KR20150104042A - 멀티 하전 입자빔 묘화 장치 - Google Patents

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Abstract

멀티 하전 입자빔 묘화 장치는, 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재와, 상기 애퍼처 부재의 복수의 개구부를 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행하는 복수의 블랭커가 배치된 블랭킹 플레이트와, 상기 복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐하는 블랭킹 애퍼처 부재와, 상기 애퍼처 부재를 격자로서 이용한, 하전 입자빔의 구면 수차를 보정하는 제1 격자 렌즈와, 상기 격자 렌즈에 의해 발생한 고차의 구면 수차를 보정하는 보정 렌즈를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 하전 입자빔 묘화 장치 {MULTI CHARGED PARTICLE BEAM WRITING APPARATUS}
본 발명은 멀티 하전 입자빔 묘화 장치에 관한 것으로, 예를 들면 스테이지 상의 시료에 멀티빔을 조사할 시의 수차를 보정하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화의 진전을 담당하는 리소그래피 기술은 반도체 제조 프로세스 중에서도 유일하게 패턴을 생성하는 매우 중요한 프로세스이다. 최근, LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선폭은 해마다 미세화되고 있다. 여기서, 전자선(전자빔) 묘화 기술은 본질적으로 뛰어난 해상성을 가지고 있어, 웨이퍼 등에 전자선을 사용하여 묘화하는 것이 행해지고 있다.
예를 들면, 멀티빔을 사용한 묘화 장치가 있다. 1 개의 전자빔으로 묘화할 경우에 비해, 멀티빔을 이용함으로써 한 번에 많은 빔을 조사할 수 있으므로 스루풋을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다. 이러한 멀티빔 방식의 묘화 장치에서는, 예를 들면 전자총으로부터 방출된 전자빔을 복수의 홀을 가진 마스크에 통과시켜 멀티빔을 형성하고, 각각, 블랭킹 제어되어 차폐되지 않은 각 빔이 시료 상의 원하는 위치로 조사된다(예를 들면, 일본특허공개공보 2006-261342호 참조).
멀티빔 묘화에서는, 멀티빔 전체에서의 빔 사이즈가 커지므로, 크로스오버 결상계의 광축 상의 수차가 커진다. 이 때문에, 크로스오버 부근에 배치하는 블랭킹용의 애퍼처(aperture)(콘트라스트 애퍼처)의 개구부 직경을 크게 할 필요가 생긴다. 그러나, 애퍼처의 개구부 직경을 크게 하면, 블랭킹 제어하기 위한 블랭킹 전압을 높일 필요가 있다고 하는 새로운 문제가 발생한다. 이 때문에, 멀티빔의 기하학 수차 자체를 작게 하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 멀티빔의 기하학적 수차를 보정하는 것이 가능한 멀티 하전 입자빔 묘화 장치를 제공한다.
본 발명의 일태양의 멀티 하전 입자빔 묘화 장치는,
시료를 재치(載置)하는, 연속 이동 가능한 스테이지와,
하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
복수의 개구부가 형성되고, 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 하전 입자빔의 조사를 받아, 복수의 개구부를 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재와,
애퍼처 부재의 복수의 개구부를 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행하는 복수의 블랭커가 배치된 블랭킹 플레이트와,
복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐하는 블랭킹 애퍼처 부재와,
애퍼처 부재를 격자로서 이용한, 하전 입자빔의 구면 수차를 보정하는 제1 격자 렌즈와,
제1 격자 렌즈에 의해 발생한 고차의 구면 수차를 보정하는 보정 렌즈
를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일태양의 멀티 하전 입자빔 묘화 장치는,
시료를 재치하는, 연속 이동 가능한 스테이지와,
하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
복수의 개구부가 형성되고, 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 하전 입자빔의 조사를 받아, 복수의 개구부를 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재와,
애퍼처 부재의 복수의 개구부를 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행하는 복수의 블랭커가 배치된 블랭킹 플레이트와,
애퍼처 부재의 영역에 하전 입자빔을 조명하는 조명 렌즈와,
복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐하는 블랭킹 애퍼처 부재와,
조명 렌즈와 애퍼처 부재의 사이에 배치된, 하전 입자빔의 구면 수차를 보정하는 포일 렌즈
를 구비한 것을 특징으로 한다.
도 1(a) ~ 도 1(c)는 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2(a)와 도 2(b)는 실시예 1에서의 애퍼처 부재의 구성을 도시한 개념도이다.
도 3은 실시예 1에서의 블랭킹 플레이트의 구성을 도시한 개념도이다.
도 4(a) ~ 도 4(c)는 실시예 1에서의 묘화 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 실시예 1에서의 비교예 1의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 실시예 1에서의 비교예 2의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8(a) ~ 도 8(c)는 실시예 1에서의 멀티빔의 궤도 이탈량과 렌즈 인가 전압과의 관계의 일례를 나타낸 도이다.
