KR101258720B1 - 대전 입자 빔 노광 시스템 및 빔 조작 장치 - Google Patents

Abstract

대전 입자를 사용하는 멀티 빔 적용을 위한 본 발명의 빔 조작 장치는 대전 입자의 빔에 의해 횡단되는 복수의 개구를 갖는 멀티-개구 판을 포함한다. 멀티-개구 판의 프레임부는 멀티-개구 판에서의 온도 구배를 감소시키기 위해 가열된다. 추가로, 멀티-개구 판의 표면의 열 복사율은 온도 구배의 감소를 또한 고려하여 다른 구역에 비해 일부 구역에서 높을 수 있다.

중심부, 프레임부, 히터, 편향기 판, 보호판, 대전 입자 빔, 히트 싱크, 열 복사율, 회로 디바이스 소자, 볼

Description

대전 입자 빔 노광 시스템 및 빔 조작 장치{CHARGED PARTICLE BEAM EXPOSURE SYSTEM AND BEAM MANIPULATING ARRANGEMENT}

본 발명은 예를 들어 리소그래피 방법에 사용되는 대전 입자 빔 노광 시스템, 및 다수의 대전 입자 빔을 조작하기 위한 빔 조작 장치에 관한 것이다.

리소그래피 공정은 반도체 소자, 집적 회로, 액정 소자, 미세패턴 부재, 및 미세기계 부품과 같은 소형 구조물의 제조에 보편적으로 사용되고 있다.

리소그래피 공정은, 기판 상에 형성될 패턴 또는 구조가 기판 상에 결상(imaging)되어 기판 상에 제공된 복사선 감지층을 노광시키는 다수의 리소그래피 단계를 포함한다. 레지스트로 통칭되는 복사선 감지층은 가시광선이나 자외선과 같은 광학 복사선에 의해 또는 이온이나 전자와 같은 대전 입자에 의해 노광될 수 있다. 대전 입자를 이용한 패턴의 결상에 있어서, 종래의 방법은 레지스트 상에 패턴을 형성하기 위해 다수의 대전 입자 빔 또는 빔렛(beamlet)을 사용하는 바, 여기에서 이들 빔 또는 빔렛은 레지스트를 보유(carry)한 기판이 스위칭가능한 빔의 어레이에 대해 이동하는 동안 선택적으로 스위치 온/오프될 수 있다.

스위칭가능한 빔은 이들 빔에 의해 횡단되는 다수의 개구를 갖는 편향기 판(deflector plate)에 의해 제어된다. 각각의 개구는 개구를 횡단하는 빔이 레지 스트를 보유한 기판에 도달하지 않도록 이 빔을 충분한 각도만큼 선택적으로 편향시키기 위한 관련 편향기를 갖는다. 이러한 형태의 멀티-개구 판은 그 기술분야에서 블랭킹 개구판(BAA: blanking aperture plate)으로도 지칭된다. 블랭킹 개구 어레이에 의해 제어되는 다수의 대전 입자 빔을 사용하는 대전 입자 빔 노광 시스템에 대한 배경 정보는 US 2003/0025088 A1으로부터 얻을 수 있으며, 그 내용은 본원에 원용된다.

대전 입자 빔을 제어하기 위해 멀티-개구 판을 사용하는 종래의 시스템에서, 다수의 빔은 멀티-개구 판에 입사되는 빔을 발생시키고 판 상의 다수의 개구를 가로질러 연장시킴으로써 형성된다. 판에 입사되는 대전 입자의 일부는 멀티-개구 판의 하류에 대전 입자 빔의 어레이가 형성되도록 개구를 통해서 판을 횡단할 수 있다. 대전 입자 빔의 다른 부분은 판에 의해 차단된다. 추가로, 멀티-개구 판은 각각의 개구와 연관된 편향기를 보유하며, 멀티-개구 판은 또한 편향기의 스위칭 상태를 제어하기 위해 필요한 회로를 보유한다.

다수의 제어되는 대전 입자 빔을 사용하여 패턴을 노광하는 종래의 시스템은 일부 적용에 있어서 성능이 불충분할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

본 발명은 전술한 문제점을 고려하여 이루어진 것이다.

본 발명의 실시예는 다수의 개구를 규정하는 중심부와 상기 중심부 외측의 프레임부를 갖는 적어도 하나의 멀티-개구 판, 및 상기 멀티-개구 판의 프레임부에 열적으로 결합되는 적어도 하나의 히터를 포함하는 빔 조작 장치를 제공한다.

멀티-개구 판은 그것에 입사되는 큰 빔으로부터 개구를 횡단하는 다수의 빔을 발생시키는 기능을 가질 수 있다. 멀티-개구 판은 개구에 입사되는 큰 빔으로부터 개구를 횡단하는 다수의 작은 빔을 성형하는 기능을 또한 가질 수 있다. 추가로, 멀티-개구 판은 개구를 횡단하는 빔을 개구와 연관되고 멀티-개구 판에 의해 운반되며 멀티-개구 판에 제공된 회로에 의해 제어되는 편향기에 의해 편향시키는 기능 또한 가질 수 있다.

