KR20080050596A

KR20080050596A - 정형된 전자 빔을 기록하기 위한 전자 빔 컬럼

Info

Publication number: KR20080050596A
Application number: KR1020087008132A
Authority: KR
Inventors: 벤야민 불러; 보르 윌리엄 제이 드; 위르겐 프로진; 신롱 지앙; 리차드 엘 로제스; 헨리 토마스 피어스-퍼시; 디터 빈클러; 스티븐 티 코일; 헬무트 반츠호프
Original assignee: 지올 리미티드
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-06-09
Also published as: US20070085033A1; WO2007041444A2; KR101111374B1; US20080308751A1; US7800075B2; JP2009510798A; US7427765B2; WO2007041444A3; JP5249035B2

Abstract

전자 빔 컬럼은 전자 빔을 생성하는 열필드 방출 전자원, 전자 빔을 블랭크하는 전자 빔 블랭커, 빔 정형 모듈, 및 복수의 전자 빔 렌즈를 포함하는 전자 빔 광학계를 포함한다. 일 실시 형태에서, 전자 빔 블랭커의 광학 파라미터, 빔 정형 모듈, 및 전자 빔 광학계는 약 1/4 mrads 내지 약 3 mrads의 수용 반각 (acceptance semi-angle; β) 을 달성하도록 설정되고, 수용 반각 (β) 은 기록 평면 (writing plane) 에서 상기 전자 빔에 의해 범위가 전해진 각의 절반이다. 빔 정형 모듈 또한, 상부 및 하부 투영 렌즈를 이용하여 단일 렌즈로서 작동할 수 있다. 전자 빔 컬럼에 대한 다기능 모듈 또한 설명된다.

전자 빔 컬럼, 빔 정형 모듈, 전자 빔 컬럼용 다기능 모듈, 수용각, 투영 렌즈

Description

정형된 전자 빔을 기록하기 위한 전자 빔 컬럼{ELECTRON BEAM COLUMN FOR WRITING SHAPED ELECTRON BEAMS}

배경

본 발명의 실시형태들은, 형상화된 전자 빔을 이용하여 기판상에 회로 설계 패턴을 기록하는 것에 관한 것이다.

패턴 생성기는, 반도체 제작, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 및 회로 기판, 자기 버블 제작, 및 광학 데이터 저장 매체 제작용 마스크와 같은 기판상에 패턴을 기록하기 위해 사용된다. 패터닝된 리소그래피 마스크는, 집적 회로, 인쇄 회로 (PCB), 디스플레이, 및 다른 패터닝된 기판을 제작하기 위해 반도체 웨이퍼 또는 유전체와 같은 기판 내에 회로 설계 패턴을 전사하도록 사용된다. 리소그래피 마스크를 제작하는 통상의 프로세스는, 예를 들어, (i) 방사 투과판 (radiation permeable plate) 상에 금속 함유 재료 층을 형성하는 단계, (ii) 금속 함유 층 상에, 전자 빔이나 이온 빔과 같은 하전된 전자 빔 (charged electron beam) 에 감광성 레지스트 층을 형성하여 블랭크 리소그래피 마스크를 생성하는 단계, (iii) 변조된 전자 빔으로 블랭크 리소그래피 마스크를 선택적으로 노광시킴으로써 그 마스크 상에 패턴을 기록하는 단계, (iv) 노광된 재료를 현상하여 피쳐들의 패턴을 시현 (reveal) 하는 단계, (v) 레지스트 피쳐들 사이의 금속 함유 재료의 시현된 부분들을 에칭하여 레지스트 피쳐들 내에 포획된 패턴을 금속 함유 재료에 전사하는 단계, 및 (vi) 리소그래피 마스크로부터 잔여 레지스트를 제거하는 단계를 포함한다.

전자 빔 패턴 생성 시에, 변조된 전자 빔으로 기판상의 전자 감광성 레지스트를 선택적으로 노광시킴으로써 회로 설계 패턴이 기록된다. 전자 빔은, 기판 상에 패턴을 기록하기 위해 전자들을 생성, 포커싱, 블랭크, 및 편향시키는 별개의 컴포넌트들을 가진 빔 컬럼에서 형성된다. 종래의 전자 빔 컬럼은, 예를 들어, Rishton 등의 미국특허 제6,262,429호; Veneklasen 등의 미국특허 제5,876,902호; Collier 등의 미국특허 제3,900,737호; 및 Pfeiffer 등의 미국특허 제4,243,866호에 기재되어 있고, 이들 모두는, 본 원에 전부 참조 문헌으로 포함된다. 변조된 전자 빔은, 예를 들어, 래스터, 벡터, 또는 하이브리드 래스터-벡터 스캐닝과 같은 스캐닝 시스템을 이용하여 기판에 걸쳐 이동 및 플래시된다. 빔과 기판은, 빔이 선형 스트립-방식 움직임 (예를 들어, 래스터 빔 스캐닝), 벡터-기반 스텝 (벡터 스캐닝), 또는 벡터와 래스터 스캐닝의 조합 중 기판을 가로질러 횡단하도록 서로 상대적으로 이동된다. 예를 들어, 하나의 래스터 스캔 방법에는, 래스터 가우시안 빔 스캐닝 (RGB) 으로 불리는 것이 있다.

보통, 형상화된 빔 기록으로 알려진 바람직한 기록 방법에 있어서, 가변 형상 빔은, 래스터 스캔을 따라 독립적으로 유도 또는 국부화될 수 있는 벡터 좌표에 의해 특정된 기판 위의 위치로 직접 이동되고, 그 위치에 대해 1 회 플래시된다. 이 기법에서, 회로 설계 패턴은, 후에 위치 좌표와 관련된 직사각형, 평행사변형, 및 삼각형 플래시 형상으로 세분되는 일련의 기하학적 원형 (geometric primitive) 들로 분할된다. 전자 빔은 그 후, 래스터 스캔 범위 내에 있는 위치 좌표로 직접 이동되고, 그 위치 사이트를 원하는 형상의 전자 빔 플래시로 노광하기 위해 플래시된다. 빔은, 통상 1㎛ 보다 더 긴 치수를 가진 애퍼처를 갖는, 빔 형상화 빔 정형기를 이용하여 각 플래시에 대해 형상화된다. 형상화된 빔은, 더 높은 해상도 및 양호한 임계 치수를 균일하게 제공하여, 가우시안 빔의 가우시안 곡선 에지보다 날카로운 에지를 갖는 플래시 프로파일을 제공한다. 또한, 빔은, 미노광된 영역들을 뺀 기록될 영역에 직접 횡단하여 미기록/기록된 영역의 것에 대응하는 비율만큼 총 노광 시간을 감소시킨다. 더욱 작은 치수들을 가진 피쳐들을 갖는 회로 설계 패턴을 기록하기 위해 더 빠른 기록 속도와 결합된 더 높은 해상도를 갖는 것이 바람직하다.

형상화된 전자 빔 컬럼에 있어서, 전자 빔은 전자들의 스트림을 제공하는, 전자원으로부터 발생된다. 종래의 형상화된 빔 컬럼은 종종, LaB₆ (Lanthanum Hexaboride) 를 통상 포함한 열이온의 전자원을 이용하며, 도 1a 에는 예시적인 버전이 도시되어 있다. 열이온 소스 (10) 는, 전자가 팁에서 벗어나기 위해 LaB₆ 도체의 일함수 장벽 (barrier) 을 극복하기에 충분한 에너지를 갖는 온도로 가열되는, 라운드 팁 (12) 을 포함한다. 방출된 전자들은, 통상 간격이 수 밀리미터인, 웨넬트 (Wehnelt) 애노드 (11) 에 의해 가속된다. 라운드 팁 (12) 은, 예를 들어, 대략 5㎛ 의 비교적 큰 반경을 갖고, 빔을 형상화하기 위해 사용되는 애퍼처들을 조명하는데 적합한 휘도 (brightness) 로 크고 균일한 전자 분포 (14) 를 산출한다. 큰 조명 영역은 또한, 애퍼처들이 빔의 중앙 지역만을 선택적으로 관통하도록 하여 보다 균일한 전자 밀도를 제공하고 가우시안 곡선 에지를 배제한다. 그러나, 열이온 소스 (10) 가 종래의 형상화된 전자 빔 기록에 의해 잘 작동하지만, 그들은, 현재는 90nm 미만의 치수인 더 작은 피쳐들을 기록하기에 최적이다.