도 9는 실시예 2에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 10은 실시예 2에서의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 실시예 3에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 12는 실시예 4에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 13은 실시예 4에서의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 실시예에서는, 하전 입자빔의 일례로서 전자빔을 이용한 구성에 대하여 설명한다. 단, 하전 입자빔은 전자빔에 한정되지 않고, 이온빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다.
이하, 실시예에서는, 멀티빔의 기하학 수차를 보정하는 것이 가능한 묘화 장치에 대하여 설명한다.
실시예 1.
도 1(a) ~ 도 1(c)는 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다. 도 1(a)에서, 묘화 장치(100)는 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치의 일례이다. 묘화부(150)는 전자 경통(102)과 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자 경통(102) 내에는 전자총(201), 조명 렌즈(202), 블랭킹 애퍼처 어레이(212), 축소 렌즈(205), 제한 애퍼처 부재(206)(블랭킹 애퍼처), 대물 렌즈(207) 및 전극조(214), 정전 렌즈(218)가 배치되어 있다. 블랭킹 애퍼처 어레이(212) 내에는 전자총(201)측(상류측)으로부터 애퍼처 부재(203)와 블랭킹 플레이트(204)가 배치된다.
또한 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 전극조(214)(제1과 제2 전극)는 조명 렌즈(202)와 블랭킹 애퍼처 어레이(212)의 사이에 배치되고, 적어도 2 단의 중앙이 개구된 전극군으로 구성되고, 조명 렌즈(202)측에 접지된(그라운드 접속된) 전극(제1 전극)과, 블랭킹 애퍼처 어레이(212)에 가장 가까운 위치에 배치되는 전압이 인가되는 전극(제2 전극)을 가진다. 전극조(214)에 의해 정전 렌즈를 구성한다. 전극조(214)와 애퍼처 부재(203)에 의해 격자 렌즈(216)(제1 격자 렌즈)를 구성한다. 또한 도 1(c)에 도시한 바와 같이, 정전 렌즈(218)(보정 렌즈)는 적어도 3 단의 중앙이 개구된 전극으로 구성되고, 접지된(그라운드 접속된) 적어도 2 단의 전극(제3과 제4 전극)의 사이에 배치된, 적어도 1 단의, 전압이 인가되는, 전극(제5 전극)을 가지는 아인젤 렌즈이며, 조명 렌즈(202)와 전극조(214)의 사이에 배치된다.
묘화실(103) 내에는 XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는, 묘화 시에는 묘화 대상 기판이 되는 마스크 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는, 반도체 장치를 제조할 시의 노광용 마스크, 혹은 반도체 장치가 제조되는 반도체 기판(실리콘 웨이퍼) 등이 포함된다. 또한 시료(101)에는, 레지스터가 도포된, 아직 아무것도 묘화되지 않은 마스크 블랭크스가 포함된다.
또한, 축소 렌즈(205)와 대물 렌즈(207)는 모두 전자 렌즈로 구성되고, 축 상의 자장이 반대 방향에서 각 렌즈의 여자의 크기가 동일해지도록 배치된다.
제어부(160)는 제어 계산기(110), 제어 회로(112), 렌즈 제어 회로(120, 122) 및 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(140, 142)를 가지고 있다. 제어 계산기(110), 제어 회로(112), 렌즈 제어 회로(120, 122) 및 기억 장치(140, 142)는 도시하지 않은 버스를 개재하여 서로 접속되어 있다.
여기서, 도 1(a) ~ 도 1(c)에서는, 실시예 1을 설명함에 있어 필요한 구성을 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어, 통상, 필요한 그 외의 구성을 구비하고 있어도 상관없다.
도 2(a)와 도 2(b)는 실시예 1에서의 애퍼처 부재의 구성을 도시한 개념도이다. 도 2(a)에서, 애퍼처 부재(203)에는 종(y 방향) m 열 × 횡(x 방향) n 열(m, n ≥ 2)의 홀(개구부)(22)이 소정의 배열 피치로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 도 2(a)에서는, 예를 들면 512 × 8 열의 홀(22)이 형성된다. 각 홀(22)은 모두 동일한 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은, 동일한 외경의 원형이어도 상관없다. 여기서는, y 방향의 각 열에 대하여, x 방향으로 A부터 H까지의 8 개의 홀(22)이 각각 형성되는 예가 나타나 있다. 이들 복수의 홀(22)을 전자빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티빔(20)이 형성되게 된다. 여기서는, 종횡(x, y 방향)이 모두 2 열 이상의 홀(22)이 배치된 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 종횡(x, y 방향) 어느 일방이 복수 열이고 타방은 1 열 뿐이어도 상관없다. 또한, 홀(22)의 배열의 방법은, 도 2(a)와 같이 종횡이 격자 형상으로 배치되는 경우에 한정되지 않는다. 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 예를 들면 종 방향(y 방향) 1 단째의 열과 2 단째의 열의 홀끼리가, 횡 방향(x 방향)으로 치수(a)만큼 어긋나 배치되어도 된다. 마찬가지로, 종 방향(y 방향) 2 단째의 열과 3 단째의 열의 홀끼리가, 횡 방향(x 방향)으로 치수(b)만큼 어긋나 배치되어도 된다.
