KR101894170B1 - 노광장치 - Google Patents

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KR101894170B1
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히토시 타나카
아츠시 토쿠노
신이치 코지마
아키오 야마다
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주식회사 아도반테스토
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Abstract

노광 장치에 있어서, 애퍼처 어레이 위의 가늘고 긴 피조명 영역을, 강한 강도로 조명하는 전자 빔을 형성하는 수단을 제공한다.
시료상에서 조사 위치가 서로 다른 복수의 하전 입자 빔을 형성하는 형성부 122를 포함하는 노광 장치 100에 있어서, 형성부 122는, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는 방출 영역 21로부터 하전 입자 빔을 방출하는 입자원 20과, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는 피조명 영역 61에 복수의 개구 62가 배치된 애퍼처 어레이 소자 60과, 입자원 20과 애퍼처 어레이 소자 60 사이에 마련된 조명 렌즈 30, 50과, 입자원 20과 애퍼처 어레이 소자 60 사이에 마련되어 자기장 또는 전기장의 작용에 의해 하전 입자 빔의 단면 형상을 비등방성 형상으로 변형시키는 빔 단면 변형 소자 40을 포함하는 노광 장치 100에 의함.

Description

노광장치{EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 하전 입자 빔을 사용하는 노광 장치에 관한 것이다.
종래에 선폭 수십 나노미터(nm) 정도의 노광 기술로 형성된 단순한 라인 패턴에 전자 빔 등의 하전 입자 빔을 사용한 노광 기술에 의하여 가공함으로서 미세한 회로 패턴을 형성하는 컴플리멘터리 리소그래피가 알려져 있다(특허문헌 1).
또한, 1차원 방향으로 배치된 어레이 빔을 사용한 멀티 빔 노광 기술도 알려져 있다(특허문헌 2).
일본 특허 공개 공보 제2013-16744호 공보 일본 특허 공개 공보 제2015-133400호 공보
노광 장치의 처리 능력(스루풋, throughput)을 더욱 향상시키기 위하여는, 어레이 빔을 구성하는 빔 각각의 전류값을 증가시키는 것이 바람직하다.
그러나, 종래의 노광 장치를 사용하여 1차원 방향으로 배치된 어레이 빔(특허문헌 2 참조)을 형성하면, 어레이 빔을 구성하는 빔 각각의 전류값이 실용적인 속도로 노광을 수행하기에는 충분하지 않다는 것이 판명되었다.
거기에서, 어레이 빔을 구성하는 빔 각각의 전류값을 증가시킬 수 있는 빔 형성 수단을 포함하는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하의 개시의 한 태양에 있어서는, 시료 상에서 조사 위치가 서로 다른 복수의 하전 입자 빔을 형성하는 형성부를 포함하는 노광 장치에 있어서, 형성부는, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서, 서로 다른 폭을 갖는 방출 영역으로부터 하전 입자 빔을 방출하는 입자원과, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서, 서로 다른 폭을 갖는 피조명 영역에, 복수의 개구가 배치된 애퍼처 어레이(애퍼처 array) 소자와, 입자원과 애퍼처 어레이 소자와의 사이에 마련되어진 조명 렌즈와, 입자원과 애퍼처 어레이 소자와의 사이에 마련되어져, 자기장 또는 전기장의 작용에 의해, 하전 입자 빔의 단면 형상을, 상기 방출 영역을 더욱 가늘고 길게 변형시킨 형상으로 변형시키는 빔 단면 변형 소자를 포함하는 노광 장치가 제공된다.
또, 상기의 노광 장치에 있어서, 입자원은, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서, 서로 다른 폭을 갖는 하전 입자의 발생부를 그 끝부분에 포함하는 캐소드부와, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서, 서로 다른 폭의 개구를 포함하는 제어 전극을 포함하되, 조명 렌즈는, 배치 위치가 서로 다른 적어도 2개의 축대칭 하전 입자 빔 렌즈로 구성되고, 빔 단면 변형 소자는, 방출 영역의 상(이미지)이 조명 렌즈에 의해 결상되는 위치에 설치되어 있어도 좋다.
상기의 노광 장치에 의하면, 어레이 빔을 구성하는 빔 각각의 전류값이 증가하기 때문에, 그 처리 능력이 향상된다.
한편, 상기의 발명의 개요는, 이하의 개시 내용에 포함되는 특징의 모두를 열거한 것이 아니다. 또, 이하의 개시 내용에 포함되는 특징군과의 서브콤비네이션도 또한 발명이 될 수 있다.
도 1은, 제1 실시 형태에 의한 노광 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는, 도 1의 노광 장치가 어레이 빔을 주사(走査, scanning)하여 시료 표면에 형성하는 조사 가능 영역을 도시한 평면도이다.
도 3은, 도 1의 노광 장치의 애퍼처 어레이 소자의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 4의 (A)는, 도 1의 형성부의 YZ 평면에 있어서의 전자 빔 궤도를 도시한 도면이며, 도 4의 (B)는 도 1의 형성부의 XZ 평면에 있어서의 실시예와 전자 빔 궤도를 도시한 도면이다.
도 5는, 도 1의 입자원 및 입자원 제어부를 도시한 도면이다.
도 6의 (A)는 도 5의 캐소드부 및 가열부의 정면도이며, 도 6의 (B)는 도 5의 캐소드부 및 가열부의 사시도이며, 도 6의 (C)는 도 5의 캐소드부 및 가열부의 저면도이다.
도 7은, 도 5의 제어 전극의 저면도이다.
도 8의 (A)는 도 1의 입자원측 조명 렌즈의 단면 사시도이며, 도 8의 (B)는 그 입자원측 조명 렌즈의 광학축상의 자기장강도를 도시한 그래프이다.
도 9의 (A)는 도 1의 빔 단면 변형 소자의 평면도이며, 도 9의 (B)는 빔 단면 변형 소자에 의한 XY 평면내의 자기장 방향을 도시한 도면이다.
도 10은, 도 1의 애퍼처 어레이 소자 60의 피조명 영역 61과, 그 빔의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 11은, 제2 실시 형태에 의한 노광 장치 300을 도시한 도면이다.
도 12는, 도 11의 노광 장치 300의 스테이지 주사 속도(mm/sec)와 노광 스루풋(웨이퍼 매수/시간)과의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 발명의 실시 형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시 형태는 특허청구범위에 기재된 발명을 한정하는 것이 아니다. 또, 실시 형태에서 설명되고 있는 특징의 조합 모두가 발명의 해결 수단에 필수적이라고는 할 수 없다. (제1 실시 형태)
도 1은, 본 실시 형태에 의한 노광 장치 100의 구성례를 도시한다.
노광 장치 100은, 미리 정해진 그리드에 기초하여 형성된 시료상의 라인 패턴에 대하여, 해당 그리드에 대응되는 조사 위치 및 조사 범위를 갖는 하전 입자 빔을 조사하고, 컷 패턴 또는 비아(via) 패턴을 노광한다.
이 노광 장치 100은, 스테이지부 110과, 컬럼부 120과, CPU 130과, 노광 제어부 140을 포함한다.
노광 대상이 되는 시료 10은, 반도체, 유리 및/또는 세라믹 등으로 형성된 기판이어도 좋으며, 하나의 예로서, 실리콘 등으로 형성된 반도체 웨이퍼이다. 그 시료 10에는, 표면에 금속 등의 도전체로 라인 패턴이 형성되어 있어도 좋다.
노광 장치 100은, 시료 10의 라인 패턴을 절단하여 미세한 가공(전극, 배선 및/또는 비아 등의 형성)을 하기 위하여, 그 라인 패턴 위에 형성된 레지스트를 노광하는 목적에 적합하다.
그 시료 10은, 스테이지 110에 적재된다.
스테이지부 110은, 시료 10을 적재하여 도 1에 도시된 XY 평면상에서 이동시킨다. 스테이지부 110은, XY 스테이지이어도 좋으며, 또한 XY 스테이지에 추가하여, Z 스테이지, 회전 스테이지 및 틸트 스테이지 중의 하나 이상과 조합되어도 좋다.
스테이지부 110은, 시료 10에 형성된 라인 패턴의 장방향이 X 방향 또는 Y 방향과 같은 스테이지의 이동 방향과 약 평행이 되도록 시료 10을 탑재한다.
이하의 설명에서는, 스테이지부 110은, 도 1에 있어서, X 방향 및 Y 방향으로 이동하는 XY 스테이지이며, 라인 패턴의 장방향이 X 방향과 약 평행이 되도록 시료 10을 탑재하는 예를 들어 설명한다.
컬럼부 120은, 스테이지부 110에 적재된 시료 10에, 전자 또는 이온 등의 하전 입자를 포함하는 하전 입자 빔을 조사한다. 한편, 본 실시 형태에서는, 컬럼부 120이 전자 빔을 조사하는 예를 설명한다.
컬럼부 120은, 시료 10상에서 조사 위치가 서로 다른 복수의 전자 빔을 형성하는 형성부 122 및 스토핑 플레이트(stopping plate) 70 및 축소 투영 렌즈 80을 포함한다.
이 중, 형성부 122는, 전자원 20, 전자원측 조명 렌즈 30, 빔 단면 변형 소자 40, 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50, 애퍼처 어레이 소자 60을 포함한다.
전자원 20은, 열 또는 전기장을 인가함으로써 전자를 발생시키는 발생부를 포함한다. 그 전자 발생부는, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는다.
발생부로부터 발생한 전자에는, 전자원 20에 있어서 미리 정해진 가속 전압(하나의 예로서, 50KV)이 인가된다. 이에 의해, 전자는 도 1의 -Z 방향이 되는 시료 10의 방향으로 가속되어, 전자 빔(Electron Beam: EB)이 된다.
전자원 20은, XY 평면과 평행한 시료 10의 표면에 수직이며 Z축과 평행한 수선인, 전자 빔의 광학축(도 1의 일점쇄선) 위에 설치되어도 좋다.
전자원 20으로부터 방출된 전자 빔 EB는, 조명 렌즈에 의해 집속된다.
