KR20160009509A - 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

전자빔 묘화 장치(100)는, 시료(216)가 재치되는 스테이지(105)와, 전자빔(200)을 출사하는 전자총(201), 전자빔의 궤도를 제어하는 편향 전극을 구비한 주편향기(208) 및 부편향기(209)가 배치된 전자 경통(102)과, 전자 경통(102) 내에 오존을 도입하는 오존 발생기(161)를 가진다. 주편향기(208)에는, 편향 전압을 인가시키는 DAC 앰프 유닛(133)과, 음의 직류 전압을 인가시키는 DF 전원 유닛(134)이 접속하고, 편향 전압과 음의 직류 전압이 병합하여 인가된다. 주편향기(208)는 정전 렌즈를 겸하고, 또한 음의 직류 전압의 인가에 따른, 오존으로부터의 양이온의 끌어당김 효과를 나타낸다.

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.
최근, 대규모 집적 회로(LSI : Large Scale Integration)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭은 더욱더 좁아졌다.
반도체 소자는, 회로 패턴이 형성된 원화(原畵) 패턴(마스크 또는 레티클을 가리킨다. 이하에서는, 마스크로 총칭한다.)을 이용하여, 이른바 스테퍼라 불리는 축소 투영 노광 장치로 웨이퍼 상에 패턴을 노광 전사하여 회로 형성함으로써 제조된다. 여기서, 미세한 회로 패턴을 웨이퍼에 전사하기 위한 마스크의 제조에는, 전자빔 등의 하전 입자빔을 이용한 하전 입자빔 묘화 장치가 이용된다. 이 장치는, 사용할 전자가 매우 짧은 파장을 가지는 「파(波)」인 점에서, 빔의 파장에 비례하는 해상도를 높일 수 있으며, 고정밀도의 원화 패턴의 제조에 이용할 수 있다.
일본 특허공개공보 평09-293670호에는, 전자빔 리소그래피 기술에 사용되는 가변 성형형 전자빔 묘화 장치가 개시되어 있다. 이러한 장치에 있어서의 묘화 데이터는, CAD 시스템을 이용하여 설계된 반도체 집적 회로 등의 설계 데이터(CAD 데이터)에, 보정 또는 도형 패턴의 분할 등의 처리를 실시함으로써 작성된다.
예를 들면, 전자빔의 사이즈에 의해 규정되는 최대 샷 사이즈 단위로 도형 패턴의 분할 처리가 행해지고, 아울러 분할된 각 샷의 좌표 위치, 사이즈 및 조사 시간이 설정된다. 그리고, 묘화할 도형 패턴의 형상 또는 크기에 따라 샷이 성형되도록, 묘화 데이터가 작성된다. 묘화 데이터는, 직사각형 형상의 프레임(주편향 영역) 단위로 구획되고, 또한 그 안은 부편향 영역으로 분할되어 있다. 즉, 팁 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.
상술의 부편향 영역은, 전자빔 묘화 장치가 가지는 편향기의 하나인 부편향기에 의해, 주편향 영역보다 고속으로 전자빔이 주사되어 묘화되는 영역이며, 일반적으로 최소 묘화 단위가 된다. 부편향 영역 내를 묘화할 시에는, 패턴 도형에 따라 준비된 치수와 형상의 샷이 성형 편향기에 의해 형성된다. 구체적으로는, 전자빔 묘화 장치에 있어서, 전자총으로부터 출사된 전자빔이, 제1 애퍼처에서 직사각형 형상으로 성형된 후, 성형 편향기로 제2 애퍼처 상에 투영되어, 그 빔 형상과 치수를 변화시킨다. 그 후, 부편향기와 주편향기에 의해 편향되어, 전자총의 하류측에 배치된 스테이지 상의 마스크에 조사된다.
이러한 전자빔 묘화 장치에 있어서 묘화를 행하면, 시간의 경과에 따라, 전자빔의 조사 위치가 변화되는 등의 전자빔의 조사 위치의 변동이 발생하여, 묘화 패턴을 열화 시키는 것이 알려져 있다. 전자빔의 조사 위치의 이탈은 빔 드리프트라 불리는데, 발생 원인의 하나로서, 예를 들면, 다음과 같은 현상을 들 수 있다.
예를 들면, 전자빔을 형성하기 위하여 대략 진공으로 된 전자빔 묘화 장치에 있어서도, 하이드로 카본(CnHm)계의 가스가 미량이지만 포함되어 있다. 이러한 가스의 발생원은 장치 내의 부품 또는 레지스트 등을 들 수 있고, 완전하게 없애는 것은 어렵다. 그리고, 조사된 전자빔(또는 그 산란 전자)과 상술의 가스가 반응하여, 장치 내의 편향기 등의 부품 표면에 오염물을 형성한다. 이러한 오염물에 전하가 축적되면, 축적되는 전하량의 차이에 의해 전계가 발생하고, 조사되는 전자빔은 이 전계에 의해 편향된다. 그 결과, 전자빔의 조사 위치가 변동되게 된다.
이러한 조사 위치 이탈의 문제에 대하여, 전자빔 묘화 장치 내의 오염물을 저감 시키는 방법으로서는, 예를 들면, 일본 특허공개공보 평09-259811호에 기재되어 있는 바와 같이, 오존(O3)에 의해 장치 내를 클리닝하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 전자빔 묘화 장치 내에 오존 가스를 도입하고, 오존과 오염물을 반응시켜, 오염물을 휘발성 가스로 변화시켜 그 제거를 행하고 있다.
상술한 오존 도입에 의해 전자빔 묘화 장치 내의 오염물을 제거하는 방법에서는, 장치를 가동시키면서 장치 내에 오존 가스를 주입하여 오염물의 제거를 행할 수 있다. 즉, 장치 내의 오존과 전자빔을 충돌시켜 오존을 산소(O2)와 활성 산소(O*)로 분리시킨다. 그리고, 분리한 활성 산소에 의해 마스크 상 또는 장치 내의 각 부품의 표면에 부착되는 오염물과 반응시켜, 예를 들면, 일산화 탄소 가스(CO), 이산화 탄소(CO2) 및 물(H2O) 등으로서 증발시킬 수 있다. 이 종래의 오염물의 제거 방법에서는, 전자빔 묘화 장치를 해체하여 오염물이 부착된 부품을 교환하지 않고, 장치 내를 청정하게 유지할 수 있다. 즉, 이 방법에 의해, 전자빔 묘화 장치의 in-situ 세정이 가능해진다.
그러나, 종래의 전자빔 묘화 장치의 경우, 도입된 오존 가스가, 장치 내에 존재하는 것만으로, 전자빔의 조사 위치가 변동된다. 따라서, 종래의 방법에서는, 묘화 패턴의 열화를 억제하여 안정된 고정밀도의 묘화를 행하는 것은 곤란하다는 것을 알았다.
예를 들면, 전자빔 묘화 장치 내에 오존 가스를 도입하는 종래의 방법의 경우, 장치 내로의 가스의 도입 압력에 의존하여, 전자빔의 조사 위치가 변화되는 것을 알았다. 이에 대하여, 가스의 도입 압력의 고정밀한 제어가 요구되지만, 예를 들면, 밸브 등을 이용한 종래의 제어 기술에서는, 그 실현은 곤란하다. 또한, 조사 위치의 가스의 도입 압력에 따른 변화는, 측정의 방법, 구체적으로는, 조사 대상이 캘리브레이션용 기판인지, 또는, 마스크인지에 따라 상이하다는 것을 알았다. 이 경우, 조사 위치 조정 시와 실제의 묘화 시에 있어서, 조사 위치 조정의 결과가 상이하게 되어, 원하는 조사 위치에서의 묘화를 실현할 수 없게 된다.
이상과 같은 오존 가스의 도입에 의한 전자빔의 조사 위치의 변동은, 전자빔 묘화 장치 내에 도입된 오존 가스 또는 그 분해 생성물이 전자빔의 조사를 받아 전리(電離)되고, 그 결과, 형성된 양이온에 의한 것이라 해석된다. 즉, 오존 가스로부터 형성된 양이온이 전자빔의 광로 상에 잔류되고, 주위에 전계를 형성하여 렌즈 효과를 발휘하기 때문이라 해석된다.
