KR20000005866A - 전자빔노출장치에사용되는전자총 - Google Patents

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Abstract

전자빔 노출 장치에 사용되는 전자총, 바람직하게는 4극 전자총은, 네가티브의 높은 가속 전압을 인가할 때 전자빔을 방사하기 위한 캐소드; 상기 캐소드에 대해 역 방향 바이어스되는 전압을 인가할 때 전자빔의 크로스오버(crossover) 이미지를 집중시키기 위해 상기 캐소드의 하부에 제공되는 제 1 그리드로서, 상기 캐소드와 상기 제 1 그리드는 고전압 인슐레이터의 고전압 측부에 배치되는, 상기 제 1 그리드와; 상기 제 1 그리드를 통해 지나는 상기 전자빔을 집중하며 상기 고전압 인슐레이터의 저전압 측부에 배치되기 위한 애노드(anode)와; 그리고 상기 고전압 인슐레이터의 고전압 측부에 및 상기 제 1 그리드와 상기 애노드의 사이에 제공되며, 개구를 통해 지나는 전자빔의 양을 제한하기 위해 개구를 갖는 제 2 그리드에 의해서 형성된다. 상기 캐소드에 대해 순방향 바이어스가 되는 전압은 상기 제 2 그리드에 인가되며, 상기 크로스오버 이미지는 상기 제 2 그리드의 개구에 집중된다.

Description

전자빔 노출 장치에 사용되는 전자총{AN ELECTRON GUN USED IN AN ELECTRON BEAM EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 전자빔과 같은 하전 입자 빔을 이용하는 노출 장치에 관한 것으로, 특히 전자빔 노출 장치 내(특히, 웨이퍼)에 노출되어지는 재료 상에 미리 결정된 패턴을 그려내기 위해 사용되는 전자빔을 발생시키기 위한 전자총에 관한 것이다.
종래에는, 널리 공지된 전자빔 노출 장치, 예를 들면 가변 직사각형 노출 장치, 블록 노출 장치, 및 블랭킹 개구 어레이(BAA; Blanking Aperture Array) 노출 장치가 있다. 상기 노출 장치에서, 전자빔의 횡단면 형상, 도안(figure)을 반복하는 유니트로서 사용되는 선택적 형상을 갖는 개구, 및 매트릭스로 배치되는 다수의 개구를 형성하기 위하여 직사각형 개구를 갖는 마스크 또는 블록 마스크가 있다. 전자빔은 바람직한 패턴이 웨이퍼 상에 그려지도록 마스크 상의 개구의 바람직한영역을 조사(irradiating)함으로써 형성된다.
상기의 경우에, 웨이퍼에 조사되는 전자빔의 균일성은 그려지게 될 패턴의 라인 폭에 큰 영향을 준다. 예를 들면, 허용 가능한 폭이 0.1μm의 폭을 갖는 라인을 그릴 때, 0.01μm이라고 가정되는 경우, 빔 조사의 균일성은 몇 퍼센트만의 변동폭을 허용한다. 그 결과로, 균일해지도록 나타나는 조사 영역은 좁아지게 되고, 노출 영역은 감소되며, 그 결과 전자빔 노출 장치의 작업 처리량은 저하된다.
본 발명의 목적은 전자빔 노출 장치에 사용되는 개선된 전자총을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 전자총이 제공되는데, 바람직한 실시예로, 전자빔 노출 장치에 사용되는 4극 전자총은, 네가티브의 높은 가속 전압이 인가될 때 전자빔을 방사하는 캐소드(cathode); 상기 캐소드에 대해 역 방향 바이어스되는 전압을 인가할 때 전자빔의 크로스오버(crossover) 이미지를 집중시키기 위해 캐소드의 하부에 제공되는 제 1 그리드로서, 상기 캐소드와 상기 제 1 그리드가 고전압 인슐레이터의 고전압 측부에 배치되는, 상기 제 1 그리드; 상기 고전압 인슐레이터의 저전압 측부에 배치되고, 상기 제 1 그리드를 통해 지나는 전자빔을 모으기 위한 애노드(anode); 및 개구를 통해 지나는 전자빔의 양을 제한하기 위해 상기 개구를 구비하는, 상기 제 1 그리드와 상기 애노드 사이의 고전압 인슐레이터의 고전압 측부에 제공되는, 제 2 그리드를 포함하며, 거기서 캐소드에 대해 순방향 바이어스가 되는 전압이 제 2 그리드에 인가되며, 크로스오버 이미지는 제 2 그리드의 개구에집중된다.
다른 바람직한 실시예로, 전자총은 캐소드로부터 제 2 그리드의 개구 쪽으로 방사되는 전자빔을 편향시키기 위해 전자기 편향기를 더 포함하며, 거기서 전자기 편향기는, 고전압 인슐레이터에 의해 캐소드 및 제 1 그리드/제 2 그리드로부터 절연되는 위치에 배치되며, 전자빔의 방향을 향하는 캐소드의 위치에 대략 상응하는 위치로 배치된다.