도 3은 실시예 1에서의 블랭킹 플레이트의 구성을 도시한 개념도이다. 블랭킹 플레이트(204)에는, 애퍼처 부재(203)의 각 홀(22)의 배치 위치에 맞추어 통과 홀이 형성되고, 각 통과 홀에는 쌍이 되는 2 개의 전극(24, 26)의 조(블랭커 : 제1 편향기)가 각각 배치된다. 각 통과 홀을 통과하는 전자빔(20)은, 각각 독립으로 이러한 쌍이 되는 2 개의 전극(24, 26)에 인가되는 전압에 의해 편향된다. 이러한 편향에 의해 블랭킹 제어된다. 이와 같이, 복수의 블랭커가, 애퍼처 부재(203)의 복수의 홀(22)(개구부)을 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행한다.
제어 계산기(110)는 기억 장치(140)로부터 묘화 데이터를 독출하고, 복수 단의 데이터 변환을 행하여, 샷 데이터를 생성한다. 샷 데이터에는 예를 들면 시료(101)의 묘화면을 예를 들면 빔 사이즈로 격자 형상의 복수의 조사 영역으로 분할한 각 조사 영역에의 조사 유무 및 조사 시간 등이 정의된다. 제어 계산기(110)는 샷 데이터에 기초하여 제어 회로(112)에 제어 신호를 출력하고, 제어 회로(112)는 이러한 제어 신호에 따라 묘화부(150)를 제어한다. 묘화부(150)는 제어 회로(112)에 의한 제어 하에 멀티빔(20)을 이용하여 시료(101)에 패턴을 묘화한다. 그 때, 렌즈 제어 회로(120)는 전극조(214)를 제어하여, 전극조(214)에 전압을 인가한다. 렌즈 제어 회로(122)는 정전 렌즈(218)를 제어하여, 정전 렌즈(218)에 전압을 인가한다. 묘화부(150)의 동작은 이하와 같이 된다.
전자총(201)(방출부)으로부터 방출된 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 대략 수직으로 애퍼처 부재(203) 전체를 조명한다. 애퍼처 부재(203)에는 직사각형의 복수의 홀(개구부)이 형성되고, 전자빔(200)은 모든 복수의 홀이 포함되는 영역을 조명한다. 복수의 홀의 위치에 조사된 전자빔(200)의 각 일부가, 이러한 애퍼처 부재(203)의 복수의 홀을 각각 통과함으로써, 예를 들면 직사각형 형상의 복수의 전자빔(멀티빔)(20a ~ e)이 형성된다. 이러한 멀티빔(20a ~ e)은, 블랭킹 플레이트(204)의 각각 대응하는 블랭커(제1 편향기) 내를 통과한다. 이러한 블랭커는, 각각, 개별로 통과하는 전자빔(20)을 편향한다(블랭킹 편향을 행한다). 그리고, 블랭킹 플레이트(204)를 통과한 멀티빔(20a ~ e)은 축소 렌즈(205)에 의해 축소되고, 제한 애퍼처 부재(206)에 형성된 중심의 홀을 향해 나아간다. 여기서, 블랭킹 플레이트(204)의 블랭커에 의해 편향된 전자빔(20)은, 제한 애퍼처 부재(206)(블랭킹 애퍼처 부재)의 중심의 홀로부터 위치가 어긋나, 제한 애퍼처 부재(206)에 의해 차폐된다. 한편, 블랭킹 플레이트(204)의 블랭커에 의해 편향되지 않은 전자빔(20)은, 제한 애퍼처 부재(206)의 중심의 홀을 통과한다. 이러한 블랭커의 ON / OFF에 의해 블랭킹 제어가 행해지고, 빔의 ON / OFF가 제어된다. 이와 같이, 제한 애퍼처 부재(206)는, 복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐한다. 그리고, 빔 ON이 되고 나서 빔 OFF가 될 때까지 형성된, 제한 애퍼처 부재(206)를 통과한 빔에 의해 1 회분의 샷의 빔이 형성된다. 제한 애퍼처 부재(206)를 통과한 멀티빔(20)의 패턴 상(像)은 대물 렌즈(207)에 의해 초점이 맞춰져, 시료(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다.
묘화 장치(100)는, XY 스테이지(105)가 이동하면서 샷 빔을 연속하여 차례로 조사해가는 래스터 스캔 방식으로 묘화 동작을 행하고, 원하는 패턴을 묘화할 시, 패턴에 따라 필요한 빔이 블랭킹 제어에 의해 빔 ON으로 제어된다.
