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KR102302015B1 - 완화된 임계 치수의 패턴 에어리어의 멀티빔 기록 - Google Patents

완화된 임계 치수의 패턴 에어리어의 멀티빔 기록 Download PDF

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KR102302015B1
KR102302015B1 KR1020160031209A KR20160031209A KR102302015B1 KR 102302015 B1 KR102302015 B1 KR 102302015B1 KR 1020160031209 A KR1020160031209 A KR 1020160031209A KR 20160031209 A KR20160031209 A KR 20160031209A KR 102302015 B1 KR102302015 B1 KR 102302015B1
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KR
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target
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KR1020160031209A
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엘마 플라츠굼머
클라우스 쉬슬
Original Assignee
아이엠에스 나노패브릭케이션 게엠베하
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Publication date
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Abstract

에너지 전기 하전 입자의 빔으로 타겟을 조사하기 위해, 화소로 구성된 패턴 이미지를 생성하는 빔이 타겟에 형성되고 이미지화된다. 패턴은 사전결정된 제1 특징 크기로 기록되는 제1 패턴 영역(102) 및, 상기 제1 특징 크기 보다 큰 제2 특징 크기로 기록될 수 있는 구조 특징부로 구성된 제2 패턴 영역(103)을 포함한다. 제1 패턴 영역(102)의 구조 특징부는 제1 노출 격자의 격자 위치에 복수의 노출 점을 노출시킴으로써 기록되고; 제2 패턴 영역(103)의 구조 특징부는 상기 제1 노출 격자의 규치적인 배열 보다 거친 제2 배열에 따른 제2 노출 격자(164)의 격자 위치에 복수의 노출 점을 노출시킴으로써 기록된다.

Description

완화된 임계 치수의 패턴 에어리어의 멀티빔 기록{MULTI-BEAM WRITING OF PATTERN AREAS OF RELAXED CRITICAL DIMENSION}
본 발명은 하전 입자 멀티빔 처리 장치를 사용하여 에너지 전기 하전 입자의 빔에 의해 기재 또는 타겟의 표면에 패턴을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 패턴 위에 소정의 패턴을 기록하기 위한 하전 입자에 의해 형성된 에너지파의 빔으로 상기 타겟을 조사하기 위한 방법으로서,
상기 에너지파에 투명한 복수의 개구를 갖는 패턴 형성 장치를 제공하는 단계,
상기 개구를 통해 상기 패턴 형성 장치를 횡단하여 상응하는 복수의 빔렛으로 구성된 패턴 빔을 형성하는 조명 넓은 빔에 의해 상기 패턴 형성 수단을 조명하는 단계,
상기 패턴 빔을 상기 타겟의 위치 위의 패턴 이미지에 형성하는 단계로서, 상기 패턴 이미지는 상기 타겟 위의 다수의 패턴 화소를 덮는 상기 복수의 개구의 적어도 일부의 이미지를 포함하는 단계, 및
상기 타겟과 상기 패턴 형성 장치 사이에 상대 이동을 발생시켜, 영역의 복수의 패턴 화소를 노출시키는 빔 노출이 실행되는 상기 영역 위의 경로를 따라 상기 타겟 위에서 상기 패턴 이미지를 단차 이동시키는 단계를 포함한다.
상술된 타입의 방법 및 이러한 방법을 채용하는 하전 입자 멀티빔 처리 장치는 종래 기술에 주지되어 있다. 특히, 출원인은 하전 입자 광학부, 패턴 형성(PD) 장치, 및 여기에서 채용된 멀티빔 기록 방법에 대해 출원인의 이름으로 다수의 특허에서 기술된 바와 같이 하전 입자 멀티빔 장치를 구현하였다. 예를 들어, 6" 마스크 차단 기재를 노출시키기 위해, eMET (electron Mask Exposure Tool) 또는 MBMW (multi-beam mask writer)로 불리는 EUV 리소그래피용 마스크 및 임프린트 리소그래피용 템플릿(1× 마스크)의, 193nm 액침 노광용 첨단 복잡한 포토마스크를 구현시킬 수 있는 50keV 전자 멀티빔 기록기가 구현되었다. 또한, PML2 (Projection Mask-Less Lithography)로 불리는 멀티빔 시스템이 실리콘 웨이퍼 기재 위의 전자 빔 직접 기록(EBDW)을 위해 구현되었다. 상기 종류의 멀티빔 처리 장치는 이후로 멀티빔 기록기, 또는 간단히 MBW로 부를 것이다.
MBW의 일반적인 구현으로서, 출원인은 상기 기재에 81.92 ㎛ ×81.92㎛의 치수의 빔 어레이 필드에 512×512(=262,144)개의 프로그램가능한 빔렛을 포함하는 20nm의 전체 빔 크기를 구현하는 50keV 전자 기록기 툴을 실현하였다. 이후로 "MBMW 툴"로 부르는 이러한 시스템에서, 상기 기재는, 보통, 전자 빔 감응성 레지스터로 덮힌 (6"　×　6" = 152.4　mm　×　152.4　mm의 면적 및 6"/4 = 6.35　mm의 두께를 갖는) 6" 마스크 블랭크이고; 멀티빔 기록은 레지스트 커버 150mm Si 웨이퍼에도 가능하다.
MBMW 툴과 같은 전형적인 MBW의 전류 밀도는 1A/cm2 보다 높지 않다. 20nm 빔 크기를 사용하고 모든 프로그램가능한 262,144개의 빔렛이 "온"일 때, 최대 전류는 1.05㎂이다. 이러한 구현에서, MBW 컬럼의 1 sigma blur는 실험적으로 검증된 바와 같이 대략 5nm이다.
빔 크기를 예를 들어, 20nm로부터 10nm로 변경할 가능성이 있다. 200:1 감소의 컬럼에 대해, 이것은 4㎛ × 4㎛ 구멍 크기 대신에 2㎛ × 2㎛ 구멍 크기의 개구를 갖는 상이한 개구 어레이 판(AAP)을 사용함으로써 복잡하지 않다. 출원인의 US8,546,767에 언급된 바와 같이, 빔 크기의 변화 역시 전체 크기, 개구 이격, 개구 형상등과 같은 상이한 기하학 파라미터의 다수의 개구 어레이를 갖는 AAP의 공간 조정에 의해 현장에서 실현될 수 있다.
10nm 빔 크기를 사용하고 4A/cm2 보다 높지 않은 전류 밀도를 기재에 제공할 때, (모든 빔렛이 "온"인 상태에서) 262,144 프로그램가능한 빔렛의 전류는 다시 최대 1.05㎂이다. 따라서, 이러한 경우에도 사실상 컬럼을 통한 전류에 의해 컬럼의 1 sigma blur에 아무런 변화도 없다.
1세대 MBW 생산 머신은 "온"인 모든 262,144개의 프로그램가능한 빔에 대해 대략 1㎂에 이르는 전류를 제공하는 20nm 및 10nm 빔을 사용하는 것을 목표로 한다. 차세대의 MBW 생산 머신에 대해 예를 들어, 8nm의 훨씬 더 작은 빔 크기를 사용하고, 동시에 기재에 81.92㎛ × 81.92㎛ 빔 어레이 필드에서 640×640=409,600 개의 빔렛을 제공하는 계획이 있다. 4A/cm2 에서 최대 전류 밀도를 유지함으로써 (모든 빔렛이 "온"일 때) 최대 전류가 1.05㎂가 되는 것이 보장될 것이다. 예를 들어, 5nm 빔 크기를 사용함으로써 기재에서 언급된 빔 어레이 필드에 1024 ×　1024 = 1,048,576 개의 프로그램가능한 빔을 제공할 수 있고; 다시 4A/cm2 의 최대 전류 밀도에서 (모든 빔렛이 "온"일 때) 최대 전류가 1.05㎂가 된다.
산업적 적용을 위해, 작은 임계 치수(critical dimension, CD; 최소 배선폭(minimum feature size)으로도 부른다)를 달성하는 것에 대해, 특히, 기재(예를 들어, 6" 마스크 블랭크 또는 300mm 실리콘 웨이퍼) 위의 전체 MBW 기록 필드 위에 글로벌 CD 균일성(Global CD Uniformity, GCDU)의 나노미터 레벨 3sigma 또는 6sigma 변화는 물론 작은 필드(예를 들어, MBW 빔 어레이 필드의 에어리어) 내의 로컬 CD 균일성(Local CD Uniformity, LCDU)의 나노미터 레벨에서 3sigma 또는 6sigma를 달성하는 것에 대해 매우 까다로운 MBW 성능 필요조건이 부과되어 있다.
또한, 특별히 적용된 노출선량 프로파일에 의해 라인 에지 위치를 미세 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 미세 조정은 MBW 빔 어레이 필드(로컬)에 적용될 뿐만 아니라 기재 위의 전체 MBMW 기록 필드(전체)에도 적용되어야 한다.
출원인의 MBW 구조를 사용하여 낮은 CD 값 및 작은 LCDU 및 GCDU 값이 달성될 수 있다. 그러나, 매우 낮은 LCDU 및 GCDU 값의 매우 까다로운 MBW 사양을 충족시키기 위해, 추가 미세 보정이 필요하다. 여기에서, 용어 "로컬" 및 "글로벌"은 각각 기재 위의 작은 필드(예를 들어, MBW 빔 어레이 필드의 에어리어) 및 전체 MBW 기록 필드를 가리킨다. 임계 패턴을 갖는 기재 노출 필드에 매우 낮은 LCDU 및 GCDU 값을 달성하는 방법은 출원인의 US 8,222,621 B2 및 US 2015/0028230 A1의 주제이다.
많은 적용에서, 기재에 생성되는 구조는 기재 노출 필드(마스크 또는 템플릿 기록의 경우) 또는 다수의 이러한 필드(예를 들어, 실리콘 웨이퍼에 직접 기록하는 경우) 내의 임계 패턴뿐만 아니라, 노출 필드 내의 CD 보다 훨씬 더 큰 전형적인 치수의 특징부를 포함하는 "비임계(non-critical) 패턴"을 갖는 추가 에어리어를 포함한다. 예를 들어, 이러한 비임계 패턴은 가끔 육안으로 판독할 수 있어야 하는, 바코드 및 기재 넘버 및 유사한 구성요소를 포함할 수 있다.
"비임계 패턴"의 면적은 특히 포토마스크 기재의 경우에 상당할 수 있다. CD, LCDU 및 GCDU에 있어서, 비임계 패턴의 필요성은 매우 낮다. 이러한 비임계 패턴이 임계 패턴과 동일한 프로세스에서 기록되지만, 특히 CD에 있어서 완화된 기록 제약을 적용할 가치가 있을 수 있는데, 그 이유는 이로 인해 이러한 패턴 구성요소를 노출하는데 필요한 시간을 줄일 것이기 때문이다.
따라서, 하전 입자 멀티빔 노출 툴 및 이로 인해 가능한 기록 방법에 기초하여, 비임계 패턴 에어리어의 멀티빔 기록 시간을 감소시키는 방법을 찾는 것이 본 발명의 목적이다.
상술된 목적은 처음에 기술된 방법에 의해 달성된다. 이러한 방법에서, (예를 들어, 임계 에어리어에 상응하는) 제1 패턴 영역이 사전결정된 제1 특징 크기로 기록되는 구조 특징부를 포함하고 (예를 들어, 비임계 특징부의 에어리어에 상응하는) 제2 패턴 영역이 적어도 2의 인수(보통 이러한 인수는 예를 들어, 적어도 10 또는 그보다 훨씬 더 크다) 만큼 제1 특징부 크기 보다 큰 제2 특징부 크기로 기록될 수 있는 구조 특징부로 구성되는, 제1 패턴 영역 및 제2 패턴 영역을 포함하는 패턴에 대해, 제1 패턴 영역의 구조 특징부를 기록하는 것은 규칙적인 배열로 제1 노출 격자의 각각의 격자 위치에서 타겟에 위치된 복수의 노출 점을 노출시키는 단계를 포함하고, 제2 패턴 영역에 구조 특징부를 기록하는 것은 상기 제1 노출 격자의 규칙적인 배열 보다 거친 제2 배열에 따른 제2 노출 격자의 각각의 격자 위치에서 타겟 위에 위치된 복수의 노출 점을 노출시키는 단계를 포함한다.