따라서, 오존의 도입에 의해 in-situ 세정을 가능하게 하여 오염물에 의한 영향을 배제하는 한편, 오존 도입에 의한 영향의 변동을 낮게 억제하고, 높은 안정성으로 고정밀도의 묘화를 행하는 전자빔 묘화 장치 및 전자빔 묘화 방법이 요구되고 있다. 그리고, 이러한 요구는, 전자빔 묘화 장치 및 전자빔 묘화 방법에 대해서만 한정되는 것은 아니고, 이온빔 등 다른 하전 입자빔을 이용한 하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법에 대해서도 동일하다. 즉, 오존의 도입에 의해 in-situ 세정을 가능하게 하여 오염물에 의한 영향을 배제하는 한편, 오존 도입에 의한 영향의 변동을 낮게 억제하고, 높은 안정성으로 고정밀도의 묘화를 행하는 하전 입자빔 묘화 장치 및 하전 입자빔 묘화 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 오존을 도입하고 또한 오존 도입에 의한 영향의 변동을 억제하여, 높은 안정성으로 고정밀도의 묘화를 행하는 하전 입자빔 묘화 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 오존을 도입하고 또한 오존 도입에 의한 영향의 변동을 억제하여, 높은 안정성으로 고정밀도의 묘화를 행하는 하전 입자빔 묘화 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1 태양은, 시료가 재치(載置)되는 스테이지와,
하전 입자빔을 출사하는 하전 입자총과, 하전 입자빔의 궤도를 제어하는 복수의 편향 전극으로 이루어지는 편향기가 배치된 전자 경통과,
전자 경통 내에 오존을 도입하는 오존 도입 기구와,
복수의 편향 전극에, 하전 입자빔을 편향하는 편향 전압을 인가하는 제1 전압 공급 수단과,
복수의 편향 전극에, 동일한 음의 직류 전압을 인가하는 제2 전압 공급 수단을 가지고,
시료의 묘화 중, 편향기의 복수의 편향 전극에는, 편향 전압과 음의 직류 전압을 병합하여 음이 되는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치에 관한 것이다.
본 발명의 제2 태양은, 하전 입자빔을 출사하는 하전 입자총과, 복수의 편향 전극으로 이루어지는 편향기가 배치된 하전 입자빔 묘화 장치 내에 오존을 도입하는 공정과,
하전 입자빔의 조사 위치를 맞추기 위하여 시료를 향해 그 하전 입자빔을 조사하는 공정과,
편향기의 복수의 편향 전극에 동일한 음의 직류 전압을 인가하여, 하전 입자빔의 조사 위치 측정을 하는 공정과,
편향기의 복수의 편향 전극에 편향 전압을 인가하고, 하전 입자빔의 조사 위치에 이탈이 생기지 않은 것을 확인하는 공정과,
하전 입자빔 묘화 장치 내에 오존을 도입하면서, 편향기의 복수의 편향 전극에, 편향 전압과 음의 직류 전압을 병합하여 음이 되는 전압을 인가하고, 시료에의 하전 입자빔 묘화를 행하는 묘화 공정
을 가지는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치에 있어서의 주편향기의 편향 전극과 전자빔의 관계의 예를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 3은 주편향기를 구성하는 편향 전극에 DAC 앰프 유닛으로부터 인가되는 전압을 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 4는 주편향기를 구성하는 편향 전극에 DF 전원 유닛으로부터 인가되는 전압을 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 5는 주편향기의 각 편향 전극의 전위를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 6은 전자빔에 의한 묘화의 방법의 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법을 나타내는 순서도이다.
실시 형태 1.
이하에 나타내는 본 발명의 실시 형태에서는, 하전 입자빔의 일례로서, 전자빔을 이용한 구성에 대하여 설명한다. 즉, 하전 입자빔 묘화 장치의 일례로서, 하전 입자총의 예인 전자총을 구비한 전자빔 묘화 장치의 구성에 대하여 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되는 것은 아니고, 이온빔 등 다른 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 1에 있어서, 전자빔 묘화 장치(100)는, 가변 성형형의 전자빔 묘화 장치의 일례이고, 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다.
묘화부(150)는 전자 경통(102)과 묘화실(103)을 구비하고 있다.
전자 경통(102)은 내부를 대략 진공 분위기로 유지할 수 있고, 전자 경통(102) 내에는, 전자총(201), 조명 렌즈(202), 블랭킹 편향기(212), 블랭킹 애퍼처(214), 제1 성형 애퍼처(203), 투영 렌즈(204), 성형 편향기(205), 제2 성형 애퍼처(206), 대물 렌즈(207), 주편향기(208) 및 부편향기(209) 등이 배치되어 있다.
조명 렌즈(202), 투영 렌즈(204) 및 대물 렌즈(207)는, 모두 자화(磁化)를 바꾸어 전자빔을 수속시켜, 결상 위치(조사 위치)를 조절하는 전자 렌즈이다. 이들은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 전자총(201)이 배치된 상류측의 일단으로부터, 후술하는 스테이지(105)가 있는 하류측을 향해, 전자빔(200)의 축방향으로 배열되어 있다. 이들 전자 렌즈는, 모두 자화 코일(도시되지 않음)을 이용하여 구성된다.
조명 렌즈(202)는, 전자총(201)으로부터 출사된 전자빔(200)을 제1 성형 애퍼처(203)에 조명한다. 그러면, 전자빔(200)은, 예를 들면 직사각형으로 성형된다. 그리고, 투영 렌즈(204)로 제2 성형 애퍼처(206)에 투영된다. 여기서, 제2 성형 애퍼처(206) 상에서의 제1 성형 애퍼처상(像)의 위치는 성형 편향기(205)로 제어된다. 이에 따라, 전자빔의 형상과 치수가 변화된다. 제2 성형 애퍼처(206)를 투과한 전자빔(200)은, 대물 렌즈(207)로 조사 위치 맞춤이 행해진 후, 주편향기(208)와 부편향기(209)로 편향된다. 또한, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치(100)에서는, 후에 상술하는 바와 같이, 주편향기(208)가 정전 렌즈를 겸한 편향기이고, 전자빔(200)은 주편향기(208)로, 조사 위치의 수정, 즉 제2 단째의 조사 위치 맞춤이 행해지고, 그 후, 묘화실(103)에 재치된 시료(216)에 조사된다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치(100)에 있어서는, 전자 경통(102)의 하부, 구체적으로는, 전자 경통(102)과 묘화실(103)과의 경계 근방에, 차폐판(도시되지 않음)을 배치하는 것이 가능하다. 차폐판을 마련함으로써, 시료(216)에의 전자빔(200)의 조사에 의해 발생한 반사 전자 또는 2차 전자가 전자 경통(102)에 비집고 들어가, 그들이 전자빔(200)의 조사 위치의 변동을 일으키는 것을 저감할 수 있다.
도 1에 있어서, 묘화실(103)의 내부에는 스테이지(105)가 배치되어 있다. 스테이지(105)는, 후술하는 제어 계산기(110)에 의해, X 방향(도 1의 좌우 방향), Y 방향(도 1의 지면 표리 방향) 및 Z 방향(도 1의 상하 방향)으로 구동된다.
스테이지(105) 상에는, 묘화 대상이 되는 마스크 등의 시료(216)가 재치된다. 시료(216)로서 마스크를 이용하는 경우, 그 구성은, 예를 들면 석영 등의 마스크 기판 상에, 크롬(Cr)막 또는 몰리브덴 실리콘(MoSi)막 등의 차광막이 형성되고, 또한 그 위에 레지스트막이 형성된 것으로 할 수 있다. 그리고, 이 레지스트막 상에 전자빔(200)에 의해 정해진 패턴을 묘화한다. 또한, 이 마스크에는, 예를 들면 아직 아무것도 패턴이 형성되어 있지 않은 마스크 블랭크스가 포함된다.
