KR101832177B1 - 소자, 노광 장치 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 컴플리멘터리·리소그래피로, 미세한 라인 패턴을 안정적으로 가공할 수 있는 멀티빔 형성 소자를 실현한다.
[해결수단] 빔을 성형하여 편향시키는 소자로서, 소자의 제1 면 측으로부터 입사되는 빔을 성형하여 통과시키는 제1 개공(開孔)을 갖는 어퍼처층과, 어퍼처층을 통과한 빔을 통과시켜 편향시키는 편향층을 구비하고, 편향층은, 제1 개공에 대응하는 편향층 내의 빔 통과 공간에 상대하는 제1 전극을 갖는 제1 전극부와, 편향층 내에 있어서 인접층과는 독립적으로 빔 통과 공간을 향해 연신하는 연신부 및 단부에 있어서 빔 통과 공간을 사이에 두고 제1 전극에 대향하는 제2 전극을 갖는 제2 전극부를 갖는 소자 및 이러한 소자를 적용한 노광 장치를 제공한다.

Description

소자, 노광 장치 및 제조 방법{DEVICE, EXPOSURE APPARATUS AND MANUFACTURAING METHOD}
본 발명은, 소자, 노광 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 선폭이 수십 nm 정도인 광 노광 기술로 형성한 단순한 라인 패턴에, 전자빔 등의 하전 입자빔을 이용한 노광 기술을 이용하여 가공함으로써, 미세한 배선 패턴을 형성하는 컴플리멘터리·리소그래피가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조). 또한, 복수의 하전 입자빔을 갖는 멀티빔을 형성하는 소자를 이용한 멀티빔 노광 기술도 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 3 및 4 참조).
일본특허공개 2013-16744호 공보 일본특허공개 2013-157547호 공보 일본특허공개 2010-267962호 공보 일본특허 평9-293654호 공보
그러나, 이러한 방법에 있어서, 종래의 멀티빔 형성 소자를 이용한 멀티빔 노광으로, 상이한 선폭 및 상이한 피치로 작성된 라인 패턴을 가공하는 것은 곤란하였다. 한편으로, 가공해야 할 라인 패턴은 보다 미세화되고 있으며, 미세한 라인 패턴을 안정적으로 가공할 수 있는 멀티빔 형성 소자가 요구되고 있었다.
본 발명의 제1 태양에 있어서는, 빔을 성형하여 편향시키는 소자로서, 해당 소자의 제1 면 측으로부터 입사되는 빔을 성형하여 통과시키는 제1 개공(開孔)을 갖는 어퍼처층과, 어퍼처층을 통과한 빔을 통과시켜 편향시키는 편향층을 구비하고, 편향층은, 제1 개공에 대응하는 편향층 내의 빔 통과 공간에 상대하는 제1 전극을 갖는 제1 전극부와, 편향층 내에 있어서 인접층과는 독립적으로 빔 통과 공간을 향해 연신하는 연신부 및 단부에 있어서 빔 통과 공간을 사이에 두고 제1 전극에 대향하는 제2 전극을 갖는 제2 전극부를 갖는 소자 및 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제2 태양에 있어서는, 빔을 성형하여 편향시키는 소자를 제조하는 제조 방법으로서, 소자의 제1 면 측으로부터 입사되는 빔을 성형하여 통과시키는 제1 개공을 갖는 어퍼처층을 형성하는 어퍼처층 처리 단계와, 어퍼처층을 통과한 빔을 통과시켜 편향시키는 편향층을 형성하는 편향층 처리 단계를 구비하고, 편향층 처리 단계는, 제1 개공에 대응하는 편향층 내의 빔 통과 공간에 상대하는 제1 전극을 갖는 제1 전극부와, 편향층 내에 있어서 인접층과는 독립적으로 빔 통과 공간을 향해 연신하는 연신부 및 단부에 있어서 빔 통과 공간을 사이에 두고 제1 전극에 대향하는 제2 전극을 갖는 제2 전극부를 형성하는 제조 방법을 제공한다.
한편, 상기 발명의 개요는, 본 발명의 필요한 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 또한, 이들 특징군의 서브콤비네이션 또한 발명이 될 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)의 구성예를 나타낸다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)가 어레이빔을 주사하여, 시료(116)의 표면의 일부에 형성하는 조사 가능 영역(200)의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)의 동작 플로우를 나타낸다.
도 4는 시료(116)에 형성해야 하는 커트 패턴의 정보의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 주사 제어부(190)가 어레이빔의 조사 위치를 프레임의 개시점으로 이동한 경우의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 선택부(160)의 일례를 나타낸다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 노광 제어부(140)가, 블랭킹 전극(64)에 공급하는 제어 신호의 타이밍 차트의 일례를 나타낸다.
도 8은 시료(116)의 표면에 형성된 라인 패턴(802)의 일례를 나타낸다.
도 9는 시료(116)의 표면에 형성된 배선 패턴(900)의 일례를 나타낸다.
도 10a는 본 실시 형태에 따른 소자(10)가 갖는 어퍼처층(50)의 XY 평면에 있어서의 구성예를 나타낸다.
도 10b는 본 실시 형태에 따른 어퍼처층(50)의 단면의 구성예를 나타낸다.
도 11a는 본 실시 형태에 따른 소자(10)가 갖는 편향층(60)의 XY 평면에 있어서의 구성예를 나타낸다.
도 11b는 본 실시 형태에 따른 편향층(60)의 제1 단면의 구성예를 나타낸다.
도 11c는 본 실시 형태에 따른 편향층(60)의 제2 단면의 구성예를 나타낸다.
도 12는 도 11a의 일부를 확대한 평면도이다.
도 13은 본 실시 형태에 따른 편향층(60)의 일부를 빔 통과 공간(62a) 측에서 본 사시도의 일례를 나타낸다.
도 14는 본 실시 형태에 따른 편향층(60) 및 스토핑 플레이트(70)의 단면의 구성예를 나타낸다.
도 15a는 본 실시 형태에 따른 제2 전극(64c)의 제1 예를 나타낸다.
도 15b는 본 실시 형태에 따른 제2 전극(64c)의 제2 예를 나타낸다.
도 15c는 본 실시 형태에 따른 전극 연장량과 빔 진행 방향의 전극 길이 T6의 관계의 일례를 나타낸다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 소자(10)의 제1 변형예를 나타낸다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 소자(10)의 제2 변형예를 나타낸다.
도 18은 도 16에 나타난 제1 변형예의 소자(10)의 제조 플로우를 나타낸다.
도 19는 도 18에 나타낸 제조 플로우로 형성된 소자(10)의 단면도의 일례를 나타낸다.
도 20은 실제로 형성한 편향층(60)의 전극부의 일례를 나타낸다.
도 21은 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)의 변형예를 나타낸다.
이하, 발명의 실시의 형태를 통해 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시 형태는 특허청구범위에 따른 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 실시 형태에서 설명되고 있는 특징의 조합이 모두 발명의 해결 수단에 필수라고는 할 수 없다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)의 구성예를 나타낸다. 노광 장치(100)는, 미리 정해진 그리드에 기초하여 상이한 선폭 및 상이한 피치로 형성된 시료 상의 라인 패턴에 따른 위치에, 해당 그리드에 따른 조사 영역을 갖는 하전 입자빔을 조사하여, 해당 라인 패턴을 노광한다. 노광 장치(100)는, 스테이지부(110)와, 컬럼부(120)와, CPU(130)와, 노광 제어부(140)를 구비한다.
스테이지부(110)는, 시료(116)를 재치하여 이동시킨다. 여기서, 시료(116)는, 반도체, 유리 및/또는 세라믹 등으로 형성된 기판일 수 있으며, 일례로서, 실리콘 등으로 형성된 반도체 웨이퍼이다. 시료(116)는, 금속 등의 도전체로 라인 패턴이 표면에 형성된 기판이다. 본 실시 형태의 노광 장치(100)는, 해당 라인 패턴을 절단하여 미세 가공(전극, 배선 및/또는 비아 등의 형성)을 행하기 위하여, 해당 라인 패턴 상에 형성된 레지스트를 노광한다.
스테이지부(110)는, 스테이지 장치(112)와, 스테이지 위치 검출부(114)를 갖는다. 스테이지 장치(112)는, 시료(116)를 탑재하고, 해당 시료(116)를 도 1에 나타낸 XY 평면 상에서 이동시킨다. 스테이지 장치(112)는, XY 스테이지일 수 있고, 또한, XY 스테이지에 더하여, Z 스테이지, 회전 스테이지 및 틸트 스테이지 중 1개 이상과 조합될 수도 있다.
스테이지 장치(112)는, 시료(116)에 형성된 라인 패턴의 길이 방향을, 미리 정해진 방향으로 하여 이동시킨다. 스테이지 장치(112)는, 라인 패턴의 길이 방향이, 예를 들어 X 방향 또는 Y 방향과 같은 스테이지의 이동 방향과 실질적으로 평행해지도록 시료(116)를 탑재한다. 본 실시 형태에 따른 스테이지 장치(112)는, 도 1에 있어서, X 방향 및 Y 방향으로 이동하는 XY 스테이지이고, 라인 패턴의 길이 방향이 X 방향과 실질적으로 평행해지도록 시료(116)를 탑재하는 예를 설명한다.
스테이지 위치 검출부(114)는, 스테이지 장치(112)의 위치를 검출한다. 스테이지 위치 검출부(114)는, 일례로서, 레이저광을 이동하는 스테이지에 조사하고, 반사광을 검출함으로써 해당 스테이지의 위치를 검출한다. 스테이지 위치 검출부(114)는, 대략 1 nm 이하의 정밀도로 스테이지의 위치를 검출하는 것이 바람직하다.
컬럼부(120)는, 스테이지부(110)에 재치된 시료(116)에, 전자 및 이온을 갖는 하전 입자빔을 조사한다. 본 실시 형태에 있어서, 컬럼부(120)가 전자빔을 조사하는 예를 설명한다. 본 실시 형태의 컬럼부(120)는, 시료(116)에 형성된 라인 패턴의 폭 방향으로 조사 위치가 상이한 복수의 하전 입자빔을 발생하는 빔 발생부이다. 컬럼부(120)는, 소자(10), 전자총(20), 어퍼처 플레이트(30), 빔 형상 변형부(40), 스토핑 플레이트(70), 조정부(80) 및 위치 맞춤부(82)를 갖는다.
소자(10)는, 입력되는 하전 입자빔을 성형하여 편향시킨다. 소자(10)는, 어퍼처층(50)과, 편향층(60)을 포함한다. 어퍼처층(50) 및 편향층(60)에 대해서는 후술한다.
전자총(20)은, 전자를 전계 또는 열에 의해 방출시키고, 해당 방출한 전자에 미리 정해진 전계를 인가하여, 도 1의 -Z 방향이 되는 시료(116)의 방향으로 가속하여 전자빔으로서 출력한다. 전자총(20)은, 미리 정해진 가속 전압(일례로서, 50 keV)을 인가하여, 전자빔을 출력할 수 있다. 전자총(20)은, XY 평면과 평행한 시료(116)의 표면으로부터 Z 축과 평행한 수선 상에 마련될 수 있다.
어퍼처 플레이트(30)는, 전자총(20) 및 시료(116) 사이에 마련되어, 전자총(20)이 방출하는 전자빔의 일부를 차폐한다. 어퍼처 플레이트(30)는, 일례로서, 원형의 개공(開孔)(32)을 가지며, 해당 개공(32)에서 전자빔의 일부를 차폐하고, 나머지를 통과시킨다. 개공(32)의 중심은, 전자총(20)과 시료(116)를 잇는 수선과 교차하도록 형성될 수 있다. 즉, 어퍼처 플레이트(30)는, 전자총(20)으로부터 방출된 전자빔 중, 미리 정해진 방출 각도 이내의 전자빔을 통과시킨다.
빔 형상 변형부(40)는, 어퍼처 플레이트(30) 및 시료(116) 사이에 마련되어, 어퍼처 플레이트(30)를 통과한 전자빔의 실질적으로 원형의 단면 형상을 변형시킨다. 빔 형상 변형부(40)는, 예를 들어, 정전 4중극 전극 등의 전자 렌즈일 수 있고, 전자빔의 단면 형상을 타원 등의 일방향으로 신장하는 단면 형상으로 변형시킨다. 빔 형상 변형부(40)는, 도 1의 예에 있어서, 전자빔의 단면 형상을 Y 축과 평행한 방향으로 신장되는 단면 형상으로 변형시킨다.
어퍼처층(50)은, 빔 형상 변형부(40) 및 시료(116) 사이에 마련되어, 빔 형상 변형부(40)에 의해 변형된 단면 형상의 전자빔의 일부를 통과시키고, 나머지 일부를 차폐한다. 어퍼처층(50)은, 일방향으로 나열된 복수의 제1 개공(52)을 가지며, 해당 복수의 제1 개공(52)에서 전자빔의 일부를 차폐하고, 나머지를 통과시킨다.
복수의 제1 개공(52)은, 도 1의 예에 있어서, Y 축과 평행한 방향으로 미리 정해진 간격을 두고 나열되어, Y 축과 평행한 방향으로 신장되는 단면 형상의 전자빔으로부터 복수의 전자빔을 형성하도록 잘라낸다. 어퍼처층(50)은, 입력되는 전자빔을 복수의 제1 개공(52)에 따른 어레이 형상의 전자빔군(본 실시예에 있어서 어레이빔이라 함)으로서 출력한다.
편향층(60)은, 어퍼처층(50) 및 시료(116) 사이에 마련되어, 어퍼처층(50)이 출력하는 복수의 하전 입자빔의 각각을 시료(116)에 조사시킬지의 여부를 스위칭한다. 즉, 편향층(60)은, 어레이빔 각각을, 시료(116)의 방향과는 상이한 방향으로 편향시킬지의 여부를 각각 스위칭한다. 편향층(60)은, 어레이빔의 각각에 대응하여, 일방향으로 나열된 복수의 개공(62)과, 해당 복수의 개공(62) 내에 전계를 인가하는 복수의 블랭킹 전극(64)을 갖는다.
