KR20150119808A - 전자빔 묘화 장치, 및 전자빔의 수렴 반각 조정 방법 - Google Patents

전자빔 묘화 장치, 및 전자빔의 수렴 반각 조정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일태양의 전자빔 묘화 장치는, 전자빔을 방출하는 전자총 기구와, 광축 방향에 대하여 전자총 기구보다 후측에 배치되고, 전자총 기구의 높이 위치를 가변으로 조정 가능한 높이 조정부와, 광축 방향에 대하여 높이 조정부보다 후측에 배치되고, 전자빔을 수렴시키는 전자 렌즈와, 전자총 기구의 높이 위치가 가변으로 조정되어 변화된 높이 위치마다, 소정의 위치에 전자빔이 크로스 오버를 형성하도록 전자 렌즈를 제어하는 렌즈 제어부와, 광축 방향에 대하여 전자 렌즈보다 후측에 배치되고, 전자 렌즈를 통과한 상기 전자빔을 시료 상에 결상하는 대물 렌즈를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

전자빔 묘화 장치, 및 전자빔의 수렴 반각 조정 방법{ELECTRON BEAM DRAWING DEVICE AND METHOD FOR ADJUSTING CONVERGENCE EN QUAD OF ELECTRON BEAM}
본 발명은, 전자빔 묘화 장치, 및 전자빔의 수렴 반각 조정 방법에 관한 것으로, 예를 들면, 전자빔을 시료 상에 조사하는 전자빔 묘화 장치에 있어서의 전자빔의 수렴 반각을 조정하는 방법에 관한 것이다.
최근, LSI의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스의 회로 선폭은 한층 미세화되고 있다. 이들의 반도체 디바이스에 회로 패턴을 형성하기 위한 노광용 마스크(레티클이라고도 함.)를 형성하는 방법으로서, 뛰어난 해상성을 가지는 전자빔(EB : Electron beam) 묘화 기술이 이용된다.
도 10은 가변 성형형 전자선 묘화 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 가변 성형형 전자선 묘화 장치는, 이하와 같이 동작한다. 제1 애퍼처(aperture)(410)에는 전자선(330)을 성형하기 위한 직사각형의 개구(411)가 형성되어 있다. 또한, 제2 애퍼처(420)에는 제1 애퍼처(410)의 개구(411)를 통과한 전자선(330)을 원하는 직사각형 형상으로 성형하기 위한 가변 성형 개구(421)가 형성되어 있다. 하전 입자 소스(430)로부터 조사되고, 제1 애퍼처(410)의 개구(411)를 통과한 전자선(330)은 편향기에 의해 편향되고, 제2 애퍼처(420)의 가변 성형 개구(421)의 일부를 통과하여, 소정의 일방향(예를 들면, X 방향이라고 함)으로 연속적으로 이동하는 스테이지 상에 탑재된 시료(340)에 조사된다. 즉, 제1 애퍼처(410)의 개구(411)와 제2 애퍼처(420)의 가변 성형 개구(421)의 양방을 통과할 수 있는 직사각형 형상이, X 방향으로 연속적으로 이동하는 스테이지 상에 탑재된 시료(340)의 묘화 영역에 묘화된다. 제1 애퍼처(410)의 개구(411)와 제2 애퍼처(420)의 가변 성형 개구(421)의 양방을 통과시키고, 임의 형상을 작성하는 방식을 가변 성형 방식(VSB 방식)이라고 한다.
여기서, 전자빔 묘화에서는 마스크 생산에 있어서는 스루풋을 중요시한다. 한편, 차세대의 리소그래피 개발을 위한 다양한 평가를 행하기 위해서는, 보다 미세한 패턴의 형성이 요구된다. 즉, 이러한 경우에는 빔의 분해능을 중요시한다.
스루풋을 중요시하는 관점에서 전자총의 캐소드의 휘도를 올리면, 캐소드 방출 직후의 전자빔의 크로스 오버 직경 등의 캐소드 조건이 변화되어, 분해능이 나빠지는 경우가 있다.
한편, 분해능은 전자 광학계 수차에 의존하고, 전자 광학계 수차는 수렴 반각의 누승에 비례한다. 그리고, 수렴 반각은 전자빔의 크로스 오버 직경에 의존한다. 따라서, 분해능을 중요시하는 관점에서는 수렴 반각을 작게 해야 하고, 전자총으로부터 방출된 전자빔을 조명 렌즈의 자화(勵磁)를 강하게 조임으로써, 빔의 크로스 오버 직경을 작게 하는 것이 검토되고 있다.
여기서, 수렴 반각을 작게 하려면 조명 렌즈의 자화를 가능한 한 크게 할 필요가 있으나, 조명 렌즈에 사용하는 폴 피스 재료의 자기 포화 등에 의해 자속 밀도를 올리는 것에도 한계가 있다. 따라서, 자속 밀도의 한계에 따라 조명 렌즈의 자화를 크게 하는 것에도 한계가 있었다. 따라서, 조명 렌즈의 제어에 의해 전자빔을 조이는 것에도 한계가 있고, 수렴 반각을 작게 하는 것에도 한계가 있었다. 그 결과, 차세대의 리소그래피 개발을 위해서 필요로 하는 분해능을 얻을 수 없게 되는 경우가 생기는 것과 같은 문제가 있었다.
또한, 수렴 반각을 작게 하면, 빔의 전류 밀도가 작아진다. 전류 밀도가 작아지면 묘화 시간이 길게 필요해지고, 이번에는 스루풋이 저하된다는 문제가 있었다.
여기, 복수의 가속 전극을 이용하여, 빔의 크로스 오버 특성을 변경하는 기술이 개시되어 있다(예를 들면, 일본특허공개공보 2000-182550호 참조).
본 발명은, 분해능을 향상시키는 것이 가능한 전자빔 묘화 장치 및 전자빔의 수렴 반각 조정 방법을 제공한다.