조명 렌즈는, 배치 위치가 서로 다른 적어도 2개의 조명 렌즈, 즉 전자원측 조명 렌즈 30 및 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50으로 구성된다. 이들 조명 렌즈는, 전자 빔이 통과하는 광학축에 관하여 축 대칭인 전자 빔 렌즈이다.
이 중, 전자원측 조명 렌즈 30은, 전자원 20 및 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50의 사이에 설치되며, 전자원 20으로부터 방출된 전자 빔을, 전자원측 조명 렌즈 30의 -Z 방향측으로 결상한다.
빔 단면 변형 소자 40은, 전자원측 조명 렌즈 30 및 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50의 사이에 설치되며, 전자원측 조명 렌즈 30을 통과한 장방향과 그에 직교하는 단방향으로 서로 다른 폭을 갖는 전자 빔의 단면을 장방향으로 더욱 길게 확장시켜 변형시킨다.
여기에서, 전자 빔의 단면이라 함은, 전자 빔을 전자 빔의 진행 방향과 직교하는 면(XY 평면과 평행한 면)으로 절단했을 때, 전자 빔의 절단면에 있어서의 형상을 나타낸다.
빔 단면 변형 소자 40은, 도 1의 예에서는, 전자 빔의 단면의 장방향인 Y 방향으로 확장된 전자 빔을 형성한다.
빔 단면 변형 소자 40은, 하나의 예로서 4중극자(quadrupole)이며, 자기장 또는 전기장을 발생시켜 전자 빔에 단면내 방향의 힘을 가함으로써, 전자 빔의 단면을 변형시킨다.
애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50은, 빔 단면 변형 소자 40 및 애퍼처 어레이 소자 60의 사이에 설치되어, 빔 단면 변형 소자 40을 통과한 전자 빔을 시료 10 방향으로 향하는 약 평행한 전자 빔으로 변환한다.
애퍼처 어레이 소자 60은, 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50 및 시료 10의 사이에 설치되며, 도 1의 예에서는, 전자 빔의 단면의 장방향인 Y 방향과 그에 직교하는 단방향인 X 방향에서 서로 다른 폭을 갖는 전자 빔에 의해 조명된다.
그 애퍼처 어레이 소자 60에는, 장방향인 Y 방향에 따라 늘어선 복수의 개구 62가 설치되어 있다. 이들 개구 62는, 모두 같은 크기이며, Y 방향으로 미리 정해진 간격을 두고 배치된다.
애퍼처 어레이 소자 60은, 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 전자 빔으로부터, 개구 62를 통과하는 전자 빔으로 구성되는 어레이 형상의 전자 빔 군을 잘라 내어, 어레이 빔을 형성한다.
애퍼처 어레이 소자 60에는, 복수의 블랭킹(블랭킹) 전극 64가 더 포함되어 있다. 이들 블랭킹 전극 64는 Y 방향으로 나열된 복수의 개구 62의 옆에 각각 배치된다.
블랭킹 전극 64에 전압을 공급하면, 대응하는 개구 62 내에 전자 빔이 진행하는 방향과 직교하는 방향으로 전계가 발생한다.
즉, 블랭킹 전극 64에 전압이 공급될 경우, 대응하는 개구 62 내에 전기장이 발생하므로, 해당 개구 62에 입사하는 전자 빔은 시료 10의 방향으로 통과하는 방향과는 다른 방향으로 편향된다.
한편, 블랭킹 전극 64에 전압이 공급되지 않을 경우, 대응하는 개구 62 내에는 전기장이 발생하지 않으므로, 해당 개구 62에 입사하는 전자 빔은 편향되지 않고 시료 10의 방향을 향해 통과한다.
스토핑 플레이트 70은, 애퍼처 어레이 소자 60 및 시료 10의 사이에 설치되어, 애퍼처 어레이 소자 60의 블랭킹 전극 64가 편향시킨 전자 빔을 차폐한다.
스토핑 플레이트 70에는, 개구 72가 설치되어 있다. 그 개구 72는 일방향으로 확장된 약 타원 또는 약 직사각형의 형상을 가져도 좋고, 개구 72의 중심이 전자원 20과 시료 10을 잇는 직선과 교차하도록 형성되어도 좋다. 도 1의 예에서는, 개구 72는 Y축과 평행한 방향으로 확장된 형상을 갖는다.
스토핑 플레이트70의 개구 72는 애퍼처 어레이 소자 60을 편향 없이 통과한 전자 빔을 통과시킨다. 한편, 애퍼처 어레이 소자 60에서 편향된 전자 빔은 스토핑 플레이트 70의 개구 72의 외측으로 유도되어 진행이 저지된다.
즉, 컬럼부 120은, 애퍼처 어레이 소자 60 및 스토핑 플레이트 70을 조합시켜, 블랭킹 전극 64에 공급되는 전압을 제어함으로써, 어레이 빔에 포함되는 각각의 전자 빔을 시료 10에 조사할 것인가(빔 온(ON) 상태) 아닌가(빔 오프(OFF) 상태)를 변경한다.
축소 투영 렌즈 80은, 스토핑 플레이트 70 및 시료 10의 사이에 설치되어, 애퍼처 어레이 소자 60의 개구 62를 통과한 전자 빔 가운데 빔 ON 상태에 있는 것에 대하여, 전자 빔에 의한 개구 62의 축소 이미지를 시료 10의 표면상에 결상한다.
이러한 축소 투영 렌즈 80은, 전자 빔이 통과하는 광학축에 대하여 축 대칭인 전자 렌즈이어도 좋다.
또, 축소 투영 렌즈 80은, 전자 빔의 단면 크기를 축소하는 기능을 주로 갖는 전자 빔 렌즈와, 전자 빔을 시료 10 위로 결상시키는 기능을 주로 갖는 전자 빔 렌즈로 나뉘어져 있어도 좋다.
이상의 본 실시 형태에 의한 컬럼부 120에 있어서, 형성부 122는, 미리 정해진 방향으로 배열된 복수의 전자 빔(어레이 빔)을 형성한다.
애퍼처 어레이 소자 60의 블랭킹 전극 64는, 스토핑 플레이트 70과 함께, 각각의 전자 빔을 시료 10에 조사할 것인가 아닌가를 변경한다.
형성부 122에 있어서의 복수의 전자 빔의 배열 방향은, 전자원 20이 방출하는 전자 빔 단면의 장방향, 빔 단면 변형 소자 40이 빔 단면을 확장시켜 변형시키는 방향, 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 전자 빔의 장방향 및 애퍼처 어레이 소자 60 위에서 복수의 개구 62의 배열 방향 등에 의해 결정된다.
컬럼부 120은, 이들 방향을 스테이지부 110의 이동 방향과 직교하는 방향에 약 일치시키면, 스테이지부 110이 해당 이동 방향과 시료 10 위의 라인 패턴의 장방향을 약 일치시키게 시료 10을 탑재하므로, 해당 라인 패턴의 폭방향으로 조사 위치가 서로 다른 복수의 전자 빔을 발생시키게 된다.
본 실시 형태에 있어서, 컬럼부 120이, X 방향에 약 평행한 라인 패턴에 대하여 수직한 방향인 Y 방향으로 배열되는 어레이 빔을 조사하는 예를 개시한다.
이하, 노광 장치 100의 제어계에 대하여 설명한다.
CPU 130은, 노광 장치 100의 전체 동작을 제어한다.
CPU 130은, 컴퓨터 또는 워크스테이션 등으로 이루어져, 사용자에게서의 조작 지시를 입력하는 입력 단말의 기능을 갖고 있다. 또, CPU 130은, 노광 제어부 140에 접속되어, 사용자의 입력에 대응하고, 노광 장치 100의 노광 동작을 제어한다.
그 CPU 130은, 하나의 예로서, 버스 132를 통해 노광 제어부 140이 포함하는 각 부와 각각 접속되어, 그들과의 사이에서 제어 신호 등을 주고 받는다.
노광 제어부 140은, 스테이지부 110 및 컬럼부 120에 접속되어, CPU 130으로부터 수신하는 제어 신호 등에 대응하여 스테이지부 110 및 컬럼부 120을 제어하여, 시료 10의 노광 동작을 실행한다.
또한 노광 제어부 140은, 버스 132를 통하여 외부 기억부 90과 접속되어, 외부 기억부 90에 기억된 패턴 데이터 등을 주고 받는다.
이러한 노광 제어부 140은, 전자원 제어부 150과, 렌즈 제어부 160과, 변형 소자 제어부 170과, 애퍼처 어레이 제어부 180과, 주사 제어부 190을 더 포함한다.
전자원 제어부 150은, 형성부 122의 일부인 전자원 20에 접속된다. 전자원 제어부 150은, 전자원 20을 가열하는 히터 전류를 출력하고, 전자원 20으로부터 열전자를 방출시킨다. 또한, 전자원 제어부 150은, 전자원 20에 가속전압(예를 들면, 50KV)을 인가하고, 전자원 20으로부터 방출된 열전자를 시료 10의 방향으로 가속한다.
렌즈 제어부 160은, 컬럼부 120을 구성하는 전자원측 조명 렌즈 30, 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50 및 축소 투영 렌즈 80 등에 접속된다. 렌즈 제어부 160은, 이 전자 렌즈 렌즈 코일에 전류를 출력하고, 렌즈 자기장을 발생시킨다.
또 렌즈 제어부 160은, 렌즈 코일에 흘려 보내는 전류를 제어함으로써, 전자원측 조명 렌즈 30, 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50 및 축소 투영 렌즈 80 등의 렌즈 강도를 설정한다.
변형 소자 제어부 170은, 변형 소자 구동 회로 172를 경유하여 형성부 122의 일부인 빔 단면 변형 소자 40에 접속된다. 그리고, 변형 소자 제어부 170은, 변형 소자 구동 회로 172에 대하여, 빔 단면 변형 소자 40의 빔 단면의 변형량에 대응하는 값을 설정한다.
