을 선택한다. 구체적으로는, 설정된 참조 영역(25) 내의 복수의 홀(23)에 의해 형성되는 빔군(참조 빔)을 선택하여 설정한다. 도 8의 예에서는, 예를 들면, 역치를 99%로 설정한 경우에는, 원점 홀에 의해 형성되는 빔만이 참조 빔으로서 선택된다. 예를 들면, 역치를 98%로 설정한 경우에는, 원점 홀을 포함한 98%의 등고선 내에 위치하는 복수의 홀(22)에 의해 형성되는 빔군이 참조 빔으로서 선택된다. 이상과 같이 하여, 설정부(56)는, 적어도 1 개의 빔(참조 빔)을 선택한다. 이러한 설정에 의해, 묘화 제어부(50)는, 참조 영역 내의 빔군(참조 빔)만 빔 ON이 되고, 다른 빔은 빔 OFF가 되도록 제어 회로(120)를 개재하여 블랭킹 플레이트(204) 내의 블랭커를 제어한다. 또한, 패러데이 컵(106)에 이러한 참조 영역 내의 빔군(참조 빔)이 조사되도록, XY 스테이지(105)를 이동시킨다.

참조 영역 빔 전류(Is) 측정 공정(S114)으로서, Is 측정부(58)는, 멀티 빔 중, 참조 빔의 전류치(Is)를 측정한다. 구체적으로는, 이하와 같이 동작한다.

도 9는, 실시예 1에서의 참조 영역 빔 전류를 측정하는 수법을 설명하기 위한 개념도이다. 참조 빔(20b, 20c, 20d)만 빔 ON이 되고, 다른 빔(20a, 20e)은 빔 OFF가 되도록 블랭킹 플레이트(204) 내의 블랭커에서 편향한다. 이에 의해, 참조 빔(20b, 20c, 20d)만을 스테이지 상까지 이끌 수 있다. 그리고, 패러데이 컵(106)에 이러한 참조 빔(20b, 20c, 20d)이 조사되어, 참조 빔(20b, 20c, 20d) 전체의 전류치를 검출한다. 나머지의 빔(20a, 20e)은 제한 애퍼쳐 부재(206)로 차폐된다. 따라서, 묘화실(103)까지 빔이 도달하기 전에 차폐된다. 패러데이 컵(106)으로 측정된 정보는, 앰프(132)로 디지탈 신호로 변환되어, Is 측정부(58)로 출력된다. 이에 의해, Is 측정부(58)는, 참조 빔(20b, 20c, 20d) 전체의 전류치(Is)를 측정할 수 있다. 참조 빔이, 예를 들면 1 개의 빔(20c)뿐이면, Is 측정부(58)는, 빔(20c)만의 전류치(Is)를 측정하는 것은 말할 것도 없다. 또는, 참조 빔이, 예를 들면 1 개의 빔(20c)뿐이면, 상술한 개별 빔의 측정 결과를 유용해도 좋다.

상관 데이터 취득 공정(S116)으로서, 전자 총(201)의 웨넬트 전극(42)에 인가하는 웨넬트 전압(바이어스 전압)을 가변으로 하여, 참조 빔의 전류치(참조 전류)를 각각 측정한다.

도 10A 및 도 10B는, 실시예 1에서의 온도 제한 영역과 공간 전하 영역을 설명하기 위한 개념도이다. 도 10A에는, 온도 제한 영역이 도시되어 있다. 도 10B에는, 공간 전하 영역이 도시되어 있다. 도 10A에 도시한 온도 제한 영역 내에서는, 음극(캐소드)으로부터 나온 전자는, 양극(애노드) 방향으로 나아간다. 이 상태에서는, 방출되는 전자 수는 음극 온도에 크게 의존하게 된다. 이에 대해, 캐소드 온도가 높아지면, 도 10B에 도시한 공간 전하 영역으로 이행한다. 공간 전하 영역 내에서는, 캐소드 온도가 높아졌기 때문에, 방출된 전자 수가 증가한다. 그 때문에, 음극 전면에 공간 전하로 불리우는 전자 운이 형성된다. 그리고, 공간 전하에 의해 음극으로부터의 전자 방출에 음의 피드백 효과를 미치므로, 방출되는 전자 수는 음극 온도에 의존하지 않게 된다. 여기서, 실시예 1에서는, 음극 온도(캐소드 온도)에 의존하지 않는 공간 전하 영역에서 전자 총(201)을 동작시킨다.