또 다른 바람직한 실시예로, 전자총은, 캐소드로부터 방사되는 방사 전류(IE) 및 제 2 그리드에 입력되는 전류(IG2)의 차이에 기초하여 제 2 그리드의 개구를 통해 지나는 전류(IB)를 계산하며, 상기 계산된 전류(IB)가 일정하게 유지될 때 제 1 그리드(G1)와 제 2 그리드(G2)에 대해 하나 이상의 인가 전압(VG1,VG2)을 제어하기 위해 차분 검출 회로를 더 포함한다.
또 다른 바람직한 실시예로, 제 1 그리드(G1)와 제 2 그리드(G2)에 대한 하나 이상의 인가 전압(VG1,VG2)은 캐소드로부터의 방사 전류(IE)가 일정하게 유지될 때 제어된다.
또 다른 바람직한 실시예로, 제 1 그리드(G1)와 제 2 그리드(G2)에 대한 하나 이상의 인가 전압(VG1,VG2)은 제 2 그리드로의 입력 전류(IG2)가 일정하게 유지될 때 제어된다.
또 다른 바람직한 실시예로, 제 1 그리드(G1)와 제 2 그리드( G2)에 대한 각각의 인가 전압(VG1,VG2)은 제 2 그리드의 개구를 통해 지나는 전류 대 캐소드로부터 방사되는 방사 전류(IE)의 비(IB/IE)가 최대로 될 때 결정된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 4극 전자총을 도시하는 개략 횡단면도.
도 2는 도 1에 도시된 4극 전자총을 구비하는 전자빔 노출 장치 내에 전자빔과 빔 강도를 설명하기 위한 도면.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 4극 전자총의 전기적 및 물리적 특성을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 4극 전자총을 이용하는 전자빔 노출 장치를 도시하는 개략 전기 블록도.
도 5는 도 4에 도시된 4극 전자총 내에 전극봉 전압 제어 유니트를 도시하는 개략 블록도.
도 6은 종래 기술의 3극 전자총을 도시하는 개략 횡단면도.
도 7은 도 6에 도시된 3극 전자총을 구비하는 전자빔 노출 장치 내에 전자빔 및 빔 강도를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 고전압 인슐레이터 2: 히터
3: 전자기 편향기 A: 애노드
AP: 개구부 EB: 전자빔
C: 캐소드 G1: 제 1 그리드
G2: 제 2 그리드 IE: 방사 전류
XO: 크로스오버 이미지 11: 제 1 마스크
12: 렌즈 유니트 13: 제 2 마스크
RAP: 둥근 개구 22,32: 전류 검출 회로
23: VG2 제어 회로 40: 차분 검출 회로
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하기 전에, 종래 기술의 몇 가지 예와 이들의 문제가 도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 6은 종래 기술의 3극 전자총을 도시하는 개략 횡단면도이다. 도면에서, 도면 번호 1은 고전압 인슐레이터이며, 도면 번호 2는 히터이며, C는 캐소드이며, G1은 그리드이며, A는 개구(AP)를 갖는 애노드이다. 고전압 인슐레이터(1)는 각각의 전극봉을 절연시키기 위해 제공되며, 히터(2)는 캐소드(C)를 가열하기 위해 제공된다. 종래의 3극 전자총은 캐소드(C), 그리드(G1), 및 애노드(A)에 의해 형성된다. 상세한 설명은 다음의 도 7에 주어진다.
도 7은 도 6에 도시된 3극 전자총을 구비하는 전자빔 노출 장치 내에 전자빔 및 빔 강도를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 사용되는 동일한 구조의 구성 요소가 다음의 도면에 동일한 도면 번호로 부쳐져 있다. 캐소드(C)는 네가티브의 높은 가속 전압을 인가하는 만큼 열 전자(바꾸어 말하면, 방사 전류(IE), 즉 전자빔(EB))를 방사하기 위해 제공된다.
그리드(G1)는 캐소드(C)에 대해 역 방향 바이어스가 걸리는 전압을 인가하는 만큼 전자빔(EB)의 크로스오버 이미지(XO')를 집중시키기 위해 제공된다. 애노드(A)는 그리드(G1)를 통해 지난 후의 가속 전자빔(EB)을 모으기 위해 제공된다. 게다가, 캐소드(C)와 그리드(G1)는 고전압 인슐레이터(1)의 고전압 측부에 배치되며, 애노드(A)는 고전압 인슐레이터(1)의 저전압 측부에 배치된다(일반적으로, 애노드(A)는 도 1에 도시된 바와 같이 그라운드에 접속된다).
또한 게다가, 도면 번호 11은 직사각형 개구(AP) 또는 슬릿(slit)을 가지며 애노드(A)의 하부에 배치되는 제 1 마스크이다. 도면 번호 12는, 도시되어지는 패턴의 개구가 형성되는 블록 마스크, 전자빔을 모으기 위한 전자 렌즈(미도시됨), 전자빔을 편향시키기 위한 편향기(미도시됨), 및 전자빔을 교정하기 위한 코일(미도시됨)을 포함하는 렌즈 유니트이다. 도면 번호 13은 상기 렌즈 유니트(12)의 하부에 배치되는 둥근 개구(RAP)를 갖는 제 2 마스크이다.
