KR20220078689A - 멀티 하전 입자 빔 조정 방법, 멀티 하전 입자 빔 조사 방법 및 멀티 하전 입자 빔 조사 장치 - Google Patents

멀티 하전 입자 빔 조정 방법, 멀티 하전 입자 빔 조사 방법 및 멀티 하전 입자 빔 조사 장치 Download PDF

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츠바사 나나오
히로후미 모리타
다카나오 도오야
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

복수단의 렌즈에 설정하는 최적의 여기 파라미터의 값을 고속으로 산출한다. 멀티 하전 입자 빔 조정 방법은, 멀티 하전 입자 빔을 형성하는 공정과, 2단 이상의 대물 렌즈에 대응하여 배치된 2단 이상의 렌즈의 각각에 대해서, 적어도 여기 파라미터의 변화에 대한, 상기 멀티 하전 입자 빔의 빔상의 축소도의 변화율인 제1 변화율 및 상기 빔상의 회전도의 변화율인 제2 변화율을 산출하는 공정과, 상기 빔상의 축소도 및 회전도의 보정량, 상기 제1 변화율 및 상기 제2 변화율에 기초하여, 각 렌즈의 여기 파라미터의 제1 보정량을 산출하는 공정을 구비한다.

Description

멀티 하전 입자 빔 조정 방법, 멀티 하전 입자 빔 조사 방법 및 멀티 하전 입자 빔 조사 장치
본 발명은, 멀티 하전 입자 빔 조정 방법, 멀티 하전 입자 빔 조사 방법 및 멀티 하전 입자 빔 조사 장치에 관한 것이다.
LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선폭은 해마다 미세화되어 오고 있다. 반도체 디바이스에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해서는, 축소 투영형 노광 장치를 사용하여, 석영 상에 형성된 고정밀도의 원화 패턴을 웨이퍼 상에 축소 전사하는 방법이 채용되고 있다. 고정밀도의 원화 패턴의 제작에는, 전자 빔 묘화 장치에 의해 레지스트를 노광하여 패턴을 형성하는, 소위, 전자 빔 리소그래피 기술이 사용되고 있다.
전자 빔 묘화 장치로서, 지금까지 1개의 빔을 편향하여 기판 상의 필요한 개소에 빔을 조사하는 싱글 빔 묘화 장치를 대신하여, 멀티 빔을 사용한 묘화 장치의 개발이 진행되고 있다. 멀티 빔을 사용함으로써 1개의 전자 빔으로 묘화하는 경우에 비교하여 많은 빔을 조사할 수 있으므로, 스루풋을 대폭으로 향상시킬 수 있다. 멀티 빔 방식의 묘화 장치에서는, 예를 들어, 전자총으로부터 방출된 전자 빔을 복수의 개구부를 가진 애퍼처 부재에 통과시켜서 멀티 빔을 형성하고, 블랭킹 플레이트로 각 빔의 블랭킹 제어를 행하고, 차폐되지 않은 빔이 광학계에서 축소되어, 이동 가능한 스테이지 상에 적재된 기판에 조사된다.
전자 빔 묘화 장치에서는, 각 샷의 빔을 대물 렌즈로 기판 상에 초점을 맞춤과 함께, 예를 들어, 정전 렌즈를 사용하여, 기판면의 요철에 대응하도록 묘화 중에 다이내믹하게 초점 보정(다이나믹 포커스)을 행하고 있다. 그러나, 다이나믹 포커스를 행하면, 기판 상에 있어서 빔상으로 회전이나 배율 변동을 발생시켜, 묘화 위치 정밀도가 열화되어 버린다. 그 때문에, 다이나믹 포커스에 의존하는 빔상의 회전 및 배율 변동을 최대한 저감할 것이 요구된다.
다이나믹 포커스에 의존하는 빔상의 회전 및 배율 변동을 억제하기 위해, 복수단의 정전 렌즈를 마련하고, 각 정전 렌즈에 인가하는 전압을 시뮬레이션 또는 실험으로 구하는 것이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 6 참조). 그러나, 시뮬레이션과 실제 기계에서는 공차나 해석 오차가 발생한다. 또한, 실험에 의해 정전 렌즈에 인가하는 전압을 구하는 구체적인 방법은 개시되어 있지 않다.