변형 소자 구동 회로 172는, 변형 소자 제어부 170으로부터의 설정값을 수신하고, 예를 들면 자기장 4중극자로 이루어진 빔 단면 변형 소자 40을 구동하는 구동 전류를 출력한다. 이에 대신하여, 변형 소자 구동 회로 172는, 변형 소자 제어부 170으로부터의 설정값을 수신하여, 전기장 4중극자로 이루어진 빔 단면 변형 소자 40을 구동하는 구동 전압을 출력해도 좋다.
애퍼처 어레이 제어부 180은, 블랭킹 구동 회로 182를 경유하여 애퍼처 어레이 소자 60에 배치된 블랭킹 전극 64에 접속된다. 이 애퍼처 어레이 제어부 180은, 어레이 빔을 구성하는 복수의 전자 빔 각각에 대하여, ON 상태 또는 OFF 상태를 변경하는 신호를 발생시키고, 대응하는 블랭킹 구동 회로 182에 설정한다.
블랭킹 구동 회로 182의 각각은, 애퍼처 어레이 제어부 180으로부터의 변경 신호를 수신하고, 애퍼처 어레이 소자 60의 대응 블랭킹 전극 64에 빔 블랭킹을 위한 편향 전압(블랭킹 전압)을 공급한다.
애퍼처 어레이 제어부 180은, 시료 10에 형성된 라인 패턴을 절단하기 위해 노광 장치 100이 노광하는 패턴인 컷 패턴 데이터를, 또한 시료 10에 비아(via)를 형성하기 위해 노광 장치 100이 노광하는 패턴인 비아 패턴 데이터를, 예를 들면 외부 기억부 90으로부터 받는다.
그리고, 애퍼처 어레이 제어부 180은, 이 패턴 데이터를 바탕으로, 어레이 빔을 구성하는 복수의 전자 빔 각각에 대하여, ON 상태 또는 OFF 상태를 바꾸는 신호를 발생시킨다.
주사 제어부 190은, 스테이지부 110에 접속되어, 어레이 빔을 구성하는 복수의 전자 빔 조사 위치를 라인 패턴의 장방향에 따라 주사시키기 위한 스테이지 동작 신호를 발생시킨다. 본 실시 형태에 있어서의 주사 제어부 190은, 시료 10을 탑재하는 스테이지부 110을 X 방향으로 약 평행하게 이동시킴으로써 라인 패턴의 장방향에 따라 어레이 빔을 주사시킨다.
또, 주사 제어부 190은, 스테이지부 110에 접속되어, 스테이지부 110의 스테이지 위치의 검출 결과를 받는다. 주사 제어부 190은, 스테이지 위치의 검출 결과에 근거하여, 스테이지부 110이 실제로 이동한 이동량 및 스테이지의 위치 오차 등을 취득하여 스테이지부 110의 이동 제어에 피드백시켜도 좋다.
나아가, 주사 제어부 190은, 애퍼처 어레이 제어부 180에 접속되어, 스테이지부 110의 위치 정보를 애퍼처 어레이 제어부 180에 공급한다.
애퍼처 어레이 제어부 180은, 스테이지부 110의 위치 정보에 근거하여, 시료 10의 라인 패턴에 어레이 빔을 구성하는 복수의 전자 빔 각각을 조사하는 타이밍, 즉 전자 빔 각각 대한 ON 상태 또는 OFF 상태를 변경하는 신호의 출력 타이밍을 결정한다.
도 2는, 본 실시 형태에 의한 노광 장치 100이 어레이 빔을 주사하여 시료 10의 표면 일부에 형성하는 조사 가능 영역 200을 나타낸다. 또한, 도 2는, XY 평면과 약 평행한 시료 10의 표면을 도시하며, 노광 장치 100이 조사하는 어레이 빔의 장방향인 Y 방향(라인 패턴에서는 라인의 폭방향)에 나열된 복수의 전자 빔 전체 빔 폭을 fw로서 도시한다. 여기에서, 빔 폭 fw는, 하나의 예로서 약 60μm이다.
주사 제어부 190은, 복수의 전자 빔 각각의 통과 경로를 유지한 상태로 스테이지부 110에 의해 시료 10을 라인 패턴의 장방향(X 방향)으로 이동시킨다.
도 2의 예에서는, 최초에, 주사 제어부 190이 스테이지부 110을 -X 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 시료 10을 기준으로 보면, 어레이 빔의 조사 위치 210은 시료 10의 표면 위를 +X 방향으로 이동하게 된다. 그리고 해당 어레이 빔은 띠 상태의 영역 220을 전자 빔으로 조사한다.
즉, 주사 제어부 190은, 스테이지부 110을 미리 정해진 거리만큼 X 방향으로 이동시키고, 제1 프레임 232를 조사 가능 영역으로 한다. 여기서, 제1 프레임 232는, 하나의 예로서, 30mm × 60μm의 면적을 갖는다.
그 다음에, 주사 제어부 190은, 스테이지부 110을 -Y 방향으로 어레이 빔 폭 fw만큼 이동시키고, 이어서 그 전 회에서 -X 방향으로 이동한 소정의 거리만큼 스테이지부 110이 되돌아가도록 +X 방향으로 이동시킨다.
이에 의해, 어레이 빔의 조사 위치 210은, 시료 10의 표면중 제1 프레임 232의 경우와는 다른 표면 위를 -X 방향으로 이동하고, 제1 프레임 232와 약 동일한 면적으로서 +Y 방향으로 옆에 위치한 제2 프레임 234를 조사 가능 영역으로 한다. 동일하게, 주사 제어부 190은, -Y 방향으로 스테이지부 110을 어레이 빔 폭 fw만큼 이동시키고, 다시 해당 소정 거리만큼 -X 방향으로 스테이지부 110을 이동시켜 제3 프레임 236을 조사 가능 영역으로 한다.
이렇게, 주사 제어부 190은, 라인 패턴의 장방향인 X 방향에 있어서, 스테이지부 110을 왕복 동작시키고, 시료 10의 표면에 있어서의 미리 정해진 영역을 어레이 빔의 조사 가능 영역 200으로 한다. 여기에서, 주사 제어부 190은, 하나의 예로서, 30×30mm의 정방형 영역을 조사 가능 영역 200으로 한다.
한편, 조사 가능 영역 200은 정방형 영역에 한정되는 것은 아니며, 시료 10의 형태에 따라 여러가지 형상으로 설정될 수 있다.
이상의 본 실시 형태에 의한 노광 장치 100은, 라인 패턴의 장방향인 X 방향에 있어서, 스테이지부 110을 왕복 동작시키면서 라인 패턴 위의 조사 위치에 대응하는 어레이 빔을 조사하여 시료 10을 노광한다.
즉, 노광 장치 100은, 어레이 빔의 조사 가능 영역 200 내의 라인 패턴에 대하여, 형성해야 할 컷 패턴 및 비아 패턴에 대응하는 위치에서 어레이 빔을 구성하는 복수의 전자 빔 각각의 ON 상태 또는 OFF 상태를 변경하여 패턴을 노광한다.
도 3은, 도 1의 노광 장치의 애퍼처 어레이 소자의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
노광 장치 100은, 애퍼처 어레이 소자 60에 있어서, 블랭킹 전극 64에 공급되는 전압에 따라 전자 빔을 편향할 것인가 아닌가를 변경함으로써, 어레이 빔을 구성하는 복수의 전자 빔 각각의 ON 상태 또는 OFF 상태를 변경한다. 이 때문에, 애퍼처 어레이 소자 60은, 복수의 개구 62와, 제1 블랭킹 전극 64a와, 제2 블랭킹 전극 64b와, 공통 전극 66과, 전극 배선 68을 포함한다.
빔 단면 변형 소자 40에 의해 전자 빔의 단면이 가늘고 긴 형상으로 변형되어, 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50에 의해 실질적으로 평행한 빔으로 변환된 전자 빔은, 애퍼처 어레이 소자 60 상의 복수의 개구 62를 포함하는 영역을 조명한다.
복수의 개구 62는, 해당 영역을 조명하는 전자 빔으로부터, 개구 62 부분을 조명하는 전자 빔을 잘라내기 시작하고, 개별적으로 통과시킨다. 복수의 개구 62를 통과한 전자 빔은, 복수의 전자 빔으로 이루어지는 어레이 빔을 형성한다. 복수의 개구 62는, 어레이 빔으로서 출력하는 복수의 전자 빔에 대응한 수만큼 애퍼처 어레이 소자 60에 마련된다.
도 3의 예에 있어서, 복수의 개구 62는, 라인 패턴의 장방향에 대응하는 방향인 X 방향에 있어서, 제1 개구 62a와 제2 개구 62b로 나누어서 마련된다. 제1 개구 62a는, -X 방향측에 있어서, Y 방향으로 나열된 복수의 개구 62이다. 제2 개구 62b는, +X 방향측에 있어서, Y 방향으로 나열된 복수의 개구 62이다.
제1 블랭킹 전극 64a는, 제1 개구 62a에 있어서의 공통 전극 66과는 반대측의 벽면에 마련된다. 제2 블랭킹 전극 64b는, 제2 개구 62b에 있어서의 공통 전극 66과는 반대측의 벽면에 마련된다.
공통 전극 66은, X 방향에 있어서, 제1 개구 62a 및 제2 개구 62b 사이의 벽면에 마련된 제1 개구 62a 및 제2 개구 62b에 공통인 전극이며, 예를 들면 접지 전위 등의 일정한 전압으로 설정된다.
또, 공통 전극 66은, Y 방향으로 나열된 복수의 개구 62 중 옆에 위치한 개구 62의 사이에 각각 마련되어도 좋다.
이렇게, 옆에 위치한 개구 62 사이에 공통 전극 66을 마련함으로써, 옆에 위치한 블랭킹 전극 64로부터의 전기장의 누설을 차폐할 수 있고, 의도하지 않는 전자 빔의 궤도 변이를 막을 수 있다.
전극 배선 68은, 제1 블랭킹 전극 64a 및 제2 블랭킹 전극 64b의 각각과, 대응되는 블랭킹 구동 회로 182(도 1 참조)를 접속한다.