이러한 방법에 의해, 보다 덜 미세한 메시 및/또는 보다 덜 연관된 멀티빔 기록 방법으로 제2 패턴 영역의 에어리어를 기록하여 제2 패턴 영역의 에어리어에서의 노출 시간을 절감할 수 있다.
본 발명의 유익한 개발은 노출 점의 포지티브 노출을 유발하는 선량 값 레벨에 있어서, 특히 제1 패턴 영역에 대해, 최대 선량(100% 레벨), 즉, 소위 선량-크기(dose-to-size)의 선택에 관한 것이다. 여기에서, 일반적으로, 노출 점을 기록하는 것은 최대 노출 선량에 까지 생성되는 패턴에 따른 값에서 각각의 노출 점에 노출 선량을 분배하는 단계를 포함한다. 제1 패턴 영역의 구조 특징부를 기록하는 동안의 적절한 선택은 제1 패턴 영역에 위치된 노출 점에 대한 최대 노출 선량이 1.5 내지 3.0, 바람직하게는 대략 2의 인수에 의해, 선량-크기 값 레벨 보다 크고, 제2 패턴 영역에 구조 특징부를 기록하는 동안, 제2 패턴 영역에 위치된 노출 점의 최대 노출 선량은 이러한 선량-크기 값 레벨과 일치, 즉 같거나 단지 경미하게 위에 있도록 할 수 있다.
또한, 이러한 최대 노출 선량이 전자 후방 산란 효과를 포함하는, 이웃 노출 점의 노출로부터 유발되는 간접 노출의 효과를 포함할 수 있도록 고려함으로써 기록 절차를 더 향상시킬 수 있다.
간접 노출의 하나의 유익한 적용은 포지티브 노출 아래로 노출되도록 의도된 영역에서, 이웃 노출 점에 대한 간접 노출을 위해 백그라운드를 생성하도록, 선량-크기 값 레벨(즉, 포지티브 노출의 선량 값 레벨) 아래에 머물면서 노출량을 노출 점에 추가하는 것이 될 수 있다. 여기에서, 추가된 노출량에 대한 선량-크기 값 레벨의 비율은 1.2와 2 사이의 적절한 범위일 수 있고, 바람직하게는 비율 값이 대략 1.6이 될 수 있다.
보다 구체적으로, 포지티브 노출 아래에서 노출되도록 의도된 상기 영역에서, 보통 선량-크기 값 레벨이지만 훨씬 더 낮을 수 있는, 제1 임계값을 초과하지 않는 선량 값으로 타겟에 선량 값을 기록하는 것이 적절할 수 있다. 또한, 제2 패턴 여역에 구조 특징부를 기록하는 동안, 제2 패턴 영역에 위치된 노출 점의 최대 노출 선량은 1 보다 크지만 1.5를 초과하지 않는 것이 바람직한 인수 만큼, 상기 제1 임계값 보다 클 수 있다.
생성될 패턴을 생성하도록 제2 패턴 영역의 노출 점에 대한 노출 선량의 값을 계산하기 위한 적절한 방법에 있어서, 노출 점을 기록하는 것이 생성될 패턴에 따른 값으로 각각의 노출 점에 이렇게 계산된 노출 선량을 분배하는 단계를 포함하고, 상기 방법은,
상기 제2 패턴 영역으로 뻗은 (제1 패턴 영역에서 사용되기로 되어 있는) 제1 노출 격자에 상응하는 격자 위치에 대해 제1 노출 선량 값을 계산하는 단계,
상기 각각의 노출 점의 위치에 이웃하는 제1 노출 격자의 격자 위치의 세트를, 상기 제2 영역의 각각의 노출에 대해 결정하는 단계, 및
상기 각각의 격자 위치의 세트의 상기 격자 위치의 제1 노출 값에, 가중치 부여된 합을 적용함으로써 각각의 제2 노출 값을, 상기 제2 영역의 각각의 노출 점에 대해 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다수의 실시예에서, 상기 제2 노출 격자는 제1 노출 격자가 기초하는 기하학적 격자의 부분집합인 기하학적 격자에 기초하고 있고, 단위 면적 당 상기 제2 노출 격자의 격자 위치의 수는 인수 n(n≥2은 정수이고, 2의 거듭제곱(power)인 것이 바람직하다) 만큼 상기 제1 노출 격자의 격자 위치의 수보다 적은 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 상기 제1 패턴 영역 및 상기 제2 패턴 영역에 각각 구조 특징부를 기록하기 위해, 상기 패턴 형성 장치의 상이한 타입의 개구가 사용되고, 상기 제1 패턴 영역과 함께 사용되는 개구는 상기 제2 패턴 영역과 함께 사용되는 개구 보다 적은 면적, 바람직하게는 2의 인수 또는 2의 거듭제곱 만큼 보다 더 적은 면적을 갖는다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 패턴 이미지가 상기 제2 패턴 영역 내의 경로를 따라 상기 타겟 위에서 이동되는 상기 제2 패턴 영역에 구조 특징부를 기록하기 위해, 상기 경로를 따른 이동은 상기 영역을 연속 노출로 덮는 다수의 스트라이프를 형성하고, 상기 경로는 상호 상이한(즉, 평행하지 않은), 바람직하게는 수직인 다수의 일반적인 방향중 하나를 따라 각각 뻗은 섹션으로 구성될 수 있다.
다음에서, 본 발명은 아래의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명되어 있다.
도 1은 종래 기술의 MBW 시스템의 길이방향 단면도이다.
도 2는 종래 기술의 패턴 형성 시스템의 길이방향 단면도이다.
도 3은 스트라이프를 사용한 타겟의 기본 기록 방법을 도시하는 도면이다.
도 4는 상기 타겟에 이미지화된 개구의 배열 예를 도시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 노출되는 패턴 예의 화소 맵의 예를 도시한 도면이다.
도 6a는 M=2, N=2의 개구의 배열을 도시한 도면이다.
도 6b는 "더블 격자" 배열의 화소의 오버샘플링의 예를 도시하는 도면이다.
도 7a는 하나의 스트라이프의 노출을 도시하는 도면이다.
도 7b는 그레이 레벨의 노출을 도시하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 8a: "더블 격자", 도 8b:"쿼드 격자", 및 도 8c: "더블-센터 격자"의 3개의 상이한 경우의 격자 배치를 도시하는 도면이다.
도 9는 하나의 단일 노출 점이 최대 선량으로 노출될 때 발생되는 강도 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 타입의 MBW의 강도 프로파일 및 30nm 라인에 대한 선량 레벨 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 11은 도 10의 30nm 라인 선량 레벨 프로파일에 대한 강도 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 31.4 nm의 선폭(도 12a) 및 40.0nm의 선폭(도 12b)에 대한, MBW 강도 프로파일 및 라인의 시뮬레이션에 대해 취득된 관련 데이터를 도시하는 도면이다.
도 13은 이러한 MBW에 의한 30nm 선폭의 생성을 도시하는 도면이다.
도 13a는 강도 프로파일이 50%(0.5 a.u.) 강도 레벨을 횡단하는 도 13의 좌측 상세도이다.
도 14a는 결정된 폭의 라인의 노출로부터 생성된 강도 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 14b 및 도 14c는 노출 점에 상응하는 선량 레벨의 적절한 수정을 통한 도 14a의 라인의 하나의 에지(도 14b) 또는 양측 에지(도 14c)의 위치의 미세 조정을 도시하는 도면이다.
도 15a는 라인 특징의 예에 대한, 간접 노출 효과로 인한 백그라운드의 도입을 도시하는 도면이다.
도 15b는 노출 선량의 축소에 의한 백그라운드에 대한 보상을 도시하는 도면이다.
도 15c는 도 15b에 상응하는 30nm 라인을 위한 강도 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 15d는 "크기 보정"에 의한 백그라운드에 대한 보상을 도시하는 도면이다.
도 15e는 도 15d에 상응하는 30nm 라인에 대한 강도 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 16은 비임계 패턴을 포함하는 타겟 필드의 예를 도시하고 상이한 일반적인 방향으로 기록된 스트라이프를 사용한 비임계 패턴 에어리어의 기록을 도시하는 도면이다.
도 17은 비임계 패턴 특징부의 전형적인 예를 도시하는 도면이다.
도 18a 및 도 18b는 전자 빔 근접 효과 및 이러한 효과의 백그라운드에 대한 관계를 도시하는 도면이다.
도 19는 비임계 패턴 에어리어를 기록하는데 사용될 수 있는 "단일 센터 격자(Single-Centered Grid)"를 도시하고 있다.
도 20은 더블 격자를 단일 센터 격자와 대조시키는 도면이다.
도 21은 도 20의 더블 인터록 및 단일 센터 격자의 예에 대한, 비임계 패턴의 영역에서 래스터 화소 데이터를 체계적으로 감소시키는 방법을 도시하는 도면이다.
아래에 주어진 본 발명의 실시예의 상세한 설명은 본 발명의 틀에서 비임계 패턴 에어리어의 멀티빔 기록 시간을 최소화하는 다수의 방법을 개시하고 있다. 이러한 실시예에 대해 본 발명을 언급하기 위해, 먼저, 멀티빔 기록기(MBW) 및 작은 임계 치수 및 상응하는 적절한 성능을 달성하는 방법(도 1 내지 도 14)에 대해 일반적으로 설명한다. 그다음, 높은 에너지(예를 들어, 50keV) 전자 빔(도 15)을 사용할 때 중요한 하전 입자 근접 효과를 보상하는 방법에 대해 짧게 설명하고, 포토마스크 기재의 경우 예의 비임계 패턴 에어리의 레이아웃 및 기록이 도 16 내지 도 19에 설명되어 있다. 본 발명은 설명을 위해 주어지고 단지 본 발명의 적절한 실시예를 제공하는 다음에서 설명된 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
리소그래픽 장치
본 발명의 바람직한 실시예를 채용하기에 적절한 리소그래픽 장치의 개요가 도 1에 도시되어 있다. 다음에서, 본 발명을 개시하는데 필요한 세부사항만이 제시되어 있고, 부품은 도 1에 맞는 크기로 도시되어 있지 않다. 리소그래피 장치(1)의 주요 부품은 (이러한 예에서 도 1에 수직 하방으로 뻗은 리소그래피 빔(lb, pb)의 방향에 상응하는) 조명 시스템(3), 패턴 형성(PD) 시스템(4), 투사 시스템(5), 및 기재(16)를 구비한 타겟 스테이션(6)이다. 전체 장치(1)는 장치의 광축 cw을 따른 하전 입자의 빔 lb, pb의 무차단 전파를 보장하기 위해 높은 진공 상태로 유지되는 진공 하우징(2)에 담겨져 있다. 하전 입자 광학 시스템(3, 5)은 정전 및/또는 자기 렌즈를 사용하여 실현된다.
조명 시스템(3)은 예를 들어, 콘덴서 렌즈 시스템(9)은 물론, 전자총(7), 추출 시스템(8)을 포함하고 있다. 그러나, 전자 대신에, 다른 전기 하전 입자 역시 사용될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 예를 들어, 이것들은 전자가 아니고, 수소 이온 또는 보다 무거운 이온, 하전 원자 클러스터, 또는 하전 분자일 수 있다.
추출 시스템(8)은 보통 수 keV, 예를 들어, 5 keV의 규정된 에너지로 입자를 가속화한다. 콘덴서 렌즈 시스템(9)에 의해, 소스(7)로부터 방출된 입자는 리소그래피 빔 lb로서 기능하는 넓은, 사실상 텔레센트릭한 입자 빔(50)으로 형성된다. 그다음, 리소그래피 빔 lb는 (역시 개구으로 불리는) 복수의 구멍을 갖는 다수의 판을 포함하는 PD 시스템(4)을 조사한다. PD 시스템(4)은 리소그래픽 빔 lb의 경로의 특정 위치에 유지되어 복수의 개구 및/또는 구멍을 조사하고 다수의 빔렛으로 분할된다.
