KR20150094542A - 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 일태양의 하전 입자빔 묘화 장치는, 하전 입자빔을 방출하는 방출부와,묘화 대상 시료가 재치되는 스테이지와, 시료면 상에 하전 입자빔을 집속하는 대물 렌즈와, 스테이지를 내부에 배치하는 챔버와, 챔버 내가 대기압보다 낮은 압력으로 제어된 상태에서, 챔버 내의 소정의 가스의 분압을 측정하는 측정부와, 소정의 가스의 분압에 따라, 시료면 상에 하전 입자빔을 집속하는 포커스 위치를 조정하는 조정부를 구비한 것을 특징으로 한다.

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 것으로, 예를 들면 전자빔 묘화 장치에서의 전자빔의 포커스 조정을 행하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 유일하게 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 필요해진다. 여기서, 전자선(전자빔) 묘화 기술은 본질적으로 뛰어난 해상성을 가지고 있어, 고정밀도의 원화 패턴의 생산에 이용된다.
도 11은 가변 성형형 전자선 묘화 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 가변 성형형 전자선(EB : Electron beam) 묘화 장치는 이하와 같이 동작한다. 제1 애퍼처(aperture)(410)에는 전자선(330)을 성형하기 위한 직사각형의 개구(411)가 형성되어 있다. 또한, 제2 애퍼처(420)에는 제1 애퍼처(410)의 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 제1 애퍼처(410)의 개구(411)를 통과한 전자선(330)은 편향기에 의해 편향되고, 제2 애퍼처(420)의 가변 성형 개구(421)의 일부를 통과하여, 소정의 일방향(예를 들면, X 방향이라고 함)으로 연속적으로 이동하는 스테이지 상에 탑재된 시료(340)에 조사된다. 즉, 제1 애퍼처(410)의 개구(411)와 제2 애퍼처(420)의 가변 성형 개구(421)의 양방을 통과할 수 있는 직사각형 형상이, X 방향으로 연속적으로 이동하는 스테이지 상에 탑재된 시료(340)의 묘화 영역에 묘화된다. 제1 애퍼처(410)의 개구(411)와 제2 애퍼처(420)의 가변 성형 개구(421)의 양방을 통과시켜, 임의 형상을 작성하는 방식을 가변 성형 방식(VSB 방식)이라고 한다.
묘화 장치에서는, 전자빔 등의 하전 입자빔을 편향기에 의해 편향시킴으로써 원하는 위치에 빔을 조사하여 패턴을 묘화하는데, 장치의 사용에 수반하여, 이러한 편향기가 오염 물질 등에 의해 오염되어, 빔 드리프트가 발생하는 것과 같은 문제가 있었다. 이 때문에, 전자빔 묘화에서는, 이러한 빔 드리프트를 보정하는 것이 행해지고 있다(예를 들면, 일본특허공개공보 2007-43083호 참조). 그러나, 드리프트량을 보정해도, 그 원인이 되는 오염 물질이 제거되는 것은 아니므로, 빔 드리프트를 억제하기 위해서는 이러한 오염 물질을 제거하는 것이 유효하다고 생각된다. 이 때문에, 이러한 오염 물질을 제거하기 위하여 묘화 장치의 경통 내에 세정용의 가스를 흘리는 것과 같은 것이 검토되고 있다.
그러나, 이러한 세정용의 가스를 흘리면 전자빔의 포커스가 이탈한다고 하는 문제를 알게 되었다.
본 발명은 빔의 포커스 이탈을 보정하는 것이 가능한 하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법을 제공한다.
본 발명의 일태양의 하전 입자빔 묘화 장치는,
하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
묘화 대상 시료가 재치(載置)되는 스테이지와,
시료면 상에 하전 입자빔을 집속(合焦)하는 대물 렌즈와,
스테이지를 내부에 배치하는 챔버와,
챔버 내가 대기압보다 낮은 압력으로 제어된 상태에서, 챔버 내의 소정의 가스의 분압을 측정하는 측정부와,
소정의 가스의 분압에 따라, 시료면 상에 하전 입자빔을 집속하는 포커스 위치를 조정하는 조정부
를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양의 하전 입자빔 묘화 장치는,
하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
묘화 대상 시료가 재치되는 스테이지와,
상기 시료면 상에 상기 하전 입자빔을 집속하는 대물 렌즈와,
상기 시료면 상의 원하는 위치에 상기 하전 입자빔을 편향하는 편향기와,
상기 스테이지를 내부에 배치하는 챔버와,
상기 챔버 내가 대기압보다 낮은 압력으로 제어된 상태에서, 상기 챔버 내의 소정의 가스의 분압을 측정하는 측정부와,
상기 편향기의 편향량을 제어하고, 또한 상기 편향기를 이용하여, 상기 소정의 가스의 분압에 따라, 상기 시료면 상에 상기 하전 입자빔을 집속하는 포커스 위치를 조정하는 편향 제어부
를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일태양의 하전 입자빔 묘화 방법은,
묘화 대상 시료가 재치되는 스테이지를 내부에 배치하는 챔버 내가 대기압보다 낮은 압력으로 제어된 상태에서, 챔버 내의 소정의 가스의 분압을 측정하고,
소정의 가스의 분압에 따라, 시료면 상에 하전 입자빔을 집속하는 포커스 위치를 조정하고,
포커스 위치가 소정의 가스의 분압에 따라 조정된 상태에서, 하전 입자빔을 이용하여 상기 시료에 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 2는 실시예 1에서의 포커스 조정의 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 실시예 1에서의 포커스 위치의 이탈을 설명하기 위한 그래프의 일례이다.
