KR101483543B1 - 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법 - Google Patents

멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일태양의 하전 입자빔 묘화 장치는, 시료를 재치하는 연속 이동 가능한 스테이지와, 하전 입자빔을 방출하는 방출부와, 복수의 개구부를 가지고, 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 하전 입자빔의 조사를 받아, 복수의 개구부를 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재와, 애퍼처 부재의 복수의 개구부를 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행하는 복수의 블랭커와, 복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐하는 블랭킹 애퍼처 부재와, 블랭킹 애퍼처 부재를 통과한 멀티빔의 초점을 시료 상으로 조정하는 복수단의 대물 렌즈와, 복수단의 대물 렌즈의 각 단에 적어도 1 개 배치된, 묘화 중에 다이내믹하게 멀티빔의 초점의 이탈을 보정하는 복수의 정전 렌즈를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법{MULTI-CHARGED PARTICLE BEAM WRITING APPARATUS AND MULTI-CHARGED PARTICLE BEAM WRITING METHOD}
본 발명은, 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법에 관한 것으로, 예를 들면 멀티빔에 의한 묘화를 고정밀화하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 유일하게 패턴을 생성하는 매우 중요한 프로세스이다. 최근, LSl의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선폭은 해마다 미세화되고 있다. 여기서, 전자선(전자빔) 묘화 기술은 본질적으로 뛰어난 해상성을 가지고 있어, 웨이퍼 등에 전자선을 사용하여 묘화하는 것이 행해지고 있다.
예를 들면, 멀티빔을 사용한 묘화 장치가 있다. 1 개의 전자빔으로 묘화할 경우에 비해, 멀티빔을 이용함으로써 한 번에 많은 빔을 조사할 수 있으므로, 스루풋을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다. 이러한 멀티빔 방식의 묘화 장치에서는, 예를 들면 전자총으로부터 방출된 전자빔을 복수의 홀을 가진 마스크에 통과시켜 멀티빔을 형성하고, 각각 블랭킹(blanking) 제어되고, 차폐되지 않은 각 빔이 광학계로 축소되고, 편향기로 편향되어 시료 상의 원하는 위치로 조사된다(예를 들면, 일본특허공개공보 2006-261342호 참조).
전자빔 묘화 장치에서는, 각 샷의 빔을 대물 렌즈로 시료면 상에 초점을 조정하고, 또한 예를 들면 정전 렌즈를 사용하여, 시료면의 요철(凹凸)에 대응하도록 묘화 중에 다이내믹하게 초점 보정(다이내믹 포커스(dynamic focus))을 행하고 있다. 그러나, 다이내믹 포커스를 행하면, 시료면 상에서 빔 이미지에 회전 변동을 발생시킨다. 또한, 배율 변동을 발생시킨다. 이러한 문제에 의해, 묘화 위치 정밀도가 열화된다. 싱글빔 방식에서는, 빔 개수가 1 개이므로, 1 개의 샷에 대하여 회전과 배율 변동이 발생하기 때문에, 위치 오차로서는, 그다지 큰 오차가 되지는 않는 경우가 많다. 그러나 싱글빔 방식과는 달리 멀티빔 방식에서는, 1 회의 샷으로 동시에 조사되는 빔 개수가 많기 때문에, 멀티빔 전체에 회전과 배율 변동이 발생하면, 묘화 위치 오차로서 허용할 수 없는 것이 될 수 있다. 이 때문에, 이러한 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전과 배율 변동을 최대한 저감시키는 것이 요구된다. 물론 싱글빔 방식에서도, 향후 진보된 묘화 정밀도가 요구되는 가운데 이러한 문제는 커질 것이라는 것이 예상된다.
본 발명은, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전과 배율 변동 중 적어도 1 개를 제어하는 것이 가능한 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법을 제공한다.
본 발명의 일태양의 멀티 하전 입자빔 묘화 장치는,
시료를 재치(載置)하는 연속 이동 가능한 스테이지와,
하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
복수의 개구부를 가지고, 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 하전 입자빔의 조사를 받고, 복수의 개구부를 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티빔을 형성하는 애퍼처(aperture) 부재와,
애퍼처 부재의 복수의 개구부를 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행하는 복수의 블랭커와,
복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐하는 블랭킹 애퍼처 부재와,
블랭킹 애퍼처 부재를 통과한 멀티빔의 초점을 시료 상으로 조정하는 복수단의 대물 렌즈와,
복수단의 대물 렌즈의 각 단에 적어도 1 개 배치된, 묘화 중에 다이내믹하게 멀티빔의 초점의 이탈을 보정하는 복수의 정전 렌즈
를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일태양의 멀티 하전 입자빔 묘화 방법은,
애퍼처 부재가 가지는 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 하전 입자빔의 조사를 받고, 복수의 개구부를 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써 형성된 멀티빔의 초점을, 복수단의 대물 렌즈를 이용하여 시료 상으로 조정하고,
복수단의 대물 렌즈의 각 단에 적어도 1 개 배치된 복수의 정전 렌즈에 의해, 묘화 중에 다이내믹하게 멀티빔의 초점의 이탈을 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전과 배율 변동 중 적어도 1 개를 억제하는 것이 가능한 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 멀티 하전 입자빔 묘화 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2의 (a)와 도 2의 (b)는 실시예 1에서의 애퍼처 부재의 구성을 도시한 개념도이다.