또한, 스테이지(105) 상에서, 시료(216)와 상이한 위치에는 레이저 측장용의 반사 미러(106)가 배치되어 있다. 레이저 측장기(145)로부터 출사된 레이저광이 반사 미러(106)에서 반사되고, 이것을 레이저 측장기(145)가 수광한다. 이 조사광과 반사광에 의해, 스테이지(105)의 위치가 구해진다. 얻어진 데이터는, 제어 계산기(110)에 출력된다.
묘화실(103)의 상부에는, 시료(216)의 높이 방향(Z 방향)의 위치를 검출하는 Z 센서(도시되지 않음)를 마련할 수 있다. 이 Z 센서는, 투광기와 수광기의 조합으로 구성되며, 투광기로부터 조사된 광을 시료(216)의 표면에서 반사시키고, 이 반사광을 수광기가 수광함으로써, 시료(216)의 높이를 측정할 수 있다.
블랭킹 편향기(212), 성형 편향기(205), 주편향기(208) 및 부편향기(209)는, 모두 빔의 궤도 또는 조사 위치를 제어하는 편향 전극을 구비하고 있다.
전자 경통(102)의 상부에 배치된 블랭킹 편향기(212)는, 예를 들면, 2 극 또는 4 극 등의 복수의 편향 전극에 의해 구성된다. 그 하방측에 배치된 성형 편향기(205)는, 예를 들면 4 극 또는 8 극 등의 복수의 편향 전극에 의해 구성된다. 각 편향기에는, 편향 전극마다 적어도 1 개의 DAC(디지털·아날로그·컨버터) 앰프 유닛(도시되지 않음)이 접속된다.
또한, 주편향기(208) 및 부편향기(209)는, 예를 들면 4 극 또는 8 극 등의 복수의 편향 전극에 의해 구성된다. 주편향기(208) 및 부편향기(209)에는 각각, 편향 전극마다, 제1 전압 공급 수단으로서, 적어도 1 개의 DAC 앰프 유닛(132, 133)이 접속된다.
제어부(160)는, 제어 계산기(110), 편향 제어 회로(120), DAC 앰프 유닛(132, 133), DF 전원 유닛(134), 오존 발생기(161), 진공 펌프(162), 피에조 밸브(163), 압력계(164) 및 자기 디스크 장치 등인 기억 장치(144)를 가지고 있다.
제어 계산기(110), 편향 제어 회로(120) 및 기억 장치(144)는, 도시하지 않은 버스를 개재하여 서로 접속되어 있다. 또한, 편향 제어 회로(120)와 DAC 앰프 유닛(132, 133)도, 도시하지 않은 버스를 개재하여 서로 접속되어 있다.
DAC 앰프 유닛(132)은 부편향기(209)에, DAC 앰프 유닛(133)은 주편향기(208)에, 각각 접속되어 있다.
편향 제어 회로(120)로부터는, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 접속하는 DAC 앰프 유닛(132, 133) 외에, 상술한 각 DAC 앰프 유닛에 대하여, 각각 독립된 제어용 디지털 신호가 출력된다. 각 DAC 앰프 유닛에서는, 각각의 디지털 신호가 아날로그 신호로 변환되고, 또한 증폭된다. 그 후, 이 신호는, 편향 전압으로서 접속된 각 편향기에 출력된다. 이에 따라, 전자빔(200)을 원하는 위치로 편향시킬 수 있다.
제어부(160)의 오존 발생기(161)는, 전자 경통(102) 내에 오존을 도입하도록, 전자 경통(102)에 배관 접속되어 있다. 오존 발생기(161)는, 고순도의 오존을 높은 가스압으로 발생시키는 것이 가능하고, 예를 들면, 1000 Pa 정도의 가스압의 고순도 오존 가스를 발생시킬 수 있다.
제어부(160)에 있어서, 피에조 밸브(163)는, 오존 발생기(161)와 전자 경통(102)의 사이의 배관 상에 마련된다. 피에조 밸브(163)는, 피에조 엑츄에이터로 구동하는 밸브이며, 오존 발생기(161)로부터 전자 경통(102) 내에 도입되는 오존 가스의 유량(도입 가스압)을 제어할 수 있다.
제어부(160)의 진공 펌프(162)는, 예를 들면 확산 펌프 등이다. 제어부(160)에서는, 오존 발생기(161)로부터 피에조 밸브(163)를 향하는 배관이 도중에 분기되고, 그 분기된 배관이 진공 펌프(162)에 접속하고 있다. 진공 펌프(162)는, 오존 발생기(161)에 의해 발생된 오존 가스 중, 피에조 밸브(163)에 의해 제한되어 전자 경통(102) 내에 도입되지 않은 오존 가스를 배기할 수 있다.
압력계(164)는, 묘화부(150)의 내부, 특히 전자 경통(102) 내부의 압력을 계측할 수 있도록, 전자 경통(102)에 접속되어 마련되어 있다. 압력계(164)는, 일방에서, 제어부(160)의 제어 계산기(110)에 접속되고, 압력 측정의 데이터를 제어 계산기(110)에 출력할 수 있다.
제어부(160)의 오존 발생기(161), 진공 펌프(162), 피에조 밸브(163) 및 압력계(164)는, 각각 제어 계산기(110)에 접속되어, 제어 계산기(110)에 의한 제어가 가능하게 되고, 전자 경통(102) 내에 오존을 도입하는 오존 도입 기구를 구성하고 있다.
즉, 제어 계산기(110)에 의해 제어되어, 오존 발생기(161)는, 고순도의 오존을, 예를 들면 1000 Pa 정도의 가스압으로 발생시킨다. 그리고, 피에조 밸브(163)에 의해, 오존 가스의 유량이 조정되고, 묘화부(150)의 전자 경통(102) 내에 도입된다.
전자 경통(102) 내로의 오존 가스의 도입은, 예를 들면 전자 경통(102)의 성형 편향기(205)와 제2 성형 애퍼처(206)와의 사이의 영역을 향해 행해지는 것이 바람직하다. 성형 편향기(205)의 하부는 충분히 작은 개구이기 때문에, 오존 가스는, 도입 후, 부편향기(209) 및 주편향기(208)가 있는 하류측으로 확산할 수 있다.
이 때, 제어부(160)에서는, 압력계(164)에 의해, 전자 경통(102) 내의 압력 측정이 이루어지고 있고, 압력 측정의 데이터가 제어 계산기(110)의 제어에 의해 피에조 밸브(163)에 피드백된다. 그리고, 피에조 밸브(163)에서는, 전자 경통(102) 내의 압력이, 전자빔(200)의 형성을 위하여 바람직한 범위, 예를 들면, 10-4 Pa ~ 10-5 Pa의 범위 내가 되도록, 오존 가스의 도입량의 조정을 행한다. 즉, 제어부(160)에서는, 매우 소량이 되도록 조정되어, 묘화부(150)의 전자 경통(102) 내로의 오존 도입이 행해진다. 이와 같이, 오존의 도입량을 조정함으로써, 전자빔(200)의 형성을 가능하게 하고, 또한 도입된 오존이 시료(216)에 영향을 주는 것, 예를 들면, 시료(216)의 레지스트막을 열화 시키는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 도입된 오존이, 오염물에 의한 영향을 유효하게 배제하는 것을 가능하게 한다.
여기서, 오존 발생기(161)는, 상시 오존을 발생시켜 오존 가스를 유통시킴으로써, 열화가 없는 고순도의 오존 가스를 전자 경통(102)에 도입하도록 제어되는 것이 바람직하다. 따라서, 제어부(160)에서는, 아울러 진공 펌프(162)의 제어를 행하고, 피에조 밸브(163)에 의해 제한되어 과잉된 오존 가스를 배기시킨다. 그 결과, 제어부(160)는, 오존 발생기(161), 피에조 밸브(163) 및 진공 펌프(162)를 제어하여, 오존의 상시 발생 상태를 유지하고, 또한 필요한 양만큼 오존 가스가 전자 경통(102)에 공급되도록 할 수 있다.