도 11은, 실시예 1에서의 웨넬트 전압과 참조 전류와의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 공간 전하 영역의 전자 총(201)의 동작점의 주변에서는, 참조 전류가 웨넬트 전압에 실질적으로 비례한다. 묘화 장치(100)에서는, 이러한 공간 전하 영역의 전자 총(201)의 동작점의 주변에서 가동시키므로, 상관 데이터 취득 공정(S116)에서는, 전자 총(201)의 동작점의 전후를 포함한 주변 전압(C)에서의 참조 전류의 변화를 측정하면 된다.

도 12는, 실시예 1에서의 웨넬트 전압과 참조 전류와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 12에서, 종축에 참조 전류(Is)를 도시한다. 횡축에 웨넬트 전압(Vw)을 도시한다. 상관 데이터 취득 공정(S116)에서의 측정 결과, 도 12에 도시한 바와 같이, 실질적으로 일차 비례의 관계를 얻을 수 있다. 이상과 같이 하여, 상관 데이터 취득부(60)는, 웨넬트 전극에 인가하는 전압과 참조 빔의 전류치와의 상관 관계를 취득한다. 그리고, 상관 데이터를 기억 장치(142)에 저장해 둔다. 여기에서는, 그래프로 나타내고 있으나, 상관 데이터 취득부(60)는, 플롯 데이터를 근사하여, 상관 관계식을 구해도 바람직하다. 이러한 경우, 상관 관계식, 또는 상관 관계식의 계수를 기억 장치(142)에 저장해 둔다.

이상까지의 각 공정을 실시함으로써, 웨넬트 전압과 참조 전류와의 관계를 취득한다. 이후, 이러한 상관 관계를 이용하여, 묘화 대상의 시료(101)에 대해, 실제의 묘화를 실시하고 있는 도중에 전류 조정을 행해간다. 따라서, 이상까지의 각 공정을 실시한 후, 묘화 대상의 시료(101)에 대해, 실제의 묘화를 개시한다.

묘화 공정으로서, 우선, 묘화 데이터 처리부(68)는, 후술하는 스트라이프 영역마다, 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 판독하고, 복수 단의 데이터 변환 처리를 행하여, 장치 고유의 쇼트 데이터를 생성한다. 그리고, 제어 회로(120)는, 쇼트 데이터를 따라, 묘화부(150)의 각 구성의 동작을 제어한다. 도 13A 내지 도 13C는, 실시예 1에서의 묘화 동작을 설명하기 위한 개념도이다.