상기 구조에서, 캐소드(C)로부터 방사되는 방사 전류(IE)(즉, 전자빔(EB))는, 그리드(G1)에 의해 만들어지는 전기장으로 인해 크로스오버 이미지(XO')를 형성하며, 애노드(A)의 개구(AP)를 통해 지난다. 게다가, 전자빔(EB)은 직사각형 개구(AP)를 갖는 제 1 마스크(11) 상에 방사된다. 상기의 경우에, 제 1 마스크(11) 상에 방사되는 전자빔(EB)의 일부는 직사각형 개구(AP)(경사진 라인에 의해 도시된 영역을 참조)의 주변 영역에 의해 끊어지며, 나머지 전자빔(EB)은 직사각형 개구(AP)를 통해 지난다. 직사각형 개구(AP)를 통해 지나는 전자빔(EB)은 전자 렌즈, 편향기, 및 코일을 포함하는 렌즈 유니트(12)에 의해 모여진다.
또한 게다가, 전자빔(EB)은 둥근 개구(RAP)를 갖는 제 2 마스크(13) 상에 조사된다. 둥근 개구(RAP)를 통해 지나는 전자빔은, 주 편향기와 보조 편향기(둘 다 미도시됨)에 의해 편향되며, 웨이퍼 상의 바람직한 위치에 노출된다. 결과로서, 미리 결정된 패턴은 웨이퍼 상에 그려진다.
다른 한편으로, 다른 타입의 전자총, 즉 개구가 절취된 전자총(미도시됨)이 있다. 개구가 절취된 전자총은 기본적으로 3극 전자총과 동일한 구조를 갖지만, 개구를 갖는 제 2 그리드는 그리드(즉, 웨넬트(Wehnelt) 그리드)와 애노드의 사이에 제공된다. 종래의 개구가 절취된 전자총에서, 웨넬트 그리드는 고전압 인슐레이터의 고전압 측부에 배치되며, 제 2 그리드는 인슐레이터(일반적으로, 제 2 그리드는 그라운드에 접속된다)의 저전압 측부에 배치된다.
다음의 설명은 종래의 3극 전자총 및 개구가 절취된 전자총의 문제에 대해 주어진다.
첫째로, 종래의 3극 전자총의 문제는 아래에 설명될 것이다.
도 6 및 도 7에 도시된 종래의 3극 전자총에서, 방사 전류(IE)는 제 1 마스크(11)에 적용되는 열 부하가 상대적으로 커지도록 애노드(A)의 개구(AP)를 통해 지난다. 큰 열 부하의 결과로서, 다음의 문제, 즉 제 1 마스크(11) 상의 직사각형 개구(AP)를 둘러싸는 영역을 융해시키는 것, 상기 직사각형 개구(AP)를 둘러싸는 영역 상에 크랙의 발생, 및 금속 코팅 피막을 파열시키는 것이 있다. 게다가, 제 1 마스크(11)의 하부에 배치되는 렌즈 유니트(12)에서, 블록 마스크 내에 직사각형 개구를 둘러싸는 영역(즉, 빔 절취 부분)에 적용되는 에너지가 상대적으로 크기 때문에, 위에 언급된 동일한 문제들, 즉 빔 절취 부분의 손상 및 상기 직사각형 개구를 둘러싸는 영역의 부분을 융해시키는 문제가 있다. 또한 게다가, 렌즈 유니트(12)의 하부에 배치되는 둥근 개구(RAP)를 구비하는 제 2 마스크(13) 상에서, 많은 전자빔이 도 7의 경사진 라인(LB')에 의해 도시된 바와 같이 둘러싸인 영역 상에 낭비된다는 문제가 있다.
게다가, 종래의 3극 전자총에서, 웨이퍼에 조사되는 전자빔의 균일성은 방사전류(IE)를 크게 함으로써 개선될 수 있다. 그러나, 블록 마스크 내에 빔 절취 부분에 적용되는 에너지가 방사 전류(IE)의 증가에 따라 커지기 때문에, 문제들, 즉 빔 절취 부분의 손상 및 상기 부분을 융해시키는 문제가 있으며, 그 결과로 웨이퍼에 조사되는 전자빔의 균일성을 실현하는 것이 매우 어렵다.
또한 게다가, 전형적인 3극 전자총에서, 캐소드에 대해 사용되며 LaB6단결정으로 이루어지는 칩의 온도는 상기 칩이 히터에 의해 가열될 때 1500。C 가까이로 증가한다. 따라서, 가열된 캐소드를 고정하기 위한 재료는 높은 온도에 견디어야 하고 단열되어야 하며, 가열 전류를 인가하기 위해 둘러싸인 영역으로부터 전기적으로 절연되는 것이 필요하다. 그 결과로, 개선된 구조는 히터와 캐소드를 조립할 때 고려되어야 하며, 높은 정밀도로 칩(즉, 빔 방사부) 단부의 위치를 결정하는 것이 매우 어렵다.
특히, 전자빔의 방사 조건은 웨넬트 그리드의 상대 위치에 따라 상당히 변경되어야 하며, 그 결과로 칩을 조립할 때 칩 단부의 위치를 재 배치하는 것이 매우 어렵게 되며, 크로스오버 조건이 또한 변경된다. 따라서, 장착 정밀도가 종래의 3극 전자총에서 크게 영향을 받게 되는 문제가 있다.