일본 특허 공개 제2003-332206호 공보 일본 특허 공개 제2003-297732호 공보 일본 특허 공개 제2003-203836호 공보 일본 특허 공개 제2014-127568호 공보 일본 특허 공개 제2018-198235호 공보 일본 특허 공개 제2013-197289호 공보
본 발명은, 다이나믹 포커스에 의존하는 빔상의 회전 및 배율 변동을 억제하기 위해 복수단의 렌즈에 설정하는 최적의 여기 파라미터의 값을 고속으로 산출할 수 있는 멀티 하전 입자 빔 조정 방법, 멀티 하전 입자 빔 조사 방법 및 멀티 하전 입자 빔 조사 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 양태에 의한 멀티 하전 입자 빔 조정 방법은, 멀티 하전 입자 빔을 형성하는 공정과, 2단 이상의 대물 렌즈에 대응하여 배치된 2단 이상의 렌즈의 각각에 대해서, 적어도 여기 파라미터의 변화에 대한, 상기 멀티 하전 입자 빔의 빔상의 축소도의 변화율인 제1 변화율 및 상기 빔상의 회전도의 변화율인 제2 변화율을 산출하는 공정과, 상기 빔상의 축소도 및 회전도의 보정량, 상기 제1 변화율 및 상기 제2 변화율에 기초하여, 각 렌즈의 여기 파라미터의 제1 보정량을 산출하는 공정을 구비하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 의한 멀티 하전 입자 빔 조사 방법은, 멀티 하전 입자 빔을 형성하는 공정과, 2단 이상의 대물 렌즈에 대응하여 배치된 2단 이상의 렌즈의 각각에 대해서, 적어도 여기 파라미터의 변화에 대한, 상기 멀티 하전 입자 빔의 빔상의 축소도의 변화율인 제1 변화율 및 상기 빔상의 회전도의 변화율인 제2 변화율을 산출하는 공정과, 상기 빔상의 축소도 및 회전도의 보정량, 상기 제1 변화율 및 상기 제2 변화율에 기초하여, 각 렌즈의 여기 파라미터의 제1 보정량을 산출하는 공정과, 상기 제1 보정량을 가산한 여기 파라미터를 상기 렌즈에 설정하여, 상기 멀티 하전 입자 빔을 기판에 조사하는 공정을 구비하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 의한 멀티 하전 입자 빔 조사 장치는, 멀티 하전 입자 빔의 각각을 블랭킹 편향하는 복수의 블랭커와, 상기 복수의 블랭커에 의해 빔 오프의 상태가 되도록 편향된 빔을 차폐하는 제한 애퍼처 부재와, 상기 제한 애퍼처 부재를 통과한 멀티 하전 입자 빔의 초점을 기판 상에 맞추는 2단 이상의 대물 렌즈와, 상기 대물 렌즈에 대응하여 배치된 2단 이상의 렌즈와, 상기 렌즈의 각각에 대해서, 여기 파라미터의 변화에 대한, 상기 멀티 하전 입자 빔의 빔상의 축소도의 변화율인 제1 변화율, 상기 빔상의 회전도의 변화율인 제2 변화율, 상기 빔상의 축소도 및 회전도의 보정량에 기초하여, 각 렌즈의 여기 파라미터의 제1 보정량을 산출하고, 상기 제1 보정량을 가산한 여기 파라미터를 상기 렌즈에 설정하는 제어부를 구비하는 것이다.
본 발명에 따르면, 다이나믹 포커스에 의존하는 빔상의 회전 및 배율 변동을 억제하기 위해 복수단의 렌즈에 설정하는 최적의 여기 파라미터의 값을 고속으로 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치의 개략도이다.
도 2는 애퍼처 부재의 개략도이다.
도 3은 빔 형상의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 포커스 위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 5a는 전압에 대한 빔상의 축소항의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 5b는 전압에 대한 빔상의 회전항의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 5c는 전압에 대한 포커스 위치의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 Z 높이에 대한 빔상의 축소항의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 스테이지 주행 방향에 대한 기판의 회전을 도시하는 도면이다.
도 8은 빔 형상의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 포커스 위치의 예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 멀티 하전 입자 빔 묘화 장치의 개략도이다. 본 실시 형태에서는, 하전 입자 빔의 일례로서, 전자 빔을 사용한 구성에 대해서 설명한다. 단, 하전 입자 빔은, 전자 빔에 한정되는 것은 아니며, 이온빔 등의 다른 하전 입자 빔이어도 된다.
이 묘화 장치는, 묘화 대상의 기판(24)에 전자 빔을 조사하여 원하는 패턴을 묘화하는 묘화부 W와, 묘화부 W의 동작을 제어하는 제어부 C를 구비한다.
묘화부 W는, 전자 빔 경통(2) 및 묘화실(20)을 갖고 있다. 전자 빔 경통(2) 내에는, 전자총(4), 조명 렌즈(6), 애퍼처 부재(8), 블랭킹 플레이트(10), 축소 렌즈(12), 제한 애퍼처 부재(14), 3단의 대물 렌즈(16, 17, 18) 및 3단의 정전 렌즈(66, 67, 68)가 배치되어 있다. 정전 렌즈(66)는, 전자 렌즈로 구성되는 대물 렌즈(16)의 자기장 내에 배치되어 있다. 정전 렌즈(67)는, 전자 렌즈로 구성되는 대물 렌즈(17)의 자기장 내에 배치되어 있다. 정전 렌즈(68)는, 전자 렌즈로 구성되는 대물 렌즈(18)의 자기장 내에 배치되어 있다.
묘화실(20) 내에는, XY 스테이지(22)가 배치된다. XY 스테이지(22) 상에는, 묘화 대상의 기판(24)이 적재되어 있다. 묘화 대상의 기판(24)은, 예를 들어, 마스크 블랭크스나 반도체 기판(실리콘 웨이퍼)이다.
또한, XY 스테이지(22)에는, 기판(24)이 적재되는 위치와는 다른 위치에, 검사 애퍼처(40) 및 전류 검출기(50)가 배치되어 있다. 검사 애퍼처(40)는 바람직하게는 기판(24)과 동일한 높이 위치에 설치된다.
검사 애퍼처(40)에는, 멀티 빔 중 1개의 전자 빔만 통과시킬 수 있는 개구가 형성되어 있다. 검사 애퍼처(40)의 개구를 통과한 전자 빔은, 전류 검출기(50)에 입사하여, 빔 전류가 검출된다. 전류 검출기(50)에는, 예를 들어, SSD(반도체 검출기(solid-state detector))를 사용할 수 있다. 전류 검출기(50)에 의한 검출 결과는 제어 계산기(32)에 통지된다.