도 13A에 도시한 바와 같이, 시료(101)의 묘화 영역(30)은, 예를 들면, Y 방향을 향해 소정의 폭으로 직사각형 형상의 복수의 스트라이프 영역(32)에 가상 분할된다. 이러한 각 스트라이프 영역(32)은, 묘화 단위 영역이 된다. 우선, XY 스테이지(105)를 이동시켜, 제 1 번째의 스트라이프 영역(32)의 좌단, 또는 추가로 좌측의 위치에 1 회의 멀티 빔(20)의 조사로 조사 가능한 조사 영역(34)이 위치하도록 조정하여, 묘화가 개시된다. 제 1 번째의 스트라이프 영역(32)을 묘화하려면, XY 스테이지(105)를, 예를 들면 -x 방향으로 이동시킴으로써, 상대적으로 x 방향으로 묘화를 행해간다. XY 스테이지(105)는, 소정의 속도로, 예를 들면 연속 이동시킨다. 제 1 번째의 스트라이프 영역(32)의 묘화 종료 후, 스테이지 위치를 -y 방향으로 이동시켜, 제 2 번째의 스트라이프 영역(32)의 우단, 또는 추가로 우측의 위치에 조사 영역(34)이 상대적으로 y 방향에 위치하도록 조정하고, 이번에는, 도 13B에 도시한 바와 같이, XY 스테이지(105)를, 예를 들면 x 방향으로 이동시킴으로써, －x 방향을 향해 똑같이 묘화를 행한다. 제 3 번째의 스트라이프 영역(32)에서는, x 방향을 향해 묘화하고, 제 4 번째의 스트라이프 영역(32)에서는, －x 방향을 향해 묘화한다고 하는 것처럼, 교대로 방향을 바꾸면서 묘화함으로써 묘화 시간을 단축할 수 있다. 단, 이러한 교대로 방향을 바꾸면서 묘화하는 경우에 한정되지 않고, 각 스트라이프 영역(32)을 묘화할 때, 같은 방향을 향해 묘화를 행하여도 상관없다. 1 회의 쇼트에서는, 도 13C에 도시한 바와 같이, 애퍼쳐 부재(203)의 각 홀(22)을 통과함으로써 형성된 멀티 빔에 의해, 각 홀(22)과 같은 수의 복수의 쇼트 패턴(36)이 한 번에 형성된다. 예를 들면, 애퍼쳐 부재(203)의 하나의 홀(A)을 통과한 빔은, 도 13C에 도시한 「A」의 위치에 조사되고, 그 위치에 쇼트 패턴(36)을 형성한다. 마찬가지로, 예를 들면, 애퍼쳐 부재(203)의 하나의 홀(B)을 통과한 빔은, 도 13C에 도시한 「B」의 위치에 조사되고, 그 위치에 쇼트 패턴(36)을 형성한다. 이하, C~H에 대해서도 마찬가지이다. 그리고, 각 스트라이프(32)를 묘화할 때, x 방향을 향해 XY 스테이지(105)가 이동하는 중, 편향기의 기능을 겸한 정전 렌즈(214)의 적어도 1 개에 의해 모든 빔(멀티 빔)을 일괄되게 편향하면서, 쇼트 빔을 연속하여 순서대로 조사해가는 라스터 스캔 방식으로 묘화한다.

여기서, 묘화 장치(100)는, 시료(101)를 XY 스테이지(105) 상에 재치하여, XY 스테이지(105)를 연속 이동시키면서, 또는 스텝 앤드 리피트 동작시키면서 시료(101) 상에 패턴을 묘화한다.

도 14A 및 도 14B는, 실시예 1의 비교예에서의 캐소드의 증발에 따른 전류 밀도 분포의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 여기에서는, 실시예 1의 비교예로서, 캐소드 열화에 대해 실시예 1의 수법을 실시하지 않는 경우를 나타낸다. 도 14A에서, 캐소드 열화 전 상태에서는, 캐소드(음극)로부터 방출된 전자 빔은, 크로스 오버를 형성한 후, 확장되어, 조명 렌즈(콜리메이터 렌즈)에 의해, 거의 수직인 빔으로 굴절되어, 마스크(시료) 면측으로 진행한다. 시간의 경과에 따라, 캐소드가 증발(열화)되어오면, 캐소드의 방출면의 면적이 좁아진다. 그러나, 웨넬트 전압은 변화하고 있지 않으므로, 전류 밀도가 높아진다. 그 때문에, 크로스 오버 후의 빔의 확장도 작은 것이 된다. 도 14B에서는, 캐소드 열화 전후의 각 상태에서의 전류 밀도 분포를 나타내고 있다. 캐소드 열화 전 상태에 비해, 캐소드가 증발(열화)되어오면, 상술한 바와 같이, 빔의 확장이 작아져, 전류 밀도 분포의 피크치가 높아진다. 이와 같이, 캐소드 열화 전후에서는, 전류 밀도 분포의 형상이 크게 변화한다.

도 15는, 실시예 1의 비교예에서의 캐소드의 증발 전후의 전류 밀도 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 여기에서는, 실시예 1의 비교예로서, 캐소드 열화에 대해 실시예 1의 수법을 실시하지 않는 경우를 나타낸다. 도 15에서, 종축에 전류 밀도(J)를 도시하고, 횡축에 위치(r)를 도시하고 있다. 도 15에 도시한 바와 같이, 캐소드 열화 전의 전류 밀도 분포(A)에 비해, 캐소드 열화 후의 전류 밀도 분포(B)에서는, 분포의 확장이 작아져, 전류 밀도 분포의 피크치가 높아지고 있음을 알 수 있다.