상기의 경우에, 칩 단부의 실제 사이즈는 직경이 대략 수십 μm가 되며, 웨넬트 그리드의 개구의 실제 사이즈는 직경이 대략 1mm이다. 위로부터 자명한 바와 같이, 칩 단부의 사이즈와 개구의 사이즈가 매우 작기 때문에, 매우 작은 영역이 위치 설정 과정에서 위치되어야 한다. 따라서, 약간의 차이가 위치 설정 과정에서발생한다고 할 지라도, 상기 차이는 방사되는 전자빔에 큰 영향을 준다. 상기의 경우에, 3극 전자총으로부터 방사되는 전자빔에 대한 다양한 필수 조건이 있으며, 그 결과 3개의 파라미터(1 내지 3)에 기초하는 상기 조건을 동시에 만족시키는 것이 매우 어렵다. 만족되어야할 상기 필수 조건은 다음과 같이,
(1) 방사 전류(IE)의 양(상기 전류는 제 1 마스크(11) 상의 직사각형 개구를 둘러싸는 영역에 손상을 일으킨다),
(2) 빔 조사의 균일성, 및
(3) 크로스오버 이미지의 사이즈( 마스크(1) 상의 둥근 개구부 상에 크로스오버 이미지의 사이즈)이다.
게다가, 3극 전자총에서, 캐소드 전극봉과 애노드 전극봉에 적용되는 각각의 전압이 고정되기 때문에, 전압이 자유롭게 변경될 수 있는 전극봉은 그리드 전극봉(즉, 웰네트 그리드)만이다. 따라서, 하나의 파라미터(즉, 그리드의 전압 변화)를 사용함에 의해 상기 3가지 조건을 동시에 만족시키는 것은 기본적으로 불가능하다. 종래의 기술에서, 각각의 구조 부분은 매우 높은 정밀도(즉, 계산과 실험에 기초한 대략 이상적인 상태로)로 설계되어야 하며, 그리드 전극봉으로의 인가 전압은 방사 전류(IE)가 미리 결정된 값이 되도록 제어된다. 상기의 경우에, 상기 항목(2,3)의 조건은 그리드에 대한 전압의 변화에 따라 변경된다.
바꾸어 말하면, 종래의 기술에서, 항목(1 내지 3)의 어떤 한 조건은 높은 정밀도로 만족되며, 다른 조건은 부품의 장착 정밀도 및 부품의 제작 정밀도로 인한 다양한 차이에 따라 이상적인 상태와 다르다. 게다가, 크로스오버 이미지가 커지게되는 큰 문제가 있다. 각각의 마스크 상에 전자빔을 조사할 때, 및 제 2 마스크(13) 상의 둥근 개구(RAP)에 의해 차단되어지는 전자빔의 양이 커지게 될 때, 제 2 마스크(13)는 불필요한 빔(도 7의 경사진 라인(LB')을 참조)에 의해 조사된다.
예를 들면, 둥근 개구(RAP)에 의해 차단되는 전류 대 상기 둥근 개구(RAP)를 통해 지나는 전류의 비가 일-대-일(1:1)일 때, 이는 제 2 마스크(13) 상에 이중의 불필요한 빔 방사가 있다는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들면 약 60A/cm2의 빔 방사는, 예를 들면 웨이퍼 상에 30A/cm2의 전류 밀도를 실현시키기 위해 필요하다. 그 결과로, 위에 언급된 바와 같이 큰 전류로 인해 주변 영역을 융해시키는 문제가 있다.
둘째로, 종래의 개구가 절취된 전자총의 문제가 아래에 설명될 것이다.
종래의 개구가 절취된 전자총에서, 제 1 그리드(즉, 웰네트 그리드)는 고전압 인슐레이터의 고전압 측부에 배치되며, 제 2 그리드는 고전압 인슐레이터의 저전압 측부(즉, 그라운드 측부)에 배치된다. 따라서, 상기 구조에는 다음의 문제가 있다.
첫째로, 최종적으로 가속되는 전자빔의 일부가 둥근 개구(RAP)에 의해 차단되기 때문에, 에너지 부하는 둥근 개구(RAP)에서 증가된다. 그 결과로, 둥근 개구(RAP)를 둘러싸는 영역을 융해시키는 것과 상기 둘러싸는 영역을 융해시킴이 없이 크랙이 발생하는 문제가 있다. 게다가, 전자총의 바로 아래에 제공되는 크로스오버 이미지가 렌즈를 이용함에 의해 재 집중되어야 하기 때문에, 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 전자총을 제공하는 것이 필요하다.
또한 게다가, 전자빔의 광 경로는 크로스오버 이미지가 두 배로 집중되도록 길어지기 때문에, 쿨롱의 작용 힘으로 인한 수차가 증가되는 문제가 있다. 또한 게다가, 네가티브 전압이 둥근 개구(RAP)에 에너지 부하를 줄이기 위해 적용되는 것이 고려되더라도, 그렇지만 상기의 경우에, 전자총의 사이즈가 또한 커지도록 캐소드의 절연 레벨과 비슷한 절연 레벨을 갖는 특정한 인슐레이터를 사용하는 것이 필요하다.