TFE (Thermal Field Emission) 전자원 (15) 은 통상, 형상화된 빔 전자 컬럼 용으로 사용되지 않는다. 도 1b 에 나타낸 것처럼, TFE 전자원 (15) 의 예시적인 버전은, 통상적으로 대략 0.3㎛ 내지 1㎛ (열이온 소스 (10) 의 반경 사이즈의 약 1/10) 의 반경을 갖는, 텅스텐의 협소한 니들 팁 (16) 을 포함한다. 니들 팁 (16) 은, 약 1800K 의 온도로 가열되는 한편, (열이온 소스와 밀리미터인데 반하여) 수백 미크론의 거리만큼 이격된 가압기 (20) 와 추출기 (22) 를 이용하여, 전자들로 하여금 장벽을 통해 터널링하게 하고 협소한 빔 (18) 으로서 방출되게 하기에 충분히 강한 전계가 인가된다. 텅스텐 팁 (16) 은 보통, 일함수 장벽을 감소시키기 위해 산화 지르코늄 층으로 코팅되고, 가열된 산화 지르코늄 저장소 (미도시) 는 텅스텐 팁 (16) 으로부터 증발된 재료를 연속적으로 공급한다. TFE 소스 (15) 는, 열이온 소스보다 필드의 더 높은 휘도 및 관련 깊이로, 작은 가상 소스 사이즈를 피쳐링하고, 에너지 확산을 완화시켜, 더 작은 피쳐들을 효율적으로 기록하는데 필요한 더 높은 빔 전류를 달성하는 것을 더 바람직하게 만든다. TFE 소스 (15) 의 작은 각 세기 (angular intensity) 는, 비교적 큰 방출 각도가 건 (gun) 으로부터 특정 전체 전류를 포획하도록 수락되어야 하는 것을 의미한다. 큰 (> 100㎛) 형상 애퍼처 (126) 가 사용되지 않는다면, 이 큰 각도는 상부 컬럼에서 큰 배율 M 만큼 감소되어야 한다. 큰 건 각도와 큰 M 의 조합은, 상부 형상에서의 조명 균일도에 대해 구형 수차 효과를 증가시킨다.

열이온 소스 (10) 는, 예를 들어, 본 원에 전체 참조 문헌으로 포함되는, Komagata 등의 SPIE 2096 (1997년) pp 125~136 에 기재한 것처럼,

조명 모드 광학계를 이용하여 형상화된 전자 빔을 생성하도록 사용되어 왔다. TFE 소스 (15) 가 작은 형상화된 빔의 더 높은 빔 전류의 가능성을 허용하는 더 높은 조명 휘도를 제공하기 때문에

조명과 함께 TFE 소스 (15) 를 이용할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, TFE 소스 (15) 로부터의 협소한 전자 빔 (18) 은,

조명 모드 광학계로 사용될 빔 형상화 애퍼처들보다 상당히 더 크게 확대되어야 한다. TFE 소스 (15) 를 이용하는 종래의 정전적으로 포커싱된 입자 건은 큰 구형 수차 계수를 갖고, 배율에 따라, 구형 수차는, 계수×조명 각도의 제 3 전력×배율의 곱으로 증가할 것이다. 종래의 광학계 내의 빔 형상화 애퍼처의 임계 및

조명을 사용한 TFE 소스 (15) 의 이용은 요구된 배율로 인해 과도하게 큰 구형 수차를 초래할 것이다. 전술된 Rishton 의 미국특허 제6,262,429호는, 작은 TFE 소스의 확대를 방지하기 위하여 음영 투영 형상화된 빔 광학계를 설명하고 있지만, 음영 투영 광학계는 이미지 평면상의 빔 스폿의 포커스의 결여를 포함한 바람직하지 않은 특성들을 갖는다. 따라서, TFE 전자원 (15) 을

조명 광학계와 조합하여 사용할 수 있는 형상화된 전자 빔 컬럼을 갖는 것이 바람 직하다.

형상화된 전자 빔 컬럼에 있어서, 기판으로 투영될 전자 빔 이미지는, 원하는 빔 형상을 갖는 복합 이미지를 생성하기 위해 상부 애퍼처의 이미지를 다른 형상을 가진 하부 애퍼처로 편향시킴으로써 생성된다. 빔 형상화 모듈은, 애퍼처들을 조명하는 기능, 빔 전류를 선택하는 기능, 하부 애퍼처 상에 상부 애퍼처를 이미징하는 기능, 애퍼처의 축소된 이미지를 기판 평면 내에 투영시키는 기능, 및 기판 평면 내에 적절한 빔 애퍼처를 선택하는 기능을 수행한다. 종래의 전자 빔 시스템에 있어서, 이들 파라미터들은 결합된다. 예를 들어, 제 2 애퍼처 상에 제 1 애퍼처를 이미징하는 조건과, (애퍼처들의 조명 각도를 정의하는) 양자의 애퍼처들 사이에 교차점의 고정된 위치를 갖는 조건은 빔 전류 및 최종 애퍼처 각도를 정한다. 그러나, 종종, 기판 평면에서 다른 조명 요건에 적응하여 빔 조명 특성의 변경, 및 빔 교차점의 관련 변경을 보상하도록, 다른 전자 빔 경로를 선택할 수 있는 것이 바람직하다.

종래의 형상화된 빔 컬럼이 가진 다른 문제는, 컬럼에서의 포커스 렌즈의 여기 (excitation) 가 동적으로 변경되어야 하기 때문에 발생하는 한편, 포커싱된 대전된 전자 빔은, 편향 피봇 점에서 평탄한 오브젝트까지의 거리가 각도에 따라 변하기 때문에 기판에 걸쳐 큰 각도 이상 편향된다. 래스터 또는 벡터 스캐닝 시스템의 경우, 보통, 빔 편향 속도는, 일반적으로 자석인 주된 대물 렌즈가 높은 유전률 (inductivity) 및 와상 전류의 생성으로 인해 충분히 빠르게 적응할 수 없을 정도로 높다. 따라서, 양호한 동적 포커스 제어를 위해 부가적인 작은 자기 코 일이 대물 렌즈 내에 삽입된다. 그러나, 이들 작은 자기 코일의 상부 주파수는 또한, 그들이 예를 들어, 페라이트 차폐에 의해 주변으로부터 자기적으로 및 전기적으로 절연되지 않는다면 와상 전류 및 유전률에 의해 제한된다.

다른 동적 포커싱 솔루션은, 예를 들어, 본원에 전체 참조 문헌으로 포함되는, T.Hosokawa 등의 JVST B1(4) (1983년), P1293ff 에서 설명한 것처럼, 정전 포커싱 렌즈의 사용을 포함한다. 정전 렌즈는 일반적으로, 작은 자기 코일보다 훨씬 양호한 고주파수 활동 (behavior) 을 갖는다. 그러나, 정전 포커싱 렌즈는, 3 개의 둥근 동심 전극들로 구성되고, 이는, 공간 요건을 부가하여, 총 컬럼 길이를 증가시킨다. 컬럼 길이가 증가할수록, 전자 빔은, 전자-전자 상호작용 및 잡음에 대한 민감도로 인해 증가된 빔 확장 효과 (broadening effect) 에 영향받기 쉽고, 이 다음에 패턴 기록 해상도를 감소시킨다. 따라서, 신속하게 전자 빔을 편향시킬 수 있는 한편 전자 빔 컬럼 길이를 감소시킬 수 있는, 보다 소형의 정전 포커싱 렌즈 시스템을 갖는 것이 바람직하다.

따라서, 형상화된 빔 기록 방법을 이용하여 패턴을 기록하도록 전계 방출원을 이용할 수 있는 패턴 생성 시스템을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 과도한 구형 수차 또는 배율 문제없이, 애퍼처를 조명하기 위한 큰 광역 빔을 산출하기 위해 전계 방출원을 이용할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 빔 형상화 애퍼처의

조명으로 전계 방출원을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 신속하게 전자 빔을 편향시키는 한편, 빔 스폿 해상도를 유지하기 위해 전자 빔 컬럼 길이를 감소시킬 수 있는, 보다 소형의 정전 포커싱 렌즈 시스템을 갖는 것이 바람직하다.