도 4(a) ~ 도 4(c)는 실시예 1에서의 묘화 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 시료(101)의 묘화 영역(30)은, 예를 들면 y 방향을 향해 소정의 폭으로 직사각형 형상의 복수의 스트라이프 영역(32)으로 가상 분할된다. 이러한 각 스트라이프 영역(32)은 묘화 단위 영역이 된다. 먼저, XY 스테이지(105)를 이동시켜, 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 좌단, 혹은 더 좌측의 위치에 1 회의 멀티빔(20)의 조사로 조사 가능한 조사 영역(34)이 위치하도록 조정하고, 묘화가 개시된다. 제1 번째의 스트라이프 영역(32)을 묘화할 시에는, XY 스테이지(105)를 예를 들면 -x 방향으로 이동시킴으로써, 상대적으로 x 방향으로 묘화를 진행시킨다. XY 스테이지(105)는 소정의 속도로 예를 들면 연속 이동시킨다. 제1 번째의 스트라이프 영역(32)의 묘화 종료후, 스테이지 위치를 -y 방향으로 이동시켜, 제2 번째의 스트라이프 영역(32)의 우단, 혹은 더 우측의 위치에 조사 영역(34)이 상대적으로 y 방향에 위치하도록 조정하고, 이번에는 도 4(b)에 도시한 바와 같이, XY 스테이지(105)를 예를 들면 x 방향으로 이동시킴으로써, -x 방향을 향해 동일하게 묘화를 행한다. 제3 번째의 스트라이프 영역(32)에서는 x 방향을 향해 묘화하고, 제4 번째의 스트라이프 영역(32)에서는 -x 방향을 향해 묘화한다고 하는 것과 같이, 교호로 방향을 변경하면서 묘화함으로써 묘화 시간을 단축할 수 있다. 단, 이러한 교호로 방향을 변경하면서 묘화할 경우에 한정되지 않고, 각 스트라이프 영역(32)을 묘화할 시, 동일한 방향을 향해 묘화를 진행시키도록 해도 상관없다. 1 회의 샷에서는, 도 4(c)에 도시한 바와 같이, 애퍼처 부재(203)의 각 홀(22)을 통과함으로써 형성된 멀티빔에 의해, 각 홀(22)과 동수의 복수의 샷 패턴(36)이 한 번에 형성된다. 예를 들면, 애퍼처 부재(203)의 하나의 홀(A)을 통과한 빔은, 도 4(c)에서 나타낸 'A'의 위치에 조사되고, 그 위치에 샷 패턴(36)을 형성한다. 마찬가지로, 예를 들면 애퍼처 부재(203)의 하나의 홀(B)을 통과한 빔은, 도 4(c)에서 나타낸 'B'의 위치에 조사되고, 그 위치에 샷 패턴(36)을 형성한다. 이하, C ~ H에 대해서도 동일하다. 그리고, 각 스트라이프(32)를 묘화할 시, x 방향을 향해 XY 스테이지(105)가 이동하는 중, 샷 빔을 연속하여 차례로 조사해가는 래스터 스캔 방식으로 묘화한다.
도 5는 실시예 1에서의 비교예 1의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 5에 도시한 비교예 1에서는, 전극조(214), 정전 렌즈(218)가 없는 점 이외는, 도 1의 묘화부(150)와 동일하다. 상술한 바와 같이, 멀티빔 묘화에서는 멀티빔 전체에서의 빔 사이즈가 커지므로, 크로스오버 결상계의 광축 상의 수차(특히 구면 수차)가 커진다. 이 때문에, 크로스오버 부근에 배치하는 블랭킹용의 제한 애퍼처(206)(콘트라스트 애퍼처)의 개구부 직경을 크게 할 필요가 생긴다(A 부 참조). 그러나, 애퍼처의 개구부 직경을 크게 하면, 블랭킹 제어하기 위한 블랭킹 전압을 높일 필요가 있다고 하는 새로운 문제가 발생한다.
도 6은 실시예 1에서의 비교예 2의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6에 도시한 비교예 2에서는, 정전 렌즈(218)가 없는 점 이외는, 도 1(a) ~ 도 1(c)의 묘화부(150)와 동일하다. 환언하면, 도 6의 비교예 2에서는, 전극조(214)가 조명 렌즈(202)와 블랭킹 애퍼처 어레이(212)의 사이에 배치되고, 전극조(214)와 애퍼처 부재(203)에 의해 격자 렌즈(216)를 구성한다. 격자 렌즈는 구면 수차의 보정에 유효하다. 이러한 격자 렌즈에 의해, 3 차 항까지의 구면 수차는 보정이 가능해진다. 그러나, 도 6의 비교예 2의 격자 렌즈(216)만으로는, 5 차 항의 구면 수차가 남는다. 환언하면, 격자 렌즈(216)에 의해 3 차 항까지의 구면 수차를 작게 하는 대신에, 5 차 항(고차)의 구면 수차가 커진다.
