KR20170007118A - 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법 및 하전 입자 빔 묘화 방법 - Google Patents

하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법 및 하전 입자 빔 묘화 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시 형태에 의한 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법은, 하전 입자 빔 묘화 장치에 설정되는 빔 사이즈의 오프셋량을 구하는 것이다. 이 방법은, 소정 치수의 빔 분할수를 세팅하고, 분할한 빔을 사용하여 묘화를 행하고, 기판 상에 라인 형상의 평가 패턴을 형성하고, 상기 평가 패턴의 선폭의 설계 치수로부터의 변화량을 분할수마다 구하여, 분할수마다의 상기 변화량에, 하전 입자 빔이 부여하는 에너지의 분포에 기초하는 선폭의 모델 함수를 피팅하고, 상기 오프셋량을 산출하는 것이다.

Description

하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법 및 하전 입자 빔 묘화 방법{ADJUSTMENT METHOD OF CHARGED PARTICLE BEAM WRITING APPARATUS, AND CHARGED PARTICLE BEAM WRITING METHOD}
본 발명은, 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법 및 하전 입자 빔 묘화 방법에 관한 것이다.
LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스의 회로 선폭은 해마다 미세화되고 있다. 반도체 디바이스에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해서는, 축소 투영형 노광 장치를 사용하여, 석영 상에 형성된 고정밀도의 원화 패턴(마스크, 또는 특히 스테퍼나 스캐너에서 사용되는 것은 레티클이라고도 함.)을 웨이퍼 상에 축소 전사하는 방법이 채용되어 있다. 고정밀도의 원화 패턴은, 전자빔 묘화 장치에 의해 묘화되고, 소위, 전자빔 리소그래피 기술이 사용되고 있다.
전자빔 리소그래피의 한 방식으로서, 가변 성형 빔을 사용하는 VSB 방식을 들 수 있다. 이 방식은, 예를 들어 제1 성형 애퍼쳐의 개구와, 제2 성형 애퍼쳐의 개구를 통과함으로써 임의의 형상으로 성형된 전자빔을 사용하여, 가동 스테이지에 적재된 시료 위에 도형 패턴을 묘화하는 것이다.
이러한 VSB 방식은, 여러 가지 치수·형상으로 성형된 빔을 서로 연결시켜서 패턴을 형성한다. 시료 위에 고정밀도의 패턴을 묘화하기 위해서는, 빔 사이즈의 어긋남량인 오프셋을 최적의 값으로 조정하고, 묘화 장치에 설정할 필요가 있다.
최적 오프셋량을 구하는 종래의 방법에서는, 먼저, 분할한 동일 폭의 직사각형 빔을 서로 연결시킨 라인 패턴을, 분할수와 오프셋량을 세팅하여 묘화하고, 평가 패턴을 형성한다. 이어서, 오프셋량마다, 분할수에 대한 평가 패턴의 선폭의 변화 정도(기울기)를 구한다. 계속해서, 각 오프셋량과, 평가 패턴의 선폭의 변화 기울기로부터, 기울기가 제로가 되는 오프셋량을 구하고, 이 오프셋량을, 분할수에 의해 선폭이 변화하지 않는 최적 오프셋량으로서 산출하고 있었다.
그러나, 선폭의 변화량과 분할수와는 비선형의 관계에 있고, 상술한 방법으로 구한 오프셋량과, 실제의 최적 오프셋량과에 어긋남이 발생하고 있었다. 그로 인해, 묘화 장치에 최적인 오프셋량을 설정할 수 없고, 묘화 정밀도를 향상시키는 것이 곤란하였다.
또한, 상술한 종래의 방법에서는, 분할수와 오프셋량을 세팅하여 평가 패턴을 묘화할 필요가 있기 때문에, 최적 오프셋량을 구하는 데도 시간이 걸리고 있었다.