요약

일 양태에서, 전자 빔 컬럼은 전자 빔을 생성하는 열필드 방출 전자원, 전자 빔을 블랭크하는 전자 빔 블랭커, 전자 빔을 정형하는 빔 정형 모듈, 및 하나 이상의 집광, 투영, 확대, 축소, 및 대물 렌즈를 포함하는 복수의 전자 빔 렌즈를 포함하는 전자 빔 광학계를 포함한다. 일 실시 형태에서, 전자 빔 블랭커, 빔 정형 모듈, 및 전자 빔 광학계의 광학 파라미터들은 약 1/4 mrads 내지 약 3 mrads의 수용 반각 (acceptance semi-angle; β) 을 달성하도록 설정되고, 수용 반각 (β) 은 기록 평면에서 전자 빔에 의해 범위가 전해진 각의 절반이다.

다른 양태에서, 전자 빔 컬럼용 빔 정형 모듈은 상부 투영 렌즈, 상부 애퍼처를 갖고 상부 투영 렌즈의 하류 (downstream) 에 위치한 상부 빔 정형기, 전자 빔 갭 주위에 이격된 복수의 편향판을 포함하는 편향기, 복수의 하부 애퍼처를 갖는 하부 빔 정형기, 및 하부 투영 렌즈를 포함하고, 적어도 한 쌍의 편향판은 서로 대향하고, 편향판은 전자 빔 갭 내의 교차점에서 포커싱되는 전자 빔을 편을 편향시키도록 정전적으로 하전될 수 있다. 빔 정형 모듈은 상부 및 하부 투영 렌즈에 의해 각각 정의된 오브젝트 및 이미지 길이를 갖는 단일 렌즈로서 동작한다.

다른 양태에서, 전자 빔 컬럼용 다기능 모듈은 다극을 포함하는 상부 및 하부 전극을 포함하는데, 전극은 그 전극을 통과하는 전자 빔의 편향 또는 수차 보정을 위해 전압을 수용할 수 있다. 상부 및 하부 전극에 인가된 전압과 관계없이 전압을 인가할 수 있는 중앙 링 전극은 기판 상에 상기 전자 빔을 포커싱는데 사용된다.

도면

본 발명의 이들 특징, 양태, 및 이점은, 본 발명의 예를 나타낸, 다음의 설명, 첨부된 특허청구범위, 및 첨부 도면으로 더 잘 이해하게 될 것이다. 그러나, 각 특징은 단지 특정 도면의 환경에서만이 아닌 일반적으로 본 발명에서 사용될 수 있으며, 본 발명은 이들 특징들의 임의의 조합을 포함한다.

도 1a (종래 기술) 는 LaB₆ 를 포함한 열이온 전자원의 개략도이다.

도 1b (종래 기술) 는 ZrO₂ 가 공급된 텅스텐 팁을 포함한 열필드 방출 전자원의 개략도이다.

도 2 는 일 예시적인 전자 빔 컬럼의 개략도이다.

도 3a 및 도 3b 는 편향기를 이용하여 전자 빔을 직사각형 및 직각 이등변 삼각형으로 형상화하는데 사용될 수 있는 상부 및 하부 빔 정형기의 개략도이다.

도 3c 는 도 3a 및 도 3b 의 애퍼처들로부터 획득될 수 있는 상이한 플래시 형상들을 나타낸 개략도이고, 또한, 플래시 형상에 중첩된 하부 애퍼처의 에지들을 나타낸다.

도 4 는 전자 빔 편향기의 일 예시적인 실시형태의 개략도이다.

도 5a 는 TFE 전자원 및

조명 모드 광학계를 포함한 전자 빔 컬럼의 다른 예시적인 버전의 개략도이다.

도 5b 는 전자 빔의 광선 경로를 나타낸 도 5a 의 전자 빔 컬럼의 개략도이다.

도 6 은 수용 반각 (β) 의 함수로서 전자 빔 블러 (blur) 에 대한 전자의 상대 세기를 나타낸 그래프이다.

도 7 은 정전 초점, 편향 및 수차를 제공하는 다기능 모듈의 개략도이다.

도 8 은 전자 빔 컬럼에 대해 플래시 데이터를 생성하기 위해 회로 설계 패턴을 처리할 수 있는 프로세서의 개략 블록도이다.

설명

도 2 에는, 기판 (104) 에 걸쳐서 전자 빔을 생성, 형상화, 및 기록하는 전자 빔 컬럼 (100) 의 예시적인 변형이 도시된다. 전자 빔 컬럼 (100) 은, 10^-7 내지 10^-9Torr 범위의 진공으로 유지되는 컬럼 내에서 축 (114) 을 따라 기판 (104) 을 향해 드리프트하는 전자 빔 (112) 으로 정형되는 전자들을 생성하는 전자원 (110) 을 포함한 하우징 (106) 을 구비한다. 일 변형에서, 전자원 (110) 은, 도 1b 에 나타낸 것처럼, 지르코늄 함유 텅스텐 (zirconiated tungsten), 즉, ZrO₂ 또는 ZrH₂ 로 코팅되고, 약 1800K 의 온도로 가열되는 한편, 소스 (15) 를 통해 전계가 인가되는 텅스텐 팁 (16) 을 포함하는 TFE (Thermal Field Emission) 전자원 (15) 이다. 적절한 TFE 소스 (15) 는, 적어도 1mA/steradian 의, 다르게는 각 세기로 공지된, 단위 입체각 당 전류 dl/dΩ 를 제공한다. TFE 소스는, 일본의 Denky Kagaku Kogyo 또는 오레곤주 Hillsboro의 FEI Co., Hillsboro, OR 로부터 입수가능하다. 적절한 TFE 소스 (15) 는 예를 들어, 본 원에 전체 참조 문헌으로 포함되는, FEI Co., Hillsboro, OR 에게 양도된 Schwind 등의 미국특허 제6,798,126호에 기재되어 있다. TFE 소스가 바람직하지만, 다른 전자원, 예를 들어, LaB₆ 와 같은 열이온 소스가 또한, 컬럼 (100) 의 변형으로 사용될 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위가 TFE 소스로 제한되어서는 안된다.

전자원 (110) 으로부터 방출된 전자 빔 (112) 은, 기판 (104) 에 도달할 때까지 컬럼 (100) 을 통해 드리프트 경로를 따라, 다양한 집광, 투영, 확대, 축소, 대물 렌즈 및 다른 렌즈를 포함한 전자 광학계를 통해 관통된다. 전자 광학계는, 전자기 또는 정전 렌즈를 포함할 수 있는데, 이들 중 전자기 렌즈가 일반적으로 바람직하다. 도시된 전자 빔 컬럼의 변형에 있어서, 전자 빔 (112) 은, 그 전자 빔 (112) 이 관통되는 애퍼처로서의 역할을 하는 철 덮개들 (shrouds) 사이에 갭을 가진 철 덮개 내에 코일을 포함하는 전자기 렌즈인, 한 쌍의 집광 렌즈 (118, 120) 를 관통한다. 상부 집광 렌즈 (118) 는, 하부 집광 렌즈 (120) 의 평면 앞에 전자원 (110) 의 이미지를 포커싱하며, 이번에는 하부 집광 렌즈가 블랭커 (124) 의 평면에 놓인 교차점 (122) 에 전자 빔 (112) 을 포커싱한다. 블랭커 (124) 는, 편향기에 대해 이하 설명하는 것처럼, 빠른 응답 시간을 가진 종래의 블랭킹 증폭기에 연결되는 한 쌍의 정전 편향기판을 이용하여 빔을 차단하거나 턴 온 및 턴 오프한다. 전자 빔을 턴 오프하기 위해, 편향판의 하류에 있는 상부 빔 정형기 (126) 의 고형부 (solid portion) 에 의해 차단될 때까지 축외 빔 (112) 을 스윕하는 블랭킹 편향기판에 걸쳐 전압이 인가된다.

빔 형상화 모듈 (128) 은 전자 빔 (112) 을 형상화하기 위해 사용된다. 빔 형상화 모듈 (128) 은, 축 (114) 을 따라, 편향기 (138) 의 편향기 평면 (136) 의 중심 (135) 에 있는 일 포인트에서 전자 빔을 포커싱하도록 설정된 포커스 길이를 갖는, 상부 투영 렌즈 (130) 를 포함한다. 전자 빔 (112) 이 제 1 편향기 (138) 에 도달하기 전에, 전자 빔 (112) 이 직사각형 단면적을 갖도록 형상화하는, 상부 빔 정형기 (126) 로 투영된다. 상부 빔 정형기 (126) 에 형성되는 상부 애퍼처 (134) 는 빔 (112) 의 중앙부를 관통하게 하는 한편, 빔의 에지를 판 (126) 에 의해 차단하여, 애퍼처 형상화된 빔만이 형상기 (126) 로부터 빠져나오게 한다. 도 3a 는, 정사각형 전자 빔을 정형하기 위해, 직사각형, 더 상세하게는 정사각형인 상부 애퍼처 (134) 를 포함한 상부 빔 정형기 (126) 의 변형을 나타낸 것이다.