본 발명의 일태양의 전자빔 묘화 장치는,
전자빔을 방출하는 전자총 기구와,
광축 방향에 대하여 전자총 기구보다 후측에 배치되고, 전자총 기구의 높이 위치를 가변으로 조정 가능한 높이 조정부와,
광축 방향에 대하여 높이 조정부보다 후측에 배치되고, 전자빔을 수렴시키는 전자 렌즈와,
전자총 기구의 높이 위치가 가변으로 조정되어 변화된 높이 위치 마다, 소정의 위치에 전자빔이 크로스 오버를 형성하도록 전자 렌즈를 제어하는 렌즈 제어부와,
광축 방향에 대하여 전자 렌즈보다 후측에 배치되고, 전자 렌즈를 통과한 전자빔을 시료 상에 결상하는 대물 렌즈
를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일태양의 전자빔의 수렴 반각 조정 방법은,
전자빔을 방출하는 전자총 기구의 높이 위치를 변경하고,
전자총 기구로부터 방출된 전자빔이 전자 렌즈를 통과한 후의 전자빔의 크로스 오버 높이 위치를 전자총 기구의 높이 위치를 변경하기 전의 위치로 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양의 전자 빔의 수렴 반각 조정 방법은,
제1 묘화 모드가 선택된 경우에, 전자빔을 방출하는 전자총 기구의 높이 위치를 제1 위치로 조정하고,
제1 묘화 모드가 선택된 경우에, 전자총 기구로부터 방출된 전자빔이 전자 렌즈를 통과한 후의 전자빔의 크로스 오버 높이 위치를 제2 위치로 조정하고,
제1 묘화 모드를 전환하여 제2 묘화 모드가 선택된 경우에, 전자총 기구의 높이 위치를 광축 방향에 대하여 제1 위치보다 높은 제3 위치로 조정하고,
제2 묘화 모드가 선택된 경우에, 전자총 기구로부터 방출된 전자빔이 전자 렌즈를 통과한 후의 전자빔의 크로스 오버 높이 위치를 제2 위치로 유지하도록 조정하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 묘화 장치의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 각 영역을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3A와 도 3B는 실시 형태 1에 있어서의 크로스 오버계 광학 궤도와 수렴 반각을 설명하기 위한 도이다.
도 4A와 도 4B는 실시 형태 1에 있어서의 높이 조정 기구의 일례를 나타낸 구성도이다.
도 5A와 도 5B는 실시 형태 1에 있어서의 높이 조정 기구의 다른 일례를 나타낸 구성도이다.
도 6A에서 도 6C는 실시 형태 1에 있어서의 크로스 오버 반경과 전자 렌즈의 자화의 관계의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 7A와 도 7B는 실시 형태 1에 있어서의 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기의 중심 높이 위치로 제어되고 있는 경우의 블랭킹 전압 변동의 유무를 비교한 개념도이다.
도 8A와 도 8B는 실시 형태 1에 있어서의 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기의 중심 높이 위치로부터 벗어난 위치로 제어되고 있는 경우의 블랭킹 전압 변동의 유무를 비교한 개념도이다.
도 9A에서 도 9D는 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 동작 시의 편향 지점 위치와 크로스 오버 위치의 관계를 나타낸 도이다.
도 10은 가변 성형형 전자선 묘화 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 실시 형태에서는, 하전 입자 빔의 일례로서 전자빔을 이용한 구성에 대하여 설명한다. 단, 하전 입자 빔은 전자빔에 한정되는 것은 아니며, 이온 빔 등의 하전 입자를 이용한 빔이어도 상관없다. 또한, 하전 입자 빔 장치의 일례로서 가변 성형형의 묘화 장치에 대하여 설명한다.
이하, 실시 형태에서는, 종래보다 더 분해능을 향상시키는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 태양의 적어도 하나는, 스루풋 중시의 묘화 처리와 분해능 중시의 묘화 처리를 행하는 것이 가능한 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
(실시 형태 1)
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 묘화 장치의 구성을 나타낸 개념도이다. 도 1에 있어서, 묘화 장치(100)는 묘화부(150)와 제어부(160)를 구비하고 있다. 묘화 장치(100)는 하전 입자 빔 묘화 장치의 일례이다. 특히, 가변 성형형(VSB형)의 묘화 장치의 일례이다. 묘화부(150)는 전자총 기구(230), 높이 조정 기구(216), 전자 경통(102) 및 묘화실(103)을 구비하고 있다. 전자총 기구(230) 내에는 전자총(201)이 배치된다. 전자 경통(102) 내에는 전자 렌즈(211), 조명 렌즈(202), 블랭킹 편향기(212), 블랭킹 애퍼처(214), 제1 애퍼처(203), 투영 렌즈(204), 편향기(205), 제2 애퍼처(206), 대물 렌즈(207), 주편향기(208) 및 부편향기(209)가 배치되어 있다. 묘화실(103) 내에는 XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는, 묘화 시에는 묘화 대상이 되는 마스크 등의 시료(101)가 배치된다. 시료(101)에는 반도체 장치를 제조할 시의 노광용 마스크가 포함된다. 또한, 시료(101)에는 레지스트가 도포된, 아직 아무것도 묘화되어 있지 않은 마스크 블랭크스가 포함된다. 블랭킹 편향기(212)로서, 예를 들면 1 쌍의 전극이 이용된다.
높이 조정 기구(216)(높이 조정부)는, 광축 방향에 대하여 전자총 기구(230)보다 시료측(이후, 후측이라고 함)에 배치되고, 전자총 기구(230)의 높이 위치를 가변으로 조정한다. 전자 경통(102)은 광축 방향에 대하여 높이 조정 기구(216)보다 후측에 배치된다. 즉, 전자 렌즈(211), 조명 렌즈(202), 블랭킹 편향기(212), 블랭킹 애퍼처(214), 제1 애퍼처(203), 투영 렌즈(204), 편향기(205), 제2 애퍼처(206), 대물 렌즈(207), 주편향기(208) 및 부편향기(209)는, 광축 방향에 대하여 높이 조정 기구(216)보다 후측에 배치된다. 전자 렌즈(211)는 높이 조정 기구(216)와 블랭킹 편향기(212)의 사이에 배치된다. 환언하면, 높이 조정부(216)는 전자 경통(102) 상에 배치된다. 그리고, 높이 조정부(216)는 전자총 기구(230)를 지지한다.
또한, 전자총(201)은 캐소드(320), 웨넬트(322) 및 애노드(324)를 가지고 있다. 캐소드(320)로서, 예를 들면 6 붕화 란탄(LaB6) 결정 등을 이용하면 적합하다. 웨넬트(322)는 캐소드(320)와 애노드(324)의 사이에 배치된다. 또한, 애노드(324)는 접지되고, 전위가 그라운드 전위로 설정되어 있다. 전자총(201)에는 도시되지 않은 전자총 전원 장치가 접속된다. 그리고, 높이 조정 기구(216)는 전자총 기구(230)와 전자 경통(102)의 사이에 배치된다.
제어부(160)는 제어 회로(120), DAC(디지털 · 아날로그 컨버터) 앰프(122) 및 렌즈 제어 회로(130)를 가지고 있다.
여기서, 도 1에서는 실시 형태 1을 설명함에 있어서 필요한 구성을 기재하고 있다. 묘화 장치(100)에 있어서, 통상적으로 필요한 그 외의 구성을 구비하고 있어도 상관없다. 예를 들면, 위치 편향용으로는, 주편향기(208)와 부편향기(209)의 주부 2 단의 다단 편향기를 이용하고 있으나, 1 단의 편향기 혹은 3 단 이상의 다단 편향기에 의해 위치 편향을 행하는 경우여도 좋다. 또한, 묘화 장치(100)에는 마우스 또는 키보드 등의 입력장치, 및 모니터 장치 등이 접속되어 있어도 상관없다. 또한 도 1의 예에서는, 블랭킹 애퍼처(214)가 제1 애퍼처(203)보다 상방측에 배치되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 블랭킹 동작이 가능한 위치이면 상관없다. 예를 들면, 제1 애퍼처(203) 혹은 제2 애퍼처(206)보다 하방측에 배치되어도 상관없다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 각 영역을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2에 있어서, 시료(101)의 묘화 영역(10)은 주편향기(208)의 Y 방향 편향 가능폭인, 직사각형 형상의 복수의 스트라이프 영역(20)으로 가상 분할된다. 또한, 각 스트라이프 영역(20)은 부편향기(209)의 편향 가능 사이즈인 복수의 서브 필드(SF)(30)(소영역)로 가상 분할된다. 그리고, 각 SF(30)의 각 샷 위치에 샷 도형(52, 54, 56)이 묘화된다.