도 4는 실시예 1에서의 전자 경통 내의 압력과 시각과의 관계의 일례를 나타내고 있다.
도 5는 실시예 1에서의 전자 경통 내의 압력과 포커스 위치에서의 대물 렌즈의 렌즈값(여자(勵磁))과의 관계의 일례를 나타내고 있다.
도 6은 실시예 1에서의 전자 경통 내의 O3 가스 분압과 포커스 위치에서의 대물 렌즈의 렌즈값(여자)과의 관계의 일례를 나타내고 있다.
도 7은 실시예 1에서의 상관 테이블의 일례를 나타낸 개념도이다.
도 8은 실시예 1에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타낸 순서도이다.
도 9는 실시예 2에서의 묘화 장치의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 10은 실시예 2에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타낸 순서도이다.
도 11은 가변 성형형 전자선 묘화 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 실시예에서는, 빔의 포커스 이탈을 보정하는 것이 가능한 묘화 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
이하, 실시예에서는, 하전 입자빔의 일례로서 전자빔을 이용한 구성에 대하여 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되지 않고, 이온빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다. 또한, 하전 입자빔 장치의 일례로서 가변 성형형의 묘화 장치에 대하여 설명한다.
실시예 1.
도 1은 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다. 도 1에서, 묘화 장치(100)는 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는 하전 입자빔 묘화 장치의 일례이다. 특히, 가변 성형형의 묘화 장치의 일례이다. 묘화부(150)는 전자 경통(102)과 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 블랭킹 편향기(212), 블랭킹 애퍼처(214), 제1 애퍼처(203), 투영 렌즈(204), 편향기(205), 제2 애퍼처(206), 대물 렌즈(207), 주편향기(208) 및 부편향기(209)가 배치되어 있다. 묘화실(103) 내에는 스테이지(105)가 배치된다. 스테이지(105)는, 수평 방향(x, y 방향)으로 이동이 가능한 XY 스테이지(106)와, XY 스테이지(106) 상에 배치되고 상하 방향(z 방향)으로 이동이 가능한 Z 스테이지(107)를 가지고 있다. Z 스테이지(107)는, XY 스테이지(106) 상면 전면이 아닌, 일부의 영역을 남기고 배치되어 있다. Z 스테이지(107) 상에는, 레지스트가 도포된, 묘화 대상이 되는 마스크 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는, 반도체 장치를 제조할 시의 노광용 마스크가 포함된다. 또한 시료(101)에는, 레지스트가 도포된, 아직 아무것도 묘화되지 않은 마스크 블랭크스가 포함된다. 또한, Z 스테이지(107)와는 상이한 XY 스테이지(106) 상의 영역에는, 예를 들면 봉 형상의 서포트 부재(108)가 배치되고, 서포트 부재(108) 상에 마크(109)가 배치된다. Z 스테이지(107) 상에 시료(101)가 배치된 상태에서, Z 스테이지(107)의 이동에 의해 시료(101) 상면이 마크(109)의 상면과 동일한 높이 위치로 하는 것이 가능한 높이 위치에 마크(109)의 상면 높이 위치는 배치(고정)되어 있다.
또한, 전자 경통(102) 측면에는 세정용 가스를 공급 가능한 공급 홀(216)이 형성되고, 공급 라인이 접속된다. 공급 라인은 가스 탱크(300)에 접속되고, 공급 라인의 도중에 매스 플로우 미터(MF)(302)와 밸브(304)가 배치된다. 공급 홀(216)의 높이 위치는 대물 편향기가 되는 주편향기(208) 및 부편향기(209)보다 상류측(빔 조사원측)에 배치되면 적합하다. 가스 탱크(300)에는 오존(O3)이 충전되고, 가스 탱크(300)로부터 전자 경통(102) 내로 O3 가스가 공급 가능하게 되어 있다.
또한, 전자 경통(102) 측면에는 배기용의 개구부가 형성되고, 밸브(181)를 개재하여 진공 펌프(180)에 접속된다. 전자 경통(102) 내는 진공 펌프(180)에 의해 내부의 가스가 배기되어, 대기압보다 낮은 진공 상태로 제어된다. 마찬가지로 묘화실(103)에는, 배기용의 개구부가 형성되고, 밸브(183)를 개재하여 진공 펌프(182)에 접속된다. 묘화실(103) 내는 진공 펌프(182)에 의해 내부의 가스가 배기되어, 대기압보다 낮은 진공 상태로 제어된다.
제어부(160)는 제어 계산기(170), 메모리(172), 제어 계산기(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(120), 렌즈 제어 회로(130), DAC(디지털·아날로그 컨버터) 앰프(132), 분압계(134) 및 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(140, 142, 144)를 가지고 있다. 제어 계산기(170), 메모리(172), 제어 계산기(110), 메모리(112), 편향 제어 회로(120), 렌즈 제어 회로(130), 분압계(134) 및 기억 장치(140, 142, 144)는 도시하지 않은 버스를 개재하여 접속되어 있다.
제어 계산기(110) 내에는 묘화 데이터 처리부(50) 및 묘화 제어부(52)가 배치된다. 묘화 데이터 처리부(50) 및 묘화 제어부(52)와 같은 기능은, 전기 회로 등의 하드웨어로 구성되어도 되고, 이들의 기능을 실행하는 프로그램 등의 소프트웨어로 구성되어도 된다. 혹은, 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구성되어도 된다. 묘화 데이터 처리부(50) 및 묘화 제어부(52)에 입출력되는 정보 및 연산 중의 정보는 메모리(112)에 그때마다 저장된다.