본 발명은 상기 언급되는 다양한 종래의 문제, 즉 주변 영역을 융해시키는 것, 직사각형 개구 및 상기 직사각형 개구의 주변 영역의 손상, 및 기타 등등의 문제를 해결하며 아래에 상세히 설명되는 바와 같이 개선된 전자총을 제공하는데 목표를 두고 있다.
본 발명에 따른 전자총의 구조에서, 크로스오버 이미지는 제 2 그리드(즉, 제 2 그리드의 개구가 크로스오버 이미지와 정렬되어 있다)의 개구에 집중된다. 방사 전류(즉, 캐소드로부터 방사되는 전자빔)가 크게될 지라도, 가우스 분포 특성을 갖는 전자빔의 불필요한 변두리 부분은 개구 하부의 각각의 마스크 상에 전자빔의 양을 제어하는 것이 가능하도록 차단된다.
즉, 본 발명에 따라서, 개구를 둘러싸는 영역 및 상기 둥근 개구 상에 열 에너지를 상대적으로 줄이는 것이 가능하다. 그 결과로, 개구를 둘러싸는 영역의 융해 문제를 해결하는 것이 가능하도록 상기 개구에 가해지는 손상을 억제하는 것이가능하다.
게다가, 본 발명에 따른 전자총의 구조에서, 전자기 편향기는 캐소드로부터 제 2 그리드의 개구 쪽으로 방사되는 전자빔을 편향시키기 위해 제공된다. 상기의 경우에, 캐소드와 제 1 그리드/제 2 그리드로부터 고전압 인슐레이터를 통해 절연되는 위치에 전자기 편향기를 제공하는 것이 바람직하며, 상기 전자기 편향기는 전자빔의 방사 방향을 향하는 캐소드와 같이 대략 동일한 위치에 있다.
본 발명에 따른 전자기 편향기에 따라서, 캐소드로부터 제 2 그리드의 개구로 방사되는 전자빔을 손쉽게 편향시키며, 기계적인 높은 정밀도로 제 2 그리드의 개구와 캐소드의 단부를 정렬시키는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 전자총을 도시하는 개략 횡단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 4극 전자총을 구비하는 전자빔 노출 장치의 전자빔 및 상기 빔 강도를 설명하는 도면이다. 도 1 내지 도 5에서, 도면 번호 G2는 본 발명에 따른 제 2 그리드이다. 본 발명에 따른 4극 전자총은 캐소드(C), 제 1 그리드(G1), 제 2 그리드(G2), 및 애노드(A)에 의해 형성된다.
도 7에 도시된 구조뿐만 아니라, 도 1 및 도 2에서, 캐소드(C)는 방사 전류(IE) 또는 전자빔(EB)을 방사하기 위해 제공되며, 그리드(G1)는 전자빔(EB)의 크로스오버 이미지를 집중시키기 위해 제공되며, 애노드(A)는 가속 전자빔(EB)을 모으기 위해 제공된다. 게다가, 개구(AP)를 갖는, 본 발명에 따른 제 2 그리드(G2)는 제 1 그리드(G1)와 애노드(A)의 사이에 제공된다.
게다가, 도 7에 도시된 구조뿐만 아니라, 제 1 마스크(11)는, 직사각형 개구(AP) 또는 슬릿을 가지며, 애노드(A)의 하부에 배치된다. 렌즈 유니트(12)는 그려지게 될 패턴의 개구가 형성되는 블록 마스크, 전자빔을 모으기 위한 전자 렌즈, 전자빔을 편향시키기 위한 편향기, 및 전자빔을 교정하기 위한 코일을 포함한다. 또한 게다가, 제 2 마스크(13)는, 둥근 개구(RAP)를 가지며, 렌즈 유니트(12)의 하부에 배치된다.
본 발명의 첫번째 구조적 특징은 다음의 4가지 요점들에 의해 도시된다.
1. 제 2 그리드(G2)는, 제 1 그리드(G1)와 애노드(A)의 사이에 배치되며, 전자빔의 통과 량을 제한하기 위해 개구(AP)를 포함한다.
2. 제 2 그리드(G2)는 캐소드(C)와 제 1 그리드(G1) 뿐만 아니라 고전압 인슐레이터(도 1에 번호 1 참조)의 고전압 측부에 또한 배치된다. 이는 본 발명에서, 캐소드, 제 1 그리드, 및 제 2 그리드가 고전압 인슐레이터의 고전압 측부에 배치된다는 것을 의미한다.
3. 네가티브의 높은 가속 전압(VC)은 캐소드(C)에 인가되며, 전압(VC)에 대한 순방향 바이어스로 설정되는 전압(VG2)(>VC)은 제 2 그리드(G2)에 인가된다.
4. 크로스오버 이미지(XO)는 제 2 그리드(G2)의 개구(AP)에 집중된다(도 2 참조).
상기 실시예에서, 캐소드(C)의 단부 직경은, 예를 들면 수십 μm로 설정되며, 제 2 그리드(G2)의 개구(AP)의 직경은, 예를 들면 60μm로 설정된다.