제어 회로(120)부터 블랭킹 제어용의 DAC 앰프(122)에 대하여, 블랭킹 제어용의 디지털 신호가 출력된다. 그리고, 블랭킹 제어용의 DAC 앰프(122)에서는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 증폭시킨 후에 편향 전압으로서 블랭킹 편향기(212)에 인가한다. 이러한 편향 전압에 의해 전자빔(200)이 편향되고, 각 샷의 조사 시간(조사량)이 제어된다.
제어 회로(120)부터 도시되지 않은 DAC 앰프에 대하여, 주편향 제어용의 디지털 신호가 출력된다. 그리고, 주편향 제어용의 DAC 앰프에서는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 증폭시킨 후에 편향 전압으로서 주편향기(208)에 인가한다. 이러한 편향 전압에 의해 전자빔(200)이 편향되고, 각 샷의 빔이 메시 형상으로 가상 분할된, 목표가 되는 SF(30)의 기준 위치에 편향된다.
제어 회로(120)로부터 도시되지 않은 DAC 앰프에 대하여, 부편향 제어용의 디지털 신호가 출력된다. 그리고, 부편향 제어용의 DAC 앰프에서는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 증폭시킨 후에 편향 전압으로서 부편향기(209)에 인가한다. 이러한 편향 전압에 의해 전자빔(200)이 편향되고, 각 샷의 빔이 대상되는 SF(30) 내의 각 샷 위치에 편향된다.
묘화 장치(100)에서는 복수 단의 다단 편향기를 이용하여 스트라이프 영역(20)마다 묘화 처리를 진행시킨다. 여기서는, 일례로서 주편향기(208) 및 부편향기(209)와 같은 2 단 편향기가 이용된다. XY 스테이지(105)가 예를 들면 ? 방향을 향해 연속 이동하면서, 1 번째의 스트라이프 영역(20)에 대하여 x 방향을 향해 묘화를 진행시킨다. 그리고, 1 번째의 스트라이프 영역(20)의 묘화 종료 후, 마찬가지로, 혹은 반대 방향을 향해 2 번째의 스트라이프 영역(20)의 묘화를 진행시킨다. 이후, 마찬가지로 3 번째 이후의 스트라이프 영역(20)의 묘화를 진행시킨다. 그리고, 주편향기(208)가 XY 스테이지(105)의 이동에 추종하도록, SF(30)의 기준 위치에 전자빔(200)을 차례로 편향한다. 또한, 부편향기(209)가, 각 SF(30)의 기준 위치로부터 당해 SF(30) 내에 조사되는 빔의 각 샷 위치에 전자빔(200)을 편향한다. 이와 같이, 주편향기(208) 및 부편향기(209)는 사이즈가 상이한 편향 영역을 가진다. 그리고, SF(30)는 이러한 복수 단의 편향기의 편향 영역 중 최소 편향 영역이 된다.
캐소드(320)에 음의 가속 전압이 인가되고, 웨넬트(322)에 음의 바이어스 전압이 인가된 상태에서 캐소드(320)를 가열하면, 캐소드(320)로부터 전자(전자군)가 방출되고, 방출 전자(전자군)는 수렴점(크로스 오버 : C.O.)을 형성한(캐소드 크로스 오버) 후에 확대되고, 가속 전압에 의해 가속되고 전자빔이 되어 애노드(324)를 향해 나아간다. 그리고, 애노드(324)에 형성된 개구부를 전자빔이 통과하여, 전자빔(200)이 전자총(201)으로부터 방출되게 된다.
전자총(201)(방출부)으로부터 방출된 전자빔(200)은, 전자 렌즈(211)에 의해 예를 들면 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(소정의 위치의 일례)에 수렴되어, 수렴점(크로스 오버 : C.O.)을 형성한다. 그리고, 광축 방향에 대하여 전자 렌즈(211)보다 후측에 배치된 블랭킹 편향기(212) 내를 통과할 시에, 블랭킹용의 DAC 앰프(122)로부터의 편향 신호에 의해 제어되는 블랭킹 편향기(212)에 의해, 빔의 ON / OFF가 제어된다. 환언하면, 블랭킹 편향기(212)는 빔 ON과 빔 OFF를 전환하는 블랭킹 제어를 행할 경우에, 전자빔을 편향한다. 광축 방향에 대하여 블랭킹 편향기(212)보다 후측에 배치된 블랭킹 애퍼처(214)(블랭킹 애퍼처 부재)에 의해, 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 전자빔은 차폐된다. 즉, 빔 ON의 상태에서는 블랭킹 애퍼처(214)를 통과하도록 제어되고, 빔 OFF의 상태에서는 빔 전체가 블랭킹 애퍼처(214)로 차폐되도록 편향된다. 빔 OFF의 상태에서 빔 ON이 되고, 그 후 빔 OFF가 될 때까지 블랭킹 애퍼처(214)를 통과한 전자빔(200)이 1 회의 전자빔의 샷이 된다. 블랭킹 편향기(212)는 통과하는 전자빔(200)의 방향을 제어하여, 빔 ON의 상태와 빔 OFF의 상태를 교호로 생성한다. 예를 들면, 빔 ON의 상태에서는 전압 0 V를 인가하고(혹은 전압을 인가하지 않고), 빔 OFF의 시에 블랭킹 편향기(212)에 수 V의 전압을 인가하면 된다. 이러한 각 샷의 조사 시간(t)으로 시료(101)에 조사되는 전자빔(200)의 샷 당 조사량이 조정되게 된다.