개구/구멍의 일부는 "스위치 온" 또는 "개방"되어서 관통 투과되는 빔의 일부, 즉, 빔렛(51)이 타겟에 도달할 수 있도록 한다는 점에서 입사 빔에 투명하고; 다른 개구/구멍은 "스위치 오프" 또는 "닫혀 있다". 즉, 상응하는 빔렛(52)은 타겟에 도달할 수 없어서, 이러한 개구/구멍은 빔에 효과적으로 불투명하다. 따라서, 리소그래피 빔 lb는 PD 시스템(4)으로부터 나오는 패턴화된 빔 pb로 구성된다. 개구에서 스위치되는 패턴(리소그래픽 빔 lb에 투명한 PD 시스템(4)의 부분만)이 하전 입자 감응성 레지스터(17)로 덮힌 기재(16)에 노출되는 패턴에 따라 선택된다. 개구/구멍의 "스위칭 온/오프"가 PD 시스템(4)의 판중 하나에 제공된 적절한 타입의 편향 수단에 의해 보통 실현되는 것을 유념해야 하는데, "스위치 오프" 빔렛(52)은 이들의 경로가 (매우 작은 각일지라도 충분히) 굴절되어 타겟에 도달할 수 없고 리소그래피 장치의 어딘가에서, 예를 들어, 흡수판(11)에서 흡수된다.
그다음, 패턴 빔 pb로 표시된 패턴은 빔이 "스위치 온" 개구 및/또는 구멍의 이미지를 형성하는 기재(16)로 전자광학 투사 시스템(5)에 의해 투사된다. 이러한 투사 시스템(5)은 2개의 크로스오버 c1 및 c2에 의해 예를 들어, 200:1의 축소를 구현한다. 예를 들어, 기재(16)는 입자 감응성 레지스터층(17)에 덮힌 6" 마스크 블랭크 또는 실리콘 웨이퍼이다. 이러한 기재는 척(15)에 의해 유지되고 타겟 스테이션(6)의 기재 스테이지(14)에 의해 위치지정된다.
노출되는 패턴에 관한 정보는 전자 패턴 정보 처리 시스템(18)에 의해 구현되는 데이터 경로에 의해 PD 시스템(4)에 공급된다. 이러한 데이터 경로는 아래의 "데이터경로"에서 더 설명되어 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 투사 시스템(5)은 정전 및/또는 자기 렌즈, 및 가능하게는 다른 편향 수단을 포함하는 것이 바람직한 다수의 연속 전자광학 투사 스테이지(10a, 10b, 10c)로 구성되어 있다. 이러한 렌즈 및 수단은 이들의 적용이 종래기술에서 주지되어 있기 때문에 단지 심볼 형태로만 도시되어 있다. 투사 시스템(5)은 크로스오버 c1, c2를 통해 축소 이미징을 채용한다. 이러한 양측 스테이지에 대한 축소 인자는 수백, 예를 들어, 200:1의 전체 축소를 얻도록 선택된다. 이러한 정도의 축소는 특히 리소그래피 설정에 적절하여 PD 장치의 소형화의 문제를 완화한다.
전체 투사 시스템(5)에서, 색수차 및 기하학적 수차에 관해 렌즈 및/또는 편향 수단을 광범위하게 보상하도록 준비한다. 이러한 이미지를 전체적으로 측방향으로, 즉, 광축 cw에 수직인 방향으로 이동시키는 수단으로서, 편향 수단(12a, 12b, 12c)가 콘덴서(3) 및 투사 시스템(5)에 제공되어 있다. 이러한 편향 수단은 예를 들어, 소스 추출 시스템(12a) 근방에 또는 도 1에 도시된 바와 같이 편향 수단(12b)에 의해 도시된 바와 같은 크로스오버중 하나 근방에 또는 도 1의 스테이지 편향 수단(12c)의 경우와 같이 각각의 투사기의 최종 렌즈(10c) 이후에 위치된 다극 전극 시스템으로서 구현될 수 있다. 이러한 장치에서, 다극 전극 구성은 스테이지 운동과 관련하여 이미지를 시프트하기 위한, 그리고 하전 입자 광학 정렬 시스템과 연결되어 이미징 시스템의 보정을 위한 편향 수단으로서 사용되어 있다. 이러한 편향 수단(10a, 10b, 10c)은 정지판(11)과 관련되어 PD 시스템(4)의 편향 어레이 수단과 혼동되지 않아야 하는데, 후자는 패턴 빔 pd "온" 또는 "오프"의 선택된 빔렛을 스위치하는데 사용되고 전자는 단지 입자 빔을 전체적으로 처리할 뿐이다. 또한, 축방향 자계를 제공하는 솔레노이드(13)를 사용하여 프로그램가능한 빔의 전체를 회전시킬 수 있다.
도 2의 연속 구성: "개구 어레이 판(Aperture Array Plate)" (AAP) (20), "편향 어레이 판" (DAP) (30) 및 "필드 경계 어레이 판" (FAP) (40)으로 쌓인 3개의 판을 포함하는 PD 시스템(4)의 하나의 적절한 실시예를 도시하고 있다. 용어 '판'은 각 장치의 전체 형상을 나타내지만, 후자가 바람직한 실시예일지라도, 반드시 단일 판 구성요소로서 구현되는 것을 나타내는 것은 아니라는 것에 주목할 필요가 있다. 특정 실시예에서, 개구 어레이 판과 같은 '판'은 다수의 서브 판들로 구성될 수 있다. 이러한 판들은 Z 방향(도 2의 수직축)을 따른 상호 거리에서 서로 병렬로 배열되어 있는 것이 바람직하다.
AAP(20)의 편평한 상면은 하전 입자 콘덴서 광학부/조명 시스템(3)에 대한 뚜렷한 전위 인터페이스를 형성한다. 이러한 AAP는 예를 들어, 얇은 중심부(22)를 갖는 실리콘 웨이퍼(대략 1mm 두께)(21)의 정사각형 또는 직사각형 피스로부터 만들어질 수 있다. 이러한 판은 수소 또는 헬륨 이온을 사용할 때 특히 유익할 전기 도전성 보호층(23)에 의해 덮힐 수 있다(US 6,858,118의 라인). 전자 또는 중이온(예를 들어, 아르곤 또는 크세논)을 사용할 때, 보호층(23) 역시 21 및 22의 표면부에 의해 각각 제공된 실리콘일 수 있어서, 보호층(23)과 벌크부(21, 22) 사이에 아무런 경계면도 존재하지 않는다.
AAP(20)에 얇은 부분(22)을 횡단하는 구멍에 의해 형성된 복수의 개구(24)가 제공되어 있다. 개구(24)는 얇은 부분(22)에 제공된 개구 영역에 사전결정된 배열로 배열되어서 개구 어레이(26)를 형성한다. 개구 어레이(26)의 개구의 배열은 예를 들어, 스태거 배열 또는 규칙적인 직사각형 또는 정사각형 어레이(도 4 참조)일 수 있다. 도시된 실시예에서 개구(24)는 보호층(23)에 제조된 직선형 프로파일 및 AAP(20)의 벌크층의 "역행성" 프로파일을 갖도록 구현되어서 구멍의 하방 출구(25)는 개구(24)의 주요 부분에서 보다 넓다. 이러한 직선형 및 역행성 프로파일은 반응성 이온 에칭과 같은 최신 스트럭처링 기술에 의해 제조될 수 있다. 이러한 역행성 프로파일은 구멍을 관통하는 빔의 미러 하전 효과를 강하게 줄인다.
DAP(30)는 AAP(20)의 개구(24)의 위치에 상응하는 위치를 갖고 구멍(33)을 관통하는 개별적인 빔렛을 이들의 각 경로로부터 선택적으로 편향시키도록 구성된 전극(35, 38)이 제공된 복수의 구멍(33)이 제공된 판이다. DAP(30)는 예를 들어, ASIC 회로를 갖는 CMOS 웨이퍼를 후공정처리함으로써 제조될 수 있다. DAP(30)는 예를 들어, 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는 CMOS 웨이퍼의 피스로부터 만들어지고, 얇은(하지만 22의 두께와 비교하여 적절하게 보다 더 두꺼울 수 있다) 중심 부분(32)을 유지하는 프레임을 형성하는 보다 두꺼운 부분(31)을 포함하고 있다. 중심부(32)의 구멍(33)은 24에 비교하여 (예를 들어, 각 사이드에서 대략 2㎛ 만큼) 더 넓다. CMOS 전극(34)은 MEMS 기술에 의해 제공된 전극(35, 38)을 제어하도록 설치되어 있다. 각 구멍(33)에 인접하여 "접지" 전극(35) 및 편향 전극(38)이 제공되어 있다. 이러한 접지 전극(35)은 공통 접지 전위에 접속되어 전기적으로 상호 접속되어 있고, 충전 및 절연부(37)를 차단하도록 역행부(retrograde part, 36)를 포함하여 CMOS 회로로의 원치않는 쇼트커트를 차단한다. 접지 전극(35)은 또한 실리콘 벌크부(31, 32)와 동일한 전위를 갖는 CMOS 회로(34)의 부분에 접속될 수 있다.
편향 전극(38)은 선택적으로 인가된 정전 전위가 되도록 구성되어 있고; 이러한 정전 전위가 전극(38)에 인가될 때, 이것은 상응하는 빔렛에 편향을 유발하는 전계를 생성하여 그 공칭 경로를 벗어나도록 할 것이다. 전극(38) 역시 하전을 피하기 위해 역행부(39)를 가질 수 있다. 전극(38)의 각각은 그 하부에서 CMOS 회로(34) 내의 각 접점 사이트에 접속되어 있다.
접지 전극(35)의 높이는 빔렛 사이의 크로스토크 효과를 억제하기 위해 편향 전극(38)의 높이 보다 높다.
도 2에 도시된 DAP(30)를 갖는 PD 시스템(4)의 구성은 다수의 가능성중 하나에 불과하다. (도시되지 않은) 수정예에서, DAP의 접지 및 편향 전극(35, 38)은 하류 보다는 (상방으로 향하는) 상류로 배향될 수 있다. 예를 들어, 접지 및 편향 전극이 내장된 다른 DAP 구성이 당업자에 의해 구상될 수 있다(US 8,198,601 B2와 같은 본 출원인 명의의 다른 특허 참조).
FAP로서 기능하는 제3 판(40)은 하류 축소 하전 입자 투사 광학부(5)의 제1 렌즈부에 대향하는 평면을 갖고 있어서 투사 광학부의 제1 렌즈(10a)에 규정된 전위 경계면을 제공한다. FAP(40)의 후부(41)는 중심 박부(42)를 갖는, 실리콘 웨이퍼의 일부로부터 제조된 정사각형 또는 직사각형 프레임이다. FAP(40)에는 AAP(20) 및 DAP(30)의 구멍(24, 33)에 상응하지만 이들과 비교하여 보다 넓은 복수의 구멍(43)이 제공되어 있다.
PD 시스템(4), 및 특히 그 제1 판, AAP(20)가 넓은 하전 입자 빔(50)(여기에서, "넓은" 빔은 이러한 빔이 AAP에 형성된 개구 어레이의 전체 면적을 덮을 만큼 충분히 넓다는 것을 의미한다)에 의해 조사되어, 개구(24)를 관통할 때 수천개의 마이크로미터 크기의 빔렛(51)으로 분할된다. 이러한 빔렛(51)은 아무런 방해를 받지 않고 DAP 및 FAP를 횡단할 것이다.
상술된 바와 같이, 편향 전극(38)이 CMOS 전자부를 통해 급전될 때마다, 전계가 편향 전극과 상응하는 접지 전극 사이에 생성되어 각 관통 빔렛(52)을 작지만 충분히 편향시킨다(도 2). 편향된 빔렛은 구멍(33, 43)이 각각 충분히 넓게 제조되어 있어서 아무런 방해를 받지 않고 DAP 및 FAP를 횡단할 수 있다. 그러나, 편향된 빔렛(52)은 서브-컬럼의 정지판(11)에서 걸러진다(도 1). 따라서, DAP에 의해 영향받지 않는 빔렛만이 기재에 도달할 것이다.
축소 하전 입자 광학부(5)의 축소 인자는 빔렛의 치수 및 이들의 PD 장치(4)에서의 상호 거리 및 타겟에서의 구조부의 소정의 치수를 고려하여 적절하게 선택된다. 이로 인해 마이크로미터 크기의 빔렛이 PD 시스템에서 허용되지만 나노미터 크기의 빔렛이 기재에 투사될 것이다.