이상의 제어부(160)의 구성으로부터, 전자빔 묘화 장치(100)는, 오존 발생기(161)를 이용한 오존 도입에 의해, 전자 경통(102) 내 이외에, 장치 내의 오염물을 제거할 수 있다. 즉, 전자 경통(102) 내의 오존과 전자빔(200)을 충돌시켜 오존을 산소와 활성 산소로 분리시킨다. 그리고, 분리한 활성 산소에 의해 마스크 상 또는 장치 내의 각 부품의 표면에 부착되는 오염물과 반응시켜, 예를 들면 일산화 탄소 가스, 이산화탄소 및 물 등으로서 증발시킬 수 있다.
또한, 전자빔 묘화 장치(100)는, 오존 발생기(161)와 함께, 진공 펌프(162), 피에조 밸브(163) 및 압력계(164)를 이용한 제어에 의해, 가동한 채로 장치 내에 오존 가스를 도입하여, 오염물의 제거를 행할 수 있다. 따라서, 전자빔 묘화 장치(100)는, 정지 후의 장치를 해체하여 오염물이 부착된 부품을 교환하지 않고, 장치 내를 청정하게 유지할 수 있다. 즉, 전자빔 묘화 장치(100)는 in-situ 세정을 행할 수 있다.
이 때, 오존 도입에 의해, 가동 상태의 장치 내에서 오염물의 제거를 행하는 경우, 상술한 바와 같이, 오존 가스에 의한 전자빔의 조사 위치의 변동이 우려된다. 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치(100)는, 제어부(160)에, 제2 전압 공급 수단으로서 DF 전원 유닛(134)을 가지고, 이를 이용한 주편향기(208)로의 직류 전압의 인가에 의해, 오존 가스의 도입에 의한 전자빔의 조사 위치의 변동을 저감할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 제어부(160)에 있어서, DF 전원 유닛(134)은 주편향기(208)에 접속되는 한편, 제어 계산기(110)에 접속되어 있다. DF 전원 유닛(134)은, 제어 계산기(110)에 의해 동작의 제어가 이루어지고, 주편향기(208)를 구성하는 전극에, 상시, 음의 직류 전압을 인가할 수 있다. 인가 전압은, 예를 들면 0 V에서 -350 V의 범위 내(단 0 V는 포함하지 않음)의 음의 전압으로 할 수 있다. 이하에서, 도면을 이용하여, 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치에 있어서의 주편향기의 편향 전극과 전자빔의 관계의 예를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 2에 나타내는 예에 있어서, 주편향기(208)는, 8 극의 편향 전극(210-1 ~ 210-8)에 의해 구성된다. 편향 전극(210-1 ~ 210-8)의 각각은, 상술한 바와 같이, 적어도 1 개의 DAC 앰프 유닛(도시되지 않음)이 접속된다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 8 극의 편향 전극(210-1 ~ 210-8)은, 각각이 정팔각형의 각 변의 일부를 이루도록 서로 이간하여 배치되고, 그 정팔각형의 중심을 전자빔(200)이 통과하도록 구성된다. 8 개의 편향 전극(210-1 ~ 210-8)은, 대향하는 4 쌍의 편향 전극으로 되어 있고, 각각 대응하는 DAC 앰프 유닛으로부터 아날로그 전압이 인가된다.
또한 도 2에 있어서는, 4 쌍(8 개)의 편향 전극으로 구성된 주편향기(208)를 나타내고 있는데, 이 주편향기(208)를 2 쌍(4 개)의 편향 전극으로 구성해도 된다.
도 3은, 주편향기를 구성하는 편향 전극에 DAC 앰프 유닛으로부터 인가되는 전압을 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 편향 전극(210-1)에는, DAC 앰프 유닛(도시되지 않음)으로부터 전압(Vy)이 인가되고, 편향 전극(210-1)의 대극이 되는 편향 전극(210-5)에는, DAC 앰프 유닛으로부터 전압(-Vy)이 인가된다. 또한, 편향 전극(210-2)에는, DAC 앰프 유닛으로부터 전압((Vx + Vy) / 21/ 2)이 인가되고, 편향 전극(210-2)의 대극이 되는 편향 전극(210-6)에는, DAC 앰프 유닛으로부터 전압((-Vx - Vy) / 21/ 2)이 인가된다. 또한, 편향 전극(210-3)에는, DAC 앰프 유닛으로부터 전압(Vx)이 인가되고, 편향 전극(210-3)의 대극이 되는 편향 전극(210-7)에는, DAC 앰프 유닛으로부터 전압(-Vx)이 인가된다. 또한, 편향 전극(210-4)에는, DAC 앰프 유닛으로부터 전압((Vx - Vy) / 21/ 2)이 인가되고, 편향 전극(210-4)의 대극이 되는 편향 전극(210-8)에는, DAC 앰프 유닛으로부터 전압((-Vx + Vy) / 21/ 2)이 인가된다. 이러한 전압을 편향 전극(210-1 ~ 210-8)에 인가함으로써, 주편향기(208)에서는, 전자빔(200)을 상술의 정팔각형의 중심의 위치로부터, 상기 전압(Vx)과 전압(Vy)으로 정해지는 원하는 위치로 편향할 수 있다.
도 4는, 주편향기를 구성하는 편향 전극에 DF 전원 유닛으로부터 인가되는 전압을 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 편향 전극(210-1) ~ 편향 전극(210-8)의 각각은, DF 전원 유닛(도시되지 않음)으로부터, 전압(VDF)이 인가된다. 전압(VDF)은, 상술한 바와 같이, 예를 들면 0 V에서 -350 V의 범위 내(단 0 V는 포함하지 않음)의 음의 전압이다. 이러한 전압(VDF)을 편향 전극(210-1 ~ 210-8)에 인가함으로써, 주편향기(208)는, 오존 가스로부터 형성된 양이온을 편향 전극(210-1 ~ 210-8) 측으로 끌어당길 수 있다.
도 5는, 주편향기의 각 편향 전극의 전위를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 상술의 DAC 앰프 유닛 및 DF 전원 유닛에 의한 주편향기(208)의 각 편향 전극으로의 전압의 인가에 의해, 각 편향 전극(210-1 ~ 210-8)의 전위는, 편향 전극(210-1)이 Vy + VDF가 되고, 편향 전극(210-2)이 (Vx + Vy) / 21/2 + VDF가 되고, 편향 전극(210-3)이 Vx + VDF가 되고, 편향 전극(210-4)이 (Vx - Vy) / 21/2 + VDF가 되고, 편향 전극(210-5)이 -Vy + VDF가 되고, 편향 전극(210-6)이 (-Vx - Vy) / 21/2 + VDF가 되고, 편향 전극(210-7)이 -Vx + VDF가 되고, 편향 전극(210-8)이 (-Vx + Vy) / 21/2 + VDF가 된다.
예를 들면, Vx = 50 V, Vy = 50 V 및 VDF = -250 V로 할 수 있고, 그 경우, 각 편향 전극(210-1 ~ 210-8)의 전위는, 편향 전극(210-1)이 -200 V가 되고, 편향 전극(210-2)이 -179 V가 되고, 편향 전극(210-3)이 -200 V가 되고, 편향 전극(210-4)이 -250 V가 되고, 편향 전극(210-5)이 -300 V가 되고, 편향 전극(210-6)이 -320 V가 되고, 편향 전극(210-7)이 -300 V가 되고, 편향 전극(210-8)이 -250 V가 된다. 예를 들면, 50 V인 Vx 및 Vy에 대하여, VDF를 충분히 큰 값, 예를 들면 -250 V로 함으로써, 주편향기(208)가 전자빔(200)을 편향할 시에도, 항상, 각 편향 전극(210-1 ~ 210-8)에 음의 전압을 가할 수 있다. 그 결과, 주편향기(208)는, 효율 좋게 오존 가스로부터 형성된 양 이온을 편향 전극(210-1 ~ 210-8) 측으로 끌어당길 수 있다. 즉, DF 전원 유닛에 의해 주편향기(208)에 인가되는 음의 직류 전압은, DAC 앰프 유닛에 의해 인가되는 편향 전압보다 큰 절대값을 가지는 것이 바람직하다.