전자총(4)(방출부)으로부터 방출된 전자 빔(30)은 조명 렌즈(6)에 의해 거의 수직으로 애퍼처 부재(8) 전체를 조명한다. 도 2는, 애퍼처 부재(8)의 구성을 도시하는 개념도이다. 애퍼처 부재(8)에는, 세로(y 방향) m열×가로(x 방향) n열(m, n≥2)의 개구부(80)가 소정의 배열 피치로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 예를 들어, 512열×512열의 개구부(80)가 형성된다. 각 개구부(80)는, 모두 동일 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 각 개구부(80)는 동일한 직경의 원형이어도 상관없다.
전자 빔(30)은 애퍼처 부재(8)의 모든 개구부(80)가 포함되는 영역을 조명한다. 이들 복수의 개구부(80)를 전자 빔(30)의 일부가 각각 통과함으로써, 도 1에 도시한 바와 같은 멀티 빔(30a 내지 30e)이 형성되게 된다.
블랭킹 플레이트(10)에는, 애퍼처 부재(8)의 각 개구부(80)의 배치 위치에 맞춰서 관통 구멍이 형성되고, 각 관통 구멍에는, 쌍이 되는 2개가 전극으로 이루어지는 블랭커가 배치된다. 각 관통 구멍을 통과하는 멀티 빔(30a 내지 30e)은, 각각 독립적으로, 블랭커가 인가하는 전압에 의해 편향된다. 이 편향에 의해, 각 빔이 블랭킹 제어된다. 이와 같이, 블랭킹 플레이트(10)에 의해, 애퍼처 부재(8)의 복수의 개구부(80)를 통과한 멀티 빔의 각 빔에 대하여 블랭킹 편향이 행해진다.
블랭킹 플레이트(10)를 통과한 멀티 빔(30a 내지 30e)은 축소 렌즈(12)에 의해, 각각의 빔 사이즈와 배열 피치가 축소되고, 제한 애퍼처 부재(14)에 형성된 중심의 개구를 향하여 진행한다. 여기서, 블랭킹 플레이트(10)의 블랭커에 의해 편향된 전자 빔은, 그 궤도가 변위되어 제한 애퍼처 부재(14)의 중심 개구로부터 위치가 어긋나, 제한 애퍼처 부재(14)에 의해 차폐된다. 한편, 블랭킹 플레이트(10)의 블랭커에 의해 편향되지 않은 전자 빔은, 제한 애퍼처 부재(14)의 중심 개구를 통과한다.
이와 같이, 제한 애퍼처 부재(14)는 블랭킹 플레이트(10)의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 전자 빔을 차폐한다. 그리고, 빔 ON이 되고 나서 빔 OFF가 될 때까지 제한 애퍼처 부재(14)를 통과한 빔이, 1회분의 샷 전자 빔이 된다.
제한 애퍼처 부재(14)를 통과한 멀티 빔(30a 내지 30e)은, 3단의 대물 렌즈(16, 17, 18)에 의해 초점이 맞춰지고, 기판(24) 상에서 원하는 축소율의 패턴상이 된다. 제한 애퍼처 부재(14)를 통과한 각 전자 빔(멀티 빔 전체)은 편향기의 기능을 겸한 정전 렌즈(66, 67, 68)의 적어도 하나에 의해 동일 방향으로 통합하여 편향되어, 기판(24)에 조사된다. XY 스테이지(22)가 연속 이동하고 있을 때, 빔의 조사 위치가 XY 스테이지(22)의 이동에 추종하도록 편향된다. 또한, XY 스테이지(22)가 이동하여 묘화 위치가 그때마다 변화되고, 멀티 빔이 조사되는 기판(24) 표면의 높이가 변화된다. 그 때문에, 정전 렌즈(66, 67, 68)에 의해, 묘화 중에, 다이내믹하게 멀티 빔의 초점 어긋남이 보정(다이나믹 포커스)된다.
한번에 조사되는 멀티 빔은, 이상적으로는 애퍼처 부재(8)의 복수의 개구부(80)의 배열 피치에 상술한 원하는 축소율을 곱한 피치로 배열하게 된다. 이 묘화 장치는, 샷 빔을 연속해서 차례로 조사해 가는 래스터 스캔 방식에 의해 묘화 동작을 행하여, 원하는 패턴을 묘화할 때, 패턴에 따라서 필요한 빔이 블랭킹 제어에 의해 빔 ON으로 제어된다.
제어부 C는, 제어 계산기(32), 제어 회로(34) 및 앰프(36, 37, 38)를 갖고 있다. 제어 계산기(32)는, 묘화 데이터에 대해 복수단의 데이터 변환 처리를 행하여 장치 고유의 샷 데이터를 생성하여, 제어 회로(34)에 출력한다. 샷 데이터에는, 각 샷의 조사량 및 조사 위치 좌표 등이 정의된다. 제어 회로(34)는, 각 샷의 조사량을 전류 밀도로 나눠서 조사 시간을 구하고, 대응하는 샷이 행해질 때, 산출한 조사 시간만큼 빔 ON하도록, 블랭킹 플레이트(10)의 대응하는 블랭커에 편향 전압을 인가한다.