도 3은 실시예 1에서의 블랭킹 플레이트의 구성을 도시한 개념도이다.
도 4의 (a) 내지 도 4의 (c)는 실시예 1에서의 묘화 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 실시예 1의 비교예가 되는 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전량의 일례를 나타낸 도이다.
도 6은 실시예 1에서의 다이내믹 포커스에 이용되는 정전 렌즈의 일례를 도시한 구성도이다.
도 7은 실시예 1에서의 2 단의 정전 렌즈로 발생하는 회전량의 일례를 나타낸 도이다.
도 8의 (a)와 도 8의 (b)는 실시예 1에서의 2 단의 대물 렌즈와 2 단의 정전 렌즈의 구성과, 회전량의 일례를 나타낸 도이다.
도 9는 실시예 1 에서의 2 단의 정전 렌즈에서 전압을 가변으로 할 시의 이미지의 회전량의 일례를 나타낸 도이다.
도 10의 (a)와 도 10의 (b)는 실시예 1에서의 2 단의 정전 렌즈의 효과의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 실시예 1의 비교예가 되는 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 배율 변동의 일례를 나타낸 도이다.
도 12는 실시예 1에서의 2 단의 정전 렌즈에서 전압을 가변으로 할 시의 이미지의 배율 변동의 일례를 나타낸 도이다.
도 13의 (a)와 도 13의 (b)는 실시예 1에서의 2 단의 정전 렌즈의 효과의 다른 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 14는 실시예 2에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 15는 실시예 2에서의 3 단의 정전 렌즈에서 전압을 가변으로 할 시의 이미지의 회전과 배율 변동의 일례를 나타낸 도이다.
이하, 실시예에서는 하전 입자빔의 일례로서, 전자빔을 이용한 구성에 대하여 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되지 않고, 이온빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다.
이하, 실시예는 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전과 배율 변동 중 적어도 1 개를 억제하는 것이 가능한 묘화 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 1은, 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다. 도 1에서, 묘화 장치(100)는 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치의 일례이다. 묘화부(150)는 전자 경통(102)과 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 애퍼처 부재(203), 블랭킹 플레이트(204), 축소 렌즈(205), 편향기(212), 제한 애퍼처 부재(206), 2 단의 대물 렌즈(207, 208) 및 2 단의 정전 렌즈(212, 214)가 배치되어 있다. 묘화실(103) 내에는 XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는 묘화 시에는 묘화 대상 기판이 되는 마스크 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는 반도체 장치를 제조할 시의 노광용 마스크, 혹은 반도체 장치가 제조되는 반도체 기판(실리콘 웨이퍼) 등이 포함된다. 또한 시료(101)에는, 레지스트가 도포된, 아직 아무것도 묘화되어 있지 않은 마스크 블랭크스가 포함된다.
제어부(160)는 제어 회로(110), 앰프(120, 122)를 가지고 있다. 제어 회로(110), 앰프(120, 122)는 도시하지 않은 버스를 개재하여 서로 접속되어 있다.
여기서 도 1에서는, 실시예 1을 설명함에 있어서 필요한 구성을 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어서, 통상, 필요한 그 외의 구성을 구비하고 있어도 상관없다.
도 2의 (a)와 도 2의 (b)는, 실시예 1에서의 애퍼처 부재의 구성을 도시한 개념도이다. 도 2의 (a)에서, 애퍼처 부재(203)에는 종(y 방향) m 열 x 횡(x 방향) n 열(m, n ≥ 2)의 홀(개구부)(22)이 소정의 배열 피치로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 도 2의 (a)에서는, 예를 들면 512 x 8 열의 홀(22)이 형성된다. 각 홀(22)은, 모두 동일한 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은 동일한 외경의 원형이어도 상관없다. 여기서는, y 방향의 각 열에 대하여, x 방향으로 A부터 H까지의 8 개의 홀(22)이 각각 형성되는 예가 도시되어 있다. 이들 복수의 홀(22)을 전자빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티빔(20)이 형성되게 된다. 여기서는, 종횡(x, y 방향)이 모두 2 열 이상의 홀(22)이 배치된 예를 도시했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 종횡(x, y 방향) 중 어느 일방이 복수열이고 타방은 1 열뿐이어도 상관없다. 또한, 홀(22)의 배열의 방식은, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 종횡이 격자 형상으로 배치되는 경우에 한정되지 않는다. 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 예를 들면 종방향(y 방향) 1 단째의 열과, 2 단째의 열의 홀끼리가, 횡방향(x 방향)으로 치수 a 만큼 어긋나 배치되어도 된다. 마찬가지로, 종방향(y 방향) 2 단째의 열과, 3 단째의 열의 홀끼리가, 횡방향(x 방향)으로 치수 b 만큼 어긋나 배치되어도 된다.