애퍼처 어레이 제어부 180 및 블랭킹 구동 회로 182는, 제1 블랭킹 전극 64a 또는 제2 블랭킹 전극 64b에 블랭킹 전압을 공급하고, 전자 빔의 ON상태 및 OFF상태를 각각 바꾼다.
도 3의 예에 있어서, 애퍼처 어레이 소자 60은, Y 방향에 2 줄에 서는 복수의 개구 62를 포함하므로, 공통 전극 66로 복수의 개구 62의 각각을 분리하면서, 해당복수의 개구 62의 Y좌표에 있어서의 배치를 연속하여 배치시킬 수 있다.
이것에 의해, 애퍼처 어레이 제어부 180 및 블랭킹 구동 회로 182는, 복수의 개구 62의 각각에 대응하는 블랭킹 전극 64에, 전자 빔의 ON 상태 및 OFF 상태를 각각 변경하는 신호를 개별적으로 공급하고, 개별적으로 제어할 수 있다.
또한, 복수의 개구 62를 통과하는 복수의 전자 빔은, 시료 10 위의 조사 영역이 Y 좌표의 방향으로 연속되는 어레이 빔으로 할 수 있다. 즉, 해당 어레이 빔의 1회의 주사에 의해, Y 좌표에 있어서의 연속되는 전자 빔의 조사 범위를 프레임 폭으로 하는 X 축방향으로 연장된 프레임을, 해당 어레이 빔의 조사 가능 영역으로 할 수 있다.
여기에서, 애퍼처 어레이 소자 60이 Y 방향으로 2열로 나열된 복수의 개구 62를 포함하는 실시예를 설명했지만, 이에 대신하여, 애퍼처 어레이 소자 60이 Y 방향으로 3열 이상 나열된 복수의 개구 62를 포함해도 좋다.
이 경우에 있어서도, 공통 전극 66으로 복수의 개구 62의 각각을 분리하면서, 해당 복수의 개구 62의 Y 좌표에 있어서의 배치를 연속하여 배치시킬 수 있으므로, 컬럼부 120은, 프레임마다 어레이 빔을 주사하여 시료 10의 표면을 노광할 수 있다.
어느 경우에 있어서도, 복수의 개구 62는, 애퍼처 어레이 소자 60에 있어서, 전자 빔에 의해 조명되는 Y 방향과 X 방향에서 서로 다른 폭을 갖는 영역("피조명 영역"이라고 부른다.)내에 Y 방향으로 나열되어 배치된다.
노광 장치 100은, 해당 피조명 영역을 조명하는 전자 빔 중에서 개구 62를 통과하여 형성되는 어레이 빔으로 시료 10 위의 라인 패턴을 노광한다. 이러한 노광 장치 100으로 1시간당 10장 정도의 처리능력(스루풋)을 얻기 위해, 애퍼처 어레이 소자 60 위를 조명하는 전자 빔은, 예를 들면 이하의 조건 1, 조건 2 및 조건 3의 조건을 모두 충족하는 것이 바람직하다.
조건 1; 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 전자 빔의 전류값은, 10μA 이상일 것.
조건 2; 애퍼처 어레이 소자 60 위의 피조명 영역의 크기는, 장방향의 폭이 약 4mm, 단방향의 폭이 약 5μm이며, 장방향폭/단방향폭의 비는 약 800일 것.
조건 3; 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 전자 빔은, 피조명 영역 내에서 5% 이내의 강도 균일성을 가질 것.
조건 1 및 조건 2는, 노광 장치 100이 레지스트 감도로부터 결정되는 소정의 노광량으로 시료 10을 조사하면서, 도 2에 도시된 조사 가능 영역 200을 예를 들면 1시간당 10회 정도 되풀이하여 주사하기 위한 조건이다.
후술하는 바와 같이, 이 조건은, 복수의 컬럼부 120을 포함하는 노광 장치 300에 있어서, 지름 300mm의 시료 10을 1시간당 10장 정도 처리하는 조건에 대응한다.
조건 3은, 어레이 빔에 포함되는 각각의 전자 빔 전류값을, 실질적으로 일치시키기 위한 조건이다.
어레이 빔에 포함되는 각각의 전자 빔 전류에 차이가 있을 경우, 어레이 빔의 전체를 주사하면서 각각의 전자 빔으로 시료 10 위로 소정의 노광량(전하량)을 제공하기 위하여는, 빔 전류값이 낮은 전자 빔에 맞추어 스테이지부 110의 이동 속도를 늦게 해야 한다.
즉, 어레이 빔 전체의 전류값이 결정되어 있을 때, 노광 장치 100의 처리 능력을 극대화하기 위하여는, 어레이 빔을 구성하는 각각의 전자 빔의 전류값을 일치시키는 것이 바람직하다.
도 4는, 본 실시 형태에 의한 컬럼부 120에 있어서, 조사 위치가 다른 복수의 전자 빔을 형성하는 형성부 122와, 전자 빔 궤도의 개요를 도시한다. 도 1에 도시된 노광 장치 100의 구성 요소와 같은 구성 요소에는, 도 4에 있어서도 같은 지시 번호를 사용한다.
도 4의 (A)는, 전자 빔의 진행 방향인 -Z 방향과 전자 빔의 단면의 장방향인 Y 방향으로 이루어진 YZ 평면 내의 형성부 122를 나타낸다. 또, 도 4의 (B)는, 전자 빔의 진행 방향인 -Z 방향과 전자 빔 단면의 단방향인 X 방향으로 이루어진 XZ 평면내의 형성부 122를 도시한다.
형성부 122는, 전자 빔의 진행 방향에 따라, 방출 영역 21, 전자원측 조명 렌즈 30, 빔 단면 변형 소자 40, 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50, 애퍼처 어레이 소자 60 및 피조명 영역 61 등을 포함한다.
여기서, 방출 영역 21이란, 전자원 20이, 이 영역으로부터 전자 빔을 방출하고 있는 것으로서 다룰 수 있는 영역이며, 통상 크로스오버(crossover)라고 부르는 영역을 도시한다. 방출 영역 21은, 장방향인 Y 방향과, 거기에 직교하는 단방향인 X 방향과는 서로 다른 폭을 갖는다. 이러한 방출 영역 21을 형성하기 위한 전자원 20의 구성례에 대하여는, 이후에 설명한다.
방출 영역 21의 중심으로부터 -Z 방향으로 연장되는 일점쇄선은, 전자 빔의 광축을 나타낸다. 전자원측 조명 렌즈 30, 빔 단면 변형 소자 40 및 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50 등의 광학 소자는, 일점쇄선의 광축을 중심으로 배치된다.
방출 영역 21의 양단에서 -Z 방향으로 연장되는 실선은, 방출 영역 21의 양단에서 광학축으로 평행으로 방출된 전자가, 애퍼처 어레이 소자 60에 이르기까지의 전자 빔 궤도를 모식적으로 도시한다.
전자원측 조명 렌즈 30 및 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50은, 모두 축대칭 전자 렌즈이다. 방출 영역 21로부터 방출되어 단면 형상이 장방향과 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는 전자 빔은, 이 축대칭 전자 렌즈로 집속되어 애퍼처 어레이 소자 60을 조명한다.
전자원 20이 방출하는 빔 전류의 총량은, 예를 들면 150μA ~ 200μA 정도이다.
형성부 122는, 이 빔 전류의 일부를 전자원측 조명 렌즈 30 및 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50으로 집속함으로써, 방출 영역 21로부터 방출되어 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 전자 빔을 형성한다.
형성부 122는, 전자원 20이 방출하는 빔 전류의 총량의 5% ~ 7%의 빔 전류를, 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 전자 빔으로서 사용한다. 이때, 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 전자 빔 전류값은 약 10μA다. 이것에 의해, 상기 조건 1을 충족한다.
하나의 예로서, 방출 영역 21의 장방향의 폭은 약 300μm이며 단방향의 폭은 약 6μm이다. 이 방출 영역 21의 장방향폭/단방향폭의 비는 약 50이다.
전자원측 조명 렌즈 30은, 방출 영역 21로부터 방출된 전자 빔을 등방적으로 집속한다. 전자 빔의 단면은, 방출 영역 21의 상(이미지)이 전자원측 조명 렌즈 30에 의해 결상되는 위치 부근까지는 방출 영역 21과 대체로 유사한 형상을 가지며, 전자 빔 단면의 장방향폭/단방향폭의 비는 약 50이다.
빔 단면 변형 소자 40은, 전자원측 조명 렌즈 30과 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50과의 사이에 설치된다.
빔 단면 변형 소자 40은, 도 4의 (A)의 YZ 평면내에서는, 도면의 화살표로 지시된 바와 같이, 빔 단면 변형 소자 40을 통과하는 전자 빔의 확산각을 더욱 넓히도록 동작한다.
또, 빔 단면 변형 소자 40은, 도 4의 (B)의 XZ 평면내에서는, 도면의 화살표로 지시된 바와 같이, 빔 단면 변형 소자 40을 통과하는 전자 빔의 확산각을 좁히도록 동작한다.
이렇게 하여, 빔 단면 변형 소자 40은, 전자 빔 단면의 장방향의 폭을 더욱 확대하고, 단방향의 폭을 축소한다. 즉, 전자 빔 단면의 장방향폭/단방향폭의 비는, 빔 단면 변형 소자 40에 의해 더욱 비등방성이 되도록 변형된다. 빔 단면 변형 소자 40은, 전자 빔의 단면 형상을, 전자 빔을 방출하는 방출 영역의 형상보다도, 더욱 가늘고 길게 잡아 늘린 형상으로 변형한다.
빔 단면 변형 소자 40의 출력 강도를 적절하게 설정함으로서, 형성부 122는 애퍼처 어레이 소자 60 위를 장방향의 폭이 약 4mm, 단방향의 폭이 약 5μm이며 장방향폭/단방향폭의 비가 약 800인 단면을 가지는 전자 빔으로 조명한다.