이상으로부터, DAC 앰프 유닛 및 DF 전원 유닛을 이용한 전압의 인가에 의해, 주편향기(208)의 각 편향 전극(210-1 ~ 210-8)에는 도 5에 나타낸 바와 같은 전위가 형성되고, 주편향기(208)는, 전자빔을 편향하기 위한 편향기로서 기능할 수 있다.
또한 아울러, 주편향기(208)는, 도입된 오존 가스 또는 그 분해 생성물이 전자빔(200)의 조사를 받아 전리되고, 양이온이 형성되었을 때에, 그 양이온을 편향 전극(210-1 ~ 210-8)측으로 끌어당길 수 있다. 그 결과, 오존 가스로부터 형성된 양이온이 전자빔(200)의 광로 상에 잔류되는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 양이온이 주위에 전계를 형성하여 렌즈 효과를 발휘하여, 전자빔의 조사 위치를 변동시키는 것을 저감할 수 있다.
여기서, 주편향기(208)는, 도 4에 나타낸 DF 전원 유닛에 의한 전압(VDF)의 인가에 의해, 전자빔(200)의 조사 위치를 조정하는 정전 렌즈로서의 기능을 가질 수 있다. 즉, 주편향기(208)는, 전자빔(200)의 조사 위치 맞춤에 이용되는 정전 렌즈를 겸한 편향 전극을 구비하여 구성된다.
따라서, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치(100)는, 전자빔(200)을 편향하기 위한 편향기로서 주편향기(208)를 이용하고, 또한 전자빔(200)의 조사 위치를 조정하는 정전 렌즈로서도 이용할 수 있다. 따라서, 전자빔 묘화 장치(100)에서는, 양이온의 끌어당김 효과와, 전자빔(200)의 조사 위치의 최적화의 양립을 고려하여, 편향 전극(210-1 ~ 210-8)에 인가되는 전압(VDF)을 결정하는 것이 바람직하다. 그에 따라, 전자빔 묘화 장치(100)에서는, 전자빔(200)의 조사 위치를 미조정하기 위한 정전 렌즈를, 예를 들면 주편향기(208)와 시료(216)와의 사이 등에, 별도로 마련하는 것이 불필요해져, 뛰어난 조사 위치 맞춤 기구를 적은 부품수로 실현할 수 있다.
또한, 전자빔 묘화 장치(100)는, 주편향기(208)의 편향 전극(210-1 ~ 210-8)이 정전 렌즈를 겸한 것인 점에서, 별도로 정전 렌즈를 마련했을 경우에 비해, 정전 렌즈를 구성하는 전극의 면적을, 예를 들면 10 배 정도까지 크게 할 수 있다. 따라서, 전자빔 묘화 장치(100)의 주편향기(208)는, 고효율인 렌즈 효과, 및 고효율인 양이온의 끌어당김 효과를 나타낼 수 있다.
여기서, 전자빔 묘화 장치(100)는, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치의 일례를 나타내는 것이며, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치는 각종 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 전자빔 묘화 장치(100)는, 묘화실(103)의 시료(216)에 조사하도록 전자빔(200)을 편향하는 편향기로서, 주편향기(208) 및 부편향기(209)를 가진다. 그리고, 이들 중 주편향기(208)를 구성하는 각 편향 전극에 DF 전원 유닛(134)이 접속하는 구조를 가진다. 이 때, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치(100)에서는, 주편향기(208) 및 부편향기(209) 중, 부편향기(209)에 DF 전원 유닛(134)이 접속하는 구조로 하는 것도 가능하다. 그 경우, 부편향기(209)는, 전자빔을 편향하기 위한 편향기로서 기능하는 한편, 도입된 오존으로부터의 양이온을 끌어당길 수 있다. 그 결과, 오존 가스로부터 형성된 양이온이 전자빔(200)의 광로 상에 잔류되는 것을 억제할 수 있고, 양이온이 전자빔의 조사 위치를 변동시키는 것을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치(100)에서는, DF 전원 유닛(134)을 복수 구비하는 것도 가능하다. 그 경우, 주편향기(208) 및 부편향기(209)의 양방에, 적어도 1 개의 DF 전원 유닛(134)이 접속하는 구조로 할 수 있다. 그 경우, 주편향기(208) 및 부편향기(209)는 각각, 전자빔을 편향하기 위한 편향기로서 기능하는 한편, 도입된 오존으로부터의 양이온을 끌어당길 수 있다. 그 결과, 주편향기(208) 및 부편향기(209)는, 오존 가스로부터 형성된 양이온이 전자빔(200)의 광로 상에 잔류되는 것을 억제할 수 있고, 양이온이 전자빔의 조사 위치를 변동시키는 것을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치(100)에서는, 묘화실(103)의 시료(216)에 조사하도록 전자빔(200)을 편향하는 편향기가 1 종으로만 마련된 구성으로 하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치(100)는, 주편향기(208) 및 부편향기(209)와 같이, 복수 종의 편향기를 구비하지 않고, 1 종뿐인 편향기를 가질 수 있다. 이 경우도, 그 1 종의 편향기에 DF 전원 유닛(134)이 접속하는 구조로 할 수 있다. 그 결과, 그 1 종의 편향기는, 전자빔을 편향하기 위한 편향기로서 기능하는 한편, 도입된 오존으로부터의 양이온을 끌어당길 수 있다. 그리고, 오존 가스로부터 형성된 양이온이 전자빔(200)의 광로 상에 잔류되는 것을 억제할 수 있고, 양이온이 전자빔의 조사 위치를 변동시키는 것을 저감할 수 있다.
그리고, 예를 들면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 전자빔 묘화 장치(100)는, DAC 앰프 유닛(133) 및 DF 전원 유닛(134)과 같이, 2 종류의 독립된 전원 유닛이 각각 주편향기(208)에 접속하는 구조를 가지고 있다. 이 때, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치에서는, DAC 앰프 유닛(133)과 DF 전원 유닛(134)의 기능을 겸비한 제어 전원 유닛을 이용하여, 주편향기(208)에 접속하는 구조로 하는 것도 가능하다.
그 경우, 제어 전원 유닛은 편향 제어 회로(120)에 접속하도록 구성된다. 그리고, 편향 제어 회로(120)로부터는, 제어 전원 유닛에 대하여, 전자빔의 편향과, 양이온을 끌어당기기 위한 전위의 형성이 고려된 제어용 디지털 신호가 출력된다. 제어 전원 유닛에서는, 그 디지털 신호가 아날로그 신호로 변환되고, 또한 증폭된다. 그 후, 이 증폭된 신호는 접속된 주편향기에 출력된다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치의 주편향기는, 전자빔을 편향하기 위한 편향기로서 기능하는 한편, 도입된 오존으로부터의 양이온을 끌어당길 수 있다. 그리고, 오존 가스로부터 형성된 양이온이 전자빔(200)의 광로 상에 잔류되는 것을 억제할 수 있고, 양이온이 전자빔의 조사 위치를 변동시키는 것을 저감할 수 있다.
도 6은, 전자빔에 의한 묘화의 방법의 설명도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 시료(216) 상에 묘화되는 패턴(51)은, 직사각형 형상의 프레임 영역(52)으로 분할되어 있다. 전자빔(200)에 의한 묘화는, 도 1에서 스테이지(105)가 일방향(예를 들면, X 방향)으로 연속 이동하면서, 프레임 영역(52)마다 행해진다. 프레임 영역(52)은, 또한 부편향 영역(53)으로 분할되어 있고, 전자빔(200)은 부편향 영역(53) 내의 필요한 부분만을 묘화한다. 또한, 프레임 영역(52)은, 주편향기(208)의 편향폭으로 정해지는 직사각형 형상의 묘화 영역이며, 부편향 영역(53)은, 부편향기(209)의 편향폭으로 정해지는 단위 묘화 영역이다.