도 3은, 실시예 1에서의 블랭킹 플레이트의 구성을 도시한 개념도이다. 블랭킹 플레이트(204)에는, 애퍼처 부재(203)의 각 홀(22)의 배치 위치에 맞추어 통과홀이 형성되고, 각 통과홀에는, 쌍이 되는 2 개의 전극(24, 26)의 조(블랭커 : 제1 편향기)가 각각 배치된다. 각 통과홀을 통과하는 전자빔(20)은, 각각 독립하여 이러한 쌍이 되는 2 개의 전극(24, 26)에 인가되는 전압에 의해 편향된다. 이러한 편향에 의해 블랭킹 제어된다. 이와 같이, 복수의 블랭커가 애퍼처 부재(203)의 복수의 홀(22)(개구부)을 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행한다.
전자총(201)(방출부)으로부터 방출된 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 대략 수직으로 애퍼처 부재(203) 전체를 조명한다. 애퍼처 부재(203)에는 직사각형의 복수의 홀(개구부)이 형성되고, 전자빔(200)은 모든 복수의 홀이 포함되는 영역을 조명한다. 복수의 홀의 위치에 조사된 전자빔(200)의 각 일부가, 이러한 애퍼처 부재(203)의 복수의 홀을 각각 통과함으로써, 예를 들면 직사각형 형상의 복수의 전자빔(멀티빔)(20a ~ e)이 형성된다. 이러한 멀티빔(20a ~ e)은, 블랭킹 플레이트(204)의 각각 대응하는 블랭커(제1 편향기) 내를 통과한다. 이러한 블랭커는, 각각 개별로 통과하는 전자빔(20)을 편향한다(블랭킹 편향을 행한다). 그리고, 블랭킹 플레이트(204)를 통과한 멀티빔(20a ~ e)은 축소 렌즈(205)에 의해 축소되고, 제한 애퍼처 부재(206)에 형성된 중심의 홀을 향해 나아간다. 여기서 블랭킹 플레이트(204)의 블랭커에 의해 편향된 전자빔(20)은, 제한 애퍼처 부재(206)(블랭킹 애퍼처 부재)의 중심의 홀로부터 위치가 이탈하고, 제한 애퍼처 부재(206)에 의해 차폐된다(도 1 중의 파선). 한편, 블랭킹 플레이트(204)의 블랭커에 의해 편향되지 않은 전자빔(20)은, 제한 애퍼처 부재(206)의 중심의 홀을 통과한다. 이러한 블랭커의 ON / OFF에 의해 블랭킹 제어가 행해지고, 빔의 ON / OFF가 제어된다. 이와 같이, 제한 애퍼처 부재(206)는, 복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐한다. 그리고, 빔 ON이 되고 나서 빔 OFF가 될 때까지 형성된, 제한 애퍼처 부재(206)를 통과한 빔에 의해 1 회분의 샷의 빔이 형성된다. 제한 애퍼처 부재(206)를 통과한 멀티빔(20)은, 2 단의 대물 렌즈(207, 208)에 의해 초점이 조정되고, 원하는 축소율(배율)의 패턴 이미지가 되어, 각 빔의 시료(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다. 또한 예를 들면, XY 스테이지(105)가 이동하면서 묘화 위치가 매번 변화하기 때문에, 멀티빔(20)이 조사되는 시료면 상의 높이가 변화한다. 이 때문에, 정전 렌즈(212, 214)에 의해, 묘화 중에, 다이내믹하게 멀티빔(20)의 초점 이탈이 보정(다이내믹 포커스)된다. 한 번에 조사되는 멀티빔(20)은, 이상적으로는 애퍼처 부재(203)의 복수의 홀의 배열 피치에 상술한 원하는 축소율을 곱한 피치로 배열되게 된다. 묘화 장치(100)는, 샷 빔을 연속하여 차례로 조사하는 래스터 스캔 방식으로 묘화 동작을 행하여, 원하는 패턴을 묘화할 시, 패턴에 따라 필요한 빔이 블랭킹 제어에 의해 빔 ON으로 제어된다.