편향기 (138) 는, 다른 전자 플래시 형상을 형성하기 위해 하부 빔 정형기 (140) 상의 다른 위치에 빔을 이미징하도록 정사각 형상의 전자 빔 (112) 을 편향시키는데 사용된다. 편향기 (138) 는 또한, 전송 렌즈로서의 역할을 한다. 도 4 를 참조하면, 편향기 (138) 는, 페이퍼의 평면에 있는 2 개의 판 (139a, 139b) 과, 점선으로 나타낸 것처럼 평면에 수직인 2 개의 판 (139c, 139d) 을 가진 4 개의 정전기판을 포함하며, 그 판들 (139a, 139b, 139c, 139d) 은, 전자 빔 갭에 걸쳐 서로 이격되어 있다. 각 쌍의 플레이트들 (139a, 139b 와 139c, 139d) 은, 상보성 전압을 그 쌍의 판들에 인가할 때 2 개의 직교 방향을 따라 측면으로 전자 빔 (112) 을 편향시키는 역할을 한다. 동작 시에, 한 쌍의 정전기판들 (139a, 139b 와 139c, 139d) 사이의 전압 차는, 푸시-풀 회로 (push-pull circuit) 를 제공하고, 각각, 증폭기 (143a, 143b) 에 의해 후에 증폭되어 편향기판 (139a, 139b) 에 인가되는 상보성 아날로그 전압 신호로 비트 코드를 변환하는 하나 이상의 DAC (142a, 142b) 에 비트 코드를 인가함으로써 생성된다. 그 판에 인가되는 신호의 전압 레벨 및 상대 극성은, 예를 들어, 축 (114) 상에 집중되는 초기 위치 (145a) 로부터 축 (114) 으로부터 탈 집중된 최종 위치 (145b) 까지의 전자 빔 (112) 의 편향 정보를 결정한다. 부가적인 편향은 또한, 편향 정확도를 추가 세분화하기 위해, 편향기 (138) 로부터 아래 방향에 위치될 수 있다. 적절한 편향기 시스템은, 본 원에 전체가 참조 문헌으로 포함되는, 2005년 10월 3일자로 출원된, Stovall 등의 "Electrostatic Particle Beam Deflector" 의 명칭의 미국특허출원 제11/424,976호에서 설명된다.

하부 빔 정형기 (140) 는 통상, 예를 들어, 도 3b 에 나타낸 것처럼, 4 개의 수직의 삼각형 애퍼처 (148a 내지 148d) 에 의해 둘러싸인 하부 정각형 애퍼처 (144) 를 포함한 다수의 상이한 하부 애퍼처들을 포함한다. 상부 및 하부 빔 정형기 (126, 140) 는, 하부 빔 정형기 (140) 의 애퍼처들 (144 또는 148a 내지 148d) 위의 수직 위치에 상부 애퍼처 (134) 의 이미지를 투영시킴으로써 전자 빔 플래시 형상을 형성한다. 예를 들어, X/Y 축에 평행한 측면들을 가진 직사각형 플래시 형상은, 2 개의 인접한 에지들이 하부 애퍼처에 의해 형성되도록 하부 정사각형 애퍼처 (144) 의 코너들 중 하나에 대해 정사각형 빔 (112) 을 투영시킴으로써 형성될 수 있다. 도 3c 는, 4 개의 코너로 형성될 수 있는 다른 유형의 직 사각형 (1~4), 및 X/Y 축에 평행한 비-사변 측면 및 하부 애퍼처에 의해 형성되는 사변을 가진 직삼각형 (5~8) 을 포함하는, 상부 및 하부 빔 애퍼처 형상기 (126, 140) 의 상부 애퍼처 (134) 로부터 산출되는 8 개의 플래시 형상을 나타낸 것이다. 굵은 선은, 하부 빔 정형기 (140) 의 애퍼처 (144, 148a 내지 148d) 에 의해 형성되는, 이들 형상들의 에지를 나타낸 것이다. 원형 점은 기준점으로, 이는 하부 빔 정형기 (140) 의 중심에 대해 고정된 위치를 나타낸다. 상부 및 하부 빔 정형기 (126, 140) 의 2 가지 구성이 도시되어 있지만, 당업자에게 명백한 다른 구성 또한 가능하며, 예를 들어, 상부 빔 정형기 (126) 는, 직사각형 애퍼처를 가질 수도 있고, 하부 빔 정형기 (140) 는 또한, 직사각형인 애퍼처를 가질 수도 있고, 또는 다른 형상을 가질 수도 있다.

직사각형 및 삼각형 타일의 플래시 영역은, 전자 빔 컬럼 (100) 의 파라미터에 의해 강제되는데, 예를 들어, 타일의 최대 단일의 치수는 3/2λ 미만이고, 최소 치수는 적어도 약 1/2λ 이며, 여기서, λ 는, 래스터 위치들 사이의 분리 및 최대 플래시 영역에 관련된 전자 빔 컬럼 (100) 에 대한 고정된 길이이다. 192nm 의 최대 플래시 영역을 갖고, 약 1024nm 의 X-방향 내의 래스터 위치들 사이의 분리 간격을 갖는 전자 빔 컬럼 (100) 의 경우, λ 의 값은 대략 128nm 이다. 도 3b 에 있어서, 각 화살표는, 1.5λ'D 를 나타내고, 여기서 λ' 는, λ 보다 약간 더 큰, 예를 들어, λ 보다 10% 더 큰 수로서 정의되고, D 는 하부 컬럼 광학계의 역배율이다.

빔 형상화 모듈 (128) 은, 축소 렌즈의 중앙부에만 주로 이용하기 위해 편향 에 관계없이 정형 빔 이미지가 축 (114) 에 대해 집중되도록, 축소 렌즈 (154) 의 입사동 (entrance pupil) 에 대응한 교차점 (156) 내에 정형된 빔 이미지를 포커싱하도록 선택된 포커스 길이를 갖는 하부 투영 렌즈 (152) 로 완성된다. 이는, 빔 스폿 에지 해상도의 저하를 감소시키며, 그렇지 않다면, 이미지가 투영된 경우 축소 렌즈 상에 탈 집중되게 할 것이다. 정형된 빔 이미지는, 대물 렌즈 (160) 앞의 축 (114) 에 대해 집중된 평면에 축소된 이미지를 형성하기 위해 축소 렌즈 (154) 를 통해 축소된다. 그 후, 대물 렌즈 (160) 는, 균일한 빔 전류 밀도를 갖는 타겟 기판 (104) 상에 빔 스폿을 형성하도록 수렴의 반각을 한정한다. 주어진 애퍼처 사이즈에 대해, 대물 렌즈 (160) 는, 최종 빔 수렴 각도와 그 결과로 요구된 휘도를 결정한다.

컬럼 (100) 에서, 빔 형상화 모듈 (128) 은, 상부 투영 렌즈 (130), 상부 애퍼처 (134) 를 갖는 상부 빔 정형기 (126), 편향기 (138), 정사각형 애퍼처 및 수직의 삼각형 애퍼처 (148a 내지 148d) 를 갖는 하부 빔 정형기 (140), 및 하부 투영 렌즈 (152) 를 포함한다. 바람직하게는, 빔 형상화 모듈 (128) 은, 전자 빔 (112) 의 경로에 무관하게 빔 형상 조명 조건의 조정을 허용한다. 이는, 기판 (104) 에 입사할 때, 전자 빔의 최종 각도에 무관하게 빔 전류의 크기를 선택되게 한다. 빔 형상화 모듈 (128) 에 있어서, 상부 빔 정형기 (126) 및 하부 빔 정형기 (140) 는, 투영 렌즈들 (130, 152) 의 듀플릿 내에 위치된다. 이 배열은, 조명 조건이, 예를 들어, 상부 투영 렌즈 (130) 전의 전자 빔 교차점 (122) 의 위치 또는 하부 투영 렌즈 (152) 후의 교차점 (156) 의 위치를 바꾸더라도 편향기 평 면 (136) 내의 전자 빔 교차점 (135) 의 위치를 일정하게 유지하기 위해 투영 렌즈들 (130, 152) 의 여기를 변경하도록 허용한다. 따라서, 바람직하게는, 빔 형상화 모듈 (128) 은, 종래 기술의 빔 형상화 시스템에 비해 상당한 향상을 제공하기 위해, 각각, 상부 투영 렌즈들 (130, 152) 에 의해 정의되는 오브젝트 및 이미지 길이를 가진 단일 렌즈로서 동작한다.

