KR101000982B1 - 수차 평가용 패턴, 수차 평가 방법, 수차 보정 방법, 전자빔 묘화 장치, 전자 현미경, 마스터, 스탬퍼, 기록 매체, 및 구조체 - Google Patents
수차 평가용 패턴, 수차 평가 방법, 수차 보정 방법, 전자빔 묘화 장치, 전자 현미경, 마스터, 스탬퍼, 기록 매체, 및 구조체 Download PDFInfo
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Abstract
전자빔을 조사하는 조사 시스템의 비점 수차를 평가하는 방법이 개시된다. 본 방법에서, 복수의(예를 들어, 4개의) 동심원으로 이루어진 형상 패턴이 기준 샘플 "WP" 상에 형성되며, 이미지(스캐닝 이미지)가 기준 샘플 "WP" 상으로 전자빔을 스캐닝함으로써 얻어진 전자 신호에 따라 형성된다. 스캐닝 이미지에서, 이미지는 비점 수차 발생 방향에 평행한 세로 방향으로의 영역에서 블러를 가지며, 블러의 크기는 비점 수차의 크기에 의존한다. 따라서, 조사 장치의 조사 시스템의 비점 수차 방향 및 크기가 얻어진 스캐닝 이미지에 따라 검출될 수 있다.
Description
본 발명은 수차 평가용 패턴, 수차 평가 방법, 수차 보정 방법, 전자빔 묘화 장치, 전자 현미경, 마스터, 스탬퍼, 기록 매체 및 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샘플의 표면을 스캐닝하는 조사 시스템(irradiation system)의 수차를 평가하기 위한 수차 평가용 패턴, 전자빔으로 수차 평가 패턴을 스캐닝하여 얻어진 전자 신호에 따라 조사 시스템의 수차를 평가하는 수차 평가 방법, 수차 평가 방법에 의해 얻어진 결과에 따라 조사 시스템의 수차를 보정하는 수차 보정 방법, 수차가 수차 보정 방법을 이용하여 보정된 조사 시스템을 갖는 전자빔 묘화(drawing) 장치, 수차가 수차 보정 방법을 이용하여 보정된 조사 시스템을 갖는 전자 현미경, 전자빔 묘화 장치를 이용하여 묘화된 패턴이 있는 마스터(master), 마스터를 이용하여 제조된 스탬퍼, 스탬퍼를 이용하여 제조된 기록 매체, 및 스탬퍼를 이용하여 제조된 구조체에 관한 것이다.
광학 리소그라피 기술 분야에서, 종래에는 g-라인, i-라인, KrF 엑시머 레이저와 같은 것들을 이용한 광학 리소그라피 기술에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어져 왔다. 장래의 반도체 장치에서의 추가의 다운사이징 및 용량의 증가의 관점에서, 샘플 상에서 미세한 패턴을 묘화할 수 있는 전자빔을 이용한 전자빔 묘화 장치 및 이러한 미세한 패턴을 고해상도로 관찰할 수 있는 스캐닝 전자 현미경(SEM, scanning electron microscope, SEM)과 같은 것들을 이용한 리소그라피 기술의 개선 및 개발이 예상된다.
일반적으로, 전자 총 또는 전자빔 조사 장치로부터 방출되는 전자빔의 스팟 형상을 다운사이징하고, 그 스팟 형상이 완벽한 원형이 될 수 있도록 전자빔을 이용하는 장치는 초점 조절 기능과 비점 수차(astigmatism) 보정 기능을 구비한다. 초점 조절 기능은 샘플의 표면상에 형성된 전자빔의 스팟 형상을 가능한한 더 작게 하기 위한 기능이다. 비점 수차 보정 기능은 전자빔의 스팟 형상을 타원형이 아닌 완벽한 원형이 되도록 하기 위한 기능이다.
종래에는, 비점 수차를 보정하기 위하여, Au 또는 Pt가 기화 증착된 샘플 및 홀 형상을 갖는 에칭된 샘플과 같은 미세 구조를 갖는 샘플 상으로 전자빔을 조사함으로써 얻어진 2차 전자 또는 후방 산란된 전자에 따른 이미지가 전자빔 묘화 장치의 SEM 기능을 이용하여 관찰된다. 그 다음, 관찰된 이미지가 더욱 선명하게 보여질 수 있도록 비점 수차 보정 기능을 조작함으로써 조정이 이루어진다. 그러나, 이러한 정성적 판별 방법에서, 비점 수차의 존재 여부, 방향 및 크기를 평가하는 것은 힘들며, 비점 수차를 보정하는 조작은 수동으로 수행된다. 따라서, 이는 시 간을 필요로 하고 재생력이 열악하다. 또한, 결과는 조작 전반에 대한 개인의 학습 특성에 의해 영향을 받는다. 그 결과, 이 방법은 연구나 개발 목적으로는 이용될 수 있지만, 제조 장치에 사용될 때에는 많은 문제가 있다.
이 문제를 해결하기 위하여, 예를 들어, 특허 문서 1에서 설명한 바와 같이 나이프 에지 방법으로 칭해지는 기술로서, 전자빔의 스팟 형성이 직접 측정된 후에 비점 수차가 보정되는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 난점은 고정밀의 나이프 에지를 제조하는 것이다. 또한, 충분한 측정 정밀도(재생력)가 예를 들어 산란된 전자 때문에 얻어질 수 없다는 문제점이 있다. 이 문제를 해결하기 위하여, 특허 문서 2에 설명된 바와 같이, 팬(fan) 모양의 방사 패턴을 갖는 기준 패턴이 (이 경우에 망선(reticle) 상에) 형성된 후에, 전자빔을 조사하여 얻어진 전자빔 이미지의 디포커스 방향 및 디포커스 양을 검출함으로써 비점 수차가 판별되고 보정될 수 있다. 그러나, 이미지의 해상도가 관찰된다는 설명 외에는 (이미지가 형성된 후를 포함하여) 비점 수차의 크기 및 방향을 결정하는 구체적인 절차와 정량적인 방법과 관하여 주어진 구체적인 설명이 없다. 더하여, 연속적으로 변경하는 패턴 폭을 갖는 팬 모양의 패턴이 방사적으로 그리고 순서대로 형성되는 기준 패턴을 만들기 위하여 번거로운 절차와 시간이 요구된다는 문제점이 있다.
또한, 특허 문서 3에서 설명되고 제안된 기술에서, 격자 방향(선과 공간 방향)이 반지름 방향으로 형성되도록 선과 공간으로 이루어진 격자 구조체를 각각 갖는 복수의 기준 패턴이 원 또는 동심원들의 외주부를 따라 이산적으로 배치된 기준 샘플이 마련되고, 초점을 벗어난 상태 및 비점 수차를 판별하고 보정하도록 전자 신호의 진폭을 검출하기 위하여 전자빔은 기준 패턴을 통과하는 원을 따라 스캐닝된다. 그러나, 외주부를 따라서 대응하는 소정의 위치상에서 서로 상이한 격자 방향으로 복수의 기준 패턴을 배치하는 것이 필수적이기 때문에, 기준 샘플을 제조하는 것이 매우 어렵다. 또한, 원 또는 동심원들의 외주부를 따라 전자빔을 정밀하게 스캐닝하는 것은 다루기 어렵다. 더하여, 전자빔의 스캐닝 반지름이 클 때, 굴절로 인한 수차가 비유익하게 더해진다.
[특허 문서 1] 일본 특허 출원 공보 제2006-080201호
[특허 문서 2] 일본 특허 출원 공보 제2004-153245호
[특허 문서 3] 일본 등록 특허 제3984019호
[본 발명에 의해 해결하고자 하는 과제]
본 발명은 상기 문제점의 관점에서 이루어졌으며, 본 발명의 제1 목적은 조사 시스템의 수차를 정밀하게 평가할 수 있는 수차 평가용 패턴을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 조사 시스템의 수차를 정밀하게 평가할 수 있는 수차 평가 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제3 목적은 조사 시스템의 수차를 정밀하게 보정할 수 있는 수차 보정 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제4 목적은 샘플 상에 패턴을 정밀하게 묘화할 수 있는 전자빔 묘화 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제5 목적은 샘플을 정밀하게 관찰할 수 있는 전자 현미경을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제6 목적은 미세 패턴이 묘화된 스탬퍼(stamper)를 제조할 수 있는 마스터(master)를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제7 목적은 기록 매체 및 구조체 상에 미세 패턴을 형성할 수 있는 스탬퍼를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제8 목적은 미세 패턴이 형성된 기록 매체 및 구조체를 제공하는 것이다.
[과제 해결 수단]
본 발명의 제1 양태에 따르면, 전자빔을 굴절시켜 샘플의 표면상에 전저빔을 스캐닝하는 조사 시스템의 수차를 평가하기 위한 수차 평가용 패턴이 제공된다. 상기 수차 평가용 패턴은 소정의 선폭과 소정의 선간 거리를 갖는 주기성 구조체를 포함하며, 상기 주기성 구조체는 동일 평면상에 제공되고 전자빔이 굴절되지 않는 경우에 전자빔의 조사 위치인 중심으로부터 외부로 형성되며, 또한 상기 주기성 구조체는 상기 중심의 원주 주변으로 360도 연장하도록 형성되고, 전자빔이 굴절하지 않는 경우에 전자빔의 조사 위치인 중심에 중심이 위치하는 동심원 형상 또는 나선형 형상을 갖는다.
본 양태에 따르면, 수차 평가용 패턴은 동일 평면상에 제공된 주기성 구조체이며 아직 굴절되지 않은 전자빔의 조사 위치의 동일 중심에 중심이 위치하는 동심원 형상 또는 나선형 형상을 갖는다. 소정의 선폭과 소정의 선간 거리를 갖는 주기성 구조체는 상기 중심의 원주 주위로 360도 연장한다.
따라서, 수차 평가용 패턴 형상 상으로 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 전자 신호에 의해 형성된 이미지에 따라 수차 평가용 패턴 형상 상의 임의의 위치에서 비점 수차를 평가하는 것이 가능하다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 수차 평가용 패턴 상으로 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 이미지에 따라 조사 시스템의 수차를 평가하는 수차 평가 방법이 제공된다. 상기 조사 시스템은 전자빔을 조사한다. 상기 수차 평가 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 평가용 패턴 상으로 전자빔을 스캐닝하는 단계, 스캐닝하여 얻어진 전자 신호에 따라 이미지를 형성하는 단계, 및 이미지에 따라 조사 시스템의 수차를 평가하는 단계를 포함한다.
본 양태에 따르면, 상기 조사 시스템의 수차는 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 평가용 패턴 상으로 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 이미지에 따라 평가된다. 따라서, 수차 평가 패턴 상의 임의의 위치에서 비점 수차를 평가하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 수차 평가용 패턴 상에 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 이미지에 따라 조사 시스템의 수차를 평가하는 수차 평가 방법이 제공된다. 상기 조사 시스템은 전자빔을 조사한다. 상기 수차 평가 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 평가용 패턴 상으로 조사 시스템의 초점 위치를 설정하는 단계, 및 조사 시스템의 초점 위치가 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 설정된 수차 평가용 패턴 상에 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 전자 신호에 따라 조사 시스템의 수차를 평가하는 단계를 포함한다.
본 양태에 따르면, 조사 시스템의 초점 위치가 설정되는 수차 평가용 패턴은 전자가 아직 굴절되지 않은 경우에 중심이 전자빔의 조사 위치에 위치하는 동일한 평면 상에 형성된 기준 형상 및 상기 중심에 배치된 상기 기준 형상과 함께 형성된 복수의 유사한 형상을 포함한다. 이 형상들은 소정의 선폭과 소정의 선간 간격을 갖는다. 그 다음, 전자빔은 임의의 제1 및 제2 방향으로 굴절되며, 제1 및 제2 방향은 서로 직교하며, 굴절된 전자빔은 각 방향에 대응하는 2개의 전자 신호를 검출하도록 수차 평가 패턴 상으로 스캐닝된다. 따라서, 각 신호를 비교함으로써 각 방향으로의 비점 수차를 평가할 수 있다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 평가 방법에 의해 얻어진 평가 결과에 따라 조사 시스템의 수차를 보정하는 수차 보정 방법이 제공된다.