본래, 도 5의 비교예 1의 상태에서는, 3 차의 구면 수차는 크고, 5 차의 구면 수차는 작다. 거기에, 도 6의 비교예 2에서는, 음의 구면 수차를 가지는 격자 렌즈를 작용시키므로, 양방 맞추면, 3 차의 구면 수차는 작아지지만, 5 차의 구면 수차가 커진다. 예를 들면, 시료면에서의 전자 궤도의 좌표(x, y), 및 그 궤도 중심축 좌표(z)에 관한 미분(x', y')에 대하여, w를 w = x ＋ iy(i는 허수 단위), w'를 w' = x' ＋ iy'('는 궤도 중심축 좌표(z)에 관한 미분)으로 나타냈을 시, z 축에 관하여 회전 대칭인 계에서는, 2 개의 w'와 1 개의 wb'와의 곱(wb'w'w')에 비례하는 수차(wb'는 w'의 복소 공역)가 3 차의 구면 수차가 된다. 또한, 3 개의 w'와 2 개의 wb'와의 곱(wb'wb'w'w'w')에 비례하는 수차가 5 차의 구면 수차가 된다(b는 복소 공역). 종래의 시스템에서는, 5 차의 수차는 문제가 되지 않았지만, 3 차의 수차를 보정했을 경우, 5 차의 수차를 생각할 필요가 있다. 실시예 1에서는, 이러한 5 차 항의 구면 수차에 대해서도 보정한다.
도 7은 실시예 1에서의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 실시예 1에서의 묘화 장치(100)에서는, 조명 렌즈(202)와 전극조(214)의 사이에 정전 렌즈(218)(보정 렌즈)를 배치한다. 정전 렌즈(218)는 격자 렌즈(216)에 의해 발생한 고차(예를 들면 5 차 방향)의 구면 수차를 보정한다.
도 8(a) ~ 도 8(c)는 실시예 1에서의 멀티빔의 궤도 이탈량과 렌즈 인가 전압과의 관계의 일례를 나타낸 도이다. 도 8(a) ~ 도 8(c)에서, 종축에 멀티빔의 궤도 이탈량을 나타내고, 횡축에 렌즈 인가 전압을 나타내고 있다. 도 8(a)에서는, 격자 렌즈(216)에 의해 3 차 항까지의 구면 수차를 작게 하고 있는 상태를 나타낸다. 그러나 도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 3 차 항까지의 구면 수차를 작게 하는 대신에, 5 차 항의 구면 수차가 커진다. 거기서, 실시예 1에서는, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 정전 렌즈(218)에 의해, 3 차 항 구면 수차와 5 차 항 구면 수차를 의도하여 발생시키도록 전압을 설정한다. 그 때, 도 8(c)에 나타낸 바와 같이, 격자 렌즈(216)에 의한 3 차 항의 구면 수차와 5 차 항 구면 수차를 가능한 한 상쇄하도록, 정전 렌즈(218)에 의해, 3 차 항 구면 수차와 5 차 항 구면 수차를 의도하여 발생시키도록 전압을 설정한다. 환언하면, 격자 렌즈(216)와 정전 렌즈(218)에 의한 3 차 항의 구면 수차와 5 차 항 구면 수차를 서로 상쇄하도록 전극조(214, 218)의 렌즈값(전압)을 각각 인가한다. 이러한 제어에 의해, 결과적으로, 도 8(c)에 나타낸 바와 같이 멀티빔의 궤도 이탈량을 작게 할 수 있다.
격자 렌즈(216)와 정전 렌즈(218)(보정 렌즈)에 인가하는 전압은, 격자 렌즈(216)와 정전 렌즈(218)(보정 렌즈)에 의해, 3 차 항의 구면 수차와 5 차 항 구면 수차가 가능한 한 작아지는 전압의 조(혹은 전압비)의 관계를 미리 실험 등에 의해 구해 두면 된다. 얻어진 전압의 조(혹은 전압비)의 상관 데이터는 상관 테이블로서 기억 장치(142)에 저장해 둔다. 그리고, 묘화 장치(100)의 개시 조정 시, 제어 계산기(110)는 기억 장치(142)로부터 상관 테이블을 독출하고, 궤도 이탈량이 보다 작아지는 전압의 조(혹은 전압비)를 독출하고, 렌즈 제어 회로(120, 122)에 각각 대응하는 전압을 나타내는 제어 신호를 출력한다. 그리고, 렌즈 제어 회로(120)는 전극조(214)에 전압의 조(혹은 전압비)의 관계가 되는 일방의 전압을 인가한다. 마찬가지로, 렌즈 제어 회로(122)는, 정전 렌즈(218)에 전압의 조(혹은 전압비)의 관계가 되는 타방의 전압을 인가한다.