AAP에 의해 형성된 (미영향) 빔렛(51)의 전체는 투사 하전 입자 광학부의 사전규정된 감소 인자 R로 기재에 투사된다. 따라서, 이러한 기재에서 "빔 어레이 필드"(BAF)는 폭 BX = AX/R 및 BY = AY/R을 각각 갖고 투사되는데, 여기에서 AX 및 AY는 각각 X 및 Y 방향을 따른 개구 어레이 필드의 크기를 나타낸다. 기재에서의 빔렛(즉, 개구 이미지)의 공칭 폭은 각각 bX = aX/R 및 bY = aY/R에 의해 주어지는데, aX 및 aY는 DAP(30)의 레벨에서, 각각 X 및 Y 방향을 따라 측정된 빔렛(51)의 크기를 나타낸다. 따라서, 타겟에 형성된 단일 개구 이미지의 크기는 bX × bY이다.
도 2에 도시된 개별적인 빔렛(51, 52)은 2차원 X-Y 어레이에 배열된, 훨씬 더 큰 수, 보통 수천의 빔렛을 나타낸다는 것에 주목할 필요가 있다. 출원인은 예를 들어, 수천(예를 들어, 262,144) 개의 프로그램가능한 빔렛을 갖는 전자 멀티빔 컬럼은 물론 이온에 대한 R=200 의 감소 인자를 갖는 멀티빔 하전 입자 광학부를 구현하였다. 출원인은 기재에서 대략 82㎛×82㎛의 빔 어레이 필드를 갖는 이러한 컬럼을 구현하였다. 이러한 예는 설명을 위한 것이고 이에 제한되지 않는다.
도 3에서, PD 시스템(4)에 의해 규정된 패턴 이미지 pm이 타겟 위에 생성된다. 하전 입자 감응성 레지스트층(17)에 의해 덮힌 타겟 표면은 노출되는 하나 이상의 에어리어 r1을 포함할 것이다. 일반적으로, 타겟에 노출된 패턴 이미지 pm은 패턴화되는 에어리어 r1의 폭 보다 보통 작은 유한 크기 y0를 갖고 있다. 따라서, 스캐닝 스트라이프 노출 방법이 사용되는데, 여기에서 타겟은 입사 빔 아래로 이동되어서, 끊임없이 타겟 위의 빔의 위치를 바꾼다. 이러한 빔은 타겟 표면 위에 효과적으로 스캔된다. 본 발명의 목적을 위해 타겟 위의 패턴 이미지 pm의 상대 이동만이 관련되어 있다는 것이 강조되어 있다. 이러한 상대 이동 덕분에, 패턴 이미지 pm은 에어리어 r1 위에서 이동되어서 y0 폭의 일련의 스트라이프 s1, s2, s3,...(노출 스트라이프)를 형성한다. 이러한 스트라이프의 완전한 세트는 기재 표면의 전체 면적을 덮는다. 스캐닝 방향 sd는 균일하거나 하나의 스트라이프로부터 다음 스트라이프로 대체될 수 있다.
도 5a는 10×18=180 화소의 크기를 갖는 이미지 패턴 ps의 단순한 예를 도시하고 있는데, 여기에서, 노출 에어리어의 일부 화소 p100는 100%의 그레이 레벨 401로 노출되어 있고, 다른 화소 p50은 완전한 그레이 레벨의 50%로만 노출되어 있다(402). 나머지 화소는 선량(403)의 0%로 노출되어 있다(전혀 노출되지 않았다). 도 5b는 50% 레벨이 구현되는 방법을 설명하고 있는데, 각각의 화소는 여러 번 노출되고, 0과 100% 사이의 그레이 레벨을 갖는 화소에 대해, 그레이 레벨은 화소가 활성화된 노출의 상응하는 수를 선택함으로써 구현되고; 이러한 그레이 레벨은 전체 수의 노출에 대한 활성화된 노출의 일부이다. 이러한 예에서, 50% 레벨은 4에서 2를 선택함으로써 구현된다. 물론, 본 발명의 구현 적용에서, 규격 이미지의 화소의 수는 훨씬 더 높다. 그러나, 도 5a 및 도 5b에서, 화소의 수는 이해를 위해 단지 180이다. 또한, 일반적으로, 훨씬 더 많은 그레이 레벨이 0% 내지 100%의 스케일에서 사용될 것이다.
따라서, 패턴 이미지 pm(도 3)는 노출되는 소정의 패턴에 따른 선량 값으로 노출되는 복수의 패턴 화소 px로 구성되어 있다. 그러나, 화소 px의 부분집합만이 동시에 노출될 수 있다는 것을 이해해야 하는데, 그 이유는 유한 수의 개구만이 PD 시스템의 개구 필드에 존재하기 때문이다. 스위치-온 개구의 패턴은 기재에 노출되는 패턴에 따라 선택된다. 따라서, 실제 패턴에서 모든 화소가 전체 선량으로 노출되지 않지만, 일부 화소는 실제 패턴에 따라 "스위치 오프"될 것이고; 임의의 화소에 대해서는 (또는, 동일하게 이러한 화소를 덮는 모든 빔렛에 대해) 조사선량은 타겟에 노출되거나 구조화되는 패턴에 따라, 이러한 화소가 "스위치 온" 또는 "스위치 오프"되든 관계없이 하나의 화소 노출 사이클로부터 그 다음 화소 노출 사이클로 변할 수 있다.
기재(16)가 연속 이동되는 동안, 타겟 위의 패턴 화소 px에 상응하는 동일한 이미지 요소가 일련의 개구의 이미지에 의해 여러번 덮힐 수 있다. 동시에 PD 시스템의 패턴이 PD 시스템의 개구를 통해 한 단계씩 시프트된다. 따라서, 타겟 위의 일부 위치에 하나의 화소를 생각할 때, 모든 개구가 이러한 화소를 덮을 때 스위치온되면, 최대 조사선량 레벨, 즉, 100%에 상응하는 "화이트" 셰이드를 얻게 될 것이다. "화이트" 셰이드에 더해, 최소('블랙')와 최대('화이트') 조사선량 레벨 사이에 보간되는 보다 낮은 선량 레벨(또한 '그레이 셰이드'로 부른다)에 따라 타겟에서 화소를 노출시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 그레이 셰이드는 하나의 화소를 기록하는데 수반될 수 있는 개구의 부분집합만을 스위치함으로써 구현될 수 있고; 예를 들어, 16개의 개구중 4개는 25%의 그레이 레벨을 산출한다. 다른 방법은 수반되는 개구에 대한 미차단 노출의 지속시간을 줄이는 것이다. 따라서, 하나의 개구 이미지의 노출 지속 시간은 그레이 스케일 코드, 예를 들어, 정수에 의해 제어된다. 노출 개구 이미지는 제로 및 최대 노출 지속시간 및 선량 레벨에 상응하는 주어진 수의 그레이 셰이드중 하나의 표시이다. 이러한 그레이 스케일은 보통 그레이 값의 세트, 예를 들어, 0,　1/(ny-1)...,i/(ny-1),...,1을 규정한다. 여기에서, ny는 그레이 값의 수이고 i는 정수이다("그레이 지수", 0≤i≤ny). 그러나, 일반적으로, 등거리일 필요가 없고 0과 1 사이에 감소하지 않는 시퀀스를 형성한다.
도 4는 기본 레이아웃에 따른, PD 장치의 개구 필드에서의 개구의 배열을 도시하고 있고 다음에서 사용된 다수의 양 및 수차를 설명한다. 짙은 셰이드로 도시된, 타겟에 투사되는 개구 이미지 b1의 배열이 도시되어 있다. 주축 X 및 Y는 각각 타겟 이동의 진행 방향(스캐닝 방향 sd) 및 수직 방향에 상응한다. 각 개구 이미지는 각각 방향 X 및 Y를 따른 폭 bX 및 bY를 갖고 있다. 이러한 개구는 각각 NX 및 NY인 라인 및 행의 이웃 개구 사이에 오프셋이 있는 상태로, 각각, MX 및 MY를 갖는 라인 및 행을 따라 배열되어 있다. 결과로서, 각 개구 이미지에 NXㆍbXㆍNYㆍbY의 면적을 갖는 개념 셀 C1이 속하고, 이러한 개구 배열은 직사각형 방식으로 배열된 MXㆍMY 셀을 포함하고 있다. 아래에서, 이러한 셀 C1은 "노출 셀"로 부른다. 완전한 개구 배열은 타겟에 투사될 때 BX = MXㆍNXㆍbX × BY = MYㆍNYㆍbY의 치수를 갖고 있다. 이후의 설명에서, 우리는 제한 없이 모든 추가 설명을 위해 정사각형 격자를 직사각형 격자의 특별한 경우로서 생각할 것이고 b　= bX = bY, M　= MX = MY이고 N　= NX = NY라고 설정할 것이다. 여기에서 M은 정수이다. 따라서, "노출 셀"은 타겟 기재 위에 Nㆍb×Nㆍb의 크기를 갖고 있다.
2개의 이웃하는 노출 위치 사이의 거리는 아래에서 e로서 표시한다. 일반적으로, 거리 e는 개구 이미지의 공칭 폭 b와 상이할 수 있다. 가장 단순한 경우에, b=e이고, 이것은 2×2 노출 셀 C3의 배열의 예에 대해 도 6a에 도시되어 있고, 하나의 개구 이미지 bi0는 하나의 화소(의 공칭 위치)를 덮고 있다. 도 6b(US 8,222,621 및 US 7,276,714)에 도시된, 다른 관심의 경우에서, e는 개구 이미지의 폭 b의 분수 b/o일 수 있고, o>1는 오버샘플링 인자로서 부르는 정수인 것이 바람직하다(하지만 반드시 그러한 것은 아니다). 이러한 경우에, 개구 이미지는, 다양한 노출의 과정에서, 공간적으로 중첩되어 패턴의 배치의 해상도를 보다 높게 발달시킬 수 있다. 그래서, 개구의 각 이미지는 동시에 다수의 화소, 즉, o 2 화소를 덮을 것이다. 타겟에 이미지화되는 개구 필드의 전체 영역은 (NMo)2 화소를 포함할 것이다. 개구 이미지의 배치의 관점에서, 이러한 오버샘플링은 (이격이 보다 미세하기 때문에) 타겟 영역을 단순히 덮을 필요가 있는 것과 상이한 소위 배치 격자에 상응한다.
도 6b는 배치 격자와 결합된 o=2의 오버샘플링의 하나의 예를 도시한다. 즉, 파라미터 o=2, N=2를 갖고 있는 노출 셀 C4를 갖는 개구 어레이의 이미지를 도시한다. 따라서, 각 공칭 위치(도 6b의 작은 정사각형 필드)에서 4개의 개구 이미지 bi1(점선)이 인쇄되고, 이것은 X 및 Y 방향으로 피치 e 만큼 규칙적인 격자로 오프셋되어 있다. 개구 이미지의 크기가 여전히 동일한 값 b이지만, 배치 격자의 피치 e는 이제 b/o=b/2이다. 이전의 공칭 위치에 대한 오프셋(배치 격자의 오프셋) 역시 b/2의 크기를 갖는다. 동시에, 각 화소의 선량 및/또는 그레이 셰이드는 각 화소를 덮는 개구 이미지에 대한 적절한 그레이 값을 선택함으로써 적응(감소)될 수 있다. 결과로서, 크기 a의 면적이 인쇄되지만 보다 미세한 배치 격자로 인해 배치 정확도가 강화된다. 도 6b를 도 6a와 직접 비교하면, 개구 이미지 자체는 중첩되지만, 개구 이미지의 위치는 전보다 2배(일반적으로 o배) 미세하게 배치 격자 위에 배열되어 있다. 노출 셀 C4는 이제 기록 공정 동안 주소지정된 (No)2 위치(즉, "화소")를 포함하여서 화소가 o 2의 인수만큼 이전 보다 많다. 이에 상응하여, 개구 이미지 b×b의 크기를 갖는 면적 bi1은 도 6b의 o=2를 갖는 오버샘플링의 경우의 o 2=4와 연관되어 있다(또한 "더블 격자"로 부른다). 물론, o는 임의의 다른 정수값, 특히 4("쿼드 격자", 도시되어 있지 않다) 또는 8, 또는 √2=1.414와 같은 1 보다 큰 비정수 값을 취할 수 있다.