본 양태에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 평가 방법에 의해 얻어진 제1 및 제2 방향에 대응하는 2개의 전자 신호의 파형이 실질적으로 서로 유사하도록 전자빔의 스팟 형상을 형성함으로써 전자빔의 스캐닝 영역 내에서 비점 수차의 영향을 감소시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 보정 방법에 의해 수차가 보정된 조사 시스템을 포함하는 전자빔 묘화 장치가 제공된다. 본 양태에 따르면, 전자빔 묘화 장치 내에 포함된 조사 시스템의 수차가 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 보정 방법에 의해 보정되기 때문에, 조사 시스템의 수차에 의해 영향을 받지 않으면서 샘플 상에 패턴을 정밀하게 묘화하는 것이 가능해 진다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 보정 방법에 의해 수차가 보정된 조사 시스템을 포함하는 전자 현미경이 제공된다. 본 양태에 따르면, 전자 현미경 내에 포함된 조사 시스템의 수차가 본 발명의 일 실시예에 따른 수차 보정 방법에 의해 보정되기 때문에, 조사 시스템의 수차에 의해 영향을 받지 않으면서 샘플을 정밀하게 관찰하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제7 양태에 따르면, 소정의 패턴이 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 묘화 장치에 의해 묘화되어 있는 정보 기록 매체 마스터가 제공된다. 본 양태에 따르면, 마스터 상에 미세 패턴이 정밀하게 묘화되기 때문에, 예를 들어 기록 매체 상으로 미세 패턴을 형성하기 위한 스탬퍼를 정밀하게 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제8 양태에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 디스크를 이용하여 제조된 정보 기록 매체 스탬퍼가 제공된다. 본 양태에 따르면, 미세 패턴이 스탬퍼 상에 정밀하게 묘화되기 때문에, 예를 들어 기록 매체 상으로 고해상되 패턴을 형성(전사)하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제9 양태에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스탬퍼를 이용하여 제조된 광정보 기록 매체가 제공된다. 본 양태에 따르면, 기록 밀도를 개선하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제10 양태에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스탬퍼를 이용하여 제조된 스탬퍼를 이용하여 제조된 구조체가 제공된다. 본 양태에 따르면, 본 구조체를 이용하여 기록 매체의 기록 밀도를 개선시키는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 묘화 장치(100)를 도시한 개략도이다;
도 2의 (A) 내지 (C)는 기준 샘플 "WP"에 대한 도면들(1 내지 3)이다;
도 3A 및 3B는 기준 샘플 "WP"에 대한 도면들(4 및 5)이다;
도 4A 및 4B는 기준 샘플 "WP"에 대한 도면들(6 및 7)이다;
도 5A 및 5B는 기준 샘플 "WP"에 대한 도면들(8 및 9)이다;
도 6은 비점 수차 평가 방법을 도시한 도면(1)이다;
도 7은 비점 수차 평가 방법을 도시한 도면(2)이다;
도 8은 비점 수차 평가 방법을 도시한 도면(3)이다;
도 9은 비점 수차 평가 방법을 도시한 도면(4)이다;
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비점 수차 보정 과정을 도시하는 플로우차트이다;
도 11은 기준 샘플 "WP"의 x, y 좌표를 도시한 도면이다;
도 12A 및 12B는 초점 위치에 대응하는 전자빔의 스팟 형상을 도시한 도면(1 및 2)이다;
도 13A 내지 13C는 스팟 형상에 대응하는 2차 전자 신호를 도시한 도면(1 내지 3)이다;
도 14A 및 14B는 비점 수차 보정에 대응하는 전자빔의 스팟 형상을 도시하는 도면(1 및 2)이다;
도 15A 및 15B는 비점 수차 보정 후의 2차 전자 신호를 도시한 도면(1 및 2)이다;
도 16은 2차 전자 신호의 콘트라스트를 도시한 도면이다;
도 17A 및 17B는 스캐닝 방향으로의 2차 전자 신호의 동적 범위를 도시한 도면(1 및 2)이다;
도 18A 및 18B는 초점 위치 판별 방법을 도시한 도면(1 및 2)이다;
도 19A 내지 19E는 광디스크의 마스터 제조 과정을 도시한 도면(1 내지 5)이다;
도 20A 및 20B는 광디스크의 스탬퍼 제조 과정을 도시한 도면(1 및 2)이다;
도 21A 및 21B는 광디스크 매체의 제조 과정을 도시한 도면(1 및 2)이다;
도 22는 하드 디스크의 예시적인 구성을 도시한 도면이다;
도 23은 도 22에 도시된 영역을 확대한 도면이다;
도 24A 내지 24H는 DTM 및 BPM을 포함하는 하드 디스크의 마스터 제조 과정을 도시하는 도면(1 내지 8)이다;
도 25A 내지 25C는 DTM 및 BPM을 포함하는 하드 디스크 마스터의 스탬퍼 제조 과정을 도시하는 도면(1 내지 3)이다;
도 26의 (A) 내지 (C)는 자기 전송 기록 방법에 의한 하드 디스크 매체 제조 과정을 도시한 도면(1 내지 3)이다;
도 27은 DTM을 도시한 도면이다;
도 28은 BPM을 도시한 도면이다; 그리고,
도 29A 및 29D는 DTM 및 BPM의 제조 과정을 도시한 도면(1 내지 3)이다.
[도면 부호에 대한 설명]
10 조사 장치
10a 케이스
11 전자 공급원(electron source)
12 정전 렌즈(electrostatic lens)
12a, 12b 원통형 렌즈(cylindrical lens)
13 축 조절 코일(axis adjustment coil)
13a, 13b 환상 코일(toroidal coil)
14 집속 렌즈(converging lens)
15 블랭킹 전극(blanking electrode)
16 조리개판(aperture plate)
17 비점 수차 보정 코일
18 스캐닝 전극
19 대물 렌즈
20 동적 초점 보정 렌즈
21 전자 검출기(electron detector)
30 회전 테이블 유닛(rotary table unit)
31 회전 테이블
32 스핀들 모터(spindle motor)
32a 축(axle)
33 슬라이드 유닛(slide unit)
50 진공 챔버
51 베이스 플레이트
70 주 제어 장치
71 모니터
72 입력 장치
100 묘화 장치
201 중심
202 동심원 영역
203 인접하는 동심원 사이의 영역
210 기판(substrate)
401 기판
402 자성층(magnetic layer)
403 수지층(resin layer)
410 중간체(intermediate body)
501 기판
502 레지스트층(resist layer)
503 마스터(master)
504 스탬퍼(stamper)
505 수지(resin)
506 CF4 이온
507 자기 박막(magnetic thin film)
508 마스터 정보 캐리어(master information carrier)
509 자기 기록 매체(magnetic recording medium)
WP 기준 샘플
<<제1 실시예>>
이하, 본 발명의 제1 실시예가 도 1 내지 9를 참조하여 설명된다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 묘화 장치(100)를 도시한 개략도이다. 묘화 장치(100)는 예를 들어, 10-4 Pa의 진공 조건 하에서 레지스트 재료를 코팅하여 묘화 표면이 형성된 샘플 상으로 전자빔을 조사하여 샘플의 묘화 표면 상에 미세 패턴을 묘화할 수 있는 묘화 장치이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 묘화 장치(100)는 샘플이 장착되는 회전 테이블 유닛(30), 샘플 상으로 전자빔을 조사하기 위한 조사 장치(10), 회전 테이블 유닛(30)을 수용하는 진공 챔버(50), 및 묘화 장치(100)의 상기 구성요소들을 통합하여 제어하는 주 제어 장치(70)를 포함한다.
진공 챔버(50)는 하부(-Z 방향)이 개구되어 베이스 플레이트(51)의 상부면과 단단하게 접촉하는 직사각형 형상을 갖는 속이 빈 부재이다. 또한, 조사 장치(10)의 하부가 삽입될 수 있도록 개구부가 진공 챔버(50)의 상부면 내에 형성된다.
회전 테이블 유닛(30)은 진공 챔버(50) 내에서 베이스 플레이트(51) 상에 배치된다. 회전 테이블 유닛(30)은 샘플이 장착되는 회전 테이블(31), 축(32a), 회전 테이블(31)을 수평방향으로 지지하고 소정의 회전 속도로 축(32a)을 회전시키는 스핀들 모터(32), 및 스핀들 모터(32)를 지지하고 소정의 회전수로 x-방향으로 스핀들 모터(32)를 이동시키는 슬라이드 유닛(33)을 포함한다.
조사 장치(10)는 z-축 방향으로 배향된 세로 방향을 가지며 내부에서 상부에서 하부로의 순서로 다른 요소들이 배치된 케이스(10a); 전자 공급원(11), 정전 렌즈(12), 축 조정 코일(13), 집속 렌즈(14), 블랭킹 전극(15), 조리개판(16), 비점 수차 보정 코일(17), 스캐닝 전극(18), 대물 렌즈(19), 동적 초점 보정 렌즈(20), 및 전자 검출기(21)를 포함한다. 이하, 설명을 위하여, 정전 렌즈(12), 축 조정 코일(13), 집속 렌즈(14), 비점 수차 보정 코일(17), 대물 렌즈(19), 및 동적 초점 보정 렌즈(20)를 합쳐서 조사 시스템이라 한다.
케이스(10a)는 진공 챔버(50)의 하부면 내에 형성된 개구부와 단단하게 맞추어지도록 하부가 개방되고 아래 방향으로 삽입된다. 또한, 케이스(10a)는 -z 방향의 단부에 테이퍼진 형상을 가지며 여기서 케이스(10a)의 지름이 케이스(10a)의 하부 끝단에 가까워질수록 비율대로 더 작아진다.
전자 공급원(11)은 케이스(10a)의 상부에 배치된다. 전자 공급원(11)은 아 래 방향(-z 방향)으로 대략 20nm 내지 대략 50nm의 지름을 갖는 전자빔을 조사하는 열전계 방사형(thermal-field-emission-type) 전자 공급원이다.
정전 렌즈(12)는 전자 공급원(11)의 아래에 수직 방향으로 서로 인접한 한 쌍의 원통 렌즈(12a, 12b)를 포함한다. 상이한 양의 전류가 원통 렌즈(12a, 12b)에 공급되고, 전자빔이 집속되도록 전자빔이 원통 렌즈(12a, 12b)를 통과할 때 전자 공급원(11)으로부터 조사된 전자빔에 힘이 인가된다.
집속 렌즈(14)는 축 조정 코일(13)를 사이에 두고 정전 렌즈(12)의 하부에 배치된다. 집속 렌즈(14)는 정전 렌즈(12)를 통과한 전자빔을 집속시킨다.
축 조정 코일(13)은 정전 렌즈(12)와 집속 렌즈(14) 사이에 배치된다. 축 조정 코일(13)은 정전 렌즈(12)와 집속 렌즈(14) 사이를 통과하는 전자빔의 가로방향 오프셋 오차를 보정하기 위하여 수직방향으로 서로 인접하는 한 쌍의 환상 코일(13a, 13b)을 포함한다.
블랭킹 전극(15)은 집속 렌즈(14)의 하부에 배치된다. 블랭킹 전극(15)은 주 제어 장치(70)로부터 인가된 전압에 따라 집속 렌즈(14)를 통과한 전자빔을 +X 또는 -X 방향으로 굴절시키기 위하여 집속 렌즈(14)의 광축의 +X 및 -X 측에 배치되어 서로 마주보는 한 쌍의 전극을 포함한다.
조리개판(16)은 내부에 조리개가 중심에 형성된 판부재이며, 블랭킹 전극(15) 아래에 조리개의 중심이 집속 렌즈의 광축에 있도록 배치된다.
비점 수차 보정 코일(17)은 조리개판(16) 아래에 배치된 환상 코일이며, 조리개판(16)의 조리개를 통과한 전자빔의 비점 수차를 보정한다.
스캐닝 전극(18)은 비점 수차 보정 코일(17) 아래에 배치된다. 스캐닝 전극(18)은 집속 렌즈(14)의 광축의 +X 및 -X 측에 배치되어 서로 마주보는 한 쌍의 전극과 집속 렌즈(14)의 광축의 +Y 및 -Y 측에 배치되어 서로 마주보는 한 쌍의 전극을 포함하며, 주 제어 장치(70)로부터 인가된 전압에 따라 X 및 Y 방향으로 조리개판(16)의 조리개를 통과하는 전자빔을 굴절시킨다.
대물 렌즈(19)는 스캐닝 전극(18) 아래에 배치되어 스캐닝 전극(18)을 통과한 전자빔을 회전 테이블(31) 상에 장착된 샘플의 표면 상으로 집속시킨다. 샘플의 표면 상으로 집속된 전자빔의 스팟 지름(빔 지름)은, 예를 들어, 대략 10nm와 대략 200nm 사이의 범위 내에 설정될 수 있다.
동적 초점 보정 렌즈(20)는 대물 렌즈(19)에 의해 샘플의 표면 상으로 집속된 전자빔의 빔 스팟 지름의 미세 조정을 수행한다.
전자 검출기(21)는 회전 테이블(31)의 주변에 배치되고, 전자빔이 회전 테이블 상에 장착된 샘플 상으로 조사될 때 샘플로부터 생성된 2차 전자, 샘플로부터 반사된 반사 전자, 또는 샘플에 의해 투과된 투과 전자를 검출하고 응답으로서 검출된 전자의 양에 대한 신호(이하, '전자 신호'라 한다)를 주 제어 장치(79)에 공급한다. 아래의 설명에서, 샘플에 의해 생성된 2차 전자 신호가 이용된다고 가정한다.
전술한 묘화 장치(100)에서, 전자 공급원(11)으로부터 조사된 전자빔은 정전 렌즈(12)와 집속 렌즈(14)를 통과함으로써 집속되고, 조리개판(16)의 조리개 근처(이하, '교차점'이라 한다)에서 먼저 집속된다. 다음으로, 교차점을 통과한 전자 빔은 확산되고, 조리개판(16)의 조리개를 통과함으로써 전자빔의 빔 지름이 형성된다. 그 다음, 전자빔의 비점 수차가 비점 수차 보정 코일(17)에 의해 보정되고, 그 후, 전자빔은 회전 테이블(31) 위의 샘플의 표면 상에 집속된다. 그 다음, 이 상태에서, 스캐닝 전극(18)에 인가된 전압은 전자빔을 X 및 Y 방향으로 굴절시키도록 제어되며, 이에 의해 샘플의 표면상에 전자빔의 스캐닝을 가능하게 한다.
상기 조작과 병행하여, 블랭킹 전극(15)에 인가된 전압은, 예를 들어, 도 1의 점선으로 도시된 바와 같이 -x 방향으로 전자빔을 굴절시키기 위하여 제어되며, 이에 의해 샘플 상으로 전자빔의 블랭킹을 턴온/턴오프하도록 조리개판(16)에서 전자빔을 차단한다.
주 제어 장치(70)는, 예를 들어, CPU 및 전술한 요소들을 제어하기 위한 프로그램 및 파라미터를 저장하는 메모리를 포함하는 제어 컴퓨터이다. 주 제어 장치(70)는 입력 장치(72)로 입력된 명령에 따라 조사 장치(10) 및 회전 테이블 유닛(30)를 제어하며, 모니터(71)가 조사 장치(10) 및 회전 테이블 유닛(30)의 정보와 전자 검출기(21)로부터의 2차 전자 신호에 따라 형성된 이미지를 표시하도록 한다.
다음으로, 전술한 바와 같은 구성을 갖는 조사 장치(10)에서 수차를 평가하는 수차 평가 방법을 설명한다. 본 수차 평가 방법은, 예를 들어, 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 중심에 복수의 동심원이 형성된 평가용 패턴이 있는 샘플(이하, '기준 샘플'이라 한다)인 "WP"가 회전 테이블(31) 상에 장착된다. 그 다음, 조사 장치(10)의 초점은 기준 샘플 "WP"의 표면 상에 조정되고, 기준 샘플 "WP"를 스캐 닝하여 얻어진 2차 전자 신호에 따른 이미지(SEM 이미지)가 모니터링 된다.
기준 샘플 "WP"의 구성이 설명된다. 도 2의 (A)의 예에서, 빗금으로 도시되고 동일한 중심(201)을 갖는 복수의 동심원(공간상의 제약으로 4개의 원만 표시된다)이 기준 샘플 "WP"의 표면 상에 형성된다. 각 동심원은 소정의 폭 "W"을 가지며, 인접하는 동심원은 서로 간격 "S" 만큼 이격된다. 전술한 바와 같이, 2차 전자 신호에 따른 이미지가 기준 샘플 "WP"의 표면상으로 전자빔을 스캐닝하여 얻어지기 때문에, 전자빔의 스팟 지름에 따라 폭 "W"와 간격 "S"의 값을 결정하는 것이 필요하다. 일반적으로 말해서, 폭 "W"와 간격 "S"의 값이 전자빔의 스폿 지름보다 더 클 때 양호하며, 보통 폭 "W"와 간격 "S" 각각은 전자빔의 스팟 지름의 수배 내지 수십 배로 설정된다. 폭 "W"와 간격 "S"의 값은 동일할 수도 있고 또한, 서로 상이할 수도 있다. 도 2의 (A)의 예에서, 폭 "W"와 간격 "S"의 각각의 값은 기준 샘플 "WP"의 전체 표면에 대하여 동일하다.