일 실시 형태에 의한 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법은, 하전 입자 빔 묘화 장치에 설정되는 빔 사이즈의 오프셋량을 구하는 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법이며, 소정 치수의 빔 분할수를 세팅하고, 분할한 빔을 사용하여 묘화를 행하여, 기판 상에 라인 형상의 평가 패턴을 형성하는 공정과, 상기 평가 패턴의 선폭의 설계 치수로부터의 변화량을 분할수마다 구하는 공정과, 분할수마다의 상기 변화량에, 하전 입자 빔이 부여하는 에너지의 분포에 기초하는 선폭의 모델 함수를 피팅하고, 상기 오프셋량을 산출하는 공정을 구비하는 것이다.
본 발명의 실시 형태는, 묘화 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 오프셋량을 구함과 함께, 이 오프셋량을 구하는 데도 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법 및 이러한 오프셋량이 설정된 묘화 장치를 사용하여 고정밀도의 패턴을 묘화할 수 있는 하전 입자 빔 묘화 방법을 제공한다.
도 1은, 본 실시 형태에 의한 묘화 장치의 조정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는, 전자빔 묘화 장치의 개략도이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는, 평가 패턴의 묘화 방법의 예를 나타내는 도이다.
도 4는, 분할수마다의 설계값으로부터의 선폭 변화량의 예를 나타내는 그래프이다.
도 5의 (a) 내지 (c)는, 전자빔이 부여하는 에너지의 분포와, 패턴의 선폭과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 분할수마다의 설계값으로부터의 선폭 변화량의 모델 함수를 피팅한 예를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 비교예에 의한 평가 패턴의 선폭을 나타내는 그래프이다.
도 8은, 비교예에 의한 평가 패턴의 선폭의 변화 기울기를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
전자빔 묘화 장치에는, 장치의 조정 단계에서 빔 사이즈의 어긋남량인 오프셋량이 설정되고, 이 오프셋량을 사용하여 빔 사이즈를 보정하여 묘화를 행한다. 도 1은, 전자빔 묘화 장치에 설정되는 최적의 오프셋량을 구하는 묘화 장치의 조정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 이 방법은, 기판 상의 레지스트막에 빔 사이즈를 바꾸면서 평가 패턴을 묘화하는 공정(스텝 S101 내지 S103)과, 현상 처리를 행하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정(스텝 S104)과, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭 처리를 행하고, 차광막에 평가 패턴을 형성하는 공정(스텝 S105)과, 평가 패턴의 선폭을 계측하는 공정(스텝 S106)과, 모델 함수의 피팅 공정(스텝 S107)과, 최적 오프셋량의 산출 공정(스텝 S108)을 구비한다.
도 2는, 평가 패턴의 묘화를 행하는 전자빔 묘화 장치의 개략도이다. 전자빔 묘화 장치는, 전자빔 경통(40) 및 묘화실(50)을 갖고 있다. 전자빔 경통(40) 내에는 전자총(41), 블랭킹 애퍼쳐(42), 제1 애퍼쳐(43), 제2 애퍼쳐(44), 블랭킹 편향기(45), 성형 편향기(46), 대물 편향기(47), 렌즈(48)(조명 렌즈 CL, 투영 렌즈 PL, 대물 렌즈 OL)가 배치되어 있다.
묘화실(50) 내에는, 이동 가능하게 배치된 XY 스테이지(52)가 배치된다. XY 스테이지(52) 상에는, 평가용의 마스크 기판(10)이 적재되어 있다. 마스크 기판(10)은, 유리 기판 위에 크롬막 등의 차광막과 레지스트막이 적층된 것이다.
전자총(41)으로부터 방출된 전자빔(49)은, 조명 렌즈(48)(CL)에 의해 직사각형의 구멍을 갖는 제1 애퍼쳐(43) 전체를 조명한다. 여기서, 전자빔(49)을 먼저 직사각형으로 성형한다. 그리고, 제1 애퍼쳐(43)를 통과한 제1 애퍼쳐상의 전자빔은, 투영 렌즈(48)(PL)에 의해 제2 애퍼쳐(44) 위에 투영된다. 제2 애퍼쳐(44) 상에서의 제1 애퍼쳐상의 위치는, 성형 편향기(46)에 의해 제어되고, 빔 형상과 치수를 변화시킬 수 있다. 그리고, 제2 애퍼쳐(44)를 통과한 제2 애퍼쳐상의 전자빔은, 대물 렌즈(48)(OL)에 의해 초점이 맞춰져, 대물 편향기(47)에 의해 편향되고, XY 스테이지(52) 상의 마스크 기판(10)이 원하는 위치에 조사된다.