전자 빔 컬럼 (100) 의 전자 광학계는 또한, 예를 들어, 도 5a 및 도 5b 에 개략적으로 도시한 것처럼, TFE 소스 (15) 로부터 전자 빔 (112) 을 프로세싱하기 위해

빔 조명 모드로 구성될 수 있다. TFE 소스 (15) 의 반경은 통상, 0.3 미크론 내지 1 미크론 사이로 작고, 이런 소스로부터의 전자 방출은 단지 제한된 방출 각도에 비해 균일하다. TFE 소스 (15) 는 또한, 전자 빔 (112) 을 한정하기 위해 전위차로 유지되는 가압기 (20) 및 추출기 (22) 를 포함한다. 도 5a 는, 전자 빔 컬럼 (100) 의 컴포넌트들의 예시적인 레이아웃을 나타낸 것이고, 도 5b 는, Z-축의 원점에서 소스 (100) 로부터 기판 (104) 으로의 광선 경로와 함께 개략 형태의 동일 광학계를 나타낸 것이다. 전자원 (110) 은, 약 300mm 내지 약 1200mm, 심지어는 약 400mm 내지 약 800mm, 및 대표적인 실시형태에서는 750mm 의 거리만큼 기판 (104) 으로부터 분리된다.

조명 모드 광학계는, 이미징된 전자 빔 형상의 사이즈가 포커스의 작은 변화로 변하지 않기 때문에 바람직하다. 동등하게, 기판 (104) 의 수직 변위는, 이미징된 형상 사이즈를 변경시키지 않는다. 전자 빔 리소그래피에서, 기판 (104) 상에 기록되는 피쳐들의 임계 치수의 정밀한 제어는, 피쳐 사이즈가 50nm 내지 100nm 의 정도, 심지어는 50nm 미만으로 작아지게 될 경우에 특히 중요하다. 피쳐 사이즈의 임의의 상당한 편차는 기판을 리소그래피 마스크로서 사용할 수 없게 렌더링한다. 바람직하게는, 전자 빔 컬럼 (100) 에서,

모드 광학계의 적용은, 기판 (104) 상에 기록된 피쳐들의 임계 치수에 대해 보다 정확한 제어를 제공하여, 이미징된 전자 빔의 사이즈를 빔 포커스의 작은 변화 또는 기판 (104) 의 수직 변위와 실질적으로 무관하게 한다.

도 5a 를 참조하면, 전자 빔 컬럼 (100) 은, 한 상의 상부 및 하부 집광 렌즈들 (118, 120) 을 통해 관통되는, 조명의 반각 (α) 을 가진 전자 빔 (112) 을 생성하는 전자원 (110) 을 포함한다. 블랭커 (124) 는, 블랭킹 애퍼처 (131) 와 대향하는 한 쌍의 정전 편향기판과 블랭킹 판 (129) 을 각각 포함하는 상부 및 하부 블랭킹 편향기들 (125, 127) 을 이용하여, 빔 (112) 을 차단하거나 턴 온 및 턴 오프한다. 전자 빔을 턴 오프하기 위해, 블랭킹 판 (129) 의 고형부에 의해 차단될 때까지, 블랭킹 애퍼처 (131) 로부터 축외 빔 (112) 을 스윕하는 상부 및 하부 블랭킹 편향기들 (125, 127) 의 편향기판에 걸쳐 하나 이상의 블랭킹 증폭기에 의해 전압이 인가된다.

이후, 직사각형 단면을 갖기 위해 전자 빔 (112) 을 형상화하는 상부 빔 쉐이퍼 (126) 주위의 빔 (112) 의 편향을 제어하는 상부 형상 편향기 (138a) 의 중심에 전자 빔 (112) 을 포커싱하는 투영 렌즈 (130) 를 빔 (112) 이 관통한다. 하부 형상 편향기 (138b) 는 하부 빔 쉐이퍼 (140) 상의 상이한 위치에 빔을 이미 지화하여 상이한 전자 플래시 형상을 형성하기 위해 사각 형상의 전자 빔 (112) 을 편향시키는데 이용된다. 하부 형상 편향기 (138b) 의 아래에 있는 하부 투영 렌즈 (152) 는 균일한 빔 전류 밀도를 갖는 컨버전스의 반각 (β) 을 갖는 전자 빔을 투영한다. 전자 빔 컬럼 (100) 은 포커싱, 편향 및 수차 보정의 조합을 제공하는 다기능 모듈 (161) 을 더 포함한다. 다기능 모듈 (161) 은 컬럼 (100) 의 대물 렌즈의 역할을 하고, 또한 둘 다 기록 중에 기판을 지나 전자 빔 (112) 을 편향시키는데 이용되는 마이크로벡터 편향기 (162) 및 메인스캔 편향기 (164) 를 포함한다. 다기능 모듈 (161) 이 도시되며, 모듈 (161) 은 당업자에게 명백한 명백한 바와 같이, 종래의 대물 렌즈 및 빔 편향기 시스템으로 교체될 수 있으므로; 청구범위는 본 원에 기재된 예시적인 실시형태에 제한되지 않는다.

도 5b 를 참조하면,

광학계는 조명의 반각이 α 인 소스 광선 원뿔 (161) 을 갖는 전자 빔을 변형시켜 수용 반각 (β) 을 갖는 이미지-형성 광선 원뿔 (161) 을 형성한다. 반각 α 및 β 는 정비례한다. 전자 빔 (112) 은 수렴하여 대물 렌즈 (160) 의 뒤초점면에 소스의 이미지를 형성하며, 이미지 평면 가까이의 초점에 대한 형상화된 빔 사이즈가 일정하게 된다.

로 나타낼 수 있다. 따라서, 수용 반각 (β) 은 직경인 소스 사이즈 (d_source) 와 형상화된 빔의 최종 사이즈 (shape_final) 의 비를 소스 반각 (α) 으로 곱해 정의된 각도이다. 수용 반각 (β) 은 기록 평면, 즉, 기판 (104) 의 상면에서 전자 빔 과 이루는 각도의 반이다.

애퍼처 평면에서의 조명의 구형 수차는 C_sα³M 으로 주어지며, M 은 애퍼처 평면에 또는 애퍼처 평면 아래의 이미지에 대한 전자원 (100) 으로부터의 확대이고, C_s는 구형 수차 계수이고, α는 조명 광선 원뿔의 반각이다. 소스에 거의 접합되는 평면에 있는 형상 애퍼처를 원하기 때문에, 비례성이 강제된다. 이는 형상 애퍼처 아래 소스의 확대된 이미지를 위치시킨다. 또한, 이 소스 이미지의 사이즈는 수용각 (β) 를 다음의 광학계의 최종 이미지 평면에 설정한다.

종래 전자 컬럼 시스템의 경우, 다음의 광값이 통상적이다.

종래의 광학계에 의해 발생된 구형 수차의 비교적 큰 값은 형상 평면에서 실질적인 조명이 비균일하게 한다.

본 전자 빔 컬럼 (100) 의 일 버전 중, 수용 반각 (β) 이 약 3 내지 약 5 mrad 범위인 종래의 광학계 설계와 비교하여; 약 1/4 mrad 내지 약 3 mrad, 또는 약 1 mrad 내지 약 3 mrad, 및 일 실시예에서는 약 1.5 mrad 로 수용 반각 (β) 을 감소시켜서 구형 수차 문제를 해결한다. 이는 소스 사이즈가 특정 TFE 소스에 대해 고정되기 때문에, 최종 형상 사이즈 및 조명 반각을 선택함으로써 달성된다. 표 1 에 도시된 바와 같이, 하나의 버전에서, 전자 광학 컬럼 (100) 의 파라미터는 또한 약 15 내지 약 60 의 확대 (M) 를 제공하고, 약 32 내지 약 128 의 축소 (D), 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 의 애퍼처 사이즈, 약 1/32 ㎛ 내지 약 1 ㎛의 최종 빔 형상, 및 약 10 nm 내지 약 100 nm 인 TFE 소스의 사이즈를 제공하는 것으로 설정된다.