제어 계산기(170) 내에는 오존(O3) 분압 취득부(60), 오프셋 취득부(62) 및 판정부(64, 66)가 배치된다. O3 분압 취득부(60), 오프셋 취득부(62) 및 판정부(64, 66)와 같은 기능은 전기 회로 등의 하드웨어로 구성되어도 되고, 이들의 기능을 실행하는 프로그램 등의 소프트웨어로 구성되어도 된다. 혹은, 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구성되어도 된다. O3 분압 취득부(60), 오프셋 취득부(62) 및 판정부(64, 66)에 입출력되는 정보 및 연산 중의 정보는 메모리(172)에 그때마다 저장된다.
여기서, 도 1에서는, 실시예 1을 설명함에 있어 필요한 구성을 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어, 통상, 필요한 그 외의 구성을 구비하고 있어도 상관없다. 예를 들면, 위치 편향(대물 편향)용으로는, 주편향기(208)와 부편향기(209)의 주부 2 단의 다단 편향기를 이용하고 있지만, 1 단의 편향기 혹은 3 단 이상의 다단 편향기에 의해 위치 편향을 행하는 경우여도 된다. 또한, 묘화 장치(100)에는 마우스 또는 키보드 등의 입력 장치, 모니터 장치 및 외부 인터페이스 회로 등이 접속되어 있어도 상관없다.
여기서, 편향기(예를 들면, 주편향기(208) 및 부편향기(209))의 오염에 따른 빔 드리프트를 억제하기 위해서는 O3 가스가 유효하다. O3 가스를 전자 경통(102) 내로 공급 후, O3 가스에 전자빔을 조사함으로써 산소 라디칼을 발생시킬 수 있다. 그리고, 이러한 산소 라디칼이 편향기에 부착한 오염 물질(탄화수소)을 분해하여 가스화함으로써 오염 물질을 제거할 수 있다. 그 결과로서, 빔 드리프트를 억제 혹은 저감할 수 있다. 한편, 전자 경통(102) 내로 공급된 O3 가스는 전자 경통(102) 내뿐 아니라 묘화실(103)(묘화 챔버) 내에도 확산된다. O3 가스 분위기 중에서는, O3 가스가 공급되어 있지 않은 진공 하에 비해 전자빔(200)의 초점 심도(포커스)가 변화하는 것이 실험에 의해 확인되어 있다. 전자빔의 포커스는 스테이지(105) 상의 마크(109)를 이용하여, 소정의 타이밍에 자동 조정을 행하는데, 조정용 마크(109) 상면과 시료(101)의 묘화면에는 미소한 높이의 차이가 발생한다.
도 2는 실시예 1에서의 포커스 조정의 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 미리 고정 마크(109) 상에서 전자빔(200)의 포커스를 조정한다. 조정은 대물 렌즈(207)의 여자로 행한다. 이 때의 대물 렌즈(207)의 여자의 값을 A라고 한다. 묘화 시, 시료(101) 표면(묘화면)과 고정 마크(109)의 표면과의 높이가 일치하도록 Z 스테이지(107)를 Z 방향으로 ΔZ 이동시킨다. 예를 들면, 도시하지 않은 Z 센서로 시료(101)면과 마크(109) 표면의 높이 위치를 측정하고, 시료(101)면의 높이 위치를 마크(109) 표면의 높이 위치에 맞추도록 Z 스테이지(107)로 이동시키면 된다.
이러한 상태에서 이론적으로는, 시료(101)면과 고정 마크(109)의 높이가 일치하므로, 대물 렌즈(207)의 여자를 A로 하면 시료(101)면 상에서도 저스트 포커스가 될 것이다. 그러나, 실제로 대물 렌즈(207)의 여자를 변화시켜 묘화를 행하고, 묘화된 패턴을 측정하면, 여자 = A일 때에는 저스트 포커스가 되지 않고, 가변된 여자 = A'일 때 저스트 포커스가 되는 것이 실험적으로 증명되어 있다.
이상으로부터, 시료(101)를 묘화할 시에는, 고정 마크(109)에서 얻어진 최적의 대물 렌즈 조정값(A)에 (A'-A)라고 하는 고정값을 플러스한다. 이 (A'-A)를 포커스 오프셋이라고 부른다. 포커스 오프셋의 값은, 시료(101)의 재질 또는 두께가 동일하면, 동일하게 재현되는 것을 실험 결과로부터 알고 있다.
도 3은 실시예 1에서의 포커스 위치의 이탈을 설명하기 위한 그래프의 일례이다. 도 3에서, 종축은 우도(尤度)(Dose Latitude), 횡축은 포커스 위치를 나타내고 있다. 도 3에서는, 포커스 위치 '0'이 마크(109)로 포커스 조정된 기준 위치를 나타내고 있다. 조정되는 포커스 위치는 우도가 가장 작아지는 변곡점에 맞춘다. 우도는, 패턴 치수(CD)(변화분)와 전자빔의 조사량(dose)과의 관계를 나타내는 파라미터(계수)로서 정의되면 된다. 오염 물질의 세정을 행하지 않는 O3 가스를 챔버 내로 공급하지 않은 환경 하에서는, 그래프(A)가 나타내는 바와 같이, 예를 들면 포커스 위치가 기준 위치로부터 +a만큼 이탈한다. 따라서, +a에 상당하는 포커스 오프셋이 필요하다. 한편, 오염 물질의 세정을 행하는 O3 가스를 챔버 내로 공급한 환경 하에서는, 그래프(B)가 나타내는 바와 같이, 예를 들면 포커스 위치가 기준 위치로부터 -b만큼 이탈한다. 따라서, -b에 상당하는 포커스 오프셋이 필요하다. 이와 같이, O3 가스의 유무에 따라 포커스 위치가 상이하다. 또한, O3 가스의 유무뿐 아니라, O3 가스의 분압에 따라 포커스 위치는 변화한다.