앰프(36)는 제어 회로(34)로부터 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 정전 렌즈(66)에 전압을 인가한다. 앰프(37)는 제어 회로(34)로부터 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 정전 렌즈(67)에 전압을 인가한다. 앰프(38)는 제어 회로(34)로부터 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 정전 렌즈(68)에 전압을 인가한다.
다음에, 다이나믹 포커스에 의존하는 빔상의 회전 및 축소(배율 변동)를 억제하기 위해 정전 렌즈(66, 67, 68)에 인가하는 전압의 산출 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 정전 렌즈(67, 68)에 인가하는 전압을 고정하고, 정전 렌즈(66)에 인가하는 전압을 변경하면서, 빔 형상(멀티 빔 전체상의 형상) 및 포커스 위치를 측정한다.
빔 형상의 측정에는, 검사 애퍼처(40) 및 전류 검출기(50)를 사용한다. 예를 들어, 블랭킹 플레이트(10)를 복수의 영역으로 분할하고, 각 영역의 빔에서 검사 애퍼처(40)를 스캔한다.
복수의 영역 중 1개의 영역(측정 영역)에 대응하는 빔을 온으로 하고, 다른 영역에 대응하는 빔을 오프로 한다. XY 스테이지(22)를 이동하여, 측정 영역의 빔 바로 아래에 검사 애퍼처(40)를 배치한다. 온으로 한 측정 영역 내의 복수의 빔을 편향시켜서 검사 애퍼처(40)를 스캔하고, 검사 애퍼처(40)를 통과하는 전자 빔을 순차 전환하고, 전류 검출기(50)에 의해 빔 전류를 검출한다.
제어 계산기(32)는 전류 검출기(50)에 의해 검출된 빔 전류를 휘도로 변환하고, 빔 편향량에 기초하여 빔 화상을 제작하고, 화상 해석을 행한다. 제어 계산기(32)는 XY 스테이지(22)의 위치를 사용하여, 각 빔의 위치를 검출한다. 그리고, 제어 계산기(32)는 각 빔의 위치로부터, 측정 영역에 대응하는 빔 어레이의 중심 좌표를 산출한다.
이러한 검사 애퍼처(40)의 스캔, 화상 해석 및 빔 어레이의 중심 좌표 산출을, 블랭킹 플레이트(10)를 분할한 영역 모두에 대하여 행한다. 각 영역의 빔 어레이의 중심 좌표를 사용하여, 빔 형상이 산출된다.
정전 렌즈(66)에 인가하는 전압을 V-ΔV, V, V+ΔV로 한 경우의 각각에 대하여 빔 형상을 측정한다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같은 빔 형상의 측정 결과가 얻어진다. 정전 렌즈(66)에 인가하는 전압을 V-ΔV로 한 경우의 빔 형상, 정전 렌즈(66)에 인가하는 전압을 V로 한 경우의 빔 형상, 정전 렌즈(66)에 인가하는 전압을 V+ΔV로 한 경우의 빔 형상의 3개의 빔 형상을 각각 하기의 1차식으로 피팅한다.
(수식 1)
X=A0+A1x+A2y
Y=B0+B1x+B2y
(A1+B2)/2를 빔상의 축소도를 나타내는 축소항, (B1-A2)/2를 빔상의 회전도를 나타내는 회전항이라고 생각하자. 인가 전압 V-ΔV, V, V+ΔV의 각각에 대해서, 축소항 및 회전항을 구한다. 축소항을 종축, 정전 렌즈의 인가 전압을 횡축으로서 플롯한 점의 근사 직선은 도 5a의 #1과 같이 된다. 회전항을 종축, 정전 렌즈의 인가 전압을 횡축으로서 플롯한 점의 근사 직선은 도 5b의 #1과 같이 된다.
또한, 정전 렌즈(66)에 인가하는 전압을 V-ΔV, V, V+ΔV로 한 경우의 각각에 대해서, 도 4에 도시한 바와 같이, 포커스 위치를 측정한다. 포커스 위치의 측정에서는, 검사 애퍼처(40)의 높이를 고정하고, 대물 렌즈(16 내지 18)의 여자 전류값(렌즈값)을 가변으로 하고, 검사 애퍼처(40)를 스캔하여, 복수의 렌즈값에서의 빔 화상을 제작한다. 그리고, 각 빔 화상의 휘도 분산을 산출한다. 렌즈값이 최적값에 가까울수록, 빔 화상의 콘트라스트가 높아지고, 휘도의 분산이 커진다. 그 때문에, 휘도 분산이 최대가 되는 빔 화상에 대응하는 렌즈값을, 최적 렌즈값으로서 구한다. 정전 렌즈(66)에 인가하는 전압을 V-ΔV, V, V+ΔV로 한 경우의 각각에 대해서, 대물 렌즈(16 내지 18)의 최적 렌즈값을 새롭게 산출하고, 최적 렌즈값의 변화량에 대응한 포커스 변화량을 포커스 위치로 한다.
포커스 위치를 종축, 정전 렌즈의 인가 전압을 횡축으로서 플롯한 점의 근사 직선은 도 5c의 #1과 같이 된다.