여기서, 실시예 1에서는, 이하와 같이, 참조 빔의 웨넬트 전압을 정기적으로 조정함으로써, 전류 밀도 분포의 피크치가 열화 후도 높아지지 않도록 조정한다. 실시예 1에서는, 예를 들면, 묘화 개시 후, 스트라이프 영역(32)의 묘화 종료마다, 참조 빔의 웨넬트 전압을 조정한다.

스트라이프 영역마다의 패러데이 컵 이동 공정(S118)으로서, 묘화 제어부(50)는, 제어 회로(120)를 개재하여, XY 스테이지(105)에 배치된 시료(101)에 패턴을 묘화하고 있는 도중에, 시료(101)의 묘화 영역을 직사각형 형상으로 가상 분할한 스트라이프 영역(32)의 묘화가 종료할 때마다, 참조 빔(참조 영역 내의 적어도 1 개의 빔)이 XY 스테이지(105)에 배치된 패러데이 컵(106)(전류 검출기)에 입사 가능한 위치로 XY 스테이지(105)를 이동시킨다.

참조 영역 빔 설정 공정(S120)으로서, 설정부(56)는, 전류 밀도 분포를 참조하여, 멀티 빔 중, 전류 밀도(J)가 역치 이상인 적어도 1 개의 빔(참조 빔)을 선택한다. 이러한 설정에 의해, 묘화 제어부(50)는, 참조 영역 내의 빔군(참조 빔)만 빔 ON이 되고, 다른 빔은 빔 OFF가 되도록 제어 회로(120)를 개재하여 블랭킹 플레이트(204) 내의 블랭커를 제어한다.

참조 영역 빔 전류(Is) 측정 공정(S122)으로서, Is 측정부(58)는, 스테이지를 이동시킨 후, 멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치보다 작은 빔을 차폐한 상태에서, 전류 밀도(J)가 역치 이상인 적어도 1 개의 빔(참조 빔)을 패러데이 컵(106)에 입사시켜, 스트라이프 영역(32)의 묘화가 종료할 때마다, 참조 빔의 전류치(Is)를 측정한다. 측정 수법은, 상술한 수법과 같아도 상관없다.

목표 전압 연산 공정(S124)으로서, 목표 전압 연산부(62)는, 스트라이프 영역(32)의 묘화가 종료할 때마다, 상관 관계를 이용하여, 측정된 참조 전류의 값(Is)이 목표 전류치(Is0)가 되기 위한 웨넬트 전극에 인가하는 목표 전압치를 연산한다. 예를 들면, 도 12에 도시한 바와 같이, 측정된 참조 전류의 값(Is＇)에 대응하는 웨넬트 전극(Vw＇)으로부터 목표 전류치(Is0)에 대응하는 웨넬트 전극(Vw0)까지의 차분을 연산한다. 이러한 차분은, 측정된 참조 전류의 값(Is)이 목표 전류치(Is0)가 되기 위해 웨넬트 전극을 작게 해야 할 때엔, 음의 값으로서 정의되면 좋다. 또한, 측정된 참조 전류의 값(Is)이 목표 전류치(Is0)가 되기 위해 웨넬트 전극을 크게 해야 할 때엔, 양의 값으로서 정의되면 좋다. 그리고, 현재 설정되어 있는 웨넬트 전극(Vw)에 대해 얻어진 차분을 가산한 값을 목표 전압으로서 연산한다.

목표 전압 설정 공정(S126)으로서, 설정부(64)는, 목표 전압치를 바이어스 전압 전원 회로(134)로 설정한다. 그리고, 바이어스 전압 전원 회로(134)는, 목표 전압치를 웨넬트 전극(42)에 인가한다.

이상에 의해, 목표 전류치의 빔이 참조 빔으로서 조사된다. 따라서, 참조 영역 내의 전류 밀도가 유지된다.

판정 공정(S128)으로서, 판정부(66)는, 묘화 처리가 종료했는지의 여부를 판정한다. 아직 묘화가 종료되지 않은 경우에는, 스트라이프 영역마다의 패러데이 컵 이동 공정(S118)으로 되돌아와, 묘화 처리가 종료할 때까지, 스트라이프 영역마다 패러데이 컵 이동 공정(S118)으로부터 판정 공정(S128)까지의 각 공정을 반복한다.