복수의 개공(62)은, 도 1의 예에 있어서, Y 축과 평행한 방향으로 미리 정해진 간격을 두고 나열되어, 어레이빔의 각각을 개별적으로 통과시킨다. 예를 들어, 블랭킹 전극(64)에 전압이 공급되지 않는 경우, 대응하는 개공(62) 내에는 전자빔에 인가하는 전계가 발생하지 않으므로, 해당 개공(62)에 입사하는 전자빔은 편향되지 않고 시료(116)의 방향을 향해 통과한다(빔 ON 상태라 함). 또한, 블랭킹 전극(64)에 전압이 공급되는 경우, 대응하는 개공(62) 내에 전계가 발생하므로, 해당 개공(62)에 입사하는 전자빔은 시료(116)의 방향으로 통과하는 방향과는 상이한 방향으로 편향된다(빔 OFF 상태라 함).
스토핑 플레이트(70)는, 편향층(60) 및 시료(116) 사이에 마련되어, 편향층(60)이 편향한 전자빔을 차폐한다. 스토핑 플레이트(70)는, 개공(72)을 갖는다. 개공(72)은, 일방향으로 신장되는 실질적인 타원 또는 실질적인 직사각형 형상을 가질 수도 있고, 개공(72)의 중심이 전자총(20)과 시료(116)를 잇는 직선과 교차하도록 형성될 수 있다. 개공(72)은, 도 1의 예에 있어서, Y 축과 평행한 방향으로 연장되는 형상을 갖는다.
개공(72)은, 편향층(60)이 편향시키지 않고 통과시킨 전자빔을 통과시키고, 편향층(60)이 편향한 전자빔의 진행을 저지한다. 즉, 컬럼부(120)는, 편향층(60) 및 스토핑 플레이트(70)를 조합하여, 블랭킹 전극(64)에 공급되는 전압을 제어함으로써, 어레이빔에 포함되는 각각의 전자빔을 시료(116)에 조사할지(빔 ON 상태) 아닐지(빔 OFF 상태)를 스위칭(블랭킹 동작)할 수 있다.
조정부(80)는, 스토핑 플레이트(70) 및 시료(116) 사이에 마련되어, 복수의 하전 입자빔을 편향하고, 시료(116)에 조사하는 어레이빔의 조사 위치를 조정한다. 조정부(80)는, 통과하는 전자빔에 입력되는 구동 신호에 따른 전계를 인가하여 해당 전자빔을 편향하는 편향기를 가지며, 어레이빔을 편향하여 해당 어레이빔의 조사 위치를 조정할 수 있다. 또한, 조정부(80)는, 1 또는 복수의 전자(電磁) 코일을 가지며, 어레이빔에 자계를 인가하여 해당 어레이빔의 조사 위치를 조정할 수도 있다.
위치 맞춤부(82)는, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52)을 통과한 전자빔을, 편향층(60)의 개공(62)에 위치 맞춤한다. 위치 맞춤부(82)는, 도 1의 XY 평면 내의 미리 정해진 방향으로 전계 또는 자계를 발생시키고, 전자빔을 편향시키는 편향기를 가질 수 있다. 위치 맞춤부(82)는, XY 평면 내에 발생시킨 전계 또는 자계에 의해, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52)을 통과한 전자빔을 편향하고, 편향층(60)의 개공(62)의 위치에 위치 맞춤한다. 또한, 위치 맞춤부(82)는, 도 1의 XY 평면 내에서 편향층(60)을 어퍼처층(50)에 대하여 상대적으로 이동시키는 구동부일 수도 있다. 이 경우, 위치 맞춤부(82)는, 편향층(60)을 어퍼처층(50)에 대하여 상대적으로 이동시켜, 편향층(60)의 개공(62)의 위치를, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52)을 통과한 전자빔의 통과 위치에 위치 맞춤한다.
이상의 본 실시 형태에 따른 컬럼부(120)는, 미리 정해진 방향으로 배열된 복수의 전자빔을 생성하고, 각각의 전자빔을 시료(116)에 조사할지의 여부를 스위칭한다. 컬럼부(120)에 있어서, 복수의 전자빔의 배열 방향은, 빔 형상 변형부(40)가 빔단면 형상을 변형하는 방향, 어퍼처층(50)의 복수의 제1 개공(52)의 배열 방향, 편향층(60)의 복수의 개공(62) 및 대응하는 블랭킹 전극(64)의 배열 방향 등에 따라 결정된다.
컬럼부(120)는, 이들 방향을 스테이지 장치(112)의 이동 방향과 직교하는 라인 패턴의 폭 방향에 실질적으로 일치시키면, 스테이지 장치(112)가 해당 이동 방향과 시료(116) 상의 라인 패턴의 길이 방향을 실질적으로 일치시키도록 시료(116)를 탑재하므로, 해당 라인 패턴의 폭 방향으로 조사 위치가 상이한 복수의 전자빔을 발생시키게 된다. 본 실시 형태에 있어서, 컬럼부(120)는, X 방향에 실질적으로 평행한 라인 패턴에 대하여 수직방향인, Y 방향으로 배열하는 어레이빔을 조사하는 예를 설명한다.
CPU(130)는, 노광 장치(100) 전체의 동작을 제어한다. CPU(130)는, 유저로부터의 조작 지시를 입력하는 입력 단말의 기능을 가질 수 있다. CPU(130)는, 컴퓨터 또는 워크스테이션 등일 수 있다. CPU(130)는, 노광 제어부(140)에 접속되어, 유저의 입력에 따라, 노광 장치(100)의 노광 동작을 제어한다. CPU(130)는, 일례로서, 버스(132)를 통해 노광 제어부(140)가 갖는 각 부와 각각 접속되어, 제어 신호 등을 주고 받는다.
노광 제어부(140)는, 스테이지부(110) 및 컬럼부(120)에 접속되어, CPU(130)로부터 수취하는 제어 신호 등에 따라, 스테이지부(110) 및 컬럼부(120)를 제어하여 시료(116)의 노광 동작을 실행한다. 또한, 노광 제어부(140)는, 버스(132)를 통해 외부 기억부(90)와 접속되어, 외부 기억부(90)에 기억된 패턴의 데이터 등을 주고 받을 수 있다. 이를 대신하여, 외부 기억부(90)는, CPU(130)에 직접 접속될 수 있다. 이를 대신하여, 노광 제어부(140)는, 내부에 패턴 데이터 등을 기억하는 기억부를 가질 수도 있다. 노광 제어부(140)는, 기억부(150)와, 선택부(160)와, 조사 제어부(170)와, 편향량 결정부(180)와, 주사 제어부(190)를 갖는다.
기억부(150)는, 시료(116)에 형성된 라인 패턴을 절단하기 위하여 노광 장치(100)가 노광하는 패턴인 커트 패턴을, 또한, 시료(116)에 비아를 형성하기 위하여 노광 장치(100)가 노광하는 패턴인 비아 패턴을, 각각 기억한다. 기억부(150)는, 예를 들어, 외부 기억부(90)로부터 커트 패턴 및 비아 패턴의 정보를 수취하여 기억한다. 또한, 기억부(150)는, CPU(130)를 통해, 유저로부터 입력되는 커트 패턴 및 비아 패턴의 정보를 수취하여 기억할 수도 있다.
또한, 기억부(150)는, 시료(116)의 배치 정보와 시료(116)에 형성된 라인 패턴의 배치 정보를 기억한다. 기억부(150)는, 노광 동작에 들어가기 전에, 미리 측정된 측정 결과를 배치 정보로서 기억할 수 있다. 기억부(150)는, 예를 들어, 시료(116)의 축률(縮率)(제조 프로세스에 의한 변형 오차), (반송 등에 의한) 회전 오차, 기판 등의 뒤틀림 및 높이 분포 등과 같은 위치 결정 오차의 요인이 되는 정보를, 시료(116)의 배치 정보로서 기억한다.
또한, 기억부(150)는, 어레이빔의 조사 위치와, 라인 패턴의 위치 사이의 위치 어긋남에 관한 정보를, 라인 패턴의 배치 정보로서 기억한다. 기억부(150)는, 시료(116)의 배치 정보 및 라인 패턴의 배치 정보를, 스테이지 장치(112) 상에 재치된 시료(116)를 계측함으로써 취득한 정보를 배치 정보로 하는 것이 바람직하다. 이를 대신하여, 기억부(150)는, 시료(116)의 과거의 측정 결과, 또는 동일한 로트의 다른 시료의 측정 결과 등을 기억할 수도 있다.
선택부(160)는, 기억부(150)에 접속되어, 커트 패턴 및 비아 패턴의 정보를 읽어내고, 라인 패턴 상의 길이 방향에 있어서의 조사 위치의 지정을 판별한다. 선택부(160)는, 라인 패턴 상의 길이 방향의 지정된 조사 위치에 있어서, 컬럼부(120)가 발생시키는 복수의 하전 입자빔 중 시료(116)에 조사해야 하는 적어도 1개의 하전 입자빔을 선택한다. 선택부(160)는, 커트 패턴 및 비아 패턴의 정보에 기초하여, 어레이빔 중 조사해야 하는 전자빔을 선택하고, 선택 결과를 조사 제어부(170)에 공급한다.
조사 제어부(170)는, 선택부(160)에 접속되어, 선택부(160)의 선택 결과를 수취한다. 조사 제어부(170)는, 컬럼부(120)에 접속되어, 선택된 적어도 1개의 하전 입자빔을 시료(116)에 조사하도록 제어한다. 조사 제어부(170)는, 증폭기(172)를 통해, 편향층(60)의 블랭킹 전극(64)에 전자빔의 ON 상태 및 OFF 상태를 스위칭하는 신호를 공급한다. 증폭기(172)는, 미리 정해진 증폭도를 갖는 증폭 회로를 포함할 수 있다.
편향량 결정부(180)는, 기억부(150)에 접속되어, 시료(116)의 배치 정보 및 라인 패턴의 배치 정보를 읽어내고, 시료(116)의 위치 오차 및 어레이빔의 조사 위치 오차의 정보에 따라, 어레이빔의 조사 위치를 조정해야 할 조정량을 산출하고, 해당 조정량에 대응하는 편향량을 결정한다. 편향량 결정부(180)는, 컬럼부(120)에 접속되어, 결정한 편향량에 기초하여 어레이빔의 조사 위치를 조정한다. 편향량 결정부(180)는, 편향부 구동 회로(182)를 통해, 결정한 편향량에 따라 어레이빔을 편향시키는 제어 신호를 조정부(80)에 공급한다. 여기서, 편향부 구동 회로(182)는, 편향량 결정부(180)로부터 출력되는 편향량에 따른 제어 신호를, 조정부(80)에 입력하는 구동 신호로 변환한다.
주사 제어부(190)는, 스테이지부(110)에 접속되어, 복수의 하전 입자빔의 조사 위치를, 라인 패턴의 길이 방향을 따라 주사시킨다. 본 실시 형태에 있어서의 주사 제어부(190)는, 시료(116)를 탑재하는 스테이지 장치(112)를 X 방향으로 실질적으로 평행하게 이동시킴으로써, 어레이빔을 라인 패턴의 길이 방향을 따라 주사시킨다. 주사 제어부(190)는, 스테이지 구동 회로(192)를 통해, 스테이지 장치(112)를 이동시키는 제어 신호를 공급한다. 스테이지 구동 회로(192)는, 주사 제어부(190)로부터 출력되는 이동 방향 및 이동량에 따른 제어 신호를, 스테이지 장치(112)의 대응하는 구동 신호로 변환한다.
주사 제어부(190)는, 스테이지 위치 검출부(114)에 접속되어, 스테이지 장치(112)의 스테이지 위치의 검출 결과를 수취한다. 주사 제어부(190)는, 검출 결과에 기초하여, 스테이지 장치(112)가 실제로 이동한 이동량 및 스테이지의 위치 오차(즉, 이동 오차) 등을 취득하여, 스테이지 장치(112)의 이동 제어로 피드백시킬 수 있다. 또한, 주사 제어부(190)는, 편향량 결정부(180)에 접속되어, 스테이지부(110)에 의한 시료(116)의 이동 오차에 따라 하전 입자빔의 통과 경로를 조정할 수 있다.
또한, 주사 제어부(190)는, 선택부(160) 및 조사 제어부(170)에 각각 접속되어, 스테이지 장치(112)의 위치 정보를 선택부(160) 및 조사 제어부(170)에 공급한다. 조사 제어부(170)는, 스테이지 장치(112)의 위치 정보에 기초하여, 시료(116)의 라인 패턴에 어레이빔을 조사하는 타이밍을 취득한다.
또한, 주사 제어부(190)는, 라인 패턴의 폭 방향으로도 어레이빔의 조사 위치를 이동시켜, 시료(116)의 표면 상의 미리 정해진 영역을 어레이빔의 조사 가능 영역이 되도록 주사시킨다. 주사 제어부(190)가 어레이빔을 주사하는 일례를, 도 2를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)가 어레이빔을 주사하여, 시료(116)의 표면의 일부에 형성하는 조사 가능 영역(200)의 일례를 나타낸다. 도 2는, XY 면과 실질적으로 평행한 시료(116)의 표면을 나타내고, 노광 장치(100)가 조사하는 어레이빔의 Y 방향(라인 패턴의 폭 방향)으로 나열된 복수의 전자빔의 전체의 빔 폭을 fw로 나타낸다. 여기서, 빔 폭 fw는, 일례로서 대략 30μm이다.
주사 제어부(190)는, 하전 입자빔의 통과 경로를 유지한 상태에서 스테이지부(110)에 의해 시료(116)를 라인 패턴의 길이 방향으로 이동시킨다. 도 2는, 주사 제어부(190)가 스테이지 장치(112)를 -X 방향으로 이동시키는 예를 나타낸다. 이에 따라, 어레이빔의 조사 위치(210)는 시료(116)의 표면 상을 +X 방향으로 주사하고, 해당 어레이빔은, 띠 형상의 영역(220)을 전자빔의 조사 가능 영역으로 한다. 즉, 주사 제어부(190)는, 스테이지 장치(112)를 미리 정해진 거리만큼 X 방향으로 이동시켜, 제1 프레임(232)을 조사 가능 영역으로 한다. 여기서, 제1 프레임(232)은, 일례로서, 30 μm×30 mm의 면적을 갖는다.