부편향 영역의 기준 위치의 위치 결정은 주편향기(208)로 행해지고, 부편향 영역(53) 내에서의 묘화는 부편향기(209)에 의해 제어된다. 즉, 주편향기(208)에 의해, 전자빔(200)이 정해진 부편향 영역(53)에 위치 결정되고, 부편향기(209)에 의해, 부편향 영역(53) 내에서의 묘화 위치가 정해진다. 또한, 성형 편향기(205)와 빔 성형용 제1 성형 애퍼처(203) 및 제2 성형 애퍼처(206)에 의해, 전자빔(200)의 형상과 치수가 정해진다. 그리고, 스테이지(105)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(105)를 연속 이동시키는 방향과 직교하는 방향(예를 들면, Y 방향)으로 스텝 이동시킨다. 그 후, 동일한 처리를 반복하여, 프레임 영역(52)을 차례로 묘화한다.
부편향 영역은, 부편향기(209)에 의해, 주편향 영역보다 고속으로 전자빔(200)이 주사되어 묘화되는 영역이며, 일반적으로 최소 묘화 단위가 된다. 부편향 영역 내를 묘화할 시에는, 패턴 도형에 따라 준비된 치수와 형상의 샷이 성형 편향기(205)에 의해 형성된다. 구체적으로는, 전자총(201)으로부터 출사된 전자빔(200)이, 제1 성형 애퍼처(203)에서 직사각형 형상으로 성형된 후, 성형 편향기(205)로 제2 성형 애퍼처(206)에 투영되어, 그 빔 형상과 치수를 변화시킨다. 그 후, 전자빔(200)은, 상술한 바와 같이, 부편향기(209)와 주편향기(208)에 의해 편향되어, 스테이지(105) 상에 재치된 시료(216)에 조사된다.
이 때, 전자빔(200)의 광로 상에는, 상술한 오존 가스의 도입에 의한 오존이 존재한다. 오존은 전자빔(200)의 조사를 받아 양이온을 발생시킨다. 이들 양이온은, 주위에 전계를 형성하여 렌즈 효과를 발휘하고, 전자빔(200)의 조사 위치를 변동시킬 우려가 있다. 그러나, 본 발명의 제1 실시 형태의 전자빔 묘화 장치(100)에서는, 주편향기(208)를 구성하는 편향 전극에 항상 음의 전위가 부여되어 있으므로, 그 편향 전극이 양이온을 끌어당길 수 있다. 그 결과, 오존 가스로부터 형성된 양이온이 전자빔(200)의 광로 상에 잔류되는 것을 억제할 수 있고, 전자빔(200)의 궤도가 이들 양이온에 의한 전계의 영향을 받아 변화되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 시료(216) 상의 원하는 위치에 전자빔(200)을 조사하는 것이 가능해진다.
실시 형태 2.
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태의 하전 입자빔 묘화 방법에 대하여 설명하는데, 하전 입자빔의 일례로서, 전자빔을 이용한 구성에 대하여 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되는 것은 아니고, 이온빔 등 이외의 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다.
본 발명의 제2 실시 형태인 전자빔 묘화 방법은, 도 1의 전자빔 묘화 장치(100)를 이용하여, 시료(216) 상에 원하는 패턴을 묘화할 수 있다. 전자빔 묘화 장치(100)는, 상술한 바와 같이, 전자 경통(102) 내에, 전자 렌즈인 대물 렌즈(207) 외에, 주편향기(208) 및 부편향기(209) 등이 배치되어 있다. 또한, 오존 발생기(161), 진공 펌프(162), 피에조 밸브(163) 및 압력계(164)가, 전자 경통(102) 내에 오존을 도입하기 위한 오존 도입 기구를 구성하고 있다.
그리고, 전자빔 묘화 장치(100)의 주편향기(208)는, 도 4에 나타낸 DF 전원 유닛에 의한 전압(VDF)의 인가에 의해, 전자빔(200)의 조사 위치를 조정하여 조사 위치 맞춤을 행하는 정전 렌즈로서의 기능을 가질 수 있다. 즉, 주편향기(208)는, 전자빔(200)의 조사 위치 맞춤에 이용되는 정전 렌즈를 겸한 편향 전극을 구비하여 구성된다.
따라서, 전자빔 묘화 장치(100)는, 대물 렌즈(207)와 주편향기(208)를 전자빔(200)의 축방향에 배치하여, 전자빔(200)의 조사 위치 맞춤을 적어도 2 단계로 행할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법은, 오존을 장치 내에 도입하면서 전자빔(200)의 조사 위치 맞춤을 행하고, 또한 DF 전원 유닛(134)으로부터 주편향기(208)에 인가되는 VDF를 조정하여 정하는 조사 위치 맞춤 공정(S101 ~ S105)과, 오존을 도입하면서, 고정값으로서 정해진 VDF를 주편향기(208)에 인가하여, 전자빔 묘화를 행하는 묘화 공정(S106)을 주된 공정으로서 포함한다.
구체적으로는, 도 7에 있어서, 본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법은, 도 1의 전자빔 묘화 장치(100) 내에 오존을 도입하는 오존 도입 공정(S101), 조사 위치 맞춤을 행하기 위하여 전자빔(200)을 시료(216)의 묘화면을 향해 출사하는 빔 조사 공정(S102), 조사 위치 맞춤을 위하여 조사 위치 측정을 하는 조사 위치 측정 공정(S103), 최적인 조사 위치를 실현하면서 DF 전원 유닛(134)으로부터 주편향기(208)의 각 편향 전극에 인가되는 전압(VDF)이 충분히 커지는 듯한 조정을 행하는 VDF 조정 공정(S104), DAC 앰프 유닛(133)으로부터 주편향기(208)에 편향 전압을 인가하고, 전자빔(200)의 조사 위치에 이탈이 생기지 않은 것을 확인하는 조사 위치 확인 공정(S105), 및, 오존을 도입하면서, 정해진 VDF를 주편향기(208)에 인가하고, 시료(216)로의 전자빔 묘화를 행하는 묘화 공정(S106)을 주요한 공정으로서 실시한다. 이하, 각 공정에 대하여 보다 자세하게 설명한다.
본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법에서는, 먼저, 오존 도입 공정(S101)에 있어서, 전자빔 묘화 장치(100) 내에 오존을 도입한다. 장치 내로의 오존의 도입에서는, 전자빔 묘화 장치(100)의 제어 계산기(110)의 제어에 의해, 오존 발생기(161), 진공 펌프(162), 피에조 밸브(163) 및 압력계(164)가 구동되고, 전자 경통(102) 내에 오존 가스가 도입된다. 그리고, 전자 경통(102) 내의 압력이, 전자빔(200)의 형성을 위하여 바람직한 범위, 예를 들면 10-4 Pa ~ 10-5 Pa의 범위 내가 되도록, 오존 가스의 도입량이 조정된다.
본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법에 있어서, 오존의 도입은, 후술하는 묘화 공정(S106)까지 계속하여 행해진다. 따라서, 본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법은, 오존의 도입에 의해 in-situ 세정을 가능하게 하여, 전자빔 묘화에 있어서의 오염물의 영향을 배제할 수 있다.
빔 조사 공정(S102)에 있어서는, 장치 내에 오존을 도입하면서, 전자총(102)으로부터 스테이지(105) 상의 시료(216)를 향해 전자빔(200)이 출사된다. 그리고, 조사 위치 측정을 위하여, 시료(216)의 묘화면에 전자빔(200)이 조사된다.
조사 위치 측정 공정(S103)에 있어서는, 예를 들면 시료(216)의 묘화할 면에 별도로 준비된 교정 마크가 이용된다. 그리고, 전자빔(200)을 편향하던가, 또는 스테이지(105)를 이동시켜, 전자빔(200)이 교정 마크 상을 주사하도록 하여, 교정 마크의 빔 프로파일의 취득이 행해진다.