도 16A 및 도 16B는, 실시예 1에서의 캐소드의 증발에 따른 전류 밀도 분포의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 16A에서, 캐소드 열화 전 상태에서는, 캐소드(음극)로부터 방출된 전자 빔은, 도 14A에서 도시한 상태와 같이, 크로스 오버를 형성한 후, 확장되어가, 조명 렌즈(202)(콜리메이터 렌즈)에 의해 거의 수직인 빔으로 굴절시켜, 마스크(시료) 면측으로 진행한다. 시간의 경과에 의해, 캐소드가 증발(열화)되어오면, 캐소드의 방출면의 면적이 좁아진다. 그러나, 실시예 1에서는, 웨넬트 전압을 조정하고 있으므로, 빔의 강도를 약하게 하여, 캐소드 열화 전과 거의 같은 강도로 할 수 있다. 그 결과, 캐소드 열화 전보다 상방의 위치에 크로스 오버를 형성시킬 수 있다. 이 때문에, 크로스 오버 후의 빔의 확장은, 비교예에 비해 넓게 할 수 있어, 캐소드 열화 전과 거의 같은 넓이로 할 수 있다. 환언하면, 전류 밀도가 높아지는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 크로스 오버 후의 빔의 확장도 캐소드 열화 전과 거의 같게 할 수 있다. 그리고, 캐소드 열화 전과 거의 같게 확장된 전자 빔은, 조명 렌즈(202)(콜리메이터 렌즈)에 의해 거의 수직인 빔으로 굴절시켜, 마스크(시료) 면측으로 진행한다. 도 16B에서는, 캐소드 열화 전후의 각 상태에서의 전류 밀도 분포를 나타내고 있다. 캐소드 열화 전 상태에 비해, 캐소드가 증발(열화)해도, 실시예 1에서는, 빔의 확장도 열화 전과 같이 유지할 수 있고, 전류 밀도 분포의 피크치가 높아지는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 실시예 1에서는, 캐소드 열화 전후에 있어서, 실질적으로 같은 전류 밀도 분포의 형상을 유지할 수 있다.

도 17은, 실시예 1에서의 캐소드의 증발 전후의 전류 밀도 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 17에서, 종축에 전류 밀도(J)를 도시하고, 횡축에 위치(r)를 도시하고 있다. 도 17에 도시한 바와 같이, 캐소드 열화 전의 전류 밀도 분포(A)에 비해, 캐소드 열화 후의 전류 밀도 분포(B)에서는, 분포의 확장의 차이도 비교예에 비해 작아지고, 전류 밀도 분포의 피크치가 변화하고 있지 않음을 알 수 있다.

여기서, 상술한 예에서는, 시료(101)에 패턴을 묘화하고 있는 도중에, 스트라이프 영역(32)마다 전류 조정을 행하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 시료(101)에 패턴을 묘화하고 있는 도중에, 소정의 시간이 경과할 때마다, 참조 빔의 전류치가 측정되도록 해도 좋다. 1 개의 시료(예를 들면, 마스크)를 묘화하기 위해서는, 예를 들면, 24시간 이상 필요한 경우가 많아지고 있다. 캐소드(40)의 온도를, 예를 들면 1800K, 웨넬트 전압을 -500V(가속 전압으로 가산 전의 값)로 전자 총(201)을 사용한 경우, 24 시간에 전류 밀도(J)가 1% 변화하는 결과를 얻었다. 전류 밀도(J)의 오차 허용치를, 예를 들면 0.1%로 하면, 24 시간당 10 회 정도 전류 조정을 행하면 좋다. 따라서, 2.4 시간마다, 또는, 2.4 미만의 소정의 간격마다 전류 조정을 행해도 바람직하다. 전류 조정을 행하는 간격은, 전류 밀도(J)의 오차와 오차 허용치에 따라 적절히 설정하면 된다. 또한, 스트라이프 영역 수는, 10 개부터는 큰 폭으로 많으므로, 전류 밀도(J)의 오차가, 상술한 오차 허용치를 웃도는 것을 회피할 수 있다.