인터로킹 격자(o>1)에 의해, 선량 분포가 균일한 상태로 있는 동안 "디더링"함으로써 그레이 셰이드의 수를 증가시킬 수 있다는 것에 주목할 필요가 있다. 이것은 임의의 공칭 격자 위의 그레이 셰이드가 동일하다는 것에 기초하고 있다. 이것은 더블 인터로킹 격자에 대해, 구현될 수 있는 유효 선량의 수는 논-인터로킹 격자에 대한 것 보다 4배 더 많다는 것을 의미한다. 일반적으로, 임의의 오버샘플링 노출 격자(즉, o>1)는 X 및 Y 방향으로 거리 b/o 만큼 시프트된 o 2에 이르는 공칭 격자로 구성되어 있다. 따라서, 하나의 선량 레벨로부터 다음 선량 레벨로의 스텝은 이러한 o 격자중 하나만의 선량 레벨이 증가되는 o 서브스텝으로 분할될 수 있고; 이것은 모든 서브격자가 공칭 레벨을 노출할 때까지 다른 격자에 대해 반복될 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 이러한 기재의 빔 형상은 개구 판의 감소된 개구 형상과 머신 블러의 컨볼루션이다. 폭 b를 노출 격자 상수 e의 자연 배수로 설정함으로써, 즉, o=b/e를 정수로 함으로써 기재 위에 균일한 선량 분포를 얻는 것이 가능하다. 그렇지 않으면, 이러한 선량 분포는 얼라이싱 효과로 인해 노출 격자에 대해 주기적으로 최소값 및 최대값을 가질 수 있다. 다수의 그레이 셰이드에 의해 보다 양호한 특징부 배치가 가능하다. 따라서, 그레이 레벨의 증가는 화소 위치 당 그레이 셰이드가 특정 수에 제한되는 것과 관련되어 있다.
도 7a는 본 발명에 적절한 화소의 노출 방식을 도시하고 있다. 상부(이전)로부터 하부(나중)로 시간이 증가하는 일련의 프레임이 도시되어 있다. 이러한 도면의 파라미터 값은 o=1, N=2이고; 직사각형 빔 어레이가 MX=8 및 MY=6을 갖는 것으로 한다. 타겟은 연속으로 좌측으로 이동하지만, 빔 편향은 도면의 좌측에 도시된 바와 같이 톱니 함수에 의해 제어된다. 길이 T1의 각 시간 간격 동안, 빔 이미지는 ("배치 격자"의 위치에 상응하는) 타겟 위의 위치에 고정되어 있다. 따라서, 빔 이미지는 배치 격자 시퀀스 p11, p21, p31를 관통하는 것으로 도시되어 있다. 배치 격자의 하나의 사이클은 타겟 이동 v 덕분에 시간 간격 L/v　= NMb/v 내에서 노출된다. 각 배치 격자에서의 노출을 위한 시간 T1은 "노출 길이"로 부르는 길이 LG　= vT1 = L/(No)2 = bM/No 2　에 상응한다.
빔렛은 타겟과 함께 하나의 세트의 이미지 요소의 노출 동안 LG의 거리를 이동한다. 즉, 모든 빔렛은 시간 간격 T1 동안 기재의 표면에 대해 고정 위치를 유지한다. 거리 LG를 따라 타겟과 함께 빔렛을 이동시킨 후에, 빔렛은 그 다음 배치 격자의 이미지 요소의 노출을 시작하기 위해 (초단 시간에) 순간적으로 재위치된다. 배치 격자 사이클의 위치 p11...p31를 통한 완전한 사이클 후에, 시퀀스는 새롭게 시작하고, 추가 길이 오프셋 L=bNM은 X 방향(스캐닝 방향)에 대해 병렬 관계를 갖는다. 스트라이프의 시작 및 종료에서, 노출 방법은 인접 커버링을 생성할 수 없어서, 완전히 채워지지 않은 길이 L의 마진이 존재할 수 있다.
도 7a는 실제 패턴에 따라 개별적인 개구의 열기/닫기에 필요한 시간을 무시한다는 것에 주목해야 한다. 실제, DAP 및 편향 다극 시스템의 편향 장치는 과도 진동을 재위치지정하고 차차 소멸시킨 후에 개구의 상태를 안정시키기 위해 특정 안정 시간 간격 TS를 필요로 한다. 이러한 안정화 시간 각격 TS는 화소 노출 사이클 T1의 (매우) 작은 일부이다. 따라서, 전체 화소 노출 사이클 T1 보다는, 사용가능한 시간 Tu=T1-TS 만이 화소의 노출을 위해 사용된다. 시간 간격 Tu는 적절한 선량이 각각의 화소에 통과되는 것을 보장하는 화소 노출 주기이다. 그러나, 다음에서, TS는 T1에 비교하여 무시가능한 것으로 하고, 이후로, Tu와 T1은 구별하지 않는다.
사용가능한 노출 시간 Tu는 주소지정가능한 그레이 셰이드의 수에 상응하는 g 시간 슬롯으로 분할된다. g에 대한 하나의 값은 g=16(4비트)일 것이다. 이러한 화소 노출은 Tu내의 사용 시간 슬롯의 합인 소정의 그레이 셰이드에 따라 활성화된다. 시간 Tu에 하나의 화소에 가해진 선량이 g 그레이 레벨로 디지털화된다면, Tu 동안 전체 블랭킹 셀을 g 배 리로딩하는 것이 가능하고; 블랭킹 어레이 내의 각각의 블랭킹 셀은 노출 주기 T1(또는 보다 정확하게는, 사용가능한 시간 Tu) 동안 그 개별적인 그레이 셰이드를 수신한다.
도 7b는 g=5를 갖는 단순 예의 상이한 그레이 셰이드를 갖는 2개의 화소의 노출을 설명하고 있고; 안정화 시간 간격 TS의 상대 크기는 크게 과장되어 있다. g=5에 따라, 각각의 사용가능한 시간 간격 Tu에서 5배의 슬롯이 존재한다. 제1 화소 p71은 100% 그레이 셰이드에 노출되어 있고(즉, "블랙"), 제2 화소 p72는 60%의 그레이 셰이드에 노출되어 있다. 화소 p72에 대해, 상응하는 블랭킹 전극의 2배 슬롯은 그레이 셰이드 화소를 생성하고; 이러한 예에서, 60%는 5중 2의 그레이 셰이드에 상응하고 이들중 2개가 - 임의의 순서로 - 스위치 온되도록 설정된다. 즉, 화소 p71에 대해, 각각의 블랭킹 전극은 모든 5배 슬롯 동안 활성화되어서, Tu 동안 배치될 수 있는 최대 선량을 갖는 블랙 화소를 생성한다.
도 8a 내지 도 8c에서, 개구 이미지 bi0, bi1(도 6a, 도 6b)에 상응하는 각 노출 점(60)이 아래에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 이산 선량 레벨로 노출되어 있다. 도 8a 내지 도 8c는 특별한 관심의 다양한 중첩 구성을 도시하고 있다.
도 8a는 이러한 배치(161)에서, 노출 점들 사이의 중첩이 도 8a에 도시된 바와 같은 Y 방향은 물론 X 방향으로 빔 점 크기의 절반인, 도 6b와 함께 상술된 "더블 격자" 멀티빔 노출을 도시하고 있다. 이러한 경우에, 물리적인 격자 크기(61)는 점들(60)의 선형 크기의 절반이다. 이와 대조적으로, 도 6a에 도시된 것과 같은 단순한 논-오버샘플 격자는 "단일 격자"로 부른다.
도 8b의 배치(162)에 도시된 "쿼드 격자" 멀티빔 노출에서, 점들 사이의 중첩은 Y 방향은 물론 X 방향으로 빔 점 크기의 3/4이다. 이러한 경우에, 물리적 격자 크기(62)는 점 크기 폭의 1/4이다. 다루어지는 격자 점의 수는 도 8a에 도시된 "더블 격자"의 수의 4배이다.
도 8c는 더블 격자 중첩 빔 노출에 더하여, 빔 노출이 사이의 중심들에서 이루어지는 다른 격자 레이아웃(163)을 도시하고 있다. 따라서, 물리적 격자 크기(63)는 선형 점 크기의 1/23/2(즉, √2/4)이다. 이러한 멀티빔 노출 모드는 "더블 센터 격자(Double-Centered Grid)"로 부른다. 다루어지는 격자 점들의 수는 도 8a에 도시된 "더블 격자"의 수의 2배이다.
유사한 방식으로, 단일 격자 역시 선형 점 크기의 1/21/2의 물리적 격자 크기를 갖는 "단일 센터 격자"로 확장될 수 있다(도 19 참조). 단일 센터 격자에서 다루어지는 격자 점의 수는 단일 격자 수의 2배, 또는 도 8a에 도시된 "더블 격자"의 수의 절반이다.
도 9는 최대 선량 레벨에 의한 하나의 노출 점의 노출을 도시하고 있다. 4비트 코딩의 경우의 예에서, 16개의 선량 레벨(0, 1, 2,...15)이 존재한다. 즉, 최대 선량 레벨은 15개의 선량 레벨 증분(64)의 합이다.
도 10은 제로 블러의 이상적인 경우에, 폭 30nm의 라인을 위한 이상적인 강도 프로파일(71)을 도시한다. "쿼드 격자" 멀티빔 노출을 사용할 때 중첩은 빔 크기의 1/4이다. 따라서, 20nm 빔 크기의 경우에 물리적 격자 크기는 5nm이다. 이산 선량 레벨이 선택된 예에 대해 5nm × 5nm인 물리적 격자의 각 면적에 할당될 수 있고; 도 10의 라인(72)은 30nm 라인을 생성하기 위한 화소 위치에 할당된 이산 선량 레벨을 갖는 중첩 노출 점에 의해 구성됨에 따라 강도(또는 전체 선량)의 중첩을 나타내는 반면, 보다 양호한 가시성을 위해 블러는 제로로 설정되었다(그래서 단일 노출 점의 선량 분포는 직사각형이 된다). 블러가 도 13에 도시된 바와 같은 이상적인 값을 가지면, 직사각형의 에지에서의 스텝 함수는 가우스 함수로 컨볼루트되어 결국 가우스 형상으로 변환된다. 이러한 점에서 라인(72)은 블러 제로에서 가우스 함수의 중첩으로 볼 수 있다. 일반적인 경우에, 선량 레벨 히스토그램은 사전 규정된 위치에서 좌우 에지를 위치시키기 위해 대칭성을 갖지 않을 것이다.
도 11은 좌측 에지가 0.0nm에 위치되어 있고 우측 에지가 30.0nm에 위치된 30.0 nm 폭의 라인에 대한 시뮬레이션을 도시하고 있다. 이러한 시뮬레이션에 있어서, 20nm의 빔 점은 5.1nm 1 sigma blur(즉, 12.0nm FWHM 블러)로 노출되어 있는 것으로 가정하였다. 강도 프로파일(76)은 노출 점(73, 74, 75)의 프로파일을 중첩함으로써 형성되어 있다. 최좌측 노출 점(74)의 선량 레벨은 30nm 라인이 소정의 시작 위치(77), 즉, 0nm에서 시작하도록 조정된다. 최우측 노출점(75)의 선량 레벨은 노출 라인이 30.0nm의 위치(78)에서 종료되도록 조정된다. 도 11에 볼 수 있는 바와 같이, "쿼드 격자" 노출에 따라, 노출점(73, 74, 75)의 중첩은 빔 크기의 1/4, 즉, 5nm이다.