도 4는 실시예 1에서의 전자 경통 내의 압력과 시각과의 관계의 일례를 나타내고 있다. 도 4에서는, 일단, 진공 펌프에 의해 전자 경통 내를 진공 배기하여, 내부의 압력을 낮게(진공) 한 상태에서, 소정의 시간 경과마다 O3 가스를 공급하여, 전자 경통(102) 내부의 압력을 서서히 높게(진공도를 낮게) 한 경우의 일례를 나타내고 있다.
도 5는 실시예 1에서의 전자 경통 내의 압력과 포커스 위치에서의 대물 렌즈의 렌즈값(여자)과의 관계의 일례를 나타내고 있다. 도 5에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, O3 가스를 공급함으로써, 서서히 전자 경통(102) 내의 압력을 높게(진공도를 낮게) 한 경우의 포커스 위치에서의 대물 렌즈(207)의 렌즈값(여자)의 변화의 일례를 나타내고 있다. 이와 같이, O3 가스에 의해 전자 경통(102) 내의 압력을 높게(진공도를 낮게) 해 가면 포커스시키기 위한 대물 렌즈(207)의 렌즈값(여자)이 변화하는 것을 알 수 있다.
도 6은 실시예 1에서의 전자 경통 내의 O3 가스 분압과 포커스 위치에서의 대물 렌즈의 렌즈값(여자)과의 관계의 일례를 나타내고 있다. 도 4와 도 5의 관계로부터, O3 가스의 공급량을 늘려 가면(O3 가스 분압을 높여 가면), 도 6과 같이 대물 렌즈(207)의 렌즈값(여자)이 변화한다. 따라서 실시예 1에서는, O3 가스 분압과 포커스 오프셋값과의 관계를 실험 등에 의해 미리 구해 둔다. 포커스 오프셋값은, 상술한 바와 같이, 여자값(A'-A)으로 정의해도 되고, 혹은 예를 들면 높이 방향(z 방향)에 대한 이탈량(높이 치수)으로서 정의되어도 된다.
도 7은 실시예 1에서의 상관 테이블의 일례를 나타낸 개념도이다. 이러한 실험 등에 의해, 도 7에 나타낸 바와 같이, O3 가스 분압과 포커스 오프셋값과의 상관 관계를 나타내는 상관 테이블(보정 테이블)을 작성해 둔다. 상관 테이블은 묘화 개시 전에 기억 장치(144)에 기억해 둔다.
도 8은 실시예 1에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타낸 순서도이다. 도 8에서, 실시예 1에서의 묘화 방법은, O3 가스 분압 측정 공정(S102)과, 포커스 오프셋 취득 공정(S104)과, 조정(갱신) 공정(S106)과, 묘화 공정(S114)과, 판정 공정(S120)과, 판정 공정(S122)과 같은 일련의 공정을 실시한다.
먼저, 편향기의 오염 물질을 제거하기 위한 O3 가스를 흘리기 전에, 묘화 장치(100)는 다른 시료에 대하여 묘화 처리를 실시하고 있었던 것으로 한다. 그 때에는, 상술한 바와 같이 마크(109)를 이용한 포커스 조정과 이러한 포커스 위치로부터의 오프셋값의 측정이 행해져 있었던 것은 말할 필요도 없다. 이러한 묘화 장치(100)의 사용에 의해, 오염 물질이 편향기(예를 들면, 주편향기(208) 또는 부편향기(209))에 부착한 후에, 상술한 바와 같이, O3 가스를 전자 경통(102) 내로 공급하고, 전자빔(200)을 조사하여 발생시킨 산소 라디칼에 의해 오염 물질을 제거한다. 도 8에서는, 이러한 세정 작업이 행해진 후, 혹은 적어도 O3 가스를 전자 경통(102) 내로 공급한 후의 상태로부터의 동작을 설명한다.
O3 가스 분압 측정 공정(S102)으로서, 분압계(134)는, 묘화실(103)(챔버) 내가 진공 펌프(182) 등에 의해 대기압보다 낮은 압력으로 제어된 상태에서, 묘화실(103) 내의 O3 가스(소정의 가스)의 분압을 측정한다. 분압계(134)는 측정부의 일례가 된다. 측정 결과는 O3 분압 취득부(60)에 출력된다. 이에 의해, O3 분압 취득부(60)는, 묘화실(103) 내의 O3 가스 분압을 취득한다. O3 가스는, 예를 들면 전자 경통(102) 내에 계속 흘리고 있어도 되고, 세정 시에만 흘려도 된다. O3 가스를 계속 흘림으로써, 묘화 처리 중에도 묘화 처리에 이용하는 전자빔을 이용하여 자동적으로 세정을 행할 수 있다.
포커스 오프셋 취득 공정(S104)으로서, 오프셋 취득부(62)는, 기억 장치(144)로부터 상관 테이블을 독출하고, 측정된 O3 가스의 분압에 대응하는 포커스 오프셋값을 취득한다. 취득된 포커스 오프셋값은 제어 계산기(110)에 출력된다.