그러나, 수용 반각 (β) 이 감소하면서, 바람직하지 않은, 전자간 반발력에 의해 유도된 빔 블러 (blur) 가 증가하는 것이 종래부터 예견되었다. 예를 들어, Komagata 1997, 126 페이지는 길이가 짧고 수용 반각 (β) 가 더 큰 전자 빔 컬럼이 높은 빔 전류에서 쿨롱 인력을 증가시킨다고 보고하며; 반대로, 수용 반각 (β) 을 감소시키는 것은 높은 빔 전류에서 쿨롱 인력을 증가시키는 것으로 기대된다. 가우스 분포를 전자 빔에 제공하는 열이온 소스에 의해 조명되는, 종래의 이미지화되고 정형된 빔 입자 광학계의 경우, 이는 본 원에 전부 참조 문헌으로서 포함되는 Jansen, J. Vac. Sci. Tech. B6(6)(1998년) pp 1977-88 에 기재된 실시예에 관한 실험적으로 유효한 의견이다.

또한, 예기치 않고 놀랍게도, 수용 반각 (β) 을 감소시키는 것은 전자 빔 블러 효과를 증가시키지 않지만, 대신에 실제로 전자 빔 블러 효과를 감소시킨다고 결정되었다. 도 6 은 수용각이 증가하면서 전기 전자 빔 블러가 감소하는, 점선 (180) 으로 도시된 예견된 관계를 도시한다. 그러나, 실선 (182) 에 의해 도시된 바와 같이, 수용 반각 (β) 이 증가하면서, 수용 반각에서 1 mrad 미만으로 초기 상승한 이후에 전자 대 전자 빔 블러가 예기치 못하게 서서히 감소한다고 결정된다. 수용각을 충분히 감소시키면 펜슬 빔 형태로 이동한다고 여겨진다. TFE 소스 (15) 는 통상적으로 란탄 헥사보라이드 열이온 소스보다 약 1000 배 밝은 충분한 밝기를 가지며, 펜슬 빔 형태의 작은 수용각에서도 충분한 전류가 전자 빔으로 전사될 수 있다. 열이온 소스에 의해 발생된 가우스 빔 형태와 반대로, TFE 소스 (15) 에 의해 발생된 펜슬 빔 형태는 도시된 바와 같이 최종 수용 반각 (β) 이 감소하면서 전자간 반발력에 의해 유도된 블러가 감소하게 한다.

수용 반각 (β) 를 감소시키는 것은 더욱 이롭다. 예를 들어, 구형 수차, 색수차, 및 편향 수차와 같은 대부분의 광수차가 양의 제곱에 대한 수용각의 함수이기 때문에, 수용 반각 (β) 를 감소시키는 것은 구형 수차, 색수차, 및 편향 수차를 감소시킴으로써 빔 정의의 상당한 개선을 제공하여야 한다. 또한, 초점의 깊이는 수용 반각 (β) 를 감소시키면서 급격히 증가하며, 이는 또한 바람직하다.

따라서, 수용 반각 (β) 의 하한은 적어도 약 1 mrad 의 수용 반각 (β) 에 도달한 후에 전자대 전자 빔 블러의 예상치 못한 감소에 의해 좌우된다. 수용 반각 (β) 의 상한은 전자 빔 컬럼의 기하학적 구조 및 차원 제한에 의해 결정된다. 총 길이가 약 300 내지 1200 mm 인, 예를 들어, 750 mm인 전자 빔 컬럼 (100) 의 경우, 수용 반각 (β) 의 상한은 약 3 mrad 미만이어야 한다고 결정된다. 결과적으로, 다양한 렌즈 뿐만 아니라, 전자 빔 블랭커 및 빔 형상화 모듈 컴포넌트를 포함하는 컬럼의 다른 컴포넌트를 포함하는 전자 빔 광학계의 광학 파라미터를 포함하는 전자 빔 컬럼 (100) 의 광학 파라미터는 약 1 내지 약 3 mrad의 수용 반각 (β) 의 범위를 달성하도록 설정되어야 한다. 광학 파라미터는 렌즈의 초점 거리, 애퍼처 사이즈, 및 전자 빔 (112) 의 이동 방향, 형상 및 사이즈에 영향을 미치는 컬럼 (100) 의 상이한 컴포넌트들 사이의 거리와 같은 파라미터이다.

전자 빔 컬럼 (100) 의 해상도는 전체 컬럼 (100) 의 전자 광학계의 구형 수차 계수를 낮춤으로써 더욱 개선될 수 있다고 생각된다. 전술한 바와 같이, 구형 수차는 배율의 3제곱에 대한 수용각의 계수배에 의해 주어진다. 따라서, (전술한 바와 같이) 수용 반각을 감소시키면 구형 수차 계수가 감소한다. 또한, 유사하게, 전체 컬럼 (100) 의 전자 광학계의 구형 수차 계수를 감소시키는 것이, 기판 (104) 상에 패터닝된 전자 빔 이미지의 해상도를 더욱 증가시키도록 감소되어야 한다. 렌즈의 구형 수차 계수는 렌즈 설계에 의하며, 예를 들어, 마그네틱 건 렌즈 (magnetic gun lens) 는 종래의 정전 렌즈와 비교할 때 실질적으로 더 우수한 구형 수차 계수를 제공한다. 마그네틱 건 렌즈를 이용하는 전자 광학계는 예를 들어, 본 원에 전부가 참조 문헌으로서 포함되는, Steven J. Coyle 등의 명칭이 "Electron Beam for Electron Gun"이고 2005년 11월 22일에 출원된 미국특허출원 제 11/285,802호에 기재된다.

또 다른 버전에서, 가상 소스 사이즈가 상당히 증가한 TFE 소스 (15) 가 선택된다. 이 방법에서는, 컬럼 (100) 에서 요구되는 소스 (15) 의 배율을 감소시켜서 구형 수차가 감소된다. 이는 소스 (15) 가 TFE 건에서 종래 발견된 것보다 더 크기만 하면 행해질 수 있다. 열필드 방출원 (15) 의 소스는 전자를 방출하는 팁 (tip; 16) 의 사이즈를 확대함으로써 확대될 수 있다. 적절한 팁 사이즈는, 예를 들어, 적어도 약 1.2 마이크론, 또는 약 1.2 내지 약 2 마이크론 이상이다. 더 큰 반경 팁을 갖는 TFE 소스를 이용하기 위해, 동일한 애퍼처 사이즈 및 더 낮은 컬럼 역배율은 더 작은 팁에 대해 유지될 수 있지만, 애퍼처들 사이에 있는 교차와 건 사이의 배율은 적어도 약 2, 또는 적어도 약 3의 인자만큼 감소되어야 한다. 이는 약 50×부터 약 15× 내지 25×로 전체 역배율을 감소시킨다.

3 개의 접근법을 설명하였지만, 3 개의 접근법은 전자 빔 해상도를 증가시키면서 수차 문제의 감소를 최소화하기 위해 단일 전자 빔 컬럼 (100) 에서 별개로 또는 조합하여 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

도 5a 를 다시 참조하면, 전자 빔 컬럼 (100) 은 포커싱, 편향 및 수차 보정 기능의 조합을 제공하는 다기능 모듈 (161) 을 더 포함한다. 다기능 모듈 (161) 은 컬럼 (100) 의 대물 렌즈 및 마이크로벡터 편향기 (162) 와 메인스캔 편향기 (164) 둘 다의 역할을 한다. 따라서, 다기능 모듈 (161) 은 정전 편향 및/또는 수차 보정 다중극과 정전 포커싱 렌즈의 기능을 결합한다.

다기능 모듈 (161) 의 예시적인 실시형태는 도 7 에 도시한다. 다기능 모듈 (161) 은 그 중 적어도 하나가 편향 또는 수차 보정에 이용되는 복수의 외부 전극을 포함한다. 도시된 실시예에서, 3 개의 전극 정전 포커싱 렌즈의 상부 및 하부 전극 (190, 192) 은 복수이며, 이들은 편향 또는 수차 보정 중 하나에 이용된다. 예를 들어, 상부 전극 (190) 은 편향에 이용될 수 있고, 예를 들어, 4중극에 이용될 수 있다. 하부 전극 (192) 은 전자 빔 (112) 의 스티그메이션에 이용되는 스티그메이터 (stigmator) 일 수 있고, 예를 들어, 8중극일 수 있다.

중간 전극 (194) 은 상부 및 하부 전극 (190, 192) 에 인가되는 전압과 무관하게 포커싱 전압이 인가될 수 있는 중앙 링 전극이다. 이는 3 개의 전극 (190, 192 및 194) 에 대한 전자 구동 회로의 복잡도를 감소시킨다. 중앙 링 전극 (194) 은 전자 빔 (112) 에 동적 포커싱 전압을 인가하는데 이용된다.