이 때, 교정 마크로의 전자빔(200)의 조사는, 대물 렌즈(207)를 이용하여 대략적인 조사 위치의 조절을 행한 후, DF 전원 유닛(134)으로부터 주편향기(208)의 각 편향 전극에 인가되는 전압(VDF)의 조정에 의해 조사 위치의 미조정이 이루어져 실시된다. 즉, 전자빔(200)의 조사 위치 맞춤은, 대물 렌즈(207)를 이용한 제1 단째의 대략적인 조사 위치 맞춤과, 정전 렌즈를 겸한 주편향기(208)에 음의 직류 전압을 인가하여 행하는 제2 단째의 미세한 조사 위치 맞춤으로 이루어지는 2 단계의 조사 위치 맞춤에 의해 실시된다. 그리고, 얻어진 빔 프로파일 중에서 분해능이 가장 작아지는 빔 프로파일일 때의, 대물 렌즈(207)의 설정값과, 주편향기(208)에서의 VDF가 구해진다.
VDF 조정 공정(S104)에 있어서는, 전자빔(200)의 조사 위치를 유지하여 조사 위치를 맞추면서, 주편향기(208)에 있어서의 편향 전압에 대하여 VDF가 충분히 커지도록, 대물 렌즈(207)의 조사 위치 조정 기능과, VDF의 인가된 주편향기의 조사 위치의 미조정 기능과의 사이의 관계가 조정된다. 즉, 전자빔(200)의 조사 위치를 맞추면서, 주편향기(208)의 편향 전극에 인가되는 음의 직류 전압이 보다 큰 값이 되도록, 대물 렌즈(207)에 의한 제1 단째의 전자빔(200)의 조사 위치 맞춤과, 정전 렌즈를 겸한 주편향기(208)에 의한 제2 단째의 전자빔(200)의 조사 위치 맞춤과의 사이의 조정을 행하여, 음의 직류 전압인 VDF의 값을 조정한다. 그 결과, 조사 위치 측정 공정(S103)에서 얻어진 VDF가 조정되고, 조정 후의 최적인 VDF가 정해진다.
본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법에서는, 최적인 음의 직류 전압인 VDF가 정해지고, 전자빔 묘화 장치(100)에 있어서, 주편향기(208)를 구성하는 편향 전극에 항상 음의 전위를 부여할 수 있어, 그 편향 전극이 양이온을 끌어당기도록 할 수 있다. 그 결과, 도입된 오존에 의해 형성된 양이온이 전자빔(200)의 광로 상에 잔류되는 것을 억제할 수가 있고, 전자빔(200)의 궤도가 이들 양이온에 의한 전계의 영향을 받아 변화되는 것을 막을 수 있다.
조사 위치 확인 공정(S105)에 있어서는, 조정된 최적인 VDF를 고정값으로서 이용하고, DAC 앰프 유닛(133)으로부터 주편향기(208)에 편향 전압을 인가한다. 바람직하게는, 복수 종의 편향 전압을 주편향기(208)에 인가하고, 각 편향 전압의 인가에 의해 전자빔(200)의 조사 위치에 이탈이 생기는지 여부를 확인한다. 편향 전압의 인가에 의해 전자빔(200)의 조사 위치에 이탈이 생기는 경우, 앞의 공정, 예를 들면 VDF 조정 공정(S104)으로 되돌아와 VDF의 재조정을 행하고, 재조정 후의 VDF를 이용하여, 상기와 동일한 편향 전압의 인가에 의해 전자빔(200)의 조사 위치에 이탈이 생기는지 여부를 재확인한다. 이러한 공정은, 편향 전압의 인가에 의해 전자빔(200)의 조사 위치에 이탈이 생기지 않은 것이 확인될 때까지 반복된다. 그 결과, 본 공정에 의해, 전자빔(200)의 조사 위치에 이탈이 생기지 않은 것이 확인되어, 본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법에 있어서, 주편향기(208)에서의 최적인 VDF가 확정된다.
묘화 공정(S106)에 있어서는, 이상의 각 공정에 의해, 장치 내로의 오존 가스의 도입 조건과 주편향기(208)에 인가되는 조정 후의 최적인 VDF가 정해진 후, 오존을 도입하면서, 주편향기(208)에 조정 후의 최적인 VDF가 인가된다. 그리고, 전자빔(200)을 이용하여, 시료(216)에서 원하는 패턴이 묘화된다.
묘화를 위해서는, 설계자(유저)가 작성한 CAD 데이터가, OASIS 등의 계층화된 포맷의 설계 중간 데이터로 변환된다. 설계 중간 데이터에는, 레이어(층)마다 작성되어, 시료(216) 상에 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 장치에 고유의 포맷 데이터로 변환되고 나서 장치에 입력된다.
도 1에서는, 기억 장치(144)를 통하여, 전자빔 묘화 장치(100)에 포맷 데이터가 입력된다.
설계 패턴에 포함되는 도형은, 직사각형 또는 삼각형을 기본 도형으로 한 것이므로, 기억 장치(144)에는, 예를 들면 도형의 기준 위치에 있어서의 좌표(x, y), 변의 길이, 직사각형 또는 삼각형 등의 도형 종을 구별하는 식별자가 되는 도형 코드와 같은 정보로서, 각 패턴 도형의 형태, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터가 저장된다.
또한, 수십 μm 정도의 범위에 존재하는 도형의 집합을 일반적으로 클러스터 또는 셀이라 하는데, 이를 이용하여 데이터를 계층화하는 것이 행해지고 있다. 클러스터 또는 셀에는, 각종 도형을 단독으로 배치하거나, 어느 간격으로 반복하여 배치하거나 하는 경우의 배치 좌표 또는 반복 기술도 정의된다. 클러스터 또는 셀 데이터는, 또한 프레임 또는 스트라이프라 불리는, 폭이 수백 μm로서, 길이가 시료(216)의 X 방향 또는 Y 방향의 전장에 대응하는 100 mm 정도의 직사각형 형상 영역에 배치된다.
도형 패턴의 분할 처리는, 전자빔(200)의 사이즈에 의해 규정되는 최대 샷 사이즈 단위로 행해지고, 아울러, 분할된 각 샷의 좌표 위치, 사이즈 및 조사 시간이 설정된다. 그리고, 묘화할 도형 패턴의 형상 또는 크기에 따라 샷이 성형되도록, 묘화 데이터가 작성된다. 묘화 데이터는, 직사각형 형상의 프레임(주편향 영역) 단위로 구획되고, 또한 그 안은 부편향 영역으로 분할되어 있다. 즉, 팁 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.
도 1에 있어서, 제어 계산기(110)에 의해 기억 장치(144)로부터 읽어내진 묘화 데이터는, 거기서 복수 단의 데이터 처리를 받는다. 이에 따라 샷 데이터가 생성된다. 샷 데이터는, 편향 제어 회로(120) 내의 편향량 연산부(121)로 보내진다.
편향량 연산부(121)는, 제어 계산기(110)로부터, 샷 데이터, 스테이지(105)의 위치 정보 및 시료(216)의 높이 정보가 보내진다. 그리고, 블랭킹 편향기(212), 성형 편향기(205), 부편향기(209) 및 주편향기(208)에 있어서의 각 편향량을 연산한다. 얻어진 각 편향량은 편향 신호 생성부(124)로 보내진다.
편향 신호 생성부(124)는, 블랭킹 편향기(212), 성형 편향기(205), 부편향기(209) 및 주편향기(208)의 각 편향 전극에 인가해야 할 편향 신호를 생성한다. 각 편향 신호는, DAC 앰프 유닛(132, 133) 이외에, 대응하는 각 DAC 앰프 유닛으로 출력된다.
부편향기(209)에 접속하는 DAC 앰프 유닛(132) 및 주편향기(208)에 접속하는 DAC 앰프 유닛(133)을 포함하는 각 DAC 앰프 유닛은, 편향 신호 생성부(124)로부터 출력된 디지털 신호의 편향 신호를 각각 아날로그 신호로 변환한 후, 이것을 증폭하여 편향 전압을 생성한다. 생성된 편향 전압은, 각각 대응하는 편향기(212, 205, 209, 208)에 인가된다. 예를 들면, 주편향기(208)에 있어서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 편향 전압이 인가된다.