도 12a 및 도 12b는 MBW 장치가 정밀 에지 선명도로 라인을 기록하는 방법을 설명하고 있고; 각 도면에서, 상부 프레임은 선폭에 대한 에지 위치 오차를 도시하고, 중간 프레임은 강도 프로파일을, 그리고 하부 프레임은 조사선량을 선폭에 대해 10% 만큼 강화할 때 에지 위치 편차를 보여준다. 도 12a는 31.4nm 선폭에 대해 얻어진 강도 프로파일을 도시하고 있고, 도 12b는 40.0nm 선폭에 대해 도시하고 있다. MBW 폭 20nm 빔 크기 및 쿼드 격자 노출(5nm 물리적 격자 크기)을 사용하여, 이러한 노출에 의해 생성된 구조의 선폭은 0.1nm의 스텝으로 변경될 수 있다. 정수 선량 레벨 때문에 0.1nm 어드레스 격자로부터 경미한 편차가 존재한다. 이러한 편차는 30.0nm와 40.0nm 사이의 0.1nm 스텝의 소정의 선폭의 함수로서, "에지 위치 오차" (상부 프레임)로서 표시된다. 도시된 바와 같이, 이러한 편차는 ±0.05nm 안에 있다. 또한, 선량이 10% 변한 에지 위치의 변화는 대략 1nm이어서, 하부 프레임에 도시된 바와 같이 선폭의 변화에 대해 단지 경미하게 변한다. 즉, 선량이 1% 보다 양호하게 MBW에서 제어되기 때문에, 선량의 1% 변화에 대한 에지 위치의 변화는 대략 1 전자층 안에 있다.
도 13은 MBW의 하나의 장점, 즉, 선폭이 사실상 50% 선량 임계값에서 블러에 독립적이라는 것을 보여주고 있다. 제로 블러에 대한 강도 프로파일(71), 선량 레벨 히스토그램(72), 및 각각 3.5nm, 5.0nm 및 7.5nm 1 sigma blur로 계산된 최종 강도 프로파일(81, 82, 83)이 도 13에 도시되어 있다. 생성된 구조의 에지 위치(73, 74)는 제로 블러 강도 프로파일(71)이 "0.5" 강도 레벨을 교차하는 곳에 있다. 도 13a의 확대도는 좌측에서의 위치(73) 근방의 영역을 도시하고 있다. 선량 레벨 지시(72)는 5nm 물리적 격자 크기를 제공하는, 쿼드 격자 멀티빔 노출 및 5nm의 1 sigma blur를 갖는 20nm 빔 크기를 사용하는 것에 대한 것이다.
도 14a, 도 14b, 도 14c는 여기에 도시된 멀티빔 노출 방법이 격자 크기 보다 작은 해상도로 구조 특징부의 미세 위치지정을 달성할 수 있는 방법을 도시하는 강도 프로파일 도면이다. 강도 프로파일 도면에서, 도 14a 내지 도 14c와 같이, 이산 선량 레벨이 "벽돌층" 배열로 쌓인 균일한 높이의 직사각형(64)으로서 묘사되어 있다. 물론, 이러한 "벽돌층" 묘사는 단지 상징적인 것이고 도면의 이해를 위한 것이다.
도 14a는 예를 들어, 20nm 폭의 빔 점 크기를 갖는 쿼드 격자의 4비트(즉, 점당 15개의 선량 레벨) 노출에 의해 노출되는 30nm 폭의 라인의 선량 레벨 히스토그램을 도시하고 있다. 격자 크기(62)는 "벽돌층" 배열로 쌓인 직사각형으로서 상징화되어 있는 노출 점의 선형 크기의 1/4이고, 최종 선량 커널 분포(65)는 실선으로 도시되어 있다.
이러한 선폭은 격자 크기, 이러한 경우에 쿼드 격자 크기(62) 보다 작은 매우 미세한 스텝으로 보다 작거나 크게 만들어질 수 있다. 이러한 선폭을 줄이는 것은 최외측 노출 점의 선량 레벨을 낮춤으로써 및/또는 노출 점들을 생략함으로써 달성될 수 있다(후자는 감소가 적어도 노출 점 크기의 약 절반일 때이다). 선폭을 증가시키는 것은 최외측 노출 점의 선량 레벨을 높임으로써, 특히 최대 선량 레벨에 도달되었을 때, 추가, 바람직하게는 중첩 노출 점을 더하도록 달성될 수 있다. 후자의 특징은 도 14b에 도시되어 있는데, 규정된 선량 레벨을 갖는 노출 점(66)이 추가되어 있어, 65와 비교하여 보다 큰 폭을 갖는 라인에 대한 선량 레벨 히스토그램(67)을 얻을 수 있다. 양측의 감소 및 증가의 이러한 효과를 결합함으로써, 라인 위치를 매우 미세한 스텝으로 시프트할 가능성이 존재한다. 도 14b는 점(68)으로부터 선량 레벨을 제거하고 점(69)으로부터 선량 레벨을 추가함으로써 얻어지는, 폭이 변하지 않은 라안의 시프트를 도시하고 있는데, 이로 인해 도 14a의 라인과 비교하여 우측으로 시프트된 라인에 상응하는 선량 레벨 히스토그램(70)을 얻을 수 있다.
도 14a 내지 도 14c의 강도 프로파일은 타겟 평면의 X 방향을 따라 도시되어 있다. 여기에 설명된 멀티빔 노출 방법을 다른 방향을 따른 라인으로 확장하는 것이 간단하고, 타겟 평면에 대한 임의의 각도에서 라인에 대해 미세하게 위치지정할 수 있다.
해당 에어리어에 가해지는 하전 입자 방사선에 의한 타겟 위의 특정 위치의 노출에 의해, 채용되는 하전 입자 방사선의 종류 및 에너지에 따라, 노출 위치의 근방의 에어리어가 간접 노출될 수 있다. 특히 패턴 노출을 위해 높은 에너지(예를 들어, 50keV) 전자를 사용할 때, 기재로부터의 전자의 후방 산란이 존재하고, 이러한 전자에 의해 (1차) 전자 빔의 충돌의 위치 근방의 하전 입자 감응층(17)이 노출된다. 이러한 효과는 당업자에게 소위 근접 효과로 잘 알려져 있다. 50keV의 경우에, 후방 산란 전자에 의해 영향을 받는 에어리어는 대략 10㎛의 범위의 반경을 갖는다. 50%의 패턴 밀도로 밀집 패턴을 노출시킬 때, 후방 산란 전자에 의해 도입된 선량은 도 15a에 도시된 바와 같은 노출 강도의 고원 레벨의 약 30%로 높아질 수 있다. 백그라운드의 레벨은 타겟 위의 방사 입자 에너지 및 재료와 같은 다양한 요소에 의존하지만, 아래에서 백그라운드는 30%로 가정한다. 부재 번호 99로 표시된 100% 선량 레벨은 도 15a의 강한 굵은 점선 곡선(91)에 의해 표시된 바와 같이 백그라운드가 전혀 없는 경우의 라인 패턴 노출의 최대값의 위치에서의 완전 노출 선량에 상응하고; 이러한 100% 레벨은 도 15a-도 15e의 선량 밀도의 1 a.u.에 상응한다. 고 대비 하전 입자 감응층(17)의 현상에 필요한 선량 레벨은 "선량-크기 레벨" 또는 "등고선(contour) 레벨"로 부르고, 이것은 도면에서 점선 수평선 98로 표시되어 있다. 전형적인 구현에서, 100% 레벨은 등고선 레벨이 0.5a.u.(50%)에 있도록 선택된다. 이러한 선택은 (백그라운드에 관계없이) 노출 강도의 경사가 50% 레벨에서 최고이기 때문에 적절하고; 100% 레벨에 대해 등고선 레벨의 실제 값은 노출되는 개별적인 패턴에 적절한 대로 변할 수 있다. 아무런 백그라운드가 제시되지 않는다면, 이러한 등고선 레벨은 특정 소정의 임계 치수(CD)에 대해 라인 패턴(91)의 소정의 위치에서 만날 수 있을 것이다. 사교 평행선의 에어리어(90)는 백그라운드의 상부에 "1차" 패턴(91)과 동일한 선량으로 패턴(92)을 노출시킬, 상술된 바와 같은, 약 0.3 a.u.에서 간접 노출 레벨을 유발하는 후방 산란 전자의 효과를 나타낸다. 그 결과, 최종 오차는 CD + ΔCD가 된다.
도 15b는 적절한 인자에 의해 패턴 노출 선량을 감소시킴으로써 이러한 오차를 보정하는 제1 방법을 설명하고 있다. 도 15b에서, 패턴 프로파일은 오리지널 프로파일(92)로부터 재조정된 프로파일(93)로 감소되어 있다. 30% 백그라운드 선량의 도 15b에 도시된 예에서, 단지 0.4 a.u.(40%)의 노출 선량(94)이면 충분하다. 이러한 타입의 근접 효과의 선량 보정의 단점은 강도 프로파일의 보다 얇은 경사도로 인한 상당히 보다 낮은 선량 허용폭(보다 높은 "선량 마진 오차")이다. 30nm 라인에 대한 시뮬레이션(5nm 1sigma blur를 가정한, 20nm 빔 크기에 의한 쿼드 격자 노출)은, 도 15c에 도시된 바와 같이, 백그라운드가 전혀 없는 경우(도 12b)의 대략 1.1 nm의 값과 비교하여 훨씬 더 높은, 10% 선량에 대한 ΔEdge의 값에 대해 결과가 2.7nm라는 것을 가리키고 있다.
인쇄되는 구조의 밀도와 근접 효과 사이의 상호작용을 도 21a와 도 21b과 관련하여 아래에 설명한다.
탁월한 것으로 도시된, 근접 효과를 보상하는 다른 방법은 최대 선량 레벨(95)이 변하지 않고 패턴 노출(96)의 폭이 적절한 양만큼 좁혀지는 "크기 보정"을 포함한다. 즉, 노출되는 특징부의 경계의 위치가 오차 ΔCD의 절반에 상응하는 양만큼 이동된다(재위치지정된다). 이것은 도 15d에 도시되어 있다. (상술된 바와 동일한 가정하에) 30nm 라인에 대한 상응하는 시뮬레이션에 의하면 1.4nm의 10% 선량에 대한 ΔEdge의 향상된 값이 얻어진다(도 15e). 따라서, 이러한 방법에 의해 (의도하지 않은) 선량 편차에 대한 에지 위치지정의 안정도를 향상시킬 수 있다.
상술된 바와 같이, 타겟에 노출된 전형적인 패턴은 임계 패턴을 갖는 기재 노출 에어리어에 더해, 비임계 패턴을 가진 하나 이상의 에어리어를 포함할 것이다. 도 16은 152.4mm x 152.4mm의 외부 치수(101)(둥근 모서리) 및, 주어진 CD로 기록되는 복수의 패턴을 포함하는 132mm x 104mm(전형적인 예)의, "임계 패턴 에어리어"로 부르는 제1 에어리어(102)를 갖는 6" x 6" 포토마스크 기재(100)의 경우를 위한 예를 도시하고 있다.
제1 에어리어(102)는 예를 들어, 148mm의 사이드 길이 및 예를 들어, 5mm의 폭(104)을 갖는 "프레임 패턴" 에어리어(103)에 의해 둘러싸여 있다. 이것은 프레임 패턴(또는 경계) 에어리어가 임계 패턴 에어리어의 15%의 크기를 가질 수 있다는 것을 나타낸다. 프레임 패턴 에어리어(103)는 완화된 정확도의 필요조건의 특징부를 포함하여서, 본 발명에서 제2 패턴 에어리어를 나타낸다. 도 16에 도시된 예에서, 제1 패턴 영역에 상응하는 에어리어(102), 및 제2 패턴 영역(103)은 노출 없는 "블랭크" 에어리어(113)에 의해 분리되어 있고; 다른 실시예(도 17 참조)에서, 2개의 영역 역시 직접 인접할 수 있다. 스트라이프에서의 멀티빔 기록은 하나의 축을 따라서만 이루어질 수 있는 단계에 의한 MBW 툴 사용의 경우에, 프레임 패턴 에어리어를 위해 필요한 기록 시간은 상당할 수 있어서, 불리할 수 있다.