조정(갱신) 공정(S106)으로서, 묘화 제어부(52)는, 입력한 포커스 오프셋값을 렌즈 제어 회로(130)에 설정한다. 렌즈 제어 회로(130)에는, 사전에 지금까지 사용한 포커스 오프셋값이 설정되어 있는데, 금회의 새로운 포커스 오프셋값으로 설정값을 갱신한다. 이에 의해, 대물 렌즈(207)에 여자되는 전압이 보정된다. 따라서, O3 가스(소정의 가스)의 분압에 따라, 대물 렌즈(207)에 의한 포커스 위치가 조정되게 된다. 렌즈 제어 회로(130)는 조정부의 일례이다. 또한, 포커스 오프셋값이 여자값(A'-A)으로 정의되어 있는 경우에는, 렌즈 제어 회로(130)는, 당초의 여자값으로 갱신된 포커스 오프셋값을 가산하면 된다. 포커스 오프셋값이, 예를 들면 높이 방향(z 방향)에 대한 이탈량(높이 치수)으로 정의되어 있는 경우에는, 렌즈 제어 회로(130)는, 당초의 여자값에 대응하는 높이 방향(z 방향) 위치에 갱신된 포커스 오프셋값을 가산한 후, 이러한 가산값을 대응하는 여자값으로 변환하면 된다.
묘화 공정(S114)으로서, 묘화부(150)는, 포커스 위치가 상기 소정의 가스의 분압에 따라 조정된 상태에서, 하전 입자빔을 이용하여 상기 시료에 패턴을 묘화한다. 여기서는, 예를 들면 O3 가스(소정의 가스)를 전자 경통(102)(및 묘화실(103))(챔버) 내에 흘리면서, 시료(101)에 패턴을 묘화한다. 여기서, 묘화함에 있어, 먼저 묘화 장치(100)는 이하와 같이 동작한다. 우선, 묘화 데이터 처리부(50)는, 기억 장치(140)로부터 묘화 대상 칩의 패턴 데이터(묘화 데이터)를 독출하고, 복수 단의 데이터 변환 처리를 행하여 장치 고유의 샷 데이터를 생성한다. 칩의 패턴 데이터에는, 적어도 1 개 이상의 도형 패턴이 정의된다. 그러나, 묘화 장치(100)와 도형 패턴을 묘화하기 위해서는, 1 회의 빔의 샷으로 조사할 수 있는 사이즈로 칩의 패턴 데이터에 정의된 도형 패턴을 분할할 필요가 있다. 따라서, 묘화 데이터 처리부(50)는, 실제로 묘화하기 위하여, 각 도형 패턴을 1 회의 빔의 샷으로 조사할 수 있는 샷 사이즈로 분할하여 샷 도형을 생성한다. 그리고, 샷 도형마다 샷 데이터를 생성한다. 샷 데이터에는, 예를 들면 도형 종류, 도형 사이즈 및 조사 위치와 같은 도형 데이터가 정의된다. 그 외에, 조사량에 따른 조사 시간이 정의된다. 생성된 샷 데이터는 기억 장치(142)에 저장된다.
묘화 장치(100)에서는, 시료(101)의 묘화 영역(10)이, 주편향기(208)의 편향 가능 폭으로, 예를 들면 y 방향을 향해 직사각형 형상으로 복수의 스트라이프 영역으로 가상 분할된다. 또한, 각 스트라이프 영역은 부편향기(209)의 편향 가능 사이즈로, 메시 형상으로 복수의 서브 필드(SF)(소영역)로 가상 분할된다. 그리고, 각 SF의 각 샷 위치에 대응하는 샷 도형이 묘화된다.
묘화 장치(100)에서는, 복수 단의 편향기를 이용하여, 스트라이프 영역마다 묘화 처리를 진행시켜 간다. 여기서는, 일례로서 주편향기(208) 및 부편향기(209)와 같은 2 단 편향기가 이용된다. 스테이지(105)가 예를 들면 -x 방향을 향해 연속 이동하면서, 1 번째의 스트라이프 영역에 대하여 x 방향을 향해 묘화를 진행시켜 간다. 그리고, 1 번째의 스트라이프 영역의 묘화 종료 후, 마찬가지로 혹은 반대 방향을 향해 2 번째의 스트라이프 영역의 묘화를 진행시켜 간다. 이후, 마찬가지로 3 번째 이후의 스트라이프 영역의 묘화를 진행시켜 간다. 그리고, 주편향기(208)가, XY 스테이지(105)의 이동에 추종하도록, SF의 기준 위치에 전자빔(200)을 차례로 편향한다. 또한, 부편향기(209)가, 각 SF의 기준 위치(A)로부터 당해 SF(30) 내에 조사되는 빔의 각 샷 위치에 전자빔(200)을 편향한다. 이와 같이, 주편향기(208) 및 부편향기(209)는 사이즈가 상이한 편향 영역을 가진다.
편향 제어 회로(120)는, 샷 데이터에 정의되는 위치에 따라 주편향 데이터 및 부편향 데이터를 생성한다. 마찬가지로, 샷 데이터 혹은 별도 마련되는 조사 시간 데이터(조사량 데이터)에 기초하여, 블랭킹 데이터를 생성한다. 마찬가지로, 샷 데이터에 정의되는 도형 종류 및 사이즈에 따라 성형 데이터를 생성한다. 주편향 데이터는 DAC 앰프(132)에 출력된다. 부편향 데이터는 도시하지 않은 부편향용의 DAC 앰프에 출력한다. 블랭킹 데이터는 도시하지 않은 블랭킹 제어용의 DAC 앰프에 출력한다. 성형 데이터는 도시하지 않은 빔 성형용의 DAC 앰프에 출력한다.
그리고, 도시하지 않은 블랭킹 제어용의 DAC 앰프에서는, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 증폭시킨 다음 편향 전압으로서 블랭킹 편향기(212)에 인가한다. 이러한 편향 전압에 의해 전자빔(200)이 편향되어, 빔 ON과 빔 OFF의 전환이 행해지고, 이에 의해 각 샷의 빔이 형성된다.