다음으로, 주사 제어부(190)는, -Y 방향으로 스테이지 장치(112)를 빔어레이의 빔 폭 fw만큼 이동시키고, 다음으로, 전회 -X 방향으로 이동한 미리 정해진 거리만큼 스테이지 장치(112)를 복귀시키도록 +X 방향으로 이동시킨다. 이에 따라, 어레이빔의 조사 위치(210)는, 제1 프레임(232)과는 상이한 시료(116)의 표면 상을 -X 방향으로 주사하여, 제1 프레임(232)과 실질적으로 동일한 면적으로 +Y 방향으로 인접하는 제2 프레임(234)을 조사 가능 영역으로 한다. 마찬가지로, 주사 제어부(190)는, -Y 방향으로 스테이지 장치(112)를 빔어레이의 빔 폭 fw만큼 이동시키고, 다시, 해당 미리 정해진 거리만큼 -X 방향으로 스테이지 장치(112)를 이동시켜 제3 프레임(236)을 조사 가능 영역으로 한다.
이와 같이, 주사 제어부(190)는, 라인 패턴의 길이 방향인 X 방향에 있어서, 스테이지 장치(112)를 왕복 동작시켜, 시료(116)의 표면에 있어서의 미리 정해진 영역을 어레이빔의 조사 가능 영역(200)으로 한다. 여기서, 주사 제어부(190)는, 일례로서, 30×30 mm의 정사각형 영역을 조사 가능 영역(200)으로 한다.
한편, 본 실시 형태에 있어서, 주사 제어부(190)는, 스테이지 장치(112)를 왕복 동작시킴으로써, 정사각형 영역을 어레이빔의 조사 가능 영역(200)으로 하는 것을 설명하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 주사 제어부(190)는, 어레이빔의 조사 방향을 편향하여 주사시킬 수도 있다. 이 경우, 주사 제어부(190)는, 편향량 결정부(180)에 주사하는 거리에 따른 편향량을 공급하여, 어레이빔을 주사할 수 있다. 또한, 주사 제어부(190)는, 어레이빔의 조사 가능 영역(200)을 직사각형 형상으로 하는 것을 설명하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 어레이빔의 주사에 의해 형성되는 미리 정해진 영역을 어레이빔의 조사 가능 영역(200)으로 할 수 있다.
이상의 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)는, 라인 패턴의 길이 방향인 X 방향에 있어서, 스테이지 장치(112)를 왕복 동작시키면서, 라인 패턴 상의 조사 위치에 대응하는 어레이빔을 조사하여, 시료(116)를 노광한다. 즉, 노광 장치(100)는, 어레이빔의 조사 가능 영역(200) 내의 라인 패턴에 대하여, 형성해야 할 커트 패턴 및 비아 패턴에 대응하는 노광 위치에 하전 입자빔을 조사하여 노광한다. 노광 장치(100)의 노광 동작에 대해서는, 도 3을 이용하여 설명한다.
도 3은, 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)의 동작 플로우를 나타낸다. 본 실시 형태에 있어서, 노광 장치(100)는, S300부터 S370의 처리를 실행함으로써, 시료(116) 표면의 라인 패턴에 커트 패턴을 노광하는 예를 설명한다.
먼저, 스테이지부(110)는, 라인 패턴이 형성되고, 레지스트가 도포된 시료(116)를 재치한다(S300). 다음으로, 노광 장치(100)는, 재치한 시료(116)의 배치 정보 및 라인 패턴의 배치 정보를 취득한다(S310). 노광 장치(100)는, 취득한 배치 정보를 기억부(150)에 기억시킨다.
노광 장치(100)는, 일례로서, 시료(116) 상에 복수개 마련된 위치 결정 마커 등을 관찰함으로써, 시료(116)의 배치 정보 및/또는 라인 패턴의 배치 정보를 취득한다. 이 경우, 노광 장치(100)는, 전자빔을 해당 위치 결정 마커에 조사하여, 이차 전자 또는 반사 전자 등을 검출함으로써 얻어지는 시료(116)의 표면 화상으로부터, 해당 위치 결정 마커의 위치와 전자빔의 조사 위치를 검출하여, 라인 패턴의 배치 정보 등을 취득할 수 있다.
또한, 노광 장치(100)는, 레이저광 등을 해당 위치 결정 마커에 조사하여, 반사광 또는 산란광 등을 검출함으로써, 시료(116)의 배치 정보 등을 취득할 수도 있다. 이와 같이, 노광 장치(100)가 시료(116)의 배치 정보 및 라인 패턴의 배치 정보를 측정에 의해 취득하는 경우, 노광 장치(100)는, 이차 전자 또는 반사 전자 등을 검출하는 검출부, 레이저광 조사 장치 및 광 검출부 등을 추가로 구비할 수 있다.
다음으로, 주사 제어부(190)는, 어레이빔의 조사 위치가 노광해야 하는 프레임의 개시점에 위치하도록, 스테이지 장치(112)를 해당 개시점에 대응하는 위치로 이동시킨다(S320). 주사 제어부(190)는, 스테이지 장치(112)를 +X 방향으로 이동시켜(어레이빔의 조사 위치를 -X 방향으로 이동시켜) 프레임을 노광하는 경우, 해당 프레임의 +X 방향 측의 단부를 프레임의 개시점으로 한다.
또한, 주사 제어부(190)는, 스테이지 장치(112)를 -X 방향으로 이동시켜(어레이빔의 조사 위치를 +X 방향으로 이동시켜) 프레임을 노광하는 경우, 해당 프레임의 -X 방향 측의 단부를 프레임의 개시점으로 한다. 주사 제어부(190)는, 라인 패턴의 길이 방향인 X 방향에 있어서, 프레임마다 스테이지 장치(112)를 왕복 동작시키는 경우, 해당 왕복 동작에 따라, 해당 프레임의 개시점으로서 -X 방향의 단부 및 +X 방향의 단부를 교대로 스위칭한다.
주사 제어부(190)는, 노광 동작의 개시단계에 있어서, 프레임의 개시점을 미리 정해진 위치로 할 수 있다. 주사 제어부(190)는, 일례로서, 가장 -Y 방향 측에 위치하는 프레임의 -X 방향 측의 단부를, 프레임의 개시점으로 한다.
다음으로, 선택부(160)는, 노광해야 하는 프레임 내의 커트 패턴의 정보를 기억부(150)로부터 취득한다(S330). 도 4는, 시료(116)에 형성해야 하는 커트 패턴의 정보의 일례를 나타낸다. 커트 패턴의 정보는, 직사각형으로 표시되는 커트 패턴의 크기 및 위치의 데이터를 가질 수 있다. 도 4는, 커트 패턴의 2변의 길이 및 미리 정해진 부분(-X 방향 측 및 -Y 방향 측의 정점, 도면에서는 왼쪽 아래의 정점)의 좌표를, 커트 패턴 데이터로 하는 예를 나타낸다.
보다 구체적으로는, 제1 패턴(410)의 커트 패턴 데이터의 {(위치), 크기}를 {(Xc1, Yc1), Sx1, Sy1}로 나타낸다. 마찬가지로, 제2 패턴(420)의 커트 패턴 데이터의 {(위치), 크기}를, {(Xc2, Yc2), Sx2, Sy2}로, 제3 패턴(430)의 커트 패턴 데이터의 {(위치), 크기}를, {(Xc3, Yc3), Sx3, Sy3}으로 나타낸다.
한편, 도 4의 X 방향은, 커트 패턴을 겹치는 대상인 라인 패턴의 길이 방향과 실질적으로 일치한다. 또한, 도 4에 있어서, Y 방향으로 간격 g마다 나열되어, X 방향과 평행한 복수의 선분을, 라인 패턴 및 커트 패턴의 설계에 이용하는 그리드(400)로 하여 점선으로 나타낸다. 예를 들어, 간격 g는 그리드 폭이고, 해당 그리드 폭 g는, 라인 패턴의 폭 방향(Y 방향)의 라인 폭의 최소값과 실질적으로 동일하다. 또한, 라인 패턴이 복수 종류의 라인 폭을 갖는 경우, 복수의 라인 폭은, 모두 그리드 폭 g의 n배의 값이 이용된다(여기서 n은 1 이상의 자연수). 또한, 인접하는 라인 패턴의 Y 방향의 패턴 간격은, 그리드 폭 g의 m배의 값이 이용된다(여기서 m은 1 이상의 자연수).
마찬가지로, 커트 패턴의 Y 방향의 길이 및 Y 방향의 패턴 간격은, 그리드 폭 g의(1 이상의) 자연수배의 값이 이용된다. 예를 들어, 제1 패턴(410)의 Y 방향의 길이는 4g와 실질적으로 동일하고, 제2 패턴(420)의 Y 방향의 길이는 2g와 실질적으로 동일하며, 또한, 제1 패턴(410) 및 제2 패턴(420)의 Y 방향의 패턴 간격은, 2g와 실질적으로 동일하다. 또한, 도 4의 예는, 커트 패턴의 Y좌표가, 그리드(400) 상에 실질적으로 동일해지도록 설계된 예를 나타낸다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따른 커트 패턴 및 라인 패턴은, Y좌표가 그리드(400)의 좌표값을 기준으로 설계되어 있는 것으로 한다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 주사 제어부(190)가 어레이빔의 조사 위치를 프레임의 개시점(프레임의 -X 방향 측의 단부)으로 이동한 경우의 일례를 나타낸다. 즉, 도 5는, 시료 표면에 형성된 라인 패턴(402)과, 어레이빔(500)의 조사 위치의 위치 관계의 일례를 나타내는 XY 평면도이다. 또한, 도 5는, 라인 패턴(402)과, 도 4에 나타낸 커트 패턴과의 위치 관계의 일례를 나타내는 XY 평면도이기도 하다.
도 5의 예는, 1개의 프레임이 4개의 라인 패턴(402)을 가지며, 각각의 라인 패턴(402)의 라인 폭 및 인접하는 라인 패턴(402) 사이의 간격이, 모두 그리드(400)의 그리드 폭 g와 실질적으로 동일한 경우를 나타낸다. 또한, 도면에 있어서, 제1 패턴(410)은, 최상부로부터 2개의 라인 패턴(402)을 동시에 커트하는 패턴이고, 제2 패턴(420)은, 최하부의 라인 패턴(402)을 커트하는 패턴이며, 제3 패턴(430)은, 중앙의 2개의 라인 패턴(402)을 동시에 커트하는 패턴이다.
또한, 도 5에 있어서, 어레이빔(500)은, B1 내지 B8의 합계 8의 전자빔을 갖는 예를 설명한다. 어레이빔(500)은, 시료(116) 상의 복수의 조사 영역(502)의 각각에 전자빔을 조사한다. 전자빔 B1 내지 B8의 라인 패턴의 폭 방향(즉, Y 방향)의 빔 폭은, 그리드 폭 g와 실질적으로 동일한 빔 폭을 각각 갖는다. 또한, 전자빔 B1 내지 B8의 시료(116) 상의 각각의 조사 위치는, Y 방향에 있어서 각각 그리드 폭 g씩 어긋나게 배열되어, 합계 대략 8g의 폭을 가지며, 프레임 내에서 대략 8g의 폭을 갖는 범위를 노광한다. 즉, 어레이빔(500)은, Y 방향에 있어서, 해당 어레이빔(500)이 갖는 전자빔의 갯수에 그리드 폭 g을 곱한 값의 빔 폭을 가지며, 해당 빔 폭에 실질적으로 동일한 Y 방향의 폭을 갖는 프레임을 노광한다.
여기서, 컬럼부(120)는, 복수의 전자빔의 조사 위치를 그리드 폭 g씩 어긋나게 일렬로 배열할 수 있는 경우, 해당 일렬로 나열된 어레이빔(500)을 시료(116)에 조사할 수 있다. 이를 대신하여, 컬럼부(120)는, 복수의 전자빔의 조사 위치가 복수의 열을 갖는 어레이빔(500)을 시료(116)에 조사할 수도 있다.
도 5는, 어레이빔(500)이 라인 패턴의 길이 방향으로 간격 δ만큼 이간되어 나열된 2열의 전자빔을 갖는 예를 나타낸다. 또한, 각 열에 포함되는 복수의 전자빔에 의한 조사 위치는, 그리드 폭 g와 실질적으로 동일한 거리로 이간되고, 라인 패턴의 폭 방향으로 배열한다. 따라서, 전자빔 B1, B3, B5 및 B7의 홀수 번호의 전자빔을 갖는 열(제1 열이라 함)은, 합계 대략 7g의 Y 방향의 폭을 갖는다. 마찬가지로, 짝수 번호의 전자빔을 갖는 열(제2 열이라 함)도, 합계 대략 7g의 Y 방향의 폭을 갖는다.
또한, 주사 제어부(190)가 프레임의 개시점으로 어레이빔(500)의 조사 위치를 이동한 단계 S320에 있어서, 복수의 전자빔의 조사 위치는, 대응하는 그리드 사이에 각각 배치된다. 도 5는, -Y 방향 측으로부터 1번째에 배치하는 전자빔 B1의 조사 위치가, -Y 방향 측으로부터 1번째와 2번째의 그리드 사이에 위치하고, 마찬가지로, -Y 방향 측으로부터 n번째에 배치하는 전자빔 Bn의 조사 위치가, -Y 방향 측으로부터 n번째와 n+1번째의 그리드 사이에 위치하는 예를 나타낸다.