다기능 모듈 (161) 이 다수의 편향기 기능과 대물 렌즈 기능을 통합함으로써 전자 빔 (100) 의 총 길이를 효과적으로 감소시키는 것이 또한 이롭다. 일 실시예에서, 다기능 모듈은 30 mm 정도의 종래 기술의 초점 거리와 비교할 때, 초점 거리가 약 6 내지 약 12 mm, 예를 들어, 약 8 mm 인 대물 렌즈를 가진다. 또한, 다기능 모듈 (161) 은 필드 광학계를 지연시키는데 이용될 수 있으며, 이러한 경우에, 상부 전극 (190) 은 더 높은 포텐셜에 있는 빔 컬럼의 상부 부분으로 나타낸다.

플래시를 제공하여 회로 설계 패턴을 기판에 기록하기 위해 전자 빔을 형상화 및 변조할 수 있는 전자 빔 컬럼 (100) 을 포함하는 전자 빔 장치 (50) 의 예시적인 실시형태의 개략도를 도 8 에 도시한다. 장치 (50) 는 형상화된 전자 빔, 즉, 예를 들어, 상이한 기하학적 플래시 형상을 제공하기 위해 형상화될 수 있는 전자 또는 이온 빔을 제공할 수 있다. 장치 (50) 는 회로 패턴 데이터를 프로세싱하는 프로세서 (52) 및 전자 빔 컬럼 (100) 을 제어하는 컬럼 구동 전자 (90) 를 포함한다. 전자 빔 컬럼 (100) 은 단일 빔, 또는 일 브러시의 빔을 제공하기 위해 구성된 일 세트의 전자 빔을 제공할 수 있다. 전자 빔을 이용하는 이 기록 전략을 수행할 수 있는 예시적인 전자 빔 장치는, 예를 들어, 본 원에 전부 참조 문헌으로서 포함되고, Buller 등에 의해, 2005년 10월 3일에 출원되고 명칭이 "Beam Exposure Writing Strategy System and Method"인 일반 양도되는 미국특허출원 제 11/243,304호에 기재된다.

동작 중에, 전자 빔 (112) 으로 기판 (104) 상에 기록될 회로 설계 패턴은, 예를 들어, 본 원에 전부가 참조 문헌으로서 포함되고, Buller 등에 의해, 2005년 10월 3일에 출원되고 명칭이 "Writing a Circuit Design Pattern with Shaped Electron Beam Flashes" 이고 통상적으로 양도되는 미국특허출원 제 11/243,299호에 기재된 플래시를 형성하도록 생성 및 처리된다. 회로 설계 패턴을 기판 상에 기록하기 위해, 프로세서 (52) 는 메모리 (56) 로부터 회로 설계 패턴의 적어도 일부를 판독하고 (판독된 데이터의 사이즈는 버퍼 메모리 사이즈에 따름), 판독된 데이터를 기록용 플래시로 프로세싱한다. 프로세서 (52) 는, 전자 빔 컬럼 (100) 을 동작하기 위한 전자 컴포넌트 및 그 주변 컴포넌트를 차례로 가지는 컬럼 구동 전자 (90) 에 데이터 신호를 전송하기 위한 데이터를 프로세싱하는데 적절한 집적 회로를 포함하는 회로 및 전자 하드웨어를 포함한다. 예를 들어, 컬럼 구동 전자 (90) 는 블랭커, 편향기, 및 전자 빔 컬럼 (100) 의 렌즈로 신호를 전송하고, 이로부터 신호를 수신하여, 기판 (104) 를 이동하면서 형상화된 플랙시의 선택된 순서로 전자 빔 (112) 을 플래싱하여 기판 상에 패턴을 기록한다. 프로세서 (52) 및 컬럼 구동 전자 (90) 가 개별 단위로 설명되었지만, 당업자에게 명백한 바와 같이, 하나의 단위로 결합될 수 있거나, 더 많은 단위로 나눠질 수 있다.

일반적으로, 프로세서 (52) 는 데이터를 수신 및 인수, 알고리즘을 실행, 출력 데이터 및 신호를 생성, 검출기 및 다른 챔버 컴포넌트로부터 데이터 신호를 검출, 그리고 전자 빔 장치를 모니터링 또는 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서 (52) 는 (ⅰ) 예를 들어, 종래 INTEL 사의 마이크로프로세서와 같은, 중앙 처리 장치 (CPU), (ⅱ) 예를 들어, RAID 드라이브 등의 하드 드라이브과 같은 비분리성 저장 매체 (60), ROM, RAM 및 예를 들어, CD 또는 플로피 디스크와 같은 분리성 저장 매체 (62) 를 포함하는 메모리 (56), (ⅲ) 데이터의 검색, 데이터 프로세싱 및 전자 빔 장치의 특정 컴포넌트의 동작과 같은 특정 태스크에 대해 설계 및 프로그램화된 주문형 반도체 (ASIC), 및 (ⅳ) 예를 들어, 아날로그 및 디지털 입력 및 출력 보드, 통신 인터페이스 보드, 및 모터 컨트롤러 보드를 포함하는 특정 신호 프로세싱 태스크에 이용되는 다양한 인터페이스 보드를 포함하는 컴퓨터를 포함할 수도 있다. 인터페이스 보드는, 예를 들어, 프로세시 모니터로부터 신호를 프로세싱하고 데이터 신호를 CPU 에 제공할 수도 있다. 또한, 컴퓨터는, 예를 들어, 코-프로세서 (co-processor), 클록 회로, 캐시, 전원 및 CPU 와 통신하는 다른 공지된 컴포넌트를 포함하는 지원 회로를 가진다. RAM (66) 은 프로세스 구현 중에 본 발명의 소프트웨어 구현을 저장하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 코드의 명령 세트는 통상적으로 저장 매체에 저장되고, CPU 에 의해 실행되는 경우에 RAM 에서의 임시 저장을 위해 소환된다. 동작자와 제어자 사이의 사용자 인터페이스는 디스플레이 (68), 및 예를 들어, 키보드 또는 광펜과 같은 데이터 입력 디바이스 (70) 를 통할 수 있다. 특정 스크린 또는 기능을 선택하기 위해, 동작자는 데이터 입력 디바이스를 이용하여 선택을 입력하고 디스플레이 상에서 선택을 검토할 수 있다.

또한, 프로세서 (52) 는 컴퓨터에 의해 판독가능하고, 예를 들어, 비분리성 저장 매체 또는 분리성 저장 매체의 메모리에 저장될 수도 있는 컴퓨터 프로그램 코드 (80) 를 포함한다. 컴퓨터 프로그램 코드 (80) 는 회로 설계 패턴을 플래시로 전환하고 플래시를 할당하여 스캔하고, 기판 (104) 에 걸쳐 전자 빔을 스캔하기 위해 전자 빔 컬럼 (100) 및 그 컴포넌트를 동작하는 하나 이상의 소프트웨어 프로그램 및/또는 프로그램 코드의 명령 세트를 포함한다. 컴퓨터 프로그램 코드 (80) 는, 예를 들어, 어셈블리 언어, C++, 파스칼, 또는 포트란과 같은 임의의 종래 프로그래밍 언어로 기록될 수도 있다. 적절한 프로그램 코드는 종래 텍스트 에디터를 이용하여 단일 파일, 또는 다중 파일로 입력되고, 메모리의 컴퓨터-이용가능 매체에 저장 또는 내장된다. 입력된 코드 텍스트가 높은 레벨 언어로 되어 있으면, 코드는 컴파일되고, 그 결과 생긴 컴파일러 코드는 사전 컴파일된 라이브러리 루틴의 목적 코드로 링크된다. 링크되고 컴파일된 목적 코드를 실행하기 위해, 사용자는 목적 코드를 발동하여, CPU로 하여금 코드를 판독 및 실행하여 프로그램에서 식별된 태스크를 수행한다.