도 4의 (a) ~ 도 4의 (c)는, 실시예 1에서의 묘화 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 시료(101)의 묘화 영역(30)은, 예를 들면 y 방향을 향해 소정의 폭으로 사각형(短冊) 형상의 스트라이프 영역(32)으로 가상 분할된다. 이러한 각 스트라이프 영역(32)은 묘화 단위 영역이 된다. 우선, XY 스테이지(105)를 이동시켜, 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 좌단, 혹은 더 좌측의 위치에 1 회의 멀티빔(20)의 조사로 조사 가능한 조사 영역(34)이 위치하도록 조정하고, 묘화가 개시된다. 제1 번째 스트라이프 영역(32)을 묘화할 시에는, XY 스테이지(105)를 예를 들면 ? 방향으로 이동시킴으로써, 상대적으로 x 방향으로 묘화가 진행된다. XY 스테이지(105)는 소정의 속도로 예를 들면 연속 이동시킨다. 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 묘화 종료 후, 스테이지 위치를 ? 방향으로 이동시켜, 제2 번째의 스트라이프 영역(32)의 우단, 혹은 더 위측의 위치에 조사 영역(34)이 상대적으로 y 방향에 위치하도록 조정하고, 이번에는 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, XY 스테이지(105)를 예를 들면 x 방향으로 이동시킴으로써, -x 방향을 향해 마찬가지로 묘화를 행한다. 제3 번째의 스트라이프 영역(32)에서는, x 방향을 향해 묘화하고, 제4 번째의 스트라이프 영역(32)에서는, -x 방향을 향해 묘화하는 것과 같이, 교호로 방향을 변경하면서 묘화함으로써 묘화 시간을 단축할 수 있다. 단, 이러한 교호로 방향을 변경하면서 묘화할 경우에 한정되지 않고, 각 스트라이프 영역(32)을 묘화할 시, 동일 방향을 향해 묘화를 진행하도록 해도 상관없다. 1 회의 샷에서는, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 애퍼처 부재(203)의 각 홀(22)을 통과함으로써 형성된 멀티빔에 의해, 각 홀(22)과 동일한 수의 복수의 샷 패턴(36)이 한 번에 형성된다. 예를 들면, 애퍼처 부재(203)의 1 개의 홀(A)을 통과한 빔은, 도 4의 (c)에서 도시한 'A'의 위치에 조사되고, 그 위치에 샷 패턴(36)을 형성한다. 마찬가지로, 예를 들면 애퍼처 부재(203)의 1 개의 홀(B)을 통과한 빔은 도 4의 (c)에 도시한 'B'의 위치에 조사되고, 그 위치에 샷 패턴(36)을 형성한다. 이하, C ~ H에 대해서도 동일하다. 그리고 각 스트라이프(32)를 묘화할 시, x 방향을 향해 XY 스테이지(105)가 이동하는 중, 편향기(208)에 의해 y 방향 혹은 x, y 방향으로 각 샷이 차례로 이동하(스캔하)도록 편향하고, 샷 빔을 연속하여 차례로 조사하는 래스터 스캔 방식으로 묘화한다.
도 5는, 실시예 1의 비교예가 되는 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전량의 일례를 도시한 도이다. 예를 들면, 1 단의 정전 렌즈만으로 다이내믹 포커스를 행할 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 정전 렌즈에 인가하는 전압을 변화시키면, 이에 수반하여 회전량도 커진다. 도 5의 예에서는, 80 ?각의 조사 영역의 코너에서의 회전량의 일례를 나타내고 있다. 예컨대, 정전 렌즈에 인가하는 전압이 40 V일 경우, 이미지의 회전량은 3 × 10-9 m가 되고, 100 V일 경우, 이미지의 회전량은 8 × 10-9 m가 된다. 특히 멀티빔 방식에서는, 1 회의 샷으로 동시에 조사되는 빔의 개수가 많기 때문에, 멀티빔의 조사 영역은, 싱글빔 방식의 샷 영역에 비해 크다. 이 때문에, 멀티빔의 조사 영역에 회전 이탈이 발생하면, 각 빔의 조사 위치의 이탈이 커진다. 물론 싱글빔 방식에서도, 향후, 진보된 묘화 정밀도가 요구되는 가운데 이러한 문제는 큰 것이 될 것이라는 것이 예상된다.