이와 같은 동심원 패턴에서, 도 2의 (B)에 예로 도시된 바와 같이, 동심원 영역(202)이 오목 부분이 되도록 설정하고 인접하는 동심원 사이의 영역(203)이 볼록 부분이 되도록 설정하거나, 동심원 영역(202)이 볼록 부분이 되도록 설정하고 인접하는 동심원 사이의 영역(203)이 오목 부분이 되도록 설정함으로써, 요철 패턴이 기판(210)의 표면 상에 형성될 수 있다. 도 2의 (A) 및 (B)는 인접하는 동심원 사이의 영역(203)과 가장 작은 동심원의 내부에 있는 영역이 오목 부분으로서 설정되는 것을 보여준다. 이와 반대로, 동심원 영역(202)이 오목 부분으로서 설정될 수 있으며, 인접하는 동심원 사이의 영역(203)이 볼록 부분으로서 설정될 수 있다.
상기 기준 샘플 "WP"의 요철 패턴은, 예를 들어, 리소그라피 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 도 4B는 볼록 부분의 폭이 70nm이고 오목 부분의 폭이 30nm이며 볼록 부분의 높이가 200nm인 동심원 패턴을 갖는 기준 샘플 "WP"의 실례를 도시한다. 이 값은 전자빔의 스팟 지름이 20nm일 때 이미지 형성 성능이 최상이 되도록 실험적으로 얻어진 것이다. 중심 오목 부분의 직경은 200nm이다. 요철 패턴은 실리콘 웨이퍼 기판 상에 레지스트를 도포하고 전자 묘화 장치를 이용하기 기판 상에 동심원 패턴을 묘화하고, 패턴을 현상함으로써 형성된다. 동심원 패턴은 동심원의 단순한 조합이며, 이에 따라 복잡한 패턴을 형성하기 위한 어떠한 명령어도 전자빔 장치로 입력될 필요가 없으며, 묘화는 간단한 조작을 통해 수행될 수 있다.
회전 테이블 유닛 상의 기준 샘플 "WP"의 위치는 스캐닝 전극(18)의 조작이 정지되는 비굴절 조건 하에서 동심원 패턴의 중심(201) 상으로 조사되도록 조정될 수 있다. 아래의 설명에서, 전자빔은 비굴절 조건 하에서 기준 샘플 "WP"의 동심원 패턴의 중심 상으로 조사되도록 설정된다고 가정한다. 또한, 도 2를 참조하여 설명된 폭 "W"를 갖는 도 6 내지 9에서의 각 원은 도 2의 (C)에 도시된 바와 같이 단순한 원으로 간략하게 나타낸다.
도 6은 비점 수차가 없는 완벽한 원 형상의 전자빔(기준 전자빔)의 스팟 "BS0"과 기준 전자빔이 기준 샘플 "WP" 상으로 스캐닝될 때 얻어진 2차 전자 신호에 따라 형성된 이미지 "PIC0"를 도시한다. 기준 전자빔이 기준 샘플 "WP" 상으로 스캐닝될 때, 도 6에서 도시된 이미지 "PIC0"와 유사한 "PIC0"(기준 이미지) 각각의 원의 원주 전체에 대하여 블러(blur)가 없는 선명한 이미지가 관찰된다.
도 7은, 예를 들어, 조사 장치(10) 내의 조사 시스템의 x-축 방향으로의 비점 수차 때문에 주축이 x-축에 평행한 전자빔의 타원 형상의 스팟 "BS1"과 기준 샘플 "WP" 상으로 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 2차 전자 신호에 따라 형성된 이미지 "PIC1"(이하, "스캔 이미지"라 한다)을 도시한다. 전자빔이 x-축 방향으로 비점 수차에 의해 영향을 받을 때, 도 7의 그림 "PIC1"에서 도시된 바와 같이, x-축을 포함하는 빗금 영역 내에서 블러를 주로 갖는 이미지가 관찰된다.
또한, 도 8은, 예를 들어, 조사 장치(10) 내의 조사 시스템의 x-축 및 y-축 방향으로의 비점 수차 때문에 주축이 x-축 및 y-축에 대하여 45도의 각을 갖는 직선 L에 평행한 전자빔의 타원 형상의 스팟 "BS2"과 기준 샘플 "WP" 상으로 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 2차 전자 신호에 따라 형성된 이미지 "PIC2"를 도시한다. 전자빔이 x-축 및 y-축 방향에 대하여 45도의 각을 갖는 직선 L에서 비점수차에 의해 영향을 받을 때, 도 8의 그림 "PIC2"에서 도시된 바와 같이 x-축 및 y-축에 대하여 45도의 각을 갖는 직선 L을 포함하는 빗금 영역 내에 블러를 주로 갖는 이미지가 관찰된다.
즉, 기준 샘플 "WP"가 스캐닝될 때 모니터(71) 상에 표시되는 이미지는 비점 수차의 존재를 보여준다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 x-축을 포함하는 영역 내의 블러는 조사 장치(10) 내의 조사 시스템의 x-축 방향으로의 비점 수차의 존재를 보여주며, 도 8에 도시된 바와 같이 직선 L을 포함하는 영역 내에 주로 있는 블러는 직선 L 방향을 따라 있는 비점 수차의 존재를 보여준다.
또한, 도 9는 비점수차가 도 7에 도시된 빔 스팟 "BS1"의 경우에서보다 더 작은 경우의 전자빔의 빔 스팟 "BS3"과, 기준 샘플 "WP" 상으로 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 스캔 이미지 "PIC3"를 도시한다. 각각 도 7 및 9에 도시된 이미지 "PIC1" 및 "PIC3"의 비교로부터 명백한 바와 같이, 이미지가 블러를 갖는 빗금 영역은 더 좁아진다. 따라서, 이미지가 기준 샘플 "WP"를 스캐닝하여 얻어진 블러를 갖는 영역의 크기에 따라 비점 수차의 크기를 평가하는 것이 가능하다.
전술한 바와 같이, 가준 샘플 "WP"를 스캐닝함으로써 이미지가 블러를 갖는 영역이 있을 때, 조사 시스템의 비점 수차는, 예를 들어, 입력 장치(72)에서 비점 수차 보정을 위한 보정 명령을 입력함으로써 비점 수차 보정 코일을 제어하여 보정될 수 있다. 구체적으로는, 보정 명령의 입력 후에 얻어진 스캔 이미지와 도 6에 도시된 기준 이미지 "PIC0" 사이에 대한 비교가 이루어지는 동안, 스캔 이미지가 기준 이미지와 유사해지도록 비점 수차 보정 조작이 수행된다. 이 과정에서, 비점 수차 보정이 진행함에 따라, 기준 샘플 "WP"를 스캐닝하여 얻어진 블러를 갖는 이미지 부분이 더 작아진다. 따라서, 일반적인 조작에서, 비점 수차 보정이 진행하는 동안, 이미지의 더 작은 영역을 모니터링할 수 있도록 배율이 적절하게 증가하며, 이에 의해 확대된 블러 영역의 관찰이 가능해진다.
전술한 바와 같이 조사 장치(10)의 비점 수차가 평가되고 조사 장치(10)의 비점 수차 보정 조작이 완료된 후에, 기준 샘플 "WP"는, 예를 들어, 이송 장치(미도시)에 의해 제거되고, 샘플이 회전 테이블(31) 상에 장착된다. 그 다음, 조사 장치(10) 및 회전 테이블 유닛(30)을 구동함으로써 비점 수차에 의해 영향을 받지 않는 동심원 패턴 또는 나선형 패턴이 샘플 상에 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 4개의 동심원을 포함하는 패턴이 기준 샘플 "WP"의 표면 상에 형성된다. 따라서, 조사 장치(10) 내의 조사 시스템의 비점 수차의 방향 및 크기를 검출하는 것이 가능하다.
또한, 전술한 바와 같이 검출된 비점 수차가 비점 수차 보정 코일(17)을 제어하여 보정될 수 있기 때문에, 샘플 상에 비점 수차에 의해 영향을 받지 않는 패턴을 묘화하는 것이 가능하다.
본 발명의 제1 실시예에 대한 상기 설명에서, 비점 수차의 방향과 크기가 기준 이미지와 스캔 이미지를 비교하여 검출된 후에, 비점 수차 보정이 입력 장치(72)에 보정 명령을 입력함으로써 수행된다. 그러나, 본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 비점 수차 보정은, 예를 들어, 주 제어 장치(70) 내에 기준 이미지에 대한 정보를 저장하고, 기준 이미지와 스캔 이미지 사이의 비교를 수행하고, 비점 수차의 방향 및 크기를 자동적으로 검출하고, 검출 결과에 따라 비점 수차 보정 코일(17)을 제어함으로써 수행될 수 있다.
<<제2 실시예>>
다음으로, 본 발명의 제2 실시예를 도 10 내지 15를 참조하여 설명한다. 제1 실시예의 구성요소와 동일하거나 균등한 구성요소는 동일한 도면 부호가 사용되며, 그 구성요소에 대한 설명은 생략되거나 간략화된다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비점 수차 보정이 수행될 때 주 제어 장치(70)에 의해 수행되는 일련의 과정을 도시하는 플로우차트이다. 이하, 도 10에서의 설명에 따라 조사 장치(10) 내의 조사 시스템의 비점 수차 보정 방법이 설명된다. 도 11에 도시된 기준 샘플 "WP"는 묘화 장치(100)의 회전 테이블(31) 상에 장착되고, 기준 샘플 "WP"의 중심에 원점을 갖는 x,y 좌표계와, 이 x,y 좌표계에 대하여 45도 회전한 x',y' 좌표계가 정의되고, 전자빔에 대한 2차 전자의 생성 효율은 기준 샘플 "WP"의 4개의 원 부분에서 높다고 가정한다.
주 제어 장치(70)가 입력 장치(72)로의 비점 수차 보정 명령의 입력을 확인하는 경우에, 주 제어 장치(70)는 비점 수차 보정 과정을 개시한다. 제1 단계(201)에서, 기준 샘플 "WP"에 대한 조사 장치(10)의 초점이 조정된다. 예로써, 도 12A는 x-축 및 y-축 방향으로의 비점 수차를 갖는 전자빔의 빔 스팟을 도시하며, 도 12B는 x'-축 및 y'-축 방향으로의 비점 수차를 갖는 전자빔의 빔 스팟을 도시한다. 일반적으로, x-축 및 y-축 방향으로의 비점 수차의 비가 x'-축 및 y'-축 방향으로의 비점 수차의 비와 유사한 경우에, 전자빔의 스팟은 초점 위치에서 실질적으로 완벽한 원이 된다. 또한, 언더포커스(underfocus)의 정도가 증가함에 따라 전자빔의 스팟 형상은, 예를 들어, y-축 또는 y'-축 방향에 평행한 주축 방향을 갖는 타원형이 되며, 오버포커스(overfocus)의 정도가 증가함에 따라 전자빔의 스팟 형상은, 예를 들어, x-축 또는 x'-축 방향에 평행한 주축 방향을 갖는 타원형이 된다. 스팟 형상의 변경은 전술한 방법에 한정되지 않는다는 점에 유의하여야 한다. 예를 들어, 언더포커스의 정도가 증가할 때, 전자빔의 스팟 형상은, 예를 들어, x-축 또는 x'-축 방향에 평행한 주축 방향을 갖는 타원형이 될 수 있으며, 오버포커스의 정도가 증가할 때, 전자빔의 스팟 형상은, 예를 들어, y-축 또는 y'-축 방향에 평행한 주축 방향을 갖는 타원형이 될 수 있다. 본 명세서에서는 스팟 형성이 전자의 방법으로 변경된다고 가정하고 설명한다.
도 11에서 도시된 바와 같이, 조사 시스템이 언더포커스되고 기준 샘플 "WP"가 x-축 및 y-축 또는 x'-축 및 y'-축을 따라 스캐닝될 때, 2차 전자 검출기(21)에 의해 검출된 도 13A에 도시된 바와 같은 강도 분포를 갖는 2차 전자 신호(S1x, S1y, S1x', S1y')가 관찰된다. 2차 전자 신호(S1x, S1x')는 기준 샘플 "WP"가 x-축 및 x'-축을 따라 스캐닝될 때 얻어진 2차 전자 신호이며, 2차 전자 신호(S1y, S1y')는 기준 샘플 "WP"가 y-축 및 y'-축을 따라 스캐닝될 때 얻어진 2차 전자 신호이다. 도 13A에 도시된 바와 같이, 조사 시스템이 언더포커스되고 스팟 형상이 도 12A 또는 12B에 각각 도시된 바와 같이 y-축 또는 y'-축에 평행한 주축 방향을 갖는 타원형상일 때, 2차 전자 신호(S1x, S1x')의 피크값은 더 커진다.
한편, 조사 시스템이 오버포커스되고 기준 샘플 "WP"가 스캐닝될 때, 도 13B에 도시된 바와 같은 강도 분포를 갖는 2차 전자 신호(S2x, S2y, S2x', S2y')가 관찰된다. 2차 전자 신호(S2x, S2x')는 기준 샘플 "WP"가 x-축 및 x'-축을 따라 스캐닝될 때 얻어진 2차 전자 신호이며, 2차 전자 신호(S2y, S2y')는 기준 샘플 "WP" 가 y-축 및 y'-축을 따라 스캐닝될 때 얻어진 2차 전자 신호이다. 도 13B에 도시된 바와 같이, 조사 시스템이 오버포커스되고 스팟 형상이 도 12A 또는 12B에 각각 도시된 바와 같이 x-축 또는 x'-축에 평행한 주축 방향을 갖는 타원형상일 때, 2차 전자 신호(S2y, S2y')의 피크값은 더 커진다.
따라서, 대물 렌즈(19)는 기준 샘플 "WP"를 x-축 및 y-축 또는 x'-축 및 y'-축을 따라 스캐닝하여 얻어진 2차 전자 신호의 피크값이 도 13C에 도시된 바와 같이 2차 전자 신호(S3x, S3y, S3x', S3y')와 유사하게 서로에 대하여 실질적으로 동일하도록 제어된다. 이 경우에, 스팟 형상은 실질적으로 완벽한 원 형상을 갖는 최소 착란원(circle of least confusion)이 된다.