이에 의해, 상기 조건 2를 충족한다. 도 4에서는, 전자 빔이 애퍼처 어레이 소자 60 위를 조명하는 가늘고 긴 영역을 피조명 영역 61로 도시하였다.
전자의 발생부의 온도 분포나 형상의 편차 등을 포함하는 여러가지 요인에 의해, 방출 영역 21의 서로 다른 위치부터 방출된 전자 빔 EB의 강도가 변동하는 경우가 있다.
방출 영역 21의 상(이미지)을 그대로 애퍼처 어레이 소자 60에 결합시키는 광학계를 채용하면, 방출 영역 21로부터 방출되는 전자 빔 EB의 강도 분포가 그대로 피조명 영역 61을 조명하는 전자 빔의 강도 분포에 반영되어 버려, 피조명 영역 61에 있어서의 전자 빔의 강도 분포가 충분히 균일하게 되지 않는다.
이런 상태에서는, 상기의 조건 3을 충족시키기 어렵다.
그리하여, 본 실시 형태에 있어서는, 빔 단면 변형 소자 40은, 전자원측 조명 렌즈 30에 의해, 방출 영역 21의 상(이미지)이 결상되는 위치에 설치한다.
이 때, 빔 단면 변형 소자 40은, 방출 영역 21의 상(이미지)의 각점을 통과하는 전자 빔의 확산각을 방출 영역 21의 결상 위치에서 변경하는 것이 된다.
이에 의해, 빔 단면 변형 소자 40은, 빔 단면 변형 소자 40을 통과한 후의 전자 빔에 있어서, 축 대칭인 전자 빔 렌즈에 의한 결상 위치에는 대부분 영향을 주지 않으면서 전자 빔의 단면을 변형시킬 수 있다.
나아가, 본 실시 형태에서는, 애퍼처 어레이 소자 60 위의 피조명 영역 61은, 방출 영역 21이 축 대칭인 전자원측 조명 렌즈 30 및 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50에 의해 결상되는 위치와는 다른 위치에 마련된다.
이에 의해, 전자측 조명 렌즈 30과 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50과의 사이에 빔 단면 변형 소자 40이 삽입되어도, 피조명 영역 61에는 방출 영역 21의 상(이미지)이 직접 맺어지지 않으며, 방출 영역 21의 상(이미지)에 있어서의 다른 위치를 통과한 전자 빔이, 빔 단면 변형 소자 40에 의해 주로 장방향으로 확장된 후 중첩되어 피조명 영역 61을 조명하게 된다.
즉, 방출 영역 21 내의 다른 위치부터 방출되는 빔 강도에 변동이 있는 경우라 하여도, 피조명 영역 61에 배치된 개구 62 부분에서는, 그 변동이 평균화된 전자 빔에 의해 조명되게 된다.
그 결과, 애퍼처 어레이 60위의 피조명 영역 61을 조명하는 전자 빔 강도의 균일성이 향상된다. 이에 의해, 상기 조건 3을 충족한다.
형성부 122를 구성하는 전자원 20, 조명 렌즈 30과 50, 및 빔 단면 변형 소자 40의 실시 형태를 더욱 자세하게 설명한다.
도 5는, 본 실시 형태에 의한 전자원 20 및 전자원 제어부 150의 구성례를 도시한다. 도면의 좌측 절반은, 전자원 20의 구성례를 도시하고, 도면의 우측 절반은, 전자원 20을 제어하는 전자원 제어부 150의 구성례를 도시한다.
전자원 20은, 캐소드부 22와, 캐소드부 22의 첨단에 전자를 발생시키는 발생부 23과, 발생부 23으로부터 전자를 발생시키기 위한 가열부 26를 포함한다.
이 중, 가열부 26은, 캐소드부 22 전체를 가열하고, 방출부 23으로부터 열전자를 발생시킨다. 발생부 23의 근방에는, 전자를 통과시키기 위한 개구 25를 포함한 제어 전극 24가 마련되어 있다. 이 제어 전극 24는, 발생부 23에서 발생하여 개구 25를 통과하는 전자 빔의 양(전류값)을 제어한다.
전자원 20의 이들 구성 요소는, 절연부 29에 의해 접지부 27로부터 절연된다. 캐소드부 22와 접지부 27과의 사이에는, 전자 빔을 가속하기 위한 가속 전압이 인가된다.
접지부 27은, 전자 빔을 통과시키기 위한 개구 28을 포함한다. 그 개구 28은, 제어 전극 24의 개구 25를 통과한 후, 접지부 27을 향하여 가속화된 전자 빔 중 방사 각도가 소정의 범위내에 있는 전자 빔을 통과시킨다.
이렇게 하여, 전자원 20은, 접지부 27의 개구 28을 통과한 전자 빔을 전자원 20 이후의 컬럼부 120으로 출력한다.
전자원 제어부 150은, 절연부 29로 절연된 캐소드부 22, 제어 전극 24 및 가열부 26의 전체에 가속전압을 인가하는 가속 전압 전원 151을 포함한다. 전자원 제어부 150 중에서 가속 전압 전원 151 이외의 모든 회로는, 가속 전압 전원 151이 출력하는 가속 전압으로 동작한다. 본 실시 형태에 있어서의 가속전압은, 예를 들면 50KV로 할 수 있다.
가열 전원 152는, 전자원 20의 캐소드부 22를 가열하는 가열부 26에 가열 전류를 출력하는 전원이다.
가열 전류계 153은, 가열 전원 152이 출력하는 가열 전류값 If를 검출한다.
또, 가열 전압계 154는, 가열 전원 152이 가열 전류를 출력함으로써, 가열부 26의 양단에 발생하는 전압값 Vf를 검출한다.
가열 전원 152는, If 및 Vf의 피드백을 받아 전류값 If 또는 소비 전력값 Vf×If가 일정해지도록 가열 전원 152의 가열 전류를 제어해도 좋다.
제어 전극 전원 155는, 전자원 20의 제어 전극 24에 제어 전압 Vg를 출력하는 전원이다. 제어 전극전원 155는, 발생부 23에서 발생되어 제어 전극 24의 개구 25를 통과하여 접지측으로 흐르는 전자 빔의 전류값의 총량이 일정해지도록, 제어 전극 24의 제어 전압 Vg를 제어한다.
이 전자 빔 전류값의 총량은, 전류계 156으로 검출할 수 있다. 빔 전류값의 총량은, 가속 전압 전원 151이, 가속 전압 인가 부분에 흘리는 전류값 Ib와 실질적으로 같기 때문이다.
제어 회로 157은, 제어 전극 전원 155의 제어 전압 Vg를 바탕으로, 가열 전원 152를 제어하는 회로이다. 제어 회로 157은, 제어 전극 전원 155의 출력 전압 값 Vg를 정기적으로 읽어 내고, 가열 전원 152의 출력을 정기적으로 제어한다.
전자원 20의 동작 시작으로부터 시간이 경과하면, 소모 등에 기인하는 캐소드부 22의 형상 변화 등에 기인하여, 빔 전류계 156의 검출값 Ib를 일정하게 제어하는 제어 전극 전원 155의 출력 전압값 Vg는 초기값으로부터 변화된다.
이 경우, 빔 전류계 156의 검출값 Ib, 즉 빔 전류값의 총량을 일정하게 제어하고 있다고 해도, 전자원 20 이후의 컬럼부 120으로부터 바라본 전자 빔의 공간적인 강도 분포는 변화될 가능성이 있다.
이 때문에, 제어 회로 157은, 제어 전극 전원 155의 출력 전압값이 초기값으로부터 크게 변화되지 않도록, 정기적으로 가열 전원 152의 출력을 제어해도 좋다.
도 5에 도시된 구성례의 전자원 20 및 전자원 구동 회로 150에 의해, 전자원 20은, 전자원 20 이후의 컬럼부 120에 대하여, 소정의 가속 전압, 예를 들면 50KV로 가속되어, 시간적으로도 안정한 전류값 및 강도 분포를 포함하는 전자 빔 EB를 출력한다.
도 6은, 전자원 20의 캐소드부 22, 발생부 23 및 가열부 26의 구성례를 제시한다. 도 6의 (A)는, 캐소드부 22, 발생부 23,및 가열부 26의 일부를 나타내는, XZ 평면내의 정면도이다. 도 6의 (B)는, 캐소드부 22, 발생부 23,및 가열부 26의 일부를 나타내는 사시도이다. 또한, 도 6의 (C)는, 전자 빔이 진행하는 방향에서 바라본, 캐소드부 22, 발생부 23 및 가열부 26의 저면도이다.
캐소드부 22는, 예를 들면 LaB6(lanthanum hexaboride)의 결정을 원주형으로 형성한 것을 재료로 한다. 그 원주형의 캐소드부 22의 첨단측은 쐐기형으로 가공되어, 쐐기형 첨단이 발생부 23이 된다. 발생부 23은, 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는 사각형으로 형성된다.
이러한 형상을 포함하는 캐소드부 22를 가열부 26을 통하여 가열했을 때, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는 발생부 23은, 그 표면에서 예를 들면 열전자를 발생시킨다. 발생된 전자는 제어 전극 24에서 제어되어, 접지부 27과의 사이에 인가된 가속 전압에 의해 가속되어, 접지부 27의 개구 28을 통과하여 전자원 20으로부터 방출된다.
캐소드부 22의 원주의 지름은, 예를 들면 250μm ~ 500μm인 것이 바람직하다. 가열부 26을 통해 가열했을 때, 캐소드부 22의 첨단의 발생부 23의 온도를 실질적으로 일정하게 상승시키고, 발생부 23의 표면에서 실질적으로 균일하게 전자를 발생시키기 위해서이다. 이에 의해, 발생부 23의 장방향측의 폭은 예를 들면 250μm ~ 500μm이다.
발생부 23의 단방향측 폭은, 결함이나 박리의 발생 없이 날카로운 쐐기 형상으로 캐소드부 22의 첨단을 가공할 수 있는 조건으로 규정된다. 또, 발생부 23의 단방향측 폭은, 전자를 방출함으로써 캐소드부 22의 첨단이 소모되어도, 소정 기간 동안 발생부 23의 형상을 유지할 수 있는 정도의 폭을 가지는 것이 바람직하다. 발생부 23의 단방향측 폭은, 예를 들면 5μm ~ 50μm이다.