도 18A 및 도 18B는, 실시예 1에서의 멀티 빔과 싱글 빔에서의 전류 조정의 차이를 설명하기 위한 도면이다. 예를 들면, 가변 성형 방식의 싱글 빔 묘화에서는, 제 1 성형 애퍼쳐를 통과한 빔이 묘화에 사용된다. 따라서, 이러한 제 1 성형 애퍼쳐를 통과한 빔 1 개에 대해, 전류량(전류량의 적분치)이 유지되면 충분하다. 그 때문에, 도 18A에 도시한 바와 같이, 전자 총(201)으로부터 방출된 전자 빔의 전류 밀도 분포의 피크가, 이러한 제 1 성형 애퍼쳐를 통과한 빔 1 개에 포함되지 않은 경우에도, 이러한 빔 1 개에 대해, 전류량이 유지되면 충분하다. 이와 같이, 싱글 빔에서는, 캐소드 열화 전의 전류 밀도 분포(A)로부터 캐소드 열화 후의 전류 밀도 분포(B)로 변화하여 피크치가 변화한 경우에도 그 영향은 작다. 환언하면, 싱글 빔에서는, 전류 밀도 분포의 피크가 사용하는 빔에 포함되어 있는지의 여부를 신경쓸 필요가 없다. 따라서, 단지, 계측되는 빔의 전류량의 유지를 도모하면 충분해진다. 이에 대해, 멀티 빔에서는, 수많은 빔을 형성하므로, 사용하는 빔의 폭이 넓다. 그 때문에, 도 18B에 도시한 바와 같이, 전자 빔의 전류 밀도 분포의 피크가 애퍼쳐 부재(203)의 어느 하나의 홀(22)을 통과하는 빔에 포함된다. 그 때문에, 멀티 빔에서는, 캐소드 열화 전의 전류 밀도 분포(A)로부터 캐소드 열화 후의 전류 밀도 분포(B)로 변화하여 피크치가 변화한 경우, 그 영향은 크다. 따라서, 전류 밀도 분포의 피크치를 무시한 싱글 빔과 같은 조정의 방법으로는, 멀티 빔의 전류 조정은 곤란해진다. 따라서, 실시예 1에서는, 전류 밀도 분포의 피크치를 포함한 참조 빔의 전류량을 유지하도록 조정함으로써, 멀티 빔 특유의 문제를 해결할 수 있다.

이상과 같이, 실시예 1에 의하면, 멀티 빔 묘화를 행하는 경우의 시간의 경과에 따른 전류 밀도 분포의 변화를 억제할 수 있다. 따라서, 묘화 할 때의, 시간의 경과에 따른 패턴 치수의 열화를 억제할 수 있다.

실시예 2.

실시예 1에서는, 멀티 빔 중, 일부의 1 개 이상의 빔을 참조 빔으로 하는 경우를 설명했다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예 2에서는, 멀티 빔의 모든 빔을 참조 빔으로 하는 경우를 설명한다. 묘화 장치(100)의 구성은, 이하 설명하는 점을 제외하고, 도 1과 같다. 또한, 실시예 2에서의 멀티 빔의 전류 조정 방법의 요부 공정은, 도 6과 같다. 이하, 특별히 설명이 없는 내용은, 실시예 1과 같다.

도 19는, 실시예 2에서의 참조 영역 빔 전류를 측정하는 수법의 다른 일례를 설명하기 위한 개념도이다. 여기에서는, 전류 밀도의 역치를 느슨하게 하여, 멀티 빔의 모든 빔을 참조 빔으로 하는 경우를 설명한다. 이러한 경우에는, 멀티 빔의 모든 빔의 전전류치를 측정할 필요가 있다. 따라서, 전빔의 검출이 가능한 사이즈의 입사면을 가진 패러데이 컵이 필요하다. 환언하면, 전빔의 검출이 가능한 사이즈의 입사면을 가진 패러데이 컵(106)을 구비하면, 멀티 빔의 모든 빔을 참조 빔으로 할 수 있다. 이러한 경우, 참조 빔(20a, 20b, 20c, 20d, 20e)이 빔 ON이 되도록 블랭킹 플레이트(204) 내의 블랭커에서 편향한다. 그리고, 패러데이 컵(106)에 이러한 참조 빔(20a, 20b, 20c, 20d, 20e)이 조사되어, 참조 빔(20a, 20b, 20c, 20d, 20e) 전체의 전류치를 검출한다. 패러데이 컵(106)으로 측정된 정보는, 앰프(132)로 디지탈 신호로 변환되어 Is 측정부(58)로 출력된다. 이에 의해, Is 측정부(58)는, 참조 빔(20a, 20b, 20c, 20d, 20e) 전체의 전류치(Is)를 측정할 수 있다.