단계(203)에서, x 및 y 방향으로의 수차가 보정된다. 초점이 전술한 바와 같이 조정된 후에, x 및 y 방향으로의 수차가 비점 수차 보정 코일(17)을 구동함으로써 보정된다. 그 결과, 스팟의 x 및 y 방향은 더 좁아지고, 스팟 형상은 실질적으로 완벽한 원이 된다.
단계(205)에서, 기준 샘플 "WP"가 x-축 및 y-축 방향을 따라 스캐닝된다. 그 결과, 예로써 도 15A 및 15B에 도시된 바와 같은 강도 분포를 갖는 2차 전자 신호(S4x, S4y)가 관찰된다.
단계(207)에서, 단계(205)에서 관찰된 2차 전자 신호(S4x, S4y)의 피크값이 소정의 문턱값 "k"와 동일하거나 그보다 더 큰지 판별된다. 여기에서, 문턱값 "k"는 x 및 y 방향으로의 수차가 최소한도로 보정되는 경우에 관찰되는 2차 전자 신호의 피크값보다 약간 더 작도록 설정된다. 즉, 2차 전자 신호(S4x, S4y)의 피크값 이 문턱값 "k"보다 더 작은 경우에, x 및 y 방향으로의 수차의 보정이 충분하지 않다고 판별된다. 과정은 단계(203)로 회귀하여 2차 전자 신호의 피크값이 문턱값 "k"와 같거나 그보다 더 크게 될 때까지 단계(203) 내지 단계(207)의 과정을 반복한다. 한편, 2차 전자 신호의 피크가 급하게 되고 2차 전자 신호의 피크값이 문턱값 "k"와 같거나 그보다 더 크게 되는 경우에, x 및 y 방향으로의 비점 수차 보정이 완료된 것으로 판별되고, 과정은 다음 단계(209)로 진행한다.
단계(209)에서, x' 및 y' 방향으로의 수차가 보정된다. x 및 y 방향으로의 비점 수차가 전술한 바와 같이 보정되는 조사 시스템에서, x' 및 y' 방향에서의 수차는 비점 수차 보정 코일(17)을 구동함으로써 보정된다. 그 결과, 스팟의 x' 및 y' 방향은 더욱 좁아지고 스팟 형상은 실질적으로 완벽한 원이 된다.
단계(211)에서, 기준 샘플 "WP"는 x'-축 및 y'-축을 따라 스캐닝된다. 그 결과, 예로써, 도 15A 및 15B에 도시된 바와 같은 강도 분포를 각각 갖는 2차 전자 신호(S4x', S4y')가 관찰된다.
단계(213)에서, 단계(211)에서 관찰된 2차 전자 신호(S4x', S4y')의 피크값이 소정의 문턱값 "k"와 동일하거나 그보다 더 큰지 판별된다. 여기에서, 문턱값 "k"는 x' 및 y' 방향으로의 수차가 최소한도로 보정되는 경우에 관찰되는 2차 전자 신호의 피크값보다 약간 더 작도록 설정된다. 즉, 2차 전자 신호(Slx', S4y')의 피크값이 문턱값 "k"보다 더 작은 경우에, x' 및 y' 방향으로의 수차의 보정이 충분하지 않다고 판별된다. 과정은 단계(209)로 회귀하여 2차 전자 신호의 피크값이 문턱값 "k"와 같거나 그보다 더 크게 될 때까지 단계(209) 내지 단계(213)의 과정 을 반복한다. 한편, 2차 전자 신호의 피크가 급하게 되고 2차 전자 신호의 피크값이 문턱값 "k"와 같거나 그보다 더 크게 되는 경우에, x' 및 y' 방향으로의 비점 수차 보정이 완료된 것으로 판별되고, 과정은 정지한다. 이 상태에서, 도 14B에 도시된 바와 같이, 스팟 형상은 도 12A 및 12B에 도시된 최소 착란원보다 더 작은 완벽한 원이다.
단계(213)에서의 판별이 긍정인 경우에(피크값이 문턱값 "k"와 같거나 더 큰 경우에), 최소 착란원은 단계(201) 내지 단계(213)의 과정을 2번 이상 반복함으로써 점진적으로 감소될 수 있으며, 이에 의해 x' 및 y' 방향뿐만 아니라 x 및 y 방향으로의 비점 수차 보정을 더욱 정밀하게 할 수 있다.
전술한 바와 같이. 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 4개의 동심원을 포함하는 패턴이 기준 샘플 "WP"의 표면 상에 형성된다. 따라서, 기준 샘플 "WP"를 x-축 및 y-축, 그리고 x'-축 및 y'-축을 따라 스캐닝하여 얻어진 2차 전자 신호를 비교하여 조사 장치(10) 내의 조사 시스템의 초점 위치을 조정하는 것이 가능하며, 2차 전자 신호의 파형을 관찰함으로써 조사 장치(10) 내의 조사 시스템의 비점 수차를 보정하는 것이 가능하다.
또한, 4개의 동심원을 구비한 기준 패턴이 기준 샘플 "WP"의 표면 상에 형성된다. 따라서, 스캐닝 방향은 x-축 및 y-축, 그리고 x'-축 및 y'-축 방향에 한정되지 않으며, 임의의 다른 방향으로의 스캐닝이 동일한 방법으로 조사 시스템의 비점 수차 보정을 수행하게 할 수 있다. 또한, 기준 샘플 "WP"를 스캐닝하여 얻어진 2차 전자 신호의 분포에서의 일부 산 형상은 잡음대 신호비(S/N)를 개선하기 위하 여 다중 신호, 바람직하게는 누적 신호를 얻는 것을 허용한다.
본 발명의 제2 실시예에서, 기준 샘플 "WP"는 x-축 및 y-축, 그리고 x'-축 및 y'-축 방향을 따라 스캐닝된다는 점을 유의하여야 한다. 그러나, 스캐닝 방향은 상기 방향에 한정되지 않으며, 이 방향들과는 다른 임의의 방향으로 스캐닝이 수행될 수 있다. 또한, 스캐닝은 단계(201)에서 x-축 및 y-축, 그리고 x'-축 및 y'-축 빙행으로 수행될 수 있으며, 예를 들어, 조사 시스템이 언더포커스될 때의 스팟 형상이 조사 시스템이 오버 포커스 될 때의 스팟 형상과 가장 상이한 방향으로 스캐닝이 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에서, x-축 및 y-축, 그리고 x'-축 및 y'-축 방향으로의 수차가 보정될 때, 문턱값 "k"는 보정이 적절한지를 판별하기 위한 기준으로서 이용된다. 그러나, 본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 2차 전자 신호의 콘트라스트가 기준으로서 이용될 수 있다. 구체적으로는, 도 16에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 2차 전자 신호의 최대(피크)값 및 최소값이 각각 "A" 및 "B"로서 주어진다. 그 다음, (A-B)/(A+B)의 값이 소정의 값과 같거나 더 큰 경우에 수차 보정이 수행되는 것으로 판별될 수 있다.
이미지 확대가 비점 수차 보정 과정에서 증가될 때, 전자빔의 스캐닝 영역은 더 좁아진다. 따라서, 기준 샘플 "WP" 상의 평가용 패턴의 크기를 줄이는 것이 필요하다. 기준 샘플 "WP"에서, 동심원 패턴의 중심이 더 가까워짐에 따라 이미지의 블러 영역이 더 좁아진다. 따라서, 이미지 확대가 증가함에 따라 중심 근처로 관찰 영역을 이동하는 것이 바람직하다. 지금까지 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 동일한 폭 "W"과 동일한 간격 "S"를 각각 갖는 동심원 패턴을 구비한 기준 샘플 "WP"를 이용하여 설명하였다. 그러나, 이 경우에, 도 4A에 도시된 바와 같이 패턴의 폭 "W" 및 거리 "D"는 중심(201)으로부터 바깥 방향으로 분리되면서 동일한 비보다 더 크게 되는 것이 바람직하다(공간상의 제약으로 4개의 원만 표시된다). 도 4A에서 중심에서 외부까지 W1<W2<W3<W4, S1<S2<S3<S4의 표현이 주어진다. "c1" 및 "c2"가 주어진 상수일 때, W2=c1×W1, S2=c1×S1, W3=c2×W2, S4=c2×S2표현이 주어진다. 여기서, c1=c2일 수도 있다. 전술한 바와 같이, 평가용 패턴은 기준 샘플 "WP"의 중심 근처에서 미세하게 형성될 수 있으며, 평가용 패턴은 굵게 형성될 수도 있다. 이렇게 하여, 미세하게 형성된 평가용 패턴은 증가된 확대와 함께 2차 전자 신호가 관찰되는 것이 필요한 경우에 이용될 수 있으며, 이에 의해 정밀한 비점 수차 보정을 가능하게 한다.
전술한 실시예들 각각에 있어서, 기준 샘플 "WP" 상에 동심원의 평가용 패턴이 형성된 것에 대하여 설명되었다. 그러나, 도 3A에 도시된 바와 같은 동심 타원 패턴도 형성될 수 있다(공간상의 제약 때문에 4개의 타원만 있음). 동심 타원 패턴이 사용될 때, 동일한 비점 수차이더라도 블러 영역의 크기는 비점 수차 방향에 따라 상이하다(예를 들어, 비점 수차 방향이 단축에 접근할 때, 블러 영역의 크기는 커진다). 한편, 동심원 패턴이 이용될 때, 블러 영역의 크기는 전체 비점 수차 방향에 대하여 일정해진다. 따라서, 동심원 패턴에 비하여 동심 타원 패턴이 이용될 때 비점 수차의 크기를 평가하는 것이 더 어렵다. 또한, 각각의 정다각형이 공통의 대칭축을 갖는 동심 정다각형 패턴(따라서, 정다각형의 중심은 동일하다)이 형성될 수 있다. 도 3B는 동심의 정팔각형을 도시한다(여기서, 공간상의 제약 때문에 4개의 다각형만 있음). 동심 정다각형 패턴이 이용될 때, 동일 비점수차이더라도 블러 영역의 크기는 비점 수차 방향과 변 방향 사이의 사이각에 따라 상이하다. 따라서, 변의 개수가 작을 때 비점 수차의 크기를 평가하는 것은 어렵다. 그러나, 변의 개수가 크다면, 이 효과는 실질적으로 무시될 수 있으며, 패턴은 동심원 패턴과 유사하게 이용될 수 있다. 또한, 동심원이 아니라 도 5A 및 5B에 도시된 바와 같이 나선 형상이 형성될 수 있다.
전술한 각 실시예에서, 4개의 동심 형상이 기준 샘플 "WP" 상에 형성된다. 그러나, 동심 형상의 개수는 4개에 한정되지 않는다.
<<제3 실시예>>
다음으로, 본 발명의 제3 실시예가 도 17A 및 17B를 참조하여 설명된다. 제1 및 제2 실시예의 구성요소와 동일하거나 균등한 구성요소에 대하여는 동일한 도면 부호가 사용되며, 그 구성요소에 대한 설명은 생략되거나 간략화된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 수차 보정 방법은 전술한 제2 실시예의 수차 보정 방법과 도 10의 단계(201)에서 초점 조정 과정에서 다르다. 이하, 초점 보정 방법을 설명한다.
여기서, 대물 렌즈(19)와 회전 테이블(31) 사이의 위치 관계가 일정하기 때문에, 대물 렌즈(19)에 의해 굴절력을 받는 전자빔의 초점 위치가 회전 테이블(31)의 상부면 근처에 초점이 맞추어질 때 주 제어 장치(70)로부터 대물 렌즈로 공급된 전류값(이하, DAC 값이라 한다)은 기준 DAC 값 "I0"로 정의된다.
묘화 장치(100)에서, 대물 렌즈(19)로 공급된 DAC 값은, 예를 들어, 언더포커스측 DAC 값 "I-" (= I0 - α :α>0)으로부터 오버포커스측 DAC 값 "I+" (= I0 + α :α>0)까지 소정의 간격으로 변화하는 동안, 각 DAC 값에 따른 굴절력에 의해 초점이 맞추어진 전자빔은 특정 방향(여기서는 x-축 방향)으로 기준 샘플 "WP" 상으로 스캐닝된다. 이것은 2차 전자 신호의 피크값이 최대값이 되는 DAC 값을 얻을 수 있게 한다. 이하, 이 동작을 프리스캔(prescan)이라 한다.
도 17A는 DAC 값과 전술한 바와 같이 기준 샘플 "WP"를 프리스캔하여 얻어진 2차 전자 신호 사이의 관계를 도시하는 도면이다. DAC 값이 언더포커스측 DAC 값 "I-" (= I0 - α)로부터 오버포커스측 DAC 값 "I+" (= I0 + α)까지 변할 때 2차 전자 신호의 피크값의 (최대값 - 최소값)을 2차 전자 신호의 동적 범위라 한다. 도 17B는 전술한 바와 같이 기준 샘플 "WP"를 프리스캔하여 얻어진 2차 전자 신호의 동적 범위와 수차의 발생 방향에 대한 스캐닝 방향 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 도 17B에 도시된 바와 같이, 2차 전자빔의 동적 범위는 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 동일하거나 90도를 이룰 때 최대가 되며, 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 45도를 이룰 때 적당하다. 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 22.5도 및 67.5도를 이룰 때 2차 전자 신호의 동적 범위는 최소화된다. 예를 들어, 도 4B에 도시된 기준 샘플 "WP"에서, 2차 전자 신호의 동적 범위는 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 동일하거나 90도를 이룰 때 대략 200이 되고, 스캐닝 방향이 수차 발생 방향 과 45도를 이룰 때 대략 40 내지 80이 되며, 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 22.5도 및 67.5도를 이룰 때 대략 20이 된다.
따라서, 본 실시예에서, 전술한 프리스캔이 도 10의 단계(201)에서 수행되며, 그 후 2차 전자 신호의 동적 범위가 얻어지고 2차 전자 신호의 동적 범위가 계산된다. 그 다음, 2차 전자 신호의 동적 범위로부터 수차 발생 방향이 추정된다. 예를 들어, 도 17B에서, 2차 전자 신호의 동적 범위가 대략 200일 때, 스캐닝 방항은 수차 발생 방향과 0도 또는 90도의 각도를 이루는 것으로 추정되며, 대략 40 내지 80인 경우, 수차 발생 방향과 45도를 이루는 것으로 추정되며, 그 외에는 수차 발생 방향과 22.5도 또는 67.5도를 이루는 것으로 추정된다.