멀티-개구 판에 입사되는 하나 또는 복수의 빔과, 편향기를 제어하는 전자 회로의 작동은 열을 발생시켜 빔 조작 장치의 작동 중에 멀티-개구 판의 중심부의 온도를 상승시킨다. 프레임부에 열적으로 결합되는 히터는 멀티-개구 판의 프레임부에서도 온도 상승을 유도할 수 있으며, 따라서 멀티-개구 판에서의 인장 또는 압축 응력과 같은 내부 응력의 변화는 온도 상승이 판의 중심부에서만 발생되는 상황에 비해서 감소된다. 이러한 내부 응력의 변화는 중심부의 불균일한 변형 또는 팽창을 초래할 수도 있으며, 따라서 다수의 개구의 배치 패턴을 왜곡시킬 수도 있다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 다수의 대전 입자 빔을 편향시키기 위한 빔 조작 장치는, 다수의 개구를 규정하는 중심부와 상기 중심부 외측의 프레임부를 갖는 편향기 판으로서, 다수의 편향기와 스위칭 회로를 보유하고, 상기 다수의 개구는 상기 개구와 연관된 편향기를 각각 가지며, 상기 편향기는 스위칭 회로에 전기 접속되고 개구를 횡단하는 대전 입자 빔을 편향시키도록 구성된 편향기 판과, 상기 편향기 판과의 사이에 갭이 형성되도록 편향기 판과 대향하여 배치되는 보호판으로서, 다수의 개구를 규정하는 중심부와 상기 중심부 외측의 프레임부를 가지며, 그 개구는 대전 입자의 빔이 보호판과 편향기 판을 횡단할 수 있도록 편향기 판의 개구에 대해 정합되는 보호판과, 상기 편향기 판의 프레임부와 상기 보호판의 프레임부 중 적어도 하나에 열적으로 결합되는 적어도 하나의 히터를 포함한다.

이러한 장치에서, 편향기 판은 개구를 횡단하는 빔을 편향시키는 기능을 가지며, 보호판은 편향기 판의 상류에서 다수의 빔을 성형 또는 발생시키는 기능을 갖는다.

본 명세서의 일 실시예에서는, 개구와 연관된 전극의 편향 상태를 제어하기 위한 회로의 작동으로 인한 중심부의 온도 상승과 더불어 프레임부의 온도 상승이 발생될 수 있도록 적어도 하나의 히터가 편향기 판의 프레임부에 열적으로 결합된다.

본 명세서의 다른 실시예에서는, 중심부의 개구를 규정하는 기판 재료에 입사되는 대전 입자에 의해 저장되는 에너지로 인한 중심부의 온도 상승과 더불어 프레임부의 온도 상승이 발생되도록 적어도 하나의 히터가 보호판의 프레임부에 열적으로 결합된다.

추가의 실시예에 따르면, 편향기 판 및 보호판의 프레임부의 온도가 개별적으로 제어될 수 있도록 편향기 판의 프레임부에는 제1 히터가 열적으로 결합되고 보호판의 프레임부에는 제2 히터가 열적으로 결합된다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 히터와 각 프레임부 사이의 열적 결합이 열 전도보다는 복사 열전달에 의해 제공되도록 편향기 판과 보호판의 프레임부와 히터 사이에는 각각 갭이 형성된다. 열 전도는 추가 인장 응력을 유도할 수도 있는 히터와 각 프레임부 사이의 기계적인 접촉을 요구할 것이다.

추가의 예시적인 실시예에 따르면, 빔 조작 장치는 보호판에 입사되는 하나 또는 복수의 빔과 편향기 판을 횡단한 빔 중 적어도 하나를 둘러싸는 내측 열 수용면을 갖는 적어도 하나의 히트 싱크를 포함한다. 이러한 히트 싱크는 중심부와 프레임부 사이의 온도 구배가 감소되도록 각 판의 중심부의 복사 냉각을 허용한다.

본 명세서의 예시적인 실시예에 따르면, 히터는 각 판의 중심부로부터 바라볼 때, 히트 싱크로부터 반경방향 외측에 배치된다.

본 명세서의 예시적인 실시예에 따르면, 중심부를 향하는 히트 싱크의 내표면은 히터를 향하는 히트 싱크의 표면보다 높은 열 복사율을 갖는다. 이는 히터와 히트 싱크 사이에서의 바람직하지 않은 열전달을 방지할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 히트 싱크는 그 온도를 제어하기 위한 액체 파이프를 포함할 수 있으며, 히터는 그 온도를 제어하기 위한 저항 가열을 포함할 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 다수의 대전 입자 빔을 편향시키기 위한 빔 조작 장치는, 다수의 개구를 규정하는 중심부와 상기 중심부 외측의 프레임부를 갖는 편향기 판으로서, 다수의 편향기와 스위칭 회로를 보유하고, 상기 다수의 개구는 상기 개구와 연관된 편향기를 각각 가지며, 상기 편향기는 스위칭 회로에 전기 접속되고 개구를 횡단하는 대전 입자 빔을 편향시키도록 구성된 편향기 판과, 상기 편향기 판과의 사이에 갭이 형성되도록 편향기 판과 대향하여 배치되는 보호판으로서, 다수의 개구를 규정하는 중심부와 상기 중심부 외측의 프레임부를 가지며, 그 개구는 대전 입자의 빔이 보호판과 편향기 판을 횡단할 수 있도록 편향기 판의 개구에 대해 정합되는 보호판을 포함하고, 상기 스위칭 회로는 다수의 회로 디바이스 소자를 포함하며, 상기 편향기 판의 중심부는 편향기 판의 단위 면적당 회로 디바이스 소자의 개수가 제1 값을 갖는 제1 구역을 갖고, 상기 편향기 판의 중심부는 편향기 판의 단위 면적당 회로 디바이스 소자의 개수가 상기 제1 값보다 큰 제2 값을 갖는 제2 구역을 가지며, 상기 보호판의 제1 표면과 제2 표면 중 적어도 하나는 제1 열 복사율을 갖는 상기 편향기 판의 제1 구역과 대향하는 제1 구역, 및 상기 제1 열 복사율보다 큰 제2 열 복사율을 갖는 상기 편향기 판의 제2 구역과 대향하는 제2 구역을 갖는다.