이상과 같이 블랭킹 편향기(212)와 블랭킹 애퍼처(214)를 통과함으로써 생성된 각 샷의 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 직사각형의 홀을 가지는 제1 성형 애퍼처(203) 전체를 조명한다. 여기서, 전자빔(200)을 먼저 직사각형으로 성형한다. 그리고, 제1 성형 애퍼처(203)를 통과한 제1 애퍼처 상(像)의 전자빔(200)은, 투영 렌즈(204)에 의해 제2 성형 애퍼처(206) 상에 투영된다. 편향기(205)에 의해, 이러한 제2 성형 애퍼처(206) 상에서의 제1 애퍼처 상(像)은 편향 제어되고, 빔 형상과 치수를 변화(가변 성형을 행함)시킬 수 있다. 이러한 가변 성형은 샷마다 행해지고, 통상적으로 샷마다 상이한 빔 형상과 치수로 성형된다. 그리고, 제2 성형 애퍼처(206)를 통과한 제2 애퍼처 상(像)의 전자빔(200)은 대물 렌즈(207)에 의해 초점을 맞추고, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의해 편향되어, 연속적으로 이동하는 XY 스테이지(105)에 배치된 시료(101)의 원하는 위치에 조사된다. 환언하면, 광축 방향에 대하여 블랭킹 애퍼처(214)보다 후측에 배치된 대물 렌즈(207)에 의해, 빔 ON의 전자빔을 시료(101) 상에 결상한다. 도 1에서는, 위치 편향에 주부 2 단의 다단 편향을 이용한 경우를 나타내고 있다. 이러한 경우에는, 주편향기(208)에서 SF(30)의 기준 위치에 스테이지 이동에 추종하면서 해당 샷의 전자빔(200)을 편향하고, 부편향기(209)에서 SF 내의 각 조사 위치에 이러한 해당 샷의 빔을 편향하면 된다. 이러한 동작을 반복하여, 각 샷의 샷 도형을 서로 연결함으로써, 묘화 데이터에 정의된 도형 패턴을 묘화한다.
도 3A와 도 3B는 실시 형태 1에 있어서의 크로스 오버계 광학 궤도와 수렴 반각을 설명하기 위한 도이다. 도 3A는 스루풋 중시의 묘화 모드 1(제1 묘화 모드)에서의 크로스 오버계 광학 궤도를 나타내고 있다. 도 3B에서는 분해능 중시의 묘화 모드 2(제2 묘화 모드)에서의 크로스 오버계 광학 궤도를 나타내고 있다. 도 3A에 나타낸 묘화 모드 1과 도 3B에 나타낸 묘화 모드 2는, 전자총(201)의 높이 위치가 상이하다. 그 외의 구성의 배치 관계는 동일하다. 도 3A와 도 3B에서는 블랭킹 제어에 있어서, 모두 빔 ON의 상태를 나타내고 있다.
도 3A에 있어서, 전자총(201)(방출부)에서 캐소드 크로스 오버(C.O. 반경(r0)) 형성 후의 전자빔(200)은 전자 경통(201) 내로 진행하고, 전자 렌즈(211)에 의해 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치에 수렴되어, 제1 크로스 오버(C.O. 반경(r1))를 형성한다. 제1 크로스 오버 형성 후의 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 제1 성형 애퍼처(203)를 통과 후의 높이 위치에 수렴되어, 제2 크로스 오버(C.O. 반경(r2))를 형성한다. 제2 크로스 오버 형성 후의 전자빔(200)은, 투영 렌즈(204)와 대물 렌즈(207)에 의한 축소 광학계에 의해 축소되고, 대물 렌즈(207)와 시료(101)면의 사이의 높이 위치(시료(101)면으로부터 높이(z)의 위치)에 수렴되어, 제3 크로스 오버(C.O. 반경(r3))를 형성한다. 그리고, 제3 크로스 오버 형성 후의 전자빔(200)은 시료(101)면에 조사된다. 이러한 경우의 각 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경은, 다음과 같이 정의할 수 있다.
제1 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경(r1)은 전자 렌즈(211)에 의한 수렴 배율(M1)을 이용하여, 다음의 식 (1)로 정의할 수 있다.
(1) r1 = r0 · M1
여기서, 배율(M1)은 캐소드 크로스 오버 위치와 전자 렌즈(211)의 자기장 중심 높이 위치의 거리(a)와, 전자 렌즈(211)의 자기장 중심 높이 위치와 제1 크로스 오버 높이 위치의 거리(b)를 이용하여, 다음의 식 (2)로 정의할 수 있다.
(2) M1 = b / a
그리고, 제2 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경(r2)은, 조명 렌즈(202)에 의한 수렴 배율(M2)을 이용하여, r2 = r1 · M2로 정의할 수 있다. 마찬가지로, 제3 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경(r3)은, 투영 렌즈(204)와 대물 렌즈(207)에 의한 축소 광학계에 의한 수렴 배율(M3)을 이용하여, r3 = r2 · M3로 정의할 수 있다. 따라서, 시료(101)면의 바로 옆의 제3 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경(r3)은, 다음의 식 (3)으로 정의할 수 있다.
(3) r3 = r0 · M1 · M2 · M3 = r0 · (b / a) · M2 · M3
따라서, 시료(101)면과 광축이 교차하는 1 개소로부터 바로 옆의 제3 크로스 오버의 단(端)을 보았을 시의 광축으로부터의 각도(수렴 반각)(α), 환언하면 광축선과, 시료(101)면과 광축이 교차하는 1 개소와 시료(101)면의 바로 옆의 제3 크로스 오버 단(端)을 묶는 선의 사이의 각도(수렴 반각)(α)는, 다음의 식 (4)으로 정의할 수 있다.
(4) α = tan-1 (r3 / z)
분해능은 전자 광학계 수차에 의존하고, 전자 광학계 수차는 수렴 반각(α)의 누승에 비례한다. 그리고, 수렴 반각(α)은 식 (4)로 나타낸 바와 같이, 전자빔의 크로스 오버 직경(r3)에 의존한다. 따라서, 분해능을 중요시하는 관점에서는, 수렴 반각을 작게 하기 위해서는 크로스 오버 직경을 작게 하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있다. 이를 위해서는 식 (3)에 기초하여, 거리(b)에 대하여 거리(a)를 크게 하면 된다.
따라서, 실시 형태 1에서는 높이 조정 기구(216)에 의해, 전자총 기구(230)의 높이 위치를 가변으로 조정한다. 즉, 분해능을 중요시하는 묘화 모드 2에서는, 도 3B에 나타낸 바와 같이, 높이 조정 기구(216)에 의해, 도 3A에 나타낸 묘화 모드 1에 있어서의 전자총(201)의 높이 위치보다 높이(L)만큼 높아지게 조정한다. 단, 실시 형태 1에서는, 그 외의 광학 조건을 변경하지 않게 하기 위하여, 제1 ~ 제3 크로스 오버 높이 위치는, 도 3A와 도 3B에서 동일한 위치가 되도록 조정한다. 구체적으로는, 렌즈 제어 회로(130)(렌즈 제어부)가, 전자총 기구(230)의 높이 위치가 가변으로 조정되어 변화된 높이 위치마다, 블랭킹 편향기(22)의 중심 높이 위치에 전자빔이 크로스 오버를 형성하도록 전자 렌즈(211)를 제어한다. 이에 의해, 전자 렌즈(211) 이후의 렌즈의 조정이 동일 조건으로 가능하다.