이상과 같이, 그리드(400)의 좌표값을 기준으로 설계된 커트 패턴을 노광하기 위하여, 주사 제어부(190)는, 어레이빔(500)의 조사 위치를 해당 그리드(400)에 기초하는 위치로 이동시킨다. 이에 따라, 주사 제어부(190)는, n개의 전자빔을 갖는 어레이빔(500)의 조사 위치를 라인 패턴의 길이 방향으로 주사함으로써, 대응하는 1번째 내지 n+1번째의 그리드 사이의 n×g의 폭을 갖는 프레임을 노광할 수 있다.
다음으로, 선택부(160)는, 노광에 이용하는 하전 입자빔을 선택한다(S340). 선택부(160)는, 주사 제어부(190)로부터 수취한 어레이빔의 조사 위치의 정보에 기초하여, 노광해야 하는 커트 패턴을 판단할 수 있다. 커트 패턴의 Y좌표가, 그리드(400) 상에 실질적으로 동일해지도록 설계되어 있으므로, 선택부(160)는, 예를 들어, 어레이빔(500)의 조사 위치를 라인 패턴의 길이 방향으로 주사하면서, 전자빔 B5 내지 B8의 4개의 전자빔을 조사함으로써, 4g의 폭을 갖는 제1 패턴(410)을 노광할 수 있다.
즉, 선택부(160)는, 제1 패턴(410)을 노광하기 위하여, 전자빔 B5 내지 B8의 4개를 노광에 이용하는 전자빔으로서 선택한다. 그리고, 전자빔 B5는 제1 패턴(410)의 일부의 패턴(418)을, 전자빔 B6은 제1 패턴(410)의 일부의 패턴(416)을, 전자빔 B7은 제1 패턴(410)의 일부의 패턴(414)을, 전자빔 B8은 제1 패턴(410)의 일부의 패턴(412)을, 각각 노광한다.
여기서, 선택부(160)는, 커트 패턴의 Y좌표의 값에 따라, 노광에 이용하는 전자빔을 선택할 수 있다. 예를 들어, 선택부(160)는, 제2 패턴(420)의 Y좌표의 값이, -Y 방향 측으로부터 1번째와 3번째 사이에 위치함에 따라, 해당 영역이 조사 위치가 되는 전자빔 B1 및 B2를 선택한다. 또한, 선택부(160)는, 제3 패턴(430)의 Y좌표의 값이, -Y 방향 측으로부터 3번째와 7번째 사이에 위치함에 따라, 해당 영역이 조사 위치가 되는 전자빔 B3 내지 B6을 선택한다.
이에 따라, 전자빔 B1은 제2 패턴(420)의 일부의 패턴(422)을, 전자빔 B2는 제2 패턴(420)의 일부의 패턴(424)을 노광한다. 또한, 전자빔 B3은 제3 패턴(430)의 일부의 패턴(432)을, 전자빔 B4는 제3 패턴(430)의 일부의 패턴(434)을, 전자빔 B5는 제3 패턴(430)의 일부의 패턴(436)을, 전자빔 B6은 제3 패턴(430)의 일부의 패턴(438)을, 각각 노광한다.
또한, 선택부(160)는, 선택한 전자빔을 조사해야 하는 조사 위치를 검출한다. 선택부(160)는, 커트 패턴에 따라 조사해야 하는 조사 위치를, 지정된 조사 위치로서 검출한다. 선택부(160)는, 복수의 하전 입자빔의 조사 위치가 라인 패턴의 길이 방향에 있어서의 미리 정해진 기준 위치를 경과하고 나서의 경과 시간에 따라, 지정된 조사 위치를 검출한다.
도 5는, 라인 패턴의 길이 방향에 있어서, 제1 기준 위치 및 제2 기준 위치의 2개의 기준 위치를 미리 정한 예를 나타낸다. 즉, 제1 기준 위치 및 제2 기준 위치 사이의 영역을 노광 범위로 하고, 선택부(160)는, 어레이빔(500)의 조사 위치가 제1 기준 위치를 경과하고 나서의 경과 시간에 따라, 복수의 전자빔의 지정된 조사 위치를 각각 검출한다.
이에 더하여, 라인 패턴의 길이 방향에 있어서, 3 이상의 기준 위치를 미리 정할 수도 있다. 즉, 1개의 프레임을 복수의 노광 범위로 분할하고, 선택부(160)는, 노광 범위마다, 복수의 전자빔의 지정된 조사 위치를 각각 검출할 수 있다. 이 경우, 선택부(160)는, 복수의 하전 입자빔의 조사 위치가 라인 패턴의 길이 방향에 있어서의 복수의 기준 위치 중 최후에 경과한 기준 위치와, 해당 기준 위치를 경과하고 나서의 경과 시간에 따라, 지정된 조사 위치를 검출한다. 선택부(160)에 의한 전자빔의 선택과, 조사 위치의 검출에 대하여, 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다.
도 6은, 본 실시 형태에 따른 선택부(160)의 일례를 나타낸다. 선택부(160)는, 데이터 변환 회로(162)와, 빔 선택 회로(164)와, 경과 시간 연산 회로(166)를 포함한다.
데이터 변환 회로(162)는, 기억부(150)로부터 커트 패턴 데이터를 취득하고, 해당 커트 패턴 데이터를 시료(116) 상의 라인 패턴의 배치에 관한 좌표계로 변환한다. 데이터 변환 회로(162)는, 예를 들어, 기억부(150)로부터 커트 패턴 데이터로서 (Xci, Yci), Sxi, Syi(i=1, 2, 3, ···)를 취득하고, 시료(116) 상의 좌표계의 노광 데이터 (Xcbi, Ycbi), Sxbi, Sybi(i=1, 2, 3, ···)로 변환한다. 여기서, 커트 패턴 데이터의 Y좌표의 값 Yci, Syi는, 그리드 폭 g의 정수배의 값이므로, 변환 후의 Ycbi, Sybi도 이산적인 값이 된다.
한편, 데이터 변환 회로(162)가 실행하는 데이터 변환은, 시료(116)를 스테이지 장치(112)에 로딩할 때에 발생하는 회전 오차 및 시료(116)가 에칭이나 성막 등의 디바이스 제조 프로세스를 거침에 따른 시료(116)의 변형 오차 등을 보정하기 위한 것이다. 즉, 스테이지 장치(112)의 정밀도 및 제조 프로세스의 정밀도 등이 충분히 높은 것이라면, 해당 보정은, 예를 들어, 거리에 대하여 10 ppm 정도 이하, 각도에 대하여 1 mrad 정도 이하를 보정하는 데이터 변환이 된다.
예를 들어, 패턴 폭 Sxi, Syi가 수 10 ~ 100 nm인 경우, 해당 데이터 변환을 실행하여도 0.1 nm 이상의 변화는 일어나지 않는다. 즉, 이 경우, 0.1 nm 이하를 버림 처리하면, Sxi = Sxbi, Syi = Sybi가 성립된다. 따라서, 시료(116)에 발생하는 회전 오차 및 변형 오차 등이 미리 정해진 범위 내인 경우, 선택부(160)는, 데이터 변환 회로(162)의 Sxi, Syi에 관한 데이터 변환을 생략할 수도 있다.
빔 선택 회로(164)는, 노광 데이터 (Xcb, Ycb), Sxb, Syb에 기초하여, 노광에 이용하는 전자빔을 선택한다. 예를 들어, 도 5에 나타내는 그리드(400)의 Y 방향의 좌표가, -Y 방향 측으로부터 Yc1, Yc2, ···, Yc8인 경우, 빔 선택 회로(164)는, 좌표 Yc1 내지 Yc2의 범위의 노광에 이용하는 전자빔으로서, 전자빔 B1을 선택한다. 즉, 빔 선택 회로(164)는, 좌표 Ycb 내지 좌표 Ycb + Syb에 위치하는 커트 패턴에 대하여, 해당 좌표의 범위에 대응하는 전자빔을, 노광에 이용하는 전자빔 B1, B2, ···, Bn으로서 선택한다.
경과 시간 연산 회로(166)는, 빔 선택 회로(164)가 선택한 전자빔 B1 내지 Bn의 각각에 대하여, 전자빔을 ON 상태 또는 OFF 상태로 스위칭하는 타이밍을 검출한다. 경과 시간 연산 회로(166)는, 해당 타이밍을 노광 데이터의 X 좌표에 기초하여 검출하고, 일례로서, 경과 시간으로서 출력한다. 여기서, 경과 시간이란, 어레이빔(500)이 기준 위치를 통과한 시간을 기점으로, 어레이빔에 포함되는 각 전자빔을 ON 상태 및 OFF 상태로 할 때까지의 시간을 말한다.
주사 제어부(190)는, 어레이빔(500)을 라인 패턴의 길이 방향인, +X 방향 또는 -X 방향으로 주사한다. 커트 패턴이 노광 데이터 (Xcb, Ycb), Sxb, Syb로 표시되고, 또한, 주사 제어부(190)가 +X 방향으로 어레이빔(500)을 주사하는 경우, X 축 좌표에 있어서 대응하는 전자빔의 조사 위치가 Xcb의 위치에 도달한 시점에서 해당 전자빔을 ON 상태로 하고, Xcb + Sxb의 위치에 도달한 시점에서 OFF 상태로 함으로써, 해당 전자빔은 해당 커트 패턴의 패턴 영역 내를 노광할 수 있다. 즉, 경과 시간 연산 회로(166)는, 노광 범위의 -X 측의 제1 기준 위치를 어레이빔(500)이 통과한 시점으로부터, 전자빔을 ON 상태 및 OFF 상태로 스위칭할 때까지의 시간을, 경과 시간으로서 검출한다.
한편, 주사 제어부(190)가 -X 방향으로 어레이빔(500)을 주사하는 경우, X 축 좌표에 있어서 대응하는 전자빔의 조사 위치가 Xcb + Sxb의 위치에 도달한 시점에서 해당 전자빔을 ON 상태로 하고, Xcb의 위치의 위치에 도달한 시점에서 OFF 상태로 함으로써, 해당 전자빔은 해당 커트 패턴의 패턴 영역 내를 노광할 수 있다. 이 경우, 경과 시간 연산 회로(166)는, 노광 범위의 +X 측의 제2 기준 위치를 어레이빔(500)이 통과한 시점으로부터, 전자빔을 ON 상태 및 OFF 상태로 스위칭할 때까지의 시간을, 경과 시간으로서 검출한다.
또한, 경과 시간 연산 회로(166)는, 프레임 내에 복수의 기준 위치가 설정되어 있는 경우, 복수의 기준 위치 중 마지막으로 기준 위치를 통과한 시점으로부터, 전자빔을 ON 상태 및 OFF 상태로 스위칭할 때까지의 시간을, 경과 시간으로서 검출할 수 있다. 경과 시간 연산 회로(166)는, 일례로서, 주사 제어부(190)가 라인 패턴의 길이 방향으로 어레이빔(500)을 주사하는 속도에 따라, 경과 시간을 산출한다. 이 경우, 주사 제어부(190)는, 어레이빔(500)을 프레임 내에서 연속하여 이동시키면서 노광하는 것이 바람직하고, 라인 패턴의 길이 방향으로 주사하는 경우에, 어레이빔(500)의 속도 V가 적어도 0이 되는 일 없이, 속도 V가 순조롭게 변하도록 제어할 수 있다.
주사 제어부(190)가 어레이빔(500)을 +X 방향으로 주사하고, 제1 기준 위치의 X좌표를 S, 노광해야 하는 커트 패턴의 패턴 개시 위치를 Xcb, 패턴의 폭(X 축 방향의 패턴 폭)을 Sxb로 할 때, 경과 시간 연산 회로(166)는, 전자빔을 ON 상태로 할 때까지의 경과 시간(DLa)을, 이하의 관계식을 통해 산출할 수 있다. 한편, 경과 시간 연산 회로(166)는, 속도 V의 정보를 주사 제어부(190)로부터 수취할 수 있다.
(수학식 1)
DLa = (Xcb - S)/V
또한, 경과 시간 연산 회로(166)는, 패턴 종료 위치 Xcb + Sxb에 있어서 전자빔을 OFF 상태로 할 때까지의 경과 시간(DLb)을, 이하의 관계식을 통해 산출할 수 있다.
(수학식 2)
DLb = (Xcb + Sxb - S)/V
경과 시간 연산 회로(166)는, 빔 선택 회로(164)에서 선택한 전자빔 B1, B2, ···, Bn의 각각에 대하여, 전자빔을 ON 상태로 할 때까지의 경과 시간을, DL1a, DL2a, ···, DLna로서 산출한다. 또한, 경과 시간 연산 회로(166)는, 전자빔을 OFF 상태로 할 때까지의 경과 시간을, DL1b, DL2b, ···, DLnb로서 산출한다.
이상과 같이, 빔 선택 회로(164) 및 경과 시간 연산 회로(166)는, 노광해야 하는 커트 패턴에 대응하여, 노광해야 하는 전자빔의 선택과 경과 시간의 검출을 각각 실행한다. 선택부(160)는, 빔 선택 회로(164)의 선택 결과 및 경과 시간 연산 회로(166)의 검출 결과를, 조사 제어부(170)에 공급한다.
다음으로, 노광 제어부(140)는, 어레이빔(500)의 조사 위치를 주사하면서, 하전 입자빔의 조사를 제어한다(S350). 즉, 주사 제어부(190)는, 스테이지 장치(112)를 이동하여 어레이빔(500)의 조사 위치를 속도 V로 주사시키고, 스테이지 위치 검출부(114)의 위치 검출 결과에 기초하는 어레이빔(500)의 조사 위치를 조사 제어부(170)에 공급한다. 조사 제어부(170)는, 어레이빔(500)의 조사 위치와 경과 시간에 따라, 선택된 전자빔의 조사를 제어하기 위하여, 편향층(60)의 대응하는 블랭킹 전극(64)에 제어 신호를 공급한다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 조사 제어부(170)가 블랭킹 전극(64)에 공급하는 제어 신호의 타이밍 차트의 일례를 나타낸다. 즉, 도 7은, 예를 들어, 도 5에 나타내는 노광 범위의 커트 패턴을 노광하는 전자빔 B1 내지 B8에 대한 블랭킹 동작의 타이밍을 나타낸다. 도 7의 가로축은 시간, 세로축은 전압을 나타낸다.