발생부 23의 장방향측 폭 및 단방향측 폭을 어떻게 설정할지는, 이러한 제한 조건의 범위내에서 선택가능한 설계 사항이다. 발생부 23의 장방향측 폭 및 단방향측 폭에 관한 상기의 조건으로부터, 발생부 23은 대체로 직사각형이며, 그 장방향측 폭 및 단방향측 폭의 비는 5 이상 50 이하이다.
가열부 26은, 원주의 측면을 양측 사이에 끼우고, 캐소드부 22를 역학적으로 지지한다. 캐소드부 22가 삽입되는 좌우의 가열부 26 사이에 전류를 흘리면, 가열부 26이 발열하고 캐소드부 22가 가열된다.
또한, 원주형상을 갖는 캐소드부 22는 측면의 2군데를 잘라내어, 가열부 26과 면접촉하도록 하여도 좋다. 이 경우, 가열부 26은 발생부 23의 단방향에서 캐소드부 22를 끼고 있어도 좋다. 또, 이에 대신하여, 가열부 26은 발생부 23의 장방향에서 캐소드부 22를 끼고 있어도 좋다.
또한, 도 6은, 가열부 26이 발생부 23의 단방향에서 캐소드부 22를 끼워 캐소드부 22를 역학적으로 지지하고 있는 예를 도시한다.
도 7은, 본 실시 형태에 의한 캐소드부 22 및 제어 전극 24의 구성례를 전자 빔이 방출되는 방향에서 바라본 저면도를 도시한다.
캐소드부 22의 첨단 발생부 23은, 장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는 실질적으로 사각형상이며, 이에 대응하여 제어 전극 24도 장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭의 실질적으로 사각형상의 개구 25를 포함한다.
그 개구 25의 장방향은, 발생부 23의 장방향과 대체로 평행하다.
점선 AB는, 제어 전극 24의 개구 25의 장방향 및 발생부 23의 장방향의 각각과 대체로 평행하며, 제어 전극 24의 개구 25의 단방향폭을 이등분하는 선이다. 파선 AB는, 또한 발생부 23의 단방향폭을 이등분하는 선이기도 한다.
도시된 바와 같이, 전자 빔이 방출되는 방향에서 보면, 이 이등분선은 서로 대체로 일치하고 있어, 제어 전극 24의 개구 25는 발생부 23과 그 위치가 맞도록 설치된다.
도 7에 있어서, 발생부 23으로부터 발생한 전자는, 지면의 앞 방향을 향하여 가속화되면서, 제어 전극 24의 개구 25를 통과한다.
제어 전극 24에는, 제어 전극 전원 155(도 5 참조)에 의해 제어 전압 Vg가 인가된다. 제어 전극 24에 인가되는 제어 전압 Vg는, 발생부 23과 접지부 27과의 사이의 전위차를 제어 전극 24의 위치에 따라 내분한 전위와는 서로 다르다.
도시된 바와 같이, 개구 25의 장방향 변과 발생부 23과의 거리가 개구 25의 단방향 변과 발생부 23과의 거리보다도 짧게 형성되고 있다.
이 때문에, 전자 빔은 개구 25를 통과할 때, 개구 25의 장방향 변을 형성하는 제어 전극 24로부터 더 강하게 정전기력을 받는다. 전자 빔은, 개구 25의 장방향 변에 근접하여 개구 25를 통과하기 때문이다.
한편, 전자 빔은 단방향 변에서 떨어져서 개구 25를 통과하기 때문에, 단방향 변을 형성하는 제어 전극 24로부터 받는 정전기력은 약하다. 전자 빔은 제어 전극 24로부터 빔 단면의 장방향과 그에 직교하는 단방향에서 비대칭성 정전기력을 받는다.
이에 의해 전자 빔은, 개구 25를 통과한 후에도, 발생부 23이 갖는 비등방성, 즉 장방향폭과 단방향폭이 서로 다른 빔의 단면을 갖는 상태를 유지한 채, 전자원 20으로부터 방출된다.
즉, 전자원 20으로부터 방출되는 전자 빔은, 전자원 20 이후의 컬럼부 120에 대하여 장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 포함하는 방출 영역 21(도 4참조)로부터 방출된 전자 빔 EB로서 행동한다.
방출 영역 21의 장방향 및 그에 직교하는 단방향의 폭은, 대체로 사각형의 형상을 갖는 발생부 23의 형상 및 제어 전극 24의 개구 25의 형상에 의존한다.
도 8의 (A)는, 본 실시 형태에 의한 전자원측 조명 렌즈 30의 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 8의 (B)는, 본 실시 형태에 의한 전자원측 조명 렌즈 30의 광축상의 자기장의 강도를 도시한 그래프이다. 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50도 도 8의 (A)와 동등한 구성, 도 8의 (B)와 동등한 자기장을 포함한다. 도 8의 (A)의 일점쇄선은 Z축과 대체로 평행한 렌즈의 광축이다.
도 8의 (A)의 구성례에 있어서, 전자원측 조명 렌즈 30은, 광축에 관하여 축 대칭인 형상을 가지는 코일 31, 34, 자성체 32, 35 및 갭 33, 36을 포함하는 전자 빔 렌즈이다.
렌즈 제어부 160(도 1 참조)이 코일 31, 34에 전류를 흘리면, 갭 33, 36을 끼고 대향하는 자성체 32, 35에 N극 또는 S극의 자극이 여자(勵磁)된다. NS 양극간의 갭 부분 33, 36에 자기장이 발생하기 위하여, 갭 33, 36 근방의 광축 위로도 국소적인 Z 방향의 자기장이 발생한다.
도 8의 (B)의 그래프는, 그래프의 세로축인 광축(Z축)위로 여자되는 Z 방향 자기장 Bz(횡축)의 분포를 나타낸다. 전자원측 조명 렌즈 30은, 도 8의 (B)에 도시된 국소적인 자기장 Bz에 의해 렌즈 작용을 가지며 광축방향으로 진행하는 전자 빔을 집속시킨다.
전자원측 조명 렌즈 30은, Z축 위로 갭 33, 36에 대응하는 2개의 서로 다른 자기장 Bz의 구조를 포함한다. 자기장 Bz의 구조의 피크 높이는 필요한 렌즈 강도에 의존하여 결정되고, 예를 들면 0.1T ~ 0.3T 정도의 값을 갖는다.
전자원측 조명 렌즈 30은, 위쪽(+Z쪽)의 코일 31에 흘려보내는 전류의 방향을, 아래쪽(-Z쪽)의 코일 34에 흘려보내는 전류의 방향과 반대로 함으로써, 위쪽의 자기장 Bz의 구조를 아래쪽의 자기장 Bz의 구조와는 반대 부호로 설정한다.
전자원측 조명 렌즈 30은, 코일 31과 34의 전류값을 반대 부호로 또한 적절한 크기로 설정함으로써 렌즈를 통과하는 전자 빔에 렌즈 작용을 미치게 하면서, 전자 빔을 Z축 주변으로 회전시키지 않도록 설정해도 좋다.
즉, Z축상의 렌즈 자기장 Bz는, 그 적분값이 상하의 자기장 Bz의 구조들간에 상쇄되어 영(0)이 되도록 설정해도 좋다.
이에 의해, 전자원측 조명 렌즈 30은, 렌즈를 통과하는 전자 빔 단면의 장방향 및 단방향을 Z축 주변으로 회전시키지 않는, 무회전 조합 렌즈로서 구성한다. 또한, 애퍼처 어레이측 조명 렌즈 50도 같은 구성을 취하여, 무회전 조합 렌즈로서 구성한다.
이 때, 형성부 122는, 전자원 20, 빔 단면 변형 소자 40 및 애퍼처 어레이 소자 60을 전자 빔의 단면이 대체로 동일한 장방향을 갖도록 배치할 수 있다.
전자 빔 단면의 장방향 및 그에 직교하는 단방향은, 전자원 20, 빔 단면 변형 소자 40 및 애퍼처 어레이 소자 60의 사이에 끼어 있는 무회전 조합 렌즈 30 및 50에 의해 변하지 않기 때문이다.
렌즈 30 및 50에 무회전 조합 렌즈를 채용하는 것은, 형성부 122의 구성 요소인 전자원 20, 빔 단면 변형 소자 40 및 애퍼처 어레이 소자 60의 배치 관계를 단순화하고, 형성부 122의 구성을 간략화하는 이점이 있다.
도 9의 (A)는, 도 1의 빔 단면 변형 소자 40의 평면도다.
도 9의 (A)에 도시된 바와 같이, 빔 단면 변형 소자 40은, 자기장에 의해 빔 단면을 변형시키는 4중극자로 할 수 있다. 이에 대신하여, 전기장에 의해 빔 단면을 변형시키는 4중극자이어도 좋다.
도 9의 (A)의 빔 단면 변형 소자 40은, 전자 빔의 진행 방향인 Z 방향과 수직한 XY 평면내에 배치된 자성체 링(ring) 42를 포함한다. 전자 빔은, 자성체 링 42의 중심 P를 통하여 도면의 지면에 수직인 방향으로 빔 단면 변형 소자 40을 통과한다.
자성체 링 42에는, 링의 중심 P 방향을 향하여 적어도 4군데의 돌출 부분 43, 44, 45 및 46이 마련되어 있다. 이 돌출 부분 43, 44, 45 및 46도 자성체로 이루어진다. 돌출 부분 43, 44, 45 및 46은, 각각 XY 평면내에서, (X+Y), (-X+Y), (-X-Y), (X-Y) 방향을 향한다.
또한, 자성체 링 42의 돌출 부분들 사이 사이의 4군데에는, 여자용 코일 48이 감겨 있다.
이 자성체 42, 돌출 부분 43, 44, 45,및 46 및 여자용 코일 48은 대기(大氣)중에 설치된다. 진공격벽 49는 Z축 방향으로 연장된 통형상의 격벽이며, 전자 빔이 통과하는 진공중과 대기중을 분리한다.