본 발명의 두 번째 구조적 특징은 캐소드(C)로부터 제 2 그리드(G2)의 개구(AP) 쪽으로 방사되는 전자빔을 편향시키기 위해 전자기 편향기(3)(링 같은 편향기의 횡단면도를 도시하는 도 1을 참조)를 제공하는 것이다. 전자기 편향기(3)는 캐소드(C), 제 1 그리드(G1), 및 제 2 그리드(G2)로부터 고전압 인슐레이터(1)를 통해 절연되는 위치에 배치된다. 게다가, 편향기(3)는 전자빔의 방향을 향해 캐소드(C)에 대해 대략 비슷한 위치에 배치된다.
도 1에서, 위에 언급된 바와 같이, 히터(2)는 캐소드(C)를 가열하기 위해 제공된다. 도 2에서, IB는 제 2 그리드(G2)의 개구(AP)를 통해 지나는 전류를 나타낸다. 상기의 경우에, 전압(VC)에 대해 역 방향 바이어스로 설정되는 전압(VG1)(<VC)은 제 1 그리드(G1)에 인가된다. 애노드(A)는 고전압 인슐레이터(1)의 저전압 측부에 공유되는 그라운드에 접속된다.
본 발명의 상기 구조에서, 4극 전자총의 캐소드(C)로부터 방사되는 방사 전류(IE)는 제 1 그리드(G1)에 대한 인가 전압(VG1) 및 제 2 그리드(G2)에 대한 인가 전압(VG2)에 의해 결정되는 전자기 장에 기초하여 제 2 그리드(G2)의 개구(AP)에 크로스오버 이미지(XO)를 형성한다. 그와 동시에, 개구(AP)의 직경이 상대적으로 작은 60μm이기 때문에, 방사 전자빔이 가우스 분포를 가질 때, 방사 전자빔의 주변 부분(즉, 가우스 분포의 바닥 부분)이 차단된다.
제 2 그리드(G2)의 개구(AP)를 통해 지나는 전자빔은, 애노드(A) 쪽으로 가속되며, 상기 애노드(A)의 개구(AP)를 통해 지난 후의 직사각형 개구(AP)를 갖는 제 1 마스크(11) 상에 방사된다. 게다가, 제 1 마스크(11)의 직사각형 개구(AP)를통해 지난 전자빔은 렌즈 유니트(12)에 방사된다. 렌즈 유니트(12)에서, 전자빔은, 도 7에 도시된 바와 같이, 렌즈에 의해 모아지며, 편향기에 의해 편향되며, 그리고 코일에 의해 교정된다.
렌즈 유니트(12)를 통해 지난 후, 전자빔(EB)은 둥근 개구(RAP)를 갖는 제 2 마스크(13) 상에 방사된다. 상기 둥근 개구(RAP)를 통해 지난 후, 전자빔(EB)은 주 편향기와 보조 편향기에 의해 편향된 후 웨이퍼 상의 바람직한 위치에 노출된다.
상기 실시예에 따라서, 방사 전류(IE)가 커지게 된다고 할 지라도, 가우스 분포를 갖는 전자빔의 불필요한 주변 부분이 제 2 그리드(G2)의 작용으로 인해 차단되기 때문에, 종래의 3극 전자총과 비교하여 제 1 마스크(11) 상에 방사되도록 전자빔의 양을 억제하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에 따라서, 마스크(11) 상에 직사각형 개구(AP)(이는 "빔 차단 부분" 이라 불림)를 둘러싸는 영역에 적용되는 열 에너지를 줄이는 것이 가능하다. 그 결과로, 빔의 차단 부분에 대한 손상을 제거하며, 종래의 문제, 즉 주변 영역을 융해시키는 것을 해결하는 것이 가능하다.
게다가, 캐소드(C)로부터 방사되는 방사 전류(IE)가 큰 값으로 설정될 수 있기 때문에, 직사각형 개구를 갖는 제 1 마스크(11)에 방사되는 전자빔의 균일성을 개선시키는 것이 가능하다는 이점이 있다.
또한 게다가, 크로스오버 이미지가, 도 2에 제 2 마스크(13)의 그래프에 의해 도시된 바와 같이, 둥근 개구(RAP)를 갖는 제 2 마스크(13) 상에 투영될 때, 크로스오버 이미지를 형성하는 전자빔이 주변 부분을 전혀 갖지 않는 가우스 분포에 의해서 도시된다. 상기의 경우에, 둥근 개구(RAP)(즉, 경사진 라인(LB))를 둘러싸는 영역에 의해 차단되는 부분적인 전자빔이 있다고 할 지라도, 실제로 빔의 직경이 제 2 그리드(G2)의 개구(AP)의 사이즈에 기초하여 조정될 수 있기 때문에, 제 2 마스크(13) 상에 차단되는 불필요한 빔(LB)을 제거하는 것이 가능하다.
종래의 문제에서 언급한 바와 같이, 전자총에 각각의 전극봉을 장착할 때, 높은 정밀도로 수십 μm의 캐소드의 단부에 60μm의 직경을 갖는 제 2 그리드(G2)의 개구(AP)를 기계적으로 장착하고 정렬하는 것이 실제로 매우 어렵다.