도 7에 나타내는 8개의 제어 신호는, 전자빔 B1 내지 B8에 대응하는 블랭킹 전극(64)에 공급되는 제어 신호의 일례이다. 즉, 조사 제어부(170)는, 해당 제어 신호의 전압 레벨이 하이 상태인 경우, 블랭킹 전극(64)에 해당 제어 신호에 따른 신호 전압을 공급하고, 대응하는 전자빔을 편향시키므로, 해당 전자빔을 빔 OFF 상태로 한다. 또한, 조사 제어부(170)는, 해당 제어 신호의 전압 레벨이 로우 상태인 경우, 블랭킹 전극(64)에는 신호 전압을 공급하지 않고, 대응하는 전자빔을 통과시키므로, 해당 전자빔을 빔 ON 상태로 한다.
여기서, 시간축 상에 있어서, T1로 나타내는 시점은, 전자빔 B2, B4, B6 및 B8을 갖는 제2 열이 제1 기준 위치를 통과하는 시점을 나타낸다. 또한, T2로 나타내는 시점은, 전자빔 B1, B3, B5 및 B7을 갖는 제1 열이 제1 기준 위치를 통과하는 시점을 나타낸다. 즉, T2 - T1 = δ/V가 된다.
도 7의 B1 및 B2로 나타내는 신호는, 전자빔 B1 및 B2를 이용하여 도 5에 나타내는 커트 패턴의 제2 패턴(420)을 노광하는 제어 신호이다. 즉, 제2 패턴(420)의 커트 패턴 데이터에 기초하여, 선택부(160)는, 전자빔 B1 및 B2를 선택하고, 경과 시간을 검출한다. 그리고, 조사 제어부(170)가, 경과 시간에 따라 제어 신호 B1 및 B2를 생성하는 예를 도 7에 나타낸다.
조사 제어부(170)는, 전자빔 B1의 조사 위치가 제1 기준 위치를 통과한 시점 T2의 후, 경과 시간 DL1a가 경과한 시점 T4에 있어서, 해당 전자빔 B1을 OFF 상태에서 ON 상태로 스위칭한다. 그리고, 조사 제어부(170)는, 시점 T2의 후, 경과 시간 DL1b가 경과한 시점 T6에 있어서, 해당 전자빔 B1을 ON 상태에서 OFF 상태로 스위칭한다.
또한, 조사 제어부(170)는, 전자빔 B2의 조사 위치가 제1 기준 위치를 통과한 시점 T1의 후, 경과 시간 DL2a가 경과한 시점 T3에 있어서, 해당 전자빔 B2를 OFF 상태에서 ON 상태로 스위칭한다. 그리고, 조사 제어부(170)는, 시점 T1의 후, 경과 시간 DL2b가 경과한 시점 T5에 있어서, 해당 전자빔 B2를 ON 상태에서 OFF 상태로 스위칭한다.
이와 같이, 조사 제어부(170)는, 선택부(160)의 선택 결과 및 경과 시간과, 주사 제어부(190)에 의해 주사되는 조사 위치의 위치 정보에 따라, 전자빔의 조사를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 조사 제어부(170)가 생성한 제어 신호를 블랭킹 전극(64)에 공급함으로써, 컬럼부(120)는, 커트 패턴의 제2 패턴(420)을 시료(116)에 노광할 수 있다.
마찬가지로, 조사 제어부(170)는, 선택부(160)에 선택된 전자빔 B3 내지 B8의 제어 신호를 생성하여, 제1 패턴(410) 및 제3 패턴(430)을 시료(116)에 노광한다. 이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 조사 제어부(170)는, 전자빔의 ON 상태 및 OFF 상태의 스위칭 동작을, 조사 위치가 기준 위치를 통과하는 시점으로부터의 경과 시간에 기초하여 제어한다. 그러므로, 제1 기준 위치로부터 제2 기준 위치까지의 사이의 노광 범위의 길이는, 경과 시간을 카운트하는 클록의 비트수에 따라 규정되는 경우가 있다.
여기서, 클록의 최소 주기는, 미리 정해지는 위치 분해능 및 스테이지 속도에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 노광 위치의 데이터 스텝이 0.125 nm인 경우에는, 위치 분해능을 그 절반인 0.0625 nm로 하여, 스테이지의 최대 이동 속도를 50 mm/sec로 하면, 클록의 주기는 최소 1.25 ns가 요구된다. 여기서, 클록 카운터의 카운트 비트 수를 12 비트(= 4096)로 하면, 약 5 μs의 경과 시간까지 카운트할 수 있다. 이 경과 시간 내에 스테이지는 최대 이동 속도 50 mm/sec로 0.25 μm 이동한다.
이와 같이, 본 실시 형태의 노광 장치(100)는, 클록 주기에 기초하여 노광 범위의 길이를 미리 설계할 수 있다. 그리고, 노광 장치(100)는, 복수의 기준 위치를 마련하고, 각각의 기준 위치로부터의 경과 시간에 기초하여 전자빔의 조사를 제어함으로써, 해당 노광 범위보다 긴 노광 범위를 갖는 프레임을 노광할 수 있다.
즉, 노광 제어부(140)는, 1개의 프레임에 포함되는 전체 노광 범위에 대하여, 어레이빔(500)의 조사 위치를 주사시키고, 통과하는 기준 위치마다 해당 기준 위치로부터의 경과 시간에 기초하여 전자빔의 조사를 제어한다. 즉, 노광 제어부(140)는, 도 5의 예에 나타내는 제1 기준 위치로부터 다음의 제2 기준 위치까지의 노광 범위를, 어레이빔(500)의 조사 위치를 주사시키면서, 복수의 전자빔의 조사를 제어함으로써 노광한다.
그리고, 해당 프레임에, 추가적인 기준 위치가 존재하는 경우, 노광 제어부(140)는, 해당 프레임의 노광을 속행시키고(S360: 아니오), 제2 기준 위치로부터 제3 기준 위치까지의 다음 노광 범위를 노광하기 위하여, 하전 입자빔의 선택의 단계 S340으로 되돌아간다. 노광 제어부(140)는, 해당 프레임에, 어레이빔(500)의 조사 위치가 통과하는 기준 위치가 없어질 때까지, S340에서부터 S350의 동작을 반복한다. 한편, 주사 제어부(190)가 어레이빔(500)의 조사 위치가 최후에 통과한 기준 위치로부터 다음 기준 위치까지의 노광 범위를 주사하고 있는 동안에, 선택부(160)는, 해당 다음 기준 위치 이후에 계속되는 다음 노광 범위에 대응하는 전자빔의 선택과 경과 시간의 검출을 실행할 수 있다. 이에 따라, 노광 제어부(140)는, 인접하는 노광 범위를 시간적으로 연속하여 노광할 수 있다.
노광 제어부(140)는, 해당 프레임에, 추가적인 기준 위치가 존재하지 않는 경우, 해당 프레임의 노광을 종료시킨다(S360: 예). 그리고, 다음에 노광해야 하는 프레임이 존재하는 경우(S370: 아니오), S320으로 되돌아가, 어레이빔(500)의 조사 위치를 다음 프레임의 개시점으로 이동시키고, 해당 다음 프레임의 노광을 실행한다. 노광 제어부(140)는, 노광해야 하는 프레임이 없어질 때까지 S320에서부터 S360의 동작을 반복한다. 노광 제어부(140)는, 노광해야 하는 프레임이 없어진 경우, 해당 프레임의 노광을 종료시킨다(S370: 예).
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)는, 어레이빔의 조사 가능 영역(200)을 프레임으로 분할하고, 프레임마다, 라인 패턴의 길이 방향으로 어레이빔(500)의 조사 위치를 주사하면서, 복수의 전자빔의 조사를 제어하는 노광 동작을 반복하여, 해당 조사 가능 영역(200)을 노광한다. 노광 장치(100)는, 스테이지 장치(112)에 의해 시료(116)를 이동시킴으로써, 시료(116)의 표면 상에 상이한 복수의 조사 가능 영역(200)을 형성할 수 있으므로, 시료(116)의 표면에 형성된 라인 패턴 전체에 대하여, 1개의 컬럼부(120)로 노광할 수도 있다.
도 8은 시료(116)의 표면에 형성된 라인 패턴(802)의 일례를 나타낸다. 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)는, 이러한 라인 패턴(802) 상에 형성된 레지스트에 있어서의 커트 패턴(810)으로 표시되는 영역을, 도 3에서 설명한 동작을 실행하여 노광한다. 해당 노광에 의해, 커트 패턴(810)의 영역의 레지스트를 제거할 수 있으므로, 해당 커트 패턴에 위치하는 라인 패턴(802)을 노출시키고, 해당 노출시킨 라인 패턴(802)을 에칭하여 미세한 배선 패턴 등을 형성할 수 있다.
도 9는 시료(116)의 표면에 형성된 미세한 배선 패턴(900)의 일례를 나타낸다. 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)를 이용하면, 미리 라인 패턴이 형성된 시료(116)를 노광함으로써, 보다 미세한 배선 패턴(900)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 나타내는 라인 패턴(802)은, 단순한 라인 앤 스페이스 패턴이므로, 광노광 기술 등을 이용함으로써, 대략 10 nm 정도의 라인 폭 및 라인 간격으로 형성할 수 있다. 그리고, 전자빔을 이용하는 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)를 이용함으로써, 해당 라인 패턴(802)을 가공할 수 있으므로, (예를 들어 게이트 전극 등의) 광노광 기술만으로는 실행할 수 없는 미세한 배선 패턴(900)을 형성할 수 있다. 또한, 라인 패턴(802)의 형성을, 광노광 기술 등으로 실행함으로써, 미세한 배선 패턴(900)을 형성할 때까지의 토탈 가공시간을 저감시킬 수 있다.
또한, 라인 패턴(802)의 설계에 이용하는 그리드에 기초하여, 커트 패턴의 좌표 및 어레이빔(500)의 조사 위치를 배치하므로, 노광 제어부(140)는, 복잡한 피드백제어를 하는 일 없이, 간편한 제어동작으로 미세한 노광을 실행할 수 있다. 한편, 이상의 설명에 있어서, 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)는, 전자빔을 이용한 전자빔 노광 장치로서 설명하였으나, 실시 형태는 이것으로 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 하전 입자빔을 이용한 노광 장치에도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 커트 패턴의 노광을 예로 설명하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 비아 패턴의 노광에도 동일하게 적용할 수 있다. 이상의 설명에 있어서는, 소자(10)를 적용한 노광 장치(100)의 장치구성이나 노광 동작에 대하여 설명하였다. 이러한 노광 장치(100)에 마련되는 소자(10)에 대하여, 이하에 설명한다.
도 10a는 본 실시 형태에 따른 소자(10)가 갖는 어퍼처층(50)의 XY 평면에 있어서의 구성예를 나타낸다. 또한, 도 10b는 본 실시 형태에 따른 어퍼처층(50)의 단면의 구성예를 나타낸다. 도 10a는, 소자(10)에 대한 빔 입사면인 제1 면 측에서 본, 어퍼처층(50)의 XY 평면도의 일례를 나타낸다. 도 10b는, 도 10a에 나타내는 어퍼처층(50)의 AA' 단면을 나타낸 단면도의 일례이다. 어퍼처층(50)은, 제1 개공(52)과, 어퍼처층 기판(58)을 갖는다.
제1 개공(52)은, 어퍼처층 기판(58)에 형성된다. 제1 개공(52)은, 도 10a에 나타내는 예와 같이, Y 축과 실질적으로 평행한 방향으로 미리 정해진 간격으로 복수개 마련된다. 제1 개공(52)은, 어퍼처층(50)을 관통하는 관통공으로서 형성되어, 소자(10)의 제1 면 측으로부터 입사되는 전자빔을 성형하여 통과시킨다. 제1 개공(52)은, 일례로서, XY 평면의 단면 형상이 Y 축과 실질적으로 평행한 방향으로 연장된 전자빔을, 단면 형상이 직사각형인 복수의 전자빔으로 성형한다. 즉, 어퍼처층(50)은, 전자빔을 통과시킴으로써, 전체적으로, 단면 형상이 직사각형인 복수의 전자빔이 Y 축 방향으로 어레이 형상으로 나열된 어레이빔을 형성한다.
제1 개공(52)의 내경 폭 W5는, 제1 개공(52)을 통과하여 성형되는 빔의 빔 사이즈를 결정한다. 그리고, 제1 개공(52)이 결정하는 해당 빔 사이즈는, 어퍼처층(50)과 시료(116) 사이에 마련된 전자 렌즈계에 의해 축소되고, 시료(116) 상에 투영되는 개개의 빔의 빔 사이즈를 결정하게 된다. 따라서, 제1 개공(52)의 내경 폭 W5는, 시료(116) 상에 조사해야 하는 빔 사이즈와, 전자 렌즈계의 축소율에 따라 설정할 수 있다. 예를 들어, 시료(116) 상에서 필요한 빔 사이즈가 약 10 nm이고, 전자 렌즈계의 축소율이 1/60인 경우, 제1 개공(52)의 내경 폭 W5는, 약 600nm로 한다.
어퍼처층 기판(58)은, 소자(10)의 제1 면 측으로부터 입사하는 전자빔의 일부를 차폐한다. 도 10b에 나타내는 어퍼처층 기판(58)의 두께 T5는, 전자빔의 진행을 저지할 정도의(또는, 충분히 저감시킬 정도의) 두께면 된다. 여기서, 전자빔의 진행을 저지할 수 있는 두께는, 전자빔의 가속 전압 및 어퍼처층 기판(58)의 재질에 의존한다. 예를 들어, 어퍼처층 기판(58)의 재질이 실리콘이고, 전자빔의 가속 전압이 50 KeV인 경우, 전자빔의 진행을 저지하는 두께 T5는, 10 μm 이상인 것이 바람직하다.