다음으로, 묘화 장치(100)에서, 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 0도 또는 90도를 이루는 것으로 추정될 때, x-축 방향에 수직인 y-축 방향으로 추가의 프리스캔이 수행된다. 도 18A는 x-축 및 y-축 방향에서의 프리스캔 결과로부터 얻어진 DAC 값에 대한 2차 전자 신호의 피크값을 각각 나타내는 곡선 SX 및 SY를 도시한다. 곡선 SX 및 SY에 도시된 바와 같이, 2차 전자 신호의 피크값은 DAC 값이 각각 Iu 및 Io일 때 최대가 된다. 이것은, DAC 값이 Iu 및 Io의 평균값인 Ij일 때 전자빔의 최소 착란원이 기준 샘플 "WP"의 표면 상에 형성된다는 것을 보여준다. 따라서, 여기서는 DAC 값 Ij의 전류가 공급되는 대물 렌즈(19)에 의해 전자빔이 수렴되는 위치가 초점 위치로 정의된다. 이 상태에서, 도 12A 및 12B에 도시된 바와 같이, 기준 샘플 "WP"의 표면 상에 형성된 전자빔의 스팟 형상은 실질적으로 완벽한 원 형상을 갖는 최소 착란원이라는 것에 유의하여야 한다.
또한, 묘화 장치(100)에서, 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 45도를 이루는 것으로 추정될 때, x-축 방향에 수직인 y-축 방향으로 추가의 프리스캔이 수행된다. 도 18B는 x-축 및 y-축 방향에서의 프리스캔 결과로부터 얻어진 DAC 값에 대한 2차 전자 신호의 피크값을 각각 나타내는 곡선 SX 및 SY를 도시한다. 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 대략 45도를 이룰 때, 곡선 SX 및 SY에 도시된 2차 전자 신호의 피크값의 최대값에 대응하는 DAC 값은 Io에 일치한다. 이 경우에, 스캐닝 방향으로 x-축 방향과 45도를 이루는 x'-축 방향으로 프리스캔이 수행된다. 곡선 SX'는 x'-방향으로의 프리스캔에 의해 얻어진 2차 전자 신호의 피크값과 DAC 값 사이의 관계를 나타내는 곡선이다. SX'가 나타내는 바와 같이, 2차 전자 신호의 피크값이 최대가 되는 DAC 값 Iu는 x'-축 방향으로 프리스캔을 수행하여 얻어질 수 있다. 여기에서, Iu 및 Io의 평균값인 DAC 값 Ij의 전류가 공급되는 대물 렌즈(19)에 의해 전자빔이 수렴되는 위치가 초점 위치로 정의된다.
한편, 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 대략 22.5도 또는 67.5도를 이루는 것으로 추정될 때, DAC 값과 프리스캔에 의해 얻어진 2차 전자의 피크값 사이의 괄계를 나타내는 곡선이 편평해지기 때문에, 2차 전자 신호의 피크값이 최소가 되는 DAC 값을 얻는 것은 어렵다. 따라서, 묘화 장치(100)에서, 스캐닝 방향이 수차 발생 방향과 대략 22.5도 또는 67.5도를 이루는 것으로 추정될 때, 스캐닝 방향은, 예를 들어, x-축에 대하여 -22.5도 회전되며, 스캐닝 방향이 수차 방향과 0도 또는 45도를 이룰 때의 동작과 동일한 동작이 Iu와 Io의 평균값인 Ij를 계산하기 위하여 수행되고, DAC 값 Ij의 전류가 공급되는 대물 렌즈(19)에 의해 전자빔이 수렴되는 위치가 초점 위치로 정의된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에서, 대물 렌즈(19)의 위치가 결정되는 경우에, 묘화 장치(100)의 조사 시스템에서 발생하는 비점 수차의 발생 방향이 대충 판별될 수 있다. 따라서, 도 10의 단계(201)가 종료된 후에 기준 샘플 "WP"가 스캐닝될 때, 수차 발생 방향에 평행하거나 또는 수직인 스캐닝 방향을 설정함으로써 비점 수차를 정밀하게 보정하는 것이 가능하다.
<<제4 실시예>>
종래에는 CD(compact disk) 또는 DVD(digital versatile disk)와 같은 광디스크의 마스터 디스크(master disk)는 다음과 같이 제조되었다. 먼저, 0.1㎛의 막 두께를 갖는 자외선 감광성 포토레지스트가 균일하게 스핀 코팅된 수 밀리미터의 두께를 갖는 디스크가 회전하는 동안, 대물 렌즈를 이용하여 청색 또는 자외선 영역에서 발진하는 기체 레이저(Ar 또는 Kr 레이저 등: 파장 350 내지 460nm)로부터의 빛을 대물렌즈를 이용하여 집광시키고 레이저 빛을 온/오프하여 포토레지스트 상에 스팟 노광이 수행된다. 그 다음, 포토레지스트를 현상함으로써 피트(pit)와 그루브(groove)의 미세한 요철 패턴이 형성되어 마스터 디스크(레지스트 마스터 디스크)를 제조한다.
그런 후에, 이 레지스트 마스터 디스크로부터 니켈 도금에 의해 사본을 형성함으로써 수백 ㎛의 두께를 갖는 니켈로 이루어진 스탬퍼 (몰딩 다이, molding die)가 제조된다. 이 스탬퍼를 이용하여, 광디스크 매체가 대량 생산된다. 재생 전용 DVD가 제조될 때, 재생 전용 DVD 정보 신호에 대응하는 0.4㎛의 최소 피트(pit) 길이와 0.74㎛의 트랙 피트(track pit)를 갖는 피트 스트링(pit string)이 스탬퍼 상에 나선형으로 형성된다. 그 다음, 레지스트 마스터 디스크가 제조될 때 이러한 피트 스티링이 스탬퍼 상에 형성되도록 레이저 묘화(절단) 조건이 설정된다. 12cm 직경의 단면 기록층을 갖는 광디스크 매체가 금속 몰드로서 스탬퍼를 이용하여 플라스틱 수지 사출 성형에 의해 제조될 때, 광디스크는 4.7 GB의 기록 용량을 갖는다.
재생 전용 DVD 레지스트 마스터 디스크 상에 레이저 묘화(절단)을 수행하기 위하여, 예를 들어, 413nm의 파장을 갖는 Kr 이온 레이저가 이용된다. 여기에서, λ가 레이저의 파장을 나타내고, NA가 개구수(numeric aperture)를 나타내고, Κ가 공정 상수(process factor, 레지스트의 특성에 따라 0.8 내지 0.9 사이의 값이 된다)를 나타낼 때, 절단될 최소 피트 길이 "P"는 일반적으로 P=Κ*(λ/NA)의 공식에 의해 근사화될 수 있다. 이 경우에, λ = 413nm, NA=0.9 및 Κ=0.8이 공식에 적용될 때, P=0.37㎛가 얻어지며, 재생 전용 DVD에 대한 0.4㎛의 최소 피트 길이가 인식될 수 있다.
DVD가 등장한 후에, 광디스크의 정보 용량을 증가시키기 위한 늘어나는 요구 때문에, 블루레이 디스크(Blu-ray disk, 이하, 'BD'라 한다)라 불리는 광디스크가 나타났다. BD는 디스크의 한 면에 12cm의 직경을 갖는 기록층이 형성된 광디스크이며, 25GB의 정보 용량을 갖는다. BD에서, 현재 사용가능한 것과 유사한 신호 기록 처리 방법에 의한 동일한 처리를 실현하기 위하여, 피트 길이와 트랙 피치를 대략 0.15㎛(150nm) 및 0.32㎛(320nm)로 각각 줄이는 것이 필수적이다. 피트 폭은, 예를 들어, 대략 0.1㎛와 같이 트랙 피치의 대략 3분의 1로 줄어들어야만 한다.
이러한 미세한 피트를 형성하기 위하여, 최소 피트 길이 "P"를 얻기 위한 전술한 근사식에서 볼 수 있듯이, 레이저 파장 λ를 줄이고 대물 렌즈의 NA를 줄이는 것이 필요하다. 그러나, 대물 렌즈의 NA에 관해서는 대략 0.9의 현재 값이 렌즈의 설계 및 제조의 정밀도 관점에서 거의 한계값인 것으로 생각된다. 따라서, 장래에는, 레이저 파장 λ의 파장을 줄이는 것이 절대적으로 필요하다.
여기에서, 예를 들어, λ=250nm의 파장을 갖는 원자외선 레이저 및 NA = 0.9, Κ=0.8의 값이 전술한 식에 대입될 때, P=0.22㎛의 값이 계산된다. 그러나, 25GB의 정보 용량에 대응하는 최소 피치 길이(0.15㎛) 및 피치 폭(대략 0.1㎛)을 구현하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 종래의 자외선 레이저를 광원으로 이용하는 레이저 절단 장치로 BD 및 이후의 고밀도 광디스크의 레지스트 마스터 디스크를 (예를 들어, 초해상도 이미지 또는 근접 필드 기록/재생을 이용하여) 제조하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 장래에는, 원적외선보다 더 미세한 레지스트 패턴을 노광할 수 있는 빔을 발생할 수 있는 전자빔 묘화 장치를 적용하는 것이 필수적이다. 이하, 광디스크 매체 제조 방법을 설명한다.
<마스터 디스크 제조>
묘화 장치(100)에는, 대략 10nm 내지 대략 200nm의 스팟 직경을 갖는 전자빔이 전자빔의 강도와 조리개판(16)의 조리개를 조정함으로써 얻어질 수 있다.
따라서, 광정보 기록 매체가 묘화 장치(100)로 제조될 때, 먼저 최종적으로 제조될 광 기록 매체 상에 형성될 피트 크기에 따라 미리 전자빔 스팟을 결정하는 것이 필수적이다. 예를 들어, 재생 전용 블루레이 디스크(BD)의 피트가 묘화될 때, 전자빔의 직경은 대략 100nm로 설정된다. 그 다음, 묘화 장치(100)의 비점 수차가 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 설명된 절차에 따라 기준 샘플 "WP"를 이용하여 보정된다.
<레지스트 기판의 준비>
도 19A에 도시된 바와 같이, 기판(501) 상에, 예를 들어, 스핀 코팅 방법에 의해 레지스트가 도포되며, 그 다음 베이킹되어 균일한 필름 두께(일반적으로 광디스크의 기록/재생 파장에 따라 100nm 이하)를 갖는 전자빔 레지스트로 이루어진 레지스트층(502)을 형성한다. 예를 들어, 유리 기판, 석영 기판, 및 실리콘 웨이퍼가 기판(501)으로 이용될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 또한, 레지스트층(502)에 포함된 전자빔 레지스트로 양 또는 음의 레지스트가 이용될 수 있다. 해상도, 감도 및 취급상의 용이점 때문에 광디스크의 마스터 디스크로서 ZEP-520(니폰 제온 상사 제조)와 같은 양의 레지스트가 바람직하다.
기판(501)으로서, 표면 거칠기가 미세하고 평탄성이 양호한 비자성 기판이 좋지만, 패턴 노광이 묘화 장치에 의해 수행되기 때문에 전기 전도성을 갖는 것이 바람직하다. 유리와 같은 비전도성 재료가 기판(501)으로 사용되는 경우에, 바람직하게는 기판(501) 상에 정전기 방지제가 도포되며, 이에 의해 전자빔이 조사될 때 기판(501)이 충전되는 것을 방지한다. 또한, 비자성 기판을 위한 재료로서, 시장에서 저렴한 비용으로 공급될 수 있는 많은 재료가 있으며, 전기 전도성을 갖는 실리콘 웨이퍼를 사용하는 것이 바람직하다.
<패턴 묘화>
묘화 장치(100)를 이용하여 기판(501) 상에 패턴을 묘화하는 과정이 아래에서 설명된다.
레지스트가 도포되는 기판(501)은 묘화 장치(100)의 회전 테이블(31) 상에 장착된다. 기판(501) 상에서, 도 19B에 도시된 바와 같이, 도면에서의 레지스트층(502)의 음영 영역(502A) 상에 노광이 수행된다.
회전 테이블(31)이 회전하고 슬라이드 유닛(33)에 의해 소정의 속도로 이동하는 동안, 원하는 패턴에 대응하여 변조된 전자빔이 레지스트층으로 조사된다. 이렇게 함으로써, 나선형의 미세한 패턴이 기판(501)의 레지스트층(502)에 형성된다.
BD의 트랙이 나선형 트랙이기 때문에, 본 실시예에서는, 기판(501)이 한번 회전하는 동안 기판(501)은 한 트랙 피치만큼 이동하게 된다. 또한, 피치 패턴이 묘화되는 경우에, 블랭킹 전극이 회전 속도(선속도)에 대응하는 속도로 구동(온 또 는 오프)된다.
기판(501) 상에서의 패턴 묘화가 마무리되면, 기판(501)은 회전 테이블(31)로부터 제거된다.
<현상>
전술한 바와 같이 패턴이 묘화되는 기판(501)의 레지스트층(502)을 현상하는데 있어서, 레지스트가 양의 레지스트인 경우에는 도 19C에 도시된 바와 같이 전자빔이 조사된 영역(502A)이 제거되고, 레지스트가 음의 레지스트인 경우에는 조사되지 않은 영역이 제거되기 때문에 레지스트층(500)의 레지스트 부분(502B)의 미세한 패턴이 형성된다. 이렇게 함으로써, 기판(500)의 레지스트층(502) 내에 미세 패턴이 형성된 기판(501)의 마스터 디스크(레지스트 마스터 디스크)가 얻어질 수 있다.
또는, 레지스트의 현상 후에, 도 19D에 도시된 바와 같이, CF4 이온(506)과 같은 반응성 기체 이온을 이용한 반응성 이온 에칭(Ar 이온 등을 이용한 이온 에칭이 사용될 수 있다)을 수행하여 기판(501) 상에 요철 형상이 더 형성될 수 있다. 그 다음, 마지막으로 남아있는 레지스트층(502B)이 도 19E에 도시된 바와 같이 기판(501) 상에 원하는 미세 패턴을 직접 형성하기 위하여, 예를 들어, 유기 솔벤트를 이용하여 제거될 수 있다. 이러한 방법으로, 미세 패턴이 기판(501)의 레지스트층(502)에 형성된 마스터 디스크(에칭된 마스터 디스크, 503)가 얻어질 수 있다.