편향기 판은 단위 면적당 개구의 개수가 다른 구역에서보다 높은 구역을 갖는다. 또한, 개구와 연관된 편향기를 제어하기 위한 회로 디바이스 소자의 개수는 편향기 판의 중심부의 여러 구역에서 상이할 수 있다. 회로 디바이스 소자의 작동에 의해 또는 개구를 규정하는 기판 재료에 입사되는 대전 입자에 의해 발생되는 중심부의 단위 면적당 열은 편향기 판의 중심부 영역에 걸쳐서 변화될 것이 명백하다. 중심부의 기판 재료에 도입되는 열의 양이 다른 구역에 비해 높은 구역이 존재할 것이다. 중심부에 걸쳐서 감소되는 온도 구배를 고려하여, 중심부의 복사 냉각 기구는 단위 면적당 발생되는 열이 낮은 구역에 비해 많은 열이 발생되는 구역으로부터 열이 보다 효과적으로 반출되도록 설계된다. 이는 편향기 판의 중심부의 표면의 열 복사율을 구역마다 변화시킴으로써 달성된다. 이는 또한 편향기 판을 향하는 보호판 표면의 열 복사율을 변화시킴으로써 달성될 수 있다.

편향기 판과 보호판의 표면의 가변적인 열 복사율은 각 표면의 구조화된 코팅에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 다수의 대전 입자 빔을 편향시키기 위한 빔 조작 장치는, 다수의 개구를 규정하는 중심부와 상기 중심부 외측의 프레임부를 갖는 편향기 판으로서, 다수의 편향기와 스위칭 회로를 보유하고, 상기 다수의 개구는 상기 개구와 연관된 편향기를 각각 가지며, 상기 편향기는 스위칭 회로에 전기 접속되고 개구를 횡단하는 대전 입자 빔을 편향시키도록 구성된 편향기 판과, 상기 편향기 판과의 사이에 갭이 형성되도록 편향기 판과 대향하여 배치되는 보호판으로서, 다수의 개구를 규정하는 중심부와 상기 중심부 외측의 프레임부를 가지며, 그 개구는 대전 입자의 빔이 보호판과 편향기 판을 횡단할 수 있도록 편향기 판의 개구에 대해 정합되는 보호판과, 상기 편향기 판과 보호판 사이에 배치되는 적어도 하나의 볼로서, 상기 편향기 판의 프레임부에 형성된 홈 및 상기 보호판의 프레임부에 형성된 홈과 결합되는 볼을 포함한다.

본 명세서의 예시적인 실시예에서는, 세 개의 볼이 편향기 판과 보호판 사이의 갭을 규정하기 위해 상호 이격 배치된다.

이들 볼은 판 사이에 명확한 기계적 접촉을 제공함으로써 판들의 상호 위치를 유지할 수 있다. 또한, 볼은 하나의 판이 다른 판에 대해 판 사이에 인장 응력이나 압축 응력을 발생시키지 않으면서 열 팽창할 수 있게 한다. 또한, 볼과 판 사이의 작은 접촉 면적으로 인해 열 전도에 의한 하나의 판에서 다른 판으로의 열 전달이 비교적 낮다.

본 발명의 추가 실시예에 따르면, 대전 입자 빔 시스템은 적어도 하나의 대전 입자 빔을 발생시키기 위한 대전 입자 소스, 상기 적어도 하나의 대전 입자 빔의 빔 경로에 배치되는 빔 조작 장치, 상기 빔 조작 장치에 대한 타겟 평면에 기판 표면을 장착하기 위한 스테이지, 및 상기 빔 조작 장치의 개구를 횡단하는 대전 입자의 빔을 상기 타겟 평면 상으로 향하게 하도록 구성되는 대전 입자 광학계를 포함한다. 상기 빔 조작 장치는 전술한 바와 같이 구성될 수도 있다.

본 명세서의 예시적인 실시예에 따르면, 대전 입자 빔 시스템은 빔 조작 장치의 개구를 횡단하는 대전 입자 빔을 선택적으로 편향시키도록 빔 조작 장치의 편향기를 제어하기 위한 콘트롤러를 포함하는 대전 입자 빔 노광 시스템이다.

상술한 내용 및 본 발명의 기타 유리한 특징은 첨부도면을 참조한 본 발명의 예시적인 실시예에 대한 하기 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다. 본 발명의 가능한 모든 실시예가 본 명세서에 기술되는 장점의 각각과 전부 또는 그 임의의 것을 반드시 나타낼 필요는 없음을 알아야 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대전 입자 빔 노광 시스템을 개략적으로 도시한다.

도2는 도1에 도시된 시스템의 빔 조작 장치를 도시한다.

도3은 도2의 부분 확대 단면도이다.

도4는 도2에 도시된 빔 조작 장치의 일부의 입면도이다.

도5는 도2에 도시된 빔 조작 장치의 편향기 판의 입면도이다.

도6은 도2에 도시된 빔 조작 장치의 보호판의 입면도이다.

하기 예시적 실시예에서, 기능 및 구조가 유사한 부품은 가능한 유사한 참조부호로 표시된다. 따라서, 특정 실시예의 개별 부품의 특징을 이해하기 위해서는, '발명의 상세한 설명' 및 다른 실시예의 설명을 참조해야 할 것이다.

도1은 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 패턴을 노광시키기 위해 다수의 전자 빔을 사용하는 대전 입자 빔 노광 시스템을 도시한다.

대전 입자 빔 노광 시스템은 다수의 개구 및 이들 개구와 연관되어 다수의 빔을 개별적으로 제어하기 위한 편향기를 갖는 편향기 판을 사용한다. 이러한 형태의 노광 시스템과, 특히 그 작동 방법 및 그 안에 포함되는 멀티-개구 판의 제작 방법에 대한 배경 정보는 US 2003/0025088 A1, US 5,262,341, US 5,814,423, 및 US 6,465,796 B1로부터 얻을 수 있으며, 이들 공보의 내용은 본원에 원용된다.