도 16은 또한, 프레임 패턴 에어리어(103)의 기록이 2개의 상이한 방향 d1, d2를 따라 배향된 노출 스트라이프(105, 106)에 의해 이루어지는 본 발명의 다른 특징을 설명하고 있다. 이러한 방법은 충분한 위치적 효율 갖는 하이 스테이지 속도가 Y 방향은 물론 X 방향으로 실현되는 향상된 진공 스테이지에 의한 최신 MBW 구현에 의해 가능하다. 일반적으로, 비임계 패턴의 기록은 다수의 일반적인 방향 d1, d2를 따라 배향된 스트라이프의 기록을 포함할 수 있다. 특히, 이러한 패턴의 특정 부분이 "경사진" 라인 요소를 포함하는 경우에, 즉, X 방향에 대해 0과 90° 사이의 각도로 배향된 경우에, 이러한 라인 요소를 기록하기 위한 스트라이프의 일반적인 방향은 이러한 각도에서도 배향될 수 있다. 예를 들어, 이러한 경사진 라인은 숫자 또는 문자의 라인 세그먼트로서 나타낼 수 있다(도 17 참조). 여기에서, 용어 "일반적인 방향"은 ±x 또는 ±y와 같은, 타겟 프레임 위의 주어진 방향을 따라 이동하는 양측 방향을 말하는데, 여기에서, 부호 ±는 양측 방향이 동일한 일반적인 방향에 속한다는 것을 표시하고 있다.
본 발명의 주요 특징에 따라, 제2 영역(103)은 보다 거친 물리적 격자 크기의 노출 격자에 의해 인쇄되어서, 동시에 처리될 필요가 있는 감소된 격자 점을 갖는다. 예를 들어, "더블 격자"를 갖는 제1 영역(102)을 기록하는 동안, 제2 영역(103)에 대해 "단일 센터 격자"로 부르는 격자가 격자 점 어드레싱의 인수를 구하기 위해 구현될 수 있다. 도 19는 제2 격자(108)가 격자(107)에서 중심이 있는 2개의 "단일 격자" 세트(107, 108)의 조합에 의해 시각화될 수 있는 "단일 센터 격자"의 기하학적 배치(114)를 도시하고 있다. 단일 센터 격자 멀티빔 노출에 의해 선형 점 크기(60)의 1/21/2(즉, 1/√2)인 물리적 격자 크기(109)를 얻는다.
더블 격자 멀티빔 노출 방법(기재 노출 필드(103)에 대해 도 17를 상세히 시각화한 도 8a)과 비교하여, 센터 단일 격자 멀티빔 노출 방법은 2배 빠르다.
도 17은 본 발명의 추가 특징을 설명하고 있다. 프레임 패턴 에어리어(103)이 단일 센터 격자 멀티빔 노출 방법(도 19)으로 노출되어 예를 들어, 0.3 a.u. 선량 레벨(30%)을 갖는 백그라운드 에어리어(111)가 얻어지고; 이것은 예를 들어, 50 keV 전자를 사용함으로써 가능하다. 그 결과, 이러한 예에서 0.4 a.u.인 훨씬 더 낮은 선량(94)으로 (바코드, 숫자, 시각적인 마커등과 같은) 비임계 패턴(112)을 노출시킬 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같은 이러한 비임계 특징부에 대해, 도 15b에 도시된 바와 같이 강도 파일에 의해 유도되는, 이러한 비임계 패턴(112)의 보다 작은 선폭 CD-ΔCD이 허용될 수 있기 때문에, 노출 선량(92)을 대략 0.3 a.u.로 낮출 수 있다.
이와 대조적으로, 도 15d에 도시된 바와 같이 임계 패턴의 노출을 위해 크기 보정(96)을 사용할 때, 최대 노출을 위해 필요한 노출 선량(95)은 1.0 a.u.(100%)이다. 따라서, 이러한 특징에 의해, 적어도 2.5의 인수 만큼 낮아진 선량으로 프레임 패턴을 노출시킬 수 있다. 프레임 에어리어(103)의 영역(111)에 추가 백그라운드 선량을 도입하는 것은 에어리어(111)가 어쨋든 스트라이프 노출에 의해 완전히 커버될 것이 틀림없기 때문에 기록의 효율을 낮추지 않는다. 패턴(112)이 흐릴 때도, 스테이지는 패턴(112)의 부분들 사이를 이동해야 한다. 이러한 이동 시간 동안, 임의의 추가 노력 없이 에어리어(111)의 기재에 백그라운드 선량을 전달할 수 있다. 이러한 백그라운드 선량은 패턴(112)에 대한 근접 효과를 증대시키고 선량-크기 레벨에 도달하는데 필요한 선량을 감소시킨다. 따라서, 빔렛의 아이들 시간은 감소하고 인쇄 효율은 증가한다.
또한, 보다 균일한 백그라운드 분포는, 즉, 전자 빔 근접 효과의 범위에서, 보다 적은 수의 그레이 셰이드가 국부 인쇄된 선량에 의한 근접 효과의 보상에 사용될 필요가 있기 때문에 선량 기반 보정에 도움이 된다. 최대 선량은 그레이 셰이드에 대한 노출 시간에 의해 조정될 수 있고, 채용된 그레이 셰이드의 감소에 의한 선량의 국부 감소의 필요성은 보다 더 적어진다. 따라서, 시간 간격에 대한 노출 시간의 부분, 따라서, 인쇄 효율이 증가한다.
도 18a 및 도 18b는 구체적으로 제2 패턴 영역(103)의 구조에 대해, 인위적으로 추가된 백그라운드는 물론 인쇄되는 구조와 근접 효과가 상호작용하는 방법을 설명하고 있다. 도 18a는 예를 들어, 특징부(111)를 갖는 타겟 위의 다이 필드 상의 제2 패턴 영역(103)(도 16)에, 고의로 인쇄되는 균일한 "백그라운드"(21)를 설명하고 있다. 제2 임계 치수에 의해 형성되는 예시의 소정의, 큰 구조부(122)는 약 10㎛의 근접 효과 범위 보다 훨씬 더 크거나 비교가능한 치수를 갖고 있다. 그 자체 백그라운드 생성으로 인해, 이러한 구조부가 (구조부(122)에 의해 도시된 바와 같이 원래의 윤곽으로 이미지화될 때, 최종 구조부(123)는 구조부(123)의 그레이 세이딩에 의해 도시된 바와 같은) 에지 및 코너로부터 구조부의 중심으로의 선량 구배(gradient) 때문에, 에지에서 희미하게 보일 것이다. 그러나, 이러한 효과는 구조부(132)에 대해 도 18b에 도시된 바와 같이, 빈, 미기록 공간(130)에 구조부가 위치된 경우에 훨씬 더 뚜렷하여, 도 21a에서와 같은 현 백그라운드(121)와의 주변의 상황과 비교하여, 최종 구조부(133)에 대해 훨씬 더 강한 구배가 얻어진다. 구조부와 그 주변 사이의 이러한 상호작용을 보상하기 위해, 이미지화되는 이러한 구조부에서의 강도 선량 프로파일이 도 18a 및 도 18b의 각각의 구조부(124, 134)로 도시된 바와 같이, 수정될 것이다. 도시된 바와 같이, 이러한 소위 "근접 효과 보정"은 에지에서의 선량의 강화 및/또는 구조부의 중심에서의 선량의 역 감소를 의미하여, 소정의 구조부(122, 132)에 상응하는 실제 노출 선량 프로파일을 갖는 최종 구조부를 생성한다.
위로부터 알 수 있는 바와 같이, 근접 효과 보정은 구조부 주변의 백그라운드가 존재할 때 두드러짐이 보다 낮을 필요가 있다.
근접 효과의 영향을 보상하는 다른 특징은, 특히, 본 MBW 장치의 예에 있어서, 입사 전자 빔이 타겟에 분배할 선량을 설정하기 위한 2개의 가능성이 존재한다는 사실에 기초하고 있다. 먼저, 그레이 셰이드는 상술된 바와 같이, 유용한 세이드의 수에 따라 사용될 수 있다. 둘째로, 그레이 셰이드에 대한 노출 시간이 조정될 수 있다. 많은 경우에, 제1 옵션은 근접 효과에 의해 유도되는 백그라운드 선량 오차의 보정을 위해 사용될 것인데, 그 이유는 근접 효과가 적어도 10㎛의 범위의 크기로, 인쇄되는 일반적인 구조부에 대해 신속하게 변할 수 있기 때문이다. 임의의 mm/sec의 속도로 인쇄할 때, 이러한 보정은 감소된 그레이 셰이드를 채용함으로써 선량을 감소시켜 보다 용이하게 처리될 수 있다. 한편, 그레이 셰이드에 대한 노출 시간은 빔의 노출 선량, 스테이지 이동 및 스티어링을 동기화하는 고정 클록 속도에서 유지된다.
따라서, 낮은 백그라운드를 갖는 영역의 근방에 있는 큰 백그라운드를 갖는 영역에서, 그레이 셰이드의 감소에 상응하는 시간의 부분 동안 빔렛을 아이들 상태로 남겨두는 것이 적절할 것이다(도 7b 참조). 백그라운드(121)를 갖는 것과 같은 영역에서, 빔렛의 노출 슬롯의 아이들 시간이 감소될 수 있다. 인쇄에 필요한 선량은 유용 노출 시간 Tu의 적절한 선택을 고려하여 조정된다.
보통, 타겟의 인쇄에 사용되는 데이터는 직접 다각형 벡터 데이터로부터 기록 프로세스 동안 온라인으로 결정되는 래스터 비트맵 데이터이다. 실시간 처리를 위한 효과적인 구현을 위해, 래스터화 알고리즘이 병행성이 높은(highly parallelizable) GPU 컴퓨터에서 구현되고, 이러한 알고리즘은 소정의, 선택된 격자를 위한 비트맵 데이터의 연속 스트림을 산출한다. 따라서, 비임계 패턴 에어리어에 인쇄되는 래스터 비트맵 데이터('화소')는 이러한 격자('정확한 격자')를 위한 주요 래스터화 알고리즘을 변경하지 않고, 임계 패턴 에어리어(제1 영역(102))에서 동일한 방식으로 온라인으로 결정되는 것이 매우 바람직하다.
비트맵 데이터(화소)가 더블 격자(도 8a 및 도 20)와 같은 정확한 격자를 위해 결정되었다고 하면, 이러한 화소 데이터는 이러한 정확한 격자의 화소의 위치에서 그레이 셰이드를 갖는 화소 값을 포함한다. 그다음, 이러한 값은 제2 영역(103)에서 최종 사용되는 보다 거친 격자의 화소 위치에 맵핑된다. "격자 감소기(Grid Reducer)"로도 부르는 이러한 알고리즘은 래스터화 알고리즘 이후에 그리고 2차원 그레이 셰이드 디더링 이전에 비트맵 데이터에 옵션으로 적용되는 알고리즘이다. 일반적으로, (도 20a에 도시된 에어리어와 같은 임의의 대표적인 에어리어에 취해지는) 최종 격자의 화소 위치의 수에 대한 정확한 격자의 화소 위치의 수의 비율인 격자 또는 화소 감소 인수, Nred가 적용된다. 제2 영역의 최종 격자는 정확한 격자의 부분집합에 상응하여, 격자 감소 인수 Nred는 정수이고; 여기에 도시된 바와 같은 전형적인 실시예에서, Nred는 2의 거듭제곱(power)이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 이러한 특징에 따른 격자 감소기 방법의 예를 도시하고 있다. 이러한 비제한적인 예는 더블 격자로부터 단일 센터 격자의 화소 데이터의 감소와 관련되어 있다.
도 20은 이러한 예의, 정확한 격자 및 최종 격자에 각각 상응하는 더블 격자 및 단일 센터 격자의 오버레이를 도시하고 있다. 크기 4 x 4의 샘플 영역(900) 예에서, 정확한 격자, 즉, 더블 격자에서 주소지정가능한 격자점(901)의 수는 Ngrid1 = 16이다(여기에서, 화소 위치의 오버카운팅을 피하기 위해, 우상 경계의 화소 위치는 무시되었지만 좌하측의 화소 위치는 전부 계수되었다). 더블 격자의 이러한 16개의 화소 위치(901)는 도 20에서 개방 원에 의해 강조표시되었다. 점선 정사각형(960)에 의해 하나의 화소 위치(961)의 예에 대해 도시된 바와 같이, 각 위치는 하나의 개구 이미지의 크기의 에어리어를 나타낸다는 것을 기억해야 한다. (다른 화소 위치에 있어서, 이러한 점선은 이해를 위해 도시되지 않았다.)