이상과 같이, 실시예 1에 의하면, 멀티빔의 기하학 수차를 보정할 수 있다. 따라서, 블랭킹용의 애퍼처의 개구경을 작게 할 수 있고, 또한 블랭킹 전압을 작게 할 수 있다. 또한, 실시예 1에 의하면, 특히, 멀티빔의 고차의 기하학 수차를 보정할 수 있다.
실시예 2.
실시예 1에서는, 고차의 수차를 보정하는 보정 렌즈를, 조명 렌즈(202)와 전극조(214)의 사이에 배치하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않는다. 실시예 2에서는, 상이한 위치에 보정 렌즈를 배치하는 경우에 대하여 설명한다.
도 9는 실시예 2에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다. 도 9에서, 정전 렌즈(218) 대신에, 정전 렌즈(220)(보정 렌즈)를 블랭킹 애퍼처 어레이(212)와 축소 렌즈(205)의 사이에 배치한 점, 렌즈 제어 회로(122) 대신에, 정전 렌즈(220)를 제어하는 렌즈 제어 회로(124)를 배치한 점 이외는 도 1(a)와 동일하다. 정전 렌즈(220)는 블랭킹 애퍼처 어레이(212)의 직하(直下)에 배치되면 적합하다. 정전 렌즈(220)(보정 렌즈)는, 블랭킹 플레이트(204)를 격자로서 이용하여, 격자 렌즈(216)와는 상이한 다른 격자 렌즈(222)를 구성한다. 또한, 이를 위하여, 정전 렌즈(220)(보정 렌즈)는 애퍼처 부재(203) 혹은 블랭킹 플레이트(204)에 대하여 격자 렌즈(216)와는 반대측에 배치된다. 또한 이하, 특별히 설명하지 않는 내용은 실시예 1과 동일하다.
도 10은 실시예 2에서의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 실시예 2에서의 묘화 장치(100)에서는, 애퍼처 부재(203) 혹은 블랭킹 플레이트(204)에 대하여, 격자 렌즈(216)와는 반대측에 정전 렌즈(220)(보정 렌즈)를 배치한다. 정전 렌즈(220)는 격자 렌즈(222)를 구성하고, 격자 렌즈(216)에 의해 발생한 고차(예를 들면 5 차 항)의 구면 수차를 보정한다. 격자 렌즈(216)에 의해 3 차 항까지의 수차가 보정된 멀티빔은, 애퍼처 부재(203)를 통과할 때까지는 5 차 항의 구면 수차가 크게 발생한 상태로 진행되게 된다. 블랭킹 플레이트(204)와 정전 렌즈(220)에 의해 구성되는 격자 렌즈(222)(제2 격자 렌즈)에 의해, 3 차 항의 구면 수차와 5 차 항의 구면 수차를 억제하고, 결과로서, 멀티빔의 궤도 이탈이 보다 작아지도록 멀티빔에 발생한 구면 수차가 보정된다.
격자 렌즈(216)(전극조(214))와 격자 렌즈(222)(정전 렌즈(220) : 보정 렌즈)에 인가하는 전압은, 격자 렌즈(216)와 격자 렌즈(222)(정전 렌즈(220) : 보정 렌즈)에 의해, 3 차 항의 구면 수차와 5 차 항 구면 수차가 가능한 한 작아지는 전압의 조(혹은 전압비)의 관계를 미리 실험 등에 의해 구해 두면 된다. 얻어진 전압의 조(혹은 전압비)의 상관 데이터는 상관 테이블로서 기억 장치(142)에 저장해 둔다. 그리고, 묘화 장치(100)의 개시 조정 시, 제어 계산기(110)는 기억 장치(142)로부터 상관 테이블을 독출하고, 궤도 이탈량이 보다 작아지는 전압의 조(혹은 전압비)를 독출하고, 렌즈 제어 회로(120, 124)에 각각 대응하는 전압을 나타내는 제어 신호를 출력한다. 그리고, 렌즈 제어 회로(120)는, 전극조(214)에 전압의 조(혹은 전압비)의 관계가 되는 일방의 전압을 인가한다. 마찬가지로, 렌즈 제어 회로(124)는, 정전 렌즈(220)에 전압의 조(혹은 전압비)의 관계가 되는 타방의 전압을 인가한다.
이상과 같이, 실시예 2에 의하면, 블랭킹 플레이트(204)를 이용한 보정 렌즈와의 조합에 의한 격자 렌즈에 의해, 실시예 1과 마찬가지로 멀티빔의 고차의 기하학 수차를 보정할 수 있다.
실시예 3.