전자총(41)으로부터 방출된 전자빔(49)은 블랭킹 편향기(45)에 의해, 빔 온의 상태에서는, 블랭킹 애퍼쳐(42)를 통과하도록 제어되고, 빔 오프의 상태에서는, 빔 전체가 블랭킹 애퍼쳐(42)로 차폐되도록 편향된다. 빔 오프의 상태로부터 빔 온이 되고, 그 후 빔 오프가 될 때까지 블랭킹 애퍼쳐(42)를 통과한 전자빔이 1회의 전자빔의 샷이 된다. 각 샷의 조사 시간에 의해, 마스크 기판(10)의 표면 레지스트막에 조사되는 전자빔의 샷당의 조사량이 조정되게 된다.
전자빔 묘화 장치의 각 부는 도시하지 않은 제어 장치에 의해 제어된다. 예를 들어, 제어 장치는, 대물 편향기(47)의 편향량 및 XY 스테이지(52)의 이동량을 제어하여, 전자빔의 조사 위치를 바꾼다. 또한, 제어 장치는, 성형 편향기(46)의 편향량을 제어하여, 빔 형상 및 치수를 바꾼다. 이에 의해, 마스크 기판(10) 상의 레지스트막에, 형상이나 치수를 바꾸어서 전자빔을 조사할 수 있다.
도 3의 (a) 내지 (c)는, 본 실시 형태에 의한 평가 패턴의 묘화 방법의 예를 나타낸다. 평가 패턴의 묘화에서는, 라인 패턴을 길이 방향(도면 중 좌우 방향)으로 동일 사이즈의 직사각형 R로 분할하고, 또한 이 직사각형 R을 라인 패턴의 짧은 방향(도면 중 상하 방향)으로 분할한 형상의 빔을 사용한다. 이 빔을 서로 연결시켜, 평가 패턴으로서의 라인 패턴을 묘화한다. 또한, 짧은 방향의 분할수를 세팅하여 빔의 형상을 바꾸고, 마찬가지로 평가 패턴으로서의 라인 패턴을 묘화한다. 도 3의 (a) 내지 (c)는 각각 분할수가 3, 4, 8인 예를 나타낸다.
이와 같이, 분할수를 세팅하여, 사이즈(짧은 방향의 폭)를 바꾼 빔을 사용하여, 마스크 기판(10) 상의 레지스트막에, 복수의 라인 패턴을 포함하는 평가 패턴을 묘화한다(스텝 S101 내지 S103). 또한, 평가 패턴을 묘화할 때, 전자빔 묘화 장치에 설정되는 오프셋량은 일정하다. 이 오프셋량은, 전자빔 묘화 장치의 전자빔 경통(40)이나 제어 부분의 근소한 어긋남 등에 기인하는 빔 사이즈의 어긋남을 보정하기 위한 빔 사이즈의 어긋남량이다. 오프셋량을 제로로 함으로써, 전자빔 묘화 장치에 있어서 빔 사이즈의 연산 처리가 용이해진다.
모든 분할수에 대하여 묘화를 행한 후(스텝 S102_"예"), 공지된 현상 장치 및 현상액을 사용하여, 전자빔이 조사된 레지스트막을 현상한다(스텝 S104). 레지스트막 중, 전자빔이 조사된 개소가 현상액에 대하여 가용화하고, 레지스트 패턴이 형성된다.
스텝 S105에서는, 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 차광막을 에칭한다. 이에 의해, 차광막이 가공되어, 평가 패턴이 형성된다. 에칭 처리 후, 애싱 등에 의해 레지스트 패턴을 제거한다.