도 6은, 실시예 1에서의 다이내믹 포커스에 이용되는 정전 렌즈의 일례를 도시한 구성도이다. 정전 렌즈(212, 214)는, 예컨대, 링 형상의 3 단의 전극(50, 52, 54)으로 구성되고, 상하의 전극(50, 54)은 0 V의 전압이, 중단의 전극(52)에 양의 전압이 인가됨으로써 다이내믹 포커스를 행한다. 이 때문에, 이러한 정전 렌즈(212, 214)를 통과하는 전자는, 전압 변동에 수반하여 속도(v)가 변화하게 된다. 여기서, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전량(θ)은 이하의 식 (1)과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112013021312962-pat00001
이와 같이, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전량(θ)은, 자장(B)을 전자의 이동 속도(v)로 나눈 값을 광축을 따른 거리(z)로 적분한 값에 비례한다. 따라서, 실시예 1에서는, 다이내믹 포커스용의 정전 렌즈를 2 단으로 구성하고, 일방의 정전 렌즈(예를 들면, 정전 렌즈(212))에서 발생하는 회전량(θ)을 타방의 정전 렌즈(예를 들면, 정전 렌즈(214))에서 발생하는 회전량(θ)으로 상쇄하도록 구성한다.
도 7은, 실시예 1에서의 2 단의 정전 렌즈에서 발생하는 회전량의 일례를 나타낸 도이다. 도 7에서, 양(+)측의 사선으로 나타낸 영역(A)의 면적이, 예를 들면, 정전 렌즈(212)에 의해 발생하는 자장(B)을 전자의 이동 속도(v)로 나눈 값을 광축을 따른 거리(z)로 적분한 값(회전량)을 나타낸다. 한편, 음(-)측의 사선으로 나타낸 영역(B)의 면적이, 예를 들면, 정전 렌즈(214)에 의해 발생하는 자장(B)을 전자의 이동 속도(v)로 나눈 값을 광축을 따른 거리(z)로 적분한 값(회전량)을 나타낸다.
도 8의 (a)와 도 8의 (b)는, 실시예 1에서의 2 단의 대물 렌즈와 2 단의 정전 렌즈의 구성과, 회전량의 일례를 나타낸 도이다. 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 전자 렌즈로 구성되는 대물 렌즈(207)의 자장 중심에 정전 렌즈(212)를 배치한다. 또한, 전자 렌즈로 구성되는 대물 렌즈(208)의 자장 중심에 정전 렌즈(214)를 배치한다. 여기서는, 자장 중심에 각각 정전 렌즈(212, 214)가 배치되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 상하 방향 중 어느 일방에 적절히 어긋나 배치되어도 상관없다. 각 정전 렌즈의 배치 높이 위치는, 가능한 한 자장 중심에 근접한 편이 바람직하지만, 배치하는 대물 렌즈에 높이 방향에서 일부라도 중첩되는 위치이면 된다. 그리고 도 8의 (b)에서, 양(+)측의 사선으로 나타낸 영역(A)의 면적이, 정전 렌즈(212)에 의해 발생하는 자장(B)을 전자의 이동 속도(v)로 나눈 값을 광축을 따른 거리(z)로 적분한 값(회전량)을 나타낸다. 한편, 음(-)측의 사선으로 나타낸 영역(B)의 면적이, 예를 들면 정전 렌즈(214)에 의해 발생하는 자장(B)을 전자의 이동 속도(v)로 나눈 값을 광축을 따른 거리(z)로 적분한 값(회전량)을 나타낸다. 이러한 영역(A)과 영역(B)의 면적이 부호를 반전시킨 동일한 값으로 할 수 있으면, 이미지의 회전을 상쇄할(없앨) 수 있다. 실시예 1에서는, 이러한 영역(A)과 영역(B)의 면적이 부호를 반전시킨 동일한 값이 되도록 인가하는 전압끼리를 조정한다. 이에 의해, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전을 무회전으로 할 수 있다.
도 9는, 실시예 1에서의 2 단의 정전 렌즈에서 전압을 가변으로 할 시 이미지의 회전량의 일례를 나타낸 도이다. 여기서는, 예를 들면, 1 단째의 정전 렌즈(212)에 100 V의 전압을 인가할 시, 2 단째의 정전 렌즈(214)에 인가하는 전압을 가변으로 변경할 경우의 일례를 나타내고 있다. 도 9에서는, 예를 들면, 2 단째의 정전 렌즈(214)에 83 V의 전압을 인가할 경우, 회전량이 0(회전 변동각이 0°)이 된다. 따라서, 이러한 1 단째의 정전 렌즈(212)에 인가하는 전압(V1)과 제2 단째의 정전 렌즈(214)에 인가하는 전압(V2)의 전압비(V1 / V2)를 항상 유지하도록 연동시켜 전압 조정을 행함으로써, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전을 무회전으로 할 수 있다.