실시예 3.

실시예 1, 2에서는, XY 스테이지(105)에 1 개의 패러데이 컵(106)을 배치한 구성에 대해 설명했다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예 3에서는, 복수의 패러데이 컵(106)을 XY 스테이지(105) 상에 배치하는 경우를 설명한다. 묘화 장치(100)의 구성은, 이하 설명하는 점을 제외하고, 도 1과 같다. 또한, 실시예 3에서의 멀티 빔의 전류 조정 방법의 요부 공정은, 도 6과 같다. 이하, 특별히 설명이 없는 내용은, 실시예 1과 같다.

도 20은, 실시예 3에서의 개별 빔 전류를 측정하는 수법의 다른 일례를 설명하기 위한 개념도이다. 실시예 3에서는, 복수의 패러데이 컵(106a, 106b, 106c)을 XY 스테이지(105) 상에 배치한다. 이에 의해, 개별 빔 전류(Ik) 측정 공정(S106)에서, Ik 측정부(52)는, 동시에 복수의 개별 빔의 전류치(ik)를 측정할 수 있다. 구체적으로는, 이하와 같이 동작한다. 측정 대상의 복수의 빔만 빔 ON이 되고, 다른 빔은 빔 OFF가 되도록 블랭킹 플레이트(204) 내의 블랭커에서 편향한다. 이에 의해, 측정 대상의 복수의 빔만을 스테이지 상까지 이끌 수 있다. 그 때, 복수의 패러데이 컵(106a, 106b, 106c)에 각각 1 개씩의 빔(20)이 조사되도록 XY 스테이지(105)를 이동시켜 둔다. 이에 의해, 동시에 복수의 개별 빔의 전류치(ik)를 검출할 수 있다. 나머지의 빔은, 제한 애퍼쳐 부재(206)로 차폐된다. 따라서, 묘화실(103)까지 빔이 도달하기 전에 차폐된다. 개별 빔 전류를 측정하려면, 빔 갯수가 많으므로 시간이 걸린다. 이에 대해, 실시예 3에 의하면, 동시에 복수의 개별 빔의 전류치(ik)를 검출할 수 있으므로, 측정 시간을 큰 폭으로 단축할 수 있다. 도 20의 예는, 3 개의 빔을 동시에 검출하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 2 개여도 좋고, 4 개 이상이어도 좋다. 동시 검출 개수에 맞추어, 또는, 동시 검출 갯수보다 많은 패러데이 컵(106)을 XY 스테이지(105) 상에 배치하면 좋다.

이상, 구체적인 예를 참조하면서 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 이러한 구체적인 예에 한정되는 것은 아니다. 상술한 라스터 스캔 동작은 일례이며, 멀티 빔을 이용한 라스터 스캔 동작 그 밖의 동작 방법이어도 좋다.

또한, 장치 구성이나 제어 수법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했으나, 필요한 장치 구성이나 제어 수법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요한 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 것도 없다.

그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 하전 입자 빔 묘화 방법 및 하전 입자 빔 묘화 장치는, 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명의 몇 개의 실시예를 설명하였으나, 이들 실시예는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시예는, 그 밖의 여러 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시예나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 동시에, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등 범위에 포함된다.