도시하지 않은 성형 편향 제어용의 DAC 앰프에서는, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 증폭시킨 다음 편향 전압으로서 편향기(205)에 인가한다. 이러한 편향 전압에 의해 전자빔(200)이 편향되어, 제1 애퍼처(203)를 통과한 전자빔(200)의 제2 애퍼처(206)의 개구부 통과 위치가 제어되고, 이에 의해 각 샷의 빔이 가변 성형된다.
DAC 앰프(132)에서는, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 증폭시킨 다음 편향 전압으로서 주편향기(208)에 인가한다. 이러한 편향 전압에 의해 전자빔(200)이 편향되고, 각 샷의 빔이 메시 형상으로 가상 분할된 소정의 서브 필드(SF)의 기준 위치에 편향된다.
도시하지 않은 부편향용의 DAC 앰프에서는, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 증폭시킨 다음 편향 전압으로서 부편향기(209)에 인가한다. 이러한 편향 전압에 의해 전자빔(200)이 편향되고, 각 샷의 빔이 메시 형상으로 가상 분할된 소정의 서브 필드(SF) 내의 각 샷 위치에 편향된다.
이상과 같이, 편향 제어 회로(120)로부터 제어된 각 DAC 앰프로부터의 신호에 기초하여, 묘화부(150)는, 전자빔(200)을 이용하여, 당해 도형 패턴을 시료(100)에 묘화한다. 구체적으로, 이하와 같이 동작한다.
전자총(201)(방출부)으로부터 방출된 전자빔(200)은, 블랭킹 편향기(212) 내를 통과할 시 블랭킹용의 DAC 앰프로부터의 편향 신호에 의해 제어되는 블랭킹 편향기(212)에 의해, 빔 ON의 상태에서는, 블랭킹 애퍼처(214)를 통과하도록 제어되고, 빔 OFF의 상태에서는, 빔 전체가 블랭킹 애퍼처(214)로 차폐되도록 편향된다. 빔 OFF의 상태에서 빔 ON이 되고, 그 후 빔 OFF가 될 때까지 블랭킹 애퍼처(214)를 통과한 전자빔(200)이 1 회의 전자빔의 샷이 된다. 블랭킹 편향기(212)는, 통과하는 전자빔(200)의 방향을 제어하여, 빔 ON의 상태와 빔 OFF의 상태를 교호로 생성한다. 예를 들면, 빔 ON의 상태에서는 전압을 인가하지 않고, 빔 OFF 시에 블랭킹 편향기(212)에 전압을 인가하면 된다. 이러한 각 샷의 조사 시간(t)으로 시료(101)에 조사되는 전자빔(200)의 샷 당 조사량이 조정되게 된다.
이상과 같이 블랭킹 편향기(212)와 블랭킹 애퍼처(214)를 통과함으로써 생성된 각 샷의 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 직사각형의 홀을 가지는 제1 성형 애퍼처(203) 전체를 조명한다. 여기서, 전자빔(200)을 먼저 직사각형으로 성형한다. 그리고, 제1 성형 애퍼처(203)를 통과한 제1 애퍼처 상의 전자빔(200)은, 투영 렌즈(204)에 의해 제2 성형 애퍼처(206) 상에 투영된다. 편향기(205)에 의해, 이러한 제2 성형 애퍼처(206) 상에서의 제1 애퍼처 상은 편향 제어되어, 빔 형상과 치수를 변화시킬(가변 성형을 행할) 수 있다. 이러한 가변 성형은 샷마다 행해지고, 통상, 샷마다 상이한 빔 형상과 치수로 성형된다. 그리고, 제2 성형 애퍼처(206)를 통과한 제2 애퍼처 상의 전자빔(200)은, O3 가스(소정의 가스)의 분압에 따라 조정된 포커스 오프셋에 의해 초점 위치가 보정된 대물 렌즈(207)에 의해 초점을 맞추고(집속하고), 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의해 편향되어, 연속적으로 이동하는 XY 스테이지(105)에 배치된 시료(101)의 원하는 위치에 조사된다. 도 1에서는, 위치 편향에, 주부 2 단의 다단 편향을 이용한 경우를 나타내고 있다. 이러한 경우에는, 주편향기(208)로 SF(30)의 기준 위치에 스테이지 이동에 추종하면서 해당 샷의 전자빔(200)을 편향하고, 부편향기(209)로 SF 내의 각 조사 위치에 이러한 해당 샷의 빔을 편향하면 된다. 이러한 동작을 반복하고, 각 샷의 샷 도형을 연결함으로써, 원하는 패턴을 묘화한다. 이러한 묘화 동작은 스트라이프마다 실시된다.
이상과 같이, 실시예 1에서는, 챔버 내의 소정의 가스의 분압에 대응한 포커스 오프셋값을 이용하여 포커스 위치가 조정된 상태에서, 시료(101)에 패턴이 묘화된다. 이러한 동작에 의해, 포커스 이탈(디포커스)을 억제 혹은 저감할 수 있다.
판정 공정(S120)으로서, 판정부(64)는, 하나의 스트라이프 영역에 대한 묘화 처리가 종료될 때마다, 모든 스트라이프 영역에 대하여 묘화가 종료되었는지 여부를 판정한다. 아직 묘화되어 있지 않은 스트라이프 영역이 있는 경우에는 판정 공정(S122)으로 진행된다. 모든 스트라이프 영역에 대하여 묘화가 종료되어 있는 경우에는 묘화 처리가 종료된다.