다른 한편으로, 전자기 편향기(3)가 본 발명에 제공되기 때문에, 전자기 장을 조정함에 의해, 캐소드(C)로부터 제 2 그리드(G2)의 개구(AP) 쪽으로 방사되는 전자빔을 편향하는 것이 가능하다. 그 결과로, 기계적인 에러(예를 들면, 정렬 에러)를 교정하는 것이 가능하다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 4극 전자총의 전기적 및 물리적 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3a에서, 상기 그래프는 제 1 그리드(G1)용 인가 전압(VG1)이 일정한 네가티브 전압(즉, VG1=-500V)으로 설정되며, 제 2 그리드(G2)용 인가 전압(VG2)은 변경되는 경우를 도시한다. 제 2 그리드(G2)의 개구(AP)를 통해 지나는 전류(IB)와 캐소드(C)로부터 방사되는 방사 전류(IE)는 제 2 전압(VG2)에 따라 변경된다. 도 3b에서, 상기 그래프는 인가 전압(VG1)이 일정한 경우를 도시한다. 인가 전압(VG2)이 변경될 때, IB와 IE(즉, IB/IE)의 비율의 변화는 그래프의 세로 좌표로 도시된다. 도 3c에서, R1,R2, 및 R3는 도 3b에서 인가 전압(VG2)의 영역이다. 인가 전압(VG2)이 변경될 때, 캐소드(C)로부터 방사되는 전자빔의 구성은 도 3c에 도시된 바와 같이 제 2 그리드(G2)에서 또한 변경된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 방사 전류(IE)는 제 2 그리드(G2)측 인가 전류(VG2)에 비례하여 증가한다. 다른 한편으로, 제 2 그리드(G2)의 개구(AP)를 통해 지나는 전류(IB)는 극한 값을 갖는다. 이는 크로스오버 이미지를 형성하는 다양한 조건이 인가 전압(VG2)의 사이즈에 따라 변경되기 때문이다.
크로스오버 이미지(P)가 도 3c에 도시된 바와 같이 제 2 그리드(G2)(실선에 의해 도시된 전자빔을 참조)의 개구(AP) 위치에 형성될 때, 비율(IB/IE)은 도 3b의 R2에 의해 도시된 바와 같이 최대가 된다. 따라서, 도 3b의 R2에 의해 도시된 영역은 가장 균일한 전자빔을 조사하기 위해 최적의 조건을 다룬다. 이는 본 발명에 따른 4극 전자총의 기본 설정 상태이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 전자총을 이용한 전자빔 노출 장치를 도시하는 개략 블록도이다. -50kV의 고전압 유니트는 전자빔을 가속하기 위해 네가티브 고전압, 즉 -50kV를 발생시키기 위해 제공된다. 상기 유니트는 -2kV의 전압 부스터(booster), +2kV의 전압 부스터, 및 필라멘트 정류기를 포함한다. +2kV의 전압 부스터와 필라멘트 정류기는 전극봉 전압 제어 유니트로서 다음의 도 5에 상세히 도시되어 있다. 게다가, -50kV의 전압 부스터는 전압을 올리기 위해 제공된다. 전원 공급부는 -50kV의 고전압 유니트와 -50kV의 전압 부스터를 위해 제공된다.
도 5는 도 4에 도시된 4극 전자총 내에 전극봉 전압 제어 유니트를 도시하는 개략 블록도이다. +2kV의 전압 부스터(20)는 제 2 그리드(G2)에 인가 전압(VG2)(=-48kV)을 인가하기 위해 제공되며, 필라멘트 정류기(30)는 캐소드(C)에 인가전압(VC)(=-50kV)을 공급하기 위해 제공된다. 전압 부스터(20)와 필라멘트 정류기(30)는 차분 검출 회로(40)에 접속된다. 게다가, 전압 부스터(20)와 필라멘트 정류기(30)는 캐소드(C)에 인가되도록 네가티브의 높은 가속 전압(VC)(=-50kV)을 발생시키기 위해 다른 부스터에 또한 접속된다.
전압 부스터(20)는 +2kV 내지 -50kV을 추가하며 인가 전압(VG2)(=-48kV)을 발생시키기 위해 +2kV 발생 회로(21), 제 2 그리드(G2)로부터 전류(IG2)를 검출하기 위한 전류 검출 회로(22), 및 차분 검출 회로(40)로부터의 출력에 기초하는 인가 전압을 제어하기 위한 VG2 제어 회로(23)를 포함한다.
다른 한편으로, 필라멘트 정류기(30)는 AC 전압(-50kV)을 정류하며 캐소드(C)에 상기 정류 전압을 인가하기 위해 정류기 회로(31), 및 캐소드(C)로부터 방사 전류(IE)를 검출하기 위한 전류 검출 회로(32)를 포함한다.
게다가, 차분 검출 회로(40)는 전류 검출 회로(32)에 의해 검출되는 전류(IE) 및 전류 검출 회로(22)에 의해 검출되는 전류(IG2)의 사이에 차이를 계산한다. 상기 차이는 VG2 제어 회로(23)에 출력한다.