스텝 S106에서는, CD-SEM 등의 계측 장치를 사용하여, 평가 패턴의 치수(선폭)를 계측한다. 그리고, 묘화 시의 분할수마다, 평가 패턴의 치수와, 설계 치수와의 차를 구한다. 도 4는, 분할수마다의 설계값으로부터의 선폭 변화량의 예를 나타내는 그래프이다.
스텝 S107에서는, 전자빔이 부여하는 에너지의 분포에 기초하는 패턴의 선폭을 모델화한 모델 함수 Lm을 사용하여, 스텝 S106에서 구한 분할수마다의 설계값으로부터의 선폭 변화량을 피팅한다.
도 5의 (a)는 전자빔이 부여하는 에너지의 분포와, 패턴의 선폭과의 관계를 나타내는 그래프이다. 에너지가 역치 이상이 되는 영역이 선폭에 대응한다. 이러한 에너지 분포로부터 모델 함수 Lm=f(n, a)가 정해진다. 여기서, n은 분할수, a는 오프셋량이다. 즉, 모델 함수 Lm은, 분할수와 오프셋량을 규정함으로써, 패턴의 선폭이 산출되는 함수이다.
에너지 분포는, 도 5의 (a) 내지 (c)에 나타내는 바와 같이, 레지스트 재료의 종류나 설계 치수에 따라서 상이한 것이 된다. 그 때문에, 에너지 분포에 기초하는 모델 함수 Lm에 대해서도, 레지스트 재료나 설계 치수에 따라서 상이한 것이 복수 준비된다. 스텝 S107에서 사용되는 모델 함수 Lm은, 마스크 기판(10)에 형성된 레지스트막의 종류나, 평가 패턴의 설계 치수에 기초하여 선정된다. 실제로는, 모델 함수 Lm은 설계 치수나 레지스트 재료(및 프로세스 조건)에 따른 상수를 입력하는 변수를 구비하고 있고, 이들을 입력함으로써 피팅에 사용하는 모델 함수 Lm=f(n, a)가 선정된다.
도 6은, 분할수마다의 설계값으로부터의 선폭 변화량에 모델 함수 Lm을 피팅한 예를 나타내고 있다.
스텝 S108에서는, 분할수마다의 설계값으로부터의 선폭 변화량에 모델 함수 Lm이 가장 근사하는 최적 오프셋량 a0을 최소 제곱법에 의해 산출한다. 구체적으로는, 이하의 수식의 S가 최소가 되는 오프셋량 a가 최적 오프셋량 a0이 된다.
Figure pat00001
상기 수식에 있어서 n1 내지 nk는 분할수이고, d1 내지 dk는 분할수 n1 내지 nk일 때의 평가 패턴의 선폭의 계측 결과이다.
이러한 방법에 의해 구한 최적 오프셋량 a0은, 분할수를 바꾸어, 빔 형상을 바꾸어도, 묘화 패턴의 선폭이 거의 변화하지 않는 것이다. 이러한 최적 오프셋량 a0을 전자빔 묘화 장치에 설정함으로써, 묘화 정밀도를 향상시킬 수 있다.
[비교예]
비교예에 의한 오프셋량의 산출 방법을 도 7 및 도 8을 사용하여 설명한다. 이 방법에서는, 상기 실시 형태와 마찬가지로 분할수를 세팅하여 빔의 형상을 바꿈과 동시에, 추가로 묘화 장치에 설정되는 오프셋량도 세팅하여 평가 패턴을 묘화한다.
계속해서, 현상, 에칭 등을 행하여, 차광막에 평가 패턴을 형성한다. 그리고, 평가 패턴의 치수(선폭)를 계측하고, 묘화시의 분할수마다 및 오프셋량마다, 평가 패턴의 치수를 구한다. 도 7은, 분할수마다 및 오프셋량마다의 선폭의 예를 나타내는 그래프이다.
이어서, 오프셋량마다, 분할수에 대한 선폭의 변화의 기울기를 구한다. 도 8은, 오프셋량마다의, 선폭의 변화의 기울기의 예를 나타내는 그래프이다. 그리고, 선형 근사에 의해, 선폭의 변화의 기울기가 제로가 되는 오프셋량 a1을 구한다.