다음에, 정전 렌즈(66, 68)에 인가하는 전압을 고정하고, 정전 렌즈(67)에 인가하는 전압을 V-ΔV, V, V+ΔV로 한 경우에 대해서도 마찬가지로, 빔 형상의 측정, 축소항 및 회전항의 계산, 포커스 위치의 측정을 행한다. 축소항, 회전항, 포커스 위치의 근사 직선은, 도 5a, 도 5b, 도 5c의 #2와 같이 된다.
계속해서, 정전 렌즈(66, 67)에 인가하는 전압을 고정하고, 정전 렌즈(68)에 인가하는 전압을 V-ΔV, V, V+ΔV로 한 경우에 대해서도 마찬가지로, 빔 형상의 측정, 축소항 및 회전항의 계산, 포커스 위치의 측정을 행한다. 축소항, 회전항, 포커스 위치의 근사 직선은, 도 5a, 도 5b, 도 5c의 #3과 같이 된다.
도 5a, 도 5b, 도 5c의 근사 직선의 기울기를 산출한다. 도 5a의 직선 #1, #2, #3의 기울기를 각각 a1, a2, a3이라 하자. a1, a2, a3은, 각 정전 렌즈의 단위 전압당 축소항의 변화율이다. 도 5b의 직선 #1, #2, #3의 기울기를 각각 b1, b2, b3이라 하자. b1, b2, b3은, 각 정전 렌즈의 단위 전압당 회전항의 변화율이다. 도 5c의 직선 #1, #2, #3의 기울기를 각각 c1, c2, c3이라 하자. c1, c2, c3은, 각 정전 렌즈의 단위 전압당 포커스 위치의 변화율이다.
3단의 정전 렌즈(66, 67, 68)로 축소, 회전, 초점 위치를 보정할 때, 상술한 계수(기울기) a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3을 사용한다.
예를 들어, 정전 렌즈(66, 67, 68)에 임의의 전압을 인가했을 때의 빔 형상 및 포커스 위치를 측정하고, 빔 형상으로부터 축소항 및 회전항을 산출한다. 그리고, 축소항, 회전항 및 포커스 위치에 대해서, 각각 이상값(목표값)과의 차분을 구한다. 이 차분이, 축소항, 회전항 및 포커스 위치의 보정량이 된다. 축소항의 보정량을 α, 회전항의 보정량을 β, 포커스 위치의 보정량을 γ라 한 경우, 정전 렌즈(66)의 인가 전압의 보정량(전압) r1, 정전 렌즈(67)의 인가 전압의 보정량(전압) r2, 정전 렌즈(68)의 인가 전압의 보정량(전압) r3은, 하기 연립 방정식을 풂으로써 산출할 수 있다.
(수식 2)
a1r1+a2r2+a3r3=α
b1r1+b2r2+b3r3=β
c1r1+c2r2+c3r3=γ
정전 렌즈(66)의 인가 전압에 r1을 가산하고, 정전 렌즈(67)의 인가 전압에 r2를 가산하고, 정전 렌즈(68)의 인가 전압에 r3을 가산함으로써, 축소항, 회전항, 포커스 위치를 각각 α, β, γ만큼 어긋나게 할 수 있다. 즉, 축소항, 회전항, 포커스 위치가 이상값이 되도록 조정할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 다이나믹 포커스에 의존하는 빔상의 축소 및 회전을 억제하기 위해 복수단의 정전 렌즈에 인가하는 최적의 전압을 고속으로 산출할 수 있다.
XY 스테이지(22) 상에는 받침대가 되는 Z 스테이지(도시 생략)가 마련되고, 기판(24)은 Z 스테이지 상에 하면 3점 지지로 적재되어 있다. Z 스테이지 상의 기판(24)은 휨에 수반하는 표면의 요철에 의해, 표면 높이(Z 높이)에 어긋남이 발생한다. 이러한 기판(24)의 Z 높이의 어긋남은, 빔상의 축소나 회전, 포커스 위치의 어긋남을 발생시킨다. 이하에, Z 높이에 의존한 빔상의 축소나 회전 및 포커스 위치의 어긋남을 보정하는 방법을 설명한다. 또한, Z 스테이지의 대체로서, 다른 높이에 설치한 복수의 검사 애퍼처와 전류 검출기를 사용해도 된다.
먼저, 상기 실시 형태에서 설명한 계수 a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3을 산출한다.
다음에, Z 스테이지를 구동하여, 기판(24)의 높이를 당초의 위치로부터 ΔZ만큼 어긋나게 하고, 정전 렌즈(66, 67, 68)의 인가 전압에, ΔZ에 비례하는 전압을 가산한다. 비례 계수를 s1, s2, s3이라 한 경우, 정전 렌즈(66)의 인가 전압에 전압 s1ΔZ를 가산하고, 정전 렌즈(67)의 인가 전압에 전압 s2ΔZ를 가산하고, 정전 렌즈(68)의 인가 전압에 전압 s3ΔZ를 가산한다. s1, s2, s3은 ΔZ를 가했을 때에 실제로 정전 렌즈(66, 67, 68)에 인가 가능한 전압으로 되어 있으면 임의로 설정해도 된다.
이 상태에서, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 빔 형상의 측정, 축소항 및 회전항의 계산, 포커스 위치의 측정을 행한다.