Claims

웨넬트 전극을 가지는 열 전자 총으로부터 방출된 전자 빔의 일부가 각각 복수의 개구부를 통과함으로써 형성된 멀티 빔의 전류 밀도 분포를 취득하는 단계;
상기 전류 밀도 분포를 참조하여, 상기 멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치 이상인 적어도 1 개의 빔을 선택하는 단계;
상기 열 전자 총의 웨넬트 전극에 인가하는 전압을 가변으로 하여, 상기 전류 밀도가 역치 이상인 적어도 1 개의 빔의 전류치를 각각 측정하고, 상기 웨넬트 전극에 인가하는 전압과, 상기 적어도 1 개의 빔의 전류치와의 상관 관계를 취득하는 단계;
스테이지에 배치된 시료에 패턴을 묘화하고 있는 도중에, 상기 시료의 묘화 영역을 직사각형 형상으로 가상 분할한 스트라이프 영역의 묘화가 종료할 때마다, 상기 적어도 1 개의 빔이 상기 스테이지에 배치된 전류 검출기에 입사 가능한 위치로 상기 스테이지를 이동하는 단계;
상기 스테이지를 이동시킨 후, 상기 멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치보다 작은 빔을 차폐한 상태에서, 상기 적어도 1 개의 빔을 상기 전류 검출기에 입사시켜, 상기 스트라이프 영역의 묘화가 종료할 때마다, 상기 적어도 1 개의 빔의 전류치를 측정하는 단계;
상기 상관 관계를 이용하여, 측정된 전류치가 목표 전류치가 되기 위한 웨넬트 전극에 인가하는 목표 전압치를 연산하는 단계; 및
상기 목표 전압치를 상기 웨넬트 전극에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 빔의 전류 조정 방법.
제1항에 있어서,
주사형 전자 현미경을 이용하여 상기 복수의 개구부를 촬상하는 단계; 및
촬상된 상으로부터 멀티 빔의 각 빔을 형성하는 상기 복수의 개구부의 대응하는 개구부의 개구 면적을 각각 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 개구부에 레이저를 조사하는 단계; 및
개구부마다의 레이저의 투과 광량을 이용하여 각 빔을 형성하는 개구부의 개구 면적을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,
각 빔을 형성하는 개구부의 개구 면적을 각각 산출한 후에, 상기 열 전자 총이 양호하게 동작하는 캐소드 온도를 필라멘트 전력 공급 회로로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,
각 빔을 형성하는 개구부의 개구 면적을 각각 산출한 후에, 상기 열 전자 총이 양호하게 동작하는 캐소드 온도를 필라멘트 전력 공급 회로로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,
각 빔을 형성하는 개구부의 개구 면적을 각각 산출한 후에, 멀티 빔의 각 빔의 전류치를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,
각 빔을 형성하는 개구부의 개구 면적을 각각 산출한 후에, 멀티 빔의 각 빔의 전류치를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
웨넬트 전극을 가지는 열 전자 총으로부터 방출된 전자 빔의 일부가 각각 복수의 개구부를 통과함으로써 형성된 멀티 빔의 전류 밀도 분포를 취득하는 단계;
상기 전류 밀도 분포를 참조하여, 상기 멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치 이상인 적어도 1 개의 빔을 선택하는 단계;
상기 멀티 빔 중, 전류 밀도가 역치보다 작은 빔을 차폐한 상태에서, 전류 밀도가 역치 이상인 상기 적어도 1 개의 빔의 전류치를 측정하는 단계;
상기 열 전자 총의 웨넬트 전극에 인가하는 전압과, 상기 적어도 1 개의 빔의 전류치와의 상관 관계를 이용하여, 측정된 전류치가 목표 전류치가 되기 위한 웨넬트 전극에 인가하는 목표 전압치를 연산하는 단계; 및
상기 목표 전압치를 상기 웨넬트 전극에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 빔의 전류 조정 방법.
제8항에 있어서,
시료에 패턴을 묘화하고 있는 도중에, 상기 시료의 묘화 영역을 직사각형 형상으로 가상 분할한 스트라이프 영역의 묘화가 종료할 때마다, 상기 적어도 1 개의 빔의 전류치가 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
시료에 패턴을 묘화하고 있는 도중에, 소정의 시간이 경과할 때마다, 상기 적어도 1 개의 빔의 전류치가 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 열 전자 총의 웨넬트 전극에 인가하는 전압을 가변으로 하여, 상기 적어도 1 개의 빔의 전류치를 각각 측정하고, 상기 상관 관계를 취득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
주사형 전자 현미경을 이용하여 상기 복수의 개구부를 촬상하고,
촬상된 상으로부터 멀티 빔의 각 빔을 형성하는 상기 복수의 개구부의 대응하는 개구부의 개구 면적을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 복수의 개구부에 레이저를 조사하고, 개구부마다의 레이저의 투과 광량을 이용하여 각 빔을 형성하는 개구부의 개구 면적을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.