오존이 도입된 전자 경통(102) 내에서, 전자총(201)으로부터 출사된 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 제1 성형 애퍼처(203)에 조명된다. 이에 따라, 전자빔(200)은, 예를 들면 직사각형으로 성형된다. 이어서, 전자빔(200)은, 투영 렌즈(204)에 의해 제2 성형 애퍼처(206)에 투영된다. 제2 성형 애퍼처(206)에서의 투영 위치는, 성형 편향기(205)에 인가되는 편향 전압에 의해 정해진다.
또한, 블랭킹 애퍼처(214)와 블랭킹 편향기(212)는, 시료(216) 상에서의 전자빔(200)의 조사를 제어하는 역할을 한다.
제2 성형 애퍼처(206)를 투과한 전자빔(200)은, 원하는 형상과 치수로 성형된다. 이어서, 대물 렌즈(207)에서 조사 위치 맞춤이 이루어진 후, 주편향기(208)와 부편향기(209)에 의해 편향된다. 즉, 이들에 인가되는 각 편향 전압에 따른 위치에 전자빔(200)이 편향된다. 주편향기(208)는, 전자빔(200)을 정해진 부편향 영역에 위치 결정한다. 한편, 부편향기(209)는, 부편향 영역 내에서의 도형 묘화 단위의 위치 결정을 행한다.
이 때, 주편향기(208)와 부편향기(209)에 의해 편향된 전자빔(200)은, DF 전원 유닛(134)과 접속하는 주편향기(208)에 의해, 시료(216) 상에서의 조사 위치의 미조정이 실시된다. 즉, 주편향기(208)에는, 도 4에서 설명한 바와 같이, DF 전원 유닛(134)(도 4 중 도시되지 않음)으로부터, 음의 직류 전압인 상술의 VDF가 인가되어 있고, 그 결과, 도 5에 나타낸 전위가 형성되어 있다. 따라서, 주편향기(208)는, 편향기로서의 기능과 함께, 정전 렌즈로서의 기능도 발휘되어 정전 렌즈를 겸하고 있으며, 전자빔(200)의 조사 위치를 미조정하여, 대물 렌즈(207)와 함께 조사 위치 맞춤을 행한다.
그리고 또한, 전자빔(200)의 광로 상에는, 상술한 오존 가스의 도입에 의한 오존이 존재한다. 오존은 전자빔(200)의 조사를 받아 양이온을 발생시킨다. 이들 양이온은, 주위에 전계를 형성하여 렌즈 효과를 발휘하고, 전자빔(200)의 조사 위치를 변동시킬 우려가 있다.
그러나, 전자빔 묘화 장치(100)에서는, 주편향기(208)를 구성하는 편향 전극에, 항상 DF 전원 유닛(134)으로부터 음의 전위가 부여되어 있다. 따라서, 주편향기(208)는, 상술한 전자빔(200)의 조사 위치 맞춤을 실시하고, 또한 편향 전극에 의해 전자빔(200)의 광로 상에 발생한 양이온을 끌어당길 수 있다. 그 결과, 오존 가스로부터 형성된 양이온이 전자빔(200)의 광로 상에 잔류되는 것을 억제할 수 있고, 전자빔(200)의 궤도가 이들 양이온에 의한 전계의 영향을 받아 변화되는 것을 막을 수 있다.
따라서, 본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법에서는, 오존으로부터의 양이온의 영향이 배제되고, 시료(216) 상의 원하는 위치에, 최적인 조사 위치에서, 전자빔(200)을 조사할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 제2 실시 형태의 전자빔 묘화 방법은, 사용할 장치 내로의 오존의 도입에 의해 in-situ 세정을 가능하게 하여 오염물에 의한 영향을 배제하는 한편, 오존 도입에 의한 영향의 변동을 낮게 억제하고, 높은 안정성으로 고정밀도의 전자빔 묘화를 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서, 각종 변형하여 실시할 수 있다.

Claims (13)

  1. 시료가 재치되는 스테이지와,
    하전 입자빔을 출사하는 하전 입자총과, 상기 하전 입자빔의 궤도를 제어하는 복수의 편향 전극으로 이루어지는 편향기가 배치된 전자 경통과,
    상기 전자 경통 내에 오존을 도입하는 오존 도입 기구와,
    상기 복수의 편향 전극에, 상기 하전 입자빔을 편향하는 편향 전압을 인가하는 제1 전압 공급 수단과,
    상기 복수의 편향 전극에, 동일한 음의 직류 전압을 인가하는 제2 전압 공급 수단을 가지고,
    상기 시료의 묘화 중, 상기 복수의 편향 전극에는, 상기 편향 전압과 상기 음의 직류 전압을 병합하여 음이 되는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편향기는, 4 개 또는 8 개의 상기 편향 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편향기는, 정팔각형의 각 변의 일부를 이루도록 서로 이간하여 배치된 8 개의 상기 편향 전극으로 이루어지고, 상기 정팔각형의 중심을 상기 하전 입자빔이 통과하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 편향 전극은, 상기 제2 전압 공급에 의해 상기 음의 직류 전압이 인가되어, 정전 렌즈를 겸한 편향 전극을 구성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압 공급 수단에 의해 상기 편향 전극에 인가되는 음의 직류 전압은, 상기 제1 전압 공급 수단에 의해 인가되는 상기 편향 전압보다 큰 절대값을 가지는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압 공급 수단에 의해 상기 편향 전극에 인가되는 음의 직류 전압은, 0 V보다 작고 -350 V 이상의 범위 내의 음의 전압인 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오존 도입 기구는, 상기 오존을 발생시키는 오존 발생기와, 상기 오존 발생기로부터 상기 전자 경통 내에 도입되는 상기 오존의 유량을 제어하는 밸브와, 상기 전자 경통 내부의 압력을 계측하는 압력계와, 상기 오존 발생기에 의해 발생된 오존 가스 중 상기 전자 경통 내에 도입되지 않은 오존 가스를 배기하는 펌프를 가지는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자 경통 내에 도입된 상기 오존이, 상기 편향기가 있는 측에 확산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
  9. 하전 입자빔을 출사하는 하전 입자총과, 복수의 편향 전극으로 이루어지는 편향기가 배치된 하전 입자빔 묘화 장치 내에 오존을 도입하는 공정과,
    상기 하전 입자빔의 조사 위치를 맞추기 위하여 시료를 향해 상기 하전 입자빔을 조사하는 공정과,
    상기 편향기의 복수의 편향 전극에 동일한 음의 직류 전압을 인가하여, 상기 하전 입자빔의 조사 위치 측정을 하는 공정과,
    상기 편향기의 복수의 편향 전극에 편향 전압을 인가하고, 상기 하전 입자빔의 조사 위치에 이탈이 생기지 않은 것을 확인하는 공정과,
    상기 하전 입자빔 묘화 장치 내에 오존을 도입하면서, 상기 편향기의 복수의 편향 전극에, 편향 전압과 상기 음의 직류 전압을 병합하여 음이 되는 전압을 인가하고, 상기 시료에의 하전 입자빔 묘화를 행하는 묘화 공정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하전 입자빔 묘화 장치 내에는, 또한 상기 하전 입자빔의 조사 위치를 맞추기 위한 전자 렌즈가 배치되고,
    상기 하전 입자빔의 조사 위치에 이탈이 생기지 않은 것을 확인하는 공정의 전에,
    상기 전자 렌즈와 상기 편향기를 이용하여, 상기 하전 입자빔의 원하는 조사 위치를 실현하면서, 상기 편향기의 복수의 편향 전극에 인가되는 상기 음의 직류 전압이 보다 큰 값이 되도록 조정하는 공정을 마련하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 오존 도입 공정에서는, 상기 하전 입자빔 묘화 장치 내에 도입되는 상기 오존을, 상기 편향기가 있는 측에 확산시키는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 묘화 공정에서 상기 편향 전극에 인가되는 상기 음의 직류 전압은, 상기 묘화 공정에서 상기 편향 전극에 인가되는 편향 전압보다 큰 절대값을 가지는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 묘화 공정에서 상기 편향 전극에 인가되는 음의 직류 전압은, 0 V보다 작고 -350 V 이상의 범위 내의 음의 전압인 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
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