다음에, Z 스테이지를 구동하여, 기판(24)의 높이를 당초의 위치로부터 -ΔZ만큼 어긋나게 하고, 정전 렌즈(66, 67, 68)의 인가 전압에, -ΔZ에 비례하는 전압을 가산한다. 즉, 정전 렌즈(66)의 인가 전압에 전압 -s1ΔZ를 가산하고, 정전 렌즈(67)의 인가 전압에 전압 -s2ΔZ를 가산하고, 정전 렌즈(68)의 인가 전압에 전압 -s3ΔZ를 가산한다.
이 상태에서, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 빔 형상의 측정, 축소항 및 회전항의 계산, 포커스 위치의 측정을 행한다.
횡축을 Z, 종축을 축소항으로서, Z 높이를 ΔZ 어긋나게 한 경우의 축소항, -ΔZ 어긋나게 한 경우의 축소항을 플롯한 점을 통과하는 직선은 도 6과 같이 된다. 이 직선의 기울기(Z에 대한 축소항의 기울기) α´를 구한다. 마찬가지로 하여, Z에 대한 회전항의 기울기 β´, Z를 설정했을 때의 포커스 위치 어긋남의 기울기 γ´를 구한다. 정전 렌즈의 전압을 변화시키지 않고, Z 스테이지를 구동한 것에 의한 축소항의 변화율을 a4, 회전항의 변화율을 b4, 검사 애퍼처 상에서 관측되는 포커스 위치 어긋남의 변화율을 c4라 하면, 하기 연립 방정식이 성립된다.
(수식 3)
a1s1z+a2s2z+a3s3z+a4z=α´z
b1s1z+b2s2z+b3s3z+b4z=β´z
c1s1z+c2s2z+c3s3z+c4z=γ´z
상기 연립 방정식 전체를 z로 나누면, 하기와 같이 된다.
(수식 4)
a1s1+a2s2+a3s3+a4=α´
b1s1+b2s2+b3s3+b4=β´
c1s1+c2s2+c3s3+c4=γ´
축소, 회전이 없고, 초점 보정 가능한 비율 S1, S2, S3은 수식 4의 우변이 0이 되는 경우이므로, 다음 식을 풀면 된다.
(수식 5)
a1S1+a2S2+a3S3+a4=0
b1S1+b2S2+b3S3+b4=0
c1S1+c2S2+c3S3+c4=0
수식 5로부터 수식 4를 감산하고, s1´=S1-s1, s2´=S2-s2, s3´=S3-s3으로 하면, 이하의 식이 얻어진다.
(수식 6)
a1s1´+a2s2´+a3s3´=-α´
b1s1´+b2s2´+b3s3´=-β´
c1s1´+c2s2´+c3s3´=-γ´
수식 6을 풂으로써, s1´, s2´, s3´가 구해진다. s1, s2, s3은 이미 알고 있기 때문에, S1=s1+s1´, S2=s2+s2´, S3=s3+s3´로 구한 S1, S2, S3이 빔상의 축소 및 회전을 억제한, 초점 조정 가능한 연동비가 된다.
정전 렌즈(66)의 인가 전압에 S1z를 가산하고, 정전 렌즈(67)의 인가 전압에 S2z를 가산하고, 정전 렌즈(68)의 인가 전압에 S3z를 가산함으로써, 기판(24)의 표면 요철에 의존한 빔상의 축소 및 회전과, 포커스 위치의 어긋남을 보정할 수 있다. 예를 들어, 사전에 기판(24)의 표면 높이의 분포를 측정해 두고, 멀티 빔을 기판(24)에 조사하는 묘화 처리 중은, 비례 계수 S1, S2, S3을 사용하여, 빔 조사 위치의 높이에 따른 전압을 정전 렌즈(66, 67, 68)의 인가 전압에 가산함으로써, 리얼타임(실시간)으로 보정을 행할 수 있다.
기판(24)을 적재하는 XY 스테이지(22)의 자세가 스테이지 주행 방향과 어긋나 있는 경우가 있다. 이 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 기판(24)도 회전한 자세가 되므로, 기판(24)의 회전에 맞춰서, 멀티 빔의 조사 영역 BR도 회전시키는 것이 바람직하다. 즉, 빔상의 축소 및 포커스 위치의 어긋남은 발생하지 않도록 하면서, 빔상을 회전시킨다.
먼저, 상기 실시 형태에서 설명한 계수 a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3을 산출한다.
다음에, 레이저 측장계(도시 생략)를 사용하여, XY 스테이지(22)의 회전량 θ을 측정한다. 예를 들어, XY 스테이지(22)에 설치된 미러에 레이저를 반사시키고, XY 스테이지(22)의 2군데의 위치를 측정하고, 2군데의 위치의 차분으로부터 회전량 θ(요 각)가 얻어진다.
계속해서, 하기 연립 방정식을 충족하는 비례계수 t1, t2, t3을 구한다.
(수식 7)
a1t1θ+a2t2θ+a3t3θ=0
b1t1θ+b2t2θ+b3t3θ=θ
c1t1θ+c2t2θ+c3t3θ=0
정전 렌즈(66)의 인가 전압에 t1θ를 가산하고, 정전 렌즈(67)의 인가 전압에 t2θ를 가산하고, 정전 렌즈(68)의 인가 전압에 t3θ를 가산함으로써, 빔상의 축소 및 포커스 위치의 변동을 억제하면서, 빔상을 θ 회전시켜, 기판(24)의 자세에 맞출 수 있다.