따라서, 이러한 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전을 무회전으로 할 수 있는 전압비를 미리 시뮬레이션 혹은 실험 등에 의해 구하고, 제어 회로(110)에 설정한다. 묘화 시에는, 이러한 전압비를 유지하도록 1 단째의 정전 렌즈(212)에 인가하는 전압(V1)과 2 단째의 정전 렌즈(214)에 인가하는 전압(V2)을 제어하면 된다. 이러한 구성에 의해, 시료면 상에서 멀티빔 이미지를 무회전으로 할 수 있다. 1 단째의 정전 렌즈(212)에는, 제어 회로(110)로부터 출력된 디지털 신호를 앰프(120)에서 아날로그 신호(전압)로 변환하고, 제어 전압(V1)을 인가한다. 2 단째의 정전 렌즈(214)에는, 제어 회로(110)로부터 출력된 디지털 신호를 앰프(122)에서 아날로그 신호(전압)로 변환하고, 제어 전압(V2)을 인가한다.
도 10의 (a)와 도 10의 (b)는, 실시예 1에서의 2 단의 정전 렌즈의 효과의 일례를 설명하기 위한 개념도이다. 싱글빔 방식에서는, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 조사 영역이 1 개의 빔의 샷 도형(11)이 되므로, 회전 반경(r0)이 작다. 따라서, 다이내믹 포커스에 의존하는 회전이 발생해도 그 위치 오차는 작다. 이에 대하여, 멀티빔 방식에서는, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 다수의 빔 개수에 의한 다수의 샷 도형(36)이 1 회의 샷으로 조사되기 때문에, 조사 영역(10)이 크다. 따라서, 이에 수반하여 회전 반경(r1)도 커진다. 따라서, 다이내믹 포커스에 의존하는 회전이 발생하면 조사 영역(10) 전체가 회전하므로, 각 샷 도형(36)의 위치 이탈량도 커진다. 따라서 실시예 1과 같이, 2 단의 정전 렌즈를 배치하여, 이미지의 회전을 상쇄함으로써, 이러한 위치 이탈을 억제할 수 있다. 특히, 멀티빔 방식에서 그 효과가 큰 것이 된다.
상술한 예에서는, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전을 보정하는 예를 나타냈지만, 이 대신에 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 배율 변동을 보정해도 된다.
도 11은, 실시예 1의 비교예가 되는 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 배율 변동의 일례를 나타낸 도이다. 예를 들면, 1 단의 정전 렌즈만으로 다이내믹 포커스를 행할 경우, 도 11에 나타낸 바와 같이, 정전 렌즈에 인가하는 전압을 변화시키면, 이에 수반하여 배율 변동에 수반하는 위치 이?량도 커진다. 도 11의 예에서는, 80 μm각의 조사 영역의 코너에서의 배율 변동에 수반하는 위치 이탈량의 일례를 나타내고 있다. 예를 들면, 정전 렌즈에 인가하는 전압이 60 V일 경우, 이미지의 위치 이탈량은 1 × 10-9 m가 되고, 100 V일 경우, 이미지의 위치 이탈량은 1.65 × 10-9 m가 된다. 특히 멀티빔 방식에서는, 1 회의 샷으로 동시에 조사되는 빔 개수가 많기 때문에, 멀티빔의 조사 영역은 싱글빔 방식의 샷 영역에 비해 크다. 이 때문에, 멀티빔의 조사 영역에 배율 변동이 발생하면, 각 빔의 조사 위치의 이탈이 커진다. 물론 싱글빔 방식에서도, 향후, 진보된 묘화 정밀도가 추구되는 가운데 이러한 문제는 큰 것이 될 것이라는 것이 예상된다.
도 12는, 실시예 1에서의 2 단의 정전 렌즈에서 전압을 가변으로 할 시의 이미지의 배율 변동의 일례를 나타낸 도이다. 여기서는, 예를 들면 1 단째의 정전 렌즈(212)에 100 V의 전압을 인가할 시, 2 단째의 정전 렌즈(214)에 인가하는 전압을 가변으로 변경할 경우의 일례를 나타내고 있다. 도 12에서는, 예를 들면 2 단째의 정전 렌즈(214)에 27 V의 전압을 인가할 경우, 배율 변동이 0(배율 변동율이 1)이 되었다. 따라서, 이러한 1 단째의 정전 렌즈(212)에 인가하는 전압(V1)과 2 단째의 정전 렌즈(214)에 인가하는 전압(V2)의 전압비(V1 / V2)를 항상 유지하도록 연동시켜 전압 조정을 행함으로써, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 배율 변동이 발생하지 않도록 할 수 있다.