도1에 개략 도시된 대전 입자 빔 노광 시스템(1)은 발산형 전자 빔(5)을 방출하는 전자 빔 소스(3)를 포함하며, 발산형 전자 빔은 자기 렌즈 장치 또는 정전 렌즈 장치와 같은 적절한 렌즈 장치(7)에 의해 시준(collimate)되어, 빔 조작 장치(11)에 입사되는 평행한 전자 빔(9)들을 형성한다.

빔 조작 장치(11)는 그 하류에 다수의 전자 빔(13) 또는 전자 빔렛이 형성되도록 빔(9)의 전자들에 의해 횡단되는 다수의 개구를 규정하는 판을 구비한다. 도1의 개략도는 예시적인 목적으로 빔 조작 장치(11)를 횡단하는 일곱 개의 빔(13)을 도시하고 있다. 실제로, 빔(13)의 개수는 더 많으며, 빔 조작 장치의 하류에는 수 백 개, 천 개 이상, 또는 심지어 십만 개 이상의 빔이 형성된다.

빔 조작 장치(11)의 하류에 형성되는 빔(13)의 어레이는 렌즈 장치(15)에 의해 집속(focus)되어, 개구 판(19)의 중심 구멍(17)을 횡단하고, 대물 렌즈 장치(21)에 의해 반도체 웨이퍼(25)의 표면(23) 상에 투사된다. 반도체 웨이퍼(25)의 표면(23)은 개구 판(19)을 횡단한 빔(13)의 패턴으로 노광되는 레지스트로 커버된다. 집속 렌즈 장치(15) 및 대물 렌즈 장치(21)는 빔(13)이 빔 조작 장치(11)에 형성된 개구의 축소(demagnified) 화상을 생성하도록 구성된다. 도1의 개략도에서, 대물 렌즈 장치(21)는 축소 화상을 생성하기 위한 두 개의 렌즈(27, 28)를 포함한다. 그러나, 대물 렌즈 장치는 복수의 중첩되는 전기장 및 자기장을 발생시키는 셋 이상의 개별 렌즈를 가질 수 있다. 또한 집속 렌즈(15)는 자기 렌즈 장치 또는 정전 렌즈 장치에 의해 형성될 수 있다.

아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 빔 조작 장치(11)에 제공되는 각각의 개구는 개별 개구를 횡단하는 빔(13)을 편향시키기 위해 제어될 수 있는 편향기와 연관된다. 편향기가 활성화되지 않으면, 빔(13)은 실질적으로 직선을 따라서 빔 조작 장치(11)를 횡단할 것이다. 편향기가 활성화되면, 개구와 편향기를 횡단하는 각각의 빔은 개구 판(19)에 형성된 중심 구멍(17)을 횡단할 수 없도록 충분한 각도 만큼 편향될 것이다. 도1의 개략도는 이러한 편향된 빔의 하나를 도면부호 13'으로 표시하여 도시하고 있다. 빔(13')은 개구 판(19)에 의해 차단되어, 웨이퍼(25)의 표면(23) 상에 투사되지 않는다. 도1에 도시된 다른 모든 예시적인 빔(13)들은 개별 개구와 연관된 편향기에 의해 편향되어 있지 않으며, 이들 빔은 웨이퍼(25)의 표면(23) 상에 투사된다.

편향기는 웨이퍼(25)에 도달하는 개별 빔(13)들이 선택적으로 스위치 온/오프될 수 있도록 패턴 발생기(31)에 의해 제어되며, 따라서 웨이퍼 상에 현재 형성되는 노광 패턴이 패턴 발생기(31)에 의해 제어될 수 있다.

웨이퍼(25)는 메인 콘트롤러(37)에 의해 제어되는 스테이지 구동 제어 기구(35)에 의해 대물 렌즈 장치(21)에 대해 상대적으로 변위될 수 있는 웨이퍼 스테이지(33) 상에 장착된다. 상기 스테이지 구동 제어 기구는 또한 노광 시스템(1)의 대물 렌즈(21)와 같은 다른 부품에 대한 스테이지(33)의 상대 위치를 지속적으로 측정하는 레이저 간섭계(도1에 도시되지 않음)를 구비하며, 메인 콘트롤러(37)에는 스테이지(33)와 웨이퍼(25)의 현재 위치를 나타내는 신호가 공급된다. 상기 메인 콘트롤러(37)는 스테이지 구동 제어 기구(35)와 패턴 발생기(31)를 제어하여, 웨이퍼(25)를 대물 렌즈(21)에 대해 지속적으로 상대 이동시키고 웨이퍼 표면(23) 상에 투사되는 빔(13)을 선택적으로 스위치 온/오프시킴으로써 웨이퍼 표면(23) 상에 소정 패턴이 노광되도록 한다.

도2는 전자 빔 노광 시스템(1)의 빔 조작 장치(11)의 상세도이며, 도3은 도2에서 'Ⅲ'으로 표시된 부분의 확대도이다.

빔 조작 장치(11)는 전자 빔(9)의 빔 경로에 배치되는 보호판(41)을 포함한다. 보호판(41)은 단결정 실리콘 기판(12)으로 만들어지며, 약 20 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 두께(d₁)를 갖는 중심부(43)를 갖는다. 상기 중심부(43)는 본 예에서 약 5 ㎛ 의 내경을 갖는 다수의 개구(45) 또는 관통-구멍을 규정한다. 전자 빔(9)의 전자들은 보호판(41)의 상면(47)에 의해 흡수되거나 관통-구멍(45)을 횡단하여 보호판(41)의 하류에 다수의 빔(13)을 형성한다. 본 예에서 약 1000 ㎛ 폭(d₂)의 갭이 보호판(41)과 편향기 판(49)의 중심부(43, 51) 사이에 형성되도록, 본 예에서 약 50 ㎛ 두께(d₃)의 중심부(51)를 갖는 편향기 판(49)이 보호판(41)의 중심부(43)의 하류에 배치된다. 편향기 판(49)은 보호판의 개구(45)에 정합되는 다수의 개구(53)를 가지며 따라서 각 쌍의 개구(45, 53)는 공통 중심축(55)을 갖는다. 개구(45)에 의해 형성된 빔(13)이 개구(53)의 측벽과 전혀 접촉하지 않고 편향기 판(49)의 개구(53)를 횡단하도록, 개구(53)는 보호판의 개구(45)의 직경보다 큰, 본 예에서 약 7 ㎛인 직경을 갖는다.