도 3B에 있어서, 전자총(201)(방출부)에서 캐소드 크로스 오버(C.O. 반경(r0)) 형성 후의 전자빔(200)은 전자 경통(201) 내로 진행하고, 전자 렌즈(211)에 의해 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치에 수렴되어, 제1 크로스 오버(C.O. 반경(r1'))를 형성한다. 제1 크로스 오버 형성 후의 전자빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 제1 성형 애퍼처(203)를 통과 후의 높이 위치에 수렴되어, 제2 크로스 오버(C.O. 반경(r2'))를 형성한다. 제2 크로스 오버 형성 후의 전자빔(200)은, 투영 렌즈(204)와 대물 렌즈(207)에 의한 축소 광학계에 의해 축소되고, 대물 렌즈(207)와 시료(101)면의 사이의 높이 위치(시료(101)면으로부터 높이(z)의 위치)에 수렴되어, 제3 크로스 오버(C.O. 반경(r3'))를 형성한다. 그리고, 제3 크로스 오버 형성 후의 전자빔(200)은 시료(101)면에 조사된다. 이러한 경우의 각 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경은, 다음과 같이 정의할 수 있다.
제1 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경(r1)은 전자 렌즈(211)에 의한 수렴 배율(M1)을 이용하여, 다음의 식 (1)로 정의할 수 있다.
(1) r1' = r0 · M1'
여기서 배율(M1)은, 캐소드 크로스 오버 위치와 전자 렌즈(211)의 자기장 중심 높이 위치의 거리(a)와, 전자 렌즈(211)의 자기장 중심 높이 위치와 제1 크로스 오버 높이 위치의 거리(b)를 이용하여, 다음의 식 (2)로 정의할 수 있다.
(2) M1' = b / a'
그리고, 제2 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경(r2)은 조명 렌즈(202)에 의한 수렴 배율(M2)을 이용하여, r2' = r1' · M2로 정의할 수 있다. 마찬가지로, 제3 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경(r3)은 투영 렌즈(204)와 대물 렌즈(207)에 의한 축소 광학계에 의한 수렴 배율(M3)을 이용하여, r3' = r2' · M3로 정의할 수 있다. 따라서, 시료(101)면의 바로 옆의 제3 크로스 오버에 있어서의 크로스 오버 반경(r3')은, 다음의 식 (3)으로 정의할 수 있다.
(3) r3' = r0 · M1' · M2 · M3 = r0 · (b / a') · M2 · M3
따라서, 시료(101)면과 광축이 교차하는 1 개소로부터 바로 옆의 제3 크로스 오버의 단(端)을 보았을 시의 광축으로부터의 각도(수렴 반각)(α'), 환언하면 광축선과, 시료(101)면과 광축이 교차하는 1 개소와 시료(101)면의 바로 옆의 제3 크로스 오버 단(端)을 묶는 선의 사이의 각도(수렴 반각)(α')는, 다음의 식 (4)로 정의할 수 있다.
(4) α' = tan-1 (r3' / z)
따라서, 거리(a) ＜ 거리(a')로 함으로써, 수렴 반각(α') ＜ 수렴 반각(α)이 되고, 전자총(201)의 높이 위치를 높게 함으로써 수렴 반각을 작게 할 수 있다. 그 결과, 전자 광학계 수차를 작게 할 수 있고, 또한 분해능을 높일 수가 있다.
도 4A와 도 4B는 실시 형태 1에 있어서의 높이 조정 기구의 일례를 나타낸 구성도이다. 도 4A와 도 4B에 있어서, 높이 조정 기구(216)는 복수의 스페이서 부재(302, 304, 306)를 가진다. 복수의 스페이서 부재(302, 304, 306)는 중앙부를 전자빔이 통과 가능하게 중앙부가 개구되어 있다. 그리고, 외경 치수는 전자 경통(102)의 외경 치수에 맞춘 사이즈로 하면 적합하다. 또한, 복수의 스페이서 부재(302, 304, 306) 간, 및 스페이서 부재(302)와 전자총 기구(230)의 사이, 및 스페이서 부재(306)와 전자 경통(102)의 사이, 예를 들면, 도시되지 않은 O-링 등으로 기밀성이 확보되어 있다(씰링되어 있다). 예를 들면, 묘화 모드 1에서는 도 4A에 나타낸 바와 같이, 전자총 기구(230)와 전자 경통(102)이 직접 접속되어 있다. 혹은, 복수의 스페이서 부재(302, 304, 306) 중 1 개를 개재하여 전자총 기구(230)와 전자 경통(102)이 접속되어 있다. 묘화 모드 2에서는 도 4B에 나타낸 바와 같이, 전자총 기구(230)와 전자 경통(102)이 복수의 스페이서 부재(302, 304, 306)를 개재하여 접속되어 있다. 복수의 스페이서 부재는, 복수의 스페이서 부재(302, 306)와 같이 서로 높이 방향의 두께가 상이하다. 높이 조정 기구(216)는 예를 들면, 높이 방향의 두께 사이즈가 큰 (높은) 스페이서(306)에서 전자총 기구(230)의 높이 위치의 대략적인 조정을 행하고, 높이 방향의 두께 사이즈가 작은 (낮은) 스페이서(302, 304)에서 전자총 기구(230)의 높이 위치의 미세 조정을 행한다. 높이 조정 기구(216)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5A와 도 5B는 실시 형태 1에 있어서의 높이 조정 기구의 다른 일례를 나타낸 구성도이다. 도 5A와 도 5B에 있어서, 높이 조정 기구(216)는 신축 가능한 배관(314)과, 전자총 기구(230)를 승강하는 승강기구(312)를 가진다. 배관(314)은 벨로우즈 배관 등이 적합하다. 이러한 배관(314)으로 전자총 기구(230)와 전자 경통(102)을 연결함으로써, 전자총 기구(230)와 전자 경통(102) 내의 기밀성을 유지하여, 진공 상태를 유지할 수 있다. 승강기구(312)는 배관(314)의 외측에 예를 들면 3 대 배치되고, 전자총 기구(230)를 3 개소 지지한다. 묘화 모드 1에서는 도 5A에 나타낸 바와 같이, 승강기구(312)로 전자총 기구(230)의 높이 위치를 내린 상태로 하고, 묘화 모드 2에서는 도 5B에 나타낸 바와 같이, 승강기구(312)로 전자총 기구(230)의 높이 위치를 올린 상태로 하면 된다.
따라서, 실시 형태 1에 있어서의 묘화 방법은 모드 선택 공정과, 전자총 기구의 높이 조정 공정과, 크로스 오버 높이 조정 공정과, 모드 전환 공정과, 전자총 기구의 높이 조정 공정과, 크로스 오버 높이 조정 공정을 실시한다.
모드 선택 공정으로서, 스루풋 중시의 묘화 모드 1과 분해능 중시의 묘화 모드 2 중 1 개를 선택한다. 여기서는, 예를 들면 묘화 모드 1을 선택한다.
전자총 기구의 높이 조정 공정으로서, 높이 조정 기구(216)는 묘화 모드 1이 선택된 경우에, 전자빔(200)을 방출하는 전자총 기구(230)의 높이 위치를 높이 위치(Z0)(제1 위치)로 조정한다. 예를 들면, 전자총 기구(230)의 저면의 높이 위치를 높이 위치(Z0)로 조정한다.