따라서, 이러한 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 배율 변동이 발생하지 않도록 할 수 있는 전압비를 미리 시뮬레이션 혹은 실험 등에 의해 구하고, 제어 회로(110)에 설정한다. 묘화 시에는, 이러한 전압비를 유지하도록 1 단째의 정전 렌즈(212)에 인가하는 전압(V1)과 2 단째의 정전 렌즈(214)에 인가하는 전압(V2)을 제어하면 된다. 이러한 구성에 의해, 시료면 상에서 멀티빔 이미지의 배율 변동을 불변동으로 할 수 있다.
도 13의 (a)와 도 13의 (b)는, 실시예 1에서의 2 단의 정전 렌즈의 효과의 다른 일례를 설명하기 위한 개념도이다. 싱글빔 방식에서는, 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 조사 영역이 1 개의 빔의 샷 도형(11)이 되므로, 다이내믹 포커스에 의존하는 배율 변동이 발생해도 그 위치 오차는 작다. 이에 대하여 멀티빔 방식에서는, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 다수의 빔 개수에 의한 다수의 샷 도형(36)이 1 회의 샷으로 조사되기 때문에, 조사 영역(10)이 크다. 따라서, 다이내믹 포커스에 의존하는 배율 변동이 발생하면 조사 영역(10) 전체의 배율이 변동하므로, 싱글빔 방식과 동일한 배율 변동이 발생할 경우에 각 샷 도형(36)의 위치 이탈량도 커진다. 따라서 실시예 1과 같이, 2 단의 정전 렌즈를 배치하여, 이미지의 배율 변동을 상쇄함으로써, 이러한 위치 이탈량을 억제할 수 있다. 특히, 멀티빔 방식에서 그 효과가 큰 것이 된다.
이상과 같이, 실시예 1에 따르면, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전과 배율 변동 중 적어도 1 개를 억제할 수 있다.
실시예 1에서는, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전 혹은 배율 변동 중 일방만을 보정하는 구성에 대하여 설명했지만, 실시예 2에서는 양방을 보정하는 구성에 대하여 설명한다.
도 14는, 실시예 2에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다. 도 14에서, 2 단의 정전 렌즈(212, 214) 대신에, 3 단의 정전 렌즈(212, 214, 216)가 배치된 점, 및 3 단째의 정전 렌즈(216)용의 앰프(124)를 추가한 점 이외에는, 도 1과 동일하다. 또한, 이하에 특별히 설명하는 점 이외의 내용은, 실시예 1과 동일하다. 도 14에서는, 대물 렌즈(207)의 자장 중심 부근에 정전 렌즈(212)가 배치되고, 대물 렌즈(208)의 자장 중심 부근에 2 단의 정전 렌즈(214, 216)가 배치된다. 각 정전 렌즈의 배치 높이 위치는, 가능한 한 자장 중심에 근접한 편이 바람직하지만, 배치하는 대물 렌즈에 높이 방향에서 일부라도 중첩되는 위치이면 된다.
도 15는, 실시예 2에서의 3 단의 정전 렌즈에서 전압을 가변으로 할 시의 이미지의 회전과 배율 변동의 일례를 나타낸 도이다. 여기서는, 예를 들면 1 단째의 정전 렌즈(212)에 100 V의 전압을 인가할 시, 2 단째의 정전 렌즈(214)에 인가하는 전압(V2)과 3 단째의 정전 렌즈(216)에 인가하는 전압(V3)을 가변으로 할 경우의 일례를 나타내고 있다.
따라서 도 15에서는, 도시하고 있지 않지만, 이러한 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전을 무회전으로 할 수 있고, 또한 배율 변동을 발생시키지 않는 3 개의 전압(V1, V2, V3)의 조합을 시뮬레이션 혹은 실험 등에 의해 구하고, 이러한 3 개의 전압(V1, V2, V3)의 전압비를 구하고, 제어 회로(110)에 설정한다. 그리고, 이러한 1 단째의 정전 렌즈(212)에 인가하는 전압(V1)과 2 단째의 정전 렌즈(214)에 인가하는 전압(V2)과 3 단째의 정전 렌즈(216에 인가하는 전압(V3)의 전압비(V1 : V2 : V3)를 항상 유지하도록 연동시켜 전압 조정을 행한다. 1 단째의 정전 렌즈(212)에는, 제어 회로(110)로부터 출력된 디지털 신호를 앰프(120)에서 아날로그 신호(전압)로 변환하고, 제어 전압(V1)을 인가한다. 2 단째의 정전 렌즈(214)에는, 제어 회로(110)로부터 출력된 디지털 신호를 앰프(122)에서 아날로그 신호(전압)로 변환하고, 제어 전압(V2)을 인가한다. 3 단째의 정전 렌즈(216)에는, 제어 회로(110)로부터 출력된 디지털 신호를 앰프(124)에서 아날로그 신호(전압)로 변환하고, 제어 전압(V3)을 인가하면 된다.