실시예 1, 2에서는, 고차의 수차를 보정하는 보정 렌즈를, 조명 렌즈(202) 또는 축소 렌즈(205)와 같은 전자 렌즈의 자장과는 관계없는 위치에 배치했지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 실시예 3에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다. 도 11에서, 정전 렌즈(218) 대신에, 코일 렌즈(전자 렌즈)(224)(보정 렌즈)를 조명 렌즈(202)의 자장 내에 배치하는 점, 렌즈 제어 회로(122) 대신에, 코일 렌즈(224)를 제어하는 렌즈 제어 회로(126)를 배치한 점 이외는 도 1과 동일하다. 코일 렌즈(224)는 자신에 인가된 전압에 의해 발생하는 자장의 영향이 조명 렌즈(202)의 자장에 효율 좋게 작용시키기 위하여, 코일 렌즈(224)는, 조명 렌즈(202)의 자장 내에 완전하게 포함되는 위치에 배치되면 적합하다. 또한 이하, 특히 설명하지 않는 내용은 실시예 1과 동일하다.
격자 렌즈(216)(전극조(214))와 코일 렌즈(224)(보정 렌즈)에 인가하는 전압은, 격자 렌즈(216)와 코일 렌즈(224)에 의해, 3 차 항의 구면 수차와 5 차 항 구면 수차가 가능한 한 작아지는 전압의 조(혹은 전압비)의 관계를 미리 실험 등에 의해 구해 두면 된다. 얻어진 전압의 조(혹은 전압비)의 상관 데이터는 상관 테이블로서 기억 장치(142)에 저장해 둔다. 그리고, 묘화 장치(100)의 개시 조정 시, 제어 계산기(110)는 기억 장치(142)로부터 상관 테이블을 독출하고, 궤도 이탈량이 보다 작아지는 전압의 조(혹은 전압비)를 독출하고, 렌즈 제어 회로(120, 126)에 각각 대응하는 전압을 나타내는 제어 신호를 출력한다. 그리고, 렌즈 제어 회로(120)는 전극조(214)에 전압의 조(혹은 전압비)의 관계가 되는 일방의 전압을 인가한다. 마찬가지로, 렌즈 제어 회로(126)는 코일 렌즈(224)에 전압의 조(혹은 전압비)의 관계가 되는 타방의 전압을 인가한다.
이상과 같이, 실시예 3에 의하면, 조명계의 전자 렌즈의 자장 내에 보정 렌즈를 배치함으로써, 실시예 1과 마찬가지로 멀티빔의 고차의 기하학 수차를 보정할 수 있다.
실시예 4.
상술한 각 실시예에서는, 애퍼처 부재(203)를 이용한 격자 렌즈(216)를 전제로 한 구성을 설명했지만, 실시예 4에서는, 애퍼처 부재(203)를 이용한 격자 렌즈(216)를 이용하지 않은 경우에 대하여 설명한다.
도 12는 실시예 4에서의 묘화 장치의 구성을 도시한 개념도이다. 도 12에서 전극조(214), 정전 렌즈(218) 대신에, 포일 렌즈(230)를 조명 렌즈(202)와 블랭킹 애퍼처 어레이(212)의 사이에 배치하는 점, 렌즈 제어 회로(120, 122) 대신에, 포일 렌즈(230)(정전 렌즈(226))를 제어하는 렌즈 제어 회로(128)를 배치한 점 이외는 도 1과 동일하다. 포일 렌즈(230)는 정전 렌즈(226)와 포일(228)을 가지고 있다. 또한 이하, 특별히 설명하지 않는 내용은 실시예 1과 동일하다.
상술한 각 실시예에서는, 애퍼처 부재(203)를 이용하여 격자 렌즈(216)를 구성하기 위하여, 애퍼처 부재(203)의 근처에 전극조(214)를 배치할 필요가 있었다. 이에 대하여, 실시예 4에서는, 포일(228)을 가지는 포일 렌즈(230)를 이용하고 있으므로, 배치 위치가 애퍼처 부재(203)의 근처에 한정되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 포일(228)은, 전자(하전 입자)를 투과하는 것이 가능한 재료에 의해 구성된다. 예를 들면, 다이아몬드 라이크 카본(DLC) 박막 혹은 그래핀 등을 이용하면 적합하다. 원자 번호가 작은 탄소로 이루어지는 DLC 혹은 그래핀 등을 이용함으로써 전자의 산란을 억제할 수 있다. 또한, 포일(228)은 멀티빔 전체의 사이즈보다 큰 사이즈로 작성되고, 멀티빔 전체 혹은 애퍼처 부재(203)의 복수의 개구부 전체와 중첩되도록 배치된다.
또한 도 12의 예에서는, 포일 렌즈(230)로서, 상류측에 정전 렌즈(226)가, 하류 측에 포일(228)이 배치되어 있지만, 배치 위치는 반대여도 된다.
이러한 포일 렌즈(230)에 의해 전자빔(멀티빔)의 구면 수차를 보정한다.