판정 공정(S122)으로서, 판정부(66)는, 포커스 조정을 행하는 소정의 기간(Tx)이 경과했는지 여부를 판정한다. 경과하고 있지 않은 경우에는, 판정 공정(S120)으로 돌아온다. 그리고, 모든 스트라이프 영역에 대하여 묘화가 종료되거나, 혹은 소정의 기간이 경과할 때까지, 판정 공정(S120)과 판정 공정(S122)을 반복한다. 소정의 기간이 경과한 경우에는, O3 가스 분압 측정 공정(S102)으로 돌아와, 모든 스트라이프 영역에 대하여 묘화가 종료될 때까지, O3 가스 분압 측정 공정(S102)에서 판정 공정(S122)까지의 각 공정을 반복한다. 포커스 조정을 행하는 기간(Tx)은, 스트라이프 영역마다여도 되고, 복수의 스트라이프 영역을 묘화할 때마다여도 된다. 또한, 그 기간(Tx)은 가변으로 설정되어도 된다. 예를 들면, 처음에는 기간이 짧고, 그리고 서서히 길게 해도 된다. 예를 들면, 도시하지 않은 빔 드리프트 보정을 행하는 타이밍에 맞추어 행해도 된다. 혹은, 편향기 등에 부착한 오염 물질의 제거를 행하는 타이밍에 맞추어 행해도 된다. 편향기 등에 부착한 오염 물질의 제거를 행하는 간격은, 스트라이프 영역마다여도 되고, 복수의 스트라이프 영역을 묘화할 때마다여도 된다. 혹은, 복수의 시료(101)를 묘화할 때마다 행해도 된다.
이상과 같이, 실시예 1에 의하면, 편향기 등에 부착한 오염 물질의 제거를 행할 수 있고, 또한 가스의 유입에 따른 빔의 포커스 이탈을 보정할 수 있다. 따라서, 디포커스에 따른 패턴의 위치 이탈 등을 억제 혹은 저감할 수 있다. 또한, 오염 물질의 제거에 의해, 빔 드리프트를 억제 혹은 저감할 수 있다.
실시예 2.
실시예 1에서는, 대물 렌즈(207)를 여자하는 전압값을 보정했지만, 이에 한정되지 않는다. 실시예 2에서는 다른 방법으로 포커스 이탈을 보정한다.
도 9는 실시예 2에서의 묘화 장치의 구성을 나타낸 개념도이다. 도 9에서, 제어 계산기(170) 내에 차분 연산부(68)가 추가된 점, 편향 제어 회로(120) 내에 보정부(122), 편향량 연산부(124) 및 포커스 조정량 연산부(126)가 추가된 점 이외는 도 1과 동일하다.
도 10은 실시예 2에서의 묘화 방법의 주요부 공정을 나타낸 순서도이다. 도 10에서, 조정(갱신) 공정(S106) 대신에, 차분 연산 공정(S108)과, 포커스 조정량 연산 공정(S110)과, 편향량 연산 공정(S112)과, 다이내믹 포커스 보정 공정(S113)을 포커스 오프셋 취득 공정(S104)과 묘화 공정(S114)의 사이에 추가한 점 이외는 도 8과 동일하다. 이하, 특별히 설명하는 점 이외의 내용은 실시예 1과 동일하다.
O3 가스 분압 측정 공정(S102)과 포커스 오프셋 취득 공정(S104)의 내용은 실시예 1과 동일하다.
차분 연산 공정(S108)으로서, 차분 연산부(68)는, 묘화 제어부(52)를 통하여 렌즈 제어 회로(130)에 현재 설정되어 있는 포커스 오프셋값을 독출하고, 금회 취득된 포커스 오프셋값과의 차분을 연산한다. 실시예 2에서는, 포커스 오프셋값을 높이 방향(z 방향)의 치수로 정의하면 된다. 차분값은 편향 제어 회로(120)에 출력된다.
포커스 조정량 연산 공정(S110)으로서, 포커스 조정량 연산부(126)는, 상술한 차분값(z 값)만큼 포커스 위치를 이동(조정)시키기 위한 포커스 조정량을 연산한다. 실시예 2에서는, 예를 들면 주편향기(208)를 다이내믹 포커스 보정용으로 유용한다. 따라서, 포커스 조정량은, 주편향기(208)에 인가하는 전압을 얻기 위한 디지털 신호로서 연산된다. 또한, 다이내믹 포커스 보정은, 주편향기(208)가 아닌, 그 외의 정전 렌즈 등을 배치하여, 이러한 정전 렌즈 등으로 실시해도 된다.
편향량 연산 공정(S112)으로서, 주편향용의 편향량 연산부(124)는, 샷 데이터에 정의되는 위치에 따라 주편향 데이터를 생성한다. 또한, 도시하지 않은 부편향용의 편향량 연산부는, 샷 데이터에 정의되는 위치에 따라 부편향 데이터를 생성한다. 또한, 도시하지 않은 블랭킹용의 편향량 연산부는, 샷 데이터 혹은 별도 마련되는 조사 시간 데이터(조사량 데이터)에 기초하여 블랭킹 데이터를 생성한다. 또한, 도시하지 않은 성형용의 편향량 연산부는, 샷 데이터에 정의되는 도형 종류 및 사이즈에 따라 성형 데이터를 생성한다.
실시예 2에서는, 다음의 다이내믹 포커스 보정 공정(S113)을 설명하기 위하여 편향량 연산 공정(S112)을 묘화 공정(S114)과는 별도로 기재했지만, 실시예 1에서는, 편향량 연산 공정(S112)과 동일한 처리를 묘화 공정(S114) 내에서 실시하고 있다.