이 방법은, 오프셋량에 의한 선폭의 변화량이 분할수와 선형의 관계에 있는 것을 전제로 하고 있다. 그러나, 오프셋량에 의한 선폭의 변화량과 분할수와는 비선형의 관계에 있기 때문에, 도 8에 나타내는 오프셋량 a1과, 실제의 최적 오프셋량과에 어긋남이 발생한다. 또한, 이 방법은, 분할수뿐만 아니라, 오프셋량을 세팅하여 묘화를 행하기 때문에, 평가 패턴의 묘화에 필요로 하는 시간이 길어진다.
한편, 상술한 본 실시 형태에 따르면, 전자빔이 부여하는 에너지의 분포에 기초하는 모델 함수를 묘화 결과에 피팅함으로써, 전자빔 묘화 장치의 묘화 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 최적 오프셋량 a0을 구할 수 있다.
또한, 평가 패턴의 묘화시는, 분할수를 세팅하고, 오프셋량을 세팅할 필요는 없기 때문에, 비교예의 방법과 비교하여, 오프셋량을 구하는 데 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 전자빔을 사용한 구성에 대하여 설명했지만, 이온빔 등의 다른 하전 입자 빔을 사용해도 된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태 자체에 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적당한 조합에 의해, 여러가지 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 나타나는 전체 구성 요소로부터 몇 가지의 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 다른 실시 형태에 걸친 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.

Claims (9)

  1. 하전 입자 빔 묘화 장치에 설정되는 빔 사이즈의 오프셋량을 구하는 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법이며,
    소정 치수의 빔 분할수를 세팅하고, 분할한 빔을 사용하여 묘화를 행하여, 기판 상에 라인 형상의 평가 패턴을 형성하고,
    상기 평가 패턴의 선폭의 설계 치수로부터의 변화량을 분할수마다 구하여,
    분할수마다의 상기 변화량에, 하전 입자 빔이 부여하는 에너지의 분포에 기초하는 선폭의 모델 함수를 피팅하고, 상기 오프셋량을 산출하는
    하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모델 함수는, 기판 상의 레지스트의 종류 및 상기 평가 패턴의 선폭의 설계 치수에 따라서 복수 준비되어 있고, 분할수 및 오프셋량이 변수로 되어 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 복수의 모델 함수로부터, 상기 기판 상의 레지스트의 종류 및 상기 기판 상에 형성한 상기 평가 패턴의 설계 치수에 기초하여 1개의 모델 함수를 선정하고,
    선정한 모델 함수가 상기 분할수마다의 변화량에 가장 근사하는 오프셋량을 산출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 하전 입자 빔 묘화 장치에 설정되는 오프셋량을 일정하게 하여 상기 평가 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 평가 패턴을 묘화할 때에 상기 하전 입자 빔 묘화 장치에 설정하는 오프셋량을 제로로 하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 평가 패턴은 짧은 방향의 폭이 같은 복수의 라인 패턴을 포함하고,
    각 라인 패턴을 묘화하는 빔은, 짧은 방향의 폭이 상이한 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 묘화 장치의 조정 방법.
  7. 하전 입자 빔 묘화 장치의 소정 치수의 빔 분할수를 세팅하고, 분할한 빔을 사용하여 묘화를 행하여, 기판 상에 라인 형상의 평가 패턴을 형성하고,
    상기 평가 패턴의 선폭의 설계 치수로부터의 변화량을 분할수마다 구하여,
    분할수마다의 상기 변화량에, 하전 입자 빔이 부여하는 에너지의 분포에 기초하는 선폭의 모델 함수를 피팅하고, 빔 사이즈의 오프셋량을 산출하여,
    상기 하전 입자 빔 묘화 장치에 산출한 오프셋량을 설정하고, 묘화 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 묘화 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하전 입자 빔 묘화 장치에 설정하는 오프셋량을 일정하게 하여 상기 평가 패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 묘화 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 평가 패턴을 묘화할 때에 상기 하전 입자 빔 묘화 장치에 설정하는 오프셋량을 제로로 하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 묘화 방법.


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