도 11a는 본 실시 형태에 따른 소자(10)가 갖는 편향층(60)의 평면의 구성예를 나타낸다. 도 11a는 소자(10)의 제1 면 측에서 본 편향층(60)의 XY 평면도의 일례이다. 도 11b는 본 실시 형태에 따른 편향층(60)의 제1 단면의 구성예를 나타낸다. 도 11b는 도 11a에 나타내는 편향층(60)의 AA' 단면을 나타내는 단면도의 일례이다. 도 11c는 본 실시 형태에 따른 편향층(60)의 제2 단면의 구성예를 나타낸다. 도 11c는 도 11a에 나타내는 편향층(60)의 BB' 단면을 나타내는 단면도의 일례이다.
편향층(60)은, 어퍼처층(50)을 통과한 빔을 통과시켜 편향한다. 편향층(60)은, 빔 통과 공간(62a)과, 제1 전극부(63)와, 제2 전극부(64a)와, 절연부(67)와, 편향층 기판(68)을 갖는다. 빔 통과 공간(62a)은, 도 1에서 설명한 개공(62)의 일례이다. 빔 통과 공간(62a)에 대해서는 후술한다.
제1 전극부(63)는, 일체로 되어 형성될 수 있고, 일례로서, 외부의 기준 전위 등에 접속됨으로써, 전체적으로 실질적으로 동일한 기준 전위가 된다. 제1 전극부(63)는, +X 방향 및 -X 방향으로 일부가 연신하여, XY 평면에 있어서 +X 방향 및 -X 방향으로 각각 빗살 모양의 형상을 갖는다.
제2 전극부(64a)는, 편향층(60)에 별개 독립적으로 복수개 마련된다. 복수의 제2 전극부(64a)는, 조사 제어부(170)와, 대응하는 증폭기(172)를 통해 각각 전기적으로 접속되어, 대응하는 제어전압이 각각 공급된다. 즉, 제2 전극부(64a)는, 도 1 등에서 설명한 블랭킹 전극(64)의 일례이다. 복수의 제2 전극부(64a)의 일부는, +X 방향으로 연신하고, 연신한 선단부에 있어서 제1 전극부(63)와 빔 통과 공간(62a)을 통해 대향한다. 복수의 제2 전극부(64a)의 나머지 일부는, -X 방향으로 연신하고, 연신한 선단부에 있어서 제1 전극부(63)와 빔 통과 공간(62a)을 통해 대향한다. 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)는, 도전성을 부여한 실리콘층을 포함할 수 있다.
절연부(67)는, 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)를 유지하면서, 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a) 사이의 전기적 접속을 차단한다. 즉, 절연부(67)는, 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)를 공간적으로 이간시켜, 전기적으로 절연한다. 도 11a의 예는, -X 측의 절연부(67)로부터 +X 방향으로 일부의 제2 전극부(64a)가 연신하고, +X 측의 절연부(67)로부터 -X 방향으로 나머지 제2 전극부(64a)가 연신하는 예를 나타낸다.
편향층 기판(68)은, 상기 빔 통과 공간(62a), 제1 전극부(63), 제2 전극부(64a) 및 절연부(67)가 형성되는 기판이다. 편향층 기판(68)은, 일례로서, Z 방향으로 관통하는 관통공이 형성되고, 해당 관통공의 +X 방향 및 -X 방향을 향하는 YZ 면과 실질적으로 평행한 벽면에 절연부(67)가 형성된다.
도 11b의 AA' 단면도에 나타나 있는 바와 같이, X 축 방향으로 각각 반대 방향으로부터 연신한 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)는, 선단에 있어서 폭 W6의 간극(후술하지만, 빔 통과 공간(62a)이 형성되는 간극)을 갖는다. 또한, 도 11c의 BB' 단면도에 나타나 있는 바와 같이, 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)는, Y 축 방향으로는, 미리 정해진 간극 d6을 사이에 두고 교대로 배치된다. 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)는, 도 11b에 나타난 전극 선단의 간극 W6 및 도 11c에 나타난 전극간의 간극 d6에 의해, 공간적으로 이간된다.
폭 W6은, 제1 개공(52)의 내경 폭 W5와 비교하여 동일한 정도, 또는 크게 할 수 있다. 폭 W6은 500 nm 정도 이상일 수 있으며, 일례로서, 900 nm이다. 또한, 도 11c에 나타난 전극간의 간극 폭 d6은, 폭 W6과 동일한 정도로 설정할 수 있다. 간극 폭 d6은, 일례로서, 500 nm 정도이다.
도 12는 도 11a의 일부를 확대한 평면도이다. 또한, 도 13은 본 실시 형태에 따른 편향층(60)의 일부를 빔 통과 공간(62a) 측에서 본 사시도의 일례를 나타낸다. 즉, 도 13은, 편향층(60)의 일부의 3차원적 구조를 나타낸 사시도이다. 도 12 및 도 13을 이용하여, 전극부의 구조를 설명한다.
도 12의 점선의 사각형으로 나타난 영역은, 편향층(60)에 있어서, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52)을 통과한 전자빔이 통과하는 빔 통과 공간(62a)이다. 즉, 편향층(60)은, 어퍼처층(50)의 복수의 제1 개공(52)에 대응하는 복수의 빔 통과 공간(62a)을 갖는다. 복수의 빔 통과 공간(62a)은, 도면의 Y 축 방향으로 나열되어 있으며, 이들을 통과한 복수의 전자빔은, Y 축 방향으로 나열된 어레이빔을 형성한다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 제1 전극부(63)는, 빔 통과 공간(62a)에 상대하는 제1 전극(63d)을 갖는다. 제1 전극(63d)은, 제1 전극부(63)의 일부이면 된다. 즉, 제1 전극부(63)는, 복수의 빔 통과 공간(62a)의 각각과 대응하여, 복수의 제1 전극(63d)을 갖는다. 복수의 제1 전극(63d)은, 제1 전극부(63)와 일체화되어 결합될 수도 있고, 일례로서, 전기적으로 동일한 전위가 된다.
또한, 제2 전극부(64a)는, 편향층(60) 내에 있어서, 독립적으로 빔 통과 공간(62a)을 향해 연신하는 연신부(64b)와, 단부에 있어서 빔 통과 공간(62a)을 사이에 두고 제1 전극(63d)에 대향하는 제2 전극(64c)을 갖는다. 여기서 「독립적으로」란, 전극부가, 편향층(60) 내의 다른 전극 및 인접하는 다른 층으로부터, 공간적으로 이간되어 있으며, 전기적으로도 절연되어 있는 것을 나타낸다. 제2 전극(64c)이 빔 통과 공간(62a)에 상대하는 폭은, 연신부(64b)의 연신 방향에 대한 폭과 비교하여 크게 형성될 수 있다.
도 13은, 편향층(60)의 빔 통과 공간(62a)으로부터, 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)가 연신하는 X 축 방향을 비스듬히 본 사시도이다. 제1 전극부(63)는, 편향층(60) 내에 있어서, 인접층 및 제2 전극부(64a)와는 독립적이며, 제2 전극부(64a)의 연신부(64b)의 측방에 있어서 절연부(67)로부터 제1 전극(63d)에 이를 때까지 연신한다. 즉, 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)는, 편향층(60) 내에서 서로 독립적이며, 각각의 전극 연신부의 측면을 따라, 절연부(67)로부터 빔 통과 공간(62a)에 이를 때까지 연신한다. 상술한 바와 같이, 제1 전극부(63)와 제2 전극부(64a) 사이의 평균적인 간극 폭 d6은, 약 500 nm면 된다. 또한, 전극간의 간극이 매우 좁아져 있는 부분에서는, 간극 폭은 200 nm 정도로 할 수도 있다. 또한, 전극의 연신부(64b)의 길이 L6은, 50 μm 이상으로 할 수도 있다.
도 13은, 빔 통과 공간(62a) 및 절연부(67) 사이에, 애스팩트비 100 이상(예를 들어, 간극 폭 d6 = 500 nm, 길이 L6 = 50 μm 이상)의 전극간 간극을 사이에 두는 것을 나타낸다. 이러한 전극간 간극을 사이에 두고 절연부(67)가 존재하는 경우, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52), 빔 통과 공간(62a)과 상대하는 제1 전극(63d) 및 제2 전극(64c)의 전극면 등에서 전자빔이 산란을 받아도, 산란 전자는, 전극간 간극의 안쪽에 있는 절연부(67)의 표면까지 도달하는 것을 저감할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 따른 편향층(60)은, 절연부(67)의 대전을 방지할 수 있다. 하전 입자빔을 성형하여 편향시키는 이러한 소자(10)에 있어서, 소자 동작의 불안정성은, 절연 재료가 대전하여 오염 물질이 퇴적되는 것, 정전 파괴되는 것 등이 원인인 것이 알려져 있다. 편향층(60)이 상기 구조를 취함으로써, 절연부(67)의 대전이 방지되어, 소자(10)의 동작 안정성을 높일 수 있다.
도 14는 본 실시 형태에 따른 편향층(60) 및 스토핑 플레이트(70)의 단면의 구성예를 나타낸다. 즉, 도 14는, 소자(10)의 편향층(60)을 통과한 전자빔의 궤도의 예를 나타낸다. 전자빔은, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52)의 폭 W5와 실질적으로 동일한 폭을 가지로 편향층(60)에 입사한다. 폭 W6은, 편향층(60)의 빔 통과 공간(62a)을 사이에 두고 대향한, 제1 전극(63d)과 제2 전극(64c) 사이의 간격을 나타낸다. 또한, 두께 T6은, 빔 통과 방향에 대한 전극의 길이를 나타낸다. 나아가, 각도 δ는, 편향층(60)을 통과한 전자빔의 확대 각도를 나타낸다.
제1 전극(63d)과 제2 전극(64c) 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 경우, 전자빔은, 스토핑 플레이트(70)의 개공(72)을 통과하여, 시료(116)에 도달한다(빔 ON 상태). 한편, 제1 전극(63d)과 제2 전극(64c) 사이에 전압이 인가된 경우, 전자빔은 전극간의 전계에 의해 편향된다. 빔 OFF 상태로 하기 위해서는, 편향층(60)을 통과한 후의 전자빔이, 적어도 빔의 확대 각도 δ보다 큰 편향각(편향에 의한 빔 진행 방향의 경사각)을 가질 필요가 있다. 빔 OFF 상태에서 제1 전극(63d)과 제2 전극(64c) 사이에 인가되는 전압을 Vb, 소자(10)에 입사하는 전자의 가속 전압을 E0으로 한다. 편향 전극을 충분히 넓은 평행 평판 전극으로 근사하는 경우, 통과하는 전자빔이 빔 OFF 상태를 실현하는 조건은, 이하의 수학식으로 표시된다.
(수학식 3)
(1/2)·(T6/W6)·(Vb/E0)>δ
여기서, 수학식 3을 사용하여, 필요한 전극의 두께 T6을 추정한다. 예를 들어, 전자빔의 가속 전압 E0은, 50 KeV, 제1 전극(63d)과 제2 전극(64b) 사이에 인가하는 편향 전압 Vb는 5V, 제1 전극(63d)과 제2 전극(64b) 사이의 전극간 간격 W6은 900 nm로 한다. 확대 각도 δ는, 전자 렌즈계에 의한 축소의 영향이 발생하기 전이므로, 예를 들어, δ≤1 mrad으로 한다. 이 경우, 빔 통과 방향에 대한 전극의 길이 T6은, T6>18 μm로 산출된다. 한편, 수학식 3은, 편향 전극을 충분히 넓은 평행 평판 전극으로 근사하여 산출된 식이므로, 전극의 단부에서는, 근사의 정밀도가 저감된다.
도 15a는 본 실시 형태에 따른 제2 전극(64c)의 제1 예를 나타낸다. 도 15a는 편향층(60)의 빔 통과 공간(62a) 근방의 전극 구조를 확대하여 나타낸 것이다. 빔 통과 공간(62a)에 상대하는 제2 전극(64c)은, 제1 전극부(63)에 주위를 둘러싸여 형성된다. 여기서, 제2 전극(64c)에 편향 전압이 인가되면, 제2 전극(64c)의 Y 축 방향 중앙 부분으로부터 발생하는 전계는, 대향하는 제1 전극(63d)의 방향을 향하고, 제2 전극(64c)의 Y 축 방향 단부로부터 발생하는 전계는, 제2 전극(64c)의 단부와 근접하는 상하의(+Y 측 및 -Y 측의) 제1 전극(63)의 방향을 향한다. 그러므로 제2 전극(64c)의 Y 축 방향의 폭이, 빔 통과 공간(62a)의 Y 축 방향의 폭과 동일한 정도인 경우, 빔 통과 공간(62a)의 +Y 측 및 -Y 측의 단부를 통과하는 전자빔에 대한 편향 전계에는, 도면의 상하 방향, 즉 Y 축 방향과 실질적으로 평행한 방향의 전계 성분이 비교적 많이 포함되게 된다. 이에 따라, 빔 통과 공간(62a)에 있어서의 X 축 방향과 실질적으로 평행한 방향의 전계 성분이 저감되고, X 축 방향의 편향각은 상대적으로 작아진다.
도 15a는, 이러한 영향을 저감하기 위하여, 제2 전극(64c)의 Y 축 방향 폭을, 빔 통과 공간(62a)의 Y 축 방향 폭보다, 전극 연장량만큼 크게 한 예를 나타낸다. 즉, 제2 전극(64c)이 빔 통과 공간(62a)에 상대하는 폭(즉, Y 축 방향의 폭)은, 빔 통과 공간(62a)의 Y 축 방향의 폭과 비교하여 크게 형성된다. 이에 따라, 빔 통과 공간(62a)의 +Y 측 및 -Y 측의 단부는, 제2 전극(64c)의 Y 축 방향의 단부로부터 이간되게 되고, 빔 통과 공간(62a)을 통과하는 전자빔에 대한 편향 전계는, 제2 전극(64c)의 중앙 부근으로부터 나온, 상대적으로 전극 단부의 영향이 적은 전계를 이용할 수 있다. 즉, 빔 통과 공간(62a) 내의 편향 전계에, Y 축 방향과 실질적으로 평행한 전계 성분이 발생하는 것을 저감할 수 있다.