<스탬퍼 제조>
전술한 바와 같이 마스터 디스크(503)가 얻어지면, 스탬퍼가 이 마스터 디스크(503)(여기서는 레지스트 마스터 디스크가 이용되지만, 에칭된 마스터 디스크도 이용될 수 있다)로부터 제조된다. 구체적으로는, 도 20A에 도시된 바와 같이, 얇은 전도층이 마스터 디스크(503) 상에 형성되고, 스탬퍼(504)는, 예를 들어, 전도층 상에 니켈 도금을 수행함으로써 형성될 수 있다. 그 다음, 마스터 디스크(503)가 제거되고, 이에 의해 도 20B에 도시된 바와 같이 스탬퍼(504)를 얻을 수 있다. 스탬퍼(504)의 재료로서 니켈 또는 니켈 합금이 사용될 수 있으며, 무전해 도금, 전기 주조, 스퍼터링 및 이온 도금을 포함하는 다양한 금속막 형성 방법이 적용될 수 있다. 스탬퍼(504)의 두께는 대략 300㎛이다.
마스터 디스크(503)로부터 스탬퍼(504)를 마련하는 대신에, 복수의 스탬퍼를 복제하기 위한 마스터 스탬퍼가 마스터 스탬퍼로부터 복수의 스탬프를 복제하기 위하여 먼저 마련될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. (이 경우, 요철 패턴이 마스터 스탬퍼와 스탬퍼(503) 사이에 반전되기 때문에 중간에 다른 중간 스탬퍼가 필요하다)
<매체 제조>
도 21A에 도시된 바와 같이, 사출 성형 또는 2P법 등과 같은 방법에 의해 스탬퍼(504)의 패턴이 수지(505)에 전사된다. 이렇게 함으로써, 도 21B에 도시된 미세한 요철 패턴을 갖는 광디스크 매체(505)가 얻어진다. 더욱 정확하게는, 목적 물(505)은 광디스크 매체 기판이다. 예를 들어, 광디스크 매체 기판의 미세 요철 패턴 상에 반사막을 형성함으로써, 광디스크 매체가 제조된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 대한 본 실시예에 따른 광디스크 매체에서, 마스터 디스크가 비점 수차의 크기가 소정의 값이나 그 이하로 제한되는 묘화 장치(100)를 이용하여 제조된다. 이에 따라, 마스터 디스크 상의 패턴 형상의 변동은 종래의 마스터 디스크에 비하여 크게 최소화될 수 있다. 따라서, 마스터 디스크로부터 생산되는 스탬퍼 및 매체의 변동이 감소될 수 있다. 구체적으로는, 종래에는 비점 수차가 정량적으로 취급될 수 없었기 때문에 비점 수차의 존재를 판별하는 것은 개인의 역량에 의존한다. 이러한 특성 때문에, 잔여 비점 수차의 크기는 판별을 하는 사람에 따라 크게 변동하며, 마스터의 패턴 형상의 변동은 두드러진다. 그러나, 본 발명에 대한 본 실시예에 따르면, 비점 수차의 크기가 소정의 값이나 그 이하에 한정되기 때문에, 잔여 비점 수차의 크기는 비점 수차를 보정하는 사람에 따라 크게 변동하지 않는다.
<<제5 실시예>>
하드 디스크 드라이브에는 디스크의 1회전 동안 360도에서 동일한 각도 간격으로, 예를 들어, 트래킹 서보 신호, 어드레스 정보 신호 및 재생 클럭 신호(이하, 프리포맷(preformat) 정보 신호라 한다)가 기록되는 영역이 제공된다. 이 영역 때문에, 자기 헤드는 소정의 간격으로 이러한 신호들을 재생하고 자기 헤드의 위치를 확인하며, 이에 의해 필요한 경우 자기 디스크의 직경 방향으로의 변위를 보정하면 서 정확한 트랙을 정밀하게 스캐닝한다.
도 22는 하드 디스크의 구성을 도시한다. 도 22에 도시된 바와 같이, 하드 디스크에는 소정의 각도 간격으로 실질적으로 디스크 형상의 기판(301)의 표면 상에 프리포맷 정보 신호에 대응하는 자기 박막 패턴을 각각 갖는 영역들(302)이 제공된다. 도 23은 영역(302)의 일부(도 22에 도시된 영역 X)의 확대도이다. 도 23에서, 용지의 수평 방향은 스캐닝 방향을 나타내며, 용지상의 수직 방향은 트랙의 원주 방향을 나타낸다. 도 23에 도시된 바와 같이, 트래킹 서보 신호, 어드레스 정보 신호, 클럭 신호, 및 위상 서보 신호는 트랙의 원주 방향으로 연속하여 배치된다. 도 23에서, 빗금 영역은 자기 박막 패턴을 나타낸다. 또한, 위상 서보 신호 패턴은 트랙의 방향에 대하여 복수의 기록 트랙을 사선으로 교차하며 연장한다.
예를 들어, 현재의 하드 디스크 드라이브에서, 자기 디스크 및 자기 헤드가 드라이브로 조립된 후에, 트래킹 서보 신호, 어드레스 정보 신호, 재생 클럭 신호 및 이와 유사한 것은 전용 서보 트랙 기록 장치를 이용하여 드라이브 내의 전용 자기 헤드에 의해 (자기적으로) 기록된다.
프리포맷 기록이 전용 서보 트랙 기록 장치를 이용하여 드라이브 내의 전용 자기 헤드에 의해 수행되는 기술에서, 프리포맷 기록의 수행에 장시간이 걸리고 전용 서보 트랙 기록 장치가 고가이기 때문에 프리포맷 기록을 수행하는 비용이 매우 높다는 문제점이 있다. 또한, 장래에는, 하드 디스크의 기록 밀도가 증가되거나 하드 디스크의 직경이 증가하는 경우에, 기록 시간은 훨씬 더 길어지고 기록 장치의 비용도 더욱 비싸질 것이다
현재의 하드 디스크와 아래에서 설명되는 바와 같이 DTM(Discrete Track Media) 및 BPM(Bit Pattern Media)인 장래의 하드 디스크에서는 프리포맷 신호를 위한 영역이 필수적이고 필요한 패턴 형상이 실질적으로 동일하다는 사실은 변하지 않는다. 그러나, 패턴의 크기는 점진적으로 감소될 것으로 예상되며, 예를 들어, 현재의 하드 디스크에서 대략 100 내지 200nm이지만, BPM에서의 최소 크기는 대략 20nm이다.
전용 서보 트랙 기록 장치를 이용하는 문제점을 해결하기 위하여, 프리포맷 신호 패턴에 대응하는 미세 패턴이 미리 제조되고 각각의 하드 디스크 매체(기판) 상으로 전사되는 방법(자기 전사 기록법)이 있다.
자기 전사 기록법은 프리포맷 정보 신호에 대응하는 자기 박막 패턴이 기판의 표면 상에 형성된 마스터 정보 캐리어의 표면이 자기 기록 장치의 표면상으로 밀착한 후에 자기 박막 패턴에 대응하는 자기 패턴이 외부 자기장을 인가하여 마스터정보 캐리어 상에 형성된 자기 박막 패턴을 자화시켜서 자기 기록 매체 상에 전사 기록되는 기술에 바탕을 둔다.
자기 전사를 위한 마스터 정보 캐리어 기판은 전사될 정보에 대응하는 레지스트 요철 패턴이 광디스크의 경우와 유사하게 형성된 마스터 디스크 또는 마스터 디스크에 따라 제조된 스탬퍼로부터 제조되는 것으로 고려된다.
현재의 하드 디스크를 위한 프리포맷 신호의 패턴 크기는 대략 100 내지 200nm이며, 이는 레이저 빔의 영역보다 크다. 전자빔은 대략 10nm 크기 패턴을 묘화할 수 있다. 레이저 빔 대신에, 전자빔이 하드 디스크의 프리포맷 신호 패턴에 대응하는 마스터 디스크를 형성하는데 이용될 수 있다. 이하, 하드디스크를 제조하는 방법이 설명된다.
<마스터 디스크 제조>
도 1의 묘화 장치(100)에는, 대략 10nm 내지 대략 200nm의 스팟 직경을 갖는 전자빔이 전자 공급원(11)의 빔 전류와 조리개판(16)의 조리개를 조정함으로써 얻어질 수 있다.
현재의 하드 디스크의 프리포맷 신호 패턴이 묘화 장치(100)를 이용하여 묘화되는 경우에, 전자빔의 스팟 직경은 대략 100nm로 설정된다. 그 다음, 묘화 장치(100)의 비점 수차가 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 설명된 절차에 따라 기준 샘플 "WP"를 이용하여 보정된다.
<레지스트 기판의 준비>
도 24A에 도시된 바와 같이, 기판(501) 상에, 예를 들어, 스핀 코팅 방법에 의해 레지스트가 도포되며, 그 다음 베이킹되어 균일한 필름 두께(일반적으로 100nm 이하)를 갖는 전자빔 레지스트로 이루어진 레지스트층(502)을 형성한다. 예를 들어, 유리 기판, 석영 기판, 및 실리콘 웨이퍼가 기판(501)으로 이용될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 또한, 레지스트층(502)에 포함된 전자빔 레지스트로 양 또는 음의 레지스트가 이용될 수 있다. 해상도, 감도 및 취급상의 용이점 때문에 광디스크의 마스터 디스크로서 ZEP-520(니폰 제온 상사 제조)와 같은 양의 레지 스트가 바람직하다.
기판(501)으로서, 표면 거칠기가 미세하고 평탄성이 양호한 비자성 기판이 좋지만, 패턴 노광이 묘화 장치에 의해 수행되기 때문에 전기 전도성을 갖는 것이 바람직하다. 유리와 같은 비전도성 재료가 사용되는 경우에, 바람직하게는 기판(501) 상에 정전기 방지제가 도포되며, 이에 의해 전자빔이 조사될 때 기판(501)이 충전되는 것을 방지한다. 또한, 비자성 기판을 위한 재료로서, 시장에서 저렴한 비용으로 공급될 수 있는 많은 재료가 있으며, 전기 전도성을 갖는 실리콘 웨이퍼를 사용하는 것이 바람직하다.
<패턴 묘화>
묘화 장치(100)를 이용하여 기판(501) 상에 패턴을 묘화하는 과정이 아래에서 설명된다.
레지스트가 도포되는 기판(501)은 묘화 장치(100)의 회전 테이블(31) 상에 장착된다. 기판(501) 상에서, 도 24B에 도시된 바와 같이, 도면에서의 레지스트층(502)의 음영 영역(502A) 상에 노광이 수행된다.
회전 테이블(31)을 회전시키고 서보 신호와 같은 프리포맷 전사 정보에 대응하여 변조된 전자빔을 조사함으로써 기판(501) 상에 레지스트층(502)의 각 트랙상에 원하는 패턴이 묘화된다. 하드 디스크가 동심 패턴을 포함하기 때문에, 한 트랙의 묘화가 완료된 후에 슬라이드 유닛(33)이 트랙 피치만큼 이동한다. 이 경우에, 원하는 패턴을 형성하기 위해서는 조사 시스템(10)의 블랭킹 전극(15), 스캐닝 전극(18), 회전 테이블 유닛(30) 및 슬라이드 유닛(33)을 함께 조작하는 것이 필요하다.
기판(501) 상에서의 패턴 묘화가 마무리되면, 기판(501)은 회전 테이블(31)로부터 제거된다.
<현상>
전술한 바와 같이 패턴이 묘화되는 기판(501)의 레지스트층(502)을 현상하는데 있어서, 레지스트가 양의 레지스트인 경우에는 도 24C에 도시된 바와 같이 전자빔이 조사된 영역(502A)이 제거되고, 레지스트가 음의 레지스트인 경우에는 조사되지 않은 영역이 제거되기 때문에 레지스트층(500)의 레지스트 부분(502B)의 미세한 패턴이 형성된다. 이렇게 함으로써, 기판(500)의 레지스트층(502) 내에 형성된 미세 패턴이 형성된 기판(501)의 마스터 디스크(레지스트 마스터 디스크)가 얻어질 수 있다.
또는, 레지스트의 현상 후에, 도 24D에 도시된 바와 같이, CF4 이온(506)과 같은 반응성 기체 이온을 이용한 반응성 이온 에칭(Ar 이온 등을 이용한 이온 에칭이 사용될 수 있다)을 수행하여 도 24E와 같이 기판(501) 상에 요철 형상이 더 형성될 수 있다. 그 다음, 마지막으로 남아있는 레지스트층(502B)이 도 29F에 도시된 바와 같이 기판(501) 상에 원하는 미세 패턴을 직접 형성하기 위하여, 예를 들어, 유기 솔벤트를 이용하여 제거될 수 있다. 이러한 방법으로, 미세 패턴이 기 판(501)의 레지스트층(502)에 형성된 마스터 디스크(에칭된 마스터 디스크, 503)가 얻어질 수 있다.
<스탬퍼 제조>
전술한 바와 같이 마스터 디스크(503)가 얻어지면, 스탬퍼가 이 마스터 디스크(503)(여기서는 레지스트 마스터 디스크가 이용되지만, 에칭된 마스터 디스크도 이용될 수 있다)로부터 제조된다. 구체적으로는, 도 25A에 도시된 바와 같이, 얇은 전도층이 마스터 디스크(503) 상에 형성되고, 도 25B에 도시된 바와 같이, 스탬퍼(504)는, 예를 들어, 전도층 상에 니켈 도금을 수행함으로써 형성될 수 있다. 그 다음, 마스터 디스크(503)가 제거되고, 이에 의해 스탬퍼(504)를 얻을 수 있다. 스탬퍼(504)의 재료로서 니켈 또는 니켈 합금이 사용될 수 있으며, 무전해 도금, 전기 주조, 스퍼터링 및 이온 도금을 포함하는 다양한 금속막 형성 방법이 적용될 수 있다. 스탬퍼(504)의 요철 패턴의 깊이 (돌출부의 높이)는 대략 수백 나노미터이다.
마스터 디스크(503)로부터 스탬퍼(504)를 마련하는 대신에, 복수의 스탬퍼를 복제하기 위한 마스터 스탬퍼가 마스터 스탬퍼로부터 복수의 스탬프를 복제하기 위하여 먼저 마련될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. (이 경우, 요철 패턴이 마스터 스탬퍼와 스탬퍼(503) 사이에 반전되기 때문에 중간에 다른 중간 스탬퍼가 필요하다)
<마스터 정보 캐리어 제조>
예를 들어 코발트로 이루어진 자기 박막(507)이 스퍼터링과 같은 일반적인 박막 형성 방법에 의해 스탬퍼(504)의 요철 패턴 상에 형성된다. 그 다음, 볼록 부분 상에 형성된 자기 박막이 원하는 자기 박막 패턴이 형성된 도 25C에 도시된 바와 같은 마스터 정보 캐리어(508)를 얻기 위하여 CMP(Chemical Mechanical Polishing)과 같은 연마 공정에 의해 제거된다.