상기 구조로부터 자명한 바와 같이, 제 2 그리드(G2)의 개구(AP)를 통해 지나는 전류(IB)는 캐소드(C)로부터 방사되는 방사 전류(IE) 및 제 2 그리드(G2)(즉, IB=IE-IG2)로부터의 전류(IG2) 사이의 차이로서 형성된다. 상기 실시예에서, 차분 검출 회로(40)는, 전류(IB)를 검출하며, 회로(40)의 검출 결과에 기초하는 VG2 제어 회로(23)를 이용함으로써 상기 전류(IB)가 변경(즉, 일정해짐)되지 않는 방식으로 제 2 그리드(G2)의 인가 전압(VG2)을 제어한다.
상기의 경우에, 전류(IB)가 일정해지도록 제어된다고 할 지라도, 이는 제어되어지는 대상물로서 상기 전류(IB)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 캐소드(C)로부터 방사 전류(IE)는 일정해지게 하기 위해 제어될 수 있으며, 제 2 그리드(G2)로부터의 전류(IG2)는 일정해지게 하기 위해 제어될 수 있다.
게다가, 도 5에 도시된 구조에서, 차분 검출 회로(40)의 출력이 전압 부스터(20) 내의 VG2 제어 회로(23)에 입력이라고 할 지라도, 이는 상기 구조에 한정되지 않는다. 예를 들면, 차분 검출 회로(40)의 출력이 제 1 그리드(G1)를 위한 전압 부스터에 입력이며, 제 1 그리드(G1)를 위한 인가 전압(VG1)은 일정해지기 위해 제어된다.
위에 설명된 바와 같이, 본 발명에 따라, 마스크 상에 형성되는 패턴의 개구 부분에 및 직사각형 개구를 둘러싸는 영역에 손상을 최소화시키는 것이 가능하며, 그 결과, 예를 들면 주변 영역을 융해시키는 종래의 문제를 손쉽게 해결하는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. 전자빔 노출 장치에 사용되는 전자총에 있어서,
    네가티브의 높은 가속 전압을 인가할 때 전자빔을 방사하기 위한 캐소드(cathode)와,
    상기 캐소드에 대해 역 방향 바이어스되는 전압을 인가할 때 상기 전자빔의 크로스오버(crossover) 이미지를 집중시키기 위해 상기 캐소드의 하부에 제공되는 제 1 그리드로서, 상기 캐소드와 상기 제 1 그리드가 고전압 인슐레이터의 높은 전압 측부에 배치되는, 상기 제 1 그리드와,
    상기 고전압 인슐레이터의 저전압 측부에 배치되는 상기 제 1 그리드를 통해 지나는 상기 전자빔을 모으기 위한 애노드(anode)와, 그리고
    상기 고전압 인슐레이터의 고전압 측부에 및 개구를 통해 지나는 상기 전자빔의 양을 제한하기 위해 소정의 개구를 갖는 상기 제 1 그리드와 상기 애노드의 사이에 제공되는 제 2 그리드를 포함하되,
    상기 캐소드에 대해 순방향 바이어스가 되는 전압이 상기 제 2 그리드에 인가되며, 상기 크로스오버 이미지는 상기 제 2 그리드의 상기 개구에 집중되는 전자빔 노출 장치에 사용되는 전자총.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 캐소드로부터 상기 제 2 그리드의 상기 개구 쪽으로 방사되는 상기 전자빔을 편향시키기 위해 전자기 편향기를 더 포함하되, 상기 전자기 편향기는, 상기 고전압 인슐레이터를 통해 상기 캐소드와 상기 제 1 그리드 또는 제 2 그리드로부터 절연되는 위치에 배치되며, 상기 전자빔의 상기 조사 방향을 향해 상기 캐소드의 상기 위치에 대략 상응하는 상기 위치에 배치되는 전자빔 노출 장치에 사용되는 전자총.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 캐소드로부터 방사되는 방사 전류(IE) 및 상기 제 2 그리드에 입력되는 상기 전류(IG2) 사이의 차이에 기초하여 상기 제 2 그리드의 상기 개구를 통해 지나는 전류(IB)를 계산하며, 상기 계산된 전류(IB)가 일정하게 유지되도록 상기 제 1 그리드(G1)와 상기 제 2 그리드(G2)에 대해 하나 이상의 인가 전압(VG1,VG2)을 제어하기 위해, 차분 검출 회로를 더 포함하는 전자빔 노출 장치에 사용되는 전자총.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 그리드(G1)와 상기 제 2 그리드(G2)에 대한 하나 이상의 인가 전압(VG1,VG2)은 상기 캐소드로부터의 상기 방사 전류(IE)가 일정하게 유지되도록 제어되는 전자빔 노출 장치에 사용되는 전자총.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 그리드(G1)와 상기 제 2 그리드(G2)에 대한 하나 이상의 인가 전압(VG1,VG2)은 상기 제 2 그리드에 입력되는 상기 전류(IG2)가 일정하게 유지되도록 제어되는 전자빔 노출 장치에 사용되는전자총.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 그리드(G1)와 상기 제 2 그리드(G2)에 대한 각각의 인가 전압(VG1,VG2)은 상기 제 2 그리드의 상기 개구를 통해 지나는 상기 전류 대 상기 캐소드로부터 방사되는 상기 방사 전류(IE)의 비율(IB/IE)이 최대가 되도록 결정되는 전자빔 노출 장치에 사용되는 전자총.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전자총은 4극 전자총으로서 형성되는 전자빔 노출 장치에 사용되는 전자총.
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