플래시 형상 및 사이즈 제약을 포함하는, 프로세서 (52) 에 의해 발생한 플래시 데이터는 적절한 기록 방법에 의해 기판 상의 기록을 위해 프로세싱된다. 프로세서 (52) 는 이용되는 스캐닝 시스템의 유형, 예를 들어, 래스터, 벡터 또는 하이브리드 래서트-벡터 스캐닝에 의해 제약되는 선택된 순서로 플래시를 배열한다. 래스터 마이크로벡터 (RMV) 형상화된 빔 스캐닝에서, 제어된 플래시 형상의 전자 빔은 래스터 메이저 필드 스캔 (raster major field scan) 에 이중 인화되는 벡터 마이너 필드 스캔 (vector minor field scan) 에 의해 기판에 걸친 상이한 위치에서 플래시된다. 이 방법에서, 각 벡터 필드는 많아야 하나의 플래시가 할당되고, 벡터 플래시 필드는 패턴 밀도의 편차를 국부적으로 평균하기 위해 세트 거리에 의해 오프셋되는 래스터 스캔을 따라 오버랩된다. 래스터 스캔 위치에 대응하는 선택된 순서로 플래시를 할당한 후에, 도즈가 각 플래시에 할당된다. 플래시 도즈는 전자 빔이 래스터 메이저 필드 스캔을 따라 벡터-결정된 위치 상에서 턴온으로 유지되는 드웰 시간이다. 따라서, 최종 플래시 데이터는 플래시 형상, 위치 및 도즈를 포함한다.

스캐닝 중에, 전자 빔 (112) 은, 전자 빔이 입사할 때 기판 (104) 을 이동시키면서 빔을 블랭킹함으로써 변조된다. 각 패스가 일련의 Y-방향 스캔으로 구성된 일련의 패스를 기록함으로써 스캔이 수행된다. 다상 기록 전략은 통상적으로 4-위상 또는 2-위상 스캔 중에서 선택하여 이용된다. 4-위상 기록에서, 각 영역이 총 4 회 노출되는 스캔 길이의 대략 1/4 만큼 Y축 방향으로 연속적인 패스가 높아진다. 2-위상 기록에서, 각 영역이 2회 노출되도록 스캔 길이의 대략 1/2 만큼 Y축 방향으로 연속적인 패스가 높아진다. 이는 기판 (104) 상에 기록될 패턴의 우수한 해상도를 제공한다.

본 발명은 바람직한 일정 버전에 관하여 상당히 상세히 설명하였지만, 다른 버전도 가능하다. 예를 들어, 빔 형상화 모듈은 다른 피처 또는 다른 컴포넌트 렌즈를 가질 수 있다. 유사하게, TFE 소스에 다른 전자원이 이용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 원에 포함된 바람직한 버전의 상세한 설명에 제한되지 않아야 한다.

Claims

전자 빔 컬럼으로서,

(a) 전자 빔을 생성하는 열필드 (thermal field) 방출 전자원;

(b) 상기 전자 빔을 블랭크하는 전자 빔 블랭커;

(c) 상기 전자 빔을 정형하는 빔 정형 모듈;

(d) 하나 이상의 집광, 투영, 확대, 축소, 및 대물 렌즈를 포함하는 복수의 전자 빔 렌즈를 포함하는 전자 빔 광학계 (optics) 를 포함하고,

상기 전자 빔 블랭커, 빔 정형 모듈, 및 전자 빔 광학계의 광학 파라미터들은 약 1/4 mrads 내지 약 3 mrads의 수용 반각 (acceptance semi-angle; β) 을 달성하도록 설정되고, 상기 수용 반각 (β) 은, 기록 평면 (writing plane) 에서 상기 전자 빔에 의해 정해진 각의 절반인, 전자 빔 컬럼.
제 1 항에 있어서,

상기 전자 빔 블랭커, 빔 정형 모듈, 및 전자 빔 광학계의 상기 광학 파라미터들은, 약 1 mrads 내지 약 3 mrads의 수용 반각 (β) 을 달성하도록 설정되는, 전자 빔 컬럼.
제 1 항에 있어서,

상기 전자 빔 광학계는 약 300 mm 내지 약 1200 mm 의 길이를 갖는 컬럼으로 배열되는, 전자 빔 컬럼.
제 1 항에 있어서,

상기 수용 반각 (β) 은
로 정의된 각도이고, d_source는 소스 직경이고, shape_final은 정형된 빔의 최종 사이즈이고, α_source는 소스 반각인, 전자 빔 컬럼.
제 1 항에 있어서,

상기 전자 빔 컬럼은, 다음 특징들

(a) 약 15 내지 약 60 의 확대;

(b) 약 32 내지 약 128 의 축소;

(c) 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 애퍼처 사이즈;

(d) 약 1/32 ㎛ 내지 약 1 ㎛의 최종 빔 정형; 및

(e) 약 10 nm 내지 100 nm의 소스 사이즈

중 적어도 하나를 포함하는, 전자 빔 컬럼.
제 1 항에 있어서,

상기 열필드 방출 전자원은, 다음 특징들

(a) 적어도 약 1.2 미크론의 직경을 갖는 팁;

(b) 약 1.2 미크론 내지 2 미크론의 직경을 갖는 팁; 및

(c) 지르코늄 함유 (zirconiated) 텅스텐 포함

중 적어도 하나를 포함하는, 전자 빔 컬럼.
전자 빔 컬럼용 빔 정형 모듈로서,

(a) 상부 투영 렌즈;

(b) 상부 애퍼처를 갖고, 상기 상부 투영 렌즈의 하류 (dwonstream) 에 위치한 상부 빔 정형기;

(c) 전자 빔 갭 주위에 이격된 복수의 편향판들을 포함하는 편향기로서, 적어도 한 쌍의 편향판은 서로 대향하고, 상기 편향판들은 상기 전자 빔 갭 내의 교차점에서 포커싱되는 전자 빔을 편향시키도록 정전적으로 하전될 수 있는, 상기 편향기;

(d) 복수의 하부 애퍼처를 갖는 하부 빔 정형기; 및

(d) 하부 투영 렌즈를 포함하고,

상기 빔 정형 모듈은 상기 상부 투영 렌즈와 하부 투영 렌즈에 의해 각각 정의된 오브젝트 및 이미지 길이들을 갖는 단일 렌즈로서 동작하는, 빔 정형 모듈.
제 7 항에 있어서,

상기 상부 투영 렌즈는, 상기 편향기의 편향 평면의 중심에 있는 축을 따른 일 포인트에서 상기 전자 빔을 포커싱하도록 설정된 초점 거리를 갖는, 빔 정형 모 듈.
제 7 항에 있어서,

상기 하부 투영 렌즈는, 하류 (downstream) 의 축소 렌즈의 입사동 (entrance pupil) 에 대응하는 교차점으로, 정형된 빔 이미지를 포커싱하도록 선택된 초점 거리를 갖는, 빔 정형 모듈.
제 7 항에 있어서,

상기 상부 빔 정형기의 상기 상부 애퍼처는 정사각형인, 빔 정형 모듈.
제 10 항에 있어서,

상기 하부 빔 정형기의 복수의 하부 애퍼처는 하나의 정사각 애퍼처 및 복수의 직삼각형 애퍼처를 포함하는, 빔 정형 모듈.
전자 빔 컬럼용 다기능 모듈로서,

(a) 다극을 포함하는 상부 및 하부 전극들로서, 상기 전극들은 상기 전극들을 통과하는 전자 빔의 편향 또는 수차 보정을 할 수 있는, 상기 상부 및 하부 전극; 및

(b) 상기 상부 전극 및 하부 전극에 인가된 전압에 관계없이 전압을 인가하여 기판 상에 상기 전자 빔을 포커싱할 수 있는 중앙 링 전극을 포함하는, 전자 빔 컬럼용 다기능 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 상부 전극 및 하부 전극은 상기 전자 빔의 편향과 수차 보정 모두를 할 수 있는, 전자 빔 컬럼용 다기능 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 상부 전극, 하부 전극, 및 중앙 링 전극은, 정전 편향 및 수차 보정을 구비한 정전 포커싱 렌즈를 정의하는, 전자 빔 컬럼용 다기능 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 상부 전극은, 상기 전자 빔을 편향시키기 충분한 전압이 제공되는 4중극을 포함하는, 전자 빔 컬럼용 다기능 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 하부 전극은, 상기 전자 빔의 스티그메이션 (stigmation) 을 유발하는데 충분한 전압이 제공되는 스티그메이터 (stigmator) 를 포함하는, 전자 빔 컬럼용 다기능 모듈.
제 16 항에 있어서,

상기 스티그메이터는 8중극인, 전자 빔 컬럼용 다기능 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 다기능 모듈은 약 6 mm 내지 약 12 mm의 초점 거리를 갖는 대물 렌즈를 포함하는, 전자 빔 컬럼용 다기능 모듈.