다이내믹 포커스 보정 공정(S113)으로서, 보정부(122)는, 주편향 데이터에 상술한 포커스 조정량을 가산한다. 주편향기(208)는, 각 방향에 대응하는 예를 들면 8 극의 전극에 의해 구성된다. 주편향 데이터는, 각 전극용으로 각각 개별로 생성되는데, 다이내믹 포커스에서는, 각 전극에 동일하게 포커스 조정량을 가산한다. 이러한 보정부(122)에 의한 주편향 데이터의 보정에 의해, O3 가스의 분압에 따라, 시료(101)면 상에 전자빔을 집속하는 포커스 위치가 조정된다. 보정부(122)는 조정부의 일례이다.
보정된 주편향 데이터는 DAC 앰프(132)에 출력된다. 부편향 데이터는 도시하지 않은 부편향용의 DAC 앰프에 출력한다. 블랭킹 데이터는 도시하지 않은 블랭킹 제어용의 DAC 앰프에 출력한다. 성형 데이터는 도시하지 않은 빔 성형용의 DAC 앰프에 출력한다.
묘화 공정(S114)으로서, 묘화부(150)는, 포커스 위치가 상기 소정의 가스의 분압에 따라 조정된 상태에서, 하전 입자빔을 이용하여 상기 시료에 패턴을 묘화한다. 실시예 2에서는, 제2 성형 애퍼처(206)를 통과한 제2 애퍼처 상의 전자빔(200)은, 대물 렌즈(207)에 의해 초점을 맞추고(집속하고), 또한 주편향기(208)에 의해, O3 가스(소정의 가스)의 분압에 따라 조정된 포커스 오프셋에 의해 초점 위치가 다이내믹하게 보정된 상태에서, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의해 편향되어, 연속적으로 이동하는 XY 스테이지(105)에 배치된 시료(101)의 원하는 위치에 조사된다. 묘화 공정(S114)의 그 외의 내용은 실시예 1과 동일하다.
또한, 판정 공정(S120) 이후의 각 공정 및 반복하는 플로우 내용은 실시예 1과 동일하다.
이상과 같이, 실시예 2에 의하면, 대물 렌즈(207)의 설정은 변경하지 않고, 가스의 유입에 따른 빔의 포커스 이탈을 보정할 수 있다. 따라서, 디포커스에 따른 패턴의 위치 이탈 등을 억제 혹은 저감할 수 있다. 그 외, 실시예 1과 마찬가지로, 편향기 등에 부착한 오염 물질의 제거를 행할 수 있고, 또한 오염 물질의 제거에 의해, 빔 드리프트를 억제 혹은 저감할 수 있다.
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 외, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 하전 입자빔 묘화 장치 및 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 몇 개의 실시예를 설명했지만, 이들 실시예는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규 실시예는 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시예 및 그 변형은 발명의 범위 또는 요지에 포함되고, 또한 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (11)

  1. 하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
    묘화 대상 시료가 재치되는 스테이지와,
    상기 시료면 상에 상기 하전 입자빔을 집속하는 대물 렌즈와,
    상기 스테이지를 내부에 배치하는 챔버와,
    상기 챔버 내가 대기압보다 낮은 압력으로 제어된 상태에서, 상기 챔버 내의 소정의 가스의 분압을 측정하는 측정부와,
    상기 소정의 가스의 분압에 따라, 상기 시료면 상에 상기 하전 입자빔을 집속하는 포커스 위치를 조정하는 조정부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 가스에는 오존(O3)이 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 가스를 상기 챔버 내에 흘리면서, 상기 시료에 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조정부는, 오프셋값을 이용하여 포커스 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상관 테이블을 기억하는 기억 장치와,
    상기 기억 장치로부터 상기 상관 테이블을 독출하고, 측정된 O3 가스의 분압에 대응하는 포커스용의 오프셋값을 취득하는 오프셋 취득부
    를 더 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 오프셋값을 가산함으로써 포커스 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 대물 렌즈를 여자하는 전압값을 조정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
    묘화 대상 시료가 재치되는 스테이지와,
    상기 시료면 상에 상기 하전 입자빔을 집속하는 대물 렌즈와,
    상기 시료면 상의 원하는 위치에 상기 하전 입자빔을 편향하는 편향기와,
    상기 스테이지를 내부에 배치하는 챔버와,
    상기 챔버 내가 대기압보다 낮은 압력으로 제어된 상태에서, 상기 챔버 내의 소정의 가스의 분압을 측정하는 측정부와,
    상기 편향기의 편향량을 제어하고, 또한 상기 편향기를 이용하여, 상기 소정의 가스의 분압에 따라, 상기 시료면 상에 상기 하전 입자빔을 집속하는 포커스 위치를 조정하는 편향 제어부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상관 테이블을 기억하는 기억 장치와,
    상기 기억 장치로부터 상기 상관 테이블을 독출하고, 측정된 O3 가스의 분압에 대응하는 포커스용의 오프셋값을 취득하는 오프셋 취득부
    를 더 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 편향 제어부에는 제1 오프셋값이 설정되고,
    상기 편향 제어부에 현재 설정되어 있는 제1 오프셋값을 독출하고, 금회 취득된 제2 오프셋값과의 차분을 연산하는 차분 연산부를 더 구비하고,
    상기 편향 제어부는, 상기 차분에 따라 포커스 위치를 이동시키기 위한 포커스 조정량을 연산하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 묘화 대상 시료가 재치되는 스테이지를 내부에 배치하는 챔버 내가 대기압보다 낮은 압력으로 제어된 상태에서, 상기 챔버 내의 소정의 가스의 분압을 측정하고,
    상기 소정의 가스의 분압에 따라, 상기 시료면 상에 하전 입자빔을 집속하는 포커스 위치를 조정하고,
    상기 포커스 위치가 상기 소정의 가스의 분압에 따라 조정된 상태에서, 하전 입자빔을 이용하여 상기 시료에 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
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