역시 도 20에서 볼 수 있는 바와 같이, 상응하는 단일 센터 격자만이 격자점(901)의 부분집합, 즉 격자점(911, 912)을 포함하고 있다. (도 19에 도시된 단일 센터 격자의 하위 격자(107, 108)에 각각 상응하는) 화소 위치(911, 912)는 각각 닫힌 회색의 작은 원으로 표시되어 있다. 도 20에서 볼 수 있는 바와 같이, 영역(900)의 최종 격자, 즉, 단일 센터 격자에서 주소지정가능한 격자점의 수는 Ngrid2 = 2 x (2 x 2) = 8이다. 따라서, 감소 인수는 이러한 예에서, Ngrid1/Ngrid2 = 2이다.
일단 이러한 예에서 정확한 격자를 나타내는 도 20의 더블 격자에 비트맵 데이터(화소)가 결정되면, 그레이 셰이드를 포함하는 화소 값은 정확한 격자의 각각의 화소 위치(901)에 대해 사용가능하다. 이러한 값은 이제 제2 영역에 기록하는 동안 최종 사용되는 격자('최종 격자')를 나타내는 도 20의 단일 센터 격자의 화소(911, 912)에 맵핑된다.
도 21은 도 20의 화소 격자의 예에 대한 격자 감소기 알고리즘을 도시하고 있다. 정확한 격자의 각각의 화소 위치(901)는 0과 1(최소 및 최대 선량 레벨) 사이의 실수에 상응하는 그레이 셰이드를 나타내는 행렬(921)의 입력과 연관되어 있다. 더블 격자 에어리어(900)의 행렬(921)은 예시된 그레이 셰이드 값을 갖는 4 x 4 = 16개의 화소 값을 포함한다. 이러한 알고리즘 "격자 감소기"에서, 감소 맵 커널(988)은 그레이 셰이드 에어리어에 의해 형성된다. 감소 맵 커널(988)의 크기는 인수 Nred에 의한 감소에 상응하는, 적어도 Nred 개의 화소를 커버하도록 되어 있다. 도시된 예에서, Nred=2이고; 커널(988)은 2 x 2의 크기를 갖지만 Nred = 2 입력 만이 논제로이다. 감소 맵 커널에 대한 하나의 적절한 선택은 커버된 화소의 정규 합, 즉, q' = Σkq / Σk이다(따라서 커버된 화소 에어리어의 그레이 셰이드의 평균을 모방한다). 여기에서, q는 정확한 격자의 화소 위치의 그레이 셰이드를 상징하고, k는 커널의 입력을 상징하고, 양측 합은 커널의 모든 입력에 실행되고; q'는 최종 격자에 대해 계산된 그레이 값이다. 예를 들어, 도 21에서, 커널(988)을 위치(931)에 속한 점선 정사각형의 그레이 셰이드 값에 적용하면 최종 격자의 위치(932)에서 평균값을 얻을 것이다.
화소의 수 및 이들의 그레이 셰이드가 이러한 방식으로 다운샘플링될 때, 1(그레이 셰이드를 갖는 최대 선량 레벨)에 대한 정규화가 유지된다. 하지만, 화소의 수가 Nred 만큼 감소되고, 이에 상응하여, 격자 피치가 증가되고, 개구 이미지의 오버랩이 그에 상응하여 감소된다. 따라서, 기재에 전달되는 전류 밀도 역시 Nred 만큼 감소된다. 전달된 전류 밀도를 일정하게 유지하기 위해, 그레이 셰이드에 대해 실제 전달된 선량이 그에 따라 증가될 필요가 있다. MBW에서, 이것은 체류 시간(dwell time) T1 및 Tu를 증가시킴으로써(클록 속도를 증가시킴으로써) 용이하게 실행될 수 있다.
한편, 다운샘플링함으로써 격자 크기를 감소시키는 이러한 공정 동안 그레이 셰이드에 대한 선량을 동일하게 유지하는 경우에(일정한 클록 속도), 전달된 선량은 Nred 만큼, 이러한 예에서, 전체 선량의 절반으로 감소되어 레지스트 현상의 에지까지 감소된다.
본 발명의 또 다른 실시예는 기재 노출 에어리어(102)에 임계 패턴을 노출시키는데 사용된 빔 크기(60) 보다 큰 빔 크기를 사용함으로써 프레임 패턴 에어리어(103)를 노출시킨다. 이러한 경우에, 개구 어레이 판(Aperture Array Plate, AAP)에 의해 형성된 보다 큰 빔이 장애 없이 편향 어레이 판(Deflection Array Plate, DAP)의 구멍을 통과할 수 있는 것이 보장되어야 한다. 예로서, 20nm 빔 크기가 임계 패턴 노출에 대해 사용될 때, 비임계 패턴을 갖는 프레임 에어리어가 32 nm 빔 크기를 사용하여 노출될 때. 이러한 타겟 평면 위의 치수는 (200x 축소 투영 광학계(reduction projection optics))에서 DAP에서의 치수와 상응한다. 여기에서, 보다 큰 빔 크기는 DAP의 9 ㎛ x 9 ㎛ 개구를 통과하기에 여전히 충분히 작은 6.4 ㎛ x 6.4 ㎛이다. 이러한 보다 큰 빔을 다시 사용함으로써 비임계 패턴을 갖는 프레임 패턴 에어리어의, 약 2.5의 인수 만큼의, 보다 빠른 기록 속도가 가능하다. 본 출원인의 특허 US 8,546,767 B2는 DAP 위의 AAP의 적절한 위치 조정을 사용하여 달성되는, 예를 들어, 20 nm 내지 32 nm의 빔 크기의 실제 변화를 기술하고 있다.
요약하면, 본 발명의 상기 특징에 의해, 포토마스크 기재의 멀티빔 노출의 경우에도, 전체 MBW 기록 시간에 상당한 영향을 주지 않으면서 완화된 임계 치수를 가진 패턴 에어리어의 멀티빔 기록에 필요한 시간을 줄일 수 있다.

Claims (11)

  1. 타겟 위에 소정의 패턴을 기록하기 위한 하전 입자에 의해 형성된 에너지파의 빔으로 상기 타겟을 조사하기 위한 방법으로서,
    상기 에너지파에 투명한 복수의 개구(24)를 갖는 패턴 형성 장치(4)를 제공하는 단계,
    상기 개구를 통해 상기 패턴 형성 장치를 횡단하여 상응하는 복수의 빔렛으로 구성된 패턴 빔(pb)을 형성하는 조명 넓은 빔(lb)에 의해 상기 패턴 형성 장치를 조명하는 단계,
    상기 패턴 빔을 상기 타겟(17)의 위치 위의 패턴 이미지(pm)로 형성하는 단계로서, 상기 패턴 이미지는 상기 타겟 위의 다수의 패턴 화소(px)를 덮는 상기 복수의 개구의 적어도 일부의 이미지(b1)를 포함하는 것인 상기 패턴 빔을 상기 타겟(17)의 위치 위의 패턴 이미지(pm)로 형성하는 단계, 및
    상기 타겟(17)과 상기 패턴 형성 장치(4) 사이에 상대 이동을 발생시켜, 영역(r1)의 복수의 패턴 화소(px)를 노출시키는 빔 노출이 실행되는 상기 영역 위의 경로를 따라 상기 타겟 위에서 상기 패턴 이미지를 단차 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 패턴은 제1 패턴 영역(102) 및 제2 패턴 영역(103)을 포함하고, 상기 제1 패턴 영역은 사전결정된 제1 특징 크기(CD)로 기록되는 구조 특징부(91)를 포함하고, 상기 제2 패턴 영역은 적어도 2의 인수 만큼 상기 제1 특징 크기 보다 큰 제2 특징 크기로 기록될 수 있는 구조 특징부(112)로 구성되어 있고,
    상기 제1 패턴 영역(102)에 구조 특징부를 기록하는 것은 규칙적인 배열로 제1 노출 격자(161, 162, 163)의 각각의 격자 위치(60)에서 상기 타겟 위에 위치된 복수의 노출 점을 노출시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 패턴 영역(103)에 구조 특징부를 기록하는 것은 상기 제1 노출 격자의 규칙적인 배열 보다 거친 제2 배열에 따라 제2 노출 격자(164)의 각각의 격자 위치에서 상기 타겟 위에 위치된 복수의 노출 점을 노출시키는 단계를 포함하고,
    상기 제1 패턴 영역의 구조 특징부를 기록하는 동안, 상기 제1 패턴 영역에 위치된 노출 점에 대한 최대 노출 선량(99)이 각각의 노출 점의 포지티브 노출을 유발하는 선량 값 레벨(98) 보다 1.5 내지 3.0의 인수 만큼 더 크고,
    상기 제2 패턴 영역에 구조 특징부를 기록하는 동안, 상기 제2 패턴 영역에 위치된 노출 점의 최대 노출 선량이 상기 각각의 노출 점의 포지티브 노출을 유발하는 선량 값 레벨(98)에 일치하는 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 패턴 영역의 구조 특징부를 기록하는 동안, 상기 제1 패턴 영역에 위치된 노출 점에 대한 최대 노출 선량(99)이 각각의 노출 점의 포지티브 노출을 유발하는 선량 값 레벨(98) 보다 2의 인수 만큼 더 큰 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 최대 노출 선량은 전자 후방 산란 효과를 포함하는, 이웃 노출 점의 노출로부터 유발되는 간접 노출(90)의 효과를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  4. 제3항에 있어서, 포지티브 노출 아래에서 노출되도록 의도된 영역에서, 이웃 노출 점에 대한 간접 노출을 유발하는 백그라운드를 발생시키기 위한, 포지티브 노출의 상기 선량 값 레벨(98) 아래에 머무는 동안의 노출량을 노출 점에 추가하는 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 포지티브 노출 아래에서 노출되도록 의도된 영역에서, 제1 임계값을 초과하지 않는 선량 값이 상기 타겟에 기록되고, 상기 제2 패턴 영역에서 구조 특징부를 기록하는 동안, 상기 제2 패턴 영역에 위치된 노출 점의 최대 노출 선량이 상기 제1 임계값 보다 큰 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 노출 점을 기록하는 것은 최대 노출 선량에 이르는, 생성되는 패턴에 따른 값으로 각각의 노출 점에 노출 선량을 분배하는 단계를 포함하고, 상기 제2 패턴 영역의 노출 점에 대한 노출 선량의 값을 계산하는 단계는,
    상기 제1 패턴 영역(102)으로부터 상기 제2 패턴 영역(103)으로 뻗은 제1 노출 격자에 상응하는 격자 위치에 대해 제1 노출 선량 값을 계산하는 단계,
    상기 각각의 노출 점의 위치에 이웃하는 제1 노출 격자의 격자 위치의 세트를, 상기 제2 패턴 영역의 각각의 노출에 대해 결정하는 단계, 및
    상기 각각의 격자 위치의 세트의 상기 격자 위치의 제1 노출 값에, 가중치 부여된 합을 적용함으로써 각각의 제2 노출 값을, 상기 제2 패턴 영역의 각각의 노출 점에 대해 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 노출 격자(164)는 제1 노출 격자(161)가 기초하는 기하학적 격자의 부분집합인 기하학적 격자에 기초하고 있고, 단위 면적 당 상기 제2 노출 격자의 격자 위치의 수는 인수 n(n≥2은 정수) 만큼 상기 제1 노출 격자의 격자 위치의 수보다 적은 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 패턴 영역(102) 및 상기 제2 패턴 영역(103)에 각각 구조 특징부를 기록하기 위해, 상기 패턴 형성 장치(4)의 상이한 타입의 개구(24)가 사용되고, 상기 제1 패턴 영역과 함께 사용되는 개구는 상기 제2 패턴 영역과 함께 사용되는 개구 보다 적은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 패턴 영역에 구조 특징부를 기록하기 위해, 상기 패턴 이미지는 상기 제2 패턴 영역(103) 내의 경로를 따라 상기 타겟 위에서 이동되고, 상기 경로를 따른 이동은 상기 영역을 연속 노출로 덮는 다수의 스트라이프(105, 106)를 형성하고, 상기 경로는 상호 상이하거나 수직한 다수의 일반적인 방향(d1, d2)중 하나를 따라 각각 뻗은 섹션으로 구성된 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 인수 n은 2인 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 패턴 영역과 함께 사용되는 개구는 상기 제2 패턴 영역과 함께 사용되는 개구 보다 2의 인수 또는 2의 거듭제곱 만큼 더 적은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 타겟 조사 방법.
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