편향기 판(49) 및/또는 보호판(41)에는 추가 관통-구멍(도2 및 도3에 도시되지 않음)이 형성될 수 있다. 추가 구멍은 전자 빔(9)이 보호판(41)에 입사되는 구역의 외부에 배치되며, 보호판(41)과 편향기 판(49) 사이에 형성되는 갭에서의 진공을 향상시키는 기능을 갖는다. 이 목적을 위해서, 추가 구멍은 전자 빔(13)에 의해 횡단되는 개구(45, 53)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 100 ㎛ 직경의 복수의 추가 관통-구멍이 약 1㎟ 내지 100㎟의 총 면적을 갖도록 형성될 수 있다.

편향기 판(49)은 편향기 판(49)의 중심부(51)의 상면(59)으로부터 편향기 판(49)과 보호판(41) 사이에 형성된 갭 내로 연장되는 다수의 전극(57, 58)을 보유 한다. 각각의 개구(53)는 그와 연관된 한 쌍의 전극(57, 58)을 가지며, 이들 전극(57, 58)은 그 사이에 도3에서 화살표 61로 표시된 전기장이 선택적으로 발생될 수 있도록 스위칭 회로에 접촉된다. 전기장(61)은 전자 빔(13')을 개구(45, 53)의 공통 축(55)에 대해 각도α만큼 편향시킨다. 편향 각도α는 빔(13')이 개구 판(19)의 구멍(17)을 횡단하는 것을 방지하기에 충분하며, 따라서 빔(13')은 웨이퍼 표면(23) 상에 노광 패턴을 생성하는데 기여하지 않는다. 전기장이 형성되지 않은 전극(57, 58)을 횡단하는 빔(13)은 실질적으로 편향 없이 공통 축(55)을 따라서 개구(53)를 횡단할 것이다. 이들 빔(13)은 개구 판(19)의 중심 구멍(17)을 횡단하여, 웨이퍼 표면(23) 상의 노광 패턴 생성에 기여할 것이다.

보호판(41)은 중심부(43)를 둘러싸는 프레임부(63)를 가지며, 프레임부(63)는 약 700 ㎛의 증가된 두께(d₄)를 갖고, 보호판(41)의 두께는 경사부(65) 내에서 중심부(43)에서의 값(d₁)으로부터 프레임부에서의 값(d₄)으로 연속적으로 증가한다. 마찬가지로, 편향기 판(49)은 편향기 판(49)의 중심부(51)를 둘러싸는 약 700 ㎛의 두께(d₅)를 갖는 프레임부(67)를 가지며, 편향기 판의 두께는 중심부(51)에서의 값(d₃)으로부터 경사부(69)에서의 값(d₅)으로 증가한다. 경사부(69)는 편향기 판(49)의 하면(68)에 형성되고 보호판의 경사부(65)는 그 상면(47)에 제공되는 반면에, 보호판(41)의 하면(72)과 편향기 판(49)의 상면(59)은 중심부(43, 51)로부터 프레임부(63, 67)로 연장되는 평탄한 평면-형상 표면이다.

이제 보호판(41)과 편향기 판(49)을 서로에 대해 장착하는 것이 도2 내지 도 4를 참조하여 설명될 것이며, 여기에서 도4는 보호판(41)의 하면(72)의 입면도이다.

보호판(41)의 프레임부(63)에는 세 개의 홈(71)이 형성되는 바, 각각의 홈(71)은 시스템의 중심축(70)에 대해 반경 방향으로 배향된다. 이들 홈(71) 중 두 개는 중심(70)을 통하여 연장되는 공통 축을 따라서 정렬되고 하나의 홈(71)은 다른 홈들 사이에서 연장되는 선에 대해 직교하여 배향된 선을 따라서 정렬된다. 이들 홈(71)의 각각에는 홈(71)의 폭보다 큰 직경을 갖는 볼(73)이 결합된다. 편향기 판(49)의 프레임부(67)에는 보호판(41)의 프레임부(63)에 형성된 홈(71)의 패턴과 일치하는 패턴으로 홈(74)이 형성된다. 볼(73)은 또한 편향기 판(49)과 보호판(41) 사이의 갭(d₂)을 유지하도록 홈(74)과 결합된다. 판(41, 49)들의 상대 위치를 유지하기 위한 볼 장착 구조는 각각의 판(41, 49)이 상호 독립적으로 열 팽창할 수 있게 해주며, 여기에서 편향기 판의 중심에 대한 보호판 중심(70)의 정렬 또는 정합은 유지될 것이다.

편향기 판(49)을 지지체(75)에 대해 장착하기 위한 유사한 장착 기구가 제공된다. 세 개의 볼(76)이, 편향기 판(49)의 프레임부(67)의 하면(68)에 형성된 홈(79) 및 지지체(75)에 형성된 대응 홈(78)과 결합된다.