도 15b는 본 실시 형태에 따른 제2 전극(64c)의 제2 예를 나타낸다. 도 15b는, 빔 통과 공간(62a) 내의 편향 전계에 대한 제2 전극(64c)의 단부의 영향을 저감하기 위하여, 제2 전극(64c)의 양단 부분에, 빔 통과 공간(62a)을 향하는 전극 돌출부(64d)를 추가로 마련한 예를 나타낸다. 즉, 제2 전극(64c)은, 빔 통과 공간(62a)에 상대하는 면의 단부에, 빔 통과 공간(62a)을 향해 돌출하는 전극 돌출부(64d)를 포함한다. 이에 따라, 제2 전극(64c)의 단부는, 전극 돌출부(64d)에 의해 제1 전극(63d)에 근접하고, 해당 단부로부터 발생하는 전계는 제1 전극(63d)을 향하므로, 제2 예의 제2 전극(64c)도, 빔 통과 공간(62a) 내의 편향 전계에, Y 축 방향과 실질적으로 평행한 전계 성분이 발생하는 것을 저감할 수 있다. 이상과 같이, 도 15a 및 도 15b에서 설명한 제2 전극(64c) 구조는, 빔 통과 공간(62a)을 통과하는 전자빔에 대하여, 미리 정해진 편향각을 부여하도록 효율 좋게 편향 전계를 발생할 수 있다.
도 15c는 본 실시 형태에 따른 전극 연장량과 빔 진행 방향의 전극 길이 T6의 관계의 일례를 나타낸다. 도 15c는, 실제로 전극을 제작하여, 도 15a에 나타난 전극 연장량과, 실질적으로 동일한 인가전압에 대하여 빔 OFF 상태로 하기 위해 필요한 빔 진행 방향의 전극 길이 T6과의 관계를 구한 것이다. 여기서, 도 15c는, 전자빔의 가속 전압 E0은 50 KeV, 제1 전극(63d)과 제2 전극(64c) 사이에 인가하는 편향 전압 Vd는 5V이고, 제1 전극(63d)과 제2 전극(64c) 사이의 전극간 간격 W6은 900 nm의 예에 대하여 나타낸다.
도 15c는, 제2 전극(64c)의 전극 연장량이 클수록, 보다 짧은 전극 길이 T6으로 빔 OFF 상태를 실현할 수 있는 것을 나타낸다. 예를 들어, 전극 길이 T6으로서 18 μm ~ 19 μm를 실현하기 위해서는, 제2 전극(64c)의 전극 연장량은, 200 nm ~ 300 nm인 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 도 15c는, 제2 전극(64c)의 양단 부분에 폭 120 nm, 높이 60 nm의 전극 돌출부(64d)를 마련한 경우의, 전극 길이 T6의 저감 효과를 나타낸다. 전극 돌출부(64d)를 마련함으로써, 전극 길이 T6을 1 μm ~ 1.5 μm 정도 짧게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 소자(10)의 제1 변형예를 나타낸다. 도 16은, 소자(10)의 단면도의 일례이다. 제1 변형예의 소자(10)는, 절연층(700)과, 베이스층(710)을 추가로 구비한다. 절연층(700)은, 어퍼처층(50) 및 편향층(60) 사이에 마련된다. 절연층(700)은, XY 평면에 있어서, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52)이 형성된 위치와 대응하는 부분에 있어서, 제1 개공(52)보다 넓은 범위의 절연층(700)이 제거된 개공을 갖는다. 또한, 편향층(60) 내의 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)는 이간되어 있으며, 절연층(700)은, 해당 전극간을 전기적으로 절연한다. 절연층(700)은, 실리콘의 산화막을 포함할 수 있다.
절연층(700)의 두께는, 예를 들어, 200 nm ~ 500 nm이다. 절연층(700)의 개공은, XY 평면에 있어서, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52)이 형성된 위치와 대응하는 범위 내에 중심을 가지며, 반경 50μm를 초과하는 원형으로 형성될 수 있다. 또한, 절연층(700)은, 편향층(60)의 절연부(67)에 접하여 형성될 수 있다. 이와 같이, 절연층(700)을 빔 통과 공간(62a)으로부터 대략 50 μm 이상 이격된 위치에 형성함으로써, 산란 전자가 해당 절연층(700)의 표면 부분에 도달하는 것을 저감할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 따른 소자(10)는, 절연층(700)을 이용하여 어퍼처층(50) 및 편향층(60)을 고정하면서, 해당 절연층(700)의 대전을 방지하여, 동작 안정성을 높일 수 있다.
제1 변형예의 소자(10)는, 어퍼처층(50) 및 편향층(60)이, 절연층(700)을 사이에 두고 일체로 형성된다. 어퍼처층(50), 편향층(60) 및 절연층(700)이 일체화된 소자(10)는, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52)과 편향층(60)의 빔 통과 공간(62a)의 위치 관계를, 미리 위치 맞춤하여 형성할 수 있다. 이러한 소자(10)를 구비하는 컬럼부(120)는, 제1 개공(52)을 통과한 전자빔을 편향층(60)의 빔 통과 공간(62a)에 위치 맞춤하기 위한 위치 맞춤부(82)(도 1 참조)를 내부에 마련할 필요가 없어지므로, 노광 장치(100)를 간략화할 수 있다.
베이스층(710)은, 어퍼처층(50)보다 제1 면 측에 마련된다. 베이스층(710)은, 소자(10)의 전자총(20)을 향하는 제1 면 측에 어퍼처층(50)의 제1 개공(52) 부분을 노출시키기 위한 베이스층 개공(712)을 갖는다. 베이스층(710)은, 일체로 형성된 어퍼처층(50), 편향층(60) 및 절연층(700)을 유지함으로써, 소자(10) 전체의 역학적 강도를 향상시킨다. 또한, 베이스층(710)은, 전자빔 조사에 의해 발열한 어퍼처층(50)의 열 배출에 기여할 수 있다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 소자(10)의 제2 변형예를 나타낸다. 도 17은, 빔 입사 측에서 본 소자(10)의 편향층(60)의 평면도의 일례이다. 도 10a 및 도 11a에 있어서, 소자(10)의 어퍼처층(50)의 제1 개공(52) 및 편향층(60)의 빔 통과 공간(62a)이, X 축 방향으로 연신하는 제1 전극부(63)를 사이에 두고, Y 축 방향으로 각각 2열 마련되는 예를 설명하였다. 제2 변형예의 소자(10)는, 제1 개공(52) 및 빔 통과 공간(62a)이, Y 축 방향으로 각각 복수열 마련된다. 도 17에 나타내는 제2 변형예의 소자(10)는, 제1 열 내지 제4 열의 합계 4열의 빔 통과 공간(62a)이 마련되는 예를 나타낸다. 또한, 이에 수반하여, 어퍼처층(50)의 제1 개공(52) 그리고 제1 개공(52)과 대응하는 편향층의 빔 통과 공간(62a), 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)를 포함하는 편향 유닛은, 서로 평행한 제1 열 측 및 제2 열 측 각각에 복수개씩 배열된다. 한편, 도 17에 나타내는 바와 같이, 제1 열을 따른 복수의 편향 유닛의 복수의 제2 전극부(64a)에 있어서의 연신부(64b)의 연신 방향은, 제2 열을 따른 복수의 편향 유닛의 복수의 제2 전극부(64a)에 있어서의 연신부(64b)의 연신 방향과는, 반대 방향으로 배치된다.
도 17에 있어서, 제1 열의 빔 통과 공간(62a)에 대응하여 형성된 편향 유닛을 편향 유닛 A로 하고, 제3 열의 빔 통과 공간(62a)에 대응하여 형성된 편향 유닛을 편향 유닛 B로 한다. 즉, 제1 열 측의 편향 유닛은, Y 축 방향을 따라 A, B, A, B··로 교대로 나열된다. 또한, 제2 열의 빔 통과 공간(62a)에 대응하여 형성된 편향 유닛을 편향 유닛 D로 하고, 제4 열의 빔 통과 공간(62a)에 대응하여 형성된 편향 유닛을 편향 유닛 C로 한다. 즉, 제2 열 측의 편향 유닛은, Y 축 방향을 따라 C, D, C, D··로 교대로 나열된다.
노광 장치(100)는, Y 축 방향을 따라 이와 같이 배치된 제1 개공(52) 및 빔 통과 공간(62a)을 통과하여 형성된 어레이빔을, 시료(116) 상에 미리 마련된 라인 패턴의 길이 방향인 X 축 방향으로 주사한다. 편향 유닛 A, C, B, D, A, C, B, D··의 순으로 형성된 빔의 주사 위치는, Y 축 방향으로는 실질적으로 동일한 피치로 끊김없이 나열되므로, 각각의 빔의 Y 축 방향 주사 위치를 그리드 라인(도 4 참조)에 맞춰 주사할 수 있다. 이에 따라, 제2 변형예의 소자(10)로 형성된 어레이빔은, Y 축 방향으로 일정 간격으로 나열되는 그리드 라인에 기초하여 설계된 커트 패턴 및 비아 패턴을 노광할 수 있다.
또한, 제2 변형예의 소자(10)는, 편향 유닛이, 복수의 제1 열 및 복수의 제2 열의 각 열을 따라 복수개씩 배열시키므로, 빔 통과 공간(62a)에 편향 전계를 발생시키는 편향 유닛의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 제2 변형예의 소자(10)는, 예를 들어, 해당 빔 통과 공간(62a)에 대향하는 제2 전극(64c)의 폭을 해당 빔 통과 공간(62a)의 폭 이상으로 형성할 수 있고, 또한, 전극 돌출부(64d)를 추가로 형성할 수 있다.
도 18은 도 16에 나타난 제1 변형예의 소자(10)의 제조 플로우를 나타낸다. 본 실시 형태에 있어서, S1800에서부터 S1920의 제조 공정을 실행함으로써, 소자(10)를 제조하는 예를 설명한다. 한편, 이상에 설명한 다른 구성의 소자(10)도, 도 18에 나타내는 제조 플로우와 동일한 플로우에 의해, 제조할 수 있다.
먼저, 베이스층(710)이 되는 기판 상에, 어퍼처층 기판(58), 절연층(700) 및 편향층 기판(68)의 순으로 적층한 다층 기판을 형성한다(S1800). 다음으로, 베이스층(710)이 되는 기판의 일부를 제거하여, 어퍼처층 기판(58)의 개공 등을 형성하는 영역을 노출시킨다. 즉, 이 단계의 다층 기판은, 베이스층(710) 측의 제1 면에 어퍼처층 기판(58)의 일부가 노출되어, 제1 면과는 반대 측의 제2 면에 편향층 기판(68)이 위치한다. 베이스층(710)의 기판의 재질은, 예를 들어, 실리콘이다. 어퍼처층 기판(58) 및 편향층 기판(68)의 재질은, 예를 들어, 불순물을 도핑하여 도전성을 부여한 실리콘이다. 절연층(700)의 재질은, 예를 들어, 실리콘 산화물이다.
다음으로, 소자(10)의 제1 개공(52), 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)가 형성되어 있지 않은 상태에 있어서, 제1 면 측에 있어서 노출시킨 어퍼처층 기판(58)으로부터 편향층 기판(68)까지를 관통하는 관통공(950)을 형성한다(S1820). 해당 관통공(950)은, 해당 제조 공정에 있어서, 위치 맞춤을 하는 마크 구조로서 이용한다.
다음으로, 제1 면 측에 있어서 노출시킨 어퍼처층 기판(58)의 표면에, 제1 개공(52)을 형성하는 패턴을 패터닝한다(S1840). 그리고, 패터닝한 형상에 기초하여, 소자(10)의 제1 면 측으로부터 어퍼처층 기판(58)을 에칭하여, 제1 개공(52)을 형성한다(S1860). 여기서, 에칭은, 이방성 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 소자(10)의 제1 면 측으로부터 입사되는 빔을 성형하여 통과시키는 제1 개공(52)을 갖는 어퍼처층(50)이 형성된다. 패터닝 및 에칭을 포함하고, 어퍼처층(50)을 형성하는 단계는, 제1 면 측의 관통공(950)의 중심 등을 기준으로 하여 제1 개공(52)의 위치를 위치 결정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 제2 면 측의 편향층 기판(68)의 표면에, 제1 전극부(63), 제2 전극부(64a)의 패턴을 패터닝한다(S1880). 그리고, 패터닝한 형상에 기초하여, 소자(10)의 제2 면 측으로부터 편향층 기판(68)을 에칭하여, 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)를 형성한다(S1900). 여기서, 에칭은, 이방성 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 어퍼처층(50)을 통과한 빔을 통과시켜 편향시키는 편향층(60)이 형성된다. 패터닝 및 에칭을 포함하고, 편향층(60)을 형성하는 단계는, 관통공(950)의 중심 등을 기준으로 하여 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)의 위치를 위치 결정하는 것이 바람직하다.
그리고, 어퍼처층 기판(58)과, 편향층(60) 사이의 절연층(700)의 일부를, 등방성의 에칭에 의해 제거한다(S1920). 즉, 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)의 형성 후에, 제1 전극부(63)의 제1 전극(63d), 그리고 제2 전극부(64a)의 제2 전극(64c) 및 연신부(64b)의 적어도 일부와 접하는 절연층(700)의 부분을 에칭에 의해 제거한다. 한편, 절연층(700)과 접하는 전극(63, 64a)의 짧은 변 부분의 폭은, 절연층(700)의 두께와 동일한 정도로 형성하는 것이 바람직하다. 웨트 에칭 등의 등방성 에칭을 이용함으로써, 에칭액이 전극(63, 64a)과 어퍼처층 기판(58)에 끼워진 절연층(700) 측으로 돌아 들어가, 절연층(700)의 깊이 방향(Z 축 방향)의 제거와 전극(63, 64a)의 짧은 변 부분의 안쪽의 폭 방향(X 축 방향 및 Y 축 방향)의 제거를, 함께 진행시킬 수 있다. 이에 따라, 전극(63, 64a)을 남기고, 그 안쪽의(제1 면 측의) 절연층(700)을 제거할 수 있다. 이에 따라, 어퍼처층 기판(58) 및 편향층(60) 사이의 절연층(700)이 형성된다. 절연층(700)의 일부가 제거됨에 따라, 편향층(60) 내의 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)는, 어퍼처층 기판(58)으로부터 이간되어, 독립적인 전극 구조가 된다.