이상과 같이, 실시예 2에 따르면, 다이내믹 포커스에 의존하는 이미지의 회전과 배율 변동의 양방이 발생하지 않도록 할 수 있다.
또한 실시예 2에서는, 3 단의 정전 렌즈를 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 3 단 이상이면 된다. 또한 도 14의 예에서는, 대물 렌즈(207)의 자장 중심 부근에 정전 렌즈(212)가 배치되고, 대물 렌즈(208)의 자장 중심 부근에 2 단의 정전 렌즈(214, 216)가 배치되는 구성을 나타냈다. 그러나, 어느 대물 렌즈측을 복수단으로 해도 된다. 혹은, 양방의 대물 렌즈에 복수단의 정전 렌즈를 배치해도 된다.
이상, 구체예를 참조하여 실시예에 대하여 설명했다. 그러나 본 발명은, 이들 구체예에 한정되지 않는다. 상술한 래스터 스캔 동작은 일례이며, 멀티빔을 이용한 래스터 스캔 동작 그 외의 동작 방법이어도 된다.
또한, 장치 구성 또는 제어 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 장치 구성 또는 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
이 외에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 및 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 몇 개의 실시예를 설명했지만, 이들 실시예는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규한 실시예는, 이 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시예 및 그 변형은, 발명의 범위 및 요지에 포함되고, 또한 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (11)

  1. 시료를 재치하는 연속 이동 가능한 스테이지와,
    하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
    복수의 개구부를 가지고, 상기 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 상기 하전 입자빔의 조사를 받고, 상기 복수의 개구부를 상기 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티빔을 형성하는 애퍼처(aperture) 부재와,
    상기 애퍼처 부재의 복수의 개구부를 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹(blanking) 편향을 행하는 복수의 블랭커와,
    상기 복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐하는 블랭킹 애퍼처 부재와,
    상기 블랭킹 애퍼처 부재를 통과한 멀티빔의 초점을 상기 시료 상으로 조정하는 복수단의 대물 렌즈와,
    상기 복수단의 대물 렌즈의 각 단에 적어도 1 개 배치된, 묘화 중에 다이내믹(dynamic)하게 상기 멀티빔의 초점의 이탈을 보정하는 복수의 정전 렌즈
    를 구비하고,
    상기 복수의 정전 렌즈는 3 개의 정전 렌즈이며,
    상기 3 개의 정전 렌즈에 인가되는 각각의 전압의 전압비가, 시료면 상에서 멀티빔 이미지가 무회전이 되고, 또한 시료면 상에서 멀티빔 이미지의 배율이 불변동이 되는 전압비가 되도록, 상기 3 개의 정전 렌즈에 각각 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수단의 대물 렌즈는 2 단으로 구성되고,
    상기 2 단의 대물 렌즈의 일방에 상기 3 개의 정전 렌즈 중 2 단의 정전 렌즈가 배치되고, 상기 2 단의 대물 렌즈의 타방에 상기 3 개의 정전 렌즈 중 1 단의 정전 렌즈가 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 정전 렌즈는, 각각 3 단의 전극을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 3 단의 전극 중, 상하의 전극에 0 V의 전압이, 중단의 전극에 양의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 정전 렌즈는, 각각 상기 복수단의 대물 렌즈 중 어느 하나의 자장 중심 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 애퍼처 부재가 가지는 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 하전 입자빔의 조사를 받고, 상기 복수의 개구부를 상기 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써 형성된 멀티빔의 초점을, 복수단의 대물 렌즈를 이용하여 시료 상으로 조정하고,
    상기 복수단의 대물 렌즈의 각 단에 적어도 1 개 배치된 복수의 정전 렌즈에 의해, 묘화 중에 다이내믹하게 상기 멀티빔의 초점의 이탈을 보정하고,
    상기 복수의 정전 렌즈는 3 개의 정전 렌즈이며,
    상기 3 개의 정전 렌즈에 인가되는 각각의 전압의 전압비가, 시료면 상에서 멀티빔 이미지가 무회전이 되고, 또한 시료면 상에서 멀티빔 이미지의 배율이 불변동이 되는 전압비가 되도록, 상기 3 개의 정전 렌즈에 각각 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수단의 대물 렌즈는 2 단으로 구성되고,
    상기 2 단의 대물 렌즈의 일방에 상기 3 개의 정전 렌즈 중 2 단의 정전 렌즈가 배치되고, 상기 2 단의 대물 렌즈의 타방에 상기 3 개의 정전 렌즈 중 1 단의 정전 렌즈가 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
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