도 24E에 도시된 바와 같이 에칭에 의해 기판(501) 상에 요철 패턴이 형성된 후에, 예를 들어 코발트로 이루어진 자기 박막(507)은 도 24G에 도시된 바와 같이 잔여 레지스트(잔여 레지스트층, 502B)을 제거하지 않고 기판(501) 상에 형성된다. 그 다음 마지막으로, 도 24H에 도시된 바와 같이 원하는 자기 박막 패턴이 형성된 마스터 정보 캐리어(508)를 얻기 위하여 유기 솔벤트를 이용하여 잔여 레지스트층(502B)과 잔여 레지스트층 상에 축적된 자기 박막이 제거된다. 이 과정에서, 스탬퍼를 제조할 필요는 없다.
자기 박막 형성 방법은 스퍼터링에 한정되지 않으며, 진공 증착법, 이온 도금법, CVD법 및 도금 방법과 같이 종래에 수행된 일반적인 박막 형성 방법이 사용될 수 있다. 또한, 자기 박막(507)은 마스터 정보 캐리어 상에 형성된 자기 박막 패턴의 일부를 이룬다. 자기 박막(507)의 재료는 코발트에 한정되지 않으며, 경질 자성 재료, 반경질 자성 재료, 및 연질 자성 재료를 포함하는 다양한 종류의 자성 재료가 사용될 수 있다.
또한, 이 경우에, 자기 박막은 오목 부분에 형성된다. 그러나, 자기 박막이 볼록 부분에만 형성되거나 또는 오목 및 볼록 부분 모두에 형성되어도 마스터 정보 캐리어가 기능을 하기 때문에, 자기 박막을 형성하는 다양한 방법이 이용될 수 있다.
또한, 마스터 정보 캐리어가 에칭된 마스터 디스크 또는 스탬퍼 어느 하나로부터 제조될 수 있더라도, 마스터 디스크가 실리콘과 같이 쉽게 부숴지는 금속으로 이루어지고 스탬퍼가 금속으로 이루어지기 때문에, 일반적으로 제한된 회수로 자기 전사를 수행하는 경우를 제외하고는 스탬퍼로부터 자기 정보 캐리어를 제조하는 것이 바람직하다.
<매체 제조>
세로 방향의 자기 기록 매체에 대한 자기 전사가 도 26의 (A) 내지 (C)에서 설명된다. 도 26의 (A) 내지 (C)의 자기 기록 매체는 단지 단면 자기 기록부를 나타낸다는 점에 유의하여야 한다. 먼저, 도 26의 (A)에 도시된 바와 같이, 자기 기록 매체(509)(전사되는 측의 슬레이브(slave))의 트랙 방향 중 한 방향으로 초기 정자기장 "Hin"을 인가함으로써 초기 자화(DC 자화)가 미리 수행된다. 그 다음, 도 26의 (B)에 도시된 바와 같이, 자기 기록 매체(509)의 자기 기록면은 마스터 정보 캐리어(508)의 미세 요철 패턴면에 밀착되고, 초기 정자기장 "Hin"이 인가된 방향과 반대인 트랙 방향으로 전사 자기장 "Hdu"를 자기 기록 매체(509)에 인가함으로써 자기 전사가 수행된다. 전사 자기장 "Hdu"는 오목 부분의 자기 박막(507)으로 흡수되며, 따라서 그 부분의 자화가 반전되지 않는다. 그러나, 다른 부분의 자 화는 반전된다. 그 결과, 마스터 정보 캐리어(508)의 요철 패턴에 대응하는 자기 패턴은 도 26의 (C)에 도시된 바와 같이 자기 기록 매체(509)에 전사된다.
도면에는 도시되지 않았지만, 자기 박막이 볼록 부분에만 형성되거나 또는 볼록 및 오목 부분 모두에 생성되는 경우에, 마스터 정보 캐리어의 요철 패턴에 대응하는 자기 패턴은 유사하게 전사기록된다. 또한, 자기 기록 매체(509)가, 예를 들어 유리 또는 알루미늄으로 이루어진 기판 상에 여러 개의 자성층을 일반적으로 포함하더라도, 이에 대한 설명은 생략한다.
자기 전사가 수직의 자기 기록 매체 상에 수행되는 경우에, 세로 방향의 자기 기록 매체용으로 사용된 것과 실질적으로 동일한 마스터 정보 캐리어(508)가 사용된다. 수직 기록은, 먼저, 자기 기록 매체(509)의 자화가 초기 DC 자화를 수행함으로써 수직 방향 중 하나에 평행한 방향으로 배열된다. 그 다음, 자기 기록 매체(509)가 마스터 정보 캐리어(508)에 밀착된 후에, 요철 패턴에 대응하는 자기 패턴을 기록하기 위하여, 초기 DC 자화 방향과 반대인 방향으로 전사 자기장을 자기 기록 매체(509) 상에 인가함으로써 자기 전사가 수행된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 대한 본 실시예에 따른 기록 매체(하드 디스크)에서, 마스터 디스크가 비점 수차의 크기가 소정의 값이나 그 이하로 제한되는 묘화 장치(100)를 이용하여 제조된다. 이에 따라, 마스터 디스크 상의 패턴 형상의 변동은 종래의 마스터 디스크에 비하여 크게 최소화될 수 있다. 따라서, 마스터 디스크로부터 생산되는 스탬퍼 및 매체의 변동이 감소될 수 있다. 구체적으로는, 종래에는 비점 수차가 정량적으로 취급될 수 없었기 때문에 비점 수차의 존재 를 판별하는 것은 개인의 역량에 의존한다. 이러한 특성 때문에, 잔여 비점 수차의 크기는 판별을 하는 사람에 따라 크게 변동하며, 마스터의 패턴 형상의 변동은 두드러진다. 그러나, 본 발명에 대한 본 실시예에 따르면, 비점 수차의 크기가 소정의 값이나 그 이하에 한정되기 때문에, 잔여 비점 수차의 크기는 비점 수차를 보정하는 사람에 따라 크게 변동하지 않는다.
<<제6 실시예>>
DTM 및 BPM은 현재의 디스크보다 더 높은 기록 밀도를 갖는 하드 디스크이다. 그러나, 예를 들어, 자기 헤드를 트래킹하기 위한 서보 신호 패턴가 여전히 필요하다는 점은 변화가 없지만, DTM 및 BPM은 후술되는 바와 같이 서보 트랙 기록 장치를 이용하지 않고 매체를 제조하는 과정 동안 형성되는 프리포맷 매체이다.
하드 디스크의 기록 밀도가 증가하여, 예를 들어 100 Gbit/inch2 이상이 되는 경우에, 자기 헤드의 측면으로부터의 자기장이 넓어지는 현상은 문제가 된다. 자기장이 넓어지는 현상은 심지어 헤드의 크기가 더 작아질 때에도 소정의 값 이하로 감소될 수 없다. 그 결과, 인접한 트랙으로 기록되고(사이드 라이팅(side wiriting)) 그 곳에 이미 기록된 데이터를 지우는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 독출시에는 통상적으로 독출된 데이터 트랙의 신호뿐만 아니라 인접한 트랙의 불필요한 신호도 독출되어 크로스토크(crosstalk) 현상을 야기한다.
사이드 라이팅 및 크로스토크가 감소되면서도 더 훨씬 더 높은 밀도를 구현 하기 위하여, DTM(Discrete Track Media)이 제안되었다. DTM에서, 도 27에 도시된 바와 같이, 데이터 트랙(420)은 그루브(421)에 의해 물리적, 자기적으로 서로 분리된다. 또한, DTM에서, 자성 재료는 데이터 트랙(42)에만 잔류하고 비자성 재료는 트랙 사이의 그루브(421) 내에 공급된다. 더하여, 예를 들어 데이터 트랙(420)과 유사한 자성 재료로 서보 신호를 기록하기 위하여, 예를 들어 도 22에 도시된 패턴과 유사한 패턴이 프리포맷 신호 패턴부(422) 내에 형성된다.
DTM의 트랙 피치는 대략 50nm 내지 대략 100nm이며, 프리포맷 신호의 패턴 크기는 트랙 피치의 패턴 크기와 거의 동일하다. 따라서, 전자빔 묘화 장치는 이러한 데이터 트랙 패턴과 프리포맷 신호 패턴을 형성하는데 이용된다. DTM보다 더 높은 기록 밀도(예를 들어, 1 Tbits/inch2)를 갖는 매체로서, 자기 미립자가 데이터 트랙을 따라 차례로 배열되고 한 자기 미립자에 1 비트가 기록되는 BPM(Bit Pattern Media)이 제안되었다.
도 28에 도시된 바와 같이, BPM은 각 자기 미립자(431)가 섬과 비슷하게 물리적 자기적으로 다른 자기 미립자와 분리된 매체이다. BPM에서, 비자성 재료는 자기 미립자 부분을 제외하고 자기 미립자 사이에 공급된다. 도면에는 도시되지 않았지만, DTM과 유사하게 BPM은 프리포맷 신호 패턴부를 포함한다.
BPM의 트랙 피치는 대략 20nm 내지 대략 50nm이며, 자기 미립자와 프리포맷 신호 패턴의 크기도 트랙 피치의 크기와 유사하여, 전자빔 묘화 장치가 이러한 패턴을 형성하는데 이용된다. 자기 기록에 있어서 레이저 스팟 조사를 함께 이용하 는 HAMR(Heat Assited Magnetic Recording)과 BPM이 함께 사용될 때, 훨씬 더 높은 밀도가 얻어질 것으로 생각되며, BPM의 묘화 치수는 전자빔 묘화 장치에 의해 지원될 수 있는 10nm의 범위가 되는 것으로 추정된다.
예를 들어 DTM과 BPM에서 자기 헤드를 트래킹하기 위한 서보 신호 패턴이 여전히 필요하다는 점은 변함이 없다. DTM과 BPM은 데이터 트랙과 자기 미립자가 가공될 때 패턴이 형성되도록 유사하게 구성된다. 따라서, 각 매체에서의 서보 정보 기록 동작이 필요없기 때문에 이것은 효과적이다.
차이점이 실제 데이터 기록부의 형상(DTM = 연속 트랙, BPM = 이산 자기 미립자 라인)과 패턴의 크기(BPM 패턴의 크기가 더 작다)에 한정되기 때문에 DTM과 BPM은 유사하게 가공된다. 이하, 제조 방법이 설명된다.
<마스터 디스크 제조>
도 1의 묘화 장치(100)에는, 대략 10nm 내지 대략 200nm의 스팟 직경을 갖는 전자빔이 전자 공급원(11)의 빔 전류와 조리개판(16)의 조리개를 조정함으로써 얻어질 수 있다.
DTM의 프리포맷 신호 패턴이 묘화 장치(100)를 이용하여 묘화될 때, 전자빔의 스팟 직경은 대략 50nm로 설정된다. 또는, BPM의 프리포맷 신호 패턴이 묘화될 때, 전자빔의 스팟 직경은 대략 20nm로 설정된다. 그 다음, 묘화 장치(100)의 비점 수차가 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 설명된 절차에 따라 기준 샘플 "WP"를 이용하여 보정된다.
<레지스트 기판의 준비>
도 24A에 도시된 바와 같이, 기판(501) 상에, 예를 들어, 스핀 코팅 방법에 의해 레지스트가 도포되며, 그 다음 베이킹되어 균일한 필름 두께(대략 50nm 내지 100nm)를 갖는 전자빔 레지스트로 이루어진 레지스트층(502)을 형성한다. 예를 들어, 유리 기판, 석영 기판, 및 실리콘 웨이퍼가 기판(501)으로 이용될 수 있다. 또한, 레지스트층(502)에 포함된 전자빔 레지스트로 양 또는 음의 레지스트가 이용될 수 있다. DTM 및 BPB의 마스터 디스크용으로 해상도, 감도 및 취급상의 용이점 때문에 PMMA(토쿄 오요 카가쿠 제조)와 같은 양의 레지스트가 바람직하다.
기판(501)으로서, 표면 거칠기가 미세하고 평탄성이 양호한 비자성 기판이 좋지만, 패턴 노광이 전자빔 묘화 장치에 의해 수행되기 때문에 전기 전도성을 갖는 것이 바람직하다. 유리와 같은 비전도성 재료가 사용되는 경우에, 바람직하게는 기판(501) 상에 정전기 방지제가 도포되며, 이에 의해 전자빔이 조사될 때 기판(501)이 충전되는 것을 방지한다. 또한, 비자성 기판을 위한 재료로서, 시장에서 저렴한 비용으로 공급될 수 있는 많은 재료가 있으며, 전기 전도성을 갖는 실리콘 웨이퍼를 사용하는 것이 바람직하다.
<패턴 묘화>
묘화 장치(100)를 이용하여 기판(501) 상에 패턴을 묘화하는 과정이 아래에서 설명된다.
레지스트가 도포되는 기판(501)은 묘화 장치(100)의 회전 테이블(31) 상에 장착된다. 기판(501) 상에서, 도 24B에 도시된 바와 같이, 도면에서의 레지스트층(502)의 음영 영역(502A) 상에 노광이 수행된다.
회전 테이블(31)을 회전시키고 서보 신호와 같은 프리포맷 정보에 대응하여 변조된 전자빔을 조사함으로써 기판(501) 상에 레지스트층(502)의 각 트랙상에 원하는 패턴이 묘화된다. 프리포맷 정보 패턴에 더하여, DTM의 연속 데이터 트랙 또는 BPM의 규칙적인 피트 라인이 형성된다. 또한, 하드 디스크가 동심 패턴을 포함하기 때문에, 한 트랙의 묘화가 완료된 후에 슬라이드 유닛(33)이 트랙 피치만큼 이동한다. 이 경우에, 원하는 패턴을 형성하기 위해서는 조사 시스템(10)의 블랭킹 전극(15), 스캐닝 전극(18), 회전 테이블 유닛(30) 및 슬라이드 유닛(33)을 함께 조작하는 것이 필요하다.
기판(501) 상에서의 패턴 묘화가 마무리되면, 기판(501)은 회전 테이블(31)로부터 제거된다.