상기 수식 2로부터 산출한 전압 r1, r2, r3, 수식 6으로부터 산출한 전압 S1z, S2z, S3z, 수식 7로부터 산출한 전압 t1θ, t2θ, t3θ를, 정전 렌즈(66, 67, 68)에 현재 세트하고 있는 오프셋 전압 O1, O2, O3에 가산함으로써, 정전 렌즈(66, 67, 68)로의 최종적인 인가 전압 V1, V2, V3을 하기와 같이 산출할 수 있다.
(수식 8)
V1=O1+r1+S1z+t1θ
V2=O2+r2+S2z+t2θ
V3=O3+r3+S3z+t3θ
묘화 처리 전에, 계수 a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, S1, S2, S3, t1, t2, t3을 구해 둔다. 묘화 처리 중에는, 기판 표면의 높이나 스테이지 회전량에 따라서 전압 보정량을 산출하여, 정전 렌즈(66, 67, 68)의 인가 전압에 전압 보정량을 가산한다.
상기 실시 형태에서는, 빔상의 축소, 빔상의 회전 및 포커스 위치의 3항목을 보정 대상으로 하고, 대물 렌즈 및 정전 렌즈를 3단 구성으로 하고 있지만, 2단 이상의 구성으로 적용할 수 있고, 보정 대상의 수에 따라서, 대물 렌즈 및 정전 렌즈를 4단 이상으로 해도 된다. 예를 들어, 포커스 변동이 작을 때에는, 대물 렌즈 및 정전 렌즈를 2단 구성으로 한다. 또한, 빔상의 축소를 x 방향과 y 방향으로 나눠서 취급하는 경우, 보정 대상 항목이 4개가 되므로, 대물 렌즈 및 정전 렌즈를 4단 마련한다.
상기 실시 형태에서는, 연립 방정식을 풀어 계수 a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, S1, S2, S3, t1, t2, t3을 구하는 예에 대해서 설명했지만, 맵(테이블)을 사용하여 산출해도 된다.
상기 실시 형태에서는, 3단의 대물 렌즈(16 내지 18)에 대응하는 3단의 정전 렌즈(66 내지 68)를 마련하는 예에 대해서 설명했지만, 정전 렌즈 대신에 자계 렌즈를 마련해도 된다. 즉, 대물 렌즈(16 내지 18)에 대응하는 제1 내지 제3 자계 렌즈를 마련해도 된다. 정전 렌즈의 경우, 제어 대상의 여기 파라미터는 인가 전압이었지만, 자계 렌즈의 경우, 제어 대상의 여기 파라미터는 여자 전류가 된다.
자계 렌즈(자계 보정 렌즈)는, 미소한 회전 대칭 자계를 발생시켜서 결상 위치를 약간 이동시키는 것이다. 예를 들어, 자계 렌즈는, 빔 통로를 중심축으로 하는, 원형 코일이나 솔레노이드 코일이며, 페라이트 등의 자성체로 코일을 둘러싸는 경우와, 둘러싸지 않는 경우가 있다.
앰프(36 내지 38)는, 제어 회로(34)로부터 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 제1 내지 제3 자계 렌즈의 여자 전류를 제어한다.
다이나믹 포커스에 의존하는 빔상의 회전 및 축소를 억제하는 제1 내지 제3 자계 렌즈의 여자 전류를 산출한다. 제2 및 제3 자계 렌즈의 여자 전류를 고정하고, 제1 자계 렌즈의 여자 전류를 I-ΔI, I, I+ΔI로 한 경우의 각각에 대하여 빔 형상을 측정한다. 예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같은 빔 형상의 측정 결과가 얻어진다. 3개의 빔 형상을 수식 1로 피팅하고, 축소항(A1+B2)/2, 회전항(B1-A2)/2를 구한다.
또한, 제1 자계 렌즈의 여자 전류를 I-ΔI, I, I+ΔI로 한 경우의 각각에 대해서, 도 9에 도시한 바와 같이, 포커스 위치를 측정한다. 그리고, 여자 전류에 대한 축소항, 회전항, 포커스 위치의 근사 직선의 기울기를 산출한다.
다음에, 제1 및 제3 자계 렌즈의 여자 전류를 고정하고, 제2 자계 렌즈의 여자 전류를 I-ΔI, I, I+ΔI로 한 경우에 대해서도 마찬가지로, 빔 형상의 측정, 축소항 및 회전항의 계산, 포커스 위치의 측정, 근사 직선의 산출을 행한다.
계속해서, 제1 및 제2 자계 렌즈의 여자 전류를 고정하고, 제3 자계 렌즈의 여자 전류를 I-ΔI, I, I+ΔI로 한 경우에 대해서도 마찬가지로, 빔 형상의 측정, 축소항 및 회전항의 계산, 포커스 위치의 측정, 근사 직선의 산출을 행한다.
그 후, 정전 렌즈의 경우와 마찬가지의 계산에 의해, 다이나믹 포커스에 의존하는 빔상의 축소 및 회전을 억제하기 위한 복수단 전자 렌즈의 여자 전류를 고속으로 산출할 수 있다.
자계 렌즈는, 고속 응답성의 점에서 정전 렌즈에 뒤떨어지지만, 기판 표면 높이 변화에 대한 보정은, 스테이지 상의 기판의 기계적 이동에 수반하는 늦은 변화에 대하여 추종하면 되므로, 자계 렌즈를 사용할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 멀티 빔 묘화 장치에 대해서 설명했지만, 멀티 빔 검사 장치 등의 다른 멀티 빔 조사 장치에 적용해도 된다.