크로스 오버 높이 조정 공정으로서, 묘화 모드 1이 선택된 경우에, 렌즈 제어 회로(130)는 전자 렌즈(211)를 이용하여, 전자총 기구(230)로부터 방출된 전자빔(200)이 전자 렌즈(211)를 통과한 후의 전자빔(200)의 크로스 오버 높이 위치를 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(제2 위치)로 조정한다.
그리고, 이러한 상태에서 예를 들면, 스루풋이 중시되는 제품 마스크의 묘화를 행한다. 이어서, 예를 들면 분해능이 중시되는 개발용의 평가 마스크의 묘화를 행하기 위하여 묘화 모드를 전환한다.
모드 전환 공정으로서, 스루풋 중시의 묘화 모드 1과 분해능 중시의 묘화 모드 2의 모드를 전환한다. 여기서는 예를 들면, 묘화 모드 1로부터 묘화 모드 2로 설정을 전환한다.
전자총 기구의 높이 조정 공정으로서, 높이 조정 기구(216)는 묘화 모드 1을 전환하여 묘화 모드 2가 선택된 경우에, 전자총 기구(230)의 높이 위치를 광축 방향에 대하여 높이 위치(Z0)보다 높은 높이 위치(Z1)(제3 위치)로 조정한다. 예를 들면, 전자총 기구(230)의 저면의 높이 위치를 높이 위치(Z1)로 조정한다. 환언하면, 전자빔을 방출하는 전자총 기구(230)의 높이 위치를 높이 위치(Z0)로부터 높이 위치(Z1)로 변경한다.
크로스 오버 높이 조정 공정으로서, 묘화 모드 2가 선택된 경우에, 렌즈 제어 회로(130)는 전자 렌즈(211)를 이용하여, 전자총 기구(230)로부터 방출된 전자빔(200)이 전자 렌즈(211)를 통과한 후의 전자빔(200)의 크로스 오버 높이 위치를 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(제2 위치)로 유지하도록 조정한다. 환언하면, 전자총 기구(230)로부터 방출된 전자빔(200)이 전자 렌즈(211)를 통과한 후의 전자빔(200)의 크로스 오버 높이 위치를 전자총 기구(230)의 높이 위치를 변경하기 전의 위치로 조정한다.
또한, 묘화 모드 2로부터 묘화 모드 1로 전환하는 경우에는, 묘화 모드 2의 전자총 기구의 높이 위치로부터 묘화 모드 1의 전자총 기구의 높이 위치로 조정한다. 그리고, 전자 렌즈(211)를 통과한 후의 전자빔(200)의 크로스 오버 높이 위치를 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(제2 위치)로 유지하도록 조정하면 된다.
도 6A에서 도 6C는 실시 형태 1에 있어서의 크로스 오버 반경과 전자 렌즈의 자화의 관계의 일례를 설명하기 위한 도이다. 도 6A에서는 전자 렌즈(211)의 자화를 높이는 것이 가능한 상태의 일례를 나타내고 있다. 도 6A에서는 전자총(201)에서 캐소드 크로스 오버 형성 후의 전자빔(200)은 전자 경통(201) 내로 진행하고, 어느 높이 위치에 수렴되어, 제1 크로스 오버를 형성한다. 제1 크로스 오버 형성 후의 전자빔(200)은 조명 렌즈(202)에 의해 어느 높이 위치에 수렴되어, 제2 크로스 오버를 형성한다. 여기서, 수렴 반각을 작게 하려면 전자 렌즈(211)의 자화(자화 1)를 가능한 한 크게 할 필요가 있다. 따라서, 전자 렌즈(211)의 자화(자화 1)를 가능한 한 크게 한다. 이러한 경우, 자화를 높임으로써 도 6B에 나타낸 바와 같이, 전자 렌즈(211) 통과 후의 제1 크로스 오버 위치가 높이 방향으로 높아지는 위치로 높이(L')만큼 이동한다. 이로써 제1 크로스 오버 직경을 도 6A의 상태보다 작게 할 수 있고, 나아가서는 제2 크로스 오버 이후의 크로스 오버 직경을 도 6A의 상태보다 작게 할 수 있다. 그 결과, 수렴 반각을 도 6A의 상태보다 작게 할 수 있다. 제2 크로스 오버 높이 위치를 변경하지 않은 경우, 이러한 동작에 의해 조명 렌즈(202)의 자화(자화 2)는 반대로 내릴 수 있다.
그러나, 전자 렌즈(211)에 사용하는 폴 피스 재료의 자기 포화 등에 의해 자속 밀도를 올리는 것에도 한계가 있다. 따라서, 자속 밀도의 한계에 따라 전자 렌즈(211)의 자화를 크게 하는 것에도 한계가 있었다. 따라서, 조명 렌즈의 제어에 의해 전자빔을 조이는 것에도 한계가 있고, 수렴 반각을 작게 하는 것에도 한계가 있었다.
이에 대하여, 실시 형태 1에서는 전자총(201)의 높이 위치를 도 6B보다 높이(L)만큼 높게 한다. 제1 크로스 오버 위치를 변경하지 않은 경우, 이러한 동작에 의해 도 6C에 나타낸 바와 같이, 전자 렌즈(211)의 자화(자화 1)를 내릴 수 있다. 이에 의해 제1 크로스 오버 직경을 도 6B의 상태보다 작게 할 수 있으며, 나아가서는 제2 크로스 오버 이후의 크로스 오버 직경을 도 6B의 상태보다 작게 할 수 있다. 그 결과, 수렴 반각을 도 6B의 상태보다 작게 할 수 있다. 또한, 제2 크로스 오버 높이 위치를 변경하지 않은 경우, 이러한 동작에 의해 조명 렌즈(202)의 자화(자화 2)는 도 6B의 상태와 동일한 상태(내린 상태)인 채로 할 수 있다. 따라서, 실시 형태 1에 의하면, 자기 포화 등에 의한 한계점을 초과하여 수렴 반각을 작게 할 수 있다.
이어서, 제1 크로스 오버 위치를 블랭킹 편향기(212)의 중심 높이 위치로 하는 이유를 설명한다.
블랭킹 제어용의 DAC 앰프(122)가 불안정한 경우 등에, 빔 ON 시의 전압이 변동되는 경우가 있다. 예를 들면, 수 mV의 전압 변동(예를 들면 ± 5 mV)이 발생한다. 혹은 좀 더 큰 전압 변동이 발생하는 경우도 상정된다. 이러한 변동에 의해, 블랭킹 편향기(212)를 통과하는 전자빔(200)이 편향되게 된다.