히터 보디(83)의 하면(85)과 보호판(41)의 프레임부(63)의 상면(47) 사이에 약 1000 ㎛의 작은 갭이 형성되도록, 하면(85)을 갖는 링형 보디(83)를 포함하는 히터(81)가 보호판(41)으로부터 이격되어 배치된다. 히터(81)는 보디(83)와 접촉 하는 다수의 저항기(87)를 가지며, 저항기(87)에 전력을 공급하여 히터 보디(83)를 가열하여 그 온도를 실온 이상으로 상승시키기 위해 단자(89)가 제공된다. 발생된 열의 일부는 히터 보디(83)의 하면(85)으로부터 방출되고, 보호판(41)의 프레임부(63)의 상면(47)에 의해 도2에서 화살표 91로 도시되는 복사로서 흡수되며, 따라서 프레임부(63)의 온도 역시 실온 이상으로 상승할 것이다. 히터(81)에 공급되는 에너지는 보호판(41)의 프레임부(63)의 온도가 보호판(41)의 중심부(43)의 온도와 거의 동일하도록 제어된다. 중심부(43)의 온도는 개구(45)를 횡단하지 않는 전자 빔(9)에 의해 판(41)의 기재에 저장되는 에너지로 인해 실온 이상으로 상승된 온도이다. 보호판의 중심부(43)와 프레임부(63)의 온도가 거의 동일하도록 히터가 제어하므로, 보호판의 내부 응력 및 대응 변형을 방지할 수 있다.

입사되는 빔(9)의 전자에 의해 보호판(41)의 중심부(43)에 저장된 열은 판(41)으로부터 도2에서 예시적인 화살표 95로 표시하는 복사에 의해 전달된다. 보호판(41)의 중심부(43)의 복사 냉각을 증진시키기 위해 히트 싱크(97)가 제공된다. 히트 싱크(97)는 주축(70) 주위에 중심맞춤되는 내부 원통형 표면(101)을 갖는 링형 보디(99)를 갖는다. 히트 싱크(97)의 보디(99)는 보디(99)와 접촉하는 파이프(103)를 통해서 흐르는 냉각 액체에 의해 실온을 하회하거나 상회하는 적절한 온도로 유지된다. 표면(101)은 비교적 높은 열 복사율을 갖도록 처리되는 반면, 보호판(41)의 프레임부(63)를 향하는 보디(99)의 표면(105)은 히터 싱크(97)의 프레임부(63)로부터 전달되는 열의 양을 감소시키기 위해 낮은 열 복사율을 갖도록 처리된다. 마찬가지로, 보디(99)의 표면(107)은 히터(81)로부터 히트 싱크(97)로 직접 전달되는 열의 양을 감소시키기 위해 낮은 열 복사율을 갖도록 처리된다.

편향기 판(49)의 프레임부(67)를 가열하기 위한 히터(81')와 편향기 판(49)의 중심부를 냉각하기 위한 히트 싱크(97')는 보호판의 프레임부 및 중심부(63, 43)의 온도를 유지하기 위한 히터(81) 및 히트 싱크(97)와 유사한 구성을 갖는다. 따라서, 히터(81')와 히트 싱크(97')의 부품은 히터(81)와 히트 싱크(97)의 대응 부품과 동일한 도면부호에 따옴표(')를 붙여서 표시되며, 그 구조와 기능의 이해를 위해서는 전술한 내용을 참조하면 될 것이다.

히트 싱크(97') 역시 편향기 판(49)을 위한 장착 구조(75)를 제공하며, 볼(76)과 결합되는 홈(78)을 보유한다.

편향 전극(57, 58)을 제어하기 위한 회로의 회로 디바이스 소자의 작동으로 인해 편향기 판(49)의 중심부(51)에는 열이 발생한다. 이 열은 히트 싱크(97')를 향하여 복사되며, 편향기 판의 프레임부(67)는 히터(81')에 의해 중심부(51)의 온도와 거의 동일한 온도로 유지된다.

도5는 편향기 판(49)의 상면(59)의 입면도이다. 상면(59)은 편향 전극(57, 58) 및 상기 편향 전극(57, 58)에 전압을 공급하여 패턴 발생기(31)의 제어 하에 그들 사이에 편향 전기장(61)을 선택적으로 발생시키기 위한 회로(111)를 보유한다. 회로(111)는 도5에 개략 도시된 메모리(113), 시프트 레지스터(115), 및 스위치(117)와 같은 다양한 회로 디바이스 소자를 포함한다. 이들 디바이스 소자는 리소그래피 방법과 같은 종래 방법에 의해 편향기 판(49)의 중심부(51)의 실리콘 기판 상에 제조될 수 있다.

판(49)의 중심부(51)의 표면에 걸쳐서 개구(53) 및 연관된 전극(57, 58)이 그룹으로 배열된다. 개구(53)들은 구역(121)에 배열되고, 회로의 주요부가 제공되는 판(49)의 구역(123)에는 개구가 전혀 형성되지 않는다. 따라서, 단위 면적당 개구(53)의 개수는 구역(121)에서 많고 구역(123)에서 적으며, 회로 디바이스 소자의 밀도는 구역(123)에서 높고 구역(121)에서 낮다. 회로부(111)에 의해 출력되는 전압을 회로부(111)에 연결된 전극(58)에 공급하기 위해 전도체(119)가 제공된다.

회로 소자의 작동이 열을 발생시키므로, 구역(123)에서 단위 면적당 발생되는 열의 양이 구역(121)에서 발생되는 열의 양보다 높고, 판(49)의 온도가 구역(121)에 비해 구역(123)에서 높을 것임이 명백하다.

도6은 보호판(41)의 하면(72)의 입면도이다. 보호판의 개구(49)가 편향기 판의 대응 개구(53)와 정합 및 정렬되기 때문에, 보호판은 단위 면적당 개구(49)의 개수가 많은 구역(121') 및 단위 면적당 개구의 개수가 적은 구역(123')을 갖는다. 보호판(41)의 구역(123')은 편향기 판에 저장되는 열이 주로 발생되는 편향기 판(49)의 구역(123)과 대향하여 배치된다.

보호판(41)의 표면(72)은 구역(121')에 비해 구역(123')에서 높은 열 복사율을 갖도록 처리된다. 구역(123')에서의 높은 열 복사율은 편향기 판(49)의 구역(123)의 복사 냉각을 편향기 판의 구역(121)의 복사 냉각에 비해 증진시키는 효과를 갖는다. 구역(123)의 증진된 복사 냉각은 편향기 판(49)의 중심부(51)에 걸친 온도 구배를 감소시키는 효과를 갖는다. 이는 판(49) 내의 열 응력 및 편향기 판(49)의 개구(53)의 오정렬을 감소시키는 결과를 갖는다.