도 19는 도 18에 나타낸 제조 플로우로 형성된 소자(10)의 단면도의 일례를 나타낸다. 관통공(950)은, 제1 면 측으로부터 가공하는 경우와, 제2 면 측으로부터 가공하는 경우의, 공통의 기준으로 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 소자(10)의 제1 면 측 및 제2 면 측의 가공 정밀도를 간편하게 향상시킬 수 있다.
한편, 어퍼처층(50) 및 편향층(60)을 형성하는 단계에 있어서, 전자빔 노광 장치를 패터닝 장치로서 이용할 수 있다. 전자빔 노광 장치는, 마크 위치를 검출하는 기능을 가질 수도 있고, 해당 기능에 의해, 제1 면 측으로부터 제1 면 측으로 노출되는 관통공(950)의 위치 및 형상을 검출하여, 제1 면 측의 기준 위치로 한다. 전자빔 노광 장치는, 해당 기준 위치에 위치 맞춤을 하여, 제1 면 측의 어퍼처층 기판(58)의 표면에 제1 개공(52)의 패턴을 노광한다.
또한, 전자빔 노광 장치는, 마찬가지로, 마크 위치 검출기능에 의해, 제2 면 측으로부터 제2 면 측으로 노출되는 관통공(950)의 위치 및 형상을 검출하여, 제2 면 측의 기준 위치로 한다. 전자빔 노광 장치는, 해당 기준 위치에 위치 맞춤을 하여, 제2 면 측의 편향층 기판(68)의 표면에 제1 전극(63) 및 제2 전극(64a)의 패턴을 노광한다. 이와 같이, 소자(10)의 제1 면 측으로부터 형성되는 제1 개공(52)과, 제2 면 측으로부터 형성되는 제1 전극부(63) 및 제2 전극부(64a)로 둘러싸인 빔 통과 공간(62a)을, 동일한 기준의 관통공(950)을 이용하여 위치 맞춤하므로, 소자(10)를 양호한 정밀도로 형성할 수 있다.
어퍼처층(50)을 형성하는 단계 및 편향층(60)을 형성하는 단계에 있어서, 일례로서, 반응성 이온 에칭(RIE)을 이방성 에칭으로서 이용한다. 도 20은 실제로 형성한 편향층(60)의 전극부의 일례를 나타낸다. 도 20은, 편향층 기판(68)을 이방성 에칭하여 편향층 전극(제1 전극(63) 및 제2 전극(64a))을 만든 결과의 일례를 나타낸다. 도 20에 나타내는 편향 전극부의 작성예에서는, 심굴(深窟) 에칭에 의해 제거된 전극간의 간극 폭은 200 nm ~ 500 nm이다. 또한, 에칭에 의해 형성된 전극 구조의 빔 통과 방향의 두께는 약 18 μm이다. 에칭된 간극부의 구조의 애스팩트비는 40 ~ 90이다.
도 21은 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)의 변형예를 나타낸다. 도 21에 있어서, 도 1에 나타난 본 실시 형태에 따른 노광 장치(100)의 동작과 실질적으로 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 본 변형예의 노광 장치(100)는, 컬럼부(120)와, 선택부(160), 조사 제어부(170) 및 편향량 결정부(180)를 갖는 노광 제어부(140)를 복수개 구비한다.
한편, 본 변형예의 노광 장치(100)에 있어서, 스테이지 장치(112)를 이동시켜 어레이빔의 조사 위치를 주사하는 경우, 노광 제어부(140) 각각은, 주사 제어부(190)를 갖지 않아도 된다. 도 21은, 1개의 스테이지 장치(112)와, 노광 장치(100)가 복수의 컬럼부(120)와, 1개의 CPU(130)와, 주사 제어부(190)를 갖지 않는 복수의 노광 제어부(140)와, 1개의 주사 제어부(190)를 구비하는 예를 나타낸다.
복수의 컬럼부(120) 각각은, 대응하는 노광 제어부(140)에 각각 접속되어, 시료(116)를 노광한다. 개개의 컬럼부(120)의 동작은, 도 3 등에서 설명한 바와 같이, 조사 가능 영역(200)을 프레임마다 노광한다. 즉, 주사 제어부(190)는, 시료(116)를 재치하여 이동시키는 스테이지 장치(112)를 제어하여 복수의 컬럼부(120)에 대하여 시료(116)를 이동시키고, 복수의 컬럼부(120)에 의해 병렬로 시료(116)에 하전 입자빔을 조사한다.
이와 같이, 본 변형예의 전자빔 노광 장치(100)는, 복수개의 컬럼부(120)으로 병행하여 노광을 행할 수 있으므로, 노광의 스루풋을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 시료(116)가 300 mm 이상인 대구경의 반도체 웨이퍼 등이어도, 대응하여 컬럼부(120)의 수를 증가시킴으로써, 스루풋이 현저하게 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 변형예의 노광 장치(100)는, 복수의 컬럼부(120)가 출력하는 복수의 어레이빔의 강도가 각각 상이한 경우가 있다. 이에, 노광 장치(100)는, 노광을 행하기 전에, 각각의 컬럼부(120)로부터 출력되는 어레이빔의 강도를 미리 측정할 수 있다. 또한, 복수의 컬럼부(120)에 의한 복수의 노광 결과에 불균일이 발생하지 않도록, 각 노광 제어부(140)에 있어서의 경과 시간을 보정할 수도 있다. 또한, 복수의 컬럼부(120)가, 1개의 시료(116) 상의 상이한 반도체칩에 속하는 커트 패턴을 각각 노광하도록, 컬럼부(120)마다, 어레이빔과 해당 어레이빔이 노광하는 칩의 라인 패턴을 위치 결정할 수도 있다.
이상, 본 발명을 실시의 형태를 이용하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시의 형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 상기 실시의 형태에, 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있음이 당업자에게 분명하다. 이러한 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이, 특허청구범위의 기재로부터 분명하다.
특허청구범위, 명세서 및 도면 중에서 나타낸 장치, 시스템, 프로그램 및 방법에 있어서의 동작, 순서, 스텝 및 단계 등의 각 처리의 실행순서는, 특별히 「보다 앞에」, 「앞서」 등으로 명시하고 있지 않고, 또한, 전의 처리의 출력을 후의 처리에서 이용하는 것이 아닌 한, 임의의 순서로 실현 가능하다는 것에 유의해야 한다. 특허청구범위, 명세서 및 도면 중의 동작 플로우에 관해, 편의상「우선,」, 「다음으로,」 등을 이용하여 설명했더라도, 반드시 이 순서대로 실시해야만 한다는 것을 의미하는 것은 아니다.
10 소자
20 전자총
30 어퍼처 플레이트
32 개공
40 빔 형상 변형부
50 어퍼처층
52 제1 개공
58 어퍼처층 기판
60 편향층
62 개공
62a 빔 통과 공간
63 제1 전극부
63d 제1 전극
64 블랭킹 전극
64a 제2 전극부
64b 연신부
64c 제2 전극
64d 전극 돌출부
67 절연부
68 편향층 기판
70 스토핑 플레이트
72 개공
80 조정부
82 위치 맞춤부
90 외부 기억부
100 노광 장치
110 스테이지부
112 스테이지 장치
114 스테이지 위치 검출부
116 시료
120 컬럼부
130 CPU
132 버스
140 노광 제어부
150 기억부
160 선택부
162 데이터 변환 회로
164 빔 선택 회로
166 경과 시간 연산 회로
170 조사 제어부
172 증폭기
180 편향량 결정부
182 편향부 구동 회로
190 주사 제어부
192 스테이지 구동 회로
200 조사 가능 영역
210 조사 위치
220 영역
232 제1 프레임
234 제2 프레임
236 제3 프레임
400 그리드
402 라인 패턴
410 제1 패턴
412, 414, 416, 418 패턴
420 제2 패턴
422, 424 패턴
430 제3 패턴
432, 434, 436, 438 패턴
500 어레이빔
502 조사 영역
700 절연층
710 베이스층
712 베이스층 개공
802 라인 패턴
810 커트 패턴
900 배선 패턴
950 관통공

Claims (16)

  1. 빔을 성형하여 편향시키는 소자에 있어서,
    해당 소자의 제1 면 측으로부터 입사되는 빔을 성형하여 통과시키는 제1 개공(開孔)을 갖는 어퍼처층; 및
    상기 어퍼처층을 통과한 빔을 통과시켜 편향시키는 편향층
    을 구비하고,
    상기 편향층은,
    상기 제1 개공에 대응하는 상기 편향층 내의 빔 통과 공간에 상대하는 제1 전극을 갖는 제1 전극부; 및
    상기 편향층 내에 있어서 인접층과는 독립적으로 상기 빔 통과 공간을 향해 연신하는 연신부 및 단부에 있어서 상기 빔 통과 공간을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극을 갖는 제2 전극부를 갖고,
    상기 제2 전극은, 상기 빔 통과 공간에 상대하는 면의 단부에 상기 빔 통과 공간을 향해 돌출하는 전극 돌출부를 포함하는, 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부는, 상기 편향층 내에 있어서, 상기 인접층 및 상기 제2 전극부와는 독립적이며, 상기 제2 전극부의 상기 연신부의 측방에 있어서 상기 제1 전극에 이를 때까지 연신하는,
    소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극이 상기 빔 통과 공간에 상대하는 폭은, 상기 연신부의 연신 방향에 대한 폭과 비교하여 큰,
    소자.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 어퍼처층 및 상기 편향층 사이에 마련된 절연층을 추가로 구비하고,
    상기 절연층은, 상기 어퍼처층의 상기 제1 개공과 대응하는 부분에 있어서, 상기 제1 개공보다 넓은 범위의 절연층이 제거된 개공을 갖는,
    소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 이간되어 있으며, 상기 절연층으로 전기적으로 절연되어 있는,
    소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 절연층은, 실리콘 산화막을 포함하는,
    소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는, 도전성을 부여한 실리콘층을 포함하는,
    소자.
  9. 제1항에 있어서,
    해당 소자에 있어서의 상기 어퍼처층보다 상기 제1 면 측에 마련되고, 해당 소자의 상기 제1 면 측에 상기 제1 개공을 노출시키기 위한 개공을 갖는 베이스층을 추가로 구비하는,
    소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개공 그리고 해당 제1 개공에 대응하는 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부를 포함하는 편향 유닛이, 서로 평행한 제1 열 및 제2 열의 각각을 따라 복수개씩 배열되고, 상기 제1 열을 따른 복수의 상기 편향 유닛의 복수의 상기 제2 전극부에 있어서의 상기 연신부의 연신 방향은, 상기 제2 열을 따른 복수의 상기 편향 유닛의 복수의 상기 제2 전극부에 있어서의 상기 연신부의 연신 방향과 반대 방향인,
    소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 편향 유닛이, 복수의 상기 제1 열 및 복수의 상기 제2 열의 각 열을 따라 복수개씩 배열되는,
    소자.
  12. 빔을 발생하는 빔 발생부;
    상기 빔을 성형하여 편향시키는 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 소자; 및
    상기 소자에 의한 상기 빔의 편향을 제어하여, 상기 빔을 시료에 조사시킬지의 여부를 스위칭하는 제어부
    를 구비하는,
    노광 장치.
  13. 빔을 성형하여 편향시키는 소자를 제조하는 제조 방법에 있어서,
    상기 소자의 제1 면 측으로부터 입사되는 빔을 성형하여 통과시키는 제1 개공(開孔)을 갖는 어퍼처층을 형성하는 어퍼처층 처리 단계; 및
    상기 어퍼처층을 통과한 빔을 통과시켜 편향시키는 편향층을 형성하는 편향층 처리 단계
    를 구비하고,
    상기 편향층 처리 단계는,
    상기 제1 개공에 대응하는 편향층 내의 빔 통과 공간에 상대하는 제1 전극을 갖는 제1 전극부; 및
    상기 편향층 내에 있어서 인접층과는 독립적으로 상기 빔 통과 공간을 향해 연신하는 연신부 및 단부에 있어서 상기 빔 통과 공간을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하는 제2 전극을 갖는 제2 전극부,
    를 형성하고,
    상기 어퍼처층 처리 단계에 있어서, 상기 소자의 상기 제1 면 측으로부터 상기 어퍼처층을 에칭하여, 상기 어퍼처층에 상기 제1 개공을 형성하고,
    상기 편향층 처리 단계에 있어서, 상기 소자의 제2 면 측으로부터 상기 편향층을 에칭하여, 상기 편향층에 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부를 형성하는, 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 개공, 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부가 형성되어 있지 않은 상태에 있어서, 상기 소자의 상기 어퍼처층으로부터 상기 편향층까지를 관통하는 관통공을 형성하는 관통공 형성 단계를 추가로 구비하고,
    상기 어퍼처층 처리 단계에 있어서, 상기 관통공을 기준으로 하여 상기 제1 개공을 위치 결정하고,
    상기 편향층 처리 단계에 있어서, 상기 관통공을 기준으로 하여 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부를 위치 결정하는,
    제조 방법.
  16. 제13항 또는 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소자는, 상기 어퍼처층 및 상기 편향층 사이에 절연층을 구비하고,
    상기 절연층은, 상기 빔을 통과시키는 개공을 가지며,
    해당 제조 방법은,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부의 형성 후에, 상기 제1 전극부의 상기 제1 전극, 그리고 상기 제2 전극부의 상기 제2 전극 및 상기 연신부의 적어도 일부와 접하는 상기 절연층의 부분을 등방성 에칭에 의해 제거하는,
    제조 방법.
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