도 7A와 도 7B는 실시 형태 1에 있어서의 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기의 중심 높이 위치로 제어되고 있는 경우의 블랭킹 전압 변동의 유무를 비교한 개념도이다. 도 7A에서는 블랭킹 편향기(212)에 빔 ON 시의 블랭킹 전압(예를 들면 0V)이 인가되고, 이러한 블랭킹 전압에 전압 변동이 발생하지 않은(혹은 무시할 수 있을 정도의 변동인) 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 7A에서는 블랭킹 동작 이외의 빔 편향을 성형용의 편향기(205), 부편향기(209), 및 주편향기(208) 등에 의해 행하지 않고, 예를 들면 광축 상을 빔이 통과하는 경우를 나타내고 있다. 도 7A에 있어서, 전자총(201)(방출부)으로부터 방출된 전자빔(200)은, 전자 렌즈(211)에 의해 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(H)에 수렴점(크로스 오버 : C.O.)을 형성하도록 제어되어 있다. 여기서는, 빔 ON의 상태이므로, 전자빔(200)은 블랭킹 편향기(212)에 의해 편향되지 않고 통과한다. 도 7A에서는 크로스 오버계의 광로를 나타내고 있다. 블랭킹 편향기(212)를 통과한 전자빔은, 조명 렌즈(202)에 의해 제1 성형 애퍼처(203) 전체를 조명한다. 그리고, 제1 성형 애퍼처(203)를 통과한 제1 애퍼처 상(像)의 전자빔(200)은 투영 렌즈(204)에 의해 제2 성형 애퍼처(206)에 형성된 개구부 상에 투영된다. 그리고, 제2 성형 애퍼처(206)를 통과한 제2 애퍼처 상(像)의 전자빔(200)은 대물 렌즈(207)에 의해 시료(101)면 상에 초점을 맞추어 결상한다. 이러한 구성에서는, 전자빔(200)은 시료(101)면에 수직 입사한다. 환언하면, 빔 입사각(θ)이 0°가 된다.
도 7A에 나타낸 상태로부터 블랭킹 편향기(212)에 인가되는 블랭킹 전압에 빔 OFF가 되지 않을 정도로 전압 변동이 생긴 경우를 도 7B에 나타내고 있다. 도 7B에 나타낸 바와 같이, 블랭킹 전압의 전압 변동에 의해 블랭킹 편향기(212)의 중심 높이 위치(H)에서 빔이 편향된다. 그러나, 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기(212)의 중심 높이 위치로 제어되고 있을 경우, 블랭킹 전압의 전압 변동이 생겨도, 전자빔(200)은 시료(101)면에 수직 입사와 실질적으로 동등한 각도로 입사한다. 환언하면, 빔 입사각(θ)을 대략 0°로 할 수 있다. 이러한 구성에서는, 후술하는 바와 같이 크로스 오버 위치가 광축 상으로부터 벗어나지 않으므로, 전자빔(200)은 시료(101)면에 수직 입사할 수 있다.
도 8A와 도 8B는 실시 형태 1에 있어서의 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기의 중심 높이 위치로부터 벗어난 위치로 제어되고 있을 경우의 블랭킹 전압 변동의 유무를 비교한 개념도이다. 도 8A에서는 블랭킹 편향기(212)에 빔 ON 시의 블랭킹 전압(예를 들면 0V)이 인가되고, 이러한 블랭킹 전압에 전압 변동이 생기지 않은(혹은 무시할 수 있는 정도의 변동인) 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 8A에서는 블랭킹 동작 이외의 빔 편향, 예를 들면 성형용의 편향기(205), 부편향기(209) 및 주편향기(208) 등에 의한 편향 동작을 행하지 않고, 예를 들면 광축 상을 빔이 통과하는 경우를 나타내고 있다. 도 8A에 있어서, 전자총(201)(방출부)으로부터 방출된 전자빔(200)은, 전자 렌즈(211)에 의해 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(H)보다 예를 들면 상방에 수렴점(크로스 오버 : C.O.)을 형성하도록 조정되어 있다. 여기서는, 빔 ON의 상태이므로, 전자빔(200)은 블랭킹 편향기(212)에 의해 편향되지 않고 통과한다. 도 8A에서는 크로스 오버계의 광로를 나타내고 있다. 블랭킹 편향기(212)를 통과한 전자빔은 조명 렌즈(202)에 의해 제1 성형 애퍼처(203) 전체를 조명한다. 그리고, 제1 성형 애퍼처(203)를 통과한 제1 애퍼처 상(像)의 전자빔(200)은, 투영 렌즈(204)에 의해 제2 성형 애퍼처(206)에 형성된 개구부 상에 투영된다. 그리고, 제2 성형 애퍼처(206)를 통과한 제2 애퍼처 상(像)의 전자빔(200)은, 대물 렌즈(207)에 의해 시료(101)면 상에 초점을 맞추어 결상한다. 이러한 상태에서는, 후술하는 바와 같이 크로스 오버 위치가 광축 상으로부터 벗어나지 않으므로, 전자빔(200)은 시료(101)면에 수직 입사한다. 환언하면, 빔 입사각(θ)이 0°가 된다.
도 8A에 나타낸 상태로부터 블랭킹 편향기(212)에 인가되는 블랭킹 전압에 빔 OFF가 되지 않을 정도로 전압 변동이 생긴 경우를 도 8B에 나타내고 있다. 도 8B에 나타낸 바와 같이, 블랭킹 전압의 전압 변동에 의해 블랭킹 편향기(212)의 중심 높이 위치(H)로 빔이 편향된다. 그러나, 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기(212)의 중심 높이 위치(H)보다 상방으로 제어되고 있을 경우, 블랭킹 전압의 전압 변동이 생기면, 전자빔(200)은 시료(101)면에 수직 방향으로부터 벗어난 방향으로부터 입사한다. 환언하면, 빔 입사각(θ)이 0°는 아니게 된다. 그 결과, 디포커스된 상태에서는 시료(101) 상에 조사된 빔 위치가 설계 상의 원하는 위치로부터 위치 이탈을 발생한다. 도 8B에 있어서, 블랭킹 편향기(212) 중의 파선 부분은, 후술하는 바와 같이 편향 후의 빔에 있어서, 외관상 크로스 오버 위치는 광축 상의 위치로부터 파선의 위치로 이동한 것이 된다.