구역(123', 121')에서의 상이한 열 복사율은 표면(72)의 상이한 처리에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 구역(121') 내의 표면(72)에는 탄소가 도포되지 않는 반면, 구역(123') 내의 표면(72)에는 탄소나 기타 적합한 재료가 증착 또는 스퍼터링될 수 있다. 전체 표면(72)에 탄소나 기타 적합한 재료의 코팅을 도포하고 구역(121') 내의 탄소를 제거할 수도 있다. 코팅은 구역(121')에서 스트라이프 또는 기타 적합한 패턴과 같은 패턴으로 제거될 수 있다.

표면(72)의 구역(121') 내에 금속으로 형성된 코팅을 도포할 수도 있으며, 그 결과 그 구역에서의 복사율이 저하된다. 또한, 상기 표면은 판의 복사율을 국소적으로 제어하기 위해 3차원 구조를 갖도록 처리될 수도 있다. 예를 들어, 상기 표면에는 트렌치(trench)의 패턴 또는 격자가 형성될 수 있다.

편향기 판(49)의 중심부(51)에서의 온도 구배의 추가 감소를 고려하여, 편향기 판(49)의 하면(68)은 보호판(41)의 하면에 대해 전술한 것과 유사한 방식으로 처리된다. 따라서, 편향기 판(49)의 하면(68) 또한 상면(59) 상의 구역(121)에 대향하는 다른 구역에 비해 열 복사율이 높은 상면(59) 상의 구역(123)에 대응하는 구역을 갖는다.

추가로, 보호판(41)의 상면(47) 또한 하면(72)의 구역(121')에 대향하는 다른 구역에 비해 열 복사율이 높게 구성될 수 있는 하면(72)의 구역(123')에 대향하는 구역을 갖는다.

전술한 실시예에서는, 보호판과 편향기 판으로 형성된 장치에 열을 공급할 수도 있다. 이 장치의 대응하는 온도 상승은 시스템의 작동 중에 장치에 퇴적되는 오염물질을 감소 또는 제거하는 효과를 가질 수 있다. 이러한 오염물질은, 진공 중에 함유되고 전자 빔에 의해 유도된 전하로 인해 장치에 퇴적되는 탄화수소 또는 기타 가스로 형성될 수 있다. 장치 상의 오염물질을 감소시키기 위해서는 약 70℃ 내지 120℃의 온도가 적합할 수 있다. 추가로, 상기 장치는 이러한 상승된 온도로 지속적으로 유지될 수 있거나, 또는 장치의 온도는 장치의 낮은 온도에서의 시스템의 작동 중에 퇴적되는 오염물질을 감소시키기 위해 때때로 상승될 수 있다.

전술한 실시예에서는, 복사에 의한 열전달이, 보호판과 편향기 판 사이의 열전달을 위한 주요 수단이다. 그러나, 이들 판 사이에 추가적인 열 전도체를 제공하는 것도 가능하다. 예를 들면, 탄성 변형되는 와이어나 금속으로 형성된 열 브릿지(heat bridge)가 판들 사이에 개재됨으로써, 탄성 변형에 의해 발생되는 스프링력으로 인해 판 사이의 기계적 접촉을 유지할 수 있다. 이러한 열 브릿지는 탄성 변형된 열 브릿지에 의해 가해지는 기계적인 힘이 판에 대해 감소된 굽힘 효과를 갖도록 판들 사이에 개재된 볼에 가깝게 배치되는 것이 유리할 수 있다.

요약하면, 본 발명의 실시예는 대전 입자를 사용하는 멀티 빔 적용을 위한 빔 조작 장치에 관한 것이며, 이는 대전 입자의 빔에 의해 횡단되는 복수의 개구를 갖는 멀티-개구 판을 포함한다. 멀티-개구 판의 프레임부는 멀티-개구 판에서의 온도 구배를 감소시키기 위해 가열된다. 추가로, 멀티-개구 판의 표면의 열 복사율은 온도 구배의 감소를 또한 고려하여 다른 구역에 비해 일부 구역에서 높을 수 있다.

본 발명을 그 예시적인 특정 실시예를 참조하여 설명하였으나, 당업자에게 여러가지 변형예, 수정예, 및 대체예가 명백할 것임은 자명하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 예시적인 실시예는 예시적인 것일 뿐 전혀 비제한적인 것임에 유의해야 한다. 하기 청구범위에서 한정되는 본 발명의 정신 및 범위 내에서 다양한 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (15)

1. 다수의 대전 입자 빔을 편향시키기 위한 빔 조작 장치이며,

   다수의 제1 개구를 규정하는 제1 중심부와 상기 제1 중심부 외측의 제1 프레임부를 갖는 제1 판으로서, 모두 상기 제1 판의 제1 중심부에 제공되는 다수의 편향기와 스위칭 회로를 보유하고, 상기 다수의 제1 개구는 상기 제1 개구와 연관된 편향기를 각각 가지며, 상기 편향기는 스위칭 회로에 전기 접속되고 제1 개구를 횡단하는 대전 입자 빔을 편향시키도록 구성되는, 제1 판과,

   상기 제1 판과의 사이에 갭이 형성되도록 상기 제1 판과 대향하여 배치되는 제2 판으로서, 다수의 제2 개구를 규정하는 제2 중심부와 상기 제2 중심부 외측의 제2 프레임부를 가지며, 제2 판의 제2 개구는 대전 입자의 빔이 제2 판과 제1 판을 횡단할 수 있도록 제1 판의 제1 개구에 대해 정합되는, 제2 판과,