변형 소자 제어부 170(도 1 참조)은, 옆에 위치한 여자용 코일 48에, 상호 반대 방향으로 여자 전류를 흘린다.
도 9의 (A)의 자성체 링 42 및 돌출 부분 43, 44, 45 및 46에 도시된 파선의 화살표는, 여자용 코일 48에 흐르는 전류에 의해 자성체 내부에 여기되는 자속의 방향을 나타낸다. 이 자속에 의해, 자성체의 돌출 단부에는, 예를 들면 도 9의 (A)에 도시된 바와 같은 N극, S극의 자극이 발생한다.
도 9의 (B)는, 자성체의 돌출부에 발생한 자극에 의해, 링 중심의 전자 빔 통과 부분에 발생한 4중극자에 상당하는 자기장을 도시한다. 도시된 화살표는, 각각의 자력선의 방향을 나타낸다. 자기장의 강도는, 링 중심에서 멀어져 돌출 부분 43, 44, 45 및 46에 가까이 갈수록 강해진다.
지면(紙面)에 수직한 -Z 방향으로 통과하는 전자 빔에 작용하는 자기장으로부터의 힘은, 도 9의 (B)의 +Y측의 단면 부분을 통과하는 빔에 대하여는 +Y 방향으로 작용하고, 도 9의 (B)의 -Y측의 단면 부분을 통과하는 빔에 대하여는 -Y 방향으로 작용한다. 즉, 도 9의 (B)의 자기장은, 빔 단면의 장방향을 더욱 확장시키도록 작용한다.
한편, 전자 빔의 단방향에서는, 빔은 링 중심 가까이를 통과하기 때문에, 자기장으로부터 받는 힘은 약하고, 도 9의 (B)의 자기장은, 빔 단면의 단방향을 약간 압축하도록 작용한다.
변형 소자 제어부 170은, 변형 소자 구동 회로 172를 경유하여 도 9의 (B)에 도시된 빔 단면 변형 소자 40의 자기장을 설정한다.
빔 단면 변형 소자 40을 통과하기 전에는, 전자 빔 단면의 장방향폭/단방향폭의 비가 5 이상 50 이하 정도이었다고 해도, 빔 단면 변형 소자 40을 통과함으로써 전자 빔은 애퍼처 어레이 소자 60 위에서는 더 가늘고 긴 단면 형상을 포함하는 빔으로 변형된다.
빔 단면 변형 소자 40의 자기장 강도를 적절하게 설정함으로써, 애퍼처 어레이 소자 60 위의 피조명 영역 61은 장방향폭/단방향폭의 비를 500 이상 1000 이하로 설정한다.
이하, 도 10을 참조하면서, 본 실시 형태에 의한 형성부 122에 관하여, 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 전자 빔의 강도 분포를 시뮬레이션한 예에 대하여 설명한다.
전자원 20의 캐소드부 22의 첨단에 장방향폭/단방향폭의 비가 약 50인 발생부 23을 설정하고, 발생부 23의 각 점으로부터 방출된 전자가 애퍼처 어레이 소자 60을 조명할 때까지의 빔 궤도를 추적하여 구한 결과이다.
여기에서는, 가속 전압은 50KV로 설정했다. 또한, 빔 단면 변형 소자 40의 출력은 애퍼처 어레이 소자 60의 피조명 영역 61의 장방향 길이가 약 4mm가 되도록 설정했다.
도 10의 중앙 부호 61이 지시하는 영역은, 시뮬레이션에 의해 얻을 수 있었던, 전자 빔이 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 피조명 영역 61을 나타낸다.
도 10의 오른쪽 그래프는 장방향(Y 방향; 세로축)에 따른 빔의 강도 분포(가로축)를 나타낸다. 또, 도 10의 위쪽 그래프는, 단방향(X 방향; 가로축)으로 확대한 빔의 강도 분포(세로축)를 나타낸다.
도 10은, 전자 빔이 애퍼처 어레이 소자 60 위에서, 장방향으로 약 4mm의 범위 및 단방향으로 약 5μm의 범위를 조명할 수 있음을 도시한다. 즉, 빔 단면의 장방향폭/단방향폭의 비가 약 800인 전자 빔에 의해 애퍼처 어레이 소자 60이 조명되는 것을 도시한다.
또, 도 10의 그래프는, 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 피조명 영역 61 내에 있어서 전자 빔의 강도분포는 5% 이내로 대체로 균일함을 도시한다.
나아가, 애퍼처 어레이 소자 60을 조명하는 전자 빔의 전류값은, 전체적으로 약 10μA라는 결과를 얻을 수 있었다.
이 도 10에 도시된 바와 같이, 시뮬레이션 결과에 의하면, 본 실시 형태에 의한 형성부 122는 상기의 조건 1, 조건 2 및 조건 3의 조건을 모두 충족하는 전자 빔으로 애퍼처 어레이 소자 60을 조명할 수 있음을 확인할 수 있었다.
애퍼처 어레이 소자 60에 있어서, 전자 빔을 잘라 내기 위한 복수의 개구 62는, 장방향(Y 방향)으로는 약 3.6mm의 범위에 배치되고, 단방향(X 방향)으로는 약 4μm의 범위에 배치된다.
노광 장치 100은, 피조명 영역 61을 조명하는 전자 빔 중에서 개구 62를 통과한 전자 빔에 의해 어레이 빔을 형성한다. 그 어레이 빔은, 애퍼처 어레이 소자 60으로부터 시료 10까지의 사이에 축소 투영 렌즈 80을 통과하고, 빔 단면이 약 1/60로 축소된다.
이에 의해 컬럼부 120은, 시료 10 위에서 Y 방향으로 나열된 복수의 전자 빔으로 구성되어, 복수의 전자 빔 전체의 폭이 약 60μm인 어레이 빔을 형성한다.
(제2 실시 형태)
이상의 제1 실시 형태에 의한 노광 장치 100은 1개의 컬럼부 120을 포함하는 단일 컬럼 타입의 전자 빔 노광 장치로서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 복수의 컬럼부 120을 노광 장치에 마련해도 좋다.
이하, 이러한 복수의 컬럼부 120을 포함하는 제2 실시 형태에 의한 노광 장치 300에 대하여, 도 11을 이용하여 설명한다.
도 11은, 본 실시 형태에 의한 노광 장치 100의 변형례를 도시한다. 도 11에 있어서, 도 1에 개시된 실시 형태에 의한 노광 장치 100의 동작과 실질적으로 동일한 것에는 동일한 부호를 사용하고, 그 설명을 생략한다.
도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 노광 장치 300은, 복수의 컬럼부 120과 노광 제어부 140을 포함한다.
노광 장치 300에 있어서, 스테이지부 110을 이동시켜 어레이 빔 조사 위치를 주사할 경우, 노광 제어부 140의 각각은 주사 제어부 190을 포함하지 않아도 좋다.
도 11의 예에서는, 1개의 스테이지부 110과, 88개의 컬럼부 120과, 1개의 CPU 130과, 주사 제어부 190을 포함하지 않는 88개의 노광 제어부 140과, 1개의 주사 제어부 190을 포함한다.
88개의 컬럼부 120은, 스테이지부 110에 적재한 지름 300mm 정도의 시료 10에 대하여 XY 평면내에 30mm 피치(pitch)로 배치해도 좋다.
복수의 컬럼부 120의 각각은 대응하는 노광 제어부 140에 접속된다. 그들의 노광 제어부 140으로부터의 제어 신호에 근거하여, 복수의 컬럼부 120의 각각으로부터 어레이 빔이 조사되며, 도 2에서 설명한 바와 같이, 각각의 컬럼부 120에 대응하는 조사 가능 영역 200을 프레임마다 노광한다.
즉, 주사 제어부 190은 시료 10을 적재하여 이동시키는 스테이지부 110을 제어하여 복수의 컬럼부 120에 대하여 하나의 시료 10을 이동시키고, 복수의 컬럼부 120에 의해 병렬로 시료 10에 전자 빔을 조사한다.
전자 빔 노광 장치 300은, 복수개의 컬럼부 120으로 병행하여 노광할 수 있기 때문에, 각각의 컬럼부 120이 노광을 담당하는 조사 가능 영역 200을 노광하는 시간으로 시료 10 전체를 노광할 수 있다.
이에 의해, 전자 빔 노광 장치 300에 의하면, 노광의 스루풋을 대폭 향상할 수 있다. 또, 시료 10이 300mm를 넘는 대구경의 반도체 웨이퍼 등이라고 해도, 그에 대응하여 컬럼부 120의 수를 증가시킴으로써 스루풋이 현저하게 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 88개의 컬럼부 120을 포함하는 전자 빔 노광 장치 300의 스루풋을 검토한 결과에 대하여 설명한다.
컬럼부 120의 각각은, 애퍼처 어레이 소자 60을 가늘고 긴 형상의 전자 빔으로 조명하는 형성부 122를 포함한다. 각 형성부 122는, 애퍼처 어레이 소자 60 위의 피조명 영역 61에 관하여, 조건 1, 조건 2 및 조건 3을 충족하는 것으로 한다.
또, 각 컬럼부 120은, 복수의 개구 62에 의해 잘려 내진 전자 빔을 1/60로 축소하고, 시료 10의 표면 위에서 개별적으로 ON 상태 또는 OFF 상태를 변경할 수 있는 어레이 빔을 형성한다.
각 컬럼부 120의 각각이 노광을 담당하는 조사 가능 영역 200의 크기는 30×30mm이다. 또, 어레이 빔 전체의 프레임 폭 fw(도 2 참조)은 60μm이다. 즉, 노광 장치 300은 조사 가능 영역 200을 폭 60μm의 프레임으로 분할하고, 스테이지부 110으로 주사하면서 노광하는 것으로 했다.