본 발명을 특정 양태를 사용하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나는 일 없이 다양한 변경이 가능한 것은 당업자에게 명확하다.
본 출원은, 2019년 11월 21일자로 출원된 일본 특허 출원 제2019-210594에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.
2: 전자 빔 경통
4: 전자총
6: 조명 렌즈
8: 애퍼처 부재
10: 블랭킹 플레이트
12: 축소 렌즈
14: 제한 애퍼처 부재
16 내지 18: 대물 렌즈
20: 묘화실
22: XY 스테이지
24: 기판
40: 검사 애퍼처
50: 전류 검출기
66 내지 68: 정전 렌즈

Claims (9)

  1. 멀티 하전 입자 빔을 형성하는 공정과,
    2단 이상의 대물 렌즈에 대응하여 배치된 2단 이상의 렌즈의 각각에 대해서, 적어도 여기 파라미터의 변화에 대한, 상기 멀티 하전 입자 빔의 빔상의 축소도의 변화율인 제1 변화율 및 상기 빔상의 회전도의 변화율인 제2 변화율을 산출하는 공정과,
    상기 빔상의 축소도 및 회전도의 보정량, 상기 제1 변화율 및 상기 제2 변화율에 기초하여, 각 렌즈의 여기 파라미터의 제1 보정량을 산출하는 공정
    을 구비하는 멀티 하전 입자 빔 조정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈의 각각에 대해서, 여기 파라미터의 변화에 대한, 포커스 위치의 변화율인 제3 변화율을 산출하는 공정을 더 구비하고,
    상기 제1 보정량을 산출하는 공정에서는, 추가로 상기 제3 변화율을 사용하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 멀티 하전 입자 빔이 조사되는 기판의 표면 높이의 변화에 대한, 상기 빔상의 축소도의 변화율인 제4 변화율, 상기 빔상의 회전도의 변화율인 제5 변화율 및 상기 포커스 위치의 변화율인 제6 변화율을 미리 산출하는 공정과,
    상기 멀티 하전 입자 빔의 조사 위치에 있어서의 상기 기판의 표면 높이, 상기 제1 변화율, 상기 제2 변화율, 상기 제3 변화율, 상기 제4 변화율, 상기 제5 변화율 및 상기 제6 변화율에 기초하여, 각 렌즈의 여기 파라미터의 제2 보정량을, 상기 멀티 하전 입자 빔을 상기 기판에 조사할 때의 실시간으로 산출하는 공정
    을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제4 변화율, 상기 제5 변화율, 상기 제6 변화율은, 각각 상기 기판의 표면 높이의 변화에 따른 여기 파라미터를 상기 렌즈에 설정했을 때의 변화율인 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조정 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 멀티 하전 입자 빔이 조사되는 기판이 적재되는 스테이지의 요 회전량을 측정하는 공정과,
    상기 회전량, 상기 제1 변화율, 상기 제2 변화율 및 상기 제3 변화율에 기초하여, 각 렌즈의 여기 파라미터의 제3 보정량을 산출하는 공정
    을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조정 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈에 대응하여 배치된 렌즈는 정전 렌즈이며, 상기 여기 파라미터는 인가 전압인 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조정 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대물 렌즈에 대응하여 배치된 렌즈는 자계 렌즈이며, 상기 여기 파라미터는 여자 전류인 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조정 방법.
  8. 멀티 하전 입자 빔을 형성하는 공정과,
    2단 이상의 대물 렌즈에 대응하여 배치된 2단 이상의 렌즈의 각각에 대해서, 적어도 여기 파라미터의 변화에 대한, 상기 멀티 하전 입자 빔의 빔상의 축소도의 변화율인 제1 변화율 및 상기 빔상의 회전도의 변화율인 제2 변화율을 산출하는 공정과,
    상기 빔상의 축소도 및 회전도의 보정량, 상기 제1 변화율 및 상기 제2 변화율에 기초하여, 각 렌즈의 여기 파라미터의 제1 보정량을 산출하는 공정과,
    상기 제1 보정량을 가산한 여기 파라미터를 상기 렌즈에 설정하여, 상기 멀티 하전 입자 빔을 기판에 조사하는 공정
    을 구비하는 멀티 하전 입자 빔 조사 방법.
  9. 멀티 하전 입자 빔의 각각을 블랭킹 편향하는 복수의 블랭커와,
    상기 복수의 블랭커에 의해 빔 오프의 상태가 되도록 편향된 빔을 차폐하는 제한 애퍼처 부재와,
    상기 제한 애퍼처 부재를 통과한 멀티 하전 입자 빔의 초점을 기판 상에 맞추는 2단 이상의 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈에 대응하여 배치된 2단 이상의 렌즈와,
    상기 렌즈의 각각에 대해서, 여기 파라미터의 변화에 대한, 상기 멀티 하전 입자 빔의 빔상의 축소도의 변화율인 제1 변화율, 상기 빔상의 회전도의 변화율인 제2 변화율, 상기 빔상의 축소도 및 회전도의 보정량에 기초하여, 각 렌즈의 여기 파라미터의 제1 보정량을 산출하고, 상기 제1 보정량을 가산한 여기 파라미터를 상기 렌즈에 설정하는 제어부
    를 구비하는 멀티 하전 입자 빔 조사 장치.

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