   상기 제1 판의 제1 프레임부에 열적으로 결합되는 적어도 하나의 히터를 포함하는 빔 조작 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 히터는 제1 판의 제1 프레임부의 열 수용면과의 사이에 갭을 형성하도록 대향하는 열 방출면을 갖는 보디를 갖는 빔 조작 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 판 및 제2 판의 연장 방향에 대해 횡방향으로 배향되는 적어도 하나의 내측 열 수용면을 갖는 히트 싱크를 더 포함하는 빔 조작 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 히트 싱크의 적어도 하나의 열 수용면은 상기 제1 판의 제1 프레임부와 상기 제2 판의 제2 프레임부 중 하나의 프레임부로부터 연장되는 빔 조작 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 히트 싱크는 상기 제1 판의 제1 프레임부와 상기 제2 판의 제2 프레임부 중 하나의 프레임부와 직접적인 기계적 접촉을 하지 않는 빔 조작 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 히트 싱크는 히터를 대면하는 외측면을 가지며, 상기 열 수용면의 열 복사율은 상기 외측면의 열 복사율보다 높은 빔 조작 장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 히트 싱크는 적어도 하나의 액체 파이프를 포함하는 빔 조작 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히터는 가열 전류를 공급하기 위한 단자를 갖는 적어도 하나의 저항기를 포함하는 빔 조작 장치.
9. 다수의 대전 입자 빔을 편향시키기 위한 빔 조작 장치이며,

   다수의 제1 개구를 규정하는 제1 중심부와 상기 제1 중심부 외측의 제1 프레임부를 갖는 제1 판으로서, 모두 상기 제1 판의 제1 중심부에 제공되는 다수의 편향기와 스위칭 회로를 보유하고, 상기 다수의 제1 개구는 상기 제1 개구와 연관된 편향기를 각각 가지며, 상기 편향기는 스위칭 회로에 전기 접속되고 제1 개구를 횡단하는 대전 입자 빔을 편향시키도록 구성되는, 제1 판과,

   상기 제1 판과의 사이에 갭이 형성되도록 상기 제1 판과 대향하여 배치되는 제2 판으로서, 다수의 제2 개구를 규정하는 제2 중심부와 상기 제2 중심부 외측의 제2 프레임부를 가지며, 제2 판의 제2 개구는 대전 입자의 빔이 제2 판과 제1 판을 횡단할 수 있도록 제1 판의 제1 개구에 대해 정합되는, 제2 판을 포함하고,

   상기 스위칭 회로는 다수의 회로 디바이스 소자를 포함하며, 상기 제1 판의 제1 중심부는 제1 판의 단위 면적당 회로 디바이스 소자의 개수가 제1 값을 갖는 제1 구역을 갖고, 상기 제1 판의 제1 중심부는 제1 판의 단위 면적당 회로 디바이스 소자의 개수가 상기 제1 값보다 큰 제2 값을 갖는 제2 구역을 가지며,

   상기 제2 판의 제1 표면과 제2 표면 중 적어도 하나의 표면은 제1 열 복사율을 갖는 상기 제1 판의 제1 구역과 대향하는 제1 구역 및 상기 제1 열 복사율보다 큰 제2 열 복사율을 갖는 상기 제1 판의 제2 구역과 대향하는 제2 구역을 갖는 빔 조작 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 회로 디바이스 소자는 메모리 셀 및 시프트 레지스터를 포함하는 빔 조작 장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 제1 판의 제1 중심부의 제1 구역에서의 제1 판의 단위 면적당 제1 개구의 밀도가 상기 제1 판의 중심부의 제2 구역에 비해 높은 빔 조작 장치.
12. 다수의 대전 입자 빔을 편향시키기 위한 빔 조작 장치이며,

    다수의 제1 개구를 규정하는 제1 중심부와 상기 제1 중심부 외측의 제1 프레임부를 갖는 제1 판으로서, 모두 상기 제1 판의 제1 중심부에 제공되는 다수의 편향기와 스위칭 회로를 보유하고, 상기 다수의 제1 개구는 상기 제1 개구와 연관된 편향기를 각각 가지며, 상기 편향기는 스위칭 회로에 전기 접속되고 제1 개구를 횡단하는 대전 입자 빔을 편향시키도록 구성되는, 제1 판과,

    상기 제1 판과의 사이에 갭이 형성되도록 제1 판과 대향하여 배치되는 제2 판으로서, 다수의 제2 개구를 규정하는 제2 중심부와 상기 제2 중심부 외측의 제2 프레임부를 가지며, 제2 판의 제2 개구는 대전 입자의 빔이 제2 판과 제1 판을 횡단할 수 있도록 제1 판의 제1 개구에 대해 정합되는, 제2 판과,

    상기 제1 판과 제2 판 사이에 배치되는 적어도 하나의 볼로서, 상기 제1 판의 제1 프레임부에 형성된 홈 및 상기 제2 판의 제2 프레임부에 형성된 홈과 결합되는 볼을 포함하는 빔 조작 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 빔 조작 장치는 상호 이격 배치되는 세 개의 볼을 포함하고, 각각의 볼은 상기 제1 판 및 제2 판에 각각 제공되는 대응 홈에 결합되는 빔 조작 장치.
14. 대전 입자 빔 시스템이며,

    적어도 하나의 대전 입자 빔을 발생시키기 위한 대전 입자 소스와,

    상기 대전 입자 빔의 빔 경로에 배치되는 제1항 또는 제2항에 따른 빔 조작 장치와,

    상기 빔 조작 장치에 대한 타겟 평면에 기판 표면을 장착하기 위한 스테이지와,

    상기 빔 조작 장치의 개구를 횡단하는 대전 입자의 빔을 상기 타겟 평면 상에 유도하도록 구성된 대전 입자 광학계를 포함하는 대전 입자 빔 시스템.
15. 삭제

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