도 12는, 도 11의 노광 장치 300에 있어서, 스테이지의 주사 속도와 노광 스루풋의 관계를 도시한 그래프이다. 여기에, 가로축은 스테이지 속도(mm/sec)를 나타낸다. 세로축은 1시간당 지름 300mm의 시료 10을 처리할 수 있는 매수(웨이퍼 매수/시간)을 나타낸다.
또, 세로축의 노광 스루풋은, 시료 10의 1장당 60초의 오버헤드(overhead)를 포함시켜서 구한 것이다. 오버헤드는, 주로, 시료 10 위의 라인 패턴에 대한 어레이 빔의 위치 맞춤 동작 등에 기인한다.
프레임을 주사하는 스테이지 속도 V는, 어레이 빔을 구성하는 각각의 전자 빔의 전류 밀도 J 및 스테이지 주사 방향의 빔 폭 d 및 레지스트 감도 D에 의존한다.
애퍼처 어레이 소자 60 위의 피조명 영역 61을 조명하는 전자 빔의 조건 1 및 조건 2와, 축소율 1/60로부터, 개구 62를 통과하여 형성되는 어레이 빔을 구성하는 각각의 전자 빔이 시료 10위를 조사하는 전류 밀도 J는 다음 식으로 구할 수 있다.
J = (10μA/(4mm×5μm))×60×60 = 180A/cm2
시료 10의 표면에 도포한 레지스트에 패턴을 형성하기 위하여는, 스테이지 주사 방향의 빔 폭 d에 상당하는, 예를 들면 12nm의 거리를 스테이지가 주사하는 시간내에 레지스트 감도 D로부터 결정되는 노광량을 레지스트에 전달해야 한다.
어레이 빔의 전류 밀도 J가 180A/cm2의 경우, 레지스트 감도 D와 스테이지 속도V 와의 관계는, 다음과 같다.
Figure 112017003385416-pat00001
레지스트 감도 D와 스테이지 속도 V의 [표 1]의 관계 및 스테이지 속도 V와 스루풋의 도 12의 그래프로부터, 레지스트 감도 D가 40μC/cm2, 50μC/cm2 및 60μC/cm2에 대하여, 지름 300mm의 시료 10을 처리하는 스루풋(웨이퍼 매수/시간)은, 각각 10.6장/시간, 8.7장/시간,및 7.5장/시간을 얻을 수 있다.
스루풋은, 시료 10 위에 형성할 수 있는 어레이 빔 전체의 폭 fw에 의존한다. 어레이 빔의 폭 fw는, 조사 가능 영역 200을 노광하기 위하여 스테이지를 주사하는 총주행거리와 프레임 끝의 반복 회수를 결정하기 때문이다. 스루풋을 높이기 위하여는, 폭 fw를 크게 하는 것이 바람직하다. 이것은, 애퍼처 어레이 소자 60 위의 피조명 영역 61의 장방향의 폭을 크게 하는 것에 대응한다.
또, 스루풋을 높이기 위하여는, 어레이 빔을 구성하는 각각의 전자 빔의 전류 밀도 J를 높힐 필요가 있다.
전류 밀도 J를 높이기 위하여는, 전자원 20의 방출 영역 21로부터 방출된 전자 빔이, 애퍼처 어레이 소자 60 위의 모든 개구 62를 조명하고, 또한 개구 62 이외의 마진 부분을 될 수 있는 한 조명하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이것은, 애퍼처 어레이 소자 60 위의 피조명 영역 61의 단방향의 폭을, 개구 62의 X 방향의 배열폭 정도로 작게 하는 것에 대응한다.
스루풋의 관점에서, 애퍼처 어레이 소자 60 위의 피조명 영역 61은, 장방향폭을 크게 하고 단방향폭을 작게 하여, 장방향폭/단방향폭의 비는 될 수 있는 한 크게 하는 것이 바람직하다.
한편, 이 비는, 피조명 영역 61을 조명하는 전자 빔 전류값의 총량을 늘리고 또한 피조명 영역 61을 조명하는 전자 빔 강도의 균일성을 획득한다는 목적을 위하여 제한을 받는다.
본 실시 형태에 의한 노광 장치 100 및 노광 장치 300은, 애퍼처 어레이 소자 60 위의 피조명 영역 61의 장방향폭/단방향폭의 비가, 예를 들면 약 800이며, 어레이 빔을 구성하는 각각의 전자 빔의 전류밀도는 180A/cm2를 갖는다.
복수의 컬럼부를 포함하는 노광 장치 300에 있어서, 레지스트 감도 D가 40μC/cm2인 경우에, 지름 300mm의 시료 10을 1시간당 약 10장 처리하는 조건에 대응한다.
이상, 본 발명을 그 실시 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위로 한정되지 않는다. 상기 실시 형태에 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있음이 당업자에게 명백하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있음이 특허청구범위로부터 명확하다.
특허청구의 범위, 명세서,및 도면중에 있어서 개시된 장치, 시스템, 프로그램 및 방법에 있어서의 동작, 순서, 스텝 및 단계 등의 각 처리의 실행 순서는, 특별히 "보다 앞에", "먼저" 등이라고 명시하고 있지 않으며, 또한 앞의 처리의 출력을 뒤의 처리로 사용하지 않는 한, 임의의 순서로 실현할 수 있음을 유의해야 한다. 특허청구범위, 명세서 및 도면 중의 동작 플로우에 관하여, 편의상 "먼저" , "다음에" 등을 이용하여 설명했다고 해도, 이 순서로 실시하는 것이 필수적인 것을 의미하는 것이 아니다.
10: 시료, 20: 전자원, 21: 방출 영역, 22: 캐소드부, 23: 발생부, 24: 제어 전극, 25: 개구, 26: 가열부, 27: 접지부, 28: 개구, 29: 절연부, 30: 전자원측 조명 렌즈, 31: 코일, 32: 자성체, 33: 갭, 34: 코일, 35: 자성체, 36: 갭, 40: 빔 단면 변형 소자, 42: 자성체 링, 43, 44, 45, 46: 돌출 부분, 48: 코일, 49: 진공격벽, 50: 애퍼처 어레이측 조명 렌즈, 60: 애퍼처 어레이 소자, 61: 피조명 영역, 62: 개구, 62a: 제1 개구, 62b: 제2 개구, 64: 블랭킹 전극, 64a: 제1 블랭킹 전극, 64b: 제2 블랭킹 전극, 66: 공통 전극, 68: 전극배선, 70: 스토핑 플레이트, 72: 개구, 80: 축소 투영 렌즈, 90: 외부 기억부, 100, 300: 노광 장치, 110: 스테이지부, 120: 컬럼부, 122: 형성부, 130: CPU, 132: 버스, 140: 노광 제어부, 150: 전자원 제어부, 151: 가속 전압 전원, 152: 가열 전원, 153: 가열 전류계, 154: 가열 전압계, 155: 제어 전극 전원, 156: 빔 전류계, 157: 제어 회로, 160: 렌즈 제어부, 170: 변형 소자제어부, 172: 변형 소자 구동 회로, 180: 애퍼처 어레이 제어부, 182: 블랭킹 구동 회로, 190: 주사 제어부, 200: 조사 가능 영역, 210: 조사 위치, 220: 조사 영역, 232: 제1프레임, 234: 제2 프레임, 236: 제3 프레임.

Claims (10)

  1. 시료상에서 조사 위치가 다른 복수의 하전 입자 빔을 형성하는 형성부를 포함하는 노광 장치에 있어서,
    상기 형성부는,
    장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는 방출 영역으로부터 하전 입자 빔을 방출하는 입자원과,
    장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는 피조명 영역에 복수의 개구가 배치된 애퍼처 어레이 소자와,
    상기 입자원과 상기 애퍼처 어레이 소자와의 사이에 마련된 조명 렌즈와,
    상기 입자원과 상기 애퍼처 어레이 소자와의 사이에 마련되어, 자기장 또는 전기장의 작용에 의해 상기 하전 입자 빔의 단면 형상을 상기 방출 영역의 형상보다 더 가늘고 길게 확장한 형상으로 변형시키는 빔 단면 변형 소자
    를 포함하고,
    상기 빔 단면 변형 소자는 상기 하전 입자 빔의 단면 형상을, 상기 애퍼처 어레이 소자의 복수의 개구가 배열된 방향을 따라서 잡아 늘린 형상으로 변형시키는,
    노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입자원은,
    장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭을 갖는 하전 입자 발생부를 그 첨단에 포함하는 캐소드부와,
    장방향과 그에 직교하는 단방향에서 서로 다른 폭의 개구를 포함하는 제어 전극
    을 포함하는 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 전극의 개구의 장방향은, 상기 발생부의 장방향과 평행하고,
    상기 제어 전극의 개구의 장방향 및 상기 발생부의 장방향과 평행하며 상기 입자원의 빔 방출 방향에서 보아 상기 제어 전극의 개구의 단방향의 폭을 이등분하는 선은, 상기 발생부의 단방향의 폭을 이등분하는 선과 일치하는 노광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조명 렌즈는,
    배치 위치가 다른 적어도 2개의 조명 렌즈인 입자원측 조명 렌즈 및 애퍼처 어레이측 조명 렌즈로 구성되는 노광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조명 렌즈는,
    하전 입자 빔이 통과하는 광축에 대하여 축 대칭인 하전 입자 빔 렌즈인 노광 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조명 렌즈는,
    무회전 조합 렌즈인 노광 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 빔 단면 변형 소자는,
    상기 입자원측 조명 렌즈와 상기 애퍼처 어레이측 조명 렌즈와의 사이의 상기 방출 영역의 상(이미지)이 상기 입자원측 조명 렌즈에 의해 결상되는 위치에 배치되는 노광 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 애퍼처 어레이 소자의 상기 피조명 영역은, 상기 방출 영역의 상(이미지)이 상기 조명 렌즈에 의해 결상 되는 위치와는 다른 위치에 마련되는 노광 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 발생부는 직사각형이며, 그 장방향폭/단방향폭의 비가 5 이상 50 이하인 노광 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 애퍼처 어레이 소자의 상기 피조명 영역은 그 장방향폭/단방향폭의 비가 500 이상 1000 이하인 노광 장치.

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