<현상>
전술한 바와 같이 패턴이 묘화되는 기판(501)의 레지스트층(502)을 현상하는데 있어서, 레지스트가 양의 레지스트인 경우에는 도 24C에 도시된 바와 같이 전자빔이 조사된 영역(502A)이 제거되고, 레지스트가 음의 레지스트인 경우에는 조사되지 않은 영역이 제거되기 때문에 레지스트층(500)의 레지스트 부분(502B)의 미세한 패턴이 형성된다. 이렇게 함으로써, 기판(500)의 레지스트층(502) 내에 형성된 미 세 패턴이 형성된 기판(501)의 마스터 디스크(레지스트 마스터 디스크)가 얻어질 수 있다.
또는, 레지스트의 현상 후에, 도 24D에 도시된 바와 같이, CF4 이온(506)과 같은 반응성 기체 이온을 이용한 반응성 이온 에칭(Ar 이온 등을 이용한 이온 에칭이 사용될 수 있다)을 수행하여 도 24E와 같이 기판(501) 상에 요철 형상이 더 형성될 수 있다. 그 다음, 마지막으로 남아있는 레지스트층(502B)이 도 29F에 도시된 바와 같이 기판(501) 상에 원하는 미세 패턴을 직접 형성하기 위하여, 예를 들어, 유기 솔벤트를 이용하여 제거될 수 있다. 이러한 방법으로, 미세 패턴이 기판(501) 상에 형성된 마스터 디스크(에칭된 마스터 디스크, 503)가 얻어질 수 있다.
<스탬퍼 제조>
전술한 바와 같이 마스터 디스크(503)가 얻어지면, 스탬퍼가 이 마스터 디스크(503)(여기서는 레지스트 마스터 디스크가 이용되지만, 에칭된 마스터 디스크도 이용될 수 있다)로부터 제조된다. 구체적으로는, 도 25A에 도시된 바와 같이, 얇은 전도층이 마스터 디스크(503) 상에 형성되고, 예를 들어, 전도층 상에 니켈 도금을 수행함으로써 스탬퍼(504)가 형성될 수 있다. 그 다음, 마스터 디스크(503)가 제거되고, 이에 의해 스탬퍼(504)를 얻을 수 있다. 스탬퍼(504)의 재료로서 니켈 또는 니켈 합금이 사용될 수 있으며, 무전해 도금, 전기 주조, 스퍼터링 및 이 온 도금을 포함하는 다양한 금속막 형성 방법이 적용될 수 있다. 스탬퍼(504)의 요철 패턴의 깊이 (돌출부의 높이)는 대략 수백 나노미터이다.
마스터 디스크(503)로부터 스탬퍼(504)를 마련하는 대신에, 복수의 스탬퍼를 복제하기 위한 마스터 스탬퍼가 마스터 스탬퍼로부터 복수의 스탬프를 복제하기 위하여 먼저 마련될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. (이 경우, 요철 패턴이 마스터 스탬퍼와 스탬퍼(503) 사이에 반전되기 때문에 중간에 다른 중간 스탬퍼가 필요하다)
<매체 제조>
스탬퍼(504)를 이용한 자기 기록 매체 제조 방법이 도 29A 내지 29D를 참조하여 설명된다.
먼저, 도 29A에 도시된 바와 같이, 수지층(403)이 형성되는 중간체(410)를 가열하는 동안 나노 임프린팅 방법에 의해 스탬퍼(503)가 중간체(410)로 압착된다. 그 다음, 스탬퍼(504)의 요철 패턴 "P2"가 수지층(403)에 전사되어 요철 패턴 "P3"가 중간체(410) 상에 형성된다. 이 경우, 중간체(410)는 자기 기록 매체(509)를 제조하기 위한 중간체이며, 디스크 형상의 기판(401)(예를 들어, 유리 또는 알루미늄)과 기판(401) 상에 형성된 자성층(402)을 포함한다. 실제 중간층(410)에는, 예를 들어, 하부층, 연자성층, 배향층, 기록층(자성층(402)) 및 보호층이 기판상에 적층될 수 있으나, 이들에 대한 설명이나 도면은 여기에서는 생략한다.
스탬퍼(504)의 요철 패턴 "P2"가 나노 임프린팅 방법에 의해 수지층(403)으 로 전사될 때, 수지층(403)을 경화하기 위하여 열이 이용된다. UV-경화 수지가 이 대신에 사용되어 UV 광을 조사함으로써 경화될 수 있다. 그러나, 이 경우에, 스탬퍼(504) 대신에 석영과 같이 UV 광을 통과시키는 기판(501)으로부터 만들어진 에칭된 마스터 디스크를 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 중간체(410)는 요철 패턴 "P3"를 마스크로서 이용하여 에칭된다(예를 들어, 반응성 이온 에칭). 이 경우에, 자성층(402)은 요철 패턴 "P3"의 오목 부분의 하부 표면으로부터 노광된다. 그 다음, 도 29C에 도시된 바와 같이 자성층(402) 내에 요철 패턴 "P4"를 형성하기 위하여 추가적인 에칭이 수행된다.
다음으로, 도 29D에 도시된 바와 같이, 비자성 재료(404)가 요철 패턴 "P4"의 오목 부분에 공급된다. 또한, 자성층(402) (요철 패턴 "P4"의 볼록 부분의 상부)가, 예를 들어, 연마 공정(CMP 법과 같은)에 의해 노출되며, 그런 후에 보호층이 자성층(402)의 표면 상에 형성되어 자기 기록 매체(509)를 완성한다. 프리포맷 신호 패턴 및 데이터 트랙 패턴은 동시에 동일한 공정에서 형성될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 대한 본 실시예에 따른 기록 매체(DTM, BPM)에서, 마스터 디스크가 비점 수차의 크기가 소정의 값이나 그 이하로 제한되는 묘화 장치(100)를 이용하여 제조된다. 이에 따라, 마스터 디스크 상의 패턴 형상의 변동은 종래의 마스터 디스크에 비하여 크게 최소화될 수 있다. 따라서, 마스터 디스크로부터 생산되는 스탬퍼 및 매체의 변동이 감소될 수 있다. 구체적으로는, 종래에는 비점 수차가 정량적으로 취급될 수 없었기 때문에 비점 수차의 존재를 판별 하는 것은 개인의 역량에 의존한다. 이러한 특성 때문에, 잔여 비점 수차의 크기는 판별을 하는 사람에 따라 크게 변동하며, 마스터의 패턴 형상의 변동은 두드러진다. 그러나, 본 발명에 대한 본 실시예에 따르면, 비점 수차의 크기가 소정의 값이나 그 이하에 한정되기 때문에, 잔여 비점 수차의 크기는 비점 수차를 보정하는 사람에 따라 크게 변동하지 않는다.
제6 실시예에서, DTM/BPM을 제조하는 방법이 설명된다. DTM/BPM 외에도, 나노 임프린팅 방법은 미세한 소위 나노 구조를 제조하는데 이용된다. 나노 임프린팅 방법에서, 전술한 바와 같이 스템퍼(또는 나노 임프린팅 기술의 용어로서는 "템플레이트(template)"이라고 불릴 수 있음)이 필수적이다. 또한, 전자빔 묘화 장치가 스탬퍼를 제조하는데 필수적인 패턴 마스터를 제조하는데 필수적이다. 전자빔 묘화 장치를 이용한 패턴 마스터, 패턴 마스터로부터 만들어진 스탬퍼, 및 나노 임프린팅 방법의 조합은 액정용 굴절판(deflection plate) 장치, CCD/CMOS 센서용 마이크로 렌즈 어레이, 고휘도 LED용 포토닉 크리스탈(photonic crystal) 및 박막 헤드를 포함하나 이에 한정되지 않는 장치를 제조하는데 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어, LED, 바이오칩 및 반도체 절연막을 제조하기 위하여, 예를 들어, 블록 코폴리머(block copolymer)의 소위 자기 조직 기능이 전술한 바에 따라 제조된 나노 패턴 구조에 더해질 수 있다.
전술한 실시예들에 대한 설명에서, 전자빔을 이용하는 묘화 장치(100)가 이용된다. 그러나, 전자빔을 이용하는 장치와 전자 현미경이 일반적으로 유사한 구조이기 때문에, 본 발명은 2차 전자빔을 이용하여 이미지를 형성하는 전자 현미경 에 적용가능하다.
또한, 전술한 실시예들에서, 전자 검출기(21)에 의해 검출된 기준 샘플 "WP"로부터 생성된 2차 전자에 따른 2차 전자 신호가 생성된다. 그러나, 2차 전자에 더하여, 기준 샘플 "WP"에 반사된 반사 전자가 반사 전자 신호를 생성하기 위하여 검출될 수 있으며, 또는 기준 샘플 "WP"를 투과한 투과 전자에 따른 투과 전자 신호가 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수차 평가용 패턴과 수차 보정 방법은 비점 수차를 평가하는데 알맞다. 본 발명에 따른 수차 보정 방법은 조사 시스템의 수차를 보정하는데 알맞다. 본 발명에 따른 전자빔 묘화 장치는 전자빔을 이용한 패턴 묘화에 알맞다. 본 발명에 따른 전자 현미경은 샘플의 관찰에 알맞다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 수정과 변형이 이루어질 수 있다.
본 발명은 본 명세서에서 그 전문이 원용되는 2006년 12월 29일 출원된 일본 특허 출원 제2006-356875호 및 2007년 11월 27일 출원된 일본 특허 출원 제2007-306627호를 기초로 하며 이에 대한 우선권을 주장한다.
Claims (22)
- 전자빔을 굴절시켜 샘플의 표면상에 상기 전자빔을 스캐닝하는 조사 시스템의 수차를 평가하기 위한 수차 평가용 패턴에 있어서,소정의 선폭과 소정의 선간 거리를 갖는 주기성 구조체를 포함하며,상기 주기성 구조체는 동일 평면상에 제공되고 상기 전자빔이 굴절되지 않는 경우에 상기 전자빔의 조사 위치의 중심으로부터 외부로 형성되며,상기 주기성 구조체는 상기 중심의 원주 주변으로 360도 연장하도록 형성되고, 전자빔이 굴절하지 않는 경우에 전자빔의 조사 위치인 상기 중심에 중심이 위치하는 동심원 형상 또는 나선형 형상을 가지며,상기 동심원 형상 또는 나선형 형상은, 상기 주기성 구조체의 선을 오목 부분이 되도록 설정하고 상기 주기성 구조체의 인접한 선 사이의 영역을 볼록 부분이 되도록 설정하거나, 상기 주기성 구조체의 선을 볼록 부분이 되도록 설정하고 상기 주기성 구조체의 인접한 선 사이의 영역을 오목 부분이 되도록 설정함으로써 형성된 요철 패턴을 갖는,수차 평가용 패턴.
- 제1항에 있어서,상기 주기성 구조체는 원 또는 정다각형에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 수차 평가용 패턴.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 주기성 구조체의 선폭 및 선간 거리는 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 수차 평가용 패턴.
- 수차 평가용 패턴 상으로 전자빔을 조사하여 얻어진 이미지에 따라 상기 전자빔을 조사하는 조사 시스템의 수차를 평가하는 수차 평가 방법에 있어서,제1항에 따른 수차 평가용 패턴 상으로 상기 전자빔을 스캐닝하는 단계;상기 스캐닝에 의해 얻어진 전자 신호에 따라 상기 이미지를 형성하는 단계; 및상기 이미지에 따라 상기 조사 시스템의 수차를 보정하는 단계;를 포함하는 수차 평가 방법.
- 수차 평가용 패턴 상으로 전자빔을 조사하여 얻어진 이미지에 따라 상기 전자빔을 조사하는 조사 시스템의 수차를 평가하는 수차 평가 방법에 있어서,제1항에 따른 수차 평가용 패턴 상으로 상기 조사 시스템의 초점 위치를 설정하는 초점 설정 단계; 및상기 조사 시스템의 초점 위치가 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 설정된 상기 수차 평가용 패턴 상에 상기 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 전자 신호에 따라 상기 조사 시스템의 수차를 평가하는 평가 단계;를 포함하는 수차 평가 방법.
- 제5항에 있어서,상기 초점 설정 단계에서, 상기 수차 평가용 패턴 상으로 언더포커스된 전자 빔을 스캐닝하여 얻어진 전자 신호와 상기 수차 평가용 패턴 상으로 오버포커스된 전자빔을 스캐닝하여 얻어진 전자 신호에 따라 상기 초점 위치가 상기 수차 평가용 패턴 상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 수차 평가 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서,상기 초점 설정 단계는,언더포커스된 전자빔과 오버포커스된 전자빔을 서로 다른 방향인 제3 방향 및 제4 방향으로 상기 수차 보정용 패턴 상으로 스캐닝하는 제1 부단계; 및상기 제3 방향으로 스캐닝하여 얻어진 전자 신호의 최대값과 상기 제4 방향으로 스캐닝하여 얻어진 전자 신호의 최대값에 따라 상기 수차 보정용 패턴상으로 상기 초점 위치를 설정하는 제2 부단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수차 평가 방법.
- 제7항에 있어서,상기 제3 방향 및 상기 제4 방향으로의 스캐닝 결과에 따라 상기 제1 방향에 대한 상기 조사 시스템의 수차 방향을 판별하는 판별 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수차 평가 방법.
- 제8항에 있어서,상기 평가 단계에서, 상기 제1 및 제2 방향은 상기 판별 단계에서의 판별 결 과에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 수차 평가 방법.
- 제9항에 있어서,상기 평가 단계에서, 상기 제1 및 제2 방향은 상기 수차의 발생 방향으로 설정되는 것을 특징으로 하는 수차 평가 방법.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 수차 평가 방법에 의해 얻어진 평가 결과에 따라 상기 조사 시스템의 수차를 보정하는 수차 보정 방법.
- 제11항에 따른 수차 보정 방법에 의해 수차가 보정된 조사 시스템을 포함하는 전자빔 묘화 장치.
- 제11항에 따른 수차 보정 방법에 의해 수차가 보정된 조사 시스템을 포함하는 전자 현미경.
- 제12항에 따른 전자빔 묘화 장치에 의해 소정의 패턴이 묘화된 광정보 기록 매체의 마스터.
- 제14항에 따른 마스터를 이용하여 제조된 광정보 기록 매체의 스탬퍼.
- 제15항에 따른 스탬퍼를 이용하여 제조된 광정보 기록 매체.
- 제12항에 따른 전자빔 묘화 장치에 의해 소정의 패턴이 묘화된 자기 정보 기록 매체의 마스터.
- 제17항에 따른 마스터를 이용하여 제조된 자기 정보 기록 매체의 스탬퍼.
- 제18항에 따른 스탬퍼를 이용하여 제조된 자기 정보 기록 매체.
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