도 9A에서 도 9D는 실시 형태 1에 있어서의 블랭킹 동작 시의 편향 지점 위치와 크로스 오버 위치의 관계를 나타낸 도이다. 도 9A에서는 전자 렌즈(211)에 의해 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(H)에 수렴점(크로스 오버 : C.O.)을 형성하도록 조정되고 있는 경우를 나타내고 있다. 블랭킹 편향기(212)에 전압이 인가되어, 전자빔(200)이 편향되는 경우, 그 편향 지점은 블랭킹 편향기(212)의 중심 높이 위치(H)가 된다. 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(H)에 있는 경우, 편향 지점과 위치가 일치하므로, 크로스 오버 위치는 광축 상에 존재하게 된다. 따라서, 도 9C에 나타낸 바와 같이, 최종의 크로스 오버 위치도 광축 상의 위치에 형성된다. 이에 대하여, 도 9B에 나타낸 바와 같이 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(H)로부터 벗어나 있을 경우, 도 9B에 나타낸 바와 같이 크로스 오버 위치와 편향 지점의 위치가 불일치가 된다. 상술한 바와 같이, 편향 지점은 블랭킹 편향기(212)의 중심 높이 위치(H)가 되므로, 편향 후의 빔에 있어서, 외관상 크로스 오버 위치는 편향 후의 빔의 궤도와 편향 지점의 연장선 상이 된다. 따라서, 크로스 오버 위치는 광축 상의 점(A)의 위치로부터 점(B)의 위치로 이동한 것이 된다. 환언하면, 크로스 오버 위치가 광축 상으로부터 벗어난 위치에 형성되어 있게 된다. 이러한 빔은, 도 9D에 나타낸 바와 같이 최종의 크로스 오버 위치도 광축 상으로부터 ΔL만큼 벗어난 위치에 형성된다. 따라서, 블랭킹 전압의 전압 변동에 의해 편향된 빔은, 수직 입사(θ = 0)가 아닌 빔 입사각(θ)으로써 시료(101) 상에 조사된다. 그 결과, 초점 위치가 벗어난 경우(디포커스된 경우), 조사된 빔의 중심 위치가 설계 상의 원하는 위치로부터 위치 이탈을 발생시킨다. 한편, 도 8A에 나타낸 바와 같이, 블랭킹 전압의 전압 변동이 없는 상태에서는, 블랭킹 편향기(212) 내에서의 편향 지점이 처음부터 생기지 않기 때문에, 크로스 오버 위치는 광축 상에 존재할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에 빔은 수직 입사(θ = 0)로써 시료(101) 상에 조사된다. 또한, 상술한 예에서는, 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기(212) 내의 중심 높이 위치(H)보다 상방으로 벗어난 경우에 대하여 설명했지만, 하방으로 벗어나도, 최종의 크로스 오버가 축으로부터 벗어난다고 하는 효과는 동일하다.
따라서, 실시 형태 1에서는 빔 입사각을 조정하기 위해서, 크로스 오버 위치가 블랭킹 편향기(212)의 중심 높이 위치가 되도록 전자 렌즈(211)를 조정한다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 종래보다 한층 더 분해능을 향상시킬 수 있다. 또한, 스루풋 중시의 묘화 처리와 분해능 중시의 묘화 처리를 행할 수 있다.
이상, 구체적인 예를 참조하면서 실시 형태에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들의 구체적인 예에 한정되는 것은 아니다. 상술한 예에서는, 전자 렌즈(211) 통과 후의 최초의 크로스 오버 위치를, 전자총 높이 조정의 전후에서 동일 위치가 되는 블랭킹 편향기(212)의 중심 높이 위치로 함으로써, 그 이후의 광학 조건을 변경하지 않게 할 수 있는 경우에 대하여 설명했다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. 크로스 오버 위치를 블랭킹 편향기 중심에 가지는 장치로 한정할 필요는 없다. 광학 조건 · 크로스 오버 위치를 변경해도 상관없다. 이러한 경우, 블랭킹 편향기의 위치도 신경쓰지 않고, 크로스 오버 위치 이후의 광학계의 조정에 마진이 있는 상황이면, 도 6A에서 도 6C에 나타낸 바와 같이 전자 렌즈(211)의 자화를 올림과 동시에 전자총 기구의 높이 조정도 행하여, 크로스 오버 위치를 고정할 시보다 더 작은 수렴 반각으로 할 수도 있다.
또한, 장치 구성 또는 제어 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않은 부분에 대한 기재를 생략하였으나, 필요로 하는 장치 구성 또는 제어 방법을 적절하게 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 묘화 장치(100)를 제어하는 제어부 구성에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 제어부 구성을 적절하게 선택하여 이용하는 것은 말할 필요도 없다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절하게 설계 변경할 수 있는 모든 하전 입자 빔 묘화 장치, 시료면으로의 빔 입사각 조정 방법, 및 하전 입자 빔 묘화 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규 실시 형태는, 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태 또는 그 변형은, 발명의 범위 또는 요지에 포함되고, 또한 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 전자빔을 방출하는 전자총 기구와,
    광축 방향에 대하여 상기 전자총 기구보다 후측에 배치되고, 상기 전자총 기구의 높이 위치를 가변으로 조정 가능한 높이 조정부와,
    광축 방향에 대하여 상기 높이 조정부보다 후측에 배치되고, 상기 전자빔을 수렴시키는 전자 렌즈와,
    상기 전자총 기구의 높이 위치가 가변으로 조정되어 변화된 높이 위치 마다, 소정의 위치에 상기 전자빔이 크로스 오버를 형성하도록 상기 전자 렌즈를 제어하는 렌즈 제어부와,
    광축 방향에 대하여 상기 전자 렌즈보다 후측에 배치되고, 상기 전자 렌즈를 통과한 상기 전자빔을 시료 상에 결상하는 대물 렌즈
    를 구비한 것을 특징으로 하는 전자빔 묘화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 높이 조정부는 복수의 스페이서 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 스페이서 부재는 서로 높이 방향의 두께가 상이한 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 높이 조정부는,
    신축 가능 배관과,
    상기 전자총 기구를 승강하는 승강기구
    를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자 렌즈와 상기 대물 렌즈의 사이에 배치되고, 상기 높이 조정부를 통과한 상기 전자빔의 블랭킹 편향을 행하는 블랭킹 편향기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 렌즈 제어부는 전자 렌즈에 의해 상기 전자빔이 상기 블랭킹 편향기의 중심 높이 위치에 크로스 오버를 형성하도록 상기 전자 렌즈를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자 렌즈와 상기 대물 렌즈를 내부에 배치하는 전자 경통을 더 구비하고,
    상기 높이 조정부는 상기 전자 경통 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 높이 조정부는 상기 전자총 기구를 지지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 전자빔을 방출하는 전자총 기구의 높이 위치를 변경하고,
    상기 전자총 기구로부터 방출된 전자빔이 전자 렌즈를 통과한 후의 상기 전자빔의 크로스 오버 높이 위치를 상기 전자총 기구의 높이 위치를 변경하기 전의 위치로 조정하는 것을 특징으로 하는 전자빔의 수렴 반각 조정 방법.
  10. 제1 묘화 모드가 선택된 경우에, 전자빔을 방출하는 전자총 기구의 높이 위치를 제1 위치로 조정하고,
    상기 제1 묘화 모드가 선택된 경우에, 상기 전자총 기구로부터 방출된 전자빔이 전자 렌즈를 통과한 후의 상기 전자빔의 크로스 오버 높이 위치를 제2 위치로 조정하고,
    상기 제1 묘화 모드를 전환하여 제2 묘화 모드가 선택된 경우에, 상기 전자총 기구의 높이 위치를 광축 방향에 대하여 상기 제1 위치보다 높은 제3 위치로 조정하고,
    상기 제2 묘화 모드가 선택된 경우에, 상기 전자총 기구로부터 방출된 전자빔이 전자 렌즈를 통과한 후의 상기 전자빔의 크로스 오버 높이 위치를 상기 제2 위치로 유지하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 전자빔의 수렴 반각 조정 방법.
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