도 13은 실시예 4에서의 묘화 장치의 구성과 수차와의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 실시예 4에서의 묘화 장치(100)에서는, 조명 렌즈(202)와 애퍼처 부재(203)의 사이에 포일 렌즈(230)를 배치한다. 포일 렌즈(230)에 의해, 전자빔(멀티빔)의 3 차 항까지의 구면 수차를 보정할 수 있다. 도 13의 예에서는, 5 차 항의 구면 수차가 남게 되는데, 애퍼처 부재(203)에 의한 배치 위치의 제한을 받지 않는 만큼, 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.
렌즈 제어 회로(128)는 정전 렌즈(226)에 이러한 전압을 인가한다.
실시예 4의 구성에, 실시예 1~3의 보정 렌즈를 조합함으로써, 고차의 구면 수차를 보정한다.
이상, 구체예를 참조하여 실시예에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되지 않는다. 상술한 래스터 스캔 동작은 일례이며, 멀티빔을 이용한 래스터 스캔 동작 그 외의 동작 방법이어도 된다.
또한, 장치 구성 또는 제어 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 장치 구성 또는 제어 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략 했지만, 필요로 하는 제어부 구성을 적절히 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
그 외에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 멀티 하전 입자빔 묘화 방법 및 멀티 하전 입자빔 묘화 장치는 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 몇 개의 실시예를 설명했지만, 이들 실시예는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시예는, 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시예 또는 그 변형은 발명의 범위 또는 요지에 포함되고, 또한 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 시료를 재치하는, 연속 이동 가능한 스테이지와,
    하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
    복수의 개구부가 형성되고, 상기 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 상기 하전 입자빔의 조사를 받아, 상기 복수의 개구부를 상기 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재와,
    상기 애퍼처 부재의 복수의 개구부를 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행하는 복수의 블랭커가 배치된 블랭킹 플레이트와,
    상기 복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐하는 블랭킹 애퍼처 부재와,
    상기 애퍼처 부재를 격자로서 이용한, 하전 입자빔의 구면 수차를 보정하는 제1 격자 렌즈와,
    상기 제1 격자 렌즈에 의해 발생한 고차의 구면 수차를 보정하는 보정 렌즈
    를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    고차의 구면 수차를 보정하는 상기 보정 렌즈로서 제1 정전 렌즈를 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    고차의 구면 수차를 보정하는 상기 보정 렌즈는, 상기 블랭킹 플레이트를 격자로서 이용하여, 상기 제1 격자 렌즈와는 상이한 제2 격자 렌즈를 구성하고,
    상기 보정 렌즈는, 상기 애퍼처 부재 혹은 상기 블랭킹 플레이트에 대하여, 상기 제1 격자 렌즈와는 반대측에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 애퍼처 부재의 상기 영역에 상기 하전 입자빔을 조명하는 조명 렌즈를 더 구비하고,
    고차의 구면 수차를 보정하는 상기 보정 렌즈로서 코일 렌즈를 상기 조명 렌즈의 자장 내에 배치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 격자 렌즈는 제2 정전 렌즈를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항 있어서,
    상기 제2 정전 렌즈는 적어도 2 단의 중앙이 개구된 전극군을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 애퍼처 부재의 상기 영역에 상기 하전 입자빔을 조명하는 조명 렌즈를 더 구비하고,
    상기 제2 정전 렌즈는, 상기 조명 렌즈측에 접지된 제1 전극과, 상기 애퍼처 부재에 가장 가까운 위치에 배치되는, 전압이 인가되는 제2 전극을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 정전 렌즈는 적어도 3 단의 중앙이 개구된 전극군을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 정전 렌즈는, 그라운드 접속된 제3과 제4 전극과, 상기 제3과 제4 전극의 사이에 배치된, 전압이 인가되는 제5 전극을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 시료를 재치하는, 연속 이동 가능한 스테이지와,
    하전 입자빔을 방출하는 방출부와,
    복수의 개구부가 형성되고, 상기 복수의 개구부 전체가 포함되는 영역에 상기 하전 입자빔의 조사를 받아, 상기 복수의 개구부를 상기 하전 입자빔의 일부가 각각 통과함으로써 멀티빔을 형성하는 애퍼처 부재와,
    상기 애퍼처 부재의 복수의 개구부를 통과한 멀티빔 중, 각각 대응하는 빔의 블랭킹 편향을 행하는 복수의 블랭커가 배치된 블랭킹 플레이트와,
    상기 애퍼처 부재의 상기 영역에 상기 하전 입자빔을 조명하는 조명 렌즈와,
    상기 복수의 블랭커에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 각 빔을 차폐하는 블랭킹 애퍼처 부재와,
    상기 조명 렌즈와 상기 애퍼처 부재의 사이에 배치된, 하전 입자빔의 구면 수차를 보정하는 포일 렌즈
    를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자빔 묘화 장치.
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